美国基础研究概况，本文主要内容关键词为：美国论文,概况论文,基础论文，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。
美国是世界头号科技经济强国，其强大的经济竞争力有赖于其世界领先的整体科技实力，科技是美国经济繁荣的源泉。
美国政府和民间机构所作的调查都得出相同的结论：美国政府对基础研究进行长期、稳定的支持是维持美国科技经济竞争力的根本。
美国基础研究体系
美国基础研究的成功主要归功于其特有的研究体系。美国科研体系以灵活、多样化的研究机构和学科门类、高强度的研究经费竞争机制以及科学家和工程师个人的独立性和创造能力著称。高质量的科学家和工程师个体是维持美国基础研究领导地位的主要因素。
美国现有的基础研究体系源于二战结束，并历经整个冷战时期美国政府和工业界的共同努力。美国基础研究的一个主要特点是自1930年以来，联邦政府的经费支持一直占主导地位。来自产业界及其它来源的基础研究经费相对较少，但也发挥了重要作用。
然而仅有可靠的资金来源并不能保证美国基础研究的高质量。如何分配、分给谁才是问题的关键。相对于其它国家，美国更多地依赖竞争机制来决定基础研究经费的分配。通过竞争性的同行评议将课题经费授予研究者个人而非研究机构是美国体系的重要标志。
美国基础研究机构由大学、联邦实验室、产业及非盈利性机构组成。
1.大学系统
大学是美国开展基础研究最重要的机构。二战后美国联邦政府对大学稳定的大力支持使得大学系统成为美国最大的基础研究机构。大学系统的成功来自：支持大学研究人员个人而非其所属机构的独特经费分配机制；大学从事研究和培养研究生的双重功能；经费获得的竞争性机制；大学系统的灵活性和多样性。
大学的研究人员依靠大学的支持（提供工资、设施和研究助手）和外部课题经费从事研究。大学的研究环境允许科学家自主决定自己的研究计划、寻求外部经费支持并按照其个人和经费支持机构的要求开展研究。大学的研究质量因经费获得的竞争性机制得到保证，全国大学系统有成千上万的科学家通过这一机制寻求外部课题经费（主要为联邦经费）的支持。由于所从事研究工作的基本规律可以支持不同联邦机构的使命，大学的科学家经常同时向数个机构寻求支持。资金来源的多途径保证了科学研究及研究思路的多样化。
美国大学系统开展的研究工作主要(96%)集中在200所公立和私立大学。美国3600个高等教育机构全部研究经费支出的35%集中在25所大学。40多年来美国大学系统不断扩张，但全部联邦经费支持的78%集中在前100所大学。尽管这种大格局没有多少改变，相对于25年前，现在有更多的机构获得联邦经费。
随着科技经济的飞速发展，越来越多的产业公司认识到基础研究对发明创造的重要性。大学研究的公开性允许其不仅可从联邦政府也可从工业界等不同来源获得经费。但产业经费的特性也带来了有关专利许可与如何保证基础研究新知识公开、自由传播的新问题。许多大学都制定了技术转移政策，把确保公共利益视为作出技术许可决定的首要标准。当研究进展可以转化为特定的产品或服务，如新的治疗复合物、新的聚合物、新电子仪器或新医疗设备，通常会选择排他性技术许可。只有通过专利和排他性许可的保护，才可能鼓励公司投入时间、资金和资源来创造新产品。当新知识作为一种研究工具对不同的公司开发一系列新产品有潜在的帮助时，通常以非排他性许可的方式进行商品化，以合理的条款供广泛商业应用，并允许基础研究人员免费使用。
2.联邦实验室系统
尽管美国联邦政府的科研经费大部分支持非基础研究并通过合同和课题经费的形式支持联邦政府以外的机构或科学家，联邦政府也通过联邦实验室系统开展基础研究。联邦实验室一直是美国基础研究非常重要的组成部分，并在从卫生科学到核物理学的广泛领域内取得了非常重要的科学发现及科技进展。
联邦实验室有不同的管理机制。一些实验室直接由政府操作，如国立卫生研究院(NIH)、国立标准技术研究院(NIST)等。其它联邦实验室则由私营或非盈利实体（包括大学和其它非盈利机构）替政府管理，如洛斯阿拉莫斯实验室、橡树岭实验室和喷气推进实验室。由联邦政府建立的700个实验室包括称为“国家实验室(National Labs)”的由能源部管理并承担能源和国防使命的实验室。这些实验室从事基础、应用和开发研究，并占据大量的科研预算。
与大学研究系统分散、以竞争性研究人员为主导的模式不同，国家实验室的管理采取集中、自上而下（自能源部内部及国会）的模式，通常缺乏外部的同行评议。尽管存在各种问题，由于联邦政府的长期经营，国家实验室在物理条件和人力资源上有雄厚的积累。通常国家实验室从事的基础研究比大学系统范围更广。
美国国立卫生研究院是世界医学生物学研究中心，除了本身具有崇高的学术地位外，也是资助美国医学生物学研究的主要联邦机构。美国国立卫生研究院2000年实际获得的经费达170亿美元，其中101亿用于基础研究；2001年和2002年的预算分别为195亿和220亿美元，用于基础研究的经费分别为115亿和130亿美元。国立卫生研究院年度财政拨款的80%用于支持外部课题。美国国立卫生研究院是近50年来唯一保持年度预算和实际拨款连续增长的联邦机构，获得美国两党、政府及国会的一致支持。布什政府2002财年预算案表明国立卫生研究院将有可能实现自1998年到2003年的5年内预算加倍的目标。
3.产业系统
产业界是美国研究与开发(R&D)的主要投资者，但对基础研究的投入并不显著。产业界进行基础研究的目的是为其自身产品开发服务，通常是填补联邦政府资助的研究与其产品开发所需知识间的空隙。此外在国防领域，产业界也为政府开展一小部分基础研究。
产业界用于基础研究的经费因行业的不同而有很大区别。新兴行业，如医药产业，高度依赖为开发新产品和工艺进行的长期基础研究投资，而其它行业即使有基础研究，投入也很少。
产业界开展的基础研究与政府资助的基础研究有很大区别。尽管两者都获得新的、基本的科技知识，却有不同的动机和目标。大学研究人员试图回答最根本的科技问题，产生能最大程度解释自然过程的知识和理论。产业界的研究人员则有明确的目标：获得进一步技术开发所需的知识，推动新产品的开发。当大学研究人员有了重要的基础性发现，他们及他们的同行会很快增加对相同问题的研究，验证并放大这一发现。更进一步，学术研究人员会针对感兴趣的相关问题开展新的研究。当公司的研究人员有了发现，则会转入继续产品开发必须解决的一系列新问题的研究，而将这一发现的解释工作留给其他科学家（包括大学的研究人员）。
近年来，越来越多的公司认识到资助大学基础研究计划和研究人员的好处。根据美国科学基金会的统计，2000年美国产业界对大学系统的基础研究经费投入是1993年的1.7倍。增加的部分主要分布在医学生物学领域，这一领域的有关公司可将基础研究成果很快转化为治疗、诊断和医学设备新产品。
产业界资助基础研究的兴趣部分受到1980年通过的Dayh-Dole法案的鼓励。该联邦法允许联邦课题经费获得者享有该课题研究取得的发明权。这意味着产业赞助人不仅可获得所资助研究工作产生的许可权，还可额外获得此前由政府资助的研究工作产生的发明权。
在美国主流大学中，由公司与大学技术转让办公室协商拟定的赞助研究合同通常具有以下特征：公司提供一定数量的经费以换取研究者同意进行双方商定的研究计划；公司获得对任何新发明许可的选择权，即该公司具有获得发明许可的优先谈判权；公司同意在选择权期限内资助大学提出的所有相关专利申请；公司在任何书面或口头描述公开发表前可获得较短的时期进行专利获得性审查。最后一点不仅保证大学自由传播研究结果的权利，同时也保护赞助人及大学获得全部发明权的利益。
4.非盈利机构
非盈利机构只占美国基础研究的7%，但仍发挥了显著作用。许多非盈利研究机构附属于大学，维持与大学的正式联系但保持非研究功能的独立性。明显的例子包括附属于麻省理工学院的Whitehead生物医学研究所。
非盈利机构有时也替代占主导地位的大学系统，成为吸引研究人员的基础研究基地。值得注意的例子包括Howard Hughes Medical Institute (HHMI)。HHMI为科学家提供慷慨、稳定的财务支持和良好的研究环境而成为求职热门，被聘任的科学家不必花费实验室以外的时间去费力申请课题经费。HHMI的实验室位于全国各大学内，这些大学是HHMI的合作者，HHMI负责实验室的运行及科学家和必要支撑人员的招聘。HHMI招聘的科学家任期一般为5～7年，任期有可能延续，但需通过标准十分严格的审查。相对大学科学家通过课题经费获得联邦政府或其他来源的资助，HHMI的科学家可获得时间更长、更稳定的财务支持。HHMI对基础医学研究十分重要，不仅在于其独特的管理和执行机制，也在于其带来可观的财务资源。事实上，非盈利慈善机构一直是研究经费的重要来源，HHMI历史还很短，洛克非勒基金会和卡内基研究所一个世纪来一直是此类慈善资助的重要来源。
作为资金来源，基金会相对于联邦政府十分渺小，但具有的十分独特的长处，可使其资金发挥最大效用。如基金可比政府更快行动，优先支持某项研究。基金会也比政府更敢于支持交叉学科的研究。
美国基础研究经费来源
联邦政府一直是美国基础研究主要支持者。根据美国科学基金会的最新统计，1998年美国用于基础研究的经费为379亿美元，其中联邦政府资助202亿美元，占53.3%；来自产业界的经费为113亿美元，占29.8%；大学系统资助32亿美元，占8.4%；非盈利机构提供19亿美元，占5.0%；其余来自地方政府的经费为13亿美元，占3.4%。
就联邦政府经费占基础研究总经费的比例而言，近年来有所下降，从1980年的70.5%下降为1998年的53.3%。主要原因是产业界对基础研究的支持最近几年有较明显的增加。事实上，联邦政府对基础研究的实际支持强度在1980-1998年间以每年3.1%的速率增长；2001年及2002年美国联邦政府预算中基础研究经费分别为220亿美元和233亿美元。
就支持份额而言，联邦政府机构中基础研究的最大投资者为国立卫生研究院，2000年实际支持基础研究101亿美元，但其资助的领域主要为医学生物学领域。其后依次为美国国家科学基金会、能源部、国家航空航天局(NASA)和国防部，2000年实际资助额分别为25.4亿、22.6亿、21.4亿和11.3亿美元。
就资助的学科范围而言，国家科学基金会(NSF)是美国政府支持基础研究的主要单位。NSF成立于1950年，为独立的联邦政府机构，不从属于任何内阁部委。NSF支持科学、数学和工程科学的所有领域，并负责管理美国的南极研究项目，协调所有美国在南极洲进行的科技研究。几乎所有NSF的课题经费都通过同行评议的竞争性机制授予研究人员。
美国基础研究优先领域
美国依靠同行评议的竞争性机制保证基础研究的高质量，认为研究者个人对科学研究的兴趣和创造力是推动美国科技发展、维持科技竞争力的主要动力。因此有关联邦机构都依赖由有成就的科学家组成的专家委员会制定各自优先研究领域，并特别注重对年轻科学家的培养。
国立卫生研究院是美国医学生物学研究的主要资助单位，与国家科学基金会有较默契的分工，后者除植物基因组计划外，主要支持宏观生物学研究；前者则涉及几乎所有剩下的现代分子生物学领域。凡是与疾病治疗有关的生物学基础研究都是NIH资助的对象，NIH强调对疾病相关基础研究的资助。
NIH有27个独立的研究所和中心，都有其相应的使命；大部分与基础研究相关的研究所、中心都有自己的优先领域。总体而言NIH的优先领域大致有人类基因组计划及之后的蛋白组学研究、脑科学研究等，可细分为：
超分子结构与功能——超分子组装的机构与组成，小细胞器的分析电子显微镜及相关技术；
分子相互作用——大分子可逆相互作用的生物物理特性；利用超速离心和光传感器分析蛋白、蛋白及有关相互作用；
药物释放及其动力学——建立药物释放相关的生物化学、细胞学及生理学过程的模型及量化特征（化学及细胞动力学、微透析、药物输注、聚合物移植、流体模型、数字化模拟）；
成像过程与信息分析——开发显微镜、电泳、诊断成像算法和应用，分析大分子顺序的信息内容；
仪器研究与开发——生物传感器，光谱学，激光技术，机械、电子和光学工程以及分析仪器等仪器和应用的开发；
超微分析免疫化学——开发从生物样品中提纯、鉴定特定生物医学成分。
国家科学基金会(NSF)是联邦政府支持基础研究的负责单位，通过对人、研究点子和工具的资助增强美国在科学、工程研究与教育方面的领导地位。
NSF每年处理3万多份课题申请，日常管理的课题数每年为2万多个。NSF通过课题、合同及合作协议等方式资助全国1800多所大学及其他科技机构。
在联邦政府资助各学科领域的基础研究经费中，NSF所占的比例分别为：物理学36%，环境科学49%，工程科学50%，数学72%和计算机科学研究78%。因此NSF制定的基础研究优先领域具有较强的代表性。
以下简要介绍NSF的四大优先领域：
1.环境中的生物复杂性
从单个细胞到整个生态系统，生物复杂性涉及各生物系统内部及这些系统与物理环境动态相互作用产生的所有现象。
从微生物到人类的全部有机体，从冰封的极地、火山口到温带的森林、耕地以及城市中心的社区和工业区的所有环境类型，都是环境生物复杂性计划的研究对象。
该计划将增加人类对从全球气候变化到新技术开发等不同领域的认识。获得的新知识将使人们更好地理解生物在生物地理化学循环包括全球碳、氮和水循环中的作用，以及人类对自然过程、环境对人类行为的影响。该计划将有助于开发新理论、新方法和新计算策略以建立复杂系统模型。该计划也将帮助科学家开发遗传学、纳米和分子水平的方法来探索环境中的复杂过程，并增加对遗传信息和生态系统功能相关性的理解。环境生物复杂性计划也将运用生物学和生物多样性设计策略来发现新材料、新传感器、新工艺过程及其他技术。
该计划分四个层次：
·微观系统。支持以下研究：有助于了解生物系统如何在细胞和生物体水平发挥功能，促进开发遗传及分子水平的工具用于研究环境中纳米—分子尺度的复杂过程、分子水平的生态系统和有关自我复制与生物合成过程的研究。有关研究也将以更好地了解水源污染物的传递、从耗竭油田回收石油以及利用生物降解污染水源的过程为焦点。
·生态系统。关注人类、生物、地理和气候系统长期、复杂的相互作用，将帮助更好地了解支配生物多样性动力学的规律以及这些规律如何随时间和空间发生作用。同时也将研究主要进化革新在时间和距离上的不均分布。
·地球系统。这一研究将帮助人们了解地球循环的特征和动力学，这些循环包括碳和相关养分的生物地理化学及水文学循环。将进行必要的基础研究，以了解这些循环以及地球环境和生物体系的相互依赖。这一研究也将致力于了解深层生物圈生命及其与地球生命起源与历史的关系。
·研究平台。以建立国家生态系统监测网(NEON)为目标，是一个由极到极的地球生物学观测台站组成的网络，对地球生物学进行自单个分子到整个生态系统，从陆地到海洋环境的探测。NEON将提供现有最高水平的研究工具和基础设施，包括计算和通讯设备。初期建设将耗资1200万美元。NEON也将为美国的学术队伍提供开展海洋和大湖地区研究的机遇。
2.信息技术研究
先进的信息技术，加上计算机模拟技术拓展了科学从亚原子到宇宙的研究范围。这一新的有效探索模式正是产生当今最重要基础研究的领域。
尽管商业产品的开发不是基础信息技术研究的目标，这一领域最近已取得可观的成果。例如1990年，在国家科学基金会超级计算中心资深研究员指导下开展工作的一些学生帮助制作了第一个网络浏览器，导致了Netscape的出现并触发了当时几乎无人预见到的经济爆炸性增长。NSF像支持个别研究人员一样支持国家研究中心的创新，这些中心教育并雇佣年轻的计算机专家，使他们成为信息技术研究的下一代领导人。
2001年信息技术研究计划经费为3.27亿美元，约为2000年拨款的2.6倍，主要用于支持计算机系统结构、信息存储和重提、连接性、分级网络和新计算方法的研究。分子生物学、气候模型、地震模型、海洋学和人—机界面等领域的研究人员将受益于该计划的研究进展。
2001年的研究重点包括：教育和培养新一代研究人员；数据存储；数据管理与保存；管理并确保信息安全与隐私；实时计算和无线网络；智能机与网络机器人；量子计算；无故障软件；宽频光学网络。
3.纳米科学与工程
纳米科学为十亿分之一米尺度上的科学与技术，涉及操作单个原子和分子的能力，纳米技术使得按照预定的特性自下而上制造人类细胞大小的机器或新材料、新结构成为可能，并可能改变所有东西的设计和制造方法，如药物、计算机、汽车轮胎以及现在还想象不到的物体。
目前纳米技术尚处于探索阶段，还需要进行长期的基础性研究，以便发现新现象，了解基本的建筑部件，开发纳米尺度的工艺和工具，创造创新性技术，教育并培养新的研究队伍。
研究重点包括：纳米尺度生物系统——化学组成、形状和功能之间的关系；纳米尺度结构，新现象和量子控制——如何克服现存的小型化限制；设备和系统建筑学——使纳米设备与测量和控制装配线一体化；环境纳米工艺——养分与污染物的捕捉与释放以及与微生物的相互作用；纳米尺度的多尺度、多现象模型建立和模拟——需了解、掌握并开发新纳米工艺和体系；社会影响及研究队伍的教育和培训。
4.为21世纪学习
了解人们如何学习，研究知识转化的途径；探索信息技术帮助增强人们学习能力的潜力；将有关学习的新知识转化为学习材料、课程等（如建立数字化图书馆）。