中國網/中國發展門戶網訊 從20世紀開始，開展基礎研討的目標已慢慢從單純滿足科學家不受拘束摸索天然現象和規律，轉向加倍重視服務于人類社會發展和國力競爭的需求。但長期以來科研治理人員與科技決策者缺少基礎研討對技術創新影響的全景剖析方式與數據，難以剖析基礎研討對技術創新與產業的影響。2017年，有研討提出專利對論文的直接援用為剖析基礎研討對產業的影響供給了一個剖析途徑，使得基礎研討對產業的影響變得有能夠被量化和跟蹤。凡是來說，有價值的專利是商業公司創新的基礎，而通過基礎研討衝破推動的科技創新更有能夠引領行業發展甚至顛覆性創新。是以，被專利援用的基礎研討論文代表著更具有轉化成實際生產力的潛力，是影響技術創新的基礎研討。
為追蹤剖析基礎研討對技術創新產生的影響，發現此中對技術創新發展起到推動感化的熱點標的目的，本文在國內初次基于被專利援用的ESI高被引論文（以下簡稱“高被引論文”），繪制了影響技術創新的全景科學圖譜，通過可視化方式展現當今前沿基礎研討對技術創新發展的影響情況，發現此中對產業發展起到更多推動感化的前沿基礎研討熱點標的目的。進一個步驟，在熱點標的目的上疊加作者、國家等論文信息，對比中美兩國在這些對技術創新有影響的主要熱點標的目的上的表現，為決策者清楚中國基礎研討對技術源頭創新的貢獻具有必定的價值。
數據與方式
本文選用了科睿唯安（Clarivate Analytics）公司基礎科學指標數據庫（ESI）2022年3月研討前沿中包括的前1%高被引論文，共計56 278篇（數據時間跨度2016—2021年）；應用專利剖析平臺中專利援用論文數據進行遴選，共遴選出被專利援用的高被引論文9 767篇作為剖析數據。
本文參考科學結構圖譜剖析道理與技術方式，起首，應用深度學習模子學習9 767篇高被引論文的同被引網絡構成的復雜關系，將網絡中的節點（論文）與關聯關系（論文兩兩之間配合被援用次數）轉換成節點的低維且濃密的特征向量情勢。然后，應用流形學習可視化算法將低維空間中的節點向量投影到二維立體，從而繪制影響技術創新的科學結構圖譜。該方式能有用堅持高維數據的部分結構，使得援用關系類似的論文在二維可視化立體上仍然緊密湊集，有利于識別研討熱點區域。根據論文在可視化圖譜中的分布，采用核密度算法自動識別出論文高度湊集的區域，進一個步驟判斷為熱點主題。
需求說明的是，本文構建的創新科學結構圖譜與傳統科學結構圖譜有所分歧，圖譜中的節點表現被專利援用過的高被引論文，著眼于反應基礎研討對技術創新的影響。
影響技術創新的基礎研討態勢
構建創新科學結構圖譜提醒技術創新的源頭科學結構
為了深刻提醒影響技術創新的基礎研討的結構和特點，本文采用深度學習技術與可視化技術，剖析了9 767篇被專利援用的高被引論文之間的關系分布，構建了影響技術創新的創新科學結構圖譜（圖1），提醒影響技術創新的科學源頭結構。圖中每個節點代表1篇被專利援用過的高被引論文，論文的研討內容越類似則在圖譜中地位越接近，根據論文的類似水平在圖譜中天然匯聚成群，構成研討主題。結合地輿信息剖析中區域密度圖概念識別出密度較高區域，這些密度高的區域代表了在一個時間段內大批研討標的目的附近的影響技術創新的論文，可被視為一個正在影響技術創新的基礎研討熱點。
結合算法自動識別與人工判讀，本文對圖1中分歧區域呈現出顯著湊集後果的研討主題進行判讀，標識了63個研討主題（表1），并依照研討主題的研討內容歸成三年夜領域標的目的。性命科學，圖中面積最年夜的區域為性命科學，幾乎占了整個圖譜的60%，包括了基因編輯技術、病毒疾病研討、腫瘤治療相關研討、藥物藥理研討、神經科學與細胞等多方面的研討，研討主題包括了生物信息與基因組剖析、基因編輯與治療、新型冠狀病毒（以下簡稱“新冠病毒”）診斷與治療等33個。物質科學，重要包括凝集態物理、光學、資料、動力、化學等多個學科的研討，研討主題包含量子計算、二維范德華資料、鋰電池等20個。信息科學，包括深度學習模子與應用、人工智能醫療、第五代移動通訊包養平臺推舉技術（5G）網絡等10個研討主題。
研討主題
性命科學
寨卡病毒與登革熱病毒；納米藥物；新冠病毒診斷與治療；人類免疫缺點病毒（HIV）抗體與疫苗；轉錄組效能研討；轉基因作物；生物信息與基因組剖析；基因編輯與治療；呼吸機與吸氧設備；腫瘤靶向治療；神經信號傳導；腸道微生物；單細胞轉錄組測序；動物干細胞；亞細胞結構效能；惡性血液系統疾病化療與免疫治療；骨髓瘤治療；乳腺癌靶向藥；心肌細胞再生；PD-1/PD-L1免疫檢查點療法；免疫檢查點克制劑治療反作用；癌癥體液活檢；前列腺癌檢測與治療；阿爾茲海默發病機制；血脂異常治療；細胞朽邁研討；白血病治療；抑郁癥藥物；偏頭痛預防藥物；糖尿病藥物與治療；關節炎治療；肝癌靶向治療；生物乙醇
物質科學
量子計算；光譜學；超概況與超資料；自旋電子學；二維范德華資料；Mxene二維資料；鋰電池；鋅離子電池；合金資料；生物組織三維打印；鈣鈦礦電池；鈣鈦礦發光二極管；聚合物太陽能電池；柔性資料與可穿著設備；金屬有機骨架；析氫光催化劑；析氫光催化設備；發光資料；有機分解方式；各類催化劑
信息科學
深度學習模子與應用；人工智能醫療；三維重建與三維立體成像；視頻圖像智能編碼；增強學習；人工智能毛病診斷；第五代移動通訊技術（5G）網絡；區塊鏈；聰明城市無線通訊；無人機通訊
從被專利援用的基礎研討主題分布可以發現，影響技術創新的基礎研討重要集中在3個方面：① 重生物技術與生物醫療技術方面，被專利援用的高被引論文覆蓋量最多，包含基因編輯、單細胞測序等有宏大援用遠景的重生物技術，新冠病毒、寨卡病毒、人類免疫缺點病毒（HIV）等迫害人類安康的病毒治療，癌癥、糖尿病、阿爾茲海默病這類社會負擔重的疾病治療。② 動力與資料方面，包含鋰電池、鈣鈦礦電池、二維資料、柔性資料與可穿著設備等。③ 新興信息技術方面，包含人工智能醫療、量子計算、5G網絡、區塊鏈等。這些均是能夠在未來能夠引領產業改革、甚至引發顛覆性技術創新的基礎研討。
影響技術創新的高被引論文的國家與機構統計剖析
中國影響技術創新的高被引論文世界排名第2，增幅顯著，但與american的差距明顯。從被專利援用的高被引論文數量的前10位國家來看（圖2），american優勢非常明顯，被專利援用的高被引論文數超過了所有的數據的50%以上，共有5 363篇，遠高于其他國家；中國世界排名第2，共有2 571篇；英國、德國、法國排列第3、4、5位。根據3期分歧時間窗口ESI研討前沿統計被專利援用趨勢（圖3）來看，中國被專利援用的論文從第1期（2012—2017年）的1 563篇增長到第3期（2016—2021年）的2 571篇，增幅超過60%；american的被專利援用論文數量基礎堅持平穩的態勢。在所有的高被引論文中，中國論文數量是american的81.8%。但在被專利援用的高被引論文數量上，中國論文僅為american的47.9%，與american的差距明顯。
中國科學院影響技術創新的高被引論文數量世界排名第2，中國排名第1。被專利援用的高被引論文數量的世界前10位機構統計結果顯示，排名前10的機構中american有6個，中國1個，法國2個，包養英國1個（圖4）。american哈佛年夜學表現較為亮眼，共有1 058篇論文，遠遠超過其他機構。中國科學院以598篇被專利援用高被引論文排名世界第2，中國排名第1。被專利援用高被引論文數量世界前200位機構中的中國科研機構共有10個，包含中國科學院、九校聯盟中的7所年夜學、噴鼻港年夜學、武漢年夜學（表2）。比擬在所有的高被引論文中的排名，除中國科學院、清華年夜學與噴鼻港年夜學，其他7所年夜學在被專利援用的高被引論文排名略有降落。
影響技術創新的熱點關鍵研討主題剖析
結合核密度算法遴選熱點關鍵研討主題，假如圖譜中有超過必定數量的高被引論文出現了明顯的湊集後果，構成了“熱度窪地”，代表著能夠是這個時間段內有大批的研討內容類似的論文被專利援用了，則這個窪地區域內的論文很能夠是1個影響產業與技術創新的熱點關鍵研討主題。根據論文數量（超過50篇論文）與熱度（密度等級第3級以上），結合人工判讀，本文從63個研討主題中遴選出18個熱點關鍵研討主題（以下簡稱“熱點主題”），如圖5所示。
由圖5可以看出，性命科學領域被專利援用的高被引論文數量遠超過其他領域，遴選出的熱點主題熱度最高，數量最多，達到8個；物質科學領域遴選出7個熱點主題；信息科學領域遴選出3個熱點主題。表3為18個熱點主題中論文詳細統計。
性命科學
性命科學中遴選了8個熱點主題，這8個主題中被專利援用的高被引論文數量超過其他學科。從創新科學結構圖譜中可以明白地觀察到，8個熱點主題重要是3個子領域方面的包養研討，分別為基因編輯技術、病毒治療、惡性腫瘤治療，均和人類安康息息相關，并有宏大的應用潛力。從被論文援用和被專利援用的表現上看，american在性命科學領域優勢明顯，被專利援用的論文數量較多。除新冠病毒診斷與治療和寨卡病毒與登革熱病毒2個主題外均高于世界均值，american的篇均被專利援用頻次在基因編輯與治療、免疫檢查點療法及反作用2個主題中也有較年夜的優勢（表4）。
基因編輯技術。在安康、農業等多個領域已經展現出宏大的應用潛力，本文遴選了生物信息與基因組剖析、基因編輯與治療和單細胞轉錄組測序3個熱點主題，分別有70篇、150篇和116篇被專利援用的高被引論文。此中，基因編輯與治療剖析熱點主題篇均被專利援用頻次高達25.7次，是一切主題中最高的。
病毒治療。病毒治療的急切性和主要性在近年的新冠病毒年夜風行中顯得尤為明顯。本文遴選了新冠病毒、寨卡病毒與登革熱病毒2個熱點主題。此中，新冠病毒主題的論文數量是一切主題中最多的，共有584篇論文，新冠病毒主題篇均被專利援用頻次為8次，重要研討內容包含新冠病毒的機理研討、檢測方式研討、治療方式研討與藥物研討。中國在新冠病毒診斷與治療熱點主題表現比較亮眼，被專利援用的高被引論文數為129篇，篇均被論文和專利援用頻次均高于世界均值，而american的篇均被論文援用次數低于世界均值。該主題中，中國有4篇論文有企業參與研討，american則有30篇企業參與；中國在其他7個性命科學主題中，通訊作者論文數均為個位數，數量較少。
惡性腫瘤治療。惡性腫瘤是全球人群發病和逝世亡的重要緣由，近年來，腫瘤免疫治療獲得宏大衝破，多種類型治療藥物與療法相繼涌現。本文遴選了腫瘤靶向治療、惡性血液系統疾病的化療與免疫治療3個熱點主題，分別包括論文67篇、69篇和143篇。以上3個主題篇均被專利援用頻次也相對較高，分別為13.2次、18.3次和10次。
物質科學
物質科學領域遴選出7個熱點主題。量子計算。該主題中包括67篇研討論文，重要研討內容為超導量子計算、量子模擬、量子存儲器、量子算法等。超概況與超資料。該主題中包括121篇研討論文，重要包含超概況透鏡、基于光子芯片的頻率梳、介電超資料等研討內容。二維范德華資料。該主題中包括56篇研討論文，重要包含范德華異質結構、“魔角”石墨烯、范德華磁性資料等研討內容。鋰電池。該主題中包括81篇研討論文，主題內研討內容包含固態鋰電池、鋰電池電解液制備、鋰電池穩定性等。鈣鈦礦電池。該主題中包括105篇研討論文，研討內容包含鈣鈦礦資料結構、鈣鈦礦薄膜、電子傳輸資料、載流子壽命等。鈣鈦礦發光二極管。該主題中包括56篇研討論文，研討內容包含鈣鈦礦納米晶體、鈣鈦礦發光二極管等。柔性資料與可穿著設備。該主題中包括40篇論文，篇均被專利援用次數為6.8次，除性命科學領域以外，僅次于深度學習模子與應用主題；該主題研討內容重要包含電化學傳感器、納米粒子傳感器、安康傳感器、汗液傳感器、聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜資料等。
物質科學領域的7個熱點主題包含凝集態物理和光學、動力與資料2方面的研討（表5）。凝集態物理和光學。在凝集態物理和光學的3個熱點主題中，中國通訊作者論文在量子計算熱點主題論文數量（1篇）明顯不及american（44篇），在超概況與超資料主題也不及american的50%。在二維范德華資料熱點主題中，中國通訊作者論文與american持平（19篇），american通訊作者論文的篇均被論文援用頻次遠高于中國。在量子計算、超概況與超資料2個主題中，american通訊作者論文被專利援用頻次明顯超過中國。但是，在二維范德華資料這個主題中，中國通訊作者論文的被專利援用頻次遠高于american，達到了10.6次，而american的篇均被專利援用頻次僅為2.3次。中國在二維資料的基礎研討上有很強的實力，二維范德華資料是一種新型的二維資料，已在電子器件、動力存儲、環境修復等領域顯示出宏大的應用潛力，能夠是中國未來資料基礎研討轉化實際技術和產品的一個重點標的目的。american在量子計算熱點主題中的企業參與研發比例很高，american的44篇論文中有19篇為企業參與研發，如american谷歌公司、american高通公司、american微軟公司、american英特爾公司這樣的科技巨頭占比較高。雖然中國在量子計算領域中發表了多篇高被引論文，但只要1篇被專利援用的論文。動力與資料。在動力與資料領域的4個熱點主題中，中國在鈣鈦礦發光二極管熱點主題的論文數量（26篇）遠超american（8篇），但在柔性資料與可穿著設備和鋰電池2個熱點主題與american存在較年夜差距，鈣鈦礦電池熱點主題論文量與american相當。從通訊作者論文的論文與專利援用情況來看，無論是被論文援用還是被專利援用，中國的頻次廣泛低于american。和世界援用均值比擬，中國在鋰電池主題的論文被援用頻次高于世界均值，其他主題則低于世界均值，而american在鋰電池主題的專利援用頻次上稍低于世界均值，但其余3個主題的被引頻次均高于世界均值。在柔性材包養網價錢料與可穿著設備熱點主題中，american的優勢非常明顯，論文數尤其是篇均被專利援用頻次，遠超過中國。american論文中有3家生物科技公司參與此中5篇論文的研討；在鋰電池熱點主題中，中國的篇均被專利援用頻次與american的差距較年夜，該主題中，american的3篇論文有德國、韓國在美的研發公司參與。
信息科學
信息科學領域遴選出深度學習模子與應用、人工智能醫療和區塊鏈3個熱點主題，中國在這3個主題中的篇均被引頻次均低于世界均值，而american則都高于世界均值。中國在深度學習模子與應用和區塊鏈2個主題中的論文數量遠超american，但無論是論文援用還是專利援用，american的影響力都顯著超過中國（表6）。通過剖析這些高被引論文的作者，發現在深度學習模子與應用熱點主題中，american的論文有更多的企業團隊參與，包含american谷歌公司、american互聯網公司Mate等多個互聯網科技巨頭，而中國相關論文基礎都是年夜學與科研院所主導。
深度學習模子與應用。該主題包括185篇高被引論文，重要為深度學習模子與應用場景結合相關研討，包含自動駕駛、遙感測繪、圖像處理、人類活動檢測等。該熱點主題論文被專利援用頻次、篇均被專利引頻次除性命科學領域外最高的，高達10.7次。
人工智能醫療。該主題包括126篇研討論文，該熱點中論文多為深度學習在電子計算機斷層掃描（CT）、核磁共振成像、X線檢查等醫療成像技術上的應用，american在人工智能醫療主題有較年夜的優勢。
區塊鏈。該主題包括56篇研討論文，分布于多個應用場景，包含物聯網、電網、車聯網、醫療保健數據等。中國在深度學習模子與應用主題、區塊鏈主題的研討表現亮眼，分別發表了88篇和22篇相關論文，年夜幅超過american的29篇和9篇。
結論與啟示
結論
通過對影響技術創新的中美基礎研討的比較，我們發現中國被專利援用的高被引論文數量增長敏捷，但與american比擬仍有不小的差距。中國在部門與技術創新親密相關的研討領域甚至超出american，這表白中國在支撐技術創新發展方面具有必定的實力和潛力。通過總結中美兩國在分歧研討領域的表現、中國在這些領域的具體優勢和缺乏，為決策者供給有關中國基礎研討對技術創新貢獻的細致解讀與建議。
影響技術創新的基礎研討重要集中在重生物技術與生物醫療技術、新興信息技術、動力與資料這些能夠引發顛覆性技術新的基礎研討。重生物技術與生物醫療技術方面，被專利援用的高被引論文覆蓋量最多，包含基因編輯、單細胞測序等有宏大援用遠景的重生物技術，新冠病毒、寨卡病毒、HIV病毒等迫害人類安康的病毒治療，癌癥治療、糖尿病、阿爾茲海默這類社會疾病負擔重的疾病治療；動力與資料包含鋰電池、鈣鈦礦電池、二維資料、柔性資料與可穿著設備等；新興信息技術包含人工智能醫療、量子計算、5G網絡、區塊鏈等。這些均是能夠在未來能夠引領產業改革、甚至引發顛覆性技術創新的基礎研討。
中國影響技術創新的高被引論文增勢顯著，但與american的差距仍然較年夜。中國被專利援用的高被引論文增勢明顯，5年增長了超過60%，但數量仍不到american的50%。比擬于american，中國具有優勢的熱點主題重要包含深度學習模子與應用、二維范德華資料、鈣鈦礦電池、鈣鈦礦發光二極管、新冠病毒診斷與治療。american有明顯優勢的熱點主題包含人工智能醫療、區塊鏈、量子計算、鋰電池、柔性資料與可穿著設備、生物信息與基因組剖析、基因編輯與治療、免疫檢查點療法及反作用、惡性血液系統疾病化療與免疫治療。
中國影響技術創新的高被引論文產生的影響力依然低于american。中國在不少與技術創新關聯緊密的熱點研討主題中的高被引論文數量高于american，被論文援用頻次也超過了american，但被專利援用的高被引論文數量卻凡是低于american。在論文與專利援用統計中，中國在新冠病毒診斷與治療表現凸起，無論論文或許專利的篇均被引頻次高于世界均值，均高于american。其他主題中，中國在二維范德華資料的篇均被專利援用頻次與鋰電池篇均被論文援用頻次高于世界均值，american在年夜部門熱點主題的篇均被專利援用頻次都高于世界均值。
american企業在對技術創新有影響的基礎研討中有較高的參與度。值得留意的一點是，american被專利援用頻次較高的熱點主題的論文有大批企業參與，如深度學習模子與應用、鋰電池、量子計算等主題中，多個american互聯網科技巨頭在基礎創新初期即深度參與，這一現象表白american企業在技術創新的基礎研討中具備強年夜的實力和參與度。american企業在熱門技術領域的晚期投進和深度參與，為他們在相關領域獲得主要專利和技術衝破供給了優勢。比擬之下，中國被專利援用頻次較高的高被引論文基礎完整由高校和科研院所主導完成。
建議
基于上述創新科學結構圖譜的剖析結果，對我國基礎研討發展提出以下3個方面建議：
加強現有優勢領域的發展，當局和相關機構應持續投進，鼓勵將已經對技術產生必定影響的基礎研討盡快產業化和商業化，通過技術創新帶動經濟發展。
積極布局能夠惹起顛覆性技術創新的領域，加年夜對這些領域的研發投進，培養和吸引相應研討領域的頂尖人才，引導基礎研討向技術結果的轉移和轉化。
根據american企業在基礎創新初期即深度參與研討的經驗，中國可進一個步驟通過稅收優惠、研發補助和政策支撐等辦法激勵有才能的企業參與到有能夠惹起顛覆性技術創新基礎研討中。供給更多的風險投資支撐，下降投資風險，吸引更多的私家資本進進科技創新領域。鼓勵風險投資和私家資本向基礎研討和高新技術企業投資，尤其是在晚期研發階段，從而更好的推動創新結果的疾速推廣和應用。
（作者：陳挺、冷伏海、李國鵬、王小梅，中國科學院科技戰略咨詢研討院。《中國科學院院刊》供稿）