当今科学仪器为何受到高度关注.doc

当今科学仪器为何受到高度关注对科学仪器学科和产业的一些新认知蒋士强（中国仪器仪表学会 中国农科院 中国分析测试协会）科技日报于3月2日以醒目标题发表了科技部刘燕华副部长的长篇专论将科学仪器设备自主创新摆在科技工作的突出位置，提出“科学仪器是科技创新和经济社会发展的基石和重要保障”，“为创新型国家建设提供有力支撑。”。由此联想到以王大珩、卢嘉锡、金国藩等院士为首的二院院士，曾9次（1995年、1996年、2000年三次、2003年、2004年二次和2005年）向国务院提出有关振兴我国仪器仪表、科学仪器的建议与呼吁，受到了国务院领导高度重视、作了多次重要批示。在院士们呼吁和国家领导人推动下、仪器仪表学科和产业中的科学仪器方面有了一系列举措，科技部把科学仪器研发列入“九、五”“十、五”国家科技攻关重大项目、和“十一、五”国家科技支撑计划重大项目，中科院也设立了科学仪器研发专项，国家发改委已将科学仪器产业化列为高技术产业化专项，而且科学仪器研发也列入我国国家中长期科技发展规划纲要（20062020年）中。2006年国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见中、将“关键精密测试仪器”列为主要任务和实现重点突破的16项任务之一。此外近十来年在我国“自然科学基金”、“863”和“973”计划中都陆续安排了不少有关科学仪器基础研究和机理探索的课题，以最近公布的国家重点基础研究发展计划（973计划）重点支持方向的十二大领域（计划）为例，其中有不少属于科学仪器范畴的项目如： 在（三）、信息领域中，就安排了太赫兹器件和微纳米传感器；在（七）、综合交叉领域中，就安排了生命科学仪器设备和微流控技术；在（九）、蛋白蛋组学研究领域中，安排了蛋白质分离鉴定仪器设备、液质联用仪、电镜、X射线衍射仪，核磁共振仪等；在（十一）、纳米研究领域中，安排了纳米技术在污染、环境治理与检测，疾病诊断等方面的科学仪器的机理研究。此外还有不少中央财政专项如：生物芯片技术与仪器、数字化医疗生命科学仪器和一系列属于国防和国家安全方面的科学仪器设备研发专项。对于近十来年凸显出对科学仪器高度重视引起我深思。作为此学界、业界中的一员，既为此而兴奋，也感到我国在这方面的宏观决策上和社会普遍认识都滞后了一大步。因为国内外许多著名的科学家对此早就提出精辟的论点，1991年诺贝尔奖得于R、R、Ernst指出，“现代科学的进步越来越依靠仪器的发展”，王大珩院士指出“机器是改造世界的工具、仪器是认识世界的工具”。有趣的是中科院第一任器材处处长竟是大科学家钱临照，而后成立的科学器材局长是大名鼎鼎的汪德照院士，62年成立了以物理学家吴有训副院长为首的科学仪器委员会，并创办了科学仪器刊物。一、发达国家都把发展科学仪器作为国家发展战略其实国外早就把发展科学仪器作为国家发展战略，发达国家都制定了各自的发展战略并锁定了目标，有专门的投入，已成为有意识、有改策、有目标的政府行为。如美国、其总体目标是：保持美国在科学仪器领域的领先地位，其措施除了通过政策大力鼓励各大仪器公司加大研发的投入外，国家还通过两个基金会（NSF和NIH）扶助各大公司研发科学仪器。连美国能源部、国防部每年都有大量资金投入有明确目标要术的科学仪器研发。日本2002制订了高精密科学仪器振兴计划，从2004起斥巨资研发科学仪器。欧盟在“第六框架计划（2002-2006年）中将科学仪器和基础设施列为第五重点内容。欧盟在“第七框架计划”（2007-2013年）、斥资41亿欧元，用于研发大型科学仪器与设施。英国科学技术办公室（OST）建立了科学基础设施和科学仪器投资机制。加拿大自然科学与工程研究理事会（NSFRC）制定了”研究工具、仪器和设施计划。各发达国家都把研发先进的大型科学仪器和实施，构建世界先进的科技发展平台，再上升为创造世界一流的科研成果，进而推动科技进步和社会、工农业生产持续发展，形成一个不断上升和发展的轨道，这已成为一个规律。二、科学仪器在科技、经济、社会发展和国家安全中的作用与地位以上是一些宏观的溯源和回顾，那么更具体的、实在的思考为什么科学仪器如此重要呢！也即科学仪器在科技、社会经济发展和工农业生产中的作用与地位如何！我认为可从以下三个层面中寻找答案。（一）、科学仪器是 科技发展与科技创新的重要前提和根本保障对此不仅国外有许多著名科学家有过精辟的论点，我国一批顶级科学家也有许多精辟的论述：例如中科院院长、陆甬祥院士指出：“搞基础研究如果总是靠国外现代的先进仪器，这样只能做一些与国外类似的研究，难进入真正的创新”。师昌绪院士指出：“买来的设备已是强弩这未，难以作出开创性工作“。张香桐院士说：”创造性的科学思维导致先进仪器的创制”。中科院化学部一批院士呈报国务院“关于大力加强我国科学仪器自主研发和产业化能力，实施张衡工程的建议”中提出：“谁掌握了科学仪器创新的主动权，谁就掌握了科学研究原始创新的关键手段，更重要的是，谁就具备了提升重大装备制造业，尤其是控制及操作系统创新能力的基础”。上述论述的有力佐证之一就是100多年来诺贝尔奖中有68.4%的物理奖，74.6%的化学奖和90%的生物奖是借助各种先进的科学仪器完成的。也有资料从另外角度分析100年来的诺贝尔奖，其中有1/3是属理论基础性创建，有1/3是属重大新的科学仪器创造，1/3是有关科学研究方法、机理的创造，这些又推动了科学仪器的创新。（二）、科学仪器是社会发展和国家安全的技术支撑社会发展到现代，人们最为关注的是公共安全问题：食品安全、卫生防疫安全、环境与生态安全、生产安全、重大自然灾害监测与防御等等。这些公共安全问题的检测、检验和分析的技术手段和技术支撑是科学仪器，对科学仪器具有巨大的需求与寄托。据国家各部门的发布通知和公告，为建设“全国农产品质量安全检测检验体系”将投入58亿元；质检、商检、卫生等部门和领域为建立与食品安全检测检验体系有关的投资，据不完全统计、总额也在100多亿元以上；建设“全国动物防疫体系”将投入80多亿元；建设“全国疾病予防控制体系”、“新药开发体系”“药检体系”的投入也在100多亿以上；为建设“环保与生态环境检测体系”、“生产安全”保障体系（特制是矿井），“重大自然灾害监测体系”“全国商品质检体系”“进出口检疫体系”“国家科技基础平台建设”，“高校建设”等等体系的建设，每一项投入都在几十亿以上，而这些投入的70-80%是用来购置各种科学仪器的。致于国防安全对科学仪器的需求，刘部长旁引了海湾战争和美伊战争的例子，武器确实就是精密的科学仪器。在国内安全方面的公、检、法对科学仪器需求也相当惊人，虽不知具体数据，但我参观过2个物证、罪证检定实验室，清一色是现代化科学仪器。综上所述，毫不誇张地说，科学仪器确是保障社会稳定发展和国家安全的技术支撑。（三）、科学仪器在经济发展、工农业生产中的作用与地位我感到中科院院士在建议实施张衡工程的建议中指出的：“谁掌握了科学仪器创新主动权、谁就具备了提升重大装备制造业、尤其是其控制及操作系统创新能力的基础”是很有道理的。刘部长的专论中指出“在现代化生产中，虽然各种侧量与控制仪器仪表通常仅占化工厂、钢铁厂等固定资产的15%左右，但正是这些科学仪器决定着产品的品质和水平，决定着这些企业产品竟争力”。仪器仪表学会有众多面向工农业生产的自动化仪器仪表分支学科和产业，但我想大家一定会比我这个在自动化仪器仪表方面的初学者更了解到“在线分析仪器“或更确切地称之为“生产全程自动化质控体系”，在工农业生产中飞速凸起和快速发展。这个新概念可理解为科学分析测试仪器和自动化仪器仪表的高度地有机结合，据说“在线分析仪器”以每年30%以上速度大幅度增长、并已超过DCS的投入。所以科学仪器进入工农业生产领域的趋势将是大为可观！（四）、一个科学方法机理的发现、导致科学仪器创新，促成使学科和产业及企业发展的故事如今大家从医疗诊断、亲子检定、罪证与物证检定、食品安全、新药开发和药检、环保与生态监测、农牧业育种等众多涉及生命科学领域，都听到过基因（DNA）检定、检测。但能实现这一大步，应归功于体外基因扩增，否则仅靠从一点点原样品中分离、纯化出极微量DNA，是难于实现基因检测的，所以基因扩增机理的发现，仪器的创新，很快地得到极广泛的应用，导致引发一场有数位诺贝尔奖得主出场的、被戏称为世界级的官司，其有趣的要点如下：1、维斯Weiss（1968年）斯密斯Smith（1970年 ）和柯勒纳Khorana（1971年）提出了基因复制、扩增的思路和机理，尤其是柯勒纳提出的体外变性、引物杂交、聚合酶延伸，可不断地复制、扩增基因，但当时因引物合成和DNA测序困难，该设想和机理渐被人遗忘。2、约15年后的1985年，塞特斯（Cetus）公司年轻的科学家谬利斯（Mullis）在偶然灵感的启迪下、发明了聚合酶链反应（Pilymerase Chain Reaction，PCR），使得前面提到的柯勒纳设想和机理付诸实现。谬利斯等初期建立的PCR方法仅采用三种温度的水浴锅。1988年塞克Saiki等将耐热的聚合酶引入PCR，扩增的特异性和效率骤增，同时也推出自动化的三阶梯、精确升降温控的PCR仪，1987年获美国专利权，1990年通过商标复核。3、PCR仪和方法很快风行于生命科学相关的众多领域和产业，此时杜邦公司也生产PCR仪，并看好PCR技术的广宽的市场前景，所以向当时还是小公司的塞特斯公司发难，提出诉讼，认为此专利权应授于诺贝尔奖的得主、即上面提到过的柯勒纳（Khorana），因他在1971年即发表了PCR技术的机理、方法，并提出了论文和科研基金申请书等物证、且有诺贝尔奖得主Kombeng及Khorana七十年代学生出庭作证。塞特斯公司也不示弱，也提供了二位诺贝尔奖得主Smith和Klug的证词。4、对于机理由一个科学家发现和提出，而据此机理设计和创立的仪器和技术由另一科学家完成的科技成果应归属谁，争论和审理了数月，最旧金山地方法院判决杜邦公司败诉。即PCR机理是诺贝尔奖得主的，而PCR仪的专利权是属塞特斯公司的。有趣的是、塞特斯公司的年轻科学家谬利斯（Mullis）由于他在PCR仪和技术方面的杰出贡献、也于1993年度获得诺贝尔化学奖。5、此后塞特期公司名气大振、财气大盛，高价被ROCHE公司收购，又构成PE-ROCHE联盟、进而又成为PE中的主力，这批搞生物技术仪器的人士逐渐成为PE集团中的中的掌权派，最后反把PE公司中的分析仪器部门卖了，其自身组成今日的美国应用生生物系统集团（我国常称为ABI），而PE中被卖掉的分析仪器部门经重组，成为集分析仪器和生命科学仪器为一体的珀金埃乐默集团，至今形成二个年销售额均为数十亿