未来10年我国最有可能的10大科技突破，本文主要内容关键词为：最有论文,未来论文,我国论文,科技论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在2003年我国信息、生物和新材料领域的技术预测与关键技术选择研究中，发挥专家头脑风暴法，对未来10年我国最有可能的重大科学与技术突破进行研究。来自企业、高校和研发机构等单位的600多位专家提出了70项技术。通过对专家意见进行系统整理和归类，结合两轮德尔菲调查结果进行分析，在专家讨论的基础上，凝练出10项未来10年我国可能的科学突破和技术突破。
1 下一代移动通信技术
在过去的10年里，移动通信技术已完成了由第一代模拟通信技术向第二代数字通信技术的过渡，目前正处于由其颠峰状态向第三代(3G)移动通信技术IMT-2000过渡的进程中。
中国的移动通信产业在几乎一片空白的基础上奋起直追，在短短的几年中取得了举世瞩目的成就。中国移动通信网已成为全球第一大网，移动通信手机产量已占全球产量的30%，其总体技术水平与国际同步，处于由第二代向第三代的过渡时期。在3G移动通信技术方面，我国大唐电信2000年5月提出的TD-SCDMA标准成为国际电信联盟(ITU)正式采纳的三大标准之一。在TD-SCDMA的产业化方面也不断取得重大进展。与此同时，中国连宇集团研制的LAS-CDMA移动通信技术，采用三态智慧正交码，使移动CDMA通信系统由理论上的干扰受限系统上升为噪声受限系统，大大降低了各种干扰，提高了频谱利用率与网络容量，是一种具有优越性价比的移动通信技术，并已在上海开通了演示网。可以预见，第三代移动通信将很快实现产业化。
在3G移动通信技术开始商用之时，国际上已在开展下一代移动通信，即所谓超3G（Beyond 3G或4G，以下统称Beyond 3G）技术的研究。欧盟把第四代移动通信系统列入“第六框架研究计划”。日本总务大臣的咨询机构——信息通信审议会专门委员会于2001年6月15日完成了继第三代移动通信系统“IMT-2000”之后的第四代移动通信系统(4G)框架建议。韩国有关运营商和通信研究所ETRI也向政府提出了相应的有关第四代移动通信研究计划。Beyond IMT-2000的能力将涵盖并远远超出IMT-2000系统及与其进行互连的无线系统的能力，涵盖了目前的IMT-2000、无线接入、数字广播等系统的能力，并将新增两个部分，即支持约100Mbps的蜂窝系统和支持高达几百Mbps以上速率的游牧／本地无线接入系统的能力。
为进一步缩小在移动通信领域里与国际先进水平的差距，在国家“863”计划的支持下，我国开展了Beyond 3G技术的研究，预计2005年完成Beyond 3G移动通信系统的接口技术研究，无线传输系统的核心硬软件技术研究，完成联网试验，建成具有Beyond 3G技术特征的演示系统，向ITU-T提交新一代无线通信技术标准建议，并于2006～2010年完成Beyond 3G的通用无线环境的体制研究及其系统实用化研究，建立起Beyond 3G的现场试验网络。Beyond 3G移动通信技术的实现，将会带来通信产业的又一次新的革命。
2 中国下一代网络体系
以ATM为基础的宽带综合业务数字网(B-ISDN)曾经被看作是提供视像、话音和文本数据综合业务的重要网络技术。但是，随着网络应用需求的剧增，B-ISDN受ATM最高速率622Mbps的限制，远不能满足三类数据综合业务的需要，更难作为能够将传统电话网络（公用交换电话网PSTN和公用陆地移动网PLMN）、有线电视网络和计算机网络（以互联网为主）合而为一的基本技术。Internet在全球的成功，以及单根光纤的通信速率达到T bps数量级，人们开始着手研究在Internet环境下实现“三网合一”的技术。
从需求上讲，对“三网合一”需求最迫切、条件最成熟并有可能最先取得突破的应用环境是城域网。“三网合一”要求能在同一城市的数字化分组交换网络中同时支持上百套电视节目（含高清晰度电视）、数千套VOD点播节目、上百万话路（含可视电话）服务和传统数据传输服务。新一代的网络，一方面要求干线传输速率达到T bps数量级以上；另一方面，能保证实时性要求高的数据流的传输服务质量。
从产业发展看，电信政策的变化，电信市场的开放和竞争，迫使电信运营商必须具有可迅速提供越来越多的新业务的能力（增值业务）。在已经对原有电话网进行巨额投入的情况下，许多运营商都选择了网络演进策略，即从PSTN/PLMN逐步演变到基于IP协议的网络。预计在较长时期内，将出现一个PSTN、PLMN、IP的混合网络环境。也就是说，“三网合一”中首先发展的是传统电话网与IP网的互通和融合。在这种情况下，所谓的下一代网络(NGN)应运而生。
目前，下一代网络(NGN)的定义尚不统一，泛指以IP为核心，同时可以支持语音、数据和多媒体业务的因特网、移动通信网络和固定电话通信网络的融合网络。NGN具有开放的体系架构、支持各种综合业务、具有良好的可扩展性、可持续发展。主要研究内容包括：网络体系结构、服务质量保证体系、网络安全体系等方面。
世界各国和国际通信标准化组织都在积极开展下一代网络的研究开发工作。欧洲电信标准化协会(ETSI)将NGN看作是提供新业务平台的未来网络概念，其主要特征是无缝地支持多种业务，实现控制层与承载资源的分离，这些资源可看作是互联、互操作的网络联合体。因特网工程任务组(IETF)将重点放在发展增强的IP网（可扩展性、安全性、移动性等）上。而第三代伙伴组织计划(3GPP)则提出了ALL-IP核心网络等等。
我国在下一代网络的研究方面已取得了较大进展。“九五”863计划建成了“中国高速信息示范网”(CAINONET)，连接了北京地区部分重要科研院所与相关高等院校的九个实验室共十三个试验节点。国家自然科学基金委支持的“中国高速互连研究试验网NSFCNET”重大研究项目，在网络总体设计、DWDM关键技术、高速互联网组网技术、高速互联网络服务关键技术、网络基础理论研究以及若干重大互联网络应用研究方面取得了创新性的研究成果。目前，863计划已开始研究基于NGN的软交换技术在移动和多媒体通信中的应用。在产业化方面，国内主要设备公司如中兴、华为等都推出了基于软交换的NGN解决方案，等等。
但从总体上看，我国网络技术发展尚不充分，无论网络用户规模、网络应用、网络技术或网络产品都尚有很大的发展空间。从全局着眼，应不失时机地开展中国下一代网络体系的研究、应用试验、关键技术研究和产品开发。
3 纳米级芯片技术
自20世纪90年代以来，集成电路制造技术升级换代速度加快，Intel等部分技术先进的芯片制造公司已在用130nm进行高性能芯片生产，90nm技术即将进行生产，65nm技术的开发也在紧锣密鼓。伴随130nm到90nm技术的升级，考虑到扩大生产规模和降低成本，大多数公司将使用12寸代替8寸硅基板。集成电路的发展仍遵循“摩尔定律”，即其集成度和产品性能每18个月增加一倍，按照器件特征尺寸缩小、硅片尺寸增加、芯片集成度提高和设计技术优化的途径继续发展。当器件特征尺寸小于90nm时，结构达到物理极限，很多影响晶体管正常工作的因素显得越来越显著，器件的结构将发生重大的变革，进入“后MOS”发展阶段。
随着中国国内需求的增加，各国在中国的生产基地越来越密集和全球高科技设备制造逐渐开始向中国转移。随着半导体需求量日益增长，对于产品的需求也逐渐呈现由低端向高端发展的趋势。近年来中国国内一些先进集成电路制造公司的崛起，使国内集成电路制造工艺技术与国际先进水平的差距已有显著缩小趋势。另一方面，从整体集成电路工业来看，和国外先进水平相比最少还有一代技术的差距。今后IC是纳米制造技术和系统芯片(SOC)的时代，未来一个时期内仍将以硅基IC为主体，同时又有各种新材料、新器件、新工艺在研究开发中，而12寸90/65nm芯片技术是我国赶超的关键，其跨越了0.13μm和0.10μm芯片的尺度，它的成功将会是我国IC工业发展史上的重要里程碑和持续发展的动力。为此纳米级芯片技术的发展，将使计算机在其核心技术领域产生新的革命。
4 中文信息处理技术
中文信息处理主要是指包括汉字和少数民族文字在内的中文信息的处理技术，它是汉语言学和计算机科学技术的融合。经过二、三十年的努力，包括中文的编码、字型、输入、显示、输出等等的基本处理技术已经实用化，目前的中文信息处理技术正在逐渐摆脱“字处理”阶段，向更高级阶段发展。如为了改进人机交互，使计算机与中国用户之间的界面达到高效、智能、自然的程度，包括中文的文字识别机和手写文字识别、语音合成、语音识别、语言理解、智能接口等技术的研究已获得进展。中文信息处理只有进入到语言处理阶段，才能真正实现自动化。另外，为了更有效地利用中文信息，包括中文的全文检索、内容管理、智能搜索、自动文摘、自动分类、中文和其他文字之间的机器翻译等技术也正在开发、研制，并取得了较大的进展，作为这些技术的支撑，在汉语言学方面需要开展汉语词汇研究、语言模型研究、语言理解研究、语料库建设等等工作，同时还需继续制订包括中文大字符集在内的一系列中文信息处理标准。
文字是人类进入文明时代的标志。中国具有悠远的历史、灿烂的文化，而中文汉字是传播与发扬我国传统文化的载体，特别是在21世纪，在全世界科学技术高速发展的今天，随着中国加入WTO与世界各国交流的逐渐扩大以及网络信息时代的来临，中文信息处理技术越发显得重要，其自动化水平的提高，将大大促进我国科技、国民经济和社会发展，将决定着信息产业发展的前景，并加速社会信息化的进程，也意味着巨大的经济利益，同时使中华民族的文化在信息时代得到新的发展。
5 人类功能基因组学的研究
功能基因组学代表基因分析的新阶段，它是利用结构基因组所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究，是在基因组静态的碱基序列弄清楚之后转入对基因组动态的生物学功能学研究。
人类功能基因组研究及其产业在人口控制、人的健康保健市场的开发中有着广阔的前景和经济、社会效益。人类功能基因组研究的重要目标之一是发现特定基因的生物学功能并鉴定和验证药物的作用靶点，开发基因组药物。同时，信息技术的发展也使人们可以将实验室研究和计算机技术结合起来，寻找具有重要生物功能和开发前景的新基因或基因新功能，提供新药筛查和重新设计的靶标或开拓疾病诊断和防治的新技术新方法，通过源头创新，扩展和深化医药生物技术的产业化，对生物医药的发展做出巨大的贡献。
中华民族占世界人口的五分之一，有丰富的遗传疾病家系资源，这是我国发展功能基因组研究的有利因素。近年来，我国已经取得了令人瞩目的研究成果，具备了良好的工作基础。我国科学家1998年在世界上首次克隆人神经性高频耳聋疾病基因，2001年以来又克隆了导致人遗传性乳光牙、短指症、遗传性儿童白内障等单基因遗传病的一批疾病基因，在国际一流杂志上发表了一批高水平学术论文，申报了一批国家专利，收集、保存了一批宝贵的遗传资源，组建了一批国家级基地，培养了一支队伍，建立了一批技术平台，总体上已初步具备了参与国际竞争，实现突破和跨越式发展的基础和能力。
但在功能基因组研究方面我国还存在不容忽视的问题，主要表现在研究经费投入不足，缺乏有效的管理体制以及企业介入不够，不能形成规模化研究和开发体系。此外，原始创新成果数量较少，不能为医药生物技术产业的发展提供足够的知识和产品。
6 蛋白质组学研究
随着被誉为解读人类生命“天书”的人类基因组计划的成功实施，生命科学的战略重点转到以阐明人类基因组整体功能为目标的功能基因组学上。蛋白质作为生命活动的“执行者”，自然成为新的研究焦点。以研究一种细胞、组织或完整生物体所拥有的全套蛋白质为特征的蛋白质组学自然就成为功能基因组学中的“中流砥柱”，构成了功能基因组学研究的战略制高点。
蛋白质组学有两种研究策略。一种可称为“竭泽法”，即采用高通量的蛋白质组研究技术分析生物体内尽可能多乃至接近所有的蛋白质，这种观点从大规模、系统性的角度来看待蛋白质组学，也更符合蛋白质组学的本质。但是，由于蛋白质表达随空间和时间不断变化，要分析生物体内所有的蛋白质是一个难以实现的目标。另一种策略可称为“功能法”，即研究不同时期细胞蛋白质组成的变化，如蛋白质在不同环境下的差异表达，以发现有差异的蛋白质种类为主要目标。这种观点更倾向于把蛋白质组学作为研究生命现象的手段和方法。
自1995年蛋白质组一词问世到现在，虽然只有短短的几年时间，蛋白质组学研究却得到了突飞猛进的发展。在1995年，悉尼大学Humphery Smith I实验室与Williams等4家实验室合作，对已知最小一种支原体进行了蛋白质成分的大规模分离与鉴定，到1996年，蛋白质组研究对象已迅速扩展到单细胞真核生物－酵母以及人体正常组织、病理标本等。1997年，已有美国、丹麦、瑞士、英、法、日、瑞典、意、德等10个国家加入。国际著名学府哈佛、斯坦福、耶鲁、密执安、华盛顿大学、欧洲分子生物学实验室、巴士德研究所、瑞士联邦工业学院等均跻身此类研究。
不过，蛋白质组学是一个新生领域，目前还处于初期发展阶段，仍有许多困难有待克服。如双相电泳和质谱分析的灵敏度还很难将体内微量的调节蛋白质精确分析。而这种微量调控蛋白的精确表达在生命过程中起到关键性作用。另外，当前质谱分析仪的价格十分昂贵，约为DNA序列分析仪的10倍之多，严重影响了它的普及和被广泛应用。再者，成千上万种蛋白质间及蛋白质与其它生物大分子间的相互作用和作用方式的复杂性同样也是蛋白质组研究所面临的问题。
蛋白质组研究在国际上正如火如荼，我国的人类基因组研究也在迅速开展，并取得了许多有意义的成果，如中国科学家已经在重大疾病如肝癌、维甲酸等方面取得了重要成就，在973的资助下，我国已经开始了二维电泳蛋白组分离研究、图像分析技术和蛋白质组鉴定质谱技术研究等。但如何抓住国际上蛋白质组学研究刚刚启动的时机，迅速地进入到蛋白质组学的国际前沿，是摆在我国生命科学研究发展方向上的一个重要问题。
7 医药生物技术
借助于生物芯片、生物信息学等研究方法，人类基因组、蛋白质组研究以及药物开发将进入新阶段。以人类基因组计划为代表的一大批生物学领域的新突破和新成就，不仅对生命科学发展有着巨大影响，而且大大加快了生物技术，尤其是生物技术新药的崛起。
医药生物技术的发展首先是生物技术平台的发展。生物技术平台主要包括：重组DNA技术、单克隆抗体技术、细胞培养技术、克隆技术、蛋白质工程、生物反应器、生物传感器技术、组织工程技术、微阵列技术，等等。上述平台技术在研究开发中的深入应用，以及与其他技术的交叉融合，又产生了一系列新的技术，如分子克隆技术、基因组技术、蛋白质组技术、基因敲除技术、反义核酸技术、干细胞技术、动物克隆技术、生物信息学技术、过程工艺技术（包括分离纯化和规模制备）、人源抗体技术以及高通量筛选技术，等等。上述技术应用的结果，以及开发出的产品，包括技术疗法和服务手段、装置都可以列为医药生物技术的范畴，其研发成果的规模化生产，构成了医药生物技术的产业内涵。
我国医药生物技术起步于“六五”计划末期，在近20年中，经历了大概两个阶段，第一阶段是“七五”、“八五”计划的10年间，主要是仿制国外的产品，第二阶段是“九五”期间，我国一方面加快在科研项目的开发，另一方面加强了创新药物的研究，使医药生物技术有了长足的发展，在技术上有了一定储备，基础设施已有明显改善，建成了一批重要的研究、中试和产业化基地，主要的技术平台已经建立，特别是系统化的研发能力，各类学科齐全且都有相当的积累，处于发展中国家的前列。
我国正处在一个重要的历史机遇期，机遇与挑战并存，应认真地分析国际发展动态，及时进行战略和措施的调整，依靠我国医药生物领域完备的体系、相当的技术储备，资源和临床优势，缩小与国际的相对差距，同时凭借国家有关部门给予的优惠政策，尤其是在人才和机制方面采取突破性的措施，生物技术以及医药生物技术产业有可能实现跨越式发展，在未来的10年中跻身于世界先进国家的行列。
8 生物信息学研究
生物信息学是伴随基因组研究而产生的，因此它的研究内容就紧随着基因组研究而发展。生物信息学发展到现在经历了一系列的过程。首先是获取人和各种生物的完整基因组，根据基因组大规模测序的需要开发计算机的信息分析和处理软件；其次是利用计算机大规模的处理能力发现新基因和新的单核苷酸多态性，寻找基因组中非编码蛋白质区域并研究非编码区域的结构与功能；利用基因组序列数据研究生物基因组水平进化；再次是利用计算机完成对完整基因组的比较研究及完成对蛋白质结构模拟与药物设计，完成疾病相关的基因信息及相关算法和软件开发，建立与动、植物良种繁育相关的基因组数据库，发展药物设计软件和基于生物信息的分子生物学技术。
由于生物信息学的重要作用和巨大的市场需求，对于生物信息学的重视和大量投入，已经成为各国政府和企业的共识。国际上自20世纪80年代起相继成立了三大公共生物信息中心，并各自负责管理一个大型数据库。据《Nucleic Acids Research》（核酸研究）杂志统计，现在全世界已有353个相关的生物数据库。另外，从90年代初开始美国排行前20名的大型制药厂均对生物信息学加大投入，以期在基因组和后基因组研究方面获得丰厚回报。据《Nature-Biotechnology》杂志预测，到2005年生物信息的全球市场价值将达到400亿美元。
中国的生物信息学研究起步较早。20世纪80年代末，中国学者就在《Nature》上报道了免疫球蛋白基因超家族计算机分析的工作。目前，多家大学和研究机构也相继成立了生物信息中心或研究所，各种原始数据库、镜像数据库和二级数据库也已经逐步建立，同时还建立了相关的工作站和网络服务器，实现了与国际主要基因组数据库及研究中心的网络连接，开发了用于核酸、蛋白结构、功能分析的计算工具以及蛋白质三维结构预测、并行化的高通量基因拼接和基于群论方法开发的基因预测等多种软件。中国学者还运用自主开发的电脑克隆程序(siclone)，开展了大规模EST数据分析，建立了一系列基因组序列分析新算法和新技术，取得了引人注目的进展。
9 农作物新品种培育技术
现代育种技术主要是应用现代分子生物学和细胞生物学技术进行品种改良，从而获得高产、优质、抗病虫害新品种，达到充分提高资源利用效率、降低生产成本的目的。利用现代育种技术可以极大地扩展生物种质资源和杂种优势的利用，创造更加适合人类需要的新物种，如国际水稻研究所利用现代育种技术已经培育出1.5万斤／公倾的超级水稻，非洲培育出增产10倍的超级木薯。
我国在农业生物技术相关的基础研究和高技术研究取得的一批创新性成果，为我国农作物新品种培育奠定了基础。如植物转基因技术、细胞培育技术、籼稻的全基因组测序、花粉管通道转基因方法等，使我国研制具有自主知识产权的转基因农作物新品种成为现实和可能。与此同时，我国还建立了一个学科比较完整、人才水平较高的农业生物技术研究开发体系，形成了从基础研究、应用技术研究到产品开发相互衔接、相互促进的创新体系，建设了一批从事农业生物技术的国家重点实验室和工程技术中心，培养了一大批优秀的青年人才，农业生物技术人才队伍不断壮大。
专家认为，我国农作物新品种培育的研发基础较好，整体科研技术与国外处于同等水平，只要充分利用资源，发挥优势，克服缺点，我国农作物新品种培育可能取得突破。同时专家建议要发挥我国生物资源优势，加强自主创新。
10 纳米材料、纳米技术
纳米科技引起世界各国的高度重视。美国自2000年10月1日实施了“国家纳米技术倡议”计划；欧洲共同体在积极创建欧洲新的纳米技术产业的同时，力促现有产业部门提高纳米技术能力，欧洲共同体在第6个框架计划（2002～2006年）中，将纳米技术和纳米科学作为7个重点发展的战略领域之一；欧洲委员会在“纳米技术信息器件倡议”5年计划（1999～2003年）中支持了26项在研项目；英国政府1988年就在LINK计划中支持纳米技术的发展；德国联邦教育与研究部和德国联邦经济部资助纳米技术能力中心；日本、韩国政府在2002～2006年科学技术发展基本计划中都将纳米技术与生物技术、信息技术、环境保护和航空航天技术等作为国家科技发展重点战略的重中之重领域，还制定了一系列发展纳米科技的专项计划。各国通过实施纳米科技计划，纳米材料和技术水平有很大发展。
中国通过“国家攻关计划”、“863计划”、“973计划”的实施，纳米材料和纳米技术已取得较为突出的成果，并引起了国际上的关注。例如，在纳电子方面，成功地研制出波导型单电子器件晶体管和对电荷超敏感的库仑计；实现6纳米宽的半导体量子线台面和6纳米宽的线条金属栅，制备出间隔仅为10纳米的多种“纳米电极对”；用GMR效应进行高灵敏度传感器和硬盘磁头原型的研制工作。在纳米器件的构筑与自组装、超高密度信息存储、纳米分子电子器件等方面也取得了许多有意义和有影响的成果。在材料方面，以纳米碳管为代表的准一维纳米材料及其数组体系、在非水热合成纳米材料方面处于国际领先地位；纳米铜金属的超延展性、块体金属合金、纳米复相陶瓷、巨磁电阻、磁热效应、介孔组装体系的光学特性、纳米生物骨修复材料、二元协同纳米接口材料等领域都处于国际先进水平。在纳米复合材料改造传统材料和产品方面，部分成果已经实现产业化。
中国在纳米技术世界专利申请件数增加较快。据英国Thomson Derwent专利资料，2000～2002年各国纳米专利申请件数，中国排名世界第3，占12%，仅落后于美国及日本。中国自1997～1998年期间发明数量逐渐增加，1999～2000年增长速度加快。为配合成果产业化，国内目前已建成100多条纳米材料生产线。金属纳米材料的生产能力、产品质量大都达到国际水平和接近国际水平。这些产品不但满足了国内研究与应用市场的需要，而且有相当部分出口。
在科学技术高速发展的今天，纳米材料是未来社会发展极为重要的物质基础，许多科技新领域的突破迫切需要纳米材料和纳米科技支撑，传统产业的技术提升也急需纳米材料和技术的支持。纳米材料和技术对许多领域都产生极大的冲击和影响。其重要表现在以下诸多方面：在材料与制造方面，纳米技术将根本改变材料在未来的生产方式。在医学和卫生方面，生物活性系统受纳米尺度的分子行为控制，纳米尺度的分子行为领域汇合了物理、化学、生物学和计算机模拟等学科，这种多学科的聚集将促进纳米生物技术的发展。在纳米电子技术方面，可以解决微电子学及微电子器件进入深亚微米、纳米领域后遇到的各种技术问题、材料问题以及理论问题，并致力于发展基于全新物理原理的新一代纳电子器件。在航空与航天方面，纳米结构和器件可以降低有效载货的尺寸、重量和能耗等具有挑战性的问题。在环境与能源方面，纳米技术对能源的有效利用、储存和生产有很大的影响。在生物技术和农业方面，生物纳米技术把生物块聚集成为合成材料和器件，可对生物系统进行模拟。分子工程的生物可降解化学药品可用于滋养植物和保护植物免遭昆虫侵害；对动物和植物进行基因改良；将药品和基因植入动物体内；植物学家可利用纳米数组(nanoarray-based)测试DNA，以了解植物的基因排列和基因的表达。在国家安全方面，在纳米电子学的基础上，研究信息量更大、可进行有效军事培训的更复杂的虚拟现实系统；将纳米器件和微器件结合起来以用于控制核安全系统；设计用于非增殖核监测与管理的性能更优的系统等。在科学与教育方面，纳米科学、工程和技术的进步对许多学科如物理、化学、生物学、材料科学、数学和工程学提出了更高的要求。纳米跨学科研究的动力将增强现有各学科与尚待出现的新领域之间的联系。
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