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2017年国家科技奖获奖项目巡礼:解密创新之路(2)

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  然而,“搭积木”的过程并不容易。

  李家洋坦陈,最艰难的时期就是研究的起步阶段。“在世界上这也是个巨大挑战,没有先例可循。我们只能自己摸索研究,建立一套图位克隆水稻基因的体系。”李家洋说。

  最终,经过8年的努力攻关,李家洋团队成功建立了一套图位克隆水稻基因体系。“有了这个体系,我们就可以克隆水稻的所有基因。”

  “最让我高兴的是,之后的研究中我们成功找到了最关键基因。”李家洋说,这种名为理想株型的基因可以让株型更优。“茎秆更粗壮,穗子大、谷粒大,这是高产最重要的性状。”

  除了让水稻能既高产又优质外,“分子设计”育种技术还能让育种时间大大缩短。常规育种需要7—8年才能选出育种材料,“分子设计”育种技术能将其缩短到4—6年甚至更短,育种周期缩短为原来的1/2至1/3。

  李家洋说:“在常规育种中,杂交后的新稻株要等到在田里生长后,科学家才能用肉眼‘海选’出想要的性状植株。但在分子模块设计育种中,哪怕还是小苗,只要做一次基因检测,就能‘锁定’想要的那一棵。”

  国家技术发明奖一等奖获得者贾振元

  我就是个干活的

  赵永新 吕东光

  创新感言:做科研要找对路子。刻苦的人很多,关键在于找准方向。道走对了可能事半功倍;道走错了,你费大力气、绕大圈子也不一定能成功。

  获奖项目:高性能碳纤维复合材料构件高质高效加工技术与装备

  “我就是个干活的”——见面握手时,贾振元这样“自报家门”。

  今年54岁的贾振元是大连理工大学长江学者特聘教授,国家973计划项目首席科学家,国家万人计划入选者,2017年度国家技术发明奖一等奖项目第一完成人。

  个头不高、头发灰白的他对记者说:“农民要种好地、多打粮食,工人要把工做好、拿出好产品,我们搞工程科学的就要把问题弄懂、把技术弄通,争取解决实际问题、满足国家重大需求。”

  贾振元干的这个活,是世界性难题——碳纤维增强树脂基复合材料(以下简称“碳纤维复合材料”)构件的高质高效加工。

  瞄准制约行业发展的卡脖子问题

  从博士毕业留校任教至今,贾振元在机械工程精密加工领域干了将近30年。“我们做工程科学的,总希望自己做的事情能有意义,把自己的研究和国家需求结合起来,瞄准高校有优势、企业无法解决、制约行业发展的卡脖子问题。”

  碳纤维复合材料的高质高效加工,就是这样的“卡脖子”问题。

  航空、航天、交通等领域的高端装备,质量越轻跑得越快、飞得越远,有效载荷也越大。贾振元介绍,这些装备的重量一般按“克”计算,飞机结构重量每降低1%,油耗可以减少3%—4%;高铁减重1%,能耗可减少6%—7%。

  减轻重量有两种途径:一是设计巧妙,二是材料轻质。目前既轻巧又有刚度、强度的材料,当属碳纤维复合材料。而且它易实现材料与结构整体同步制造,已成为高端装备减重增效的优选材料。

  “但光有好材料还不行,加工技术必须跟得上。”贾振元说,只有先经过切边、制孔等系列机械加工,复合材料构件才能连接装配、用到高端装备上。让企业头疼的是:复合材料构件加工过程中很容易产生毛刺、撕裂、分层等损伤。这些加工损伤会影响构件的承载性能、疲劳寿命和可靠性。

  2003年,科研团队在与企业合作时发现了这个“卡脖子”问题后,下决心攻克这一难关。

  贾振元告诉记者,碳纤维复合材料多层叠加、多相混合、各向异性,与金属等均质材料完全不同,是典型的难加工材料。

  “必须从根子上解决问题。”贾振元为团队确定了研发路径:从应用基础研究出发,从构成机理上弄清楚造成碳纤维复合材料加工损伤的根源,然后再从工程实践中提炼出解决共性问题的理论方法。

  凭着“蚂蚁啃骨头”的精神,他们终于取得多项重大突破:探明了碳纤维复合材料去除机理和加工损伤形成机制,提出了针对碳纤维复合材料加工的切削理论,建立了切削力和切削过程动态仿真模型。

  在此基础上,研发团队用理论指导实践,提出“微元去除”和“反向剪切”加工损伤抑制原理,先后发明三大类、9个系列的制孔、铣削等刀具。研发团队还开发了负压逆向冷却和具有自风冷排屑功能的系列加工工艺,研制了13台套数控加工工艺装备。

  自2010年起,贾振元团队研制的新型刀具和技术装备投入应用,把碳纤维复合材料的加工损伤控制在0.1毫米内。

  最喜欢别人叫我贾老师

  从2005年至今,贾振元四次荣获国家技术发明奖。这期间,他也由机械工程学院院长升至机械工程与材料能源学部部长,并于2015年起担任大连理工大学副校长。

  “其实我最喜欢别人叫我‘贾老师’。”他坦陈,“我给自己的定义就是老师,教书是本分,科研是本分。我当院长、部长很多年,行政和科研不能说没有冲突,关键是你如何分配好时间、提高效率。”

  贾振元是如何做到的?

  同事的答案是“三不会”。团队骨干高航教授说:“贾老师一不会打麻将,二不会打扑克,三不会唱歌,几乎没什么业余爱好。”

  贾振元的诀窍,是三个“一会儿”:早上早到一会儿,中午少休息一会儿,下班以后再多干一会儿。

  “其实贾老师搞科研不止三个‘一会儿’。”团队成员王福吉教授介绍说,贾振元几乎没有节假日,办公桌上全是书,一有空就看材料、研究问题。“有一次星期天我到办公楼处理点事,经过贾老师办公室时,瞅见他正低着头、仔细琢磨手里的刀具。”

  国家科学技术进步奖特等奖获得者李兰娟

  满足百姓需求是我的心愿

  本报记者 谷业凯

  创新感言:我从小依靠国家的助学金完成学业,是党和国家培养我一步步成长至今,我当过赤脚医生,深知老百姓对医疗服务的需求,这也是我从医、从教、从事科学研究的初心。这次我们拿了医疗卫生系统的第一个国家特等奖,而且是新发突发传染病防控体系的创新与突破,我将继续带领团队一起为“健康中国”献策献力。

  获奖项目:以防控人感染H7N9禽流感为代表的新发传染病防治体系重大创新和技术突破

  创建并引领救治患者的“中国技术”

  回忆起2013年的春天,中国工程院院士、传染病诊治国家重点实验室主任李兰娟印象最深的是与时间赛跑的紧张感。

  2013年4月,男性患者曹某出现发热症状,体温高达39.5摄氏度,住进杭州某医院。12日,病情开始加重,咳嗽咳痰,出现明显气急。经确诊,曹某是人感染H7N9禽流感患者,出现呼吸窘迫综合征,血压下降、出现休克状态。会诊医生向李兰娟报告,这个病人抢救过来的希望渺茫,是否还要转院?李兰娟考虑,患者起病只有6天,正是患者细胞因子风暴高峰严重损伤肺部的时期,而当时世界上还没有有效针对细胞因子风暴的救治办法。

  “患者这么年轻,尽管希望渺茫,但只要有百分之一的希望,就要做百分之百的努力!”在综合分析重症感染患者病情进展规律后,李兰娟根据自己创建的李氏人工肝技术能清除患者体内炎症因子的原理,当机立断,决定将人工肝支持系统应用于救治呼吸功能衰竭,阻断细胞因子风暴。她交代会诊医生,维护好患者血压和充分给氧,维护好生命体征,立即将患者转运至浙江大学附属第一医院用人工肝技术进行抢救治疗。

  果然,这一技术治疗方案取得了显著的效果,2个小时以后患者的血压开始稳定,细胞因子炎症介质迅速下降。经过5天5夜的抢救,曹某奇迹般地渡过了器官功能衰竭的生命难关。而在这5天里,李兰娟也没有睡过一个囫囵觉,不断总结救治方案,形成了严格控制抗生素和激素的使用,采用抗病毒、抗低氧血症和多脏器功能衰竭、抗休克、抗继发感染(“四抗”),维持水电解质平衡和微生态平衡(“二平衡”)的治疗策略。

  成功防控人感染H7N9禽流感病毒疫情

  那一年的春天,像这样的不眠之夜还有很多。H7N9疫情突发后,项目组在5天内就确认了新型H7N9的病原,向全世界公布全基因序列,为全球应对这一新发传染病赢得了时间。李兰娟说,这是让中国医学界都感到扬眉吐气的事情。“SARS最惨痛的教训就是长时间无法确认病原。”项目组创建了深度测序和高通量数据分析为核心的新发突发传染病监测网络,可在72小时内完成300余种病原分析,为早期发现新病原、监控病原变异提供了关键技术。

  找到病原,只是疫情防控的第一步。李兰娟团队创立了以分子分型和溯源为特色的新发传染病预测预警技术体系和防控模式,首次阐明该疫情的流行病学特征和规律。团队还从流行病学、血清学和分子病毒学方面证实了活禽市场是人感染H7N9禽流感病毒的源头,首次证明了关闭活禽市场可以显著降低病毒从禽到人的传播风险。

  为了使更多的新发传染病得到有效诊断,李兰娟团队创建了我国新发传染病诊断试剂高效快速研发平台。H7N9病原发现后,2天内成功研发检测试剂,3天推广至我国31个省市区,5天至周边各国,7天由世界卫生组织向全球推广,标志着我国在该领域的技术达到并引领国际先进水平。团队还利用反向遗传技术成功研制了我国首个人感染H7N9禽流感病毒流感疫苗种子株,一举打破了我国流感疫苗株必须依赖外国提供的历史。

  这是中国科学家在新发传染病防控史上第一次利用自主创建的技术体系,成功防控了在我国本土发生的重大新发传染病疫情,不仅避免了类似SARS的情况重演,还在控制中东呼吸综合征冠状病毒MERS、寨卡等传染病的输入和援助非洲抗击埃博拉疫情中取得了卓越成效。世界卫生组织曾这样评述:“中国对人感染H7N9禽流感疫情的风险评估和循证应对可作为今后类似事件应急响应的典范。”

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