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国家基金委八大学部公布“优先发展领域及主要研究方向”
2020-03-23 | 编辑: | 【 】| | 供稿部门:规划战略与信息中心
    

  “十三五”期间,通过支持我国优势学科和交叉学科的重要前沿方向,以及从国家重大需求中凝练可望取得重大原始创新的研究方向,进一步提升我国主要学科的国际地位,提高科学技术满足国家重大需求的能力。各科学部遴选优先发展领域及其主要研究方向的原则是:(1)在重大前沿领域突出学科交叉,注重多学科协同攻关,促进主要学科在重要方向取得突破性成果,带动整个学科或多个分支学科迅速发展;(2)鼓励探索和综合运用新概念、新理论、新技术、新方法,为解决制约我国经济社会发展的关键科学问题做贡献;(3)充分利用我国科研优势与资源特色,进一步提升学科的国际影响力。各科学部优先发展领域将成为未来五年重点项目和重点项目群立项的主要来源。摘选与我所有关的领域及主要研究方向如下: 

  No.2 化学科学部优先发展领域 

  1)化学精准合成 

  主要研究方向:新试剂、新反应、新概念、新策略和新理论驱动的合成化学;非常规和极端条件下的合成化学;原子经济、绿色可持续和精准可控的合成方法与技术;化学原理驱动的合成生物学;特定功能导向的新分子、新物质和新材料的创造。 

  2)高效催化过程及其动态表征 

  主要研究方向:构筑特定结构和功能催化材料的新方法与新概念;催化活性位点的调控;原位、动态、高时空分辨的催化表征新方法与新技术;催化反应机理和过程的新理论方法。 

  3)化学反应与功能的表界面基础研究 

  主要研究方向:表界面结构与电子态的新颖特性;表界面修饰和反应性的调控;分子吸附、组装、活化与反应;外场调控与表界面反应性能增强;多尺度、多组分复杂界面电化学体系;新介质体系中的胶体以及界面现象;表界面过程研究的新理论和新方法。 

  4)复杂体系的理论与计算化学 

  主要研究方向:强关联及激发态的电子结构理论新方法;针对大分子和凝聚相体系的低标度有效算法;针对复杂体系,发展多尺度的动力学理论,包括量子动力学、量子-经典混合以及经典动力学。 

  5)化学精准测量与分子成像 

  主要研究方向:新的分析策略、原理与方法;超高时空分辨光谱技术与成像分析;多维谱学原理与技术;单分子、生物大分子和单细胞的精准测量、表征及操控;活体的原位和实时分析;生物传感与重大疾病诊断;公共安全预警、甄别与溯源;大科学装置的应用;极端条件下的化学测量与分析。 

  6)分子选态与动力学控制 

  主要研究方向:高效分子振动态制备技术和基于相干光源的探测技术;多原子反应动态学;表界面化学反应动力学;分子振动激发态、电子激发态及非绝热动力学;多元复杂体系的动力学测量及模拟。 

  7)先进功能材料的分子基础 

  主要研究方向:新型功能材料体系的分子基础与原理,以及多尺度结构及宏观性能控制;高性能和多功能新材料的创制,这些性能与功能包括面向能源、健康、环境和信息等领域的光、电、磁、分离、吸附、仿生、能量储存与转换、药物输运、自修复、极端条件应用等。特别注重我国特色资源的研究和深度利用。 

  8)可持续的绿色化工过程 

  主要研究方向:复杂体系化工基础数据的精准测量与建模;限域空间或极端条件下的质荷与能量传递和反应;复杂化工体系介尺度理论与方法;基于原子经济性和宏量制备的化工过程及过程强化技术。 

  9)环境污染与健康危害中的化学追踪与控制 

  主要研究方向:复杂环境介质中污染物的表征与分析,多介质界面行为与调控;大气复合污染控制;灰霾形成机制与健康风险;水和土壤污染过程控制与修复;持久性有毒污染物环境暴露与健康效应;环境中抗生素及抗性基因的传播与控制;放射性物质的环境行为与防控。 

  10)生命体系功能的分子调控 

  主要研究方向:以细胞命运调控为主线的分子探针设计、合成及应用;生物大分子的合成、标记、操纵、动态修饰、化学干预及其相互作用网络定量化;小分子对生物大分子的系统调控;重要生物活性分子的发现与修饰;重大疾病治疗的先导药物发现和靶点识别。 

  11)新能源化学体系的构建 

  主要研究方向:碳基能源的高效催化转化;燃料电池、二次电池和超级电容器等电化学能量储存与转化系统集成;高效太阳能电池材料设计与制备、器件组装与集成的光电转换过程化学;纤维素类生物质选择转化和生物燃料电池。 

  12)聚集体与纳米化学 

  主要研究方向:分子聚集体中的基元协同作用;大分子、超分子和纳米结构的精确构筑和调控;大分子凝聚态结构、动态演变及其理论与计算方法。 

  13)多级团簇结构与仿生 

  主要研究方向:团簇的精准制备、本征性质表征和理论;团簇的动态生长、机理、结构和性能;团簇多级结构的构筑与协同效应;仿生团簇的生物功能和高效化学活性。 

  No.3 生命科学部优先发展领域 

   1)生物大分子的修饰、相互作用与活性调控 

  主要研究方向:生物大分子修饰、动态变化及其功能;生物大分子相互作用的动态性和网络特征;生物大分子特异相互作用的结构基础和预测;生物大分子复合体的自组装;糖、脂化学与酶促合成、结构与功能;高分辨等技术方法研究细胞内大分子行为。 

  2)细胞命运决定的分子机制 

  主要研究方向:细胞可塑性调控机制;细胞器和亚细胞结构的动态变化及其功能;细胞跨膜信号转导与命运决定;干细胞多能性维持与定向分化的机制;胚胎干细胞分化的转录和表观遗传调控网络。 

  3)配子发生与胚胎发育的调控机理 

  主要研究方向:配子发生和成熟的分子机制;胚胎发育图式的动态变化及其分子调控网络;细胞谱系发育的分子机制;配子发生和胚胎发育的表观遗传调控。 

  4)免疫应答与效应的细胞分子机制 

  主要研究方向:免疫细胞新亚群、新分子及其功能;免疫细胞识别和活化的信号转导;不同类型免疫细胞相互作用及其功能;微生态黏膜免疫机制;免疫耐受和免疫逃逸机制。 

  5)糖/脂代谢的稳态调控与功能机制 

  主要研究方向:糖/脂代谢与能量代谢的网络调控;膜糖/脂代谢的动态调控与功能;糖/脂特异代谢物的转运机制与功能;细胞或组织器官特异的糖/脂代谢与功能;糖/脂代谢调控与内分泌系统的相互关系;糖/脂代谢的稳态维持与异常发生机制。 

  6)重要性状的遗传规律解析 

  主要研究方向:复杂性状的遗传结构和调控机制;复杂疾病的遗传和生理机制;生物性状演化的遗传基础;人类及重要生物表型的特征及遗传基础;次级代谢调控的遗传基础。 

  7)神经环路的形成及功能调控 

  主要研究方向:神经元的发育、形态与功能;神经元之间选择性联系机制;神经环路信息的处理和整合;神经环路异常与疾病发生机理。 

  8)认知的心理过程和神经机制 

  主要研究方向:感知觉信息处理与整合;注意和意识的心理过程和神经机制;高级认知过程(学习、记忆、决策、语言等)的心理和神经机制;认知异常的发生机理、早期识别与干预;人类个体认知与社会行为的发生发展过程。 

  9)物种演化的分子机制 

  主要研究方向:特殊环境下物种的适应性演化机制;物种相互作用的协同演化机制;物种相似性状的趋同演化机制。 

  10)生物多样性及其功能 

  主要研究方向:生物多样性的形成机制;生物多样性的维持机制;生物多样性丧失机制;生物多样性与生态系统功能的关系。 

  11)农业生物遗传改良的分子基础 

  主要研究方向:农业生物重要性状形成的遗传基础;农业生物基因与环境互作机制;农业生物表型和基因型的关系;农业生物育种的新理念和新模型。 

  12)农业生物抗病虫机制 

  主要研究方向:农业生物抗病虫的分子和生理机制;农业生物免疫应答的分子基础;农业生物病虫害发生的规律与防治基础。 

  13)农林植物对非生物逆境的适应机制 

  主要研究方向:农林植物适应非生物逆境的分子生理基础;农林植物对多种非生物逆境的交叉响应机理;农林植物适应非生物逆境的栽培调控机制。 

  14)农业动物健康养殖的基础 

  主要研究方向:农业动物重要性状形成的生物学规律和生理基础;农业动物及养殖环境中病原的适应性与传播规律;重要人兽共患病的发生规律及防控;养殖过程中环境因子变化和污染物迁移规律;饲料营养及代谢产物对动物免疫的影响机制;牧草品种选育及草地生产力维持机制。 

  15)食品加工、保藏过程营养成分的变化和有害物质的产生及其机制 

  主要研究方向:食品加工方式、加工过程营养成分的变化及其机制;食品贮藏保鲜和营养成分维持的生物学基础;食品中有害物质的产生及其消除的机制;食品有害物质痕量、快速检测的理论与新技术、新方法。 

  No.5 工程与材料科学部优先发展领域 

  1)亚稳金属材料的微结构和变形机理 

  主要研究方向:发展新型具有特殊性能的非晶态合金体系;复杂合金相的结构和性能研究;结构特征与表征方法;结构与热稳定性;变形机理及强化机制;脆性断裂机理及韧化;深过冷条件下的凝固行为及晶体形核和生长过程研究。 

  2)高性能轻质金属材料的制备加工和性能调控 

  主要研究方向:轻质金属材料(铝、镁、钛合金和泡沫金属等)合金设计、强韧化机理及组织性能调控研究;先进铸造、塑性加工以及连接过程中的工艺、组织和性能调控的基础理论研究;使役性能与防护基础理论研究;烧结金属孔结构控制基础研究。 

  3)低维碳材料 

  主要研究方向:低维碳材料的结构特征及其新物性的物理起因;低维碳材料中电子、光子、声子等的运动规律和机制;低维碳材料的可控制备原理与规模化制备方法;低维碳材料的新物性、新效应、新原理器件和新应用探索。 

  4)新型无机功能材料 

  主要研究方向:基于微观物理模型和物理图像的高温超导机理研究与应用;多铁性材料的合成和磁电耦合机理与应用;超材料的结构设计原理及其新效应器件;阻变材料的物理机制和器件忆阻行为的可调控性及原型器件研究。 

  5)高分子材料加工的新原理和新方法 

  主要研究方向:高分子材料加工中结构演变的物理与化学问题;高分子材料非线性流变学,以及高分子加工不稳定现象的机理;高分子材料加工的多尺度模拟与预测;高分子材料加工的在线表征方法;微纳尺度加工等新型加工方法,以及基于原理创新的加工技术。 

  6)生物活性物质控释/递送系统载体材料 

  主要研究方向:生物启发型和病灶微环境响应载体材料;疾病免疫治疗药物载体材料;核酸类药物载体材料及其递送系统;具高灵敏度、组织和细胞高靶向性及信号放大功能的分子探针,以及诊-治一体化的高分子载体材料及其递送系统。 

  7)化石能源高效开发与灾害防控理论 

  主要研究方向:实钻地层物化特性和岩石力学;油气藏开发,复杂工况管柱与管线,复杂油气工程相互作用及流动;开采条件下岩体本构关系,多相、多场耦合的多尺度变形破坏机理;极端条件下开采机器人化的信息融合与决策。 

  8)高效提取冶金及高性能材料制备加工过程科学 

  主要研究方向:冶金关键物化数据;选冶过程物相结构演变;反应器新原理与新流程,低碳炼铁;高效转化与清洁分离,二次资源利用,高效连铸;高性能粉末冶金材料;多场作用下的金属凝固;界面科学;冶金过程高效利用。 

  9)机械表面界面行为与调控 

  主要研究方向:界面接触与粘着机理;表/界面能形成机理及应用;受限条件下界面行为调控;运动体与介质界面行为;生物组织/人工材料界面行为;生物组织界面损伤与修复。 

  10)增材制造技术基础 

  主要研究方向:高效、高精度增材制造方法;先进材料增材制造技术及性能调控;材料、结构与器件一体化制造原理与方法;生物3D打印及功能重建;多尺度增材制造原理与方法。 

  11)传热传质与先进热力系统 

  主要研究方向:非常规条件及微纳尺度传热的基础研究;基于先进热力循环的新型高效能量转换与利用系统;生物传热传质基础理论及仿生热学;热学探索-热质理论的微观基础及其与宏观规律的统一。 

  12)燃烧反应途径调控 

  主要研究方向:基于燃料设计和混合气活性控制的燃烧反应途径调控研究;非平衡等离子体燃烧反应途径调控研究;以催化辅助、无焰燃烧、富氧燃烧和化学链燃烧等新型燃烧技术为主燃烧反应途径调控研究;基于尺度效应的燃烧反应途径调控;基于物理过程控制的燃烧反应途径调控。 

  13)新一代能源电力系统基础研究 

  主要研究方向:新一代能源电力系统的体系架构及系统安全稳定问题作用机理(包括智能电厂和智能电网等方面);电工新材料应用及新装备的研制、运行和服役中的相关科学问题;多种能源系统的互联耦合方式(文本从“口袋科研”Copy而来);供需互动用电、能源电力与信息系统的交互机制;系统运行机制与能源电力市场理论;网络综合规划理论与方法。 

  14)高效能高品质电机系统基础科学问题 

  主要研究方向:电----流体多物理场交叉耦合与演化作用机理;“结构-制造-性能-材料服役行为”的耦合规律和综合分析方法;多约束条件下电机系统及其驱动控制;电机系统的新型拓扑结构、设计理论与方法、制造工艺、控制策略。 

  15)多种灾害作用下的结构全寿命整体可靠性设计理论 

  主要研究方向:多种灾害(地震、风灾、火灾、爆炸等)作用下的土木工程结构全寿命可靠性设计理论与方法;多种灾害作用危险性分析原理,工程结构时、空多尺度破坏规律,高性能结构体系与可恢复功能结构体系,防御多种灾害的结构整体可靠度设计理论与方法。 

  16)绿色建筑设计理论与方法 

  主要研究方向:建筑形体、空间、平面和构造与绿色建筑评价指标体系的耦合作用规律;不同地域绿色居住建筑模式、公共建筑和工业建筑绿色设计的原理、方法、技术体系和评价标准。 

  17)面向资源节约的绿色冶金过程工程科学 

  主要研究方向:外场强化下的资源转化机理和节能理论;非常规介质特别是高温熔体中强化反应传递过程的机理和调控机制;物质相互作用的特殊现象和反应机理、热力学与动力学调控机制(文本从“口袋科研”Copy而来);多因素多组元固//气界面结构及界面反应;反应器内及各种物理场下的化学反应、物质、能量传输的耦合机制;资源利用过程中的高效、低碳排放转化的共性科学问题。 

  No.9 跨科学部优先发展领域(部分) 

  跨科学部优先发展领域以促进基础科学取得重大突破性进展和服务创新驱动发展战略为出发点,根据我国经济社会和科学技术发展的迫切需求,凝练具有重大科学意义和战略带动作用的学科交叉问题,为制定重大项目和重大研究计划指南以及重点领域战略部署提供指导。跨科学部优先发展领域包括:着力推动我国基础研究在拓展新前沿、创造新知识、形成新理论、发展新方法上取得重大突破的领域;着力解决我国传统产业升级和新兴产业发展中深层次关键科学问题的领域;着力提升我国应对全球重大挑战能力的领域;着力维护国家安全和我国在国际竞争中核心利益的领域。(部分摘录如下) 

  1.介观软凝聚态系统的统计物理和动力学 

  介观软凝聚态系统是涉及生物、医学、数学、物理及工程科学广泛且深入的新交叉领域,它将人们对物质性质的了解从原先的原子和分子尺度延伸到介观尺度。研究软凝聚系统多级结构与复杂物理现象联系和特性,理解和控制决定介观尺度功能复杂性的原理与技术,为人类理解生命现象与过程,发展精确的诊断与医疗手段提供关键基础与新技术支撑。 

  核心科学问题:软凝聚态系统维度降低与尺度减小导致的新物性与新效应,生物小系统和大脑生命过程等调控网络,活性物质相关的非平衡统计物理效应;统计物理理论与方法,量子涨落、量子相变和量子热机等以及颗粒物质、液晶、胶体和水等系统的平衡性质与结构动力学;生命信息分子(DNARNA)、蛋白质和细胞的力学特性、信息编码,及其相互作用的神经网络动力学;生理系统及相关疾病诊治的生物力学与力生物学机理和多生理系统耦合、跨分子-细胞-组织等层次生物力学实验和建模仿真。 

  4.手性物质精准创造 

  手性是自然界的基本属性,存在于从基本粒子到宇宙的各个物质层次。手性起源的探索、手性物质的精准创造和功能的发现已经成为化学、物理、生物、材料和信息等领域的前沿科学问题;手性物质与光的特殊相互作用研究也将为手性物质的功能化提供新视野;揭示手性诱导和传递、控制和放大的本质规律,对于发展手性科学与技术的新理论、实现手性物质的精准创造并赋予其新功能具有重大科学意义,将推动解决国家在医药、材料等领域对手性物质方面的重大需求。 

  核心科学问题:手性物质精准创造的高效性和高选择性;宏观手性材料制备的有序化和可控性;手性功能材料性能调控的分子基础;手性分子的生物学效应。 

  5.细胞功能实现的系统整合研究 

  细胞是由复杂的生物大分子(复合体)和亚细胞结构(细胞器)组成的生命基本单元。以往的研究主要针对单一组分或单一细胞器,而随着组学大规模数据的积累、信息理论的应用,以及化学和工程科学等多学科交叉和融合,系统、整合、跨尺度研究细胞内不同组分和结构的功能与互作机制成为可能。细胞功能的系统整合研究是在对细胞内所有组分进行鉴定和认识的基础上,描绘出细胞的系统结构,包括生物大分子相互作用网络和细胞内亚结构间的互作系统,构造出初步的细胞系统模型,通过不断地设定和实施新干预实验,对模型进行修订和精练,最终获得一个理想的模型,使其理论预测能够反映出细胞的系统功能和真实性。细胞功能实现的系统整合研究对于推动生命基本单元-细胞的功能机制的深入认识,更好地诠释组织、器官和个体生长和发育机制,有效地开展防病治病和农作物生产等,对于未来的人造细胞、合成生命以及新型生物产业发展如细胞工厂、细胞治疗等均具有重要的意义。 

  核心科学问题:多个细胞器之间的相互作用和网络调控;胞浆中的生物大分子(复合体)与亚细胞结构的相互作用和调控;细胞器形态生成和维持中的力学机制;细胞功能预测和诠释的细胞模型和模拟;细胞器和亚细胞结构的人工设计原理与构建。 

  6.化学元素生物地球化学循环的微生物驱动机制 

  在地球各种生命形式中,微生物类型最为多样,分布最为广泛,生存与代谢方式最为丰富,在生物地球化学循环中发挥关键的驱动作用。微生物通过光合、呼吸和固氮等代谢活动,改变地球元素价态,促进矿物岩石风化、土壤及矿藏形成,介导海洋元素成分和海底沉积物的转化,影响海洋和大气组成,推动地球与生命的共演化。由于技术方法的局限,占总数99%以上的微生物至今尚不能培养,对微生物尤其是未培养微生物在地球化学元素循环中的基础性作用仍知之甚少。研究地球典型环境中如大洋、热液口等微生物群落及结构、生态学特征、功能类群丰度及时空变化规律,阐述微生物受温度、洋流等因素影响条件下各种过程如碳捕获与释放/反硝化等的调控机制,揭示微生物遗传和代谢多样性、关键元素的生物地球化学循环过程、耦合机理与驱动方式,有助于阐明微生物在地球重要元素(碳、氮、硫、磷等)的生物地球化学循环中的驱动机制。 

  核心科学问题:典型环境微生物群落结构与元素循环的关系;微生物物质代谢途径对元素循环的作用;微生物能量转化机制及其与元素循环的偶联;驱动元素循环关键微生物(群)的环境适应与响应机制。 

  9.新型功能材料与器件 

  新型功能材料是利用物理和化学的新现象、新效应、新规律获得具有光、电、磁、热、化学和生化等特定功能的材料,主要涉及信息材料、能源材料、生物医用材料、催化材料和环境材料等。新型功能材料与器件是材料、物理、化学、生命、医学、能源和环境等多学科交叉的前沿研究领域,是材料科学领域最活跃的研究地带,具有丰富的学科内涵有待挖掘,相关研究进展将对发展材料新技术,促进国家产业升级具有基础性的重要意义。 

  核心科学问题:功能材料的新现象和新机制;功能材料及器件多层次结构的表界面调控;新型功能材料的宏量制备与缺陷控制;影响能量转换/存储材料效率的物理机制、器件模型和失效原理;信息探测、传输、计算与存储功能材料及器件的可控制备原理、稳定性及新物性、新效应的物理起因;柔性电子技术关键材料的设计制造与可靠性;催化材料功能调控机理、制备及新型催化材料设计理论和方法;高性能生物医用诊断、替换和修复、治疗、药物载体新材料的功能性、相容性和服役寿命;面向不同功能特性的材料计算基础。 

  10.城市水系统生态安全保障关键基础科学问题 

  随着城市化的快速发展和环境污染的加剧,城市水环境日趋恶化,城市缺水和雨涝等难题也日益严重,城市水系统的生态安全保障正面临严峻挑战。目前以常规污染物控制为核心的城市水环境保护理论、方法和技术体系,已无法满足城市可持续生态安全和人体健康的实际需求,迫切需要工程、化学、生物、地学和管理科学的多学科交叉。以城市水生态系统完整性保护和恢复为核心,深入研究污染控制、污水深度净化与再生利用、生态储存及水环境修复、生态毒理与健康、城市水系统规划管理等基础理论问题;突破水质变化与生态系统响应及交互作用的过程机制,解决城市水系统生态风险控制难题;构建城市水储存、输送和利用的良性循环新模式,创建城市水系统生态安全保障和风险控制的理论和技术体系。 

  核心科学问题:水生态系统与水质水量变化的交互影响与调控机制;污染物共暴露过程对城市水体生物群落及敏感物种的危害机理;基于生态完整性的城市水环境健康安全与生态修复理论和方法;城市水系统多元循环的物质流、能量流变化规律与动力学模式;城市再生水生态储存与多尺度循环的风险控制原理与途径;城市水系统可持续健康的综合保障策略。 

  16.基于疾病数据获取与整合利用新模式的精准医学研究 

  随着高通量、高特异性、高灵敏度的基因测序技术,各类单细胞单分子分析技术、各类组学技术、各类化学探针示踪技术、多用途广谱高速生物芯片技术等的突破与推广应用,医学研究已进入大数据和精准化并行融合时代,将逐步实现定量医学、系统医学和医学信息化的目标,对数学模型、信息分析、化学材料、电子器件设计等理论与技术的依赖度大幅提高,需要这些学科的密切交叉和高度融合才能取得实质进展。 

  核心科学问题:在大数据获取方面,高通量、高特异性、高灵敏度的基因测序、单细胞测序、表观遗传谱系与分子网络检测、NcRNA测定,各种蛋白质组学、代谢组学、器官组织的定位定量平行数据挖掘等相关理论与前沿技术的再创新,以及可应用于医学检测的生物芯片、串联质谱、化学探针等海量数据获取方法的提升,各类疾病的规模化前瞻性临床队列与大规模亚健康人群的分子群谱大数据的规范化获取,个体化医疗信息获取、分类与存储,医疗信息系统大数据整合与数据库构建;在大数据分析方面,系统整合的数学模型的建立,单或多通路分子动态网络的模式化分析,疾病共性机理或单一疾病的模块式模拟,基于网络药理学的多靶点药物设计,个体化疾病诊治的数据集成与预案推导,重大疾病发生与流行的数字化预警模型与防控时空节点的推演,医疗信息系统构建、数据传输与精准分析等。 

  其他信息见本文尾部的“信息来源”。 

 

编辑:规划战略与信息中心 图书馆 

信息来源:https//mp.weixin.qq.com/s/Is-O-aXB-Fhtpw8zlipGeg
 
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