2025 ISEF川赛Top5作品深度剖析：创新亮点与科研价值 - Regeneron ISEF 国际科学与工程大奖赛

2025年1月18日，备受瞩目的四川科学竞赛（川赛）圆满落幕。作为国际科学与工程大奖赛（ISEF）的重要预选赛之一，川赛吸引了众多优秀学生参与角逐。今年的川赛在参赛规模和项目质量上均达到了新的高度，共有56支队伍参赛，涵盖了物理、生物、化学、计算机、机械工程、艺术与科技等多个学科领域。经过激烈竞争，最终有5个项目脱颖而出，获得了直通ISEF总决赛的宝贵名额。这些项目不仅在科研创新上展现出卓越亮点，更在实际应用价值和社会意义方面具有深远影响。本文将深入剖析这些晋级项目的背景、研究内容与创新之处，为读者呈现川赛的精彩瞬间与科研魅力。

一、基于人工智能指导的抗结核亚单位疫苗设计与验证

结核病是由结核分枝杆菌引起的一种古老呼吸道传染病，至今仍是全球公共卫生的重大挑战之一。据世界卫生组织统计，2021年全球新发结核病例约达1000万，主要集中在东南亚地区。尽管卡介苗（BCG）是目前唯一批准的结核病疫苗，但其保护效果随年龄增长而减弱，开发新一代抗结核病疫苗成为全球医学界的重点研究方向。

在本次川赛中，一个由学生组成的科研团队凭借其“基于人工智能指导的抗结核亚单位疫苗设计与验证”项目脱颖而出。该团队利用人工智能在线软件，对结核分枝杆菌ESX-1分泌系统蛋白的免疫原性进行预测。通过分析，他们发现EccA1蛋白具有强B细胞和T细胞表位，是理想的抗结核病疫苗候选目标。基于此，团队扩增了EccA1蛋白的编码基因Rv3868，并构建了重组质粒pcDNA::Rv3868。

实验结果显示，pcDNA::Rv3868在真核细胞中高表达，对细胞系和斑马鱼幼虫安全。进一步的免疫实验表明，斑马鱼幼虫免疫pcDNA::Rv3868后，体重增加，细菌载量显著下降。这一结果表明，EccA1蛋白在抗结核病疫苗开发中具有巨大潜力，而该团队的研究为新一代抗结核疫苗的研发提供了重要的理论依据和实验数据。

二、通过DNA间隙驱动的碱基编辑系统

碱基编辑技术是近年来基因编辑领域的重大突破之一，它在遗传疾病治疗中展现出巨大潜力。然而，当前的碱基编辑系统仍面临编辑效率低和编辑窗口狭窄的挑战。传统的CRISPR/Cas9系统虽然能够精准切割DNA靶标，但基于双链断裂（DSB）的编辑方式不仅效率有限，还可能产生有害的副产品。

为解决这一问题，川赛中另一个科研团队提出了“通过DNA间隙驱动的碱基编辑系统”。该团队通过使用成对的Cas9 D10A-sgRNAs在DNA靶标链上生成间隙，从而优化碱基编辑过程。在体外实验中，团队验证了双Cas9 D10A-sgRNA生成间隙的能力，并在小鼠胚胎干细胞中测试了间隙引导碱基编辑器的编辑效率。

实验结果令人振奋：间隙引导的胞嘧啶碱基编辑器（Gap-CBE）和腺嘌呤碱基编辑器（Gap-ABE）的编辑效率分别提高了约2倍和显著水平，同时编辑窗口得以扩大，为更广泛的脱氨酶活性目标区域提供了可能。这一创新的碱基编辑系统不仅显著提高了编辑效率，还扩展了碱基编辑器的应用范围，有望为更多遗传疾病的治疗提供新的解决方案。

三、甲醛动态监测与高效催化的数字化便携式集成装置

甲醛是一种常见的有毒化学物质，广泛存在于室内环境中，对人体健康造成严重危害。现有的甲醛检测方法如高效液相色谱法、气相色谱-质谱法和紫外-可见光谱法等，虽然精度较高，但存在操作复杂、成本高昂等局限性。因此，开发一种高效、便捷且低成本的甲醛检测与处理装置，一直是环境科学领域的研究热点。

在本次川赛中，一个学生团队成功研发了一种“甲醛动态监测与高效催化的数字化便携式集成装置”。该装置利用Fe掺杂的TiO₂单纳米颗粒光催化剂，通过电化学传感器实时检测甲醛浓度，并将其转化为无害的二氧化碳，从而有效降低室内空气中的甲醛浓度。与市面上现有的甲醛处理装置相比，该装置不仅性能卓越，还进行了轻量化处理，降低了成本，使其更适合在贫困地区推广使用。

这一项目的成功不仅为室内环境治理提供了新的思路，更体现了学生科研团队在解决实际社会问题中的创新能力和社会责任感。通过将先进的纳米技术与电化学传感器相结合，该团队为甲醛检测与处理领域带来了新的突破。

四、低成本火山灾害探测系统

火山灾害是地质学和地球物理学领域的重大研究课题，其监测对于减少火山灾害损失具有重要意义。火山活动的实时监测需要涵盖火山气体排放、地震活动、地表形变等多个方面。其中，火山气体的排放，尤其是二氧化硫（SO₂）、氯化氢（HCl）等气体的浓度变化，是火山活动的重要前兆之一。

在川赛中，一个科研团队提出了“低成本火山灾害探测系统”项目。该系统结合了火山灾害检测的技术需求、低成本解决方案以及混合动力系统的应用，构想出一种新型混合动力低成本火山灾害检测系统。该系统具有多参数监测、高灵敏度、低成本、高可靠性等优点，能够实时监测火山活动的多种指标，为火山灾害的预警和防范提供了新的技术支持。

这一项目的创新之处在于，它不仅在技术上实现了多参数监测的集成化，还通过低成本设计，使火山灾害监测技术能够更广泛地应用于资源有限的地区。这对于提高全球火山灾害监测能力、保护人类生命财产安全具有重要意义。

五、人工智能驱动的自主火箭模块

航空航天领域一直是科技创新的前沿阵地。在本次川赛中，一个学生团队凭借其“人工智能驱动的自主火箭模块”项目吸引了众多评委和观众的目光。该项目旨在通过自主设计和制造火箭模块，解决现有火箭模块成本高、不易获取的问题，并通过开源方式使更多人受益。

该团队设计的火箭模块具有开源和负担得起的特点，能够搭载可更换的二级系统，以实现多任务适应性。在项目实施过程中，团队进行了多次火箭推力测试，并详细记录了测试数据，充分体现了项目的实践性和可操作性。这一项目的成功不仅展示了学生团队在火箭模块设计和制造方面的创新能力，还为航空航天教育和科研提供了新的思路。

通过开源设计，该团队希望降低火箭技术的门槛，让更多学生和科研人员能够参与到航空航天领域的研究中来。这一项目的科学价值和应用前景得到了评委的高度认可，也为未来航空航天技术的普及和发展奠定了基础。

2025年川赛的成功举办，不仅为学生提供了一个展示科研成果的平台，更激发了青少年对科学探索的热情。本次晋级ISEF总决赛的五个项目，涵盖了生物医学、基因编辑、环境科学、地质灾害监测和航空航天等多个领域。这些项目不仅在科研创新上展现出卓越亮点，更在解决实际社会问题、推动科技进步方面具有重要意义。

从基于人工智能的抗结核疫苗设计到高效的甲醛处理装置，从创新的碱基编辑系统到低成本的火山灾害监测技术，再到人工智能驱动的自主火箭模块，这些项目充分体现了当代青少年的创新能力和科研潜力。他们以敏锐的科学洞察力、扎实的专业知识和勇于探索的精神，为未来的科学研究和技术应用开辟了新的道路。

随着这些优秀项目进入ISEF总决赛，我们期待它们能够在更大的舞台上展现中国青少年的风采，为全球科学事业的发展贡献智慧和力量。同时，也希望更多青少年能够受到这些优秀项目的启发，投身于科学研究，为解决全球性问题贡献自己的力量。