導(dǎo)讀：科研儀器是學(xué)科發(fā)展的重要“引擎”。但在中國(guó)，科研卻常常苦于被儀器卡住“脖子”。比如，首太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(guó)內(nèi)科研儀器產(chǎn)業(yè)鏈的斷裂。
科研儀器是學(xué)科發(fā)展的重要“引擎”。但在中國(guó)，科研卻常常苦于被儀器卡住“脖子”。
曾在美國(guó)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(guó)后便與同事組建中科院青島生物能源與過(guò)程所公共儀器平臺(tái)，但讓他頗感無(wú)奈的是，研究所需要的生物科研儀器設(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(guò)程所功能基因組團(tuán)隊(duì)、英國(guó)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(jiǎn)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(kāi)發(fā)出首臺(tái)活體單細(xì)胞拉曼分選儀(RACS)。
不過(guò)，國(guó)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(guò)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(kāi)始之初，科學(xué)家預(yù)計(jì)完成測(cè)序至少需要30年。然而，毛細(xì)管電泳測(cè)序儀的問(wèn)世，卻將時(shí)間縮短至3年。
同樣，對(duì)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(wú)須外源標(biāo)記，而是依據(jù)細(xì)胞拉曼指紋圖譜來(lái)鑒定和分選活體單細(xì)胞。
徐健對(duì)《中國(guó)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(duì)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(lái)，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(guò)，傳統(tǒng)的基于細(xì)胞群體水平的性狀測(cè)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(guò)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(chǎng)前景樂(lè)觀
從創(chuàng)新儀器的臺(tái)樣機(jī)到終產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，需要有一個(gè)磨合的過(guò)程。而在這一過(guò)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(duì)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(jiǎn)潔、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(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。RACS可定性、定量地同時(shí)監(jiān)測(cè)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(píng)價(jià)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(cè)腫瘤細(xì)胞，以及對(duì)病菌進(jìn)行快速檢測(cè)。
總之，隨著單細(xì)胞技術(shù)更多地用于解答生物問(wèn)題，其商業(yè)用途的需求也會(huì)越來(lái)越多。對(duì)于RACS未來(lái)的市場(chǎng)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(hào)監(jiān)測(cè)、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。”
某大型跨國(guó)快速消費(fèi)品公司微生物部專家李睿也對(duì)記者稱，提高微生物檢測(cè)效率，對(duì)于每小時(shí)生產(chǎn)成千上萬(wàn)件產(chǎn)品的企業(yè)來(lái)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(jiǎn)便，那它的市場(chǎng)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，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(chǎng)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(kāi)發(fā)科研儀器如同制藥，從創(chuàng)意到關(guān)鍵部件，再到搭建臺(tái)樣機(jī)，終批量生產(chǎn)，不僅需要巨額投資，還需要漫長(zhǎng)的時(shí)間周期。
在期較長(zhǎng)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(guó)家的科研儀器開(kāi)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(guó)家對(duì)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(kāi)發(fā)專項(xiàng)66個(gè)，資助經(jīng)費(fèi)達(dá)22億元;國(guó)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(duì)記者稱，RACS在產(chǎn)業(yè)化過(guò)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(wèn)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(guó)內(nèi)科研儀器產(chǎn)業(yè)鏈的斷裂。
期待轉(zhuǎn)變
國(guó)外多年的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)讓徐健覺(jué)得，我國(guó)目前迫切需要轉(zhuǎn)變資金支持機(jī)制。要想解決科學(xué)問(wèn)題，必須依賴創(chuàng)新的儀器手段。而在我國(guó)，注重科學(xué)問(wèn)題的“科學(xué)陣營(yíng)”和發(fā)展共性儀器的“儀器陣營(yíng)”，多數(shù)情況下卻各自為戰(zhàn)。
在此環(huán)境下，徐健建議，國(guó)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(yíng)能緊密協(xié)調(diào)雙方研究的優(yōu)先級(jí)，使雙方的研究重點(diǎn)匹配，這樣才能促使雙方實(shí)時(shí)分享各自為先進(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(guó)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(kāi)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(zhǎng)遠(yuǎn)生命力的科學(xué)問(wèn)題，又能在技術(shù)水平上保持原創(chuàng)性。”徐健說(shuō)。
李睿則提出，由于仿制國(guó)外成熟的產(chǎn)品成本較高，國(guó)內(nèi)科研儀器的創(chuàng)新應(yīng)該敏銳地抓住新技術(shù)，爭(zhēng)取掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并針對(duì)用戶需求來(lái)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品。
在李昌厚看來(lái)，美國(guó)、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，原因在于企業(yè)重視設(shè)計(jì)并引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，同時(shí)還在提率和市場(chǎng)拓展方面尋求平衡，這值得國(guó)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(guò)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(guó)內(nèi)外企業(yè)合作，建立起單細(xì)胞分選、測(cè)序的服務(wù)渠道和銷售渠道。
國(guó)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)。
