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當(dāng)今科技儀器為何受到高度關(guān)注

對科學(xué)儀器學(xué)科和產(chǎn)業(yè)的一些新認(rèn)知

http://bfqmb.cn 2007-09-18 17:55 來源:中國儀器儀表學(xué)會 中國農(nóng)科院 中國分析測試協(xié)會

  科技日報于3月2日以醒目標(biāo)題發(fā)表了科技部劉燕華副部長的長篇專論《將科學(xué)儀器設(shè)備自主創(chuàng)新擺在科技工作的突出位置》,提出科學(xué)儀器是科技創(chuàng)新和經(jīng)濟社會發(fā)展的基石和重要保障,為創(chuàng)新型國家建設(shè)提供有力支撐。由此聯(lián)想到以王大衍,盧嘉錫,金國藩等院士為首的兩院院士,曾9次(1995年,1996年,2000年三次,2003年,2004年二次和2005年)向國務(wù)院提出有關(guān)振興我國儀器儀表,科學(xué)儀器的建議與呼吁,受到了國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)高度重視,作了多次重要批示。在院士們呼吁和國家領(lǐng)導(dǎo)人推動下,儀器儀表學(xué)科和產(chǎn)業(yè)中的科學(xué)儀器方面有了一系列舉措,科技部把科學(xué)儀器研發(fā)列入“九五”“十五”國家科技攻關(guān)重大項目,和“十一五”國家科技支撐計劃重大項目,中科院也設(shè)立了科學(xué)儀器研發(fā)專項,國家發(fā)改已將科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)化列為高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專項,而且科學(xué)儀器研發(fā)也列入了我國,《國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要》(2006—2020年)中。2006年國務(wù)院《關(guān)于加快振興裝備制作業(yè)的若干意見中》,將關(guān)鍵精密測試儀器列為主要任務(wù)和實現(xiàn)重點突破的16項任務(wù)之一。此處近十年來在我國“自然科學(xué)基金”,“863”和“973”計劃中都陸續(xù)安排了不少有關(guān)科學(xué)儀器基礎(chǔ)研究和機理探索的課題。作為此學(xué)界,業(yè)界中的一員,既為此而興奮,也感到了我國在這方面的宏觀決策上和社會普遍認(rèn)識都滯。后了一大步。因為國內(nèi)外許多著名的科學(xué)家對此早就提出精辟的論點,1991年若貝爾獎得于R,R,Ernst指出,現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步越來越依靠儀器的發(fā)展,王大衍院士指出“機器是改造世界的工具,儀器是認(rèn)識世界的工具”。
  一、 發(fā)達(dá)國家都把發(fā)展科學(xué)儀器作為國家發(fā)展戰(zhàn)略
  國外很早就把發(fā)展科學(xué)儀器作為國家發(fā)展戰(zhàn)略,發(fā)達(dá)國家都制定了各自的發(fā)展戰(zhàn)略并鎖定了目標(biāo),有專門的投入,已成為有意識,有改策,有目標(biāo)的政府行為。如美國,其總體目標(biāo)是:長虹保持美國在科學(xué)儀器領(lǐng)域得到領(lǐng)先地位,其措施除了通過政府大力鼓勵各大儀器公司加大研發(fā)的投,國家還通過兩個基金會(NSF)和(NIH)扶助各大公司研發(fā)科學(xué)儀器。連美國能源部國防部每年都有大量資金投入有明確目標(biāo)要求的科學(xué)儀器研發(fā)。日本2002年制訂了高精密科學(xué)儀器振興計劃,從 2004起斥巨資研發(fā)科學(xué)儀器。歐盟在“第六框架計劃(2002-2006年)中將科學(xué)儀器和基礎(chǔ)設(shè)施列為第五重點內(nèi)容。歐盟在“第七框架計劃”(2007-2013年)、斥資41億歐元,用于研發(fā)大型科學(xué)儀器與設(shè)施。英國科學(xué)技術(shù)辦公室(OST)建立了科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施和科學(xué)儀器投資機制。加拿大自然科學(xué)工程研究理事會(NSFRC)制定了“研究工具、儀器和設(shè)施計劃”。
  各發(fā)達(dá)國家都把研發(fā)先進(jìn)的大型科學(xué)儀器和實施,構(gòu)建世界先進(jìn)的科技發(fā)展平臺,再上升為創(chuàng)造世界一流的科研成果,進(jìn)而推動科技進(jìn)步和社會、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持發(fā)展,形成一個不斷上升和發(fā)展的軌道,這已成為一個規(guī)律。
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  二、 科學(xué)儀器在科技、經(jīng)濟、社會發(fā)展和國家安全中的作用與地位
  以上是一些宏觀的溯源和回顧,那么更具體的、實在的思考為什么科學(xué)儀器如此重要呢?也即科學(xué)儀器在科技、社會經(jīng)濟發(fā)展和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用與地位如何?我認(rèn)為可從以下三個層面中尋找答案。
 ?。ㄒ唬W(xué)儀科器是科技發(fā)展與科技創(chuàng)新的重要前提和根本保障
  對此不僅國外有許多著名科學(xué)家有過精辟的論點,我國一批頂級科學(xué)家也有許多精辟的論述:例如中科院院長、陸?zhàn)菏刻岢觯骸案慊A(chǔ)研究如果總是靠國外現(xiàn)代的先進(jìn)儀器,這樣只能做一些與國外類似的研究,難進(jìn)入真正的創(chuàng)新”。師昌緒院士指出:“買來的設(shè)備已是強駑之末,難以作出開創(chuàng)性工作”。張香桐院士說:“創(chuàng)建性的科學(xué)思維導(dǎo)致行進(jìn)儀器的創(chuàng)制”。中科院化學(xué)部一批院士呈報國務(wù)院“關(guān)于大力加強我國科學(xué)儀器自主研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化能力,實施‘張衡工程’的建議”中提出:誰掌握了科學(xué)儀器創(chuàng)新的主動權(quán),誰就掌握了科學(xué)研究原始創(chuàng)新的關(guān)鍵手段,更重要的是,誰就具備了提升重大裝備制造業(yè),尤其是控制及操作系統(tǒng)創(chuàng)新能和的基礎(chǔ)。上述論述的有力佐證之一的就是100多年來諾貝爾獎中有68.4%的物理獎、74.6%的化學(xué)獎和90%的生物獎是借助各種先進(jìn)的科學(xué)儀器完成的。也有資料從另外角度來的分析100年諾貝爾獎,其中有1/3是屬于理論基礎(chǔ)性創(chuàng)造,1/3是有關(guān)科學(xué)研究方法、機理的創(chuàng)造,這些又推動了科學(xué)儀器的創(chuàng)新。
 ?。ǘ┛茖W(xué)儀器是社會發(fā)展和國家安全的技術(shù)支撐
  社會發(fā)展到現(xiàn)代,人們最為關(guān)注的是公共安全問題:食品安全、衛(wèi)生防疫安全、環(huán)境與生態(tài)安全、生產(chǎn)安全、重大自然災(zāi)害監(jiān)測與防御等等。這些公共安全問題的檢測、檢驗和分析技術(shù)手段和技術(shù)支撐是科學(xué)儀器,對科學(xué)儀器具有巨大的需求與寄托。據(jù)國家各部門的發(fā)布通知和公告,為建設(shè)“全國產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測檢驗體系”將投入58億元;質(zhì)檢、商檢、衛(wèi)生等部門和領(lǐng)域為建立與食品安全檢測檢驗體系有關(guān)的投資,據(jù)不完全統(tǒng)計,總額也在 100多億元以上;建設(shè)“全國動物防交通崗體系”將投入80多億元;建設(shè)“全國疾病予防控制體系”、“新藥開發(fā)體系”、“藥檢體系”的投入也在100多億元以上與生;為建設(shè)“環(huán)保與生態(tài)環(huán)境檢測體系”,“生產(chǎn)安全”保障體系(特制是礦井),“重大自然災(zāi)害監(jiān)測體系”、“全國商品質(zhì)檢體系”、“進(jìn)出口檢疫體系”“國家科技基礎(chǔ)平臺建設(shè)”、“高校建設(shè)”等等體系的建設(shè),每一項投入都在幾十億以上,而這些投入的70%-80%是用來購置各科學(xué)儀器的。
  至于國防安全對科學(xué)儀器的需求,劉部長旁引了海灣戰(zhàn)爭和美伊戰(zhàn)爭的例子,武器確實就是精密的科學(xué)儀器。在國內(nèi)安全方面的公、檢、法對科學(xué)儀器的需求也相當(dāng)驚人,雖不知具本數(shù)據(jù),但我參觀過兩個物證、罪證檢定實驗室,清一色是現(xiàn)代化科學(xué)儀器。
  綜上所述,毫不夸張地說,科學(xué)儀器確是保障社會穩(wěn)定發(fā)展和國家安全的技術(shù)支撐。

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 ?。ㄈ┛茖W(xué)儀器在經(jīng)濟發(fā)展、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用與地位
  我感到中科院士在建議實施‘張衡工程’的建議中指出的:“誰掌握了科學(xué)儀器創(chuàng)新的主動權(quán)、誰就具備了提升重在裝備制造業(yè)、尤其是控制及操作系統(tǒng)創(chuàng)新能國的基礎(chǔ)”是很有道理的。劉部長的專論中指出“在現(xiàn)代化生產(chǎn)中,雖然各種測量與控制儀器儀表通常僅占化工廠、鋼鐵廠等固定資產(chǎn)的 15%左右,但正是這些科學(xué)儀器決定著產(chǎn)品的品質(zhì)和水平,決定著這些企業(yè)產(chǎn)品競爭力?!眱x器儀表學(xué)會有眾多面向工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動化儀器儀表分支學(xué)科和產(chǎn)業(yè),但我想大家一定會比我這個在自動化儀器儀表方面的初學(xué)者更了解到“在線分析儀器”或更確切地稱這為“生產(chǎn)全程自動化質(zhì)控體系”,在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中飛速突起和快速發(fā)展.這個新概念可理解為科學(xué)分析測試儀器和自動化儀器儀表的高度的有機結(jié)合,據(jù)說“在線分析儀器”以每年30%以上速度大幅增長,并已超過DCS的投入。所以科學(xué)儀器進(jìn)入工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的趨勢將是大為可觀!
 ?。ㄋ模┮粋€科學(xué)方法機理的發(fā)展,導(dǎo)致科學(xué)儀器創(chuàng)新,促成使學(xué)科和產(chǎn)業(yè)及企業(yè)發(fā)展的故事
  如今大家從醫(yī)療診斷,親子檢定、罪證與物證檢定,食品安全、新藥開發(fā)和藥檢、環(huán)保與生態(tài)監(jiān)測、農(nóng)牧業(yè)育種等眾多涉及生命科學(xué)領(lǐng)域,都聽到過基因(DNA)檢定、檢測。但能實現(xiàn)這一大步,應(yīng)歸功于體外基因擴增,否則僅靠從一點點原樣品中分離、純化出極微量DNA,是難于實現(xiàn)基因檢測的,所以基因擴增機理的發(fā)現(xiàn),儀器的創(chuàng)新,很快地得到極廣泛的應(yīng)用,導(dǎo)致引發(fā)一場有數(shù)位諾貝爾得主出場的,被戲稱為世界級的官司,其有趣的要點:
  1.維斯WEISS(1968年)斯密斯SMITH(1970)和柯勒納KHORANA(1971年)提出了基因復(fù)制,擴增的思路和機理,尤其是柯勒納提出的體外變性、引物雜交、聚合酶延伸,可不斷地復(fù)制,擴增基因,但當(dāng)時因引物合成和DNA測序困難,該設(shè)想和機理漸被人遺忘。
  2.約15年后的1985年,塞特斯(CETUS)公司年輕的科學(xué)家謬?yán)梗∕ULLIS)在偶然靈感的啟迪下,發(fā)明了聚合酶鏈反應(yīng)(PilymeraseChain,PCR),使得前面提到的柯勒納設(shè)想和機理付諸實現(xiàn)。謬?yán)沟瘸跗诮⒌腜CR方法僅采用三種溫度的水浴鍋。1988年塞克等將耐熱的聚合酶引入PCR,擴增的特異性和效率聚增,同時也推出自動化的三階段梯、精確升降溫控的PCR儀,1987年獲美國專利權(quán),1990年通過商標(biāo)復(fù)核。
  3.PCR儀和方法很快風(fēng)行于生命科學(xué)相關(guān)的眾多領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè),此時杜邦公司也生產(chǎn)PCR儀,并看好PCR技術(shù)的廣寬的市場前景,所以向當(dāng)時還是小公司的塞特斯公司發(fā)難,提出訴訟,認(rèn)為此專利權(quán)應(yīng)授于諾貝爾獎的得主,即上面提到過的柯勒納,因他在1971年即發(fā)表了PCR技術(shù)的機理、方法,并提出了論文和科研基金申請書等物證、且有諾貝爾獎得主Kombeng及Khorana七十年代學(xué)生出庭作證。塞特斯公司也不示弱,也提供了二位諾貝爾獎得主Smith和Klug的證詞。
  4.對于機理由一個科學(xué)家發(fā)現(xiàn)和提出,而據(jù)此機理設(shè)計和創(chuàng)立的儀器和技術(shù)由另一科學(xué)家完成的科技成果應(yīng)歸屬誰,爭論和審理了數(shù)月,最舊金山地方法院判決杜邦公司敗訴。即PCR機理是諾貝爾獎得主的,而PCR儀的專利權(quán)是屬塞特斯公司的。有趣的是、塞特斯公司的年輕科學(xué)家謬?yán)褂捎谒赑CR儀和技術(shù)方面的杰出貢獻(xiàn),也于1993年度獲得諾貝爾獎。
  5.此后塞特斯公司名氣大振,財氣大盛,高價被ROCHE公司收購,又構(gòu)成PE—ROCHE聯(lián)盟,進(jìn)而又成為PE中的主力,這批搞生物技術(shù)儀器的人士逐漸成為PE集團中的掌權(quán)派,最后反把PE公司中的分析儀器部門賣了,其自身組成今日美國應(yīng)用生生物系統(tǒng)集團(我ABI),而PE中被賣掉的分析儀器部門經(jīng)重組、成為集分析儀器和生命科學(xué)儀器為一體的珀金埃樂墨集團,至今形成兩個年銷售額均為十億美元的科學(xué)儀器大集團。

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  以上事例的啟迪,我感到有5點:
 ?。?) 科學(xué)研究方法和機理(或稱技術(shù)思路)是由各學(xué)科自身發(fā)展所引發(fā)的,甚至可以說是逼出來的。
 ?。?) 科學(xué)研究方法和機理是科學(xué)儀器創(chuàng)新的理論基礎(chǔ)。
  (3) 二者是互動的,并不斷地完善。作為科學(xué)儀器廠家要善于及時捕捉和運用新發(fā)現(xiàn)的機理,進(jìn)而物化為新儀器。
 ?。?) 完善的科學(xué)儀器和科學(xué)研究方法又為該學(xué)科的發(fā)展起到推動作用,進(jìn)而推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)。
 ?。?) 要把我國強于和善于模仿的思維方式,上升為標(biāo)新立異方式。創(chuàng)新為上的思維方式。
  
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