陳挺 冷伏海 李國(guó)鵬 王小梅

中國(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢(xún)研究院 北京 100190

從20世紀(jì)開(kāi)始，開(kāi)展基礎(chǔ)研究的目的已逐步從單純滿(mǎn)足科學(xué)家自由探索自然現(xiàn)象和規(guī)律，轉(zhuǎn)向更加注重服務(wù)于人類(lèi)社會(huì)發(fā)展和國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)的需要[1]。但長(zhǎng)期以來(lái)科研管理人員與科技決策者缺乏基礎(chǔ)研究對(duì)技術(shù)創(chuàng)新影響的全景分析方法與數(shù)據(jù)，難以分析基礎(chǔ)研究對(duì)技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)的影響。2017年，有研究提出專(zhuān)利對(duì)論文的直接引用為分析基礎(chǔ)研究對(duì)產(chǎn)業(yè)的影響提供了一個(gè)分析途徑[2]，使得基礎(chǔ)研究對(duì)產(chǎn)業(yè)的影響變得有可能被量化和跟蹤。通常來(lái)說(shuō)，有價(jià)值的專(zhuān)利是商業(yè)公司創(chuàng)新的基礎(chǔ)，而通過(guò)基礎(chǔ)研究突破推動(dòng)的科技創(chuàng)新更有可能引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展乃至顛覆性創(chuàng)新。因此，被專(zhuān)利引用的基礎(chǔ)研究論文代表著更具有轉(zhuǎn)化成實(shí)際生產(chǎn)力的潛力，是影響技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)研究。

為追蹤分析基礎(chǔ)研究對(duì)技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)生的影響，發(fā)現(xiàn)其中對(duì)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展起到推動(dòng)作用的熱點(diǎn)方向，本文在國(guó)內(nèi)首次基于被專(zhuān)利引用的ESI高被引論文（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“高被引論文”），繪制了影響技術(shù)創(chuàng)新的全景科學(xué)圖譜，通過(guò)可視化方法展示當(dāng)今前沿基礎(chǔ)研究對(duì)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的影響情況，發(fā)現(xiàn)其中對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到更多推動(dòng)作用的前沿基礎(chǔ)研究熱點(diǎn)方向。進(jìn)一步，在熱點(diǎn)方向上疊加作者、國(guó)家等論文信息，對(duì)比中美兩國(guó)在這些對(duì)技術(shù)創(chuàng)新有影響的重要熱點(diǎn)方向上的表現(xiàn)，為決策者了解中國(guó)基礎(chǔ)研究對(duì)技術(shù)源頭創(chuàng)新的貢獻(xiàn)具有一定的價(jià)值。

1 數(shù)據(jù)與方法

本文選用了科睿唯安（Clarivate Analytics）公司基本科學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)（ESI）2022年3月研究前沿中包含的前1%高被引論文，共計(jì)56 278篇（數(shù)據(jù)時(shí)間跨度2016—2021年）；利用專(zhuān)利分析平臺(tái)中①Explore global science and technology knowledge.[2023-12-24].https://www.lens.org.專(zhuān)利引用論文數(shù)據(jù)進(jìn)行遴選，共遴選出被專(zhuān)利引用的高被引論文9 767篇作為分析數(shù)據(jù)。

本文參考科學(xué)結(jié)構(gòu)圖譜分析原理與技術(shù)方法[3,4]，首先，利用深度學(xué)習(xí)模型學(xué)習(xí)9 767篇高被引論文的同被引網(wǎng)絡(luò)形成的復(fù)雜關(guān)系，將網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)（論文）與關(guān)聯(lián)關(guān)系（論文兩兩之間共同被引用次數(shù)）轉(zhuǎn)換成節(jié)點(diǎn)的低維且稠密的特征向量形式[5]。然后，利用流形學(xué)習(xí)可視化算法將低維空間中的節(jié)點(diǎn)向量投影到二維平面，從而繪制影響技術(shù)創(chuàng)新的科學(xué)結(jié)構(gòu)圖譜。該方法能有效保持高維數(shù)據(jù)的局部結(jié)構(gòu)，使得引用關(guān)系相似的論文在二維可視化平面上依然緊密聚集，有利于識(shí)別研究熱點(diǎn)區(qū)域[6]。根據(jù)論文在可視化圖譜中的分布，采用核密度算法自動(dòng)識(shí)別出論文高度聚集的區(qū)域，進(jìn)一步判斷為熱點(diǎn)主題。

需要說(shuō)明的是，本文構(gòu)建的創(chuàng)新科學(xué)結(jié)構(gòu)圖譜與傳統(tǒng)科學(xué)結(jié)構(gòu)圖譜有所不同，圖譜中的節(jié)點(diǎn)表示被專(zhuān)利引用過(guò)的高被引論文，著眼于反映基礎(chǔ)研究對(duì)技術(shù)創(chuàng)新的影響。

2 影響技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)研究態(tài)勢(shì)

2.1 構(gòu)建創(chuàng)新科學(xué)結(jié)構(gòu)圖譜揭示技術(shù)創(chuàng)新的源頭科學(xué)結(jié)構(gòu)

為了深入揭示影響技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)研究的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，本文采用深度學(xué)習(xí)技術(shù)與可視化技術(shù)，分析了9 767篇被專(zhuān)利引用的高被引論文之間的關(guān)系分布，構(gòu)建了影響技術(shù)創(chuàng)新的創(chuàng)新科學(xué)結(jié)構(gòu)圖譜（圖1），揭示影響技術(shù)創(chuàng)新的科學(xué)源頭結(jié)構(gòu)。圖中每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表1篇被專(zhuān)利引用過(guò)的高被引論文，論文的研究?jī)?nèi)容越相似則在圖譜中位置越接近，根據(jù)論文的相似程度在圖譜中自然匯聚成群，形成研究主題。結(jié)合地理信息分析中區(qū)域密度圖概念識(shí)別出密度較高區(qū)域，這些密度高的區(qū)域代表了在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)大量研究方向相近的影響技術(shù)創(chuàng)新的論文，可被視為一個(gè)正在影響技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)研究熱點(diǎn)。

表1 本研究關(guān)注的63個(gè)研究主題（2016—2021年）列表Table 1 List of 63 research topics from 2016 to 2021

圖1 創(chuàng)新科學(xué)結(jié)構(gòu)圖譜：揭示技術(shù)創(chuàng)新的科學(xué)源頭結(jié)構(gòu)Figure 1 Innovation Science Structure Map: Revealing scientific origin structure of technological innovation

結(jié)合算法自動(dòng)識(shí)別與人工判讀，本文對(duì)圖1中不同區(qū)域呈現(xiàn)出顯著聚集效果的研究主題進(jìn)行判讀，標(biāo)識(shí)了63個(gè)研究主題（表1），并按照研究主題的研究?jī)?nèi)容歸成三大領(lǐng)域方向。① 生命科學(xué)，圖中面積最大的區(qū)域?yàn)樯茖W(xué)，幾乎占了整個(gè)圖譜的60%，包含了基因編輯技術(shù)、病毒疾病研究、腫瘤治療相關(guān)研究、藥物藥理研究、神經(jīng)科學(xué)與細(xì)胞等多方面的研究，研究主題包含了生物信息與基因組分析、基因編輯與治療、新型冠狀病毒（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新冠病毒”）診斷與治療等33個(gè)。② 物質(zhì)科學(xué)，主要包含凝聚態(tài)物理、光學(xué)、材料、能源、化學(xué)等多個(gè)學(xué)科的研究，研究主題包括量子計(jì)算、二維范德華材料、鋰電池等20個(gè)。③ 信息科學(xué)，包含深度學(xué)習(xí)模型與應(yīng)用、人工智能醫(yī)療、第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）網(wǎng)絡(luò)等10個(gè)研究主題。

從被專(zhuān)利引用的基礎(chǔ)研究主題分布可以發(fā)現(xiàn)，影響技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)研究主要集中在3個(gè)方面：① 新生物技術(shù)與生物醫(yī)療技術(shù)方面，被專(zhuān)利引用的高被引論文覆蓋量最多，包括基因編輯、單細(xì)胞測(cè)序等有巨大引用前景的新生物技術(shù)，新冠病毒、寨卡病毒、人類(lèi)免疫缺陷病毒（HIV）等危害人類(lèi)健康的病毒治療，癌癥、糖尿病、阿爾茲海默病這類(lèi)社會(huì)負(fù)擔(dān)重的疾病治療。② 能源與材料方面，包括鋰電池、鈣鈦礦電池、二維材料、柔性材料與可穿戴設(shè)備等。③ 新興信息技術(shù)方面，包括人工智能醫(yī)療、量子計(jì)算、5G網(wǎng)絡(luò)、區(qū)塊鏈等。這些均是可能在未來(lái)可能引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)革新、甚至引發(fā)顛覆性技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)研究。

2.2 影響技術(shù)創(chuàng)新的高被引論文的國(guó)家與機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)分析

（1）中國(guó)影響技術(shù)創(chuàng)新的高被引論文世界排名第2，增幅顯著，但與美國(guó)的差距明顯。從被專(zhuān)利引用的高被引論文數(shù)量的前10位國(guó)家來(lái)看（圖2），美國(guó)優(yōu)勢(shì)十分明顯，被專(zhuān)利引用的高被引論文數(shù)超過(guò)了全部數(shù)據(jù)的50%以上，共有5 363篇，遠(yuǎn)高于其他國(guó)家；中國(guó)世界排名第2，共有2 571篇；英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)分列第3、4、5位。根據(jù)3期不同時(shí)間窗口ESI研究前沿統(tǒng)計(jì)被專(zhuān)利引用趨勢(shì)（圖3）來(lái)看，中國(guó)被專(zhuān)利引用的論文從第1期（2012—2017年）的1 563篇增長(zhǎng)到第3期（2016—2021年）的2 571篇，增幅超過(guò)60%；美國(guó)的被專(zhuān)利引用論文數(shù)量基本保持平穩(wěn)的態(tài)勢(shì)。在全部高被引論文中，中國(guó)論文數(shù)量是美國(guó)的81.8%。但在被專(zhuān)利引用的高被引論文數(shù)量上，中國(guó)論文僅為美國(guó)的47.9%，與美國(guó)的差距明顯。

圖2 2016—2021年被專(zhuān)利引用的高被引論文前10位國(guó)家統(tǒng)計(jì)Figure 2 Statistics of top 10 countries in highly cited papers cited by patents from 2016 to 2021

圖3 2012—2021年中美兩國(guó)被專(zhuān)利引用的高被引論文數(shù)整體趨勢(shì)變化Figure 3 China and the United States trends in number of highly cited papers cited by patents from 2012 to 2021

（2）中國(guó)科學(xué)院影響技術(shù)創(chuàng)新的高被引論文數(shù)量世界排名第2，中國(guó)排名第1。被專(zhuān)利引用的高被引論文數(shù)量的世界前10位機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，排名前10的機(jī)構(gòu)中美國(guó)有6個(gè)，中國(guó)1個(gè)，法國(guó)2個(gè)，英國(guó)1個(gè)（圖4）。美國(guó)哈佛大學(xué)表現(xiàn)較為亮眼，共有1 058篇論文，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他機(jī)構(gòu)。中國(guó)科學(xué)院以598篇被專(zhuān)利引用高被引論文排名世界第2，中國(guó)排名第1。被專(zhuān)利引用高被引論文數(shù)量世界前200位機(jī)構(gòu)中的中國(guó)科研機(jī)構(gòu)共有10個(gè)，包括中國(guó)科學(xué)院、九校聯(lián)盟②中國(guó)首個(gè)頂尖大學(xué)間的高校聯(lián)盟于2009年10月正式啟動(dòng)，聯(lián)盟成員都是國(guó)家首批“985工程”重點(diǎn)建設(shè)的一流大學(xué)，包括北京大學(xué)、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、南京大學(xué)、浙江大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、西安交通大學(xué)共9所高校（以教育部院校代碼排序）。中的7所大學(xué)、香港大學(xué)、武漢大學(xué)（表2）。相比在全部高被引論文中的排名，除中國(guó)科學(xué)院、清華大學(xué)與香港大學(xué)，其他7所大學(xué)在被專(zhuān)利引用的高被引論文排名略有下降。

表2 2016—2021年被專(zhuān)利引用高被引論文數(shù)量前200位的中國(guó)科研機(jī)構(gòu)Table 2 Ranking of Chinese research institutes in top 200 institutes with highly cited papers cited by patents from 2016 to 2021

圖4 2016—2021年被專(zhuān)利引用的高被引論文數(shù)量全球前10位機(jī)構(gòu)Figure 4 Statistics of top 10 institutions in highly cited papers cited by patents from 2016 to 2021

3 影響技術(shù)創(chuàng)新的熱點(diǎn)關(guān)鍵研究主題分析

結(jié)合核密度算法遴選熱點(diǎn)關(guān)鍵研究主題，如果圖譜中有超過(guò)一定數(shù)量的高被引論文出現(xiàn)了明顯的聚集效果，形成了“熱度高地”，代表著可能是這個(gè)時(shí)間段內(nèi)有大量的研究?jī)?nèi)容相似的論文被專(zhuān)利引用了，則這個(gè)高地區(qū)域內(nèi)的論文很可能是1個(gè)影響產(chǎn)業(yè)與技術(shù)創(chuàng)新的熱點(diǎn)關(guān)鍵研究主題。根據(jù)論文數(shù)量（超過(guò)50篇論文）與熱度（密度等級(jí)第3級(jí)以上），結(jié)合人工判讀，本文從63個(gè)研究主題中遴選出18個(gè)熱點(diǎn)關(guān)鍵研究主題（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“熱點(diǎn)主題”），如圖5所示。

圖5 影響技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵熱點(diǎn)主題Figure 5 Key hotspot topics supporting technological innovation

由圖5可以看出，生命科學(xué)領(lǐng)域被專(zhuān)利引用的高被引論文數(shù)量遠(yuǎn)超過(guò)其他領(lǐng)域，遴選出的熱點(diǎn)主題熱度最高，數(shù)量最多，達(dá)到8個(gè)；物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域遴選出7個(gè)熱點(diǎn)主題；信息科學(xué)領(lǐng)域遴選出3個(gè)熱點(diǎn)主題。表3為18個(gè)熱點(diǎn)主題中論文詳細(xì)統(tǒng)計(jì)。

表3 2016—2021年熱點(diǎn)主題包含的論文情況Table 3 Hotspot topics include number of papers, frequency of citations by papers, and frequency of citations by patents from 2016 to 2021

3.1 生命科學(xué)

生命科學(xué)中遴選了8個(gè)熱點(diǎn)主題，這8個(gè)主題中被專(zhuān)利引用的高被引論文數(shù)量超過(guò)其他學(xué)科。從創(chuàng)新科學(xué)結(jié)構(gòu)圖譜中可以清楚地觀察到，8個(gè)熱點(diǎn)主題主要是3個(gè)子領(lǐng)域方面的研究，分別為基因編輯技術(shù)、病毒治療、惡性腫瘤治療，均和人類(lèi)健康息息相關(guān)，并有巨大的應(yīng)用潛力。從被論文引用和被專(zhuān)利引用的表現(xiàn)上看，美國(guó)在生命科學(xué)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯，被專(zhuān)利引用的論文數(shù)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(gè)主題外均高于世界均值，美國(guó)的篇均被專(zhuān)利引用頻次在基因編輯與治療、免疫檢查點(diǎn)療法及副作用2個(gè)主題中也有較大的優(yōu)勢(shì)（表4）。

表4 2016—2021年中美兩國(guó)生命科學(xué)領(lǐng)域熱點(diǎn)主題表現(xiàn)Table 4 China and the United States performance in hotspot topics of life sciences from 2016 to 2021

（1）基因編輯技術(shù)。在健康、農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，本文遴選了生物信息與基因組分析、基因編輯與治療和單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序3個(gè)熱點(diǎn)主題，分別有70篇、150篇和116篇被專(zhuān)利引用的高被引論文。其中，基因編輯與治療分析熱點(diǎn)主題篇均被專(zhuān)利引用頻次高達(dá)25.7次，是所有主題中最高的。

（2）病毒治療。病毒治療的迫切性和重要性在近年的新冠病毒大流行中顯得尤為明顯。本文遴選了新冠病毒、寨卡病毒與登革熱病毒2個(gè)熱點(diǎn)主題。其中，新冠病毒主題的論文數(shù)量是所有主題中最多的，共有584篇論文，新冠病毒主題篇均被專(zhuān)利引用頻次為8次，主要研究?jī)?nèi)容包括新冠病毒的機(jī)理研究、檢測(cè)方法研究、治療方法研究與藥物研究。中國(guó)在新冠病毒診斷與治療熱點(diǎn)主題表現(xiàn)比較亮眼，被專(zhuān)利引用的高被引論文數(shù)為129篇，篇均被論文和專(zhuān)利引用頻次均高于世界均值，而美國(guó)的篇均被論文引用次數(shù)低于世界均值。該主題中，中國(guó)有4篇論文有企業(yè)參與研究，美國(guó)則有30篇企業(yè)參與；中國(guó)在其他7個(gè)生命科學(xué)主題中，通信作者論文數(shù)均為個(gè)位數(shù)，數(shù)量較少。

（3）惡性腫瘤治療。惡性腫瘤是全球人群發(fā)病和死亡的主要原因，近年來(lái)，腫瘤免疫治療取得巨大突破，多種類(lèi)型治療藥物與療法相繼涌現(xiàn)。本文遴選了腫瘤靶向治療、惡性血液系統(tǒng)疾病的化療與免疫治療3個(gè)熱點(diǎn)主題，分別包含論文67篇、69篇和143篇。以上3個(gè)主題篇均被專(zhuān)利引用頻次也相對(duì)較高，分別為13.2次、18.3次和10次。

3.2 物質(zhì)科學(xué)

物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域遴選出7個(gè)熱點(diǎn)主題。① 量子計(jì)算。該主題中包含67篇研究論文，主要研究?jī)?nèi)容為超導(dǎo)量子計(jì)算、量子模擬、量子存儲(chǔ)器、量子算法等。② 超表面與超材料。該主題中包含121篇研究論文，主要包括超表面透鏡、基于光子芯片的頻率梳、介電超材料等研究?jī)?nèi)容。③ 二維范德華材料。該主題中包含56篇研究論文，主要包括范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)、“魔角”石墨烯、范德華磁性材料等研究?jī)?nèi)容。④ 鋰電池。該主題中包含81篇研究論文，主題內(nèi)研究?jī)?nèi)容包括固態(tài)鋰電池、鋰電池電解液制備、鋰電池穩(wěn)定性等。⑤ 鈣鈦礦電池。該主題中包含105篇研究論文，研究?jī)?nèi)容包括鈣鈦礦材料結(jié)構(gòu)、鈣鈦礦薄膜、電子傳輸材料、載流子壽命等。⑥ 鈣鈦礦發(fā)光二極管。該主題中包含56篇研究論文，研究?jī)?nèi)容包括鈣鈦礦納米晶體、鈣鈦礦發(fā)光二極管等。⑦ 柔性材料與可穿戴設(shè)備。該主題中包含40篇論文，篇均被專(zhuān)利引用次數(shù)為6.8次，除生命科學(xué)領(lǐng)域以外，僅次于深度學(xué)習(xí)模型與應(yīng)用主題；該主題研究?jī)?nèi)容主要包括電化學(xué)傳感器、納米粒子傳感器、健康傳感器、汗液傳感器、聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜材料等。

物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域的7個(gè)熱點(diǎn)主題包括凝聚態(tài)物理和光學(xué)、能源與材料2方面的研究（表5）。① 凝聚態(tài)物理和光學(xué)。在凝聚態(tài)物理和光學(xué)的3個(gè)熱點(diǎn)主題中，中國(guó)通信作者論文在量子計(jì)算熱點(diǎn)主題論文數(shù)量（1篇）明顯不及美國(guó)（44篇），在超表面與超材料主題也不及美國(guó)的50%。在二維范德華材料熱點(diǎn)主題中，中國(guó)通信作者論文與美國(guó)持平（19篇），美國(guó)通信作者論文的篇均被論文引用頻次遠(yuǎn)高于中國(guó)。在量子計(jì)算、超表面與超材料2個(gè)主題中，美國(guó)通信作者論文被專(zhuān)利引用頻次明顯超過(guò)中國(guó)。然而，在二維范德華材料這個(gè)主題中，中國(guó)通信作者論文的被專(zhuān)利引用頻次遠(yuǎn)高于美國(guó)，達(dá)到了10.6次，而美國(guó)的篇均被專(zhuān)利引用頻次僅為2.3次。中國(guó)在二維材料的基礎(chǔ)研究上有很強(qiáng)的實(shí)力，二維范德華材料是一種新型的二維材料，已在電子器件、能源存儲(chǔ)、環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力，可能是中國(guó)未來(lái)材料基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)化實(shí)際技術(shù)和產(chǎn)品的一個(gè)重點(diǎn)方向。美國(guó)在量子計(jì)算熱點(diǎn)主題中的企業(yè)參與研發(fā)比例很高，美國(guó)的44篇論文中有19篇為企業(yè)參與研發(fā)，如美國(guó)谷歌公司、美國(guó)高通公司、美國(guó)微軟公司、美國(guó)英特爾公司這樣的科技巨頭占比較高。雖然中國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域中發(fā)表了多篇高被引論文，但只有1篇被專(zhuān)利引用的論文。② 能源與材料。在能源與材料領(lǐng)域的4個(gè)熱點(diǎn)主題中，中國(guó)在鈣鈦礦發(fā)光二極管熱點(diǎn)主題的論文數(shù)量（26篇）遠(yuǎn)超美國(guó)（8篇），但在柔性材料與可穿戴設(shè)備和鋰電池2個(gè)熱點(diǎn)主題與美國(guó)存在較大差距，鈣鈦礦電池?zé)狳c(diǎn)主題論文量與美國(guó)相當(dāng)。從通信作者論文的論文與專(zhuān)利引用情況來(lái)看，無(wú)論是被論文引用還是被專(zhuān)利引用，中國(guó)的頻次普遍低于美國(guó)。和世界引用均值相比，中國(guó)在鋰電池主題的論文被引用頻次高于世界均值，其他主題則低于世界均值，而美國(guó)在鋰電池主題的專(zhuān)利引用頻次上稍低于世界均值，但其余3個(gè)主題的被引頻次均高于世界均值。在柔性材料與可穿戴設(shè)備熱點(diǎn)主題中，美國(guó)的優(yōu)勢(shì)十分明顯，論文數(shù)尤其是篇均被專(zhuān)利引用頻次，遠(yuǎn)超過(guò)中國(guó)。美國(guó)論文中有3家生物科技公司參與其中5篇論文的研究；在鋰電池?zé)狳c(diǎn)主題中，中國(guó)的篇均被專(zhuān)利引用頻次與美國(guó)的差距較大，該主題中，美國(guó)的3篇論文有德國(guó)、韓國(guó)在美的研發(fā)公司參與。

表5 2016—2021年中美兩國(guó)物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域熱點(diǎn)主題表現(xiàn)Table 5 Performance of China and the United States in hotspot topics of material science from 2016 to 2021

3.3 信息科學(xué)

信息科學(xué)領(lǐng)域遴選出深度學(xué)習(xí)模型與應(yīng)用、人工智能醫(yī)療和區(qū)塊鏈3個(gè)熱點(diǎn)主題，中國(guó)在這3個(gè)主題中的篇均被引頻次均低于世界均值，而美國(guó)則都高于世界均值。中國(guó)在深度學(xué)習(xí)模型與應(yīng)用和區(qū)塊鏈2個(gè)主題中的論文數(shù)量遠(yuǎn)超美國(guó)，但無(wú)論是論文引用還是專(zhuān)利引用，美國(guó)的影響力都顯著超過(guò)中國(guó)（表6）。通過(guò)分析這些高被引論文的作者，發(fā)現(xiàn)在深度學(xué)習(xí)模型與應(yīng)用熱點(diǎn)主題中，美國(guó)的論文有更多的企業(yè)團(tuán)隊(duì)參與，包括美國(guó)谷歌公司、美國(guó)互聯(lián)網(wǎng)公司Mate等多個(gè)互聯(lián)網(wǎng)科技巨頭，而中國(guó)相關(guān)論文基本都是大學(xué)與科研院所主導(dǎo)。

表6 2016—2021年中美兩國(guó)信息科學(xué)領(lǐng)域熱點(diǎn)主題表現(xiàn)Table 6 Performance of China and the United States in hotspot topics of information science from 2016 to 2021

（1）深度學(xué)習(xí)模型與應(yīng)用。該主題包含185篇高被引論文，主要為深度學(xué)習(xí)模型與應(yīng)用場(chǎng)景結(jié)合相關(guān)研究，包括自動(dòng)駕駛、遙感測(cè)繪、圖像處理、人類(lèi)活動(dòng)檢測(cè)等。該熱點(diǎn)主題論文被專(zhuān)利引用頻次、篇均被專(zhuān)利引頻次除生命科學(xué)領(lǐng)域外最高的，高達(dá)10.7次。

（2）人工智能醫(yī)療。該主題包含126篇研究論文，該熱點(diǎn)中論文多為深度學(xué)習(xí)在電子計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）、核磁共振成像、X線(xiàn)檢查等醫(yī)療成像技術(shù)上的應(yīng)用，美國(guó)在人工智能醫(yī)療主題有較大的優(yōu)勢(shì)。

（3）區(qū)塊鏈。該主題包含56篇研究論文，分布于多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，包括物聯(lián)網(wǎng)、電網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療保健數(shù)據(jù)等。中國(guó)在深度學(xué)習(xí)模型與應(yīng)用主題、區(qū)塊鏈主題的研究表現(xiàn)亮眼，分別發(fā)表了88篇和22篇相關(guān)論文，大幅超過(guò)美國(guó)的29篇和9篇。

4 結(jié)論與啟示

4.1 結(jié)論

通過(guò)對(duì)影響技術(shù)創(chuàng)新的中美基礎(chǔ)研究的比較，我們發(fā)現(xiàn)中國(guó)被專(zhuān)利引用的高被引論文數(shù)量增長(zhǎng)迅速，但與美國(guó)相比仍有不小的差距。中國(guó)在部分與技術(shù)創(chuàng)新密切相關(guān)的研究領(lǐng)域甚至超越美國(guó)，這表明中國(guó)在支持技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展方面具有一定的實(shí)力和潛力。通過(guò)總結(jié)中美兩國(guó)在不同研究領(lǐng)域的表現(xiàn)、中國(guó)在這些領(lǐng)域的具體優(yōu)勢(shì)和不足，為決策者提供有關(guān)中國(guó)基礎(chǔ)研究對(duì)技術(shù)創(chuàng)新貢獻(xiàn)的細(xì)致解讀與建議。

（1）影響技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)研究主要集中在新生物技術(shù)與生物醫(yī)療技術(shù)、新興信息技術(shù)、能源與材料這些可能引發(fā)顛覆性技術(shù)新的基礎(chǔ)研究。新生物技術(shù)與生物醫(yī)療技術(shù)方面，被專(zhuān)利引用的高被引論文覆蓋量最多，包括基因編輯、單細(xì)胞測(cè)序等有巨大引用前景的新生物技術(shù)，新冠病毒、寨卡病毒、HIV病毒等危害人類(lèi)健康的病毒治療，癌癥治療、糖尿病、阿爾茲海默這類(lèi)社會(huì)疾病負(fù)擔(dān)重的疾病治療；能源與材料包括鋰電池、鈣鈦礦電池、二維材料、柔性材料與可穿戴設(shè)備等；新興信息技術(shù)包括人工智能醫(yī)療、量子計(jì)算、5G網(wǎng)絡(luò)、區(qū)塊鏈等。這些均是可能在未來(lái)可能引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)革新、甚至引發(fā)顛覆性技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)研究。

（2）中國(guó)影響技術(shù)創(chuàng)新的高被引論文增勢(shì)顯著，但與美國(guó)的差距依然較大。中國(guó)被專(zhuān)利引用的高被引論文增勢(shì)明顯，5年增長(zhǎng)了超過(guò)60%，但數(shù)量仍不到美國(guó)的50%。相比于美國(guó)，中國(guó)具有優(yōu)勢(shì)的熱點(diǎn)主題主要包括深度學(xué)習(xí)模型與應(yīng)用、二維范德華材料、鈣鈦礦電池、鈣鈦礦發(fā)光二極管、新冠病毒診斷與治療。美國(guó)有明顯優(yōu)勢(shì)的熱點(diǎn)主題包括人工智能醫(yī)療、區(qū)塊鏈、量子計(jì)算、鋰電池、柔性材料與可穿戴設(shè)備、生物信息與基因組分析、基因編輯與治療、免疫檢查點(diǎn)療法及副作用、惡性血液系統(tǒng)疾病化療與免疫治療。

（3）中國(guó)影響技術(shù)創(chuàng)新的高被引論文產(chǎn)生的影響力仍然低于美國(guó)。中國(guó)在不少與技術(shù)創(chuàng)新關(guān)聯(lián)緊密的熱點(diǎn)研究主題中的高被引論文數(shù)量高于美國(guó)，被論文引用頻次也超過(guò)了美國(guó)，但被專(zhuān)利引用的高被引論文數(shù)量卻通常低于美國(guó)。在論文與專(zhuān)利引用統(tǒng)計(jì)中，中國(guó)在新冠病毒診斷與治療表現(xiàn)突出，無(wú)論論文或者專(zhuān)利的篇均被引頻次高于世界均值，均高于美國(guó)。其他主題中，中國(guó)在二維范德華材料的篇均被專(zhuān)利引用頻次與鋰電池篇均被論文引用頻次高于世界均值，美國(guó)在大部分熱點(diǎn)主題的篇均被專(zhuān)利引用頻次都高于世界均值。

（4）美國(guó)企業(yè)在對(duì)技術(shù)創(chuàng)新有影響的基礎(chǔ)研究中有較高的參與度。值得注意的一點(diǎn)是，美國(guó)被專(zhuān)利引用頻次較高的熱點(diǎn)主題的論文有大量企業(yè)參與，如深度學(xué)習(xí)模型與應(yīng)用、鋰電池、量子計(jì)算等主題中，多個(gè)美國(guó)互聯(lián)網(wǎng)科技巨頭在基礎(chǔ)創(chuàng)新初期即深度參與，這一現(xiàn)象表明美國(guó)企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)研究中具備強(qiáng)大的實(shí)力和參與度。美國(guó)企業(yè)在熱門(mén)技術(shù)領(lǐng)域的早期投入和深度參與，為他們?cè)谙嚓P(guān)領(lǐng)域取得重要專(zhuān)利和技術(shù)突破提供了優(yōu)勢(shì)。相比之下，中國(guó)被專(zhuān)利引用頻次較高的高被引論文基本完全由高校和科研院所主導(dǎo)完成。

4.2 建議

基于上述創(chuàng)新科學(xué)結(jié)構(gòu)圖譜的分析結(jié)果，對(duì)我國(guó)基礎(chǔ)研究發(fā)展提出以下3個(gè)方面建議：

（1）加強(qiáng)現(xiàn)有優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域的發(fā)展，政府和相關(guān)機(jī)構(gòu)應(yīng)持續(xù)投入，鼓勵(lì)將已經(jīng)對(duì)技術(shù)產(chǎn)生一定影響的基礎(chǔ)研究盡快產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

（2）積極布局可能引起顛覆性技術(shù)創(chuàng)新的領(lǐng)域，加大對(duì)這些領(lǐng)域的研發(fā)投入，培養(yǎng)和吸引相應(yīng)研究領(lǐng)域的頂尖人才，引導(dǎo)基礎(chǔ)研究向技術(shù)成果的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化。

（3）根據(jù)美國(guó)企業(yè)在基礎(chǔ)創(chuàng)新初期即深度參與研究的經(jīng)驗(yàn)，中國(guó)可進(jìn)一步通過(guò)稅收優(yōu)惠、研發(fā)補(bǔ)助和政策支持等措施激勵(lì)有能力的企業(yè)參與到有可能引起顛覆性技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)研究中。提供更多的風(fēng)險(xiǎn)投資支持，降低投資風(fēng)險(xiǎn)，吸引更多的私人資本進(jìn)入科技創(chuàng)新領(lǐng)域。鼓勵(lì)風(fēng)險(xiǎn)投資和私人資本向基礎(chǔ)研究和高新技術(shù)企業(yè)投資，尤其是在早期研發(fā)階段，從而更好的推動(dòng)創(chuàng)新成果的快速推廣和應(yīng)用。