我國未來十大科技突破口

1、我國未來十大科技突破口        瞭望新聞周刊記者最近走訪了科技部技術前瞻研究組項目執(zhí)行組組長程家瑜，他向記者展示了最新的研究成果技術前瞻報告。課題組上千名專家近3 年來深入分析了未來10年我國社會的大趨勢和對科技的需求，系統(tǒng)調(diào)查了信息、生物、新材料三大領域國內(nèi)外的發(fā)展狀況和趨勢，課題組認為，未來10年我國在這三大領域最有可能的突破與技術突破集中在以下10個方面：下一代移動通信技術、下一代體系、納米級芯片技術、中文信息處理技術、人類功能基因組學、生物制藥技術、生物信息學、蛋白質(zhì)組學、農(nóng)作物新品種培育技術、納米材

2、料與納米技術。    信息、生物、新材料三大前沿領域    信息、生物、新材料是21世紀前30年發(fā)展最快、最熱門的三大領域，它們集結(jié)了當今世界最強勢的研究力量。但在這些關系未來發(fā)展的關鍵領域中，我國許多核心技術仍依賴追蹤、模仿和引進國外技術，原始創(chuàng)新能力明顯不足。    從更寬的視野來看，不僅僅是這三個領域的發(fā)展需要高揚“自主創(chuàng)新”的信心與勇氣。實際上，整個中國科技正面臨著前所未有的發(fā)展壓力：對外要適應國際科技競爭的緊迫形勢，對內(nèi)要滿足經(jīng)濟社會發(fā)展進程中的重大戰(zhàn)略性需求。而原始創(chuàng)新能力和技術創(chuàng)新能力的薄弱

3、，已成為當前和未來相當長時期內(nèi)影響我國整體競爭力的極大障礙。    面向未來15年的國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要即將發(fā)布，科技部等有關部門正在著手制定科技“十一五規(guī)劃”關于中國科技“未來”的探討與關注，在最近一年多來達到了前所未有的程度。就是在這樣帶著幾分焦灼、幾分期待、幾分信心的探討氛圍中，“自主創(chuàng)新”成為人們關于中國科技發(fā)展的共識。    帶著這個共識，再來看中國科技發(fā)展面臨的“壓力”，在很大程度上已經(jīng)變成了未來發(fā)展的重大機遇。未來10年，中國在這三大領域中最有可能實現(xiàn)自主創(chuàng)新的關鍵技術群究竟有哪些？有限的科技經(jīng)費究竟應當投入

4、到哪些突破口？    下一代移動通信技術    移動通信是人類社會發(fā)展中的一大奇跡。2004年12月，全球（蜂窩）移動通信用戶總數(shù)已達17億以上，超過已有百年發(fā)展的固定通信用戶數(shù)。過去10年，移動通信技術完成了由第一代模擬通信技術向第二代數(shù)字通信技術的過渡，當前正處于由其巔峰狀態(tài)向第三代（3G）移動通信技術過渡的進程中。    目前，世界發(fā)達國家紛紛投入力量進行第三代及下一代移動通信標準、技術和產(chǎn)品的開發(fā)。    3G移動通信：國際電信聯(lián)盟（ITUT ）批準為3G 的三大標準

5、分別是歐洲的WCDMA，美國高通公司的CDMA2000和中國大唐電信的TDSCDMA。3G已在全球30多個國家開始商用。    增強型3G（Enhanced 3G）：為了克服3G 技術不能很好支持流媒體等業(yè)務的不足，國際電信聯(lián)盟已在制定增強型3G技術標準。專家預測，增強型3G技術將進入商用。    4G（或Beyond 3G）：下一代移動通信即所謂超3G（以下統(tǒng)稱Beyond 3G）技術的研究是國際上的熱點。Beyond 3G具有更高的速率與更好的頻譜利用率。 歐盟、日本、韓國等國家已開始4G框架的研究，預期Beyond 3G技術可望

6、在2010年后開始商用。    中國移動用戶總數(shù)已達3.34億，居世界第一，總體技術水平與國際同步，處于由第二代向第三代的過渡時期。我國3G移動通信技術已經(jīng)具備了實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的能力，我國大唐電信2000年5月提出的TDSCDMA標準已成為國際電信聯(lián)盟正式采納的三大標準之一。此外，在國家“863”計劃的支持下，開展了Beyond 3G技術的研究，預期該技術可望在2010年后開始商用。    Beyond 3G技術對我國經(jīng)濟社會發(fā)展和國防建設具有十分重要的意義。 德爾菲專家調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果顯示，我國研發(fā)水平比領先國家落后5年左右， 通過自主開發(fā)

7、或聯(lián)合開發(fā)，在未來5年可能形成自主知識產(chǎn)權(quán)。以華為、 中興為代表的一批高技術通信設備制造業(yè)公司，在第三代移動通信設備（3G）等研發(fā)方面緊跟國際前沿，打破了國外公司對高技術通信設備的壟斷，開始參與國際通信標準的制定，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術，具備了參與國際競爭的能力，具備實現(xiàn)技術和產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展的契機。    中國下一代網(wǎng)絡體系 下一代網(wǎng)絡（NGN）泛指以IP為核心，同時可以支持語音、 數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務的因特網(wǎng)、移動通信網(wǎng)絡和固定電話通信網(wǎng)絡的融合網(wǎng)絡。    世界各國和國際通信標準化組織都在積極開展下一代網(wǎng)絡的研究開發(fā)

8、工作。國際電信聯(lián)盟電信標準化部門（ITUT）、歐洲電信標準化協(xié)會（ETSI）、互聯(lián)網(wǎng)工程任務組（IETF）、第三代伙伴組織計劃（3GPP）等，都在致力于下一代網(wǎng)絡體系的研究。目前，美國、日本、韓國、新加坡以及歐盟都已啟動了下一代互聯(lián)網(wǎng)研究計劃，全面開展各項核心技術的研究和開發(fā)。    我國在下一代網(wǎng)絡的研究方面已取得了較大進展。“九五”期間，863計劃建成了“中國高速信息示范網(wǎng)”（CAINONET）、國家科學基金委支持的“中國高速互連研究試驗網(wǎng)NSFCNET”等重大項目，目前已開始基于NGN的軟交換技術在移動和多媒體通信中的應用研究。中興、華為等還推出了基于軟交換

9、的NGN解決方案；在下一代互聯(lián)網(wǎng)研究上，中興、港灣網(wǎng)絡等推出的高端路由交換機，可應用于國家骨干IP網(wǎng)絡建設，以及大中型寬帶IP城域網(wǎng)核心骨干和匯聚。國內(nèi)公司還開始自行設計高端分組交換定制ASIC芯片。我國已成為少數(shù)幾個能夠提供全系列數(shù)據(jù)通信設備的國家之一。    下一代網(wǎng)絡技術對促進我國高新技術的發(fā)展，以及對改造和提升我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)具有舉足輕重的作用，對國家安全至關重要。從總體上看，我國互聯(lián)網(wǎng)技術跟隨國外發(fā)展，在技術選擇上缺乏系統(tǒng)研究，走過一些彎路，至今與國外仍存在較大差距。無論網(wǎng)絡用戶規(guī)模、網(wǎng)絡應用、網(wǎng)絡技術或網(wǎng)絡產(chǎn)品都尚有很大的發(fā)展空間。從全局著眼，應不失時機地

10、開展中國下一代網(wǎng)絡體系的研究、應用試驗、關鍵技術研究和產(chǎn)品開發(fā)。不能像第一代互聯(lián)網(wǎng)那樣，技術、標準都是外國的，給國家安全造成隱患。    納米級芯片技術    當前，集成電路的發(fā)展仍遵循“摩爾定律”，即其集成度和產(chǎn)品性能每18個月增加一倍，按照器件特征尺寸縮小、硅片尺寸增加、芯片集成度提高和設計技術優(yōu)化的途徑繼續(xù)發(fā)展。    自上世紀90年代以來， 全球集成電路制造技術升級換代速度加快。 當前國際上CMOS集成電路大規(guī)模生產(chǎn)的主流技術是130nm， 英特爾等部分技術先進的芯片制造公司已在用90nm進行高性

11、能芯片生產(chǎn)。2005年，美國AMD公司已開始量產(chǎn)90nm的高性能芯片，國際上對65nm技術的開發(fā)也已成功。伴隨130nm到90nm技術的升級， 考慮到擴大生產(chǎn)規(guī)模和降低成本，大多數(shù)公司將使用12英寸替代8英寸硅基片， 這也必將帶來半導體設備的大量更新。    近年來我國一些先進集成電路制造公司的崛起，使國內(nèi)集成電路制造工藝技術與國際先進水平的差距有了顯著的縮小，但整體水平仍與先進國家相差23代。目前，我國集成電路設計公司年設計能力已超過500種，主流設計水平達到180nm，130nm技術正在開發(fā)中，90nm技術的研發(fā)也開始著手進行。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展看，我國集成電路已初步

12、形成由十多家芯片生產(chǎn)骨干企業(yè)、十多家重點封裝廠、二十多家初具規(guī)模的設計公司、若干家關鍵材料及專用設備儀器制造廠組成的產(chǎn)業(yè)群體，設計、芯片制造、封裝三業(yè)并舉的蓬勃發(fā)展態(tài)勢。以中科院所為代表的研究機構(gòu)和企業(yè)在CPU研發(fā)方面所取得的新進展，標志著我國集成電路設計具有較強能力，與國際先進水平的差距進一步縮小。目前我國芯片業(yè)大多集中在低端的、通信、銀行、信息管理、石油、勞動保障、身份識別、防偽等領域，IC卡芯片所占比重一直占據(jù)芯片總體市場的20左右。    世界第一顆0.13微米工藝TDSCDMA 3G手機核心芯片10月9日在重慶問世    今

13、后的IC是納米制造技術的時代，而納米級芯片技術是我國趕超國際的關鍵，它的成功將會是我國IC發(fā)展史上的重要里程碑和持續(xù)發(fā)展的動力，專家認為應優(yōu)先發(fā)展。    中文信息處理技術    包括漢字和少數(shù)民族文字在內(nèi)的中文信息處理技術，是漢語言學和計算機科學技術的融合，是一門與語言學、計算機科學、心、數(shù)學、控制論、信息論、聲學、自動化技術等多種學科相聯(lián)系的邊緣交叉性學科。    隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，中文信息處理技術已滲透到社會生活的各個方面。1994年，微軟開始進入中文軟件市場，微軟的WORD把國產(chǎn)WPS擠出了市場，

14、繼而Windows中文版又把國產(chǎn)中文之星擠垮。微軟憑借其強大的優(yōu)勢地位，使國產(chǎn)的中文信息處理軟件舉步維艱。中文版的Windows、Office等占據(jù)了大部分的中文軟件市場，使中文信息處理逐漸喪失了其特殊地位。    經(jīng)過二三十年的努力，我國的中文信息處理，包括中文的編碼、字型、輸入、顯示、輸出等的基本處理技術已經(jīng)實用化，目前正在逐漸擺脫“字處理”階段，處于向更高級階段快速發(fā)展的時期。包括中文的文字識別機和手寫文字識別、語音合成、語音識別、語言理解和智能接口等技術的研究已獲得進展。中文的全文檢索、內(nèi)容管理、智能搜索、中文和其他文字之間的機器翻譯等技術也正在開發(fā)、研制

15、，并取得了較大進展，涌現(xiàn)了聯(lián)想、方正、四通、漢王、華建等公司。    隨著中國加入WTO與世界各國交流的逐漸擴大以及網(wǎng)絡信息時代的來臨， 中文信息處理技術越發(fā)顯得重要，其自動化水平的提高，將大大促進我國科技、國民經(jīng)濟和社會發(fā)展，同時使中華民族的文化在信息時代得到新的發(fā)展。未來無疑應當加強中文信息處理技術的研發(fā)投入與政策傾斜。    人類功能基因組學研究    20世紀末啟動的人類基因組計劃被公認為生命科學發(fā)展史上的里程碑，其規(guī)模和意義超過了曼哈頓原子彈計劃和阿波羅登月計劃。隨著人類基因組、水稻基因組以及其

16、他重要微生物等50多種生物基因組全序列測定工作的完成，國際基因組研究進入到功能基因組學新階段。    功能基因組學已成為21世紀國際研究的前沿，代表基因分析的新階段。它是利用結(jié)構(gòu)基因組所提供的信息和產(chǎn)物，發(fā)展和應用新的實驗手段，通過在基因組或系統(tǒng)水平上全面分析基因的功能，使生物學研究從對單一基因或蛋白質(zhì)的研究轉(zhuǎn)向多個基因或蛋白質(zhì)同時進行系統(tǒng)的研究，是在基因組靜態(tài)的堿基序列弄清楚之后轉(zhuǎn)入對基因組動態(tài)的生物學功能學研究。從1997年迄今已發(fā)表的有關功能基因組學的數(shù)以千計，其中不少發(fā)表在細胞自然科學等國際著名刊物上。    目前功能基因組研

17、究的重點集中在四個方面：一是基因測序技術研究。預計今后幾年內(nèi)，測序技術將繼續(xù)發(fā)展，特別是有一些重要的改進將直接用于功能基因組的研究；二是單核苷多態(tài)性（SNP）以及在此基礎上建立的SNP單體型研究；三是基因組有序表達的研究。主要包括基因的深入鑒定、基因表達與轉(zhuǎn)錄組研究、蛋白和蛋白質(zhì)組研究、代謝網(wǎng)絡和代謝分子研究、基因表達調(diào)控研究等；四是計算生物學和系統(tǒng)生物學研究。    近幾年來，在國家“863”計劃、國家重大科技專項等的資助下，我國功能基因組學研究取得了一系列進展。中華民族占世界人口的15，有豐富的遺傳疾病家系資源，這是我國發(fā)展功能基因組研究的有利因素?！笆濉逼?/p>

18、間，我國參與國際蛋白質(zhì)組計劃、國際人類基因組單體型圖計劃，高質(zhì)量按時完成了項目中所承擔的21號染色體區(qū)域的任務，建立并完善了中華民族基因組和重要疾病相關基因SNPs及其單倍型的數(shù)據(jù)庫的建設，在國際一流雜志上發(fā)表了一批高水平學術論文，申報了一批國家專利，收集、保存了一批寶貴的遺傳資源，并初步建立了遺傳資源收集網(wǎng)絡和資源信息庫的采集管理系統(tǒng)，組建了一批國家級基地，培養(yǎng)了一支隊伍，建立了一批技術平臺。但總體而言，我國在功能基因組研究及應用方面的原始創(chuàng)新成果數(shù)量較少，還不能為醫(yī)藥生物技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供足夠的知識和產(chǎn)品。    未來研究重點包括：  功能基因組研究

19、。重點開展植物功能基因組研究、人類功能基因組研究和重要病原微生物及特殊微生物功能基因組研究；    蛋白質(zhì)組學研究。蛋白質(zhì)組學是一個新生領域，目前還處于初期發(fā)展階段，仍有許多困難有待克服。我國應選擇具有特色的領域開展研究；    生物信息技術。我國的研究重點應集中在生物信息數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建、生物信息的開發(fā)、加工、利用及生物信息并行處理方面；    生物芯片技術及產(chǎn)品。通過微加工技術和微技術在固體芯片表面構(gòu)建的微型生物化學分析系統(tǒng)，以實現(xiàn)對細胞、蛋白質(zhì)、DNA以及其他生物組分的準確、快速、大信息量的檢測。常用的

20、生物芯片包括基因芯片、蛋白質(zhì)芯片、生化反應芯片和樣品制備芯片等。生物芯片的主要特點是高通量、微型化和自動化。我國生物芯片研究緊跟國際前沿，它將對我國生命科學研究、醫(yī)學診斷、新藥篩選具有革命性的推動作用，也將對我國人口素質(zhì)、農(nóng)業(yè)發(fā)展、環(huán)境保護等作出巨大的貢獻。    專家認為，我國人類功能基因組學研究的研發(fā)水平比領先國家落后5年左右， 若能高度重視，充分利用我國已有的技術和資源優(yōu)勢，未來10年我國可能實現(xiàn)人類功能基因組學研究的跨越發(fā)展。1           蛋白質(zhì)組學研究 &

21、#160;   隨著被譽為解讀人類生命“天書”的人類基因組計劃的成功實施，生命的戰(zhàn)略重點轉(zhuǎn)移到以闡明人類基因組整體功能為目標的功能基因組學上。蛋白質(zhì)作為生命活動的“執(zhí)行者”，成為新的研究焦點。以研究一種細胞、組織或完整生物體所擁有的全套蛋白質(zhì)為特征的蛋白質(zhì)組學自然就成為功能基因組學中的“中流砥柱”，構(gòu)成了功能基因組學研究的戰(zhàn)略制高點。    目前蛋白質(zhì)組學的主要內(nèi)容是建立和蛋白質(zhì)組研究技術方法，進行蛋白質(zhì)組分析。為了保證分析過程的精確性和重復性，大規(guī)模樣品處理機器人也被應用到該領域。整個研究過程包括樣品處理、蛋白質(zhì)的分離、蛋白質(zhì)豐度分析、蛋白質(zhì)

22、鑒定等步驟。    附圖    自1995年蛋白質(zhì)組一詞問世到現(xiàn)在，蛋白質(zhì)組學研究得到了突飛猛進的發(fā)展。我國的蛋白質(zhì)組研究也在迅速開展，并取得了許多有意義的成果，科學家已經(jīng)在重大疾病如肝癌，比較蛋白質(zhì)組學的研究等方面取得了重要成就，在“973 ”計劃的資助下，我國已經(jīng)開始了二維電泳蛋白組分離研究、圖像分析技術和蛋白質(zhì)組鑒定質(zhì)譜技術研究等。    如何抓住國際上蛋白質(zhì)組學研究剛剛啟動的時機，迅速地進入到蛋白質(zhì)組學研究的國際前沿，是擺在我國生命科學研究發(fā)展方向上的一個重要課題。  

23、0; 目前我國在該領域的研發(fā)基礎較好，只比先進國家落后5年左右。 蛋白質(zhì)組學屬科學前沿，專家建議結(jié)合我國現(xiàn)行的基因組研究及其他有我國特色或優(yōu)勢的領域開展研究，不要重復或追隨國際已有的工作，而應走自己的路，未來10年內(nèi)有可能取得重大科學突破。    生物制藥技術    生物制藥被稱為生物技術的“第一次浪潮”，其誘人前景引起了全世界各國政府、科技界、界的高度關注。    在過去的30年間，全球生物技術取得了令人矚目的成就。據(jù)美國著名咨詢機構(gòu)安永公司2004年和2005年發(fā)表的第十八和第十九次全球生物技術年度報

24、告分析，2003年全球生物技術產(chǎn)業(yè)營收達410億美元。目前已有190余種生物技術產(chǎn)品獲準上市，激發(fā)起投資者對生物技術股與融資的興趣。    近20年來，我國醫(yī)藥生物技術產(chǎn)業(yè)取得了長足的進步，據(jù)中國生物技術發(fā)展報告2004統(tǒng)計，我國已有25種基因工程藥物和基因工程疫苗，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的上市藥物達9種，重組人干擾素噴鼻劑2003年4月獲得國家臨床研究批文，可用于較大規(guī)模高危人群的預防。但總體上與世界先進水平相比還存在很大的差距，醫(yī)藥生物技術產(chǎn)品的銷售收入僅占醫(yī)藥總銷售額的7.5左右。    為加快我國生物制藥技術的發(fā)展，今后的研究開發(fā)重

25、點是：    生物技術藥物（包括疫苗）及制備技術。圍繞危害人民健康的神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和腫瘤等重大疾病和疑難病癥的防治與診斷，應用基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程和酶工程等技術，開發(fā)單克隆抗體、基因工程藥物、反義藥物、基因藥物、可溶性蛋白質(zhì)藥物和基因工程疫苗，拓寬醫(yī)藥新產(chǎn)品領域；    高通量篩選技術。目前，國外許多制藥公司已把高通量篩選作為發(fā)現(xiàn)先導化合物的主要手段。典型的高通量篩選模式為每次篩選1000個化合物，而超高通量篩選可每天篩選10萬多個化合物。隨著分析容量的增大，分析檢測技術、液體處理及自動化、連續(xù)流動以及信息處理

26、將成為未來高通量篩選技術研究的重點；    天然藥物原料制備。目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)人類患有3萬多種疾病，其中13靠對癥治療，極少數(shù)人能夠治愈，而大多數(shù)人缺乏有效的治療藥物。以往多用合成藥物，隨著科技的進步，人們自我保健意識增強，對天然藥物的追求與日俱增。當前世界各國都在加強天然藥物的研發(fā)。    生物信息學研究    在生命科學的研究中，以機為工具對生物信息進行儲存、檢索和分析，對基因組研究相關生物信息獲取、加工、儲存、分配、分析和解釋上世紀80年代一經(jīng)產(chǎn)生，生物信息學就得到了迅猛發(fā)展。其研究一方面是對海量數(shù)據(jù)

27、的收集、整理與服務；另一方面是利用這些數(shù)據(jù)，從中發(fā)現(xiàn)新的。    具體地講，生物信息學是把基因組DNA序列信息分析作為源頭， 找到基因組序列中代表蛋白質(zhì)和RNA基因的編碼區(qū)；同時， 闡明基因組中大量存在的非編碼區(qū)的信息實質(zhì)，破譯隱藏在DNA序列中的遺傳語言規(guī)律；在此基礎上，歸納、 整理與基因組遺傳信息釋放及其調(diào)控相關的轉(zhuǎn)錄譜和蛋白質(zhì)譜的數(shù)據(jù)，從而認識代謝、發(fā)育、分化、進化的規(guī)律。另外生物信息學還利用基因組中編碼區(qū)的信息進行蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的模擬和蛋白質(zhì)功能的預測，并將此類信息與生物體和生命過程的生理生化信息相結(jié)合，闡明其分子機理，最終進行蛋白質(zhì)、核酸的分子設計、藥物

28、設計和個體化的醫(yī)療保健設計。    生物信息學的發(fā)展已經(jīng)將基因組信息學、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)計算與模擬以及藥物設計有機地連接在一起，它將導致生物學、物、數(shù)學、計算機科學等多種科學文化的融合，造就一批新的交叉學科?？茖W家們普遍相信，本世紀最初的若干年是人類基因組研究取得輝煌成果的時代，也是生物信息學蓬勃發(fā)展的時代。據(jù)預測，到2005年生物信息的全球市場價值將達到400億美元。    我國生物信息學研究起步較早。20世紀80年代末，國內(nèi)學者就在自然上報道了免疫球蛋白基因超家族計算機分析的工作。目前，多家大學和研究機構(gòu)也相繼成立了生物信息中心或研究所，各種原始數(shù)據(jù)庫、鏡像數(shù)據(jù)庫和二級數(shù)據(jù)庫也已經(jīng)逐步建立，同時我國還建立了相關的工作站和服務器，實現(xiàn)了與國際主要基因組數(shù)據(jù)庫及研究中心的網(wǎng)絡連接，開發(fā)了用于核酸、蛋白結(jié)構(gòu)、功能分析的計算工具以及蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)預測、并行化的高通量基因拼接和基于群論方法開發(fā)的基因預測等多種軟件。中國學者還運用自主開發(fā)的電腦克隆程序，開展了大規(guī)模EST 數(shù)據(jù)分析，建立了一系列基因組序列分析新算法和新技術，并在國內(nèi)外著名科學雜志上發(fā)表了一系列，取得了