2020未來科學大獎周|聚焦全球性科學挑戰,釋放青年創新力量
2020年12月29日22:12

  新浪科技訊 北京時間12月29日消息,12月29日,作為2020未來科學大獎周系列活動中,聚焦青年科技創新思想的展示,青年科學家創新秀在雲端圓滿舉行。

  未來論壇青創聯盟Co-Chair,中國科學院計算技術研究所研究員、先進計算機系統研究中心主任包雲崗主持本場活動。未來論壇青創聯盟成員、中國科學技術大學教授陸朝陽,未來論壇青創聯盟成員、西湖大學生命科學學院研究員高曉飛,未來論壇青創聯盟成員、北京大學微納電子學系研究員、博士生導師黃芊芊,未來論壇青創聯盟成員、北京大學環境科學與工程學院研究員劉思彤,未來論壇青創聯盟成員、華中農業大學生命科學技術學院教授歐陽亦聃,未來論壇青創聯盟成員、清華大學電子系副教授張沕琳,未來論壇青創聯盟成員、西湖大學工學院研究員、西湖未來智造創始人周南嘉等傑出華人青年科學家,圍繞“全球性科學挑戰”與“科研成果轉化”等課題進行學術報告與交流。

  包雲崗:7位傑出華人青年科學家 聚焦全球性科學挑戰

  包雲崗在開場致辭中表示,本屆演講嘉賓均為來自“青創聯盟”的青年科學家,致力於解決全球性科學挑戰,推動產業科技創新應用,同時代表著科學界的華人青年創新力量。

  據包雲崗介紹,本場活動中,演講嘉賓的學術報告分別涉及量子計算、腦機接口、半導體器件、幹細胞技術、新材料、污水處理、水稻分子生物學等領域,他們將以2020未來科學大獎周-青年科學家創新秀活動為舞台,充分釋放自己的前沿科研成果和科技創新思想。

  陸朝陽:量子計算 從夢想照進現實

  陸朝陽在報告中指出,量子計算利用量子相干疊加原理,從理論上具有超快並行計算和模擬能力,其計算能力隨可操縱的粒子數呈指數增長,解決經典計算機無法解決的大規模計算難題。量子計算領域目前正處於泡沫期的上升期,為了避免過高的期望可能會帶來的寒冬,相關科研應採取分步走、沿途下蛋的方法。

  他表示:“第一步是實現量子優越性,這並不是一個一蹴而就的工作,而是更快的經典算法和不斷提升的量子計算硬件之間的競爭,但最終量子並行性會產生經典計算機無法企及的算力。Google在2019年採用超導量子比特,我們在2020年採用光子比特,往這個方向邁進了一步。”

  高曉飛:幹細胞再生機製及其轉化應用

  高曉飛在報告中表示,當前實驗室的研究課題圍繞造血系統發育,即開發出利用人的造血幹細胞在體外再生紅細胞的技術,該技術生成的紅細胞在血紅蛋白含量、血氧能力、存在於體內的週期與人體自身紅細胞特性相同,未來,期待該技術能夠助力解決臨床血液短缺問題。同時,高曉飛指出,體外再生紅細胞技術還可應用到先天性純紅細胞再生障礙性貧血(Diamond Blackfan Anemia)的藥物開發研究當中。目前,這種由基因突變造成的罕見疾病主要依靠激素治療,副作用較大。據高曉飛介紹,研究團隊已經找到從患者外周血中獲得造血幹細胞的方法,通過模擬人體造血過程,實現體外再生紅細胞,進而用於不同藥物的測試,讓患者免於骨髓穿刺的痛苦。

  另外一項研究是構建幹細胞來源的工程化紅細胞的細胞治療平台。提取每個人的造血幹細胞,通過改造,即把所需要的藥物基因放入幹細胞進行表達,之後定向分化為成熟紅細胞。紅細胞最後會脫去細胞核,而想表達的藥物,比如抗體、蛋白等藥物都可以留在紅細胞的表面或者紅細胞內部。這種功能性紅細胞可以治療非常多的疾病,比如癌症、罕見病、免疫代謝疾病、傳染病等。在高曉飛看來,幹細胞的研究將在不久的將來應用到細胞治療、藥物測試以及器官生成等前沿領域。

  黃芊芊:後摩爾時代超低功耗新原理器件

  黃芊芊在報告中指出,後摩爾時代,集成電路產業發展的驅動力不僅僅是提高性能和集成度,隨著物聯網等應用的進一步發展,更要求功耗的降低和多樣性的拓展。從基礎研究視角,需要深入開展基於新原理、新材料和麵向新應用的器件研究與創新。

  在超陡擺幅、超低功耗器件研究領域,目前我們處於國際領先水平並且具備產業轉化的基礎和潛力。另一方面,面向新型神經形態計算應用領域的新原理器件,目前仍屬於原始創新階段,我們已經取得了相關引領性成果。未來,降低功耗、提高性能功耗比將成為集成電路發展的新標尺,需要更加重視半導體器件基礎研究並且持續投入。

  劉思彤:微生物通訊語言識別及其功能

  劉思彤在報告中指出,微生物有它們特定的語言,即基於信號分子的微生物語言交流。首先,微生物能夠合成並釋放特定的信號分子,再由受體蛋白感受到信號分子濃度的變化,當信號分子達到閾值濃度,語言就產生了一定的實際意義,隨後微生物會呈現出特定表現形式的變化,相當於人類做出的一定反應,而隨著信號分子被淬滅,通訊也被終止。

  微生物信號分子主要調控微生物的三個方面,首先,它能調控微生物成膜及顆粒化的過程,形成許多新的微環境。第二,它們能夠調控微生物“公用物質”(Public Goods)的合成。第三個,它能調控某些細菌特定基因的表達,比如信號分子能夠調控細菌個體的基因表達,從而影響自身或其他細菌的生長及進化。而通過實驗數據分析發現信號分子能夠提高胞外聚合物(蛋白,多糖)、促進細胞膜生成、提高脫氮效率的關鍵利用途徑。例如,可以通過上調氨基酸代謝途徑,合成代謝通路,來提高EPS(胞外聚合物Extracellular polymeric substance)的生成,通過上調糖氨基的合成途徑來提高多糖的合成。

  歐陽亦聃:物種形成的探索之路——從水稻出發

  歐陽亦聃回顧了S5位點的演化故事和水稻物種形成的過程。她指出,從個體產生微小的自然變異開始,到群體逐漸發生分化,S5位點從弓箭和盾牌共存,演變成了秈稻帶著盾牌和箭,而粳稻則只有弓,從而導致生殖隔離的產生。自然選擇在其中了扮演重要的角色。

  她指出,在馴化的過程中,人工選擇的力量起到了相反的作用,廣親和等位基因的產生使得物種形成的過程反向而行,這可能是作物馴化過程中一道獨一無二的風景。

  張沕琳:神經接口——聯通大腦與機械的橋樑

  張沕琳指出,互融式的信息交互(神經接口)是將一個可以和我們自身的神經系統直接連接,並且能夠和外界進行無限自由信息交換的交互終端長期地植入到人體內,其中的技術變革主要利用集成電路的技術,提升整個系統的集成度,在將系統做小後,可以應用在醫療上(臨床監控診療)等前沿領域中。同時,她也介紹了在實現設備接口高精度、高數據通量能力、設備低功耗、生活便利性以及材質友好性五大技術突破過程中的一系列科研工作。

  周南嘉:基於增材製造的新材料、新技術與新應用

  周南嘉在報告中介紹了自主研發的微米、亞微米級的3D打印技術和與其匹配的材料體系。他指出,目前實驗室已經積累了數百種金屬、聚合物、陶瓷、復合材料等3D打印材料,通過運用材料融化和粉末化的不同工藝來打印金、銀、銅、合金(如銅鎳合金)等各種金屬材料,現已開發數種微米級精度三維成型方法,可實現複雜、完全自支撐三維結構;打印速度可達1cm/s,對重複結構打印可使用陣列打印頭,可同時打印數百個結構。

  在科研領域,周南嘉嚐試了多材料集成打印方式和融合金屬、介質的快速打印技術等工作,涉及先進三維封裝、MiniLED/MicroLED、射頻/微波、光電集成、柔性電子和個性化、小型電子產品等多方面的應用方向。周南嘉表示,希望在不遠的將來,從手機、手錶、助聽器、再到可穿戴設備,甚至體內的醫療設備,萬物都能夠以打印的形式生產出來。

  未來論壇青年科學家創新聯盟 簡稱“青創聯盟”,旨在為全球華人青年科學家提供學術探討與思想交流的平台,成員均為世界頂尖學院及科研機構教授及研究員,涵蓋生命科學、信息技術、物理、化學、數學、工程與材料、地球與生態環境等多個科學研究領域,累計百位青年科研領袖。

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