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當今科技儀器為何受到高度關注
對科學儀器學科和產業的一些新認知
http://www.gjzbw99.com 2007-09-18 17:55 來源：中國儀器儀表學會 中國農科院 中國分析測試協會
科技日報于3月2日以醒目標題發表了科技部劉燕華副部長的長篇專論《將科學儀器設備自主創新擺在科技工作的突出位置》，提出科學儀器是科技創新和經濟社會發展的基石和重要保障，為創新型國家建設提供有力支撐。由此聯想到以王大衍，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）向國務院提出有關振興我國儀器儀表，科學儀器的建議與呼吁，受到了國務院領導高度重視，作了多次重要批示。在院士們呼吁和國家領導人推動下，儀器儀表學科和產業中的科學儀器方面有了一系列舉措，科技部把科學儀器研發列入“九五”“十五”國家科技攻關重大項目，和“十一五”國家科技支撐計劃重大項目，中科院也設立了科學儀器研發專項，國家發改已將科學儀器產業化列為高技術產業化專項，而且科學儀器研發也列入了我國,《國家中長期科技發展規劃綱要》（2006—2020年）中。2006年國務院《關于加快振興裝備制作業的若干意見中》，將關鍵精密測試儀器列為主要任務和實現重點突破的16項任務之一。此處近十年來在我國“自然科學基金”，“863”和“973”計劃中都陸續安排了不少有關科學儀器基礎研究和機理探索的課題。作為此學界，業界中的一員，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識都滯。后了一大步。因為國內外許多著名的科學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，現代科學的進步越來越依靠儀器的發展，王大衍院士指出“機器是改造世界的工具，儀器是認識世界的工具”。
一、 發達國家都把發展科學儀器作為國家發展戰略
國外很早就把發展科學儀器作為國家發展戰略，發達國家都制定了各自的發展戰略并鎖定了目標，有專門的投入，已成為有意識，有改策，有目標的政府行為。如美國，其總體目標是：長虹保持美國在科學儀器領域得到領先地位，其措施除了通過政府大力鼓勵各大儀器公司加大研發的投，國家還通過兩個基金會（NSF）和(NIH)扶助各大公司研發科學儀器。連美國能源部國防部每年都有大量資金投入有明確目標要求的科學儀器研發。日本2002年制訂了高精密科學儀器振興計劃，從 2004起斥巨資研發科學儀器。歐盟在“第六框架計劃（2002-2006年）中將科學儀器和基礎設施列為第五重點內容。歐盟在“第七框架計劃”（2007-2013年）、斥資41億歐元，用于研發大型科學儀器與設施。英國科學技術辦公室（OST）建立了科學基礎設施和科學儀器投資機制。加拿大自然科學工程研究理事會（NSFRC）制定了“研究工具、儀器和設施計劃”。
各發達國家都把研發先進的大型科學儀器和實施，構建世界先進的科技發展平臺，再上升為創造世界一流的科研成果，進而推動科技進步和社會、工農業生產持發展，形成一個不斷上升和發展的軌道，這已成為一個規律。
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二、 科學儀器在科技、經濟、社會發展和國家安全中的作用與地位
二、 科學儀器在科技、經濟、社會發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儀器如此重要呢？也即科學儀器在科技、社會經濟發展和工農業生產中的作用與地位如何？我認為可從以下三個層面中尋找答案。
（一）學儀科器是科技發展與科技創新的重要前提和根本保障
對此不僅國外有許多著名科學家有過精辟的論點，我國一批頂級科學家也有許多精辟的論述：例如中科院院長、陸甬院士提出：“搞基礎研究如果總是靠國外現代的先進儀器，這樣只能做一些與國外類似的研究，難進入真正的創新”。師昌緒院士指出：“買來的設備已是強駑之末，難以作出開創性工作”。張香桐院士說：“創建性的科學思維導致行進儀器的創制”。中科院化學部一批院士呈報國務院“關于大力加強我國科學儀器自主研發和產業化能力，實施‘張衡工程’的建議”中提出：誰掌握了科學儀器創新的主動權，誰就掌握了科學研究原始創新的關鍵手段，更重要的是，誰就具備了提升重大裝備制造業，尤其是控制及操作系統創新能和的基礎。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%的化學獎和90%的生物獎是借助各種先進的科學儀器完成的。也有資料從另外角度來的分析100年諾貝爾獎，其中有1/3是屬于理論基礎性創造，1/3是有關科學研究方法、機理的創造，這些又推動了科學儀器的創新。
（二）科學儀器是社會發展和國家安全的技術支撐
社會發展到現代，人們最為關注的是公共安全問題：食品安全、衛生防疫安全、環境與生態安全、生產安全、重大自然災害監測與防御等等。這些公共安全問題的檢測、檢驗和分析技術手段和技術支撐是科學儀器，對科學儀器具有巨大的需求與寄托。據國家各部門的發布通知和公告，為建設“全國產品質量安全檢測檢驗體系”將投入58億元；質檢、商檢、衛生等部門和領域為建立與食品安全檢測檢驗體系有關的投資，據不完全統計，總額也在 100多億元以上；建設“全國動物防交通崗體系”將投入80多億元；建設“全國疾病予防控制體系”、“新藥開發體系”、“藥檢體系”的投入也在100多億元以上與生；為建設“環保與生態環境檢測體系”，“生產安全”保障體系（特制是礦井），“重大自然災害監測體系”、“全國商品質檢體系”、“進出口檢疫體系”“國家科技基礎平臺建設”、“高校建設”等等體系的建設，每一項投入都在幾十億以上，而這些投入的70%-80%是用來購置各科學儀器的。
至于國防安全對科學儀器的需求，劉部長旁引了海灣戰爭和美伊戰爭的例子，武器確實就是精密的科學儀器。在國內安全方面的公、檢、法對科學儀器的需求也相當驚人，雖不知具本數據，但我參觀過兩個物證、罪證檢定實驗室，清一色是現代化科學儀器。
綜上所述，毫不夸張地說，科學儀器確是保障社會穩定發展和國家安全的技術支撐。
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（三）科學儀器在經濟發展、工農業生產中的作用與地位
我感到中科院士在建議實施‘張衡工程’的建議中指出的：“誰掌握了科學儀器創新的主動權、誰就具備了提升重在裝備制造業、尤其是控制及操作系統創新能國的基礎”是很有道理的。劉部長的專論中指出“在現代化生產中，雖然各種測量與控制儀器儀表通常僅占化工廠、鋼鐵廠等固定資產的 15%左右，但正是這些科學儀器決定著產品的品質和水平，決定著這些企業產品競爭力。”儀器儀表學會有眾多面向工農業生產的自動化儀器儀表分支學科和產業，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者更了解到“在線分析儀器”或更確切地稱這為“生產全程自動化質控體系”，在工農業生產中飛速突起和快速發展.這個新概念可理解為科學分析測試儀器和自動化儀器儀表的高度的有機結合，據說“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。所以科學儀器進入工農業生產領域的趨勢將是大為可觀！
（四）一個科學方法機理的發展，導致科學儀器創新，促成使學科和產業及企業發展的故事
如今大家從醫療診斷，親子檢定、罪證與物證檢定，食品安全、新藥開發和藥檢、環保與生態監測、農牧業育種等眾多涉及生命科學領域，都聽到過基因（DNA）檢定、檢測。但能實現這一大步，應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，是難于實現基因檢測的，所以基因擴增機理的發現，儀器的創新，很快地得到極廣泛的應用，導致引發一場有數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，可不斷地復制，擴增基因，但當時因引物合成和DNA測序困難，該設想和機理漸被人遺忘。
2.約15年后的1985年，塞特斯（CETUS）公司年輕的科學家謬利斯（MULLIS）在偶然靈感的啟迪下，發明了聚合酶鏈反應（PilymeraseChain,PCR），使得前面提到的柯勒納設想和機理付諸實現。謬利斯等初期建立的PCR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，1990年通過商標復核。
3.PCR儀和方法很快風行于生命科學相關的眾多領域和產業，此時杜邦公司也生產PCR儀，并看好PCR技術的廣寬的市場前景，所以向當時還是小公司的塞特斯公司發難，提出訴訟，認為此專利權應授于諾貝爾獎的得主，即上面提到過的柯勒納，因他在1971年即發表了PCR技術的機理、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家發現和提出，而據此機理設計和創立的儀器和技術由另一科學家完成的科技成果應歸屬誰，爭論和審理了數月，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儀的專利權是屬塞特斯公司的。有趣的是、塞特斯公司的年輕科學家謬利斯由于他在PCR儀和技術方面的杰出貢獻，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，又構成PE—ROCHE聯盟，進而又成為PE中的主力，這批搞生物技術儀器的人士逐漸成為PE集團中的掌權派，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用生生物系統集團（我ABI），而PE中被賣掉的分析儀器部門經重組、成為集分析儀器和生命科學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儀器大集團。
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以上事例的啟迪，我感到有5點：
（1） 科學研究方法和機理（或稱技術思路）是由各學科自身發展所引發的，甚至可以說是逼出來的。
（2） 科學研究方法和機理是科學儀器創新的理論基礎。
（3） 二者是互動的，并不斷地完善。作為科學儀器廠家要善于及時捕捉和運用新發現的機理，進而物化為新儀器。
（4） 完善的科學儀器和科學研究方法又為該學科的發展起到推動作用，進而推動相關產業。
（5） 要把我國強于和善于模仿的思維方式，上升為標新立異方式。創新為上的思維方式。
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