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

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

生命科學儀器是指生物技術與生命科學領域研發(fā)過程中需要使用的儀器設備的總稱，包括分子/細胞生物學儀器、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儀器設備?？v觀全球，開展生命科學研究需要的高端生命科學儀器幾乎全部被發(fā)達國家壟斷，雖然我國生命科學研究無論規(guī)模上還是質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)國產生命科學儀器刻不容緩。本文擬對我國生命科研儀器的研發(fā)與產業(yè)化進行初步探討。

1 國外生命科學儀器研發(fā)現狀

目前，美國、歐洲及日本在科學儀器產業(yè)規(guī)模及科技創(chuàng)新方面處于世界領先地位。根據《化學與工程新聞》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，預測復合年增長率為6.7%，其中光譜儀、色譜儀、基因導入儀、蛋白質純化系統、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儀器需求量很大?？傮w而言，發(fā)達國家的生命科學儀器開發(fā)具備較強的科技創(chuàng)新競爭力，主要表現為：一是國外科學儀器行業(yè)重視源頭創(chuàng)新和高端設計，企業(yè)研發(fā)人員中高學歷從業(yè)人員和技術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保持著密切合作，原始創(chuàng)新和成果轉化能力十分強勁，知識產權產出突出，發(fā)明專利申請量和授權量遠遠高于國內企業(yè)；三是發(fā)達國家的金融服務機構和融資渠道較為完善，各類政策保障及創(chuàng)新環(huán)境良好，科學儀器企業(yè)獲益匪淺。

2 我國生命科研儀器研發(fā)現狀

相比于發(fā)達國家，國內生命科學儀器產業(yè)起步較晚，技術理論創(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儀器的創(chuàng)新發(fā)展，逐步開展科學儀器設備及檢測技術的自主研究開發(fā)，已具備一定的發(fā)展基礎：一是各地先后出臺鼓勵性政策措施，引導生命科學儀器的創(chuàng)新發(fā)展?！笆濉鄙锛夹g創(chuàng)新專項規(guī)劃對生命科學儀器創(chuàng)新研究和制造進行了頂層設計，為全面提升我國生命科學研究水平提供支撐[1]；上海市“科技創(chuàng)新行動計劃”對接國家重大科學儀器設備開發(fā)，專項支持科學高性能色譜、光譜、質譜等重大科學儀器的研究。二是我國生命科學儀器研發(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儀器的重大項目，如科技部重大科學儀器設備開發(fā)專項，以及近5年立項的國家自然科學項目中都涉及部分生命科學儀器研制的內容。雖然各級政府對我國生命科學儀器的研發(fā)資助有限，暫時不能完全滿足生命科學儀器領域的研發(fā)需求，但是這些支持為該領域的前瞻性研究奠定了一定的基礎。三是部分生命科學儀器領域的發(fā)展成長較快，專業(yè)人才與技術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質譜產品、基因測序儀及檢測試劑盒，并先后應用到醫(yī)療系統。四是當前人工智能、大數據和生命科學融合，基因組、干細胞等許多領域的突破，生命健康產業(yè)的發(fā)展迎來前所未有的機遇。我國自行研發(fā)先進生命科學儀器有望推動我國生物技術產業(yè)與科技創(chuàng)新實現跨越式發(fā)展，未來有望革命性的改變我國生命科學研發(fā)的進程。

3 我國生命科學儀器研發(fā)和產業(yè)化中的差距和問題

我國生命科學儀器研發(fā)和產業(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儀器高端產品的開發(fā)上仍存在市場空缺。據統計，中國進口的光學顯微鏡單臺平均價格遠高于出口顯微鏡，這充分表明國內高端顯微鏡市場依賴于進口產品。又如至今國內沒有一家企業(yè)能生產觀察埃級精度蛋白質的透射式電鏡，而在幾十家顯微鏡生產企業(yè)中大部分以生產教學類顯微鏡為主，能生產共聚焦掃描、超分辨顯微鏡等高端顯微鏡的企業(yè)屈指可數。二是我國主要科研用戶使用的高檔、大型儀器設備基本依賴于進口。根據科技部重點科技條件資源歷年數據顯示，我國每年科研固定資產投資中，有60%的經費用于科學儀器設備進口，而這些產品主要來自美國、德國和日本等國家[4]。我國每年購買國外科學儀器設備整機的投入在400 億元以上[3]。2017年，科技部對部分生物醫(yī)學類國家重點實驗室購買的大型科研儀器設備進行了統計，其總價值超過46 億元，但國產科學儀器不足1%。另據不完全統計，目前我國三甲醫(yī)院所使用的高端光學顯微鏡幾乎都是來自德國蔡司、萊卡以及日本尼康、奧林巴斯公司的產品。三是高端生命科學儀器核心零部件供應主要分布在國外。例如，只有少數幾家歐美和日本公司具備生物制藥分離純化或實驗室分析檢測的色譜“芯”規(guī)?；a能力，在僅占20%的國產色譜儀器中，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品。

我國生命科學儀器研發(fā)及產業(yè)化面臨巨大挑戰(zhàn)。我國生命科學儀器的研發(fā)仍處于起步階段，主要表現在：一是生命科學儀器研發(fā)技術以跟跑為主，領跑、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的依賴度較大。二是有自主創(chuàng)新能力的領軍企業(yè)匱乏，產業(yè)基礎較為薄弱。國內生命科學儀器主要以代理和銷售國外產品為主，自主開發(fā)剛剛起步，深度精密制造、核心部件設計及工藝嚴重制約產業(yè)升級，產品可靠性、易用性不強，用戶對高端國產儀器的認可度較低。三是生命科學儀器“空心化”問題嚴重。由于關鍵材料、部件及產品技術壁壘高，工藝復雜，儀器研發(fā)所需的大量關鍵核心部件無法國產化，如激光器、質譜四極桿、小型分子泵等。四是我國目前尚無生命科學儀器的系統規(guī)劃和定義，與生命科學儀器相關的政策法規(guī)尚不健全，行業(yè)標準體系還有待進一步完善。

4 加快我國生命科學儀器研發(fā)及產業(yè)化的幾點建議

新一輪科技革命和產業(yè)變革正在重構全球創(chuàng)新版圖，重塑全球經濟結構。當前我國經濟發(fā)展已進入速度變化、結構優(yōu)化和動力轉換的新常態(tài)[5]。推進供給側結構性改革，促進經濟提質增效、轉型升級，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)展國產生命科學儀器勢在必行。

（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、社會和經濟發(fā)展對生命科學儀器設備的迫切需求和重大戰(zhàn)略目標，緊扣組分—結構—功能—操控一體化技術發(fā)展方向，在生命科學儀器領域突破一批關鍵共性技術，重點布局生物組成與成分分析儀器、生物構象與結構測量儀器、生物活動與功能檢測儀器、生物反應與過程操控儀器及其核心部件，支撐腦科學、合成生物學等新興學科發(fā)展，促進生物制藥、生物制造等戰(zhàn)略性新興產業(yè)的發(fā)展，提升我國在生命科學儀器領域的創(chuàng)新發(fā)展能力和核心競爭力。

（2）堅持需求導向和問題導向，創(chuàng)新項目布局模式。一方面，面向我國生命科學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儀器產品，通過攻克儀器核心技術，形成具有自主知識產權的高性能、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)重大生命科學儀器產品，通過學科交叉和重點攻關，大幅提高我國在生命科學戰(zhàn)略領域專業(yè)儀器的自主創(chuàng)新水平和自我裝備水平，實現對生物制藥、生物制造、食藥質量安全、國家安全等國家重大戰(zhàn)略的支撐，推動產業(yè)轉型升級和社會和諧發(fā)展[7]。

（3）加快生命科學儀器配套試劑的研發(fā)及產業(yè)化步伐。生命科學試劑是生命科學儀器研發(fā)與應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，我國還沒有系統地全面布局生命科學試劑，建議將配套試劑與生命科學儀器研發(fā)任務協同部署。加強試劑分級體系、技術標準與質量管理認證體系、溯源管理體系的建設，有效地推進國產生命科學試劑產業(yè)的發(fā)展。

（4）加強自主創(chuàng)新，注重科學儀器可靠性提升。國產生命科學儀器具有價格低、售后用戶服務方便、零配件供應快速等優(yōu)點，但國產生命科學儀器大多產品細節(jié)比較粗糙、系統不夠穩(wěn)定、使用壽命較短，其主要原因是生產制造問題。我國一些儀器生產廠家重設計輕工藝，有實力的科技工作者都不愿到生產最前端的工藝崗位。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。如何才能提高國產生命科學儀器水平和檔次，解決中低檔產品重復、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儀器研究、設計、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生命科學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，從設計、制造、質檢，環(huán)環(huán)緊扣，全方位提升，尤其需要重視生命科學儀器生產工藝、產品質檢以及儀器可靠性認證。

（5）優(yōu)化我國生命科學儀器健康發(fā)展的政策生態(tài)環(huán)境。為國產生命科學儀器產業(yè)化健康發(fā)展提供一個優(yōu)良的政策生態(tài)環(huán)境，可將國產生命科學儀器納入我國政府采購自主創(chuàng)新產品清單、建立支持生命科學儀器首臺套政府采購及國產科學儀器設備優(yōu)惠采購政策，完善我國進口生命科學儀器的免稅政策、制定國產科學儀器研發(fā)/生產企業(yè)稅收優(yōu)惠政策，建立國產生命科學儀器研發(fā)與產業(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)成果轉移轉化。我國需要與發(fā)達國家高校、企業(yè)等研究機構積極開展人才培養(yǎng)、人才引進、技術交流合作。積極參與并適時發(fā)起和組織國際大科學計劃和大科學工程，促進國際技術轉移，以及向“一帶一路”國家的技術轉移轉化，深化與沿線國家的交流合作。推進國際互認實驗室的建設，推進與生物領域大型跨國公司建立戰(zhàn)略伙伴關系，積極引導和支持有條件的科研機構和企業(yè)到國外建立研究開發(fā)機構，加強對引進技術的消化、吸收和再創(chuàng)新[10]，全方位提升我國生命科學儀器研發(fā)水平。

5 結語

新時代，切實推進我國生命科學儀器的創(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。生命科學儀器作為生命科學和生物技術戰(zhàn)略技術創(chuàng)新發(fā)展的重要工具，為避免關鍵技術受制于人，需要加強相關基礎科學研究創(chuàng)新研發(fā)、建立“政、產、學、研、用”長期合作機制，大力鼓勵和支持生命科學儀器和核心關鍵部件自主創(chuàng)新研發(fā)及示范應用。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，堅持需求導向和問題導向，創(chuàng)新項目布局模式；其三，加快生命科學儀器配套試劑的研發(fā)及產業(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)成果轉移轉化。為應對國家生命科學儀器的未來重大戰(zhàn)略需求，各方發(fā)揮自身的特點和優(yōu)勢，充分利用現有的基礎，尋求新的突破，協同攻關，早日實現我國生命科學儀器的創(chuàng)新研發(fā)和產業(yè)化的自主可控。