国科〔2013〕号

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1 关于组织申报国家重点研发计划试点专项 2017 年度第一批项目 的通知 海西院各研究所 创新平台 课题组 : 根据国务院印发的 关于深化中央财政科技计划 ( 专项 基金等 ) 管理改革的方案 ( 国发 [2014]64 号 ) 的总体部署, 按照国家重点研发计划组织管理的相关要求, 干细胞及转化研究 等 14 个重点专项 2017 年度项目申报指南予以公布,( 参见附件通知, 国科发资 号, 或 参见 并附上各重点专项的指南编制专家名单 其中 纳米科技 大科学装置前沿研究 等重点专项与我所研究方向密切相关, 请各研究所 创新平台 课题组根据指南要求做好项目组织申报工作 现将有关事项通知如下 : 一 申请资格主要要求 1 申报单位同一项目须通过单个推荐单位申报, 不得多头申报和重复申报 2 项目( 含任务或课题 ) 负责人申报项目当年不超过 60 周岁 (1957 年 1 月 1 日以后出生 ; 对于部分试点专项设立的青年项目, 项目 ( 含任务或课题 ) 负责人申报项目当年不超过 35 周岁 (1982 年 1 月 1 日以后出生 ) 项目或青年项目 ( 含任务或课题 ) 负责人均须具有高级职称或博士学位 3 项目 ( 含任务或课题 ) 负责人限申报一个项目, 在研项目 ( 含任务或课题 ) 负责人不得申报国家重点研发计划试点专项项目 ; 项目主要参加人员的申报项目和改革前计划在研项目总数不得超过两个 ; 计划任务书执行期 ( 包括延期后的执行期 ) 到 2017 年 6 月 30 日之前的在研项目 ( 含任务或课题 ) 不在限项范围内 1

2 4 特邀咨评委委员不能申报项目 ( 含任务或课题 ); 参与重点专项实施方案或本年度项目指南编制的专家, 不能申报该重点专项项目 ( 含任务或课题 ) 5 各申报单位在正式提交项目申报书前可利用国家科技管理信息系统公共服务平台查询相关参与人员承担改革前科技计划在研项目和课题情况, 避免重复申报 6 项目的具体申报要求, 详见各试点专项的申报指南 二 申报方式 1 网上填报 : 按要求进行网上申报, 项目预申报书 申报书具体格式在国家科技管理信息系统公共服务平台 ( 相关专栏下载 网络填报的受理时间为 :2016 年 10 月 17 日 8:00 至 11 月 14 日 17:00 2 组织推荐 : 请各推荐单位参考往年推荐规模, 加强对所推荐的项目申请者及其合作方的资质 科研能力的审核把关, 并出具推荐函 推荐单位有 (1) 国务院有关部门科技主管司局 ( 如中科院 );(2) 各省 自治区 直辖市 计划单列市及新疆生产建设兵团科技主管部门 ( 如福建省科技厅 );(3) 原工业部门转制成立的行业协会 ;(4) 纳入科技部试点范围并评估结果为 A 类的产业技术创新战略联盟 请各推荐单位于 2016 年 11 月 16 日前 ( 以寄出时间为准 ), 将加盖推荐单位公章的推荐函 ( 纸质, 一式 2 份 ) 推荐项目清单 ( 纸质, 一式 2 份 ) 寄送科技部信息中心 推荐项目清单须通过系统直接生成打印 3 材料报送和业务咨询 : 材料报送和业务咨询 请各申报单位于 2016 年 11 月 16 日前 ( 以寄出时间为准 ), 将加盖申报单位公章的预申报书 ( 纸质, 一式 2 份 ), 寄送承担项目所属重点专项管理的专业机构 预申报书须通过系统直接生成打印 2

3 三 申报要求 : 1 请认真阅读科技部关于发布国家重点研发计划干细胞及转化研究等重点专项 2017 年度项目申报指南的通知及各重点专项的申报指南 ( 参见附件通知, 国科发资 号, 或参见 注意 申报限项 申报要求 研究内容 考核指标 有关说明等 ; 2 请积极主动与试点专项有关优势单位 ( 包括企业 高校 科研院所 协会等 ) 联系, 联合合作, 协同创新, 扎实做好项目组织申报策划工作 3 由于项目申报需要通过相关上级部门的组织推荐, 请各位及时反馈项目组织申报策划情况给科技处, 科技处将尽力做好服务协调工作, 并做好与推荐部门的联系和沟通工作 4 科技处联系人 : 朱颖 :yzhu@fjirsm.ac.cn 林清华 :lqh@fjirsm.ac.cn 科技处 2016 年 10 月 10 日 3

4 科技部关于发布国家重点研发计划干细胞及转化研究等重点专项 2017 年度项目申报指南的通知国科发资 号各省 自治区 直辖市及计划单列市科技厅 ( 委 局 ), 新疆生产建设兵团科技局, 国务院各有关部门科技主管司局, 各有关单位 : 根据国务院印发的 关于深化中央财政科技计划 ( 专项 基金等 ) 管理改革的方案 ( 国发 [2014]64 号 ) 的总体部署, 按照国家重点研发计划组织管理的相关要求, 现将 干细胞及转化研究 等 14 个重点专项 2017 年度项目申报指南予以公布 请根据指南要求组织项目申报工作 有关事项通知如下 一 项目组织申报要求及评审流程 1. 申报单位根据指南支持方向的研究内容以项目形式组织申报, 项目可下设任务 ( 或课题 ) 项目应整体申报, 须覆盖相应指南方向的全部考核指标 项目申报单位推荐 1 名科研人员作为项目负责人, 每个任务 ( 或课题 ) 设 1 名负责人, 项目负责人可担任其中 1 个任务 ( 或课题 ) 负责人 2. 项目的组织实施应整合集成全国相关领域的优势创新团队, 聚焦研发问题, 强化基础研究 共性关键技术研发和典型应用示范各项任务间的统筹衔接, 集中力量, 联合攻关 3. 国家重点研发计划项目申报评审采取填写预申报书 正式申报书两步进行, 具体工作流程如下 : 项目申报单位根据指南相关申报要求, 通过国家科技管理信息系统填写并提交 3000 字左右的项目预申报书, 详细说明申报项目的目标和指标, 简要说明创新思路 技术路线和研究基础 项目申报单位与所有参与单位签署联合申报协议, 并明确协议签署时间 ; 项目申报单位和项目负责人签署诚信承诺书 从指南发布日到预申报书受理截止日不少于 30 天 4

5 各推荐单位加强对所推荐的项目申报材料审核把关, 按时将推荐项目通过国家科技管理信息系统统一报送 专业机构在受理项目预申报后, 组织形式审查, 并开展首轮评审工作 首轮评审不需要项目负责人进行答辩 根据专家的评审结果, 遴选出 3-4 倍于拟立项数量的申报项目, 进入下一步答辩评审 对于未进入答辩评审的申报项目, 及时将评审结果反馈项目申报单位和负责人 申报单位在接到专业机构关于进入答辩评审的通知后, 通过国家科技管理信息系统填写并提交项目正式申报书 正式申报书受理时间为 30 天 专业机构对进入正式评审的项目申报书进行形式审查, 并组织答辩评审 申报项目的负责人通过网络视频进行报告答辩 根据专家评议情况择优立项 对于支持 1-2 项的指南方向, 如申报项目的评审结果前两位评价相近, 且技术路线明显不同, 可同时立项支持, 并建立动态调整机制, 结合过程管理开展中期评估, 根据评估结果确定后续支持方式 二 组织申报的推荐单位 1. 国务院有关部门科技主管司局 ; 2. 各省 自治区 直辖市 计划单列市及新疆生产建设兵团科技主管部门 ; 3. 原工业部门转制成立的行业协会 ; 4. 纳入科技部试点范围并评估结果为 A 类的产业技术创新战略联盟, 以及纳入科技部 财政部开展的科技服务业创新发展行业试点联盟 各推荐单位应在本单位职能和业务范围内推荐, 并对所推荐项目的真实性等负责 国务院有关部门推荐与其有业务指导关系的单位, 行业协会和产业技术创新战略联盟 科技服务业创新发展行业试点联盟推荐其会员 5

6 单位, 省级科技主管部门推荐其行政区划内的单位 推荐单位名单在国家科技管理信息系统公共服务平台上公开发布 三 申请资格要求 1. 牵头申报单位和参与单位应为中国大陆境内注册的科研院所 高等学校和企业等, 具有独立法人资格, 注册时间为 2015 年 12 月 31 日前, 有较强的科技研发能力和条件, 运行管理规范 政府机关不得作为申报单位进行申报 申报单位同一个项目只能通过单个推荐单位申报, 不得多头申报和重复申报 2. 项目 ( 含任务或课题 ) 负责人须具有高级职称或博士学位,1957 年 1 月 1 日以后出生, 每年用于项目的工作时间不得少于 6 个月 干细胞及转化研究 纳米科技 量子调控与量子信息 蛋白质机器与生命过程调控 4 个重点专项中设立青年科学家项目, 青年科学家项目不设课题, 项目负责人及参与人员均应为 1982 年 1 月 1 日以后出生 青年科学家项目负责人须同时具有高级职称和博士学位 3. 项目 ( 含任务或课题 ) 负责人原则上应为该项目 ( 含任务或课题 ) 主体研究思路的提出者和实际主持研究的科技人员 中央和地方各级政府的公务人员 ( 包括行使科技计划管理职能的其他人员 ) 不得申报项目 ( 含任务或课题 ) 4. 项目 ( 含任务或课题 ) 负责人限申报 1 个项目 ( 含任务或课题 ); 国家重点基础研究发展计划 (973 计划, 含重大科学研究计划 ) 国家高技术研究发展计划 (863 计划 ) 国家科技支撑计划 国家国际科技合作专项 国家重大科学仪器设备开发专项 公益性行业科研专项 ( 以下简称 改革前计划 ) 以及国家科技重大专项 国家重点研发计划重点专项在研项目 ( 含任务或课题 ) 负责人不得牵头申报项目 ( 含任务或课题 ) 国家重点研发计划重点专项的在研项目负责人 ( 不含任务或课题负责人 ) 也不得参与申报项目 ( 含任务或课题 ) 6

7 项目骨干的申报项目和改革前计划 国家科技重大专项 国家重点研发计划在研项目总数不得超过 2 个 ; 改革前计划 国家科技重大专项 国家重点研发计划的在研项目 ( 含任务或课题 ) 负责人不得因申报国家重点研发计划重点专项项目 ( 含任务或课题 ) 而退出目前承担的项目 ( 含任务或课题 ) 计划任务书执行期 ( 包括延期后的执行期 ) 到 2017 年 6 月 30 日之前的在研项目 ( 含任务或课题 ) 不在限项范围内 5. 特邀咨评委委员不能申报项目 ( 含任务或课题 ); 参与重点专项实施方案或本年度项目指南编制的专家, 不能申报该重点专项项目 ( 含任务或课题 ) 6. 受聘于内地单位的外籍科学家及港 澳 台地区科学家可作为重点专项的项目 ( 含任务或课题 ) 负责人, 全职受聘人员须由内地聘用单位提供全职聘用的有效证明, 非全职受聘人员须由内地聘用单位和境外单位同时提供聘用的有效证明, 并随纸质项目预申报书一并报送 7. 申报项目受理后, 原则上不能更改申报单位和负责人 8. 项目的具体申报要求, 详见各重点专项的申报指南 各申报单位在正式提交项目申报书前可利用国家科技管理信息系统公共服务平台查询相关科研人员承担改革前计划和国家科技重大专项 国家重点研发计划重点专项在研项目 ( 含任务或课题 ) 情况, 避免重复申报 四 具体申报方式 1. 网上填报 请各申报单位按要求通过国家科技管理信息系统公共服务平台进行网上填报 项目管理专业机构将以网上填报的申报书作为后续形式审查 项目评审的依据 预申报书格式在国家科技管理信息系统公共服务平台相关专栏下载 7

8 项目申报单位网上填报预申报书的受理时间为 :2016 年 10 月 17 日 8: 00 至 11 月 14 日 17:00 申报项目通过首轮评审后, 申报单位按要求填报正式申报书, 并通过国家科技管理信息系统提交, 具体时间和有关要求另行通知 国家科技管理信息系统公共服务平台 : 技术咨询电话 : ( 中继线 ); 技术咨询邮箱 2. 组织推荐 请各推荐单位于 2016 年 11 月 16 日前 ( 以寄出时间为准 ), 将加盖推荐单位公章的推荐函 ( 纸质, 一式 2 份 ) 推荐项目清单 ( 纸质, 一式 2 份 ) 寄送科技部信息中心 推荐项目清单须通过系统直接生成打印 寄送地址 : 北京市海淀区木樨地茂林居 18 号写字楼, 科技部信息中心协调处, 邮编 : 联系电话 : 材料报送和业务咨询 请各申报单位于 2016 年 11 月 16 日前 ( 以寄出时间为准 ), 将加盖申报单位公章的预申报书 ( 纸质, 一式 2 份 ), 寄送承担项目所属重点专项管理的专业机构 预申报书须通过系统直接生成打印 各重点专项的咨询电话及寄送地址如下 : (1) 干细胞及转化研究 试点专项 : 中国生物技术发展中心, 寄送地址 : 北京市海淀区西四环中路 16 号院 4 号楼, 邮编 : (2) 纳米科技 重点专项 : ; 8

9 (3) 量子调控与量子信息 重点专项 : ; (4) 大科学装置前沿研究 重点专项 : ; (5) 蛋白质机器与生命过程调控 重点专项 : ; (6) 全球变化及应对 重点专项 : 科学技术部高技术研究发展中心, 寄送地址 : 北京市三里河路一号 9 号楼, 邮编 : (7) 化学肥料和农药减施增效综合技术研发 试点专项 : ; (8) 粮食丰产增效科技创新 重点专项 : ; (9) 农业面源和重金属污染农田综合防治与修复技术研发 重点专项 : 农业部科技发展中心, 寄送地址 : 北京市朝阳区东三环南路 96 号农丰大厦, 邮编 : (10) 七大农作物育种 试点专项 : ; (11) 现代食品加工及粮食收储运技术与装备 重点专项 : ; (12) 畜禽重大疫病防控与高效安全养殖综合技术研发 重点专项 : ; (13) 林业资源培育及高效利用技术创新 重点专项 : ; (14) 智能农机装备 重点专项 : 中国农村技术开发中心, 寄送地址 : 北京市西城区三里河路 54 号, 邮编 :

10 附件 : 1. 干细胞及转化研究 试点专项 2017 年度项目申报指南 ( 指南编制专家名单 ) 2. 纳米科技 重点专项 2017 年度项目申报指南 ( 指南编制专家名单 ) 3. 量子调控与量子信息 重点专项 2017 年度项目申报指南 ( 指南编制专家名单 ) 4. 大科学装置前沿研究 重点专项 2017 年度项目申报指南 ( 指南编制专家名单 ) 5. 蛋白质机器与生命过程调控 重点专项 2017 年 ( 指南编制专家名单 ) 6. 全球变化及应对 重点专项 2017 年度项目申报指南 ( 指南编制专家名单 ) 7. 化学肥料和农药减施增效综合技术研发 试点专项 2017 年度项目申报指南 ( 指南编制专家名单 ) 8. 粮食丰产增效科技创新 重点专项 2017 年度项目申报指南 ( 指南编制专家名单 ) 9. 农业面源和重金属污染农田综合防治与修复技术研发 重点专项 2017 年度项目申报指南 ( 指南编制专家名单 ) 10. 七大农作物育种 试点专项 2017 年度项目申报指南 ( 指南编制专家名单 ) 11. 现代食品加工及粮食收储运技术与装备 重点专项 2017 年度项目申报指南 ( 指南编制专家名单 ) 12. 畜禽重大疫病防控与高效安全养殖综合技术研发 重点专项 2017 年度项目申报指南 ( 指南编制专家名单 ) 10

11 13. 林业资源培育及高效利用技术创新 重点专项 2017 年度项目申报指南 ( 指南编制专家名单 ) 14. 智能农机装备 重点专项 2017 年度项目申报指南 ( 指南编制专家名单 ) 科技部 2016 年 10 月 9 日签发 2016 年 10 月 10 日发布 11

12 附件 1 干细胞及转化研究 试点专项 2017 年度项目申报指南 为提升我国干细胞研究水平并推动相关研究成果的转化应用, 按照 国家中长期科技发展规划纲要 ( 年 ) 部署, 根据 国务院关于深化中央财政科技计划 ( 专项 基金等 ) 管理改革的方案, 科技部会同教育部 卫生计生委 中国科学院 自然科学基金会及总后卫生部等部门组织专家编制了干细胞及转化研究试点专项实施方案 干细胞及转化研究试点专项按照面向转化 夯实基础 突破瓶颈 实现引领的思路, 以增强我国干细胞转化应用的核心竞争力为目标, 以我国多发的神经 血液 心血管 生殖等系统和肝 肾 胰等器官的重大疾病治疗为需求牵引, 面向国际干细胞研究发展前沿, 聚焦干细胞及转化研究的重大基础科学问题和瓶颈性关键技术, 争取在优势重点领域取得科学理论和核心技术的原创性突破, 推动干细胞研究成果向临床应用的转化, 整体提升我国干细胞及转化医学领域技术水平 专项实施方案部署 8 个方面的研究任务 :1. 多能干细胞建立与干性维持 ;2. 组织干细胞获得 功能和调控 ;3. 干细胞定向分化及细胞转分化 ;4. 干细胞移植后体内功能建立与调控 ;5. 基于干细胞的组织和器官功能再造 ;6. 干细胞资源库 ; 7. 利用动物模型的干细胞临床前评估 ;8. 干细胞临床研究 1

13 2016 年, 干细胞及转化研究试点专项围绕以上主要任务, 共立项支持 25 个研究项目 ( 其中青年科学家项目 10 项 ) 根据专项实施方案和 十三五 期间有关部署,2017 年, 干细胞及转化研究试点专项将围绕多能干细胞建立与干性维持, 组织干细胞获得 功能和调控, 干细胞定向分化及细胞转分化, 干细胞移植后体内功能建立与调控, 基于干细胞的组织和器官功能修复, 干细胞资源库, 利用动物模型的干细胞临床前评估, 干细胞临床研究等方面继续部署项目, 拟优先支持 28 个研究方向 ( 每个方向拟支持 1-2 个项目 ), 国拨总经费 8.5 亿元 ( 其中, 拟支持青年科学家项目不超过 10 个, 国拨总经费不超过 6000 万元 ) 申报单位根据指南支持方向, 面向解决重大科学问题和突破关键技术进行一体化设计 鼓励围绕一个重大科学问题或重要应用目标, 从基础研究到应用研究全链条组织项目 鼓励依托国家重点实验室等重要科研基地组织项目 项目应整体申报, 须覆盖相应指南方向的全部考核指标 项目执行期一般为 5 年 一般项目下设课题数原则上不超过 4 个, 每个项目所含单位数控制在 4 个以内 青年科学家项目可参考指南方向 ( 标 * 除外 ) 组织项目申报, 但不受研究内容和考核指标限制 2

14 1. 多能干细胞的建立与干性维持 1.1 多能性维持与胚层早期分化研究内容 : 结合胚层谱系标记 功能性筛选及单细胞技术, 研究人多能干细胞的多能性维持 分化早期细胞异质性及谱系分化调控 考核指标 : 鉴定 5 种以上新的多能性标志分子 ; 发现 1-3 种关于多能性建立和维持的新机制 ; 发现 1 种以上关于分化早期异质性建立和演进机制 ; 发现 5 种以上调控早期胚层形成的新基因并阐明机制 1.2 干细胞命运决定的转录调控研究内容 : 结合干细胞与模型动物, 研究关键转录因子 辅助因子及 DNA 修饰在干细胞命运调控中的作用 考核指标 : 确立不少于 3 个转录因子 5 个辅助因子及新型 DNA 修饰及其组合参与细胞命运调控的新机制 ; 阐释至少一种谱系干细胞层级演化的特性与共性规律 1.3 细胞编程与重编程中的表观遗传学调控研究内容 : 多能干细胞自我更新 分化或重编程等过程中影响细胞命运的关键染色质结构 新型核酸修饰 非编码 RNA 或翻译后修饰等 考核指标 : 以人多能干细胞为研究对象, 发掘多能干细胞干性维持和命运决定过程中新的表观遗传调控因素, 以这些因素如何协同调控细胞命运转变进行研究 ; 发现不少于 3 个能提升干细胞质和量的表观遗传学新靶点分子 3

15 1.4 细胞周期与多能性维持与分化研究内容 : 干细胞细胞周期的特点及细胞周期对多能性维持 对称与不对称分裂 细胞分化及命运决定的作用 考核指标 : 发现 5 种以上调控多能干细胞及谱系特异干细胞细胞周期和细胞分裂模式的关键因子 ; 确立 1-3 个关于细胞周期影响干细胞行为 多能性维持和谱系分化的新机制 ; 建立一套通过调控细胞周期促进干细胞自我更新 提高分化质量的新技术 1.5 多能性退出及谱系分化的机制与应用研究内容 : 结合基因编辑及标记, 研究多能性退出与谱系决定的协同 ; 神经或血液等谱系分化的规律以及谱系特异调控 考核指标 : 建立多能干细胞向神经 血液等谱系分化的 2 种分子模型 ; 阐明 2 种关于多能性退出和谱系决定的协同调控机制 ; 建立 2 种通过定向分化高效获取功能细胞的新方法 新体系及纯化策略 2. 组织干细胞的获得 功能和调控 2.1 再生中的干细胞命运及调控研究内容 : 肝 肾或眼损伤时细胞属性转换对组织再生的作用 考核指标 : 建立器官 组织损伤的 1-2 个研究模型 ; 建立 1-2 种关于细胞体内示踪的新型技术 ; 发现组织再生中干细胞增殖 分化 转变的 1-2 个新机理 ; 鉴定和筛选 2 种以上新的组织干细胞调控因子并理清其特定功能 ; 针对组织损伤诱导细 4

16 胞属性转换和细胞应答, 以及细胞属性转换影响组织再生, 各阐明一种以上的新作用及机理 2.2 干细胞衰老的遗传和表观遗传调控研究内容 : 干细胞衰老的分子基础 遗传和表观遗传调控及干预策略 考核指标 : 揭示 3 类不同干细胞的衰老分子机理 ; 明确 2 种以上干细胞衰老过程中的遗传学及表观遗传学调控新机制 ; 通过筛选等策略发现 2 种以上干预干细胞衰老的新靶点 2.3 组织干细胞谱系层级 ( Reconstructing lineage hierarchies) 调控及制备研究内容 : 神经, 心脏, 间充质或血液等某一系统中成体干细胞发育起源 分化及命运决定 考核指标 : 构建不少于 3 种成体组织干细胞的谱系分化图谱 ; 发现 3 种以上不同发育潜能组织干细胞的功能标志物 ; 揭示不少于 2 种关于微环境调控干细胞命运决定及功能的新机制 ; 针对人组织干细胞获取 干性维持及规模化扩增, 各建立一种以上新策略及体系 2.4 组织干细胞突变的特征和演化研究内容 : 结合动物模型和临床样本研究上皮组织干细胞亚群的突变特点 异质性及组织干细胞驱动体细胞突变, 生理和病理情况下体细胞突变的演化和选择 考核指标 : 阐明 3 种以上组织干细胞突变形成机制和组成特征 ; 揭示 3 种以上组织干细胞池 增殖活力对突变形成的作用 ; 识别 2 种以上组织干细胞驱动的体细胞突变, 明确其在干 5

17 细胞发育或异常增生中的作用 ; 揭示 2 种以上组织干细胞突变的发生和演化规律 2.5 微环境与干细胞的相互作用及调控机制研究内容 : 心 肠 肾 胰 肺 眼或皮肤等某一成体组织微环境与干细胞的相互作用及对干细胞功能的影响 考核指标 : 阐明关于组织微环境组成 结构及微环境信号及其对成体组织干细胞干性维持 组织发育等方面 2 种以上的新作用及机制 ; 阐明在损伤 衰老以及恶性转化等病理条件下, 2 种以上的微环境特征性变化 ; 揭示 2 种以上关于微环境与干细胞相互作用影响疾病发生和损伤修复的机理 3. 干细胞定向分化及细胞转分化 3.1 多能干细胞分化调控研究内容 : 结合非人灵长类模型, 研究人类多能干细胞 ( 胚胎干细胞和诱导性多能干细胞 ) 分化为神经或心肌等的阶段性调控机制 分子标记和功能特征 考核指标 : 发现 3 种以上人类多能干细胞系统分化各阶段的关键调控因子 ; 鉴定 3 种以上各分化阶段的标志分子及功能特征 ; 建立 3 种以上人多能干细胞向前体细胞 功能细胞和亚类型功能细胞的高效分化体系 ; 建立 3 种以上前体细胞或功能细胞的质控标准 ; 验证 2 种以上人类多能干细胞分化细胞移植后的修复作用 3.2 基于干细胞的生育力维持与重建研究内容 : 生殖干细胞命运决定 微环境调控及人工配子 考核指标 : 发现 3 种以上调控生殖干细胞自我更新和分化 6

18 的新因子 ; 揭示灵长类配子发生的特点并获得人工配子 ; 在 3 种以上模型中利用干细胞维持和重建生育力 3.3 内源干细胞或体内原位转分化促进再生和修复研究内容 : 心或神经损伤修复过程中的组织原位去分化与转分化 ; 利用内源性干细胞及细胞转分化促进再生和修复 考核指标 : 建立 2 种以上标记和评价内源性干细胞的研究体系 ; 动态示踪 2 种以上生理和病理情况下的干细胞动员和细胞转分化 ; 结合非人灵长类模型和人多能干细胞体外三维分化系统发现 3 种以上人器官再生和修复的机制 ; 在 3 种以上模型中通过调控内源性干细胞或体内转分化促进再生及修复 3.4 小分子调控细胞命运转变研究内容 : 小分子化合物诱导体细胞向组织干细胞及功能细胞重编程 考核指标 : 阐明 3 种以上关于小分子化合物及其组合调控细胞命运转换的表观遗传学及化学生物学机理 ; 建立小分子诱导生成神经 血液和肝脏干细胞及组织细胞的新技术体系 ; 建立 3 种以上利用小分子诱导体内细胞命运转化的有效策略 4. 干细胞移植后体内功能建立与调控 4.1 基于特定细胞类型的细胞移植及治疗机理研究内容 : 针对脑白质变性与损伤 眼底或神经退行性病变等, 研究特定类型细胞移植治疗某种疾病的治疗效果及机理 考核指标 : 针对某一疾病所累及的细胞和微环境, 阐明不少于 2 种特征性变化 ; 结合相应疾病模型, 明确胶质 神经 7

19 基质细胞或其亚类型等对替代治疗的意义 ; 揭示移植细胞参与结构重建和修复的 2 种以上新机理 ; 建立能促进细胞定向富集 提高修复能力的 2 种或以上新策略 4.2 干细胞及其分化细胞移植后的示踪及功能研究内容 : 神经 血液或肺细胞移植的新型示踪技术及实时 动态功能评价体系 考核指标 : 建立 3 种以上可用于示踪的多能干细胞系 ; 开发 3 种以上示踪细胞及评价细胞功能的新技术 新材料及成像设备 ; 实现 2 种以上的组织或器官细胞移植后的示踪观察 ; 明确移植细胞的分布, 建立 3 种以上移植细胞在体内的动态分布图 ; 揭示 2 种以上移植细胞的作用机制 ; 发现影响细胞移植效果的因素 4.3 异体干细胞移植的免疫应答特征与免疫耐受诱导策略研究内容 : 结合人源化动物模型等, 研究神经 心或皮肤等干细胞移植治疗中免疫排斥的特征 异质性及免疫耐受策略 考核指标 : 明确 3 种以上干细胞或前体细胞异体移植后免疫应答的特点 ; 揭示 3 种以上不同类型细胞移植的异质性 ; 建立 2 种以上通过调控免疫应答实现免疫耐受的新策略 4.4 造血干细胞移植后免疫耐受和重建研究内容 : 单倍型相合造血干细胞移植免疫耐受形成及重建的机制 考核指标 : 阐明 2 种以上单倍型相合造血干细胞移植后免疫耐受机制及可干预环节 ; 阐明 2 种以上单倍型相合移植后固 8

20 有和适应性免疫的重建规律 ; 确定 3 种以上免疫耐受和免疫重建调控的靶细胞或靶分子 ; 建立 2 种以上新的单倍型移植免疫耐受新方案 5. 基于干细胞的组织和器官功能修复 5.1 复杂组织结构的形成机制研究内容 : 基于微器官培养技术, 研究脑 肝或牙等某一类人器官形成及功能建立的特点 考核指标 : 结合发育模型和人多能干细胞定向分化, 揭示 2 种以上关于功能单元和复杂结构形成并发挥功能的规律 ; 构建 2 种以上微器官结构 ; 发现 2 种以上人类组织特异性细胞分化 器官形成的特点及其功能意义 5.2 基于干细胞和生物材料的功能模块研究内容 : 结合干细胞 生物材料等构建肝 胰 牙或神经等某一类功能性组织模块, 利用功能模块修复组织或器官 考核指标 : 结合干细胞 组织工程技术及材料, 针对某一器官构建 3 种以上具备关键功能的功能性组织模块 ; 发现不少于 3 种调控功能模块形成的新机制 ; 针对符合临床治疗要求的功能性组织模块制备, 各形成一种标准化方案 ; 结合动物模型建立评价体系和指标, 评价其功能及安全性 5.3 干细胞的体外自动化 规模化培养及扩增系统研究内容 : 结合人体组织器官微环境特点, 建立规模化 自动化的干细胞培养 扩增和功能细胞获取技术体系 考核指标 : 遴选适合干细胞体外培养的新型材料, 研发干细胞规模化制备技术, 建立 3 种以上相应操作规范 ; 分级实现 9

21 工艺放大, 建立针对多能干细胞及造血 间充质及神经等干细胞等三类组织干细胞的规模化扩增系统 ; 建立 3 种以上功能细胞获取 诱导和培养的自动化系统及技术体系 6. 干细胞资源库 * 6.1 干细胞队列研究研究内容 : 依托干细胞资源库, 基于 HLA 配型形成干细胞在临床前评估过程中的长期队列及实验数据库 考核指标 : 建立符合中国人群遗传背景的, 总样本量不少于 1000 例的规模化资源平台 针对退行性变 损伤等 2-3 类疾病, 建立配型与非配型, 各 2 个以上不同分化阶段细胞移植对于细胞存活 成熟 免疫 功能重建及演变路径等影响的, 涵盖不少于 5 个检测阶段的长期队列 建立内 外因素影响移植干细胞功能和行为的相关样本库及数据库, 实现资源共享 7. 利用动物模型进行干细胞临床前评估 * 7.1 神经疾病大动物模型及干细胞治疗评价研究内容 : 结合神经疾病大动物模型, 研究移植神经细胞参与神经环路重建及发挥功能的机制, 开展干细胞治疗安全性和有效性评估 考核指标 : 获得脑卒中 中枢神经创伤 神经退行性变等 3 类人的重大神经疾病模型 ; 明确疾病模型的病变基础及表型特征, 并对参数进行标准化 将人多能干细胞定向分化获得可移植神经细胞, 建立一套干细胞脑内精准输送技术 ; 结合干细胞标记 活体示踪 新型成像等形成标准的移植和评估方案 ; 完成 2 种神经疾病的干细胞移植对组织 器官修复治疗的临床 10

22 前研究 8. 干细胞临床研究 * 研究内容 : 针对神经 血液 心脑血管或肝脏系统中某一种重大疾病, 或慢性炎症类疾病, 利用临床级干细胞或其分化细胞 转分化功能细胞等进行细胞治疗的临床研究 考核指标 : 针对每种疾病, 研制不少于 1 项干细胞产品并通过国家认可的机构认证 ; 针对每种疾病进行系统的安全性和有效性评价, 并获得可支持进入临床研究阶段的临床前研究数据 ; 在通过伦理评价的基础上, 开展示范性的干细胞临床研究, 建立干细胞 前体细胞或功能细胞移植治疗重大疾病的 3 种以上标准化方案 特别要求 : 干细胞临床研究必须在国家卫生计生委和食品药品监管总局公布的备案干细胞临床研究机构中开展 8.1 神经系统某种疾病的干细胞治疗临床研究 8.2 血液系统某种疾病的干细胞治疗临床研究 8.3 心血管系统某种疾病的干细胞治疗临床研究 8.4 某种肝疾病的干细胞治疗临床研究 8.5 人间充质细胞治疗慢性炎症性疾病的临床研究 11

23 干细胞及转化研究 试点专项 2017 年度项目申报指南编制专家名单 序号 姓名 单位 职称 / 职务 1 裴钢 同济大学 教授 2 曹雪涛 中国医学科学院 教授 3 裴端卿 中国科学院广州生物医药与健康研究院 研究员 4 季维智 昆明理工大学 研究员 5 曾凡一 上海交通大学 研究员 6 金亮 中国药科大学 教授 7 黄河 浙江大学 教授 8 王佑春 中国食品药品检定研究院 研究员 9 胡宝洋 中国科学院动物研究所 研究员 1

24 附件 2 纳米科技 重点专项 2017 年度项目申报指南 为继续保持我国在纳米科技国际竞争中的优势, 并推动相关研究成果的转化应用, 按照 国家中长期科技发展规划纲要 ( ) 部署, 根据国务院 关于深化中央财政科技计划 ( 专项 基金等 ) 管理改革的方案, 科技部 教育部 中国科学院等部门组织专家编制了 纳米科技 重点专项实施方案 纳米科技 重点专项的总体目标是获得重大原始创新和重要应用成果, 提高自主创新能力及研究成果的国际影响力, 力争在若干优势领域率先取得重大突破, 如纳米尺度超高分辨表征技术 新型纳米信息材料与器件 纳米能源与环境技术 纳米结构材料的工业化改性 新型纳米药物的研发与产业化等 保持我国纳米科技在国际上处于第一梯队的位置, 在若干重要方向上起到引领作用 ; 培养若干具有重要影响力的领军人才和团队 ; 加强基础研究与应用研究的衔接, 带动和支撑相关产业的发展, 加快国家级纳米科技科研机构和创新链的建设, 推动纳米科技产业发展, 带动相关研究和应用示范基地的发展 纳米科技 重点专项将部署 7 个方面的研究任务 :1. 纳米科学重大基础问题 ;2. 新型纳米制备与加工技术 ;3. 纳米表 1

25 征与标准 ;4. 纳米生物医药 ;5. 纳米信息材料与器件 ;6. 能源纳米材料与技术 ;7. 环境纳米材料与技术 2016 年, 纳米科技重点专项围绕以上主要任务, 共立项支持 43 个研究项目 ( 其中青年科学家项目 10 项 ) 根据专项实施方案和 十三五 期间有关部署,2017 年, 纳米科技重点专项将围绕新型纳米制备与加工技术 ; 纳米表征与标准 ; 纳米生物医药 ; 纳米信息材料与器件 ; 能源纳米材料与技术 ; 环境纳米材料与技术等方面继续部署项目, 拟优先支持 28 个研究方向 ( 每个方向拟支持 1~2 个项目 ), 国拨总经费 10.3 亿元 ( 其中, 拟支持青年科学家项目不超过 10 个, 国拨总经费不超过 5000 万元 ) 申报单位根据指南支持方向, 面向解决重大科学问题和突破关键技术进行一体化设计 鼓励围绕一个重大科学问题或重要应用目标, 从基础研究到应用研究全链条组织项目 鼓励依托国家重点实验室等重要科研基地组织项目 项目应整体申报, 须覆盖相应指南方向的全部考核指标 项目执行期一般为 5 年 一般项目下设课题数原则上不超过 4 个, 每个项目所含单位数控制在 4 个以内 青年科学家项目可参考重要支持方向组织项目申报, 但不受研究内容和考核指标限制 2

26 1. 新型纳米结构材料与功能材料 1.1 新型纳米金属结构材料研究内容 : 纳米金属结构材料结构设计 制备原理与多级构筑方法, 以及力学性能 理化性能 结构稳定性和疲劳 磨损 腐蚀等使役行为 考核指标 : 面向纳米金属结构材料关键科学问题及重要工业应用, 实现结构特征尺寸 <50 nm 的纳米金属结构材料可控制备和多级构筑技术 ; 建立金属材料的极小尺寸 ( 特征尺寸 <10 nm) 结构 性能关系 变形与失效规律 ; 材料屈服强度 - 均匀延伸率之积提高 >30%, 疲劳寿命和磨损率分别提高 10 倍 ; 发展纳米金属结构材料在 2~4 种工业部件生产中的关键技术 1.2 有机纳米光子学材料的可控组装与器件集成研究内容 : 具有光开关 光调制 光电耦合等功能的有机晶体纳米材料的可控自组装方法 ; 可调谐宽光谱有机微纳激光阵列等大面积光子学集成器件的加工技术 考核指标 : 面向有机纳米材料在柔性光子和光电子集成器件中的应用, 阐明有机纳米材料的结构与光子学功能的构效关系, 激发态动力学过程对材料光子学行为的调控机制 ; 有机纳米光电子材料的载流子迁移率 >40 cm 2 /(V s), 荧光量子产率 >50 %; 有机微纳激光阵列的发射波长在 400~800 nm 范围可调, 光泵浦激光阈值 <60 nj/(cm 2 pulse); 有机微纳电控光开关响应时间 <3 ns, 光控开关器件增益 >10000; 有机光子学集成器件尺寸 >15 cm 15 cm 3

27 1.3 面向空间应用的纳米复合材料制备及实用化研究内容 : 宏观尺度纳米组装体系 纳米复合材料的可控宏量制备方法和组装原理, 界面对物质 能量传输规律的影响 ; 宏观尺度纳米结构单元及组装体的应用及其稳定性与服役性能 考核指标 : 面向纳米复合材料在空间技术领域的应用, 建立功能可调的宏观尺度纳米复合材料的构筑与构效关系 ; 制备可满足空间应用的轻质纳米复合材料, 包括 : 宽频段吸收特性的超黑表面涂层, 对太阳光的吸收大于 0.98; 高灵敏度压力传感复合涂层, 检测力低于 15 Pa; 用于航天飞行器的高强度低密度数据电缆, 质量比传统电缆减少至少 25%; 用于航天飞行器隔热防火的轻质 高强材料, 室温下导热系数 <0.03 W/(m K), 燃烧等级达到难燃或不燃 1.4 高迁移率有机半导体纳米功能材料的可控制备与性能调控研究内容 : 新颖共轭分子自组装基元的设计合成 ; 有机半导体纳米结构的自组装和性能调控 ; 高迁移率有机半导体纳米功能材料在柔性电子器件应用中的关键技术 考核指标 : 建立高迁移率有机半导体纳米功能材料的设计与合成方法 ; 发展维数可控 大面积 高有序有机半导体纳米结构的自组装方法和性能调控技术 ; 获得空穴迁移率 >50 cm 2 /(V s) 的 p- 型半导体 电子迁移率 >15 cm 2 /(V s) 的 n- 型半导体 以及空穴迁移率 >5.0 cm 2 /(V s) 和电子迁移率 >5.0 4

28 cm 2 /(V s) 的双极性有机半导体纳米功能材料 ; 实现有机半导体场效应器件集成 2. 纳米结构的表征与检测技术 2.1 新型纳米材料高效结构优化与功能预测研究内容 : 全局结构和反应路径优化搜寻以及性能评估理论和计算方法 ; 新型纳米光催化材料 相变纳米记忆存储材料 低维自旋电子器件材料等的结构 生长机理 稳定性及物性的优化与预测 考核指标 : 优化搜索周期短于 1 周 (168 小时 ), 并行任务数超过 100,1000 个以上纳米体系的快速结构及相变路径预测, 同期实现 50 个以上体系催化活性动力学高效评估 ; 筛选预测 3 种以上新型可见光光解水 低碳能源转化催化材料的结构, 生长机理和稳定性 ; 预测 2 种以上新型相变纳米记忆存贮材料 低维自旋电子器件材料的稳定结构及生长机理 2.2 单分子器件的原位高灵敏测量技术研究内容 : 高精准 高稳定性 高度集成的单分子异质结构筑方法, 单分子尺度的新奇物理化学现象及其调控规律 考核指标 : 实现单分子异质结的可控精准构造, 单分子水平光学 电学 磁学等性质的高灵敏检测, 并将测量灵敏度推进到单电子 单光子极限水平, 实现纳秒级时间分辨率, 实现信噪比大于 1000 的整流 / 开关比, 实现 1000 个单分子器件集成阵列的演示 ; 与基于第一性原理的理论新方法结合, 5

29 实现电学 光学 磁学等外场对单分子新奇效应的调控, 建立器件中分子物性的综合测量技术 2.3 纳米基元结构及其基本物理相互作用的高分辨表征与谱学表征技术研究内容 : 高空间分辨和时间分辨的力学 电学和光学测量技术, 原子和分子尺度上纳米结构基元的几何和电子结构 原子和分子间基本物理相互作用及过程 考核指标 : 在单键水平测量原子 离子 分子间 ( 弱 ) 相互作用, 达到原子尺度 空间取向分辨 小于 10 皮牛力的测量精度, 揭示组装体系中分子间作用力的特征及本质 ; 确定纳米基元结构中点缺陷的原子配位 构型以及电子态特征, 实现原位飞秒时间分辨的谱学测量 原子结构分辨的电学表征 ; 亚分子尺度的稳态和激发态探测, 实现分子内电荷 自旋的轨道分布成像 ; 揭示单原子催化反应中分子化学键演化的基元步骤 3. 纳米医学诊疗新方法与纳米药物研制 3.1 病原体的纳米检测及体外诊断新方法研究内容 : 荧光纳米材料的制备及性能调控 ; 荧光纳米材料标记检测技术和方法 ; 病原体 ( 如流感病毒等 ) 快速检测及感染机制 考核指标 :1~2 种用于病原体快速检测的荧光纳米材料的规模化 ( 克级 ) 制备方法, 实现材料化学组成 尺寸 结构和性质 ( 荧光性质 表界面性质 能量转移和跃迁等 ) 的精准调控 ; 复杂生物样品中 1~2 种特定病原体检测技术, 检 6

30 测灵敏度达到单个病原体颗粒水平 ;1~2 种病原体感染机制研究的动态示踪方法 ;2~3 种经 CFDA 批准的使用纳米材料标记的临床检测试剂和试剂盒 3.2 纳米技术在恶性肿瘤等重大疾病临床诊疗中的应用研究内容 : 临床应用的术中分子影像技术, 针对胃癌或乳腺癌或肝癌的诊断和手术治疗的纳米材料 分子影像技术与装备 考核指标 : 建立符合生物安全性的无机纳米材料标记的快速检测技术和方法, 针对胃癌或乳腺癌或肝癌, 实现高灵敏 高组织穿透的原位检测和实时示踪, 灵敏度达到单分子或单细胞水平 ; 发展 1~2 种安全有效的近红外发光纳米材料和相应的分子影像检测技术与装备, 满足临床分子影像与手术导航的要求 ; 实现纳米技术在人体分子影像与临床应用的突破 3.3 恶性肿瘤早期诊断的体外检测用纳米材料 器件及技术研究内容 : 针对恶性肿瘤 ( 如肺癌 胰腺癌 肝癌 胃癌等 ) 早期检测的 可部分替代活检的临床血液与体液等纳米检测技术和方法 考核指标 : 待测物中痕量的特定细胞 ( 包括循环肿瘤细胞 细胞团等 ) 外泌小体 蛋白质 核酸等的检测灵敏度达到单细胞或单分子水平 ; 发展 1~2 种痕量细胞定量纳米分离检测新技术, 满足重大疾病早期检测与术后监测 恶性肿 7

31 瘤转移机制研究等的需求 ; 研制 3~5 种采用纳米材料或器件 经 CFDA 批准的临床用检测试剂和试剂盒 3.4 抗肿瘤新型纳米药物及制备关键科学问题研究内容 : 针对乳腺癌等肿瘤的纳米药物抗肿瘤转移和耐药理论 ; 抗肿瘤纳米药物的规模化制备 在线质量控制 制备过程的自动化与智能化控制等关键技术 考核指标 : 建立自动化与智能化控制的抗癌纳米药物规模化制备技术发展原创性抗乳腺癌等药物的纳米输送技术, 揭示纳米药物抗肿瘤转移和耐药的作用原理与分子机制 ; 研发 3 种以上注射级纳米材料获得生产许可, 采用纳米技术提高 10 个抗癌候选药物的成药性,3~4 种具有抗肿瘤转移或耐药功效的纳米新药获得 CFDA 临床试验许可 3.5 纳米材料类酶效应及其在血液系统疾病临床诊疗中的应用研究内容 : 纳米酶设计与构建及其生物效应与原理, 细胞内氧化 还原微环境检测与调控, 血液系统中以新型多肽 抗体 适配体等为基础的纳米生物诊疗技术和纳米类酶诊疗技术 考核指标 : 系统阐明纳米酶生物效应 ; 建立纳米酶检测相关技术标准 ; 与纳米生物传感和造血组织成像等技术相结合, 揭示 1~2 种造血系统重大疾病的致病及耐药机制 ; 获得 2~3 种经 CFDA 批准, 可投入临床应用的纳米酶检测试剂盒, 1~2 种纳米诊疗技术进入临床前实验 8

32 3.6 纳米技术对肿瘤微环境调控及新型纳米药物研究内容 : 针对肝癌 胰腺癌等危害性较高 微环境作用明确的恶性肿瘤, 研究纳米技术在肿瘤微环境调控, 改善肿瘤恶性表型和提高疗效等方面的机制, 以及新型纳米药物和药物载体材料 考核指标 : 运用生物分子或高生物相容性分子精准自组装 靶向识别等技术, 发展新型纳米药物和药物载体, 提出和完善 3~ 种基于肿瘤微环境调控的纳米技术抗肿瘤新策略, 发展 2~4 种解析纳米药物在细胞和活体的吸收 转运 代谢机制和安全性评价的创新方法, 获得 2~3 种基于肿瘤微环境调控 肿瘤综合治疗的新药临床批件或新药证书 4. 高性能纳米光电器件 4.1 表面等离激元高效光 热转换机理及原型器件研究内容 : 表面等离激元纳米结构中光致热载流子产生 调控机理及其在光 - 热 光 - 电 热 - 光 热 - 电转换中的应用 ; 纳米结构光致热载流子增强效应及其相关光电信息器件原理 ; 利用光致热载流子原理的中红外光源和探测器件原型 考核指标 : 阐明表面等离激元光致热载流子产生及调控过程的机理, 建立和发展热载流子提高光 热 光 电 热 光 热 电转换效率的新方法和新技术 ; 获得超宽谱 (400nm~20µm) 吸收且平均效率高于 95% 的纳米结构光吸收器, 获得品质因子高于 100 输出功率调控范围大于 10 db 热辐射能量利用效率突破传统黑体辐射效率的中红外 9

33 (3~12µm) 纳米结构窄带热辐射器 ; 利用表面等离激元光致热载流子突破传统半导体探测器光子能量探测极限, 拓展到中红外波段 ; 研制光致热载流子中红外光源和探测原型器件 4.2 高时空分辨生物信息微纳电极阵列及光电系统集成研究内容 : 采用新结构和新材料的高灵敏高速生物信息微纳电极阵列及其光电系统集成, 生理活性分子的高灵敏高选择性传感器 考核指标 : 面向神经系统重大疾病检测诊疗与调控干预 高时空分辨活体分析等应用, 建立纳米颗粒和高分子纳米功能薄膜修饰的微纳电极阵列检测方法 基于光开关纳米组装体技术的对特定细胞精准靶向的光调控干预方法 ; 实现化学信号 / 电生理信号活体同步实时记录 ; 从组织切片到活体细胞生理 化学定量检测与调控干预的关键技术, 检测分辨率达到单细胞水平, 时间分辨率达 0.03 ms; 发病机制应用研究以及定位诊断 手术规划临床前试验, 获得 2 种以上可经 CFDA 批准的微纳电极阵列和微纳电极阵列检测系统 4.3 X 射线衍射光谱与成像纳米器件及集成研究内容 : 面向高能光谱与成像的应用需求, 研究光谱分光调控和成像相位分布的物理机制, 设计与研制高分辨 X 射线涡旋成像与光谱分辨的纳米器件 ; 研究 X 射线辐射引起的器件失效机理及加固方法, 发展应用于 X 射线衍射光谱与成像系统的新型纳米器件 10

34 考核指标 :X 射线衍射纳米器件的线密度大于 6000 线 /mm 结构高宽比大于 300, 应用能量范围 100eV-12 kev, 编制微纳结构检测国家标准 1-2 项 实时衍射成像分辨率优于 30 nm, 实现可控的涡旋嬗变 ; 一级光谱色分辨率大于 且高次谐波小于 0.5% 实现在同步辐射 激光聚变等领域的新应用 4.4 高密度交叉阵列结构的新型存储器件与集成研究内容 : 高性能纳米选通器件新材料和新结构相关的物理问题, 与选通管兼容的存储结构设计与研发 ; 与标准 CMOS 工艺兼容的关键集成技术 ; 新一代嵌入式存储芯片 考核指标 : 面向交叉阵列结构存储器的嵌入式应用, 实现纳米选通器件单元尺寸小于 μm 2, 驱动电流大于 400 μa, 漏电流小于 50 pa, 疲劳特性大于 10 9, 研制存储容量为 128 Mb 的高密度存储芯片, 并在物联网以及移动通信上实现示范应用 4.5 纳米逻辑运算器件研究内容 : 兼容 CMOS 技术的非易失逻辑新材料 纳米结构和集成方法 ; 非易失逻辑器件性能调控方法与非易失性布尔逻辑运算原理, 及相应的信息处理应用 考核指标 : 面向存储与计算融合的新型计算架构, 研制与 CMOS 兼容的小尺寸 ( 100 nm) 高速( 100 ns) 低功耗 ( 1 pj) 非易失逻辑器件 ; 完成 16 种基本布尔逻辑运算与逻辑级联 ; 实现非易失逻辑器件和 CMOS 电路混合集成的 11

35 模拟计算加速原型芯片, 其中非易失逻辑器件集成规模大于 4K 4.6 低维异质结构的磁性和输运性质调控及其微纳器件研究内容 : 少层二维电子材料和少层磁性材料的制备, 及在原子 分子层次的堆垛组装 ; 自旋量子效应下的低维磁性异质结构的设计合成 ; 强磁场下磁性低维异质纳米结构的表面磁性结构以及动力学行为 ; 电子 声子相互作用, 自旋 轨道耦合效应在磁性低维异质纳米结构中的作用 ; 具有磁性低维异质纳米结构的微纳器件制备及其磁性和输运性质, 磁性调控的高迁移率器件与多功能材料的关键技术 考核目标 : 发展磁性低维异质纳米结构可控制备技术, 提出异质表界面构筑的新规律 ; 实现 2 8 层二维材料的精确堆垛, 堆垛角度分辨率 5 度, 位移精度 2 微米, 制成磁性多功能异质纳米结构材料 ; 实现低于 ~10 16 /cm 3 的载流子浓度 高于 cm 2 /(V s) 的迁移率的表面电输运性质 ; 阐明门电压调控电子迁移率 弹道输运行为 界面折射率等物理性质 ; 分形量子霍尔效应等物理现象下的新奇特性 ; 磁性低维异质纳米结构在高迁移率器件与应用的关键技术 4.7 微纳结构硅基混合集成宽带高速光访存芯片研究内容 : 硅基混合微纳结构中光子与电子的相互作用, 高增益激光阵列 超高带宽硅基调制 / 复用新器件 波长相关和低损耗 AWG 路由器 高响应度高速硅基探测器阵列及其集成技术 12

36 考核指标 : 围绕未来高密度光集成技术需求, 实现信息光电子技术与 CMOS 技术的高度兼容, 支持 DWDM 光互连的硅基 III-V 激光器及 16 阵列 硅基 100 Gbps 高阶调制 / 复用及阵列 硅基 32 路波导阵列 AWG 复用 / 解复用 / 循环寻址核心器件, 突破大数据信息访存墙, 实现单路 100 Gbps 的硅基光收发能力 1.6 Tbps 的硅基波分复用集成光引擎 达到 51.2 Tbps 的数据吞吐量 5. 能源转换与存储纳米材料与技术 5.1 化学能源转换的关键纳米材料与器件研究内容 : 基于碳基催化剂的化学能转换为电能的纳米功能材料设计 宏量可控制备 表界面可控功能化及器件 考核指标 : 阐明高效碳基纳米催化材料的转换过程 反应动力学 转换速率与稳定性演变规律, 以碳基纳米催化剂组装的化学能源转换器件的功率密度 1 W/cm 2, 耐久性 1000 小时, 能量转换效率 50% 5.2 高效有机纳米薄膜光伏材料和大面积器件制备研究内容 : 有机太阳能电池中的关键材料制备 ; 功能层中的纳米结构表面 / 界面特性调控 ; 高性能有机纳米薄膜太阳能电池制造技术 考核指标 : 发展新型高效率有机光伏材料体系 ; 建立电池多功能层纳米结构与光电特性的控制方法 ; 系统阐明有机纳米薄膜太阳能电池的工作机理 ; 提高新型有机纳米薄膜太阳能电池光伏效率和稳定性, 面积大于 4 平方毫米的实验室电池效率 15% 或世界最高水平 ; 面积大于 25 平方厘米的小 13

37 型组件效率达到实验室电池效率之 80%; 封装池稳定性达 3 年以上 ; 典型器件实现应用示范 5.3 新型化学能源存储的纳米材料及新体系研究内容 : 高能量密度化学能源存储器件的纳米电极材料的构筑 材料结构与电池性能之间的本征关系, 实时监测与原位表征技术, 能量密度 循环寿命 安全性协同提升策略 考核指标 : 提升新型储能电池的综合性能, 发展具有应用价值的高比容量新型纳米电极材料, 新型电池能量密度 500 Wh/kg, 循环寿命 300 次 5.4 高附加值精细化工产品的多相纳米催化材料与工程化研究内容 : 纳米催化活性中心结构与碳 氧键高效构建与重组之间的构效关系和反应机理, 纳米催化剂规模化制备技术 考核指标 : 突破碳 氧键高效构建与重组制高附加值精细化工产品的多相纳米催化剂的基础理论和技术瓶颈, 研发纳米催化剂规模化制备共性技术及多相催化绿色生产工艺, 形成基础研究 技术开发 生产示范的全链条技术解决方案 创制 5~8 种新多相纳米催化剂, 建立 4~6 种国内紧缺 附加值高的精细化工产品如乙二醇 甲基丙烯酸甲酯 二羟基丙酮等的工业示范装置 5.5 仿生能量转换的纳米材料及器件 14

38 研究内容 : 仿生纳米孔道结构的能量转换机制, 纳米孔道的结构 组成等对能源转换效率的影响, 一体化能源转换器件的集成与封装, 人工光合作用及盐差发电等领域的应用示范 考核指标 : 揭示生物离子通道高效能量转换的机制 ; 研发适应不同应用需求的纳米结构基元, 如纳米级光催化剂及纳米孔道结构膜材料 ( 功率密度 5 W/m 2 ); 纳米孔道膜材料能量转换体系及器件的表征新方法, 表征能量转换过程中离子传输的动态过程 ; 纳米孔道结构一体化的能量转换器件 ; 小型人工光合作用器件和大型盐差发电的产业示范 6. 环境纳米材料与治理技术 6.1 用于土壤有机污染阻控与高效修复的纳米材料与技术研究内容 : 用于农田土壤有机污染阻控和有机污染场地土壤高效修复的纳米材料与技术 考核指标 : 围绕农田土壤有机污染阻控和有机污染地土壤高效修复示范应用的关键科学问题, 研发吸附 固定及消除土壤中典型有机污染物以阻控农作物吸收积累的新型实用功能纳米材料, 揭示污染物在土壤 农作物系统中迁移积累的界面过程及阻控机制 ; 发展降解去除场地土壤中有机污染物的新型实用功能纳米材料和一体化修复技术 ; 阐明功能纳米材料在土壤中的迁移转化过程与生物生态效应 6.2 用于典型污染物检测的纳米材料与技术 15

39 研究内容 : 用于环境中痕量持久性有毒污染物检测及毒性甄别的纳米材料与技术 ; 用于高危险有机化学品检测的功能化纳米材料与超高灵敏传感技术 考核指标 : 围绕典型污染物检测示范应用的关键科学问题, 发展环境中痕量持久性有毒污染物的被动采样 分离富集 现场检测及毒性甄别的纳米技术与装置, 检测下限低于 1 ppb, 研发用于水体痕量持久性有毒污染物高通量筛查的纳米材料与技术, 研发可快速 同时检测痕量重金属和有机污染物的集成式纳米器件 ; 研发用于高危险有机化学品的超高灵敏度与选择性的原位 快速纳米检测技术, 阐明不同目标物与纳米材料的相互作用原理及检测机制 ; 完成上述纳米材料及器件的批量生产, 实现真实环境下目标污染物检测的示范应用 6.3 水中污染物深度处理的纳米材料与技术研究内容 : 农村饮用水中微量有毒污染物深度处理的纳米材料与技术考核指标 : 围绕农村饮用水中污染物深度处理示范应用的关键科学问题, 研发用于农村饮用水中微量有毒污染物高效吸附与氧化还原消除的纳米材料与技术 ; 阐明目标污染物与纳米材料表 / 界面的相互作用机理及反应机制, 揭示纳米材料的构 - 效关系原理 ; 形成 2 项以上的实用化技术及农村饮用水深度净化综合处理方案, 并实现典型地区农村饮用水净化示范应用, 出水水质达到国家 生活饮用水卫生标准 的各项指标 16

40 7. 纳米科技重大问题目前已在纳米科学前沿取得国际公认的重大创新突破, 通过从基础研究到应用研究的全链条一体化设计, 经过 3 5 年研究, 有望在纳米科技重要应用领域培育形成颠覆性技术的重大问题 17

41 纳米科技 重点专项 2017 年度项目申报指南编制专家名单 序号 姓名 工作单位 职称 / 职务 1 白春礼 中国科学院 研究员 2 朱星 北京大学 教授 3 许宁生 复旦大学 教授 4 王琛 国家纳米科学中心 研究员 5 祝世宁 南京大学 教授 6 赵进才 中国科学院化学研究所 研究员 7 罗毅 中国科学技术大学 教授 8 陈建峰 北京化工大学 教授 9 刘明 中国科学院微电子研究所 研究员 10 庞代文 武汉大学 教授 11 顾宁 东南大学 教授 12 卢磊 中国科学院金属研究所 研究员

42 附件 3 量子调控与量子信息 重点专项 2017 年度项目申报指南 量子调控与量子信息 重点专项的总体目标是瞄准我国未来信息技术和社会发展的重大需求, 围绕量子调控与量子信息领域的重大科学问题和瓶颈技术, 开展基础性 战略性和前瞻性探索研究和关键技术攻关, 产生一批原创性的具有重要意义和重要国际影响的研究成果, 并在若干方面将研究成果转化为可预期的具有市场价值的产品, 为我国在未来的国际战略竞争中抢占核心技术的制高点打下坚实基础 本专项鼓励和倡导原始创新, 并积极推动应用研究, 力争在新原理原型器件等方面取得突破, 向功能化集成和实用化方向推进 量子调控研究的目标是认识和了解量子世界的基本现象和规律, 通过开发新材料 构筑新结构 发现新物态以及施加外场等手段对量子过程进行调控和开发, 在关联电子体系 小量子体系 人工带隙体系等重要研究方向上建立突破经典调控极限的全新量子调控技术 量子信息研究的目标是在量子通信的核心技术 材料 器件 工艺等方面突破一系列关键瓶颈, 初步具备构建空地一体广域量子通信网络的能力, 实现量子相干和量子纠缠的长时间保持和高精度操纵, 实现可扩展的量子信息处理, 并应用于大尺度的量子计算和量子模拟以及量子精密测量 1

43 量子调控与量子信息 重点专项将部署 6 个方面的研究任务 :1. 关联电子体系 ;2. 小量子体系 ;3. 人工带隙体系 ;4. 量子通信 ;5. 量子计算与模拟 ;6. 量子精密测量 2016 年, 量子调控与量子信息重点专项围绕以上主要任务, 共立项支持 28 个研究项目 ( 其中青年科学家项目 6 项 ) 根据专项实施方案和 十三五 期间有关部署,2017 年, 量子调控与量子信息重点专项将围绕关联电子体系 小量子体系 人工带隙体系 量子通信 量子计算与模拟以及量子精密测量等方面继续部署项目, 拟优先支持 18 个研究方向 ( 每个方向拟支持 1-2 个项目 ), 国拨总经费 10 亿元 ( 其中, 拟支持青年科学家项目不超过 10 个, 国拨总经费不超过 5000 万元 ) 申报单位根据指南支持方向, 面向解决重大科学问题和突破关键技术进行一体化设计 鼓励围绕一个重大科学问题或重要应用目标, 从基础研究到应用研究全链条组织项目 鼓励依托国家重点实验室等重要科研基地组织项目 项目应整体申报, 须覆盖相应指南方向的全部考核指标 项目执行期一般为 5 年 一般项目下设课题数原则上不超过 4 个, 每个项目所含单位数控制在 4 个以内 青年科学家项目可参考重要支持方向组织项目申报, 但不受研究内容和考核指标限制 2

44 1. 关联电子体系 1.1 关联量子体系的新效应及调控研究内容 : 强关联量子效应及其物理机理和外场调控, 包括 : 铜氧化物及铁基高温超导, 强自旋轨道耦合体系及表界面等低维强关联体系中的量子衍生现象 考核指标 : 建立基于重正化群思想的多体量子计算方法, 发展能达到 5GPa 高压 9T 磁场的比热测量 能达到 16T 磁场的红外光学和 NMR 测量 及其它关联量子态的表征和多场调控技术, 发现一类新的具有奇特量子效应的超导 强自旋轨道耦合或表界面关联电子材料, 揭示关联电子体系中多自由度竞争和量子相变的普适规律及其微观机理 1.2 新型二维层状非常规超导体研究内容 : 具有二维层状结构的新型非常规超导体及其反常物性和调控机理 考核指标 : 设计和构筑具有二维层状结构单元和由不同二维层状结构单元复合构成的 ( 不同于 CuO 2 和 FeAs/Se 结构单元 ) 新型非常规超导材料体系, 探索拓扑超导体 ; 利用多种量子调控技术获得液氮温区的高温超导电性 ; 揭示其电子结构 普遍存在的反常物性及其机理, 以及在磁场 压力 载流子和维度等多参量调控下的物理相图及其量子相变 发展固体离子技术调控载流子方法, 从而发现新型二维层状超导体家族 1.3 重费米子体系研究内容 : 重费米子体系中的演生量子态及其调控 3

45 考核指标 : 发现一类具有奇异量子性质的新型重费米子材料体系, 揭示重费米子态的形成和演化规律以及重费米子超导的序参量及其配对机制 ; 利用高压 磁场 维度等多种调控手段, 揭示不同类型量子临界点的多样性和普适性, 以及中心对称破缺 自旋轨道耦合对关联电子态的影响 2. 小量子体系 2.1 拓扑磁性结构及其异质结的输运和器件研究内容 : 拓扑磁性斯格明子的物理特性及调控, 磁性分子 团簇对拓扑材料的物性调控 考核指标 : 发现若干室温稳定的磁性斯格明子等拓扑磁结构 ; 基于磁性分子和团簇构筑新型拓扑磁性异质结 ; 建立拓扑磁性结构的表征技术 ; 阐明强磁场条件下拓扑磁结构的自旋动力学和输运规律 ; 构筑 3-5 种基于拓扑磁结构的低能耗存储与逻辑器件原型 2.2 拓扑复合小量子体系中的自旋 电荷调控研究内容 : 二维 InAs/GaSb 拓扑量子材料的生长, 拓扑边态的螺旋 Luttinger 液体性质, 以及基于拓扑材料的各种复合小量子体系的新奇量子自旋和电荷现象 考核目标 : 制备高迁移率的 InAs/GaSb 拓扑量子材料 ; 揭示拓扑边态的螺旋 Luttinger 液体的特性 ; 构筑基于拓扑材料的各种复合小量子体系, 揭示其电荷和自旋量子输运规律 ; 构筑拓扑 - 超导耦合小体系, 设计并构筑基于拓扑小体系的新型量子器件 4

46 2.3 新型低维极性异质结构研究内容 : 新型低维极性材料异质结构的制备 调控和新原理器件 考核指标 : 制备高质量新型低维极性材料体系及其异质结构, 建立局域的精确定位表征技术 ; 揭示界面极化场和量子尺寸效应的竞争机制及其对量子态的影响, 理论设计极性界面在主流半导体系统实现拓扑半金属相与拓扑绝缘体相 研究金属等离激元与半导体激子强耦合体系超快共振能量转移与宏观量子效应 ; 建立涵盖经典到量子过渡区间的等离激元全量子理论模型, 分别利用等离激元与激子的 Fano 效应和 Rabi 共振实现强耦合体系的荧光增强 (30 倍左右 ) 利用等离激元的量子效应实现对光电流和光催化等纳米尺度能量转移的有效增强 制备基于新型低维极性材料及其异质结构的原型器件 2.4 局域外场下的小量子体系研究内容 : 纳腔等离激元的量子特征及表征方法, 对小量子体系的电子态 自旋态和光子态的有效调控 研究指标 : 建立系统描述局域等离激元量子特性的多尺度理论方法和相应的计算程序包 ; 揭示局域等离激元场对单一或多个耦合的分子 电子 声子 自旋等小量子体系量子态的调控规律 ; 建立基于局域场非线性电子散射新概念的超敏复合谱学实验平台 ; 制备新型磷光和二维材料点缺陷单光子光源 5

47 2.5 复杂氧化物的异质界面研究内容 : 基于复杂氧化物的高质量异质界面的设计和制备, 界面微观结构和动力学特性对电子态的影响, 以及宏观物性的调控机理 考核指标 : 实现几种复杂功能材料薄膜外延生长的精确控制, 获得原子级明锐的异质界面 ; 建立动量分辨的高精度电子与声子测量方法, 揭示界面原子尺度晶格结构和电子 - 声子耦合调控电子态的一般规律 ; 在高达 /cm 2 的范围调控界面电子浓度, 并进一步实现对二维电子体系自旋 轨道等有序态的控制 3. 人工带隙体系 3.1 人工微结构中的量子 类量子效应及功能集成光子芯片研究内容 : 人工微结构中的新量子及类量子效应, 光子态的按需产生及调控, 以及功能集成的光子芯片的研制 考核指标 : 建立模块化 易集成 可扩展 低噪声的非经典光子态及多量子比特制备平台 ; 基于人工微纳结构实现光子的频率 位相 自旋和轨道角动量等的多维度调控 ; 揭示特征光子态 声子态与人工微结构相互作用导致的量子 类量子效应 ; 实现量子光隔离器 量子光开关 量子传感器 片上光子存储器等量子信息处理单元器件和类量子信息处理器件 ; 研制出有源光量子芯片 ( 能集光子 纠缠光子产生 调制等 3 项或以上功能 ), 关键指标 : 中心波长可调范围超过 6

48 200 nm, 单光子产率不低于 107 Hz nm -1 mw -1, 偏振纠缠源的产率不低于 105 Hz nm -1 mw -1, 偏振纠缠度大于 96% 3.2 特殊空间结构光场和光量子态研究内容 : 特殊空间结构光场和光量子态的产生, 与微结构相互作用导致的新效应及其调控, 以及远超衍射极限的远场聚焦 光自旋 - 轨道耦合 非线性效应等 考核指标 : 建立具有拓扑和分形等结构的特殊空间结构光场和光量子态的制备与调控的原理和关键技术 ; 揭示特殊空间结构光场与物质和微纳结构相互作用的规律 ; 揭示新颖的传输动力学 远超衍射极限的远场聚焦 光自旋 - 轨道耦合 非线性和量子效应等及其基本物理规律 ; 实现突破远场衍射极限的远场聚焦乃至成像 ; 实现自由空间中, 大于 100 米的远程自聚焦乃至定位 ; 研制相关的原理器件 4. 量子通信 4.1 天地一体化广域量子通信网络技术研究内容 : 系统性发展城域测量器件无关量子密钥分发组网技术 满足城际远距离量子中继需求的冷原子量子存储技术 基于卫星平台的全天时广域自由空间量子通信技术, 探索地面城域网络 城际量子中继和广域自由空间信道之间的互连互通, 初步具备构建天地一体化广域量子通信网络的能力 考核指标 : 实现多节点 百公里成码率大于 1kbps 最远光纤密钥分发距离可达 400 公里的测量器件无关量子密钥分发网络 ; 实现可确定性产生纠缠 可支持城际量子中继距 7

49 离大于 500 公里的冷原子量子存储器 ; 研制全天时诱骗态量子通信星载光源和地面站平台, 实现安全距离可穿透大气层等效厚度 (>20 公里水平大气 ) 的全天时自由空间量子通信 4.2 高性能单光子探测 (SPD) 技术研究内容 : 针对远距离城际量子密钥分发和城域高速量子密钥分发等不同应用需求, 发展具有自主知识产权的 InGaAs/InP 雪崩二极管 SNSPD TES 参量上转换等高性能 SPD 器件及其相关技术 考核指标 :InGaAs/InP 雪崩二极管 SPD:1550nm 工作波长, 探测效率 20% 暗计数 2000cps 重复频率 1GHz; 低暗计数高探测效率 SNSPD 器件 :1550nm 工作波长, 探测效率 90% 暗计数 100cps; 高速度高探测效率 SNSPD 器件 : 1550nm 工作波长, 探测效率 90% 重复频率 300MHz; 光子数可分辨 TES 器件 : 探测效率 90% 暗计数 100cps 光子数分辨能力 10 个 ;TES SQUID 读出电路 : 串联阵列放大器中 SQUID 数量 10 放大电路电流噪声水平优于 10pA/Hz 1/2 ; 参量上转换单光子探测器 :1550nm 工作波长, 探测效率 50% 暗计数 1000cps 4.3 固态量子存储器研究内容 : 面向长程量子纠缠分发的需求, 研制基于固态介质的单光子量子存储器 考核指标 : 优化稀土掺杂晶体等固态介质的样品设计 工作环境及控制方法, 提升固态量子存储器的光子存储寿命到 5ms, 且效率超过 20%; 实现存储器在时间 频率及空间 8

50 三个自由度并行复用, 且复用模式数超过 12 个 ; 制备两个空间分离的固态量子存储器之间的纠缠态, 完成基于固态量子存储的量子中继节点功能演示 ; 研制面向量子加密 U 盘的超长寿命量子存储器, 自旋态相干寿命超过 10 小时 5. 量子计算与模拟 5.1 基于光晶格超冷量子气体的量子模拟研究内容 : 在超冷原子 极性分子气体中利用光晶格技术实验研究多体强关联系统的奇异量子相和相变临界行为 考核指标 : 在超冷碱金属气体中利用 Feshbach 共振调节相互作用, 发展亚微米成像及操控技术, 结合光晶格动态操控, 实现奇异量子相并探测相变临界行为 ; 在超冷碱土金属气体中发展相干精密调控技术 ( 光谱相干时间 10~20 秒, 空间分辨率 1~2 微米 ), 制备具有高对称性的新型量子多体系统, 并精确探测与调控其中的强关联效应 ; 利用不同构型的光晶格发展探测光晶格量子磁性和拓扑参数 ( 陈数 贝利曲率等 ) 的技术, 探测其中的量子相变和临界行为 ; 制备双组分原子的 Feshbach 分子和基态极性分子气体, 并利用光晶格操控其中长程偶极相互作用并探测其诱导的奇异量子行为 5.2 具有量子纠错和存储功能的多超导量子比特集成系统研究内容 : 设计制备网格状排布的超导量子比特芯片, 实现量子纠错以及量子纠错保护的量子存储, 进行量子编程, 演示关键量子算法 9

51 考核指标 : 设计制备并测试立体封装的超导量子芯片, 实现量子比特网格格点间的近邻耦合, 集成比特数目超过 5*5 个 ; 能够对量子芯片的全面高相干性长时序测控, 在完成连续 50 次以上随机的各种量子门运算后, 量子信息的保真度高于 80%; 获得读取时间在 100 纳秒量级的高效单发量子非破坏性读出以及存储时间 >200 微秒的量子存储 ; 实现量子芯片的量子编程 量子纠错码, 演示高度可扩展的关键量子算法 5.3 金刚石自旋量子计算研究内容 : 基于金刚石自旋的量子计算与量子模拟 考核指标 : 在金刚石芯片上相干操控 6-12 个固体自旋量子比特, 实现 5-10 个固体自旋比特的量子纠缠和量子并行算法 ; 验证量子指数加速, 实现对拓扑材料的量子模拟 ; 将量子纠缠在常温固体中的相干存贮时间提高到 10 毫秒以上 ; 实现金刚石芯片上自旋量子比特的集成加工工艺, 制造可扩展的固体自旋量子比特阵列 ; 实现金刚石芯片量子比特与光子之间 不同金刚石芯片之间的量子耦合, 奠定规模化固体量子计算的基础 6. 量子精密测量 6.1 高精度原子光钟研究内容 : 基于囚禁离子和冷原子的高精度原子光钟 光钟比对及应用 考核指标 : 解决影响光频测量灵敏度和系统误差的关键物理和技术问题, 在实验室环境中实现 2~3 种稳定度或不 10

52 确定度进入 量级的囚禁离子 ( 如 Ca + Al + 等 ) 和光晶格原子 ( 如 Yb 等 ) 光钟 ; 发展高精度光频率传递与比对技术, 实现同一实验室不同种光钟 不同实验室同种光钟和不同实验室中两种或两种以上光钟之间光频率比值的精确测量, 频率比值测量精度不低于 量级 ; 发展可集成 小型化 可靠的光钟部件, 实现一种精度和重复性不低于 量级的可搬运光钟 6.2 基于少体量子关联态的精密测量研究内容 : 可控少体量子关联态的制备 表征及在突破标准量子极限精密测量中的应用 考核指标 : 发展基于少体量子关联态的精密测量新方法和新技术, 制备光子 原子 离子或声子等系统的少体 ( 粒子数 N~10) 量子关联态, 利用该量子态实现量子增强的精密测量, 以突破被测物理量的标准量子极限 (N -1/2 ) 11

53 量子调控与量子信息 重点专项 2017 年度项目申报指南编制专家名单 序号 姓名 单位 职称 / 职务 1 王玉鹏 中国科学院物理研究所 研究员 2 潘建伟 中国科学技术大学 教授 3 资剑 复旦大学 教授 4 薛其坤 清华大学 教授 5 邢定钰 南京大学 教授 6 王慧田 南开大学 教授 7 李树深 中国科学院半导体研究所 研究员 8 詹明生 中国科学院武汉物理与数学研究所 研究员 9 张富春 浙江大学 教授

54 附件 4 大科学装置前沿研究 重点专项 2017 年度项目申报指南 大科学装置为探索未知世界 发现自然规律 实现技术变革提供极限研究手段, 是科学突破的重要保障 设立 大科学装置前沿研究 重点专项的目的是支持广大科研人员依托大科学装置开展科学前沿研究 为充分发挥我国大科学装置的优势, 促进重大成果产出, 科技部会同教育部 中国科学院等部门组织专家编制了大科学装置前沿研究重点专项实施方案 大科学装置前沿研究重点专项主要支持基于我国在物质结构研究领域具有国际竞争力的两类大科学装置的前沿研究, 一是粒子物理 核物理 聚变物理和天文学等领域的专用大科学装置, 支持开展探索物质世界的结构及其相互作用规律等的重大前沿研究 ; 二是为多学科交叉前沿的物质结构研究提供先进研究手段的平台型装置, 如先进光源 先进中子源 强磁场装置 强激光装置 大型风洞等, 支持先进实验技术和实验方法的研究和实现, 提升其对相关领域前沿研究的支撑能力 专项实施方案部署 14 个方面的研究任务 :1. 强相互作用性质研究及奇异粒子的寻找 ;2. Higgs 粒子的特性研究和超出标准模型新物理寻找 ;3. 中微子属性和宇宙线本质的研究 ;4. 暗物质直接探测 ;5. 新一代粒子加速器和探测器关 1

55 键技术和方法的预先研究 ;6. 原子核结构和性质以及高电荷态离子非平衡动力学研究 ;7. 受控磁约束核聚变稳态燃烧 ; 8. 星系组分 结构和物质循环的光学 - 红外观测研究 ;9. 脉冲星 中性氢和恒星形成研究 ;10. 复杂体系的多自由度及多尺度综合研究 ;11. 高温高压高密度极端物理研究 ;12. 复杂湍流机理研究 ;13. 多学科应用平台型装置上先进实验技术和实验方法研究 ;14. 下一代先进光源核心关键技术预研究 2016 年, 大科学装置前沿研究重点专项围绕以上 14 个方面研究任务, 共立项支持了 20 个研究项目 根据专项实施方案和 十三五 期间有关部署,2017 年将围绕粒子物理等领域的专用大科学装置和多学科平台型大科学装置继续部署项目, 拟优先支持 19 个研究方向 ( 每个方向拟支持 1-2 个项目 ), 国拨总经费 4.7 亿元 按照 国务院关于国家重大科研基础设施和大型科研仪器向社会开放的意见 ( 国发 [2014]70 号 ) 精神, 鼓励高校 科研院所 企业 社会研发组织等社会用户利用开放的大科学装置开展科学研究, 要求每个项目的参加人员 65% 以上是所依托大科学装置管理单位以外的人员 申报单位根据指南支持方向, 面向解决重大科学问题和突破关键技术进行一体化设计 鼓励围绕一个重大科学问题或重要应用目标, 从基础研究到应用研究全链条组织项目 鼓励依托国家重点实验室等重要科研基地组织项目 项目应整体申报, 须覆盖相应指南方向的全部考核指标 2

56 项目执行期一般为 5 年 一般项目下设课题数原则上不 超过 4 个, 每个项目所含单位数控制在 6 个以内 本专项不 设青年科学家项目 3

57 1. Higgs 粒子的特性研究和超出标准模型新物理寻找 1.1 CMS 实验 Run-2 数据的物理研究研究内容 : 利用 CMS 实验获取的 Run-2 数据进行物理分析研究, 研究希格斯粒子的性质 ; 寻找超越标准模型的新物理现象 考核指标 : 测量希格斯粒子的质量, 精度比 Run-1 结果提高 20%, 测量希格斯到 4 轻子截面的精度提高 1 倍, 观测 tth 过程显示度达到 5 倍标准差, 检验希格斯与 top 夸克的耦合是否与标准模型相符合 寻找 ZZ 和 WW 新的共振态, 如果没有找到新粒子, 则新粒子产生截面的上限有显著下降, 在 1TeV, 窄宽度假设下, 新粒子产生截面的上限下降 1 倍 观测标准模型稀有过程电弱规范玻色子加光子加喷注末态的显示度达到 5 倍标准差, 检验其产生截面是否与标准模型预言相符合 1.2 Atlas 实验 Run-2 数据物理分析研究内容 : 利用 ATLAS 实验获取的 Run-2 数据进行物理分析研究, 测量希格斯粒子粒子的性质, 寻找超出标准模型的新物理现象 考核指标 : 对希格斯粒子性质的测量, 统计误差为主的情况下的测量精度比 Run-1 数据提高 2-3 倍, 系统误差为主的测量着重研究改进系统误差的方法 ; 首次确定希格斯粒子的费米子衰变模式并测量其耦合性质 ; 首次在 LHC 13TeV 能区对标准模型过程进行精确检验, 特别是完成 WW 和 ZZ 散射过程的寻找和测量研究 ; 对 SUSY W /Z 等超出标准模 4

58 型新粒子的寻找, 实验排除灵敏度比 Run-1 数据显著提高或者观测到这些新粒子的产生迹象 1.3 LHCb 实验数据分析研究内容 : 利用 LHCb 的实验数据, 寻找和研究重味强子的稀有衰变过程间接寻找超出粒子物理标准模型的新物理 考核指标 : 寻找含有双重味夸克重子, 大幅度提高实验灵敏度 ; 利用 RUNII 数据研究五夸克态性质, 确认其量子数 ; 完成 2 项 B 介子稀有衰变过程寻找, 对稀有衰变过程分支比的探测灵敏度好于 暗物质直接探测 2.1 利用高纯锗在低质量区直接探测暗物质研究内容 : 依托锦屏地下实验室和 CDEX-10 公斤高纯锗探测器, 优化探测器性能, 提升探测器灵敏度, 在低质量区 ( 小于 10GeV) 进行暗物质直接探测, 针对百公斤 - 吨级规模的探测器开展关键技术研究 考核指标 : 高纯锗探测器在低质量区 ( 小于 10GeV) 暗物质探测灵敏度达到 cm 2 量级的国际前沿水平 ; 掌握实现百公斤 - 吨级规模高纯锗阵列探测器的关键技术 3. 原子核结构和性质以及高电荷态离子非平衡动力学研究 3.1 高电荷态离子非平衡动力学时空演化研究研究内容 : 依托兰州重离子加速器装置 (HIRFL) 研究极端环境下高电荷态离子的高精度谱学 碰撞反应动力学和强耦合等离子体中的非平衡演化过程 5

59 考核指标 : 完善 HIRFL 高电荷态离子物理实验平台, 使离子束能量从 kev 覆盖至 GeV, 建立和发展高电荷态离子谱学和动力学实验研究的新方法和新技术, 实现双电子共振复合谱精度好于 10 mev 反应谱仪动量分辨好于 0.1 a.u., 高精度测量高电荷态离子的精细谱学, 研究高电荷态离子 - 原子碰撞的电荷转移 碰撞激发和电离等物理机制, 理解强库仑场中多体 多中心 多通道的高电荷态离子碰撞动力学, 探索强耦合等离子体中高电荷态离子的非平衡演化过程 3.2 离子与原子分子电荷交换过程中的光谱实验和理论研究研究内容 : 依托兰州重离子加速器装置 (HIRFL) 重离子实验平台, 针对天文和聚变过程中关键的离子 - 原子分子电荷交换过程, 精密测量碰撞过程中的发射光谱, 高精度计算离子的电子结构, 为聚变等离子体物理提供实验室参数, 探索天体物理中太阳风粒子诱发彗星 / 行星大气辐射性质 考核指标 : 完善 HIRFL 上离子 - 原子分子碰撞电荷交换光谱实验平台, 建立一套实验测量 数据分析和理论计算模拟的标准研究流程, 针对天体物理中太阳风问题和聚变等离子体物理研究中关键的离子 - 原子分子电荷交换过程, 精密测量碰撞过程中的发射光谱 反应通道和截面, 波段覆盖从可见光到软 X- 射线, 发展高精密原子结构计算方法, 计算电荷交换过程涉及的离子的能级结构和跃迁几率, 为聚变等离子体物理研究提供关键的原子分子参数, 研究天体物理中太阳风粒子诱发彗星 / 行星大气辐射性质 6

60 4. 受控磁约束核聚变稳态燃烧 4.1 长脉冲 高功率运行模式下钨偏滤器基础物理研究研究内容 : 未来聚变反应堆稳态运行模式相关高功率钨偏滤器条件下的基础物理问题 考核指标 : 明确钨偏滤器条件下基础物理过程及边界磁拓扑结构改变对偏滤器性能的影响 ; 建立与高性能芯部等离子体兼容的先进偏滤器优化机制 ; 在国际上率先实现长脉冲 10 MW/m 2 高热负荷条件下钨偏滤器热流分布的主动调控 5. 脉冲星 中性氢和恒星形成研究 5.1 基于 FAST 的脉冲星和中性氢研究及引力波探测研究内容 : 依托大射电望远镜 FAST 的脉冲星搜寻 发现, 建设 FAST 计时观测能力以及中性氢观测 分析等关键科学问题研究 考核指标 : 建成 FAST 分布式天文数据存储处理系统和开放数据库 ; 实现国内射电望远镜发现脉冲星零的突破, 发现 研究对引力波 快速射电暴等前沿 热点研究领域具有重要价值的脉冲星及其他射电源 ; 显著提升现有 HI 星系样本库 ; 发现新羟基超脉泽星系, 争取在重要参数 ( 例如红移等 ) 上取得世界领先 ; 开展谱线巡天, 获取 FAST 波段频谱覆盖最全, 灵敏度最高的, 通道数领先的光谱数据, 寻找对天体化学和天体生命学有重要意义的谱线 5.2 恒星形成与星际介质研究研究内容 : 利用国内外先进亚毫米和红外望远镜观测设备, 开展从河内单个恒星到高红移星系各个不同层次上的恒星形成与星际介质研究 7

61 考核指标 : 获取世界上最大的银河系中性氢和羟基等谱线的类星体前景吸收线样本, 为构建星际介质演化模型提供关键测量 ; 发展脉泽三角视差和中性氢窄线自吸收等自主创新的观测技术方法, 系统测量恒星形成及星际介质的基本物理参数 ; 获得分子云形成时标 大质量恒星形成区物理化学状态 银河系气体结构 不同星系环境下的恒星形成率以及活动星系核与恒星形成之间的关联等关键信息 ; 建立较完整的宇宙中恒星形成物理图像 即从银河系单个恒星到高红移星系中整体恒星形成规律 6. 复杂体系的多自由度及多尺度综合研究 6.1 先进能源材料和器件及化石能源绿色利用的原位研究研究内容 : 先进能源材料和化石能源绿色利用研究的实验方法 ; 新型能源材料和器件及核能材料的表界面及其动态行为, 效率 损伤等使役行为的构效关系 ; 化石能源能量转化机制 考核指标 : 依托先进光源红外光谱技术, 建立复杂化学环境条件下表界面构效关系的原位研究平台, 探索提高能源材料和电池效力和效率的新机制 ; 集成先进光源质谱联用技术, 发展高灵敏度的原位 联用表征新方法, 实时探测研究燃烧过程关键中间产物 ; 依托先进光源建立强辐射等环境下核能材料结构和表界面动态观测平台, 了解结构 表界面与使役行为的关联和动态理解损伤机制 ; 建立相关的模型及计算方法, 深入理解表界面构效关系和能量转化的物理机制, 为上述实验研究提供理论指导 8

62 6.2 基于大科学装置联通的先进高通量表征技术研究研究内容 : 依托同步辐射 强磁场 等离子 中子源等装置的先进高通量结构与物性表征技术及功能材料的材料基因组学研究 考核指标 : 基于先进光源软 X- 射线波段的电子结构探测技术 (ARPES) 结合磁场温度场等物理条件, 创建具有高通量能力的电子结构表征平台 ; 基于先进光源红外波段的谱学技术, 建立多方法联通的功能材料高分辨原位实时高通量表征平台 ; 基于电子迁移与先进光源红外和太赫兹长波波谱的独特物理关系, 建立功能材料高通量高分辨物性表征新理论与新方法 ; 以电子结构 电子运动与功能材料物性的关联为基础, 发展依托先进光源高分辨率多尺度物性成像的高通量表征技术, 丰富功能材料的材料基因组学研究 6.3 复杂流体中新型材料的合成反应过程实时跟踪研究研究内容 : 复杂流体体系研究的同步辐射原位跟踪技术的研发和实现 考核指标 : 实现基于同步辐射光源的复杂流体原位实验表征技术, 发展复杂流体体系原位反应过程中原子尺度和纳米尺度等结构信息的原位同步辐射 X 射线吸收 小角 X 射线散射 X 射线衍射等表征方法, 为原位跟踪复杂流体体系中的分子聚集行为 聚集体结构变化 以及反应过程提供基于同步辐射光源的研究支撑手段 6.4 复杂流体体系中的分子聚集行为及其功能调控研究研究内容 : 复杂流体体系中的分子聚集行为及聚集体结构与功能调控 9

63 考核指标 : 研究由超临界流体 离子液体等功能流体组成的复杂体系中的分子聚集行为 聚集体结构和性质随不同因素的变化规律和机理, 探索聚集体对化学反应和材料合成的调控功能, 揭示聚集体结构与性能之间的内在联系, 发展利用复杂功能流体中分子聚集行为调控化学反应性质 可控合成功能材料的新方法和新途径 7. 高温高压高密度极端物理研究 7.1 高温高压高密度物质的压缩性质 不透明度和输运系数研究研究内容 : 高温高压高密度物质的状态方程 不透明度和输运系数 考核指标 : 依托神光系列装置, 建立实验方法和技术, 获得温稠密物质的电导 热导及带电粒子在温稠密物质中能量损失的实验与理论结果, 获得温稠密物质 X 光辐射吸收与发射光谱特性 ; 提出静 - 动加载相结合的材料性质研究方法和技术, 建立激光驱动物质压缩性质绝对测量方法和技术 7.2 高精度时间 空间和能谱分辨的等离子体诊断技术研究研究内容 : 高精度时间 空间和能谱分辨的等离子体动态诊断技术 考核指标 : 建立超高分辨等离子体 X 射线光谱测量系统 ; 给出高时空分辨的软 X 光谱定量诊断谱仪设计方案, 完成关键单元技术演示和验证 ; 初步建立超快动态荧光成像技术 ; 完成五倍频汤姆逊散射新型光学系统的设计和初步应用验证 10

64 8. 多学科应用平台型装置上先进实验技术和实验方法研究 8.1 X 射线原位实验技术研究和环境建设研究内容 : 真实样品环境条件及原位条件下的 X 射线原位实验技术 考核指标 : 建立样品环境, 提供温度 压力 气氛 拉伸 电场 磁场等多种实验测试条件, 适用固态 液态 气态, 薄膜或纤维等多种样品形态, 满足材料合成 化学反应 外场作用等过程等中动态测试的需求 实现外场条件下的同步辐射 X 射线衍射 散射 吸收等实验技术, 满足原子近邻结构 长程有序结构 电子结构 界面与表面 纳米或微米尺度结构等不同尺度结构研究的需求 发展在同步辐射光束线直接和原位研究工程大试样的实验技术和环境 8.2 极端条件下的自旋相关量子物态研究研究内容 : 在强磁场和极低温极端条件下产生的自旋相关物质态结构 行为, 以及电 热输运及电子能谱 考核指标 : 发现在强磁场和极低温下与自旋态构形相关的非常规量子霍尔态 ; 在原子尺度上操控低维量子系统的单自旋量子态, 并实现集体自旋激发态探测 揭示量子相位效应在新奇非共线自旋空间结构中的作用机理 ; 揭示强磁场和低温环境下低维量子系统中的电子自旋 声子参与的输运过程 8.3 极端条件下二维量子受限系统及功能器件研究研究内容 : 研究强磁场极端条件下新型二维半导体材料的量子输运特性 低维受限量子结构的能带和电学特性, 制 11

65 备不同二维半导体材料形成的范德华异质结功能器件 考核指标 : 实现新型二维半导体材料的载流子浓度的栅压控制, 发现其在强磁场下新的量子输运现象并阐释其物理机制 ; 可控制备新型二维半导体材料在尺寸 形状 间距 晶向等变量上的量子受限系统, 实现能带调制, 揭示强磁场对量子受限系统电学特性的影响 ; 设计出新型二维材料范德华异质结, 揭示强磁场下新的量子效应, 制备新的原型器件 8.4 中子散射关键技术及前沿应用研究研究内容 : 根据散裂中子源 绵阳研究堆和 CARR 堆中子科学平台建设 能力提升以及前沿研究和应用需要, 实现关键技术自主创新, 提升关键部件国产化, 在前沿科学和重要应用中发挥中子科学平台独特作用 考核指标 : 自主研发先进的二维高分辨替代 3He 的大面积中子探测器及其电子学 准直单色聚焦中子光学器件等中子散射科学平台关键部件 ; 发展先进的自旋回波 能量分辨中子成像 全散射等实验方法和实验技术 ; 根据中子散射自身特点与优势, 结合国家相关领域的需求, 开展若干前沿领域应用研究 12

66 大科学装置前沿研究 重点专项 2017 年度项目申报指南编制专家名单 序号 姓名 工作单位 职称 / 职务 1 陈和生 中国科学院高能物理研究所 研究员 2 薛随建 中国科学院国家天文台 研究员 3 康克军 清华大学 教授 4 姚凯伦 华中科技大学 教授 5 赵红卫 中国科学院近代物理研究所 研究员 6 朱少平 中国工程物理研究院 研究员 7 陆亚林 中国科学技术大学 教授 8 景益鹏 上海交通大学 教授

67 附件 5 蛋白质机器与生命过程调控 重点专项 2017 年度项目申报指南 蛋白质机器, 是指由大量蛋白质和生物分子形成的高维度的 复杂的超级功能复合体 ( 如核糖体 剪切体等 ), 此外也包括蛋白质与蛋白质或其他分子形成的低维度复合物, 以及具有特定生物学功能的蛋白质分子 ( 如酶 抗体 受体 动力蛋白等 ) 对蛋白质机器复杂的结构和功能 调控网络 以及动态变化规律的深入认识, 是揭示生命现象本质 了解自然和人类自身的核心基础生物学问题之一, 也是涉及国家生物安全 粮食安全 医药卫生 农业和绿色产业发展等的重大战略需求 为提升我国蛋白质研究水平并推动应用转化, 按照 国家中长期科技发展规划纲要 ( 年 ) 的部署, 根据 国务院关于深化中央财政科技计划 ( 专项 基金等 ) 管理改革的方案, 科技部 教育部 中国科学院等部门组织专家编制了 蛋白质机器与生命过程调控 重点专项实施方案 专项围绕我国经济与社会发展的重大战略需求和重大科技问题, 发挥蛋白质科学研究设施等国家大科学装置的支撑优势, 以重大基础科学问题为导向, 以重大技术方法创新为支撑, 以重大应用基础研究为出口, 开展战略性 基础性 前瞻性研究, 增强我国蛋白质机器研究的核心竞争力, 产出一批国际领先 具有长远影响的标志性工作, 实现重点领域对国际前沿的引领, 在原创性基 1

68 础和理论研究中取得突破, 为人口健康 医药与生物技术 现代农业 环境生态与能源 国家安全等领域中重大科学问题的解决和关键技术的发展, 提供基础理论引导和技术方法支撑 2016 年, 蛋白质机制与生命过程调控重点专项针对重大基础科学问题 重大技术方法和重大应用基础研究三个专题部署研究任务, 共立项支持了 33 个研究项目 ( 其中青年科学家项目 10 项 ) 根据专项实施方案和国际蛋白质机器研究的最新进展,2017 年将继续围绕经济与社会发展的重大战略需求和重大科技问题, 结合国际蛋白质研究的前沿发展趋势, 在重要细胞器及生物膜相关蛋白质机器等重大基础科学问题研究领域, 高分辨率冷冻电镜 磁共振技术等重大技术方法研究领域, 以及肿瘤 免疫类等疾病防治等重大应用基础研究领域部署研究任务, 拟优先支持 26 个研究方向 ( 每个方向拟支持 1-2 个项目 ), 国拨总经费 7.8 亿元 ( 其中, 拟支持青年科学家项目不超过 8 个, 任务总经费不超过 4000 万元 ) 申报单位根据指南支持方向, 面向解决重大科学问题和突破关键技术进行一体化设计 鼓励围绕一个重大科学问题或重要应用目标, 从基础研究到应用研究全链条组织项目 鼓励依托国家重点实验室等重要科研基地组织项目 项目应整体申报, 须覆盖相应指南方向的全部考核指标 项目执行期一般为 5 年 一般项目下设课题数原则上不超过 4 个, 每个项目所含单位数控制在 4 个以内 青年科学家项目可参考重要支持方向 ( 标 * 除外 ) 组织项目申报, 但不受研究内容和考核指标限制 2

69 1. 重大基础科学问题研究 1.1 细胞自噬中的蛋白质机器研究内容 : 发现细胞自噬相关的新型蛋白质机器, 研究其动态变化 结构 调控与发挥功能的分子机制 考核指标 : 发现 5-10 种在细胞自噬过程中发挥核心功能 且结构或功能尚不清晰的新型蛋白质机器, 揭示其结构 功能 组装模式及调控机制, 阐明其在细胞稳态维持 代谢调控和细胞器质量控制等细胞生物学过程中的作用 1.2 细胞运动中的蛋白质机器研究目标 : 发现细胞运动相关的新型蛋白质机器, 研究其动态变化 结构 调控与发挥功能的分子机制 考核指标 : 发现 5-10 种在细胞运动相关过程中发挥核心功能 且结构或功能尚不清晰的新型蛋白质机器, 解析其三维结构和动态调控机制, 阐明其在细胞运动 物质运输等过程中的作用 1.3 调控细胞命运抉择的染色体蛋白质机器研究内容 : 发现与着丝粒或端粒的组装和功能调控相关的新型蛋白质机器, 研究其结构 组装和功能的分子机制, 发展对其进行示踪和功能调控的新手段 考核指标 : 发现 1-2 种与着丝粒或端粒的组装和功能调控相关的新型蛋白质机器 ; 针对 5-10 种参与着丝粒或端粒组装与功能调控 且结构或功能尚不清晰的新型蛋白质机器, 阐明其对细胞命运抉择的调控机制 ; 发展研究着丝粒动态组装的单 3

70 分子标记及高分辨成像方法 ; 发掘 5-10 种能够矫正着丝粒组装动态特征变化异常的先导化合物 1.4 植物光合作用相关的特殊蛋白质机器研究内容 : 解析与植物细胞光合作用相关蛋白质机器的精确三维结构, 研究植物光合作用的分子机制 考核指标 : 针对参与植物叶绿体光合作用的 4-6 个核心蛋白质机器开展研究, 解析其原子分辨率的三维结构, 阐明植物光合作用 能量转化的核心分子机制, 发现 3-5 种模拟或干预植物光合作用的人工物质 1.5 光信号参与高等植物生长发育调控的蛋白质机器研究内容 : 研究高等植物光信号转导通路的蛋白质机器调控网络, 发现光信号与植物内源激素及其他环境信号的关键信号整合蛋白, 揭示光信号介导季节变化调控植物生长发育的蛋白, 研究其功能与调控机制 考核指标 : 建立植物光受体调控植物光形态建成的遗传调控网络, 揭示光调控植物生长发育核心过程的分子机制 ; 发现 8-10 个高等植物光信号转导通路的未知蛋白与核酸因子, 解析其功能与分子机制 ; 鉴定光信号与植物内源激素的关键信号整合蛋白 5-7 个, 揭示光信号与植物激素信号途径的互作机制, 揭示光信号介导季节变化调控植物生长发育的分子机制 1.6 遗传信息稳定性维持相关蛋白质机器研究内容 : 发现与细胞 DNA 损伤应答相关的新型蛋白质机器, 研究其结构 动态变化 调控与发挥功能的分子机制, 研究其与人类疾病的关系 4

71 考核指标 : 发现 5-10 种在 DNA 损伤应答过程中发挥核心功能 且结构或功能尚不清晰的新型蛋白质机器, 揭示相关蛋白质机器的结构, 组装及调控机制, 阐明其在细胞稳态维持 代谢调控等疾病相关细胞过程中的作用 1.7 蛋白质稳态调控相关过程的蛋白质机器研究内容 : 发现与蛋白质稳态调控相关过程的新型蛋白质机器, 研究其结构 动态变化 调控与发挥功能的分子机制, 研究胁迫条件下或翻译后修饰途径中蛋白质稳态控制的分子机制 考核指标 : 发现 种蛋白质稳态调控相关途径中关键的新型蛋白质机器, 揭示其结构 功能 组装及其动态调控的分子机制, 阐明氧化应激或热激等胁迫条件下的蛋白质应答 稳态维持和质量控制等过程中关键蛋白质机器的功能机制 ; 或针对 5-10 种蛋白质稳态调控相关的蛋白质机器, 揭示重要蛋白质翻译后修饰途径调控蛋白质稳态的分子机制, 阐明蛋白质的质量控制和逃逸的分子机理 1.8 细胞发育 自我更新 定向分化与重编程等相关的蛋白质机器研究内容 : 发现与染色质或表观遗传相关的新型蛋白质机器和信号蛋白, 研究其结构 动态调控与发挥功能的分子机制, 研究其调控细胞基本生命活动或表观遗传的分子机制 考核指标 : 发现 5-10 种细胞内染色质水平重要调控蛋白 ( 组蛋白伴侣和染色质重塑因子 ) 和信号蛋白, 阐明其对细胞基本生命活动和机体发育的功能 ; 或针对 5-10 种与表观遗传 5

72 修饰相关的新型蛋白质机器, 阐明其在细胞定向分化与重编程中建立与维持的规律 1.9 染色质结构及功能动态调控的蛋白质机器研究内容 : 发现与染色质 异染色质的形成与功能相关的新型蛋白质机器, 研究其结构 组装及功能动态调控的分子机制 考核指标 : 发现 1-2 种与染色质 异染色质的形成与功能相关的新型蛋白质机器 ; 针对 5-10 种与染色质形成与功能相关的新型蛋白质机器, 阐明染色质装配与动态调控 ; 解析染色质高级结构及其调控机理 ; 揭示异染色质与基因沉默的结构基础, 以及对细胞功能的调控 1.10 控制哺乳动物重要生命过程的 RNA- 蛋白质复合体机器研究内容 : 发现与重要生命过程相关的新型 RNA- 蛋白质复合机器, 研究非编码 RNA- 蛋白质复合机器的生成 调控机理及生物学功能 考核指标 : 发现 3-5 种控制哺乳动物重要生命过程的新型 RNA- 蛋白质复合机器, 解析其结构与发挥功能的分子机制, 揭示其在基因转录及转录后加工中的作用及在重要生命过程中的调控机制 1.11 控制重要组织器官的系统发育与重塑的蛋白质机器研究内容 : 发现决定外周组织的发育 分化等相关的蛋白质机器, 研究其组成 结构和功能调控的分子机制, 研究其与重大疾病的关系, 发展新型调控手段 6

73 考核指标 : 针对骨骼 血液和肝脏 肌肉等, 聚焦其中一种, 发现 5-10 种与外周组织的发育 分化 重塑及器官大小调控等生理过程中相关蛋白质机器, 阐明其组成 结构与功能, 解析在组织病理变化中相关蛋白质机器的结构和功能改变与发病机制的关联, 发现 种针对蛋白质机器功能异常相关疾病的先导化合物 2. 重大技术方法研究 * 2.1 超大蛋白质机器的结构生物学研究研究内容 : 发展超大蛋白质机器的样品制备 结构解析等结构生物学研究相关的新技术和新方法, 并针对具有重大生物学意义 极大研究难度 结构未知的超大蛋白质机器开展研究 考核指标 : 在线粒体 核糖体 核糖体组装复合体等 8-10 种具有重大基础生理功能的超大蛋白质机器或亚细胞器中, 聚焦其中一类, 发展综合利用冷冻电镜 蛋白质晶体学等多种生物物理技术的整合型技术手段, 阐明细胞能量传递或蛋白质翻译等核心生命过程的分子机制 2.2 高分辨率冷冻电镜在结构生物学中应用研究内容 : 建立完整的冷冻电镜研究技术平台, 发展单颗粒分析等前沿技术, 并依托建立的平台和利用新方法, 开展对重要蛋白质机器的结构生物学研究 考核指标 : 建立高通量冷冻电镜单颗粒分析技术, 普遍实现蛋白质机器的原子分辨率结构解析 ; 建立蛋白质机器在细胞原位的完整冷冻电镜结构分析技术, 实现好于 8 埃的细胞原位结构解析分辨率 ; 针对结构生物学的具体应用需求, 探索时间 7

74 分辨率电镜技术和冷冻电镜技术的有效结合方式, 实现蛋白质机器的高时空分辨率的结构解析 2.3 膜蛋白结构研究的新方法及应用研究内容 : 发展膜蛋白的表达 纯化及结构研究的新技术和新方法, 并利用新方法, 对具有重大生理功能的膜蛋白质机器开展结构生物学研究 考核指标 : 发展 优化 3-5 种膜蛋白结构研究的技术方法, 将膜蛋白表达 纯化 及结构研究的效率提高 5%-10%; 选择 种信号传导 或能量物质运输 或其他具有重要生物学功能 且结构长期未得到解析的膜蛋白为实例, 实现对 种与重要生理 病理过程相关的膜蛋白的结构解析和功能阐释 2.4 蛋白质晶体学新技术和新方法研究内容 : 发展依托于同步辐射光源的蛋白质晶体学新技术和新方法, 建立完整的同步辐射光源晶体学研究平台, 研究自由电子激光等关键技术 考核指标 : 依托蛋白质科学研究设施, 构建综合性 前沿性结构生物学新技术和新方法研究平台 ; 发展 5-10 种与第三代同步辐射光源相关的结构生物学新技术和新方法, 发展自由电子激光作为新一代的实验用 X 射线源发展的串列晶体学研究 2.5 新一代蛋白质组学分析技术研究研究内容 : 研究高精度 定量蛋白质组学的新型分析技术, 研究蛋白质组学的高覆盖技术 8

75 考核指标 : 发展和优化 1-2 种正在翻译的蛋白质种类以及蛋白质可变剪切的鉴定技术 ; 发展和优化 1-2 种可一步富集重要 sub-proteome 的亲和技术 ; 发展和建立 1-2 种单个纯化蛋白的全序列测序覆盖技术和蛋白质组整体覆盖或高覆盖技术 ; 发展 5-10 种定量蛋白质组学研究所需的细胞 组织和整体动物标记技术 2.6 高维度蛋白质组学研究研究内容 : 研究蛋白质翻译后修饰分析 高纬度蛋白质组作用网络分析等高维度蛋白组学研究的新技术和新方法. 考核指标 : 发展 3-5 种蛋白翻译后修饰鉴定技术, 实现常规翻译后修饰的深度覆盖, 开发新型翻译后修饰的规模化鉴定方法 ; 建立 1-2 种复杂蛋白质组高维度相互关系的模式网络 ; 阐明 3-5 种代谢通路 信号转导和翻译后修饰的调控等重要途径 特定类型细胞 人体重要器官以及重要农作物 重要工业微生物性状改变等过程中的蛋白质相互作用网络和翻译后修饰的动态变化规律 2.7 化学生物学在蛋白质机器标记和功能调控中的应用研究内容 : 研究能够普遍应用于蛋白质研究的生物正交反应等化学生物学新方法, 发展利用新型化学探针, 对重要蛋白质机器的功能调控进行研究和干预的新手段 考核指标 : 发展生物相容 正交反应的设计 开发与应用, 实现对 80% 以上的蛋白质进行特异性标记的能力 ; 针对重大疾病相关的关键蛋白机器, 开展外源性化学小分子探针发现技术, 阐明可逆与不可逆小分子探针发现规律, 发展 种外 9

76 源性小分子探针, 实现功能调控 ; 阐明蛋白机器对小分子探针的应答机制, 在分子水平上精准预测应答方式 2.8 超高时空分辨 高灵敏度的生物成像技术研究内容 : 研究超高时空分辨 高灵敏度的生物成像技术, 研究提高其时空分辨率 动态信息记录 样品制备 数据计算等相关的新技术和新方法, 并对重要蛋白质机器开展研究 考核指标 : 发展 1-2 种超高时空分辨的蛋白质定位与动态成像技术, 在目前国际先进水平的基础上, 将同类技术的分辨率 速度 灵敏度和时空分辨率提高 20%; 利用光电交叉技术和冷冻电镜三维断层重构等手段, 自主搭建检测平台, 实现对蛋白质机器三维动态信息的记录 ; 发展 2-3 种新型样品制备手段和计算方法等, 实现在体断层成像的数据收集速度 分辨率等关键技术指标提升 10%; 利用新技术, 对 种蛋白质机器开展研究, 阐明其功能的三维动态机制 2.9 细胞中蛋白质机器结构和互作的原位分析新技术与新方法研究内容 : 研究在活细胞中研究蛋白质机器的原位磁共振分析技术, 重点研究提高蛋白质标记效率 提升检测灵敏度等相关的新技术和新方法, 并对蛋白质翻译 修饰等相关的重要蛋白质机器开展研究 考核指标 : 发展细胞内重要蛋白质的高效和特异性标记方法, 在现有基础上提高标记效率 20%; 发展高分辨率及高灵敏的结构 互作的高特异性检测方法, 在现有基础上提高灵敏度 20%; 发展检测活细胞内蛋白质翻译后修饰及其诱导的构 10

77 象转化和功能变化的新方法, 并成功应用于揭示活细胞中重要蛋白质机器功能的结构 互作和调控的分子机制 2.10 重要生理 病理过程中蛋白质机器的功能和调控网络的系统生物学研究研究内容 : 发展系统生物学相关的新理论和新型实验, 研究重大蛋白质机器的动态示踪 信号作用网络 动态临界过程等 考核指标 : 发展 5-10 种新型系统生物学研究方法, 对重要生理过程中蛋白质的功能和动态变化进行实时跟踪 ; 分析重要的信号转导网络的结构和功能 ; 对蛋白质修饰 表观遗传等进行系统分析, 阐明生物动态临界过程的理论和分子机制 ; 发展蛋白质相互作用网络 功能调控网络等的拓扑结构和动力学过程的实验手段和理论计算手段 3. 重大应用基础研究 * 3.1 重大疾病发生发展过程中蛋白质机器的功能机制研究内容 : 针对血管疾病或肿瘤, 聚焦其中一种, 发现与疾病发生发展相关的新型蛋白质机器, 研究其功能机制 作用网络和与疾病的关系, 发展针对疾病的新型干预手段 考核指标 : 发现 5-10 种与疾病发生 发展密切相关的新型蛋白质机器, 阐明疾病发生 发展过程密切相关的蛋白质机器的组成 功能 结构 作用网络和调控机制 ; 发现 种针对蛋白质机器的先导化合物, 为开发新型药物提供基础 11

78 3.2 重大脑疾病发生发展过程中蛋白质机器的功能机制研究内容 : 针对常见重大精神或神经疾病, 聚焦其中一种, 发现与疾病发生发展相关的新型蛋白质机器, 研究其功能机制 作用网络和与疾病的关系, 发展针对疾病的新型干预手段 考核指标 : 针对常见重大精神或神经疾病, 聚焦其中一种, 发现 5-10 种与疾病发生 发展密切相关的新型蛋白质机器, 阐明疾病发生 发展过程密切相关的蛋白质机器的组成 功能 结构 作用和调控机制 ; 构建与该疾病相关的模式生物脑蛋白质分子网络图谱, 揭示脑疾病新的发病机制 ; 发现 种针对相关蛋白质机器的先导化合物, 为开发新型药物提供基础 3.3 免疫反应过程中蛋白质机器的功能机制研究内容 : 发现免疫细胞的受体 配体和调控因子, 研究免疫应答 炎癌转化 肿瘤治疗等过程中的免疫调控机制和作用网络, 研究针对免疫相关疾病的新型干预手段 考核指标 : 发现 种在重要疾病过程中免疫细胞各种受体 配体分子与调控因子, 在抗原免疫应答过程的效应蛋白网络 免疫效应蛋白和病毒蛋白相互作用的网络 免疫受体识别自身和非自身模式分子的机制和相关疾病 炎症因子在肿瘤微环境中的效应机制和调控网络 以及肿瘤化疗抵抗过程中免疫负调控分子网络等科学问题中, 重点选择一种开展研究, 阐明相关免疫反应过程的分子机制, 发展新的免疫干预策略 3.4 病原体感染与致病过程中蛋白质机器的功能机制研究内容 : 针对具有重大临床意义的病原体, 发现与病原体感染与致病密切相关的新型蛋白质机器, 研究其结构 功能 12

79 和致病的分子机制, 研究与传染病相关的新型干预手段 考核指标 : 聚焦 2-3 种重要临床病原体 ( 病原菌或病毒 ), 发现 5-10 种与病原体感染 复制 致病 耐药等相关的新型蛋白质机器, 研究其组成模式 功能机制和调控网络, 发现 种新型抑制剂, 发展针对传染性疾病的干预手段 3.5 基于蛋白质机器的创新药物研究研究内容 : 围绕恶性肿瘤 心脑血管疾病 代谢性疾病 神经退行性疾病 自身免疫性疾病 遗传性疾病和传染性疾病等, 选择其中一种或几种重大疾病, 发展基于蛋白质机器的创新药物研究新方法, 发现新型靶点蛋白和先导化合物 考核指标 : 针对选定的重大疾病, 发展化学生物学 结构导向药物设计等新型靶点和先导化合物发现的技术手段, 发现 50 种左右的先导化合物 13

80 蛋白质机器与生命过程调控 重点专项 2017 年度项目申报指南编制专家名单 序号 姓名 单位 职称 / 职务 1 饶子和 清华大学 教授 2 张学敏 中国人民解放军军事医学科学院 研究员 3 刘买利 中国科学院武汉物理与数学研究所 研究员 4 张辰宇 南京大学 教授 5 屈良鹄 中山大学 教授 6 高友鹤 北京师范大学 教授 7 雷鸣 中国科学院上海生命科学研究院 研究员 8 朱冰 中国科学院生物物理研究所 研究员 9 周丛照 中国科学技术大学 教授

81 附件 6 全球变化及应对 重点专项 2017 年度项目申报指南 全球变化是指由自然和人文因素引起的 地表环境及地球系统功能全球尺度的变化 全球变化已经并将持续影响着人类的生存和发展, 并成为当今世界各国和社会各界关注的重大政治 经济和外交问题 妥善应对全球变化, 离不开科学研究的支撑 为大幅度提升我国全球变化研究领域观测 分析 模拟能力, 取得国际学术界公认的重大成果, 为国家参与全球气候治理及国际气候谈判提供科学支撑, 按照 国家中长期科学和技术发展规划纲要 ( ) 和 国家应对气候变化规划 ( 年 ) 部署, 根据国务院 关于深化中央财政科技计划 ( 专项 基金等 ) 管理改革的方案, 科技部 教育部 中科院 气象局 海洋局 环保部等部门组织专家编制了 全球变化及应对 重点专项实施方案 全球变化及应对 重点专项的总体目标是 : 发挥优势, 突出重点, 整合资源, 在全球变化领域若干关键科学问题上取得一批原创性的成果, 增强多学科交叉研究能力, 提升我国全球变化研究的竞争力和国际地位, 为维护国家权益 实现可持续发展提供科学支撑 重点关注以下关键科学和技术问题 : 全球变化关键过程 机制和趋势的精确刻画和模拟, 全球变化影响 风险 减缓和适应 数据产品及大数据集成分析技术体系研发, 具有自主知识产权的地球系统模式研 1

82 制, 国家 区域应对全球变化和实现可持续发展的途径 专项实施方案部署 5 方面的研究任务 :1. 全球变化综合观测 数据同化与大数据平台建设及应用 ;2. 全球变化事实 关键过程和动力学机制研究 ;3. 地球系统模式研发 预测和预估 ;4. 全球变化影响与风险评估 ;5. 减缓和适应全球变化与可持续转型研究 2016 年, 全球变化及应对重点专项围绕以上 5 方面主要任务, 共立项支持了 29 个研究项目 根据专项实施方案和 十三五 期间有关部署,2017 年, 全球变化及应对重点专项将围绕全球变化关键过程 机制和趋势 ; 全球变化影响 风险 减缓和适应 数据产品及大数据集成分析 ; 地球系统模式研制 ; 国家 区域应对全球变化和可持续发展途径等方面继续部署项目, 拟优先支持 25 个研究方向 ( 每个方向拟支持 1~2 个项目 ), 国拨总经费 5.2 亿元 申报单位根据指南支持方向, 面向解决重大科学问题和突破关键技术进行一体化设计 鼓励围绕一个重大科学问题或重要应用目标, 从基础研究到应用研究全链条组织项目 鼓励依托国家重点实验室等重要科研基地组织项目 项目应整体申报, 须覆盖相应指南方向的全部考核指标 项目执行期一般为 5 年 一般项目下设课题数原则上不超过 4 个, 每个项目所含单位数控制在 6 个以内 本专项不设青年科学家项目 2

83 1. 全球变化综合观测 数据同化与大数据平台建设及应用 1.1 全球生态系统碳循环关键参数立体观测与反演研究内容 : 陆地生态系统碳循环基本参数 ( 叶面积指数 叶绿素 叶片最大羧化率 生物量 植被初级生产力 生态系统生产力 土壤碳库等 ) 的立体观测及反演, 基于机理过程的碳循环基本参数观测与反演模型, 基于高频荧光监测 激光雷达与卫星遥感的生态系统光合与呼吸观测与反演模型, 海洋碳循环基本参数 ( 叶绿素浓度 初级生产力 细菌 碱度 盐度 ph 值等 ) 立体观测及其提取技术 考核指标 : 建立基于立体观测的陆地碳循环基本参数反演算法 模型与软件系统, 研制出具有自主知识产权的全球陆地碳循环遥感参数 ( 叶面积指数 最大羧化率 集聚指数 叶绿素 光能利用率 荧光强度 森林树高 植被覆盖度 生物量 植被初级生产力 生态系统生产力等 ) 和海洋遥感参数 ( 叶绿素浓度 初级生产力等 ) 的长时间序列数据产品 ( 至少一半产品做到时间跨度 年, 时间分辨率为 8 天, 空间分辨率为 米 ; 其它数据产品空间分辨率优于 5 千米 ), 为全球碳源汇精准估算提供方法和数据支撑 以上算法 模型和数据产品公开发表或在线免费共享 1.2 冰冻圈和极地环境变化关键参数观测与反演研究内容 : 冰冻圈和极地环境变化关键参数动态监测技术研制, 冰冻圈和极地定位观测 综合考察与遥感等多源数据融合 校准技术研究, 冻土 大陆冰盖 极地海冰及其反照率变化等关键参数的反演方法和数据产品研制 3

84 考核指标 : 建立时间跨度不低于 20 年的全球冻土 大陆冰盖分布和覆盖度 / 率, 极地海冰及其反照率变化等数据产品 ( 冻土 海冰 季节性积雪 冰川分布及冰盖物质平衡和冰冻圈反照率数据空间分辨率为 1-5 千米 ; 全球冰川编目的空间分辨率 1-5 千米 ; 季节性积雪和冰冻圈反照率的时间分辨率为 10 天, 其它为 1-5 年 ), 为开展全球变化机理 影响和模拟研究提供数据支撑, 为开展极地研究及海洋航道设计提供基础数据 所有数据公开发表或在线免费共享 1.3 近海和深海环境变化关键参数观测与反演研究内容 : 近海和深海卫星遥感 定位观测及专业浮标等多源数据融合 校准技术研究, 海温 ( 海表 中深层 ) 盐度 海平面 洋流 海 - 气通量 海洋酸化 微型生物及近海水质变化等关键参数反演算法及数据产品提取 考核指标 : 建立近海和深海环境变化三维动态监测及关键参数反演算法及数据产品提取技术体系, 研制出近海和深海环境变化关键参数 ( 海温 盐度 海平面 洋流 海 - 气通量 海洋酸化 微型生物及近海水质变化 ) 三维数据产品 其中海温 盐度 海气通量等数据产品的时间跨度为 年, 空间分辨率为 0.5, 时间分辨率为月, 分层多于 30 层 ; 海平面 海洋酸化 微型生物及近海水质变化等数据产品的时间分辨率为年, 空间分辨率为 0.1, 时间跨度为 10 年, 分层多于 30 层, 为开展全球变化机理 影响和模拟研究提供数据支撑 所有数据公开发表或在线免费共享 4

85 1.4 北半球千年尺度气候高分辨率数据集研制及可靠性研究研究内容 : 气候代用指标物理意义研究, 卫星遥感 代用资料 模式资料与器测数据融合 校准技术研发, 过去 2000 年北半球地表温度 降水以及土地利用 冰雪 海平面 动植物分布等地表环境要素变化数据集研制, 各类数据可靠性分析与不确定性评估 考核指标 : 阐明气候变化代用指标物理意义, 建立过去 2000 年北半球温度 ( 分辨率为 10 年 ) 和降水 ( 干湿 )( 分辨率为 年 ) 变化数据集, 过去 2000 年北半球冰雪 海平面变化 ( 分辨率为 年 ) 数据集, 过去千年北半球土地利用 ( 时间分辨率为 年, 空间分辨率 千米 ) 数据集, 过去千年北半球动植物分布变化 ( 时间分辨率为 年, 空间分辨率 千米 ) 数据集, 并评估以上资料的可靠性和不确定性, 为开展全球变化机理 影响和模拟研究提供数据支撑 所有资料须公开发表或在线免费共享 1.5 卫星资料的质量控制与同化技术研发研究内容 : 卫星观测异常和卫星参数异常的识别, 卫星数据的质量控制及观测误差估计, 风云卫星直接辐射和高光谱卫星垂直探测直接辐射亮温同化算子精度技术研发, 陆地上空卫星资料的有效同化, 卫星资料准确性和精度对全球再分析资料的准确性和全球气候变化估算的影响研究 考核指标 : 建成卫星数据质量控制和实时同化方案, 定量评估卫星资料对全球再分析资料的准确性和全球气候变 5

86 化估算的影响, 卫星资料占同化资料的比例较 十二五 末提高 30% 以上 2. 全球变化事实 关键过程和动力学机制研究 2.1 全新世季风气候系统变异性与亚洲干旱驱动机制研究研究内容 : 全新世亚洲高分辨率气候变化信号捕捉, 亚洲干旱区气候变化时空特征与季风气候系统变化过程研究, 季风气候系统变异性及亚洲干旱驱动机制分析与模拟研究 考核指标 : 建立全新世亚洲地区 ( 分辨率为年 -30 年 ) 干旱与季风尾闾区 ( 分辨率为年 -10 年 ) 气候变化序列, 揭示季风气候系统变异性与亚洲干旱驱动机制 为深入认识全球增暖背景及诊断气候系统模式提供科学基础 2.2 东亚地区云对地球辐射收支和降水变化的影响研究研究内容 : 东亚地区云与降水变化的关系研究, 云对辐射收支变化的影响和作用分析, 云反馈机制及其认识的不确定性评估 考核指标 : 建立东亚地区云对地球辐射收支和温度影响的定量关系, 揭示云的反馈机制及其气候敏感性 为诊断气候系统模式 预估全球增暖情景提供科学基础 2.3 陆表关键要素对全球变化响应及区域空间效应研究研究内容 : 陆表关键要素 ( 气候 水文 覆被 经济 人口等 ) 变化过程 模态 特征及趋势分析, 自然和人文要素相互作用机理及其空间分异规律研究, 关键要素对全球变 6

87 化响应机制及陆表系统转折点预估, 全球增暖对区域空间质量的影响评估 考核指标 : 揭示陆表关键要素变化的时空特征和相互作用的物理机制, 检测全球增暖背景下中国陆表系统格局的转折点, 定量评估全球增暖背景下区域空间质量的变化 形成空间分辨率优于 1 千米的陆表系统关键要素及变化 陆表系统格局及转变和区域空间质量响应等系列图集 2.4 气候 - 陆面 - 水文过程及极端水文事件风险研究研究内容 : 自然和人为强迫下全球气候系统能量与水循环时空分异特征与数据同化研究, 全球气候 - 陆面 - 水文过程多尺度相互作用机理分析, 全球海 - 陆 - 气 - 冰水循环耦合模式研制与模拟, 全球增暖背景下极端水文事件的变化归因及预测与适应研究 考核指标 : 编制不同时期全球气候系统能量与水循环图, 揭示全球气候 - 陆面 - 水文过程多尺度相互作用机理, 建立全球海 - 陆 - 气 - 冰水循环耦合模式与数据同化系统, 检测归因全球增暖背景下极端水文事件的变化并提出预测与适应方法 2.5 全球增暖 1.5 o C 东亚气候系统变化情景预估研究研究内容 : 全球增暖 1.5 o C 对我国碳排放目标的影响, 热带海温和东亚周边海洋动力和海气耦合过程对全球增暖 1.5 o C 的响应分析, 全球增暖 1.5 o C 东亚环流 季风系统变化过程和特征及其对东亚气候系统的影响研究, 东亚地区降 7

88 水 温度变化和极端气候事件发生的位置 强度 频次预测及其不确定性评估 考核指标 : 阐明全球增暖 1.5 o C 对我国碳排放目标的影响, 热带和东亚海边海温变化机理及其对东亚气候的影响 检测东亚季风系统的响应, 预估增暖 1.5 o C 背景下东亚地区降水 气温以及极端气候事件变化情景, 提出降低东亚地区情景预测不确定性的科学方法和技术手段 3. 地球系统模式研发 预测和预估 3.1 地球系统模式及高分辨率气候系统模式中新型网格系统研发研究内容 : 新一代地球系统模式的网格系统的研制, 地球系统模式全球与区域的嵌套和特定区域的局部加密技术研发, 高分辨率情形气候系统模式的整体稳定性和并行可扩展性研究 考核指标 : 能够提高特定区域的模拟精度 实现复杂地形区域局部加密和自嵌套的新型地球系统模式网格系统, 应用于水平分辨率为 5-25 千米或更高分辨率的大气模式能缓解极区的计算不稳定性问题 海洋模式能减小在非海洋区域不必要的计算量, 实现 10 万核以上规模的高效并行计算 成果须开源共享并至少成功应用于两个我国自主研发的模式 8

89 3.2 高分辨率大气环流模式中重要物理过程参数化方案研发研究内容 : 高分辨率大气模式物理参数化方案研发 ( 更合理考虑环境湿度的积云夹卷 中尺度对流组织现象 对流的随机性以及对流云微物理过程的积云对流参数化 ), 深浅对流和边界层湍流的一体化参数化方法设计, 考虑次网格过程 ( 如边界层湍流 深浅对流及重力波等 ) 的云宏观及微物理过程和云量方案, 以及包括气溶胶的微观物理过程的参数化方案研发 考核指标 : 成果须提升高分辨率大气模式, 并使得模式在海洋低云 降水强度分布 ENSO 主要特征 季节内振荡 东亚季风 温带和热带气旋等方面的模拟能力, 使之处于世界先进行列 研发的方案须开源共享并参与我国自主模式比较计划 3.3 高分辨率海洋模式关键物理过程参数化方案的研发研究内容 : 高分辨率海洋模式关键物理过程参数化方案的系统性研发和评估 包括中尺度涡致混合的参数化和次中尺度涡 锋面过程的参数化, 沿等密度面和跨等密度面的混合过程及大洋内部内波破碎过程参数化, 潮致混合过程参数化 ( 包括海底陡峭地形处内潮破碎过程参数化以及近海潮流致底摩擦过程参数化 ), 背风波与地形相互作用过程的参数化, 以及中 小尺度海气耦合过程参数化等, 通过上述物理参数化方案减小海洋模式和耦合模式对平均气候态和气候变率的模拟偏差 9

90 考核指标 : 建立新关键物理过程参数化方案须适用于 1/20 度及更高水平分辨率的全球 - 区域一体化海洋模式 新的参数化方案能明显提升海洋模式和耦合模式对中纬度海气相互作用和年际 - 年代际气候变率的模拟能力, 使之处于世界先进行列 研发的方案须开源共享并参与我国自主模式比较计划 3.4 高分辨率海洋模式同化系统研发研究内容 : 基于全球高分辨海洋观测资料 ( 包括浮潜标 Glider XBT 船舶报 海面温度和高度计海面高度异常等资料 ) 和区域海洋观测资料 ( 包括验潮站 近海浮潜标和地波雷达等资料 ), 研制高分辨率全球 - 区域一体化海洋模式多尺度同化及参数估计系统 考核指标 : 建立的全球高分辨的多尺度海洋资料同化系统, 须用于耦合模式季节内到年代际尺度气候预测的初始化, 从而提高 MJO ENSO PDO 等不同尺度气候变率预测水平, 并具备在不同时空尺度上对模拟过程及关键参数进行约束的能力 研发的系统须开源共享并参与我国自主模式比较计划 3.5 高分辨率全球陆面过程模式研发研究内容 : 包含人类活动和生态系统过程的高分辨率陆面过程模式的研制 包括陆面水体 ( 湖泊 水库 江河等 ) 地下水 河川径流和洪泛等水文过程, 植被生理与生态过程, 碳 氮 磷为主的多种营养元素的循环过程, 全球植被动力学过程等, 以及人类活动对陆面过程的扰动 ( 大气污染 能源 10