中國未來十大科技突破口

　　記者最近走訪了科技部技術前瞻研究組項目執行組組長程家瑜，他向記者展示了最新的研究成果《中國技術前瞻報告》。課題組上千名專家近３年來深入分析了未來10年我國經濟社會發展的大趨勢和對科技的需求，系統調查了信息、生物、新材料三大領域國內外的發展狀況和趨勢，課題組認為，未來１０年我國在這三大領域最有可能的科學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、下一代網路體系、納米級晶元技術、中文信息處理技術、人類功能基因組學、生物製藥技術、生物信息學、蛋白質組學、農作物新品種培育技術、納米材料與納米技術。

　　信息、生物、新材料是21世紀前30年發展最快、最熱門的三大領域，它們集結了當今世界最強勢的研究力量。但在這些關係未來發展的關鍵領域中，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展需要高揚「自主創新」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展壓力：對外要適應國際科技競爭的緊迫形勢，對內要滿足經濟社會發展進程中的重大戰略性需求。而原始創新能力和技術創新能力的薄弱，已成為當前和未來相當長時期內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展規劃綱要》即將發布，科技部等有關部門正在著手制定科技「十一五規劃」――關於中國科技「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，「自主創新」成為人們關於中國科技發展的共識。

　　帶著這個共識，再來看中國科技發展面臨的「壓力」，在很大程度上已經變成了未來發展的重大機遇。未來10年，中國在這三大領域中最有可能實現自主創新的關鍵技術群究竟有哪些？有限的科技經費究竟應當投入到哪些突破口？

　　下一代移動通信技術

　　移動通信是人類社會發展中的一大奇迹。2004年12月，全球（蜂窩）移動通信用戶總數已達17億以上，超過已有百年發展歷史的固定通信用戶數。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字通信技術的過渡，當前正處於由其巔峰狀態向第三代（3G）移動通信技術過渡的進程中。

　　目前，世界發達國家紛紛投入力量進行第三代及下一代移動通信標準、技術和產品的開發。

　　――3G移動通信：國際電信聯盟（ITU－T）批准為3G的三大標準分別是歐洲的WCDMA，美國高通公司的CDMA2000和中國大唐電信的TD－SCDMA。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務的不足，國際電信聯盟已在制定增強型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技術可望在2010年後開始商用。

　　中國移動用戶總數已達3.34億，居世界第一，總體技術水平與國際同步，處於由第二代向第三代的過渡時期。我國３Ｇ移動通信技術已經具備了實現產業化的能力，我國大唐電信2000年5月提出的TD－SCDMA標準已成為國際電信聯盟正式採納的三大標準之一。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年後開始商用。

　　Beyond 3G技術對我國經濟社會發展和國防建設具有十分重要的意義。德爾菲專家調查統計結果顯示，我國研發水平比領先國家落後5年左右，通過自主開發或聯合開發，在未來5年可能形成自主知識產權。以華為、中興為代表的一批高技術通信設備製造業公司，在第三代移動通信設備（3G）等研發方面緊跟國際前沿，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，開發具有自主知識產權的核心技術，具備了參與國際競爭的能力，具備實現技術和產業跨越式發展的契機。

　　中國下一代網路體系

　　下一代網路（NGN）泛指以IP為核心，同時可以支持語音、數據和多媒體業務的網際網路、移動通信網路和固定電話通信網路的融合網路。

　　世界各國和國際通信標準化組織都在積極開展下一代網路的研究開發工作。國際電信聯盟電信標準化部門（ITU－T）、歐洲電信標準化協會JETSI、互聯網工程任務組（IETF）、第三代夥伴組織計劃（3GPP）等，都在致力於下一代網路體系的研究。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網研究計劃，全面開展各項核心技術的研究和開發。

　　我國在下一代網路的研究方面已取得了較大進展。「九五」期間，863計劃建成了「中國高速信息示範網」（CAINONET）、國家自然科學基金委支持的「中國高速互連研究試驗網NSFCNET」等重大項目，目前已開始基於NGN的軟交換技術在移動和多媒體通信中的應用研究。中興、華為等企業還推出了基於軟交換的NGN解決方案；在下一代互聯網研究上，中興、港灣網路IPＩＰ城域網核心骨幹和匯聚。國內公司還開始自行設計高端分組交換定製ASIC晶元。我國已成為少數幾個能夠提供全系列數據通信設備的國家之一。

　　下一代網路技術對促進我國高新技術的發展，以及對改造和提升我國傳統產業具有舉足輕重的作用，對國家安全至關重要。從總體上看，我國互聯網技術跟隨國外發展，在技術選擇上缺乏系統研究，走過一些彎路，至今與國外仍存在較大差距。無論網路用戶規模、網路應用、網路技術或網路產品都尚有很大的發展空間。從全局著眼，應不失時機地開展中國下一代網路體系的研究、應用試驗、關鍵技術研究和產品開發。不能像第一代互聯網那樣，技術、標準都是外國的，給國家安全造成隱患。

　　納米級晶元技術

　　當前，集成電路的發展仍遵循「摩爾定律」，即其集成度和產品性能每18個月增加一倍，按照器件特徵尺寸縮小、矽片尺寸增加、晶元集成度提高和設計技術優化的途徑繼續發展。

　　自20世紀90年代以來，全球集成電路製造技術升級換代速度加快。當前國際上CMOS集成電路大規模生產的主流技術是130nm，英特爾等部分技術先進的晶元製造公司已在用90nm進行高性能晶元生產。2005年，美國AMD公司已開始量產90nm的高性能晶元，國際上對65nm技術的開發也已成功。伴隨130nm到90nm技術的升級，考慮到擴大生產規模和降低成本，大多數公司將使用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製造公司的崛起，使國內集成電路製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2～3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技術正在開發中，90nm技術的研發也開始著手進行。從產業發展看，我國集成電路已初步形成由十多家晶元生產骨幹企業、十多家重點封裝廠、二十多家初具規模的設計公司、若干家關鍵材料及專用設備儀器製造廠組成的產業群體，設計、晶元製造、封裝三業並舉的蓬勃發展態勢。以中科院計算所為代表的研究機構和企業在CPU研發方面所取得的新進展，標誌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。目前我國晶元業大多集中在低端的交通、通信、銀行、信息管理、石油、勞動保障、身份識別、防偽等領域，IC卡晶元所佔比重一直佔據晶元總體市場的20％左右。

　　今後的IC是納米製造技術的時代，而納米級晶元技術是我國趕超國際的關鍵，它的成功將會是我國IC工業發展史上的重要里程碑和持續發展的動力，專家認為應優先發展。

　　中文信息處理技術

　　包括漢字和少數民族文字在內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、心理學、數學、控制論、資訊理論、聲學、自動化技術等多種學科相聯繫的邊緣交叉性學科。

　　隨著互聯網的發展，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體市場，微軟的WORD把國產WPS擠出了市場，繼而Windows中文版又把國產中文之星擠垮。微軟憑藉其強大的優勢地位，使國產的中文信息處理軟體舉步維艱。中文版的Windows、Office等佔據了大部分的中文軟體市場，使中文信息處理逐漸喪失了其特殊地位。

　　經過二三十年的努力，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實用化，目前正在逐漸擺脫「字處理」階段，處於向更高級階段快速發展的時期。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、語言理解和智能介面等技術的研究已獲得進展。中文的全文檢索、內容管理、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、研製，並取得了較大進展，湧現了聯想、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路信息時代的來臨，中文信息處理技術越發顯得重要，其自動化水平的提高，將大大促進我國科技、國民經濟和社會發展，同時使中華民族的文化在信息時代得到新的發展。未來無疑應當加強中文信息處理技術的研發投入與政策傾斜。

　　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展史上的里程碑，其規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、水稻基因組以及其它重要微生物等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。它是利用結構基因組所提供的信息和產物，發展和應用新的實驗手段，通過在基因組或系統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的研究轉向多個基因或蛋白質同時進行系統的研究，是在基因組靜態的鹼基序列弄清楚之後轉入對基因組動態的生物學功能學研究。從1997年迄今已發表的有關功能基因組學的論文數以千計，其中不少發表在《細胞》《自然》《科學》等國際著名刊物上。

　　目前功能基因組研究的重點集中在四個方面：一是基因測序技術研究。預計今後幾年內，測序技術將繼續發展，特別是有一些重要的改進將直接用於功能基因組的研究；二是單核苷多態性（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規律研究。主要包括基因的深入鑒定、基因表達與轉錄組研究、蛋白和蛋白質組研究、代謝網路和代謝分子研究、基因表達調控研究等；四是計算生物學和系統生物學研究。

　　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。中華民族佔世界人口的1/5，有豐富的遺傳疾病家系資源，這是我國發展功能基因組研究的有利因素。「十五」期間，我國參與國際蛋白質組計劃、國際人類基因組單體型圖計劃，高質量按時完成了項目中所承擔的21號染色體區域的任務，建立並完善了中華民族基因組和重要疾病相關基因SNAs及其單倍型的資料庫的建設，在國際一流雜誌上發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，並初步建立了遺傳資源收集網路和資源信息庫的採集管理系統，組建了一批國家級基地，培養了一支隊伍，建立了一批技術平台。但總體而言，我國在功能基因組研究及應用方面的原始創新成果數量較少，還不能為醫藥生物技術產業的發展提供足夠的知識和產品。

　　未來研究重點包括：

　　――功能基因組研究。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；

　　――蛋白質組學研究。蛋白質組學是一個新生領域，目前還處於初期發展階段，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資料庫的構建、生物信息的開發、加工、利用及生物信息并行處理方面；

　　――生物晶元技術及產品。通過微加工技術和微電子技術在固體晶元表面構建的微型生物化學分析系統，以實現對細胞、蛋白質、DNA以及其他生物組分的準確、快速、大信息量的檢測。常用的生物晶元包括基因晶元、蛋白質晶元、生化反應晶元和樣品製備晶元等。生物晶元的主要特點是高通量、微型化和自動化。我國生物晶元研究緊跟國際前沿，它將對我國生命科學研究、醫學診斷、新葯篩選具有革命性的推動作用，也將對我國人口素質、農業發展、環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水平比領先國家落後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勢，未來10年我國可能實現人類功能基因組學研究的跨越發展。

　　蛋白質組學研究

　　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，生命科學的戰略重點轉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。蛋白質作為生命活動的「執行者」，自然成為新的研究焦點。以研究一種細胞、組織或完整生物體所擁有的全套蛋白質為特徵的蛋白質組學自然就成為功能基因組學中的「中流砥柱」，構成了功能基因組學研究的戰略制高點。

　　目前蛋白質組學的主要內容是建立和發展蛋白質組研究技術方法，進行蛋白質組分析。為了保證分析過程的精確性和重複性，大規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、蛋白質的分離、蛋白質丰度分析、蛋白質鑒定等步驟。

　　自1995年蛋白質組一詞問世到現在，蛋白質組學研究得到了突飛猛進的發展。我國的蛋白質組研究也在迅速開展，並取得了許多有意義的成果，中國科學家已經在重大疾病如肝癌，比較蛋白質組學的研究等方面取得了重要成就，在「973」計劃的資助下，我國已經開始了二維電泳蛋白組分離研究、圖像分析技術和蛋白質組鑒定質譜技術研究等。

　　如何抓住國際上蛋白質組學研究剛剛啟動的時機，迅速地進入到蛋白質組學研究的國際前沿，是擺在我國生命科學研究發展方向上的一個重要課題。

　　目前我國在該領域的研發基礎較好，只比先進國家落後5年左右。蛋白質組學屬科學前沿，專家建議結合我國現行的基因組研究及其他有我國特色或優勢的領域開展研究，不要重複或追隨國際已有的工作，而應走自己的路，未來10年內有可能取得重大科學突破。

　　生物製藥技術

　　生物製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、企業界的高度關注。

　　在過去的30年間，全球生物技術取得了令人矚目的成就。據美國著名諮詢機構安永公司2004年和2005年發表的第十八和第十九次全球生物技術年度報告分析，2003年全球生物技術產業營收達410億美元。目前已有190餘種生物技術產品獲准上市，激發起投資者對生物技術股與融資的興趣。

　　近20年來，我國醫藥生物技術產業取得了長足的進步，據《中國生物技術發展報告2004》統計，我國已有25種基因工程藥物和基因工程疫苗，具有自主知識產權的上市藥物達9種，重組人ω－干擾素噴鼻劑2003年4月獲得國家臨床研究批文，可用於較大規模高危人群的預防。但總體上與世界先進水平相比還存在很大的差距，醫藥生物技術產品的銷售收入僅占醫藥工業總銷售額的7.5％左右。

　　為加快我國生物製藥技術的發展，今後的研究開發重點是：

　　――生物技術藥物（包括疫苗）及製備技術。圍繞危害人民健康的神經系統、免疫系統、內分泌系統和腫瘤等重大疾病和疑難病症的防治與診斷，應用基因工程、細胞工程、發酵工程和酶工程等技術，開發單克隆抗體、基因工程藥物、反義藥物、基因治療藥物、可溶性蛋白質藥物和基因工程疫苗，拓寬醫藥新產品領域；

　　――高通量篩選技術。目前，國外許多製藥公司已把高通量篩選作為發現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、連續流動以及信息處理將成為未來高通量篩選技術研究的重點；

　　――天然藥物原料製備。目前，已經發現人類患有3萬多種疾病，其中1/3靠對症治療，極少數人能夠治癒，而大多數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。

　　生物信息學研究

　　在生命科學的研究中，以計算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――20世紀80年代一經產生，生物信息學就得到了迅猛發展。其研究一方面是對海量數據的收集、整理與服務；另一方面是利用這些數據，從中發現新的規律。

　　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和RNA基因的編碼區；同時，闡明基因組中大量存在的非編碼區的信息實質，破譯隱藏在DNA序列中的遺傳語言規律；在此基礎上，歸納、整理與基因組遺傳信息釋放及其調控相關的轉錄譜和蛋白質譜的數據，從而認識代謝、發育、分化、進化的規律。另外生物信息學還利用基因組中編碼區的信息進行蛋白質空間結構的模擬和蛋白質功能的預測，並將此類信息與生物體和生命過程的生理生化信息相結合，闡明其分子機理，最終進行蛋白質、核酸的分子設計、藥物設計和個體化的醫療保健設計。

　　生物信息學的發展已經將基因組信息學、蛋白質的結構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、物理學、數學、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。

　　科學家們普遍相信，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展的時代。據預測，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也相繼成立了生物信息中心或研究所，各種原始資料庫、鏡像資料庫和二級資料庫也已經逐步建立，同時我國還建立了相關的工作站和網路伺服器，實現了與國際主要基因組資料庫及研究中心的網路連接，開發了用於核酸、蛋白結構、功能分析的計算工具以及蛋白質三維結構預測、并行化的高通量基因拼接和基於群論方法開發的基因預測等多種軟體。中國學者還運用自主開發的電腦克隆程序，開展了大規模EST數據分析，建立了一系列基因組序列分析新演算法和新技術，並在國內外著名科學雜誌上發表了一系列論文，取得了引人注目的進展，尤其在人類基因組基因數目的預測上獲得了與目前的實驗事實相當吻合的結果，在國際上獲得普遍認可。

　　農作物新品種培育技術

　　最近幾年，農業生物技術的發展對農業產業結構調整產生的巨大影響，已引起各國政府和科學家的高度重視。農業生物技術領域研究中最活躍的是育種技術――應用現代分子生物學和細胞生物學技術進行品種改良，創造更加適合人類需要的新物種，獲得高產、優質、抗病蟲害新品種。這使得新品種層出不窮，品種在農業增產中的貢獻率將由現在的30％提高到50％。國際水稻研究所已經培育出每公頃7500公斤的超級水稻，非洲培育出增產10倍的超級木薯。

　　我國該領域的基礎研究和高技術研究取得了一批創新成果：如植物轉基因技術、細胞培育技術、秈稻的全基因組測序、花粉管通道轉基因方法等，使研製具有自主知識產權的轉基因農作物新品種成為現實和可能。目前，已培育出畝產達到807.4公斤的超級雜交稻；2004年轉基因抗蟲棉的種植面積已佔全國棉花種植面積的50％左右；利用細胞工程技術培育的抗白粉病、赤霉病和黃矮病等小麥新品種已累計推廣1100多萬畝；植物組織培養和快繁脫毒技術在馬鈴薯、甘蔗、花卉生產中發揮了重要的作用。

　　專家認為，我國農作物新品種培育的研發基礎較好，整體科研技術與國外處於同等水平，只要充分利用資源，發揮優勢，很可能在該領域取得突破。

　　納米材料與納米技術

　　納米科技是上世紀末才逐步發展起來的新興科學領域，它的迅猛發展將在２１世紀促使幾乎所有工業領域產生一場革命性的變化。納米材料是未來社會發展極為重要的物質基礎，許多科技新領域的突破迫切需要納米材料和納米科技支撐，傳統產業的技術提升也急需納米材料和技術的支持。

　　近年來，科技強國在該領域均取得了相當重要的進展。

　　在納米材料的製備與合成方面，美國科學家利用超高密度晶格和電路製作的新方法，獲得直徑8nm、線寬16nm的鉑納米線；法國科學家利用粉末冶金製成了具有完美彈塑性的純納米晶體銅，實現了對納米結構生長過程中的形狀、尺寸、生長模式和排序的原位、實時監測；德國科學家巧妙地利用交流電介電泳技術，將金屬與半導體單壁碳納米管成功分離；日本用單層碳納米管與有機熔鹽製成高度導電的聚合物納米管複合材料。

　　在納米生物醫學器件方面，科學家用特定的蛋白質或化合物取代用硅納米線製成場效應晶體管的柵極用以診斷前列腺癌、直腸癌等疾病，成百倍地提高了診斷的靈敏度。另外，納米技術在醫學應用、納米電子學、納米加工、納米器件等方面也有新進展。與此同時，國外大企業紛紛介入，推動了納米技術產業化的進程。

　　當前納米材料研究的趨勢是，由隨機合成過渡到可控合成；由納米單元的製備，通過集成和組裝製備具有納米結構的宏觀試樣；由性能的隨機探索發展到按照應用的需要製備具有特殊性能的納米材料。

　　納米材料和技術很可能在以下四個領域的應用上有所突破：一是IT產業（晶元、網路通訊和納米器件）；二是在生物醫藥領域應用納米生物感測的早期診斷和治療，到2010年將給人類帶來新的福音；三是在顯示和照明領域的應用已有新的進展，納米光纖、納米微電極等已產生極大影響；四是納米材料技術與生物技術相結合，在基因修復和標記各種蛋白酶等方面蘊育新的突破，預計2010年納米技術對國際GDP的貢獻將超過2萬億美元。

　　我國納米材料研究起步較早，基礎較好，整體科研水平與先進國家相比處於同等水平，部分技術落後5年左右。目前有300多個從事納米材料基礎研究和應用的研究單位，並在納米材料研究上取得了一批重要成果，引起了國際上的廣泛關注。據英國有關權威機構提供的調查顯示，我國納米專利申請件數排名世界第三位。

　　國內目前已建成100多條納米材料生產線，產品質量大都達到或接近國際水平。與發達國家相比，我國的差距一是在納米材料製備與合成方面尚處於粗放階段，缺乏應用目標的牽引，集成不夠；二是納米材料計量、測量和表徵技術明顯落後於國外，對標準試樣和標準方法的建立重視不夠，對錶征手段的建立投資不足；三是納米材料的基礎研究、應用研究和開發研究出現脫節，納米材料研究缺乏針對性；四是學科交叉、技術集成不夠。