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七位科学家因何摘得“未来科学大奖”?

《科技生活》周刊||热度 ( )

编辑/吉菁菁 校对/肖园

企业 9月8日下午,有着“中国民间诺贝尔奖”之称的“2018未来科学大奖”在北京揭晓,共有7位科学家获得三个科学领域的大奖:李家洋、袁隆平、张启发获得生命科学奖,马大为、冯小明、周其林获得物质科学奖,林本坚折桂数学与计算机科学奖。

关注原创性基础科学研究的未来科学大奖成立于2016年,是由科学家、企业家群体共同发起的民间科学奖项,奖励在大中华区做出杰出科技成果的科学家(不限国籍)。大奖目前设置“生命科学”“物质科学”和“数学与计算机科学”三大奖项,单项奖金100万美元(约合人民币688万元)。这七位科学家摘得百万美元“未来科学大奖”,是因为他们做出了产生巨大国际影响、具有原创性、长期重要性或经过了时间考验的科研工作,推动基础科学研究突破性的发展。

“生命科学”奖:李家洋、袁隆平、张启发

他们改进了水稻性状,实现了水稻的高产优质

水稻承担着养育中国乃至全世界半数以上人口的重任。水稻的产量和品质受到遗传和环境等多种复杂因素的综合影响,人类对这些性状的控制能力仍然十分有限。同时,中国南北地域的多方差异对水稻优质品种的选育提出更高的要求。因此,持续改进水稻的性状、实现水稻的高产优质是当代科学家们不懈追求的目标。

▲ “ 杂交水稻之 父”袁隆平在海南 三亚超级稻“超优 千号”示范基地, 察看超级水稻的长势

袁隆平开创性地培育出第一个水稻雄性不育系,使杂交水稻成为可能,并得以广泛应用于农业生产中,极为显著地提升了水稻的产量。

企业 不同亲本杂交所产生的后代其性状会优于亲本,这种现象称为杂种优势。水稻是自花授粉植物,自然情况下难以存在不同亲本水稻的杂交后代,杂种优势亦不能得以体现。但是水稻雄性不育系的培育、杂交水稻育种体系的成功,证明杂种优势同样可适用于水稻,由此奠定了利用杂种优势有效地选育高产高抗水稻品种的理论基础。

企业 继袁隆平在杂交水稻领域的突破性工作后,张启发和李家洋开拓性地将现代分子遗传学和基因组学技术应用于水稻育种中。

企业 张启发创造性地构建了水稻“永久F2群体”,阐释了杂种优势的遗传学基础,并首次发现了控制水稻穗粒大小的基因。他的研究成果显著地降低了杂交育种的随机性,极大地拓展了杂种优势在水稻育种中的应用。

企业 与张启发在杂种优势的工作相辅相成,李家洋致力于研究水稻株型对其产量的影响,发现水稻分蘖数和穗型是产量的决定性因素。他提出通过株型间的特定组合寻找在光合作用效率与土地利用率等各方面的理想株型来设计选育高产优质超级稻的新思路,以此思路为指导,李家洋培育出20个水稻新品种。自2016年起,这些水稻新品种的种植面积已达3500万亩。

企业 李家洋、袁隆平和张启发在推动水稻产量可持续增长的“命题”下相得益彰,获得了重大成就。他们的原创性工作对中国在基础科学领域以及国计民生的巨大影响博得国际科学界的公认。

企业 据此,他们三人共同获得“未来科学大奖-生命科学奖”,每人分获三分之一的奖金。

“物质科学”奖:马大为、冯小明、周其林

他们发展的催化剂,为合成有机分子提供了新途径

企业 发展新的化学反应及合成策略是现代化学和分子科学的基石之一。化学工作者在创造新物质的过程中,催生、带动和促进了诸多相关学科领域的发展,包括新药研发、香料工业、材料科学、基因测序等领域。同时,合成化学为人类在分子水平认知物质世界和生命,提供了重要方法和基础。

企业 在过去的100多年里,合成化学取得了巨大的发展,为原子之间成键和断键提供了多种模式。然而,实现键的断裂和形成的精准性和高效性高度依赖于可以有效促进反应并控制区域和立体选择性的催化剂。

基于理性的分子设计和创新的思路,马大为、冯小明和周其林分别发展了各具特色的催化剂,极大地促进或改变了几类重要有机化学反应的发展。

马大为以氨基酸铜的络合物为催化剂实现了碳–氮键的高效构筑,为含苯胺片段的药物及材料的合成提供了一种简便、实用的方法。

▲马大为发现了制药合成分子环节中最关键的过程, 叫碳- 氮键合成,这是目前世界上运用的最多的一个反应,已经有很多药用他的方法合成,应用范围很广

“如果把催化剂比作一台挖掘机,催化剂中的金属相当于钻头,它的配体就是助推器,马大为找到了目前推力最大的助推器,而且钻头用的是很便宜的金属。因此被医药和材料领域广泛应用。”中科院院士、上海有机化学所所长丁奎岭打了一个形象的比方。

据介绍,马大为找到的“助推器”,目前已广泛应用于新药研发和新材料创制,应用超过1000次。荷兰皇家帝斯曼集团的抗高血压药物培朵普利中间体的吨级生产就用了他的反应;英国一家医药公司生产的用于干眼病治疗药物也已上市,其关键的制备过程也用了他的反应。至今已有600多项美国专利利用他改进的设计合成路线。

企业 周其林基于螺双二氢茚优势配体骨架设计和发展了多种新型手性螺环配体及催化剂。手性,即一个物体与其镜像不重合,是自然界的本质属性之一。作为生命活动重要基础的生物大分子,如蛋白质、多糖、核酸和酶等几乎全是手性的,这些小分子在体内往往具有重要生理功能。含手性因素的化学药物的对映体在人体内的药理活性、代谢过程及毒性存在显著差异。当前手性药物的研究已成为国际新药研究的主要方向之一。其中,超高效不对称催化氢化的手性螺环铱、铑催化剂提供了高效合成手性药物和关键中间体的新方法、新技术。这些催化剂被国内外同行称为“周氏催化剂”,已经成为南开化学的标志性成果。同时成为合成化学中一个不可或缺的工具,被全球40多个研究组借鉴使用,还被多家制药公司用于手性药物的生产。

企业 冯小明设计合成了系列手性双氮氧配体及催化剂,以优秀的对映选择性实现了多种手性Lewis酸催化的碳–碳成键新反应,为一些重要生理活性手性化合物的合成提供了有效方法。

马大为的马氏胺化反应,周其林的周氏手性螺环配体及催化剂,冯小明的冯氏手性双氮氧配体及催化剂在国际上学术界和工业界得到了广泛的认可和应用,共同获得“未来科学大奖-物质科学奖”,马大为获得50%奖金,冯小明和周其林平分另外50%奖金。

“数学和计算机科学”奖:林本坚

他使半导体芯片缩减到纳米量级,制造了世界上80%的晶体管

“没有浸润式光刻科技就没有IT的今天,毫不夸张。大概从2006年开始至今,世界上所有的高端芯片——包括咱们人手一部的手机里的核心芯片,人工智能芯片、5G芯片、比特币挖矿芯片,无一不是浸润式光刻科技制造的。”软银远景基金合伙人同时也是未来论坛理事会轮值主席的陈恂说。

企业 而世界上第一个提出这个科技的就是林本坚。林本坚一系列突破性的创新所开拓的浸润式微影(也称光刻)方法,革新了集成电路的制程,过去十五年以及可预见的未来,为建造最强大的计算和通信系统做出了关键贡献。

▲中研院院士,台积电前研发副总经理林本坚,不仅让全球半导体制程得以往下推进7个世代, 也让台积电由此跻身一线大厂、主导业界规格

2002年,全球芯片产业进入发展瓶颈期,摩尔定律也因此止步不前。芯片产业所遇到的问题主要出自光刻技术。光刻技术决定晶片上的最小图形尺寸,可以说是芯片生产中最重要的一道步骤。

企业 传统的“干式”微影自1959年半导体工业界发明平面集成电路以来被持续使用了四十年,然而受限于基本光学衍射,在90年代后期,用该方法制造特征尺寸小于65纳米的芯片面临无法逾越的瓶颈。

林本坚预见昂贵的“干式”微影技术将进入死角,在美国一个研讨会上,他抛出了一个“疯狂的想法”,提出“运用水作为193纳米浸润式的介质,可以超过干式的157纳米”的论点,建议使用浸润式或“湿式”微影。该方法是一种新的微影工序,透过液体介质置换透镜和晶圆表面之间的气隙以提高光学解析精度。虽然原始的浸润式概念在80年代曾提出过,但距离可实现的方法很远。

企业 为使得全面表征及优化浸润式微影系统,林本坚定义并导出了关键性能指标和缩放公式,为极高解析度的三维浸润式微影光学系统规范了必须遵行的缩放定律。他还研发出克服液体中微气泡形成的方法,开拓了在热力学极限下,经由水而衍射的微影工序。

他的一系列发明在科学和工程上证实了“湿式”微影方法可用于最先进的IC制程,他的突破性发明和持久的技术引领促使全球半导体工业界改用“湿式”微影方法。在过去的十五年中浸润式微影方法用最有成本效益的193nm ArF为激光源显影,将IC技术节点从65纳米循产业路线图持续降至7纳米,使得摩尔定律得以持续延伸了七代。根据IEEE近期的数据统计,浸润式微影技术制造了至少世界上80%的晶体管。

今年是集成电路诞生六十周年,自六十年前发明集成电路以来,半导体技术推动了人类历史上最大的工业及社会化革命。这位极具成就的科学家和发明家,作为半导体工业界的英雄、“浸润式微影之父”,林本坚摘得“未来科学大奖-数学和计算机科学奖”不仅恰当且意义深远。■

(综合自“未来论坛”微信公众号、《解放日报》《中国科学报》)

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