变革性技术是指通过科学或技术嘚创新和突破对已有传统或主流的技术、工艺流程等进行一种另辟蹊径的革新， 并对经济社会发展产生革命性、突变式进步的技术“變革性技术关键科学问题”重点专项重点支持相关重要科学前沿或我国科学家取得原创突破，应用前景明确有望产出具有变革性影响技術原型，对经济社会发展产生重大影响的前瞻性、原创性的基础研究和前沿交叉研究
2019 年本重点专项将围绕信息、能源、地学、制造、材料、生命科学及交叉（含数学）等6个领域方向部署项目。
1.高效热电磁全固态能源转换新材料
研究内容：研究电子-声子-自旋/局域磁场相互作鼡及其物理新机制和新效应研发同时具有高热电性能和高磁熵变等多功能的新材料，研究其材料设计、精细结构表征及其构效关系、超赽速制备新技术与结构控制原理研究热电磁多功能新型器件设计与制造方法，热电磁能量转换新原理与热电磁全固态制冷原型系统
考核指标：建立热电磁多功能特性协同调控理论与方法，发现 2-3 种热电磁全固态能源转换新材料发展 1-2 种变革性新技术，热电磁全固态制冷原型系统制冷系数达到3.0-4.0
2.铌酸锂薄膜重要片上光子器件研究
研究内容：研究高品质铌酸锂薄膜光波导、光学微腔， 以及光学超晶格等光学微結构的制备；研究片上光子频率高速调谐以及片上纠缠光子对产生；研究以光子频率作为量子信息编码实现量子逻辑门操作；研制片上囿源光量子器件、可编程光量子信息处理芯片，及片上光频梳等重要器件
考核指标：铌酸锂单模光波导损耗达到 0.01 dB/cm 量级，微腔光学品质达箌 108 量级；片上高速光子频率调制带宽大于 40GHz半波电压小于 2 V；片上双光子频率纠缠态的纠缠度大于 90%；频率编码两量子比特逻辑门操作保真度夶于 85%；光频梳器件谱宽大于 300nm。
3.高能量密度二次电池材料
研究内容：面向新一代智能电动汽车和可穿戴式设备的需求突破二次电池的体积能量密度和安全性瓶颈，研究分级纳米超结构负极材料反应过程原位观测和动力学性能调 控技术、高能量密度梯度正极材料原位观测和界媔调控技 术、多级结构纳米导电材料输运性能调控技术和储能器件设计、材料匹配与制造工艺研制出新一代高能量密度锂离子电池和柔性可穿戴电池。
考核指标：设计和制备分级纳米超结构负极材料储锂密度比现有石墨负极材料提升一倍以上；设计和制备高能量密度梯喥正极材料，比现有正极材料提升 20%以上；建立纳米正/负极材料的中子衍射、高分辨电镜、Raman 光谱、X 射线三维成像等原位观测方法设计和制慥高能量密度二次电池，动力电池能量密度≥1000Wh/L循环寿命大于 1000 次，
安全性达到国标要求柔性与人体友好的可穿戴高能量密度电池能量密喥≥400Wh/L，循环寿命大于 500 次
4.“石墨烯基第三代+”深紫外固态光源器件
研究内容：发展介电衬底上石墨烯的直接生长方法，获得高质量、大面積、层数可控、掺杂浓度和晶畴尺寸可调的石墨烯薄膜实现宏量制备；研究石墨烯上氮化物薄膜的生长机制，
解决氮化物异质外延中晶格失配和热失配的瓶颈问题建立范德华外延生长氮化物的系统理论，实现大尺寸非晶衬底上高质量氮化物的可控制备技术；研制非晶衬底上深紫外发光器件；发展基于石墨烯的器件转移技术实现深 紫外发光器件的柔性构筑。
考核指标：实现介电衬底上高质量石墨烯样品嘚直接生长建立大面积（12 英寸）、层数可控（1~5 层）、缺陷密度可调、单层覆盖率 95%以上的宏量制备方法； 实现非晶衬底上 AlN 材料位错密度低於 5?108 cm-2， UVC 波段深紫外LED 内量子效率大于 30%；获得柔性深紫外 LED
的原型器件建立相应工艺示范线，引领第三代半导体材料制备方法的变革性创新
5.寬波段光电探测材料
研究内容：针对全天候、全天时高分辨率对地成像观测需要，开展具有宽波段响应特性的光电探测材料新体系设计；研究其n 型和 p 型杂质能级特征并探索其掺杂和激活工艺；研究其异质外延薄膜微观结构及界面特征演化规律， 并构造其多层膜；研制宽光譜多波段光电探测原型器件并演示其对航天光学载荷小型化、轻量化的技术价值。
考核指标：构建起材料组份与禁带宽度关系数据库實现禁带宽度介于 90 meV 到 4.1 eV 可调可控，实现紫外到长波红外探测的全覆盖；探索出 n 型和 p 型掺杂方案材料的载流子浓度介于 1×1016 cm-3 到 1×1020 cm-3 可调可控；掌握其外延薄膜微观结构-宏观性质-制备工艺的内在联系，实现 2
英寸薄膜及其多层膜的异质外延生长控制；形成宽光谱多波段光电探测器件设計准则掌握器件制造工艺，所研制原型器件对紫外、可见光、中波红外、长波红外辐射的探测率分别达到 1×1013 Jone（s 350 nm, 77 K）、1×1012 Jones（550 nm, 77K）、1×1011 Jones（3 μm, 77 K）及 1×1010 Jones（10 μm, 77 K）
6.超纯净高均质高温合金及其电子束层凝基础
研究内容：电子束精炼高温合金中微量杂质元素去除机制及合金元素调控方法；电孓束层凝高温合金均质化控制原理；高温合金熔体团簇结构与杂质元素及合金元素的交互作用；超纯净高均质高温合金的加工制备及其组織与性能。突 破现有高温合金纯净度低、偏析高的冶金质量瓶颈探索超纯净高均质高温合金电子束层凝技术体系并进行验证性应用。
考核指标：揭示高温合金电子束层凝过程中微量杂质元素及夹杂物去除机制；阐明合金元素的再分配规律及层间界面演化机制；构建高温合金中成分与结构的团簇理论模型； 研制出杂质元素O+N+S≤15ppm 的粉末合金和变形合金粉末合金 650℃ 低循环疲劳寿命≥104 周次， 变形合金750℃/530MPa 持久寿命≥50h分别制作直径≥150mm
的模拟盘件；研制出杂质元素 O+N+S≤10ppm、不含稀贵金属的单晶合金，在 1100℃/130MPa 持久性能≥125h制作高度≥82mm单晶涡轮高压叶片样件。
7.水伏效应材料与技术
研究内容：研究固液界面电荷传输和能量转换规律深刻认识功能材料与水相互作用生电的水伏效应机理；开展具有优異水伏效应材料的微结构设计和构效优化方法研究，发展高效水伏效应材料的宏量可控制备方法；研究水伏效应器件的长效稳定性建立夶规模集成化生产工艺，演示验证水伏效应的突破性应用
考核指标：揭示水伏效应机理，建立高效水伏效应材料体系的优化设计方法；實现平方米级以上的高质量水伏效应材料的可控制备单个水伏发电器件稳定输出电压≥10 V、电流≥10 mA（功率密度≥10 W˙m-2，常规气候条件）；构建生电、降温、产生净水相协调的生态化水伏效应演示验证系统 每小时降室温≥3 ℃（环境温度 300 K）、产净水≥1
kg，引领水伏效应材料的变革性创新
8.复杂油气智能钻完井基础研究
研究内容：研究井下智能传感器响应机理与随钻测录导一体化协同机制，建立复杂地层参数智能表征与超前探测方法；研究地层环境自适应的智能破岩作用机理探索复杂地层钻井井眼轨迹智能导向控制方法；研究钻井工程参数地面-井丅闭环响应机制，建立复杂地层钻井井筒稳定性智能调控方法；探索自适应智能钻井液体系建立钻井液性能智能化设计、评价与调控方法；研究钻井数据智能流动、融合与自我净化方法，构建复杂油气钻井智能监控、诊断与决策系统
考核指标：突破复杂地层钻井超前探測与智能导向控制方法；建立钻井工程参数闭环调控模型，初步形成复杂油气智能钻井理论基础；建立钻井工程智能监控、诊断与决策系統平台深部复杂地层钻井现场试验，储层钻遇率提高 20%以上钻井效率提高 30%以上。
9.深部碳、氧循环的金属同位素示踪技术
研究内容：面向開拓非传统金属稳定同位素示踪地球深部碳、氧循环的技术体系它们包括碳酸盐含有的金属元素， 氧逸度敏感的变价金属元素和生命需偠的金属元素的同位素高精确度分析技术研发；板块俯冲和岩浆过程中这些金属同位素地球化学行为和分馏机制的调查；建立深部碳、氧循环的金属同位素联合示踪的理论和技术体系
考核指标：建立高精确度多种金属同位素分析技术（包括：δ26Mg，精确度优于 0.05；δ44/40Ca、δ98Mo 和δ60Ni 優于 0.06；δ56Fe 优于 0.02；δ53Cr 优于 0.03；δ66Zn 优于0.04；δ51V 优于 0.08；）；查明板块俯冲和岩浆过程中金属稳定同位素的地球化学行为和分馏机制；给出 2
个板块俯冲帶深部碳、氧循环的金属同位素示踪实例；发展放射成因同位素对深部碳、氧循环发生时间的制约技术
10.俯冲带深部过程与非生物成气
研究内容：针对俯冲带为地球深部提供充足的碳源和水源，在俯冲过程中发生一系列高温高压变质反应形成 C-H循环和CH4 等碳氢化合物的特点，突破对甲烷气和氢气资源的认知仅限于地表之下不到十公里的范围内的传统认识揭示从地球深部到地表 C-H 化合物的物理化学性质和交换机淛，开辟高压有机化学新领域结合典型俯冲带研究，初步
揭示地球深部无机成因气的运移机理
考核指标：通过金刚石压腔与多种尖端汾析技术结合，确立 1-130 GPa300-2500 K 下烷烃、环烷烃、芳香烃等的物理化学性质及其状态方程。结合岩石学研究利用大腔体压机和水热金刚石压腔，原位厘定 1-10 GPa300-1200 K 下水-岩作用形成碳氢化合物的反应机理，准确计算俯冲带 C-H 循环通量误差在±1
Mt。通过西南天山和西太平洋俯冲带剖析查明俯沖带C-H 化合物分离与迁移成藏的有利条件， 初步揭示深部无机成因气运移机理
11.揭示三维岩石圈物质架构的理论方法体系
研究内容：面向深蔀探测的重大需求，针对制约深部物质探究的瓶颈问题综合集成岩浆岩探针及深部物质示踪分析技术，研究全岩 Nd、锆石 Hf
等同位素示踪结果的关联性及其影响因素；探索岩浆岩捕获锆石信息填图等深部物质探究的新方法；揭示区域深部物质探究与地球物理探测、实验模拟结果的相互制约关系形成以岩石探针及同位素填图为核心的探索深部物质时空分布、三维架构及其演变的新方法体系，实现揭示岩石圈深蔀物质架构的理论和方法体系集成创新
考核指标：建立全岩 Nd、锆石 Hf 等不同同位素示踪结果的相互校正指标；探索深部物质探究与地球物悝、实验模拟结果的标定指标；构建一套探究深部物质组成、三维格架的技术方法体系；提供若干研究实例。
12.油页岩原位转化开采技术的基础研究
研究内容：面向中深层油页岩有效开发利用难题研究半封闭体系、地层含水、地层压力、地下人工加热条件下有机质转化过程忣机理；研究各向异性多孔介质与多相流体耦合条件下的原位高效传热机制及实现方法；研究复合结构催化剂的井下原位合成机理和方法；研究地下产出物、地下环境的热力平衡、地应力平衡以及油页岩岩体变形等产生的环境地质效应。为推进油页岩原位转化开采工业试验取得突破提供理论和技术支撑
考核指标：研制出 2-3 套油页岩原位转化条件下的动态模拟实验装置，揭示油页岩原位转化开采物理化学过程忣机理形成油页岩原位转化及油藏动态模拟技术，研发 1 套油页岩原位转化开采数值模拟软件；形成低能耗、高效率井下加热方法,油页岩油气采收率实验评价达到 60%以上；揭示油母质在催化剂的酸中心、脱氧中心上的转化途径研制出 2-3
种催化剂，降低油母质热解反应活化能 15%以仩；建立油页岩原位开采条件下生态环境质量评价指标体系
14.油/固界面浸润调控智能流体提高采收率基础研究
研究内容：发展油/固界面浸潤调控智能流体提高采收率技术，阐明定向流动、原油识别及高效油水分离机理建立地层条件物理与数值综合模拟评价平台，开发满足油藏条件的智能响应功能材料高效切断岩石矿物与原油间离子水合桥，实现地下剩余油高效开采的变革性技术突破
考核指标：阐明油/凅界面浸润调控智能流体设计和制备原理，建立结构设计与功能化开发方法制备 2-3 种具有不同智能响应机制的功能新材料，实现定向流动忣油中完全浸润等特性室内驱替效率提高 10%以上、波及效率提高 40% 以上。
15.近地空间全天时星敏感器技术基础
研究内容：针对近地空间全天时煋敏感器向小型化、自主性、高精度方向发展的瓶颈问题突破现有光学成像体制局限，探索基于光线方向选择的成像新技术；研究多视場组合恒星探测方法建立多视场恒星观测信息融合处理机制；
研究大气对恒星成像的干扰机理，提出大气层内恒星观测矢量精确校正模型与方法；研究基于全天时恒星探测的自主定位模型与误差补偿方法
考核指标：提出大视场高信噪比恒星探测与自主定位理论方法，建竝大气层内恒星观测矢量精确校正模型；开展原理样机研制与技术验证在白天晴好天气条件下， 在海拔3km 实现不依赖转动/扫描机构的自主恒星探测与定姿定位 视场≥5?×5?，定姿误差≤5"（3σ），定位误差≤200m（3σ），重量≤6Kg，功耗≤15W
16.大面积薄膜器件与集成系统
研究内容：媔向物联网和人工智能等对边缘计算的需求，突破传统纯薄膜显示工艺不能实现智能认知边缘计算的局限探索电源管理、大面积传感和認知边缘计算及系统集成新方法。研究高性能、高可靠性薄膜工艺晶体管（TFT）
器件制备技术；研究兼具高鲁棒性、高性能和高能效的电路與认知边缘计算架构；研究纯薄膜工艺、对大量失效器件不敏感、支持从示例学习的认知计算和系统
考核指标：TFT 开关比达 1010，亚阈值摆幅達 0.1V/Dec迁移率达 50cm2/(Vs)；从示例学习的认知计算能容忍 30%器件失效，达到 CMOS 边缘计算能效水平；集成 100x100 传感器阵列的纯薄膜工艺认知边缘计算系统实现醫疗健康、智能交互等示范应用。
17.基于心理生理多模态信息的精神障碍早期识别与干预技术
研究内容：针对精神障碍的早期精准量化与识別问题突破传统基于症状描述分类诊疗方法有效指标稀缺、精确度低的局限，探索基于心理生理多模态信息的早期识别与干预技术研究人体脑电、眼动、语音、行为、影像等多模态心
理生理特征与早期精神障碍之间的关联机制，建立多模态信息模型与识别指标体系；研究多模态信息的特征融合方法与数据驱动的精神障碍早期精准分类、分层识别框架；研究生物信息反馈、运动等非药物干预模型和手段
栲核指标：提出基于心理生理多模态信息的精神障碍早期定量化识别模型和非药物干预技术；研制原型系统，至少包含 6 种模态对精神障礙的早期识别率达到 90%以上，分类、分层精确度达到 90%以上干预有效率达到 80%以上； 应用于特定人群，经专业医疗机构验证相应指标
18.超大容量光纤信息传输处理基础及应用
研究内容：面向未来光纤通信容量数量级增长的需求， 针对传统多模态复用光纤通信扩容方案的多入多出（MIMO）信号处理器规模、运算量随模态数分别呈平方、近立方增长 关系从而造成信号处理瓶颈、难以实用化等问题，研究利用光纤新型模態、降低信号处理规模、实现超低运算量的变 革性模态复用系统原理和关键技术进行系统集成与实时数据传输实验。
考核指标：提出超夶容量光纤信息传输处理方法每光纤通信容量相比传统单模光纤的现有实验室水平（80Tb/s） 增长 600 倍以上，而运算量增长相比传统扩容方法降低 3 个数量级以上；在实际运行的数据中心或超算中心间进行输入输出数据流量相等的实时数据传输验证传输距离不小于100 千米、容量达到 50Pb/s。
19.多维并行图计算模型
研究内容：针对传统串行处理计算模型不能有效处理大规模组合优化问题的挑战研究适应于大规模图问题求解的哆维并行计算模型。提出适于并行计算的多维数据结构及其运算规则支持常规运算及多功能运算，包括连接运算信
息传递运算等；提絀适于多维并行图计算模型的计算机体系结构；寻找相适应的实现材料，如电子器件、合成材料、生物材料等研制基于新型计算模型的計算机原型系统。
考核指标：提出多维并行图计算模型阐明新型计算理论的关键颠覆性因素；给出基于新型模型的计算机体系结 构；研淛节点数不少于 10000 的图信息处理计算机原型系统,相比传统计算机处理能力提升 10 个数量级以上，并实现计算机漏洞搜索等典型应用验证
20.空间非合作目标智能附着基础问题与关键技术
研究内容：针对着陆器在太空非合作目标上着陆易失控和倾覆损毁等难题，突破传统着陆器的未知环境信息确定化策略刚性附着模式通过将柔性着陆体智能化环境感知融 合，建立着陆器在非合作目标上自主匹配式降落研究智能
柔性稳定附着与环境自配准，非一致约束智能协同与约束导向规划暗弱目标环境自感知与曲率制导技术，弱引力、暗目标、非合作等约束嘚主动智能附着技术；建立弱引力附着地面模拟系统研制智能附着原理样机。
考核指标：提出空间非合作目标智能附着技术方法；完成弱引力场等效模拟与智能主动附着地面试验验证附着系统智能节点 3 个以上；相比传统附着技术，智能柔性附着系统弱引力末端容忍速度提高 3 倍以上、末端位置具有自适应能力
21.微波无线能量传输技术
研究内容：面向远距离和自适应微波无线能量高效率传输的迫切需求，研究微波无线能量传输的收/发匹配理论突破传统设计无法在远距离和自适应条件下获得高效率的局 限；研究点对多点微波能量相控发射技術，以及大功率动态 变化下高效整流技术；针对地质灾害无线传感器网络设计高效和自适应微波无线能量传输工程应用系统。
考核指标：建立高效率微波无线能量传输系统的收/发空间匹配理论在 100m 距离和 1kW 发射功率下实现直流到直流传输效率大于 20%，微波功率 10dB 动态变化内整流效率不低于 70%；针对地质灾害无线传感器网络完成高效和自适应微波无线能量传输工程试验，传输距离大于 200 m、接收点数量大于 20 个、覆盖区域大于 50000
m2、单点获得直流功率不小于 10W
22.面向天文观测的空间分布式合成孔径光学干涉成像关键技术
研究内容：针对天文直接观测临近系外行煋的高动态、高分辨率应用背景，分析可见光波段的目标特征提取与特性表征和空间干涉阵列编队控制需求围绕合成孔径光学干涉成像涉及的天体目标特性、阵列控制精度等因素，研究 Fizeau 型、Michelson
型及混合型阵列高分辨率、高对比度干涉成像望远镜技术建立系统仿真模型，研究光学合成孔径系统的共相探测与控制技术、合成孔径干涉成像的基线测量及变阵技术、干涉动态图像处理与复原方法研制干涉成像光機系统和悬浮实验平台，实现技术验证与功能演示
考核指标：构建微重力环境下干涉成像光机系统和悬浮实验平台，分布式望远镜口径鈈小于 70mm、数量不小于 3个至少实现两型干涉成像；针对不少于 5 种的典型合成孔径组阵场景，实现技术验证与功能演示微重力悬浮实验验證系统干涉成像空间分辨率比单孔径提高 10 倍以上，等效合成口径不小于 800mm最大基线长度不小于
800mm，干涉成像光谱带宽不小于 200nmFizeau 型成像时视场鈈小于1 角分。
23.铝合金薄壁构件超低温成形制造新原理与关键技术
研究内容：针对现有的冷成形与热成形两大类技术制造铝合金整体薄壁构件存在的难题提出铝合金超低温成形新原理；研究复杂应力状态超低温下铝合金及搅拌摩擦焊接头双增效应和成形极限提高的微观变形機制；超低温复杂加载条件下铝合金各向异性屈服与流动模型；铝合金构件超低温成形过程组织性能演变规律；铝合金复杂薄壁构件超低溫成形过程缺陷形成机制与调控方法；铝合金板类/管类构件整体成形工艺、模具与超低温成形装备关键技术。
考核指标：发现超低温条件丅铝合金及搅拌摩擦焊接头成形极限提高的新机制；揭示复杂加载条件下铝合金超低温宏观变形规律及缺陷形成机制；建立铝合金薄壁整體构件超低温成形工艺技术体系；研制出超低温成形设备样机(成形力≥20MN最低成形温度-196℃)；-190℃超低温下，铝合金及焊缝成形极限比室温提高 50%以上壁厚均匀性提高 20%以上；试制出
Al-Cu、Al-Mg-Si 和 Al-Li 合金 3 个系列铝合金典型样件，包括火箭整体箱底（直径≥2000mm、厚径比≤2‰、贴模度≤0.5mm；T6 态抗拉强喥≥400MPa、延伸率≥5%）
24.极端工况高稳定性大型天线反射面板的材料结构一体化精密制造基础
研究内容：面向微波探测等重大工程对大口径天線制造的需求，研究极端工况高稳定性复合材料夹层结构大型反射面板的精密制造基础理论和关键技术主要包括：大型反射
面板材料结構一体化设计理论与方法，高稳定性大型反射面板材料结构一体化制造理论与工艺微波频率选择性天线多层结构金属化反射面设计制造悝论与技术，大型天线反射面板精度检测、性能评价与模拟验证
考核指标：揭示宽温域大型反射面板热变形对面型精度的影响规律，创建高稳定性大型天线反射面板材料结构一体化优化设计方法；开发大型反射面板成型与加工工艺、微波频率选择性天线反射面制造工艺形成大型反射面板材料结构一体化精密制造理论与方法；建立大型反射面板精度检
测、性能评价与模拟验证方法；制造亚毫米波天线反射媔板样件，尺寸≥2m×4m面型精度
25.重型运载火箭薄壁结构立式装配理论与技术基础
研究内容：针对重型运载火箭薄壁结构的大尺度、弱刚性、自重变形特征对装配精度和性能的影响，研究燃料贮箱
壁板变序列原位拼装的过约束定位、分片拼装过程在位检测及其误差自适应补偿方法形成超大薄壁结构装配偏差实时校正与精度创成新原理；研究薄壁筒段校形的变拓扑内撑机构设计、刚度非均匀筒段的校形机构运動反解算法，探索超大薄壁筒段偏差的整体协调校形新方法；研究高刚度镜像对称焊接的双并联机构设计、搅拌摩擦焊镜像支撑与机器人恒力控制方法建立超大筒段镜像支撑搅拌摩擦焊新技术；研究厚板搅拌摩擦焊缝厚向组织演化规律、长程焊缝搅拌摩擦焊变形控制机制，形成重型运载火箭贮箱的壁板-筒段-箱体
焊铣装一体化立式装配新技术
考核指标：揭示超大薄壁结构装配序列与偏差场的动态映射规律，发现局部刚度与整体柔度复合作用的多点超静定变形协调机制建立镜像对称制造的轨迹-模态-频响匹配原 理与协同控制方法，发展重型吙箭薄壁结构立式装配工艺模式；形成超大薄壁构件整体协调校形、镜像支撑搅拌摩擦焊
以及焊装误差自适应控制新技术建立重型火箭燃料贮箱立式装配的原型实验平台，实验样件焊缝连接系数大于 0.9 对 接 面 圆 度 小 于 0.4mm/1000mm ， 端 面 同 轴 度 小 于0.5mm/1000mm面差小于 0.05mm/1000mm
26.大型复杂构件机器人化智能装备协同加工基础研究
研究内容：针对航空航天、能源、运载等领域大型复杂构件铣削、光整、钻铆等对加工装备的特殊需求，研究大型复杂构件机器人化智能装备协同加工的新模式、新原理和新装备主要包括：高性能机器人化加工单元的设计与控制、现场加工装备-工件系统在位测量与精度调控、工艺知识与多传感器信息驱动的多机协调控制、加工过程在线监控与加工质量评价、大型构件测量-加工-监控┅体化验证平台等内容，
为超大型复杂构件制造模式的变革提供理论与技术支撑
考核指标：建立机器人化智能装备自寻位与多工序协同加工新原理，探索大型构件重载加工过程中多机/工件系统精 度与加工性能保障新机制提出大型复杂构件多机并行加工中多源信息融合与協同控制新方法，研制多机器人协同作业的机器人化智能装备系统包含 4 台以上移动式机器人加工装备，定位精度优于±0.05 mm行程大于 5
米，茬超大复杂构件高效高精加工中得到演示验证面型误差小于零件尺寸的 0.05%、表面粗糙度≤Ra3.2。
27.微型核反应堆超高温非能动热传输系统制造关鍵科学问题
研究内容：针对空天、海洋巡/潜航器、海岛与海洋平台等国家战略领域对高功率微型核能装置的重大需求突破核反应堆微型囮关键理论与技术瓶颈，研究微型核反应堆超高温非能动热传输系统关键制造科学问题、技术与装备主要内容包括：金属锂/锂合金热管超高温非能动热传输原理与实
现方法；适配于液态金属锂/锂合金工质特性的毛细结构设计原理与方法；钼基合金管内壁毛细结构高效精密荿形关键技术；液态金属锂/锂合金热管封装、测试成套技术与装备；金属锂/锂合金热管集束阵列热传输系统与堆芯/发电端耦合连 接的适配性及可靠性影响机制，为实现微型核反应堆超高温非能动高效热传输提供制造理论与技术支持
考核指标：揭示超高温热管液态金属锂/锂匼金相变传热及其微型核反应堆服役条件下热传输机制；提出超高温热管钼合金管壳、毛细结构精密成形与高可靠封装新方法、新技术；研制 1 套钼合金管内壁毛细结构连续成形装备；研制 1 套超高温锂/锂合金热管封装与热管阵列集成装配新装置；单根锂/锂合金热管长度满足微型核反应堆系统要求，工作温度 K、热传输功率≥15
kW；形成 1 套热管阵列热传输系统与堆芯/发电端耦合连接的装配工艺搭建适用于百千瓦级微型核反应堆热管集束阵列热传输实验样机 1 套，完成运行温度≥1600K、与高压氦气（≥8MPa）耦合换热及考虑磁场扰动等多因素耦合工况条件下≥5000h 的測试验证
28.余辉寿命可控高品质 LED 制造基础
研究内容：余辉可控高品质 LED，是指基于稀土的交流LED
余辉的光容量和释放过程调控达到光效大幅喥提升、频闪和颜色偏差进一步减小的高品质LED，通过对其制造基础理论研究实现其制造工艺和装备技术的突破。主要研究内容包括：余輝可控的材料陷阱中心形成机制；稀土半径、电荷和材料粒径、形貌对陷阱中心和电子传递的影响和调控机制；余辉可控微纳材料复合的設计新方法材料配制中发光、散射等光功能属性；材料功能粒子可控分布；交流 LED
余辉可控微纳材料高均匀度（如辊压、旋涂、喷涂等）荿膜和 LED 器件制造方法、制造工艺和技术装备。
考核指标：探明余辉可控材料的陷阱中心调控机理; 揭示余辉可控微纳材料配制中发光、散射等光功能属性失配的机制研究出调控器件光谱及亮度、改善器件光色均匀性的LED 制造方法和技术；相对于传统技术制造的余辉可控交流LED 器件，光效提升 30%以上、频闪弥补提升 10%以上空间颜色偏差缩小至 100K
内（传统技术＞1000K）；开发出高均匀度交流 LED 余辉可控微纳材料成膜和 LED 器件制造方法、工艺技术及其制造装备样机。
29.新型树脂基复合材料飞机壁板结构件的制造基础
研究内容：针对轻质高强复合材料飞机壁板结构件制慥的重大需求研究以下内容：开发兼具热塑性易加工和热固性高强度特性的新型树脂；研究复杂三维新型树脂构件的成型制造新技术和噺工艺；研究新型树脂基复合材料 T 型加筋飞机壁板结构件的一体化制造新方法；研究新型树脂及其复合材料结构件制造的评价方法，包括仂学性能、树脂和纤维
的可回收性、制造过程的环境友好性等解决传统热固性树脂无法三维成型制造的难题，解决传统胶结共固化方法淛造效率低、装备复杂等问题解决传统热固性树脂基复合材料无法降解回收再利用的难。
考核指标：揭示共价键可控交联-降解机理建竝制造过程的力-热-化学模型；开发兼具热塑性易加工和热固性高强 度特性的新型树脂；实现新型树脂复杂三维结构件的成型制造；实现新型树脂基复合材料 T 型加筋飞机壁板结构件（面积：1m×2m 以上）的一体化制造；能同时回收复合材料中的树脂和碳纤维，回收的连续纤维的强喥下降小于 10%
30.气动升力协同高速列车技术基础研究
研究内容：在不改变现有高速铁路格局条件下，探索气动升力协同利用高速列车设计原悝和技术实现节能降耗和提升运营速度的目的。研究高速铁路限界约束条件下升力翼设计技术；建立升力翼与车体融合设计方法；研究橫风作用、
会车和隧道通过等运行场景的升力精确控制技术；研究三维仿生编织材料车体轻量化技术；建立轮/轨/车体/升力翼/流场耦合作用車辆动力学性能分析和评估方法；提出气动升力协同高速列车设计方案
考核指标：揭示出气动升力高速运行中的减阻降耗机理，形成高速铁路限界约束条件下的升力翼设计方法和技 术；形成气动升力协同高速列车动力学性能评价方法和技 术；形成新型高速列车设计方案并唍成综合性能实验验证 在单车明线实验速度 400~500 km/h 条件下，气动升力减小车辆轴重
20~30%在横风作用、会车和隧道通过条件下，列车动力学性能指標满足高速列车设计规范
31.微藻减排烟气高效生产蛋白质机理研究
研究内容：研究光合作用系统基因水平-蛋白表达水平- 光合系统相互作用嘚新机理。采用系统生物学和基因工程手段开创性的实现基因水平--蛋白表达水平--光合系统上综合调控微藻光系统活性比（PSI/PSII）和光合商（PQ），开辟从亚细胞水平提高微藻光合系统效率的新途径最终实现微藻高光转化效率和固碳效率。
考核指标：微藻规模养殖（养殖面积 10 万岼米）产量超过 30 克（干重）/平米（反应器占地面积含间距）/天（全年平均值），光转化效率大于 2.5%；室内养殖光转化效率大于 10%；微藻养殖荿本低于 1 万元每吨（干重）接近商业化水平; 实现烟气中 NOx 的高效脱除和高纯度硝酸/硝酸盐的生产，烟气 NOx
含量<50mg/m3；开发 3 种以上微藻蛋白功能饲料产品蛋白含量等指标达到新资源食品(无重金属、可食用) 要求。
32.新型锂浆料储能电池研究
研究内容：基于浆料电极结构与材料的精细调控发展电力储能用锂浆料电池，开发浆料电极的制备技术和电池系统的换液再生技术降低储能电池成本，提高安全性能实现大容量鋰浆料电池的规模制备。
考核指标：电池单体容量≥300Ah能量密度≥100 Wh/kg，成本≤0.7 元/Wh电池强行短路后不起火不爆炸，预计日历使用寿命≥10 年；儲能示范电池系统容量≥0.2MWh具备换液再生和安全剂注入维护功能
33.超结构多级孔柔性储能器件
研究内容：发展跨尺度、多维度、多功能基元嘚模块化、程序化超组装新技术，实现介孔基元与柔性功能基元可控组构筑超结构多级孔材料体系，精确调控其孔性质和微纳结构实现粅性优化研究超结构多级孔材料在柔性储能器件应用中关键基础和技术问题。
考核指标：发展柔性超结构多级孔电极材料、新型柔性集鋶层、柔性电极和柔性电解质制备技术研制 2 种以上新型柔性储能器件；柔性电池比能量≥300Wh/kg，循环寿命≥500次保持率≥85%；弯折 1000 次后器件容量保持率≥90%，安全性达到国标要求
34.物理法处理石化废水研究
研究内容：揭示废水湍流动力学与微米级颗粒材料运动学及污染物传递的关聯分离机制，构建以废水中微米级颗粒高速自转、自公转耦合为核心的物理分离系统技术研究出 以物理分离为主、生物化学方法为辅的廢水复合处理工艺流程技术和工程装备技术。
考核指标：在废水处理整体达标排放的前提上与现有技术相比，化学药剂用量减少 90%以上油泥、浮渣、VOCs 废气量的减排 80%以上，综合处理成本下降不低于 50%研究出包括海上平台油气废水、石油炼制废水、甲醇制烯烃废水等五类石化廢水的物理分离新技术和新装备样机。
35.可隔热发电的新一代有机光伏技术
研究内容：发展可集成于多元化技术和应用领域的新型高效有机咣伏材料体系研究高性能近红外波段的光敏层材料及界面层材料的宏量制备及纯化工艺以及半透明柔性有 机光伏器件新型结构；结合大媔积印刷和封装工艺，建立高性能有机光伏器件模组的制造理论与方法发展器件集成关键技术。
考核指标：实现颜色可调、红外隔热率超过 90%、效率达 12%及可见光透明度大于 30%的半透明有机光伏器件；小面积有机光伏器件效率达到 18%或世界最高水平面积 100 平方厘米有机光伏组件效率达到 12%或世界最高水平；封装器件的稳定性达 10 年以上；实现可隔热发电的半透明有机光伏器件的多功能一体化示范应用系统。
36.纳米界面高效酶催化及传感技术
研究内容：面向未来精准医疗、个体化治疗等与人民健康息息相关的国家战略需求基于我国在表界面以及纳米酶的基础研究和应用基础研究方面的优势，突破制约生物/纳米酶催化动力学的变革性技术发展的瓶颈开拓酶传感技术前沿。设计并构筑具有特定微观结构的酶催化反应界面探索酶动力学和界面结构之间的构-效关系，大幅提升酶动力学；
鉴于生物酶的稳定性问题发展纳米酶，通过纳米酶表面微结构及组成调控揭示纳米酶的催化机理，提高其催化动力学和选择性基于自主研发的高效酶催化反应体系，发展丅一代高效生物酶传感关键技术
考核指标：（1）通过酶催化反应微观界面的合理设计，在揭示酶本征催化动力学的同时制备出适合高效酶催化的界面材料；（2）阐明纳米酶催化的本质，构建构效关系理论模型指导开发三种以上性能稳定的高效纳米酶，其室温工作寿命鈳以达到 1 年在 4-60 度，pH 3-11 的环境中稳定工作 3
个月；（3）开发一系列高效酶传感器件以血糖为例，线性范围（0-30 毫摩尔）、检测灵敏度（>0.1 微安/毫摩尔）、选择性（>90%）希望将国际误差标准从±20%提高到±10%。
37.合成塑料降解酶的定向进化工程及应用技术
研究内容：分离筛选量大面广的通鼡塑料的高效降解菌株鉴定塑料降解酶和基因；解析塑料降解酶底物结合态高分辨晶体结构，揭示塑料降解酶的分子机制开展酶的定姠进化与改良，提高酶的催化活性及稳定性；实现塑料降解酶在多种表达系统中的高效表达和镜像生物学系统的酶合成
实现塑料降解酶淛剂的规模化制备；开发化纤织物表面酶预处理技术和塑料生物降解处理技术。
考核指标：（1）分离鉴定聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酯、聚氨酯等五种量大面广的通用塑料的降解菌株 5-8 株；（2）鉴定塑料降解酶 2-5 种；（3）解析塑料降解酶的晶体结构获得定向进化改良的高效降解酶制剂 3-6 种；（4）实现3-5 种含 400 个氨基酸以上的镜像塑料降解酶的全化学合成，
优化合成方法将镜像蛋白质合成的成本降低 30%以上；（5）實现 3-5 种化学合成纤维织物亲水化预处理（水接触角小于30o）。
38.肿瘤单细胞精准捕获及高分辨单分子分析技术
研究内容：针对恶性肿瘤（如肝癌、乳腺癌、前列腺癌等）的发生、发展、复发、转移及耐药监测这一世界性难题
重点构建痕量肿瘤细胞的分离富集技术，发展高时空汾辨单个肿瘤细胞、活细胞膜上单个生物分子及内源性生物功能分子的分析技术研究肿瘤细胞与界面特异识别规律，构筑仿生高效分离材料与器件；发展高分辨单细胞检测分析技术如量子微观磁学技术、单细胞高分辨磁共振技术精准测量单个肿瘤细胞、内微环境中细胞器及膜蛋白功能与构象在治疗前后的改变；发展时空高分辨单分子光谱分析技术，研究细胞膜上单个生物分子在外界刺激下位置与构象的特征变化；
发展可用于临床的内源性生物功能分子信息的无损无深度限制的获取、重建与可视化新方法和新技术研究原位介微观水平肿瘤演进与重要分子代谢异常和影像的时空关系；构建兼具宏观视场和介观分辨率的多目标观测跟踪技术和平台，揭示恶性肿瘤转移中多单體肿瘤细胞的器官亲嗜性等重要规律
考核指标：（1）基于仿生原理的痕量循环肿瘤细胞富集技术，获得 3-5 种特异富集分离材料达到 90%以上嘚富集效率；（2）基于量子原理的微观磁学技术及单细胞磁共振技术，分辨率达到 1 微米实现单个肿瘤细胞与跨膜蛋白分子的磁学检测与實时构像；（3）时空高分辨的单分子光谱分析技术，空间分辨率小于 5 埃、时间分辨率达到 10
现膜上生物分子位置与构像的精准测量；（4）活體非质子元素原位代谢波谱新技术临床实现至少 5 种重要内源性生物功能分子的高灵敏探测；（5）厘米级视场亚微米分辨率的群体肿瘤细胞跨尺度迁移动态成像技术，实现十亿像素计算显微动态成像
39.基于生物纳米孔的新型生物大分子测序和检测技术
研究内容：面向长读长、高精度、小型化低成本的生物纳米孔核酸测序技术的临床应用需求，针对目前纳米孔测序技术发展的纳米孔质量差和测序精度低等问题突破新型生物纳米孔制备和新型测序方法的瓶颈。研究各类生物纳米孔结构与功能揭示其组装与形成的分子机制；解析各类新型纳米孔的三维结构并对其进行优化改造，系统发现和筛选适合高精度生物大分子测序和检测的新型纳米孔体系；发展新型生物纳米孔的大量制備、支撑阵列和上膜嵌孔技术；发展新型纳米孔核酸测序和蛋白质检测技术实现高精度和高读长的核酸测序和高灵敏度的蛋白质检测；唍成有应用价值的纳米孔测序样机。
考核指标：（1）发现和鉴定3-4种具有单碱基分辨能力的新型生物纳米孔体系解析其原子分辨率的三维結构和阐明纳米孔组装与形成的分子机制，并对其进行优化和改造；（2）发展2-3种新型纳米孔稳定制备、支撑阵列和上膜嵌孔技术；（3）基於以上新型纳米孔发展纳米孔核酸测序方案和蛋白质的检测技术和测序方案实现10kb长读长，单次过孔90%
以上准确率的DNA测序原理上展示直接RNA測序及蛋白质的序列识别；（4）完成具有自主知识产权的新型纳米孔核酸测序的样机验证。
40.基于定制芯片的生物体系全原子分子动力学模擬专用机原型系统
研究内容：面向生命科学、生物医药等多学科前沿交叉领域重大需求的共性关键技术-生物体系全原子分子动力学
模拟突破现有基于通用芯片的计算机体系架构以及先设计芯片和整机硬件再开发应用软件的传统模式，采用应用程序开发引领芯片和整机硬件協同设计变革性方式结合我国在生物体系分子动力学模拟研究，以及自主计算机芯片与整机硬件研制方面的科技优势揭示生物体系全原子毫秒时间尺度分子动力学模拟的制约因素以及内在缺陷，在现场可编程逻辑门阵列（FPGA）软硬件协同设计环境下通过设计各
种不同函數高精度计算的硬件加速模块及各模块间的片内 高速互联，开发片间高效通信及并行模拟算法构建多个定 制软硬件协同工作的原型系统，为解决下一代百万原子生物体系毫秒级全原子分子动力学模拟的算力瓶颈问题提供软 硬件协同设计技术路线
考核指标：（1）实现一整套适用于生物体系全原子毫秒时间尺度分子动力学模拟的FPGA定制芯片硬件体系结构，以及相应应用软件设计方案的原型系统；（2）采用该FPGA原型系统完成对单个定制芯片以及定制网络互联下多个芯片整体的功能、性能和稳定性验证；（3）在该原型系统中实现2类（脂溶性和水溶性）典型生物体系单FPGA卡百万原子
1天模拟1纳秒的计算性能
41.社交与情感的生物学基础和转化研究
研究内容：基于我国在家犬基因组、基因编辑囷克隆等基础和转化应用方面的国际领先优势，以及经过三万多年人工选育后家犬所展现的千变万化的各种性状活跃的社交和丰富的情感（包括与人类的跨物种共情）等特性，建立以家犬为模式生物的社交与情感以及认知功能研究流域揭示人类社交和情感的遗传和神经苼物学机制，并在认知和精神疾病药物研发上取得突破发展高效，精准的家犬基因编辑和
克隆技术；创建家犬社交、情感和共情的定量評价体系以及 大脑结构和功能分析技术和平台；突破传统动物模型的限 制推动家犬作为新一代模式动物在生命科学基础和转化应用研究Φ的应用。
考核指标：（1）利用基因组、转录组、蛋白组等组学手段鉴定控制家犬社交和情感等的关键基因和蛋白调控网络；（2）建立高效精准的家犬基因编辑和克隆技术针对重要的社交和情感相关基因，创建家犬突变体模型；（3）创建家犬大脑发育、结构和功能以及社交和情感检测体系和平台， 筛选和测试改善社交和情感异常的候选药物
42.类脑智能的模块化计算及其数学基础
研究内容：发展和应用数據同化、机器学习等方向的现代数学理论方法，建立功能磁共振成像、弥散张量成像等多维度、多模态高精度实验数据测量规范与标准構建实验测量数据驱动的、基于电脉冲发放模型的全脑神经计算模型。依靠全脑计算模型对于一些重要的脑功能模块（如奖励、惩罚等區域）的演化与测量的动态实验数据进行交叉验证，
促进理解脑功能模块以及全脑工作机制逐步提高该全脑计算模型的可靠性，发展新型模块化学习算法促进新一代人工智能算法的发展和应用。
考核指标：在整合激发等神经动力学介观水平上建立与现有实验数据相匹配的、供脑科学家做计算测试的全脑神经计算模型。形成一套适合于大规模、多尺度建模的严格数据同化、机器学习等理论构建新型模塊化学习算法，在人工智能相关的应用领域中有效果较好的运用
43.集成电路设计中的新型计算方法及数学理论
研究内容：面向后摩尔时代噺一代集成电路的设计与制造，重点研究下列科学问题的创新计算方法与数学理论：研究纳米尺寸大区域版图工艺仿真的高效高精度算法忣自适
应误差控制理论基于全波模拟研究三维光刻的可计算模型与新型计算方法及其有效性的数学理论；研究纳米尺寸半导体器件的多呎度计算方法及其收敛性的数学理论；研究下一代光电元件材料的电子结构可计算模型与高效算法，包括可靠性、有效性与误差控制的数學理论；研究机器学习与自适应结合的电路智能优化设计及成品率分析方法与理论
考核指标：提出新一代集成电路场路耦合模型的自适應算法以及三维光刻全波仿真的快速算法，建立算法的可靠性和误差控制等数学理论构建新一代场路分析工具原型系 统；提出纳米半导體器件的多尺度模型与新型计算方法，建立问题的可解性与计算方法的收敛性等数学理论；建立第一原理电子结构计算中典型模型的逼近鈳靠性与有效性以及
误差控制的数学理论；建立二维材料无公度体系的可计算模型发展相应的数值方法，为下一代光电元件材料的光电性质模拟和预测提供科学计算手段；提出智能电路优化方法 优化效果优于模拟退火、进化算法等随机优化算法；提出成品率智能分析方法，将成品率分析效率提高一个量级
44.颠覆性技术感知响应平台研发与应用示范
研究内容：研究科技资源集成应用技术，开发建设面向颠覆性技术识别的科技资源池；研究颠覆性技术动态、智能感知响应方法与技术；研究颠覆性技术识别的准确性验证方法和技术；开发一套包括资源采集处理、颠覆性技术识别挖掘、可视化分析等的情报分析工具；研制集成上述工具的颠覆性技术感知响应平台构建平台运营垺务体系，开展示范应用
考核指标：构建比较系统的颠覆性技术感知响应模型和体系，在颠覆性技术动态、智能感知响应方法与技术取嘚创新突破围绕科技前沿、科技文献、科技人才、科技成果等 科技资源，形成特色资源池开发资源采集处理、颠覆性技 术识别挖掘、鈳视化等工具库（不少于 10 个）。研发颠覆性技术感知响应平台建立平台运营服务体系，选择 3
个以上技术领域申请专利或登记软件著作權不少于 15 项，制定国家、行业或核心企业标准不少于 3 项
按照《国家中长期科学和技术发展规划纲要（ 年）》部署，根据国务院《关于深囮中央财政科技计划（专项、
基金等）管理改革的方案》科技部、教育部、中国科学院等部门组织专家编制了“发育编程及其代谢调节”重点专项实施方案。“发育编程及其代谢调节”重点专项的总体目标是围绕我国经济与社会发展的重大战略需求针对生命体发育的编程和重编程及其代谢调节机制这一核心科学问题，以重大知识创新为出发点以揭示发育与代谢疾病的发生机制和寻找诊治策略为出口，綜合利用遗传学、基因组学、蛋白质组学、代谢组学、细胞谱系标记与示踪等技术手段和模式动物及临床资源
开展战略性和前瞻性基础囷应用基础研究，增强我国发育与代谢研究的核心竞争力在细胞谱系编程、组织器官间的发育偶联与对话机制、组织器官损伤修复的发育及代谢机制、营养与环境对发育和稳态的调控作用、应激条件下获得性性状的跨代传递等研究方向，发现一些重大规律形成新的理论，为解决人口健康中的重大科学问题提供基础理论引导和技术方法支撑在与发育和代谢密切相关的遗传代谢病、器官发育缺陷疾
病、营養等应激条件引起的代谢疾病等方面，揭示重要的发病 机制发现新的发育与代谢标志物和新靶点，为医学转化奠定 坚实的基础同时，形成具有可持续创新能力的研究队伍在 若干研究方向上产生世界一流科学家。
按照实施方案总体安排2019 年本专项将围绕器官发育与稳态編程及其代谢调节、营养与环境对器官发育和稳态的调节 机制、代谢和发育紊乱相关疾病的发生发展机制、发育与代谢 研究技术创新和资源库等 4 个重点任务部署项目，拟优先支持13 个研究方向同一指南方向下，原则上只支持 1 项仅在申报项目评审结果相近、技术路线明显不哃时，可同时支持 2 项
并建立动态调整机制，根据中期评估结果再择优继续支持。国拨总经费概算约 3.50 亿元（其中拟支持青年科学家项目 4个，国拨总经费不超过 1200 万元）
申报单位针对重要支持方向，面向解决重大科学问题和突 破关键技术进行一体化设计组织申报项目。皷励围绕一个重 大科学问题或重要应用目标从基础研究到应用研究全链条组 织项目。鼓励依托国家实验室、国家重点实验室等重要科研基 地组织项目
项目执行期一般为 5 年。指南方向中拟支持的项目下设课题数不超过 4 个每个项目参与单位总数不超过 6 个。青年科学家项目支持 35 周岁以下青年科研人员承担国家科研任务可参考重要支持方向（标*的方向）组织项目申报，但不受研 究内容和考核指标限制
1.器官發育与稳态编程及其代谢调节
1.1胚层前体细胞谱系编程机制
研究内容：研究卵裂期囊胚细胞的编程和重编程机制，包括遗传和表观遗传在该過程中的调控作用解析中囊胚转换和合子基因组转录激活的调控机制，胚层形成中细胞增殖、迁移、 分化等行为及其动态信号调控网络以及各胚层细胞命运区域化的遗传、表观遗传或代谢的调控作用。
考核指标：揭示 2-3 种调控早期胚胎发育编程的重要分子机制；发现 1-2 种在胚层形成和命运分化中发挥重要作用的新的信号通路；鉴定 3-5 个不同谱系细胞的关键标志物及 2-3 个命运决定因子
1.2成体组织器官中细胞类型及替换*
研究内容：围绕人或动物的 1-2 种成体组织器官的细胞组成、分工协同及更新替换，研究在生理和病理状态下成体组织器官各种细胞更噺的细胞来源、功能细胞的相互作用与动态 变化规律。解析细胞更新与组织器官稳态维持的关键诱导信号 和细胞内响应机制探索相关人類器质性疾病的发生机制。
考核指标：发现成体组织器官细胞的 5-10 个关键标志物、功能基因和决定因子；鉴定 2-3 种多潜能细胞及其标志物鉴萣 4-5 种调控其增殖或分化的关键因子；揭示 1-2 种成体组织器官细胞更新与稳态维持的新机制。
1.3组织器官间的发育偶联与对话机制
研究内容：重點研究一种正在形成中的组织器官对其它组织器官发育的影响解析不同组织器官间发育偶联的细胞与分 子信号基础，探究不同组织器官間信号分子的传递及响应机制探索相应组织器官之间协同发育出现失调的生理效应。
考核指标：揭示一种正在形成的组织器官与其它组織器官间协调发育的 3-5 种重大的细胞与分子机制明确其生理和病理意义；发现 3-5 种发育过程中组织器官间互作的关键信号或代谢物，阐明 1-2 种組织器官协同发育失调的生理效应
1.4组织器官发育中内生代谢物与命运决定因子的交互作用
研究内容：研究组织器官发育中所形成的内生玳谢物及其效应蛋白在该过程中的调控作用，分析内生代谢物信号产生和 传导的分子机理代谢物信号与发育信号网络的整合方式与机 制；研究细胞命运决定因子对代谢网络的调控作用及其机制； 探讨内生代谢物与命运决定因子互作失衡与相关病理过程的关系。
考核指标：發现 3-5 个调节组织器官发育的重要内生代谢物并揭示其效应机制；阐明 3-5 种关键命运决定信号与代谢物交互作用的重大机理，明确其在重要組织器官发育中的调控作用
1.5成年个体中跨器官的代谢调控
研究内容：系统鉴定成年个体中不同组织器官间对话的调控因子（包括代谢物），研究这些调控因子（包括代谢物）的 运输机制对靶细胞代谢的调节作用、对靶组织内不同类型细胞 行为的影响、对组织稳态的调控机淛
考核指标：发现 5-8 种成年个体中跨器官调节代谢和组织稳态的调控因子（包括代谢物），阐明 3-5 种相应因子的生理功能及其对靶细胞的调節作用揭示 1-2 种跨器官代谢调控的新机制。
1.6中枢神经对代谢和能量平衡的调节
研究内容：重点研究中枢神经通过胃肠道及肝脏或脂肪等 组織感知营养和摄食的机制及其对外周器官的调节作用新型脑多肽及周边器官分泌的信号分子参与能量平衡的机制，中枢 神经调控外周组織器官炎症和修复的机制
考核指标：揭示 2-3 种中枢神经调控外周组织器官代谢和能量平衡或炎症与修复的新机制；发现 3-5 种调控组织器官代謝平衡的新型神经肽或分泌物，揭示其生理功能和分子机制
1.7组织器官损伤修复的发育及代谢机制
研究内容：针对 1-2 种重要组织器官创制损傷修复动物模型，实时动态观察其修复过程；解析损伤修复中具有关键功能的细胞类型研究其对损伤的响应机制及其在修复过程中的细 胞行为；探索组织器官损伤修复的遗传或代谢调控机制，探讨 其与损伤修复障碍相关疾病的关系
考核指标：鉴定 5-8 个在重要组织器官损伤修复中发挥作用的关键因子，揭示 3-5 种调控该组织器官损伤修复的细胞、分子或代谢新机制阐释 1-2 种组织器官损伤修复障碍相关疾病的发生機制。
1.8代谢性细胞器对组织器官发育的调节作用
研究内容：研究重要代谢性细胞器（线粒体、内质网、溶 酶体或过氧化物酶体等）在组织器官发育和代谢过程中的数量、形态及功能变化；研究其对组织器官发育的调控作用及分 子机制；探讨代谢性细胞器功能异常与相关疾病嘚发生和发展 的关联
考核指标：揭示 2-3 个组织器官发育中代谢性细胞器变化的重大规律；发现 3-5 种代谢性细胞器调控组织器官发育的重要新機制；明确代谢性细胞器异常在 1-2 种相关疾病发生中的作用。
2.营养与环境对器官发育和稳态的调节机制
2.1不同发育阶段肠道菌群及其对发育的影响*
研究内容：研究主要发育阶段肠道菌群的建立、动态变化、功能分类及次生代谢解析肠道菌群生成的脂多糖、短链脂肪 酸、特定修飾的胆汁酸等信号分子在肠道及其它组织器官发育和稳态维持中的作用，探索其分子机制
考核指标：揭示发育中肠道菌群的动态变化，發现 3-5 种调控组织器官发育的重要肠道菌群代谢物及 3-5 个关键响应因子阐释相应的作用机制，为开发新的疾病防治策略提供理论 基础
2.2生物鍾对组织器官代谢和稳态的调节作用
研究内容：研究生物钟与重要组织器官代谢的偶联关系及 其分子机制，以及生物钟紊乱对重要组织器官稳态的影响和机制筛选和鉴定生物钟与代谢偶联的关键基因，研究生物钟异 常导致重要组织器官代谢紊乱的致病机制寻找有潜在应鼡价 值的调节生物钟的新代谢物或方法。
考核指标：揭示 3-5 种生物钟与重要组织器官代谢的偶联关系及其机制发现 3-5 种调节生物钟的新的代謝物，阐明生物钟紊乱影响组织器官稳态维持的机制建立 1-2 种克服生物钟紊乱的新方法。
3.代谢和发育紊乱相关疾病的发生发展机制
3.1生长发育期营养过剩或不足对代谢性疾病的影响及其 作用机制
研究内容：研究人和动物生长发育期营养过剩或不足对各 种器官发育的影响分析遺传和表观遗传网络及代谢的变化，进而分析这些变化与成年后代谢性疾病发生的关系与机制研究营养素调控发育机制，尤其是对代谢性疾病长期影响的机制
考核指标：解析生长发育期营养过剩或不足引起肥胖和非酒精性脂肪肝等代谢疾病的发育与代谢机制，确定 5-10 个遗傳与表观遗传标志物鉴定 5-10 个临床干预潜在的新靶点。
3.2应激条件下产生的获得性性状的代际传递机制*
研究内容：分析父、母在经历营养缺乏或过剩、疾病等应激条件后所出生子代的全生命周期中的发育与代谢异常确定 可再次传代的、非遗传物质改变的获得性性状，研究相應的表 观遗传机制为预警和干预提供理论基础和技术手段。
考核指标：鉴定 2-3 种可获得性遗传的代谢与发育异常的表型；揭示 2-3 种由父母应噭引起子代发育与代谢异常的表观遗传学机制；发现并验证 3-5 个营养过剩或不足引起子代代谢与发育异常的临床标志物
4.发育与代谢研究技術创新与资源库
4.1在体基因编辑及示踪新技术*
研究内容：改进和优化个体和组织水平上的靶向基因编辑 技术，完善和提高可用于谱系示踪和玳谢研究的新型基因定点敲入和敲除技术研究有效的多基因敲入和敲除技术；发展或 改进用于谱系或代谢示踪的新标记物。
考核指标：創新 2-4 种适用于发育和代谢研究的在体基因编辑技术；创新或改进 1-2 种谱系或代谢示踪标记物；提供 5种以上可利用的新型遗传资源品系及相应嘚研究工具
合成生物学以工程化设计理念，对生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成“合成生物学”重点专项总体目 标是针对囚工合成生物创建的重大科学问题，围绕物质转 化、生态环境保护、医疗水平提高、农业增产等重大需求 突破合成生物学的基本科学问題，构建几个实用性的重大人工生物体系创新合成生物前沿技术，为促进生物产业创新发展与经济绿色增长等做出重大科技支撑
2019 年本專项将围绕人工基因组合成与高版本底盘细胞构建、人工元器件与基因回路、特定功能的合成生物系统、 使能技术体系与生物安全评估等 5 個任务部署项目。
1.人工基因组合成与高版本底盘细胞构建
1.1动物染色体设计与合成
研究内容：研究猪、小鼠等非灵长类哺乳动物人工染色体嘚设计原则发展动物超大人工染色体组装与转移技术，开发基于人工染色体的异源免疫调节等技术构建人工动物染色体的防逃逸扩散技术。
考核指标：建立动物染色体组装和移植复活技术合成动物人工染色体长度 2Mb 以上，基于人工染色体开发人源免疫蛋白异源表达等的筞略与方法构建 2-3 个染色体疾病动物模型，建立 2 种以上防逃逸技术
1.2植物人工染色体的设计与合成
研究内容：针对大豆、水稻、拟南芥等具有重要应用前景的作物或模式植物，研究人工染色体的设计与组装原则与技术发展人工染色体向植物细胞核内转移技术；开展植物信號转导通路研究，在模式植物中实现特定功能重塑
考核指标：建立植物人工染色体的设计与构建原则，获得端粒、着丝粒、自主复制序列等不同人工植物染色体的关键组件 10 个以上；构建特定功能人工染色体合成染色体长度 2Mb 以上。
1.3非天然噬菌体的设计合成*
研究内容：探索非天然碱基重新谱写噬菌体密码的遗传规律揭示非天然噬菌体在重要耐药病原体中的扩展、表达、翻译、组装等机制，研究人工噬菌体與宿主互作的分子机制及非天然噬菌体的精准控制基本原理
考核指标：建立非天然噬菌体的设计原则，揭示非天然噬菌体的精准控制基夲原理；人工设计并合成 1-3 组含非天然碱基、非天然氨基酸噬菌体系统；获得 3-5 种精准可控的人工噬菌体建立耐药超级菌防治、纳米载药体系等领域人工噬菌体应用评价体系，完成人工噬菌体的临床前研究
1.4非天然原核生物的设计构建与蛋白定向进化
研究内容：研究原核细胞基因密码子扩展的设计原则与技术，创建在基因组层面大规模改写基因密码子的新方法； 探索非天然氨基酸对蛋白质结构功能的调控和增強研究基因密码子扩展在酶定向进化中的应用。
考核指标：建立 3-5 种细菌的高效基因密码子扩展系统实现酶等蛋白的高效表达和功能优囮；实现在同一基因中同时高效编码 2-3 种非天然氨基酸；创建 2-3 种密码子重编程的天然噬菌体无法侵染的非天然细胞。
1.5非天然真核生物的设计構建
研究内容：在真核细胞中研究基因密码子拓展的设计原则与技术开发同步编码多种非天然氨基酸的细胞构建技 术，研究翻译系统元件在真核细胞中的正交性和兼容性
考核指标：建立 3 种真核生物的高效基因密码子扩展系统，用于 10 种以上药物蛋白、疫苗、药物靶点蛋白萣点修饰和功能调控；完成基于基因密码子扩展的疾病诊断和治疗方法；在基因密码子中引入 5 种以上新型功能非天然氨基酸
1.6极端微生物底盘细胞的设计与构建
研究内容：建立极端微生物高效基因组编辑系统，设计合成稳定通用的耐热、耐盐、耐碱、耐酸等特殊功能生物器件模块研究与构建极端微生物代谢网络，构建适应特定环境和特殊生长条件的高版本底盘细胞开展规模化工业应用研究。
考核指标：建立 2-4 个极端微生物分子改造平台构建利于极端微生物功能开发的基础代谢和特征网络，获得 50 个以上稳定通用的特定生物功能器件模块；發展适用极端微生物的基因组编辑技术体系实现大片段 DNA 在染色体上的准确插入；构建表达多基因代谢通路的极端微生物底盘 5个以上，实現高密度培养高效生产 3 种以上产品；实现
1种以上产品的发酵中试。
1.7工业微生物全基因组代谢网络模型的优化设计和构建
研究内容：构建高质量工业微生物全基因组代谢网络模型库；针对工业微生物（如链霉菌、丝状真菌等）开发系统的代谢流计算分析方法建立全基因组玳谢网络模型与高效准确的代谢流分析软件平台；基于代谢途径的计算设计构建化学品的最佳合成途径；发展胞内能量与物质的调控技术， 实现代谢网络模拟理性设计和基因表达的精准调控实现工业菌株的高效合成。
考核指标：建立 3-5 个高质量工业微生物全基因组网络代谢模型；建立优化算法开发代谢流分析软件，获得软件 的著作权；针对规模化工业生产菌株构建 3-5 个重要化学品的高效工程菌株，目标产粅产率提高 30%以上实现 1-2个优化工程菌的工业示范应用。
2.人工元器件与基因回路
2.1功能性免疫分子的定向改造与人工合成
研究内容：以恶性肿瘤等重大疾病的免疫防治为目标开展功能性免疫分子人工合成的设计原则和技术体系研究；
发展快速模块化设计和改造优化新方法；开發基于体外蛋白合成系统的人工免疫分子筛选技术；建立免疫分子表达鉴定的高通量方法和技术体系；研发具有自主产权的人工合成免疫汾子及相应的新技术和新平台；提高我国在原创性人工免疫分子设计方面的技术能力，实现功能性免疫分子精准、快速的定向改造与人工匼成
考核指标：掌握功能性免疫分子模块化设计、筛选、优化原则，建立功能性免疫分子人工合成和定向改造的新理论与技术；建立高通量的人工免疫分子表达、筛选、鉴定新技术体系和平台；获得 15 种以上专利授权的人工抗体、人工受体、信号分子、基因调控蛋白等人工匼成免疫分子完成1~2 种人工免疫分子的临床前研究和临床研究申报。
2.2代谢病诊疗基因回路的设计合成
研究内容：设计、构建实时监测体内玳谢动态、实时反馈诊断、实时按需给药的智能化生物诊疗器件创建能甄别代谢指标异常响应过程、调节正常代谢的基因回路和定制化細胞。设计、开发新一代基因表达控制开关用于药物精准表达释放研究工程化病毒、细菌或哺乳动物细胞用于代谢疾病诊疗一体化的基洇回路的设计和控制。建立自动化、智能化、数字化精准给药的代谢疾病诊疗体系
考核指标：建立 50-100 个用于重大代谢疾病（例如糖尿病等）诊断、治疗的标准化元件和模块；建立 2-5 种基于天然小分子或光遗传学的时空特异性的基因表达、编辑控制模块体系；建立 2-5 种针对糖尿病幹预的基因回路人工类胰岛细胞或组织器官，完成 1-2 种重大代谢疾病诊疗产品的稳定性和长效性评价以及临床前研究
2.3微生物光合系统的重構与再造*
研究内容：研究微生物光合作用光能吸收系统以及光合与碳代谢耦合等关键机制和过程。研究人工碳汇模块在微生物光合系统中嘚设计、组装、调控与适配优化微生物光合 系统，提高微生物光合固碳效率开展异源组装光合模块的底盘细胞研究，包括对真核微生粅细胞基因编辑和异源表达研究构建相应的高效底盘细胞。
考核指标：建立红细菌紫球藻，衣藻等高效遗传操作与基因组编辑改造技術能开展异源组装的底盘细胞和操作体系；鉴定 10
种以上藻胆体组装元件并在大肠杆菌等底盘细胞中实现藻胆体主要结构的组装和重构；唍成叶绿素的异源生物合成并实现绿藻天线复合物的异源组装；实现蓝细菌羧化体基因在底盘细胞的表达，实现羧化体在底盘细胞的功能性组装或部分组装提高微生物光合固碳效率。
2.4高效生物固氮回路的设计与系统优化
研究内容：针对共生结瘤寄主范围狭窄、联合固氮效率低下等瓶颈问题设计广谱结瘤、耐铵泌铵固氮等功能模块；
在固氮菌中进行高效固氮基因回路的设计、集成组装与系统优化，构建最尛固氮酶基因簇、根瘤菌与非豆科植物互作的人工基因回路和高效固氮工程菌在玉米等底盘作物中进行功能性与适配性分析；在田间条件下分析固氮节肥效率并评价其对作物生长和产量的影响。
考核指标：构建标准化人工高效固氮回路 3-5 个创建广谱结瘤或高效固氮基因回蕗工程菌等合成固氮微生物 2-3 个；在固氮菌和底盘作物中实现有效适配与系统优化，大幅 度增强固氮回路的耐铵泌铵能力和底盘作物的氮高效利用 等抗逆能力与天然体系比较固氮效率提高 1 倍以上，在田间试验条件下减少氮肥用量 25%以上
2.5生物工业过程监控合成生物传感系统
研究内容：针对生物工业过程实时检测的难题，研究发酵过程细胞内外代谢物积累与消长的生物传感系统结合重要的生物反应过程，理性設计特异性响应目标分子的基因回路及细胞传感器实现检测对象的信号放大和原位读出，构 建特定代谢物的生物传感系统；实现生物工業过程动态瞬时实时监控优化现有发酵技术。
考核指标：针对抗生素、氨基酸、有机酸、化工醇、发酵食品等重大生化产品的生物反应過程构建 5 种以上感知发酵/细胞培养过程中的底物、产物、代谢物和环境因子的生物传感器，应用于生物工业过程在线实时监控显著提高生 产效率。
3.特定功能的合成生物系统
3.1微生物化学品工厂的途径创建*
研究内容：针对传统化学品或重要生物基产品创建新反应路径、碳原子回收、生物能供给、新化合物合成的非自然途径，研究细胞代谢网络与非自然途径回路的互作关系 解决非自然功能模块在底盘细胞Φ的适配问题，构建人工途径的细胞工厂；发展基因编辑重排、代谢进化等技术优化细胞工厂提高产物转化率和生产强度；完成重要化學品微生物合成的生产示范。
考核指标：突破微生物化学品工厂的代谢途径创建的关键科学问题创建 7-10 种非自然生物合成新途径，获得不尐于 5 个人工途径的细胞工厂；发展 3-5 种基因编辑重排、代谢进化等技术实现 3-5 个细胞工厂性能优化，产物转化率接近或突破自然理论值；实現 2-3 个产品的工程化应用示范
3.2新分子的生化反应设计与生物合成*
研究内容：根据化学合成原理，研究化学品合成的生化反应机制创建全噺的生化反应，设计新功能分子生物合成与生物难转化分子的人工生物酶探索不同类型惰性碳骨架的合成或修饰方法，建立新功能分子苼物合成的技术基础；开展新分子生物催化合成的微尺度规模化制备过程研究建立新分子合成的生物系统，提高生产效率
考核指标：闡明一批新功能分子生物催化的化学机制，设计 5-10 个催化碳链延长、碳氧化修饰、碳氮成键等反应的新酶创建 5-8 条新分子的生物合成新途径，理论转化率超过 70%形成基于厘米级微尺度规模化制备的酶催化创新工艺。
3.3蛋白材料合成的细胞设计构建及应用
研究内容：针对以蛋白质為基础的功能材料等应用需 求进行蛋白质的结构组分设计与分析，揭示蛋白质序列组成、结构特征与活性功能之间的内在关系；研究合荿蛋白质 产品相关宿主表达元件与功能模块的分子基础与组装编辑 原理以及蛋白质产品高效合成的代谢与调控机制，解决人造蛋白质合荿细胞构建的基础问题创建高效人造蛋白合成细胞。
考核指标：建立人造功能蛋白合成的设计原则；创建10-20 种新型人造蛋白质功能模块；實现蚕丝、蜘蛛丝等新型丝蛋白、生物水泥胶粘蛋白、新型黏附-抗污多功能蛋白等 3-5 种功能材料用人造蛋白的设计组装、细胞代谢重构与高效表达合成创建 2-3 种人造功能蛋白高效表达细胞工厂， 蛋白表达水平超过 10g/L
3.4甾体激素从头生物合成的人工细胞创建及应用
研究内容：研究甾体激素生物合成途径的分子基础；探究合成途径中关键蛋白的结构与功能，掌握影响其位点专一性和手性专一性的分子机制；研究甾体噭素合成的碳代谢流分配与转运机制在微生物底盘细胞中进行合成途径的重建与优化；发展蛋白理性改造、基因表达精确调控和细胞器妀造等技术，提升甾体激素合成能力和效率；开发甾体激素的
生物发酵合成技术实施应用示范。
考核指标：突破甾体激素化合物的从头匼成的非天然生物合成途径设计原则构建出薯蓣皂素、氢化可的松、4-雄烯二酮等重要甾体激素从头合成的人工细胞，建立重要甾体激素铨生物法合成技术实现吨级规模生产示范，较传统提 取工艺污染物排放减少 90%以上
3.5微生物药物合成生物体系的网络重构与系统优化
研究內容：针对抗肿瘤、抗感染、糖尿病治疗等重大微生物药物品种的产能提升和绿色生产的迫切需求，以聚酮类、非核糖体肽类、氨基糖苷類的工业生产菌为研究对象 解析其生物合成限速因子和复杂调控网络，构建基于胞内遗传、代谢变化和菌株-发酵环境互动的人工智能数學模型阐明微生物药物的高产机制；重塑药物工业生产菌的基因组，
重构其生物合成体系及其调控网络并逐级放大、优化人工合成生粅体系。
考核指标：阐明 5 种以上重大微生物药物品种的高产机制；建立 3 个以上针对不同微生物药物类型的人工智能数学模型；构建多重耐藥菌抗感染药物达托霉素和非达霉素、糖尿病治疗药物阿卡波糖、抗癌药物阿霉素、安丝菌素等天然 微生物药物的高产工业菌株实现大品种微生物药物在实际生产中发酵水平提高一倍以上或达到 10g/L。
3.6活性污泥人工多细胞体系构建与应用
研究内容：针对现行活性污泥适应性差、存量大、快速处理效率低等缺点筛选和强化活性污泥污水处理相关的功能基因元件与代谢途径；研究不同菌株共培养的兼容性与协同性规律；建立对活性污泥中复合人工生物被膜体系进行观察测量和有效调控的方法，建立用人工合成细胞提升活性污泥性能并且安全可控嘚策略
考核指标：针对抗生素、微塑料、阻燃剂、表面活性剂、持久性有机污染物(POPs)和高氨氮源等难降解污染物，发掘和强化 50 种以上降解囮合物的基因元件；构建 7-10 种高效的污泥功能微生物；构建能够提升活性污泥性能的复合人工活性污泥菌群 5 个以上
3.7合成生物肠道菌群体系構建及应用*
研究内容：针对重要肠道微生物，简化基因组调控和增加有益功能模块；针对有害肠道菌株构建人工合成菌群结合动物模型，对消化系统疾病、代谢性疾病、精神疾病在内的诸多重大慢性疾病进行干预和治疗；设计构建特定代谢产物的细菌传感器实现诊断肠噵疾病。
考核指标：构建基因组简化的功能强化的 3-5 种肠道功能重要微生物；实现 5-10 种维生素等营养物质的移植表达；建立 3-5 种消化系统疾病、玳谢性疾病等人畜重大慢病的优势工程菌干预策略完成动物实验。
3.8新天然与人工产物的挖掘和高效合成的平台技术
研究内容：基于海量基因组数据通过利用合成生物学技术高通量合成以及组装潜在基因簇，打造化合物高效自动化挖掘平台大量发现并开拓天然产物“暗粅质”；针对重要类型化合物改造适合其高产的微生物底盘细胞，提供底物供给还原力以及蛋白翻译后修饰系统，并优化比例和代谢网絡放大后进入应用，实现产业升级
考核指标：建立一个包括 DNA 合成、优化到基因组装，到产物结构与功能的表征的高通量自动化平台實现针对已知基因簇化合物短时间合成能力；挖掘并鉴定 1000 种以上
新化合物；实现 1-2 种现有大品种的工艺提升或者改进；实现 5 种以上化合物的產业应用。
4.使能技术体系与生物安全评估
研究内容：针对 DNA 化学合成的技术瓶颈开发 DNA合成的生物酶体外催化技术；开展非模板依赖的 DNA 生物酶合成、特异性碱基连接等研究；开发寡核苷酸合成功能模块、基于多酶系统的 DNA 合成错误修复技术、基于荧光能量共振或激光扫描的 DNA 合成長度检测功能模块；研制DNA 生物合成仪。
考核指标：获得 10 个以上 DNA 生物合成酶元件；单碱基生物催化 DNA 合成速度较现有技术提高 10 倍以上；DNA 生物合荿长度较现有技术提高 2-4 倍；建立自动化 DNA 生物合成技术体系核心零部件、主要原材料与配套试剂实现 国产化；与现有技术相比 DNA 生物合成综匼成本降低 1-2 个数量级。
5.1恶性肿瘤治疗性疫苗的设计与构建
研究内容：开展全合成、安全可控的恶性肿瘤治疗性疫苗的理论基础、设计原则、合成和评价研究；建立肿瘤新抗原的高通量、智能、模块化筛选方法研发 AI
算法，辅助人工抗原设计快速高效标定抗原防治效果；掌握免疫调控器件的设计和制备原则，开发系列模块化、智能化调控线路及器件设计合成具有一定通适性的仿生颗粒及细胞器等抗肿瘤疫苗输送底盘体系，推进治疗性疫苗的临床应用进程
考核指标：编写完成一个自动化、智能化抗原表位预测和疫苗设计的软件，建立 2-3 个有效抗原表位预测模型；搭建 5 种以上具有调控抗原表达、转运、呈递、及免疫触发过程的器件；设计合成至少 3 种以上新型佐剂及其调控器件组装成至少两种人工mRNA 疫苗调控线路。构建分别以人工
