第一篇：材料基因組

彭賢文

材料1201

41230029

材料基因組計劃

自從十九世紀八十年代以來，技術變革和經濟的發展越來越依賴新材料的發展。正如硅在十九世紀七十年代引起現代信息技術產業的崛起，先進材料可能推進新興的旨在解決能源、國家安全以及人類福利等問題的價值數十億美元的產業的發展。隨著先進材料不斷應用于解決清潔能源、國家安全以及人類福利等問題，它對經濟安全以及人類的幸福生活越來越重要。加速先進材料的發現和發展對提升全球競爭力也是至關重要。材料基因組計劃將創建一個新的材料創新的時代。

目前，一種材料從發現到第一次投入使用的時間范圍大約是10到20年，這使得新材料的發展速度遠遠落后與產品的開發速度。這是因為長久以來材料的發展和研究依賴科學的直覺的反復的實驗。而且，當前大多數的材料設計和測試是通過曠日持久的反復試驗以及表征循環來執行的。同時，一種新材料發展的各個階段可能由不同的工程師或科研團隊在不同的研究機構完成，各個階段間缺乏促進整體快速發展的信息反饋。為實現材料的快速發展，必須加速計算模型、數據交換以及模擬材料行為的高級算法的發展來補充物理實驗。改善的數據分享系統以及更加綜合的工程團隊將使設計、系統工程以及生產活動交互重疊。用數學模型和計算仿真來取代冗長昂貴的經驗研究將顯著加速材料的發展和配置。

為此，材料基因組計劃將創建一個材料創新框架，首先，打造材料創新基礎。材料基因組計劃將研發新的綜合計算、實驗和數據信息學的工具。這些軟件和集成工具將跨越整個材料發展過程，并以一種開放平臺進行開發，提高預測能力，并按最新標準快速整合整個材料創新基礎數字化信息。這一基礎設施將與現有的產品設計框架無縫結合，推動材料工程設計快速、全面的發展。然后，開發數據共享平臺。材料基因組計劃將設置數據共享平臺讓研究人員能夠輕松地將自己的數據導入模型，同時使研究和工程人員能夠彼此整合數據，促進處于不同材料開發階段的科學家和工程師的跨學科交流。此外，材料基因組計劃將用研發的新材料來實現國家的目標。美國目前面臨的清潔能源、國家安全和人類福祉等問題的求解都有賴于先進材料的發展。對于國家安全相關材料，美國國防部和國防實驗室都在材料研究方面投入巨資。研究實驗室忙于輕質保護材料、電子材料、儲能材料、生物替代材料等的研究。軍方則使用先進材料來保護和武裝軍隊。對于人類健康和福利相關材料，先進材料的許多應用可解決人類健康和福利面臨的挑戰，從生物相容性材料，如假肢或人工器官，到用于設計防止受傷的保護材料。對于清潔能源系統相關材料，眾所周知開發清潔能源、減少對于石油的依賴是美國明確優先發展的項目。材料研究可以幫助找到新技術，如為生物燃料生產更好的催化劑、直接從陽光產生能量的人工光合作用、新穎高效的太陽能光伏、便攜式能源存儲設備等。

最后，在政府、學術界和產業界的利益相關者要接受并不斷擴大材料創新基礎設施的范圍和內容，以給我們的下一代生產力必要的工具和方法來實現我們國家的目標。

第二篇：材料芯片與材料基因組

SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 課程論文

《材料芯片與基因組》

論文題目：

第一章 材料基因組計劃

1.1 提出背景

金融危機之后，美國政府意識到僅靠服務業已無法支撐美國經濟走出泥潭，必須重振制造業。美國制造業的振興不是傳統制造業的復興，而是新興制造業的培育，其中建立在材料科學基礎上的新材料產業是重點之一。

美國科學院和工程院共同設置的國家研究理事會在2008年發表了題為《集成計算材料工程》的報告。報告明確指出了傳統材料設計的方法和系統面臨的問題：

① 現代的計算工具已經從根本上大大縮短了新產品設計的時間，材料設計卻沒有相似的可靠而普適的計算工具，使材料設計主要靠試驗，從而導致材料設計遠遠落后于新產品設計；

② 太長的材料設計周期和低成功率使得新材料在新產品中的使用越來越少，從而導致非最佳的材料被用在產品中；

③ 用于產品的材料性能欠佳而成為制約產品性能設計的瓶頸，造成惡性循環。

應對美國提出的材料基因組研究計劃，對我國如何規劃、開展實施自己的科學計劃提出建議并進行深入的研討，在中國科學院和中國工程院的推動下，于2011年12月21—23日在北京召開了S14次香山科學會議。在此前召開的由兩院部分院士參加的籌備會上，大家認為：“材料科學研究成分—結構—性能之間的關系，從新材料的發現、合成、性能優化、制備、應用、回收再利用，既有基礎科學，又有工程科學，是一個系統工程。”因此，一致同意把那次會議定名為“材料科學系統工程”香山科學會議。

結合我國的國情，材料界的專家學者提出建設發展符合中國材料領域的“材料科學系統工程”，具體包含如下建議：

1）共用平臺協同建設。建立幾個集理論計算平臺、數據庫平臺和測試平臺“三位一體”的“材料科學系統工程中心”，結合國家大科學工程設施，集中國內材料計算與模擬領域優勢力量，通力合作，跟上并引領國際材料領域新一輪發展的浪潮。

2）重點材料示范突破。選擇幾項國家急需的、戰略需要的、國內有良好基礎的結構材料和功能材料作為示范突破，通過與平臺建設相結合，進行演示示范，為更大范圍的推廣積累經驗。

3）產業鏈條協同創新。成立一個包括政府機構、科學家和產業代表在內的指導協調委員會，全面協調從材料基礎研究、軟件開發、數據庫建立、測試平臺直至產業化的各項工作，以充分發揮我國社會主義制度在統籌科學研究和產業化革命的優越性；建議有條件的教育機構開設相關課程。

1.2 基因組計劃

1.2.1基本內容

從宏觀上講，所謂材料基因組可以理解為反映材料某種特性的“基本單元”及其“組裝”。基本單元是指能直接反映材料性能差異的最小物質單元，不同材料基本單元是非唯一的，可以是組成物質的任何自然存在的原子、分子、電子、離子、單一相等物質粒子，也可以是這些物質組合而形成的團簇、單元或組合相。而組裝是指將這些相同或不同的基本單元以某種工藝或技術結合，形成大尺寸材料。

美國“材料基因組計劃”試圖創造一個材料創新框架，以期抓住材料發展中的機遇，重點包括以下3方面的內容：計算工具平臺、實驗工具平臺和數字化數據(數據庫及信息學)平臺。如圖1所示：

圖1材料創新框架

材料基因組技術包括高通量材料計算模擬、高通量材料實驗和材料數據庫三大組成要素；其中材料計算模擬是實現“材料按需設計”的基礎，可以幫助縮小高通量材料實驗范圍，提供實驗理論依據；高通量材料實驗起著承上啟下的角色，既可以為材料模擬計算提供海量的基礎數據和實驗驗證，也可以充實材料數據庫，并為材料信息學提供分析素材，同時還可以針對具體應用需求，直接快速篩選目標材料；材料數據庫可以為材料計算模擬提供計算基礎數據，為高通量材料實驗提供實驗設計的依據，同時計算和實驗所得的材料數據亦可以豐富材料數據庫的建設。

1.2.2 高通量材料計算模擬

材料基因組技術中所指的高通量計算，是指利用超級計算平臺與多尺度集成化、高通量并發式材料計算方法和軟件相結合，實現大體系材料模擬、快速計算、材料性質的精確預測和新材料的設計，提高新材料篩選效率和設計水平，為新材料的研發提供理論依據。其中并發式材料計算方法包括第一原理計算方法、計算熱力學方法、動力學過程算法等，跨越原子模型、簡約模型和工程模型等多個層次，并整合了從原子尺度至宏觀尺度等多尺度的關聯算法。

1.2.3 高通量實驗

“材料高通量實驗”是在短時間內完成大量樣品的制備與表征。其核心思想是將傳統材料研究中采用的順序迭代方法改為并行處理，以量變引起材料研究效率的質變。

作為“材料基因組技術”三大要素之一，它需要與“材料計算模擬”和“材料信息學/數據庫”有機融合、協同發展、互相補充，方可更充分發揮其加速材料研發與應用的效能，最終使材料科學走向“按需設計”的終極目標。當前，即使在材料計算模擬技術領先的歐美國家，由于受到目前計算能力、理論模型和基礎數據的限制，絕大多數材料計算結果的準確性還遠不能達到實驗結果水平，難以滿足實用要求。因此，在由傳統經驗方法向新型預測方法的過渡中，高通量實驗扮演著承上啟下的關鍵角色。首先，高通量實驗可為材料模擬計算提供海量的基礎數據，使材料數據庫得到充實；同時，高通量實驗可為材料模擬計算的結果提供實驗驗證，使計算模型得到優化、修正；更為重要的是，高通量實驗可快速地提供有價值的研究成果，直接加速材料的篩選和優化。隨著中國材料科技的快速發展和材料基因組方法在研發中不斷被廣泛采用，高通量實驗的重要性將日益彰顯。

1.2.3.1 高通量實驗制備技術

高通量實驗中組合材料樣品的制備一般分為“組合”與“成相”2個步驟：1）將多個元素系統性地進行混合，以獲得所需的材料成分“組合”；

2）通過擴散或者熱力學過程形成晶相或非晶相材料，即“成相”。組合材料樣品的制備方法種類繁多，可根據不同應用領域的要求靈活選用。包括:基于薄膜沉積工藝的高通量組合制備技術（基于薄膜形態的組合材料芯片是目前發展最為成熟的高通量材料制備技術。

1.2.3.2 材料高通量表征工具：

高通量微區成分、結構表征：同步輻射光源在從紅外至硬X射線全光譜范圍內均能實現高亮度微聚焦，同時還具有高準直性、全光譜、高偏振、高純凈等優秀特性，從而能夠很好地滿足高通量組合材料樣品所需的亮度和空間分辨率要求，因此是理想的高通量組合材料表征測試手段。

高通量微區光學性質表征：現有的連續光譜橢偏儀商業產品可提供10μm的空間分辨率和比較廣的光譜范圍，可用于高通量微區光學性質的表征。除連續光譜橢偏儀外，激光橢偏儀、陰極熒光計、光致熒光測試儀均可實現高通量微區光學性質表征。

高通量微區電磁學性能表征：衰逝微波探針顯微鏡的微區分辨率是普通的電磁儀表難以實現的，配以自動化的樣品臺控制和數據采集，可以實現組合材料芯片的高通量、全自動電磁學特性測量。

高通量微區熱力學性能表征：利用飛秒脈沖激光技術進行時間域熱反射成相，可以達到1μm的空間分辨率和10000點/h的測試速率，廣泛適用于薄膜及體材熱力學參數的微區表征，包括導熱系數、熱膨脹系數、熔點、熱力學參數（Cp、H，等）、熱電參數等。

高通量微區電化學性能表征：美國PrincetonAppliedResearch，AMETEK,Inc.開發的VersaSCAN微區電化學掃描系統是以電化學過程和材料電化學特性為基礎的高通量微區電化學測試平臺，可提供6種微區電化學測試技術，包括掃描電化學顯微鏡、掃描開爾文探針、掃描振動電極測試、微區電化學阻抗測試、掃描電解液微滴測試、非接觸式微區形貌測試。

1.2.4材料數據庫

近年來，大數據這一概念在科學與工程領域興起并快速擴展，引起大量不同領域研究者的廣泛興趣。現代科學與工程的各個的領域都會涉及大數據概念。湍流模擬過程中追蹤流場演變錯產生的數據、分子動力學模擬金屬塑性變形過程中存儲原子空間位置所產生的數據、望遠鏡資料庫中記錄星體光譜信息的數據。

基于材料基因組技術的材料發展計劃將大數據概念與傳統的材料發展緊密聯系在一起。從材料、工藝，直到最終的結構件，需要涉及大量的、不同類型的數據。圖２為不同階段、不同尺度范疇結構材料涉及的圖像以及背后存在的潛在海量數據大數據概念已經深人到材料科學與工程的各個方面，如材料成分篩選、工藝優化、微結構機理分析、以及物理與力學性能評估等。就一種特定的材料而言，完整的數據信息由結構性數據與非結構性數據構成。結構性數據包括化學成分、加工與熱處理藝、微觀組織特征、物理性能、以及力學性能（如強度、伸長率、疲勞壽命、裂紋擴展速率、蠕變速率、溫度與應變率敏感性等）非結構性數據包括測試用的儀器設備、測試與檢測標準、測試環境溫度與氣氛條件等影響實驗數據適用范圍、可靠性與置信度等限制性條件，以及為便于數據傳播與理解的解釋性信息。

圖2 跨越不同尺度的結構材料圖像

材料數據分為計算數據和實驗數據。長期以來，材料數據研究處于單打獨斗和小規模的“數據制造-簡單處理”模式，往往采用圖表和統計方法等傳統低通量人工數據處理方法，針對單次或數次計算、實驗得出的少量數據進行分析，并對其規律進行猜想和提出經驗公式，無法嚴謹預測和深度挖掘材料本質科學規律，造成材料研究經驗結論多于理論的現狀，無法完成從“試錯”材料研究向材料理性設計的轉變，同時也使得相同工作盲目重復進行，極大地浪費了有限的科研資源。

為解決上述問題，目美國麻省理工學院建立的Materials Project數據庫，主要集中在無機固體上，尤其以鋰離子電池材料為主。Materials Project利用密度泛函理論(density functional theory)收集的巨型數據庫來預測模擬物質模型的實際屬性。目前該數據庫里保存了大約10萬種可能存在的材料。為了充分發揮這些據在新材料研發中的作用，研究人員用人工篩選結合機器學習的方式來探索這些數據間蘊含的材料本質性能規律。Materials Project采用分布式計算的原理，使用者可以通過在電腦上下載一個程序來進行運算并返還結果。

美國哈佛大學清潔能源計劃建立起來的Molecular Space數據庫也是基于密度泛函理論，采用人工加機器學習的方式來挖掘數據庫的潛力。目前，Molecular Space數據庫在網上發布了230萬種元素組合供研究人員使用。

日本國立材料科學研究所建立的材料數據庫是在其原有的11個材料數據庫基礎上整合建立的，涵蓋了聚合物、無機非金屬材料、金屬材料、超導材料、復合材料以及擴散等內容，是目前世界上最大的、最全的材料數據庫系統。目前，其含有數據庫及應用系統已達到20個，包括8個材料基本性能數據庫，3個工程應用數據庫，5個在線結構材料數據庫以及4個數據庫應用系統。目前注冊用戶超過80000名，分別來自149個國家的21228個組織機構。

1.3 基因組總體目標

2011年6月,美國總統巴拉克·奧巴馬在卡耐基·梅隆大學的演講中宣布了“先進制造業伙伴關系”計劃,材料基因組計劃是其中的一個重要組成部分.他明確指出了材料基因組計劃的總體目標:“將先進材料的發現、開發、制造和使用的速度提高一倍” 《材料基因組計劃》擬通過新材料研制周期內各個階段的團隊相互協作，加強“官產學研用”相結合，注重實驗技術、計算技術和數據庫之間的協作和共享（利益通過學習標識以解決知識產權問題），目標是把新材料研發周期減半，成本降低到現有的幾分之一，以期加速美國在清潔能源、國家安全、人類健康與福祉以及下一代勞動力培養等方面的進步，加強美國的國際競爭力。

1.4 培育下一代材料工作者“材料基因組計劃”

提出、建立所需網絡共享結果和信息，打破材料固有分散多學科性質形成的障礙；建立基礎設施并簽署協議，促進學術界、政府和工業界的合作，讓研究人員、教師和學生都有機會充分利用各種基礎設施。根據該計劃，2012財年，美國政府將投入1億美元，擬用數年時間在各個部門之間開展一系列的聯合研究行動：①美國能源部（DOE）科學辦公室將與國家科學基金會（NSF）攜手開發、維護和實施可靠、可互操作和可重復使用的下一代物質設計軟件。DOE將通過“材料和化學計算設計”項目，NSF將通過“21世紀科學與工程網絡基礎設施框架”項目，來協調發展高品質生產軟件工具包。②為支持先進軟件項目開發，DOE和NSF還將協調發展下一代的表征工具，為算法和軟件工具的發展和驗證提供基礎數據。③美國國家標準與技術研究院主導的“先進材料設計”項目將針對標準基礎設施，使材料的發現和優化計算建模和仿真更可靠，該項目將與DOE、NSF的項目密切配合。④美國國防部（DOD）將重點投資計算材料的基礎研究和應用研究，提高材料性能，滿足廣泛的國家安全需求，在材料防御系統保持技術優勢，陸軍研究實驗室、海軍研究辦公室和空軍研究實驗室將共同進行該項目的研究。⑤DOE能源效率和可再生能源部門的新一代材料方案將充分利用計算工具，加速制造和新能源材料的表征技術，新投資領域包括：用于制造過程的新材料，提高材料性能和降低制造成本的新復合材料系統，用于預測空間和時間變化的建模和仿真工具等。⑥NSF和DOD將發揮引領示范作用，培育和發展下一代材料工作者，推動建立政府、學術界和產業界的新伙伴關系。1.5 材料基因組計劃應用成功實例

美國國家研究理事會(NRC)最近發表的報告《輕質化技術在軍用飛機、艦船和車輛中的應用》中引用了兩個成功的ICME合金設計實例[180]。一個是由Olson領導設計由QuesTek創新公司開發的FerriumS53飛機著陸架用齒輪鋼[181-182]；另一個是GE開發的燃氣渦輪機用GTD262高溫合金[180,183]。作者作為共同發明人(江亮博士是主導發明者)參與了GTD262合金的設計和開發。它的設計和開發從概念到生產只用了4年時間，研發所用經費是以前同類合金的開發成本的1/5左右。通過把計算熱力學相穩定性的預測與GE內部的材料性能模型和數據庫的整合，我們設計GTD262的成分一次到位，沒有像以前開發合金那樣要經過幾次來來回回的重復實驗才能達到成分的優化。因為設計時考慮到了很多因素，如可鑄性、可焊性和抗氧化等，中試和生產過程中也沒有出現任何問題。GTD262合金的設計是一個很好的ICME的例子。但希望它的成功不要給人一種錯覺，以為現在就可以在把一個全新的合金的研發時間縮短到4年之內。GTD262是修改一個現有的合金(GTD222)而獲得的。在GTD222的成分附近，GE有過去的經驗數據庫以幫助我們設計。如果是一個成分遠離現有合金的全新的合金，我們現在還沒有所需的以物理/機制為基礎的模型和性能數據庫來進行合金設計。材料基因組工程就是要建立這樣的模型和性能數據庫來實現快速設計新材料。

第二章 組合芯片技術

2.1 背景

組合材料芯片技術是近年來發展起來的一種新型的材料研究方法.區別于傳統材料研究中一次只合成和表征一個樣品的策略,組合材料芯片技術的基本思想在于大量不同的樣品通過并行的方式在短時間內被制備而形成樣品庫(也稱作材料芯片),同時結合快速或高通量的檢測技術以獲得樣品的各項特性,從而達到快速發現和優化篩選新型材料體系的目的.該技術自1995年首次報道以來,已引起了材料學界的極大重視,并先后在光學材料、電子材料、磁性材料等多個技術領域中被成功地加以運用。

2.2 組合芯片技術與基因組計劃的關系與意義

組合材料芯片是高通量材料實驗技術的重要組成部分，可實現在一塊較小的基底上，通過精妙設計，以任意元素為基本單元，組合集成多達10~108種不同成分、結構、物相等材料樣品庫，并利用高通量表征方法快速獲得材料的成分、結構、性能等信息，以實驗通量的大幅度提高帶來研究效率的根本轉變，實現材料搜索的“多、快、好、省”。組合材料芯片技術經歷了20 年的發展與完善，已形成一系列較為成熟的材料制備技術與表征方法。

高通量材料制備和快速表征是“材料基因組計劃”的三大要素平臺之一，而“組合材料芯片”技術在高通量材料制備和快速表征平臺中占有獨特地位，因此它在“材料基因組計劃”中的重要意義與作用是不言而喻的。

2.3 組合材料芯片技術發現、優化新材料的過程步驟

2.3.1 材料芯片的設計和制備

根據所要解決的問題,在掌握現有材料結構、理化性質的基礎上,設計涵蓋范圍盡可能寬的材料芯片———由不同成分、不同摻雜的微小試樣組成的試樣陣列或梯度試樣,然后按照所設計的材料芯片,在同一塊基片上以相同或相近的條件同時合成大量的材料試樣,形成由眾多微小材料試樣密集組合而成的材料芯片。目前較為成功的制備技術主要有組合溶液噴射法和結合掩模技術的物理沉積法。組合溶液噴射法是最先發展起來的制備技術。但用這種技術制備的材料芯片試樣密度較低,在(1in2)的基片上僅包含100個分立試樣;結合掩模技術的物理沉積法已廣泛應用于薄膜材料芯片的制備。與傳統成膜方法不同的是,該方法是在薄膜沉積的同時結合一定的掩模技術(如二元掩模、四元掩模等),并通過掩模的遮蔽和運動,在基片形成特定的成分分布,從而組合成空間可定位的薄膜材料芯片,其試樣密度比組合溶液噴射法要高得多,它能夠在(1in2)的基片上制備上千個,甚至幾十萬個成分連續梯度變化的薄膜試樣。

2.3.2材料芯片的處理

制備好的材料芯片上的試樣還需要通過后續工藝最終形成設計的材料結構。物理沉積制備的材料芯片是通過在中低溫下進行長時間的退火處理,促使組元間的充分擴散、亞穩相的形成和防止組元的蒸發,然后再在高溫下經固相反應合成所設計的材料。材料芯片在較低溫度下長時間退火后的組織同傳統的受控固相反應類似。薄膜有限的厚度和大量的界面使之處于高自由能的狀態,為組元間擴散和混合提供了驅動力,也為亞穩相的形成提供了可能。

2.3.3 材料芯片的表征

檢測材料芯片的目的是從中快速發現具有較好性能的材料配方,即“線索材料”。由于檢測技術必須能在其精度范圍內正確反映所測材料的性質,對高密度材料芯片的性能測量提出了挑戰。考慮到材料試樣庫上的試樣數量多(可達1000或10000個),而每個試樣的量很少(微克至毫克量級),單個試樣的尺寸非常小(亞毫米至毫米量級),目前傳統的材料表征方法大多不能滿足組合材料芯片技術研究對高通量表征的需求。因此發展滿足不同芯片性能測量要求的相關檢測技術極為重要。現在已發展的檢測技術有發光性能的檢測、介電/鐵電性能的檢測、電光/磁光性能的檢測和材料結構/成分的檢測等。

2.3.4 線索材料的優化

通過前面三個基本步驟,尤其是第三步的芯片表征,可以從材料芯片的試樣庫中發現“線索材料”。圍繞著“線索材料”,重新在較小范圍設計更精細的材料芯片,重復前面步驟,對線索材料的組分、結構及熱處理工藝等條件進行微調和優化。

2.3.5 目標材料的放大

組合材料芯片中的試樣都是以薄膜態的形式出現的,經過上述步驟優化出的目標材料(或稱先導材料)可以直接作為研究成果以薄膜的形式加以應用轉化。另外,組合材料芯片所形成的數據庫和目標材料也為粉體和塊體材料的開發提供了先導數據。由于三維的塊體材料與二維的薄膜材料之間存在一定的差異,需要目標材料的放大制備和放大檢測。作為組合材料芯片技術的最后一個步驟,目標材料的放大主要是采用傳統方法合成相應的材料(粉體或塊體),并對材料的組分、結構及性能與目標材料(薄膜)進行對照,獲得與目標材料性能指標一致的材料。

2.4 組合材料芯片技術優勢

由組合材料芯片技術獲得的研究結果與用傳統方法在塊體(粉體)試樣上獲得的結果具有一致性,可以用于先導材料的快速選擇和評判。此外,組合材料芯片技術還具有以下明顯優勢:（1）高效性

采用組合技術來實現新材料的開發和優化,可以減少試驗次數、縮小試驗規模、降低試驗成本、縮短篩選周期,加快發現新材料的速度。同時,利用組合材料芯片技術制備的試樣庫包含相關化學成分、制備過程參數、試樣性能、結構特征等信息,在客觀上還大大增加了材料研究過程中意外發現新材料的幾率。

（2）數據庫的建立

合材料芯片技術可以快速、系統地建立材料性能與各層次結構、組分間的制約關系和關聯數據庫,為后續的材料設計提供可靠的科學依據。

（3）特別適用于多元材料體系相圖的研究

二元、三元相圖的研究已證實了組合材料芯片技術的可行性。鑒于四元以上復雜系統相圖研究的艱巨性,若以傳統方法逐點制備試樣,則組合太多,成本太高,耗時太長,而且由于取點密度的限制,一些窄的相區還有可能被漏掉,而這些區域的材料往往有異常的性能。連續組合方法是研究復雜系統相圖的有效手段,并能直觀形象地將相區、相界顯示出來。

(4)理論研究

材料芯片中大量的組合和界面還為擴散動力學、成核生長等理論的研究提供了豐富數據,從中有望發現新的規律,進而豐富材料科學理論。

2.5 組合材料芯片技術應用

組合材料芯片技術與材料芯片的高通量表征水平的發展密切相關,具備什么樣的芯片檢測技術才能開展相應的材料研究。受材料芯片檢測技術的限制,組合材料芯片技術早期主要集中在發光材料、介電/鐵電材料、催化劑等的優化和篩選。近年來隨著材料結構/成分、納米壓痕測試技術等的建立,組合材料芯片技術開始在金屬材料研究中獲得應用。在鐵-鎳二元合金體系的研究中,組合芯片技術體現出很大的優勢。Young等選擇鐵-鎳合金為研究對象,采用X射線衍射儀測定晶體結構,采用掃描霍耳探針和掃描磁光克爾效應測量儀測定磁性能,將組合材料芯片技術應用在鐵-鎳合金組織和性能的研究中,成功得到了鐵-鎳合金的連續相圖。其結果與用傳統方法在塊體試樣上獲得的結果基本一致,但用組合技術獲得的研究成果系統性好,效率高,研究周期大大縮短。隨后Young等又對鐵-鎳-鈷三元合金系進行了研究,進一步證實了這一結果,同時他們還意外發現了兩個狹窄的非晶相區,這是以前用傳統方法沒有發現的,或是因傳統方法相對“粗放”而被忽視的相區。

Banerjee等采用組合材料芯片技術研究了生物醫用合金鈦-鈮-鋯-鉭體系不同成分的組織,同時通過壓痕技術測定了芯片中各組分的硬度和彈性模量,建立了成分-組織-力學性能的數據庫。同時指出:對Ti-32Nb-10Zr-5Ta合金,當組織中含有20%α相是有益的,此時可以在保持較小彈性模量的同時提高強度;而當組織中不存在α相時,即使合金成分不變,在保持類似彈性模量下強度也將降低。

Seung等利用納米壓痕技術測量了鈦-鋁成分梯度試樣芯片的力學性能,建立了成分-硬度的關系,發現其結果與塊體材料一致,證明采用組合材料芯片技術預測塊體材料性能的方法是可行的。

Specht等利用同步輻射加速器測定鉻-鐵-鎳試樣芯片的成分、結晶相、晶粒尺寸,描繪了鉻-鐵-鎳納米薄膜在200～800℃退火的三元相圖,顯示了鉻-鐵-鎳納米薄膜的相和晶粒尺寸隨成分、退火溫度的變化情況。Ludwig等則利用組合材料芯片技術研究了鐵-鉑體系的成分和退火溫度對其磁性能的影響,為退火溫度的選擇提供了依據。

Jun等采用組合材料芯片技術研究了具有形狀記憶效應的鎳-鈦-銅合金體系,得到了滯后溫度值與合金成分的關系,研究結果與鎳-鈦-銅塊體合金一致。他們還首次給出了滯后溫度值與轉變延伸張量的中間特征值之間的關系,并且確定出可以改進控制形狀記憶性能的新的合金成分范圍。

最近,中科院上海硅酸鹽研究所等開展了“組合材料芯片技術在快速篩選及優化鍍鋅鋼板新體系中的應用”的研究。運用組合材料學思想,使用離子束濺射方法,制備了鋁-鋅全組分的材料芯片,采用納米壓痕方法對材料芯片的力學性能進行了表征。結果顯示,隨著鋁含量的提高,芯片的硬度和彈性模量均增加。這與傳統塊體材料結論相似,顯示材料芯片結果可以用于預測鋁-鋅材料的力學性能。同時,采用電化學方法對材料芯片的耐蝕性能進行了表征。在綜合陽極極化曲線、線性電阻和平衡電位結果后認為,鋁質量分數為50%～73%時耐腐蝕性能最好。而目前在工業上得到廣泛應用的熱鍍鋅55%Al-Zn合金恰好處于此成分范圍。這一研究結果表明組合技術在優選新型鋼鐵材料時也大有用武之地。

2.6 材料組合芯片技術發展與展望

從組合材料芯片技術的發展趨勢分析,自從1995年美國科學家率先提出創新的組合材料方法學思想以來,組合材料芯片技術已成為當今,乃至今后幾十年材料研究的主流方向之一。當前,組合材料研究方法已經在發達國家實際應用于材料科學多個分支,由此將給材料科學和相關產業帶來新機遇。該技術最誘人的特點在于大幅度縮短材料研究周期、節省資源消耗、降低研究成本等方面的優勢。近年來,中國對新材料界(尤其是以鋼鐵等為代表的傳統產業)實現跨躍式發展和突破的要求很強烈。從某種意義上講,作為發展中國家,往往更加迫切地需要實現跨躍式發展,或者說更加迫切地依賴于超常規的技術和途徑,如果能把握和充分利用新興組合材料學和組合技術所帶來的機遇,就有可能實現發展的大跨越。我國在組合材料研究領域雖已有所部署,但還沒有形成以產業為背景的研究和開發勢頭,在這樣的情況下,選擇我國有基礎優勢的鋼鐵或合金材料為切入點,發展組合材料芯片技術與應用研究,必將加速新鋼種和合金的研發進程,進而帶動相關技術和產業的發展。

第三章 總結

材料基因組技術是近年來全球新材料研發方法的革命，在美國被列為國家發展戰略，在我國被列入新材料重大科技專項的重要主題之一。材料基因組技術是材料研發新理念與高性能計算、材料基因芯片、大數據、互聯網+等現代信息技術深度融合的產物，是典型的多學科交叉，是新興學科生長點。

材料基因組技術旨在數十倍乃至數百倍地加速新材料從研發到應用的進程，提高效率，降低成本，支撐包括電子信息、能源環保、航空航天等先進制造業的發展，是國民經濟和國家安全的重要保障。

材料基因組技術基于計算材料科學、高通量實驗表征與測試、數據庫與數據挖掘技術等，是對傳統新材料研發模式提出的全新的變革，是材料科學研究與新材料研發在新時期的重要突破與創新，是解決國計民生與國防工業中關鍵技術材料瓶頸的重要途徑。自材料基因組計劃提出以來，得到材料科學家的積極響應并取得一系列重要進展。但是，在當前條件下完全建成材料基因組技術所需要的軟件與硬件基礎，完全拋棄實驗支撐而直接計算出新材料 的成分與工藝，實現新材料的完全按需設計，仍然是不現實的。通過建設與發展高通量計算模擬、高通量實驗樣品制備與表征、服役環境下材料力學行為的計算模擬、以及數據庫等技術，并基于已有的海量實驗數據結果，充分利用傳統材料科學領域中對材料成分、工藝、微結構與力學性能相互關聯規律的認識，積極發揮材料基因組技術在新材料研發過程中的作用、切實推進材料基因組技術發建設與發展，對充分認識并全面推進材料基因組技術在新材料研發中的變革與突破，具有極其重要的意義與價值。

中國的新材料產業與先進國家相比，整體水平仍存在較大差距。

在此背景之下，中國材料界對材料基因組技術已形成基本共識，即必須順應國際新材料研發的趨勢，盡快啟動中國版的“材料基因組計劃”，變革以“炒菜法（試錯法）”為基礎的材料研發傳統模式，實現新材料領域的超常規速度發展。

材料基因組計劃是以市場與應用為導向的材料研發新理念，是新材料研發的“加速器”。中國版材料基因組計劃必須根據國情，面向國家戰略需求，圍繞加速新材料應用。與歐美國家相比，中國的差距是寬譜的、全方位的。因此，需要首先做好5項工作：

1）建設基于材料基因組技術的先進材料創新基礎研發平臺； 2）盡快研發自主的軟硬件技術與工具；

3）大力傳播材料基因組技術提出的高效率研究方法、文化和理念； 4）通過國家級科研項目進行有導向性的推廣； 5）加快培養材料基因組技術領域專業人才。

材料基因組技術是材料科學技術的一次飛躍，在中國實施材料基因組計劃，就是要構建將先進實驗工具、模型計算手段與數據無縫銜接的新型材料創新技術框架體系，用高通量并行迭代替代傳統試錯法中的多次順序迭代，逐步由“經驗指導實驗”向“理論預測、實驗驗證”的新模式轉變。在前期充分發揮中國在高通量實驗技術上的相對優勢，逐漸向“計算引領”過渡，以加速中國關鍵新材料的“發現—開發—生產—應用”進程，推動中國新材料產業跨越式發展。只有這樣，才能實現習近平主席提出的“推動中國制造向中國創造轉變、中國速度向中國質量轉變、中國產品向中國品牌轉變”的目標。

參考文獻：

[1].中國材料基因組計劃如何跨出第一步?[J].中國材料進展,2014,Z1:528-529.[2]劉俊聰,王丹勇,李樹虎,陳以蔚,魏化震.材料基因組計劃及其實施進展研究[J].情報雜志,2015,01:61-66.[3]王海舟,汪洪,丁洪,項曉東,向勇,張曉琨.材料的高通量制備與表征技術[J].科技導報,2015,10:31-49.[4]項曉東,汪洪,向勇,閆宗楷.組合材料芯片技術在新材料研發中的應用[J].科技導報,2015,10:64-78.[5]趙繼成.材料基因組計劃簡介[J].自然雜志,2014,02:89-104.[6]趙繼成.材料基因組計劃中的高通量實驗方法[J].科學通報,2013,35:3647-3655.[7]關永軍,陳柳,王金三.材料基因組技術內涵與發展趨勢[J].航空材料學報,2016,03:71-78.[8]向勇,閆宗楷,朱焱麟,張曉琨.材料基因組技術前沿進展[J].電子科技大學學報,2016,04:634-649.[9]王海舟.材料基因組計劃中的新材料表征技術實驗平臺[A]..分析科學 創造未來——紀念北京分析測試學術報告會暨展覽會（BCEIA）創建30周年[C].:,2015:2.[10]萬勇,黃健,馮瑞華,姜山,王桂芳.淺析美國“材料基因組計劃”[J].新材料產業,2012,07:62-64.[11]劉茜,陳偉,劉慶峰,歸林華,朱麗慧,王利.組合材料芯片技術應用最新進展——新型合金材料的快速發現和優選[J].科技導報,2007,23:64-68.[12]羅嵐,徐政,許業文,劉慶峰,劉茜.物理氣相法制備材料芯片的發展[J].材料導報,2004,02:69-71+64.[13]秦冬陽.組合材料芯片技術在鈦合金研究中的應用[D].東北大學,2010.[14]朱麗慧,朱碩金,劉茜,劉慶峰,王利.組合材料芯片技術及其在金屬材料研究中的應用[J].機械工程材料,2008,01:1-4.

第三篇：材料基因組計劃(MGI)專題學習報告

材料科學與工程前沿課程報告

第一部分：材料基因組計劃（MGI）專題學習報告

學院：材料科學與工程學院 專業：材料科學與工程 姓名：XXXXX 學號：XXXXX 班級：XXXXX

2012年11月19日

第1頁 材料基因組計劃（MGI）專題學習報告

摘要：在美國2012 年財政預算中，新增了1 億美元用以支持一項名為“材料基因組”的創新計劃。美國“材料基因組計劃”試圖創造一個材料創新框架，以期抓住材料發展中的機遇，這個試圖揭示物質構成、不同元素排列與材料功能之間關系，進而實現有目的設計新材料的科學工程，有著更強烈的實用和需求背景，也是美國為保持其在先進材料及高端制造業領域領先地位的一大舉措。十多年前的中國沒有能抓住“人類基因組計劃”的先機，面臨比“人類基因組計劃”更為重要和廣泛的“材料基因組計劃”，我們不能再次喪失歷史機遇。本文主要介紹我對材料基因計劃的認識和對我們國家如何能抓住這次歷史機遇提出自己的認識并提出展望。

關鍵詞：材料基因組計劃歷史機遇新材料材料數據庫 引言：

2011 年6 月24 日，美國總統奧巴馬宣布啟動一項價值超過5億美元的“先進制造業伙伴關系”（Advanced ManufacturingPartnership，AMP）計劃，呼吁美國政府、高校及企業之間應加強合作，以強化美國制造業領先地位，而“材料基因組計劃”（Materials Genome Initiative，MGI）作為AMP 計劃中的重要組成部分，投資將超過1 億美元。“材料基因組”計劃是“先進制造業伙伴關系”計劃的主要基礎部分，新興材料才是新型制造業的基礎。MGI 的實施正是抓住了AMP計劃實施的“牛鼻子”，是重中之重[1]。這是金融危機之后，美國政府意識到僅靠服務業已無法支撐美國經濟走出泥潭，必須重振制造業。美國制造業的振興不是傳統制造業的復興，而是新興制造業的培育，其中建立在材料科學基礎上的新材料產業是重點之一。

2011年9月16日，奧巴馬簽署了《美國發明法案》，對現行專利體制進行重大變革，并宣布了一系列旨在促進科研成果轉化的重要政策措施。可以看出，美國當前的科技政策更加重視科技成果的商業化和開發新市場的改革，“材料基因組計劃”也體現出了這一特點：該計劃將大大加快材料投入市場的種類及速度，并可通過降低研發成本和周期降低失敗風險。

回顧1999 年中國參與了“人類基因組”計劃的研究，負責其中3號染色體短臂上約3000萬對堿基的測序任務。雖然參加時間晚，承擔任務最少，占總任

第2頁 務的1%，但工作效率和工作質量卻得到了國際HGP項目組的公認，于2001年8 月26日完成了中國卷部分。但是坦誠的說，中國并沒有趕上這次計劃的機遇，近10年來，“人類基因組”研究的成果，應用在研究人類乃至生命本質一系列問題上所展示的光輝，無不令世人驚嘆，參加“人類基因組”計劃（HGP）計劃我們晚了，MGI計劃我們不能再晚了，要抓住機遇，將我們國家的新材料研究水平提上一個新的水平。

一、“材料基因組計劃”的主要內容

“材料基因組計劃”是美國經過信息技術革命后，充分認識到材料革新對技術進步和產業發展的重要作用，以及在復興制造業的戰略背景下提出來的。其主要目的是試圖把新材料的開發周期縮短一半，打造全新“環形”開發流程，推動材料科學家重視制造環節，并通過搜集眾多實驗團隊以及企業有關新材料的數據、代碼、計算工具等，構建專門的數據庫實現共享，致力于攻克新材料從實驗室到工廠這個放大過程中的問題。材料基因組計劃主要包括3大系統：材料超級計算系統、材料性能掃描測試技術系統和材料設計性能數據庫與信息平臺系統。該計劃可能的影響：一是將進一步發揮和加強美國的技術優勢和創新能力；二是將進一步增強美國在新材料產業的領先地位；三是為美國進一步做大先進制造業打下關鍵和堅實的基礎，四是將開創新材料研發的新局面。

與“人類基因組工程”類似，“材料基因組工程”是通過高通量的第一性原理計算，結合已知的可靠實驗數據，用理論模擬去嘗試盡可能多的真實或未知材料，建立其化學組分、晶體和各種物性的數據庫，并利用信息學、統計學方法，通過數據挖掘探尋材料結構和性能之間的關系模式，為材料設計師提供更多的信息。

根據以上內容可知MGI的重點內容就是：（1）打造材料創新基礎。將開發新的集成式計算、實驗和數據信息學工具，將這些貫穿整個材料研發鏈，提高預測能力，用新標準實現整個材料的創新基礎數字化信息的整合，與現代產品的設計框架無縫結合，推動材料工程研發、設計的快速化、全面化發展。（2）開發數據共享平臺。數據共享將促進不同開發階級的各國科學家和工程師跨國跨學科交流。（3）通過先進材料計劃，希望在國家安全材料研發方面投入巨資，特別關注輕質保護材料、電子材料、儲能材料、生物替代材料、稀土關鍵材料等領域。

第3頁 美國國家科學院國家研究理事會在其綜合計算材料的報告中展望了“材料基因組計劃”潛在的優勢：結合材料計算工具與信息以及復雜的已在工程領域使用的計算和分析工具，材料的開發周期可從目前的10~20年縮短為2~3年。

二、“材料基因組計劃”的意義

國外提出“材料基因組”（亦稱之為“材料基因工程”）的概念，“材料基因組”主要包括3大系統：材料超級計算系統、材料性能掃描測試技術系統和材料設計性能數據庫與信息平臺系統。此3大系統是新材料設計的3大支柱，其目的就是尋找和建立材料從原子排列到相的形成到顯微組織的形成到材料性能與使用壽命之間的相互關系，把成分-結構-性能關系的數據庫與計算材料設計結合起來，以期加快材料研發速度、降低材料研發的成本、提高材料設計的成功率，從而縮短材料開發的時間跨度[2]。

“材料基因組（工程）”是一種新提法，本質上仍為材料計算模擬，作為一個交叉領域，綜合了凝聚態物理、材料物理學、理論化學、材料力學、工程力學和計算機算法等相關學科。半導體超晶格材料、非線性光學材料和自旋電子材料等都是材料設計的成功范例。

目前，大部分材料的設計與測試是通過耗時的重復實驗來完成的，實際上，有些實驗通過計算工具就能完成。計算不僅可以深入理解材料的細節，節約研發成本，而且在某些特殊情況下，計算可以用來代替或指導實驗，例如：材料還未能制備出來，無法測量它們的性質；有些材料可能會對人體健康有害，或者處在高壓、超低溫、強磁場等某些極端條件下，實驗測量很難實現或者耗費巨大。“材料基因組計劃”將為新的研究范式發展提供一個必要的工具集，強大的計算分析將減少對物理實驗的依賴，改進的數據共享系統和更加一體化的工程團隊將允許設計、系統工程和生產活動的重疊與互動。這種新的綜合設計將結合更多的計算與信息技術，再加上實驗與表征方面的進步，將顯著加快材料投入市場的種類及速度。

三、“材料基因組計劃”的展望

從大的方面來講，新材料產業已被世界公認為最重要、發展最快的高新技術產業之一。新材料與信息技術、生物技術共同構成了當今世界高新技術的三大支柱，成為產業進步、國民經濟發展和保證國防安全的重要推動力。因此，工業發

第4頁 達國家都高度重視新材料在國民經濟和國防安全中的基礎地位和支撐作用，為保持其經濟和科技的領先地位，都把發展新材料作為科技發展戰略的優先目標，在制定國家科技與產業發展計劃時，無不將新材料列為優先發展的關鍵技術之一，給予重點關注。

“材料基因組（工程）”科學研究具有2方面的重要作用：一是為高技術新材料研制提供理論基礎和優選方案，對新型材料與新技術的發明產生先導性和前瞻性的重大影響；二是可以促進材料科學與工程由定性描述跨入到定量預測階段，提高材料性能和質量，大幅縮短從研究到應用的周期，對經濟發展和國防建設作出重要貢獻。

許多國家都加大了材料理論與計算設計方面的人力和財力投入，都在爭奪該領域某個方面的領先地位和知識產權。例如，日本在玻璃、陶瓷、合金鋼等材料的數據庫、知識庫和專家系統方面開展了很多工作；美國在計算材料科學方面一直處于領先水平，橡樹嶺國家實驗室、美國國家標準與技術研究院、麻省理工學院等也都有一定的優勢。

材料計算模擬與材料的制備/加工、材料表征同屬于共性材料技術。在未來的發展趨勢方面，隨著計算技術的快速發展、科學理論模型的日漸成熟，在微觀、介觀和宏觀等不同層次上，在分子、原子、電子等不同層面，按預定性能設計新材料將日趨成熟；以“按需設計材料”為目標的多尺度、跨層次材料設計將得到重視；材料微結構的協同設計也會受到關注。

四、“材料基因組計劃”在國內的進展情況

我在“十二五”規劃聽取意見的時候已經提出過，最重要的是建立材料科學的平臺，上海是有這個優勢的，這個平臺包括材料基因組計劃所需要的數據庫、工藝流程、大量的原始數據以及國內外同行做成功的大量材料的案例。比如我所在的中科院上海硅酸鹽研究所和國內相關研究所研究各種晶體，在通過大量摻雜數據和由此產生新晶體和新功能方面有不少數據，如果別人能夠查閱到這些數據，就能避免將已經探索過的路再走一遍[3]。

要公開自己積累的數據不是那么容易的，這其中牽扯到各個科研機構的利益問題，所以沒能夠實施。

為應對美國提出的材料基因組研究計劃，深入探討我國應如何規劃、實施自

第5頁 己的材料科學系統工程，以“材料科學系統工程”為主題的S14次香山科學會議學術討論會，于2011年12月21~23日在北京舉行。與會專家在討論中指出：(1)我國亟須整合現有零散的計算算法和程序開發小組，集中優勢力量，形成規模化的長期穩定的開發隊伍，開發自主知識產權的第一性原理計算軟件，擺脫國外軟件的壟斷和限制；(2)建設以第一性原理計算為主的多層次材料計算和預測平臺，以基地或中心建設為主，堅持軟硬件結合，形成對用戶的有效支持；(3)建立合理的評價體制，培養各領域的能夠發展算法和開發程序的交叉型人才，建立計算平臺開發梯隊。

為加速我國新材料的研發過程，發展真正有用的國際領先的新材料，并為我國的新材料產業化體系提供技術和人才儲備，我們急需抓住這次機遇，整合和完善我國的材料研究和產業化體系。專家建議：共用平臺協同建設；重點材料示范突破；強化政策導向作用；個人認為這些還是要走中國特色道路，和平演變，穩定各方機構的既得利益，這樣的話中國的材料基因組研究計劃將還需要更長的時間才能真正形成模式，可能在一定時間之內無法趕上國際水平。

五、總結與展望

綜上所述，“材料基因組計劃”將是一個規模宏大的計劃，將可能會引發新材料研發的一場革命，世界各國正在爭相引入，不斷加大投入，我國也要盡快實施、規劃自己的材料科學系統工程相關，雖然我們國家相比于發達國家還存在很多問題，像數據庫建立、企業參與不靈活、科學技術體制深化不夠等問題，不過我相信，在中央有關部門的政策引導和國內各方的積極參與下，我國的材料基因計劃也將能有很好的明天。

參考文獻：

[1]徐子成，陳思浩，涂閩，從“人類基因組”計劃說到“材料基因組”計劃[J]，上海化工，2012，37(9)：1-2 [2]萬勇，黃健，馮瑞華，姜山，王桂芳，淺析美國“材料基因組計劃”[J]，新材料產業，2012，07：62-64 [3]沈湫莎，江世亮，悄然啟動的“材料基因組”計劃[J]，文匯報，2012，008，1-5

第6頁

第四篇：主要動植物功能基因組研究重大項目課題申請指引

附件1：

863計劃現代農業技術領域“主要動植物功能基因組研究”

重大項目課題申請指南

一、指南說明

動植物功能基因組研究為人類認識生物、改造生物提供重要基礎，已成為農業高技術的重要組成部分，同時也是農業生命科學領域國際競爭的焦點。本項目依據我國經濟社會，特別是農業農村經濟發展的重大需求和現有研究開發基礎，以水稻和家蠶為支持重點，同時支持有較好研究基礎的主要動植物，以獲得一大批有重要應用價值的基因產權為主要目標，系統開展功能基因組研究，為主要動植物品種改良，實現“高產、優質、抗逆、生態、安全”發展目標提供基因資源和知識基礎。

項目利用“十五”建立的水稻功能基因組的技術平臺，系統開展水稻產量、品質、抗病抗逆、營養高效性狀的功能基因組研究，克隆驗證新基因和調控因子，應用芯片技術建立水稻重要農藝性狀的全基因組表達譜，并開展比較基因組學研究和第3、4染色體功能基因的系統鑒定；利用水稻、擬南芥等模式植物功能基因組的技術平臺，開展小麥、玉米、棉花、油菜、大豆、花生、番茄等作物的功能基因組研究，克隆驗證重要農藝性狀基因；建立家蠶和家雞的功能基因組研究技術平臺，分離克隆與家蠶絲蛋白質合成、性別決定、發育變態、分子免疫和對微生物抵抗性、雞的生長、品質、抗性、繁殖等重要經濟性狀相關的重要功能基因和調控因子。

項目的總體目標為：建立并完善水稻、家蠶大規模地開展功能基因組研究的技術體系；建立水稻產量、品質、抗逆、營養高效等重要性狀的全基因組表達譜，揭示表達調控網絡，初步弄清水稻第3、4兩條染色體大部分基因的功能；克隆水稻、小麥、玉米、棉花、大豆、油菜、花生、番茄、家蠶、家雞等物種新基因和調控因子1700個以上，其中50個以上有重要應用前景；申請基因（含調控因子）專利450個以上，發表高水平研究論文400篇以上。通過項目的實施，使我國水稻功能基因組研究領域整體達到國際領先水平；小麥、玉米、大豆、棉花、油菜、花生、番茄等作物的功能基因組研究具備一定的規模，并在國際上形成局部優勢；建立較完善的家蠶功能基因組研究的技術平臺，家雞功能基因組研究取得較大進展，形成進入國際先進水平的能力。

此次發布的是現代農業技術領域“主要動植物功能基因組研究”重大項目的課題申請指南，安排國撥經費1.7億。

二、指南內容 課題1.水稻產量性狀的功能基因組研究

研究目標：分離克隆控制水稻產量和雜種優勢的基因并驗證功能。

研究內容：通過對課題前階段產生的突變體庫進行系統篩選，獲得水稻株型、穗型、粒重、生育期等性狀的突變體，分離克隆基因及調控因子；系統建立產量性狀和雜種優勢的基因表達譜，鑒定特異表達基因的功能，分析其對提高產量和增強雜種優勢的價值；圖位克隆法分離克隆產量性狀基因（QTLs）。

考核指標：分離克隆調控水稻株型、穗型、粒重、生育期等性狀的基因及調控因子300個以上，其中有重要應用前景基因10個以上，申請專利120項以上，發表高水平研究論文70篇以上。

支持年限：5年

經費來源：國撥2700-2800萬。課題2.水稻品質性狀的功能基因組研究

研究目標：分離克隆控制稻米品質的基因并驗證功能。研究內容：通過對課題前階段產生的突變體庫的系統篩選，獲得稻米外觀品質、食味品質、蒸煮品質、營養品質等性狀的突變體，分離克隆基因及調控因子；圖位克隆法分離克隆稻米品質基因（QTLs）。考核指標：分離克隆調控稻米外觀品質、食味品質、蒸煮品質、營養品質等性狀的基因及調控因子300個以上，其中有重要應用前景基因5個以上，申請專利80項以上，發表高水平研究論文60篇以上。

支持年限：5年

經費來源：國撥2700-2800萬。

課題3.水稻抗逆和營養性狀功能基因組研究

研究目標：分離克隆控制水稻生物和非生物逆境、氮磷養分吸收和利用效率的基因并驗證功能。

研究內容：通過對課題前階段產生的突變體庫的系統篩選，獲得水稻抗病、抗旱、抗鹽、氮磷營養高效等性狀的突變體，分離克隆基因及調控因子；系統建立病原、逆境、低氮低磷等條件脅迫的基因表達譜，系統鑒定脅迫條件下特異表達基因的功能，分析其對提高抗逆和營養利用效率的價值；圖位克隆法分離克隆抗逆和營養性狀基因（QTLs）。

考核指標：分離克隆調控抗病、抗旱、抗鹽、氮磷營養高效等性狀的基因及調控因子300個以上，其中有重要應用前景基因10個以上，申請專利100項以上，發表高水平研究論文70篇以上。支持年限：5年

經費來源：國撥2700-2800萬。

課題4.水稻第3、4染色體基因的功能分析

研究目標：確定第3、4染色體大部分基因的表型效應。研究內容：通過比較基因組學分析，系統分析和鑒定水稻3、4號染色體功能基因；突變體庫（項目十五期間我國自行構建及必要的國外引進）與RNAi及其它基因功能分析技術相結合，田間種植并輔之以干旱、低氮、低磷等脅迫條件篩選，系統鑒定基因功能。

考核指標：初步闡明水稻3、4號染色體大部分基因對表型的影響，分離新的功能基因100個以上，申請專利20項以上，發表高水平研究論文5篇以上。

支持年限：5年

經費來源：國撥900-1000萬。

課題5.水稻功能基因組研究技術和信息平臺的完善 研究目標：建立完善水稻功能基因組研究平臺技術。

研究內容：繁殖、整理好已建成的突變體庫，進一步分離側翼序列，使70%以上的轉基因株系有側翼序列的標簽；進一步分離克隆全長cDNA，使全長cDNA克隆總數覆蓋基因數的90%；完善水稻功能基因組的各種數據庫及生物信息分析系統和設施；建立基因組水平DNA甲基化分析技術、組蛋白甲基化和乙酰化修飾等功能基因組新的平臺技術。

考核指標：數據完整、能對外及時供種的突變體株系20萬個，其中70％有側翼序列，覆蓋全基因組90％以上基因的全長cDNA，較完善的稻屬比較基因組學數據庫和技術平臺。

支持年限：5年

經費來源：國撥900-1000萬。課題6.小麥抗病性狀功能基因組研究

研究目標：分離克隆控制小麥主要病害的抗病基因并驗證功能。研究內容：以小麥對白粉病、赤霉病、條銹病、紋枯病和黃矮病的抗性為研究對象，利用具有我國特色的遺傳資源，研究小麥基因組中的抗病基因（R基因）、抗病信號傳導基因、防衛反應基因的數量、結構與基因組分布，鑒定和分離與抗病過程緊密相關的關鍵新基因，明確關鍵新基因的物理定位、表達調控規律、生物學功能以及經濟利用價值。

考核指標：獲得與小麥抗白粉病、赤霉病、條銹病、紋枯病和黃矮病相關的基因300個以上，關鍵新基因10個以上，其中3個具有重要應用前景，申請專利10項以上，發表高水平研究論文20篇以上。

支持年限：5年

經費來源：國撥450-550萬。

課題7.小麥營養高效利用性狀功能基因組研究

研究目標：分離克隆控制小麥氮磷吸收利用效率基因并驗證功能。

研究內容：以小麥對磷和氮高效利用性狀為研究對象，利用我國特有的遺傳資源，鑒定和分離與磷、氮高效利用密切關聯的相關和關鍵新基因，明確關鍵新基因的物理定位、表達調控規律、生物學功能以及經濟利用價值。

考核指標：獲得與小麥高效利用磷、氮營養元素相關的基因100個以上，關鍵新基因5個以上并驗證其功能，其中2個具有重要應用前景。申請專利10項以上，發表高水平研究論文10篇以上。

支持年限：5年

經費來源：國撥450-550萬。課題8.玉米功能基因組研究平臺建設和農藝性狀基因的克隆 研究目標：獲得玉米全長cDNA庫和突變體庫，克隆農藝性狀基因。

研究內容：以我國玉米生產上廣泛應用的自交系為材料構建全長cDNA文庫2-3個，進行測序和生物信息學分析，供基因克隆和表達分析使用。同時，通過轉座子（特別是Mu）或農桿菌介導轉座子插入等多種方法，建立我國的玉米突變體庫，獲得獨立的突變體2000個以上，并對突變體進行初步的遺傳分析。在此基礎上，克隆與玉米產量等重要農藝性狀相關的基因，并進行基因的表達特性和功能分析。

考核指標：獲得玉米全長cDNA克隆和序列信息5000條；獲得玉米突變體材料2000份，應用突變體分離克隆農藝性狀基因5個以上。申請專利10項以上，發表高水平研究論文10篇以上。

支持年限：5年

經費來源：國撥200-300萬。

課題9.玉米抗逆、抗病、品質的功能基因組研究

研究目標：分離克隆玉米抗病、抗逆、品質基因并驗證功能。研究內容：通過基因表達譜分析、比較基因組和同源克隆等方法篩選玉米抗逆、抗病和品質等候選基因。在此基礎上，進行基因表達產物分析、轉基因功能驗證（過量表達、基因沉默技術和RNA干擾技術等）、轉基因模式植物和轉基因玉米的生理遺傳學分析等，確定目標基因的功能，進而分析這些基因在玉米遺傳改良中的利用價值和途徑。

考核指標：鑒定出調控玉米抗逆、抗病、品質等重要農藝性狀的候選基因100個，包括具有重要應用價值的新基因5個以上。申請基因（含調控因子）專利10個，發表高水平研究論文20篇。

支持年限：5年

經費來源：國撥250-350萬。

課題10.棉花抗衰相關功能基因的克隆與驗證

研究目標：分離克隆棉花抗早衰、抗逆基因并驗證功能。研究內容：構建逆境誘導的全長cDNAs 文庫，篩選與抗逆相關基因，研究基因表達；分離鑒定與抗早衰、抗旱、耐鹽堿的相關基因，研究其表達模式，闡述棉花抗早衰、抗旱、耐鹽堿的分子機制；分離特異啟動子，并進行功能驗證。

考核指標：鑒定抗早衰、抗旱、耐鹽堿特異表達的全長cDNA 1000條；獲得在棉花早衰、抗旱、抗鹽中具有利用價值的關鍵基因5個以上，其中有重大應用前景的功能基因3個以上；分離特異啟動子2-3并驗證其功能。申請專利5個；發表高水平論文10篇。

支持年限：5年

經費來源：國撥200-300萬。

課題11.棉花纖維品質相關功能基因的克隆與驗證 研究目標：分離克隆棉花纖維品質基因并驗證功能

研究內容：構建棉花纖維發育時期的全長cDNA 文庫，篩選與棉花纖維品質相關的基因，研究其表達譜；克隆棉花纖維起始、延伸、加厚（生長素合成、乙烯合成、延展蛋白、纖維素合成酶等）相關的基因，研究其在棉花纖維和品質形成中所起的作用；分離棉花纖維發育基因表達的調控因子、特異啟動子，并研究其表達模式。

考核指標：鑒定棉纖維突起及快速伸長期特異性表達的全長cDNA 1000個，獲得纖維主要發育時期的關鍵基因5個以上，并研究其功能，其中有重大應用前景的功能基因2個以上。申請專利5項；發表高水平論文10篇。

支持年限：5年

經費來源：國撥200-300萬。

課題12.大豆優質基因的克隆及功能研究 研究目標：分離克隆大豆蛋白質、油份形成關鍵基因并驗證功能。研究內容：構建大豆種子發育時期全長cDNA文庫，篩選與大豆蛋白質和油分形成相關的全長cDNA，研究基因的表達譜；利用模式植物和大豆基因組的共線性關系，篩選大豆蛋白質和油分形成的關鍵基因，并進行功能研究。

考核指標：獲得品質相關全長cDNA 1000條以上；克隆控制大豆油分和蛋白質相關基因30個，鑒定10個以上鍵基因并驗證其功能，發掘有重要應用價值的基因1－2個；申請專利10個以上，發表高水平論文10篇以上。

支持年限：5年

經費來源：國撥250-350萬。

課題13.大豆抗病、抗逆及廣適應性基因的克隆及功能研究 研究目標：分離克隆大豆抗病、抗逆及廣適應性基因并驗證功能。研究內容：利用遺傳作圖、TILLING和模式植物生物信息分析等方法，克隆與生態適應性相關的基因，篩選出控制大豆開花及光周期反應的關鍵基因，研究其功能并闡明其信號傳導網絡；克隆抗病、抗逆相關基因，分析等位基因的變異，鑒定關鍵基因的功能并闡明其分子機理。

考核指標：鑒定與大豆病害（大豆花葉病毒病、大豆疫霉根腐病等抗性）、大豆生態適應性（光周期反應、開花）相關基因20個以上；獲得抗病、廣適應性關鍵基因5個以上，并驗證其功能，其中有重大應用價值新基因1－2個；申請專利10個以上，發表高水平論文10篇以上。

支持年限：5年

經費來源：國撥250-350萬。

課題14.油菜抗菌核病和抗逆相關基因的克隆與功能分析 研究目標：分離克隆油菜抗菌核病和抗逆基因并驗證功能。研究內容：通過比較基因組學等方法克隆抗倒、抗寒、磷高效基因；利用基因過表達、RNAi、酵母雙雜交、多元表達載體等技術，研究抗菌核病和抗逆基因的功能。

考核指標：鑒定與抗病和抗逆的相關基因40個；獲得功能明確的抗病、抗倒伏、抗寒、磷高效基因或調控因子10個以上，其中具有重要應用價值的新基因3個以上，申請專利10 項以上，發表高水平論文10篇以上。支持年限：5年

經費來源：國撥200-300萬。

課題15.油菜品質和雜種優勢利用相關基因的克隆與功能分析 研究目標：分離克隆油菜品質和雜種優勢利用相關基因并驗證功能。

研究內容：利用圖位克隆、染色體步移等方法，克隆油菜雄性核不育基因、恢復基因和調控因子；利用擬南芥基因組芯片技術，研究核不育和育性恢復近等基因系的基因表達譜，克隆調控因子或關鍵基因；采用TILLING/ECOTILLING、圖位克隆、T-DNA插入等方法，分離與油脂品質形成（高油酸、低亞麻酸、低硫苷、低芥酸和黃籽基因）及鞘脂形成的關鍵基因；利用基因過表達和RNAi等技術，研究控制育性基因或油脂品質形成基因的功能及其相互作用網絡。

考核指標：鑒定與雄性不育及其育性恢復、油脂和品質形成（高油酸、低亞麻酸、低硫苷、低芥酸和黃籽基因）、鞘脂形成的相關基因20個；獲得控制育性、含油量及品質形成的關鍵基因10個以上，明確其功能，其中有重要應用價值的新基因2個以上，申請專利10項以上，發表高質量的論文10篇以上。

支持年限：5年 經費來源：國撥200-300萬。

課題16.花生脂肪酸代謝的相關基因克隆與功能研究 研究目標：分離克隆花生脂肪酸代謝的相關基因并驗證功能。研究內容：構建花生種子發育時期的全長cDNA文庫，建立花生不同發育時期的基因表達譜；克隆花生含油量和脂肪酸合成相關基因，鑒定控制花生含油量和脂肪酸合成的關鍵基因，并闡明其功能。

考核指標：獲得與含油量和脂肪酸合成相關的全長cDNA 200條以上，克隆控制花生種子含油量和脂肪酸合成的關鍵基因5個以上，并鑒定其功能，其中有重大應用前景的功能基因2個以上；申請專利5項以上，發表高水平論文10篇以上。

支持年限：5年

經費來源：國撥200-250萬。

課題17.花生抗病基因的克隆及功能研究 研究目標：分離克隆花生抗病基因并驗證功能。

研究內容：構建病原菌誘導的全長cDNA文庫，建立抗病基因表達譜；同時，利用比較基因組學方法，克隆與抗病（黃曲霉、青枯病等）相關基因；分離控制花生抗病的重要基因并進行功能研究。考核指標：獲得與抗病性相關的全長cDNA 200條以上；克隆抗病基因5個以上并驗證其功能，其中有重大應用前景的功能基因2個以上；申請專利5項以上，發表高水平論文10篇以上。

支持年限：5年

經費來源：國撥200-250萬。

課題18.番茄重要功能基因的克隆與驗證

研究目標：分離克隆番茄抗病蟲新基因并功驗證能。

研究內容：大規模篩選番茄抗性缺失突變體，通過圖位克隆的方法分離番茄抗病蟲新基因及其調控基因；鑒定在抗蟲、病反應中起重要作用的功能基因及其調控基因。

考核指標：鑒定出100個可能調控重要農藝性狀的（直系）候選基因；分離和鑒定重要基因50個，包括2個以上具有重要應用價值的新基因；申請專利10項以上，發表高水平論文10篇以上。

支持年限：5年

經費來源：國撥280萬。

課題19.家蠶功能基因組研究平臺技術

研究目標：建立家蠶功能基因組研究所必須的平臺技術。研究內容：建立家蠶全基因組芯片和分析技術，蛋白質雙向電泳和圖譜分析技術，適應于功能基因組研究的家蠶遺傳資源體系，重點建立覆蓋家蠶所有連鎖群的近等位基因系統，高效轉基因技術。

考核指標：設計制作包括20000個探針以上的家蠶全基因組芯片；建立以2-D和質量指紋圖譜為核心的家蠶蛋白質組學研究體系；制作30個覆蓋家蠶主要連鎖群的等位基因系統。申請專利1項，發表高水平論文15篇。

支持年限：5年

經費來源：國撥500-600萬。

課題20.家蠶基因表達譜和蛋白質組研究

研究目標：建立家蠶主要器官的基因表達譜和蛋白圖譜，分離功能蛋白。

研究內容：應用家蠶全基因組芯片，建立重要發育時期、重要組織器官的基因表達譜；應用蛋白質組學技術，建立重要發育時期，主要組織和器官的蛋白質電泳圖譜，鑒定功能蛋白；建立家蠶基因組表達和蛋白質組學數據庫。

考核指標：利用家蠶全基因組芯片對家蠶15個主要發育時期和組織器官的基因表達特征進行研究，建立表達圖譜；利用蛋白質組學和比較蛋白質組學，研究蛋白質在不同時期和器官的表達特征，獲取50個特征蛋白，建立家蠶基因表達和蛋白質數據庫。申請專利5項，發表高水平論文10篇。

支持年限：5年

經費來源：國撥650-750萬。

課題21.家蠶重要經濟性狀功能基因克隆

研究目標：分離克隆家蠶絲蛋白質合成、性別決定、發育變態和對微生物抵抗性等重要性狀基因，并驗證功能。

研究內容：重點圍繞家蠶絲蛋白質合成、性別決定、發育變態和對微生物抵抗性等重要經濟性狀，分離克隆功能基因和調控因子。

考核指標：克隆絲蛋白質合成、性別決定、發育變態、分子免疫和對微生物抵抗性等重要性狀新基因和調控因子30個以上，其中5個以上有重要育種應用前景；基本闡明其中5個重要基因的生物學功能和其調控機理。申請專利25項，發表高水平論文20篇。

支持年限：5年

經費來源：國撥650-750萬。

課題22.家雞重要經濟性狀功能基因組研究 研究目標：分離克隆重要生產性狀的基因，并驗證功能。研究內容：利用資源群體，精細定位影響重要生產性狀的數量性狀座位，通過建立重要QTL區域的高密度SNP單體型圖結合連鎖不平衡（LD）、候選基因關聯、圖位表達譜變異分析等方法，鑒定和克隆其功能基因；通過全基因組的寡核苷酸或cDNA芯片，建立肌肉、卵巢、免疫組織等分化、發育、代謝和衰老的轉錄組、生理組、化學代謝組，鑒定和分離相關功能基因。

考核指標：本課題要精細定位重要數量性狀座位50個以上，克隆并闡明分子機理的重要功能基因5個以上，建立2-3重要性狀的基因表達譜，申請專利15-20項，發表高水平論文15篇以上。

支持年限：5年

經費來源：國撥500－600萬。課題23.家雞表觀基因組技術及功能研究

研究目標：分析表觀遺傳現象與表型變異的關系。

研究內容：確定重要染色體區域甲基化、組蛋白乙酰化與表型變異的關系；克隆和鑒定小分子RNA等非編碼RNA，分析其對重要生產性狀形成的影響，利用RNAi等技術主要生產性狀發育、表達和調控的相關網絡。

考核指標：揭示影響重要經濟性狀的染色體區域表觀遺傳變異10-15個，分離克隆小分子RNA20種，并解析調控網絡。申請專利5-10項，發表高水平論文15篇以上。

支持年限：5年

經費來源：國撥300-400萬。

三、注意事項

1、課題申請單位及要求

課題申請依托國家重點實驗室、國家基因研究中心、國家重大科學工程等研究基地的優先支持。

2、課題負責人的條件和要求

在動植物功能基因組研究取得了突出研究成果，有良好的工作基礎，發表過高水平的研究論文。

3、課題任務落實方式

對于水稻功能基因組，延續“十五”重大專項的實施方式，根據能力、基礎和課題需要，組織隊伍落實研究任務，并明確各自的分工和任務。原則上課題4、5的研究內容應與課題1、2、3結合申報。

第五篇：中國梅花鹿全基因組測序計劃啟動

中 國 科 技 通 訊

中華人民共和國科學技術部

第592期2010年8月20日

第二屆全國健康科技高層論壇暨新特藥博覽會在京召開

第二屆全國健康科技高層論壇暨新特藥博覽會于2010年7月8～10日在北京國家會議中心召開。全國人大常委會副委員長桑國衛，全國政協副主席、科技部長萬鋼等領導出席。萬鋼在開幕式上致辭并指出，《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006～2020年）》已把人口與健康作為優先發展的重點領域。“十一五”期間，國家啟動的16個重大科技專項中，涉及健康科技領域的有“重大新藥創制”和“重大傳染病防治”2個專項，“十一五”期間，科技部在863計劃中投入涉及健康科技的經費已超過30億，973計劃中涉及生命科學方面的投入約占973計劃總經費的30%。

萬鋼提出了加速推進健康科技發展的戰略與措施。1.加強健康科技發展規劃研究，統籌資源，全面部署，支持我國健康科技的自主創新和產業化發展。2.全面實施“重大新藥創制”和“重大傳染病防治”國家重大專項，在新藥創制上推出一批標志性的成果。3.加強健康科技相關的高技術研究，搶占一批核心關鍵技術，加速培育健康科技戰略型新興產業。4.支撐計劃面向省部共建，推進地方生物和醫藥產業基地與園區的發展。5.建立一批生物和醫藥領域的產學研戰略聯盟，大幅度提升醫藥產業的國際競爭力。6.加強人才的培養和尖子人才的引進，造就一批國際一流的健康科技隊伍，依托“千人計劃”等一系列人才引進計劃，吸引國外一流領軍人物和創新團隊回國工作，提升相關領域科研創新水平。

國家技術創新工程上海市試點工作啟動

科技部、財政部、教育部等部門共同實施國家技術創新工程。上海作為試點城市提出，通過實施技術創新工程，到2012年，基本形成以企業為主體、市場為導向、產學研相結合的技術創新體系，社會創新意識顯著提升，R&D經費投入占全市生產總值的比例達到3.0%，其中企業研發投入比例保持在70%左右；關鍵核心技術取得突破，百萬人年發明專利授權量達到245件，高技術產業自主知識產權擁有率達到32%左右；高新技術產業化不斷加速，重點領域高新技術產業產值達到11000億元，占工業總產值的比重增至30%左右。

為實現上述目標，上海市聚焦國家戰略任務需求和上海高新技術產業化九大重點領域，著力在以下六個方面加大工作推進力度：1.培育一批創新型企業。到2012年，國家和上海市創新型企業總數達到500家。2.構建一批產業技術創新戰略聯盟。到2012年，在大飛機、半導體照明、激光顯示、電子標簽、下一代廣電網、新能源、智能電網、新能源汽車、抗體藥物、醫療器械等領域構建60個產業技術創新戰略聯盟。3.建設和完善一批產業技術創新服務平臺。到2012年，建設15個國家和上海市級產業技術創新服務平臺，大幅度提高技術創新效率。4.建設企業技術創新人才隊伍。5.構建科技金融體系，充分發揮金融

資源對科技創新創業的支持支撐作用。6.建設高新技術產業化基地和創新型城區。加快推進張江自主創新示范區建設，推進楊浦創新型城區建設試點和示范。

我國科學家成功獲得亨廷頓舞蹈癥轉基因豬模型

中科院廣州生物醫藥與健康研究院研究員賴良學與美國愛默瑞大學教授李曉江合作，采用轉基因克隆技術成功獲得人類亨廷頓舞蹈癥的轉基因豬模型。轉基因豬模型表現出亨廷頓舞蹈癥的典型癥狀。研究成果發表在8月8日出版的《人類分子遺傳學》雜志上。

賴良學團隊運用體細胞轉基因技術與體細胞核移植技術，與李曉江團隊構建亨廷頓蛋白轉基因載體密切合作，成功獲得6頭亨廷頓舞蹈癥轉基因豬；同時首次在轉基因豬大腦中發現與人類亨廷頓舞蹈癥患者腦中類似的神經細胞凋亡現象，這在亨廷頓舞蹈癥的動物模型中還是第一次見到。該研究成果對于亨廷頓舞蹈癥病理發生機制的研究以及治療藥物開發具有重要的意義，同時，該成果也使人們更加認識到建立人類遺傳性疾病的轉基因大動物模型的重要性。

中國梅花鹿全基因組測序計劃啟動

近日，由中國農科院特產所牽頭的中國梅花鹿全基因組測序計劃啟動。該計劃將采用測序深度達30X的新一代高通量測序技術（鳥槍法），聯合新西蘭皇家農業科學院茵沃梅農業研究中心、加拿大阿爾伯塔大學以及國內外相關單位，合作完成中國梅花鹿基因組的測序、組裝和注釋工作，以奠定中國梅花鹿功能基因組學、蛋白組學和分子遺傳育種的研究基礎。該計劃的實施將使中國梅花鹿成為世界上第一個全基因組測序的鹿種。基因組序列框架圖譜的繪制將大大加速中國梅花鹿的育種過程，對于尋找與鹿生產性能有關的SNP標記和功能基因，特別是尋找控制鹿茸再生的相關基因具有重大的意義。

我國科學家首次發展早期預測人流感病毒危害性計算方法

流感病毒傳播及其危害性的新模型。

中科院生物物理研究所蔣太交課題組提出一個新的宿主-病毒相互作用模型（如圖所示），首次建立了病毒導致的超額死亡和其抗原變異程度之間的定量關系，并進一步發展了直接從病毒序列出發快速準確估算流感潛在危害性的計算方法。該研究成果已在線發表在8月12日的《公共科學圖書館·計算生物學》（PLoS Computational Biology）。

根據該模型，課題組首次發現了季節性流感病毒造成的死亡人數與它抗原改變大小的正相關性，并建立了兩者的定量關系。該計算模型被同行專家認為是一個概念上的創新，研究成果將有助于各國衛生部門制訂快速有效的流感防控策略。該研究得到國家傳染病重大專項和“973”項目的大力支持。

我國首臺深井探測機器人研制成功

由武橋重工和上海交通大學歷時7年聯合研制的中國首臺深井探測機器人8月18日在四川錦屏水電站地區海拔2000米地下巖層實驗成功。據介紹，該機器人呈圓筒形，主要由“大腦”、“軀體”和“觸角”組成，“大腦”為地面控制系統，通過電腦顯示和控制該機器人的地下活動。

在海拔2000米的地下巖層，電腦顯示器對機器人的活動一目了然：機器人深入到預定深度之后，各“觸角”輪番上陣，支撐固定位置、打掃巖面、吹干、磨平、噴涂粘膠、粘貼應力片、測量應力，所有功能一氣呵成，半個小時就收到了第一組數據，現場試驗取得圓滿成功。該技術將主要用于地殼穩定性分析，地質構造，水庫、水壩的地質分析，并對地震、泥石流等地質災害能起到預測和預防的作用。

高性能公路反光膠帶研制成功

河北中膠國際膠帶有限公司近日研制成功高性能公路反光膠帶。該產品采用合成橡膠及合成樹脂預制成型，具有適應性強、施工簡便、反光性好、使用壽命長、自潔等特點，可以用作交通標識線、符號、文字等。特別是在夜間行駛時，標線反光，格外亮麗醒目。

這套專有的反射系統的表面采用了獨特的凹凸圖案及反光折射強的玻璃微球體，內層是特殊配方的合成樹脂、顏料和添加劑，玻璃球均勻附著在內層樹脂上，即使在面層磨損的情況下，也同樣具有很強的反光效果。獨特的凹凸圖案可以最大限度地優化安全，當車輪壓過標線時，會通過聲響和振動給司機提供警示，從而使車道標志更鮮明、更安全。彌補了多年來公路標線采用的反光道路標線涂料的持久性能和反光性能一般，使用壽命不長和施工時間長等不足。

天宮一號目標飛行器完成總裝 2011年升空

中國載人航天工程新聞發言人8月17日表示，我國載人航天工程第一個空間交會對接目標——天宮一號目標飛行器已于近日完成總裝，全面轉入電性能綜合測試階段。在完成一系列電性能、力學性能和熱性能測試后，飛行器將于2011年發射進入預定軌道，之后，發射神舟八號飛船與之交會對接。

據介紹，去年底以來，執行交會對接任務的天宮一號目標飛行器、改進型長征二號F運載火箭和改進型神舟載人飛船等主要飛行產品陸續完成了初樣階段的各項研制、試驗工作，全面轉入正樣研制階段。目前，交會對接任務的各項裝備工作進展順利。神舟八號飛船正在進行總裝；改進型長征二號F火箭產品已齊套，正在進行分系統綜合試驗；針對交會對接任務的航天員訓練工作全面展開，我國第二批航天員包括兩名女航天員也參加了訓練；天宮一號目標飛行器和神舟八號飛船裝載的各項空間科學實驗載荷設備陸續按計劃交付飛行器總裝，有關地面支持系統準備工作全面推進。

我國啟動氣候變化國家重大科研計劃項目

全球變化研究國家重大科學研究計劃項目“南大洋-印度洋海氣過程對東亞及全球氣候變化的影響”8月13日在青島啟動。該項目主要針對影響中國氣候的亞洲季風系統，從海洋-大氣相互作用的角度探索亞洲季風的爆發、推進和年際變化等重要過程的機理，為提高中國短期氣候預測水平、防災減災能力服務。該項目將在未來5年內圍繞南大洋-印度洋-東亞這條南北縱貫斷面，組織開展一系列現場強化觀測、理論研究和氣候預測建模工作。深入認識南大洋、印度洋主要海氣過程影響中國汛期和長期氣候變化的主要機理，改進中國短期氣候的動力和統計預測模型，提高預測水平。

我國土地覆蓋變化數據庫建成近日，由中科院遙感應用研究所聯合多家單位共同編著的《中國土地覆蓋遙感監測》一書由星球地圖出版社出版發行。在“國家科技基礎條件平臺建設—地球系統科學數據共享網”的支持下，中科院相關研究所組織實施了全國區域的土地覆蓋遙感監測，進行了中國1：25萬比例尺的土地覆蓋遙感制圖和動態監測，全面、系統地掌握了我國陸地及近海島嶼的土地覆蓋狀況，建設了自20世紀80年代至2005年的中國土地覆蓋及其變化數據庫。《中國土地覆蓋遙感監測》一書即是這項工作成果的集中展示。

全球最大甲醇制烯烴工業裝置投料試車一次成功

近日，世界首套、全球最大的甲醇制低碳烯烴工業裝置（年產60萬噸烯烴）投料試車一次成功。該裝置采用了中科院大連化物所具有自主知識產權的甲醇制烯烴（DMTO）技術。據了解，DMTO技術是在中科院大連化物所原創技術的基礎上，聯合新興能源科技公司和中國石化集團洛陽石油化工工程公司，通過工業性試驗，開發的具有完全自主知識產權的甲醇制烯烴成套技術。2007年9月與神華集團簽訂了工業應用技術許可合同，2008年9月該項目開工建設，2010年5月裝置建設完畢。