一、單個納米顆粒光學檢測新原理研究
納米尺度顆粒的快速檢測在環境監測、惡性腫瘤早期篩查和國家安全方面具有十分重要的意義。基於微納光學的傳感技術擁有無標記和抗電磁幹擾等優勢，為上述應用提供了新的機遇,但在快速探測和超高靈敏度方面仍面臨挑戰。為此，急需提出新的光學傳感原理，突破傳統檢測極限，獲得分辨單個納米級顆粒的檢測能力。北京大學龔旗煌院士和肖雲峰研究員等製備出超高品質因子固態光學微腔器件，極大地增強了光與物質的相互作用，並實現超低閾值微腔拉曼雷射發射。在此基礎上，他們提出利用微腔拉曼雷射模式劈裂來檢測單納米尺度顆粒的新方法。實驗上，他們在液體環境下證明了新方法檢測單個20納米尺度顆粒的能力。這一方法的實現既可顯著降低實驗難度又具有良好的抗噪聲能力。同時，他們還與浙江大學童利民教授等合作，研製出納米光纖陣列傳感器，可快速檢測單個百納米尺度顆粒，並測定尺寸。這些新的原理和技術將推進光學傳感的檢測極限達到單分子水平，並具有實時便捷等優勢。
研究成果分別發表在《美國科學院院刊》和《先進材料》（封面文章）上。工作得到國際學術界的重視，被Phys.org和Materials Views等多家國際科技媒體專題圖文報導，並引起了大眾媒體的關注。
二、網構軟體理論、方法與技術
網際網路正在逐步演化成一個全球泛在的計算平臺，其開放、動態和難控的特性對軟體技術提出了一系列重大挑戰。以北京大學梅宏院士和南京大學呂建院士領銜的團隊從2000年開始率先從軟體角度探討網際網路計算，提出一種網際網路軟體新範型—網構軟體（Internetware），並在國家973計劃連續兩期項目的支持下，建立了一套網構軟體技術體系，取得一系列重要突破：構造了一個開放、協同的網構軟體模型，用以描述和規約自主性、協同性、演化性、情境性、湧現性和可信性等網際網路應用新特性；提出了支持按需協同和在線演化的容器系統結構及相關機制，支持系統自治管理，設計實現了網構軟體的運行時支撐平臺；提出了全生命期軟體體系結構驅動的網構軟體開發和演化方法。
作為中國學者自主提出的學術理念，網構軟體研究整體處於國際先進水平，在軟體構件、軟體體系結構、軟體自適應等技術上處於國際領先行列。在軟體領域頂級國際會議和期刊發表近百篇學術論文，十多次入選最佳/優秀/亮點論文，數十次在國際會議上做主題/特邀報告；獲得一批中國發明專利，形成多項國際、國家和行業標準；研製的工具和系統在國內外眾多大中型信息系統中得到應用；多次獲得國家和部委級科技成果獎。對我國軟體領域創新驅動發展戰略做出了重要貢獻。
三、免疫細胞分化發育與功能調控新機制研究
免疫系統為什麼能夠精確地感知外界病原體侵襲並及時啟動能夠清除病原體的免疫應答反應？這是免疫學領域前沿性重大科學問題。目前認為具有「哨兵」功能的樹突狀細胞（DC）起了關鍵性作用，但對於樹突狀細胞為什麼具有這樣的特殊免疫功能尚不十分清楚。第二軍醫大學醫學免疫學國家重點實驗室曹雪濤課題組從表觀遺傳和蛋白質修飾的新角度，研究了樹突狀細胞分化發育的分子機制，發現了一種樹突狀細胞選擇性高表達並對於樹突狀細胞發育成熟至關重要的以前未見報導的新長鏈非編碼RNA（將之命名為樹突狀細胞長鏈非編碼RNA，lnc-DC），對於為什麼lnc-DC 能夠決定樹突狀細胞的發育成熟進行了機制研究，首次提出了胞漿中的lnc-DC能夠直接結合磷酸化蛋白信號分子STAT3而起關鍵性作用，此作用方式對於研究其它生命科學現象及其RNA與蛋白質相互作用機理有重要的啟示與借鑑意義。此外，對於如何控制樹突狀細胞不過度活化以避免機體發生自身免疫性疾病，該課題組發現了一個名為Rhbdd3的蛋白質分子能夠抑制樹突狀細胞成熟和分泌炎症因子，阻止了自身免疫性疾病發生。該研究豐富了對免疫細胞分化發育與參與自身免疫病機制的認識，對疫苗研發和疾病免疫治療探索有指導作用。研究結果分別發表於今年《Science》和《Nature Immunology》。
四、快舟星箭一體化飛行器技術及應用
該項成果是在國家863計劃重點支持下取得的一項原創性成果。針對突發災害應急監測和搶險救災信息支持的迫切需求，在國際上首次提出並實現了星箭一體化設計的理念和方法，解決飛行器快速研製、快速發射、快速應用的核心技術問題，實現了我國固體運載器機動發射衛星首次成功，創造了我國遙感衛星最快成像記錄。項目總體指標國內領先、國際先進，開闢了我國快速響應空間技術發展的新途徑，取得了重大的經濟和社會效益。
利用該成果研製的快舟一號衛星於2013年9月25日成功發射，在巴基斯坦阿瓦蘭地震、臺灣花蓮地震、新疆于田地震、四川冕寧縣森林火災、荷尼阿拉洪災、馬航MH370客機失聯、中國科考船「雪龍號」破冰支援等災害發生後，及時實施了災情監測，快速獲取了災害信息。特別是在雲南魯甸地震救援期間，快舟一號是我國唯一一顆實現針對災區連續15天重訪成像的高解析度遙感衛星，及時提供了高解析度的震區影像，為及時全面了解災情、災情評估、搶險救援指揮決策等提供了有力信息支撐。
快舟一號作為我國首顆具有快速響應能力的衛星，還在工程建設、土地利用、採礦區開採、水文、環境等實時監測應用方面，為國內19個省市61家用戶單位提供了高質量遙感影像。
五、水稻矮化多分櫱基因DWARF 53的圖位克隆和功能研究
水稻秈粳亞種間存在強大雜種優勢，但秈粳交雜種普遍存在株高超高的問題，利用部分顯性矮杆基因可克服株高超高，有效利用秈粳雜種優勢。獨腳金內酯（Strigolactone）是2008年發現的調控植物分枝的第三種激素，對植物株型起著至關重要調控作用，但其信號傳導途徑卻知之甚少。本研究利用一個水稻部分顯性矮杆突變體dwarf 53 (d53)，通過圖位克隆獲得D53基因，它編碼一個新的在結構上與I類Clp ATPase類似的核蛋白。分析發現，在獨腳金內酯存在條件下，D53蛋白可與兩個已知的獨腳金內酯信號分子D14、D3互作，形成D53–D14–SCFD3蛋白複合體，使D53蛋白泛素化，進而被蛋白酶體特異降解，誘導下遊目標基因表達，使獨腳金內酯信號響應。該結果首次在遺傳和生化層面上證實了D53蛋白作為獨腳金內酯信號途徑的抑制子參與調控植物分枝（櫱）生長發育，具有重要科學意義。不僅為水稻株型改良提供重要理論基礎，也為秈粳交雜種優勢利用提供有用的基因和材料。該結果以Article Research形式在2013年12月26日《Nature》上正式發表,「D14–SCFD3-dependent degradation of D53 regulates strigolactone signaling」(2013, 504: 406-410)，目前已被SCI他引31次。該雜誌同期NEWS & VIEWS欄目為本研究發表了專題評述，認為「D53蛋白的發現為研究獨腳金內酯和其它激素信號途徑提供了積極幫助，並對調節植物營養分配與利用具有深遠的影響。」
六、高溫氣冷堆主氦風機工程樣機研製
高溫氣冷堆主氦風機工程樣機項目由國家科技重大專項支持，集合高校與企業力量協同創新，並已經取得重大成果。成功研製的高溫氣冷堆主氦風機無論功率還是技術水平都屬於世界領先，是世界高溫氣冷堆先進核電技術研發中的主要技術難關。該成果是我國自主創新在先進核能核心裝備技術上的重大突破,對於我國自主創新的高溫氣冷堆示範電站建設具有重大意義。
主氦風機是高溫氣冷堆核電站的心臟裝備。在研製過程中解決了多個重大技術問題，如主氦風機整機總體設計，大型氦氣置入式立式高速電動機的研製，電磁懸浮軸承支撐的轉子動力學分析，高性能葉輪的研製，大電流、高壓差、高電壓一迴路邊界電氣貫穿件的研製等。
主氦風機的轉子採用現代最新科技成果電磁軸承進行支撐。風機轉子重量約4噸，完全採用電磁懸浮軸承支撐，實現了非接觸無摩損運行，不需要潤滑油系統。這是電磁軸承技術在世界上首次用於反應堆設備。
主氦風機工程樣機由清華大學核能與新能源技術研究院負責總體技術並提供電磁軸承，同時負責整機調試及試驗，佳木斯電機負責電機，上海電氣鼓風機廠負責葉輪及整機總裝和試驗平臺，中核能源公司負責項目管理和質保。它的研製成功也是先進核能技術協同創新的重大成果。
七、具有極高硬度和穩定性的納米孿晶金剛石
天然金剛石一直被認為是自然界中最硬的材料。自從1955年人類成功合成金剛石起，合成出比天然金剛石更硬的材料就成為科學界和產業界的共同夢想。燕山大學田永君教授領導的中外研究團隊，在建立的多晶共價材料硬化模型指導下，採用洋蔥碳為前驅體成功地合成出具有極高硬度和熱穩定性的納米孿晶金剛石，孿晶的平均厚度僅為5納米。納米孿晶金剛石的維氏硬度可達200 GPa，是天然金剛石的2倍，實現了人類合成比天然金剛石更硬材料的夢想；其韌性也比金剛石單晶提高了一倍，且抗氧化溫度比天然金剛石高出200攝氏度以上。硬度、韌性和熱穩定性三大指標的顯著提高將使這類超硬工具的壽命成倍提高。
本成果發表在 2014年6月的Nature雜誌上，雜誌封面和目錄頁分別進行了導讀，題為「極致的金剛石：納米孿晶合成將其硬度及熱穩定性推至頂峰」和「硬科學：合成的金剛石日漸強大」，雜誌同期的News & Views欄目刊文「金剛石變得更硬」也詳細介紹了該項工作。本成果引起了學術界的廣泛關注和高度評價，Nano Today、Materials Today等雜誌以及科技日報、參考消息、赫芬頓郵報、芝加哥論壇、洛杉磯時報等新聞媒體和科學網站都進行了報導。
八、肝硬化中腸道菌群的改變的研究
從基因的角度首次揭示腸道菌群與肝硬化的秘密。2014年7月，浙江大學李蘭娟院士領銜的團隊，首次通過腸道微生態宏基因組技術，確定了肝硬化腸道微生物組的特徵，成果發表在《自然》雜誌。
該研究從中獲得269萬個非冗餘的人體腸道微生物菌群的基因集，首次建立了世界上第一個肝硬化腸道菌群基因集，包含269萬個基因，其中36.1%即97萬為首次發現的基因；同時，闡明了肝硬化腸道菌群的結構變化；並通過基因標記物的聚類分析，發現了28種細菌與肝硬化密切相關，其中多個細菌是肝硬化患者中首次發現，38種與健康人密切相關；此外，首次發現肝硬化患者口腔菌侵入到腸道，而健康人中沒有此現象，可能對肝硬化發生發展產生重要影響；還發現了15個高特異性和靈敏性的微生物基因，建立了預測疾病的模型，今後不僅有助於肝硬化診斷，還能用於肝硬化療效的評估。這些科研發現對中國及全球的肝病的衛生工作作出重要貢獻。
這是李院士領銜的科研團隊20年肝病微生態研究的結晶，他們對微生態在肝病發生發展中的作用機製做了大量艱苦的研究，取得了系列原創性成果，具有重大國際影響力。2013年9月，李蘭娟院士當選為第五屆國際人體微生物組聯盟（IHMC）主席，成為首個在該組織擔任主席職務的中國人。同時將作為大會主席舉辦2015年盧森堡國際人類微生態大會，引領國際微生態的學科發展方向。
一直以來，李蘭娟院士帶領傳染病診治國家重點實驗室、感染性疾病診治協同創新中心科研人員，以國家需求和人民健康為己任，瞄準世界一流，基礎和臨床緊密結合，艱苦攻關、協同創新，在重大感染病診治的方面，發揮關鍵作用，充分體現「國家隊」的引領作用。
九、全球變暖減緩的特徵與機制
過去十幾年間，人為溫室氣體加速排放，但全球表面溫度上升速度卻明顯減緩。這些現象導致有些人開始質疑人類活動對全球氣候變暖的影響作用。而氣候學家則一直致力於尋找現象背後的物理本質。中國海洋大學陳顯堯教授和美國華盛頓大學Ka-Kit Tung教授的最新合作研究結果表明，全球氣候變暖的步伐並沒有減緩，只是熱量在氣候系統各組成部分中的分配發生了變化。過去十幾年間，大洋熱鹽環流將氣候系統吸收的熱量更多地輸送至深層海洋，從而減緩了地球表面溫度上升的速度。
大西洋表面熱鹽環流可以把熱帶高溫高鹽水輸送到北大西洋北部，在那裡海水向大氣失熱，變得更重而沉入深海，並形成北大西洋深層水向南輸送。通過分析觀測數據，陳顯堯和Ka-Kit Tung發現上世紀九十年代後期，北大西洋北部海水溫度-鹽度持續上升，由此推測大洋熱鹽環流的下沉分支可能變強，從而向深層海洋輸送了大量熱量而減緩表面溫度上升。分析表明類似現象曾發生在1950-70年代，北大西洋0-1500米層海洋的溫度和鹽度具有顯著並同步的多年代際振蕩特徵。
這一成果說明了海洋在氣候變暖的進程中起著至關重要的調控作用，也凸顯了加強海洋觀測模擬和分析對提高氣候預測能力的重要性和緊迫性。
十、複合離子液體碳四烷基化生產高品質清潔汽油新技術
環保要求日益嚴格呼喚更清潔的汽油。碳四烷基化汽油具有高辛烷值、無硫、無烯、無芳等優點，是最理想的清潔汽油調和組分。傳統工藝以濃硫酸或氫氟酸為催化劑，存在嚴重的設備腐蝕及潛在的環境汙染與人身危害等重大問題，其工業應用受到了越來越大的挑戰。因此，環境友好的碳四烷基化技術的開發一直是世界煉油工業的焦點。
中國石油大學（北京）徐春明教授和劉植昌教授所帶領的研究團隊創新性地開發成功兼具高活性和選擇性的複合離子液體催化劑；開發成功複合離子液體碳四烷基化新工藝，發明了催化劑活性監測方法和再生技術；開發成功管道反應器、旋液分離器等專用設備，建成世界首套「10萬噸/年複合離子液體碳四烷基化工業裝置」。工業運行結果表明，產品辛烷值高達97以上，噸烷油催化劑當量消耗5公斤，噸烷油能耗157 kgEO。中國石油和化學工業聯合會成果鑑定認為「該技術具有自主智慧財產權，總體技術處於國際領先水平，具有廣闊的應用前景和推廣價值」。該技術的成功應用，為我國乃至世界商品汽油的清潔化和全面質量升級提供了一種嶄新的解決方案。
該技術獲17項國際發明專利、10項中國發明專利，發表論文30餘篇。於2014年9月獲得中國石油和化學工業聯合會唯一的技術發明特等獎。