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根据世界科学发展趋势和我国重大战略需求，持续强化部署纳米研究、量子调控研究、蛋白质研究、发育与生殖研究、干细胞研究、全球变化研究六个 国家重大科学研究计划和磁约束核聚变能研究专项，努力冲击世界难题，力争取得系列突破，显著提升我国国际竞争力，抢占未来科学技术发展制高点。
1．纳米研究
围绕纳米科学技术发展的战略性、基础性和前瞻性问题，以深化基础研究和促进产业化为主线，在纳米材料、纳米器件和系统、纳米生物医学、能源纳米材料与技术、环境纳米材料与技术、纳米测量表征、纳米安全与标准等方面取得创新性突破，保持我国在纳米科学技术领域的高水平基础研究优势；加快创新性成果转化，促进规模化应用和产业化。
主要研究方向：纳米基础科学问题研究；先进功能纳米材料；纳米检测与加工方法、装备与标准；纳米信息材料与器件；纳米生物与纳米医学；环境纳米材料与技术；能源纳米材料与技术；绿色印刷制版、高密度存储、新型显示、重大疾病快速诊断、水净化、高效能源转化等纳米技术开发和规模化应用；纳米技术安全性。
2. 量子调控研究
以量子效应为基础，以功能化集成和实用化为导向，在新物 质态和新原理原型器件方面取得突破，探索和发现若干全新的关联电子体系材料、小量子体系材料和人工带隙材料，推进量子通信技术的实用化和量子技术标准与协议的制定。继续保持我国在实用化量子密码技术和量子通信技术、铁基超导和拓扑绝缘体等研究领域的领先水平。主要研究方向：基于光子、固态系统和冷原子及分子的量子信息处理、量子仿真、量子通信与信息安全、量子信息理论；新颖关联量子材料、竞争序和量子相变、关联量子现象；单粒子和单量子态、原子和离子及分子体系、半导体量子结构、磁性和稀磁半导体及异质结构、固体中孤立量子体系；人工带隙材料的能带和带隙调控、光子微结构集成回路及相关元器件、亚波长光子学结构。
3．蛋白质研究
以蛋白质的结构与功能、相互作用和动态变化研究为重点，在结构生物学、蛋白质组学、蛋白质研究新技术和新方法、蛋白质合成、降解与调控机制、蛋白质生物学功能、系统生物学、药物靶点和分子诊疗等方向取得一批具有影响的标志性成果，继续保持我国在蛋白质组学的国际领先地位，为探索生命本质、发展医药与生物技术等提供理论基础与技术支撑。
主要研究方向：具有重要生物功能的膜蛋白和蛋白 质复合体的结构与功能研究；重要生物体的蛋白质组学研究；针对蛋白质研究前沿中的技术瓶颈发展相关的新技术和新方法；蛋白质的转录调控、翻译折叠及降解的分子机制研究；重要生命活动相关的蛋白质的分子作用机制；生物系统的功能元件组成、相互作用和动态变化等方面的研究；蛋白质药物靶标和基于蛋白质相互作用网络的分子诊疗技术研究。
4．发育与生殖研究
围绕发育与生殖基础性、前沿性重要科学问题，在胚胎与器官发育、生殖发育与生殖调控、发育与生殖相关重大疾病的基础研究等方向取得一批创新性成果，建立和完善发育与生殖研究系统平台，为降低出生缺陷、提高人口健康水平提供理论基础和关键技术支撑。主要研究方向：胚胎与器官发育的机理与进化生物学研究；生殖细胞发生、成熟、精卵识别、受精及着床等生殖发育与生殖调控机制研究；妊娠疾病和出生缺陷等发育与生殖相关重大疾病的基础研究；人类重大疾病的转基因灵长类动物模型研究和传统模式生物平台与资源库建设和完善。
5．干细胞研究
围绕干细胞研究和促进转化应用，优化整合干细胞研究资源，在细胞重编程研究、干细胞多能性维持、干细胞定向诱导分化、干细胞与微环境、干细胞临床前研究、植物细胞全能性等方向取得一批原创性成果，建立重大疾病的猪、猴等大动物模型，加强干细胞基础和临床前研究，实现干细胞基本理论和关键技术的重大突破。
主要研究方向：细胞重编程过程及其调控机制研究；干细胞自我更新及多能性维持的机理研究、新型多能性干细胞系的建立；干细胞定向分化分子机制及组织、器官诱导分化研究；成体干细胞的分离鉴定和干细胞的微环境研究；临床级干细胞的建立和建库， 重要疾病动物模型的建立，干细胞治疗安全性和有效性评估；植物细胞全能性及其分化调控研究。
6．全球变化研究围绕全球变化关键科学问题，在全球变化基本规律、人类活动对全球变化的影响研究、气候变化的影响及适应研究、综合观测和数据集成研究、地球系统模式研究等领域取得突破性进展，为我国经济社会可持续发展、适应和应对气候变化提供科学支撑。
主要研究方向：全球气候变化的事实、过程和机理研究；温室气体、人为气溶胶排放和土地利用等人类活动对全球变化的影响研究；气候变化对生物圈、水圈、冰冻圈的影响及人类适应研究；全球变化关键参数和过程的综合观测、数据同化与集成研究；高分辨率气候系统模式、地球系统模式的研发与应用。
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