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生物傳感器多學(xué)科“艦隊(duì)”啟航
六月中旬,當(dāng)“中國(guó)生物傳感器制造創(chuàng)新中心”組建成功的消息傳出之后,主推者山東省科學(xué)院生物所所長(zhǎng)史建國(guó)收到了中科院院士陳洪淵的來(lái)信,“得知你們建立了很有必要和很大發(fā)展前景的研究中心,特此祝賀!”
將生物傳感器涉及的生物學(xué)、電子學(xué)、材料學(xué)、分析化學(xué)、儀器儀表、精密機(jī)械加工等學(xué)科“撮合”起來(lái)聯(lián)合科研,是陳院士多年來(lái)未了的心愿。這個(gè)心愿也反映在一張泛黃的《科技日?qǐng)?bào)》上——1998年5月26日,《科技日?qǐng)?bào)》曾刊文呼吁“加強(qiáng)交叉學(xué)科協(xié)調(diào),促進(jìn)聯(lián)合,盡快組建生物傳感器研究開(kāi)發(fā)中心”。不曾想,呼吁在此后20年時(shí)間里“沒(méi)了下文”。
呼吁成空,但問(wèn)題猶在:在生物傳感器領(lǐng)域,存在著相關(guān)學(xué)科配合不夠,特別是體制機(jī)制上各家科研工作自成體系、重復(fù)科研,乃至各自在生物傳感器的起跑線上只做基礎(chǔ)性工作,而很少在產(chǎn)品的實(shí)用化上繼續(xù)研發(fā)。
如今,由山東省科學(xué)院生物所牽頭,包括中科院五個(gè)研究所、北京大學(xué)、清華大學(xué)、上海交大、浙江大學(xué)等12所高校的科研機(jī)構(gòu),華大基因等六所企業(yè)在內(nèi)的25家行業(yè)“巨頭”們參與,決定回應(yīng)呼吁,剔除積弊,瞄準(zhǔn)“卡脖子”難題組建中國(guó)生物傳感器制造創(chuàng)新中心。他們能如愿嗎?
“一項(xiàng)更懂你的技術(shù)” 訴說(shuō)科技改變生活的神奇
“通過(guò)一滴汗可測(cè)量人體十幾項(xiàng)健康指標(biāo)。”這是生物傳感器的最新成果,而從汗到十幾項(xiàng)健康指標(biāo)的轉(zhuǎn)換過(guò)程,代表了生物傳感器的神奇。
在生物傳感器領(lǐng)域浸潤(rùn)了近三十年后,史建國(guó)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(lèi)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(shí)代信息技術(shù)的“三駕馬車(chē)”。
“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),生物傳感器充當(dāng)著一個(gè)接收器和轉(zhuǎn)換器的角色。”史建國(guó)向科技日?qǐng)?bào)記者表示,科學(xué)家們提取出動(dòng)植物發(fā)揮感知作用的活性材料,這包括生物組織、微生物、細(xì)胞器、酶、抗體等;同時(shí)將生物材料感受到的持續(xù)、有規(guī)律的信息轉(zhuǎn)換為人們可以理解的信息;將信息通過(guò)光學(xué)、壓電、電化學(xué)、溫度、電磁等方式展示給人們,為人們的決策提供依據(jù)。
比如,可穿戴式生物傳感器通過(guò)皮膚上的汗水監(jiān)測(cè)患者的葡萄糖水平,從而改寫(xiě)糖尿病患者的人生;比如原先的病毒檢測(cè)需要1—3天,新型納米生物傳感器可在短短2—3小時(shí)內(nèi)檢測(cè)到不同病毒。
而我國(guó)生物傳感器研究起步于上世紀(jì)80年代,90年代產(chǎn)品進(jìn)入應(yīng)用。在從無(wú)到有的發(fā)展史上,一個(gè)個(gè)“拓荒者”或接力,或并行,拓展著該領(lǐng)域的廣度和深度。“源自上世紀(jì)80年代,汪爾康、董紹俊,開(kāi)創(chuàng)中國(guó)生物傳感研究領(lǐng)域;張先恩,發(fā)展了我國(guó)第一批智能型微生物BOD傳感器和系列復(fù)合酶電極;馮德榮,開(kāi)創(chuàng)中國(guó)酶電極生物傳感器產(chǎn)業(yè);黎高祥,中國(guó)第一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管青霉素酶電極;崔大付,中國(guó)第一個(gè)SPR表面等離子體共振傳感器;袁中一,中國(guó)第一個(gè)農(nóng)藥殘留生物傳感器;胡軍,中國(guó)第一個(gè)血糖儀及試劑條產(chǎn)業(yè)……”史建國(guó)說(shuō)。
而更多的人在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域進(jìn)行了艱苦的努力,直到2008年,中國(guó)在國(guó)際最高水平期刊上的生物傳感相關(guān)論文數(shù)量超過(guò)美國(guó)。這本應(yīng)是可喜可賀的事情,但遺憾的是,數(shù)量之最并不能改寫(xiě)我國(guó)生物傳感器產(chǎn)業(yè)仍處于低端的現(xiàn)實(shí)。
縱有“三宗最” 國(guó)際市場(chǎng)份額仍不到10%
20年前的呼吁,為何今天才得到回應(yīng)?
在史建國(guó)看來(lái),這與生物傳感器技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。早在1998年《科技日?qǐng)?bào)》發(fā)文呼吁時(shí),我國(guó)生物傳感器領(lǐng)域的科研人正疲憊地跟在發(fā)達(dá)國(guó)家后面跑,各種條件不成熟,更關(guān)鍵的問(wèn)題是生物傳感器涉及的相關(guān)學(xué)科“各自為戰(zhàn)”,猶如形不成拳頭的五指,分散了力量。
“作為一個(gè)典型跨學(xué)科的交叉產(chǎn)物,生物傳感器融合了生命科學(xué)、分析化學(xué)、物理學(xué)、材料學(xué)和信息科學(xué)及相關(guān)技術(shù),這意味著各個(gè)學(xué)科的科研人要耐住寂寞,在一次次失敗中總結(jié)經(jīng)驗(yàn),逐步向?qū)嵱没繑n。”史建國(guó)表示,與其他經(jīng)典的分析儀器相比,生物傳感器制造缺乏專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人才、工藝、裝備。這意味著即使科研人都懂得制造工藝,但因?yàn)槿狈ο嚓P(guān)裝備、材料等支撐,也束手無(wú)策,甚至被卡了脖子。
記者了解到,國(guó)內(nèi)某一流科研院所在十多年前研發(fā)出一項(xiàng)具有國(guó)際水準(zhǔn)的生物傳感器技術(shù),但苦于缺乏后續(xù)制造能力而不得不轉(zhuǎn)讓給國(guó)外公司,后者將其落地后,以一套上百萬(wàn)的價(jià)格返銷(xiāo)中國(guó),獲取暴利。
到了當(dāng)下,中國(guó)的生物傳感器已經(jīng)具備了“三宗最”,科研群體國(guó)際最大、研究論文國(guó)際最多、科研條件國(guó)際一流,但現(xiàn)實(shí)是:美國(guó)長(zhǎng)期主導(dǎo)國(guó)際生物傳感器市場(chǎng)發(fā)展,占國(guó)際市場(chǎng)的50%以上,而中國(guó)不到10%。這里面重要的因素是技術(shù)問(wèn)題。
史建國(guó)舉例道,比如固定化酶?jìng)鞲衅魇莻鞲衅黝I(lǐng)域研究最多、商品化最成功的分析產(chǎn)品。但由于酶分子元件缺乏,沒(méi)有核心競(jìng)爭(zhēng)力。另外,生物傳感器上的核心部件醋酸纖維素內(nèi)膜,這張小拇指蓋大小、只有發(fā)絲三分之一厚的膜,需要在上面涂一層層的生物材料,但長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)的人工方式很難涂抹均勻,由此造成了性能穩(wěn)定性不足,直到現(xiàn)在這一工藝還被國(guó)外掌握著。“可以說(shuō),整個(gè)生物傳感器的鏈條沒(méi)有串起來(lái)。”史建國(guó)總結(jié)。
而中科院生物物理所研究員張先恩則認(rèn)為,中國(guó)生物傳感研究存在兩個(gè)主要問(wèn)題,一是引領(lǐng)性研究不夠,二是產(chǎn)業(yè)化薄弱。不過(guò),“現(xiàn)在論文多了,研究水平比較高了,經(jīng)費(fèi)強(qiáng)度也今非昔比,若能調(diào)整研究?jī)r(jià)值取向及評(píng)價(jià)導(dǎo)向,加上鼓勵(lì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的政策和加強(qiáng)保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán),再通過(guò)聯(lián)盟建設(shè),提升中國(guó)的生物傳感產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力是十分樂(lè)觀的”。
布局多學(xué)科交叉體系 時(shí)間表體現(xiàn)科研人雄心
人們用“搞生物的不懂電子,搞化學(xué)的不懂制造”來(lái)形容生物傳感器各行業(yè)“單打獨(dú)斗”的局面,但并不是所有的單位都受困于此。
作為我國(guó)唯一實(shí)現(xiàn)生物傳感器產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的科研單位,山東省科學(xué)院生物所已先后研制出葡萄糖、還原糖、乳酸等多種生化分析傳感器,產(chǎn)品占國(guó)內(nèi)食品發(fā)酵市場(chǎng)95%以上(其余5%為進(jìn)口產(chǎn)品),打破了國(guó)外技術(shù)封鎖。
記者了解到,在這一系列成果背后是一支多學(xué)科交叉的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。史建國(guó)表示,山東省科學(xué)院生物所是偏向于應(yīng)用的科研機(jī)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(duì)超脫。
此次,該所牽頭組建的“跨部門(mén)、跨行業(yè)、跨區(qū)域”的生物傳感器研發(fā)布局,能否推動(dòng)中國(guó)生物傳感器從“世界第一論文大國(guó)”向“第一技術(shù)大國(guó)”轉(zhuǎn)變?史建國(guó)給出一張時(shí)間表:“以利益共同體的形式將大家撮合到一起,爭(zhēng)取每年研發(fā)100種以上新技術(shù)、新產(chǎn)品、新裝備,培育生物傳感器產(chǎn)業(yè)集群,發(fā)展生物傳感器產(chǎn)業(yè)基地。5—8年左右時(shí)間,使我國(guó)生物傳感器國(guó)際市場(chǎng)占有率從目前10%提高到20%,而我們的目標(biāo)是50%。”
時(shí)間表體現(xiàn)了這些科研人的雄心,但雄心的成色,還需時(shí)間驗(yàn)證。
記者手記
盡管不愿承認(rèn),但我國(guó)生物傳感器行業(yè)存在著不止一處的“卡脖子”難題是不爭(zhēng)的事實(shí)。
諸如酶分子元件缺乏、醋酸纖維素內(nèi)膜工藝缺失等難題暴露出行業(yè)的底氣不足,也疏遠(yuǎn)著這項(xiàng)“懂你”的技術(shù)與百姓的距離。而這也成為本次“聯(lián)合艦隊(duì)”最終合成一體的根本原因。
回歸理性,核心技術(shù)的攻克需要時(shí)間的積累,也需要方法的對(duì)路。這個(gè)關(guān)鍵的方法,無(wú)疑是人——如何發(fā)揮科研人的主觀能動(dòng)性。
20年的呼吁“沒(méi)有下文”,根本原因在于沒(méi)有找到人的“撮合之道”。試想一下,在原先科技成果轉(zhuǎn)化相關(guān)法律尚不完善,且科研環(huán)境的“論文導(dǎo)向”下,身處實(shí)驗(yàn)室的科研人有何動(dòng)力做一項(xiàng)“一眼望不到邊”且對(duì)自己沒(méi)有用處的技術(shù)?
好在中國(guó)的科研人有情懷,他們沒(méi)有放棄對(duì)生物傳感器科研高峰的攀登。而中國(guó)生物傳感器行業(yè)的“三宗最”,也是這種情懷的反映。
正因?yàn)檫@種情懷,當(dāng)中國(guó)第一個(gè)血糖儀的發(fā)明人及試劑條產(chǎn)業(yè)開(kāi)拓者胡軍教授在香港科技大學(xué)圖書(shū)館里看到那張出版于20年前的、泛黃的《科技日?qǐng)?bào)》時(shí),難掩感慨;同時(shí),也讓山東省科學(xué)院生物所所長(zhǎng)史建國(guó)發(fā)出了“20年前的召喚,當(dāng)今的使命”的感嘆。
所以,當(dāng)他叩開(kāi)其他24家大學(xué)、院所、企業(yè)的大門(mén)并表明來(lái)意時(shí),迎接他的不是遲疑、猶豫,而是“非常同意,期待參與”的答復(fù)。
史所長(zhǎng)跟我說(shuō),這是中國(guó)生物傳感器同行們共同的心愿。
20年前,當(dāng)國(guó)外拿著最先進(jìn)的基于溶氧電極的葡萄糖測(cè)定儀卡住我們的“脖子”時(shí),史建國(guó)和同事們不服氣,用“中國(guó)首臺(tái)”回敬了對(duì)方。
如今,當(dāng)相似的“卡脖子”一再上演,他和國(guó)內(nèi)同行心底的“不服氣”再次涌現(xiàn),“聯(lián)合艦隊(duì)”瞄準(zhǔn)卡脖子難題是他們的姿態(tài),更是他們尋求答案的手段。
編輯:趙彥
關(guān)鍵詞:生物傳感器 可穿戴式
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