高端科研儀器國產(chǎn)化值得期待

吳月輝 劉詩瑤 喻思南 谷業(yè)凱 蔣建科

工欲善其事，必先利其器。現(xiàn)代科技發(fā)展實(shí)踐表明，科研儀器是科學(xué)研究不可或缺的工具和手段，誰在科研儀器上率先突破，誰就往往能占據(jù)科學(xué)研究的先發(fā)優(yōu)勢。

近年來，我國的科研儀器在國產(chǎn)化上已取得積極進(jìn)展，但由于歷史積累不足等多方面原因，高端科研儀器依賴進(jìn)口的局面尚未得到根本改觀。在建設(shè)世界科技強(qiáng)國的征程中，科研儀器特別是高端科研儀器如何盡快實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，已成為一個不容回避的重要問題。

要想成為科研強(qiáng)國，必須首先成為儀器強(qiáng)國

日前，人類歷史上首張黑洞“正面照”發(fā)布，在全世界引起廣泛關(guān)注。這張“照片”是由來自全球30多個研究所的科學(xué)家們通過分布在全球不同地區(qū)的8個射電望遠(yuǎn)鏡陣列組成的一個虛擬望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)拍攝到的。

黑洞“照片”的成功拍攝，離不開射電望遠(yuǎn)鏡的使用?，F(xiàn)代科技發(fā)展實(shí)踐表明，重大科學(xué)研究成果的取得，往往是以科學(xué)儀器和技術(shù)手段上的突破為先導(dǎo);科學(xué)儀器的進(jìn)展一定程度上代表著科學(xué)前沿的方向，也是推動科技創(chuàng)新的重要支撐。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，諾貝爾自然科學(xué)類獎項(xiàng)中，68.4%的物理學(xué)獎、74.6%的化學(xué)獎和90%的生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎成果借助各種先進(jìn)的科學(xué)儀器完成，或直接與新儀器方法或功能的發(fā)展相關(guān)。

中國科學(xué)院電工研究所研究員肖立業(yè)告訴筆者：“隨著人類對自然的認(rèn)識向更加微觀的時(shí)空尺度、更大的宇宙時(shí)空尺度和更加極端的物理?xiàng)l件方向發(fā)展，傳統(tǒng)的科研手段已經(jīng)不能完全勝任。特別是在偏實(shí)驗(yàn)性的研究領(lǐng)域，沒有高端科研儀器，要想做出重大原始創(chuàng)新科研成果很困難?！?/p>

高端科研儀器的研發(fā)也提升了科技創(chuàng)新的效率。中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院副院長張鳳舉例說：“在人類基因組計(jì)劃開始之初，曾預(yù)計(jì)完成測序至少需要15年。隨著大規(guī)模測序手段特別是毛細(xì)管電泳測序儀的發(fā)展，使得時(shí)間縮短了2～3年。”

此外，高端科研儀器的創(chuàng)新、制造和應(yīng)用水平，也是一個國家科技實(shí)力和工業(yè)實(shí)力的重要標(biāo)志，對于支撐創(chuàng)新活動乃至經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展都有較大的作用。

雖然我國的儀器技術(shù)研究與產(chǎn)品開發(fā)工作已取得較大進(jìn)展，然而在高端科研儀器領(lǐng)域，除核磁共振波譜儀外，常用的高分辨質(zhì)譜儀等大型分析儀器、大部分的生命科學(xué)儀器如磁共振成像儀、超分辨熒光成像儀、冷凍透射電鏡等還大量依靠進(jìn)口。

在國際上，全球科研儀器市場也基本由少數(shù)幾個國家的大型企業(yè)主導(dǎo)。美國化學(xué)會旗下《化學(xué)與工程新聞》雜志公布的2018年度全球儀器公司TOP20排位榜中，有8家是美國公司，7家來自歐洲，5家公司位于日本。

中國電子科技集團(tuán)第41研究所首席科學(xué)家年夫順說：“高端科研儀器依賴進(jìn)口已成為制約我國自主創(chuàng)新能力提升的一個重要因素?！?/p>

中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員楊學(xué)明認(rèn)為：“如果儀器研發(fā)硬實(shí)力上不去，我們就無法發(fā)展自己的高端科研儀器，不僅要花費(fèi)大量的資金購買，而且容易受制于人。”

“要想成為科研強(qiáng)國，必須首先成為儀器強(qiáng)國。大力發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高端科研儀器，是我國科技發(fā)展的重要一環(huán)?！睆堷P認(rèn)為。

我國儀器技術(shù)研究與產(chǎn)品開發(fā)已初見成效

高端科研儀器依賴進(jìn)口的問題已得到有關(guān)部門的高度重視。早在1998年，國家自然科學(xué)基金委就設(shè)立了科學(xué)儀器基礎(chǔ)研究專項(xiàng)。2011年，“國家重大科研儀器設(shè)備研制專項(xiàng)”和“國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)”設(shè)立，分別由國家自然科學(xué)基金委和科技部管理，一個負(fù)責(zé)原創(chuàng)性的儀器研究，一個負(fù)責(zé)工程化和產(chǎn)業(yè)化。據(jù)了解，2011～2018年，國家自然科學(xué)基金委資助來自中央有關(guān)部門推薦、經(jīng)費(fèi)體量在1000萬元以上的重大科研儀器項(xiàng)目53項(xiàng)，批準(zhǔn)資助金額38.14億元;資助全國科研工作者自由申請、經(jīng)費(fèi)體量在1000萬元以下的重大科研儀器項(xiàng)目466項(xiàng)，批準(zhǔn)資助金額32.03億元;兩類項(xiàng)目合計(jì)資助經(jīng)費(fèi)超過70億元。

在這些科研計(jì)劃的支持下，我國儀器技術(shù)研究與產(chǎn)品開發(fā)已初見成效。以科技部“重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)重點(diǎn)專項(xiàng)”為例，“十二五”科學(xué)儀器專項(xiàng)共安排項(xiàng)目208個，目前已全面進(jìn)入驗(yàn)收階段，有些成果已具備批量生產(chǎn)能力，得到了推廣應(yīng)用?！笆濉逼陂g，科學(xué)儀器專項(xiàng)共安排項(xiàng)目142個，目前正處于關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和工程化樣機(jī)研制階段。

年夫順告訴筆者，預(yù)計(jì)未來幾年，我國科學(xué)儀器成果將進(jìn)入重要的推廣應(yīng)用階段，將緩解我國對國外高端科研儀器的依賴。

依托中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所技術(shù)成立的武漢中科牛津波譜技術(shù)有限公司，所研制生產(chǎn)的核磁共振波譜儀系統(tǒng)整機(jī)已成功推向市場。公司CEO魏嘉說：“我們在國內(nèi)已經(jīng)成功賣出了70多臺核磁共振波譜儀，在國外也賣出了一些?！?/p>

“在國內(nèi)核磁共振波譜儀市場長期被國外企業(yè)主導(dǎo)的背景下，70多臺已經(jīng)算是相當(dāng)不錯的銷售成績”，魏嘉說，“這一方面得益于中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所長期在核磁共振波譜儀領(lǐng)域里的技術(shù)積累，另一方面則受惠于國家科學(xué)儀器研制計(jì)劃的大力支持?！?/p>

2007年，中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所開始承擔(dān)國家重大科學(xué)儀器研制項(xiàng)目，先后獲得6000多萬元的資金支持，用于核磁共振主機(jī)研發(fā)及工程化。經(jīng)過多年攻關(guān)，該所于2014年成功研制出完整的原型樣機(jī)。之后，該所又成立了公司，將技術(shù)轉(zhuǎn)移，由公司進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化及市場應(yīng)用的推廣。

“最重要的是一些核磁界的老前輩敢于做‘第一個吃螃蟹的人”，魏嘉說，“在使用過程中，他們發(fā)現(xiàn)我們的儀器也不差，而且售后維修更方便，于是開始幫我們不斷地推薦，慢慢口碑就有了?，F(xiàn)在很多國內(nèi)用戶開始了解我們，產(chǎn)品有了一定的知名度?！?/p>

不過也應(yīng)看到，像中科牛津那樣的企業(yè)還不夠多。中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員徐堅(jiān)說，在多數(shù)高端科研儀器領(lǐng)域，由于基礎(chǔ)薄弱，依賴進(jìn)口的局面仍沒有得到改善，研發(fā)和生產(chǎn)與國際先進(jìn)水平相比還有一定差距。

國產(chǎn)高端科研儀器研發(fā)還需跨越障礙

究竟是什么卡住了高端科研儀器國產(chǎn)化的脖子？

受訪者指出，高端科研儀器的開發(fā)往往要依托基礎(chǔ)研究上的進(jìn)步，而前期基礎(chǔ)研究不足，是阻礙國產(chǎn)高端科研儀器研發(fā)的重要因素。比如，獲得諾貝爾獎的PCR技術(shù)（一種用于放大擴(kuò)增特定的DNA片段的分子生物學(xué)技術(shù)）就推動了PCR儀的開發(fā)，顯著提升了研究效率。

同國外相比，我國對高端科研儀器的整體投資強(qiáng)度還不夠高。從創(chuàng)意、關(guān)鍵部件開發(fā)到搭建第一臺樣機(jī)，再到最終批量生產(chǎn)，高端科研儀器不僅需要巨額投資，還需要很長的時(shí)間周期?！坝捎诟叨丝蒲袃x器研制周期長、難度大、投入人力物力多、投資風(fēng)險(xiǎn)高，科研人員往往更愿意購買國外的先進(jìn)儀器，研發(fā)儀器的積極性不高。”張鳳說，“從事儀器研制的中小企業(yè)往往很難獲得風(fēng)險(xiǎn)投資基金的青睞?！?/p>

徐堅(jiān)說，高端科研儀器市場被國外大企業(yè)主導(dǎo)，留給國內(nèi)企業(yè)的份額本身就已很小，投入大收益小，一些中小企業(yè)自然不愿意做這生意。中科院大連化學(xué)物理研究所研究員傅強(qiáng)對此深有體會：“我們曾經(jīng)發(fā)展出一項(xiàng)技術(shù)，還與一家儀器企業(yè)合作，實(shí)現(xiàn)了工程化，生產(chǎn)出四五套，也投入使用了。但是后來這家企業(yè)發(fā)現(xiàn)市場不大，就不愿意投入很大的力量繼續(xù)做下去。”

已經(jīng)研制成功的國產(chǎn)儀器，也多少存在著“空心化”問題。年夫順說：“關(guān)鍵部件作為儀器設(shè)備的‘心臟，直接決定了儀器的技術(shù)含量。目前我國大多數(shù)儀器產(chǎn)品所用關(guān)鍵核心器部件，如CPU、光電倍增管、各種探測器和傳感器等，還需要依靠進(jìn)口?！?/p>

受訪者認(rèn)為，關(guān)鍵部件和基礎(chǔ)軟件國產(chǎn)能力不足，導(dǎo)致儀器整機(jī)廠家的利潤空間被壓縮，使國產(chǎn)儀器整機(jī)技術(shù)水平受限，市場認(rèn)可度不高，影響了行業(yè)的發(fā)展壯大;這種情況反過來又壓減了關(guān)鍵器部件的采購數(shù)量，難以形成產(chǎn)業(yè)鏈上的良性發(fā)展。

從需求側(cè)來看，國產(chǎn)高端科研儀器在實(shí)際推廣和應(yīng)用時(shí)，往往較難獲得用戶的信任。一方面，與國外成熟儀器相比，一些國產(chǎn)儀器在性能指標(biāo)和穩(wěn)定性、可靠性上存在差距;另一方面，一些科研人員受到研究習(xí)慣影響，如出于保持與已有文獻(xiàn)一致的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等考慮，往往會選擇國外品牌型號的儀器。

張鳳說：“國產(chǎn)高端科研儀器需要被給予更多‘容錯‘試錯的機(jī)會，如果國產(chǎn)儀器研發(fā)生產(chǎn)的單位得不到反饋，很難繼續(xù)改進(jìn)和完善?！?/p>

就像科學(xué)研究需要長期積累一樣，高端科研儀器的國產(chǎn)化也需要一個過程，不可能“一口吃成胖子”。“國外的高端科研儀器也是在多年的應(yīng)用中不斷成熟和完善起來的。”受訪者認(rèn)為，只要國家繼續(xù)加大支持力度，有關(guān)各方攜手攻堅(jiān)、持續(xù)努力，高端科研儀器國產(chǎn)化值得期待。