2023年11月28日，科睿唯安與中國科學院聯(lián)合發(fā)布《2023研究前沿》報告。

今年的報告遴選和展示自然科學和社會科學的11大學科領域中的熱點前沿和新興前沿。報告共計遴選出128個研究前沿，包括110個熱點前沿和18個新興前沿。

總體情況

▲從十一大學科領域整體層面的研究前沿熱度指數(shù)來看，美國繼續(xù)以強勁優(yōu)勢領先，在超過一半的研究前沿上排名第一；中國穩(wěn)居第二，在約1/4的研究前沿上排名第一；英國、德國、法國保持前五。

▲從科學領域具體熱度指數(shù)得分來看，中國在農(nóng)業(yè)科學、植物學和動物學領域，生態(tài)與環(huán)境科學領域，化學與材料科學領域，信息科學領域和經(jīng)濟學、心理學及其他社會科學領域這5個領域研究前沿熱度指數(shù)得分排名世界第一。

▲在十一大學科領域的110個熱點前沿和18個新興前沿中，美國研究前沿熱度指數(shù)排名第一的前沿數(shù)為69個，占全部128個前沿的53.91%，中國排名第一的前沿數(shù)為31個，占全部128個前沿的24.22%，英國8個前沿排名第一，德國7個前沿排名第一。

一、 化學與材料科學

1. 熱點前沿及重點熱點前沿解讀

化學與材料科學領域 Top 10 熱點前沿主要分布在電化學、納米材料、有機化學、新興交叉等研究方向。電化學方向有 4 項，分別為海水電解催化劑、電催化硝酸根還原合成氨、陰離子交換膜燃料電池、電催化合成過氧化氫。納米材料方向有 3 項，分別為高熵合金催化劑、量子點發(fā)光二極管、二維晶體管。有機化學方向有 2 項，分別為人工分子機器和超分子粘合劑。新興交叉方向有 1 項，為機械化學。其中，人工分子機器和機械化學都是第二次入選 Top 10 熱點前沿。

2. 新興前沿及重點新興前沿解讀

在化學與材料科學領域共有 2 項研究入選新興前沿，且均與能源的轉(zhuǎn)化和存儲相關。“高性能 HER 和 ORR 光催化劑的開發(fā)及其在太陽能燃料合成中的應用”，主要涉及利用光催化劑，如共價有機框架化合物和金屬氧化物半導體（主要是 BiVO4）等，通過氫還原反應（HER）和氧還原反應（ORR）將太陽能轉(zhuǎn)化為綠色燃料，如氫氣和雙氧水。而“聚合物介質(zhì)電容器的制備”主要涉及利用聚合物作為電容器的介質(zhì)，調(diào)整其組成和結構，實現(xiàn)電容器能量密度和放電效率的同時提高。

二、農(nóng)業(yè)科學、植物學和動物學

1.  熱點前沿及重點熱點前沿解讀

農(nóng)業(yè)科學、植物學和動物學領域居于前10的熱點前沿分布廣泛，涉及食品科學與工程、植物免疫調(diào)控、植物非生物脅迫響應機制、植物生長發(fā)育調(diào)控、植物基因組，及動物營養(yǎng)等 6 個子領域。其中，食品科學與工程子領域熱點前沿數(shù)量最多，有 3 個，分別是植物肉與細胞培養(yǎng)肉的替代性研究、食品中益生菌的微膠囊化研究、食物蛋白生物活性肽的結構與功能。植物免疫調(diào)控子領域有熱點前沿 2個，包括 NLR 免疫受體介導的植物免疫機制、植物細胞外囊泡的免疫調(diào)節(jié)功能。植物非生物脅迫響應機制子領域也有 2 個，分別是納米顆粒提高作物鎘耐受性和抗旱性的機制、干旱導致樹木死亡的生理機制。植物基因組和動物營養(yǎng)子領域各有 1 個，分別研究作物泛基因組和提高水產(chǎn)動物免疫力的飼料添加劑研究。

上述子領域的研究已經(jīng)持續(xù)多年入選研究前沿報告。尤其值得注意的是，今年有多個熱點前沿曾多次連續(xù)入選 Top10 熱點前沿，其中植物基因組子領域的作物泛基因組研究和植物免疫調(diào)控子領域的 NLR 免疫受體介導的植物免疫機制研究，均從 2021 年起連續(xù)三年入選。而目前熱度較高的植物肉與細胞培養(yǎng)肉的替代性研究則首次入選Top10 熱點前沿。

2. 新興前沿及重點新興前沿解讀

農(nóng)業(yè)科學、植物學和動物學領域有 1 個方向入選新興前沿，是“水果采摘機器人的識別與定位方法”

三、生態(tài)與環(huán)境科學

1. 熱點前沿及重點熱點前沿解讀

生態(tài)與環(huán)境科學領域的 Top 10 熱點前沿主要分布在生態(tài)科學和環(huán)境科學兩個子領域，針對新型環(huán)境問題、新型解決方案的研究方向是本年度的主要關注點。

具體來看，環(huán)境科學子領域的熱點前沿主要涉及微塑料、氣候變化、臭氧等新型環(huán)境問題，及新型水體污染控制技術、廢水流行病學等新型解決方案或新的研究方向。

微塑料污染相關研究是近 10 年來在研究前沿報告中多次呈現(xiàn)的重要前沿方向，相關主題在 2015-2017 年、2020、2022 年多次入選熱點前沿。2023 年微塑料相關的熱點前沿有兩個，分別是“環(huán)境微塑料顆粒對污染物的吸附”和“土壤微塑料的環(huán)境歸趨和生態(tài)毒理”。此外，氣候變化是當前全球關注的重大環(huán)境問題，二氧化碳捕獲、甲烷減排是溫室氣體減排的熱點，今年的兩個相關熱點前沿是“二氧化碳直接空氣捕獲的技術經(jīng)濟評估”和“全球甲烷排放趨勢及來源”。近年，中國大氣污染防治已取得階段性成效，細顆粒物（PM2.5）濃度持續(xù)下降，然而大氣臭氧污染呈現(xiàn)快速上升和蔓延態(tài)勢，多次出現(xiàn)大范圍長時間臭氧污染，形勢嚴峻。因應這一問題的“中國臭氧污染狀況及健康風險”也是今年遴選出的熱點前沿。利用過硫酸鹽降解有機污染物相關研究曾在 2017 年、2018 年、2022 年分別入選熱點前沿。今年的熱點前沿“利用單原子催化劑活化過氧單硫酸鹽”展現(xiàn)了具有超高性能、環(huán)境友好、結構 / 化學穩(wěn)定、能最大化利用活性金屬位點等優(yōu)點的新興單原子催化劑用于環(huán)境修復的高級氧化過程。“廢水中新冠病毒的檢測及基于廢水的流行病學監(jiān)測”連續(xù)第二年入選熱點前沿。在后疫情時代，基于廢水監(jiān)測的流行病學研究是監(jiān)測藥物、病毒、超級細菌及跟蹤COVID-19爆發(fā)的新型、低成本解決方案。

生態(tài)科學子領域的熱點前沿主要涉及生物多樣性、生態(tài)治理兩個方面，具體包括“昆蟲衰退現(xiàn)狀、滅絕危機與驅(qū)動因素”、“全球河流生物多樣性危機及水壩對其的影響”及“‘基于自然的解決方案’的理論與應用”。其中，生物多樣性相關研究持續(xù)多年成為研究熱點，如“昆蟲衰退現(xiàn)狀、滅絕危機與驅(qū)動因素”是連續(xù)第三年入選熱點前沿。基于自然的解決方案是一個綜合利用生態(tài)系統(tǒng)多學科管理手段的新理念，其理論與方法研究及在眾多領域的實踐應用逐漸興起。

2. 新興前沿及重點新興前沿解讀

生態(tài)與環(huán)境科學領域有一個方向入選新興前沿，即“人體組織中微塑料的檢測與暴露”。

四、地球科學

1. 熱點前沿及重點熱點前沿解讀

地球科學是一門高度依賴觀測技術的學科，2023 年地球科學領域 Top10 熱點前沿中有 6 個屬于地理學相關研究，3 個大氣科學研究和 1 個行星地質(zhì)學研究，且大多利用了地球系統(tǒng)模型和對地觀測技術等先進的技術方法與模型，促進新的科學發(fā)現(xiàn)。CMIP6 模式高氣候敏感度成因及影響研究、多種地球系統(tǒng)模型的配置優(yōu)化與進展研究均通過不斷優(yōu)化地球系統(tǒng)模型，來更好地分析過去、現(xiàn)在和未來的氣候變化，為研究全球變化提供有力的科學支撐。集成衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)的海洋及森林測繪、利用重力勘測和氣候試驗及其后繼任務研究陸地水儲量變化、基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的城市熱島效應研究則體現(xiàn)了對地觀測技術在獲取全球表面和深部的時空信息方面發(fā)揮的重要作用，有助于定量研究地球宜居性的動態(tài)演化。

2. 新興前沿及重點新興前沿解讀

地球科學領域有 1 項研究入選新興前沿，即“湯加火山噴發(fā)全球影響研究”。

五、臨床醫(yī)學

1. 熱點前沿及重點熱點前沿解讀

臨床醫(yī)學領域位居前十位的熱點前沿集中于腫瘤免疫治療、靶向治療和分子特異性 PET 成像，遺傳病基因治療，以及新冠相關藥物治療和疫苗評價等方面。腫瘤免疫治療、靶向治療歷年來一直保持較高熱度，是今年熱點前沿的核心議題。此外，基因治療經(jīng)過多年發(fā)展和應用，今年首次出現(xiàn)了基因治療應用于臨床的熱點前沿，預計未來會涌現(xiàn)出更多的相關熱點研究。隨著新冠疫情進入尾聲，臨床醫(yī)學領域針對新冠病毒及其感染的研究熱度也較前兩年有所降低，且關注點發(fā)生變化。前兩年以新冠病毒感染的臨床表現(xiàn)、并發(fā)癥、發(fā)病機制研究為主，去年開始新冠藥物治療和疫苗評價成為新的熱點前沿，今年 4 個新冠熱點前沿均聚焦于藥物治療和疫苗評價，是去年熱點的延續(xù)。

2. 新興前沿及重點新興前沿解讀

臨床醫(yī)學領域 2023 年入選的 5 個新興前沿主要涉及猴痘流行病學研究、黑色素瘤免疫治療、托法替尼治療的心血管風險、前列腺癌聯(lián)合治療、2 型糖尿病治療 5 個方面。綜合 CPT 指標、前沿發(fā)展?jié)摿翱萍记閳笱芯咳藛T的判斷，最終選取“猴痘感染暴發(fā)”前沿作為重點分析對象。

六、生物科學

1. 熱點前沿及重點熱點前沿解讀

生物科學領域位居前十位的熱點前沿包括先導編輯技術、新型測序技術、人工智能預測蛋白質(zhì)結構、人類全基因組泛癌分析、阿爾茨海默病的血液生物標志物、外泌

體的生物學功能和新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）感染等研究方向。其中，基因編輯技術是歷年來生物科學領域研究前沿的熱門主題，近年來，該技術取得了重要進展，每年都會涌現(xiàn)新的生長點，連續(xù)多年入選研究前沿。今年入選的先導編輯（Prime Editing）技術則將基因編輯提升到了一個新的水平。新型測序技術近年來不斷更新和提升，單細胞 RNA 測序技術入選 2020 年生物科學領域的新興前沿。2023 年，具有長讀長特點的第三代測序技術、空間轉(zhuǎn)錄組技術和細胞通訊分析技術等新型測序技術和輔助技術進入熱點前沿。人工智能（AlphaFold等）預測蛋白質(zhì)結構在2022 年為生物科學領域的新興前沿，2023 年發(fā)展成為熱點前沿。這一重大技術飛躍將加速新藥開發(fā)、推動基礎科學研究，引領生物學領域的一場全新革命。全基因組泛癌分析在 2021 年入選生物科學領域的新興前沿之后，2023年成為熱點前沿。

2. 新興前沿及重點新興前沿解讀

生物科學領域有 4 項研究入選新興前沿，主要研究主題包括“愛潑斯坦 - 巴爾病毒（EBV）是導致多發(fā)性硬化癥的主要原因”、“人類基因組的完整序列”、“銅死亡：銅誘導腫瘤細胞死亡機制”和“色氨酸代謝：疾病治療新靶點”。綜合 CPT 指標、前沿發(fā)展?jié)摿翱萍记閳笱芯咳藛T的判斷，最終選取“銅死亡：銅誘導腫瘤細胞死亡機制”前沿重點分析。

七、物理學

1. 熱點前沿及重點熱點前沿解讀

物理領域位居前 10 位的熱點前沿主要集中于凝聚態(tài)物理、理論物理、高能物理、光學和量子物理。凝聚態(tài)物理方面的熱點前沿有 4 個，新型超導材料的研究表現(xiàn)

突出，包括籠目超導材料 AV3Sb5、無限層型鎳酸鹽以及富氫化物。此外，過渡金屬硫化物的莫爾超晶格成為了新出現(xiàn)的熱點前沿。理論物理方面的熱點前沿有 2 個，分別聚焦黑洞信息佯謬與糾纏熵以及量子場論中的散射振幅研究。高能物理方面的熱點前沿有 2 個，部分子分布函數(shù)是新出現(xiàn)的熱點前沿，μ 子反常磁矩的測量連續(xù) 2 年入選熱點前沿。光學和量子物理各有 1 個新出現(xiàn)的熱點前沿，分別關注 AlGaN 深紫外發(fā)光二極管和雙場量子密鑰分發(fā)。

2. 新興前沿及重點新興前沿解讀

物理學領域有 1 項研究入選新興前沿，即“基于 W 玻色子質(zhì)量精確測量結果的理論研究”。

八、天文學與天體物理學

1. 熱點前沿及重點熱點前沿解讀

天文學與天體物理學領域位居前十位的熱點前沿涉及引力波觀測和理論、原初黑洞、宇宙再電離時期觀測、快速射電暴、弱引力透鏡巡天、弦論與宇宙學、銀河系恒星暈等研究主題。總體來看，引力波相關研究仍是表現(xiàn)最為突出的研究主題，觀測發(fā)現(xiàn)和理論研究并舉，涌現(xiàn)出“激光干涉儀引力波天文臺”和“歐洲引力波探測器”引力波觀測活動階段成果、基于 GW170817 引力波事件觀測約束中子星性質(zhì)、原初黑洞性質(zhì)及引力波觀測、黑洞陰影和四維 Einstein-Gauss-Bonnet引力理論等多個熱點前沿。快速射電暴事件的觀測和理論研究再次上榜。2020 年的新興前沿弦論沼澤地猜想與宇宙學進入 2023 年熱點前沿行列。大型科學任務平臺產(chǎn)出依舊矚目，除兩大引力波探測器外，“蓋亞”發(fā)布階段成果榜上有名。

2. 新興前沿及重點新興前沿解讀

天文學與天體物理學領域有 2 項研究入選新興前沿，分別是“俄德合作‘光譜 -RG’空間天文臺上的eROSITA望遠鏡觀測結果”和“事件視界望遠鏡對人馬座 A* 超大質(zhì)量黑洞的觀測”。

九、數(shù)學

1. 熱點前沿及重點熱點前沿解讀

數(shù)學領域位居前十位的熱點前沿主要集中于擴展物理信息神經(jīng)網(wǎng)絡、Onsager 猜想的證明、非線性時間分數(shù)階反應擴散方程、樣本均數(shù)最優(yōu)估計方法研究、二階能量穩(wěn)定 BDF 數(shù)值格式、非線性動力學系統(tǒng)收斂性研究、基于隨機塊模型的社區(qū)發(fā)現(xiàn)、基于深度學習的高維偏數(shù)值算法、回歸不連續(xù)性設計、貝葉斯多層次模型及應用研究等研究方向。與往年相比，2023 年 Top 10 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)多年入選該領域的熱點前沿或新興前沿，Onsager 猜想的證明是該領域亮點研究成果的突出代表。

十、信息科學

1. 熱點前沿及重點熱點前沿解讀

信息科學領域位居前十位的熱點前沿主要集中于人工智能基礎理論方法、6G 通信、人 - 機交互、類腦智能、醫(yī)學信息處理等方向（表52）。人工智能基礎理論方法方面的熱點前沿有 5 個，生成式對抗網(wǎng)絡、寬度學習系統(tǒng)、用于邊緣計算的聯(lián)邦學習成為新的熱點前沿，可解釋人工智能從去年的新興前沿成為今年的熱點前沿；強化學習相關前沿多次出現(xiàn)在熱點前沿中，本期重點是推動強化學習解決真實世界問題的 MuZero 算法。6G 通信方面的熱點前沿有兩個，深度學習在物理層通信中的應用首次成為熱點前沿，可重構智能超表面是從去年的新興前沿進入到今年的熱點前沿。在人 - 機交互方面，下一代VR/AR 實時全息近眼顯示方法首次成為熱點前沿。在類腦智能方面，脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡及其神經(jīng)形態(tài)芯片首次出現(xiàn)。在醫(yī)學信息處理方面，用于腦電信號分析的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡首次成為熱點前沿。

十一、經(jīng)濟學、心理學及其他社會科學

1.熱點前沿及重點熱點前沿解讀

經(jīng)濟學、心理學及其他社會科學領域位居前 10 位的熱點前沿體現(xiàn)了經(jīng)濟社會向數(shù)字化、綠色化轉(zhuǎn)型發(fā)展的趨勢。“供應鏈風險管理及區(qū)塊鏈技術在其中的應用”、“消費者對在線訂餐服務的使用和接受研究”和“人工智能（AI）倫理”3個熱點前沿側(cè)重數(shù)字化、智能化對經(jīng)濟社會的改變和影響分析。綠色可持續(xù)發(fā)展也是該領域熱點前沿中另一個突出的主題，有 3 個前沿方向與之相關，包括“綠色能源消費和經(jīng)濟政策的不確定性研究”、“土地利用效率及可持續(xù)發(fā)展問題”、“綠色創(chuàng)新與環(huán)境績效”。

“運動心理學研究”是唯一一個入選前 10 的心理學領域的熱點前沿。此外，“兒童和青少年體育鍛煉干預措施研究”也成為 2023 年熱點前沿。

“雙向固定效應回歸模型在因果關系和反向關系中的應用”和“資產(chǎn)定價模型的選擇因素分析”兩個熱點前沿重點聚焦在相關模型在經(jīng)濟學或社會學領域的應用。

2. 新興前沿及重點新興前沿解讀

經(jīng)濟學、心理學及其他社會科學領域有 1 項研究入選新興前沿，即“以人為本、可持續(xù)性和富有彈性的工業(yè) 5.0 發(fā)展”。