編者按 科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心27日公布“2017年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”。實(shí)現(xiàn)星地千公里級(jí)量子糾纏和密鑰分發(fā)及隱形傳態(tài)、將病毒直接轉(zhuǎn)化為活疫苗及治療性藥物等成果入選。

1.實(shí)現(xiàn)星地千公里級(jí)量子糾纏和密鑰分發(fā)及隱形傳態(tài)

“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星由我國(guó)完全自主研制的世界上第一顆空間量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，于2016年8月16日發(fā)射升空，2017年1月18日完成在軌測(cè)試，正式交付開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉和彭承志研究組聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所王建宇研究組等，創(chuàng)新性地突破了包括天地雙向高精度光跟瞄、空間高亮度量子糾纏源、抗強(qiáng)度漲落誘騙態(tài)量子光源以及空間長(zhǎng)壽命低噪聲單光子探測(cè)等多項(xiàng)國(guó)際領(lǐng)先的關(guān)鍵技術(shù)，利用“墨子號(hào)”在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了千公里級(jí)星地雙向量子糾纏分發(fā)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)空間尺度嚴(yán)格滿(mǎn)足“愛(ài)因斯坦定域性條件”的量子力學(xué)非定域性檢驗(yàn)；實(shí)現(xiàn)了千公里級(jí)星地量子密鑰分發(fā)和地星量子隱形傳態(tài)，密鑰分發(fā)速率比地面同距離光纖量子通信水平提高了20個(gè)數(shù)量級(jí)，為構(gòu)建覆蓋全球的天地一體化量子保密通信網(wǎng)絡(luò)提供了可靠的技術(shù)支撐，為我國(guó)在未來(lái)繼續(xù)引領(lǐng)世界量子通信技術(shù)發(fā)展和空間尺度量子物理基本問(wèn)題檢驗(yàn)前沿研究奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。相關(guān)研究進(jìn)展分別發(fā)表在2017年6月16日《科學(xué)》[Science, 356(6343):1140—1144]和2017年9月7日《自然》[Nature,549(7670):43—47]和[Nature, 549(7670):70—73]上。研究成果一經(jīng)發(fā)表，隨即引起了國(guó)際學(xué)術(shù)界和新聞媒體的廣泛關(guān)注，同時(shí)也得到了國(guó)際學(xué)術(shù)界的高度評(píng)價(jià)，入選了Nature雜志點(diǎn)評(píng)的和美國(guó)著名科學(xué)媒體Science News評(píng)選的“2017年度重大科學(xué)事件”?！澳犹?hào)”首席科學(xué)家潘建偉教授也入選了Nature雜志評(píng)選的“2017年度改變世界的十大科學(xué)人物”，被稱(chēng)為“讓量子通信馳騁于天地之間的物理學(xué)家”。

2.將病毒直接轉(zhuǎn)化為活疫苗及治療性藥物

流感、艾滋病和埃博拉出血熱等烈性傳染病時(shí)刻危害著人類(lèi)的健康和社會(huì)穩(wěn)定，其幕后“黑手”是結(jié)構(gòu)和功能多樣且快速變異的病毒，而疫苗是預(yù)防病毒感染的有效手段。北京大學(xué)藥學(xué)院周德敏、張禮和研究組以流感病毒為模型，在保留病毒完整結(jié)構(gòu)和感染力的情況下，僅突變病毒基因的一個(gè)三聯(lián)遺傳密碼為終止密碼，流感病毒就由致病性傳染源變?yōu)轭A(yù)防性疫苗，再突變多個(gè)三聯(lián)碼為終止密碼，病毒就變?yōu)橹委熜运幬?。此?lèi)疫苗的特點(diǎn)是保留了野生型病毒的全部抗原、感染活力和相同的感染途徑，可以誘發(fā)人體產(chǎn)生強(qiáng)而廣的體液免疫、鼻腔黏膜免疫以及T-細(xì)胞活化免疫應(yīng)答，但感染人體后復(fù)制能力缺失。這種復(fù)制缺陷的活病毒疫苗在老鼠、雪貂和天竺鼠模型中得到驗(yàn)證，達(dá)到廣譜、持久和高效的效果。該方法顛覆了傳統(tǒng)滅活/減毒疫苗的理念，前者需改變病毒抗原結(jié)構(gòu)去除其毒性，只能部分激發(fā)人體免疫力，所以需要多次接種。后者需要復(fù)雜的工藝處理方能保留病毒的完整結(jié)構(gòu)，但仍具有弱的復(fù)制能力和潛在的致病性，安全隱患大。該方法將是研發(fā)活病毒疫苗的一種通用方法，并可針對(duì)幾乎所有病毒。相關(guān)研究進(jìn)展發(fā)表在2016年12月2日《科學(xué)》[Science, 354(6316):1170—1173]上。該研究進(jìn)展是我國(guó)長(zhǎng)期支持基礎(chǔ)研究、并鼓勵(lì)基礎(chǔ)研究進(jìn)行臨床轉(zhuǎn)化的典型范例。Science雜志評(píng)述該進(jìn)展為病毒疫苗領(lǐng)域的革命性突破，Nature雜志稱(chēng)其為“馴服病毒的新方法”。

3.首次探測(cè)到雙粲重子

歐洲核子研究中心于2017年7月6日宣布, 來(lái)自大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)上底夸克探測(cè)器(LHCb)國(guó)際合作組的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種被稱(chēng)為雙粲重子的新粒子，該粒子帶有兩個(gè)單位電荷，質(zhì)量約3621兆電子伏特，幾乎是質(zhì)子質(zhì)量的4倍。與質(zhì)子和中子類(lèi)似，新發(fā)現(xiàn)的雙粲重子由三個(gè)夸克組成，但其夸克組分不同：質(zhì)子由兩個(gè)上夸克和一個(gè)下夸克組成，中子由兩個(gè)下夸克和一個(gè)上夸克組成，而雙粲重子則由兩個(gè)較重的粲夸克和一個(gè)上夸克組成。理論預(yù)期雙粲重子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)迥異于之前發(fā)現(xiàn)的粒子，對(duì)其性質(zhì)的研究將有助于人類(lèi)深入理解物質(zhì)的構(gòu)成和強(qiáng)相互作用力的本質(zhì)。相關(guān)研究進(jìn)展發(fā)表在2017年9月11日《物理評(píng)論快報(bào)》[Physical Review Letters, 119, 112001]上。底夸克探測(cè)器國(guó)際合作組由來(lái)自16個(gè)國(guó)家的超過(guò)1000名科學(xué)家組成，清華大學(xué)、華中師范大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)和武漢大學(xué)是合作組的成員單位。由清華大學(xué)高原寧領(lǐng)導(dǎo)的中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)與國(guó)內(nèi)理論家密切合作，主導(dǎo)了此次雙粲重子發(fā)現(xiàn)的物理分析工作，對(duì)該粒子的發(fā)現(xiàn)作出了關(guān)鍵性貢獻(xiàn)。歐洲核子研究中心對(duì)雙粲重子的發(fā)現(xiàn)作了專(zhuān)門(mén)的新聞發(fā)布，受到全球媒體的競(jìng)相報(bào)道。審稿人評(píng)價(jià)：“該論文給出了期待已久的重要結(jié)果——首次觀測(cè)到雙粲重子?！泵绹?guó)《物理》雜志同時(shí)以“倍加迷人的粒子”為題進(jìn)行了專(zhuān)論報(bào)道，認(rèn)為該發(fā)現(xiàn)“為科研人員提供了檢驗(yàn)量子色動(dòng)力學(xué)的獨(dú)特體系”。

4.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)三重簡(jiǎn)并費(fèi)米子

組成宇宙的基本粒子可分為玻色子和費(fèi)米子。現(xiàn)有的理論認(rèn)為宇宙中只可能存在三種類(lèi)型的費(fèi)米子，即狄拉克費(fèi)米子、外爾費(fèi)米子和馬約拉納費(fèi)米子，其中狄拉克費(fèi)米子具有四重簡(jiǎn)并，外爾費(fèi)米子和馬約拉納費(fèi)米子具有兩重簡(jiǎn)并，而三重簡(jiǎn)并的費(fèi)米子在宇宙中是不存在的。這三種類(lèi)型的費(fèi)米子也能夠以準(zhǔn)粒子的形式存在于固體材料中，其中狄拉克費(fèi)米子和外爾費(fèi)米子的存在已在實(shí)驗(yàn)上得到確證，馬約拉納費(fèi)米子也得到一些實(shí)驗(yàn)的支持。這些固體材料被通俗地稱(chēng)為“固體宇宙”，與真實(shí)的宇宙相對(duì)應(yīng)。與時(shí)空連續(xù)的宇宙空間不同，“固體宇宙”只滿(mǎn)足不連續(xù)的分立空間對(duì)稱(chēng)性，這就可能出現(xiàn)真實(shí)宇宙中不存在的新型費(fèi)米子。在“固體宇宙”中尋找新型費(fèi)米子是近年來(lái)凝聚態(tài)物理領(lǐng)域一個(gè)有挑戰(zhàn)性的前沿科學(xué)問(wèn)題，也是該領(lǐng)域國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一。中國(guó)科學(xué)院物理研究所丁洪、錢(qián)天和石友國(guó)研究組與合作者，在上海光源“夢(mèng)之線(xiàn)”和瑞士光源上利用角分辨光電子能譜實(shí)驗(yàn)技術(shù)，在磷化鉬晶體中觀測(cè)到一類(lèi)具有三重簡(jiǎn)并的費(fèi)米子。這是首次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)超出傳統(tǒng)的狄拉克/外爾/馬約拉納類(lèi)型的費(fèi)米子。他們的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)開(kāi)辟了探索凝聚態(tài)體系中非傳統(tǒng)費(fèi)米子的途徑，對(duì)促進(jìn)人們認(rèn)識(shí)量子物態(tài)、發(fā)現(xiàn)新奇物理現(xiàn)象、開(kāi)發(fā)新型電子器件具有重要的意義。相關(guān)研究進(jìn)展發(fā)表在2017年6月29日《自然》[Nature, 546(7660):627—631]上。

5.實(shí)現(xiàn)氫氣的低溫制備和存儲(chǔ)

氫能被譽(yù)為下一代二次清潔能源，但氫氣的高效制備以及安全存儲(chǔ)和運(yùn)輸一直以來(lái)是阻礙氫能源大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。由于甲醇可以安全運(yùn)輸，將氫氣存儲(chǔ)于液體甲醇中，通過(guò)水和甲醇低溫液相重整反應(yīng)原位產(chǎn)氫，在釋放出甲醇中存儲(chǔ)的氫氣的同時(shí)也活化等摩爾的水而釋放出額外的氫氣，就成為氫能利用的可行途徑。這種過(guò)程裝置簡(jiǎn)單、耗能低，容易和車(chē)載或固定聚合物電解質(zhì)膜燃料電池整合，而釋放出的氫氣占重比可達(dá)18.8％。北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院馬丁研究組與中國(guó)科學(xué)院山西煤化研究所溫曉東以及大連理工大學(xué)石川等合作的研究表明，將鉑原子級(jí)分散在面心立方結(jié)構(gòu)的碳化鉬(α-MoC)上制備的催化劑可用于甲醇的液相重整，在較低溫度下(150—190攝氏度)能夠表現(xiàn)出很高的產(chǎn)氫活性，可達(dá)每摩爾鉑每小時(shí)產(chǎn)氫18046摩爾。這種優(yōu)越的制氫能力遠(yuǎn)大于以前報(bào)道的低溫甲醇重整催化劑(高出近兩個(gè)數(shù)量級(jí))，其關(guān)鍵在于α-MoC突出的解離水的能力以及鉑和α-MoC協(xié)同活化并重整甲醇的能力。同時(shí)，該研究團(tuán)隊(duì)在水煤氣變換產(chǎn)氫過(guò)程（CO+H2O=CO2+H2）中也突破了低溫條件下高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率與高反應(yīng)速率不能兼得的難題, 發(fā)展了基于Au/α-MoC的新一代催化過(guò)程。相關(guān)研究進(jìn)展分別發(fā)表在2017年4月6日《自然》[Nature,544(7648):80—83]和2017年7月28日《科學(xué)》[Science, 357(6349):389—393]上。上述研究進(jìn)展被多家科學(xué)媒體報(bào)道并高度評(píng)價(jià)，美國(guó)化學(xué)會(huì)C&E News雜志和英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)Chemistry World雜志分別以“氫能源：制備氫燃料新過(guò)程”和“新型催化劑點(diǎn)亮氫能汽車(chē)未來(lái)”為題進(jìn)行了亮點(diǎn)報(bào)道,認(rèn)為“隨著此高活性催化體系的成功，把氫氣存儲(chǔ)于甲醇并在需要時(shí)重整釋放的概念可能得到實(shí)際應(yīng)用，這是氫能儲(chǔ)存和輸運(yùn)體系的一個(gè)重大突破。”

6.研發(fā)出基于共格納米析出強(qiáng)化的新一代超高強(qiáng)鋼

超高強(qiáng)鋼在航空航天、交通運(yùn)輸、先進(jìn)核能以及國(guó)防裝備等國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要領(lǐng)域發(fā)揮支撐作用，而且也是未來(lái)輕型化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全防護(hù)的關(guān)鍵材料。然而幾十年來(lái)高性能超高強(qiáng)鋼的研究始終基于傳統(tǒng)的半共格析出產(chǎn)生強(qiáng)共格畸變的學(xué)術(shù)思路，存在著析出相數(shù)量有限，析出尺寸不夠合理且分布不均勻的固有缺陷，這既降低了材料的塑韌性又嚴(yán)重影響服役安全性。此外，昂貴的制備成本也限制了其實(shí)際應(yīng)用，成為困擾高端鋼鐵工業(yè)發(fā)展的難題。北京科技大學(xué)呂昭平研究組與合作者針對(duì)低成本高性能的目標(biāo)，創(chuàng)新性地提出利用高密度共格納米析出相來(lái)強(qiáng)韌化超高強(qiáng)合金的設(shè)計(jì)思想，采用輕質(zhì)且便宜的鋁元素替代馬氏體時(shí)效鋼中昂貴的鈷和鈦等元素，大幅降低成本的同時(shí)通過(guò)簡(jiǎn)單的熱處理促進(jìn)極高密度、全共格納米相析出，研發(fā)出共格納米析出強(qiáng)化的新一代超高強(qiáng)鋼。他們通過(guò)調(diào)控晶格錯(cuò)配度使得析出相在產(chǎn)生極低共格畸變的同時(shí)又具有高的有序抗力，這極大增強(qiáng)了合金的強(qiáng)度但不犧牲其延展性能。所涉及的顛覆性合金設(shè)計(jì)思想也可應(yīng)用于其他結(jié)構(gòu)材料的研發(fā)。相關(guān)研究進(jìn)展發(fā)表在2017年4月27日在《自然》[Nature, 544(7651):460—464]上?！蹲匀弧げ牧稀?Nature Materials)發(fā)表專(zhuān)門(mén)評(píng)述文章指出，該研究“以完美的超強(qiáng)馬氏體鋼設(shè)計(jì)思想，簡(jiǎn)化的合金元素及析出相強(qiáng)化本質(zhì)，為研發(fā)具有優(yōu)異的強(qiáng)度、塑性和成本相結(jié)合的結(jié)構(gòu)材料提供了新的途徑”。

7.利用量子相變確定性制備出多粒子糾纏態(tài)

實(shí)現(xiàn)多粒子糾纏是量子物理實(shí)驗(yàn)研究的一大追求。清華大學(xué)物理系尤力和鄭盟錕研究組，通過(guò)調(diào)控銣-87原子玻色-愛(ài)因斯坦凝聚體中的自旋混合過(guò)程，使其連續(xù)發(fā)生兩次量子相變，實(shí)現(xiàn)了包含約11000個(gè)原子的雙數(shù)態(tài)的確定性制備。通過(guò)直接觀測(cè)該糾纏態(tài)，他們表征其不同內(nèi)態(tài)間原子數(shù)的差值的漲落低于經(jīng)典極限10.7±0.6分貝，其集體自旋的歸一化長(zhǎng)度為近似完美的0.99±0.01。這兩個(gè)指標(biāo)反映該多體糾纏態(tài)可以提供超越標(biāo)準(zhǔn)量子極限約6分貝的相位測(cè)量靈敏度，以及至少910個(gè)的糾纏原子數(shù)——?jiǎng)?chuàng)造了目前能確定性制備的量子糾纏粒子數(shù)目的世界紀(jì)錄。利用量子相變確定性制備多體糾纏態(tài)是一種嶄新的嘗試。由于連續(xù)量子相變點(diǎn)處有限系統(tǒng)的能隙很小，系統(tǒng)穿過(guò)相變點(diǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的激發(fā)。他們的研究顯示即使這種激發(fā)會(huì)發(fā)生，量子相變點(diǎn)兩邊迥異的多體能級(jí)結(jié)構(gòu)依然能夠幫助制備出高品質(zhì)的多粒子糾纏態(tài)。這一全新的理解和糾纏態(tài)制備方法為未來(lái)其他多粒子糾纏態(tài)的制備提供了一種思路。另外，雙數(shù)態(tài)的確定性制備為超越標(biāo)準(zhǔn)量子極限的測(cè)量科學(xué)與技術(shù)的實(shí)用化發(fā)展，比如實(shí)現(xiàn)海森堡極限精度的原子鐘和原子干涉儀等提供了一種可能。相關(guān)研究進(jìn)展發(fā)表在2017年2月10日《科學(xué)》[Science, 355(6318):620—623]上。

8.中國(guó)發(fā)現(xiàn)新型古人類(lèi)化石

長(zhǎng)期以來(lái)，古人類(lèi)學(xué)界對(duì)在中國(guó)境內(nèi)發(fā)現(xiàn)的中更新世晚期至晚更新世早期過(guò)渡階段古人類(lèi)成員的演化地位一直存在爭(zhēng)議。爭(zhēng)論的焦點(diǎn)是：他們是由本地的古人類(lèi)連續(xù)進(jìn)化而來(lái)？還是外來(lái)人群的成功入侵者？最近在河南靈井遺址發(fā)現(xiàn)的兩件距今10.5—12.5萬(wàn)年前的古人類(lèi)——許昌人的頭骨化石，為探討這一階段中國(guó)古人類(lèi)的演化模式提供了重要信息。中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)研究所吳秀杰研究組與美國(guó)華盛頓大學(xué)Erik Trinkaus等合作的研究顯示，許昌人顱骨既具有東亞古人類(lèi)低矮的腦穹隆、扁平的顱中矢狀面、最大顱寬的位置靠下的古老特征，同時(shí)又兼具歐亞大陸西部尼安德特人一樣的枕骨（枕圓枕上凹/項(xiàng)部形態(tài)）和內(nèi)耳迷路（半規(guī)管）形態(tài)，呈現(xiàn)出演化上的區(qū)域連續(xù)性和區(qū)域間種群交流的動(dòng)態(tài)變化。此外，許昌人超大的腦量（1800 cc）和纖細(xì)化的腦顱結(jié)構(gòu)，又體現(xiàn)出中更新世人類(lèi)生物學(xué)特征演化的一般趨勢(shì)。目前還無(wú)法將其歸入任何已知的古人類(lèi)成員之中，許昌人可能代表一種新型的古老型人類(lèi)。這項(xiàng)研究填補(bǔ)了古老型人類(lèi)向早期現(xiàn)代人過(guò)渡階段中國(guó)古人類(lèi)演化上的空白，表明晚更新世早期中國(guó)境內(nèi)可能并存有多種古人類(lèi)成員，不同群體之間有雜交或者基因交流。許昌人化石為中國(guó)古人類(lèi)演化的地區(qū)連續(xù)性以及與歐洲古人類(lèi)之間的交流提供了一定程度的支持。相關(guān)研究進(jìn)展發(fā)表在2017年3月3日《科學(xué)》[Science,355(6328):969—972]上。該研究發(fā)現(xiàn)引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和媒體的極大關(guān)注，Science、Current Biology等國(guó)際學(xué)術(shù)期刊都為此發(fā)表專(zhuān)題評(píng)論，認(rèn)為這項(xiàng)研究填補(bǔ)了古老型人類(lèi)向早期現(xiàn)代人過(guò)渡階段東亞地區(qū)古人類(lèi)演化上的空白，是中國(guó)學(xué)者在古人類(lèi)研究領(lǐng)域取得的一項(xiàng)重大突破。

9.酵母長(zhǎng)染色體的精準(zhǔn)定制合成

基因組設(shè)計(jì)合成是對(duì)基因組進(jìn)行全新設(shè)計(jì)和從頭構(gòu)建，能夠按需塑造生命，開(kāi)啟從非生命物質(zhì)向生命物質(zhì)轉(zhuǎn)化的大門(mén)，推動(dòng)生命科學(xué)研究由理解生命向創(chuàng)造生命延伸。然而，基因組合成面臨長(zhǎng)染色體難以精準(zhǔn)合成、合成染色體導(dǎo)致細(xì)胞失活等難題。天津大學(xué)元英進(jìn)、清華大學(xué)戴俊彪、深圳華大基因楊煥明等團(tuán)隊(duì)與合作者利用多級(jí)模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化人工基因組合成方法，基于一步法大片段組裝技術(shù)和并行式染色體合成策略，實(shí)現(xiàn)了由小分子核苷酸到活體真核長(zhǎng)染色體的定制合成，建立了基于多靶點(diǎn)片段共轉(zhuǎn)化的基因組精確修復(fù)技術(shù)和DNA大片段重復(fù)的修復(fù)技術(shù)，成功設(shè)計(jì)構(gòu)建了4條釀酒酵母長(zhǎng)染色體，實(shí)現(xiàn)了真核長(zhǎng)染色體合成序列與設(shè)計(jì)序列的完全匹配；原創(chuàng)性地建立了基因組缺陷靶點(diǎn)快速定位方法，提供了表型和基因型關(guān)聯(lián)分析的新策略，通過(guò)缺陷靶點(diǎn)的定位與排除，解決了合成基因組導(dǎo)致細(xì)胞失活的難題；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了人工環(huán)形染色體，為當(dāng)前無(wú)法治療的染色體成環(huán)疾病發(fā)生機(jī)理和潛在治療手段建立了研究模型。該研究為深化理解生命進(jìn)化、基因組與功能關(guān)系等基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題提供了新的思路。相關(guān)研究進(jìn)展以4篇論文形式發(fā)表在2017年3月10日《科學(xué)》[Science, 355(6329): eaaf4704, eaaf4706, eaaf4791,eaaf3981]上。研究成果引起國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家和媒體的極大關(guān)注。Science同期發(fā)表專(zhuān)文評(píng)論，Nature、Nature Biotechnology、Nature Reviews Genetics、Molecular Cell等多個(gè)期刊均發(fā)表專(zhuān)文或亮點(diǎn)介紹，高度評(píng)價(jià)本工作，認(rèn)為這是第一個(gè)全合成真核生物基因組的重要里程碑。

10.研制出可實(shí)現(xiàn)自由狀態(tài)腦成像的微型顯微成像系統(tǒng)

北京大學(xué)膜生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室程和平及陳良怡研究組與信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院張?jiān)品搴屯鯋?ài)民等合作，運(yùn)用微集成、微光學(xué)、超快光纖激光和半導(dǎo)體光電子學(xué)等技術(shù)，在高時(shí)空分辨在體成像系統(tǒng)研制方面取得突破性技術(shù)革新，成功研制出2.2克微型化佩戴式雙光子熒光顯微鏡，在國(guó)際上首次記錄了懸尾、跳臺(tái)、社交等自然行為條件下，小鼠大腦神經(jīng)元和神經(jīng)突觸活動(dòng)的高速高分辨圖像。此項(xiàng)突破性技術(shù)將開(kāi)拓新的研究范式，在動(dòng)物自然行為條件下，實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)突觸、神經(jīng)元、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、多腦區(qū)等多尺度、多層次動(dòng)態(tài)信息處理的長(zhǎng)時(shí)程觀察，這樣不僅可以“看得見(jiàn)”大腦學(xué)習(xí)、記憶、決策、思維的過(guò)程，還將為可視化研究自閉癥、阿爾茨海默病、癲癇等腦疾病的神經(jīng)機(jī)制發(fā)揮重要作用。相關(guān)研究進(jìn)展發(fā)表在2017年7月《自然·方法學(xué)》[Nature Methods, 14(7):713—719]上。該成像系統(tǒng)被2014年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主Edvard I. Moser稱(chēng)為研究大腦的空間定位神經(jīng)系統(tǒng)的革命性新工具。