晶体农业，突破自我生长的力量

　　编者按“人误地一时，地误人一年”，这是劳动人民在长期生产实践中总结的谚语，指农作物节令性很强，耽误一时，就会影响一年的收成。然而随着科技进步，人们可以模拟农作物生长的环境，于是一年四季，我们都可以吃到黄瓜、西红柿等。

　　晶体生长是物质在特定的物理和化学条件下，由气相、液相或固相形成晶体的过程，本是一个自然过程，但随着生产能力提高，人类数千年前就会晒盐和制糖;今天的人们可以模仿天然矿物生成过程，人工合成宝石、金刚石，水晶也不一定是天然的。

　　晶体、农业，本是风马牛不相及的两个领域，却因科技进步的日新月异，产生了共性，一种突破自我生长的力量在积蓄、释放，看看最近这两个领域的一些科技创新吧!

　　天岳先进液相法p型SiC衬底技术取得突破

　　如今的科技，言必称芯片、人工智能，这些都离不开晶体。第二次世界大战后，天然水晶作为战略物资引起人们重视，供不应求，科学家们发明了水热法生长人工水晶，还在超高压下合成了金刚石，在高温条件下生长了成分复杂的云母等重要矿物，以弥补天然矿物的不足。

　　20世纪50年代，锗、硅单晶的生长成功，促进了半导体技术和电子工业的发展。20世纪60年代，由于研制出红宝石和钇铝石榴石单晶，为激光技术打下了牢固的基础。如今，济南的晶体生长也实现了突破性进展，近日，晶体生长领域权威期刊《Journal of Crystal Growth》刊发山东天岳先进科技股份有限公司(以下简称“天岳先进”)的最新研究成果。

　　该企业在液相法高品质p型碳化硅衬底制备领域实现技术突破，有效解决行业共性难题，为万伏级功率芯片量产奠定基础。据了解，大直径、高品质p型4H-SiC衬底的开发对于推动下一代超高电压功率器件(如n沟道IGBT)的发展至关重要。据预测，万伏千安的电网级SiC器件市场需求将超过汽车行业。

　　同时在SiC器件制备的各单一环节中，衬底材料的制备时间、工艺成本占比较高，其质量直接决定了器件的良率和性能，SiC外延工艺的质量也高度依赖甚至取决于衬底材料。因此，天岳先进本次技术突破，为生产高质量p型SiC衬底提供了一条切实可行的技术路径，其意义远不止于材料本身。

　　依托产业发展规划，济南持续推进第三代半导体产业建设，聚焦行业发展需求，完善产业配套，优化创新环境，积极培育本土科创企业，支持关键技术研究与成果转化。此次技术创新，进一步完善碳化硅材料技术体系，助力高压功率器件国产化发展，赋能新能源、高端制造等产业升级。

　　作为济南重点支持的第三代半导体企业，天岳先进长期深耕碳化硅材料领域，此前已在业内率先成功推出8英寸液相法晶体、12英寸p型衬底，在液相法技术领域保持领先优势。本次研发成果在国际期刊发表，进一步印证了企业技术实力，也展现了济南在战略性新兴产业领域的发展成效。

　　科创金融驱散从实验室到产业化的“拦路虎”

铂锐激光张百涛在工作中。

　　“氮化镓对洁净度要求极高，一根头发丝粗细的颗粒都是大杂质。”山东晶镓半导体有限公司总经理王守志用这个细节来说明，做第三代半导体材料的难度——实验室能做的技术，离产业化落地差了不止一个台阶。

　　成立于2023年8月的晶镓半导体，依托山东大学晶体材料全国重点实验室的技术成果，手握国内最大尺寸近5英寸原生GaN单晶技术，却一度面临典型的“死亡谷”困境。前期设备采购和技术优化的资金缺口，是摆在初创企业面前最现实的难题。

　　为破解这一难题，济南以市委科技委为总牵引，发改、科技、工信、金融、民营5个市直部门协同发力，银行、担保、保险、创投、债券等金融机构为主力军，覆盖高校院所、科技型企业，实现全市金融“股贷债保”全链条支撑。

　　济南主动对接资源，推动兴橙资本、合创资本等机构向晶镓半导体投资7500万元，后续又引导政府基金、产业资本和社会资本跟投，今年3月该公司完成Pre-A轮融资超亿元。

　　深耕短脉冲固体激光技术20余年的张百涛，是山东大学晶体材料领域青年科研骨干，同时也是本土科创企业山东铂锐激光科技有限公司创始人，他打通实验室技术走向市场应用的通道，其团队研发的宽调谐中红外激光器，填补国内技术空白;攻克碳化硅衬底精密加工难题，实现关键领域进口替代。

　　铂锐激光目前已推出20余款高端短脉冲激光器，产品广泛投放市场，创造可观经济效益，多项成果获评济南市优秀科技成果，以激光技术助力实体经济与省内高端制造产业提质升级。

　　“从毫米级迈向厘米级”新晶体创出新纪录

　　晶体材料在多领域的广泛应用，促进了基础研究。前不久，一种名为氟化硼酸铵(ABF)的晶体，登上了国际期刊《自然》，引来业界关注，因为该晶体首次实现直接倍频真空紫外激光158.9纳米输出，创造了该领域世界最短输出波长纪录，创造这一纪录的是中国科学院新疆理化技术研究所(以下简称“新疆理化所”)晶体材料研究中心。

　　如果将激光器比作“超级手电筒”，非线性光学晶体便是筒身里那片“魔法镜片”，能将普通激光转化为特殊波长的超强光束，为高端科研装备、精密激光制造等领域提供新一代核心光源。长期以来，找到具有“大带隙、强非线性光学效应、高双折射、易生长”等苛刻性能的新晶体，是世界性难题。

　　近几十年来，全球科学家试了上百种材料，始终找不到兼具多重优异性能的材料。新疆理化所所长潘世烈介绍，他们把目光锁定在元素周期表最右上角的“氟”元素上。尽管这种电负性最强的元素未被引入晶体领域，但潘世烈发现，氟原子能在硼酸铵材料中发挥微妙的平衡作用。

　　近10年的科研攻关，历经成百上千次的实验，2016年，潘世烈团队首次成功合成毫米级ABF晶体，让深紫外晶体材料波长突破至200纳米(相当于0.0002毫米)以下。接下来的10年，他们又让ABF晶体从毫米级迈向厘米级，这又是一次“从0到1”的科研攻关。

　　2024年，厘米级尺寸的ABF单晶终于成功创制，晶体“长大”难题一举攻克。不久后，在新疆理化所激光实验室，ABF晶体器件迎来测试。随着特定的激光束入射晶体，新的世界纪录诞生了。

　　“像酿啤酒一样”生产王浆酸

　　在科技推动下，晶体的生长方式在变，农业亦是如此。提起三文鱼，人们可能首先会想到挪威、进口等关键词，但这种思想，得慢慢换换了。近日，15万吨级智慧渔业大型养殖工船“国信1号2-2”迎来丰收，首批“船载舱养”模式养殖的3000尾、12吨优质三文鱼出鱼上市。这是全球范围内首次在超大型移动式养殖工船上实现鲑鳟鱼的规模化、商业化产出。

　　蜂蜜是很多人的最爱，比蜂蜜更好的是蜂王浆，可你知道比蜂王浆更好的是什么吗?是王浆酸，一般利用40公斤-70公斤天然蜂王浆，才能提取1公斤王浆酸，含量只有1.4%-2.4%，它因含有蜂王浆里的精华成分，具有抗菌消炎、抗氧化、皮肤抗衰修护等多种功效，受到很多人欢迎。

　　然而，以往的王浆酸提取受限于蜂群规模——蜜蜂养多少，产量就是多少。如今，齐鲁工业大学(山东省科学院)绿色造纸与资源循环全国重点实验室教授王瑞明团队与山东福瑞达生物股份有限公司合作，在全球首次利用合成生物学技术实现了王浆酸的工业规模化生产。他们将王浆酸的产能从农业养殖领域扩展到工业发酵领域。

　　也就是说，只要有足够规模的发酵罐，王浆酸就能像生产啤酒一样稳定、可控地生产。中国香料香精化妆品工业协会在对王浆酸项目评估中表示，生物合成王浆酸为中国乃至全球的原料创新提供了可借鉴的发展路径。

　　这是合成生物学发展的结果，王瑞明介绍，这是一种“对生命体进行编程”的技术。科学家通过破译生物基因密码，把生产某种产物(如王浆酸)的基因找出来，然后转移到微生物体内，让这些微生物像微小的车间一样，通过吃进原料，源源不断地合成目标产物。

比蜂王浆还珍贵的王浆酸生产线。

　　水稻“高产又抗病”关键基因找到

　　近期，关于农业领域的科技创新还有更多。比如玉米是我国第一大粮食作物，种植面积约6.7亿亩，居世界首位。然而鳞翅目害虫(如玉米螟、黏虫、草地贪夜蛾等)及田间杂草常年暴发，严重制约玉米产量提升。

　　为防控鳞翅目害虫及田间杂草，常规每季需施药2次-4次，每亩农药与人力成本达160元-300元，由此产生的全国性投入高达数百亿至千亿元。因此，培育兼具抗虫与耐除草剂性状的玉米品种成为解决这一难题的关键途径。全球60%以上的抗虫转基因玉米市场被瑞士先正达、德国拜尔等跨国种业公司垄断，我国在该领域对外依存度高，种业安全与产业竞争力面临严峻挑战。

　　山东省农业科学院联合山东登海种业股份有限公司成功研制具有自主知识产权的转基因抗虫耐除草剂玉米转化体，并获得农业农村部农业转基因生物安全证书，填补了我国玉米抗虫融合基因研发与应用领域空白。

　　气候变暖、台风频发，加上水稻主栽品种抗源单一、病原菌变异快，水稻白叶枯病已经蔓延到主要稻区，影响水稻高产稳产。挖掘抗病基因、改良育种，对保障粮食安全具有重要意义。

　　近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心等克隆出白叶枯病广谱抗病基因Xa48，首次阐明广谱持久抗白叶枯病NLR免疫受体与病原菌分泌的毒性蛋白激发免疫的新模型，揭示XA48在作物驯化中协调生长与免疫的分子基础。研究还证实，叠加基础抗性与病菌小种专化性抗病网络，可以重构野生稻广谱抗性并维持高产性状。相关研究成果发表在《自然》上。

　　非侵入式治疗失眠取得新进展

　　除了晶体、农作物的生长，人的生命科学也有很多进展。比如非侵入式治疗失眠，打开像手机大小的“经颅电刺激仪”便携机，一条白线从该设备中伸出来，白线的另一头连着形似耳机的特制“脑机”，戴上“脑机”，不到半小时，便进入昏昏欲睡的状态。

　　这款经颅电刺激仪由精神医学与睡眠医学家、中国科学院院士、山东第一医科大学脑与类脑学科带头人陆林负责，该校王志燕教授团队联合场御医疗科技有限公司自主研发，获得国家药品监督管理局颁发的二类医疗器械注册证，也入选了山东省科技厅“山东好成果专报”。

　　此外，美国加州大学旧金山分校的研究团队开发出一种突破性的“体内药厂”方法，能够在患者体内直接“改造”出抗癌免疫细胞，从而绕过现有CAR-T疗法中昂贵且耗时的体外制造流程。这项研究发表在《自然》杂志上，为癌症治疗提供了新的可能性，并推动了细胞与基因疗法向更普惠和便捷的方向发展。

　　微型机器人正将人类与微观世界“直接互动”的梦想一步步变为现实。德国维尔茨堡大学研究团队研制出一种由光驱动的纳米机器人，其尺寸仅为人类头发直径的约五十分之一，能够在水环境中对细菌等微小生物进行精准捕获、搬运和释放。相关成果发表于新一期《自然·通讯》杂志。未来，这类纳米机器人有望在微生物学、生物医学以及微尺度精准操控等领域发挥重要作用。