国科发资〔〕号
各省、自治区、直辖市及计划单列市科技厅（委、局），新疆生产建设兵团科技局，国务院各有关部门科技主管司局，各有关单位：根据国务院印发的《关于深化中央财政科技计划（专项、基金等）管理改革的方案》（国发〔〕64号）的总体部署，按照《关于鼓励香港特别行政区、澳门特别行政区高等院校和科研机构参与中央财政科技计划（专项、基金等）组织实施的若干规定（试行）》（国科发资〔〕43号）及国家重点研发计划组织管理的相关要求，“变革性技术关键科学问题”等3个重点专项作为试点对港澳特区开放，鼓励港澳高校联合内地单位共同申报，现将年度项目申报指南予以发布。请根据指南要求组织项目申报工作。有关事项通知如下。一、项目组织申报工作流程1.申报单位根据指南支持方向的研究内容以项目形式组织申报，项目可下设课题。项目应整体申报，须覆盖相应指南方向的全部考核指标。项目申报单位推荐1名科研人员作为项目负责人，每个课题设1名负责人，项目负责人可担任其中1个课题的负责人。2.项目的组织实施应整合集成全国相关领域的优势创新团队，聚焦研发问题，强化基础研究、共性关键技术研发和典型应用示范各项任务间的统筹衔接，集中力量，联合攻关。3.国家重点研发计划项目申报评审采取填写预申报书、正式申报书两步进行，具体工作流程如下：——项目申报单位根据指南相关申报要求，通过国家科技管理信息系统填写并提交字左右的项目预申报书，详细说明申报项目的目标和指标，简要说明创新思路、技术路线和研究基础。从指南发布日到预申报书受理截止日不少于50天。——项目申报单位应与所有参与单位签署联合申报协议，并明确协议签署时间；项目牵头申报单位、课题申报单位、项目负责人及课题负责人须签署诚信承诺书，项目牵头申报单位及所有参与单位要落实《关于进一步加强科研诚信建设的若干意见》要求，加强对申报材料审核把关，杜绝夸大不实，甚至弄虚作假。——各推荐单位加强对所推荐的项目申报材料审核把关，按时将推荐项目通过国家科技管理信息系统统一报送。——专业机构受理项目预申报。为确保合理的竞争度，单个指南方向只有1家申报的，除“合成生物学”重点专项中的部市联动任务外，该指南方向不启动后续项目评审立项程序，择期重新研究发布指南。——专业机构组织形式审查，并根据申报情况开展首轮评审工作。首轮评审不需要项目负责人进行答辩。根据专家的评审结果，遴选出3~4倍于拟立项数量的申报项目，进入答辩评审。对于未进入答辩评审的申报项目，及时将评审结果反馈项目申报单位和负责人。——申报单位在接到专业机构关于进入答辩评审的通知后，通过国家科技管理信息系统填写并提交项目正式申报书。正式申报书受理时间为30天。——专业机构对进入答辩评审的项目申报书进行形式审查，并组织答辩评审。申报项目的负责人通过网络视频进行报告答辩。根据专家评议情况择优立项。对于支持1~2项的指南方向，如答辩评审结果前两位的申报项目评价相近，且技术路线明显不同，可同时立项支持，并建立动态调整机制，结合过程管理开展中期评估，根据评估结果确定后续支持方式。二、组织申报的推荐单位1.国务院有关部门科技主管司局；2.各省、自治区、直辖市、计划单列市及新疆生产建设兵团科技主管部门；3.原工业部门转制成立的行业协会；4.纳入科技部试点范围并且评估结果为A类的产业技术创新战略联盟，以及纳入科技部、财政部开展的科技服务业创新发展行业试点联盟。5.港澳高校牵头申报的项目，由有关部门按要求组织推荐。各推荐单位应在本单位职能和业务范围内推荐，并对所推荐项目的真实性等负责。国务院有关部门推荐与其有业务指导关系的单位，行业协会和产业技术创新战略联盟、科技服务业创新发展行业试点联盟推荐其会员单位，省级科技主管部门推荐其行政区划内的单位。推荐单位名单在国家科技管理信息系统公共服务平台上公开发布。三、申请资格要求1.牵头申报单位和参与单位应为中国大陆境内注册的科研院所、高等学校和企业等（以下简称内地单位），或由内地与香港、内地与澳门科技合作委员会协商确定的港澳高校（名单见附件1）。内地单位应具有独立法人资格，注册时间为年9月30日前，有较强的科技研发能力和条件，运行管理规范。国家机关不得牵头或参与申报。项目牵头申报单位、项目参与单位以及项目团队成员诚信状况良好，无在惩戒执行期内的科研严重失信行为记录和相关社会领域信用“黑名单”记录。申报单位同一个项目只能通过单个推荐单位申报，不得多头申报和重复申报。2.项目（课题）负责人须具有高级职称或博士学位，年1月1日以后出生，每年用于项目的工作时间不得少于6个月。港澳申报人员应爱国爱港、爱国爱澳。3.项目（课题）负责人原则上应为该项目（课题）主体研究思路的提出者和实际主持研究的科技人员。中央、地方各级国家机关及港澳特区的公务人员（包括行使科技计划管理职能的其他人员）不得申报项目（课题）。4.项目（课题）负责人限申报1个项目（课题）；国家重点基础研究发展计划（计划，含重大科学研究计划）、国家高技术研究发展计划（计划）、国家科技支撑计划、国家国际科技合作专项、国家重大科学仪器设备开发专项、公益性行业科研专项（以下简称“改革前计划”）以及国家科技重大专项、国家重点研发计划重点专项在研项目（含任务或课题）负责人不得牵头申报项目（课题）。国家重点研发计划重点专项的在研项目负责人（不含任务或课题负责人）也不得参与申报项目（课题）。项目（课题）负责人、项目骨干的申报项目和改革前计划、国家科技重大专项、国家重点研发计划在研项目（课题）总数不得超过2个；改革前计划、国家科技重大专项、国家重点研发计划的在研项目（含任务或课题）负责人不得因申报国家重点研发计划重点专项项目（课题）而退出目前承担的项目（含任务和课题）；国家重点研发计划的在研项目（含任务或课题）负责人和项目骨干退出项目研发团队后，在原项目执行期内原则上不得牵头或参与申报新的国家重点研发计划项目。计划任务书执行期（包括延期后的执行期）到年6月30日之前的在研项目（含任务或课题）不在限项范围内。5.特邀咨评委委员不得申报项目（课题）；参与重点专项实施方案或本年度项目指南编制的专家，不得申报该重点专项项目（课题）。6.受聘于内地单位或有关港澳高校的外籍科学家及港、澳、台地区科学家可作为重点专项的项目（课题）负责人，全职受聘人员须提供全职聘用的有效材料，非全职受聘人员须由双方单位同时提供聘用的有效材料，并随纸质项目预申报书一并报送。7.申报项目受理后，原则上不得更改申报单位和负责人。8.项目的具体申报要求，详见各重点专项的申报指南。各申报单位在正式提交项目申报书前可利用国家科技管理信息系统公共服务平台查询相关科研人员承担改革前计划和国家科技重大专项、国家重点研发计划重点专项在研项目情况，避免重复申报。四、具体申报方式1.网上填报。请各申报单位按要求通过国家科技管理信息系统公共服务平台进行网上填报。项目管理专业机构将以网上填报的申报书作为后续形式审查、项目评审的依据。预申报书格式在国家科技管理信息系统公共服务平台相关专栏下载。项目申报单位网上填报预申报书的受理时间为：年11月6日8：00至年12月25日16：00。进入答辩评审环节的申报项目，由申报单位按要求填报正式申报书，并通过国家科技管理信息系统提交，具体时间和有关要求另行通知。国家科技管理信息系统公共服务平台： 年10月29日签发 年11月1日发布
附件1内地与香港、内地与澳门科技合作委员会协商确定的港澳高校名单
香港中文大学
香港城市大学
香港浸会大学
香港理工大学
香港科技大学
香港大学
岭南大学
香港教育大学
香港公开大学
香港树仁大学
澳门大学
澳门科技大学
澳门城市大学
澳门理工学院
附件1内地与香港、内地与澳门科技合作委员会协商确定的港澳高校名单
香港中文大学
香港城市大学
香港浸会大学
香港理工大学
香港科技大学
香港大学
岭南大学
香港教育大学
香港公开大学
香港树仁大学
澳门大学
澳门科技大学
澳门城市大学
澳门理工学院
—1—
附件2
“变革性技术关键科学问题”重点专项
年度项目申报指南
变革性技术是指通过科学或技术的创新和突破，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。“变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术原型，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。
根据专项实施方案和“十二五”期间有关部署，年本重点专项将围绕信息、能源、地学、制造、材料、生命科学及交叉等6个领域方向部署项目，优先支持37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、技术路线明显不同时，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。年度专项拟部署项目的国拨经费总概算为9.7亿元。申报单位根据指南支持方向，面向解决重大科学问题和突破关键技术进行一体化设计。鼓励围绕一个重大科学问题，从基础研究到应用研究全链条组织项目。鼓励依托国家重点实验室等重要科研基地组织项目。项目应整体申报，须覆盖相应指南方向的全部考核指标。每个项目下设课题不超过5个，每个项目所含单位数不超过6家。项目执行期一般为5年，申报项目须提出明确、有显示度的5年总体目标和2年阶段目标和考核指标（或研究进度）；立项项目实行“2+3”分段式资助，在项目执行2年左右对其目标完成情况进行评估，根据评估情况确定项目后续支持方式。
1.脑信息认知技术基础研究
研究内容：面向仿脑、类脑、人—机互联等技术发展需求，探索构建脑信息认知的核心方法体系。研究电磁光声等多手段脑信息联合获取技术；研究生物神经环路的计算原理与数学建模方法；研究复杂神经模式的脉冲计算模型；研究多脑区神经元功能连接与联合解析原理；研究神经元锋电位、局部场电位、事件相关电位、头皮脑电等脑信息的单模态及多模态解码的新机制与新算法；研究多时空尺度、多脑区协同解码模型与方法。
考核指标：构建电磁光声等多手段、跨脑区脑信息认知新方法，建立至少5种脑信息新模态，搭建运动增强或感认知增强的脑机融合实验系统两种以上，其中至少一种是对人的植入式验证。
2.存算一体器件及其计算新架构
研究内容：面向大数据高性能计算需求，突破传统冯·诺依曼计算架构在访存速率和能效方面的局限，探索新型存算一体器件及其计算新架构。研究存算一体新原理器件及其性能调控方法；研究存算一体计算的基本理论，发展器件集成关键技术；设计存算一体的存内处理电路和全系统模拟器，研究动态存算资源调配新方法和计算新架构。
考核指标：阐明影响存算一体器件性能的关键因素，建立其物理模型；研制新型存算一体器件单元，开关速度≤20ns、功耗≤1pJ；开发互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的平面和三维集成技术，集成规模≥1Mb、三维堆叠层数≥8层；研制存算一体芯片，实现模式识别应用验证，系统能效相比图形处理器（GPU）提升2个数量级。
3.智能通信架构与可信协议基础
研究内容：针对网络化、信息化面临的日益突出的通信安全、网络干扰及资源瓶颈等问题，突破传统的网络通信架构，探索融合智能计算、内容存储、反馈协同的高效、安全通信新架构及协议新体系。研究基于智能计算的信息通信理论，建立新的网络通信容量表征方法；研究基于反馈的协同通信体制，发展感知环境、业务、内容的智能通信方法；研究网络节点接入行为及链接关系模型，建立安全可信协议，形成以用户为中心的个性化通信服务架构。
考核指标：建立面向用户的智能信息代理模型和网络链接关系模型，建立用户数据的分布式管控模式；建立基于智能计算的信息通信理论基础，构建智能协同通信体制，通信容量及资源效率提升1个数量级；构建可信通信环境，变被动防御为主动拦截，将服务受到的分布式拒绝服务（DDOS）攻击强度降低一个数量级以上。
4.人工智能元学习理论与技术
研究内容：面向复杂不确定场景下发展稳健人工智能技术的需求，探索系统自学习/自设计、环境自适应的元学习理论与技术。研究元学习中机器对模型、数据和算法的自我学习、设计的理论与技术；研究元学习的环境自适应搜索与优化、知识自推断等技术；研究元学习的统计可解释性理论。
考核指标：形成数据自选择、度量自调节、正则项自设定的机器学习理论基础；实现面向问题/数据的自博弈的学习结构自设计与算法自选择方法；建立一套数据到知识的通用自推断/生成系统；形成基于贝叶斯与统计理论的元学习可解释性理论；在智慧城市或医疗大数据等典型场景中研发示范应用系统。
5.全息光存储基础理论与关键技术
研究内容：面向海量数据高效存储需求，突破传统光存储二维记录、一维读写的理论极限，探索超高密度、超快传输、超长寿命全息光存储新方法。研究振幅、相位和偏振等多维调制技术，提出优化全息光存储介质的新途径；研究高效编码技术，提升读写速度；研究数据稳定长存新机理，大幅降低存储能耗；研究增强数据存储安全的新方法；设计快速、高效评估存储性能指标的新工具。
考核指标：研制全息光存储设备，存储密度较传统光存储技术（25Gb/inch2）提高2个数量级以上，读取速度Gb/s，写入速度＞20Gb/s，数据掉电保存寿命50年以上；研制评估工具，验证以上指标。
6.微波光子合成孔径成像理论方法
研究内容：面向精准探测和精确目标特性分析需求，突破传统探测系统波段、带宽受限等瓶颈，探索基于光子内核的超宽带合成孔径成像新技术。研究产生和处理相参超宽带微波信号的光子学理论；分析信号跨波段相参融合对成像分辨率的倍增机理；研究获取目标广谱散射特性的新方法，建立目标散射特性数据库，实现高分辨率微波成像。
考核指标：形成产生和处理相参超宽带微波信号的光子学理论基础，基于光子器件产生并处理线性调频微波信号；研制基于光子内核，连续覆盖S、C、X与Ku波段的相参成像系统，总宽带≥16GHz，二维分辨率≤3cm×3cm；实现基于超宽带高分辨率成像的目标广谱散射特性反演演示验证。
7.纳光电集成芯片及技术基础
研究内容：面向高性能基础器件与芯片的变革需求，建立超小尺寸、超高速、超低能耗纳光电子器件与集成技术基础。研究介观尺度下光场调控的新机理，实现可与微电子芯片融合集成的纳光子器件；研究纳光子器件和微电子器件的融合闭环反馈控制技术；研究纳光子器件和微电子器件融合集成和精准制备技术，实现高速低功耗光电集成芯片；发展超高时空分辨的探测技术，研究器件及芯片的超快动力学行为。
考核指标：阐明介观尺度下光场调控的新机理；研制纳光子器件与阵列单元，串扰-20dB、工作波长覆盖近红外和通信波段、带宽50nm、波长偏差0.3nm；实现空间分辨率10nm、时间分辨率fs超高时空分辨光学探测；实现纳光子器件与微电子芯片的融合集成，设计2~3种光电集成芯片，时间响应皮秒量级，功耗降低一个数量级。
8.新一代非铂高温燃料电池研究
研究内容：面向新一代质子交换膜燃料电池，重点发展高性能非铂和低贵金属催化剂，制备与新型催化剂催化电极反应动力学匹配的、低阻抗、稳定的低成本高温质子交换膜材料。大幅度提高非铂燃料电池，特别是在高温条件下的稳定性和可靠性，摆脱燃料电池对铂金属的依赖。
考核指标：阴极非铂催化剂和阳极低贵金属催化剂组装的质子交换膜燃料电池（PEMFC）在运行温度高于℃、电压为0.7V条件下，电流密度达到mA/cm2，并稳定运行h以上，功率衰减不大于10%。
9.合成气一步法直接制备乙二醇研究
研究内容：创新催化剂体系和反应过程，实现合成气（CO/H2）或含氧中间体在催化剂表面控制偶联，直接制备高碳含氧化合物，从原理上缩短反应历程，降低过程的CO2排放和水耗，实现碳基资源的原子经济转换。
考核指标：验证合成气转换的传统条件（温度小于℃，压力小于10MPa）下，CO的氢助偶联直接偶联生成含高碳氧化合物的可行性，创新合成气转化的新途径。针对合成气直接制备乙二醇过程，CO单程转化率不小于10%，目的产物的选择性不低于50%。
10.低温区高效热电材料与器件研究
研究内容：颠覆传统窄带隙半导体热电材料体系禁锢，开发面向低温区（高温端℃）发电的高效热电材料。利用缺陷、晶格对称性、自旋等多重自由度调控电声耦合，协同提升热电性能；发展原子尺度及低维结构热电材料可控制备方法及表征手段，利用表界面效应提升薄膜材料热电性能；利用热—电—磁耦合效应，发展电流与热流异向热电技术，实现电子、空穴协同贡献热电转换；发展具有低界面热阻、电阻的热电器件制备方法，提高
热电器件的能量转换效率。
考核指标：获得新概念热电材料，在低温区热电材料优值系数（ZT）不小于2.0，5cm×5cm小型热电能量转换器件效率达到10%。
11.分布式信息能源系统的智能进化机理和设计
研究内容：面向信息和能源耦合的分布式复杂系统，针对其能源节点的时空特性，构建能源节点为智能体的群智能源网络。突破阿尔法零（AlphaZero）算法的完全信息博弈环境局限，研究实时变化下的能源复杂系统的分布式智能进化机理，探索其智能进化的最优性和收敛性。开发由智能终端、拓扑结构网络、云平台组成的三层分布式仿真实验平台，采用群智算法建立能源网络群智模型，实现在环境和用户需求变化过程中能源节点运行和各类能源调配方案的可持续进化。
考核指标：开发实时变化环境下的智能进化算法，建立分布式能源网络仿真实验平台支持个能源节点群智模型实时调整优化目标，使得系统能效比非智能进化方法提升15%以上，能源网络随机移除超过20%节点仍保持稳定；有密集动态热源的信息能源系统在制冷耗电量方面比传统恒温控制降低40%以上。
12.高效能仿生型储热材料和过程设计
研究内容：以仿生等级孔结构及复合结构陶瓷新材料及储热系统为研究对象，重点突破等级结构复合结构陶瓷新材料的粒子波传递机理，揭示新材料储热系统的动态运行本质特性。提出基于等级孔结构及复合结构陶瓷新材料储热系统的优化设计方法和运行调控策略。为开发革命性的高效率高可靠性储热技术提供理论和技术支撑。
考核指标：研究可适合于采暖和太阳能热发电等中高温储热的系列等级孔储热材料，包括显热潜热复合储热材料，工作温度~℃，非合金类材料的储热密度达到kJ/kg，导热系数不低于20W/mK，热循环寿命大于0次，储热、放热能力衰减小于10%。
13.稠油化学复合冷采基础研究与驱油体系构建
研究内容：研究稠油微观聚集态复杂分子间作用机制和多孔介质中稠油—化学复合体系—水多相多组分渗流规律，研究不同类型稠油组成及沥青质与胶质分子作用力类型与大小、极性、电性及空间构型特征，稠油流体的表界面性质、体系稳定性、粘性和流变性特征等，研究化学复合体系微观驱替机理、驱替规律和剩余油分布特征，稠油冷采过程中油、水、驱油体系多组分多相流动机理表征与模拟方法，形成稠油化学复合冷采驱油新理论、
新方法，带动我国稠油油藏（包括陆上和海上）经济有效和绿色环保开采技术的发展。
考核指标：建立稠油复杂微观聚集态的实验评价体系，形成稠油分子空间构型预测方法；建立稠油化学复合冷采驱油多尺度物理模拟装置，揭示不同驱油体系与原油/岩石/地层水的微观作用机理和驱替规律；构建化学复合冷采驱油理论，形成稠油冷采化学复合驱油体系设计方法及不同类型稠油油藏复合冷采驱油体系。应用于地下原油粘度小于0mpa·s(地面原油粘度小于00mpa·s)稠油油藏的化学复合冷采矿场试验，与热采相比，
预计平均单井产量由3吨/天增加到5吨/天以上，提高采收率5个百分点以上。
14.高分辨率地震勘测实时成像技术
研究内容：研究人工智能与地震反演理论结合途径，实现对地质信息的个体化表达，建立地震数据与地质、测井信息的实时融合模型，解决地质先验约束的准确性、普适性和相容性问题。研究基于多种信息实时融合模型的全波形地震反演理论，解决全波形反演对初始模型的依赖性问题，大幅度降低反演多解性。利用人工智能技术识别并提取不同地质体地震反射信号，对不同反射信号进行选择性、个性化处理。建立地质导向的地震成像理论，突破现有地震成像技术分辨率极限。在新理论基础上，研发地震全波形反演和成像技术，建立地震实时成像技术软件系统，并在我国石油勘探中初步应用。
考核指标：建立基于多种信息实时融合模型的地震全波形反演理论和智能化信息选择地震成像理论。建立地震实时成像软件系统，具备野外原始数据处理能力，并在1~2个实际区块示范应用。利用全波形反演建立高精度速度模型，精度比现有技术提高50%。地震成像分辨率达到1/8波长，能识别5~10米的薄层和5米断距的断层。
15.面向矿床学研究的原位分析新技术
研究内容：针对矿床学研究样品多期次、多组分、多来源的特点，突破传统全分析手段难以提供高时空分辨率信息的瓶颈问题，发展复杂基体条件下的微区原位分析新技术和新方法，实现单矿物微米尺度元素含量和同位素组成信息的高精度测定和可视化，精细刻画元素在岩浆和/或热液体系中的分配行为和富集过程，查明关键控制因素。针对若干重要矿床类型，综合集成矿物组分微区原位分析手段，形成示踪成矿过程和预测矿化中心的新方法体系。
考核指标：升级高精度多元素快速测定和扫面离子探针原位分析技术，将分析束斑缩小到10μm，元素定量分析精度和准确度优于±10%，同时提高分析测试效率。优化激光微区原位分析技术，开发干扰校正、定量化等数据处理方法。开发单个包裹体地球化学成分原位分析技术，将微量元素含量分析精度提高到±15%。升级矿物微量元素系列原位分析技术，将分析束斑缩小到30μm，实现矿物尺度特殊元素分布的快速二/三维可视化。开
发热液矿物稳定同位素原位测试系列新技术，同时研发适合矿床样品分析的固体同位素标0.3‰，铁和铜同位素测试精度提高到0.15‰。
16.地球内部超临界流体的性质和效应
研究内容：针对多变量、高度复杂的地球深部岩石—流体体系，革新传统的富水流体和含水熔体二分法认识，探索高温高压条件下超临界流体的结构和成分及其物理化学性质。开发高温高压条件下实验新技术，全方位推进原位测试手段在认识超临界流体结构和物理化学性质中的应用。将第一性原理计算方法拓展到超临界流体，提高理论模拟多组分流体微观相互作用的准确性。对极端变质条件下形成的地质样品开展地球化学综合分析，探索超临界流体在岩石圈深度形成和消失的物理化学条件及其地球化学特征，剖析超临界流体对金属元素的溶解迁移能力。
考核指标：研制带窗口的新型大腔体水热装置。将水热金刚石压腔的温压上限提高到0℃和5GPa，在0.2mm尺度上合成多种岩石体系的超临界流体。通过尖端实验技术与多种分析测试技术的联用，实现超临界流体微观结构和物理化学性质的原位测定，将精度提高到?10%。建立第一性原理模拟新方法，准确处理超临界流体的微观相互作用，计算与实验结果相差不超过20%。确定超临界流体在地球深部形成和发生相分离的温度压力条件，将精度提高到±10℃和±MPa。查明超临界流体对金属元素溶解迁移能力，找到岩石圈深度区分不同性质流体活动的定量地球化学指标（准确度75%）。
17.大型复合材料航天运载器贮箱一体化制造基础
研究内容：针对大型航天器低温推进剂复合材料贮箱的一体化制造，主要研究：低温介质相容的树脂基复合材料体系设计与制备；耐极端环境复合材料贮箱材料—结构—功能多维协同设计理论与方法；大型复合材料薄壁曲面构件的低缺陷成型与低损伤加工；多物理场耦合条件下的复合材料结构性能跨尺度、在线综合测试与评价方法。
考核指标：揭示低温介质与贮箱复合材料体系微观化学/物理交互作用机制；开发满足介质相容性、渗漏性与低温力学性能要求的复合材料体系；阐明极端力/热耦合效应下贮箱复合材料结构的静/动态力学行为与跨尺度损伤演化机理；建立3~10m直径的复合材料贮箱材料—结构—功能协同设计方案与复杂环境多尺度力学分析方法；开发复合材料贮箱大型薄壁曲面部件高精度成型与加工工艺；制造直径≥3m的复合材料贮箱样件，与同尺寸金属材料贮箱对比减重≥25%；建立贮箱综合性能检测/监测与安全评价方法。
18.超大尺度金属材料构件均质化构筑成形基础
研究内容：针对超大尺度金属构件的均质化制造瓶颈难题，突破“以大铸锭制造大构件”的传统思路，提出超大尺度金属件构筑成形新方法；研发适度尺寸构筑基材的纯净化、均质化、致密化制备技术，新型高性能合金基材制备技术，基材高效加工与表面预处理技术；揭示基材间界面形貌、物理特性对界面结合的影响规律，探索界面微观形貌设计方法、洁净化和活化处理原理与方法，阐明高温、高压、多向形变和复合场调控下的界面愈合规
律；研究高性能合金基材体系，建立构筑成形构件的界面表征与性能评价方法，实现构筑成形加工过程的多尺度模拟计算与全流程形性协同控制。
考核指标：揭示基材间界面再结晶、氧化膜分解、原子扩散和演化规律，创建均质化大尺度高品质构件的新型构筑成形理论、方法与工艺技术；通过金属构筑成形，解决超大尺度金属材料构件的成分偏析、组织均匀性，以及高性能合金构件制造等瓶颈问题；研究出系列的高性能合金基材体系，研制2~3种典型的高品质大型产品样件，包括：Φ5m级合金钢容器高品质锻件（全断面碳元素偏析控制到±0.02%、硬度均匀性控制到洛氏硬度HRC±2）和Φ15m级高品质环筒类构件（任意两点强度偏差小于±20MPa、冲击功偏差小于±25J）等。
19.气体膨胀制冷新原理与技术基础
研究内容：开展不同于“透平膨胀”的气体波动膨胀制冷新方法和新技术研究。主要包括：研究运动波系引起的气体膨胀、压缩和能量转换机理；阐明操作参数、介质类型和结构形式等对波系运动行为和制冷性能的影响规律；研究高压和带液工况下气体波动制冷装备关键部件的设计方法；解决高压、高频和长周期使役核心部件的振动、疲劳断裂等安全问题；研究高强度、轻量化和高热阻等核心部件精密制造技术；研制工业用大型气体波动制
冷装备样机。
考核指标：建立相对完备的气体波动膨胀—压缩能量转换理论体系，形成以之为基础的非定常气体波膨胀和运动激波增压技术，研制出过程效率高、尺寸紧凑及稳定可靠的变革性制冷技术装备。研制大型气体波动制冷装备样机，指标为：压力低于0.5MPa下流量大于35kg/s，膨胀端等熵效率大于70%，压缩端等熵效率大于90%，转速低于转/分，可带液25%wt以上，并进行初步工业应用验证。
20.体外生物组织/器官精准制造基础
研究内容：围绕组织器官的体外制造，揭示组织器官复杂结构多材料同步精准成形机理，创建多喷头双闭环复合工艺组织构建理论，研制异质组织器官精准制造关键装备，开展组织器官制造关键科学问题研究。主要包括：研发多工艺融合高精度生物设计制造理论，提出多曲率曲面制造，细胞导向精准排列和功能诱导；组织内部复杂营养通道同步构建等精准成形新工艺和复杂流变材料的多场耦合成形交联机制，制定体外构建异质组织器官的
物理及生物功能的评价体系。
考核指标：研制定位精度不大于1μm，不少于6喷头，支持载6种不同细胞材料同时且共点成形，具备喷墨、挤出、光固化等多工艺融合成形设备，水平轴分辨率不大于30nm，重复定位精度±0.6μm，竖轴分辨率≤nm，重复定位精度±2μm，精密除振系统水平/垂直方向的固有频率≤5Hz，实现平台温控0~60℃，喷头温控0~℃。开发相应的复杂组织结构优化设计软件；提出不少于3种形成细胞定向精准排列制备工艺；完成不少于10种复杂三维结构组织及器官（如全层皮肤、角膜、血管等）的精确成形和生物功能验证，其中不少于5种进行动物试验评价；构建的不小于5mm直径血管能再现典型血管三层细胞结构（内皮、平滑肌及成纤维细胞层）。
21.高性能印刷电子器件的高精度跨尺度制造基础
研究内容：针对柔性显示等印刷电子器件的高精度跨尺度制造，研究突破印刷电子器件喷印制造的新型材料、功能墨水、工艺机理和装备原理，主要包括：研究可印刷高性能半导体材料的宏量制备、良好加工性的功能墨水配置、柔性大面积微纳结构高分辨率喷印制造、印刷电子器件系统高效集成等新原理和新方法，建立高性能印刷电子器件的高精度跨尺度制造理论与方法，为电子器件制造从“光刻技术”变革到“印刷技术”提供理论、技术和装
备支撑。
考核指标：揭示纳米尺度上有机墨液复合与改性机理、外场作用下功能墨水喷印动力学行为以及微纳结构沉积成形的演变规律，实现印刷电子器件系统的高效集成；从分子层次设计合成高迁移率（15cm2/V·s）有机/聚合物半导体等功能材料及功能墨水；提出大面积柔性微纳结构高分辨率喷印新工艺，适用墨水粘度范围1~00cPs，喷印精度1μm，喷印面积≥1m2；研发高分辨率喷印装备原理样机，制备包括印刷柔性TFT（薄膜晶体管）/RGB（红绿蓝三原色）/TFE（薄膜封装）器件阵列、压力/温度传感器、存储/成像/波段选择等功能集成器件。
22.高品质金属复合板高效制备原理与技术基础
研究内容：针对高品质金属复合板高效制造新方法研究，主要包括：高品质金属复合板轧制成形原理和板形控制理论；复杂辊缝曲线下异种金属的复合机理；高强度波纹型空间结合界面微结构及组织性能演变规律与调控机制；复合板残余应力时空分布规律和动态调控机理；开发高品质复合板高效轧制工艺、原理样机及成套装备。
考核指标：揭示异种金属板轧制的高强度复合机理，建立高品质复合板高效轧制工艺；研制出高品质复合板轧制原理及成套装备样机，实现双层及多层金属复合板连续高效高品质轧制，包括镁/铝、不锈钢/普碳钢、钛/不锈钢、铜/铝等金属复合板等；与传统轧制方法相比：新技术可在较小压下率下（从60%降低至45%）或在低温条件下（从~1℃降低至20~℃），实现异种金属的冶金结合，结合强度提高20%、残余应力减小80%、翘曲度减小80%。试制出波纹型空间结合界面的金属复合板，宽度≥mm，冷轧厚度≤3mm，热轧厚度3~50mm，不平度≤3mm/m，面积结合率≥98%，三向残余应力均≤10MPa。
23.大型复杂过流曲面构件仿生设计制造基础
研究内容：针对下一代大涵道比航空发动机风扇叶片为主的大型复杂过流曲面构件，研究仿生设计与制造技术，主要包括：揭示大型复杂过流曲面构件流固耦合作用机制和生物低噪声飞行与流场控制原理，提出复杂构件结构与性能协调的仿生优化调控方法与策略，研究大型复杂曲面构件的性能映射及仿生创成技术，大型复杂过流曲面构件形/性设计、材料匹配与成型制造工艺，研制出下一代大涵道比航空发动机风扇的仿生叶片。
考核指标：建立表征生物精巧结构降噪参数的物理与数学模型；构建从生物结构到大型过流曲面构件的功能映射模型，形成复杂过流曲面构件的结构仿生设计准则与理论；形成大型复杂过流曲面构件功能的材料异质异性精确匹配与可控制造；应用于下一代大涵道比航空发动机风扇新型叶片的研制，新型叶片气动噪声降低4dB~7dB，流动损失减小5%以上，刚度提升4%以上，强度提升5%以上。
24.纳米结构超硬材料的性能调控与精密成形加工
研究内容：以金刚石类共价材料为研究对象，发展高温高压下纳米结构化和复合化的综合性能调控方法，大幅度提升超硬材料的关键性能指标。探索超硬材料硬化、韧化和稳定化的新原理以及新的材料体系，突破大尺寸纳米结构超硬块材合成的技术瓶颈，发展纳米结构超硬材料刀具和对顶砧的精密成形加工方法，该类先进刀具磨损和超精密加工机理，研发出难加工材料和复杂结构加工的变革性新技术。
考核指标：揭示多晶共价材料硬化、韧化和稳定化的物理机制，建立纳米结构超硬块材综合性能调控的原理和技术，显著提高硬度、韧性和热稳定性三大关键性能指标：维氏硬度
HvGPa，断裂韧性KIC20MPa·m0.5，起始氧化温度TOX0℃；设计并制备出新型纳米结构超硬材料；优化大尺寸纳米结构超硬块材的合成工艺和综合性能，块材直径从2mm提高到10mm；建立超硬块材的精密成形加工原理和工艺路线，制造出纳米结构金刚石先进刀具和对顶砧并开展性能评估，实现关键难加工材料的切削加工代替磨削加工以及复杂结构部件的超高精密切削加工。
25.石墨炔能量转换与催化的应用基础研究
研究内容：深入研究和认识石墨炔的形成规律，本征性质与其结构的构效关系，阐明石墨炔特殊电子结构在新能量转换和催化领域引发的新概念、新性质和新效应等，实现在能量转换与催化应用领域的变革性突破。发展高效、可控石墨炔制备新方法，实现宏量生产，获得高质量、大面积、层数可控石墨炔薄膜。
考核指标：实现高质量石墨炔样品的制备（纯度99.9%），建立可稳定、连续制备克量级高质量石墨炔关键技术和方法，形成以石墨炔为基础的新型材料体系；建立大面积（10×10cm2）、高质量（纯度99.9%）单层、少层（3~7层）石墨炔的可控制备方法学；揭示石墨炔的物理与化学新性质、新现象与新效应；探索石墨炔在能量转换和催化等领域的新应用模式；构建基于高效化学键可逆转换的新原理快速应变能量转换器件；设计、高效制备石墨炔原子催化剂的新方法，获得3类以上基于石墨炔原子催化剂，引领催化领域的变革性创新。
26.高温高强高热稳定性块体非晶合金新材料与应用基础
研究内容：突破现有技术手段在非晶合金研制中的瓶颈，发展适合非晶合金的材料探索新方法；系统研究元素特征对非晶合金形成成分范围的影响和非晶形成能力随合金成分的演化规律，发展非晶合金成分设计新方法；突破现有块体非晶合金材料的应用限于常规环境的束缚，探索高温高强高热稳定性的块体非晶合金体系并进行验证性应用。
考核指标：揭示控制非晶形成能力的主要元素特征，建立非合金成分设计新方法；获得≥5个三元合金体系的、完整的非晶形成成分范围；揭示控制非晶形成能力的主要元素特征，建立非晶合金成分设计新方法；研制出临界尺寸≥3mm、玻璃转变温度≥1K、过冷液相区宽度≥K、0K的机械强度≥3MPa的块体非晶合金材料体系，在温度≥K或工业气体等场景中进行验证性应用演示。
27.二维电子材料晶圆级外延与异质界面构筑
研究内容：瞄准二维过渡金属硫族化合物新型电子材料的晶圆级制备，突破异质结构构筑等制约其规模化器件应用的瓶颈。聚焦晶圆级二维电子材料外延和异质界面构筑的关键科学问题，发展二维材料进行器件构筑的变革性技术，完成超薄、柔性、透明的高性能场效应晶体管原型器件的原理性验证。
考核指标：针对半导体沟道材料、电极和栅介质材料等构成电子器件的核心材料发展晶圆级二维电子材料制备技术，实现四英寸及以上晶圆尺度单层n型二硫化钼和p型二碲化钼的取向外延、石墨烯及氮化硼单晶外延；发展以上二维电子材料的晶圆尺度可控加工与异质结构构建技术，获得原子级突变的高质量异质界面；高分辨成像与超快光谱原位结合的表征与探测技术，达到亚十纳米空间尺度和亚百飞秒时间尺度的分辨率；利用全二维材
料构筑场效应晶体管并实现纵向器件叠层，实现亚五纳米沟道长度分立器件中的加工，完成超薄（物理厚度小于10nm）、柔性（曲率半径可达0.5cm）、透明（透光率大于70%）、高性能（开关比可达）原型器件的原理性验证。
28.高灵敏量子阱红外探测材料与器件研究
研究内容：研究多场作用下量子阱的带间跃迁光吸收过程，聚焦光生载流子的逃逸和抽取效率等关键科学问题，阐明光吸收系数增强的机理，挖掘强局域电场调控给量子阱红外探测带来的新物理特征和新应用潜力；建立多场操控的具有非平衡态特征的带间跃迁量子阱红外探测器的物理模型，研制吸收效率倍增和暗电流干扰免疫的高灵敏红外探测器材料与器件。
考核指标：建立多场调控下带间跃迁量子阱材料中光吸收和载流子输运的非平衡态理论，基于新原理实现新一代带间跃迁的高灵敏量子阱红外探测器；突破传统量子阱光电转换理论的限制，大幅提高光吸收系数（比现有理论值提高50倍以上）和光生载流子逃逸率（达95%以上）；研制出基于带间跃迁量子阱材料的红外探测器，比现有相同波长的薄膜探测器灵敏度提高10倍以上，验证该类器件在红外光电转换能力方面超越当前量子阱器件的理论极限。
29.大面积有机微激光可控阵列技术基础
研究内容：研究大规模制备有机光电功能材料阵列化和复杂图案化的方法。探索超亲液/超疏液材料对流体行为的调控机制；建立界面微区浸润性与流体分割和微区输运之间的关系；探索在微纳米尺度上对基底特定区域进行结构调整和浸润性梯度修饰的新方法；制备定位准确、高质量的有机单晶结构阵列，同时实现复杂单晶结构图案化的制备。为有机激光阵列显示技术的发展提供关键技术的支持，同时为未来光子集成/光电协同技术提供微结
构图形化解决方案。
考核指标：阐明相邻晶体结构连接中的晶体融合过程，优化参数，减少在晶体连接中的过度生长，解决在大面积微结构制备过程中的溶液浓度分布均匀性问题；在微区内形成单晶结构可控，实现激光模数从单模到多模的调制；对10种以上有机激光材料进行大面积单晶阵列和复杂结构的制备；单晶结构尺寸均匀同时可控制在60μm×10μm以下；制备规模在30cm×50cm以上。
30.密码数学难题与密码系统的新原理与新方法
研究内容：格最短向量问题和格最近向量问题、含噪声有限域方程组求解、大整数分解等，发展高效求解的数学理论以及量子计算方法；建立对称密码算法的新型分析理论与方法，分析主流密码算法的安全性；研究密码算法的安全性分析模型，以及在量子计算环境下的攻击方法，并基于格最短向量、含噪声有限域非线性方程求解等困难问题，设计下一代可证明安全的密码体制；探索深度学习方法在密码分析与设计中的应用，研究基于深度学习的密码分析理论与设计理论；针对区块链、卫星保密通讯等系统对密码的重大应用需求，构建灵活性强、安全可靠、执行效率高的密码支撑系统。
考核指标：提出格最短向量和格最近向量、含噪声有限域非线性方程组求解等密码数学难题的新的有效求解算法与相关问题的量子计算算法，计算速度实现提升10个量级乃至实现指数级复杂度提升，或给出其量子计算复杂度；给出基于格困难问题等的公钥密码体制新的分析方法或安全性证明；提出对称密码算法的分析新模型，具有普适性，可用于一类或多类主流对称密码算法的安全性分析；给出密码算法的新的量子分析模型，基于格困难
问题等，构建抗量子计算攻击的密码体系；基于自动化搜索以及机器学习等深度学习与分析技术，提出密码算法攻击路线的自动搜索方法；设计适用于区块链、保密卫星通讯等关键应用实际需求的密码系统，包括密文搜索、新型公钥加密与签名算法、高效同态加密算法、基于属性的密码算法、适合于风险控制的区块链密码系统等。
31.不确定性系统智能控制的数学理论与方法
研究内容：结合工程技术领域某些典型复杂系统控制问题的背景和特点，重点研究下列科学问题的普适性数学理论和创新方法：复杂非线性不确定性系统基于数据的在线估计算法及算法性能的数学理论；复杂非线性不确定性动力系统的自适应滤波与预测的数学理论和方法；复杂环境下多自主体系统的自主规划与分布式智能协同控制的数学算法及理论；复杂多模态非线性不确定性混杂系统智能控制与反馈能力的数学理论与方法。
考核指标：提出创新性的控制算法、建立相应的数学理论，并在航空航天或电力等高技术领域的某些典型不确定性系统中验证其有效性。特别地，建立分布式在线优化算法和基于混杂数据的实时快速辨识算法，并建立相应的算法性能分析理论；在系统参数和边界条件不确定情形下，构造基于多源数据的自适应预测算法，并给出预测精度的理论估计；给出不确定性环境下自主路径规划与分布式自适应协同的数学理论及实现算法；给出多模态
多层次混杂非线性系统智能控制的理论与方法，使其能够对付大范围不确定性和具有逻辑演化特性或博弈行为的被控对象。
32.金融风险的计量理论与方法
研究内容：建立基于现代随机分析和现代概率统计理论的金融风险计量理论体系与防范技术机制，包括：基于现代随机分析的金融市场资产定价理论和金融风险计量理论；金融风险量化方法与高性能计算；投资策略和金融风险计量的人工智能技术；基于金融大数据的金融风险计量与防范系统的设计方法与实现。
考核指标：以金融风险的计量为关键科学问题，构建面向金融大数据的金融风险计量与防范理论体系。提出基于现代随机分析和非线性概率统计的各类金融风险计量的建模方法，突破计量金融市场不确定性的关键技术；揭示金融市场不确定性的动态行为特征与机制、机理；揭示我国金融市场模型不确定性的行为特征与机理，研发金融风险模型验证系统原型；揭示不确定性对系性金融风险的影响机理，研发不确定性溢价的计量方法；突破高维资产定价模型和高维风险计量模型的计算技术，实现金融风险的系统性计量和智能监管；研发基于金融大数据的金融风险计算技术平台与风险预警防范系统。
33.分子可编程精准合成及其生物医学应用
研究内容：借鉴生物大分子的程序性连接化学，发展分子可编程精准合成的新技术。设计合成具有目标活性的分子基元，研发分子基元的精准合成原理和构效关系，合成具有生物调控活性和响应的多基元功能分子，确定其纳米结构，开发靶向、高效、低毒的分子影像剂和药物，为恶性肿瘤等重大疾病的精准诊断与治疗提供新技术。
考核指标：设计合成10种以上新的具有遗传编码、自组装作用力、信号功能、调控活性、药学活性等功能的分子基元；利用不同的分子基元，构建具有特定生物学功能与状态，包括可特异性、高亲合力结合靶标分子以及可行成水凝胶、胶束等纳米结构和动态组装体的多基元分子，开发多功能纳米药物；发展恶性肿瘤的超高灵敏原位活体成像新方法，研发新型分子影像剂2~3种，实现对于重要分子纳摩尔量级的活体、原位检测能力；开发靶向、高效、低毒的新型药物2种，在活体中实现恶性肿瘤的高特异性分配和显著的肿瘤抑制生长活性。
34.人体器官芯片构筑与功能化
研究内容：针对生命科学和新药研发领域的前沿科学问题，在细胞、组织、器官和系统水平，建立功能化人体器官芯片构筑的新技术、新体系，突破现有研究手段难以模拟人体器官生理与功能特点的瓶颈问题，实现针对重要组织器官关键功能单元的体外多维重建，器官间作用模拟和生命大数据获取；通过集成多参数、多维度、多模态分析手段和数字化数据输出，系统评价与验证人体器官芯片的生理相关性与功能，为新药研发、毒性预测和
疾病精准治疗等提供科学依据和技术支撑。
考核指标：利用人源性细胞，建立符合人体重要组织器官关键功能特性的器官芯片体系，可集成高分辨成像、多模传感检测与组学分析等技术。具体包括：针对中枢神经系统、循环系统和生殖系统，建立不少于2种具有多种细胞成分、组织屏障特点和组织器官关键功能的人体器官芯片，实现三维（3D）组织动态培养，可模拟对外界刺激的生理响应；建立具有人体生理相关性和器官间作用的多器官芯片体系和模型算法，突破实现多器官集成
的技术瓶颈；结合生物传感、高分辨成像和组学分析等方法，实现不少于6个指标的组织器官关键功能评价与并行测量；利用构筑的组织/器官芯片，针对10种以上药物/活性化合物进行药效/毒性评价与验证。
35.活体生物组织的超高灵敏谱学与成像探测
研究内容：针对生物医学及交叉领域的前沿科学问题，发展超高灵敏、高空间分辨、无损和不受深度局限的活体生物功能分子信息的获取、重建与可视化新方法和新技术；设计合成兼具高特异性生物功能分子识别、光热/光声转换性能的多效探针，实现肿瘤的示踪和干预，发展具有诊疗一体化潜能的新方法和新技术；针对重要功能分子（如核酸），发展体内外痕量、多指标联合并行检测新原理和高灵敏、高通量微纳芯片新技术；实现三类方法和技术的相互印证，为重大疾病生物标志物高效准确测定提供变革性新手段，为阐明重大疾病的发生发展机制提供关键数据和技术支撑。
考核指标：构建合成出5种超极化选择性射频示踪分子，使活体分子成像灵敏度提高3个数量级，探测深度覆盖全脑或胸腹部器官，通过欠采样、深度学习、人工智能等技术的高度集成，使数据采集时间减半，达到0.5秒，图谱重建时间减少1/4，达到1.5秒，活体深部器官的空间分辨达到0.5mm；设计合成10种集高灵敏和靶向性于一体的多功能、多模态、高生物安全性的光频或声频示踪探针，探测灵敏度达到纳摩尔量级，并且可选择性杀
死肿瘤细胞；探索微纳体系痕量核酸高灵敏度、多指标联合并行检测新原理与低成本分子诊断技术新方法，实现痕量核酸微流控芯片恒温扩增、反应体积1.5μl、检测灵敏度达到10个核酸拷贝、多指标检测通道数。
36.恶性肿瘤的介入精准内放疗和磁热疗
研究内容：突破腔道恶性肿瘤内放疗定量、可控技术难题，探索难以手术的特殊部位肿瘤的精准介入磁热疗策略。构建基于剂量—效应的I粒子植入放射生物学理论，建立多模态影像融合与动态脏器的运动模型，实现I粒子精准植入与手术全过程剂量学验证、管理。综合多模影像融合和虚拟现实导航技术，实现多模影像导引自动精准穿刺及术前仿真；发展支架—放射性粒子的自动化无人装配技术，以及高精密驱动和多模态力/触觉融合
与反馈技术，实现主从式机器人宏微复合驱动及视觉、力触觉等多通道操控反馈。研究精准自控温的无毒副作用智能纳米颗粒材料，发展肿瘤精准介入磁热疗技术。
考核指标：发展植入放疗剂量学策略，准确描绘等剂量曲线及三维分布，实现对I粒子种植过程的实时快速监控与优化；发展粒子源自动、精准封装与多模态定位、术中导航技术，实现集视觉、力触觉等多通道信息协同反馈的机器人辅助植入；研发性能优越的自控温智能纳米颗粒（平均直径50nm，热疗温度42~45℃，控温精度1℃），研发脑肿瘤磁热疗样机，建立相关技术规范；完成实体恶性肿瘤治疗30例以上，至少包括20例腔道恶性肿瘤。
37.基于铁基超导的下一代高场磁体技术及验证
研究内容：面向未来高能粒子加速器、可控核聚变及高场核磁成像等应用方向，基于铁基超导基础研究和应用基础研究方面的优势和材料特性，突破制约高场超导磁体变革性技术发展的瓶颈，开创铁基超导新应用。揭示制约铁基超导性能的微观机理，探索面向高场应用的铁基超导体系；通过微观结构调控和人工引入钉扎中心等先进手段，发展高性能、高强度和高均匀的铁基超导多芯长线制备技术；基于自主研发的铁基超导导线，突破下一
代高场超导磁体关键技术。
考核指标：通过对铁基超导体磁通动力学研究，揭示磁通钉扎微观机理，解决电传输弱连接问题，获得具有优越高场应用性能的铁基线材；发展百米级铁基超导导线的实用化制备技术；掌握导线传输电流性能达6×A/cm2（4.2K，10T）的下一代高场磁体关键技术，完成铁基超导高场磁体原型样机示范验证。
附件3
“发育编程及其代谢调节”重点专项
年度项目申报指南
“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，综合利用遗传学、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和应用基础研究，增强我国发育与代谢研究的核心竞争力。在细胞谱系分化、组织器官损伤修复、组织器官间的发育偶联与代谢对话、发育和代谢可塑性、营养与环境对发育和代谢的调控作用、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、营养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，年本专项将围绕器官发育与稳态编程及其代谢调节、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15个研究方向。对于每一个指南方向，原则上只支持1个项目，仅在申报项目评审结果相近、技术路线明显不同的情况下，可同时支持2个项目，并建立动态调整机制，根据中期评估结果，再择优继续支持。国拨经费总概算约4.90亿元（其中，拟支持青年科学家项目2个，国拨总经费不超过万元）。
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。鼓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4.2~4.5拟支持的每个项目下设课题数不超过8个，每个项目所含单位数不超过20家。其它指南方向拟支持的项目下设课题数不超过4个，每个项目所含单位数不超过6家。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.器官发育与稳态编程及其代谢调节
1.1组织器官前体细胞命运决定机制
研究内容：器官前体细胞谱系发生与命运决定的分子机制，重要器官前体细胞的精确定位，形态素在前体细胞产生中的作用及其机制，前体细胞多能性的维持机制。
考核指标：发现3~5个前体细胞关键标志物（包括代谢产物），发现决定前体细胞命运的4~6个关键因子并阐明其分子调控机制，揭示1~2种组织器官前体细胞命运决定的机制，形成创新性理论。
1.2细胞谱系转变与组织器官形成的编程机制研究内容：多能细胞逐级分化的信号调控机制，不同命运细胞定向迁移的微环境信号和响应机制，不同类型细胞聚集、形变、结构形成的精细过程及其特点，不同类型细胞间的信号通讯和转导机制。
考核指标：阐明1~2种重要组织器官形成的过程和规律；发现2~3种新的细胞类群；明确特殊类型细胞的3~5个重要标记分子；发现调控组织器官形成的3~5个重要因子，并阐明其调控网络。
1.3核酸修饰与代谢对组织器官发育编程的调节*
研究内容：鉴定组织器官发育中新型的核酸碱基修饰类型及代谢产物，寻找相应的酶和辅助因子，研究碱基修饰的分子机制及其对组织器官发育的调控作用。
考核指标：发现新型核酸碱基修饰类型及3~5个关键代谢酶；明确2~3种新型核酸碱基修饰对基因组转录水平的影响机制；发现2~3种核酸修饰与代谢途径对组织器官发育的作用机制。
1.4组织器官发育中重要新型代谢物鉴定及其功能*
研究内容：分析不同发育阶段某种重要组织器官及其关键细胞主要代谢物的变化，挖掘并鉴定发育过程中重要的新型代谢物，研究其在发育中的作用及其机制。
考核指标：揭示1~2种重要组织器官发育过程中主要代谢物（如脂类、氨基酸、糖）代谢谱的变化；发现3~5种新型代谢物，并阐明其在重要组织器官发育中的作用及机制；鉴定导致组织器官发育失调的2~3种异常代谢物，并阐明其对个体的影响。
1.5分泌因子在代谢调控与组织稳态中的作用
研究内容：主要鉴定肝脏、肌肉或脂肪等器官和组织的重要分泌因子，研究分泌因子对不同类型细胞的增殖、凋亡等行为的作用及其机制，研究分泌因子对细胞糖代谢、脂代谢、氨基酸代谢等的调节机制，研究分泌因子缺失对组织稳态的影响。
考核指标：发现10种以上调控关键组织稳态平衡的自分泌因子，阐明其对细胞行为和组织稳态的调节机制；发现10种以上调控关键组织稳态平衡的旁分泌因子，阐明其对靶细胞行为和靶组织稳态的调节机制。
1.6组织器官再生的分子调控网络
研究内容：建立心脏、胰脏等组织器官再生的动物模型，实时动态观察再生过程；研究组织器官再生过程中的细胞来源、细胞行为以及细胞间相互作用机制；研究组织器官再生的遗传、表观遗传或代谢调控机制。
考核指标：揭示心脏、胰脏等组织器官再生的2~3种细胞来源，阐明组织器官再生过程中细胞间的相互作用机制；鉴定出15~20个调节组织器官再生的因子，并解析3~5个关键因子在组织器官再生中的遗传、表观遗传或代谢机制。
2.营养与环境对器官发育和稳态的调节机制
2.1主要营养物质及其代谢中间产物对关键器官发育和稳态的作用
研究内容：主要营养物质及其代谢中间产物调节肝脏、脂肪或胰腺等关键组织器官发育过程的核心节点与相关分子网络，主要营养物质及其代谢物调节关键组织器官稳态的遗传发育网络，与组织器官发育相协调的主要营养物质的代谢调控网络，跨代传递的代谢物或获得性遗传修饰对后代个体发育和组织稳态的影响及其分子机制。
考核指标：发现3~5种影响个体发育和稳态的新型重要代谢物，阐明其参与的代谢调控网络；揭示1~2种个体发育和组织稳态编程的代谢调控机制。
2.2应激对发育和稳态的影响
研究内容：应激或运动条件下某种组织器官（肝脏、胰脏、骨骼肌或神经系统等）的主要代谢网络的变化规律，鉴定其关键调控节点；应激或运动条件下影响重要组织、器官发育和稳态的代谢网络，及其作用的相关分子网络，代谢变化在应激导致的组织器官发育缺陷中的作用及机理。
考核指标：阐明1~2种应激或运动条件对代谢的影响机理；探索应激或运动对重要组织器官发育和稳态维持的作用，揭示1~2种新的调节机制，发现3~5个关键应激响应因子，为人为干预应激反应提供理论基础。
3.代谢和发育紊乱相关疾病的发生发展机制
3.1遗传代谢病与儿童发育异常的关系与机制
研究内容：以我国发生率较高的遗传代谢病为对象，基于我国儿童患者的临床表现和致病基因突变特点，研究代谢异常对各种组织器官发育的影响，以及相应组织器官发育异常的细胞和分子机制。
考核指标：提出3~5种遗传代谢病的新机理，制备5~10种遗传代谢病的动物模型，发现并验证3~5个新的代谢相关儿童发育异常的诊断与筛查分子标志物。
3.2器官发育缺陷的调控机制
研究内容：收集我国成人阶段表现的家族性器质性疾病的患者样本，研究其代谢变化并鉴定候选致病基因；制备动物模型，系统研究相应组织器官及其它组织器官的发育变化，检测基因调
控和代谢网络的改变情况。
考核指标：鉴定5~10个组织器官发育缺陷的新致病基因，建立5~10个研究致病机理的动物模型，发现5~10种有诊断和预警价值的生物标志物。
4.发育与代谢研究技术创新与资源库
4.1微量和高通量脂质组学新方法
研究内容：针对模式动物，建立高通量、高灵敏度、高覆盖度、精准定量的完整脂质组学分析体系，单个细胞或生物个体定量脂质组学分析体系，超高通量的膜脂分析体系。
考核指标：构建完整的脂质组学分析体系；建立约40大类脂质（大于0种分子）的高覆盖脂质组学分析方法；建立1~2套基于离子淌度质谱的膜脂超高通量分析体系；发现3~5个模式动物/器官发育的重要脂质标志物或脂质代谢调控网络。
4.2规模化创建斑马鱼发育代谢突变新品系
研究内容：利用基因敲除及细胞谱系标记等技术，系统性大规模创建和筛选发育代谢相关的斑马鱼突变体新品系，利用遗传学、组织学和影像学等技术手段开展斑马鱼发育突变体品系的表型分析，充实、提升和完善国家级动物资源中心。
考核指标：对0个以上发育代谢相关基因进行基因敲除，初步明确纯合突变体的表型；制备个以上的组织特异性转基因品系；揭示10~15个转基因突变品系中细胞或代谢谱系的变化机理；大幅提升资源中心的品系数量并有效开展资源共享服务。
4.3小鼠突变品系的发育与代谢特征的系统分析
研究内容：对现有和新创建的小鼠突变品系的发育与代谢进行系统地表型分析，发现重要基因的新功能；建立和实时更新突变品系的表型数据，形成有效的数据共享网络系统。
考核指标：系统性地解析个以上具有自主知识产权的小鼠突变品系的发育、生理、代谢等相关数据，发现50种以上基因新功能；建立比较完善的表型数据库，并有效开展资源共享服务。
4.4猪发育及代谢突变品系的规模化创制
研究内容：利用遗传修饰技术大规模研制猪突变品系，挖掘调控猪的发育与代谢的关键基因，研究其作用机制；制备重大人类遗传性发育和代谢疾病的小型猪模型，阐明相关疾病的发病机理，探索新的治疗手段。
考核指标：创制不少于个发育代谢相关基因的突变品系，建立20~30种类似人类遗传性发育和代谢疾病的品系，建成资源保存库，并有效开展资源共享服务。解析5~10个调控猪的发育与代谢的关键基因，并阐明其作用的分子机制；依托猪模型资源，完成2~3项人类重大遗传性发育和代谢疾病治疗新手段的探索研究。
4.5发育及代谢疾病的灵长类动物模型创制
研究内容：优化灵长类动物基因修饰技术，建立一批发育、代谢及相关疾病的灵长类动物模型，解析靶标基因在发育和代谢过程中的作用和影响。对发育、代谢疾病的灵长类动物模型进行各发育阶段的表型分析，建立基因修饰灵长类动物资源库。解析疾病的发病机制，为临床筛查和干预提供重要线索并建立新的治疗手段。
考核指标：建立高效的灵长类靶向基因修饰技术；创制10~15个与发育和代谢相关的人类疾病灵长类动物模型；研究靶标基因对灵长类动物胚胎发育、器官形成、功能与代谢的作用和影响，揭示2~3种与发育和代谢相关的复杂疾病的发病机理；建立2~3项新型治疗途径；实现靶向基因修饰灵长类动物资源库，并有效开展资源共享服务。
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附件4
“合成生物学”重点专项年度
项目申报指南
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人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题，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。
年本专项将围绕基因组人工合成与高版本底盘细胞、人工元器件与基因线路、人工细胞合成代谢与复杂生物系统、使能技术体系与生物安全评估等4个任务部署项目。根据科技部、深圳市人民政府《部市联动组织实施国家重点研发计划“合成生物学”重点专项框架协议》，中央财政和深圳市联合出资，共同组织实施“合成生物学重点专项”。根据专项实施方案和“十二五”期间有关部署，年优先支持32个研究方向，其中包括8个部市联动任务。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，技术路线明显不同，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。年度专项拟部署项目的国拨经费总概算为8.37亿元（其中，拟支持青年科学家项目不超过4个，国拨总经费不超过0万元）。
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。鼓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。为保证研究队伍有效合作、提高效率，项目下设课题数原则上不超过4个，每个项目所含单位数原则上不超过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）组织申报，但不受研究内容和考核指标限制。部市联动任务申报分两类：一类是由深圳市科技创新委员会推荐，深圳市有关单位作为项目牵头单位进行申报（标#的方向）；另一类可由专项所有推荐渠道组织推荐，申报项目中至少有一个课题由深圳市有关单位作为课题牵头单位。
1.人工基因组合成与高版本底盘细胞构建
1.1原核生物基因组的人工设计与合成
研究内容：针对大肠杆菌等模式原核生物，开展人工基因组的理性设计与化学合成研究。发展原核基因组深度设计、化学再造的新方法和新技术；进行基因组的系统简化和高度简约基因组的人工合成、组装与功能分析。
考核指标：建立人工基因组的模块化、适配性、正交性、成簇化的基本原则；创建大肠杆菌基因组设计合成与定制化重塑的方法；实现2~3种重要代谢通路等特殊功能的再造；化学全合成基因组3.5Mb以上。
1.2真核微生物基因组的人工设计与合成
研究内容：针对真核模式生物酿酒酵母等，建立真核生物基因组的设计新原则和组装新策略，发展真核染色体深度设计再造与功能重塑的新方法和新技术；化学全合成深度设计酵母基因组，研究真核基因组简化的规律。
考核指标：建立酿酒酵母人工基因组深度设计合成的新原则；建立酵母基因组的模块化组装和人工基因组精简的新策略；合成再造的酿酒酵母基因组精简20%；化学全合成染色体10Mb以上。
1.3高版本模式微生物底盘细胞*
研究内容：以解决生命科学研究中重大科学问题为导向、以重要微生物为对象，提升其研究性能或拓展其研究与应用范围而进行微生物比较与进化基因组分析，或系统与定量生物学分析，实现生理或遗传的数字建模或/和“底盘化”细胞的理性设计、编辑、重构及相关研究。
考核指标：针对重要微生物的研究目标，建立多层次基因组结构功能分析体系或模块化微生物数字细胞，在相应基因组层次或功能范围内实现基因型与表型相关的预测能力；建立相应的全基因组及特殊基因模块的理性设计体系；实现基因组改造与重编程以及基因表达的精细调控；构建4~5种在所设计的生物学功能上具有显著超越现有天然细胞的人工高版本底盘细胞，并进行相关功能测试。其中，1~2种人工底盘细胞在科研应用中获得突破
性进展。
1.4微藻底盘细胞的理性设计与系统改造*
研究内容：研究微藻底盘细胞设计、开发通用技术和工具，实现微藻基因组的编辑、大片段删减和功能模块的稳定表达；研究微藻细胞代谢和生理功能模块，再设计、组装和适配高效的生物合成与调控功能模块；研究微藻底盘细胞的逆境适应机理，提升其适应力，开展合成微藻的工程化示范。
考核指标：建立聚球藻、鞘丝藻、微拟球藻等可工程化微藻的高效遗传操作与基因组编辑改造技术，构建2种以上基因组简化、具有多重可调控基因回路、可编程控制产物积累的新型微藻底盘细胞；实现1~3个微藻代谢和生理功能模块的鉴定、重构，开发3~5种重要能源化工产品和高值天然产物的生物合成与调控模块，突破天然生物合成的调控和效能限制，实现目标产品的高效固碳合成；鉴定、设计8~10种可移植型微藻抗逆功能元件，获得可在大规模培养条件下应用的微藻底盘细胞和细胞工厂，实现合成微藻制造的工程化示范。
1.5高版本工业放线菌底盘
研究内容：根据产物类型研究外源复杂生物合成途径在放线菌底盘中的适配机制（包括底盘对产物耐受，底物供给与辅酶平衡，合成元件的翻译后修饰等机制），开发人工蛋白骨架技术以及高效率多靶点的基因编辑技术，构建基于多组学分析和体外重建系统的数学网络模型，将放线菌底盘服务于新产物挖掘和药物高产。
考核指标：建立针对聚酮、萜类、核糖体肽、氨基糖苷等产物异源表达和高产的放线菌底盘细胞，实现kb以上基因簇的抓取和异源表达，实现通用、高效率、多靶点的基因编辑技术在放线菌底盘中的应用，实现人工骨架对合成元件的体内重构，建立高通量高灵敏度的中间代谢产物和终产物检测平台，建立2种以上放线菌底盘的数学网络模型，实现50种以上关键功能催化元件的表征，实现1~2种新天然产物在放线菌底盘的发酵中试，提升3个重大产品的工业菌株水平，5个产品实现产业化应用。
1.6高版本工业丝状真菌底盘
研究内容：针对开发分别适用于蛋白质、生物基化学品等工业化生产的通用丝状真菌底盘细胞的科学技术问题，研究底盘代谢途径、生物大分子合成与外泌、细胞生长与生理、遗传与发育分化等系统生物学问题；发展与完善底盘细胞的基因组设计与重编程技术体系；设计、重构、组装高效功能模块及核心骨架代谢途径，提升丝状真菌底盘的通用性和特征性工业性能。
考核指标：解析工业丝状真菌底盘细胞代谢冗余、生长速度、生长温度等关键生理特征的调控机制，以指导针对外源生物大分子合成外泌、复杂原料利用、副产物消除等工业生产属性提升的底盘细胞改造重构；实现丝状真菌基因组水平设计与重编程，构建3~4种生产性能显著提升、并在蛋白质或生物基化学品等类别产品生产中具有通用性的工业丝状真菌底盘；实现2~3种丝状真菌底盘细胞在蛋白质、重要生物基化学品生产中的工业化测试，
其中1~2种重要大宗产品实现45℃以上高温发酵，1~2种重要产品使用新底盘实现万吨级工业化生产。
1.7植物底盘的设计与构建
研究内容：发展和完善植物底盘基因组水平设计与重构的技术，构建通用植物底盘系统；解析重要植物活性代谢物的生物合成、调控及转运的分子机制；设计和重塑植物次级代谢及调控等特化性状。
考核指标：针对萜类、苯丙烷类、黄酮类、生物碱类等重要次级代谢物，设计4~5种目标专一的通用植物底盘系统，建立相应功能元器件的表征方法和技术平台；研发植物底盘设计、构建与重编程的原理、方法和技术及优化算法，建立植物底盘代谢模型；在植物底盘中鉴定并表征一批重要元器件，发现并验证若干次生代谢通路或关键步骤，实现一批（5~10种）重要活性代谢物的有效、定向合成，部分产物合成效率优于原生产方式，特别有开发价值的产物含量应达到干重的3‰~5‰。
2.人工元器件与基因回路
2.1生物元器件标准化设计组装与应用
研究内容：基于生物元件的产物靶向催化功能和底盘靶向调控功能，研究目标特定的普适元器件功能表征标准及相关技术；研发针对特殊目标的通用基因元件组装标准技术体系；通过挖掘、设计、构建与测试，获得高性能元件。探索人工生命系统中多个元器件之间及其与底盘细胞系统的相容性、适配性、稳定性、可控性的影响因素，发展生物元件的功能预测与设计的新算法。研发与生物元件相关数据标准化整合、交互共享、高效利用的方法，建立统一的、适应特定需求的生物元件库及相关高维度知识集成的优质元件设计平台，提供研发应用。
考核指标：针对天然化合物的合成生物学研发，基于大肠杆菌、放线菌和酵母等重要底盘细胞，获得一批（10万个以上）具有表征信息的催化和调控生物元器件并有文献支撑；建立15~20种与天然化合物合成或底盘细胞调控/正交线路构建等功能相关的生物元器件功能预测、设计、标准化表征、改造与构建的技术；构建50~个跨物种的普适性新功能调控元件，研发5~10种响应各种物理和化学信号的高效生物感应新元件，完成其在模式底盘细胞中的功能测试；形成针对3~5种通用底盘细胞的生物功能模块设计与构建技术平台，实现人工生命系统设计的快速迭代，实施创新基因元件组装标准技术体系；配套建立具有提供生物元件与底盘细胞数据信息标准化递交和交互查询功能、整合生物元器件分析和设计创新技术的在线共享平台，应用于天然化合物异源合成和高版本微生物底盘设计。
2.2重要病原体疫苗的人工合成
研究内容：开展全合成、安全可控的高变异病原体减毒疫苗的理论基础、设计原则、合成和评价研究；建立基于全病原体和基因组高级结构的大片段设计、合成与拼接组装技术，开关元件人工基因回路设计技术，特异性免疫回路调控技术，选择性扩增模型，快速变异评价模型；打通重要病原体疫苗人工设计合成和定向改造的关键技术环节，实现高特异性、智能性、适应性减毒疫苗的全合成。
考核指标：建立病原体疫苗人工合成的新理论与技术体系，掌握模块化人工疫苗的设计和制备原则；解析重要病原体基因组和全病原体的高级结构3~5种，确定1~2种基于高级结构的基因组设计原则；获得3~5种标准化、精确调控的分子开关和免疫回路元件；建立2~3种病原体选择性高效扩增模型和快速变异评价模型（如全细胞内化模型）；获得2~3种保留病原体原始抗原结构的人工合成候选疫苗，完成疫苗株稳定性、免疫效力和安全性
评价。
申报要求：申报单位须有从事病原微生物和疫苗研究的成功经验，获得过病原微生物疫苗临床批件，具备开展相关实验活动的高等级生物安全实验室等保障条件。
2.3合成溶瘤病毒与肿瘤治疗
研究内容：建立适用于溶瘤病毒的肿瘤治疗人工基因回路的设计合成、功能分析、计算模拟技术体系，研究溶瘤病毒免疫调节肿瘤微环境的理论基础，建立溶瘤病毒产品的生产工艺、稳定性和安全性评价技术体系。
考核指标：建立不少于50个适用于溶瘤病毒的标准化基因元件和模块，建立1~2项人工基因回路控制溶瘤病毒的设计原则。建立1~2项溶瘤病毒免疫调节肿瘤微环境的计算模拟和功能分析技术平台。获得不少于3种溶瘤病毒产品在模式动物肿瘤模型测试中达到显著治疗效果，肿瘤抑制有效率80%以上；完成1~2项溶瘤病毒品种的生产工艺研究，完成1~2种溶瘤病毒产品的有效性、稳定性和安全性评价，获得1~2个溶瘤病毒产品的临床试验批件。
2.4抗逆基因回路设计合成与抗逆育种
研究内容：围绕农作物耐盐碱和耐旱、工业微生物抗酸、抗高温性能，重点研究相关自然抗逆回路的作用机制、植物和微生物趋同抗逆途径的生物学基础，发掘和表征特殊环境生物相关抗逆元器件；建立通用人工智能抗逆模块和回路的设计原则、评估模型和高通量筛选平台；探索建立多功能抗逆回路设计与评价的新方法；结合玉米或棉花等农作物及微生物育种，开展人工抗逆回路的适配性和系统优化研究，进行田间规模种植示范和工厂发酵生产示范。
考核指标：获得10~20种高效抗逆元器件；实现5~7个人工智能抗逆模块和回路的有效适配与系统优化；完成10亩以上田间种植示范及0~立方米以上工厂发酵生产示范。实现指标包括：模式植物耐受2%盐浓度，农作物耐受中度盐碱化、耐旱节水15%，重要工业微生物耐受氢离子浓度指数（pH）下降1~1.5个单位，发酵温度提高3~4℃，节能降耗约15%。
2.5高灵敏环境持久性有毒污染物感知与识别生物系统
研究内容：针对二恶英类、有机氯、硝基多环芳烃等持久性有毒污染物，明晰生物体对持久性有毒污染物的信号识别、信号传递、信号响应等基因网络调控机制及关键分子，设计组装新型污染物识别元件及高效传感通路，优化识别分子及生物响应元器件，应用基因编辑构建针对持久性有毒污染物的高灵敏人工感知生物元器件，提高污染物传感通路的效率及识别元件的特异性，组装污染物感知与识别合成生物系统，研究环境中持久性有毒污
染物识别与分析中的适用性及检测能力。
考核指标：明晰3~5种持久性有毒污染物的识别生物分子、传感通路、响应基因等感知元件，构建2~3种污染物识别、传感与生物响应的人工感知生物元器件，组装1~2种高灵敏污染物感知与识别合成生物系统，检测的灵敏度超出现有同类生物传感指标，并能应用于实际环境样品持久性有毒污染物的监测。
2.6难降解有毒污染物降解代谢合成生物体系
研究内容：针对水体、土壤环境中难降解有毒污染物原位治理的难题，在微生物系统中挖掘降解基因、转运基因、分子开关、抗逆基因，理性设计降解通路，系统优化高效降解元器件，提高合成生物细胞运动、聚集、互作功能以及对复杂环境的适应能力，设计组装多功能代谢网络，利用人工干预手段构筑难降解有毒污染物降解代谢的合成生物体系，开展人工降解代谢体系在区域性污染物原位治理以及规模化工业生产中的应用研究。
考核指标：针对难降解有毒污染物，发掘3~5种化合物降解代谢分子元器件，构筑2~3种化合物的高效降解代谢生物元器件。开发针对2~3种难降解有毒污染物降解代谢的人工微生物，完成至少2项污染治理新技术中试，并形成规模化产业应用。
2.7电能细胞设计与构建*
研究内容：研究电能细胞还原力、代谢调控和双向电子传递的系统作用机制，设计构建提高电能细胞导电及电能利用效率的生物元件及系统。
考核指标：实现2~3种电子传递载体的生物合成，设计合成提高导电效率的跨膜导电色素蛋白支架（骨架）和胞外人工导电纳米线；阐明丝状电缆微生物细胞的长距离电子传递机制，提高工程化效率；模块化设计合成5~10种高效双向电子传递的电能细胞，使工程菌电能输出功率密度高于10W/m2；构建1~3套电化学—微生物融合的复合电催化体系和高效生物电合成系统装备，实现以电能为还原力高效合成高级醇等高附加值化学品。
3.特定功能的合成生物系统
3.1微生物化学品工厂的设计重构
研究内容：针对特定化学品的生物合成，研究微生物细胞工厂的设计原理，设计重要化学品的最优合成途径，重构微生物生化合成网络，组装人工代谢途径；研究生物元件、途径、细胞及环境的适配机制，解决代谢物质流和能量流的定向控制问题，构建高效的微生物化学品工厂，建立化工产品的微生物合成关键技术，实施重要化学品微生物合成技术的应用示范。
考核指标：开发出化学品合成途径设计预测软件，准确率国际领先；明确3种以上满足原子经济性高或还原力平衡的最优合成途径设计原则，阐明3~5种元件、途径、细胞及环境的适配机制；完成不少于10种有机化学品的合成途径重构设计，获得不少于5个新的微生物化学品工厂，目标化学品生物合成原子经济性接近或突破自然途径理论值，经济技术指标优于目前化学工艺；实现2~3个千吨级至万吨级工程化应用示范，相比现有化工生产
路线，生产成本降低50%以上，污染物排放减少90%以上。
3.2有机碳一原料利用的人工细胞构建
研究内容：研究有机碳一原料的生物转化分子基础与调控机制，重构有机碳一分子的细胞吸收与胞内转化的代谢及调控网络，设计、创建及优化以碳一分子为原料合成重要化合物的人工细胞，提高有机碳一化合物的生物利用速率，建立有机碳一原料生物转化与发酵技术，实施人工生物转化利用有机碳一原料的规模化产业示范。
考核指标：发现、表征和优化不少于10个有机碳一利用分子元件，设计合成5个以上新的有机碳一分子碳链延长关键生物元件，设计构建10条以上有机碳一原料生物转化的人工途径，创建5个以上非天然利用有机碳一原料的高效人工细胞，有机碳一原料利用速度与葡萄糖利用速度相当；实现甲醇等制备高碳醇、氨基酸、有机酸、油脂等产品的中试到千吨级产业示范，目标产品生产成本具有市场竞争力。
3.3新分子生化反应设计与合成生物系统创建*
研究内容：研究新生化反应与新酶设计的基本原理，设计、合成有新催化活性的人工生物酶，创建碳链和功能基团增减、重排、氧化还原等人工设计的新生化反应，创建新分子生物合成途径并进行人工酶、人工途径的组装与适配，打通非天然、难合成分子的生物合成路线。
考核指标：建立新酶设计方法，确立非天然生化反应与生物合成途径设计原则。开发1~3套新酶计算设计工具，具备过渡态分析、蛋白结构预测、催化活性预测等功能；设计2~3类催化分子机理清晰的人工生物新酶，催化自然生物不能催化或难催化的反应，创建1~2种自然生物难合成的新分子的高效生物合成新路径。
3.4非细胞生物合成系统的构建与应用
研究内容：针对目标应用技术体系，开展非细胞合成途径的热力学和动力学模拟研究，设计合成超稳酶的元件和人工辅酶元件，研究酶元件、辅酶元件的体外组装与多酶级联反应调控机制，解决非细胞生物合成系统组装的适配性、稳定性、有效性等问题，构建先进的非细胞生物合成系统，建立以生物质为原料生产高附加值化学品的非细胞生物合成技术，实施非细胞生物合成系统的应用示范。
考核指标：阐明人工酶系组装与稳定的分子机制，构建库容大于0的超稳人工酶元件库，创建5个以上非天然生物酶，创建20种以上的人工辅酶元件，其中3~5个人工辅酶的性能接近或达到天然辅酶；构建20个以上的人工多酶复合体，建立10种以上化学品非细胞生物合成新途径；完成5种以上稀少糖、维生素、医药原料等高附加值精细化学品的非细胞合成技术，完成从生物质合成高附加值特种人造淀粉的非细胞合成技术，实现2种以上产品实现千吨级至万吨级的应用示范，与现有工艺相比，生产成本降低50%以上，污染物排放减少90%以上。
3.5植物天然产物合成的工程细胞构建
研究内容：针对已知合成途径的植物天然产物，研究合成途径中关键酶催化效率和专一性的分子机制；研究外源基因在底盘细胞中的组装、适配机制和细胞全局调控机制，发展植物天然产物合成的高效基因组装和基因组编辑技术，开发植物天然产物的微生物工程细胞合成技术，并实施应用示范。
考核指标：阐明4种以上基因元件、途径与底盘细胞的适配原理，创建含8个以上外源基因的天然产物复杂合成途径；构建出20种以上植物天然产物高效合成的微生物工程细胞，其中5种天然产物发酵产量不低于15克/升；建立5条以上吨级规模应用示范生产线，发酵生产成本低于植物提取或化学合成成本50%以上。
3.6微生物天然产物的新结构创制和构效改良
研究内容：发现新型微生物天然产物生物合成酶和调控元件，研究其在天然产物合成中的工作机制；构建天然产物合成的生物元件库；设计和构建微生物天然产物的人工生物合成途径及合成体系，创建新结构、新功能天然产物库。
考核指标：构建库容大于0的生物合成元件库；挖掘和解析20个以上催化新反应、构建新结构的新型酶元件；创建10个以上重要抗菌和抗肿瘤等微生物天然产物人工生物合成体系；获得个以上新结构天然产物，其中3种以上为药物先导化合物。
3.7油藏环境合成微生物组的构建
研究内容：开展高含水、稠油油藏环境合成微生物组理性设计与构建原理的研究，开发高效、稳定可控的高含水、稠油油藏微生物组的定向合成与调控技术，实施合成微生物组提高石油采收率的示范应用。
考核指标：获得石油烃互养代谢模块，微生物互作功能模块与微生物互作、互养基因回路；设计构建出含有5种核心功能微生物的微生物组群；阐明代谢分工、互养、互作等对合成微生物组功能与鲁棒性的影响，实现油藏合成微生物组功能的可编程化；在2~3个温度大于80度的高温油藏开展合成微生物组的现场试验；实现口以上关停高含水稠油油井的现场应用，实现已关停稠油油井的重新采油，提高石油产量吨以上。
3.8低劣生物质转化利用的人工多细胞体系构建
研究内容：设计构建人工多细胞体系，研究体系中菌群协作和适配的信号通讯、群体行为关系和调控，实现从低劣生物质到有用化学品的高效转化。
考核指标：建立系统鲁棒、稳定和可控的包含5个工程细胞的人工多细胞体系，阐明低劣生物质转化人工多细胞体系的协作机制；创建4个以上识别和消除低劣生物质中胁迫因子的人工协作菌群，实现人工多细胞体系鲁棒性和稳定性；实现低劣生物质为原料有机酸衍生物、氨基酸衍生物、表面活性剂等的高效生物制备；产物合成收率达到理论值的80%以上，实现百吨级的产业化示范。
4.使能技术体系与生物安全评估
4.1高通量脱氧核糖核酸(DNA)合成创新技术及仪器研发
研究内容：开发化学法DNA合成新技术、复杂结构序列的高效合成技术和大片段DNA高效组装技术；研制基于高通量芯片的原位组装控制系统及仪器。
考核指标：开发2~3种全新的DNA合成技术体系；研制出新一代DNA合成仪及低成本配套试剂，与现有技术相比DNA合成综合成本降低2~3个数量级，基因合成成本单碱基不高于0.01元，寡核苷酸单碱基不高于0.元；形成1Mb以上的DNA自动高保真合成、组装能力；实现0样品/天的DNA自动化克隆通量；实现10Mb/天DNA自动化组装能力。开发1套从数据库到自动化设备的DNA合成组装全流程信息化控制软件。
4.2合成生物学伦理、政策法规框架研究
研究内容：参考全球范围内现有的合成生物学研究和应用的有关政策和法规、标准和指南，为政府制定符合中国国情的、可行的合成生物学研究与应用的政策提供伦理、法律和社会支撑。研究重点包括：考察合成生物学研究的目的、手段与特征，鉴别合成生物学在研究和产业化过程中可能涉及到的伦理问题；研究合成生物学实验室管理、市场准入以及安全监管等方面的规范；研究合成生物学相关的知识产权问题；研究公众对合成生物学的
认知与可接受性。
考核指标：（1）建立合成生物学研究和应用的伦理规范，针对合成生物学在能源、医药、材料、农业、食品和环境等不同领域研究和应用的具体情况，提出具有可操作性的具体的伦理准则、市场准入规范和政府监管政策建议；（2）针对合成生物学涉及的生物安全和生物安保问题，及生物安全与信息公开共享的关系，提出行之有效的实验室研究和安全管理规范及实施办法等相关建议；（3）制定促进合成生物学从发现到创新、从“专有/闭环/监管”到“共享/开放/创新”的知识产权机制；（4）建立常态化的合成生物学公众教育和研发成果的公共沟通渠道和公众参与途径。
5.部市联动任务指南
5.1药用单细胞真核微藻工程株的设计构建#
研究内容：开展莱茵衣藻、原始小球藻、微拟球藻等单细胞真核微藻细胞器基因组的人工设计、合成和改造研究，建立稳定高效的定向同源编辑及外源基因表达体系，设计构建系列药用单细胞工程藻株库，开展新型药用单细胞真核藻株规模化培养与药
物生产的工程示范。
考核指标：完成2~3种单细胞真核绿藻细胞器的全基因组人工合成，构建带有合成及定向改造细胞器基因组的藻株；实现3~5个生物药物合成途径在微藻叶绿体或核基因组中的构建、组装和调控表达；构建并筛选出药用单细胞真核工程藻50株系以上；建立吨级药用单细胞真核藻株培养与药物生产的工程示范。
5.2使用合成DNA进行数据存储的技术研发#
研究内容：开发利用合成DNA高效快速、高密度数据加密编码转码，随机读取，无损解读新方法；开发多类型数据存储DNA介质；通过合成DNA开发快速编码，存储及数据读取的集成型软件系统。
考核指标：开发1套DNA数据编码算法，实现数据信息到DNA码的高密度存储（单位编码效率bits/base1.6）；开发1套DNA纠错及索引算法，实现数据无损解读；开发1套分区及随机读取流程，实现DNA数据存储的随存随取；开发1套适用不同类型数据到DNA序列转换算法。
5.3肿瘤的合成微生物线路治疗#
研究内容：构建实体瘤治疗相关基因元器件、多基因模块交互数理分析模型。研究基因回路精确控制机理、适配性组装机理及体内环境下的基因回路设计原理等关键科学问题。发展合成微生物治疗实体瘤的理论与实用方法，阐明新型基因线路定量手段和多基因线路组装的基础理论，开发新型基因回路体外测试技术，阐明合成微生物在实体瘤治疗过程中体内的免疫学效应与变化，建立合成微生物治疗实体瘤评价体系和应用方案。
考核指标：构建10~20个实体瘤识别、治疗与适配模块；构建3~5个针对实体瘤特异识别、高效干预的基因回路；开发1~2种基因线路体内定量技术；建立1~2种新型体外肿瘤微环境模拟系统；建立合成菌株与肿瘤共培养的生理模型；开发3~5种载有基因诊疗回路的合成微生物；完成临床前医学和药学评价。
5.4肿瘤细胞基因回路在膀胱癌诊疗中的应用#
研究内容：设计基因回路调控膀胱癌肿瘤细胞复杂信号网络，有效区分和干预肿瘤细胞；创建基因回路组装集成，定量控制的理论原理；建立基因线路调控膀胱癌等恶性肿瘤细胞、肿瘤相关免疫细胞以及肿瘤干细胞命运的技术体系；开发膀胱癌靶向大容量基因线路传递系统和标准化、模块化佐剂。
考核指标：构建10~30个适用于肿瘤细胞环境的标准化基因元件和模块；设计3~5种调控膀胱癌等恶性肿瘤细胞命运的基因回路；集成1~2套智能识别和干预恶性肿瘤、肿瘤微环境及肿瘤干细胞的细胞治疗性产品并完成安全性及有效性评价研究。
5.5高效医学生物成像元件库的挖掘与应用研究#
研究内容：挖掘和鉴定生物合成超声或光声造影剂的生物体系，构建生物合成医学造影剂的种子资源库；研究造影剂生物合成的分子机制与调控网络，重构细胞或微生物合成造影剂的生物合成途径及其酶学图谱；设计、创建及优化合成造影剂的人工细胞或微生物系统，建立标准化、规模化、功能化生物合成医学造影剂的关键技术和平台，实施造影剂生物合成技术的应用示范。
考核指标：筛选、鉴定和表征不少于10个合成超声或光声造影剂的生物体系，创建3~5个造影剂的生物合成途径及其酶学图谱，明确5~10个造影剂生物合成关键基因及其调控机制；完成5~10个高效合成造影剂的人工细胞或生物系统的重构设计，获得不少于5个能用于医学影像应用的造影剂或分子探针；实现生物合成造影剂在疾病诊疗方面的应用示范。
5.6合成生物学自动化铸造平台关键技术研发#
研究内容：完成合成生物学自动化铸造平台的系统集成，实现设备仪器互联互通与自动化控制；针对最核心的菌株设计改造等任务，优化实验流程并开发云平台的高级设计软件，实现菌株改造的全流程自动化；自主研发自动化实验设备，执行高精度、高通量移液与生物颗粒的高灵敏、高通量、多参数光学检测分析等关键技术环节。
考核指标：实现合成生物学自动化铸造平台的模块化、智能化、柔性化系统集成，可并行处理不少于2套工艺操作，完成动态信息采集及实验过程的信息化管理，所提取的关键数据具有分布式汇总及初级分析能力；3~5种模式菌株的合成改造实现全流程自动化，可由云平台远程操纵，且实验效率比人手提高1个数量级以上，通量达到0菌株/月；高精度移液的液滴最小精度20nL，可同时进行不少于2个移液操作；可同时实现8通道和
96通道高通量移液操作，移液误差μl加样针2％，1ml加样针1％，5ml加样针0.6％；生物颗粒分析参数不少于3个（如粒径、计数、浓度等），单颗粒检测最小粒径1μm，荧光检测灵敏度≤50MESF，采样率≥00颗粒/分钟；多颗粒检测最低检测
量≤2μL/孔，吸光度灵敏度≤0.Abs，荧光灵敏度≤0.4fmol荧光素分子/孔，96孔检测时间≤10秒；建立单细胞表型组识别算法和表型组数据库系统，库容量大于000个；耦合单细胞流式拉曼分选和高通量测序，细胞分选后存活率80%；耦合96孔板与分选系统的自动进样，细胞损失率1%。
5.7水华蓝藻合成微生物控制系统构建与应用
研究内容：深入研究噬藻体侵染微囊藻细胞的机制以及噬藻体基因组中各基因功能模块，人工组装合成可侵染藻细胞的噬藻体，研究模块式改造噬藻体的技术，并测试工程菌株在水华治理中的应用；改造利用藻毒素多肽合成系统作为合成生物学元件生产平台。
考核指标：建立高效基因编辑技术，组装、优化不同功能模块，构建多个基于藻毒素多肽的合成生物学元件。构建1~3株可生产不同环肽的合成菌。构建1~2株高效的可侵染藻细胞噬藻体用于定向治理水华蓝藻。
5.8重要活性天然产物的合成途径解析及异源表达
研究内容：开发高通量功能元件挖掘技术和沉默基因激活技术，揭示药用植物、放线菌和真菌中具有重要活性的新天然产物的生物合成途径，阐明关键酶的生物催化机制，开发适用于天然产物生物合成途径高效重构的异源表达体系，实现重要活性天然产物的生物制造。
考核指标：发现种以上具有重要生物活性的新天然产物、阐明10种以上重要活性天然产物的生物合成途径、解析5~10关键酶的生物催化机制，实现聚酮合酶的定向设计与改造，开发或改进1~2种高效的异源表达体系，实现1~2种重要活性天然产物的微生物高效制造。__
来源：科技部网站年11月1日
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