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光明影业/视觉中国

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哪些科研课题最“热门”？ 近日，中国科学院科技战略咨询研究所、中国科学院文献情报中心和科睿唯安联合发布的《2021年研究前沿》或许能够回答这个问题。

研究人员持续追踪2015年至2020年发表在SCI收录学术期刊上被引次数位于前1%的科研论文，根据共被引关系进行聚类，归入几个主要聚合学科。 每个学科领域选取10个热点前沿课题和若干新兴前沿课题。

农业科学、植物学和动物学十大热点和前沿

1植物提取物作为抗氧化剂在肉制品中的应用

2茶树基因组研究及品质性状形成的分子机制

3 植物泛基因组研究

4 多功能食品智能包装薄膜的开发

5 非洲猪瘟流行病学和病毒学研究及防控

间歇性禁食对健康、衰老和疾病过程的 6 个影响

7 早期陆生植物进化研究

8 动植物碱基编辑研究

9褪黑素处理对果实贮藏品质的影响及机制

10 植物免疫受体NLR及其介导的抗病机制

农业科学、植物学和动物学领域的十大热点前沿主要分布在食品科学与工程、植物基因组与编辑、动物传染病、健康饮食、植物进化、植物抗病性研究等六个子领域。 其中，食品科学与工程子领域存在三个热点前沿，分别是研究植物抗氧化剂在肉制品加工中的应用、多功能食品智能包装膜、褪黑素在水果贮藏中的应用。 植物基因组和编辑子领域还存在三个热点前沿，分别是茶树基因组、植物泛基因组和动植物碱基编辑器。 动物传染病、健康饮食、植物进化、植物抗病性等各个子领域都有热点。 与往年相比，2021年评选的十大热点前沿再次凸显食品科学与工程子领域近年来受到更多关注。 此外，近两年关于动物传染病的研究不断涌现。 2021 年还首次开展了关于饮食模式通过间歇性禁食对健康、衰老和疾病进展影响的研究。

生态与环境科学十大热点前沿

1 空气、水、物体表面等环境中新型冠状病毒的检测和传播

2 COVID-19疫情期间封锁和隔离措施对空气质量的影响

3 昆虫衰退现状、灭绝危机及驱动因素

4 消除燃煤和工业烟气中的汞污染

5 土壤中微塑料暴露及其对土壤生态系统的影响

6 全氟和多氟烷基化合物的分布、暴露、毒理学和污染控制技术

7 低成本大气颗粒物传感器性能评价

8 气溶胶与大气边界层的相互作用及其对空气质量的影响

9 全球空气污染造成的死亡率和疾病负担估计

10 物种定义方法的改进

生态与环境科学领域十大热点前沿主要分布在生态科学和环境科学两个子领域。 全球生态环境问题以及与新冠病毒疫情相关的生态环境问题是主要焦点。

具体来说，环境科学子领域的热点前沿主要涉及与COVID-19疫情相关的环境研究、空气污染相关研究，以及全氟化合物、汞和微塑料。 。 2020年，COVID-19疫情在全球肆虐。该领域的两个热点前沿展示了COVID-19疫情与环境的相互影响，包括“空气、水、物体表面和其他环境中新型冠状病毒的检测和传播”。空气污染是2021年热点前沿，相关前沿包括3个，即“低成本大气颗粒物性能评价”传感器”、“气溶胶与大气边界层相互作用及其对空气质量的影响”和“全球空气污染造成的死亡率和疾病负担估计”。其中，“气溶胶-大气边界层相互作用及其对空气的影响”的研究“质量”被评选为2020年热点研究前沿。此外，“新冠肺炎疫情期间封锁隔离措施对空气质量的影响”也是与空气污染相关的前沿。 全球污染物相关前沿包括“燃煤和工业烟气中汞污染的消除”、“土壤中微塑料暴露及其对土壤生态系统的影响”、“全氟和多氟烷基化合物的分布与暴露”、毒理学与污染控制技术”，其涉及的污染物是在全球范围内带来重大、长期生态环境风险、引起全球关注的典型污染物，连续多年被评选为环境领域热点前沿。生态科学子领域主要涉及生物多样性和物种分类两个方面，具体包括“昆虫衰退现状、灭绝危机及驱动因素”和“物种定义方法的改进”。

生物科学十大热点研究前沿

1 COVID-19病原体鉴定、病毒全基因组序列分析和ACE2受体识别

图2 新型冠状病毒刺突糖蛋白的结构、功能及抗原性

3 肿瘤相关成纤维细胞对肿瘤免疫反应的影响

4 BCG诱导的训练免疫力

5成人大脑海马神经元的再生

6 脂蛋白(a)与心血管疾病风险以及高脂血症的RNA治疗

7 全基因组关联研究确定了与抑郁症相关的位点

8 瑞德西韦抑制冠状病毒机制研究

9 脑星形胶质细胞异质性和功能多样性

10 基于图像深度学习的疾病自动诊断研究

生物科学领域十大热点主要集中在新型冠状病毒的致病机制、瑞德西韦抑制冠状病毒的机制、卡介苗诱导的训练免疫、肿瘤相关成纤维细胞对肿瘤的免疫反应等方面。 影响、大脑海马神经元再生和星形胶质细胞功能多样性、脂蛋白（a）和心血管疾病风险、抑郁相关位点研究以及用于自动识别和诊断疾病的基于图像的深度学习。

新型冠状病毒致病机制的研究迅速成为生物科学领域的热点。 病原体、关键靶点和受体的鉴定，为后续疫情防控、药物和疫苗研究等奠定了基础。

脑科学研究、肿瘤发生与治疗研究、抑郁症发病机制及药物作用机制研究是多年来生物科学领域研究前沿的核心课题。 脑科学方面，有两个热门研究前沿“成人大脑海马神经元再生研究”和“脑星形胶质细胞的异质性和功能多样性”，其中“脑星形胶质细胞的异质性和功能多样性”是2020年热点话题“星形胶质细胞、神经退行性疾病与大脑衰老的关系”的展开和延续。 此外，“肿瘤相关成纤维细胞在肿瘤免疫治疗中的作用”与2020年热点前沿“基于MicroRNA的肿瘤治疗”相关。 《全基因组关联研究识别与抑郁症相关的位点》和2020热点前沿《氯胺酮抗抑郁作用机制的调查》均聚焦抑郁症主题。

地球科学十大热点与前沿

1基于多种地球系统模型的气候敏感性评估

2基于数字高程模型的高亚洲冰川质量变化研究

3. 华北克拉通金矿时空演化及构造环境研究

4 基于多卫星数据的全球火灾排放评估

5 南极洲和格陵兰岛冰损失对海平面变化的影响

6基于日光诱导叶绿素荧光卫星数据的植被初级生产总量评价

7太古宙大陆地壳演化与板块构造研究

8 煤中稀土元素地球化学研究

9 全球降水数据集的开发和评估

10卫星土壤湿度数据产品评估与验证

地球科学领域十大热点前沿中有4个属于地理学相关研究，3个属于地质学，3个属于大气科学研究。 从研究主题来看，地球科学领域十大热点和前沿更加关注全球气候变化。 其中，气候敏感性评估、利用地球系统模式研究全球气候变化等课题自2015年以来已四次被纳入《研究前沿》报告，体现了地学界对人类活动和气候变化研究的持续关注。 从研究方法来看，利用天基探测平台开展地球科学研究的特点更加突出，这再次印证了遥感和信息技术对地球科学发展的巨大推动作用，例如：基于数字高程模型的亚洲高山冰川质量变化研究、基于多卫星数据的全球火灾排放评估、基于太阳诱导叶绿素荧光卫星数据的初级植被总产量评估、全球降水数据集的开发和评估、评估卫星土壤水分数据产品验证等

天文学和天体物理学十大热门话题

1 快速射电暴观测与理论研究

2 原始黑洞观测及其与暗物质的关系

3 基于GW170817事件观测约束中子星的性质

4双黑洞系统及合并机制

5. 盖亚最精确的银河系三维地图

双中子星并合引力波事件GW170817的六次多信使观测

7 标量张量重力修正理论及引力波事件的影响

8 基于开普勒观测数据寻找系外行星

9 原行星盘观测揭示行星系统形成机制

10 宇宙再电离时期恒星形成的观测研究

天文学和天体物理学领域的十大研究前沿涉及引力波、快速射电暴、黑洞与暗物质的关系、中子星的性质、银河系地图、系外行星的寻找和形成恒星和行星系统。 总的来说，引力波的观测发现及其引发的相关研究对天文学和天体物理学领域产生了深远的影响，许多热点前沿都与此相关，例如致密天体性质的研究，例如黑洞和中子星，以及引力理论的研究。 此外，近年来备受关注的神秘快速射电暴事件的观测和理论研究也再次榜上有名。 大型科学任务平台持续发挥极高影响力，“盖亚”、“开普勒”等任务的阶段性集中产出榜上有名。 黑洞、暗物质、恒星和行星系统形成等“一黑、两暗、三起源”相关的研究课题仍然突出。

化学与材料科学十大热点与前沿

1电磁波吸收材料

2 二氧化硫插入策略合成磺酰基功能分子

3 非共价相互作用（卤键、硫键等）

4 无铅储能陶瓷

5氮杂环卡宾催化

6 个基于水凝胶的应变传感器

7钙钛矿铁电材料

8 化学动力疗法

9 光电化学生物传感器

10轴手性化合物的不对称合成

2021年化学与材料科学领域十大热门研究前沿主要分布在有机合成、先进材料、生物化学等领域，与2013-2020年相比，2021年十大研究前沿中一半以上入选第一次，就连之前出现过的研究课题，今年也发生了研究方向的转变。 在有机合成方面，氮杂环卡宾催化入选去年十大热点话题。 2021年，光与氮杂环卡宾协同催化受到重视； 二氧化硫插入策略合成磺酰基功能分子、非共价相互作用（卤键、硫键等）和轴手性化合物的不对称合成是前三个研究方向。 在先进材料方面，钙钛矿材料的研究是近年来的热点。 2013年至2020年主要研究其作为电池材料和光学晶体材料在太阳能电池和光电探测器领域的应用。 2021年，重点将放在其铁电特性上。 特性; 基于水凝胶的应变传感器是2020年的热门话题，2021年将在其抗干燥、热稳定性、机械稳定性等性能改进方面进行更多研究； 电磁波吸波材料是2016年的新兴趋势，前沿集中在壳核结构的电磁波材料。 2021年重点研究棒状、花状、层状结构复合材料的电磁波吸收性能； 无铅储能陶瓷是2020年的热点领域，重点研究无铅钙钛矿铁电储能陶瓷材料，2021年重点研究无铅弛豫铁电储能陶瓷材料。 生物化学方面，趋化疗法和光电化学生物传感器均为首次入选研究前沿。

信息科学十大热点与前沿

1 深度学习方法在6G通信技术中的应用研究

2 点对点能源交易的区块链技术研究

3通路数据库的数据整合、分析、内存优化和可视化研究

4 用于植物分类和疾病检测的深度神经网络

5 卷积神经网络用于心电分类和心律失常自动诊断的研究

6 利用传感器和深度学习的人体活动识别系统研究

7视频动作识别的深度神经网络研究

8 基于卷积神经网络等深度学习方法的多模态情感分析研究

9利用深度学习方法进行电子健康记录数据挖掘研究

10 基于无人机的无线通信技术

信息科学领域十大热点前沿主要集中在6G通信、植物分类与疾病检测、心电图分类与心律失常自动诊断、人体活动识别、视频动作识别、多模态情感分析、电子健康记录数据等领域。矿业。 其他领域的深度学习方法研究，以及区块链技术、接入数据库、无人机辅助通信技术等方向，与深度学习相关的话题占据了今年十大热门话题的大部分。 “基于无人机的无线通信技术”是2020年热点前沿“无人机无线通信网络、传输安全与轨迹优化研究”的延续和拓展，其他前沿课题均首次入选。

数学十大热门领域

1 双相各向异性变分问题

2 光孤子传输特性分析研究

3基于深度卷积神经网络的医学图像分析算法

4 种分解常见不动点问题的迭代算法

5种用于优化机器人操作的动态神经网络算法

高维非线性偏微分方程的 6 个解

7 非线性时间序列的复杂网络分析

8 多层次贝叶斯建模方法及其在数学心理学中的应用

9 分数式反应扩散方程的数值解

10 有限差分格式能量稳定性研究

数学领域十大热点研究前沿主要集中在两相各向异性变化问题、光学孤子传输特性解析研究、基于深度卷积神经网络的医学图像分析算法、分裂公共的迭代算法等。不动点问题。 、优化机器人运行的动态神经网络算法、高维非线性偏微分方程求解方法、非线性时间序列复杂网络分析、多层贝叶斯建模、分数阶反应扩散方程数值解、有限差分格式能量稳定性研究等领域。

与2013-2020年相比，2021年十大热点领域既有延续，又有发展。 偏微分方程和非线性系统的性质和解研究的几个热点多年来一直被评选为该领域的热点前沿或新兴前沿。 首次选取统计领域非线性时间序列的复杂网络分析。

物理学十大热点研究前沿

1 角双层石墨烯特性研究

2 非厄米系统的拓扑态

3 黑洞信息悖论与纠缠熵研究

4 量子多体疤痕和多体动力学

五味对称性与轻子质量研究

6 高阶拓扑绝缘体和高阶拓扑超导体

7 反铁磁自旋电子学

8 基于Ga2O3的日盲紫外光电探测器

9 二维范德华磁性材料特性研究

10高压下富氢化合物高温超导研究

物理领域十大热点研究前沿主要集中在凝聚态物理、高能物理、理论物理和光学。 凝聚态物理有6个热点研究前沿。 角双层石墨烯、非厄米系统的拓扑态、高阶拓扑绝缘体和高阶拓扑超导体、二维范德华磁性材料仍然是今年的研究前沿。 高压下富氢化合物的反铁磁自旋电子学和高温超导已成为新的研究热点。 高能物理重点研究味道对称性和轻子质量。 理论物理方面，黑洞信息悖论、纠缠熵、量子多体疤痕、多体动力学等研究备受关注。 在光学方面，基于Ga2O3的日盲紫外光电探测器已成为热门话题。

（作者：中国科学院科技战略咨询研究院《2021研究前沿》报告研究组）