科研儀器是學(xué)科發(fā)展的重要“引擎”。但在中國，科研卻常?？嘤诒粌x器卡住“脖子”。

曾在美國華盛頓大學(xué)基因組研究院任教、現(xiàn)任山東省能源生物遺傳資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任徐健深有體會(huì)。

2008年，徐健回國后便與同事組建中科院青島生物能源與過程所公共儀器平臺(tái)，但讓他頗感無奈的是，研究所需要的高端生物科研儀器設(shè)備幾乎全部依賴進(jìn)口。

前不久，徐健帶領(lǐng)的青島生物能源與過程所功能基因組團(tuán)隊(duì)、英國謝菲爾德大學(xué)副教授黃巍與北京惟馨雨生物科技有限公司(以下簡稱惟馨雨公司)在科技部創(chuàng)新方法工作專項(xiàng)的支持下，合作開發(fā)出全球首臺(tái)活體單細(xì)胞拉曼分選儀(RACS)。

不過，國內(nèi)原創(chuàng)科研儀器如果想要真正占據(jù)一席之地，仍須多重考驗(yàn)。

研究始于儀器創(chuàng)新

在科研過程中，科研儀器所發(fā)揮的催化作用不言而喻。

在人類基因組計(jì)劃開始之初，科學(xué)家預(yù)計(jì)完成測序至少需要30年。然而，毛細(xì)管電泳測序儀的問世，卻將時(shí)間縮短至3年。

同樣，對于特定功能單細(xì)胞的鑒定和分離，常用的熒光流式細(xì)胞儀(FACS)技術(shù)通常需要熒光標(biāo)記預(yù)知的生物標(biāo)識(shí)物，RACS則無須外源標(biāo)記，而是依據(jù)細(xì)胞拉曼指紋圖譜來鑒定和分選活體單細(xì)胞。

徐健對《中國科學(xué)報(bào)》記者表示，RACS突破了FACS的核心局限性，能夠用于研究尚未有生物標(biāo)識(shí)物的創(chuàng)新體系，以及針對細(xì)胞自然狀態(tài)的原位研究。

單細(xì)胞是生命的“功能單元”和“進(jìn)化單位”，在徐健看來，如果能考察與比較單個(gè)細(xì)胞層面的分子機(jī)制，就能從根本上解答生命為何豐富多彩。

不過，傳統(tǒng)的基于細(xì)胞群體水平的性狀測量，不能真實(shí)反映出細(xì)胞個(gè)體的性狀及分布。而活體單細(xì)胞水平的性狀識(shí)別和分選，能從根本上理解、調(diào)控與設(shè)計(jì)“生命體系的異質(zhì)性”。

通過拉曼特征譜線，研究人員可獲得單個(gè)活體細(xì)胞內(nèi)化合物分子的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)，包括核酸、蛋白質(zhì)、糖類和脂類等信息，并在此基礎(chǔ)上鑒定和分選特定功能的活體單細(xì)胞。

市場前景樂觀

從創(chuàng)新儀器的第一臺(tái)樣機(jī)到最終產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，需要有一個(gè)磨合的過程。而在這一過程初期，RACS就已經(jīng)進(jìn)行了許多有前景的示范應(yīng)用。

“完成對快速固定CO2的光合細(xì)菌的特異性篩選”是其中之一。徐健稱，自然界中有99%的細(xì)胞仍尚未被培養(yǎng)，要想探尋地球上更多的固碳微生物，不依賴細(xì)胞培養(yǎng)的RACS技術(shù)則為其提供了一個(gè)非常簡潔、高效且靈敏的實(shí)驗(yàn)手段。

不僅如此，RACS還能夠高速篩選高產(chǎn)油和高產(chǎn)淀粉的藻種，為生物能源的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。RACS可定性、定量地同時(shí)監(jiān)測細(xì)胞內(nèi)淀粉和油的含量，不需要標(biāo)記就能迅速篩選和評價(jià)指定細(xì)胞。

“這兩項(xiàng)應(yīng)用已有關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持。”徐健表示，目前他們還在探索利用RACS監(jiān)測腫瘤細(xì)胞，以及對病菌進(jìn)行快速檢測。

總之，隨著單細(xì)胞技術(shù)更多地用于解答生物問題，其商業(yè)用途的需求也會(huì)越來越多。對于RACS未來的市場前景，惟馨雨公司的宋一之博士就十分看好。

“整個(gè)儀器包括拉曼信號監(jiān)測、單細(xì)胞分選、自動(dòng)數(shù)據(jù)分析三大系統(tǒng)，市面上還未出現(xiàn)完整具備這些性能的儀器。”宋一之告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，RACS不僅填補(bǔ)了該領(lǐng)域的空白，也解決了原有技術(shù)無法解決的問題。

某大型跨國快速消費(fèi)品公司微生物部專家李睿也對記者稱，提高微生物檢測效率，對于每小時(shí)生產(chǎn)成千上萬件產(chǎn)品的企業(yè)來講至關(guān)重要。如果RACS工程化樣機(jī)能夠做到速度快、成本低、準(zhǔn)確度高、操作簡便，那它的市場前景將非常廣闊。

產(chǎn)業(yè)化空檔

雖然成果樣機(jī)已搭建成功，惟馨雨公司也正組建持續(xù)研發(fā)、工程化和銷售的團(tuán)隊(duì)，但由于企業(yè)的工程化及市場經(jīng)驗(yàn)不足，同時(shí)又迫于資金壓力，RACS想要直接進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化面臨挑戰(zhàn)。

開發(fā)科研儀器如同制藥，從創(chuàng)意到關(guān)鍵部件，再到搭建第一臺(tái)樣機(jī)，最終批量生產(chǎn)，不僅需要巨額投資，還需要漫長的時(shí)間周期。

在投資回報(bào)期較長的窘境下，作為科研儀器創(chuàng)新的生力軍，中小企業(yè)很難獲得風(fēng)險(xiǎn)投資基金的青睞。更為尷尬的是，國家的科研儀器開發(fā)經(jīng)費(fèi)也很少會(huì)向中小企業(yè)拋出橄欖枝。

實(shí)際上，近幾年國家對于重大科學(xué)儀器設(shè)備的支持力度不斷加大。2012年，科技部資助科研儀器開發(fā)專項(xiàng)66個(gè)，資助經(jīng)費(fèi)達(dá)22億元;國家自然科學(xué)基金委資助重大科研儀器設(shè)備研制專項(xiàng)38個(gè)，資助經(jīng)費(fèi)10.9億元。

宋一之稱，基金委大多支持科研院所的原創(chuàng)性研究，科技部則重視大中型儀器企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，而在兩者都照顧不到的空檔，卻是中小企業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)化最為需要的。

“做一臺(tái)成果樣機(jī)容易，但要批量生產(chǎn)成熟的產(chǎn)品卻很難。”中科院上海生物工程研究中心教授李昌厚對記者稱，RACS在產(chǎn)業(yè)化過程中，很可能遇到工藝、原器件進(jìn)口、可靠性等硬件及軟件方面的問題。

徐健也表示，雖然RACS樣機(jī)是原創(chuàng)，但里面的部分零部件卻需要進(jìn)口，這也反映出國內(nèi)高端科研儀器產(chǎn)業(yè)鏈的斷裂。

期待轉(zhuǎn)變

國外多年的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)讓徐健覺得，我國目前迫切需要轉(zhuǎn)變資金支持機(jī)制。要想解決科學(xué)問題，必須依賴創(chuàng)新的儀器手段。而在我國，注重科學(xué)問題的“科學(xué)陣營”和發(fā)展共性儀器的“儀器陣營”，多數(shù)情況下卻各自為戰(zhàn)。

在此環(huán)境下，徐健建議，國家在項(xiàng)目資金的扶持上應(yīng)建立創(chuàng)新機(jī)制，形成利益驅(qū)動(dòng)力，讓兩大陣營能緊密協(xié)調(diào)雙方研究的優(yōu)先級，使雙方的研究重點(diǎn)精確匹配，這樣才能促使雙方實(shí)時(shí)分享各自最為先進(jìn)的理念和技術(shù)，協(xié)作共贏。

目前，RACS樣機(jī)正服務(wù)于國內(nèi)外合作研究團(tuán)隊(duì)在能源、環(huán)境、健康、醫(yī)藥、海洋、食品等領(lǐng)域的科學(xué)探索，同時(shí)RACS研發(fā)團(tuán)隊(duì)還正加速第二代樣機(jī)的研制。

徐健還認(rèn)為，在項(xiàng)目進(jìn)行的不同階段，研發(fā)團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變也很有必要。在儀器開發(fā)初期，整個(gè)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該由從事科學(xué)研究的專家指導(dǎo)，而當(dāng)樣機(jī)做成之后，指導(dǎo)方就應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閮x器工程領(lǐng)域的專家。

“這種從屬關(guān)系的轉(zhuǎn)變，既能解決具有長遠(yuǎn)生命力的科學(xué)問題，又能在技術(shù)水平上保持國際原創(chuàng)性。”徐健說。

李睿則提出，由于仿制國外成熟的產(chǎn)品專利成本較高，國內(nèi)科研儀器的創(chuàng)新應(yīng)該敏銳地抓住最新技術(shù)，爭取掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并針對用戶需求來開發(fā)產(chǎn)品。

在李昌厚看來，美國、歐洲及日本之所以在科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)規(guī)模及技術(shù)方面世界領(lǐng)先，原因在于企業(yè)重視高端設(shè)計(jì)并引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，同時(shí)還在提高效率和市場拓展方面尋求平衡，這值得國內(nèi)同行學(xué)習(xí)。

目前，惟馨雨公司正逐步建立起工程化與產(chǎn)業(yè)化的能力。他們準(zhǔn)備通過搭建RACS工程化樣機(jī)，建立多樣化的產(chǎn)品線序列，同時(shí)還將與國內(nèi)外企業(yè)合作，建立起單細(xì)胞分選、測序的服務(wù)渠道和銷售渠道。

國內(nèi)原創(chuàng)科研儀器如果想要真正占據(jù)一席之地，仍須多重考驗(yàn)。