摘要：2024 年已经过去，这一年，在全球科研人员与创新者的共同努力下，众多突破性的科技进展纷纷亮相。《中国科技信息》根据关注到的信息，对2024年的重要发明与发现进行了盘点，这40个发明与发现将在不久的将来对我们的生活产生深远的影响（排名无先后）：

2024 年已经过去，这一年，在全球科研人员与创新者的共同努力下，众多突破性的科技进展纷纷亮相。《中国科技信息》根据关注到的信息，对2024年的重要发明与发现进行了盘点，这40个发明与发现将在不久的将来对我们的生活产生深远的影响（排名无先后）：

· 首个石墨烯制成的功能半导体问世

美国佐治亚理工学院研究人员创造了世界上第一个由石墨烯制成的功能半导体。测量表明，他们的石墨烯半导体的迁移率是硅的10倍。该项突破为开发全新电子产品打开了大门。

· 吸入式纳米传感器或有助筛查早期肺癌

美国麻省理工学院研究人员开发出一项新技术可实现早期肺癌检测。该技术基于一种能进入体内的纳米传感器，当传感器在肺部遇到与癌症相关的蛋白质，就会产生信号，并在尿液中积累，然后进行尿检就可揭示是否存在肿瘤。

· 游离DNA综合筛查使胎儿遗传病检出率提高60.7％

中国科学院院士、复旦大学生殖与发育研究院院长黄荷凤与该院研究员张静澜、徐晨明，联合浙江大学教授张丹、湖南省儿童医院/湖南省妇幼保健院教授王华等研究发现，采用综合性无创产前筛查技术检测孕妇血浆中的游离DNA，可同时三合一筛查染色体非整倍体、染色体微缺失和单基因变异这三种最主要的人类遗传变异，将胎儿遗传病无创筛查检出率提高60.7%。

· 科研团队利用农林废弃物成功制备出高性能二维碳材料

合肥工业大学机械工程学院生物质低碳技术与装备研究所马培勇教授团队利用农林废弃物成功制备出高性能二维碳材料，该材料在储能方面具有良好的应用前景。

· 科学家测量到第三类磁性，为交变磁性存在提供证据

铁磁性和反铁磁性一直被认为是材料的两种主要磁序。在2019年，美因茨约翰内斯古腾堡大学(JGU)的研究人员提出了第三种磁性类型，称为交变磁性。自那时起，这种磁性一直是专家们激烈争论的话题，一些人对其存在表示怀疑。2024年初，由JGU教授Hans-Joachim Elmers领导的实验研究小组首次在德国电子同步加速器(DESY)测量到了一种被认为是交变磁性特征的效应，从而为交变磁性的存在提供了证据。

· 肠道细菌可诱发遗传性致盲眼病

中山大学中山眼科中心联合多家科研单位研究发现，肠道中的细菌可通过被基因突变破坏的肠道屏障和眼部血视网膜屏障移行至视网膜，从而诱发遗传性致盲眼病。这一研究颠覆了传统上认为人类眼内无菌的认知。

· 研究人员从转基因牛的牛奶中成功获取人胰岛素

巴西圣保罗大学(USP)和美国伊利诺伊大学的研究人员成功从一头来自巴西南部的转基因牛的牛奶中获取了人胰岛素，该技术一旦投入使用，可以帮助糖尿病患者解决胰岛素短缺和成本高昂等问题。

· 中国科学家研发出新型智能纤维

东华大学研究团队研发出集无线能量采集、信息感知与传输等功能于一体的新型智能纤维，由其编织制成的智能纺织品无需依赖芯片和电池便可实现发光显示、触控等人机交互功能。

· 我科研人员观测到电磁波动态传播

哈尔滨工业大学（深圳）空间科学与应用技术研究院教授袁丁及其合作研究者首次观测到电磁波（光波）动态传播，证实太阳日冕的特殊结构以及行星等大型天体可作为电磁信号放大器，或可实现星际间通讯或者能量传输。

· 我国高性能光子芯片领域取得突破

中国科学院上海微系统与信息技术研究所科研团队在钽酸锂异质集成晶圆及高性能光子芯片领域取得突破性进展，成功开发出可批量制造的新型“光学硅”芯片。

· 高脂肪饮食会加速肿瘤生长

中山大学研究团队发现，高脂肪饮食会增加小鼠肠道中一种细菌的数量，并抑制它们的免疫系统，加速肿瘤生长。这一发现或为乳腺癌的治疗提供新思路。

· 天文学家发现距离地球最近的潜在宜居行星

英国爱丁堡大学天文学家通过美国国家航空航天局凌日系外行星勘测卫星，观测到了一颗类地系外行星——Gliese 12b。它距离太阳系仅40光年，围绕双鱼座的Gliese 12冷红矮星运行，成为迄今距离地球最近的潜在宜居行星。

· 清华大学研制出世界首款类脑互补视觉芯片“天眸芯”

清华大学研究团队研制出世界首款类脑互补视觉芯片“天眸芯”，在极低的带宽（降低90%）和功耗代价下，实现每秒10000帧的高速、10bit的高精度、130dB的高动态范围的视觉信息采集。

· 子宫内微塑料污染成女性不孕高风险因素

北京大学第三医院李蓉教授团队在女性患者子宫内膜中发现了微塑料，进一步研究显示，微塑料侵入子宫是女性不孕的高风险因素。

· 仿人类三维电子皮肤问世

清华大学航天航空学院、柔性电子技术实验室张一慧教授课题组在国际上首次研制出具有仿生三维架构的新型电子皮肤系统，可在物理层面实现对压力、摩擦力和应变三种力学信号的同步解码和感知，对压力位置的感知分辨率约为0.1毫米，接近于真实皮肤。

· 全球首个可开源“片上脑-机接口”智能交互系统诞生

天津大学脑机交互与人机共融海河实验室团队与南方科技大学等团队协同开发了全球首个可开源的“片上脑-机接口”智能交互系统MetaBOC，实现了培养“大脑”对机器人避障、跟踪、抓握等任务的无人控制，完成了多种类脑计算的启发工作。

· 我国科学家制备出超强韧3D打印弹性材料

浙江大学科研团队设计出一种新型光敏树脂，并用它通过3D打印做出能拉伸到自身长度9倍以上、凭借直径1毫米的“身躯”提起10公斤物件的“超级橡皮筋”。

· 盐分和体液流失或刺激肾脏再生

美国南加州大学团队最新研究显示，盐分和体液的流失可以刺激小鼠肾脏的再生和修复。这种肾脏修复和再生方式有望开辟肾病疗法新途径。

· 塑性热电材料领域实现突破，将用于人体体温发电

哈尔滨工业大学（深圳）材料科学与工程学院教授张倩、毛俊团队在塑性热电材料领域取得新突破：他们发现铋化镁单晶在室温下兼具出色的塑性变形能力与优异热电性能。该种塑性热电材料可用于开发柔性热电器件，主要面向人体体温发电与体温控制等应用场景。

· 绿色生物材料有望替代塑料

清华大学教授陈国强团队研发的微构工场聚羟基脂肪酸酯（PHA）实现成果转化，该产品生产过程绿色低碳，未来还可以利用纤维素水解物、餐厨废弃物或者二氧化碳为原料进行生产，可降低对农业资源的依赖和生产过程中的碳排放。PHA作为一种天然产物，可短时间内在自然环境中彻底为微生物消耗而消失，降解效率是传统塑料的100倍，也不会在人体内产生“微塑料”危害。

· 新型可穿戴设备实现体热供电

美国卡内基梅隆大学机械工程系研究团队开发出一种仅用体温即可为医疗保健仪器供电的设备，有望解决可穿戴设备充电的问题。研究人员将一种热能发电机与脉搏血氧仪传感器相结合。热能发电机利用液态金属和半导体通过3D打印橡胶集成在一起，成为一种柔性可拉伸的可穿戴装置。他们使用液体金属环氧树脂复合材料，增强热电元件与设备及身体接触点之间的导热性。与该团队过去的研究相比，这种设计将功率密度提高了大约40倍。

· 我国科学家在月壤中首次发现分子水

中国科学院物理研究所等单位的科研人员在嫦娥五号带回的月球样本中，发现了月球上一种富含水分子和铵的未知矿物晶体：ULM-1。这一发现标志着首次在月壤中发现了分子水，同时揭示了水分子和铵在月球上的真实存在形式。

· 我国科研团队实现“陶瓷可拉伸”

北京科技大学研究员陈克新团队联合北京工业大学教授王金淑团队、香港大学教授黄明欣，首次实现陶瓷的室温大变形拉伸塑性。研究团队首创性地提出一种“借位错”思想，即如果将金属中的位错“借”给陶瓷，那么就可以有效地克服陶瓷中位错形核难的问题。一旦陶瓷内存在大量的位错滑动，那么陶瓷就有可能像金属一样具有塑性。

· 3D打印制出“心脏创可贴”

美国科罗拉多大学博尔德分校领导的团队与宾夕法尼亚大学研究人员合作，研发出一种新的3D打印材料。这种材料既有足够的弹性以承受心脏的持续跳动，又具有足够的韧性以承受关节的挤压负荷。它易于塑形以适应患者独特的需求，并能轻松黏附在湿润的组织上。研究人员设想，未来这种3D打印材料有望制成修复心脏缺损的“心脏创可贴”，也可用于向器官或软骨组织递送再生药物以抑制椎间盘突出，甚至可用于缝合伤口以避免传统针线和缝合方式带来的组织损伤。

· 郭守敬望远镜发现已知铕元素含量最高的恒星

基于郭守敬望远镜中分辨率光谱数据，中国科学院国家天文台等单位的科研人员在银河系中发现了一颗目前人类已知铕元素含量最高的恒星。该恒星的铕元素含量是太阳铕元素含量的6倍。同时，这颗恒星还是一颗快中子俘获过程元素增丰的薄盘恒星。这是天文学家首次在银河系薄盘中发现此类特殊天体。

· 我国科学家成功合成用于电解水制氢的非贵金属催化剂

西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心教授孙立成团队成功合成可用于电解水制氢的非贵金属催化剂——CAPist-L1。这一新型催化材料浸在碱性水中，在安培级电流密度下稳定工作超过19000小时后，表面仍源源不断地产生气泡，尚无衰退的迹象，其催化效率和稳定性远优于已公开报道过的催化剂。

· 水凝胶出现大脑学习行为，学会玩电子乒乓游戏

英国雷丁大学研究团队证明，一种简单的水凝胶可学会玩20世纪70年代的电子乒乓游戏“Pong”。水凝胶出现大脑学习行为，随着时间推移其水平会不断提高。这意味着，即使是非常简单的材料，也能表现出与生命系统或复杂人工智能（AI）相关的适应性行为，为开发能学习和适应环境的新型智能材料开辟了新途径。

· 我国科研团队开发出火星电池

中国科学技术大学热科学和能源工程系特任教授谈鹏团队开发出一种火星电池。这种火星电池由火星大气成分作为电池反应燃料物质，可实现高能量密度和长循环性能。这项研究为火星电池在实际火星环境中的应用提供了概念验证，并为未来太空探索中的多能互补能源系统的发展奠定了基础。

· 研究发现细菌也会“通风报信”

法国研究人员研究发现细菌在接触抗生素、有毒物质或其他重大压力源时，能够通过细胞间通信激活一种防御机制，向周围那些未受影响的细菌“通风报信”，以便同伴们能预先作出反应，保护自身并发出警报。这一发现为开发更有效针对细胞间通信的抗生素疗法提供新思路。

· 真菌和计算机组合机器人问世

美国康奈尔大学研究人员开发出一种由真菌和计算机组成的“生物混合机器人”。这种机器人能够将真菌的电信号转化为数字指令，为构建更加可持续的机器人开辟新途径。“生物混合机器人”是一个新兴的研究领域，它涉及将植物、动物和真菌细胞与合成材料相结合来制造机器人。然而，使用动物细胞的成本高昂及其带来的伦理问题，以及植物细胞对于外部刺激反应缓慢的特性，一直是该领域面临的挑战。最新研究显示，真菌可能是解决这些难题的关键。

· 可用上千年！效率最高的辐光伏核电池在我国面世

苏州大学教授王殳凹、王亚星团队联合国内相关院校，提出了一种基于“内置能量转换器”的锕系微型核电池结构设计理念，通过将锕系元素与发光镧系元素的分子层级耦合，实现了放射性核素衰变能到光能转换效率近8000倍的提升，并组装了目前已知效率最高的辐光伏核电池。

· 一种“柔性电路”材料可读取人体电信号

美国马萨诸塞大学阿默斯特分校研究人员展示了一种自制的、能读取大脑、心脏、肌肉和眼部活动信号的“橡皮泥”。这种“橡皮泥”是一种“柔性电路”材料，具备导电性能，有望催生经济高效的柔性生物识别传感器。

· 4.1万亿次！类脑设备运算能效创新纪录

由美国和印度科学家组成的国际研究团队研发出一款新型神经形态硬件平台，创下了迄今最高能效纪录：4.1万亿次运算/秒/瓦！这一平台可显著提升人工智能驱动的计算应用程序的性能。

· 人工智能正催生新思维模式“系统0”

意大利米兰圣心天主教大学研究人员发表论文称，人工智能（AI）正在催生一种新的思维模式——“系统0”，这种思维体系有望在未来支持和增强人类的认知能力。这一发现被认为是认知领域的一项革命性进展。

· 无需半导体材料的电子器件问世

美国麻省理工学院团队在电子制造领域取得一项重要进展：他们利用全3D打印技术，制作出了不需要半导体材料的有源电子设备器件。这一突破性研究为将来的电子制造开辟了新途径。

· 动物试验表明：肝纤维化可被阻止或逆转

肝纤维化，是肝脏对慢性损伤的病理性修复反应，也是慢性肝病向肝硬化发展的关键环节。一旦这个过程开始，便不可逆转，肝脏移植成为患者最后的希望。美国西达赛奈医疗中心研究团队发现了一种遗传途径，将其阻断后，成功阻止甚至逆转了小鼠的肝纤维化进程。

· 科学家造出基于血液的“生物协同”材料

英国诺丁汉大学药学院和化学工程学院合作，创造了一种基于血液的新型“生物协同”材料。团队利用一种在组织自然愈合过程中引导关键进程的肽分子，开发出一种促进组织再生的生物材料。该材料已成功修复了骨骼，为进一步开发个性化再生血液产品铺平了道路。这类产品有望成为修复损伤和治疗疾病的有效手段。

· 新型催化剂将水解制氢效率提高200倍

德国马克斯·普朗克研究所科学家研制出一种独特的拓扑手性晶体，并将其用作水解制氢过程中的催化剂。通过操控该晶体内电子自旋，科学家将水解制氢效率提升了200倍。

· “电子墨水”可监测脑电波

美国得克萨斯大学奥斯汀分校团队首次发明了一种液体电子文身墨水，医生可将其打印在患者头皮上，作为传感器以测量大脑活动。该研究可为目前监测脑电波和诊断神经系统疾病提供一种有前景的替代方案，有望改进非侵入性脑机接口设备的设计方式并拓展其应用范围。

· 科学家首次观察到半狄拉克费米子

美国宾夕法尼亚州立大学和哥伦比亚大学科学家首次观察到一类特殊准粒子——半狄拉克费米子。这类准粒子在朝一个方向移动时拥有质量，而朝另一个方向移动时则失去质量。研究人员表示，对这些准粒子开展深入研究，有望促进下一代电池、传感器等技术发展。

文/科欣

来源：中国科技信息杂志