"造地震""控意念""编基因" 天大这样搞创新

xinwen.mobi · 发表于 2025-10-27 11:50:04

造地震、控意念、编基因：天津大学的三大创新“风暴”
天津大学北洋园校区，一座占地7.6万平方米的巨型建筑内，世界上最大的地震模拟振动台正安静等待下一次“爆发”。几公里外，戴着脑电极帽的研究人员仅凭意念，就能让机械手指灵活抓取物体。而在合成生物技术全国重点实验室，科学家们正尝试“编写”人类基因组，解开创生命密码的钥匙。

在天津大学建校130周年之际，习近平总书记给全校师生回信，希望他们“聚焦国家重大战略需求，深化教学科研改革，加强基础研究和科技攻关”。

作为中国第一所现代大学，这座百年学府正以三大颠覆性创新——造地震、控意念、编基因，突破人类认知和科技极限，展现着中国科研的原始创新力。

01 造地震：打造地震工程领域的“中国重器”
走进天津大学国家大型地震工程模拟研究设施，首先映入眼帘的是31米室内净高、两台吊重500吨的双梁桥式起重机。这个全球最大地震模拟振动台，能够还原几乎所有的破坏性地震场景。

“地震模拟振动台试验是目前研究工程抗震性能最直接的试验方法”。项目成员刘铭劼解释说。

设施内的水下振动台是世界唯一的双台地震、波浪、水流联合模拟试验装置，可以让一栋7层楼高的建筑亲历“地震”，为工程抗震设计提供最直接的试验依据。

建设如此规模的装置，全球没有先例。面对几十套液压作动器的控制难题，团队自主研发了“双六自由度叠加复合振动台系统”。

“我们设想让这套系统上面专门‘跑’高频，下面专门‘跑’长行程，然后两个‘叠加’。”技术负责人吴昊透露。

从2019年开工到2024年投用，团队用5年时间实现了对国外同类型设施的超越。2025年上海合作组织峰会期间，这一“国之重器”成为多国领导人专程参观的“打卡点”。

02 控意念：脑机接口让“心想事成”照进现实
在天津大学脑机交互与人机共融海河实验室，一场“读心术”测试正在进行。

研究人员头戴脑电极帽，仅凭意念控制机械手指抓取小球。这款被称作“神工-灵犀指”的设备，通过非侵入式脑机接口技术，采集大脑控制信号，实现大脑与“断联”手指的互联。

“现在想象，右手腕长出了一根‘第六指’，用它去抓握。”脑机海河实验室团队成员王壮指导着测试。

实验室里，记者还体验了“意念写字”，全程未碰键盘，仅凭专注的意念，便在电脑上清晰“敲”出了“人民网‘行进中国’”几个字。

“这顶看似普通的电极帽及与其相连接的设备，就是‘意念打字’的核心秘密。”脑机海河实验室副主任刘秀云解释道。

脑机接口技术已在医疗康复领域取得实质性进展。实验室团队研发的“神工”系列脑机交互创新医疗器械已帮助3000多名患者。

其中，“神工-谛听”脑机微信操作系统让患者不用双手操作、不用张嘴说话，仅靠意念想象，就能使用微信所有功能。

03 编基因：书写生命密码的“中国方案”
在合成生物技术全国重点实验室，元英进院士团队实现了大尺度人类DNA的精准合成组装与跨物种递送。今年7月，这一突破性研究成果在《自然-方法》期刊发表。

“从零起步到站在世界前沿，我们现在要做的更多是前人没有做过的事。”合成生物学系主任吴毅说。

人类基因组的从头设计与合成面临两大核心技术瓶颈。一是人类基因组中超过50%的区域由高度复杂的重复序列构成，其精确合成与准确组装存在显著技术难题。

二是超大片段DNA的高效跨物种转移尚未突破。

元英进团队创建的SynNICE技术体系成功突破了这些限制。该研究针对人类Y染色体关键功能区——无精子症因子a（AZFa），该区段的缺失会导致最严重的男性不育。

研究人员提出“组合式层级组装策略”，成功实现了这一复杂序列在酿酒酵母中的高效组装。

团队还开发出完整酵母细胞核分离技术，能够提取直径仅1微米的细胞核。利用该方法提出的酵母细胞核可冷冻保存6个月以上。

04 创新基石：交叉学科与人才自主培养
这些突破的背后，是天津大学在科研组织和人才培养上的创新。

大型地震工程模拟研究设施汇聚了水利工程、土木工程、船舶与海洋工程及自动化、通信、机械、计算机、材料、管理等多个学科团队。5年多时间里，他们的每周工作推动会几乎雷打不动。

而在全国首个脑机接口本科专业方向，教学方式也与众不同。该专业开设了4门项目式课程，除“认知增强的意念小球”外，还有“生理信号无线采集系统”、“脑控机器人”和“脑机智能融合系统”。

“这样的项目式课程，脑机接口专业方向一共开了4门。”天津大学医学院副院长、教授杨佳佳介绍。

在合成生物学领域，天津大学2012年就开设了构建人工基因组的本科生课程。当时还在读本科的吴毅就是“酿酒酵母基因组计划”项目团队的一员。

2017年，他以第一作者的身份，在《科学》上发表了项目成果。而在同期杂志发表论文的作者中，有几十名曾与他一同加入这门课程的本科生和研究生。

05 科研生态：从实验室到产业化的闭环
天津大学的创新不仅停留在论文层面，更注重构建完整的产学研闭环。

脑机海河实验室常务副主任倪广健表示：“我们不只是在追求一两个爆款产品，而是在构建一条完整的‘临床诊疗—技术研发—产品准入—医保接入’闭环链路。”

这条路径如今正得到产业资本的强力推动，天津市已设立国内首支脑机接口专项基金，首期规模10亿元。该基金已储备了20余个优质项目。

在合成生物学领域，元英进团队的研究也具有明确的转化目标。北京大学教授、新基石研究员汤富酬认为，这一合成生物学领域的重大突破对于人类疾病治疗带来广阔的应用前景。

团队开发的SynNICE技术为基因修饰猪的基因组进行大规模改造提供创新性技术方案，可能解决人类器官移植供体短缺的世界性和世纪性难题。

同时，天津大学也高度重视科研诚信建设。管理与经济学部发布通知，要求实施学术成果登记备案制度，并规范预警期刊成果管理。

先进内燃动力全国重点实验室则明确，“在晋升使用、表彰奖励、参与项目等方面‘一票否决’”。

地震大装置的每一次“振动”，都是在为人类抵御灾害筑墙；脑机接口的每一次突破，都在重新定义生命可能性；人类基因组的每一次“编写”，都在解码生命密码。

从地震模拟到脑机交互，再到基因组合成，天津大学这些看似不相关的创新，实则共享同一内核——基于基础研究的突破性创新，跨学科的深度融合，以及从国家需求中寻找问题的务实导向。

这些创新背后，是中国科研从跟跑到并跑、乃至领跑的历史性跨越。

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