快訊 | 2016未來科學大獎揭曉：請看花落誰家

2016未來科學大獎

Future Science Prize

生命科學獎 | 盧煜明

物質科學獎 | 薛其坤

成立於2016年年初的未來科學大獎，今天首次揭曉兩位獲獎者，生命科學獎得主是香港中文大學教授盧煜明，物質科學獎得主是清華大學教授薛其坤。每人將獲得100萬美元獎金。

?盧煜明。來源：香港中文大學官網

現年52歲的盧煜明現為香港中文大學醫學院李嘉誠醫學講座教授及化學病理學講座教授，同時兼任醫學院副院長及李嘉誠健康科學研究所所長。

獲獎理由

獎勵他基於孕婦外周血中存在胎兒DNA的發現在無創產前胎兒基因檢查方面做出的開拓性貢獻。

獲獎感言

未來大獎監督委員會高西慶致電盧煜明宣布了他得獎的消息，盧在電話中說：「哇，這太突然了。感謝委員會給我這個機會，感謝委員會給我這個機會，希望吸引更多年輕一代的熱情，做出更多的工作。

我在這個領域做了20年了。開始人們認為我這種方法不大可能有實用價值。我真心感謝科學獎委員會肯定我們團隊的工作。但是這不是我個人的工作，是團隊的工作，感謝我的學生和同事，我1997年回香港時，Rosa Chiu 和Alan Chan像我的兄弟姐妹一樣。我也很幸運，亞洲對科學的興趣也在增長，希望更多的人會做科學，希望大家認為科學的未來在中國，更多的天才青年會站在這裡，對世界產生影響。謝謝！「

薛其坤，中國公民。1963年生於中國山東。1994年在中國科學院物理研究所獲得博士學位。現為清華大學教授。

獲獎理由

獎勵他在利用分子束外延技術發現量子反常霍爾效應和單層鐵硒超導等新奇量子效應方面做出的開拓性工作。

獲獎感言

很突然。非常感謝，我很激動啊！首先感謝評獎委員會，以及捐贈的企業領袖對我工作的肯定，這是對我莫大的鼓舞。

中國人現在有自信，感謝企業家設立這個大獎。希望能鼓勵更多年輕人從事科學研究。

我的工作受到科學家和評獎委員會的高度認可，這是對我極大的鼓勵。可能是中國弘揚科學精神，建立公平、公證評審機制的創舉，對我們國家的科研評審機制是一個推動。

高溫超導研究，是固體物理學的難題之一，希望繼續走下去，推動重大科學發現有應用價值。不知道講這些合適不合適。

我一定好好努力，謝謝大家！

未來科學大獎是中國大陸第一個由科學家、企業家群體共同發起的民間科學獎項，旨在關注原創性的基礎科學研究，獎勵為大中華區科學發展做出傑出科技成果的科學家（不限國籍）。獎項以定向邀約方式提名，並由優秀科學家組成科學委員會專業評審，秉持公正、公平、公信的原則，保持評獎的獨立性。

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2016年未來科學大獎－生命科學獎獲獎者

盧煜明

引領無創性產前診斷研究

自1989年證明孕婦的血液里存在胎兒細胞，盧煜明一直致力於研究分子生物學的臨床應用，並在無創性產前DNA檢測領域處於前沿的位置。

未來科學大獎科學家委員會委員王曉東介紹說：「孕婦產前診斷能避免胎兒遺傳病的發生。例如，唐氏綜合症，即21三體綜合症是一種常見的遺傳性疾病，病因在於胚胎染色體異常（多了一條21號染色體），導致體格發育遲緩及智力缺陷。孕婦產前檢查可以診斷及避免唐氏綜合征。然而，唐氏綜合征及類似遺傳性疾病的常規產前檢查均需實施羊水穿刺後進行DNA分析，這種創傷性的檢測會增加終止妊娠的風險.科學家們一直在致力於研發非侵入性產前診斷技術檢測胎兒遺傳異常。雖然胎兒有核細胞能夠進入母親的血液，但這些細胞數量稀少。盧教授在1997年和1998年的工作中發現母體血液中存在著胎兒的遊離DNA。基於這些早期發現，盧教授展開了一系列前沿工作來研究這些胎兒遊離DNA的特性，證明了使用胎兒遊離DNA來診斷遺傳性疾病的可行性和實際性，盧教授的工作最終使得利用第二代基因測序來定量測量胎兒DNA的方法用於唐氏綜合症檢測。這種無創產前檢測已用於90多個國家。僅在中國，每年就有超過一百萬孕婦接受這項測試。這個革命性的方法為全球無數的孕婦提供了無創產前診斷。」

1997年，盧煜明和同事在孕婦的血漿中發現胎兒DNA的存在，預言這一發現將會影響產前診斷的發展；2002年，他和其團隊想法設法做到了識別孕婦與胎兒DNA的差異，解決了從孕婦的血液中識別出胎兒DNA的關鍵性難題；2007年，他和同事開發的檢測方法成功地在孕婦血漿中檢測到唐氏綜合征的標誌物。

利用他的這些發現，盧煜明推動了多個無創性產前基因檢測的臨床應用，其中最著名的是無創性唐氏綜合征產前診斷的臨床應用。相比正常的胎兒，患唐氏綜合征的胎兒基因組多了一條第21號染色體。唐氏綜合症的傳統產前診斷方法一般是通過羊膜穿刺及絨毛取樣等手段，直接從胎兒獲得遺傳物質作分析，但是這些有創性的方法存在導致孕婦流產的風險。使用盧煜明團隊開發的無創性檢測方法，只需要從孕婦的手臂抽取血液，利用高通量DNA測序技術分析母親血漿里的DNA分子，就可以確定是否存在過量的第21號染色體的DNA分子，從而得知胎兒是否患有唐氏綜合症，又避免了孕婦因受入侵性檢測而流產的風險。目前，這一技術已為世界範圍內的醫學診斷實驗室所採用。

盧煜明1963年10月12日出生於香港。他的父親是一位精神病專家，母親是一位鋼琴家和歌手。

小學階段，盧煜明在香港接受英式學校系統的教育，五年級時他通過競爭激烈的考試被英國聖約瑟夫學院（St. Joseph』s College）中學部錄取。

1983年，盧煜明進入劍橋大學。他花了兩年時間完成基礎醫學課程，並在第三年做克隆研究，於1986年獲得文學學士學位。1989年，盧煜明又從牛津大學獲得醫學學士學位和外科學士學位，次年獲得劍橋大學碩士學位。1994年，盧煜明在牛津大學取得哲學博士；七年之後，又取得牛津大學的醫學博士學位。

盧煜明的學術研究生涯始於牛津。1990年至1993年，他在牛津大學赫特福德學院（Hertford College）擔任自然科學初級研究員。後受威康研究職業發展基金資助做了一年的臨床醫學講師，1994年被聘為臨床生物化學講師及格林學院講師。與此同時，他還是牛津大學教學醫院約翰·拉德克利夫醫院（John Radcliffe Hospital）的化學病理學榮譽顧問。1997年1月，香港回歸中國前夕，盧煜明回到出生地香港，加入香港中文大學，繼續自己的科研事業。

在盧煜明早期的研究生涯中，聚合酶鏈反應技術（PCR）對他專註於以後的胎兒產前檢測研究有著重要的意義。

1987年，在牛津大學學習的盧煜明從一位年輕的研究員約翰·貝爾（John Irvin Bell）那裡了解到PCR這一新技術，並跟隨貝爾學習這一技術。PCR是一種用於擴增特定DNA的技術，由美國生物化學家凱利·穆利斯（Kary Mullis）於1985年發明，被廣泛運用在醫學和生物學的實驗室，用於傳染病的診斷、基因複製以及親子鑒定等。1989年，盧煜明利用這一技術成功檢測到孕婦的血液里存在胎兒細胞，為之後在孕婦血漿中檢測到胎兒DNA這一突破性的進展打下了基礎。

據《臨床化學》的一篇文章，2008年，盧煜明產生了一個想法，測序胎兒的基因組，這是一個非常具有挑戰的工作，涉及數十億DNA片段的測序和組裝。而他卻苦於沒有具體的研究思路，沒想到一場偶然看到的電影帶給了他靈感的火花。

2009年夏，盧煜明和妻子去看《哈利波特與混血王子》（Harry Potter and the Half-Blood Prince）的3D電影。戴上3D眼鏡的時候，盧煜明看到電影Logo中的「H」字母迎面飛來的效果，他覺得字母H就好像兩個同源染色體。他意識到，解決胎兒基因組的問題，需要從胎兒在父母雙方身上各繼承了什麼的角度來考慮。對繼承自父親的一半，他們只需要尋找只在父親體內存在的DNA片段；而對繼承自母親的一半，他們需要非常精確地計算從母親體內繼承的DNA數量。胎兒從母親繼承的DNA片段會過量存在於孕婦血漿中。

From：知識分子，ID：The-Intellectual

2010年，盧煜明帶領團隊利用孕婦血漿中的信息成功描繪出胎兒整個的基因圖譜，為產前診斷遺傳病甚至癌症帶來了革命性的突破。

盧煜明教授同時在探索以血漿分子技術檢測並監控鼻咽癌和肝癌病況方面也做出了突出的貢獻。

盧煜明教授的研究成果對全球醫學及科學界影響深遠，屢獲國際獎項，包括2005年國家自然科學獎二等獎、2006年國際臨床化學和實驗室醫學聯合會─分子診斷學傑出貢獻獎、2006年美國國家臨床生物化學學院（NACB）傑出科學家獎、2006年裘槎基金會優秀醫學科研者獎、2007年美國臨床化學協會（AACC）Sigi Ziering獎、2012年AACC-NACB臨床化學傑出貢獻獎、2009年富布賴特香港傑出學者獎，以及2014年費薩爾國王國際醫學獎。

盧煜明教授還於去年獲得美國臨床化學協會（AACC）頒發的2015年度Wallace H. Coulter講學獎，是該獎的首位華人得主。

代表論文

[1] Lancet 350: 485 (1997).

[2] Am J Hum Genet 62: 768 (1998).

[3] N Engl J Med 339: 1734 (1998).

[4] Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104: 13116 (2007).

[5] Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105: 20458 (2008).

[6] Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105: 16266 (2008).

參考資料：

1.Dennis Lo: "What we learned from the foetus is feeding into cancer detection"

2.http://clinchem.aaccjnls.org/content/58/4/784.long

3.http://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(97)02174-0/abstract

4.Professor Yuk Ming Dennis Lo

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2016年未來科學大獎－物質科學獎獲獎者

薛其坤

享受科研的「7－11」教授

2016年9月19日，清華大學教授薛其坤成為一個雄心勃勃、對標諾貝爾獎的中國民間科學大獎——「未來科學大獎」的首位「物質科學獎」得主。

未來科學大獎評獎委員會輪值主席丁洪介紹說：薛其坤利用分子束外延技術，在對奇特量子現象的研究中取得了突破性的發現。分子束外延生長是一種先進的薄膜生長方法，能在材料襯底上一層一層地生長單晶薄膜。他和合作者製備了多種高質量的單晶薄膜材料，這使他們首次發現量子反常霍爾效應和在鈦酸鍶襯底上的單層鐵硒高溫超導現象。這兩個發現被許多研究小組重複出來，並在全世界範圍內激發出更多的相關研究活動，有望進一步提升量子反常霍爾效應和界面超導的臨界溫度，從而具有更大的實用價值。

早在2013年，薛其坤就被稱為「離諾貝爾獎最近的中科院院士」。那一年，他領銜清華大學物理系、中科院物理研究所和斯坦福大學的實驗團隊首次在實驗中發現量子反常霍爾效應，該成果2013年3月14日在《科學》雜誌在線發表。

2013年4月9日，在清華大學舉行的新聞發布會上，著名物理學家楊振寧教授發表講話時表示：「這是從中國的實驗室裡頭，第一次做出並發表出諾貝爾獎級的物理學論文。」

隨後在接受鳳凰網採訪時，楊振寧再次表示，「我相信所有在前沿物理學做研究99%的人都會同意這是諾貝爾獎級的工作。」

饒有意味的是，楊振寧在這次採訪中提到了自己的弟子張首晟（2008年首次提出二維拓撲絕緣體上可以實現量子反常霍爾效應的預言），並把薛其坤的實驗發現消息與當年吳健雄所做宇稱不守恆實驗的故事聯想在了一起——

張首晟教授講到2012年10月里有一天，當他聽到這個實驗（編者註：指薛其坤團隊工作）成功的時候，是他一生難忘的一天，這個故事就使到我想起來很多年以前，1956年12月的有一天，那個時候吳健雄正在做宇稱是否守恆的實驗，她打電話給告訴我她已經發現宇稱是不守恆的！這當時是驚人的消息，可她說我們的實驗現在數據還不夠，不能隨便講，所以你不可以告訴別人，我們再繼續試一下，希望我們可以得到更多的數據。這個電話掛下來一個小時以後，我就接到一個朋友的電話，他說，弗蘭克，你聽說了沒有。我說聽說什麼？他說是吳健雄已經發現了宇稱不守恆了。我說真的？你聽誰說的，他不肯告訴我。後來過了一個禮拜，吳健雄繼續做出來了非常準確的試驗，發現了震驚世界和物理學界的一個大新聞「宇稱不守恆定律」。

須知此前量子霍爾效應是整個凝聚態物理領域最重要、最基本的量子效應之一，它是一種典型的宏觀量子效應，是微觀電子世界的量子行為在宏觀尺度上的一個完美體現，相關研究多次斬獲諾獎。

1980年，德國科學家馮·克利青（Klaus von Klitzing）發現了「整數量子霍爾效應」，於1985年獲得諾貝爾物理學獎。

1982年，美籍華裔物理學家崔琦（Daniel CheeTsui）、美國物理學家施特默（Horst L. Stormer）等發現「分數量子霍爾效應」，美國物理學家勞弗林（Rober B. Laughlin）給出理論解釋，三人共同獲得1998年諾貝爾物理學獎。

1988年，美國物理學家霍爾丹（F. Duncan M. Haldane）提出可能存在不需要外磁場的量子霍爾效應，但是多年來科學家們一直沒能找到能實現這一特殊量子效應的材料體系和具體物理途徑。

量子霍爾效應是指強磁場下二維電子材料中出現的橫向電導（電阻的倒數）量子化現象。它的另一個重要特徵是縱向電阻消失：電子可以在材料的邊緣上不發熱地傳導。也就是說，在強磁場下可以讓電子有規律地運動，不損耗能量。

而量子反常霍爾效應是指，不需要強磁場，也能使電子運動沒有能量損耗。它是由極化電子代替外加磁場所產生的量子化的霍爾效應。由於極化電子模擬出的外加磁場比現有實驗室可達到的最強外加磁場高一百倍，量子反常霍爾效應將來可能導致室溫量子器件。雖然理論上人們認為這種效應完全可以存在，但真正實現量子反常霍爾效應在材料製備和原位測量上存在著巨大的挑戰。

世界上多個國家的頂尖科學家都在為此孜孜以求、苦苦尋找。薛其坤帶領他的團隊首次把分子束外延技術拓展到鐵基超導材料的製備中，解決了材料製備的一個重要難題。在此基礎上，他們發現了一類全新的低維高溫超導體系——單層FeSe薄膜，其超導轉變溫度有超過77K（開氏溫度=攝氏溫度+273.15,絕對溫度77K相當於-196.15攝氏度）的跡象，這一發現開闢了一種界面增強超導的新途徑。從2008年到2013年，通過連續5年的研究，他們成功製備出了高質量的保護膜，觀測到單層FeSe薄膜的零電阻和抗磁性現象。

這是顛覆歐姆定律的奇異量子現象。按照人們熟知的歐姆定律，電流在傳輸的同時會產生熱，其熱量正比於電阻以及電流的平方。熱的產生既有用，也可能有害，比如目前整個微電子產業都面臨著發熱的瓶頸問題。然而，在超導和量子霍爾效應這兩個奇異的量子現象中，發熱問題可以被完全避免，也就是說歐姆定律可以被完全違反。更讓人興奮的無疑是其顯露出來可能對人類社會產生巨大的應用前景。因此，這兩種量子現象的相關研究成為過去幾十年里凝聚態物理的熱點領域。迄今，超導領域中獲得了五項諾貝爾獎，量子霍爾效應領域獲得了兩項諾貝爾獎。

2012年10月，清華大學物理系薛其坤、張首晟、王亞愚、陳曦、賈金鋒等組成的團隊和中科院物理所何珂、呂力、馬旭村、王立莉、方忠、戴希等組成的團隊合作攻關，克服了薄膜生長、磁性摻雜、門電壓控制、低溫輸運測量等多道難關，利用分子束外延方法生長出了高質量的Cr摻雜(Bi,Sb)2Te3拓撲絕緣體磁性薄膜，並用該薄膜製備場效應器件，在極低溫和零磁場條件下觀察到霍爾電阻達到了量子化的數值即h/e

2

約25.8千歐姆，標誌著實驗上首次實現量子反常霍爾效應。

世界量子物理學將銘記這一刻。在美國物理學家霍爾於1880年發現反常霍爾效應132年後，中國科學家首次實現了其量子化。

薛其坤曾這樣形象地解釋這些高深的物理知識：計算機晶元里電子的運動幾乎是無規律的，把電子比喻成人的話，從晶體管的電極一端到達另一端的過程，就像人從亂糟糟的農貿市場的一端走到另一端，總會走彎路、碰到人，那麼就會造成發熱、效率不高，這是目前晶體管發熱的一個重要原因之一。

而量子霍爾效應就是一條高速路，有一定的規則，電子可以分車道分方向前進。但普通量子霍爾效應的產生需要非常強的磁場，大概是地球地磁場的十萬倍甚至上百萬倍，要產生這樣的磁場需要一個非常大的設備。薛其坤說，一般和冰箱那麼大。

但是你能想像計算機旁邊配一個冰箱那麼大的設備來產生磁場嗎？所以量子霍爾效應成本非常昂貴，龐大的體積也不適用於攜帶型電子產品，顯然很難得到應用。「量子反常霍爾效應的好處在於不需要任何外加磁場，因此這項研究成果將推動新一代低能耗晶體管和電子元器件的發展，可能加速推進信息技術革命進程。」薛其坤說。

此後日本東京大學、美國加州大學洛杉磯分校、麻省理工學院和斯坦福大學等4所國際著名高校的研究團隊，相繼復現了這一實驗結果，進一步證明了實驗的可靠性。而且激發出更多的相關研究活動，有望進一步提升量子反常霍爾效應和界面超導的臨界溫度，從而具有更大的實用價值。

薛其坤小傳

1963年生於山東臨沂，本科就讀于山東大學光學系，大學畢業薛其坤報考了哈爾濱工業大學的研究生，然而他的高等數學只考了39分。考研失敗的他去了曲阜師範大學工作，第二年他報考了中科院物理研究所，這次普通物理考了39分，三年後又來考研，終於在第三次如願考取了中科院物理所的研究生。讀研期間，有位日本教授來做訪問，導師讓他接待，由於這次邂逅，他成功地抓住了去日本做聯合培養博士生的機會。

1992年6月，薛其坤進入日本東北大學金屬材料研究所學習。憑著「吃苦異於常人」，薛其坤克服了語言、壓力、體力各方面的困難，堅持了下來。其在日本的導師櫻井教授要求全體工作人員一周工作6天，不管颳風下雨，都必須早7點到達實驗室，而大家一般在晚11點後離開，因此被稱為「Seven-Eleven」實驗室。一年後，薛其坤逐漸養成了「7-11」式工作習慣，也體會到「非常勤奮」與「一般勤奮」狀態下工作效率的巨大差別。這樣的作息時間，迄今薛其坤已經堅持了20多年，如今的清華園裡，他為學生熟知的稱號就是——「7－11」教授。

1994年他獲中科院物理所理學博士學位。1996年6月，導師櫻井教授介紹薛其坤到自己早年在美國貝爾實驗室工作時的好友、美國北卡羅來那州立大學D.E.Aspnes門下做博士後。同年，薛其坤被邀請在物理學規模最大的美國物理學會年會上做報告，開始在國際物理界嶄露頭角。1998年，薛其坤入選中科院「百人計劃」，第二年他攜家人回國工作，開始在中科院物理所工作。

2005年，42歲的薛其坤進入清華大學物理系任教育部長江計劃特聘教授，同年11月被增選中國科學院院士。2013年5月起任清華大學副校長（分管科研）。

從清華原子分子納米科學教育部重點實驗室到2011年清華大學第一個理科方面的國家重點實驗室——低維量子物理國家重點實驗室的建立，再到2013年薛其坤帶領的研究團隊發現量子反常霍爾效應，薛其坤一直堅持自己的研究方向。他的研究成果先後兩次被評為中國科學十大進展、3次入選中國高校十大科技進展。他本人於2004年和2011年兩度獲得國家自然科學二等獎，於2011年獲得「求是」傑出科技成就集體獎，於2012年獲得陳嘉庚數理科學獎。他還獲得了2010年的發展中國家科學院物理獎，該獎是我國物理學家在國際上獲得的最高榮譽之一。

From：知識分子，ID：The-Intellectu

代表論文

[1] Cui-Zu Chang, Jinsong Zhang, Xiao Feng, Jie Shen, Zuocheng Zhang, Minghua Guo, Kang Li, Yunbo Ou, Pang Wei, Li-Li Wang, Zhong-Qing Ji, Yang Feng, Shuaihua Ji, Xi Chen, Jinfeng Jia, Xi Dai, Zhong Fang, Shou-Cheng Zhang, Ke He, Yayu Wang, Li Lu, Xu-Cun Ma, Qi-Kun Xue, Experimental Observation of the Quantum Anomalous Hall Effect in a Magnetic Topological Insulator, Science 340, 167 (2013).

[2] WANG Qing-Yan (王慶艷), LI Zhi (李志), ZHANG Wen-Hao (張文號), ZHANG Zuo-Cheng (張祚成), ZHANG Jin-Song (張金松), LI Wei (李渭), DING Hao (丁浩), OU Yun-Bo (歐雲波), DENG Peng (鄧鵬), CHANG Kai (常凱), WEN Jing (文競), SONG Can-Li (宋燦立), HE Ke (何珂), JIA Jin-Feng (賈金鋒), JI Shuai-Hua (季帥華), WANG Ya-Yu (王亞愚), WANG Li-Li (王立莉), CHEN Xi (陳曦), MA Xu-Cun (馬旭村), XUE Qi-Kun (薛其坤), Interface Induced High-Temperature Superconductivity in Single Unit-Cell FeSe Films on SrTiO3, Chinese Physics Letters 29, 037402 (2012).

本文薛其坤部分綜合自新華社、中國新聞社、光明日報、科學網、清華新聞網、中科院物理所官網等報道。