波谱仪器

2021年度北京波谱年会在上周圆满闭幕，多位国内知名专家学者都表达了对国产波谱仪器的支持与信赖。但国内对国产波谱仪器的认知和接受度还不是很高，核磁共振波谱仪大量依靠进口。实际上国产波谱仪器近来发展迅猛，仪器配件、售后服务等也具有明显的本土优势。可是科学仪器毕竟是一个研发周期长、技术壁垒极高的行业，要想实现高端科研仪器国产化，还需要在多年的研发中不断地完善。为此，近年来国家专门设立了仪器研制与开发专项，为国产仪器研制与开发提供强大助力，科研人员也从未停止过对波谱仪器、配件与维修的研究脚步。国家政策支持导向明确本周，中国科学院核磁共振技术联盟发布了2021年申报仪器研制及功能开发项目的通知，对磁共振仪器设备相关的硬件研制、现有仪器的功能扩展与提高项目将给予经费支持，要求项目申请必须针对国产磁共振仪器设备研制的瓶颈及应用痛点，并鼓励科研单位与国产仪器厂商密切对接，尽快实施成果转化。该项目获得了中国科学院条件保障与财务局的大力支持！今年年初，科技部基础研究司发布“十四五”国家重点研发计划“基础科研条件与重大科学仪器设备研发”重点专项2021年度项目申报指南(征求意见稿)，其中就包含了核磁共振波谱仪方向，研究内容如下：针对化学分析、生物分子结构、代谢混合物组分等检测需求，突破超高场稳态磁体设计与制造、高精度磁共振谱仪控制、高效射频激发与接收等关键技术，开发具有自主知识产权、质量稳定可靠、核心部件国产化的核磁共振波谱仪产品，开发相关软件和数据库，开展工程化开发、应用示范和产业化推广，实现在化学化工、生命医学、食品制药和环境能源等领域的应用。另外在核心关键部件开发及应用方面，特别详细阐述了磁共振成像低温探头方向的研究内容。国家自然科学基金化学科学部组织的国家重大科研仪器研制项目也有核磁共振仪器相关的课题。如中国石油大学肖立志教授联合中国石油化工集团有限公司共同承担的“极端环境核磁共振科学仪器研制”项目曾在2019年12月顺利通过专家组的结题验收。该项目针对高温高压、变温变压、狭小空间、快速运动、复杂样品、不均匀不稳定静磁场和射频场以及超低信号强度和信噪比等极端恶劣环境的核磁共振原位分析测试技术和仪器装备开展原创性攻关研究，取得突破性进展。中国石油大学(北京)廖广志教授与课题组成功研发的基于多天线激励方式的三维核磁共振测井仪、新型井下多频多维核磁共振波谱仪等设备，为石油天然气勘探开发提供重要的技术支撑，并在2018年“朱良漪分析仪器创新奖”中荣获了“青年创新奖”。廖广志多年来坚守核磁共振测井仪器研究，一直围绕测井仪器装备的关键技术难题潜心攻关。在井下极端环境核磁共振仪器、多维核磁共振数据采集和处理方法方面取得重要创新成果，打破国外技术垄断，关键性能指标达到国际领先水平，取得显著经济效益和社会效益。国产波谱仪器1.高场核磁共振波谱仪2007年，中国科学院武汉物理与数学研究所开始承担国家重大科学仪器研制项目，先后获得6000多万元的资金支持，用于核磁共振主机研发及工程化，于2014年成功研制出完整的原型样机。依托该所技术成立了武汉中科牛津波谱技术有限公司，由公司进行产业化及市场应用的推广。据了解，截至2021年5月，核磁共振波谱仪在国内成功卖出了100多台，在国外也卖出了一些。公司CEO魏嘉在之前的采访中说，“是一些核磁界的老前辈敢于做‘第一个吃螃蟹的人’，在使用过程中，他们发现我们的仪器也不差，而且售后维修更方便，于是开始帮我们不断地推荐，慢慢口碑就有了。现在很多国内用户开始了解我们，产品有了一定的知名度。“该公司相关人员称将在今年推出核磁共振波谱仪相关新技术与新应用，值得期待！中科牛津 WNMR-I 400-600MHz核磁共振波谱仪2.顺磁共振波谱仪源于中国科学院微观磁共振重点实验室的国仪量子（合肥）技术有限公司，是国内第一家以量子精密测量为核心技术的国家高新技术企业，拥有多项独家技术：高保真量子态调控技术、高灵敏度磁探测技术、微波收发技术、EPR探头技术、高精度扫描钻石探针技术，目前已有多款仪器在多项关键性能指标上实现了与世界先进水平并跑或领跑，实现了量子精密测量技术的产业化落地。据悉，国仪量子公司的仪器除了个别高端芯片、传感器是进口的，其余部件均为国产化研制。在北京波谱年会上，国仪量子磁共振事业部总经理许克标博士介绍了顺磁共振谱仪研究的最新进展，产品具有更高的g值分辨率，能克服大的零场分裂能和更高的探测灵敏度。国仪量子台式电子顺磁共振波谱仪EPR200M3.低场核磁共振波谱仪低场及小型便携化核磁共振技术因低成本、易维护的特点，也逐渐普及。苏州纽迈分析仪器股份有限公司，它多年来一直致力于低场核磁共振科学仪器国产化事业发展。实际上，纽迈科技的技术源于华东师范大学核磁共振波谱重点实验室积累了几十年开发出来一套研究生教学实验用核磁共振仪器，该仪器曾获得全国实验仪器一等奖。公司在2013年承担了国家重大科学仪器专项“高性能核磁共振弛豫分析仪的开发和应用”，在项目的推进过程中，一边不断技术开发，一遍推进成果转化，向市场输出了多款工业核磁新产品。就在前不久，上海理工大学和子公司上海纽迈联合研发的具有完全自主知识产权的高性能核磁共振弛豫分析仪，荣获了2020年度高等学校科学研究优秀成果技术发明二等奖，该仪器测试时间只需1-2分钟，成本也仅是进口仪器的1/4，秀出了“中国制造”！核磁共振变温分析仪4.磁共振成像分析仪“初生牛犊不怕虎”，用这个词语形容北京青檬艾柯科技有限公司一点也不为过。别看2016年才成立，就拥有已授权的自主研发发明专利四项，自主搭建了磁体系统，电路谱仪系统拥有专业背景团队进行研发，具备独立的精加工工艺可保证设备的稳定性，公司专注于磁共振仪器研发与生产的同时，还能提供高品质磁共振技术服务和培训业务。公司研发了智能集成化磁共振成像分析仪、高性能磁共振微观分析仪以及高性能大口径磁共振成像系统，都是波谱仪器国产化路上不可或缺的部分！公司相关负责人提到，“近年来，国产仪器的市场占有率相较于国外仪器有了明显的提升，尤其是在低场核磁共振与顺磁仪器上体现的非常明显，得益于国家对于国产仪器的研发支持力度以及一大批拥有专业知识背景仪器人的专注与创新。然而与国外进口仪器相比，国产仪器的精度与稳定度仍然在某些方面有一定的差距，如何平衡仪器质量与售后服务二者的权重，同样是我们做仪器生产厂商需要注重的问题，市场占有率与仪器质量并不能完全画一个等号。”LIME-iMRI 智能集成化磁共振成像分析仪上海寰彤科教设备有限公司首创了国内50MHz、60MHz核磁共振化学分析谱仪，自主研发的60MHz高分辨率核磁共振化学分析仪器使用广泛，填补了国内自主研发高场永磁体核磁谱仪和高场永磁体的空白。自主研制的高分辨三维核磁共振成像教学仪器主要性能指标与同规格进口产品相差无几。研发的90M核磁共振谱仪，永磁体可以实现2.1T磁场强度，可以完成H、C谱的分析测试工作，研发的仪器大都实现了批量生产。谢寰彤总经理还提出，国产波谱仪器备受质疑的根本原因是没有相关标准可以证明国产仪器的技术指标可以达到使用需求。1.5T（35mm)动物核磁共振成像系统波谱分析对仪器设备的依赖程度比较高，不断地技术革新使国产波谱仪器公司拥有巨大的发展空间，可谓是机遇与挑战并存！争取让更多领域的专家了解到国产波谱仪器。国产波谱仪器还有多远的路要走？其实不管还有多远，在国家的大力扶持和众多科研工作者的不懈努力之下，解决每一个技术难题，这条路，应该不会太远… … 写在最后：有些读者可能认为小编是在为仪器厂商背书，但小编的本心只是想让更多的人关注到国产仪器研发，每个人的力量都是微小的，希望这篇文章能够被更多的科研工作者们看到，坚信自己此时此刻正在做的事情，可能需要一年、两年、十年，或是更久，但是高端仪器国产化的日子，一定会到来！

由国家地质实验测试中心牵头，钢研纳克检测技术有限公司等8家单位共同申报的2012年国家重大科学仪器设备开发专项项目“波谱-能谱复合型X射线荧光光谱仪的研发与产业化”已获科技部批准，项目实施周期为五年。　　X射线荧光光谱仪已成为国内、外各实验室必备的测试仪器，大功率(3KW)波长色散XRF分析仪的制造技术多年来被5家外国公司所垄断，国内年销量达200多台套。测试中心邓赛文研究员及其团队紧密结合国家中长期科学和技术发展规划，根据波长色散(WD)和能量色散(ED)的技术特点，提出将两种技术有机结合，自主研发高性能大功率(4KW)波谱/能谱一体化的(WED-XRF)分析仪器，并建立与之配套、实用的定性、定量以及元素分布分析专家系统和应用方法体系，有很好的应用前景。对促进X射线荧光分析技术的发展，打破国际制约，提高我国分析仪器技术装备制造水平，具有重要意义。

p　　要想成为科研强国，必须首先成为仪器强国br//pp　　日前，人类历史上首张黑洞“正面照”发布，在全世界引起广泛关注。这张“照片”是由来自全球30多个研究所的科学家们通过分布在全球不同地区的8个射电望远镜阵列组成的一个虚拟望远镜网络拍摄到的。/pp　　黑洞“照片”的成功拍摄，离不开射电望远镜的使用。现代科技发展实践表明，重大科学研究成果的取得，往往是以科学仪器和技术手段上的突破为先导 科学仪器的进展一定程度上代表着科学前沿的方向，也是推动科技创新的重要支撑。/pp　　据不完全统计，诺贝尔自然科学类奖项中，68.4%的物理学奖、74.6%的化学奖和90%的生理学或医学奖成果借助各种先进的科学仪器完成，或直接与新仪器方法或功能的发展相关。/pp　　中国科学院电工研究所研究员肖立业告诉记者：“随着人类对自然的认识向更加微观的时空尺度、更大的宇宙时空尺度和更加极端的物理条件方向发展，传统的科研手段已经不能完全胜任。特别是在偏实验性的研究领域，没有高端科研仪器，要想做出重大原始创新科研成果很困难。”/pp　　高端科研仪器的研发也提升了科技创新的效率。中国科学院科技战略咨询研究院副院长张凤举例说：“在人类基因组计划开始之初，曾预计完成测序至少需要15年。随着大规模测序手段特别是毛细管电泳测序仪的发展，使得时间缩短了2—3年。”/pp　　此外，高端科研仪器的创新、制造和应用水平，也是一个国家科技实力和工业实力的重要标志，对于支撑创新活动乃至经济社会发展都有较大的作用。/pp　　虽然我国的仪器技术研究与产品开发工作已取得较大进展，然而在高端科研仪器领域，除核磁共振波谱仪外，常用的高分辨质谱仪等大型分析仪器、大部分的生命科学仪器如磁共振成像仪、超分辨荧光成像仪、冷冻透射电镜等还大量依靠进口。/pp　　在国际上，全球科研仪器市场也基本由少数几个国家的大型企业主导。美国化学会旗下《化学与工程新闻》杂志公布的2018年度全球仪器公司TOP20排位榜中，有8家是美国公司，7家来自欧洲，5家公司位于日本。/pp　　中国电子科技集团第41研究所首席科学家年夫顺说：“高端科研仪器依赖进口已成为制约我国自主创新能力提升的一个重要因素。”/pp　　中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员杨学明认为：“如果仪器研发硬实力上不去，我们就无法发展自己的高端科研仪器，不仅要花费大量的资金购买，而且容易受制于人。”/pp　　“要想成为科研强国，必须首先成为仪器强国。大力发展具有自主知识产权的高端科研仪器，是我国科技发展的重要一环。”张凤认为。/pp　　我国仪器技术研究与产品开发已初见成效/pp　　高端科研仪器依赖进口的问题已得到有关部门的高度重视。早在1998年，国家自然科学基金委就设立了科学仪器基础研究专项。2011年，“国家重大科研仪器设备研制专项”和“国家重大科学仪器设备开发专项”设立，分别由国家自然科学基金委和科技部管理，一个负责原创性的仪器研究，一个负责工程化和产业化。据了解，2011至2018年，国家自然科学基金委资助来自中央有关部门推荐、经费体量在1000万元以上的重大科研仪器项目53项，批准资助金额38.14亿元 资助全国科研工作者自由申请、经费体量在1000万元以下的重大科研仪器项目466项，批准资助金额32.03亿元 两类项目合计资助经费超过70亿元。/pp　　在这些科研计划的支持下，我国仪器技术研究与产品开发已初见成效。以科技部“重大科学仪器设备开发重点专项”为例，“十二五”科学仪器专项共安排项目208个，目前已全面进入验收阶段，有些成果已具备批量生产能力，得到了推广应用。“十三五”期间，科学仪器专项共安排项目142个，目前正处于关键技术攻关和工程化样机研制阶段。/pp　　年夫顺告诉记者，预计未来几年，我国科学仪器成果将进入重要的推广应用阶段，将缓解我国对国外高端科研仪器的依赖。/pp　　依托中国科学院武汉物理与数学研究所技术成立的武汉中科牛津波谱技术有限公司，所研制生产的核磁共振波谱仪系统整机已成功推向市场。公司CEO魏嘉说：“我们在国内已经成功卖出了70多台核磁共振波谱仪，在国外也卖出了一些。”/pp　　“在国内核磁共振波谱仪市场长期被国外企业主导的背景下，70多台已经算是相当不错的销售成绩”，魏嘉说，“这一方面得益于中科院武汉物理与数学研究所长期在核磁共振波谱仪领域里的技术积累，另一方面则受惠于国家科学仪器研制计划的大力支持。”/pp　　2007年，中国科学院武汉物理与数学研究所开始承担国家重大科学仪器研制项目，先后获得6000多万元的资金支持，用于核磁共振主机研发及工程化。经过多年攻关，该所于2014年成功研制出完整的原型样机。之后，该所又成立了公司，将技术转移，由公司进行产业化及市场应用的推广。/pp　　“最重要的是一些核磁界的老前辈敢于做‘第一个吃螃蟹的人’”，魏嘉说，“在使用过程中，他们发现我们的仪器也不差，而且售后维修更方便，于是开始帮我们不断地推荐，慢慢口碑就有了。现在很多国内用户开始了解我们，产品有了一定的知名度。”/pp　　不过也应看到，像中科牛津那样的企业还不够多。中国科学院化学研究所研究员徐坚说，在多数高端科研仪器领域，由于基础薄弱，依赖进口的局面仍没有得到改善，研发和生产与国际先进水平相比还有一定差距。/pp　　国产高端科研仪器研发还需跨越障碍/pp　　究竟是什么卡住了高端科研仪器国产化的脖子?/pp　　受访者指出，高端科研仪器的开发往往要依托基础研究上的进步，而前期基础研究不足，是阻碍国产高端科研仪器研发的重要因素。比如，获得诺贝尔奖的PCR技术(一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术)就推动了PCR仪的开发，显著提升了研究效率。/pp　　同国外相比，我国对高端科研仪器的整体投资强度还不够高。从创意、关键部件开发到搭建第一台样机，再到最终批量生产，高端科研仪器不仅需要巨额投资，还需要很长的时间周期。“由于高端科研仪器研制周期长、难度大、投入人力物力多、投资风险高，科研人员往往更愿意购买国外的先进仪器，研发仪器的积极性不高。” 张凤说，“从事仪器研制的中小企业往往很难获得风险投资基金的青睐。”/pp　　徐坚说，高端科研仪器市场被国外大企业主导，留给国内企业的份额本身就已很小，投入大收益小，一些中小企业自然不愿意做这生意。中科院大连化学物理研究所研究员傅强对此深有体会：“我们曾经发展出一项技术，还与一家仪器企业合作，实现了工程化，生产出四五套，也投入使用了。但是后来这家企业发现市场不大，就不愿意投入很大的力量继续做下去。”/pp　　已经研制成功的国产仪器，也多少存在着“空心化”问题。年夫顺说：“关键部件作为仪器设备的‘心脏’，直接决定了仪器的技术含量。目前我国大多数仪器产品所用关键核心器部件，如CPU、光电倍增管、各种探测器和传感器等，还需要依靠进口。”/pp　　受访者认为，关键部件和基础软件国产能力不足，导致仪器整机厂家的利润空间被压缩，使国产仪器整机技术水平受限，市场认可度不高，影响了行业的发展壮大 这种情况反过来又压减了关键器部件的采购数量，难以形成产业链上的良性发展。/pp　　从需求侧来看，国产高端科研仪器在实际推广和应用时，往往较难获得用户的信任。一方面，与国外成熟仪器相比，一些国产仪器在性能指标和稳定性、可靠性上存在差距 另一方面，一些科研人员受到研究习惯影响，如出于保持与已有文献一致的实验数据等考虑，往往会选择国外品牌型号的仪器。/pp　　张凤说：“国产高端科研仪器需要被给予更多‘容错’‘试错’的机会，如果国产仪器研发生产的单位得不到反馈，很难继续改进和完善。”/pp　　就像科学研究需要长期积累一样，高端科研仪器的国产化也需要一个过程，不可能“一口吃成胖子”。“国外的高端科研仪器也是在多年的应用中不断成熟和完善起来的。”受访者认为，只要国家继续加大支持力度，有关各方携手攻坚、持续努力，高端科研仪器国产化值得期待。/ppbr//p