中科院2006年十大重大创新成果

中科院2006年十大重大创新成果

　　

生物通综合：
中国科学院2006年十大重大创新成果 
 

　　人民网科技北京3月19日讯 记者许秀华报道：今天在中国科学院2007年度工作会议上，中国科学院常务副院长白春礼公布了中国科学院2006年度十大重大创新成果：

7．我国科学家发现阿尔茨海默症致病的新机制
 
单位：中科院上海药物所 
 
　　11月19日，国际著名学术期刊《自然·医学》网络版在线发表了我国科学家关于β淀粉样蛋白产生过程新机制的最新研究成果。中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所裴钢院士研究组经多年研究后发现，β2-肾上腺素受体被激活后，增强γ-分泌酶的活性，进而能够增加导致阿尔茨海默症的β淀粉样蛋白的产生。这项发现揭示了阿尔茨海默症致病的新机制，并且提示β2-肾上腺素受体有可能成为研发阿尔茨海默症的治疗药物的新靶点。

　　阿尔茨海默症（老年痴呆症）是一种以进行性认知障碍和记忆力损害为主的中枢神经系统退行性疾病，患者初期出现记忆力和思维能力减退，不久就会不易辨认方向，语言表达困难，无法辨认亲人，最后丧失生活自理能力，给家庭和社会带来沉重负担。

　　科学界以往的研究表明，β淀粉样蛋白是导致人类罹患阿尔茨海默症的“罪魁祸首”。神经细胞异常产生的大量β淀粉样蛋白，不仅会在大脑中沉淀形成老年斑，而且会引起大脑神经纤维丝缠结和神经细胞死亡等病理变化，从而导致阿尔茨海默症。因此，研究β淀粉样蛋白是如何产生的，将有助于预防和治疗阿尔茨海默症。

　　生物化学与细胞生物学研究所裴钢院士研究组经多年研究后发现，细胞膜上的β2-肾上腺素受体被激活后能够促进γ-分泌酶从细胞膜表面向细胞内部的内吞体和溶酶体转运，增强γ-分泌酶的活性，进而增加β淀粉样蛋白的产生。进一步的动物模型实验研究也表明，给阿尔茨海默症的模型小鼠长期使用β2-肾上腺素受体激动剂后，小鼠大脑的皮层和海马区域确实形成了更多的老年斑，并表现出严重的阿尔茨海默症的病理变化；反之，给模型小鼠长期使用β2-肾上腺素受体的拮抗剂后，则不仅明显减少老年斑的数量，而且延缓小鼠阿尔茨海默症的病理变化。上述研究结果，揭示了阿尔茨海默症致病的新机制，提示β2-肾上腺素受体有可能成为药物的新靶点。此项研究成果已申请了专利，并在抓紧开发中。

　　β2-肾上腺素受体是细胞膜上的一种非常重要的蛋白质，承担着为细胞接受和传递信号的任务。日常工作和生活中，人们的焦虑、紧张、抑郁等不良情绪会引起人体的应激反应，进而激活β2-肾上腺素受体，从而导致增加β淀粉样蛋白的产生。这就解释了为什么长期的应激反应有可能增加人们罹患阿尔茨海默症的风险。
 

　　8．我国抗糖尿病新药研究取得开创性进展

　　　单位：中科院上海药物所

　　我国科学家最近在非肽类小分子胰高血糖素样肽-1受体激动剂的研究领域取得了重要进展，相关成果于2007年元月第一周发表在国际权威科学期刊《美国科学院院刊（PNAS）》网络版上（http://www.pnas.org/papbyrecent.shtml）。

　　美国科学院院刊编辑部在此前向媒体的书面新闻发布中指出，这类口服有效的非肽类小分子激动剂有可能成为糖尿病、肥胖症和其他相关代谢性疾病的一种新型疗法。

　　去年在美国批准上市的“肠降糖素类似物”Byetta (Exenatide) 通过模拟人体内自然分泌的肽类激素 — 胰高血糖素样肽-1的生理效应而发挥血糖调节作用，在治疗成人2型糖尿病时疗效显著。但由于必须采用注射给药方式，使其临床应用受到限制。

　　以往试图开发口服有效的非肽类小分子胰高血糖素样肽-1受体激动剂之努力均未成功，使得科研人员转而研究该肽降解酶 ? 二肽酶（Dipeptidyl peptidase IV, DPP IV）的口服小分子抑制剂，如最近获得FDA批准上市的Sitagliptin （Januvia）。这类药物的主要缺陷在于其疗效的产生基本依赖于内源性胰高血糖素样肽-1的分泌。

　　胰高血糖素样肽-1受体是当今公认的、最重要的抗糖尿病药物作用靶点之一。中国科学院上海药物研究所暨国家新药筛选中心的科研人员在王明伟研究员的率领下，针对这一靶点，通过对数万个样品进行高通量筛选，发现两个小分子化合物在细胞培养和活体动物模型上具有良好的类胰高血糖素样肽-1活性。实验研究表明，其中一个化合物在急性注射或口服给药时，能够显著降低正常小鼠的摄食量。2型糖尿病小鼠接受该类化合物的慢性治疗后，摄食量减少，体重增长受抑，糖化血红蛋白水平（血糖长期控制指标）和空腹糖耐量试验正常化。

　　据悉，这项由国际著名代谢性疾病专家Roger H. Unger和Stephen Bloom分别评审的科研成果将作为推介论文（“This Week in PNAS”）在此后发行的《美国科学院院刊（PNAS）》印刷版上刊载。美国科学院院士Unger教授认为这项具有“显著”意义的发现“不仅将使2型糖尿病的治疗发生革命性变化，而且将开辟以口服非肽类小分子模拟肽类激素作用的纪元”。

　　这一开创性研究成果引起了国内外业界的高度关注，目前已有超过10家的跨国医药公司表达了合作开发的兴趣。非肽类小分子胰高血糖素样肽-1受体调节剂研究领域的先行者丹麦Novo Nordisk公司执行副总裁、首席科学家Mads K. Thomsen教授表示：“我们非常兴奋地获知你们的研究课题并对你们在这一困难领域发现如此具有吸引力的化合物印象深刻。”该公司负责生物学研究的副总裁Johan Selmer博士则评论道：“我与公司内部从事胰高血糖素样肽-1项目研究的专家们分析了你们的资料，即使那些通常极为苛刻的科研人员也对你们高水平的实验结果表示赞赏。”

　　美国Merck公司在世界上首先成功开发了二肽酶抑制剂Sitagliptin。该公司代表Lauren P. Shearman博士在一封致函中写道，“我们深知你们在开发小分子胰高血糖素样肽-1受体激动剂方面所经历的巨大挑战。Merck团队祝贺你们所取得的科学突破”，“对你们高质量和富于创造力的研究成绩深感钦佩”。英国皇家学会院士、曾经领导发现“伟哥”等3个“重磅炸弹”式新药的美国Pfizer公司前资深副总裁、著名药物化学家Simon Campbell教授则评论说：“你们的工作极其振奋人心，特别是生物学研究结果令人折服。”

　　这项由我国科学家自主设计和实施的研究课题历时4年，由国家科技部、中国科学院、国家自然科学基金委员会和上海市人民政府共同资助，涉及多种学科专业的交叉融合以及多种先进技术的集成应用，相关成果先后申请了7项国家发明专利，包括2项已经或即将进入各国申请阶段的国际发明专利。这一体现国际显示度的重要科技进步为开发具有我国自主知识产权的新型抗糖尿病药物奠定了坚实的基础，其潜在的社会效益及经济利益极其巨大。

背景介绍：胰高血糖素样肽-1受体非肽类小分子激动剂的发现
糖尿病（Diabetes mellitus, DM）是一种多病因的代谢性疾病，其特点是慢性高血糖，伴随因胰岛素（Insulin）分泌及/或作用缺陷所引起的糖、脂肪和蛋白质代谢紊乱。糖尿病主要分为1型和2型，后者占患者群体的90%以上。目前，糖尿病已经成为现代社会严重威胁人类健康与生命的主要疾病。据预测，到2025年全球糖尿病患者人数将增加到3.33亿，增幅为72%，其中有4000万病人分布在中国（钱荣立：“科学时报”2006年11月3日；潘锋：“科学时报” 2006年11月13日）。对糖尿病发病机理的研究表明，胰岛素分泌功能缺陷是引发糖尿病的主要原因。因此，促进胰岛素分泌便成为治疗糖尿病的主攻方向之一。
胰高血糖素样肽-1受体（Glucagon like peptide-1 receptor, GLP-1R）属于G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptor，GPCR）。当机体摄入营养物质时，肠内分泌细胞释放的肠肽激素 － 胰高血糖素样肽-1（Glucagon like peptide-1，GLP-1），通过与GLP-1R高度特异性地结合使其活化，刺激胰岛素分泌，抑制胰高血糖素的产生，使餐后血糖降低并维持在恒定水平。在生理条件下，GLP-1刺激胰岛素分泌的作用依赖于血糖浓度，不会因持续分泌而发生低血糖。GLP-1还具有促进β细胞的增殖和分化、调节神经功能、延迟胃排空和降低食欲等作用。由于上述明确的生理效应，自80年代中期发现该靶点以来，寻找GLP-1R的小分子激动剂乃是国际许多新药开发机构的研究热点。
国家新药筛选中心的科研人员以GLP-1R为靶点，在2003年初建立了相应的分子和细胞水平高通量药物筛选模型，并应用于大规模化合物样品库的筛选。迄今为止，已完成药物筛选75,640样次，发现小分子活性化合物5个，其中2个化合物的生物活性经受体结合试验及功能性模型复筛得到确认。以其中一个活性化合物的母核为基础，进行了一系列结构优化改造，合成出近百个小分子衍生物，经GLP-1R结合活力、报告基因表达活化和细胞内cAMP水平检测发现其中2个具有激动活性，其效应可被GLP-1R特异性拮抗剂Excendin（9-39）完全阻断。研究表明，此类化合物在溶液中的活性随着放置时间的增加而增强且与光照相关，提示高活性成分可能是其分解或氧化后的产物。利用极性差异，科研人员对在日光下放置一定时间的化合物溶液进行了分离纯化，发现其中数个分子量相同之组分的活性比原型化合物高，经结构分析鉴定确定了一类由原型结构二聚化而形成的取代环状化合物，其稳定性及生物活性均优于单体。
随后的体内外实验显示，这类取代环状化合物不仅能够在高糖条件下刺激离体大鼠胰岛细胞分泌胰岛素，而且在急性条件下可以抑制正常小鼠的进食活动，并且口服有效，血中半衰期为7.4小时。将其对2型糖尿病db/db小鼠进行慢性治疗后，能够剂量依赖性地降低血糖、减少进食及控制体重，治疗3－4周后可使糖化血红蛋白（HbA1c）和糖耐量试验正常化，同时具有降低血脂、改善胰岛素敏感性等效应。这类新化学实体的发现为开发全球首个体现体内疗效的GLP-1R非肽类小分子全激动剂指明了方向。
多家国际著名医药公司均在开发GLP-1类创新药物，如丹麦Novo Nordisk公司的GLP-1衍生物（Liraglutide；进入三期临床试验）和美国Amylin医药公司的GLP-1类似物Exenatide (Byetta；2005年4月上市)，但它们均为多肽。由于后者既不能口服，注射入体内后又被迅速代谢，人们的兴趣逐转向开发GLP-1降解酶 ? 二肽酶（Dipeptidyl peptidase IV, DPP IV）的小分子口服抑制剂，如美国Merck公司的Sitagliptin（Januvia；2006年10月上市）。
G蛋白偶联受体是人体内最大的膜受体蛋白家族，其配体涉及核酸、脂肪酸、脂类、肽类和多糖等多种化学物质，具有重要的生物活性和生理功能。以GPCR为靶点的药物在医药产业中占据显著地位。目前世界上销售额最高的药物中，有四分之一以上直接或间接地通过GPCR发挥药效。随着功能基因组学研究的不断推进，人们对GPCR家族的组成、功能和结构之认识逐步深化，为创新药物的开发提供了新的方向和手段。GLP-1R是B类型GPCR，该家族成员的天然配体为蛋白或多肽激素。以小分子探针模拟蛋白或多肽激素生理功能的难度极大，迄今几乎没有关于B型GPCR小分子全激动剂的文献报道。本项目的研究成果必将对目前举步维艰的B型家族GPCR小分子激动剂的探索提供宝贵的启示，具有重要的科学价值。
 
 

9.揭示果蝇记忆奥秘，探索记忆的神经生物学基础

单位：中科院生物物理研究所

　　人脑是否和计算机一样，所有的信息都储存在同一个记忆储备里吗？回答也许是否，人脑不同的结构承担着不同的感觉和信息。这点目前可以在与人脑类似的果蝇大脑上得到证实。生物物理研究所刘力研究组关于果蝇的最新研究成果，揭示了果蝇的脑中并不存在一个通用的记忆中心，而是不同感觉记忆储藏在不同的区域里，并且像人类能记住图像的高度、大小、颜色等不同参数一样，果蝇的图像记忆也有对应的不同参数。

　　其实，基因、脑与行为的关系问题是脑与认知科学面临的重大战略性科学问题。不同物种的脑虽然在形态上迥然不同，但是在基因水平上却有很高的同源性，从而使脑具有相似的基本功能。由于具有清楚的遗传背景、相对简单的神经系统以及多样化的行为等，果蝇已成为研究学习记忆等认知行为的重要模式生物之一。在自然界中，果蝇可以根据图形本身所具有的一些参数，如大小、颜色、重心高度和图形朝向等，来完成对相应视觉图形的识别并形成记忆。但是基于这种图形识别的结构基础是什么，也就是果蝇脑中神经元是如何构成功能回路来完成记忆的，一直是科学家们不断探讨的问题。

　　刘力研究组采用遗传学方法将特定的脑结构与功能联系起来。发现果蝇脑中具有复杂层状结构的扇型体，能够储存视觉图象的重心和朝向信息，以完成图形分辨任务；揭示了果蝇视觉学习记忆的神经生物学基础。该研究成果首次证明了果蝇中心脑内－扇形体结构，参与了视觉图形识别过程。2006年2月2日，国际著名学术期刊Nature以“Article”的形式发表了题为《果蝇脑对两种视觉参数的记忆》的研究论文；Nature同期发表的评论文章认为：这项研究清晰地表明，通过遗传学手段使果蝇成为研究神经结构及其功能的较好模型……事实上，在定位记忆方面可能是最好的模型。

　　果蝇虽小，但却是很聪明的动物；它会睡眠、做梦、唱歌……通过基因突变和行为选择的研究，我们可以确定其与学习记忆相关的基因。通过对果蝇记忆基因的研究，可进一步运用到小白鼠、哺乳动物甚至人类身上，从而解决人类失眠、老年痴呆等精神性疾病。刘力研究员表示，在研究中发现，有一个基因是与睡眠减少直接相关，抑制这个基因，就可以治疗失眠，目前正在小鼠身上作相关的实验，以后会逐渐在人类身上应用。
 
 

　　10．饮用水质安全风险的末端控制技术与应用

　主要完成单位：中科学生态环境研究中心
　　中科院广州地球化学研究所

　　本项目属环境科学与工程技术领域。主要研究城镇市政供水中饮用水质安全风险的末端控制技术。本项目所指的“末端”即为终端用户的饮用水供给系统，例如居民小区和公共建筑等，它是城市供水水质安全保障的最后屏障。此环节存在和导致的主要水质问题有：水中残存持久性有机物(POPs)、消毒副产物和水输送-循环-滞留过程的污染；突发性污染事件可能对水质产生的高强度干扰。因此，水质安全末端保障的关键环节包括水质净化、水质稳定和水质预警。
　　
　　本项目以危害人体健康的重点污染物为对象，以毒理学原理为水质安全风险的主要评判依据，针对水质风险末端控制的关键环节，提出了将供水末端作为最终安全屏障、对各环节协同调控的技术思路，在安全深度净化、水质稳定与改善、远程监控与污染预警等方面实现技术创新，创建了饮用水质安全风险的末端控制技术系统并广泛应用。

　　以水中具有健康风险的污染物为主要控制目标，本项目对高级化学氧化、高效吸附、电化学等技术进行单元和集成创新，开发出可强化产生羟基自由基等饮用水安全净化的核心技术，可对水中低剂量POPs、内分泌干扰物、消毒副产物以及砷、氟、氨氮等特殊物质高效去除，同时具有保持管道水质稳定、改善味感等综合效果，可保证饮用水质健康安全。

　　为及时评价水质状况及应对突发事件，本项目研究开发出适合末端水质监控的生物在线监测与预警技术，建立并完善生物毒性测试方法，在分子、细胞水平上形成一套适用于水质评估的技术体系，并应用于项目全部研究和实际制水过程。

　　为实现对分散水处理站水质的远程实时监控并形成区域性运行调控,本项目开发出利用宽带互联网将制水终端与中控平台远程联接并进行在线观测调控的技术系统,实现了大系统的运行集成。
研究中开发的关键技术拥有自主知识产权，共产生发明专利22项，发表论文61篇，其中SCI收录论文23篇。已在全国600多个小区推广应用，用户达到20多万个，累计新增产值2.3亿元，新增利润4948万元，新增税收1422万元。
 
 

　　1．EAST全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置
　2006年9月26日，由国家发改委投资建设的国家大科学工程EAST超导托卡马克聚变实验装置在进行的首日物理放电实验的过程中，成功获得了电流大于200千安，时间接近3秒的高温等离子体放电，这标志着世界上第一个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置已在中国首先建成并正式投入运行。

　　目前EAST已经成为一个国际先进实验平台，吸引各国优秀聚变科学家到中国来开展重要和广泛的国际合作研究，受到全世界聚变界的高度评价和重视。近期Nature和Science杂志对该装置均进行了专题报道。10月13日－14日，EAST国际顾问委员会（EAST International Advisory Committee）第二次会议在合肥召开，29位来自国际热核聚变试验堆（ITER）计划和欧、美、俄、日、韩、印等世界一流聚变研究机构的负责人及资深科学家参加了本次会议。在会上，EAST大科学工程总负责人万元熙、总工程师翁佩德、等离子体所所长李建刚和副所长万宝年分别向顾问委员会详细报告了EAST工程总论、工程进展、首次实验结果和未来实验计划。报告会后，顾问委员会全体成员到EAST实验大厅现场参观了放电实验和各子系统。14日，国际顾问们对EAST工程的建设、系统改进、今后的实验计划和研究等进行了长达10个小时的深入讨论，形成了EAST国际顾问委员会第二次会议报告。

　　报告除概论外，还从工程、实验研究和理论三方面分别给出了评估意见和改进建议。

　　报告的概论部分对EAST建设给予极高的评价，认为：“EAST 是世界上唯一类似ITER全超导磁场设计的托克马克装置。委员会对EAST的高质量建设留下了深刻印象。在如此短暂的时间内自主完成设计、预研、建设和试运行，成就了世界聚变工程的一个非凡业绩。这一杰出成就是全世界聚变能开发的重要里程碑。”同时指出：高功率加热、电流驱动和更完善的诊断是EAST是未来深入研究计划所必须的。“这些计划一旦实现，EAST将会在发展稳态高性能等离子体物理的科学研究计划中处于世界前沿地位，进而为支持ITER和聚变能发展作出贡献。”IAC强烈建议给予足够的资源支持来尽快实现这些科学目标。

　　随后，被誉为“核聚变奥运会”的第２１届世界聚变能大会（IAEA）10月１６-22日在成都举行，世界聚变能大会是国际核聚变研究领域的最高水平学术会议，是名副其实的世界顶尖级高科技盛会，这是两年一届的世界聚变能大会第一次在发展中国家举行。包括国际原子能机构副总干事Burkart教授以及国际聚变研究理事会主席等在内的800余位中外科学家聚首这一世界顶级高科技盛会。

　　在以往的IAEA大会通常只有欧洲的JET，美国的DIII-D，和日本的JT-60U这三个托卡马克被列在第一节报告中。在本次聚变能会议上，等离子体所的EAST托卡马克在大会上第一个做报告（key note），由此可见国际聚变界对第一个全超导托卡马克EAST的高度关注。等离子体所万元熙总经理代表EAST项目所有工作人员做了会议首个报告。在报告中，万元熙介绍了几年里EAST的历程以及装置最终高质量地完成工程建造、各个参数指标达到了设计要求、首轮物理实验放电成功、顺利通过工艺鉴定等情况。报告结束之后, 全场起立，热烈鼓掌，这是聚变能大会历史上的第一次。会议期间，众多国外研究所与大学除了祝贺以外，纷纷表示了强烈地与EAST合作的意愿，已达成了十多项双边合作项目并签署一项双边合作协议。

　　“全超导非圆截面托卡马克EAST核聚变实验装置实现首次放电实验，标志着EAST装置工程实验进入了新的阶段，也表明了中国科技工作者有能力自主实现具有国际先进水平的大型科学工程实验装置的建设和运行。EAST投入实验运行将为我国乃至世界核聚变研究提供了一座新的实验平台（摘自路院长贺信）”。
 
 

　　2．纳米量子结构可控性实验和理论研究取得新进展

　　物理所高鸿钧研究组围绕纳米电子器件的基础问题，在纳米结构的探索、组装规律和单元器件的物性等方面，在过去的几年里，取得了一些在国际上有影响的工作。他们通过STM等手段对纳米结构进行直接观察与研究，在实验和理论上对纳米结构的组装进行深入理解，并实现控制，然后研究单元功能器件的构造与物性。

　　2006年取得系列重要进展：1) 提出了通过调节烷烃侧链长度对一类分子纳米结构的可控调制，并得到了理论与实验上的证实 (PRL 96, 226101 (2006))。 2) 发现了“非模板选择性自组装”分子纳米结构的新途径，得到了功能分子纳米结构可控吸附和生长及其三维构筑（PRL 97, 156105 (2006)）。3) 提出了可通过功能分子对STM针尖进行修饰与成像，拓展了对扫描隧道电子显微学成像机制的认识（PRL 96, 156102 (2006)）。4) 提出了在X射线NIXSW实验中X射线所引起分子电子结构的变化会导致几何结构的改变，需重新认识该类测量结果（PRL 97, 246101 (2006)）。5. 自行设计、组装和建立了超高真空分子束外延－四探针STM系统，用该系统研究了几类纳米结构的物性，发现了一些有趣的物理现象 (Nanoletter 6, 1141 (2006) ; APL 89, 043103 (2006))。

　　六年来，他们的研究结果发表在美国《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett.）9篇、《美国化学学会会刊》（JACS） 3篇，Nanoletter和Adv. Mater. 7篇和1篇Review Article；在国际重要的学术会议上做邀请报告和大会报告约30次。有关功能纳米薄膜电导转变与超高密度信息存储的工作，两次荣获“中国十大科技新闻（进展）”，被Physical Review Focus, Science News 和Nature Matreials等多家国际科学媒体进行了连续专题报道，被称为“奔向下一代的CD (Toward the next generation CD)”和“可将美国国会图书馆的所有信息放在一张盘上” 。

　　更为重要的是，该研究组在纳米信息器件基础研究中取得的系列进展是一个逐步深入的过程，从观察（seeing）到理解（understanding）到控制（controlling）到功能器件应用（functionalizing），已逐步形成了系统性的工作，在国际相关领域产生了一定影响，确立了其在国际学术界的地位。
 
 

　　3．绘制出天空中的宇宙线分布图，发现宇宙线分布是各向异性的和宇宙线的运动规律

　在刚刚出版的《科学》杂志的2006年10月20日刊上，依据在我国西藏羊八井宇宙射线观测站的“西藏大气簇射探测器阵列”所获得的、积累近九年之久的近四百亿观测事例的实验数据的系统分析，中国和日本两国物理学家合作发表了有关高能宇宙线各向异性以及宇宙线等离子体与星际间气体物质和恒星共同围绕银河系中心旋转的最新结果，这些实验观测的前沿进展被审稿人誉为宇宙线研究领域中“里程碑”式的重要成就。

　　我们的银河系由几千亿颗恒星因引力束缚而组成，在星际间弥漫着气体物质和强度为几微高斯到几十微高斯的磁场。此外，在浩瀚的星际空间中还穿梭往来着来自各个方向的稀疏而高能粒子，即通常所谓的宇宙射线。宇宙射线的主要成份是以接近光速运动的质子、原子核和电子，它们被银河系的磁场束缚，仅有很小的机会逃逸出银河系。宇宙线粒子轰击原子核和尘埃颗粒而产生伽马射线辐射。探测研究宇宙线，包括它们的成份、能量、与方向相关的强度以及各种分布等，不但为我们提供了丰富的信息来了解宇宙线的起源、加速和传播过程，而且也有助于我们不断深入了解银河系的大尺度磁场结构。

　　为探索宇宙射线的奥秘，我国科学家在半个世纪以来付出了长期艰苦的不懈努力，并在上个世纪九十年代初在我国西藏自治区拉萨市西北约一百公里处的羊八井建成了国际上驰名的宇宙射线观测站（东经90.5度，北纬30.1度, 海拔4300米）。现在羊八井宇宙射线观测站配备有中国与日本合作的西藏大气簇射探测器阵列（Tibet Air Shower Array）的实验装置和中国与意大利合作的羊八井天体物理辐射地基观测装置（Astrophysical Radiation with Ground-based Observatory at YangBaJing，简称YBJ―ARGO）。西藏大气簇射实验阵列已经建成运行了16年，在高能宇宙射线观测实验研究中取得了独特而出色的研究成果；自2000年以来，ARGO-YBJ实验装备也已经逐步建成，它的顺利运行将更进一步提高羊八井宇宙射线实验的观测能力和范围。

　　根据《科学》杂志最新发表的西藏大气簇射实验结果，高能（介于万亿至数百万亿电子伏特能量区间，作为对比，电子在五号电池的正负极间加速获得的能量为一点五电子伏特）宇宙射线的流强在不同的方向上会有‘微小’的差别。为了理解这一最新的实验结果，我们可以想象一下地球表面上的大气。大气层基本上随地球的旋转而转动，并会由于太阳照射而造成温度和压力的差别从而使空气流动而形成风，迎着风的方向，空气流入量大，而在相反的方向上空气流入量则小。羊八井的实验结果同样表明，在太阳系附近观测到的宇宙射线的流强也有和“风”相似的地方，即有的方向上宇宙射线稍强些，有的方向上宇宙射线则稍弱些。带电宇宙射线流量的不均匀性很可能反映了银河磁场的某种大尺度结构。此外，我们还发现了新的宇宙射线“风”源，其中除了高能带电粒子的贡献之外，还应当有中性伽马射线的贡献，这些现象有可能暗示在这个方向有离太阳系不太远（比如几百光年；一光年为光行走一年的距离）的宇宙射线的加速源。

　　我们的实验结果还表明，作为整体的宇宙射线等离子体，在太阳系的附近是和太阳系一样围绕银河系的中心旋转的，这就如同大气层会随着地球旋转一样。我们由此推测，在整个银河系里，宇宙射线等离子体都和恒星与气体物质一样环绕银河系的中心旋转。通过对银河系中性氢原子21厘米谱线的观测分析和模型研究，人们已经认识到在银河系不同半径处的物质旋转角速度是不一样的，即小半径处转得快，大半径处转得慢。结合我们的观测结果，我们可以经验性地推测宇宙射线等离子体在银河系不同半径处与物质共转因而具有不同的角速度。这里，银河系磁场是连接星际间物质和宇宙线等离子体的关键“纽带”。这些实验观测结果为研究宇宙射线起源、加速、和传播等问题提供了宝贵的实测信息，并为银河系大尺度磁流体密度波和同步辐射侦测手段的进一步研究提供了重要的实验依据。

　　这些实验观测研究成果的取得，应该归功于国家多年来对基础科学研究的重视和不断提升的支持，得益于中国改革开放、对外合作、和迅速发展的整体经济形势，归功于中国科技部，国家自然科学基金委和中国科学院的明智决策和部署，归功于西藏自治区政府的大力支持和配合，归功于中日双方全体研究人员的持之以恒的努力、团结一致的精神和认真严谨的科学态度，归功于长期坚守在羊八井观测站的最可敬的技术工人。
 
 

　　4．甲醇制取低碳烯烃技术开发及工业性试验取得重大突破性进展

单位：中科院大连化物所

　　由中科院大连化物所与陕西新兴煤化工科技发展有限责任公司和中国石化集团洛阳石化工程公司合作的“甲醇制取低碳烯烃(DMTO)技术开发”工业性试验项目取得重大突破性进展，在日处理甲醇50吨的工业化试验装置上实现了近100%甲醇转化率，乙烯选择性40.1%，丙烯选择性39.0%，低碳烯烃(乙烯、丙烯、丁烯)选择性达90%以上的结果。8月24日，甲醇制取低碳烯烃(DMTO)工业试验项目技术成果新闻发布会在北京人民大会堂举行。23日该工业性试验项目通过了石油化工协会组织专家鉴定，以袁晴棠院士为组长的鉴定专家组认为，中国科学院大连化学物理研究所首次将SAPO-34催化材料应用于甲醇制烯烃的催化过程，并开发了相应的催化剂和与之配套的循环流化床中试技术；利用该中试技术建成了目前世界上第一套万吨级甲醇制烯烃工业化装置，该项技术是具有自主知识产权的创新技术；装置规模和技术指标处于国际领先水平。试验装置的成功运转及下一步大型化DMTO工业装置的建设，对我国综合利用能源、拓展低碳烯烃原料的多样化具有重大的经济意义和战略意义。

　　国家相关部委及中科院和有关省市领导对该项目都给予了极大关注和支持。全国人大副委员长顾秀莲，全国人大副委员长、中国科学院院长路甬祥，副院长施尔畏，全国政协副主席张榕明，陕西省代省长袁纯清、副省长洪峰以及国家发改委有关领导等参加了“DMTO(甲醇制取低碳烯烃)工业试验项目 ”新闻发布会。

　　据专家介绍，乙烯、丙烯等低碳烯烃是重要的基本有机化工原料，塑料生产、合成纤维等都离不开烯烃。而来源于石油炼制的石脑油是最主要的烯烃生产原料。我国石油生产量已远远不能满足市场需求，而国际原油价格近几年节节攀升，在这样的形式下，乙烯、丙烯生产原料的多元化已是关系国家能源安全的重大课题。

　　随着天然气或煤制合成气再生产甲醇的技术日臻成熟，天然气或煤经由甲醇制取低碳烯烃(MTO)就成为备受关注的一条生产路线，而关系到这条路线是否能畅通的核心技术主要集中在MTO过程。

　　近年来，针对我国石油产量不足、进口需求量逐年增加的情况，中央提出加快发展以甲醇、乙醇、二甲醚、煤制油等作为石油替代品的计划，因此以甲醇为原料生产低碳烯烃的MTO技术，成为发展新型煤化工产业、实现国家“以煤代油”战略的必由之路，其乙烯、丙烯产品及下游的乙二醇、丙烯酸、聚乙烯、聚丙烯等产品市场广阔，经济潜力巨大。

　　国家有关部委和中科院立足国情，早在“六五”期间就把非石油路线制取低碳烯烃列为重大项目，给予重点和连续支持。中科院大连化物所根据国家急需，从80年代初开始即开展了天然气(或煤)制取低碳烯烃的研究工作，先后完成了催化剂制备、放大及固定床和流化床两次中试，在催化剂和反应工艺等核心技术方面不断取得突破。在此基础上，又坚持不懈地研究、探索，力求实现工业化。

　　上世纪90年代中期，中科院大连化物所、美国UOP公司先后完成MTO中试。当时由于原油价格相对偏低，甲醇的大型化生产技术还不成熟等原因，该技术在国内外都未实现工业化应用。

　　2004年8月，利用大连化物所已开发成功的具有自主知识产权的催化剂和循环流化床中试技术成果，由陕西新兴煤化工科技发展有限责任公司出资进行装置建设及管理、中国石化集团洛阳石油化工工程公司进行工程设计，三家发挥各自优势开展合作，共同进行日处理甲醇50吨的工业化试验。经过两年的通力合作， 工业化试验装置一次开车成功，圆满完成了预定的阶段目标，取得建设大型化工业装置的设计基础数据，实现了工业化成套技术的开发。

　　目前，中科院大连化物所成立了项目产业化领导小组，国家发改委和中科院正积极推进该项目的工业化进程，以便将这一国家急需的重大自主创新科技成果尽快产业化，为国家建设做出贡献。
 
 

　　5. 龙芯2E通用64位处理器
　单位：中科院计算研究所

　　龙芯2E通用64位处理器是目前全球除美日之外性能最高的通用处理器，也是祖国大陆地区第一个采用90纳米设计技术的处理器。该处理器最高主频达到1.0GHz，实测性能超过1.5GHz奔腾IV处理器的水平，具有低成本、低功耗、高性能、高安全性等特点，在不同工作条件下龙芯2E处理器的功耗在3－8瓦范围内。

　　龙芯2E的体系结构先进、效率较高。该芯片采用四发射的动态超标量超流水线结构、实现了先进的转移猜测、寄存器重命名、动态调度、以及非阻塞的高速缓存访问等乱序执行技术。龙芯2E片内含64KB一级指令高速缓存、64KB一级数据高速缓存、以及512KB二级高速缓存，片内实现了DDR内存控制器。龙芯2E包含4700万晶体管，面积为6.8*5.2平方毫米。

　　龙芯2E样机运行64位Linux操作系统。在该样机上能流畅运行Debian发行版视窗系统、Mozilla浏览器、OpenOffice办公套件、Mplayer流媒体播放器、WEB Server、MySQL数据库系统、Windows虚拟终端等应用程序并能正确支持中文输入和显示。龙芯样机实测得到的SPEC CPU2000分值为定点503分，浮点503分；最高双精度浮点运算速度每秒39.93亿次。龙芯2E样机通过软解压能流畅播放多种码率的mpeg1、mpeg2以及mpeg4视频流，实现标清DVD节目的流畅播放。在龙芯2E研制过程中申请了发明专利12项，发表论文39篇。

　　计算所与其它单位合作，开发了基于龙芯系列CPU芯片的多种应用系统，包括低成本电脑、第二代机顶盒等。在包括政府办公、数字电视、农村信息化、工业控制等领域展开了试点应用，并与国外著名企业签署了授权生产销售协议，已经开始批量生产，取得了很好的经济效益。

　　在十五期间，计算所在863计划的支持下，继2002年研制成功龙芯1号处理器芯片后，在2003年、2004年、2005年分别研制成功龙芯2号的不同型号—龙芯2B、龙芯2C、以及龙芯2E，每个芯片的性能都是前一个芯片的3倍，实现了通用处理器设计的跨越发展。目前龙芯课题组正进行龙芯3号多核处理器的设计。“十一五”期间，龙芯处理器必将为推进我国信息化做出更大的贡献。
 
 

　6．水体污染的激光诱导荧光非接触监测技术装备系统

　　单位：中国科学院安徽光学精密机械研究所
　　项目负责人：刘文清研究员

　　水是人类在生产和生活活动中不可缺少的重要资源，我国江河湖库和近海海域普遍受到不同程度的污染，多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染，水体污染有逐年加重的趋势。加强水环境监测和改善水环境状况是一项紧迫的任务。

　　本项研究成果是根据国家环保监测设备重点发展需求，采用激光诱导荧光监测技术实现水体污染遥测的一项高新技术。系统集光学遥感技术、光谱学、分析化学、电子技术和计算机技术于一体，利用激光诱导荧光光谱法，实现对水体多组成份有机物的在线遥测，发展和提高了我国水体污染在线遥测的技术水平。系统由Nd：YAG三倍频355nm激光器、Cassegrain同轴收发望远镜、多束耦合光纤、多种滤光片、光电倍增管（PMT）以及数据采集与分析系统等组成。系统中采用双脉冲门控高压、拉曼信号归一化等技术，解决了环境光强度变化、激发光强度变化、以及激发光与被测物质距离变化等因素对荧光强度的影响，应用径向基函数、高斯基函数等数据处理方法实现荧光信号中多种污染物的分离与定量分析。

　　该系统的成功研制开发，填补了国内水体污染非接触在线监测系统的空白，达到国际先进水平。该系统的总体方案和技术路线新颖。该成果在光学发射与接收、双高压门控与时间门积分器、污染物分离与定量反演等关键技术方面有创新，具有独立自主知识产权。标志着我国拥有自己的生产光机电一体化精密测试仪器的核心技术，大大缩短了我国与发达国家在该领域的技术差距，对形成我国光机电一体化精密测试仪器新兴产业将起到重要的技术先导作用。