这份名单是全球科技创新领域最具影响力的青年人才评价体系之一。自1999年《麻省理工科技评论》创刊百年之际发起,每年从全球范围内寻找最有可能改变世界的青年科技人才。榜单的评价标准包含影响力、创新力、进取力、未来潜力和沟通力五个方面,涵盖 IT、生物医药、商业等多个影响人类未来发展的领域,以此鼓励更多年轻学者为科技和社会发展贡献自己的力量。
入选理由:开发弯曲角度超过 360 度的柔性单晶硅太阳电池,成功验证批量生产可行性,为柔性硅基光伏的产业化与国家战略应用提供了关键支撑。
刘文柱致力于高效非晶硅/单晶硅异质结太阳电池基础与应用研究。他主导发明了一种柔性单晶硅太阳电池制作技术,获得了像 A4 纸一样柔韧的高效单晶硅太阳电池。
他创新性地提出介观对称性设计方案,实现工业尺寸单晶硅片最小弯曲半径约 4 毫米,单片电池最大弯曲角度超过 360 度。
单晶硅太阳电池的缺点是在力学上表现出脆性易碎,刘文柱率先成功研制工业尺寸高效柔性单晶硅太阳电池,1000 次“边对边”折叠后,电池效率仍保持不变,实现了力学韧性和抗震性的跨越式提升。
该技术推动柔性光伏成为下一个能源应用的热点话题,并在多个领域具有普适性应用价值。例如,低轨卫星、高空飞行器、光伏-建筑一体化、车载光伏、机器人感光、可穿戴电子等。
目前,该类型电池已成功应用于中国多个型号高空飞行器,创造了多个长航时飞行纪录,为国家战略应用做出重要贡献。此外,应用于中国南极科考(第 35、36、38 次)可再生能源系统,被评为“第 35 次南极科考工作亮点”,未来计划应用于低轨卫星平台。
在揭示光照对硅太阳电池性能影响背后的物理根源方面,刘文柱在国际上首次发现了反常的 Staebler-Wronski 效应。目前,该光电效应已经应用于所有硅异质结太阳电池生产企业,产线平均提效 0.3%-0.5%,成为提高电池效率的关键技术。
入选理由:通过将深度学习与原子分辨率扫描透射电镜结合开发出超分辨透射电镜成像技术,揭示了锂电层状氧化物正极的失效新机制,并将其用于指导下一代电池正极材料的设计和研发。
层状氧化物是锂离子电池中应用最为广泛的商用正极材料之一,深入揭示其失效机制对于开发下一代高性能锂离子电池正极材料至关重要,这将有助于解决全球能源危机。
为应对全球电池领域的这一重大挑战,王春阳与合作者通过结合深度学习与原子分辨率扫描透射电镜成像技术,开发出超分辨率透射电镜成像技术,并利用该技术揭示了锂离子电池层状氧化物正极材料中的复杂相界面结构、相变失效机制和力学失稳机制。
该成果揭示了影响层状氧化物正极结构退化的重要因素,对下一代锂电正极材料的设计和开发具有重要理论和实用价值。
近两年,他对电池的研究兴趣也从正极逐步扩展到其他电池材料,比如锂金属负极和电解液/固态电解质。在这方面,他基于原位透射电镜技术和冷冻电镜技术,从纳米-原子尺度揭示了锂金属的形核、生长与剥离机制。
并且,还通过结合冷冻电镜电子层析技术与传统电子衍射技术,实现了锂金属的三维晶体学成像。这一重要技术突破将在未来更广泛地应用于金属或合金负极材料的研究中。
人工智能技术与先进透射电镜表征技术的结合是电子显微学未来的重要发展方向。王春阳也计划将人工智能更广泛地应用于多维透射电镜技术的开发,以解决材料中的核心科学问题。
入选理由:首次在实验上展示了包含 30 个逻辑门元件、30 层 DNA 链取代反应的大规模计算电路的可靠运行,突破了近 20 年 DNA 分子计算在电路规模和电路深度的瓶颈。
王飞的研究致力于解决液相大规模信息处理有效性的挑战,致力于构建大规模的 DNA 分子计算与大数据 DNA 存储系统。
她提出了以单链 DNA 作为全局性传输信号的通用性液相集成电路构建策略,并基于此构建了具有通用性编程能力的 DNA 可编程门阵列(DPGA,DNA-based programmable gate array),通过 DNA 分子指令调用 DPGA 中的逻辑门元件,实现了类似电子系统 FPGA 模式的 DNA 计算电路配置。
并基于构象-自由能协同设计思想,设计了结构精简、响应迅速、运算精确 DNA 计算元件,构筑了一种新型的可寻址调用的双轨逻辑门,实现了一百余种不同计算功能的稳健运行,展示了迄今为止 DNA 电路编程最高的程序多样性。
这些研究实现了 DNA 分子电路可编程性与可扩展性的突破,同时建立了将 DNA 计算的设计者与用户分离的标准化设计范式,为 DNA 计算体系的软硬件独立开发以及推动 DNA 分子计算在生物医学领域的广泛应用奠定了基础。
目前,王飞已实现大规模 DNA 数字计算电路,下一阶段计划将此构建策略适配到 DNA 存储体系,以实现海量数据的 DNA 存储。
2019年6月,获中国科学院上海药物研究所博士学位。
入选理由:从多个层面阐明了阿片类药物与受体的作用机制,为设计更加安全的新型阿片类镇痛药提供了精确模板和创新途径,助力应对全球蔓延的“阿片危机”。
全球 20%-40% 成年人受慢性疼痛困扰,阿片镇痛药成为治疗疼痛的主要手段之一。传统阿片类镇痛药在发挥治疗效应的同时,也伴随系列严重的毒副作用,包括呼吸抑制和成瘾等,极大限制了其临床使用。
庄友文致力于对阿片受体的活性和信号传导调控分子机制展开深入研究,以期为高效低毒的新型阿片镇痛药的合理设计和发现提供新思路。
他首次揭示了吗啡和芬太尼分别与阿片受体 μOR 结合的精准结构,澄清了领域内对吗啡和芬太尼结合模式混乱的认识,并明确了芬太尼衍生物与 μOR 的构效关系,对未来更安全的阿片类镇痛药的设计提供了模板。
他还发现不同药物分子可以激活 μOR 产生多种构象和活性状态,揭示了配体介导 μOR 产生偏向信号的新机制,并设计了新型的信号偏向性分子,为后续 μOR 的 G 蛋白偏向性药物定向设计和进化明确了方向。
他系统地阐释了内源性阿片肽选择性识别和激活阿片受体的机理,提出了阿片受体遵循一套保守的激活机制,发现了多个新的阿片受体潜在可成药口袋,将有效促进新型阿片药物的开发。
他的研究解决了积淀在阿片受体药理领域长期未解决的多个问题,在完善对阿片受体生物学和药理特性认知的同时,明确了新型阿片药物设计开发的底层思维逻辑,为新一代阿片药物的发现指明了方向。