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2017年度国家科学技术奖揭晓 给这些“上海成就”点赞

来源:新民晚报     记者:郜阳,董纯蕾,易蓉     作者:郜阳,董纯蕾,易蓉     编辑:左妍     2018-01-08 10:27 | |

  今天上午,2017年度国家科学技术奖励大会在北京隆重召开,上海共有58项牵头及合作完成的重大科技成果荣获国家科学技术奖。

  其中,上海正在建设具有全球影响力科创中心,共荣获国家自然科学奖6项,占全国35项国家自然科学奖的17.1%;国家技术发明奖11项,占全国66项国家技术发明奖的16.7%;国家科学技术进步奖39项,占全国170项国家科学技术进步奖的22.9%;中华人民共和国国际科学技术合作奖2人,占全国的28.6%。特别是在高等级奖项中,2项国家自然科学一等奖,上海参与1项;3项国家科学技术进步特等奖,上海参与2项;21项国家科学技术进步一等奖,上海牵头完成1项,参与完成2项。

  【国家科学技术奖一等奖】高效甲醇制烯烃(S-MTO)全流程技术:用“上海智慧“解决资源难题

图说:两名研究员正在实验 新民晚报见习记者 郜阳摄

  上海浦东北路1658号,中国石化上海石油化工研究院,把自己的名字写上了2017年度国家科学技术进步奖一等奖的证书。在2017年11月公布的两院院士增选名单里,从上海石油化工研究院走出去的谢在库赫然在列。

  十多年来,石化科研人用匠心打造出“中国创造”的高效甲醇制烯烃(S-MTO)全流程技术,并将之产业化,让我国不再对石油那么依赖,也让中国的化工技术在国际舞台上扬眉吐气。

  煤化工开启新征程

  “富煤、贫油、少气”是我国能源结构的基本国情。消耗大量石油原料的烯烃,是世界上最重要的大宗化工产品和支撑经济发展的基础化工原料之一。而我国石油对外依存度处于高位,达到60%以上。在严峻的形势下,烯烃生产原料的多元化便成为关系国家能源结构调整的重大课题。

  上海石油化工研究院的科研人员积极探索能够代替原油生产化工产品的新途径。我国丰富的煤炭资源进入了他们的视线。十年多时间里,他们联合工程设计、生产技术组成的攻关团队先后走过实验室研究、模试研究和万吨级试验。2011年中国石化年60万吨MTO装置建成并成功运行,标志着中国石化自主研发的甲醇制烯烃工艺成套技术(S-MTO)步入产业化。2016年,年产360万吨的S-MTO装置在内蒙古鄂尔多斯建成并投产,成为世界最大甲醇制烯烃工厂。近三年,MTO装置累计为企业新增产值59.4亿元,实现新增利润13亿元。

图说:高通量分子筛合成系统 新民晚报见习记者 郜阳摄

  创新路直面挑战

  每一个“中国创造”故事的背后,似乎都有从“跟跑”到“领跑”的情节。上海石油化工研究院近60年历史中,从引进消化吸收、模仿开发到如今使我国成为世界上第一个掌握自主知识产权全流程MTO技术的国家,其中付出的汗水,恐怕只有石化研究人自己才知道。

  从华东理工大学毕业的刘红星博士是整个项目的参与者,从2000年起就一直行走在MTO技术的研发路上。他把创新路比作攀登金字塔,新的点子有很多,就像金字塔的底层,但能真正成型的只有金字塔顶端。MTO技术系统集成度高,属于变革性技术,研发之路显然不会一帆风顺。刘红星把研发中面临的难题称为“三高”,“首先是高选择性的催化剂,其次是高时空收率的流化床反应工艺,最后是高回收率的烯烃分离工艺,这‘三高’当时都是制约我们更上一层楼的瓶颈。”他介绍道。

  在直面挑战的路上,上海石油化工研究院率先创制了扩散性能优异的纳米片晶分子筛,开发了MTO大型快速流化床反应器技术以及前脱乙烷高效分离新工艺。“通过这些原创和重大技术突破,全流程S-MTO技术各项指标达到了国际领先水平。” 刘红星表示。

图说:展厅的一面墙摆满了上海石油化工研究院57年来的成果 新民晚报见习记者 郜阳摄

  未来蓝图值得期待

  在展示厅,整个一面墙上摆放的证书记录着上海石油化工研究院57年来的成果。从解决人民“穿衣”问题起步,到以支撑石油化工产业发展为突破,研究院的科研人持续创新,开发了一大批具有国际先进水平的有机原料催化技术及成套生产工艺,取得了丰硕的工业化成果。研究院还积极开展节能环保新技术、新工艺的研究、开发与推广,推动全员自觉做到“凡是环境保护需要投资的钱一分不少,凡是不符合环境保护的事一件不做,凡是污染和破坏环境的效益一分不要”。

  “我们‘艰苦创业、严谨求实、协力攻关、开拓创新’的文化已经深入人心,激励着一代代人为我国石油化工科技进步添砖加瓦。”上海石油化工研究院院长杨为民说,“我们S-MTO的研究成果相继发表于国际重要学术期刊,获授权发明专利283件。”研究院还积极推进产学研结合,助力高校研究成果“最后一公里”的转化,用杨为民的话说,不能让高校的研究锁在抽屉里。

  上海石油化工研究院也有自己的“双一流”建设目标,“到2020年初步达到世界一流,部分单项达到一流标准,有力支撑我国石化产业转方式、调结构、提质增效升级。主体技术达到世界先进水平、部分技术达到世界领先水平。”杨为民告诉记者。

  新民晚报见习记者 郜阳

  【国家技术发明奖二等奖】盐酸安妥沙星:16年磨出的原创好药

图说:杨玉社研究员(右二)及其团队在实验室来源/中科院上海药物所(下同)

  盐酸安妥沙星,我国自1993年实施药品专利法以来的第一个化学创新药物,今天又获殊荣——2017年度国家技术发明奖二等奖!

  对中国科学院上海药物研究所杨玉社研究员领衔的科研团队而言,今年可谓“双喜临门”,不仅在国家科学技术奖励大会上载誉,而且还有一个好消息:盐酸安妥沙星继陆续进入17个省市的的医保目录后,今年有望进入国家医保目录,造福更多患者。

  十六年磨一剑,零的突破

  新药研发之路充满艰辛。从思路设计、实验室探索、临床研究直到获得新药证书、成功上市,盐酸安妥沙星可谓“十六年磨一剑”。杨玉社研究员告诉记者,国家1.1类新药盐酸安妥沙星凝聚了上海药物所几代科学家的心血。在完成人名单上,既有他的老师、我国著名药物化学家嵇汝运院士和陈凯先院士,也有他的师兄、上海药物所所长蒋华良院士的名字。

  抗菌药物在人类历史上是极其重要的“功臣”,因为其广泛应用,人类的平均寿命至少延长了10岁。氟喹诺酮是人们熟悉的抗菌药,比如,诺氟沙星是首类可口服、强效、广谱的抗菌药。氟喹诺酮(沙星类)更是我国抗菌药物三大主力品种之一。虽然我国早在1967年就仿制了第一代氟喹诺酮药物萘啶酸,但在此后40多年的漫长岁月中,我国该领域创新药物始终是空白。也就是说,长久以来,中国老百姓使用的都是国外研发的沙星类抗菌药。

  中国科学院上海药物研究所的杨玉社、嵇汝运团队从1993年开始潜心研究氟喹诺酮类抗菌药,设计合成了5类62个新化合物。2009年,从中脱颖而出的盐酸安妥沙星,成功上市,成为我国第一个具有新颖化学结构和自主知识产权的1.1类化学新药。

图说:盐酸安妥沙星研发过程

  分子结构 “魔术”,妙手仁心

  事实上,在盐酸安妥沙星问世前,国外的氟喹诺酮类药物,在安全性和药物代谢方面,暴露出不少问题,这也对我国科学家提出了新的挑战:必须后来居上,创制出更高效、更安全的新药!杨玉社和同事们采用结构优化的策略,巧妙地施展了分子结构“魔术”:在母核5-位引入氨基,结果,无论是抗菌活性、代谢性质还是心血管安全性,都有了显著的提升。

  光毒性是氟喹诺酮类抗菌药物的主要副作用之一,曾令多个国外药品被迫撤市,而拥有了新颖化学结构的盐酸安妥沙星几乎没有光毒性。因抑制hERG钾电流引起致死性心律失常,是氟喹诺酮最令人担心的副作用,第四代氟喹诺酮代表药物盐酸莫西沙星便因此被美国FDA黑框警告。盐酸安妥沙星的心脏安全性比该类药物中最安全的左旋氧氟沙星高10倍以上。

  不仅副作用锐减,盐酸安妥沙星与国外同类药物相比,具有最长的半衰期和最高的口服生物利用度,口服与静脉注射皆可,且实现了每天给药一次的优良药物释放特性,是真正意义上的长效氟喹诺酮类药物。

  大规模 IV期临床研究证实,盐酸安妥沙星治疗各种急性细菌感染,临床治愈率为98.8%,不良反应发生率仅1.2%,综合性能在国际同类产品中名列前茅。

图说:新药、发明专利证书及盐酸安妥沙星

  值得一提的是,盐酸安妥沙星是我国科研院所和企业联合开发创新药物的一个成功范例。2001年安徽环球药业股份有限公司接受安妥沙星及其衍生物原始专利技术转让,共同开展临床前研究和Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期临床研究,加快了新药研发上市的步伐。

  至2016年底,盐酸安妥沙星片已使100余万人次患者受益。“我国实施有'史上最严限抗令'之称的《抗菌药物临床应用管理办法》,在这一背景下,盐酸安妥沙星取得的成绩已相当可观。希望更多中国老百姓能更合理地使用疗效更佳、副作用更小的中国原创抗菌新药。”杨玉社对未来满怀憧憬。

  新民晚报记者 董纯蕾

  【国家自然科学奖一等奖】解析遗传基因 育出良种水稻

图说:食以稻为先,稻因科而丰来源:视觉中国

  民以食为天,食以稻为先,稻因科而丰。中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所参与完成的“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”获得2017年度国家自然科学一等奖。

  一系列研究成果不仅广泛发表在各类国际权威学术期刊并被大量引用,入选“中国科学十大进展” 和“两院院士评选中国十大科技进展新闻”,而且在田间地头,成功应用于示范性杂交育种实践,已培育了一系列高产优质水稻新品种。我国拥有全球20%的人口,耕地仅占全球8%,粮食自给率已下降至85%,“确保谷物基本自给,口粮绝对安全”是我国基本国策。水稻是我国主要粮食作物,也是科学研究模式生物。中科院遗传与发育生物学研究所、中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所、中国农业科学院水稻研究所等,为此携手展开科研攻关。

  育种技术,经历了驯化选育农家品种、遗传育种、分子育种、设计育种的发展演化。面对日益增长的粮食需求,迫切需要更加高效和精准的“量身定制”——设计育种技术,即通过品种设计进行多基因复杂性状的定向改良,达到高产优质的目标。为了突破水稻产量瓶颈,育种家提出了理想株型的概念,希望培育出分蘖数适宜、茎秆强壮、穗大粒多的高产理想株型品种,同时又具有优良的食用品质,实现新绿色革命。

  围绕 “水稻理想株型与品质形成的分子机理” 这一核心科学问题,项目团队鉴定、创制和利用水稻资源,创建了直接利用自然品种材料进行复杂性状全基因组关联分析的新方法。水稻理想株型形成的关键基因IPA1被“捕获”,其应用可使带有半矮秆基因的现有高产品种的产量进一步提高;稻米食用品质精细调控网络被“破解”,为优质稻米品种培育提供了“导航仪”。高效精准的设计育种体系就这样逐步建立起来,杂交培育了一系列高产优质新品——“嘉优中科”“广两优”“油优”……亩产量均比当地主栽品种提高10%以上,为解决水稻产量与品质互相制约的难题提供了有效策略。

  与此同时,中国科学家还揭示了水稻的起源与驯化历史,在生物学上证明了栽培稻起源于中国。难怪国际学术期刊《自然植物学》去年发表编辑部评论,称中国的植物生物学研究已经确立了在全球的卓越地位,特别是水稻生物学、遗传学和群体基因组学研究已经引领世界水稻乃至作物科学研究,并称之为“中国的复兴”。

  新民晚报记者 董纯蕾

  【国家自然科学奖二等奖】不断寻求最优解的预测控制系统

  电力调度、交通网络、工业生产,这些与居民生活、社会生产相关的领域背后都有复杂庞大的系统支撑运转。在复杂系统里,阀门、电机、能源等每个“组件”都会对彼此产生关联、影响。如何将它们间的干扰降到最小,效率提升至最大、控制精度最高、耗费能源更少?预测控制系统通过实时优化为复杂系统提供最优解决方案。上海交通大学席裕庚教授领衔的预测控制原理与系统设计项目团队经过30年的潜心研究,形成系统性研究成果,培养大批专业研究和应用人员,带动了预测控制学科分支在我国的发展。该项目获得国家自然科学二等奖。

  项目组李德伟副研究员解释,项目组采用滚动时域优化的方法,解决如何在有约束的条件下,让系统控制达到最优的效果。传统经典最优控制理论,在实际工程应用中难以实现,团队的研究为最优控制的理论和工程应用搭建了“桥梁”,使得最优的方案得以应用。目前在工业中应用广泛的PID调节器虽然成本低,但仅能解决简单问题,对性能有要求的复杂系统就无法满足,而团队成果则采用分布式系统预测控制,不仅能够在化工、冶金等传统工业领域发挥作用,在航天、新能源、智能制造领域也有很好的应用前景。

  新民晚报记者 易蓉

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