北京大學(xué)儀器創(chuàng)制與關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)工作的探索與實(shí)踐

張黎偉

(北京大學(xué) 實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理部, 北京　100871)

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北京大學(xué)儀器創(chuàng)制與關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)工作的探索與實(shí)踐

張黎偉

(北京大學(xué) 實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理部, 北京100871)

北京大學(xué)在國內(nèi)高校中率先成立“儀器創(chuàng)制與關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)中心”,并設(shè)立“儀器創(chuàng)制基金”,旨在推進(jìn)本校儀器研發(fā)創(chuàng)新和科技創(chuàng)新體系建設(shè)工作。該文對北京大學(xué)儀器創(chuàng)制與關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)中心的成立背景、建設(shè)宗旨、組織架構(gòu)、項(xiàng)目審評、宣傳推介及建設(shè)成效等方面進(jìn)行探討,旨在拓寬工作思路,加強(qiáng)與兄弟高校及相關(guān)單位的交流與合作。

科技創(chuàng)新體系; 科學(xué)儀器; 創(chuàng)制研發(fā)

有一位著名學(xué)者指出:“沒有自己創(chuàng)新出來的儀器設(shè)備,很難獲得世界一流的突破性、變革性的成果”[1]。加快科學(xué)儀器創(chuàng)新速度、提高自主研發(fā)水平已成為世界各國科技投入的重點(diǎn)之一。我國在較長一段時(shí)間內(nèi)對科學(xué)儀器，特別是高精尖科學(xué)儀器自主研發(fā)未能給予足夠的重視,高端科學(xué)儀器引進(jìn)基本依賴進(jìn)口,造成儀器核心技術(shù)受制于人,這一問題已成為制約我國自主創(chuàng)新能力提升的關(guān)鍵因素之一[2-4]。

為強(qiáng)化我國科學(xué)儀器自主研制能力與科技創(chuàng)新體系建設(shè),《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》明確提出“重視科學(xué)儀器與設(shè)備對科學(xué)研究的作用,加強(qiáng)科學(xué)儀器設(shè)備及檢測技術(shù)的自主研究開發(fā)”,把科學(xué)儀器自主創(chuàng)新擺在了科技工作的突出位置[5]。為貫徹落實(shí)《綱要》精神,推動我國重大科研儀器設(shè)備自主研制工作的發(fā)展,自“十一五”以來,財(cái)政部聯(lián)合國家自然科學(xué)基金委與科技部等部門陸續(xù)啟動了多項(xiàng)對科學(xué)儀器自主研制的專項(xiàng)資助,主要用于支持重大科學(xué)儀器設(shè)備的開發(fā),以提高我國科學(xué)儀器設(shè)備的自主創(chuàng)新能力和自我裝備水平,支撐科技創(chuàng)新,服務(wù)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展。其中,國家自然科學(xué)基金委設(shè)立重大科研儀器設(shè)備研制專項(xiàng),對原創(chuàng)性重大科研儀器設(shè)備研制工作加大支持力度；科技部設(shè)立重大科學(xué)儀器開發(fā)設(shè)備專項(xiàng),主要資助重大科學(xué)儀器設(shè)備的開發(fā)[6-8]。

長期以來,北京大學(xué)的科研工作者始終高度重視具有自主知識產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)儀器研制與關(guān)鍵技術(shù)開發(fā),相關(guān)領(lǐng)域科研實(shí)力雄厚、科技成果豐碩,如王選院士團(tuán)隊(duì)研制的激光照排系統(tǒng)、陳佳洱院士團(tuán)隊(duì)研制的RFQ加速器等,為我國社會進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了重要的推動作用。

在國家大力推動科技創(chuàng)新體系建設(shè)的戰(zhàn)略部署下,北京大學(xué)十分具有前瞻性地將加強(qiáng)科學(xué)儀器的自主研制作為學(xué)科建設(shè)與科研工作的重要組成部分,于2009年在國內(nèi)高校中率先成立“儀器創(chuàng)制與關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)中心”[9](以下簡稱中心)。中心的成立、建設(shè)與國家發(fā)展戰(zhàn)略是完全契合的,在國內(nèi)高校中亦屬開先河之舉。

1　中心建設(shè)宗旨

作為北京大學(xué)科技創(chuàng)新體系建設(shè)重要舉措之一,中心以支持北京大學(xué)科學(xué)儀器的自主研發(fā)、孵育創(chuàng)新優(yōu)勢力量為目的,圍繞國家科技創(chuàng)新體系發(fā)展戰(zhàn)略和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求,通過設(shè)立校級專項(xiàng)——“儀器創(chuàng)制與關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)基金”(以下簡稱基金),集中力量為全校具有自主知識產(chǎn)權(quán)的科學(xué)儀器研發(fā)與關(guān)鍵部件研制提供前期支持,提高儀器研發(fā)創(chuàng)新水平、促進(jìn)研發(fā)專利保護(hù)和科研成果轉(zhuǎn)化,增強(qiáng)北京大學(xué)參與國際前沿科學(xué)的競爭力,為國家科技戰(zhàn)略發(fā)展提供科技儲備。

2　中心組織架構(gòu)

為保證各項(xiàng)工作的落實(shí),中心在成立伊始即組建工作委員會,由學(xué)校實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理部(以下簡稱設(shè)備部)、科研部、科技開發(fā)部及相關(guān)院系學(xué)科專家兼任委員,負(fù)責(zé)制定中心發(fā)展規(guī)劃,落實(shí)專項(xiàng)經(jīng)費(fèi),負(fù)責(zé)儀器研發(fā)項(xiàng)目評審和驗(yàn)收,組織開展科研合作及成果推廣活動。此外,中心另設(shè)學(xué)術(shù)委員會,委員均為儀器研制相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者,主要負(fù)責(zé)項(xiàng)目評審、驗(yàn)收及成果鑒定等工作,并根據(jù)學(xué)校科研需求,對資助重點(diǎn)及專項(xiàng)提出建議,為中心工作發(fā)展建言獻(xiàn)策。

3　中心建設(shè)相關(guān)工作

3.1“種子”基金

學(xué)校每年撥付專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)設(shè)立的“儀器創(chuàng)制基金”,專門用于學(xué)校儀器創(chuàng)制相關(guān)研發(fā)項(xiàng)目,已累計(jì)投入1 000萬元。作為北京大學(xué)儀器創(chuàng)新工作的“種子”基金,該項(xiàng)資金使以前個(gè)別因經(jīng)費(fèi)不足無法開展的項(xiàng)目得以順利和及時(shí)啟動,并為這類項(xiàng)目爭取其他經(jīng)費(fèi)支持拓寬了渠道。與此同時(shí),該基金的設(shè)立進(jìn)一步提高了科研工作者對儀器研制工作的關(guān)注,使校內(nèi)專家學(xué)者在深化基礎(chǔ)科研工作的同時(shí),不斷加強(qiáng)創(chuàng)新成果的實(shí)用轉(zhuǎn)化,推動自主創(chuàng)新的科學(xué)應(yīng)用工作的深入展開。

3.2項(xiàng)目遴選原則

(1) 申報(bào)項(xiàng)目應(yīng)側(cè)重于探索科研工作中亟需解決的新儀器的研制、原有大型儀器功能拓展與改造、特色配件加工、關(guān)鍵制造技術(shù)突破等具體問題。

(2) 申報(bào)項(xiàng)目應(yīng)具有一定的產(chǎn)業(yè)化前景或申請國家科技部與基金委等重大項(xiàng)目資助的潛力。

3.3項(xiàng)目評審組織形式

2009—2014年,中心共完成5次基金受理與評審工作,從工學(xué)院、信息學(xué)院、物理學(xué)院、分子醫(yī)學(xué)所、生命學(xué)院、化學(xué)學(xué)院、環(huán)境學(xué)院和前沿交叉學(xué)院等院系申報(bào)的近200個(gè)項(xiàng)目中共選出41個(gè)優(yōu)秀項(xiàng)目提供資金支持。

作為基金主管部門,設(shè)備部具體負(fù)責(zé)項(xiàng)目評審、基金使用及監(jiān)督工作。中心建設(shè)初期,采取按學(xué)科邀請專家、初評(函評)與終評(答辯會)相結(jié)合的方式完成基金評審工作。根據(jù)各項(xiàng)目排名情況,適當(dāng)引入競爭、淘汰機(jī)制,優(yōu)選部分項(xiàng)目進(jìn)行經(jīng)費(fèi)支持。

為進(jìn)一步完善項(xiàng)目評審機(jī)制,中心工作委員會經(jīng)過反復(fù)討論,在實(shí)踐中探索制定出一套新的項(xiàng)目申報(bào)與評審組織形式。在初評階段引入項(xiàng)目申報(bào)者之間的互評機(jī)制,即除邀請學(xué)科專家外,所有申請人也被邀請擔(dān)任初評專家,對本學(xué)科的項(xiàng)目進(jìn)行評審,且申請人所給出的建議排名以一定權(quán)重計(jì)入邀請專家的評審結(jié)果。這一舉措有效地提升了申請人在項(xiàng)目評審階段的參與度,并在一定程度上促進(jìn)了申請人之間的科研合作與交流。此外,在終評階段增加了專注項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化潛力的評審專家,邀請國家有關(guān)部委、北京市科委、北京大學(xué)科技園孵化器負(fù)責(zé)人參會,共同參與研發(fā)項(xiàng)目的遴選和評審工作。

實(shí)踐證明,評審機(jī)制的完善促進(jìn)了不同領(lǐng)域、不同專業(yè)、不同專長的專家學(xué)者、工程技術(shù)人員、企業(yè)經(jīng)營者之間的交流,促進(jìn)了學(xué)科間交叉融合,為高質(zhì)量的創(chuàng)新型成果的產(chǎn)出創(chuàng)造了有利條件。此外,評審機(jī)制還使校內(nèi)有關(guān)課題組能夠更加直接、深入地了解國家與北京市相關(guān)部門在支持儀器研發(fā)創(chuàng)新方面的政策與項(xiàng)目支持情況。同時(shí),項(xiàng)目評審的過程也是對北京大學(xué)優(yōu)秀研發(fā)項(xiàng)目的全面展示、宣傳和推介的過程,有助于進(jìn)一步挖掘和探索政、產(chǎn)、學(xué)、研、用潛在的合作可能。

3.4項(xiàng)目宣傳與推介

“養(yǎng)在深閨人未識”是社會對高?？萍假Y源長期以來形成的一種偏見。實(shí)際上,企業(yè)存在與高校合作研發(fā)、提高效益的務(wù)實(shí)需求,也具有助推高?？萍汲晒a(chǎn)業(yè)化著陸的意愿與實(shí)力,但通常由于沒有門路而無法與高校建立有效的合作關(guān)系[10-11]。因此,高校加強(qiáng)宣傳、展示實(shí)力,不僅是擴(kuò)大合作的重要手段，也是現(xiàn)實(shí)要求。

為推廣學(xué)校優(yōu)秀的儀器研發(fā)項(xiàng)目,掌握社會相關(guān)需求,搭建科研合作平臺,作為中心建設(shè)工作委員會的牽頭單位,實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理部采取“走出去”、“請進(jìn)來”相結(jié)合的方式,全方位展現(xiàn)北京大學(xué)儀器研發(fā)創(chuàng)新的優(yōu)秀成果。

(1) “走出去”。積極參加企業(yè)調(diào)研活動,深入了解企業(yè)研發(fā)需求；積極參加中國儀器發(fā)展年會、國產(chǎn)科學(xué)儀器示范聯(lián)盟、分析測試年會、科博會、北京科技周、京交會等各類專業(yè)會議與大型展覽,對學(xué)?？茖W(xué)儀器研制中心的建設(shè)情況和儀器研發(fā)項(xiàng)目進(jìn)行重點(diǎn)推介；借助媒體宣傳效應(yīng),通過互聯(lián)網(wǎng)、社會媒體、學(xué)術(shù)期刊、大型展會等多種形式,廣泛宣傳北京大學(xué)儀器創(chuàng)制的特色成果和工作成績[12]。

(2) “請進(jìn)來”。組織需求對接活動,邀請企業(yè)走進(jìn)校園,通過直接交流、科技互動等具體方式,共同探討聯(lián)合研發(fā)、協(xié)同攻關(guān)的合作項(xiàng)目；推進(jìn)校企研發(fā)深度合作,搭建企業(yè)研發(fā)部門與學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的合作橋梁,推動企業(yè)研發(fā)需求與學(xué)?？蒲谐晒膶?促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作；邀請國家及地方政府科技主管部門負(fù)責(zé)人參與儀器創(chuàng)制項(xiàng)目的遴選與評審工作,以及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握國家在儀器創(chuàng)制研發(fā)領(lǐng)域的新政策、新導(dǎo)向。

4　中心建設(shè)成效

4.1成果產(chǎn)出

為了全面掌握基金效益狀況,中心對全部獲資助項(xiàng)目進(jìn)行跟蹤調(diào)研與階段總結(jié),對獲得基金支持項(xiàng)目情況,包括發(fā)表文章、申請專利、樣機(jī)研制、成果轉(zhuǎn)化、國家其他儀器研發(fā)項(xiàng)目獲批情況等具體內(nèi)容進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)初步統(tǒng)計(jì)結(jié)果,至2013年底,基金資助項(xiàng)目已共申報(bào)國內(nèi)專利27項(xiàng),8項(xiàng)已獲得國家批準(zhǔn)；國外專利共計(jì)4項(xiàng)正在申請中；共開發(fā)軟件與數(shù)據(jù)庫4套；研制新儀器與新方法6套；在國內(nèi)外刊物共發(fā)表研究論文71篇,其中國際刊物58篇、國內(nèi)學(xué)術(shù)核心期刊11篇、學(xué)術(shù)期刊1篇，SCI、EI、ISTP檢索系統(tǒng)收錄項(xiàng)目論文數(shù)量分別為62、8、7篇,另發(fā)表英文論文3篇；共培養(yǎng)博士后20人,博士生85人,碩士生46人,40歲以下中青年學(xué)術(shù)帶頭人12人。

4.2爭取項(xiàng)目情況

“通過積聚力量,凝練團(tuán)隊(duì),逐步形成技術(shù)與條件優(yōu)勢,為爭取國家和北京市相關(guān)項(xiàng)目創(chuàng)造條件”是中心的重要職責(zé)之一。北京大學(xué)通過設(shè)立儀器設(shè)備創(chuàng)制“種子”基金,使部分項(xiàng)目的科研工作得以及時(shí)開展,在現(xiàn)有成果基礎(chǔ)上成功申請到了國家、北京市及其他與儀器研制有關(guān)的近30個(gè)大項(xiàng)目總計(jì)9 000余萬元的后續(xù)資助,其中主要包括:中心第4期基金資助者物理學(xué)院顏學(xué)慶教授主持的“超小型激光離子加速器及關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目獲得科技部2012年國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)支持,獲批經(jīng)費(fèi)6 219萬元；中心第一期和第三期基金資助者黃巖誼研究員主持的“新一代測序儀及配套產(chǎn)品研發(fā)”項(xiàng)目獲國家“863計(jì)劃生物和醫(yī)藥技術(shù)”領(lǐng)域重大項(xiàng)目專項(xiàng)支持,2012年獲批經(jīng)費(fèi)1 948萬元。

4.3重要成果

環(huán)境科學(xué)學(xué)院曾立民教授在基金資助下主持在線氣溶膠有機(jī)碳元素碳(OCEC)分析儀的創(chuàng)制和技術(shù)研發(fā)工作。該儀器基于旋轉(zhuǎn)濕式擴(kuò)散管和蒸汽氣溶膠捕集技術(shù),連續(xù)采集并在線測量大氣中水溶性顆粒物組分和水溶性氣態(tài)污染物。儀器研發(fā)工作主要包括硬件創(chuàng)制、軟件開發(fā)、分析方法創(chuàng)新3個(gè)部分內(nèi)容。目前已成功制成樣機(jī),可實(shí)現(xiàn)大氣中6種氣態(tài)污染物和10種顆粒態(tài)水溶性離子,以及氣態(tài)和氣溶膠態(tài)水溶性組分的交替測量,其中氣態(tài)污染物和顆粒物的捕集效率分別達(dá)到98%和99.9%以上。該儀器已獲得兩項(xiàng)國家發(fā)明專利技術(shù),并多次應(yīng)用于珠三角國際大型野外觀測試驗(yàn)、深圳灰霾污染的機(jī)理研究觀測、亞運(yùn)會空氣質(zhì)量保障觀測等,為國家制定空氣質(zhì)量保障具體措施做出了貢獻(xiàn)。該儀器在大氣環(huán)境監(jiān)測方面具有廣泛用途,適合從事大氣環(huán)境研究的科研機(jī)構(gòu)、環(huán)保、氣象等單位使用。隨著近年公眾對空氣質(zhì)量關(guān)注度的提高,國家對大氣環(huán)境研究的深入,該類儀器的市場需求逐年遞增,但目前國內(nèi)尚無商品化的在線監(jiān)測大氣污染物水溶性組分的儀器。國外只有美國戴安與瑞士萬通兩家公司新近開發(fā)了類似儀器,國內(nèi)銷售還處于起步階段。因此,曾立民教授負(fù)責(zé)的自主研發(fā)、具有長期應(yīng)用背景與數(shù)據(jù)驗(yàn)證的同類設(shè)備在國內(nèi)市場上具有良好的科研及市場前景。目前已有多家公司與曾立民教授進(jìn)行接洽,希望將設(shè)備商品化后投入市場。

信息學(xué)院陳徐宗教授在基金資助下主持高精密半導(dǎo)體激光系統(tǒng)的研制工作,先后解決光柵反饋的穩(wěn)定性、寬連續(xù)可調(diào)諧范圍、中心波長范圍等關(guān)鍵技術(shù)難題,開發(fā)出具有國際先進(jìn)水平的高精度可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器與高精度倍頻激光器,儀器具有長期穩(wěn)頻工作、自動識別參考譜線等先進(jìn)功能。該項(xiàng)目在前期已取得多項(xiàng)科研成果,如課題組自主設(shè)計(jì)半導(dǎo)體激光錐形放大器光學(xué)結(jié)構(gòu),在高效光學(xué)耦合系統(tǒng)設(shè)計(jì)、橫模優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、熱傳導(dǎo)特性設(shè)計(jì)等領(lǐng)域提出了許多啟發(fā)性的創(chuàng)見。課題組自主設(shè)計(jì)完成高精密倍頻激光器,研制成功完全國產(chǎn)化的激光倍頻光學(xué)系統(tǒng)、倍頻腔穩(wěn)頻電路和精密控溫器,并針對其中的激光倍頻腔光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、倍頻晶體與激光高效耦合系統(tǒng)設(shè)計(jì)、倍頻晶體熱傳導(dǎo)特性設(shè)計(jì)領(lǐng)域提出了新的科研發(fā)展思路。課題組以多項(xiàng)科研成果,成功申請自然科學(xué)基金委“長期穩(wěn)定工作的高精密半導(dǎo)體激光系統(tǒng)研究”科學(xué)儀器基礎(chǔ)研究項(xiàng)目180萬元資金支持,為科研工作增強(qiáng)了保障。課題組的研究內(nèi)容與高精密激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向契合度高,不僅實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)學(xué)研的有機(jī)結(jié)合,又在一定程度上提高了我國激光器領(lǐng)域整體技術(shù)水平,為打破國際技術(shù)壟斷,實(shí)現(xiàn)高端激光設(shè)備的國產(chǎn)化創(chuàng)造了條件。

5　結(jié)語

儀器研發(fā)創(chuàng)新既是國家戰(zhàn)略需求,也是我校科研工作的重要組成部分。北京大學(xué)在國內(nèi)高校中率先成立“儀器創(chuàng)制與關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)中心”并設(shè)立“儀器創(chuàng)制基金”,充分體現(xiàn)了學(xué)校服務(wù)國家戰(zhàn)略的思路與堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展的理念。學(xué)校目前在儀器創(chuàng)制領(lǐng)域的研究主要集中在前期的關(guān)鍵技術(shù)突破與重要部件加工方面,在整機(jī)研制、與用戶科研合作以及市場化推廣方面相對薄弱。設(shè)備部作為執(zhí)行負(fù)責(zé)部門,除繼續(xù)做好儀器創(chuàng)制項(xiàng)目的申評與中心日常工作之外,還將積極發(fā)揮橋梁紐帶作用,為優(yōu)秀項(xiàng)目的深入開展及成果轉(zhuǎn)化提供支持,不斷探索高校開展儀器創(chuàng)制與關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)工作的模式及后續(xù)成果轉(zhuǎn)化方式與途徑,開拓北京大學(xué)儀器創(chuàng)新工作的新局面。

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Exploration and practice on R&D of scientific instruments innovation in Peking University

Zhang Liwei

(Office of Laboratory and Equipment Management, Peking University, Beijing 100871, China)

Among the domestic colleges and universities, Peking University has taken the lead in the establishment of the scientific instruments innovation center and the instruments innovation funds. The mission of this center is to propel the innovation and research of the scientific instruments, and to support the building of science and technology innovation system. This paper elaborates on the management of this center, including the foundation background, the mission, the organization, project evaluation, management effects, etc.

science and technology innovation system; scientific instruments; innovation and R&D

10.16791/j.cnki.sjg.2016.03.007

2015- 07- 27

張黎偉(1981—),女,河南駐馬店,博士,助理研究員,北京大學(xué)實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理部設(shè)備管理辦公室主任,研究方向?yàn)榭蒲衅脚_建設(shè)和大型儀器設(shè)備管理.

E-mail:zhanglw@pku.edu.cn

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1002-4956(2016)3- 0023- 03