□ 孫欣欣

史建國在澳大利亞考察時留影

2015年7月，史建國組織了由山東省科學(xué)院與中國科學(xué)院沈陽分院共同舉辦的“生物傳感器技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇”，探討生物傳感器技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀和存在問題，明確生物傳感器技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，強調(diào)要加快推進(jìn)生物傳感器產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。2017年9月，史建國作為大會嘉賓參加了工業(yè)和信息化部組織的“名家芯思維”之“2017年生物傳感器產(chǎn)業(yè)化國際研討會”，并主持了生物傳感技術(shù)對話交流活動，共同探討我國生物傳感器產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)及存在問題。2017年10月，“首屆全國生物傳感、生物芯片及納米生物技術(shù)高端論壇”在佛山中歐中心召開，史建國作為大會嘉賓接受了《南方日報》專題采訪，提出要組建協(xié)同創(chuàng)興體系，建設(shè)生物傳感產(chǎn)業(yè)基地。2018年6月中旬，由山東省科學(xué)院生物研究所牽頭，聯(lián)合中國科學(xué)院5個研究所、北京大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)等12所高校的科研機構(gòu)，以及華大基因等6家企業(yè)在內(nèi)的25家傳感器行業(yè)“巨頭”，組建了中國生物傳感器制造創(chuàng)新中心。這一創(chuàng)新中心，將瞄準(zhǔn)生物傳感器領(lǐng)域的關(guān)鍵前沿難題，進(jìn)行交叉學(xué)科的“抱團”攻關(guān)，打造國家級的中試平臺。2019年5月，史建國作為大會主席之一，在濟南組織召開了“第二屆全國生物傳感、生物芯片與納米生物技術(shù)高端論壇（BBN China 2019）”，再次提出建設(shè)協(xié)同傳感創(chuàng)新中心和中試平臺的建議，得到與會專家的廣泛認(rèn)同。

作為創(chuàng)新中心的組織者和發(fā)起人之一，山東省科學(xué)院生物研究所所長，山東省生物傳感器重點實驗室主任史建國認(rèn)為，只有“抱團”，才能讓中國生物傳感器的發(fā)展迅速追趕甚至超越西方國家。

2018年與博科集團董事長甘宜梧（前排左一）在生物傳感技術(shù)創(chuàng)新中心成立座談會上

“在未來的5到8年時間，爭取讓中國的生物傳感器國際市場占有率從10%提高到20%，未來，我們的目標(biāo)是50%?！笔方▏劦轿磥頃r，擲地有聲。

這不會是一句隨便喊喊的口號，也不能是。

在過去的30年里，史建國致力于生物傳感器的技術(shù)研發(fā)。在他帶領(lǐng)下，山東省生物傳感器重點實驗室起草制定了我國第一個葡萄糖生物傳感器國家標(biāo)準(zhǔn)，先后研制出的葡萄糖、還原糖、乳酸等多種生化分析傳感器，不僅建立了生物傳感器在工業(yè)環(huán)境下運行的實驗方法、操作規(guī)程、配套試劑及培訓(xùn)服務(wù)體系，還徹底打破了國外技術(shù)壟斷。為我國生物傳感器技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。

如今，解決領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)難題與建立中試平臺，已經(jīng)成為史建國兩個最為重要的使命。

從起步到國際首創(chuàng)

“只要滴一滴汗，就可以測量人體10幾項的健康指標(biāo)?！痹诮忉屔飩鞲衅骶烤篂楹挝飼r，史建國用這樣的一句話形象地描述了它的神奇。他已經(jīng)不記得多少次向來訪者科普生物傳感器在現(xiàn)代科學(xué)體系中的“妙用”了。

“生物傳感器充當(dāng)著一個接收器和轉(zhuǎn)換器的角色，科學(xué)家們提取出動植物發(fā)揮感知作用的活性材料，比如生物組織、微生物、細(xì)胞器、酶、抗體等，再將這些生物元件感受到的持續(xù)有規(guī)律的信息轉(zhuǎn)換為人們可以理解的信息，通過光學(xué)、壓電、電化學(xué)、溫度、電磁等數(shù)據(jù)信息展示出來，為我們的科研和生產(chǎn)生活提供決策依據(jù)。”

國際上，生物傳感器起源于一種被稱之為“隔離式氧電極”的檢測方法，由美國教授Clark于1956年首次提出，1962年證實了葡萄糖氧化酶（GOD）與氧電極結(jié)合進(jìn)行葡萄糖測定的可行性，第一代生物傳感器應(yīng)運而生。從20世紀(jì)70年代中期至整個80年代，生物技術(shù)、生物電子學(xué)和微電子學(xué)不斷滲透、融合，使生物傳感器理論和方法不斷擴展，形成了生物傳感器學(xué)科領(lǐng)域。1990年，首屆世界生物傳感器學(xué)術(shù)大會在新加坡召開，標(biāo)志著生物傳感器已形成一個新興的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

1979年，下鄉(xiāng)插隊當(dāng)了兩年“知青”的史建國考上了大學(xué)，是典型的新三屆大學(xué)生。1988年研究生畢業(yè)后，他來到山東省科學(xué)院，從事藥物研究工作。

彼時，中國的生物傳感器領(lǐng)域的研究，才剛剛起步。史建國清晰記得，那時正值北京亞運會前夕，運動員經(jīng)常要用到一種叫作“血乳酸分析儀”的儀器，而在當(dāng)時，這一儀器只能向美國進(jìn)口，且價格高昂，儀器的關(guān)鍵部件就是固定化酶生物傳感器?！皩τ诋?dāng)時的中國來說，這就是典型缺乏自主研發(fā)實力的關(guān)鍵技術(shù)?！笔方▏f。

為了突破這一核心技術(shù)，山東省科學(xué)院集中當(dāng)時的科研力量進(jìn)行攻關(guān)。史建國也被調(diào)到了生物化學(xué)研究室，對生物傳感器技術(shù)進(jìn)行攻堅克難。史建國大學(xué)學(xué)的是生物學(xué)，研究生研究的是細(xì)胞生物，剛到山東省科學(xué)院時，他從事抗生素的研究。轉(zhuǎn)到生化研究室后，為了盡快適應(yīng)新的領(lǐng)域，他每天閱讀大量的資料，一邊學(xué)習(xí)，一邊完成研究室給他交代的工作。

史建國是個典型的“工作狂人”，工作和閑暇時間，幾乎都在實驗室里泡著，心里無時無刻不想著工作。如果實驗中有問題當(dāng)天沒解決，他就會睡不著。有時候半夜三四點醒來，突然就有了設(shè)計方案的想法和思路，為了保證第二天不會忘記，他都要拿紙筆記下來，才能安心地去休息。他說，自己的這些習(xí)慣，深受許多老院士們的影響。

1995年，年僅35歲的史建國成為生化研究室副主任。4年后，生化實驗室正式改名為生物傳感器重點實驗室。由于在生物傳感器研發(fā)和推廣中的成績，史建國彼時已被調(diào)去負(fù)責(zé)整個研究所的推廣工作。2007年，史建國回到生物傳感器重點實驗室擔(dān)任主任。

盡管史建國曾離開生物傳感器重點實驗室近10年，但一直與實驗室保持著緊密的聯(lián)系，也從未停止他在生物傳感器研發(fā)中的創(chuàng)新。

在過去30多年里，史建國參與或主持了多項國家和省市級科研項目，開創(chuàng)了SBA和SGD系列分析儀器產(chǎn)品，在我國食品、發(fā)酵、醫(yī)藥、化工、環(huán)保、科研和教學(xué)等多個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，獲得國家、省部及各類科技獎勵20余項。其中，SBA生物傳感器獲得國家技術(shù)發(fā)明獎三等獎，SGD還原糖測定系統(tǒng)為國際首創(chuàng)，起草制定了我國第一個葡萄糖生物傳感器國家標(biāo)準(zhǔn)，這也是我國目前唯一實現(xiàn)工業(yè)生物傳感器產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的科技成果。

從工業(yè)應(yīng)用到在線檢測

在過去多年的研究中，山東省科學(xué)院生物傳感器重點實驗室主要從事工業(yè)領(lǐng)域的生物傳感器研究和應(yīng)用工作，是我國唯一實現(xiàn)生物傳感器產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的科研單位。產(chǎn)品占國內(nèi)食品發(fā)酵市場95%以上(其余5%為進(jìn)口產(chǎn)品)，打破了國外技術(shù)封鎖。

作為山東省生物傳感器重點實驗室主任，史建國積極帶領(lǐng)生物傳感器團隊開展技術(shù)創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化工作。充分發(fā)揮生物傳感器的優(yōu)勢基礎(chǔ)，不斷開拓工業(yè)過程檢測技術(shù)領(lǐng)域，解決了生物過程生化參數(shù)檢測與優(yōu)化控制的技術(shù)瓶頸，取得了系列自主知識產(chǎn)權(quán)，打破了國外技術(shù)壟斷，獲多項省部級科技成果獎勵，為我國生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的科技進(jìn)步提供了先進(jìn)的技術(shù)支撐。5年來，通過科技服務(wù)生物傳感器團隊直接創(chuàng)收累計達(dá)3000多萬元，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。繼續(xù)保持了在工業(yè)生物傳感器研究和應(yīng)用方面的國內(nèi)領(lǐng)先地位，為我國生物傳感器技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。

生物傳感器是一個內(nèi)容廣泛、多學(xué)科介入和交叉的研究領(lǐng)域?！凹刃枰飳W(xué)，也要會分析化學(xué)材料，既要有機械加工電子器械的研究人員，也要有懂控制軟件設(shè)計和編程的人才。”山東省科學(xué)院生物傳感器重點實驗室之所以能夠始終占據(jù)中國生物傳感器研究及應(yīng)用領(lǐng)軍地位，正是因為其是一支多學(xué)科交叉的研究團隊。

史建國表示，山東省科學(xué)院生物研究所是偏向于應(yīng)用的科研機構(gòu)，科研成果既注重高精尖，也注重“接地氣”，在“論文導(dǎo)向”方面相對超脫。

在史建國看來，面向中國的工業(yè)發(fā)展，實驗室能做的還有更多。未來他將帶領(lǐng)團隊在環(huán)境、食品安全、醫(yī)療，以及可穿戴式生物傳感器領(lǐng)域，加快生物傳感器的技術(shù)轉(zhuǎn)化。

不僅如此，以前研發(fā)的生物儀器都是離線的，需要人工把樣品從車間拿到化驗池去。而現(xiàn)在，他要將生物傳感器搞成在線的系統(tǒng)，這意味著，在未來的生產(chǎn)車間，產(chǎn)品檢測可以與生物傳感器直接結(jié)合，通過人工智能自動取樣。

“現(xiàn)代工業(yè)體系需要很多傳感器，物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器。如果沒有傳感器，許多工業(yè)的自動化和智能化就無法實現(xiàn)?！?/p>

如今，史建國正帶領(lǐng)團隊，將生物傳感器往在線檢測、原位檢測、自動檢測的方向發(fā)展，把物理和化學(xué)的傳感器進(jìn)行信息技術(shù)集成，通過大數(shù)據(jù)平臺做分析，最終形成自動檢測、智能分析、智能控制的傳感體系。

而今，這一平臺性項目的建設(shè)已經(jīng)卓有成效。

牽頭組建協(xié)同創(chuàng)新體系

盡管山東省科學(xué)院在生物傳感器的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中已經(jīng)有了初步的探索和突破，然而不可否認(rèn)的一個事實是，中國生物傳感器在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展上遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國和北歐國家。

對此，史建國有著深刻的體會，“一直以來，中國在生物傳感核心器件的制造上仍相差甚遠(yuǎn)，許多都是靠我們手工做出來的?！笔方▏稳?，這就像烤比薩、做餡餅一樣，做完以后發(fā)表論文，感覺“很好吃”，但是里邊的成分、組合的排列等都沒有數(shù)據(jù)，全部靠手工摸索，下次再做就不一定能重復(fù)制造出來。

在生物傳感器的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用上，史建國舉了一個讓人捶胸頓足的例子。

20世紀(jì)90年代，中國科學(xué)院某研究所研發(fā)出了國際第一個SPR表面等離子體共振傳感器，申請了專利后交給一個儀器廠生產(chǎn)，生產(chǎn)出的儀器非常大，并且一直無法保證傳感器的穩(wěn)定性。后來，這個專利被輾轉(zhuǎn)賣到了國外廠家，多年過去，該國外廠家的產(chǎn)品在SPR傳感器領(lǐng)域成了國際“老大”，每年從中國獲利上百億元。

雖然SPR分析儀最早是中國人研制出來的，但我們企業(yè)受限于諸多因素，無法做出好的產(chǎn)品。我國為數(shù)眾多的生物傳感器研究機構(gòu)也都面臨著深入研究穩(wěn)定的生物傳感器，并把它們在實踐中應(yīng)用的困境。

盡管經(jīng)過這么多年的努力，中國的生物傳感器發(fā)展已經(jīng)有了很多優(yōu)勢，不僅有著國際上最多的生物傳感器研發(fā)團隊，實驗室遍布各大科研院所和大學(xué)，不亞于美國、澳大利亞、英國等西方國家，科研條件國際一流，而且中國在生物傳感器領(lǐng)域發(fā)表的高水平論文，如今也處于國際前列。

然而，論文的高質(zhì)量卻掩蓋不了制造水平的差距。史建國說，在核心器件與核心元件上，中國的生物傳感器發(fā)展仍存在著嚴(yán)重的掣肘問題?！霸趥鞲泻诵钠骷闹圃焖缴?，我們還差得非常遠(yuǎn)，這是我們的短板。生物元件如酶、蛋白、核酸等，我們還是要大量依靠進(jìn)口。雖然國內(nèi)也有企業(yè)能夠生產(chǎn)，但是性能卻不能和國外的產(chǎn)品相提并論。”

制造水平的差距，折射的仍然是中國的生物傳感器研究上相關(guān)學(xué)科無法有效融合、體制機制上各家科研工作自成體系的歷史性難題?！熬拖癫荒芪粘扇^的五指，分散了力量。”史建國說，早在20年前，這一問題就已經(jīng)被院士專家們關(guān)注，呼吁要加強交叉學(xué)科的協(xié)調(diào)，但卻收效甚微。

幸運的是，中國生物傳感器研發(fā)中交叉學(xué)科協(xié)調(diào)難的問題，終于迎來了一個歷史性的拐點，中國生物傳感器制造創(chuàng)新中心在史建國的呼吁下終于成立。

史建國說，如果能夠利用好創(chuàng)新中心的資源，20年后，中國就有希望能夠和美國在國際市場上打個平手。如果想要超越，仍任重而道遠(yuǎn)。

未來夢想：搭建國家級平臺

作為一個科研人，史建國始終秉承著“不忘初心，牢記使命”的理念。初心就是做科學(xué)研究，使命就是服務(wù)社會經(jīng)濟發(fā)展。做科研不僅需要發(fā)論文寫專利，更重要的是要把論文專利“寫”在祖國大地上，只有這樣才能實現(xiàn)個人價值、家庭價值、社會價值。既要在學(xué)術(shù)上有地位、有水平，也要在應(yīng)用領(lǐng)域把所學(xué)的知識緊密結(jié)合生產(chǎn)實際，圍繞國際前沿、國家發(fā)展戰(zhàn)略和社會重大需求。

在生物傳感器領(lǐng)域浸潤了近30年，史建國如此形容生物傳感器的重要性：它是人工智能的核心、智能化交互的必備;它像理智的研究者一樣敏銳地體察并反饋人類的方方面面，它與化學(xué)傳感器技術(shù)、物理傳感器技術(shù)構(gòu)成新時代信息技術(shù)的“三駕馬車”。

在未來新世紀(jì)知識經(jīng)濟發(fā)展中，生物傳感器技術(shù)必將是介于信息和生物技術(shù)之間的新增長點，在國民經(jīng)濟中的臨床診斷、工業(yè)控制、食品和藥物分析(包括生物藥物研究開發(fā))、環(huán)境保護(hù)及生物技術(shù)、生物芯片等研究中有著廣泛的應(yīng)用前景。

第二屆全國生物傳感、生物芯片與納米生物技術(shù)高端論壇（BBN China 2019）團隊合影留念

大力發(fā)展生物傳感產(chǎn)業(yè)，掌握核心技術(shù)，才能立于不敗之地。創(chuàng)新中心的成立，瞄準(zhǔn)的是生物傳感器領(lǐng)域的關(guān)鍵前沿難題，在交叉學(xué)科的融合中，實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)。而在史建國的長遠(yuǎn)計劃中，中國傳感器的發(fā)展，還必須打造一個國家級的中試平臺。如今，這一平臺的建設(shè)已經(jīng)提上日程。

“中試平臺可以面向整個國家整體提供生物傳感器領(lǐng)域的支撐服務(wù)，這是我未來要做的重要項目，目前國內(nèi)還沒有?！?/p>

史建國告訴本刊記者，如今國內(nèi)的上海交通大學(xué)、華南理工大學(xué)等生物傳感器研究室中，正在做生物元件的研發(fā)，而他也在聯(lián)合國內(nèi)外有關(guān)生物器件制造的專家團隊，逐漸嘗試搭建起這一國家級的中試平臺。

“這一項目仍在進(jìn)行前期準(zhǔn)備，仍缺乏設(shè)計理論、設(shè)計工藝和專用設(shè)備。但是經(jīng)過長時間的論證，已經(jīng)有了初步的方案，并得到了很多院士和專家的支持?！?/p>

史建國說，中試平臺不僅可以滿足產(chǎn)品正式投產(chǎn)前的小規(guī)模試驗，也可以生產(chǎn)出生物傳感的核心器件，在國際市場具有競爭力。

讓他欣慰的是，國內(nèi)的納米技術(shù)和微細(xì)加工技術(shù)，已經(jīng)有了與強國一拼的實力，對于中試平臺的搭建，將起到關(guān)鍵作用。與此同時，經(jīng)過多年積累，一大批青年科研人才正在成長起來，他們或?qū)⒔影簦苿又性嚻脚_的建設(shè)。

古語有云：“路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索?！鄙飩鞲挟a(chǎn)業(yè)的發(fā)展亦是如此。

“我現(xiàn)在最大的愿望，就是能夠解決生物傳感器制造的短板，解決關(guān)鍵核心問題。更長遠(yuǎn)的計劃，就是要建成中試平臺，大力發(fā)展生物傳感產(chǎn)業(yè)，讓中國的科研成果可以在這平臺上進(jìn)行放大?！笔方▏f。