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??哪些科研課題最“熱”？日前，中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院、中國科學(xué)院文獻情報中心與科睿唯安聯(lián)合發(fā)布《2021研究前沿》，或許可以回答這個問題。

??研究人員持續(xù)跟蹤2015-2020年間發(fā)表在被SCI收錄的學(xué)術(shù)期刊上、被引頻次居于前1%的科研論文，根據(jù)它們的同被引關(guān)系對進行聚類并歸入幾大聚合的學(xué)科中，每個學(xué)科領(lǐng)域選出10個熱點前沿課題和若干新興前沿課題。

農(nóng)業(yè)科學(xué)、植物學(xué)和動物學(xué)領(lǐng)域Top10熱點前沿

??1植物提取物作為抗氧化劑在肉制品中的應(yīng)用

??2茶樹基因組研究與品質(zhì)性狀形成的分子機理

??3植物泛基因組研究

??4多功能食品智能包裝膜的研制

??5非洲豬瘟的流行病學(xué)和病毒學(xué)研究及防控

??6間歇性禁食對健康、衰老和疾病進程的影響

??7早期陸地植物進化研究

??8動植物堿基編輯器研究

??9褪黑素處理對果實儲藏品質(zhì)的影響及作用機理

??10植物免疫受體NLR及其介導(dǎo)的抗病機制

??農(nóng)業(yè)科學(xué)、植物學(xué)和動物學(xué)領(lǐng)域居于前十的熱點前沿主要分布在食品科學(xué)與工程、植物基因組與編輯、動物傳染病、健康飲食、植物進化、植物抗病研究等6個子領(lǐng)域。其中，食品科學(xué)與工程子領(lǐng)域有3個熱點前沿，分別在研究肉制品加工中植物抗氧化劑的應(yīng)用、多功能食品智能包裝膜、褪黑素在果實儲藏中的應(yīng)用。植物基因組與編輯子領(lǐng)域也有3個熱點前沿，分別在研究茶樹基因組、植物泛基因組及動植物堿基編輯器。動物傳染病、健康飲食、植物進化、植物抗病子領(lǐng)域各有1個熱點前沿。與往年相比，2021年入選的Top10熱點前沿再次凸顯近年食品科學(xué)與工程子領(lǐng)域較受關(guān)注。此外，動物傳染病研究也在近兩年持續(xù)出現(xiàn)。2021年還首次出現(xiàn)了有關(guān)飲食方式的研究，即間歇性禁食對健康、衰老和疾病進程的影響。

生態(tài)與環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域Top10熱點前沿

??1空氣、水體、物體表面等環(huán)境中新型冠狀病毒的檢測與傳播

??2新冠肺炎疫情期間的封鎖隔離措施對空氣質(zhì)量的影響

??3昆蟲衰退現(xiàn)狀、滅絕危機與驅(qū)動因素

??4燃煤及工業(yè)煙氣中汞污染的消除

??5微塑料在土壤中的暴露及對土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響

??6全氟和多氟烷基化合物的分布、暴露、毒理和污染控制技術(shù)

??7低成本大氣顆粒物傳感器性能評估

??8氣溶膠與大氣邊界層相互作用及其對空氣質(zhì)量的影響

??9全球空氣污染造成的死亡率和疾病負(fù)擔(dān)估計

??10物種界定方法的改進

??生態(tài)與環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的Top10熱點前沿主要分布在生態(tài)科學(xué)和環(huán)境科學(xué)兩個子領(lǐng)域，全球性的生態(tài)環(huán)境問題及新冠肺炎疫情相關(guān)的生態(tài)環(huán)境問題是主要關(guān)注點。

??具體來看，環(huán)境科學(xué)子領(lǐng)域的熱點前沿主要涉及新冠肺炎疫情相關(guān)環(huán)境研究，空氣污染相關(guān)研究，及全氟化合物、汞、微塑料等全球性傳統(tǒng)和新污染物的環(huán)境特征、風(fēng)險與控制研究。2020年新冠肺炎疫情在全球肆虐，該領(lǐng)域的兩個熱點前沿展現(xiàn)了新冠肺炎疫情與環(huán)境的相互影響，包括“空氣、水體、物體表面等環(huán)境中新型冠狀病毒的檢測與傳播”和“新冠肺炎疫情期間的封鎖隔離措施對空氣質(zhì)量的影響”。空氣污染是2021年熱點前沿的焦點，相關(guān)前沿包括3個，分別是“低成本大氣顆粒物傳感器性能評估”“氣溶膠與大氣邊界層相互作用及其對空氣質(zhì)量的影響”和“全球空氣污染造成的死亡率和疾病負(fù)擔(dān)估計”。其中，“氣溶膠與大氣邊界層相互作用及其對空氣質(zhì)量的影響”相關(guān)研究曾入選2020年的熱點研究前沿。此外，“新冠肺炎疫情期間的封鎖隔離措施對空氣質(zhì)量的影響”也同時是空氣污染相關(guān)的前沿。全球性污染物相關(guān)前沿包括“燃煤及工業(yè)煙氣中汞污染的消除”“微塑料在土壤中的暴露及對土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響”和“全氟和多氟烷基化合物的分布、暴露、毒理和污染控制技術(shù)”，它們所涉及污染物均是在全球范圍內(nèi)帶來重大、長期生態(tài)環(huán)境風(fēng)險，受到全球關(guān)注的典型污染物，多年入選環(huán)境領(lǐng)域的熱點前沿。生態(tài)科學(xué)子領(lǐng)域的熱點前沿主要涉及生物多樣性和物種分類兩個方面，具體包括“昆蟲衰退現(xiàn)狀、滅絕危機與驅(qū)動因素”和“物種界定方法的改進”。

生物科學(xué)領(lǐng)域Top10熱點前沿

??1新冠肺炎病原的鑒定、病毒全基因組序列分析和ACE2受體識別

??2新型冠狀病毒刺突糖蛋白的結(jié)構(gòu)、功能和抗原性

??3腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞對腫瘤免疫應(yīng)答的影響

??4卡介苗誘導(dǎo)的訓(xùn)練免疫

??5成年人類大腦海馬神經(jīng)元再生研究

??6脂蛋白(a)與心血管疾病風(fēng)險以及RNA療法治療高脂血癥

??7全基因組關(guān)聯(lián)研究確定抑郁癥相關(guān)基因座

??8瑞德西韋抑制冠狀病毒的機制研究

??9大腦星形膠質(zhì)細(xì)胞異質(zhì)性和功能多樣性

??10基于圖像的深度學(xué)習(xí)自動診斷疾病研究

??生物科學(xué)領(lǐng)域位居前十位的熱點前沿主要集中于新型冠狀病毒的致病機理研究、瑞德西韋抑制冠狀病毒的機制研究、卡介苗誘導(dǎo)的訓(xùn)練免疫、腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞對腫瘤免疫應(yīng)答的影響、大腦海馬神經(jīng)元再生和星狀膠質(zhì)細(xì)胞功能多樣性、脂蛋白(a)與心血管疾病風(fēng)險、抑郁癥相關(guān)基因座研究以及基于圖像的深度學(xué)習(xí)自動識別和診斷疾病等主題。

??新型冠狀病毒致病機理相關(guān)研究迅速成為生物科學(xué)領(lǐng)域的熱點，通過對病原、關(guān)鍵靶點及受體的確定，為后續(xù)疫情防控和藥物及疫苗研究等奠定了工作基礎(chǔ)。

??腦科學(xué)研究、腫瘤發(fā)生和治療研究、抑郁癥發(fā)病機制和藥物作用機制研究等是歷年生物科學(xué)領(lǐng)域研究前沿的核心議題。腦科學(xué)方面包括兩個熱點前沿“成年人類大腦海馬神經(jīng)元再生研究”和“大腦星形膠質(zhì)細(xì)胞異質(zhì)性和功能多樣性”，其中“大腦星形膠質(zhì)細(xì)胞異質(zhì)性和功能多樣性”是2020年熱點前沿“星形膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)退行性疾病以及大腦衰老的關(guān)系”的發(fā)展和延續(xù)。此外，“腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞在腫瘤免疫治療中作用”則與2020年的熱點前沿“基于MicroRNA的腫瘤治療”相關(guān)?！叭蚪M關(guān)聯(lián)研究確定抑郁癥相關(guān)的基因座”與2020年的“氯胺酮抗抑郁作用機制的研究”熱點前沿一樣都關(guān)注抑郁癥主題。

地球科學(xué)領(lǐng)域Top10熱點前沿

??1基于多種地球系統(tǒng)模型的氣候敏感性評估

??2基于數(shù)字高程模型的高亞洲冰川質(zhì)量變化研究

??3華北克拉通金礦床時空演化與構(gòu)造環(huán)境研究

??4基于多個衛(wèi)星數(shù)據(jù)的全球火災(zāi)排放評估

??5南極洲和格陵蘭島冰量損失對海平面變化的影響

??6基于日光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒庑l(wèi)星數(shù)據(jù)的植被總初級生產(chǎn)量評估

??7太古代大陸地殼演化與板塊構(gòu)造研究

??8煤中稀土元素地球化學(xué)研究

??9全球降水?dāng)?shù)據(jù)集的研制與評估

??10衛(wèi)星土壤濕度數(shù)據(jù)產(chǎn)品評估與驗證

??地球科學(xué)領(lǐng)域Top10熱點前沿4個屬于地理學(xué)相關(guān)研究，3個屬于地質(zhì)學(xué)，3個屬于大氣科學(xué)研究。從研究主題上看，地球科學(xué)領(lǐng)域Top10熱點前沿更加聚焦全球氣候變化。其中，利用地球系統(tǒng)模型開展的氣候敏感性評估和全球氣候變化研究等主題自2015年起已4次入選《研究前沿》報告，展現(xiàn)出地學(xué)界對人類活動與氣候變化研究的持續(xù)關(guān)注。從研究方法上看，利用天基探測平臺開展地球科學(xué)研究的特點更加突出，再次印證了遙感和信息技術(shù)進步對地球科學(xué)發(fā)展的巨大推動作用，例如：基于數(shù)字高程模型的高亞洲冰川質(zhì)量變化研究，基于多個衛(wèi)星數(shù)據(jù)的全球火災(zāi)排放評估，基于日光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒庑l(wèi)星數(shù)據(jù)的植被總初級生產(chǎn)量評估，全球降水?dāng)?shù)據(jù)集的研制與評估，衛(wèi)星土壤濕度數(shù)據(jù)產(chǎn)品評估與驗證等。

天文學(xué)與天體物理學(xué)領(lǐng)域Top10熱點前沿

??1快速射電暴的觀測和理論研究

??2原初黑洞觀測及其與暗物質(zhì)的關(guān)系

??3基于GW170817事件觀測約束中子星性質(zhì)

??4雙黑洞系統(tǒng)及并合機制

??5“蓋亞”（Gaia）測繪最精確銀河系三維地圖

??6對雙中子星并合引力波事件GW170817的多信使觀測

??7標(biāo)量—張量引力修正理論及引力波事件的影響

??8基于“開普勒”（Kepler）觀測數(shù)據(jù)搜尋系外行星

??9原行星盤觀測揭示行星系統(tǒng)形成機制

??10宇宙再電離時期恒星形成的觀測研究

??天文學(xué)與天體物理學(xué)領(lǐng)域居于前十位的熱點前沿涉及引力波、快速射電暴、黑洞與暗物質(zhì)關(guān)系、中子星性質(zhì)、銀河系地圖、系外行星搜尋、恒星及行星系統(tǒng)形成等研究主題?？傮w來看，引力波的觀測發(fā)現(xiàn)及其引發(fā)的相關(guān)研究在天文學(xué)與天體物理學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，眾多熱點前沿與此相關(guān)，如黑洞和中子星等致密天體性質(zhì)研究、引力理論研究等。此外，近年來備受關(guān)注且神秘的快速射電暴事件的觀測和理論研究再次上榜。大型科學(xué)任務(wù)平臺繼續(xù)發(fā)揮極高的影響力，“蓋亞”（Gaia）、“開普勒”（Kepler）等任務(wù)的階段性和集中產(chǎn)出榜上有名。黑洞、暗物質(zhì)、恒星及行星系統(tǒng)形成等“一黑兩暗三起源”相關(guān)的研究主題依舊表現(xiàn)突出。

化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域Top10熱點前沿

??1電磁波吸收材料

??2二氧化硫插入策略合成磺酰類功能分子

??3非共價相互作用（鹵鍵、硫鍵等）

??4無鉛儲能陶瓷

??5氮雜環(huán)卡賓催化

??6基于水凝膠的應(yīng)變傳感器

??7鈣鈦礦鐵電材料

??8化學(xué)動力學(xué)療法

??9光電化學(xué)生物傳感器

??10不對稱合成軸手性化合物

??2021年化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域Top10熱點前沿主要分布在有機合成、先進材料、生物化學(xué)等方面。與2013-2020年相比，2021年Top10熱點前沿中超過半數(shù)的前沿屬于首次入選，即使曾經(jīng)出現(xiàn)過的研究主題在今年其研究方向也發(fā)生了遷移。在有機合成方面，氮雜環(huán)卡賓催化去年曾入選Top10熱點前沿，2021年突出了光和氮雜環(huán)卡賓的協(xié)同催化；二氧化硫插入策略合成磺酰類功能分子、非共價相互作用（鹵鍵、硫鍵等）及不對稱合成軸手性化合物三個研究方向均是首次出現(xiàn)。先進材料方面，鈣鈦礦材料的研究一直是近年來的熱點，2013-2020年主要研究其作為電池材料和光學(xué)晶體材料在太陽能電池和光電探測器領(lǐng)域的應(yīng)用，2021年重點關(guān)注了其鐵電性質(zhì)；基于水凝膠的應(yīng)變傳感器曾是2020年的熱點前沿，2021年在其抗干燥、熱穩(wěn)定性及機械穩(wěn)定性等性能提升方面做了較多研究；電磁波吸收材料曾是2016年的新興前沿，重點關(guān)注了具有殼核結(jié)構(gòu)的電磁波材料，2021年重點關(guān)注了具有棒狀、花狀及層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合物對電磁波的吸收性能；無鉛儲能陶瓷曾是2020年的熱點前沿，重點研究了無鉛鈣鈦礦鐵電儲能陶瓷材料，2021年重點關(guān)注了無鉛弛豫鐵電儲能陶瓷材料。生物化學(xué)方面，化學(xué)動力學(xué)療法和光電化學(xué)生物傳感器均是首次入選研究前沿。

信息科學(xué)領(lǐng)域Top10熱點前沿

??1深度學(xué)習(xí)方法在6G通信技術(shù)中的應(yīng)用研究

??2用于點對點能源交易的區(qū)塊鏈技術(shù)研究

??3用于通路數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)整合、分析、內(nèi)存優(yōu)化以及可視化研究

??4用于植物分類和病害檢測的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

??5用于心電圖分類和心律失常自動診斷的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究

??6使用傳感器和深度學(xué)習(xí)的人類活動識別系統(tǒng)研究

??7面向視頻動作識別的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究

??8基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等深度學(xué)習(xí)方法進行多模態(tài)情感分析研究

??9利用深度學(xué)習(xí)方法進行電子健康檔案數(shù)據(jù)挖掘研究

??10基于無人機的無線通信技術(shù)

??信息科學(xué)領(lǐng)域居于前十位的熱點前沿主要集中于面向6G通信、植物分類和病害檢測、心電圖分類和心律失常自動診斷、人類活動識別、視頻動作識別、多模態(tài)情感分析、電子健康檔案數(shù)據(jù)挖掘等領(lǐng)域的深度學(xué)習(xí)方法研究，以及區(qū)塊鏈技術(shù)、通路數(shù)據(jù)庫、無人機輔助通信技術(shù)等方向，與深度學(xué)習(xí)相關(guān)的主題占據(jù)了今年Top10熱點前沿的大部分主題?！盎跓o人機的無線通信技術(shù)”是2020年熱點前沿“無人機無線通信網(wǎng)絡(luò)、傳輸保密和軌跡優(yōu)化研究”的延續(xù)和擴展，其他前沿主題均為首次入選。

數(shù)學(xué)領(lǐng)域Top10熱點前沿

??1雙相各向異性變分問題

??2光孤子傳輸特性的解析研究

??3基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)學(xué)圖像分析算法

??4分裂公共不動點問題的迭代算法

??5用于優(yōu)化機器人操作的動態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法

??6高維非線性偏微分方程的求解方法

??7非線性時間序列的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析

??8多層貝葉斯建模方法及其在數(shù)學(xué)心理學(xué)中的應(yīng)用

??9分?jǐn)?shù)階反應(yīng)擴散方程的數(shù)值解法

??10有限差分格式的能量穩(wěn)定性研究

??數(shù)學(xué)領(lǐng)域居于前十位的熱點前沿主要集中于雙相各向異性變分問題、光孤子傳輸特性的解析研究、基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)學(xué)圖像分析算法、分裂公共不動點問題的迭代算法、用于優(yōu)化機器人操作的動態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、高維非線性偏微分方程的求解方法、非線性時間序列的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析、多層貝葉斯建模、分?jǐn)?shù)階反應(yīng)擴散方程的數(shù)值解法、有限差分格式的能量穩(wěn)定性研究等領(lǐng)域。

??與2013-2020年相比，2021年Top10熱點前沿既有延續(xù)又有發(fā)展。偏微分方程性質(zhì)及求解研究以及非線性系統(tǒng)方向的多個熱點前沿連續(xù)多年入選該領(lǐng)域的熱點前沿或新興前沿。統(tǒng)計學(xué)領(lǐng)域的非線性時間序列的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析首次入選。

物理學(xué)領(lǐng)域Top10熱點前沿

??1轉(zhuǎn)角雙層石墨烯的特性研究

??2非厄米系統(tǒng)的拓?fù)鋺B(tài)研究

??3黑洞信息佯謬與糾纏熵研究

??4量子多體疤痕與多體動力學(xué)

??5味對稱性與輕子質(zhì)量的研究

??6高階拓?fù)浣^緣體和高階拓?fù)涑瑢?dǎo)體

??7反鐵磁自旋電子學(xué)

??8基于Ga2O3的日盲紫外光電探測器

??9二維范德華磁性材料的特性研究

??10高壓下富氫化合物的高溫超導(dǎo)電性研究

??物理領(lǐng)域居于前十位的熱點前沿主要集中于凝聚態(tài)物理、高能物理、理論物理和光學(xué)。凝聚態(tài)物理方面的熱點前沿有6個，轉(zhuǎn)角雙層石墨烯、非厄米系統(tǒng)的拓?fù)鋺B(tài)、高階拓?fù)浣^緣體和高階拓?fù)涑瑢?dǎo)體、二維范德瓦爾斯磁性材料依然是今年的研究前沿，反鐵磁自旋電子學(xué)、高壓下富氫化合物的高溫超導(dǎo)電性成了新的熱點前沿。高能物理方面聚焦在味對稱性與輕子質(zhì)量的研究。理論物理方面，黑洞信息佯謬與糾纏熵研究以及量子多體疤痕與多體動力學(xué)備受關(guān)注。光學(xué)方面，基于Ga2O3的日盲紫外光電探測器成了熱點前沿。

??（作者：中科院科技戰(zhàn)略咨詢研究院《2021研究前沿》報告研制組）