科研发展动态 | 2020年第8期

发布时间:2020/12/01 10:54:07 文章来源:本站

要 目


l  生命科学

1.我国14个新冠病毒疫苗研究进展

2.仿生羽毛无人机如鸟类般敏捷


l  信息科学

1.谷歌发布54量子比特量子计算机

2.谷歌DeepMind人工智能软件准确预测蛋白质三维结构

3.中国科学家成功构建76个光子量子计算原型机


l  材料科学

1.康奈尔大学发表可拉伸分布式光纤传感器

2.中科院站立式斜爆轰冲压发动机研究取得突破进展

3.中国核聚变环流器二号M装置成功放电


4.

l  生命科学


我国14个新冠病毒疫苗研究进展

早在疫情爆发初期,我国就布局了5条技术路线开展新冠病毒疫苗研究。通过查询中国临床试验注册中心公示信息以及研发单位公开报道,澎湃新闻根据公开信息梳理了国内在研的14个新冠疫苗研究进展情况(统计截止日期12月4日)。

临床试验进展

研发机构                                        疫苗名称

技术路线

临床获批时间

3期

军科院军事医学研究生/康希诺生物

腺病毒载体疫苗

3月16日

Ad5-nCoV

3期

中国生物武汉生物制品研究所

灭活疫苗

4月12日

新型冠状病毒(COVID-19)灭活疫苗(Vero细胞)

3期

北京科兴中维生物技术有限公司

灭活疫苗

4月13日

克尔来福

3期

中国生物北京生物制品研究所

灭活疫苗

4月27日

新型冠状病毒(2019-CoV)灭活疫苗(Vero细胞)

3期

中国医科院医学生物研究所

灭活疫苗

5月13日

新型冠状病毒灭活疫苗(Vero细胞)

3期

安徽智飞龙科马生物制药有限公司/中科院微生物所

重组蛋白疫苗

6月19日

重组新型冠状病毒疫苗(CHO细胞)

2期

四川大学华西医院/江苏省疾病预防控制中心

重组蛋白疫苗

8月21日

重组新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫苗(Sf9)

2期

深圳康泰生物制品股份有限公司/北京民海生物科技有限公司/江苏省疾控中心

灭活疫苗

9月底

新型冠状病毒(COVID-19)灭活疫苗(Vero细胞)

2期

复星医药/德国BioNTech

核酸疫苗

11月13日

新型冠状病毒肺炎(COVID-19)mRNA疫苗(BNT162b2)

1期(已完成)

四川三叶草生物制药有限公司/GSK/Dynavax

重组蛋白疫苗

6月

新型冠状病毒候选疫苗(COVID-19S-三聚体)

1b期

云南沃森生物技术股份有限公司/军科院军事医学研究院/苏州艾博生物

核酸疫苗

6月

新型冠状病毒肺炎(COVID-19)mRNA疫苗(ARCoVax)

1期

复星医药/德国BioNTech

核酸疫苗

7月

新型冠状病毒肺炎(COVID-19)mRNA疫苗(BNT162b1)

1期

艾律维欣(苏州)生物制药有限公司/美国Inovio制药

核酸疫苗

7月

新型冠状病毒DNA疫苗

1期

北京万泰生物股份有限公司/厦门大学夏宁邵团队/香港大学陈鸿霖团队

减毒流感病毒载体疫苗

8月27日

鼻喷流感病毒载体新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫苗(DeINS1-2019-nCoV-RBD-OPT)

微评:中国全技术路线研发新冠病毒疫苗,既展现了我国在疫苗科技领域的技术实力,也为我国生物医药类企业广泛参与国际新冠肺炎疫苗竞争提高了胜出的可能性。


仿生羽毛无人机如鸟类般敏捷


微评:人类一直在向大自然中各种精妙的现象、行为和结构进行探究、借鉴、学习,仿生学既可以带来很多富有前景的应用技术创新,也有可能启迪人类对自然奥妙的颠覆性认知。



l  信息科学


谷歌发布54量子比特量子计算机

近日美国谷歌公司宣布已经成功利用一台54量子比特的量子计算机实现了传统架构计算机无法完成的任务,换句话说,世界最厉害的超级计算机需要计算1万年的实验,量子计算机只需要200秒。按照谷歌的说法,在量子计算机面前,谷歌原来那些轰动全球的计算机识别猫、AlphaGo战胜李世石,都不算什么,只有莱特兄弟的第一次飞行,才能与之相提并论。

微评:人类科技发展的奇点正在迅速到来。AI会加速量子计算,量子计算也会加速AI,让人类拥有以前做梦也不敢想象的能力。


谷歌DeepMind人工智能软件准确预测蛋白质三维结构

总部位于伦敦的谷歌母公司旗下实验室DeepMind研发的人工智能系统已经分别在围棋(AlphaGo)、国际象棋(AlphaZero)和星际争霸(AlphaStar)等一系列竞技领域战胜最顶尖人类选手。11月30日,该实验室又在一项和蛋白质预测相关的国际竞赛中,在其研发的最新人工智能程序AlphaFold2 的帮助下,准确预测蛋白质如何折叠成3D形状,其预测结果和更加费时费力的实验室结果基本相当。在实际应用方面,DeepMind已经开始与几个科学团体合作,在初始阶段专注于疟疾、昏睡病和利什曼病这些热带寄生虫相关疾病,它们与许多未知蛋白质结构有关。

作为人体最重要的化合物之一,人类对蛋白质结构与功能的探索由来已久。1972年,美国科学家克里斯蒂安·安芬森凭借可以根据蛋白质的氨基酸序列来确定蛋白质形状的研究成果收获诺贝尔化学奖。从那时起,研究人员通过X射线、核磁共振和冷冻电镜技术破译了部分蛋白质结构,但这一过程需要几个月甚至几年的时间。虽然计算机技术的发展极大地推动了对蛋白质结构的预测,但到目前为止,生命体中已知的约2亿种氨基酸序列中,只有约17万种蛋白质结构得以确定。1994年,美国马里兰大学的约翰·穆尔特和同事发起CASP竞赛(即“蛋白质结构预测技术批判性评估社区实验”),旨在比较计算机预测的蛋白质结构和实验室的结果。这个俗称为“蛋白质奥林匹克”的CASP竞赛每两年举行一次,来自全球的团队需要预测大约100种蛋白质的结构。2018年DeepMind携AlphaFold首次参赛,随即在最具挑战的蛋白质结构上斩获最好成绩。两年来AlphaFold继续利用公共蛋白质数据库中已知蛋白质形状信息进行“学习”,并改进了算法。今年它再次参赛,取得了和实验室结果相媲美的成绩。

微评:人类对蛋白质结构的理解是基于长期研究的结果,但是机器智慧从另一条蹊径出发,却走在了人类前面。未来会不会出现人类通过机器智慧,学习和发现更多从未认识到的新知识和现象?现在看来很有可能。


中国科学家成功构建76个光子量子计算原型机

中科大潘建伟、陆朝阳等组成的团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作,构建了76个光子100个模式的量子计算原型机“九章”,实现了具有实用前景的“高斯玻色取样”任务快速求解,研究成果刊发在12月4日《Science》上。这一成果使得我国成功达到了量子计算研究的第一个里程碑:量子计算优越性(量子霸权)。根据目前最优的经典算法,“九章”对于处理高斯玻色取样的速度比目前世界排名第一的超级计算机“富岳”快一百万亿倍,等效地比谷歌去年发布的53比特量子计算原型机“悬铃木”快一百亿倍。同时,通过高斯玻色取样证明的量子计算优越性不依赖于样本数量,克服了谷歌53比特随机线路取样实验中的这种依赖漏洞。

量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力,可望通过特定算法在一些具有重大社会和经济价值的问题方面(如密码破译、大数据优化、材料设计、药物分析等)相比经典计算机实现指数级别的加速。当前,研制量子计算机已成为世界科技前沿的最大挑战之一,成为欧美各发达国家角逐的焦点。

微评:该成果牢固确立了我国在国际量子计算研究中的第一方阵地位,为未来实现可解决具有重大实用价值问题的规模化量子模拟机奠定了技术基础。此外基于“九章号”量子计算原型机的高斯玻色取样算法在图论、机器学习、量子化学等领域具有潜在应用,将是后续发展的重要方向。



l  材料科学


康奈尔大学发表可拉伸分布式光纤传感器

传导与“触觉”相关的弯曲、拉伸等力学数据的传感器已经常见,但如何让传感器贴合不平坦的皮肤表面,并且在弯曲、折叠的形态下准确测量手部数据一直是学界热议的课题。11月23日康奈尔大学机械和航空航天工程副教授Rob Shepherd领导的研究团队在《Science》上发表研究成果,他们通过将低成本LED与染料结合,创造可拉伸的光纤传感器,以检测压力、弯曲和应变等。该柔性传感器目前研究成果是一个3D打印出来的传感手套,它不仅可以让人类体验更逼真的虚拟现实、进行运动康复,也可以成为机器人更灵活的“双手”。

传统分布式光纤传感器能在轻细柔韧的基础上还保持的高灵敏度,通常用于在环境较为恶劣的地区进行液体管道和大坝的渗漏检测、铁路检测等,但它们要么只能测量光、电、力等多种变量其中之一,要么需要安装复杂的光学器件来覆盖多种变量的监测,这样就注定无法保证柔性传感器的轻巧便携。但康奈尔大学的研究人员将传统二氧化硅等材料换成了双段聚氨酯弹性光纤,与普通弹性光纤不同的是,该光纤一段是透明的,相邻的另一段则填充了不同颜色的可吸收染料。无论是透明还是有色光纤,都与RGB传感器芯片耦合,该RGB传感器芯片通过光路在不同段光纤上的几何变化,判断手部的弯曲、拉伸和局部压缩,空间分辨率低至约1厘米。

微评:结合运动追踪技术,该传感器能够首先应用到物理疗法和运动医学领域中,实现康复领域商业化落地。其他如工业机器人、虚拟现实等应用场景,该传感器也有用武之地。


中科院站立式斜爆轰冲压发动机研究取得突破进展

中科院力学所姜宗林率领的研究团队11月底在《中国航空学报》发表文章介绍了他们研发的“站立式斜爆轰冲压发动机”(sodramjet)。这种发动机利用了高超声速燃烧过程中的“爆轰效应”实现高超音速推进,能够达到音速的16倍,每秒能够飞行5.44公里,发动机的推力,燃油效率和稳定性都得到了验证。研究人员期望凭借这种发动机能给高超音速商业飞行带来真正的希望。按照论文描述,姜宗林团队认为超燃冲压发动机存在设计缺陷,他们发现超燃冲压发动机达到7马赫或更高速的时候就几乎不能产生更多推力,而且燃料消耗过高,超出商业运营能忍受的成本限度。他们研发的“站立式斜爆轰冲压发动机”设计简单,没有可移动部件,由进气口,氢燃料喷射器和燃烧室等三部分组成。新设计避免了超燃冲压发动机超高速飞行时产生的爆波导致发动机燃烧熄灭的问题,而是让爆波进入燃烧室点爆燃料,保持燃烧不间断。

微评:美国在超燃冲压发动机研发领域一直处于世界领先地位,但据媒体报道说美国的有关研发也遇到了推力不足、燃烧不稳定等技术瓶颈。所以从商业价值上看,姜宗林团队的“站立式斜爆轰冲压发动机”在超高音速应用方面将具有里程碑意义。


中国核聚变环流器二号M装置成功放电

12月4日14时02分,新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置(HL-2M)在成都建成并实现首次放电,标志着中国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造、运行技术,为我国核聚变堆的自主设计与建造打下坚实基础。中国环流器二号M装置是我国目前规模最大、参数最高的先进托卡马克装置,是我国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置,能实现高密度、高比压、高自举电流运行,是实现我国核聚变能开发事业跨越式发展的重要依托装置。该项目于2009年由国家原子能机构批复立项,由中核集团核工业西南物理研究院自主设计建造。此前中核集团先后发展了多种类型的磁约束聚变研究装置,建成了中国环流器一号、新一号和二号A装置等三大国家重要科研设施,并取得了系列重大科研成果,为我国聚变能的发展奠定了坚实的科学工程技术与人才基础。

微评:我国核能发展实施“热堆-快堆-聚变堆”三步走战略中,将聚变能作为解决能源问题的最终一步。开发核聚变能不仅是解决我国能源战略需求的途径,对我国未来能源与国民经济的可持续发展具有重大战略意义。