在1969年初春的一个清晨，北京的天空被一层薄薄的雾气笼罩着，卫生部中医研究院的大门口突然出现了几位不速之客。他们自称来自“523办公室”，这神秘的代号让人心生疑窦。经过一番交涉，他们说明来意，是为了寻找一位名叫屠呦呦的研究员。
这个代号“523”背后隐藏着一个国家级机密项目——由毛主席亲自下达命令，全国上百个科研单位共同参与，旨在研制一种抗击疟疾的新药，以支持“援越抗美”的前线士兵。由于项目的重要性和保密需求，它以1967年5月23日开会日期为名，被称作“523”。
屠呦呦，这位年轻的实习研究员，新中国培养的第一代大学生，在血吸虫防治领域已经取得了显著成就。然而，她一直保持低调，甚至有些特立独行。当“523办公室”的人员找到她时，她并未表现出丝毫热情。这种态度让他们颇感尴尬，直到屠呦呦的上级出面介绍，才化解了僵局。
随后，屠呦呦被带到军事医学科学院见章主任。章主任告诉她，他们筛选出了一种名为常山的中药，对杀灭疟原虫效果极佳。然而，屠呦呦却直言常山碱毒副作用太大。章主任微微一笑：“所以我们需要你来解决这个难题，你只有一个任务，那就是找到新的特效药。”
于是，一个由屠呦呦担任课题组长的小组迅速成立。39岁的她迎来了人生的一次重大挑战：寻找能拯救无数生命的“救命药”。面对如此重任，她列出了密密麻麻的时间表，每日都在推进工作。而她的丈夫李廷钊也给予了全力支持，即便两人商量好的计划要暂缓，他也毫无怨言。
然而，就在此时，李廷钊接到了去“五七干校”劳动学习的通知，那是疟疾高发区。他安慰妻子说：若我染上疟疾，正好可用你的新药实验啊，但屠呦呦心里仍充满忧虑。
随着时间推移，“破解常山碱毒副作用”的任务陷入瓶颈。尽管反复实验，却始终未见成效。在一次与军代表老徐谈话中，因提出淘汰常山碱建议而遭到斥责。但对屠呦呦而言，没有什么比科学真理更重要，她坚持自己的判断，并继续寻求突破。
有一天，她偶然在中医研究院的林老师点拨下，获得了新的思路，与团队努力收集民间药方，仅三个月便整理出《疟疾单秘验方》，其中包括后来闻名世界的青蒿。然而，在海南岛进行人体临床实验时，一名患严重疟疾的小女孩最终不幸离世，这让整个团队陷入沉重打击。
夜深人静时，仰望星空中的繁星闪烁，屠呦呦默默问自己是否真的无路可走。记忆中哥哥送给她的话浮现脑海：“学问是学无止境，当你局部成功时，不要满足；当你失败时，也不要灰心。”她决定重整旗鼓，再次进行下一阶段的尝试。
然而，此时上级突然将她外调至四川，从事与“523项目”无关工作。当她再次回到课题组时，整个课题组只剩同事小李一人孤身坚守。“是不是上面没信心了？”正当屠呦呦忐忑不安之际，好消息传来：523课题组重新建立，她依旧是课题组组长，并且此次还加入了两位新成员赵冬梅和李慧珠，这让她再度燃起希望。
兴奋的她回家过端午节，看着母亲包好的粽子，她脑海里突然想起过去总是分不清艾草和青蒿，如今终于弄明白区别，她将目光再次投向青蒿这一新尝试。
她这次没有使用传统水煎中药的办法，而是用新鲜青蒿绞取汁液进行实验，此举在业内看来已经完全不属于中药领域，同事提醒她小心上级找麻烦，但她坚定地说：“科学研究不该有禁区。”坚持带领组员采集青蒿叶子和根茎，然后按照自己的方法实验。晚上疲惫一天的屠呦呦回到家中，碰巧遇到丈夫在煮酒酿汤圆，听闻丈夫科普酒酿制作过程后，大受启发：高温易破坏青蒿药效，于是改用乙醚低温提取。
事实证明此举正确，小白鼠实验抑制率达到100%，这意味着成功已近在咫尺。然而，由于经费短缺，他们只能用简陋设备开展大型动物实验。然而乙醚是极为易燃的液体，一次同事的不小心，引燃了实验室，这场意外的火灾差点摧毁所有努力，但凭借顽强意志，他们迅速恢复实验室，并最终揭开青蒿素抗疟奥秘。
历经191次大小动物实验之后，在1971年10月4日，他们终于取得突破性进展，并向主管部门汇报情况。在全国523研究组专业会议上，屠呦呦公布这一历史性发现，那一年，她41岁。
为了加快进程，她第一个报名参加人体实验。同事们纷纷效仿，包括丈夫李廷钊也主动请缨。为了更好的观察药物的副作用，屠呦呦服用剂量加了整整一倍，让大家倍感欣慰的是青蒿提取物没有明显毒副作用。这一切被看在眼里的李廷钊疼惜不已，但他知道妻子的梦想便是他的梦想。
随着时间推移，中国逐渐增强综合国力，与国际合作开发复方药物，使其成为全球标准方案。然而，很少有人知道最初提取青蒿素的是一位中国女性——屠呦呦。即使没有专利拥有权或丰厚科研经费支持，她依然致力于推动中医药发展，并因此荣获诺贝尔奖殊荣，以“三无”身份震撼世界科学界。
站在瑞典斯德哥尔摩音乐厅舞台中央，她谦逊地表示这不仅仅是个人荣誉，更象征着中医药走向世界的重要一步。当晚，与丈夫一起仰望星空，他轻声说道：“相信科学的人永远不会变老。”而此刻，这颗名叫“青蒿素”的科学新星已成为中国献给世界的一份珍贵礼物。
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