2023年11月28日，科睿唯安与中国科学院联合发布《2023研究前沿》报告。

今年的报告遴选和展示自然科学和社会科学的11大学科领域中的热点前沿和新兴前沿。报告共计遴选出128个研究前沿，包括110个热点前沿和18个新兴前沿。

总体情况

▲从十一大学科领域整体层面的研究前沿热度指数来看，美国继续以强劲优势领先，在超过一半的研究前沿上排名第一；中国稳居第二，在约1/4的研究前沿上排名第一；英国、德国、法国保持前五。

▲从科学领域具体热度指数得分来看，中国在农业科学、植物学和动物学领域，生态与环境科学领域，化学与材料科学领域，信息科学领域和经济学、心理学及其他社会科学领域这5个领域研究前沿热度指数得分排名世界第一。

▲在十一大学科领域的110个热点前沿和18个新兴前沿中，美国研究前沿热度指数排名第一的前沿数为69个，占全部128个前沿的53.91%，中国排名第一的前沿数为31个，占全部128个前沿的24.22%，英国8个前沿排名第一，德国7个前沿排名第一。

一、 化学与材料科学

1. 热点前沿及重点热点前沿解读

化学与材料科学领域 Top 10 热点前沿主要分布在电化学、纳米材料、有机化学、新兴交叉等研究方向。电化学方向有 4 项，分别为海水电解催化剂、电催化硝酸根还原合成氨、阴离子交换膜燃料电池、电催化合成过氧化氢。纳米材料方向有 3 项，分别为高熵合金催化剂、量子点发光二极管、二维晶体管。有机化学方向有 2 项，分别为人工分子机器和超分子粘合剂。新兴交叉方向有 1 项，为机械化学。其中，人工分子机器和机械化学都是第二次入选 Top 10 热点前沿。

2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读

在化学与材料科学领域共有 2 项研究入选新兴前沿，且均与能源的转化和存储相关。“高性能 HER 和 ORR 光催化剂的开发及其在太阳能燃料合成中的应用”，主要涉及利用光催化剂，如共价有机框架化合物和金属氧化物半导体（主要是 BiVO4）等，通过氢还原反应（HER）和氧还原反应（ORR）将太阳能转化为绿色燃料，如氢气和双氧水。而“聚合物介质电容器的制备”主要涉及利用聚合物作为电容器的介质，调整其组成和结构，实现电容器能量密度和放电效率的同时提高。

二、农业科学、植物学和动物学

1.  热点前沿及重点热点前沿解读

农业科学、植物学和动物学领域居于前10的热点前沿分布广泛，涉及食品科学与工程、植物免疫调控、植物非生物胁迫响应机制、植物生长发育调控、植物基因组，及动物营养等 6 个子领域。其中，食品科学与工程子领域热点前沿数量最多，有 3 个，分别是植物肉与细胞培养肉的替代性研究、食品中益生菌的微胶囊化研究、食物蛋白生物活性肽的结构与功能。植物免疫调控子领域有热点前沿 2个，包括 NLR 免疫受体介导的植物免疫机制、植物细胞外囊泡的免疫调节功能。植物非生物胁迫响应机制子领域也有 2 个，分别是纳米颗粒提高作物镉耐受性和抗旱性的机制、干旱导致树木死亡的生理机制。植物基因组和动物营养子领域各有 1 个，分别研究作物泛基因组和提高水产动物免疫力的饲料添加剂研究。

上述子领域的研究已经持续多年入选研究前沿报告。尤其值得注意的是，今年有多个热点前沿曾多次连续入选 Top10 热点前沿，其中植物基因组子领域的作物泛基因组研究和植物免疫调控子领域的 NLR 免疫受体介导的植物免疫机制研究，均从 2021 年起连续三年入选。而目前热度较高的植物肉与细胞培养肉的替代性研究则首次入选Top10 热点前沿。

2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读

农业科学、植物学和动物学领域有 1 个方向入选新兴前沿，是“水果采摘机器人的识别与定位方法”

三、生态与环境科学

1. 热点前沿及重点热点前沿解读

生态与环境科学领域的 Top 10 热点前沿主要分布在生态科学和环境科学两个子领域，针对新型环境问题、新型解决方案的研究方向是本年度的主要关注点。

具体来看，环境科学子领域的热点前沿主要涉及微塑料、气候变化、臭氧等新型环境问题，及新型水体污染控制技术、废水流行病学等新型解决方案或新的研究方向。

微塑料污染相关研究是近 10 年来在研究前沿报告中多次呈现的重要前沿方向，相关主题在 2015-2017 年、2020、2022 年多次入选热点前沿。2023 年微塑料相关的热点前沿有两个，分别是“环境微塑料颗粒对污染物的吸附”和“土壤微塑料的环境归趋和生态毒理”。此外，气候变化是当前全球关注的重大环境问题，二氧化碳捕获、甲烷减排是温室气体减排的热点，今年的两个相关热点前沿是“二氧化碳直接空气捕获的技术经济评估”和“全球甲烷排放趋势及来源”。近年，中国大气污染防治已取得阶段性成效，细颗粒物（PM2.5）浓度持续下降，然而大气臭氧污染呈现快速上升和蔓延态势，多次出现大范围长时间臭氧污染，形势严峻。因应这一问题的“中国臭氧污染状况及健康风险”也是今年遴选出的热点前沿。利用过硫酸盐降解有机污染物相关研究曾在 2017 年、2018 年、2022 年分别入选热点前沿。今年的热点前沿“利用单原子催化剂活化过氧单硫酸盐”展现了具有超高性能、环境友好、结构 / 化学稳定、能最大化利用活性金属位点等优点的新兴单原子催化剂用于环境修复的高级氧化过程。“废水中新冠病毒的检测及基于废水的流行病学监测”连续第二年入选热点前沿。在后疫情时代，基于废水监测的流行病学研究是监测药物、病毒、超级细菌及跟踪COVID-19爆发的新型、低成本解决方案。

生态科学子领域的热点前沿主要涉及生物多样性、生态治理两个方面，具体包括“昆虫衰退现状、灭绝危机与驱动因素”、“全球河流生物多样性危机及水坝对其的影响”及“‘基于自然的解决方案’的理论与应用”。其中，生物多样性相关研究持续多年成为研究热点，如“昆虫衰退现状、灭绝危机与驱动因素”是连续第三年入选热点前沿。基于自然的解决方案是一个综合利用生态系统多学科管理手段的新理念，其理论与方法研究及在众多领域的实践应用逐渐兴起。

2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读

生态与环境科学领域有一个方向入选新兴前沿，即“人体组织中微塑料的检测与暴露”。

四、地球科学

1. 热点前沿及重点热点前沿解读

地球科学是一门高度依赖观测技术的学科，2023 年地球科学领域 Top10 热点前沿中有 6 个属于地理学相关研究，3 个大气科学研究和 1 个行星地质学研究，且大多利用了地球系统模型和对地观测技术等先进的技术方法与模型，促进新的科学发现。CMIP6 模式高气候敏感度成因及影响研究、多种地球系统模型的配置优化与进展研究均通过不断优化地球系统模型，来更好地分析过去、现在和未来的气候变化，为研究全球变化提供有力的科学支撑。集成卫星激光测高数据的海洋及森林测绘、利用重力勘测和气候试验及其后继任务研究陆地水储量变化、基于卫星遥感数据的城市热岛效应研究则体现了对地观测技术在获取全球表面和深部的时空信息方面发挥的重要作用，有助于定量研究地球宜居性的动态演化。

2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读

地球科学领域有 1 项研究入选新兴前沿，即“汤加火山喷发全球影响研究”。

五、临床医学

1. 热点前沿及重点热点前沿解读

临床医学领域位居前十位的热点前沿集中于肿瘤免疫治疗、靶向治疗和分子特异性 PET 成像，遗传病基因治疗，以及新冠相关药物治疗和疫苗评价等方面。肿瘤免疫治疗、靶向治疗历年来一直保持较高热度，是今年热点前沿的核心议题。此外，基因治疗经过多年发展和应用，今年首次出现了基因治疗应用于临床的热点前沿，预计未来会涌现出更多的相关热点研究。随着新冠疫情进入尾声，临床医学领域针对新冠病毒及其感染的研究热度也较前两年有所降低，且关注点发生变化。前两年以新冠病毒感染的临床表现、并发症、发病机制研究为主，去年开始新冠药物治疗和疫苗评价成为新的热点前沿，今年 4 个新冠热点前沿均聚焦于药物治疗和疫苗评价，是去年热点的延续。

2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读

临床医学领域 2023 年入选的 5 个新兴前沿主要涉及猴痘流行病学研究、黑色素瘤免疫治疗、托法替尼治疗的心血管风险、前列腺癌联合治疗、2 型糖尿病治疗 5 个方面。综合 CPT 指标、前沿发展潜力及科技情报研究人员的判断，最终选取“猴痘感染暴发”前沿作为重点分析对象。

六、生物科学

1. 热点前沿及重点热点前沿解读

生物科学领域位居前十位的热点前沿包括先导编辑技术、新型测序技术、人工智能预测蛋白质结构、人类全基因组泛癌分析、阿尔茨海默病的血液生物标志物、外泌

体的生物学功能和新型冠状病毒（SARS-CoV-2）感染等研究方向。其中，基因编辑技术是历年来生物科学领域研究前沿的热门主题，近年来，该技术取得了重要进展，每年都会涌现新的生长点，连续多年入选研究前沿。今年入选的先导编辑（Prime Editing）技术则将基因编辑提升到了一个新的水平。新型测序技术近年来不断更新和提升，单细胞 RNA 测序技术入选 2020 年生物科学领域的新兴前沿。2023 年，具有长读长特点的第三代测序技术、空间转录组技术和细胞通讯分析技术等新型测序技术和辅助技术进入热点前沿。人工智能（AlphaFold等）预测蛋白质结构在2022 年为生物科学领域的新兴前沿，2023 年发展成为热点前沿。这一重大技术飞跃将加速新药开发、推动基础科学研究，引领生物学领域的一场全新革命。全基因组泛癌分析在 2021 年入选生物科学领域的新兴前沿之后，2023年成为热点前沿。

2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读

生物科学领域有 4 项研究入选新兴前沿，主要研究主题包括“爱泼斯坦 - 巴尔病毒（EBV）是导致多发性硬化症的主要原因”、“人类基因组的完整序列”、“铜死亡：铜诱导肿瘤细胞死亡机制”和“色氨酸代谢：疾病治疗新靶点”。综合 CPT 指标、前沿发展潜力及科技情报研究人员的判断，最终选取“铜死亡：铜诱导肿瘤细胞死亡机制”前沿重点分析。

七、物理学

1. 热点前沿及重点热点前沿解读

物理领域位居前 10 位的热点前沿主要集中于凝聚态物理、理论物理、高能物理、光学和量子物理。凝聚态物理方面的热点前沿有 4 个，新型超导材料的研究表现

突出，包括笼目超导材料 AV3Sb5、无限层型镍酸盐以及富氢化物。此外，过渡金属硫化物的莫尔超晶格成为了新出现的热点前沿。理论物理方面的热点前沿有 2 个，分别聚焦黑洞信息佯谬与纠缠熵以及量子场论中的散射振幅研究。高能物理方面的热点前沿有 2 个，部分子分布函数是新出现的热点前沿，μ 子反常磁矩的测量连续 2 年入选热点前沿。光学和量子物理各有 1 个新出现的热点前沿，分别关注 AlGaN 深紫外发光二极管和双场量子密钥分发。

2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读

物理学领域有 1 项研究入选新兴前沿，即“基于 W 玻色子质量精确测量结果的理论研究”。

八、天文学与天体物理学

1. 热点前沿及重点热点前沿解读

天文学与天体物理学领域位居前十位的热点前沿涉及引力波观测和理论、原初黑洞、宇宙再电离时期观测、快速射电暴、弱引力透镜巡天、弦论与宇宙学、银河系恒星晕等研究主题。总体来看，引力波相关研究仍是表现最为突出的研究主题，观测发现和理论研究并举，涌现出“激光干涉仪引力波天文台”和“欧洲引力波探测器”引力波观测活动阶段成果、基于 GW170817 引力波事件观测约束中子星性质、原初黑洞性质及引力波观测、黑洞阴影和四维 Einstein-Gauss-Bonnet引力理论等多个热点前沿。快速射电暴事件的观测和理论研究再次上榜。2020 年的新兴前沿弦论沼泽地猜想与宇宙学进入 2023 年热点前沿行列。大型科学任务平台产出依旧瞩目，除两大引力波探测器外，“盖亚”发布阶段成果榜上有名。

2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读

天文学与天体物理学领域有 2 项研究入选新兴前沿，分别是“俄德合作‘光谱 -RG’空间天文台上的eROSITA望远镜观测结果”和“事件视界望远镜对人马座 A* 超大质量黑洞的观测”。

九、数学

1. 热点前沿及重点热点前沿解读

数学领域位居前十位的热点前沿主要集中于扩展物理信息神经网络、Onsager 猜想的证明、非线性时间分数阶反应扩散方程、样本均数最优估计方法研究、二阶能量稳定 BDF 数值格式、非线性动力学系统收敛性研究、基于随机块模型的社区发现、基于深度学习的高维偏数值算法、回归不连续性设计、贝叶斯多层次模型及应用研究等研究方向。与往年相比，2023 年 Top 10 热点前沿既有延续又有发展。偏微分方程性质及求解研究以及非线性系统方向的多个热点前沿连续多年入选该领域的热点前沿或新兴前沿，Onsager 猜想的证明是该领域亮点研究成果的突出代表。

十、信息科学

1. 热点前沿及重点热点前沿解读

信息科学领域位居前十位的热点前沿主要集中于人工智能基础理论方法、6G 通信、人 - 机交互、类脑智能、医学信息处理等方向（表52）。人工智能基础理论方法方面的热点前沿有 5 个，生成式对抗网络、宽度学习系统、用于边缘计算的联邦学习成为新的热点前沿，可解释人工智能从去年的新兴前沿成为今年的热点前沿；强化学习相关前沿多次出现在热点前沿中，本期重点是推动强化学习解决真实世界问题的 MuZero 算法。6G 通信方面的热点前沿有两个，深度学习在物理层通信中的应用首次成为热点前沿，可重构智能超表面是从去年的新兴前沿进入到今年的热点前沿。在人 - 机交互方面，下一代VR/AR 实时全息近眼显示方法首次成为热点前沿。在类脑智能方面，脉冲神经网络及其神经形态芯片首次出现。在医学信息处理方面，用于脑电信号分析的卷积神经网络首次成为热点前沿。

十一、经济学、心理学及其他社会科学

1.热点前沿及重点热点前沿解读

经济学、心理学及其他社会科学领域位居前 10 位的热点前沿体现了经济社会向数字化、绿色化转型发展的趋势。“供应链风险管理及区块链技术在其中的应用”、“消费者对在线订餐服务的使用和接受研究”和“人工智能（AI）伦理”3个热点前沿侧重数字化、智能化对经济社会的改变和影响分析。绿色可持续发展也是该领域热点前沿中另一个突出的主题，有 3 个前沿方向与之相关，包括“绿色能源消费和经济政策的不确定性研究”、“土地利用效率及可持续发展问题”、“绿色创新与环境绩效”。

“运动心理学研究”是唯一一个入选前 10 的心理学领域的热点前沿。此外，“儿童和青少年体育锻炼干预措施研究”也成为 2023 年热点前沿。

“双向固定效应回归模型在因果关系和反向关系中的应用”和“资产定价模型的选择因素分析”两个热点前沿重点聚焦在相关模型在经济学或社会学领域的应用。

2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读

经济学、心理学及其他社会科学领域有 1 项研究入选新兴前沿，即“以人为本、可持续性和富有弹性的工业 5.0 发展”。