交叉科学部重大项目指南、生命科学部重大项目指南.docx

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1、附件9交叉科学部重大项目指南2023年交叉科学部共发布7个重大项目指南，拟资助6个重 大项目。项目申请的直接费用预算不得超过1500万元/项。“基于反铁磁的高密度存储器基础研究”重大项目指南基于反铁磁的存储器具有高集成度、超高速、天然抗辐照等 优点，是“后摩尔时代”非易失存储器的关键技术之一，有望解 决硅基存储器的集成度（小于IOnm）、速度（小于1ns）和功耗 瓶颈，具有重要战略意义与应用价值。通过发展物理、材料、微 电子和集成电路等多学科交叉融合基础研究，以反铁磁超薄膜作 为信息载体，实现全电学超快写入及读取，研制超高密度存储阵 列，形成自主知识产权，力争在下一代存储器领域占据引领地位。一

2、、科学目标面向IOnm尺度集成电路的重大需求，针对反铁磁本征的电 学调控、读取及稳定性等科学问题，建立和发展反铁磁调控的物 理模型和测量方法，深入研究不同尺寸的反铁磁器件稳定性调控 规律及其光电磁耦合作用机制；探究反铁磁器件全电学写入的皮 秒级动力学过程；揭示高可靠反铁磁器件的磁电阻读取机制，研 制出IOnm以下的反铁磁存储器件原型及阵列。二、研究内容（一）反铁磁存储器的信息存储机制。探究反铁磁器件随特征尺寸降低的热稳定性调控机制，以及 反铁磁磁矩与光电磁的相互影响机制，发展基于反铁磁/铁磁界面 交换偏置或反铁磁的信息存储方法，实现10以下信息的稳定 存储功能。（二）反铁磁存储器的全电学超快写

3、入方法。实现电荷流向自旋流的高效转化，并明确转化机制。开发新 型超快电脉冲产生方法，揭示自旋轨道矩翻转反铁磁磁矩的动态 机制，完成对反铁磁存储器全电学超快写入（写入速度lns）。（三）反铁磁存储器的信息读取机制。揭示反铁磁存储器件的磁电阻机制，结合微观理论、多界面 耦合模型和跨层次膜堆设计方法，开发兼容CMOS的反铁磁存储 器工艺，实现磁电阻率150%的原型器件及阵列。三、申请要求（一）申请书的附注说明选择“基于反铁磁的高密度存储器 基础研究”，受理代码选择T01。（二）咨询电话:010-62328382o“印刷制备纳米光子结构生物检测芯片研究”重大项目指南生物标志物的超灵敏、快速检测是生命健

4、康领域的重大需求 之一。当前生物检测技术面临高灵敏、低成本与便捷性不可兼得 的困境。通过化学、材料学、光子学、信息学、生命科学等学科 的交叉融合研究，结合纳米光子学与超材料等前沿进展，探索不 同尺度生物标志物在印刷纳米光子结构上的光学共振特性，实现 印刷纳米光子结构生物芯片超灵敏检测应用。一、科学目标面向超灵敏生物检测的重大需求，发展印刷制备纳米光子结 构生物芯片的基础理论和关键技术，系统研究印刷纳米光子结构 的能带调控规律及带隙调控的结构阈值，开发印刷纳米光子结构 芯片，实现病毒颗粒及生物大分子等生物标志物的快速超灵敏检 测，发展新型纳米光学成像与生物检测系统。二、研究内容（一）印刷墨滴精确

5、成型制备纳米光子结构芯片。基于微纳米尺度制造中的表界面效应、尺度效应，探究纳米 印刷过程中“气-液-固”三相线动态行为的控制原理，研究功能 墨滴的宏量制备及其在表界面上的定位、收缩、成型演化规律， 高精度印刷制备纳米光子结构芯片，印刷精度达IOOnm。（二）低维纳米光子晶体结构能带调控规律。探究印刷纳米光子结构中纳米基元的种类、尺寸以及组装方 式对光学性质的调控规律，包括共振峰波长、强度、光谱响应灵 敏度等，系统研究光子结构-光谱能带调控机制，以及光子结构超 材料的结构调控阈值。（三）超灵敏快速生物检测机制及技术。探究印刷纳米光子结构芯片中电磁高阶多极子共振行为与被 识别生物标志物的相互作用机

6、制，实现纳米尺度（10Onm）生 物标志物（病毒颗粒及生物大分子等）的无标记、高灵敏、可视 化快速检测（小于30 min）,用于疾病辅助诊断和监测。三、申请要求（一）申请书的附注说明选择“印刷制备纳米光子结构生物 检测芯片研究”，受理代码选择T01。（二）咨询电话:010-62328382o“类生命机器人智能”重大项目指南智能是机器人实现认知、决策与协同等作业的先决条件，以 计算机、芯片等为运算载体的硅基智能和以生物细胞为承载单元 的碳基智能具有各自的智能处理优势。探索硅基-碳基从底层细胞 到高层行为多尺度的交互融合机制，突破离体生物神经网络可控 制造、培养与训练发育关键技术，实现生物神经网络

7、信号传播路 径与网络拓扑结构的高精度辨识和解析，建立基于类生命原理的 机器人智能学习理论方法体系并完成关键技术研发，对智能科学 的创新发展具有重要意义。一、科学目标针对碳基-硅基智能多尺度深度融合面临的理论方法瓶颈问 题，研究生机界面交互机理，探索生物神经网络定向引导生长发 育和智能生成原理,揭示运动皮层神经网络控制运动的神经机制, 提出生物智能与机器智能多尺度融合理论，形成基于机器人动作 行为驱动的智能训练生成范式，建立生物神经网络映射到人工智 能算法的类生命李生智能生成理论，突破当前智能的能力边界。二、研究内容（一）生机界面光电交互理论与模块构建。研究生机界面光电信息动态交互理论与方法，构

8、建具备网络 重构性、传感与刺激双向能力、位点与数量可控的三维神经光电 极，研制高通量、生物相容的生机界面交互模块；实现对多脑区多神经元的活动信号实时记录与读取、光遗传和电刺激操控。（二）离体生物神经网络构型制造与精准刺激调控。结合自组装、跨尺度生物制造、脑功能模块融合等技术，构 建具有行为决策等人脑特定结构和功能特征的脑类器官；实现对 脑类器官的长时培养、动态发育以及信息交互，完成对离体神经 网络功能活动的高通量实时动态读取和多因素耦合刺激调控。（三）神经信息编解码原理与生物智能生成机制。利用小型模式动物与非人灵长类动物研究神经集群动态表征 运动行为的机理、脑与外界的交互机制等神经编解码原理，

9、建立 基于实时反馈生成最优运动控制的计算模型；建立微电极阵列和 光刺激等混合方式的生物-机电接口系统，实现生物神经网络与机 器人系统的双向交互。（四）基于动作反馈的离体生物神经网络智能生成。研究基于光、电、化学等多模态手段的离体神经网络活动记 录与调控方法，探索离体神经网络定向发育的调控机理；结合脑 类器官离体调控机制与在体神经运动控制机制，利用机器学习等 方法，开发基于机器人动作反馈的离体神经网络训练范式，实现 离体神经网络对机器人运动的高效控制。（五）离体生物神经网络季生映射与类生命智能验证平台。揭示离体神经网络的信号传播路径与神经响应规律，研究生 物神经网络动力学特性，实现其结构拓扑性映

10、射与神经活动功能 性映射，构建等效的李生数学化表达模型；研制同时具备神经信-7 -号采集分析、多源刺激手段、任务执行和训练回路的类生命机器 人智能实验验证平台，完成针对机器人任务的动作行为训练，实 现动物运动机制和控制技巧的类生命迁移。三、申请要求（一）申请书的附注说明选择“类生命机器人智能”，受理 代码选择TO2。（二）咨询电话:010-62328382O疫苗佐剂在提升抗原稳定性、增强免疫应答等方面起关键作 用，是疫苗成功研发的重要因素。颗粒佐剂可以高效递送抗原并 激活免疫应答，但其增加免疫持久性、增强免疫应答和黏膜保护 效果等机制仍需进一步研究。因此，解决颗粒佐剂如何通过与免 疫系统时空互

11、作增强免疫应答这一关键科学问题，可以推动疫苗 颗粒佐剂的理性构建，探索免疫干预新策略，为佐剂开发提供新 理论体系和跨学科技术平台。一、科学目标面向流感、新冠等重大传染病防控需求，基于可降解、可转 化的、结构性质可控的新型佐剂颗粒系统，聚焦注射型和黏膜型 疫苗在淋巴结富集、黏液渗透、跨黏膜细胞层输运、细胞内吞以 及胞内递呈等多尺度过程，揭示抗原与佐剂的物化性质、递送过 程、递送次序等与免疫应答的映射关系，阐明这些疫苗递送要素 对多尺度递送过程和免疫应答的影响和机制，实现疫苗佐剂系统 的理性构建和免疫增效。二、研究内容（一）免疫增效单元的理性设计及构建。基于模式识别受体的新机制和新通路等，通过有机

12、合成、分 子对接等方法，建立免疫增效单元的虚拟或实体分子库；融合计 算机模拟、人工智能虚拟筛选等前沿技术，根据颗粒佐剂组装和 递送需求，对免疫增效单元进行设计和优化，为颗粒佐剂的组装、-9 -递送以及免疫增效提供物质基础。（二）颗粒佐剂体内多尺度递送的表征及机制。针对疫苗尤其是黏膜疫苗的体内递送过程研究手段少、表征 难等问题，基于结构性质可调可控的颗粒系统，发展疫苗多尺度 递送过程的表征与评价新方法，从颗粒佐剂的组织器官驻留、组 织内空间分布、扩散规律等多维度研究佐剂的体内递送过程，并 揭示影响佐剂分布的关键分子和机制。（三）疫苗时序性递送对免疫应答的影响和规律。研究抗原、分子激动剂与颗粒佐剂

13、的作用机制，针对疫苗组 装与释放需求，实现对疫苗各组分（抗原、免疫增效单元等）的 可控释放；通过多组学、人工智能等技术，探索颗粒佐剂的呈递 要素（如组分、组装方式等）对疫苗时序性递送效果的影响，揭 示其与免疫应答的量效、构效、剂效关系。（四）颗粒疫苗佐剂免疫增效的作用机制。结合计算机模拟的分析模型、分子示踪、时空转录组等方法, 鉴定颗粒佐剂增强免疫应答过程中的特征性细胞、分子通路等， 基于颗粒佐剂物化性质-体内递送过程-免疫应答效果的映射关 系，探索颗粒佐剂免疫增效的作用机制。三、申请要求（一）申请书的附注说明选择“颗粒佐剂的时空递送及免疫 机制研究”，受理代码选择To3。（二）咨询电话:Ol

14、o-62327096。“病毒感染与免疫应答的跨尺度力学调控”重大项目指南力是贯穿生命体各个尺度的统一物理量，细胞与组织具有复 杂的力学环境，病毒粘附与膜融合、跨膜受体-配体识别、胞内信 号转导与骨架重组等病毒入侵和免疫应答过程均受到力学调控， 而目前对其作用机制和基本规律尚缺乏深入研究。本项目拟围绕 力学因素介导的跨尺度病毒入侵与免疫防御的力学-生物学耦合 机理等问题，聚焦力学刺激与生物学效应之间的量效及因果关联, 揭示病毒入侵宿主和宿主免疫应答的分子机制，探索建立病毒感 染与免疫应答的跨尺度力学调控研究新范式。一、科学目标发展可复现宿主和免疫细胞及其所处特定组织力学微环境、 实现活细胞分子力

15、学直接测量的可视化技术平台。突破在体原位 分子力学探针、多模态力学操控与生物学功能同步表征、跨尺度 多维度数据挖掘等方法学瓶颈。探讨力学因素在病毒突变演化中 的作用及其调控病毒免疫逃逸的机制，阐释病毒感染与免疫防御 的跨尺度力学-生物学耦合规律。二、研究内容（一）病毒入侵宿主细胞与演化的力学机制。针对病毒入侵宿主细胞的动力学过程，聚焦病毒表面蛋白与 宿主细胞受体相互作用，研究力调控病毒表面蛋白与受体互作的 动态过程，探索力学因素介导病毒入侵和演化的机制，发展基于 力学调控规律的抗病毒新策略。（二）免疫细胞识别与应答的力学调控。面向病毒入侵触发的免疫应答过程，聚焦介导免疫识别的配 体-受体体系，

16、研究免疫识别及功能表型中的力学影响机制，明确 力学调控胞外分子识别-跨膜信号转导-胞内应答信号链，揭示免 疫应答力学-生物学耦合机制。（三）力学调控感染与防御的跨尺度功能验证。针对病毒感染和免疫应答过程，构建典型器官（如肝脏）的 细胞微组织-类器官模型，从分子到组织尺度验证力学介导病毒 入侵与免疫应答的作用机制，发展力学调控病毒入侵与免疫应答 的跨尺度动力学理论。（四）多模态力学加载与分子力学检测技术。面向时-空耦合的力-构-效同步定量检测需求，发展细胞-组织 跨尺度多模态复合力学加载技术；耦合活细胞高灵敏度分子力学 探针和超分辨成像技术，同步实现细胞力学加载、分子力学检测 与生物学功能原位可视化。三、申请要求（一）申请书的附注说明选择“病毒感染