2019年国家自然科学奖项目提名公示内容
2019年国家自然科学奖项目提名公示内容
2019年国家自然科学奖项目提名公示内容一、项目名称单分子相互作用的方法学研究和应用二、提名意见（适用于提名专家）三、项目简介研究分子间相互作用是分子科学领域的核心内容，是认识各种生化反应和生命过程的分子机制、研制新型材料与药物、以及发展疾病诊疗新技术的基础。
由于分子间作用往往是一个在纳米尺度上的动态、可逆的弱相互作用过程，发展高时空分辨的单分子研究方法，揭示被系综研究平均化所掩盖的分子特性，是阐明分子间相互作用本质和规律的关键。
本项目针对分子间相互作用研究中需解决的三个基本科学问题：即单对分子特异识别的作用力基础、多分子组装体系的分子协同作用机制和复杂生物体系的分子间动态相互作用规律，系统地发展了基于扫描探针显微镜及其与荧光显微成像联用的单分子分析表证新方法，取得系列重要成果。
1．建立了定量表征单对DNA/蛋白质相互作用强度的AFM单分子力谱法，揭示了核酸适体与靶蛋白特异识别的作用力基础。
通过测定单对核酸适体和蛋白质分子间非共价键断键力，发现化学抗体核酸适体和靶蛋白相互作用力可强于天然抗体与靶蛋白相互作用力，为核酸适体作为新型分子识别探针在生化分析中的广泛应用提供了理论依据；在此基础上，发展了基于核酸适体的血清中疾病相关生物分子免标记检测新方法，促进了核酸适体分析化学的发展。
2.通过对分子组装体系中分子间协同相互作用的高分辨STM研究，提出了调控表界面功能分子形成可控均一组装结构的新方法。
揭示了利用多氢键效应由非手性分子组装产生单一的表面手性及其手性传递、放大的分子机制，发现手性组装过程“多数原理”；通过调控动态共价键的热力学平衡及形成动力学过程，实现了稳定均一的二维分子纳米结构的构筑；在研究手性识别分离、纳米生物传感等方面具有重要意义。
3.发展了多参数表征活细胞中单分子动态相互作用的单分子荧光成像及其与AFM联用新技术，发现细胞膜上转化生长因子受体结构的动态变化、以及单体形成二聚体激活的信号转导新模式。
2019 年度国家科学技术奖自然科学奖提名公示内容
3）Nature 的 Asia Materials 的〈research highlight〉栏目以“Carbon cubes” 为题用一个版面对该项目新型碳纳米结构的工作进行了评述：“这种碳纳米结构 是第一次被观测到”、“发光特性使得这些纳米碳方块在兰-紫色纳米发光器件中 有着巨大的潜在应用”（附件：其它 2）；国际著名光学材料学家国际 Otto-Schott 奖和美国陶瓷学会 G. W. Morey 奖获得者浙江大学“长江”“杰青”邱建荣教授 在 Nanoscale 中 评 价 ：“ 杨 研 究 组 在 新 型 碳 纳 米 结 构 领 域 做 出 了 先 驱 性 （pioneering）的贡献，他们通过液相激光熔蚀技术合成多种碳纳米结构，并提 出了相应的合成机理”（代表引文 3）。
国家自然科学奖提名公示内容
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（2019年度）
ห้องสมุดไป่ตู้项目名称
中文名
基于核酸的分子识别和调控研究
英文名
The Molecular recognition and regulation of nucleic acids
提名意见
该项目属于化学学科中的化学生物学领域。项目以核酸为靶目标，运用化学生物学的方法，在小分子对核酸的识别和调控领域进行了长期、深入的研究，取得以下重要创新成果：揭示并实现了小分子对非规则核酸尤其是G-四链核酸识别和调控的新机制和新方法；创建了对肿瘤细胞具有特异杀伤作用的可诱导核酸交联剂新策略；开发了修饰核酸及核酸突变检测新方法。项目组成员长期坚持从事核酸化学生物学的研究，在国内外会议上作过多次大会邀请报告，8篇代表性论文被他引607次，其中SCI他引496次。已获得国家发明专利4项，项目主要完成者受聘教育部长江学者特聘教授，科技部973首席科学家，获得国家杰出青年基金资助，获得湖北省自然科学一等奖和湖北省科技进步一等奖，药明康德生物化学奖二等奖。
该项目8篇代表性论文被他引607次，其中SCI他引496次，研究成果被Nature子刊,Cell子刊和Chem Rev等杂志多次引用，高度评价，在国际上产生重要影响，提升我国在化学生物学领域的国际地位。部分成果获得湖北省自然科学一等奖和湖北省科技进步一等奖，药明康德生物化学奖二等奖。项目主要完成者获聘教育部长江学者特聘教授等人才计划。
2019年度国家科学技术奖自然科学奖提名公示内容
一项目名称
统计相关信号欠定盲分离理论与方法
二、提名意见
作为一门现代信号与信息处理技术，具有重大理论研究价值和应用前景。其 中，统计相关信号欠定盲分离是长期以来的国际难题。项目组通过多年攻关，取 得如下成果：
发现点 1：揭示了源信号数目估计、盲辨识与平行因子分析之间的内在联系， 建立了“源信号数目估计”和“概率聚类”的全新理论框架和方法，有效的解决 了波兰科学院外籍院士 Amari 等提出的“低稀疏度欠定盲辨识问题”；
第一完成人因其在盲分离领域的成就入选 IEEE Fellow 并先后担任 IEEE TNNLS 和 IEEE SMC 副主编，主持了基于盲信号分离的复合材料检测重大仪器专 项、国家自然科学基金重点项目。项目成果培育国家自然科学基金优秀青年基金 3 项、中组部“万人计划”国家科技创新领军人才 1 名、珠江学者特聘教授 3 名、 全国优秀博士论文提名 2 人。部分成果获教育部自然科学一等奖、广东省科技进 步一等奖。
8 篇代表性论文被 SCI 他引 576 次，总他引 1032 次；3 篇论文入选 ESI 前 1% 高被引论文，1 篇论文入选 IEEE CIS 计算智能社区热点论文。5 篇论文入选 所在刊物的年度特色论文（Featured Paper）。成果引起广泛关注，得到包括美、 英、加等 10 余位院士在内的国内外学者的高度评价。
四、客观评价
1.欧洲科学院院士、国际系统与控制科学院院士、澳门大学首席教授 C. L. Philip Chen（IEEE Fellow）和新加坡南洋理工大学 Changyun Wen 教授（IEEE Fellow）联合撰文指出：代表性论文 1 在非平稳欠定盲分离方面取得显著进展（As reported in [71], the developed approach in it can recover exactly the
2019年国家科学技术奖提名项目公示内容(自然科学奖)
附件：2019年国家科学技术奖提名项目公示内容（自然科学奖）项目名称: 海洋天然气水合物分解演化理论与调控方法提名者:谈和平，哈尔滨工业大学，教授，工程热物理一、提名意见二、项目简介（限1页）天然气水合物是最具开采价值的新型清洁能源，我国南海储量达800亿吨油当量，是我国石油与天然气已探明储量的总和，实现天然气水合物资源开发是我国重大战略需求。
天然气水合物开发过程存在水合物分解相变复杂、热质传递困难、储层胶结强度弱化显著等问题，导致水合物分解产气效率低、持续性差，甚至引起储层失稳等重大安全风险，因此实现其安全高效开采是世界性难题。
该项目在国家自然基金重点项目、973计划、国家科技重大专项等项目支持下，针对水合物分解多孔介质内复杂相态转化理论、含相变过程多相多组分运移机制、储层胶结强度弱化及其与海底结构物（井筒、桩基础等）相互作用机理等关键科学问题，开展了十余年的研究，取得了以下主要突破和科学发现：1. 发现了海洋天然气水合物分解相态转化-多相渗流-胶结弱化规律，建立了水合物分解运移与储层变形演化理论。
建立了海洋多组分体系水合物相平衡方程，突破了传统热力学模型的理论局限；首次发现了水合物分解亚稳态纳米气泡富集现象，认识了分解过程水合物再生成逆反应的内在本质；发现了微孔隙内水合物赋存形态转化特性，提出了水合物相变多相渗流模型，构建了水合物分解气、水运移理论框架；发现了水合物储层粘聚力随水合物分解的衰减规律，揭示了水合物储层变形过程中胶结结构的演化机制。
2. 揭示了海洋天然气水合物分解驱动与失稳机理，提出了水合物分解强化与储层安全调控方法。
发现了天然气水合物分解存在压差驱动-显热主导-传热控制表观动力学演化三历程，提出了压-热联调强化水合物分解方法；首次发现了二氧化碳水合物具有更高的抗变形能力，创造性地提出注二氧化碳强化储层结构强度方法；建立了水合物储层与结构物相互作用模型，确定了水合物分解对海底结构物的影响边界。
2019年国家自然科学奖提名公示
2019年国家自然科学奖提名公示一、项目名称：低维量子结构的物性调控及其原理性应用二、提名者：中国科学院提名意见:该项目围绕功能纳米量子结构的组装与物性调控开展了深入系统的研究，取得了一系列在国际上有较大影响力的原创性基础研究成果。
在结构组装及生长机制方面，通过改变功能分子末端官能团等手段在固体表面实现了纳米结构的可控组装，发展了一种被广泛应用的单一溶剂中制备单分散贵金属及合金纳米粒子的组装方法等。
相关成果对三维有序组装和纳米功能器件的构造具有重要的参考价值和指导意义。
在物性调控方面，首次通过改变功能分子吸附位置实现了单分子自旋量子态的可控调制，首次在金表面上构造了具有固定偏心轴的单个分子转子，实现了大面积有序阵列的组装，利用单分子自旋可逆“开关”的近藤效应，首次实现了对单个自旋量子态的可逆控制等。
相关研究成果引起了国际同行的广泛关注，被选为Physical Review Letters 的“Editors' Suggestions”，美国物理学会Physics、英国物理学会PhysicsWorld、英国皇家化学会、Nature-Asia和Nature China等进行了亮点报道，称相关工作是“实用的单分子转子、单分子发电机／无线电辐射器构造组装的重要研究”和“原理上证实了实用化单分子器件的构造”等。
8篇代表性论文被SCI 他引867次。
该项目的一系列相关成果得到了国内外同行专家的高度认可与积极评价，具有重要科学价值。
提名材料属实，符合提名要求。
提名该项目为国家自然科学奖二等奖。
三、项目简介：低维纳米量子结构的可控制备、物性调控及其原理性应用是凝聚态物理领域前沿研究的重要方向。
该项目主要是在单个原子或单个分子层次上直接“观察”纳米量子结构，结合理论计算深入理解其组装机制，进而实现对其结构与物理性质（如自旋特性）的调控，追求功能化，为在未来功能器件中的原理性应用奠定基础。
该项目的主要研究内容包括功能纳米量子结构的组装及机制和功能纳米量子结构的物性调控及其原理性应用两个方面。
2019年度国家自然科学奖提名项目公示
2. 针对发现点 2，IEEE Fellow、“IEEE 计算智能学会”会刊主编 Kay Chen Tan 教授，在其论文中使用整段篇幅，介绍了本项目的研究成果；发表在国际神 经网络学会会刊 Neural Networks 上的论文，评价本项目提出的“基于局部抑 制的„不变集‟方法对多稳定分析非常有效”； IEEE Fellow、 悉尼科技大学 W. X. Zheng 教授，发展了本项目提出的方法，在 IEEE TNN、Neural Networks 等 神经网络领域国际著名期刊上陆续发表 4 篇论文，研究了一系列不同神经网 络的多稳定性。 3. 针对发现点 3，IEEE Circuits and Systems Society Newsletter 副编辑、澳大利 亚西澳大学 Herbert Iu 教授指出本项目研究的不变集问题“非常具有挑战性”。 IEEE Fellow、UIUC 的 Meyn 教授评价本项目在 Oja 子空间学习算法收敛性 的工作完成了“复杂的证明”。IEEE Fellow、加拿大 Concordia 大学著名神经 网络专家 Swamy 教授，在 2014 年出版的专著中用一整段评价本项目提出的 方法 “ 保证了 GHA 的全局收敛性，显著地加速了学习算法收敛 ” 。 IEEE Fellow、AIMBE Fellow、IAPR Fellow J. Tian 教授发表在国际会议 IAPR ICB 上的论文以 31 行篇幅引用并采用本项目提出的方法用于指纹图像处理。
2019 年度国家自然科学奖提名项目公示
项目名称 提名者 提名意见： 神经网络的若干关键基础理论研究 四川省
我单位认真审阅了该项目的提名材料，确认全部真实有效，相关内容符合国 家科学技术奖提名要求。 该项目重点对神经网络的收敛性、周期性振荡等动力学行为，子空间学习算 法的收敛性以及神经网络的非线性增强本质机理等若干关键基础理论问题进行 研究，获得了一系列系统性的研究成果，形成了若干集解决思路、研究方法和分 析技巧为一体的理论分析框架， 深刻揭示了神经网络的收敛性、稳定性等本质特 征 。 项 目 代 表 性 成 果 论 文 全 部 发 表 在 该 领 域 的 国 际 一 流 学 术 期 刊 IEEE Transactions 系列上，得到了美国、加拿大、德国、法国、澳大利亚、俄罗斯等 数十个国家的研究学者的引用和评价， 为神经网络的实际应用提供更为坚实的理 论基础， 对于促进神经网络理论研究和技术进步起到了积极的推动作用。项目取 得的理论研究成果已经成功应用在了基于神经网络的情境驱动 3D 表情动画、多 神经网络融合的入侵检测方法、 基于神经网络的智能印章识别上，获得了多项国 家发明专利。 对照国家自然科学奖授奖条件，提名该项目为国家自然科学奖 二 等奖。
2019年国家自然科学奖提名公示
2019年国家自然科学奖提名公示项目名称 高维图像类脑化语义信息提取理论与方法提 名 者 工业和信息化部提名意见该项目围绕高维图像类脑化语义信息提取展开研究，是国际学术前沿和国家战略需求中的重大科学问题，取得了具有重要创新性和理论价值的基础研究成果。
受大脑基于部件的认知过程启发，提出了一套语义可解释鉴别化紧致特征提取理论和方法，达到了认知可解释和特征可鉴别的统一。
受大脑协同思维的启发，提出了基于时空协同和内部协同的图像协同处理架构，显著提升了图像识别的准确率。
受大脑演化认知特性启发，提出了基于演化表达的图像信息描述理论和方法，突破了手工设计描述子的局限。
该项目的研究成果得到了中国、美国、英国、加拿大等国院士和IEEE/ACM/OSA/SPIE/IAPR/AAAS Fellow等国际同行的高度认可。
有力推动了本学科及相关学科的发展。
符合国家科学技术奖的推荐条件。
提名该项目为国家自然科学奖二等奖。
项目简介针对语义丰富的高维图像信号，借鉴和发展脑科学、认知科学的成果，对高维图像进行类脑化处理是减少和消除语义鸿沟重大问题的关键，代表了当前信息领域的发展方向之一。
本项目以类脑化处理为手段，建立了语义可解释、协同认知、演化表达三个方面的高维图像语义信息提取理论和方法。
取得了如下科学发现：1.受大脑基于部件的认知过程启发，提出了同时提取隐藏语义和保持内在流形结构的非负矩阵分解理论框架，并进一步将其发展为流形正则化稀疏非负矩阵分解方法并应用到高光谱图像处理和恢复中，解决了非负矩阵分解可解释性强但鉴别能力弱的难题。
还提出了确定性列矩阵分解子空间学习方法。
形成了一套可解释鉴别化语义特征提取理论和方法，一定程度上达到了认知可解释和特征可鉴别的统一。
2.受大脑协同思维的启发，提出了图像及视频的协同处理框架：针对视频内容识别，提出了时空拉普拉斯金字塔协同编码机制，能够同时捕获结构信息和运动信息，克服了传统方法误配准问题。
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公示内容
一、项目名称：原子气体玻色-爱因斯坦凝聚研究 二、提名单位意见：
该项目致力于激光冷却原子实现玻色-爱因斯坦凝聚（简称 BEC）的研究， 使中国成为少数最先实现 BEC 国家之一，取得如下系统性和创新性的研究成果： 1) 提出并建立玻色-爱因斯坦凝聚可积模型，预言分数量子涡旋态并被实验证实。 2) 提出有限温度量子隧穿的周期瞬子方法，发现非阿贝尔约瑟夫森效应。3) 建 立团簇动力学平均场理论，发现超逆流凝聚态。建立了光晶格中冷原子平台，提 出了光晶格钟的理论模型，获得了影响精度的各种参数。
提名该超过 1200 字）：
该项目属物理学中的原子分子物理学领域。 激光冷却原子并实现玻色-爱因斯坦凝聚（简称 BEC）是 20 世纪末物理学的 重大进展。1997 年以来已有 4 次诺贝尔物理学奖授予了与冷原子和精密测量相 关的科学家（1997、2001、2012、2018 年）。超冷原子 BEC 具有独特的量子力 学波动性、宏观量子相干性及人工可调控性，是研究量子力学基本问题的重要平 台，对发展原子钟、原子芯片等高新技术具有战略意义，成为世界发达国家抢占 的制高点。 (1). 提出并建立玻色-爱因斯坦凝聚可积模型，预言分数量子涡旋态并被实 验证实。在国际上率先开展激光冷却原子的实验研究，使中国成为少数最先实现 BEC 的国家之一。提出超冷原子 BEC 相变的关键判据，得到诺贝尔奖获得者 C. E. Wieman 教授的高度评价。建立参数可调的 BEC 可积模型并得到精确解，这 是冷原子多体薛定谔方程精确解的最早工作，第一次理论上定量地解释了 W. Ketterle 教授获得 2001 年诺贝尔奖的实验结果。预言旋量玻色－爱因斯坦凝聚体 的分数涡旋态和涡旋晶格态，被韩国国立大学 Yong-il Shin 教授实验组证实。该 系列工作被 3 篇 Rev. Mod. Phys. 综述论文大幅引用和肯定。 (2). 建立周期瞬子方法，发现非阿贝尔约瑟夫森效应。提出周期瞬子方法来 计算在高、低能区都适用的有限温度量子隧穿，解决了量子力学基本理论中的一 个难题。预言冷原子量子隧穿效应，被佛罗伦萨大学 G. M. Tino 教授实验验证。 首先在国际上实现冷原子射频导引和原子芯片 BEC，得到诺贝尔奖获得者 W. Ketterle 教授的高度评价。 (3). 建立团簇动力学平均场理论，发现超逆流凝聚态。建造了可移动式冷原 子小喷泉钟、超高精度空间冷原子钟，为超高精度空间时频网络及下一代空间导 航系统奠定基础。建立了光晶格钟理论模型，发现镱原子光晶格钟可达到运转 137 亿年误差不足一秒的精度，比现有的铯原子钟精确 1000 倍，为光晶格钟奠 定了基础，被 Science 等期刊专门评述，应诺贝尔奖获得者 C. Cohen-Tannoudji 教授邀请，撰写其主编《原子分子年鉴》第三章。 该成果 8 篇代表性论文包括 5 篇 Phys. Rev. Lett.，SCI 他引 886 次，2 篇入 选 SCI 高被引论文，1 篇入选 2009 年中国百篇最具影响国际学术论文。被著名 综述期刊 Rev. Mod. Phys.、Phys. Rep.、Science、Nature 等发表专题评价。应邀 撰写中英文专著共 10 章。在重要国际学术会议作大会报告 50 次，其中 2010 年 在第 22 届国际原子物理学大会作大会报告，这是中国科学家首次在这个大会上 作邀请报告。该成果建立了原子 BEC 基本理论，发展了冷原子钟、原子芯片等 高新技术，引领并推动了冷原子物理及精密测量相关领域的发展。
该项目 8 篇代表性论文被 SCI 他人引用 886 次，2 篇入选 ESI 高被引论文， 1 篇入选 2009 年中国百篇最具影响国际学术论文。多个著名科学期刊如 Rev. Mod. Phys.、Phys. Rep.、Science、Nature 等发表专题评价他们的工作。2010 年 被邀请在第 22 届国际原子物理学大会（ICAP）作大会报告，这是中国科学家 第一次在这个大会上作邀请报告。项目建立了原子玻色-爱因斯坦凝聚基本理论， 首创国内冷原子钟、原子芯片等核心技术，引领并推动了冷原子物理及精密测量 相关领域的发展，获 2016 年北京市科学技术奖一等奖。
四、客观评价：
国内外同行评价： 多个著名综述期刊例如 Rev. Mod. Phys.、Phys. Rep.、Science 等对项目理论 和实验研究发表专题评论。 (一)、提出并建立玻色-爱因斯坦凝聚可积模型，预言分数量子涡旋态并被 实验证实的国际同行评价。该团队在国际上率先开展激光冷却原子的研究，使中 国成为少数最先实现玻色－爱因斯坦凝聚（简称 BEC）的国家之一（Chin. Phys. Lett. 20(2003)799）。在实现玻色-爱因斯坦凝聚的初期，判断发生凝聚是一个重要 问题。他们的实验给出了新的相变判据（Wenxian Zhang, Z. Xu, L. You, “The sudden shrinking of the average length, as observed in an earlier experiment by Wang et al. （Chin. Phys. Lett. 20, 799 （2003））, is shown to be a good indication for Bose-Einstein condensation”，Phys. Rev. 72, 053627 （2005））。2001 年诺贝尔物 理学奖获得者 Wiemann 教授评论了他们的实验：“实现玻色-爱因斯坦凝聚在任 何一个实验室都是一个挑战”。 预言旋量 BEC 分数涡旋态（代表性论文 2，简称论文 2），被韩国国立大学 Yong-il Shin 教授实验证实（他人引用代表性引文 1 和 2，简称引文 1 和 2）。 2012 年 Y. Kawaguchi 等人发表在 Phys. Rep. 上的综述文章引用了他们 4 篇系列文章 （包括论文 1，6），认为这是一种新的拓扑量子态，开创了高自旋涡旋态研究的 新领域（引文 3）。 建立新的 BEC 可积模型并利用 BEC 产生调幅和调频的原子激光（论文 1， 3），被认为是关于 Feshbach 共振条件下 BEC 及其稳定性的最早工作之一，引发 了新的理论和实验研究（证明材料），被 SCI 他引 280 次，入选 SCI 高被引论文， 也是迄今为止中国在冷原子领域被 SCI 引用最高的论文之一。2000 年 C. K. Law 等人利用他们的精确解研究了凝聚体的 Dressed 态（引文 4)。2007 年 L. S. Cederbaum 等人利用精确解研究了不同类凝聚体的干涉（引文 5)。 (二)、建立周期瞬子方法，发现非阿贝尔约瑟夫森效应的国际同行评价。2005 年首先在国际上提出高频势阱方案并实现冷原子射频导引和原子芯片 BEC，获 得了具有自主知识产权的原子芯片（Chin. Phys. Lett. 22(2005)2526），达到了国 际先进水平（证明材料），得到了 2001 年诺贝尔物理学奖获得者 W. Ketterle 教授 的高度评价：“中国同行的工作令人印象深刻”国附件 31，32)。 提出在高、低能区都适用的计算量子隧穿的周期瞬子方法，使有限温度量子 隧穿的计算变为可能，解决了量子力学基本理论中的一个难题（论文 5）。2006 年出版的德国 Kaiserslautern 大学 H.J.W. Muller-Kirsten 教授的量子力学教程 （Introduction to Quantum Mechanics：Schrodinger Equation and Path Integral，