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

（1.中國(guó)生物技術(shù)發(fā)展中心，北京 100039；2.中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院，廣東深圳 518055；3.中國(guó)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(guò)程中需要使用的儀器設(shè)備的總稱，包括分子/細(xì)胞生物學(xué)儀器、微生物檢測(cè)儀器、植物/動(dòng)物生理生態(tài)儀器以及其他生命科學(xué)儀器設(shè)備。縱觀全球，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(dá)國(guó)家壟斷，雖然我國(guó)生命科學(xué)研究無(wú)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(lái)品”，研制和開發(fā)國(guó)產(chǎn)生命科學(xué)儀器刻不容緩。本文擬對(duì)我國(guó)生命科研儀器的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行初步探討。

1 國(guó)外生命科學(xué)儀器研發(fā)現(xiàn)狀

目前，美國(guó)、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(guó)公司，7 家來(lái)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(bào)告顯示，2017年全球生命科學(xué)儀器市場(chǎng)規(guī)模為544.9 億美元，2022年有望達(dá)到752.4億美元，預(yù)測(cè)復(fù)合年增長(zhǎng)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(xì)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?？傮w而言，發(fā)達(dá)國(guó)家的生命科學(xué)儀器開發(fā)具備較強(qiáng)的科技創(chuàng)新競(jìng)爭(zhēng)力，主要表現(xiàn)為：一是國(guó)外科學(xué)儀器行業(yè)重視源頭創(chuàng)新和高端設(shè)計(jì)，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(duì)較高，企業(yè)年銷售額用于創(chuàng)新研發(fā)的費(fèi)用相對(duì)充足；二是發(fā)達(dá)國(guó)家科學(xué)儀器知名企業(yè)大多與高校、研究院所、國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等科研機(jī)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(qiáng)勁，知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)出突出，發(fā)明專利申請(qǐng)量和授權(quán)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)企業(yè)；三是發(fā)達(dá)國(guó)家的金融服務(wù)機(jī)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(guó)生命科研儀器研發(fā)現(xiàn)狀

相比于發(fā)達(dá)國(guó)家，國(guó)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(jìn)口儀器展開市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)科技自主創(chuàng)新的需求不斷增加，我國(guó)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(cè)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(tái)鼓勵(lì)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(xiàng)規(guī)劃對(duì)生命科學(xué)儀器創(chuàng)新研究和制造進(jìn)行了頂層設(shè)計(jì)，為全面提升我國(guó)生命科學(xué)研究水平提供支撐[1]；上海市“科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”對(duì)接國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)，專項(xiàng)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(guó)生命科學(xué)儀器研發(fā)已獲得初步資助，國(guó)家科技計(jì)劃相繼啟動(dòng)支持了一些科學(xué)儀器的重大項(xiàng)目，如科技部重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)，以及近5年立項(xiàng)的國(guó)家自然科學(xué)項(xiàng)目中都涉及部分生命科學(xué)儀器研制的內(nèi)容。雖然各級(jí)政府對(duì)我國(guó)生命科學(xué)儀器的研發(fā)資助有限，暫時(shí)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(zhǎng)較快，專業(yè)人才與技術(shù)力量形成一定的儲(chǔ)備。隨著個(gè)體化醫(yī)療的蓬勃興起，我國(guó)相繼批準(zhǔn)了國(guó)產(chǎn)質(zhì)譜產(chǎn)品、基因測(cè)序儀及檢測(cè)試劑盒，并先后應(yīng)用到醫(yī)療系統(tǒng)。四是當(dāng)前人工智能、大數(shù)據(jù)和生命科學(xué)融合，基因組、干細(xì)胞等許多領(lǐng)域的突破，生命健康產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迎來(lái)前所未有的機(jī)遇。我國(guó)自行研發(fā)先進(jìn)生命科學(xué)儀器有望推動(dòng)我國(guó)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)與科技創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，未來(lái)有望革命性的改變我國(guó)生命科學(xué)研發(fā)的進(jìn)程。

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

我國(guó)生命科學(xué)儀器研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化程度與國(guó)外相比存在較大差距[3]。目前，我國(guó)生命科學(xué)儀器市場(chǎng)尤其是先進(jìn)精密儀器市場(chǎng)幾乎被發(fā)達(dá)國(guó)家所壟斷。究其原因，一是我國(guó)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(chǎng)空缺。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)進(jìn)口的光學(xué)顯微鏡單臺(tái)平均價(jià)格遠(yuǎn)高于出口顯微鏡，這充分表明國(guó)內(nèi)高端顯微鏡市場(chǎng)依賴于進(jìn)口產(chǎn)品。又如至今國(guó)內(nèi)沒(méi)有一家企業(yè)能生產(chǎn)觀察埃級(jí)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(guó)主要科研用戶使用的高檔、大型儀器設(shè)備基本依賴于進(jìn)口。根據(jù)科技部重點(diǎn)科技條件資源歷年數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)每年科研固定資產(chǎn)投資中，有60%的經(jīng)費(fèi)用于科學(xué)儀器設(shè)備進(jìn)口，而這些產(chǎn)品主要來(lái)自美國(guó)、德國(guó)和日本等國(guó)家[4]。我國(guó)每年購(gòu)買國(guó)外科學(xué)儀器設(shè)備整機(jī)的投入在400 億元以上[3]。2017年，科技部對(duì)部分生物醫(yī)學(xué)類國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室購(gòu)買的大型科研儀器設(shè)備進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，其總價(jià)值超過(guò)46 億元，但國(guó)產(chǎn)科學(xué)儀器不足1%。另?yè)?jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)三甲醫(yī)院所使用的高端光學(xué)顯微鏡幾乎都是來(lái)自德國(guó)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(guó)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?yàn)室分析檢測(cè)的色譜“芯”規(guī)?；a(chǎn)能力，在僅占20%的國(guó)產(chǎn)色譜儀器中，核心部件色譜柱大量依賴于進(jìn)口，更重要的是用于分析檢測(cè)和生物分離純化的色譜“芯”材料幾乎都是國(guó)外產(chǎn)品。

我國(guó)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(guó)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(guó)每年僅基因測(cè)序儀一項(xiàng)的進(jìn)口額就超過(guò)8 億元，而對(duì)第三代基因測(cè)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(guó)內(nèi)生命科學(xué)儀器主要以代理和銷售國(guó)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(jì)及工藝嚴(yán)重制約產(chǎn)業(yè)升級(jí)，產(chǎn)品可靠性、易用性不強(qiáng)，用戶對(duì)高端國(guó)產(chǎn)儀器的認(rèn)可度較低。三是生命科學(xué)儀器“空心化”問(wèn)題嚴(yán)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(wú)法國(guó)產(chǎn)化，如激光器、質(zhì)譜四極桿、小型分子泵等。四是我國(guó)目前尚無(wú)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(biāo)準(zhǔn)體系還有待進(jìn)一步完善。

4 加快我國(guó)生命科學(xué)儀器研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的幾點(diǎn)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(jì)結(jié)構(gòu)。當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展已進(jìn)入速度變化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和動(dòng)力轉(zhuǎn)換的新常態(tài)[5]。推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)提質(zhì)增效、轉(zhuǎn)型升級(jí)，迫切需要依靠科技創(chuàng)新培育發(fā)展新動(dòng)力。同時(shí)與進(jìn)入創(chuàng)新型國(guó)家行列和建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)的要求相比，我國(guó)科技創(chuàng)新正處于可以大有作為的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期，當(dāng)然也面臨進(jìn)一步拉大差距的風(fēng)險(xiǎn)[6]。顯然長(zhǎng)期使用各種進(jìn)口科研儀器不僅消耗大量的外匯，而且會(huì)使得我國(guó)科研工作長(zhǎng)期受制于他國(guó)，因此發(fā)展國(guó)產(chǎn)生命科學(xué)儀器勢(shì)在必行。

（1）開展前瞻性研發(fā)部署，明確重點(diǎn)研發(fā)方向。圍繞我國(guó)科技創(chuàng)新、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)生命科學(xué)儀器設(shè)備的迫切需求和重大戰(zhàn)略目標(biāo)，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(diǎn)布局生物組成與成分分析儀器、生物構(gòu)象與結(jié)構(gòu)測(cè)量?jī)x器、生物活動(dòng)與功能檢測(cè)儀器、生物反應(yīng)與過(guò)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(jìn)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(guó)在生命科學(xué)儀器領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展能力和核心競(jìng)爭(zhēng)力。

（2）堅(jiān)持需求導(dǎo)向和問(wèn)題導(dǎo)向，創(chuàng)新項(xiàng)目布局模式。一方面，面向我國(guó)生命科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研需求，對(duì)量大面廣的儀器進(jìn)行梳理與分析，重點(diǎn)部署開發(fā)出一批重大通用生命科學(xué)儀器產(chǎn)品，通過(guò)攻克儀器核心技術(shù)，形成具有自主知識(shí)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(guó)重點(diǎn)行業(yè)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的特殊需求，重點(diǎn)部署開發(fā)一批專業(yè)重大生命科學(xué)儀器產(chǎn)品，通過(guò)學(xué)科交叉和重點(diǎn)攻關(guān)，大幅提高我國(guó)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(shí)現(xiàn)對(duì)生物制藥、生物制造、食藥質(zhì)量安全、國(guó)家安全等國(guó)家重大戰(zhàn)略的支撐，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和社會(huì)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(xiàng)目中有部署外，我國(guó)還沒(méi)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(qiáng)試劑分級(jí)體系、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量管理認(rèn)證體系、溯源管理體系的建設(shè)，有效地推進(jìn)國(guó)產(chǎn)生命科學(xué)試劑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（4）加強(qiáng)自主創(chuàng)新，注重科學(xué)儀器可靠性提升。國(guó)產(chǎn)生命科學(xué)儀器具有價(jià)格低、售后用戶服務(wù)方便、零配件供應(yīng)快速等優(yōu)點(diǎn)，但國(guó)產(chǎn)生命科學(xué)儀器大多產(chǎn)品細(xì)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(wèn)題。我國(guó)一些儀器生產(chǎn)廠家重設(shè)計(jì)輕工藝，有實(shí)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(guó)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(jìng)爭(zhēng)以及儀器可靠性差、壽命短等問(wèn)題[8]；如何才能使我國(guó)生命科學(xué)儀器研究、設(shè)計(jì)、制造水平提高到可與進(jìn)口儀器相互競(jìng)爭(zhēng)的高度；如何既可以滿足國(guó)內(nèi)生命科學(xué)儀器市場(chǎng)大部分需求，又可以走出去搶占國(guó)際市場(chǎng)。建議加強(qiáng)企業(yè)自主創(chuàng)新，從設(shè)計(jì)、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(rèn)證。

（5）優(yōu)化我國(guó)生命科學(xué)儀器健康發(fā)展的政策生態(tài)環(huán)境。為國(guó)產(chǎn)生命科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)化健康發(fā)展提供一個(gè)優(yōu)良的政策生態(tài)環(huán)境，可將國(guó)產(chǎn)生命科學(xué)儀器納入我國(guó)政府采購(gòu)自主創(chuàng)新產(chǎn)品清單、建立支持生命科學(xué)儀器首臺(tái)套政府采購(gòu)及國(guó)產(chǎn)科學(xué)儀器設(shè)備優(yōu)惠采購(gòu)政策，完善我國(guó)進(jìn)口生命科學(xué)儀器的免稅政策、制定國(guó)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(guó)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(kuò)大國(guó)際與地區(qū)合作，加強(qiáng)研發(fā)成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。我國(guó)需要與發(fā)達(dá)國(guó)家高校、企業(yè)等研究機(jī)構(gòu)積極開展人才培養(yǎng)、人才引進(jìn)、技術(shù)交流合作。積極參與并適時(shí)發(fā)起和組織國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃和大科學(xué)工程，促進(jìn)國(guó)際技術(shù)轉(zhuǎn)移，以及向“一帶一路”國(guó)家的技術(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，深化與沿線國(guó)家的交流合作。推進(jìn)國(guó)際互認(rèn)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，推進(jìn)與生物領(lǐng)域大型跨國(guó)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(jī)構(gòu)和企業(yè)到國(guó)外建立研究開發(fā)機(jī)構(gòu)，加強(qiáng)對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化、吸收和再創(chuàng)新[10]，全方位提升我國(guó)生命科學(xué)儀器研發(fā)水平。

5 結(jié)語(yǔ)

新時(shí)代，切實(shí)推進(jìn)我國(guó)生命科學(xué)儀器的創(chuàng)新發(fā)展，不僅能夠降低我們對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家的依賴程度而且可以走出國(guó)門，搶占國(guó)際市場(chǎng)。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(qiáng)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(zhǎng)期合作機(jī)制，大力鼓勵(lì)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(diǎn)研發(fā)方向；其二，堅(jiān)持需求導(dǎo)向和問(wèn)題導(dǎo)向，創(chuàng)新項(xiàng)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(qiáng)自主創(chuàng)新，注重可靠性提升；其五，優(yōu)化我國(guó)生命科學(xué)儀器健康發(fā)展的政策生態(tài)環(huán)境；其六，擴(kuò)大國(guó)際與地區(qū)合作，加強(qiáng)研發(fā)成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。為應(yīng)對(duì)國(guó)家生命科學(xué)儀器的未來(lái)重大戰(zhàn)略需求，各方發(fā)揮自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，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(shí)現(xiàn)我國(guó)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。