淺談我國生命科學(xué)儀器研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化

范 紅 王 磊 韓世鵬,3 Olatunji Mumini OMISORE 蘇月

（1.中國生物技術(shù)發(fā)展中心，北京 100039；2.中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院，廣東深圳 518055；3.中國科學(xué)院微電子研究所，北京 100029）

生命科學(xué)儀器是指生物技術(shù)與生命科學(xué)領(lǐng)域研發(fā)過程中需要使用的儀器設(shè)備的總稱，包括分子/細胞生物學(xué)儀器、微生物檢測儀器、植物/動物生理生態(tài)儀器以及其他生命科學(xué)儀器設(shè)備?？v觀全球，開展生命科學(xué)研究需要的高端生命科學(xué)儀器幾乎全部被發(fā)達國家壟斷，雖然我國生命科學(xué)研究無論規(guī)模上還是質(zhì)量上都在世界上處于較前列的地位，但是科研人員使用的科研儀器大多卻是“舶來品”，研制和開發(fā)國產(chǎn)生命科學(xué)儀器刻不容緩。本文擬對我國生命科研儀器的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化進行初步探討。

1 國外生命科學(xué)儀器研發(fā)現(xiàn)狀

目前，美國、歐洲及日本在科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)規(guī)模及科技創(chuàng)新方面處于世界領(lǐng)先地位。根據(jù)《化學(xué)與工程新聞》雜志公布的2018年度全球儀器公司TOP 20 排位名單，可以清晰地看到，8 家是美國公司，7 家來自歐洲，5 家是日本公司，具體包括賽默飛世爾科技、島津、羅氏診斷、安捷倫科技、丹納赫、蔡司、布魯克、梅特勒-托利多、沃特世、珀金埃爾默、Bio-Rad Laboratories、Eppendorf、Spectris、日本電子、日立高新、尼康、Illumina、賽多利斯、奧林巴斯、Tecan等制造商。Research and Markets最新的研究報告顯示，2017年全球生命科學(xué)儀器市場規(guī)模為544.9 億美元，2022年有望達到752.4億美元，預(yù)測復(fù)合年增長率為6.7%，其中光譜儀、色譜儀、基因?qū)雰x、蛋白質(zhì)純化系統(tǒng)、細胞融合儀、電泳儀、醫(yī)用原子吸收光譜儀、病毒免疫熒光分析儀、層析儀、生化分析儀等生命科學(xué)儀器需求量很大。總體而言，發(fā)達國家的生命科學(xué)儀器開發(fā)具備較強的科技創(chuàng)新競爭力，主要表現(xiàn)為：一是國外科學(xué)儀器行業(yè)重視源頭創(chuàng)新和高端設(shè)計，企業(yè)研發(fā)人員中高學(xué)歷從業(yè)人員和技術(shù)支持人員占比相對較高，企業(yè)年銷售額用于創(chuàng)新研發(fā)的費用相對充足；二是發(fā)達國家科學(xué)儀器知名企業(yè)大多與高校、研究院所、國家實驗室等科研機構(gòu)保持著密切合作，原始創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化能力十分強勁，知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)出突出，發(fā)明專利申請量和授權(quán)量遠遠高于國內(nèi)企業(yè)；三是發(fā)達國家的金融服務(wù)機構(gòu)和融資渠道較為完善，各類政策保障及創(chuàng)新環(huán)境良好，科學(xué)儀器企業(yè)獲益匪淺。

2 我國生命科研儀器研發(fā)現(xiàn)狀

相比于發(fā)達國家，國內(nèi)生命科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)起步較晚，技術(shù)理論創(chuàng)新不足，配套體系尚不完善，難以與進口儀器展開市場競爭。近年來，隨著國家對科技自主創(chuàng)新的需求不斷增加，我國開始高度重視生命科學(xué)儀器的創(chuàng)新發(fā)展，逐步開展科學(xué)儀器設(shè)備及檢測技術(shù)的自主研究開發(fā)，已具備一定的發(fā)展基礎(chǔ)：一是各地先后出臺鼓勵性政策措施，引導(dǎo)生命科學(xué)儀器的創(chuàng)新發(fā)展?！笆濉鄙锛夹g(shù)創(chuàng)新專項規(guī)劃對生命科學(xué)儀器創(chuàng)新研究和制造進行了頂層設(shè)計，為全面提升我國生命科學(xué)研究水平提供支撐[1]；上海市“科技創(chuàng)新行動計劃”對接國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)，專項支持科學(xué)高性能色譜、光譜、質(zhì)譜等重大科學(xué)儀器的研究。二是我國生命科學(xué)儀器研發(fā)已獲得初步資助，國家科技計劃相繼啟動支持了一些科學(xué)儀器的重大項目，如科技部重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項，以及近5年立項的國家自然科學(xué)項目中都涉及部分生命科學(xué)儀器研制的內(nèi)容。雖然各級政府對我國生命科學(xué)儀器的研發(fā)資助有限，暫時不能完全滿足生命科學(xué)儀器領(lǐng)域的研發(fā)需求，但是這些支持為該領(lǐng)域的前瞻性研究奠定了一定的基礎(chǔ)。三是部分生命科學(xué)儀器領(lǐng)域的發(fā)展成長較快，專業(yè)人才與技術(shù)力量形成一定的儲備。隨著個體化醫(yī)療的蓬勃興起，我國相繼批準了國產(chǎn)質(zhì)譜產(chǎn)品、基因測序儀及檢測試劑盒，并先后應(yīng)用到醫(yī)療系統(tǒng)。四是當前人工智能、大數(shù)據(jù)和生命科學(xué)融合，基因組、干細胞等許多領(lǐng)域的突破，生命健康產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迎來前所未有的機遇。我國自行研發(fā)先進生命科學(xué)儀器有望推動我國生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)與科技創(chuàng)新實現(xiàn)跨越式發(fā)展，未來有望革命性的改變我國生命科學(xué)研發(fā)的進程。

3 我國生命科學(xué)儀器研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化中的差距和問題

我國生命科學(xué)儀器研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化程度與國外相比存在較大差距[3]。目前，我國生命科學(xué)儀器市場尤其是先進精密儀器市場幾乎被發(fā)達國家所壟斷。究其原因，一是我國在世界生命科學(xué)儀器高端產(chǎn)品的開發(fā)上仍存在市場空缺。據(jù)統(tǒng)計，中國進口的光學(xué)顯微鏡單臺平均價格遠高于出口顯微鏡，這充分表明國內(nèi)高端顯微鏡市場依賴于進口產(chǎn)品。又如至今國內(nèi)沒有一家企業(yè)能生產(chǎn)觀察埃級精度蛋白質(zhì)的透射式電鏡，而在幾十家顯微鏡生產(chǎn)企業(yè)中大部分以生產(chǎn)教學(xué)類顯微鏡為主，能生產(chǎn)共聚焦掃描、超分辨顯微鏡等高端顯微鏡的企業(yè)屈指可數(shù)。二是我國主要科研用戶使用的高檔、大型儀器設(shè)備基本依賴于進口。根據(jù)科技部重點科技條件資源歷年數(shù)據(jù)顯示，我國每年科研固定資產(chǎn)投資中，有60%的經(jīng)費用于科學(xué)儀器設(shè)備進口，而這些產(chǎn)品主要來自美國、德國和日本等國家[4]。我國每年購買國外科學(xué)儀器設(shè)備整機的投入在400 億元以上[3]。2017年，科技部對部分生物醫(yī)學(xué)類國家重點實驗室購買的大型科研儀器設(shè)備進行了統(tǒng)計，其總價值超過46 億元，但國產(chǎn)科學(xué)儀器不足1%。另據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國三甲醫(yī)院所使用的高端光學(xué)顯微鏡幾乎都是來自德國蔡司、萊卡以及日本尼康、奧林巴斯公司的產(chǎn)品。三是高端生命科學(xué)儀器核心零部件供應(yīng)主要分布在國外。例如，只有少數(shù)幾家歐美和日本公司具備生物制藥分離純化或?qū)嶒炇曳治鰴z測的色譜“芯”規(guī)模化生產(chǎn)能力，在僅占20%的國產(chǎn)色譜儀器中，核心部件色譜柱大量依賴于進口，更重要的是用于分析檢測和生物分離純化的色譜“芯”材料幾乎都是國外產(chǎn)品。

我國生命科學(xué)儀器研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化面臨巨大挑戰(zhàn)。我國生命科學(xué)儀器的研發(fā)仍處于起步階段，主要表現(xiàn)在：一是生命科學(xué)儀器研發(fā)技術(shù)以跟跑為主，領(lǐng)跑、原創(chuàng)稀少。如我國每年僅基因測序儀一項的進口額就超過8 億元，而對第三代基因測序的核心技術(shù)的依賴度較大。二是有自主創(chuàng)新能力的領(lǐng)軍企業(yè)匱乏，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)較為薄弱。國內(nèi)生命科學(xué)儀器主要以代理和銷售國外產(chǎn)品為主，自主開發(fā)剛剛起步，深度精密制造、核心部件設(shè)計及工藝嚴重制約產(chǎn)業(yè)升級，產(chǎn)品可靠性、易用性不強，用戶對高端國產(chǎn)儀器的認可度較低。三是生命科學(xué)儀器“空心化”問題嚴重。由于關(guān)鍵材料、部件及產(chǎn)品技術(shù)壁壘高，工藝復(fù)雜，儀器研發(fā)所需的大量關(guān)鍵核心部件無法國產(chǎn)化，如激光器、質(zhì)譜四極桿、小型分子泵等。四是我國目前尚無生命科學(xué)儀器的系統(tǒng)規(guī)劃和定義，與生命科學(xué)儀器相關(guān)的政策法規(guī)尚不健全，行業(yè)標準體系還有待進一步完善。

4 加快我國生命科學(xué)儀器研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的幾點建議

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在重構(gòu)全球創(chuàng)新版圖，重塑全球經(jīng)濟結(jié)構(gòu)。當前我國經(jīng)濟發(fā)展已進入速度變化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和動力轉(zhuǎn)換的新常態(tài)[5]。推進供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，促進經(jīng)濟提質(zhì)增效、轉(zhuǎn)型升級，迫切需要依靠科技創(chuàng)新培育發(fā)展新動力。同時與進入創(chuàng)新型國家行列和建設(shè)世界科技強國的要求相比，我國科技創(chuàng)新正處于可以大有作為的重要戰(zhàn)略機遇期，當然也面臨進一步拉大差距的風險[6]。顯然長期使用各種進口科研儀器不僅消耗大量的外匯，而且會使得我國科研工作長期受制于他國，因此發(fā)展國產(chǎn)生命科學(xué)儀器勢在必行。

（1）開展前瞻性研發(fā)部署，明確重點研發(fā)方向。圍繞我國科技創(chuàng)新、社會和經(jīng)濟發(fā)展對生命科學(xué)儀器設(shè)備的迫切需求和重大戰(zhàn)略目標，緊扣組分—結(jié)構(gòu)—功能—操控一體化技術(shù)發(fā)展方向，在生命科學(xué)儀器領(lǐng)域突破一批關(guān)鍵共性技術(shù)，重點布局生物組成與成分分析儀器、生物構(gòu)象與結(jié)構(gòu)測量儀器、生物活動與功能檢測儀器、生物反應(yīng)與過程操控儀器及其核心部件，支撐腦科學(xué)、合成生物學(xué)等新興學(xué)科發(fā)展，促進生物制藥、生物制造等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提升我國在生命科學(xué)儀器領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展能力和核心競爭力。

（2）堅持需求導(dǎo)向和問題導(dǎo)向，創(chuàng)新項目布局模式。一方面，面向我國生命科學(xué)重點實驗室的科研需求，對量大面廣的儀器進行梳理與分析，重點部署開發(fā)出一批重大通用生命科學(xué)儀器產(chǎn)品，通過攻克儀器核心技術(shù)，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能、高可靠、高智能的通用儀器并推廣使用。另一方面，面向我國重點行業(yè)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的特殊需求，重點部署開發(fā)一批專業(yè)重大生命科學(xué)儀器產(chǎn)品，通過學(xué)科交叉和重點攻關(guān)，大幅提高我國在生命科學(xué)戰(zhàn)略領(lǐng)域?qū)I(yè)儀器的自主創(chuàng)新水平和自我裝備水平，實現(xiàn)對生物制藥、生物制造、食藥質(zhì)量安全、國家安全等國家重大戰(zhàn)略的支撐，推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和社會和諧發(fā)展[7]。

（3）加快生命科學(xué)儀器配套試劑的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化步伐。生命科學(xué)試劑是生命科學(xué)儀器研發(fā)與應(yīng)用必不可少的組成部分。除了少部分重大科研儀器的伴隨試劑在儀器類項目中有部署外，我國還沒有系統(tǒng)地全面布局生命科學(xué)試劑，建議將配套試劑與生命科學(xué)儀器研發(fā)任務(wù)協(xié)同部署。加強試劑分級體系、技術(shù)標準與質(zhì)量管理認證體系、溯源管理體系的建設(shè)，有效地推進國產(chǎn)生命科學(xué)試劑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（4）加強自主創(chuàng)新，注重科學(xué)儀器可靠性提升。國產(chǎn)生命科學(xué)儀器具有價格低、售后用戶服務(wù)方便、零配件供應(yīng)快速等優(yōu)點，但國產(chǎn)生命科學(xué)儀器大多產(chǎn)品細節(jié)比較粗糙、系統(tǒng)不夠穩(wěn)定、使用壽命較短，其主要原因是生產(chǎn)制造問題。我國一些儀器生產(chǎn)廠家重設(shè)計輕工藝，有實力的科技工作者都不愿到生產(chǎn)最前端的工藝崗位。研究所和高校的科研工作者也很少開展儀器制造或具體工藝的研究工作。如何才能提高國產(chǎn)生命科學(xué)儀器水平和檔次，解決中低檔產(chǎn)品重復(fù)、惡性競爭以及儀器可靠性差、壽命短等問題[8]；如何才能使我國生命科學(xué)儀器研究、設(shè)計、制造水平提高到可與進口儀器相互競爭的高度；如何既可以滿足國內(nèi)生命科學(xué)儀器市場大部分需求，又可以走出去搶占國際市場。建議加強企業(yè)自主創(chuàng)新，從設(shè)計、制造、質(zhì)檢，環(huán)環(huán)緊扣，全方位提升，尤其需要重視生命科學(xué)儀器生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)檢以及儀器可靠性認證。

（5）優(yōu)化我國生命科學(xué)儀器健康發(fā)展的政策生態(tài)環(huán)境。為國產(chǎn)生命科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)化健康發(fā)展提供一個優(yōu)良的政策生態(tài)環(huán)境，可將國產(chǎn)生命科學(xué)儀器納入我國政府采購自主創(chuàng)新產(chǎn)品清單、建立支持生命科學(xué)儀器首臺套政府采購及國產(chǎn)科學(xué)儀器設(shè)備優(yōu)惠采購政策，完善我國進口生命科學(xué)儀器的免稅政策、制定國產(chǎn)科學(xué)儀器研發(fā)/生產(chǎn)企業(yè)稅收優(yōu)惠政策，建立國產(chǎn)生命科學(xué)儀器研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的多元化金融政策[9]。

（6）擴大國際與地區(qū)合作，加強研發(fā)成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。我國需要與發(fā)達國家高校、企業(yè)等研究機構(gòu)積極開展人才培養(yǎng)、人才引進、技術(shù)交流合作。積極參與并適時發(fā)起和組織國際大科學(xué)計劃和大科學(xué)工程，促進國際技術(shù)轉(zhuǎn)移，以及向“一帶一路”國家的技術(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，深化與沿線國家的交流合作。推進國際互認實驗室的建設(shè)，推進與生物領(lǐng)域大型跨國公司建立戰(zhàn)略伙伴關(guān)系，積極引導(dǎo)和支持有條件的科研機構(gòu)和企業(yè)到國外建立研究開發(fā)機構(gòu)，加強對引進技術(shù)的消化、吸收和再創(chuàng)新[10]，全方位提升我國生命科學(xué)儀器研發(fā)水平。

5 結(jié)語

新時代，切實推進我國生命科學(xué)儀器的創(chuàng)新發(fā)展，不僅能夠降低我們對發(fā)達國家的依賴程度而且可以走出國門，搶占國際市場。生命科學(xué)儀器作為生命科學(xué)和生物技術(shù)戰(zhàn)略技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的重要工具，為避免關(guān)鍵技術(shù)受制于人，需要加強相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)研究創(chuàng)新研發(fā)、建立“政、產(chǎn)、學(xué)、研、用”長期合作機制，大力鼓勵和支持生命科學(xué)儀器和核心關(guān)鍵部件自主創(chuàng)新研發(fā)及示范應(yīng)用。具體思考和建議：其一，開展前瞻性研發(fā)部署，明確重點研發(fā)方向；其二，堅持需求導(dǎo)向和問題導(dǎo)向，創(chuàng)新項目布局模式；其三，加快生命科學(xué)儀器配套試劑的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化步伐；其四，加強自主創(chuàng)新，注重可靠性提升；其五，優(yōu)化我國生命科學(xué)儀器健康發(fā)展的政策生態(tài)環(huán)境；其六，擴大國際與地區(qū)合作，加強研發(fā)成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。為應(yīng)對國家生命科學(xué)儀器的未來重大戰(zhàn)略需求，各方發(fā)揮自身的特點和優(yōu)勢，充分利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)，尋求新的突破，協(xié)同攻關(guān)，早日實現(xiàn)我國生命科學(xué)儀器的創(chuàng)新研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的自主可控。