2022年国内国际十大科技新闻揭晓

2022年国内十大科技新闻

一、我国科学家发布6G核心技术创新成果

位于江苏南京的网络通信与安全紫金山实验室联合东南大学、鹏城实验室、复旦大学和中国移动等团队,首创光子太赫兹光纤一体融合的实时传输架构,搭建出首个360-430GHz太赫兹100/200Gbps实时无线传输通信实验系统,首次实现单波长净速率为103.125Gbps、双波长净速率为206.25Gbps的太赫兹实时无线传输,通信速率较5G提升10-20倍,打破了太赫兹通信系统实时传输净速率超过100Gbps的公开报道世界纪录。

该成果具有广泛的应用前景,可与现有光纤网络融合,构成100-1000Gbps无线接入实现超高速室内、室外广覆盖;代替现有移动网络光纤,实现5G快速部署;替换数据中心的巨量线缆,显著降低成本和功耗;用于星间通信、空天一体化接入等场景。

光子太赫兹无线通信实验系统装置图

二、3D打印心脏成功

来自中科院等机构的研究人员利用六轴机器人改造而成的新型生物打印机和特殊的细胞打印方法,在复杂血管支架上打印出了具有正常细胞周期和功能的心肌组织。与传统的打印机相比,这种机器人打印机还不会对细胞造成机械损伤。

科学家还设计出了一种油浴打印方法,可以让打印出来的细胞在矿物油的疏水作用力下,不受重力影响,从而稳定粘附在生物支架的任意表面,并与周边细胞紧密连接。为了遵从组织器官发育的规律,机器人在血管支架上打印出几层细胞后,会先让两者进行培养,形成胞间连接和新生毛细血管后,再打印新的细胞。

该组织上面的细胞存活率和人工操作相同,都有98%。

两台六轴机器人正在进行打印

三、清华大学首次实现100千米量子直接通信

清华大学物理系宣布,物理系与电子系合作团队首次实现通信距离达到100千米的量子直接通信新系统,这是目前世界上最长的量子直接通信距离,有助于实现无中继条件下城际量子直接通信。

该团队设计和实现了一种相位量子态与时间戳量子态混合编码的量子直接通信新系统,时间戳量子态可用于抽样检测,大大降低噪声影响。新系统具有高度的稳定性和极低的本征误码率,有效提高了安全通信容量、距离和速率。该系统量子直接通信距离首次达到100千米,可以在无中继条件下实现城市之间的点对点量子直接通信,同时可以支撑基于安全经典中继建立的广域量子网络的一些应用。

量子通信

四、“墨子号”实现1200千米地表量子态远程传输

中科大潘建伟团队利用“墨子号”量子科学实验卫星,首次实现了地球上相距1200千米的两个地面站之间的量子态远程传输,向构建全球化量子信息处理和量子通信网络迈出重要一步。

实验团队利用光学一体化粘接技术实现了具有超高稳定性的光干涉仪。利用该技术突破,结合基于双光子路径-偏振混合纠缠态的量子隐形传态方案,团队在云南丽江站和德令哈地面站之间完成了远程量子态的传输验证。实验中对6种典型的量子态进行了验证,传送保真度均超越了经典极限。千公里的距离为目前地表量子态传输的新纪录。该工作为未来构建全球化的量子信息处理网络奠定了重要基础。

图源:环球科学

五、搜寻地外文明“中国天眼”发现可疑信号

北京师范大学天文系宇宙学与地外文明研究团组中国地外文明搜寻首席科学家张同杰教授透露,其团队使用“中国天眼”发现了几例来自地球之外可能的技术痕迹和地外文明候选信号。

“中国天眼”在搜寻地外文明上有三大优势:具有更大的观测天区、高两倍的灵敏度和接受不同天区信号的19波束。

张同杰说,这是几个不同于以往的窄带电磁信号,但这些可疑信号是某种射电干扰的可能性也非常大,结果还有待进一步证实和排除。中国天眼’的搜寻之路漫漫,我们一直在努力。

中国天眼

六、清华大学团队成功诱导全能干细胞

受精卵分裂形成新细胞,这些细胞在分化过程中变得特异化,拥有了自己的特定功能。如果我们能人为逆转这一过程,让成熟细胞重回生命最初的全能状态,我们就能创造并深入探索生命的起点。

先前的研究只能做到诱导多能干细胞,多能干细胞具有分化为多种细胞组织的潜能,但无法发育成为完整的个体。而清华大学药学院丁胜教授团队通过3种小分子药物组合形成的“鸡尾酒”,实现了全能干细胞的体外定向诱导及其稳定培养。该研究标志着全新的生命创造研究领域开启。

图源:123RF

七、中科院学者实现小鼠染色体重排

在自然环境下,染色体融合一般数十万年才会发生一次。8月25日,中国科学院动物研究所的科学家报道了一种新技术,可在实验室实现哺乳动物的染色体变异。

在研究中,他们选用了单倍体的小鼠胚胎干细胞,发现通过敲除胚胎干细胞中三个印记区域,可以创建一个稳定的、类似精子的基因印记模式。随后,他们将对其中的染色体进行了融合。他们发现,融合小鼠体内中等大小的4号和5号染色体未影响干细胞分裂;而融合最大的1号和2号染色体则阻碍了干细胞发展。这一研究首次实现了对哺乳动物的染色体进行编辑,显示了染色体重排对生殖隔离建立、新种群演化的意义。

图源:WANG Qiang

八、清华团队获柔性钙钛矿太阳能电池世界最高效率

清华大学电机系易陈谊课题组提出了一种通过多功能添加剂减少钙钛矿薄膜缺陷和晶格微应力的策略,实现了单结柔性钙钛矿太阳能电池光电转换效率(PCE)23.6%的世界最高纪录。

在该研究中,研究团队设计了一种琥珀酸盐添加剂加入钙钛矿前驱液中,用以提高钙钛矿薄膜质量和钙钛矿太阳能电池性能。通过该方法制备的钙钛矿太阳能电池光电性能优异,在AM1.5G标准光照下刚性的电池器件光电转换效率高达25.4%。

在柔性基底上所制备的柔性器件获得了最高23.6%(认证效率22.5%)的光电转换效率,这是迄今报道的单结柔性钙钛矿太阳能电池效率的最高纪录。

图源:原论文

九、国内首次实现液体火箭动力的重复使用

近日,由西安航天动力研究所自主研制的某型液氧煤油发动机首次实现重复飞行试验验证。该型发动机作为某飞行器主动力装置参加首飞试验后,再次装配并顺利完成了重复飞行试验,国内首次实现了液体火箭动力的重复使用。

液氧煤油发动机是我国新一代运载火箭的主要动力装置。该发动机是按照可多次使用的标准设计的,所有阀门均为可多次工作的气动、电动、液动等形式,在地面试验时实现了单台发动机不下台重复试车8次。但由于天地工作环境的差异性及各种保障条件的限制,飞行中的重复点火与地面试验重复点火不能简单划等号,液氧煤油发动机重复使用需要攻克的关键技术难题还有很多。

图源:环球科学

十、西南大学成功研发出全球首张油菜液相育种芯片

西南大学发布消息,该校历经八年,成功研发出全球首张油菜液相育种芯片:油菜50K液相育种芯片。

育种芯片是生物物种基因检测的重要工具,通过生物芯片可以读取生物样本DNA数据。简单来说,育种芯片可让研究人员了解这类种子的大部分特性,从而指导重要品种培育。

育种芯片的形式大致分为固相芯片和液相芯片两类,液相芯片在价格上极具优势。液相芯片是基于DNA的捕获,然后再进行测序,它对同一个位置进行了多次的测序。准确率不仅更高,且位点设计更为灵活,成本价格也仅占固相芯片的1/5。

图源:重庆发布

2022年国际十大科技新闻

一、美国医生成功为患者移植猪心脏

1月7日,一位现年57岁的心脏病患者在美国马里兰州巴尔的摩一家医院接受了长达八个小时的转基因猪心脏移植手术。术后,病人情况良好。马里兰大学医学中心心脏移植项目主任巴特利·格里菲斯医生主刀这次手术,他说:“它产生了脉搏,产生了血压,这成了他的心脏。”

移植手术现场

科学家们一直在努力研制移植器官不会与人体产生排异反应的猪。这也是人类首次成功将转基因猪心脏移植到患者体内,有望为心脏病患者带来希望。

研究人员希望,这种手术能引领未来医学的一个新时代。届时对于患者来说,不再会有可移植器官短缺的局面。

二、新材料可在阳光下将二氧化碳转化为燃料

瑞典隆德大学领导的研究开发了一种新的共价有机框架(COFs),可利用太阳能将二氧化碳转化为一氧化碳燃料,无需输入额外能量。

COFs是有机物通过共价键形成的多孔稳定材料,牢固而稳定。在此次研究中,研究人员发现COFs可高效吸收阳光,于是向COFs添加了铼-二亚胺羰基配合物。后者是一种催化复合物,瞬态光谱学和密度泛函理论表明其可推动二氧化碳转化为一氧化碳的双电子反应。添加了这一物质的COFs成功地在没有其他能量输入的情况下将二氧化碳转化为了一氧化碳。

研究者表示,这一突破可能是未来减少大气中温室气体水平的解决方案之一,有望用于可广泛使用的更大装置。

三、首次实现超导体单向导电

构建计算机等电子设备的一个关键环节是实现电流的单向传输,半导体内部的PN结打破了对称性,很容易实现单向导电。但超导体在没有外部磁场的情况下,难以实现单向导电,从而运用于实际电子设备中。发表于《自然》的一项研究中,研究人员实现了超导体不借助外部磁场的单向导电,这对普及超导的应用有重要意义。

研究人员从量子材料Nb3Br8上剥离几个原子厚的薄层,形成一种二维材料,并在此基础上首次制造出了约瑟夫森二极管。研究人员把这种材料放置在两个超导体之间,实现了电流的单向传输。研究人员表示,这项成果有助于将超导技术应用到实际的计算机中,理论上可以大大提高计算速度。

四、银河系中心黑洞首张照片发布

北京时间5月12日21时07分,事件视界望远镜(EHT)合作组织正式发布了银河系中心黑洞人马座A*(Sgr A*)的首张照片。这是EHT合作组织继2019年发布人类第一张黑洞照片,捕获了位于更遥远星系M87中央黑洞之后的又一重大突破。这一成果给出了该天体就是黑洞的实证,为理解这种被认为居于大多数星系中心的“巨兽”的行为提供了宝贵的线索。

五、用两滴水一张纸发电一小时

使用更环保的材料、提高资源的回收率,是当前解决电子垃圾泛滥问题的重要方法,而生物可降解电池则是当前电池研究的热点。来自瑞士联邦材料科学与技术实验室的科研团队提出了一种可以用水激活的一次性纸电池。

据介绍,只需滴上两滴水,这种新型电池就可以持续为一个带有 LED 的闹钟供电 1 小时,1 小时后再加两滴水,还能继续使用,且可以被制成任意形状和大小,潜在应用场景十分广阔。

研究团队表示,这种纸电池可以被用于驱动各种低功率、一次性可丢弃的电子器件(比如追踪物品的智能标签、环境传感器和医学诊断设备)并将其环境影响降到最低。

六、科学家培育出“全人工合成”的小鼠胚胎

以色列科学家利用小鼠的胚胎干细胞制造出了一些人造的小鼠胚胎,并使用一种新型的生物反应器对它们进行培养,使得胚胎发育出心脏和一些器官雏形。

实验中,研究人员将小鼠基础的胚胎干细胞系和基因改造后的胚胎干细胞系在培养皿中一起培养了5天,随后转移到了旋转的培养容器中。在培养的第8天时,细胞形成的类胚状体组织非常类似于自然情况下发育8.5天的胚胎:拥有跳动的心脏、清晰的头尾末端,且形成骨骼肌的块状体节和发育中的大脑和脊髓,以及其他器官的雏形。研究人员还测量了其中4万多个胚胎细胞的基因活性,发现预期的所有类型的细胞都在正确的位置。

自然情况下,发育8.5天的胚胎(上)和新研究培养8天的胚胎(图片来源:JACOB HANNNA LAB/WEIZMAN INSTITUTE)

七、英国开展首个给患者输“人造血”的临床试验

英国进行了首个输人工血的临床试验——“干细胞起源的红细胞恢复和存活”试验。

该试验中将至少包括10名参与者,他们会接受2次(至少间隔4个月)小型输血,一次是标准捐献的红细胞,另一次是研究人员在实验室中用献血者血液中的干细胞培养的红细胞,以确定实验室制造的年轻红细胞是否比人体制造的细胞寿命更长。目前已有2位健康的参与者参与了该临床试验,输入了5~10毫升左右由实验室培养的红细胞,参与者正在被密切监测,尚无不良反应。

该试验是将实验室培养的红细胞作为未来临床产品的第一步。如果被证明安全有效,人工制造的血细胞或将在患有血液病的患者治疗中,产生革命性的改变。

八、脑机接口最新进展:失语瘫痪者每分钟“说”出近30字符,平均错误率仅8.23%

去年7月,来自美国加州大学旧金山分校的科研团队就曾首次使用脑机接口帮助一位瘫痪超过15年的失语男子恢复了“说话”的能力。这一系统受限于特定词汇表,参与者必须尝试大声说出这些词,这对于失语瘫痪的患者来说十分困难。

在一项最新研究中,设计了一个神经假体,这种神经假体可以将脑活动转译为单个字母,实时拼出完整句子,展示在一名失语瘫痪患者面前。

据介绍,由该神经假体能构成的拼写系统能够以每分钟29.4个字符的速度生成句子,平均字符错误率仅为6.13%,且可以推广到包含9000多个词的词汇表中。这一研究成果凸显了无声控制的语言神经假体通过基于拼读的方法生成句子的巨大潜力。

九、化学家创造出比现有系统高效 10 倍的“人工光合作用系统”

美国芝加哥大学的研究团队创造出了一个新的人工光合作用系统,其效率比现存其他人工系统高出一个数量级。该研究不仅是对现有系统的巨大改进,还前所未有地清楚揭示了这种人工系统在分子水平上的工作原理。

该团队将金属-有机框架(MOF)材料(由有机配体与金属离子结点组装形成)设计成单层,为化学反应提供最大的表面积,并将实验材料浸没于包含钴化合物的溶液中,以便运送电子。该团队在MOFs中添加了迄今为止人工光合作用系统尚未包含的物质——氨基酸,使分解水的效率和向二氧化碳添加电子及质子的效率均得到提升。这一突破也可以广泛应用于其他化学反应,如制造药物和尼龙初始材料等。

十、人类首次实现可控核聚变

12月13日晚,美国能源部部长和美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家们共同宣布了这项有关「无限清洁能源」的重大科学突破:

科学家实现了核聚变反应的净能量增益。也就是说,人类第一次成功从一个实验性核聚变反应堆中,让核聚变反应产生的能量多于了这一过程中消耗的能量。——核聚变点火。

据官方介绍,LLNL在向目标提供2.05兆焦耳(MJ)的能量之后,产生了3.15兆焦耳的核聚变能量输出,能量增益约为1.5。

此次实验的成功,让惯性聚变能(IFE)的科学基础首次得到了证实。这也意味着,人类朝人造太阳的目标,又近了一步。

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