在集成电路基础研究中奋力攀登（科技视点·科技自立自强 青年奋勇担当①）

来源:  人民网

中国管理科学研究院集团有限公司2022-12-05 07:04发表于北京

党的二十大报告提出：“必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，开辟发展新领域新赛道，不断塑造发展新动能新优势。”

青年强，则国家强。党的十八大以来，一大批70后、80后、90后青年科研人员脱颖而出，日益成为科技创新的生力军、主力军。他们怀抱梦想又脚踏实地，敢想敢为又善作善成，展示了自信自强、勇攀高峰、蓬勃向上的中国力量。本版从今天起推出“科技自立自强 青年奋勇担当”系列报道，介绍优秀青年科学家的创新成果和科研故事，敬请关注。——编 者

人物简介：黄芊芊，1989年9月生于江西上饶，现为北京大学集成电路学院研究员、博士生导师，长期致力于后摩尔时代超低功耗微纳电子器件及其应用研究。

16岁考入北大，22岁在国际半导体技术领域顶级会议“国际电子器件大会”上发表论文，28岁成为北京大学研究员、博导，29岁获得国家优秀青年科学基金项目资助，30岁荣获美国电气与电子工程师协会电子器件学会青年成就奖、中国求是杰出青年学者奖，31岁荣获第二届腾讯科学探索奖，而且是50名获奖者中年龄最小的一位……

30出头的黄芊芊，是如何一路过关斩将、脱颖而出的？

黄芊芊读大三时加入黄如院士课题组，大四毕业后师从王阳元院士和黄如院士攻读博士学位。她清楚地记得：读博伊始，王老师就把自己的新著《绿色微纳电子学》赠送给她，并语重心长地指出：未来集成电路产业和科学技术发展的驱动力是降低功耗，不仅以提高集成度（减小特征尺寸）为节点，也以提高能效比为标尺。

一般来说，为了追求芯片速度和性能的不断提升，晶体管的尺寸越来越小、集成度越来越高。但这也会导致芯片的功耗密度急剧增加，若不加以优化限制，甚至会接近核反应堆或火箭喷口的水平。随着万物互联智能时代的到来，物联网、工业互联网、边缘智能计算等呈指数级增长的终端对芯片功耗提出了更为严苛的要求。晶体管和电路芯片的功耗问题，已成为制约集成电路未来发展的一大瓶颈。

从那时起，黄芊芊便暗下决心：设计实现新型超低功耗晶体管，从基础器件层面着手破解这个难题。

选准技术路线，破解难题

在全面梳理国内外已有研究成果后，黄芊芊选择了一个突破口——隧穿场效应晶体管。

当时国际上主要有两大研究思路，一个是基于传统的硅材料，一个是直接换材料。相比之下，换材料更容易把器件的开态电流提上去，而且能更快地取得研究进展、发表论文。但是，这些新材料隧穿场效应晶体管与现有标准硅基工艺不兼容，难以实现大规模生产。

是在硅基这条“老路”上硬扛，还是跟随热点、在换材料上做文章？

在与两位老师商量之后，黄芊芊选择了前者。她心里很清楚，这其实是一条最难走的技术路线：基于硅材料的传统晶体管已经发展了几十年，结构设计和生产工艺已经非常成熟。这意味着在硅基工艺上隧穿器件可以突破的空间很小，面临的挑战无疑也更大。

为什么要选一条最难的路？黄芊芊的解释是“研以致用”：“尽管在新材料上做文章很有吸引力，也是重要的前沿热点，但这些新材料距离实际应用目前还比较远。在原有的硅基体系里去创新，能够更好地让成果落地。”

传统晶体管的功耗降低受制于一个物理极限——玻尔兹曼亚阈值摆幅极限。传统的MOSFET（金属—氧化物—半导体场效应晶体管）器件的亚阈值摆幅，在室温理想情况下的极限为60mV/dec。这意味着，获取3个数量级的输出电流开关比需要至少180mV的电源电压。该限制使得以MOSFET器件为基础的集成电路芯片不能无限制地通过减小工作电压来降低功耗。另一方面，为保证晶体管足够的电流驱动能力，需要在降低电源电压的同时降低MOSFET器件的阈值电压，但这又会引起器件关态电流的升高，导致静态功耗增加。

要解决这个矛盾，就必须要研发具有超陡亚阈值摆幅的新型超低功耗器件。基于量子带带隧穿机理的硅基隧穿场效应晶体管，当时国际同行已研究了五六年，其好处在于：理论上可以突破传统MOSFET的亚阈值摆幅极限，而且关态电流还特别低，对于静态功耗占主导的低频应用来说，有望大幅降低芯片功耗。

不过，有一利必有一弊：由于硅基隧穿场效应晶体管采用的是量子带带隧穿机理，所以其隧穿电流就会受限于隧穿几率，没有传统MOSFET的驱动电流高。而开态电流在很大程度上决定了晶体管运行的速度快慢——开态电流太低，性能就难以满足需求。

如何在保证极低关态电流优势的同时，解决开态低的问题？在两位老师的指导下，黄芊芊和同伴们提出了一种开创性的新理论——“混合控制”：采用传统肖特基注入机理解决开态低的问题，同时利用隧穿机理实现低关态和超陡亚阈值摆幅。

为验证这个新理论，黄芊芊花了整整一年时间，从头到尾做了一次完整的实验。那一年，她基本上是“白加黑”、连轴转：白天跑工艺间做实验，晚上总结经验教训。到紧要阶段更是常常连熬几个通宵。一年下来，人整个瘦了一圈。

有心人，天不负。最终的实验结果证明：“混合控制”的理论在实验上行得通！

另一个更实际的问题摆在面前：如何在工艺上做出非常陡的隧穿结？要知道，常规工艺较难做出理想陡峭的隧穿结，如果工艺上做不出来，就只能是纸上谈兵。这也是当时国内外同行报道的亚阈值摆幅比理论预期要差很多的关键所在。

针对现有工艺条件对亚阈值摆幅的限制，黄芊芊和同伴们提出了一个新机理——“结耗尽调制效应”：将常规栅结构改为横向条形栅结构，引入自耗尽作用，等效实现陡峭的带带隧穿结，进而显著减小器件的亚阈值摆幅。

此后，黄芊芊继续攻关，将“混合控制”与“结耗尽调制效应”的优势结合起来，进行结构与技术创新，提出并研制出新型梳状栅杂质分凝隧穿场效应晶体管，在室温下打破了国际上硅基隧穿器件的亚阈值摆幅纪录，器件综合性能为国际报道中同类器件最高。

抓住关键所在，走产业化之路

在学校的超净实验室做出隧穿场效应晶体管，只是万里长征的第一步。这个东西最终能不能成，还得在大生产线上做出来才行。

从2012年开始，黄芊芊与国内某顶尖集成电路制造商（以下简称CMC）合作，把在学校里研发的超低功耗隧穿场效应晶体管，拿到北京亦庄的生产线上去做。

隧穿场效应晶体管这个技术从结构上看似不复杂，但在国际工业界，仍未能采用标准工艺生产线制造出性能优异的隧穿器件。“上产线到底行不行？”从北大到亦庄有一个多小时的车程，坐在车里，黄芊芊一边忍受着头晕带来的不适，一边心里犯嘀咕。

在与CMC的技术团队反复交流讨论之后，她对原有的标准生产线工艺做了一些初步的设计调整，进行了几批流片，但是结果都不太理想。

回到学校，她屏息静气，先把可能的问题从头到尾梳理了几遍，然后重新评估：设计上哪些细节还需要调整，工艺上哪个环节还应该优化……找到症结所在后，她又对方案逐一修改、优化、改进。

在2015年博士毕业那年，黄芊芊和同伴们终于在CMC的产线上研制出世界上首个基于12英寸现行标准CMOS工艺平台的互补隧穿集成技术：在同一硅晶圆片上同时实现了性能优异的互补隧穿器件和标准CMOS器件的制备，隧穿器件的亚阈值摆幅在国际上基于制造厂商工艺的同类报道中首次实现低于60mV/dec，静态功耗比同尺寸MOSFET器件低3个数量级。

但是，从这一步到最终的目标仍有一定距离，还要面临优化工艺、解决良率等一系列问题。2015年—2017年做博士后期间，黄芊芊再接再厉，一门心思破解器件在产线上的涨落和可靠性等关键问题。

2017年9月，她博士后顺利出站，被北大聘为微纳电子学系研究员、博士生导师。她与北方集成电路技术创新中心等单位的科研团队联合申请了一项国家重点研发项目，朝着实现高可靠超低功耗晶体管技术产业化的目标继续行进。

“目前进展还不错，隧穿器件的电流开关比做到了业界国际领先，我觉得有望在未来几年内实现产业化应用。”黄芊芊说。

从2009年下半年算起，黄芊芊已经在超低功耗微纳电子器件这个研究领域跋涉了13年。

记者忍不住问她：“你为什么能一条道走到黑、坚持这么长时间？”

“就是觉得这个事情有意义。”黄芊芊说，从学界到产业界，现在还能坚持在硅基隧穿晶体管上做研究的，已经很少了。“因为我们一开始就是朝着产业化的方向做，所以能一直坚持下来，不然可能干个几年就要换方向了。”

“你在接手这个课题的时候，有没有想过其中的困难？”

“说实话，我没想过困难不困难的。”黄芊芊坦陈，“我就是大概知道我要干吗，其他的事情没怎么去想。但是当你真的要走到那儿的时候就会知道：这是多么不容易的事儿。”

“我知道它很难，但我也不会对未来想特别多，让自己焦虑或者怎样。”她的办法是，把目标拆解，一步一步往前推，争取每次比原来的自己更进步一点。

“就像爬珠穆朗玛峰，如果一开始就知道自己肯定上不去，你可能就不会上了。”黄芊芊说，“但我可以先到大本营，然后再慢慢往上走。走到半山腰、感觉自己爬不动的时候，我就会告诉自己：你都走到这份上了，干吗不再努力一把？”

黄芊芊跟记者分享了北大知名美学教授朱光潜先生的一句话：一个人的生活力之强弱，以能否朝抵抗力最大的路径为准，一个国家或是一个民族也是如此。

她特别喜欢这句话：“它简单质朴，没有什么华丽的辞藻，却把做事做人的道理讲透了。”

《 人民日报 》( 2022年12月05日 19 版)

紧跟国家需求做科研（科技视点·科技自立自强青年奋勇担当②）

中国管理科学研究院集团有限公司2022-12-09 09:02发表于北京

　　人物简介：黄佳琦，1984年出生，2003年至2012年在清华大学化学工程系学习，获得工学学士及博士学位，2016年8月，以预聘副教授加入北京理工大学“人才特区”前沿交叉科学研究院，2019年晋升为长聘教授，主要开展高比能电池能源化学研究。

　　前不久，黄佳琦摘得第十七届中国青年科技奖特别奖。该奖项两年颁布一次，特别奖只授予10人。

　　随着动力锂电池产业快速发展，目前商用锂离子电池能量密度已经接近理论极限。为了在未来产业竞争中赢得先机，国际科学家正寻找有价值的下一代电池新体系。得益于一批科研人员的努力，在这条新赛道上，无论在基础研究还是应用探索上，我国都走在世界前列。黄佳琦就是其中的佼佼者。

　　破解锂硫电池应用关键瓶颈，开展高质量的原创工作

　　做高比能电池，黄佳琦说自己恰逢其时。读博士时，他研究碳纳米材料，还开发了超长碳纳米管制备的新方法，科研成绩不俗。2011年，博士阶段的最后一年，他萌生了一个强烈的念头：将研究成果向应用推进一步。

　　那时，学术界希望寻找到能量密度更高、成本更低、使用寿命更长的新体系电池，锂硫电池被认为是新体系电池重要发展方向之一。

　　黄佳琦向记者解释他最初的计划：“硫绝缘，电极的导电性就差，从电极材料基本性质入手，我想借助碳纳米管优异的导电性，打通锂硫电池应用的一个堵点。”

　　锂硫电池走向实用，两个关键瓶颈摆在科研人员面前：正极动力学缓慢，怎么解决？负极界面不稳定，如何应对？破题，必须搞清楚锂硫电池的反应原理，从根子上着手。

　　“就像只有熟悉了树干，才能了解一棵树的全貌。处理导电性等问题，不过是在树枝上纠缠。”带着探索“树干”的想法，黄佳琦决定“追本溯源”——开展锂硫电池能源化学基础研究。

　　挑战接踵而至，由于是全新的电池体系，国际上还缺乏完整的研究范式，从设计实验方法、测试方案再到分析数据，一切都从零起步。

　　一头扎进去近10年后，黄佳琦一步步接近答案：2016年，从无到有，提出了催化剂加速锂硫电池反应动力学新原理；2019年，从有到优，又提出锂硫电池催化剂设计新方法。之后，进一步揭示了锂硫电池金属锂负极固液界面不稳定的机制。

　　“科研、科研、科研。”这个词，黄佳琦重复了三次。他说，自己的生活很简单，成天“泡”在实验室，不过时刻有科研新想法，日子过得充实又高兴，并不觉得累。

　　凭借一系列出色研究，黄佳琦团队获得国际同行广泛关注，相关论文成为所在领域的重要文献。30多岁，黄佳琦已跻身国际锂电池研究领域知名学者之列。

　　今年8月，黄佳琦的工作——“锂硫电池电催化原理与方法”获得中国颗粒学会自然科学一等奖。“学界的肯定是该项工作阶段性总结”，他说，虽然还有很多工作要做，但“自己准备闯入新的无人区”，开展高质量的原创工作。

　　既当专家又当“工匠”，国家需求是团队快速成长的关键

　　黄佳琦说的新的“无人区”，其中一个是完成锂硫电池应用验证。

　　化学工程的研究，讲究“以大为美”，这锤炼了黄佳琦对科研的“审美”：“如果往实用方向上推进一步，工作便更完美。”

　　做出小电池样品和设计出商用大电池，虽然合成路径相似，但实用化试制涉及工艺验证、参数调整等很琐碎的工作，令很多人望而却步。

　　“做科研不是自娱自乐。”与清华大学团队合作，黄佳琦带领团队既当专家又当“工匠”，一遍遍煅烧、打磨、测试样品，关关难过关关过，解决了锂硫电池规模化生产的技术、工艺卡点，为未来实用化打下了坚实的基础。

　　黄佳琦是一个名副其实的“学霸”。博士期间，他摘得2011年度清华大学特等奖学金。独立做科研后，又带领团队接连攻克难题。

　　“做科研有什么绝招？” 记者问他。

　　“必须理解所研究的问题，准确判断它的发展方向。”黄佳琦回答，科研其实是个笨功夫，自己也有进展不顺利的时候，但因为基础打得扎实，读的文献多，知道这是一个真问题。“认准大方向，看到了国家的需求，我们就有信心克服前进路上的困难。”

　　当前，新体系电池研究方兴未艾，黄佳琦步履不停。近些年，着眼锂电池未来5至10年的技术需求，黄佳琦布局了多个前沿课题：锂金属电池、锂电池高效快充、智能传感和安全储能……他和团队一次次引领前沿，取得丰硕成果。

　　以锂金属电池为例，由于负极比容量高等优势，锂金属电池是下一代高比能电池的有力竞争者。针对锂金属电池工程化遇到的界面不稳定、存在安全隐患等痛点，黄佳琦带领团队深入解析原理，解决应用的“卡脖子”问题。他指导博士生闫崇提出了锂金属固液界面反应中的双电层效应，受到学界广泛认可，为构建固液界面形成过程的完整链条提供了新视角。

　　近年来，黄佳琦迎来了收获期。2018至2022年，他连续5年入选科睿唯安全球高被引科学家，其中2021至2022年同时在材料科学和化学领域入选。

　　“我很幸运，赶上科技创新的黄金年代，契合着国家的需求，找到了自己的研究兴趣，充分施展了科研能力。”回顾10年科研经历，黄佳琦认为，我国新能源产业的发展需求，是自己和团队快速成长的关键。

　　不同材料构成的电池体系，自然禀赋各不相同，适用的应用领域千差万别。黄佳琦说，双碳目标驱动下，我国发展新能源技术更加迫切，团队将紧跟国家需求，找准应用场景，力争将积累的成果为生产生活服务。

　　学生成长成才，是最高兴的事情

　　在学生眼里，黄佳琦既是老师，也是贴心的好兄长。

　　得益于北京理工大学的资助政策，2016年入职后，黄佳琦便快速组建起学术团队。许睿是他入职北京理工大学后带的第一个硕士研究生。黄佳琦向许睿介绍自己研究的课题前景，邀请他加入团队。“黄老师很亲切，我们像同龄人一样交流，聊得很开心。”许睿回忆与老师初次见面的场景。

　　跟着黄佳琦读博士期间，许睿在金属锂电池领域取得了多项创新成果。今年6月，还获得北京理工大学学生最高荣誉——徐特立奖学金，该奖项每年仅授予5名博士生。

　　2018年，许睿独立完成了第一个研究工作，但在发表论文时却并不顺利，连续被两家学术期刊拒稿。他正沮丧时，黄佳琦肯定了他研究的原创性，认为质量非常高。经过不断完善，论文发表后影响力很大，5年内被20多个国家的科研工作者引用400余次，这极大增强了许睿的科研自信。

　　闫崇是黄佳琦第一位博士生。2015年8月，他在清华大学化学工程系访学，原本计划两年后回河南师范大学工作。看中他的科研潜力，黄佳琦鼓励他到北京理工大学跟自己读博。

　　在北京理工大学，闫崇的科研能力得到充分施展，只用3年便拿到博士学位，比培养计划提前1年。之后，经黄佳琦推荐，到清华大学做博士后研究，并入选国家博士后创新人才支持计划。2021年至2022年，闫崇连续两年入选科睿唯安全球高被引科学家，成为锂电池研究领域的新星。

　　“看到学生成长成才，是我教学科研工作中最高兴的事情。”黄佳琦表示。

　　只要有出国交流的机会，黄佳琦都会鼓励学生申请，积累国际学术交流经历。一次，闫崇希望去瑞典参加一个为期两个月的访学。然而，昂贵的机票让他犯了难。向老师说明顾虑后，黄佳琦二话没说当即表示给予支持。“在黄老师心中，学生的成长永远是第一位的。”

　　采访中，黄佳琦提到自己的导师——清华大学魏飞教授对自己的影响。“魏老师支持学生自由探索，只要学生把想干的事情想通了，就给予我们全力帮助。”黄佳琦说，带学生，自己传承的是老师的理念。

　　平等交流、相互帮助，黄佳琦和学生一起成长。刚到北京理工大学时，黄佳琦急需搭建自己的实验室，其中很多设备都是他和学生一件件挑选、装配起来的，“我们像一个白手起家的创业团队，是一个战壕中的战友。”

　　这些年，黄佳琦的团队逐渐壮大，已经从两三人发展到一支30多人的创新团队。受北京理工大学“青年科学家工作室”项目的支持，黄佳琦还正联合具有交叉学科背景的青年团队，面向国家需求，不断开展新的探索。

　　放眼未来，黄佳琦认为，国家需求为新能源发展提供了强劲动力。当前，国内科研条件和生态正在迅速提升，人才自主培养质量越来越高，为青年人才的发展提供了更大舞台。

　　《 人民日报 》（ 2022年12月09日 18 版）

科学研究就是要奔着问题去（科技视点·科技自立自强 青年奋勇担当③）

中国管理科学研究院集团有限公司2022-12-19 07:15发表于北京

来源:   人民日报

　　人物简介：温宗国，1978年出生，1995年至2005年在清华大学环境科学与工程系学习，获得工学学士、硕士和博士学位，现为环境学院长聘教授、博士生导师，清华大学环境学院循环经济产业研究中心主任、工业节能与绿色发展评价中心主任。主要从事城市固废处置与资源化、行业碳减排系统工程研究，主持国家课题20多项，成果获国家科技进步奖二等奖。

　　近年来，我国生态文明建设大力推进，环境科学与工程学科迅速发展，成为多学科综合交叉的结合点和协同创新的前沿。一批青年科研人员矢志不渝、持续创新，正在把我国环境科学与工程研究不断推向更高水平。

　　温宗国是这一领域青年学者中的佼佼者。

　　把科学研究与国家需求真正结合到一起

　　每次点外卖，清华大学环境学院博士生张宇婷都会格外留心包装材料。从2017年开始，她就和导师温宗国一起，尝试从3500万份外卖订单中，分析外卖包装的材料组成和环境影响。

　　这是温宗国所从事研究的一个典型案例。“塑料废物管理是当前世界面临的重要环境问题之一，厘清塑料包装代谢机理，识别材料回收替代路径，是推动绿色低碳包装、控制环境泄漏率的一个基础性科学问题。”温宗国说。

　　针对10多种细分包装材料，建立本地化环境影响科学数据，进行支撑绿色低碳包装的生态设计；开展万余次实证检测，精准刻画城市级500米网格化废弃规律；应用高清摄像和光谱图像识别算法，开发塑料包装废物智能化分选技术……小小的外卖包装废弃物，就这样被温宗国“吃干榨净”，变成极具研究价值的课题方向。

　　温宗国说：“从根本上来讲，环境科学与工程是典型的问题导向学科。因为人类活动会在环境中产生各种废弃物，未经处理就构成了问题，对经济社会发展又会产生各种影响。我们作为科研人员，研究就是要奔着解决问题去。”

　　1995年，17岁的温宗国考入清华大学，开启了他的学习、科研之路。在清华，他得到了专业的学习和锻炼，并在导师的带领下逐渐接触到环境系统工程的学术前沿，对城市固废资源化与循环经济、行业碳减排系统模拟与工程应用产生了浓厚的兴趣。读博期间，他开发了系统动力学模型，探索经济社会活动与资源消耗、污染排放的演变规律。同时，他开始关注城市循环经济这一当时前沿的研究方向。

　　2007年，温宗国留校工作。从学生到教师，温宗国开始深入思考如何把“象牙塔”里的科学研究与国家、行业的需求真正结合到一起。当时，从国家到地方，对循环经济日益重视，但是循环经济怎么搞，国内没有现成的模式可供借鉴。

　　后来，温宗国参与了国内首个城市循环经济国家科技支撑计划项目。“这个项目的核心问题，是解决城市对资源的消耗如何与经济社会发展实现‘解耦’的问题。换句话说，就是城市经济社会的发展怎么能够不建立在资源密集型的方式上。”温宗国说。

　　在项目所在地江苏苏州，温宗国经常一待就是一个多月。在与地方政府和企业的沟通交流过程中，他深感当时城市发展循环经济大多着眼于孤立分散的单项技术，系统集成化技术供给不足。抓住这些薄弱环节，温宗国提出了城市循环经济系统集成共性方法，助力完成苏州市循环经济规划的修编。

　　温宗国说：“我们首先建立一个能够把城市物质代谢进行精细化模拟的模型，通过物联网、互联网等智慧化手段实现城市废弃物的回收，再用循环利用的技术把其中的资源清洁高效地提取出来，包括稀贵金属、高分子材料和有机质等。”

　　这一前瞻性项目所形成的经验、标准、管理办法，在全国进行了推广。2016年，“城市循环经济发展共性技术开发与应用研究”获国家科技进步奖二等奖。

　　坚持基础研究与工程开发“两条腿走路”

　　在河北武安市新峰水泥厂，生活垃圾融入工业生产环节：所有运至车间的生活垃圾首先会经过一次初级破碎，之后会通过特殊的磁选装置分离金属物质，再进入滚筒筛进行初次筛分；第二轮更精细的筛分借助定量的风速，将较轻的垃圾筛出；筛上物还要经过两次破碎程序，将其体积控制在25毫米以下；旋转窑中封闭化高温焚烧后，压缩的垃圾筛下物和筛上物会被转运到6公里外的水泥厂区作深度处理，其中筛上物将会成为制作水泥的燃料，而筛下物则直接作为制作水泥的原料……

　　这套工艺流程既为企业提供了廉价的原料和燃料，降低了生产成本，也让垃圾变废为宝，真正实现了循环利用。目前，这套工艺包及装备已在25条生产线应用，并实现了成套出口。

　　这套装备的成功研发，与温宗国的努力分不开。从事环境科学与工程研究伊始，他就坚持基础研究与工程开发“两条腿走路”，利用数值模拟和人工智能等先进方法，研制出废弃物协同处置和资源化开发相关的工艺和装备。

　　“如果单纯应用一项技术，它只能在某一个点上起作用。我们一定要树立系统思维，把基础研究、工程开发、管理手段结合起来解决实际问题。”温宗国说。

　　科技进步带来了环境管理手段的创新。温宗国很早就关注互联网、大数据与环境管理的融合。

　　比如，在垃圾智能分类回收及时空代谢模拟方面，他通过研究图像光学识别的深度学习算法，开发垃圾智能分拣系统和视觉人工智能机器人，实现了再生资源高效分类，并基于海量交易信息大数据技术建立“互联网+回收”平台。

　　温宗国认为，目前国际上环境科学与工程研究进一步呈现“高精尖”的趋势，特别是“双碳”目标提出后，各领域都在进行绿色化的转型升级。“从产品的生态设计，到废弃物、各种资源的回收再利用，环境科学与工程的交叉性越来越强。”

　　做科研，坚持比天赋更重要

　　温宗国认为，做科研，坚持比天赋更重要。

　　十几年前，环境科学与工程学科算不上热门，温宗国一度感受到明显的落差感。

　　“项目少，成果出得慢，评职称自然没有优势，当时我的压力也不小。”温宗国坦陈，“搞科研需要坚守，只要自己有兴趣，相信自己做的方向是正确的，每天都会保持着对研究的热情投入。”2010年前后，温宗国研究方向上的科技项目逐渐多了起来。正是依靠长期的坚持和积累，他迅速将研究心得运用到新的项目中，收获了丰富的研究成果。

　　多年来，温宗国一直活跃在本科生、研究生教学工作的一线，为环境学科培育人才。“培养学生要肯花时间。比如中午吃饭，我有时会拉着他们一块去。我们还有定期的课题组会，我会经常拿自己作例子，跟学生讲自己当年是怎么读硕士、博士研究生的。讲经验和心得之外，更多的是分享自己在科研上有过的教训。”温宗国说，“学生们很有创造力。培养学生的过程中要尊重他们的兴趣、爱好，一旦有了兴趣，他们就会坚持、就会投入。”

　　平日里工作虽忙，温宗国还是会坚持每周打1到2次羽毛球，这是他从读书时就有的爱好，甚至在学校的比赛中拿到过不错的名次。

　　“搞研究要有忘我的状态，但是高强度的投入也要有健康的身体做基础。”温宗国微笑着说。

“解决重要或实际的问题是我的科研目标”（科技视点·科技自立自强 青年奋勇担当④）

中国管理科学研究院集团有限公司2022-12-26 05:45 发表于北京

来源:  人民网

人物简介：王光宇，1990年出生，北京邮电大学信息与通信工程学院网络与交换技术国家重点实验室研究员、博士生导师，致力于智能信息处理、多模态智能生物医学计算及应用研究。

近年来，数字信息技术驱动的智能医学计算不断突破，催生了新的医学研究范式，成为人工智能的前沿领域。90后青年科研人员、北京邮电大学研究员王光宇在该领域持续深耕，积极探索智能医学生物计算新理论方法及关键技术，并取得了一系列国际前沿水平的研究成果。

面对各种赞誉，王光宇始终保持清醒：“我们的科研还处于起步阶段，探寻新的科学规律，解决重要或实际的问题是我的科研目标，希望未来能够做出不一样的原创研究。”

从兴趣出发做科研，勇于做前沿交叉探索

本科学医，硕博阶段从事生物医学成像研究；博士后研究进入清华大学计算机系，关注智能科学；之后进入北京邮电大学，在信息技术前沿领域深耕……一路走来，王光宇更多的是从兴趣出发，主动选择了一条交叉方向的研究路径。

“当今科学的发展和重大科学技术成就的取得，越来越依赖于不同学科间的交叉融合。”王光宇说，读研时学校提供的良好环境让自己在自由探索中发现了兴趣所在，“我更喜欢逻辑性强的工作，当时接触到人工智能，就坚定了从事智能信息处理、智能医学生物计算新理论方法及关键技术研究的决心。”

这也包含了王光宇的科研初心。“现有的生物医学以实验科学为主，如聚焦发现某个基因、某一种疾病治疗等。将信息智能技术和医学研究工具有机结合起来，可加速对生命机制的认知研究，为人类健康作出更大贡献。”

王光宇带领团队研发的“人工智能驱动的重大疾病动态画像新技术和远程高效防治系统”，就是其中一个关键的探索。

“相较于其他领域，健康医疗数据具有个体差异大、动态演化的特点，我们团队提出了基于深度学习风险分数的个体生存分析方法，能够实现针对重大疾病的动态风险评估和健康管理。”王光宇介绍，借助可信隐私计算，通过非侵入式的眼底筛查、智能终端接入与大数据实时汇聚，利用人体“表型”和行为信息数字化，来为患者建立健康动态画像。有了这个“画像”，就可以更高效识别5年内有代谢类疾病(如慢性肾病、2型糖尿病)或心血管疾病等风险的患者，并对其健康风险进展动态追踪。

目前，这项研究成果已在多家三甲医院部署、测试，并入选世界互联网大会乌镇峰会“2021世界互联网领先科技成果”。前不久，王光宇还获得第四届“科学探索奖”。

“在复杂精微的生命面前，人工智能总是不够‘智能’。因此，我们的任务就是让它变得再‘聪明’一些。比如解决人工智能在开放环境下的泛化性和可信任的方法学难题，从而更好地融入人机交互场景中。”王光宇举例，以后如果去医院看病，可能会有更多智能医生为患者问诊，进行影像自动判读，或智能个性化给药，甚至可以设计药物。

“在人工智能系统中建立起类似人类专家的高级认知智能，其难点在于跨越数据特征空间和人类语义空间之间的鸿沟。”王光宇认为，勇于进行前沿交叉的探索，才能打破常规，做出有影响力的工作。

实际上，做前沿交叉学科十分不易，需要扎实掌握多学科的知识，时刻追踪、了解前沿研究方向。除了扎实的学术训练，王光宇坚持阅读最新文献。她认为，自己需要不断保持对研究方向的热情，培养勇于试错和持续学习能力。

做科研要有韧性，从“拒稿”中学会成长

在外人眼中，王光宇的科研之路顺风顺水。但她自己却不这么看：“做科研就像跑马拉松，总会遇到很多挑战，有信念和韧性才能抵达终点。”

王光宇回忆，科研起步时，自己最怕“拒稿”。“被‘拒稿’是科研训练中往往要经历的重要一步。”王光宇笑着说，关键是被拒之后怎么办，能否从这个过程中反思这个领域的重要问题，学会成长。

2021年6月，《自然·生物医学工程》一下刊发了两篇来自王光宇课题组的论文，其中一篇还成为封面论文。

“论文发表过程特别曲折，一次次被拒，一次次修改。”王光宇告诉记者，2020年，她和实验室的老师以及来自各地机构和医院的生物医学工程师、放射学专家、呼吸专家和临床医生，组成团队，通过密切高效的合作，开发了“面向新冠肺炎的全诊疗流程的智能筛查、诊断与分级系统”。

这套系统训练出的算法准确率高，对临床救治方案量化评估及药物智能筛选具有重要意义。对于这项科研成果，王光宇信心满满。没想到，论文投出后等来的却是编辑部的拒稿信。

王光宇没有沮丧太久，而是迅速调整状态、完善模型。“与领域内的专家隔空进行思想碰撞，不断改进自己的研究。”她说。

修改文章的工作量之大超出想象。人工智能模型在生物医学场景中发挥作用，一个最大的难点就是模型跨设备、跨机构的泛化性。为克服挑战，王光宇与学生一起大量阅读文献，同时也将模型用在最新生成的数据上进行测试。迭代了十几轮算法，距第一次投稿一年多之后，这篇文章终于成功发表。在这一过程中，王光宇也收获不少，论文还没发表前，她就被编辑部邀请发表评述，介绍中国科学家在人工智能医学方面的成果。

青年科学家恰逢其时，要有比肩世界一流的志气

作为一名青年教师，王光宇除了带领20多人的团队做科研，还要给本科生授课。

“目前各方面对于青年科研人才的支持力度很大，科技项目向青年人倾斜，环境越来越好。”王光宇说，自己所在的张平院士团队是首批全国高校黄大年式教师团队，一直注重将科研成果反哺教育教学。

“记得刚来北京邮电大学时，自己的研究方向跟团队不是特别一致，还有点忐忑。跟张平院士探讨未来发展时，他鼓励我要坚持自己的研究方向，把信息交叉的特色做出来，这对我是很大的鼓励。”

王光宇不到30岁就成为博导，带领着一批比自己小不了几岁的研究生做科研。她说，自己跟学生们的相处亦师亦友。看着学生们从初入门的懵懂到学有所成，她非常有成就感。“我经常激励团队的学生，不仅要做到国内一流，而且要跟世界级的团队竞争。”

兼顾教学与科研，让王光宇常常感叹时间不够用。“我想做的研究太多了，从周一到周日基本都在工作。”这个外表看起来仍像学生的年轻科学家，这样描述自己的日常。这两年的除夕夜，她都是在实验室度过。“但我很享受这个过程，因为做的全是自己想做的事情。个人兴趣与事业融合，是一件幸福的事。”

王光宇也有自己的放松方式——健身。“这种方式特别高效，花一点时间就能让自己身心愉悦。而且，要跑好科研这场马拉松，必须要有健康的体魄。”

谈起长远规划，王光宇说：“未来是信息领域与生命领域交叉融合的重要窗口期，我希望能真正做一些原创性的研究，甚至用30年时间解决几个重要问题，包括探索更具深刻认知能力的人类高级智能，推动数字健康基础设施的互联互通，以及通过更强大的智能工具来探索抗老化的一些本质问题等。”

这样的科研愿景，值得期待。

         《 人民日报 》( 2022年12月26日 17 版)

静心探索重要的基础科学问题（科技视点·科技自立自强 青年奋勇担当⑤）

来源:   人民日报

中国管理科学研究院集团有限公司2023-01-09 05:18发表于北京

人物简介：翁红明，1977年出生，现为中国科学院物理研究所凝聚态理论与材料计算实验室研究员、博士生导师。主要致力于凝聚态物理计算方法和程序的开发以及新奇量子现象的计算研究，成果入选2015年度中国科学十大进展、英国物理学会《物理世界》2015年度十大突破、美国物理学会《物理评论》系列期刊创刊125周年纪念文集等。

在中科院物理研究所(以下简称“物理所”)的年轻人里，研究员翁红明是小有名气的一位。就在刚刚过去的2022年，他因在数学物理学领域的杰出贡献，获得第四届“科学探索奖”。

在国际计算凝聚态物理研究领域，翁红明成果颇丰。其中最为人称道的，是他和同事们合作首次在固体中观测到外尔费米子和三重简并费米子的准粒子。这是国际上物理学研究的重要科学突破，对拓扑电子学和量子计算机等颠覆性技术的诞生具有非常重要的意义。

自由思考、厚积薄发，真正对人类文明有所贡献

1928年，英国物理学家保罗·狄拉克提出了描述相对论电子态的狄拉克方程。1929年，德国科学家赫尔曼·外尔指出，当质量为零时，狄拉克方程描述的是一对重叠的具有相反手性的新粒子，即外尔费米子。这种神奇的粒子带有电荷，却不具有质量，因而具有确定的手性(指一个物体不能与其镜像相重合，如我们的双手，左手与右手互成镜像，但不能重合)。

但是80多年过去了，科学家们一直没有能够在实验中观测到外尔费米子。直到2015年1月初，中科院物理所方忠研究员带领的研究组与普林斯顿大学研究小组合作，从理论上预言了在以砷化钽为代表的一批材料中存在着外尔费米子。此后，这个理论预言经过实验得到了进一步验证。

在研究过程中，翁红明发挥了至关重要的作用。他从发表于1965年的一篇实验文献中受到启发，并通过第一性原理计算，初步认定砷化钽晶体等同结构家族材料可能是无需进行调控的、本征的外尔半金属。这类材料能够合成，没有磁性，没有中心对称，是实验制备、检测都非常便捷的绝佳材料。

翁红明说：“这一发现的难度在于，从众多材料中找到合适的对象犹如大海捞针，必须对外尔费米子和材料物理特性都有相当认识才行。”

在外尔费米子被发现的一年后，翁红明和同事们又进一步“预言”：在一类具有碳化钨晶体结构的材料中存在三重简并的电子态。

2017年6月，这个新预言被实验证实，三重简并费米子被首次观测到。这是物理所科研团队继拓扑绝缘体、量子反常霍尔效应、外尔费米子之后，在拓扑物态研究领域取得的又一次重要突破，引起国际物理学界广泛关注。

成绩源于多年的深耕积累。翁红明很享受在物理所工作的经历：“这无关荣誉，我找到了更感兴趣、更加深入的研究领域和方向。”

自由思考、厚积薄发，一直是翁红明喜欢的学术氛围。他所追求的不是多发表文章，而是能攀登科学高峰，真正对人类文明有所贡献。

科研仅靠一个人或一个小组的力量是不够的

作为理论物理学家，翁红明专攻量子材料的计算和设计。

物理学通常分成两大类，即理论物理和实验物理。理论物理通过理论推导和公式推算得出的结论被称为“预言”，“预言”必须通过实验验证才能成为国际公认的科学事实。

在翁红明看来，他接连获得的几次重大发现，都离不开与同事们的通力合作。这，也是他做科研一直特别重视的一点。

“理论预言、样品制备和实验观测，这三个环节缺一个都不行。”翁红明说，“在当今科学领域细分程度非常高的情况下，科研仅靠一个人或一个小组的力量是不够的。当有重要任务目标时，我们几个小组紧密合作，在理论、样品、实验等环节实现了环环相扣、无缝对接。”

在许多人的想象中，理论物理学家的工作，就是每天独自埋头在稿纸堆里计算推演，然后坐着冥思苦想、灵光乍现。

但翁红明认为，计算推演的确要做，思考分析也不可少，但和同行们的交流也非常重要。他每天上班的第一件事就是查看和了解国际上最新的科研进展，然后分析、思考、计算，再把自己的想法跟同事们交流。“很多时候，我的一些想法，或者说突然的一些灵感，其实都是在思考、交流和工作过程当中产生的。”

“发现三重简并费米子”这一成果，就源于翁红明和石友国、钱天两位同事一次喝咖啡时的思想碰撞。

物理所的咖啡厅在学术界享有盛誉，不但因为咖啡好喝，也因为常有科研人员汇聚在此畅聊科学、各抒己见，聊着聊着，灵感经常“火花四射”。

和大家一样，翁红明、石友国和钱天工作之余也喜欢在咖啡厅一聚。翁红明有什么新想法会第一时间告诉他俩；石友国和钱天在实验过程中有什么新发现或疑惑，也会第一时间反馈给翁红明。

“闲聊中就能交换信息，我们的交流是完全敞开的，毫无保留地让大家知道彼此做了什么。”翁红明说。

翁红明告诉记者，在科研道路上，自己非常珍视的成功秘诀有两个，一个是注意总结和积累，另一个就是跟别人多交流。

“目前我努力发展基于大数据和人工智能的凝聚态物质科学研究，其实也是基于这两点考虑，因为所有人的知识积累都体现在这些数据当中。”翁红明说。

做研究应该抓住一些更新奇、更本质的问题

1977年，翁红明出生在江苏泰兴一户普通人家。他的父母都是农民，家里还有一个姐姐。

初中开始，翁红明第一次接触到物理，从此便沉迷其中。“物理让我对周围的世界有了更深入的了解和认识。”翁红明说。

兴趣是最好的老师。对物理的热爱，指引着翁红明叩开了物理科学的大门。

1996年，翁红明参加高考。在填报志愿时，他毫不犹豫地将所有的志愿都填上了物理。最终，他如愿被南京大学物理系录取。

南京大学的物理系在凝聚态物理领域积淀很深。翁红明在这一领域进行相关知识的学习与研究，一学就是9年，直到博士毕业。毕业后，他去了日本的东北大学金属材料研究所做博士后研究，主要研究各种材料的导电性质。

到日本一年半后，翁红明萌生了转换研究方向的想法。

“我想要转到计算方法和程序的发展上，这是凝聚态物理领域中一个最基础也是最具有核心竞争力的方向。”翁红明说，“如果想要在这个领域有长远发展，就要在这个方向上有一定的积累。”在他看来，静下心来探索重要的基础科学问题，要比做一些“短平快”研究更有意义。

想归想，但真正下定决心，翁红明也经过了一番纠结。

他坦言：“当转到一个更基础的方向，也意味着你在未来的几年甚至是更长的时间里都需要耐得住坐冷板凳。所以必须做好思想准备，去做一些积累性的工作。”

2008年，翁红明的人生又有了一次重大转折。

那一年，物理研究所研究员、博士生导师方忠到日本访问交流，翁红明跟他进行了深入的交谈和讨论。

翁红明告诉记者：“他跟我介绍了当时做的一项很有意思的工作。虽然我那时并没有很深刻的理解，却受到很大的启发——做研究应该抓住一些更新奇、更本质的问题。”

在方忠的影响下，2010年，翁红明决定回到国内，入职物理研究所，成为方忠团队的一名成员。

翁红明说：“每个人在一生当中可能会跟很多人交往交谈，但在人生重要转折时刻能够给你启发的却不多。能有这样的机遇去跟方忠老师交流并受到启发，我觉得这是非常宝贵和幸运的。”

在新的一年里，翁红明说自己有很多研究工作要做，尤其是如何在拓扑电子学器件研究方面取得突破，促使拓扑电子态理论变成可落地应用的技术。而这，需要跟器件和应用等方向的研究人员进行交流和讨论。

翁红明相信，拓扑时代的黎明时分正在临近。

《 人民日报 》( 2023年01月09日 19 版)

“创新的根本在人才”（人民论坛）

来源:  人民日报

中國管理科學研究院集團有限公司2023-01-13 08:34发表于北京

在中科院等离子体物理研究所，有“人造太阳”之称的东方超环装置运行时间破千秒，为开发利用核聚变清洁能源奠定了重要技术基础；贵州省黔南布依族苗族自治州的群山之中，科学家通过“中国天眼”发现660余颗新脉冲星，极大拓展了人类观测宇宙的视野边界；上海张江科学城，科研人员潜心攻关新药研发，在研药物品种累计数百个……一大批高素质科研人才在各自领域大显身手，助力科技自立自强和经济社会高质量发展迈出新步伐。

国有贤良之士众，则国家之治厚。党的十八大以来，习近平总书记提出“人才是实现民族振兴、赢得国际竞争主动的战略资源”“创新的根本在人才”“国家科技创新力的根本源泉在于人”等一系列重大论断，深刻回答为什么建设人才强国、什么是人才强国、怎样建设人才强国的重大理论和实践问题，引领新时代人才工作取得历史性成就、发生历史性变革。新时代十年来，各地区各部门抓人才工作的积极性和主动性前所未有，事业发展和政策创新为人才营造的条件前所未有，人才对我国发展的支撑作用前所未有，中华大地正在成为各类人才大有可为、大有作为的热土。

当前，我国经济社会和民生事业发展比过去任何时候都更加需要科技这个第一生产力、人才这个第一资源、创新这个第一动力。习近平总书记在党的二十大报告中强调：“我们要坚持教育优先发展、科技自立自强、人才引领驱动，加快建设教育强国、科技强国、人才强国，坚持为党育人、为国育才，全面提高人才自主培养质量，着力造就拔尖创新人才，聚天下英才而用之。”创新驱动本质上是人才驱动，人才是自主创新的关键。面对社会主义现代化建设的人才渴求、创新需求，我们必须深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，把人才资源开发放在最优先位置，夯实创新发展的人才基础。

恩格斯说：“社会一旦有技术上的需要，这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进。”无论是选才育才还是聚才用才，都应该坚持需求导向和问题导向。世界首颗量子科学实验卫星、全球领先的5G网络布局、北斗导航系统全球组网成功……近年来我国一系列重大科技创新成果启示我们，只有支持和鼓励广大科学家和科技工作者根据国家急迫需要和长远需求提出新理论、开辟新领域、探索新路径，才能不断收获战略性、关键性重大科技成果。坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，是做好人才工作的目标方向。

科研道路充满艰难险阻，科研成就离不开精神支撑。水稻专家袁隆平一心解决中国人的吃饭问题，潜心从事杂交水稻研究数十年，生动诠释“人就像种子，要做一粒好种子”。地球物理学家黄大年放弃国外优越条件回到祖国，带领科研团队突破国外技术封锁，以毕生努力践行“振兴中华，乃我辈之责”。一代又一代矢志报国的科学家，用行动铸就了宝贵的科学家精神。坚持弘扬科学家精神，是做好人才工作的精神引领和思想保证。各类科研人才务须增进尊重知识、崇尚创新、尊重人才、热爱科学、献身科学的精神力量，主动担负起时代赋予的使命责任。

这是一个千帆竞发、百舸争流的伟大时代，大国、大势、大事业，呼唤进一步做好人才工作，持续增强人才效能、激发创新活力。加快建设世界重要人才中心和创新高地，加快建设国家战略人才力量，必将为社会主义现代化事业提供强大牵引力和驱动力。

《 人民日报 》( 2023年01月13日 04 版)

用心“刨地”收获一流研究成果（科技视点·科技自立自强 青年奋勇担当⑥）

中國管理科學研究院集團有限公司2023-01-16 09:19发表于北京

来源：人民日报

人物简介：郭兆将，1985年3月生，现为中国农业科学院蔬菜花卉研究所植物保护研究室主任，博士生导师，主要从事蔬菜害虫灾变机理与绿色防控研究。

郭兆将是中国农业科学院蔬菜花卉研究所（以下简称“蔬菜花卉所”）的学术新星。去年底，凭借一系列出色的研究成果，这位“地里刨食”的85后青年科学家荣获第十七届中国青年科技奖。

“学农业就是‘刨地’，‘刨地’也能刨出国际一流成果。”郭兆将认为，接地气的农业科研，同样有广阔的前景。

阐释科学机理，揭开“超级害虫”多食性奥秘

烟粉虱成虫不足1毫米，看上去很不起眼，却是让农民头疼的“超级害虫”。

根据其寄主范围的差异，害虫一般分为单食性、寡食性和多食性三大类，烟粉虱是典型的多食性害虫。它能吃包括许多重要蔬菜作物在内的600余种寄主植物，是名副其实的害虫“冠军”。更可怕的是，它不仅通过口器刺吸取食蔬菜叶片汁液，还能传播300多种植物病毒，给蔬菜造成二次伤害。联合国粮农组织将烟粉虱列为全球第二大害虫，是目前唯一被冠以“超级害虫”的农业害虫，也是我国设施蔬菜最主要的害虫。

用化学农药防治“超级害虫”，虽然效果不错，但存在导致农药残留超标的隐患。郭兆将认为，实现绿色防控，关键要在深入研究蔬菜害虫发生危害规律和灾变机制的基础上，开发新一代高效安全的蔬菜害虫绿色精准防控技术。

早在本世纪初，郭兆将的导师、蔬菜花卉所张友军研究员就开展烟粉虱多食性研究。近10年来，得益于基因组测序技术的突飞猛进，张友军团队率先完成了烟粉虱全基因组测序工作，为解决烟粉虱的多食性问题奠定了基础。

然而，面对浩如烟海的基因序列信息，如何开展下一步研究，团队一时没有思路。“如果将基因组比作研究的金库，谁先找到金库的钥匙，谁就能获得宝贵的财富。” 郭兆将介绍，他结合老师的工作，带领团队持续攻关，终于找到了打开“金库”的钥匙。

2021年，郭兆将团队首次在国际上阐明了“超级害虫”烟粉虱能为害600余种寄主植物的多食性奥秘，相关成果以封面文章发表在国际顶级期刊《细胞》上。这是我国农业昆虫领域的研究成果首次发表在《细胞》上，入选当年由两院院士评选的中国十大科技进展新闻。业界专家评价，这项从0到1的开创性研究，在降服“超级害虫”的道路上迈出了一大步。

郭兆将团队的研究发现，当蔬菜遭受害虫侵害时会产生一种抗虫次生代谢物酚糖，这种化学物质具有很强的抗虫作用，但积累过多时就不利于蔬菜的自身生长发育。所以，当害虫离开蔬菜不再为害时，蔬菜就会利用自身的解毒基因PMaT1代谢体内的抗虫次生代谢物酚糖，保证自己不受危害。这是蔬菜自己的一种生化防御机制。

郭兆将向记者解释烟粉虱多食性的“秘密”：在烟粉虱与蔬菜等寄主植物长期的共进化过程中，大约在3500万到8600万年前，竟然神奇地从寄主植物“偷盗”了这个解毒基因PMaT1并成功在自己的肠道细胞内表达，使其也能像植物一样代谢抗虫次生代谢物酚糖，导致植物的生化防御机制失效，从而使取食范围扩大到惊人的600余种寄主植物。

聚焦基础研究，为破解小菜蛾抗药性提供科学支撑

人们打农药防治害虫，害虫也会进化、产生抗药性抵御。科学家一直在想办法解决害虫抗药性，从而延长农药的使用寿命。

小菜蛾就是这样一个具有抗药性的害虫，别看它小，每年在全球造成的经济损失高达数十亿美元。在我国，小菜蛾专挑消费者喜欢的白菜、甘蓝、花椰菜、西蓝花、萝卜、油菜等十字花科蔬菜下手，每年给菜农带来很大的经济损失。

科学家此前的研究发现，自然界存在一种叫做苏云金芽孢杆菌（以下简称“Bt”）的昆虫病原细菌，它产生的杀虫蛋白可以杀死包括小菜蛾在内的多种害虫，而且对人畜无害，是化学农药的理想替代品。目前，Bt农药已成为全球用量最大的微生物杀虫剂，在控制害虫危害、减少作物产量损失、降低化学农药环境污染等方面发挥了重要作用。

科学家们没有想到的是，在使用Bt生物农药防治小菜蛾后，狡猾的小菜蛾也随之进化，居然对Bt生物农药产生了抗药性。

小菜蛾为何不再怕Bt的威力？已有的研究发现，Bt被小菜蛾取食并进入其中肠后，Bt杀虫蛋白能与中肠细胞膜表面的受体蛋白结合，造成细胞膜穿孔和细胞内外渗透压失衡，并杀死小菜蛾。而小菜蛾能形成Bt抗性的关键在于，中肠细胞膜表面的受体蛋白发生变化而阻断其与Bt杀虫蛋白结合，最终使其存活下来。

“过去的研究多集中于小菜蛾中肠细胞膜表面的Bt杀虫蛋白的受体变化开展，而没有深入研究中肠细胞内的深层次根本性变化。”郭兆将说。经过10多年的攻关，他带领团队揭示小菜蛾对Bt抗性的层级调控模式，深入揭示了小菜蛾对Bt生物农药产生抗药性的原因，为小菜蛾Bt抗性治理提供全新途径，并推动害虫抗药性研究进入基因网络调控时代。2021年，相关研究结果发表于《自然·通讯》等国际期刊上，被国际同行评为“里程碑意义研究成果”，并入选农业农村部评选的“2021中国农业科学十大进展”。

“未来我将努力让Bt生物农药恢复对小菜蛾的防治效果，实现绿色防治。”郭兆将表示。

致力成果转化，把实验室研究与农业生产紧密结合

郭兆将从小就想当科学家。2006年，他以高分考入了山东农业大学植物保护学院。村里的乡亲们对此很不解：“学农业不是和刨地差不多吗，考那么高的分，学个啥不行？”

进入大学后，郭兆将慢慢体会到，学好农业科技还真离不开刨地。但是，不要小瞧了刨地。“发展现代农业，少了农业科技支撑行吗？”

大学毕业后，郭兆将考取了张友军的研究生。老师看中他的科研潜力和干劲，给了他不少鼓励和支持。郭兆将也不负老师的期望，全身心投入科研中。从研究生阶段开始，他不一定是每天到实验室最早的，但肯定是走得最晚的，做实验到凌晨两三点也是家常便饭，一年到头几乎没休过节假日。

“耐得住寂寞，才可能出好成果。”回顾自己的科研生涯，郭兆将如是感慨。

他告诉记者，一个优秀的农业科学家既要有“顶天”的视野、力争在原始创新实现突破，又要有“立地”的情怀，把研究成果应用到农业生产中去。他把对烟粉虱和小菜蛾的相关研究成果申报了国家发明专利，获得10多项授权。一些大型跨国公司给他开出了诱人的合作条件，但郭兆将不为所动。“我希望自己的成果首先帮助中国农业发展。”他说。

郭兆将团队和北京大北农集团签订了《生物育种技术合作意向协议书》，联合研发新一代作物害虫绿色防控产品。

让郭兆将高兴的是，基于小菜蛾Bt抗性机制研究成果，他和团队成员研发的实时荧光定量聚合酶链反应的小菜蛾Bt抗性快速高效检测预警技术，已经在我国10余个省份开展田间示范推广应用，在蔬菜害虫绿色防控上迈出了重要一步。

“当年选学‘刨地’，看来是对的。”郭兆将笑着说。（记者蒋建科）

《人民日报》（2023年01月16日19版）

坚持做科研 不断有进步（科技视点·科技自立自强 青年奋勇担当⑦）

中國管理科學研究院集團有限公司2023-01-30 05:50发表于北京

来源:  人民日报

人物简介：万蕊雪，1990年12月生于河南郑州，西湖大学实验室主任、博士生导师。她以第一作者和共同通讯作者身份在《科学》《细胞》等杂志发表论文10余篇，为解析剪接体三维结构、揭示RNA(核糖核酸)剪接过程的分子机理作出了重要贡献。

万蕊雪刚30岁出头，就为攻克“结构生物学的终极挑战”——剪接体三维结构解析及工作机理作出了重要贡献。2016年，入选中国科协“未来女科学家计划”；2018年，获《科学》杂志以及多家顶级科研机构联合颁发的青年科学家奖。前不久，她又荣获第十七届中国青年科技奖。

迎接“结构生物学的终极挑战”

万蕊雪依然清楚记得，2013年春节一过，她就从广州中山大学赶到北京，到结构生物学家、清华大学教授施一公的实验室做毕业设计——离自己的梦想又近了一步。少年时代，万蕊雪就立下志愿：长大后当一名科学家，通过自己的研究去帮助更多的人!

进入施一公实验室后，在师姐周丽君的指导下，虚心好学的万蕊雪进步非常快。她很快养成了良好的逻辑思维训练能力，能有条不紊地安排实验，实验技巧也日益娴熟。开组会时，她对实验设计、结果分析等提出的意见、建议，让老师和同学们刮目相看。尽管每天早出晚归、很忙很累，她不仅没有觉得苦，反而感觉很开心。

2013年秋季学期开学后，万蕊雪正式成为施一公的直博研究生。在老师的指导下，她致力于结构生物学领域的剪接体研究。

万蕊雪告诉记者，所谓结构生物学，就是用晶体衍射、核磁共振波谱学、冷冻电镜技术等物理学方法，辅之以生物化学和分子生物学方法，从分子乃至原子分辨率的水平上揭示细胞内的蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的三维结构，进而探究其功能和工作机理。

生命科学领域有一个著名的“中心法则”，描述存储在DNA(脱氧核糖核酸)里的遗传信息转化为具有各种结构、执行不同功能的蛋白质的过程。这个过程是遗传信息的表达、传递过程，也是生命体中最重要的活动。植物、动物、人等有细胞核的生物，其遗传信息传递过程可分为三步：第一步是转录，即遗传信息从DNA传递到pre-mRNA(前体信使核糖核酸)；第二步是RNA剪接；第三步是翻译，即剪接后成熟的mRNA(信使核糖核酸)指导合成蛋白质。这三个步骤，分别由RNA聚合酶、剪接体和核糖体来完成。

“剪接体是催化RNA剪接的重要分子机器，由几十到几百种蛋白质和5条RNA动态组合而成，被称作‘细胞里最复杂的超大分子复合物’。”万蕊雪进一步解释，要想正确去除一个内含子(不含有效信息的蛋白质片段)，并连接外显子(含有有效信息的蛋白质片段)，剪接体不仅首先要在pre-mRNA上精准地找到需要剪接的位点，还要变换10多个状态才能完成这一过程，其复杂程度超乎想象。她介绍，“每一条前体信使的RNA剪接在时间和空间上都非常精准，一步搞错，基因的表达和传递就会出错。现有研究发现，人类的遗传疾病中，大约有35%是剪接异常或剪接体突变造成的。”

“在‘中心法则’的三个步骤中，第一步的转录和第三步的翻译，此前科学家已经基本研究清楚。而中间的RNA剪接，全世界的科学家搞了几十年都没有攻克。”万蕊雪说，“因此，解析剪接体的三维结构，被称为结构生物学的终极挑战。”

在国际科研竞逐中屡拔头筹

2015年8月21日凌晨，《科学》杂志在线发表了施一公实验室两篇具有里程碑意义的论文：《3.6埃的酵母剪接体结构》和《前体信使RNA剪接的结构基础》。前者报道了通过单颗粒冷冻电子显微镜(冷冻电镜)方法解析的酵母细胞剪接体近原子水平分辨率的三维结构，后者则在结构解析的基础上阐述了剪接体对前体信使RNA执行剪接的基本工作机理。

这两篇文章把分子生物学“中心法则”的分子机理研究向前推进了一大步，得到国际同行的高度评价。

跟随施一公读博士还不到3年的万蕊雪，是两篇文章的共同第一作者，作出了独特贡献。

此后，在施一公指导下，万蕊雪带着师弟师妹乘胜前进，先后完成了8个完全组装工作状态的高分辨率剪接体结构解析，基本搞清了RNA剪接的全过程和工作机理。

施一公实验室率先取得突破之后，国外的几个顶尖实验室也快马加鞭，力求在后续研究中实现赶超。在同样课题近乎白热化的国际竞逐中，施一公实验室几乎都是第一个在终点“撞线”。

作为实验室的主力队员，万蕊雪是怎么做到的？“除了抓住时机，注重实验方法、效率高是最主要的。”她告诉记者，“除此之外，当然还有拼搏。”

2015年到2017年，课题组的工作状态可以用8个字形容——夜以继日、争分夺秒。实验紧张的时候，万蕊雪经常带着几个师弟师妹早出晚归。课题的攻关阶段，通宵作战也是常有的事儿。

科学界推崇“原创”“首创”，甚至有“科学只有第一、没有第二”的说法。因此，做同一个课题的不同团队，都想抢在竞争对手之前做出成果、发表论文。

“论文发表的时间先后当然很重要，但不应把所有关注点都放在这上面。”在万蕊雪看来，研究结果所能说明的问题、揭示的奥秘，才是最有意思的，也是最值得追求的。

做科研一定要有一股劲儿

博士后期间，万蕊雪先后以共同第一作者的身份，又在《科学》《细胞》杂志各发表了一篇文章。这两篇文章，解析了剪接体循环中最后3个状态的高分辨率结构。至此，在施一公的指导下，她和合作者拿到了整个RNA剪接过程的所有结构，在这场国际“竞赛”中取得了胜利。2020年4月，万蕊雪加入西湖大学，建立了自己的实验室，开始了独立的科研生涯。

她告诉记者，自己正以剪接体及RNA剪接机理研究为切入点，继续深化相关研究，力争在重要大分子机器的分子机理研究中有所突破。

说到做科研的心得，喜欢长跑的万蕊雪说：“跑步有很枯燥的时候，有很激动的时候，也有很难坚持的时候……起起伏伏，跟做科研很像，最像的地方就是需要坚持。”

她说，自己做科研也有感觉“做不下去”的时候，但是再坚持坚持，过一阵可能就会峰回路转，看到希望，“做科研这个事情一定要有一股劲儿、一个信念。只要一直坚持，用心去做，肯定会越来越进步。”

“并不是所有的基础研究都能开发出新药、治病救人，你现在还坚持少年时的梦想吗？”记者问。

“我依然认为，科学研究是治疗疾病的根本途径。但无论是科学探索还是治疗疾病，远不是自己之前想象的那么简单。”万蕊雪说，每个人做一点，可能就慢慢地把这个事儿给做成了。

《 人民日报 》( 2023年01月30日 19 版)