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過(guo)去百年來,諾貝爾自然科(ke)學(xue)獎所涉(she)及的(de)開(kai)創性(xing)工作(zuo)和(he)(he)重大發現中(zhong)近70%借助儀器(qi)完成,物理(li)和(he)(he)化(hua)學(xue)領域的(de)發展(zhan)更是離不開(kai)科(ke)學(xue)儀器(qi)的(de)支撐。
正是意(yi)識到儀(yi)器在(zai)促進科(ke)技(ji)進步(bu),推動(dong)人類對客觀世界(jie)認識的(de)(de)重(zhong)要意(yi)義,十多(duo)(duo)年來(lai),中(zhong)科(ke)院(yuan)院(yuan)士、中(zhong)國科(ke)技(ji)大學(xue)副校(xiao)長(chang)杜江峰帶領(ling)(ling)的(de)(de)微觀磁(ci)共振重(zhong)點實驗室團隊(dui)在(zai)國家自(zi)然科(ke)學(xue)基金的(de)(de)長(chang)期支持下,“邊科(ke)研(yan)邊研(yan)制”,在(zai)微觀尺度磁(ci)共振譜學(xue)及生(sheng)物、物理(li)、信(xin)息等領(ling)(ling)域得了一系列原創成果,60余篇相關論(lun)文(wen)在(zai)《科(ke)學(xue)》《自(zi)然》《自(zi)然》子刊和《物理(li)評論(lun)快報(bao)》等期刊發表(biao),多(duo)(duo)項成果獲(huo)得獎勵。他們(men)依托創新科(ke)研(yan)成果研(yan)制的(de)(de)近20種儀(yi)器,已廣泛服務于(yu)高校(xiao)、研(yan)究所、醫院(yuan)和企業。
杜江峰認(ren)為,如果研制出原(yuan)創的(de)科學(xue)儀器是(shi)從(cong)“0”到(dao)“1”,那(nei)么把儀器送到(dao)千(qian)萬用(yong)戶手中,讓(rang)用(yong)戶來(lai)驗(yan)收就是(shi)從(cong)“一”到(dao)“萬”。在當前中國亟需各(ge)種高(gao)端(duan)儀器的(de)情況下,儀器研制應做到(dao)從(cong)“0”到(dao)“萬”。
“借”和“買”的困境
上世紀末(mo)以前,我(wo)國科學家多(duo)數是做些不(bu)(bu)用或使用低端儀(yi)器的研究(jiu)。后來(lai)能(neng)從(cong)國外買(mai)一(yi)些高端儀(yi)器,但不(bu)(bu)少研究(jiu)仍是“買(mai)得(de)到就做,買(mai)不(bu)(bu)到就不(bu)(bu)做”。
“這給(gei)科(ke)技創新帶來了巨大阻礙。一(yi)是(shi)發(fa)達(da)國家(jia)對高端(duan)儀器禁運(yun),有錢(qian)也買不到。二是(shi)即便(bian)能(neng)(neng)買,拿(na)到儀器時也比人家(jia)晚一(yi)個階(jie)段(duan)。三是(shi)拿(na)到儀器后,因為沒(mei)有維護維修能(neng)(neng)力,往(wang)往(wang)難以(yi)發(fa)揮(hui)最大作用。”杜江(jiang)峰對《中(zhong)國科(ke)學報》說,“現代科(ke)技已經發(fa)展到高度依(yi)賴(lai)尖端(duan)科(ke)學儀器階(jie)段(duan),但我(wo)們(men)的供給(gei)嚴重不足,儀器缺(que)乏已經成為制約我(wo)們(men)原始創新的大問題。”
20年(nian)前(qian),杜江峰團隊基本上靠(kao)借儀(yi)器(qi)(qi)做(zuo)實驗,聽說哪里有儀(yi)器(qi)(qi),就跑(pao)去測一(yi)(yi)測,做(zuo)次實驗。10年(nian)前(qian),團隊有了(le)(le)第一(yi)(yi)臺進口儀(yi)器(qi)(qi),利用那臺儀(yi)器(qi)(qi),做(zuo)出(chu)了(le)(le)一(yi)(yi)些成果、也發(fa)了(le)(le)文章。很(hen)快,“借”和“買”都不能滿足需求了(le)(le),他們(men)就萌生(sheng)了(le)(le)“自己做(zuo)儀(yi)器(qi)(qi)的想(xiang)法”。
2010年(nian),團(tuan)(tuan)隊得到中科院支(zhi)持,啟動(dong)一個200多萬(wan)元的(de)儀器研制(zhi)項目。通(tong)過(guo)那個項目,團(tuan)(tuan)隊積累了研發(fa)經(jing)驗(yan),也得到了鍛煉(lian)。
隨著國(guo)(guo)內科(ke)學研究對儀(yi)器(qi)的(de)(de)需求越來(lai)越旺盛,國(guo)(guo)家(jia)(jia)(jia)自(zi)然科(ke)學基金(jin)委、科(ke)技部,財(cai)政部陸續推出一些儀(yi)器(qi)研制計(ji)劃。國(guo)(guo)家(jia)(jia)(jia)自(zi)然科(ke)學基金(jin)委的(de)(de)國(guo)(guo)家(jia)(jia)(jia)重大科(ke)研儀(yi)器(qi)研制項目定位于“前端”和(he)“創(chuang)新”,項目承擔者(zhe)需要(yao)做(zuo)出從“0”到(dao)“1”的(de)(de)突(tu)破,研制出原創(chuang)的(de)(de)儀(yi)器(qi)。
“我(wo)們(men)(men)去申請基(ji)金委重(zhong)大科研儀器(qi)研制(zhi)項目(mu)(mu)時,既有一定的(de)研制(zhi)基(ji)礎,又做出了(le)很好(hao)的(de)成果,還(huan)有一支優(you)秀(xiu)的(de)團隊。”杜江(jiang)峰說,“當時我(wo)們(men)(men)提的(de)方(fang)案合理,各項指標也(ye)非常高(gao),國(guo)際上又沒(mei)有同類型儀器(qi),這完全符合基(ji)金委的(de)項目(mu)(mu)定位。”
“多波段(duan)脈沖單自(zi)旋磁共(gong)(gong)振(zhen)譜(pu)儀(yi)”能夠在不破壞(huai)研(yan)(yan)究(jiu)對(dui)象的前提(ti)下,提(ti)供微觀物質(zhi)內部(bu)結構(gou)信(xin)息,拓展人們(men)駕(jia)馭單個核自(zi)旋的能力,對(dui)前沿(yan)基礎科學,對(dui)提(ti)升我國(guo)(guo)開展原創性研(yan)(yan)究(jiu)能力意(yi)義重大。而且也是國(guo)(guo)際首(shou)臺具備單核自(zi)旋探測靈敏度的多波段(duan)脈沖單自(zi)旋磁共(gong)(gong)振(zhen)譜(pu)儀(yi)。
2013年初,杜江峰團隊順利獲得國家(jia)自然科學基金資(zi)助,這讓團隊成員摩拳擦掌,準備大干一番。
蓄積力量
缺乏高端科(ke)研儀器(qi)之“痛(tong)”有(you)(you)兩個突出(chu)表現。一是發(fa)達國(guo)家的技術(shu)封鎖,有(you)(you)錢也買不到。二是當我國(guo)少數領域邁入國(guo)際前沿時(shi),迫切需要的儀器(qi)國(guo)際上(shang)也不一定有(you)(you)。
當(dang)中國(guo)科學(xue)家在多個(ge)領域(yu)躋身國(guo)際(ji)第(di)一梯隊時(shi),缺(que)“儀”之(zhi)痛和(he)今天的缺(que)“芯(xin)”之(zhi)痛如出一轍。
在研制多波(bo)段(duan)脈沖單自旋(xuan)磁共振譜儀(yi)(yi)的時候,有(you)(you)個關(guan)鍵(jian)部(bu)件叫鉆(zhan)石(shi)傳(chuan)感器(qi),它的靈敏度(du)決(jue)定著儀(yi)(yi)器(qi)的性能。但(dan)當時相關(guan)的原理才提出來四五年時間,國(guo)(guo)際國(guo)(guo)內(nei)都沒有(you)(you)現成的設備可參考(kao)。
“當時美、德有個(ge)研究組也在往這個(ge)方向走,知道我(wo)們要自己研制(zhi)后(hou),馬上把相(xiang)關(guan)的技(ji)術(shu)和產(chan)品(pin)都封(feng)鎖了。”該團隊成員、中科(ke)院微觀磁共振重點實驗室副研究員王(wang)鵬飛說,“2012年,國外廠商禁運了鉆(zhan)石(shi)傳感器相(xiang)關(guan)的產(chan)品(pin)和技(ji)術(shu),所以(yi)一(yi)開始,我(wo)們就面臨很(hen)大的困難。”
鉆石傳(chuan)感器研(yan)制(zhi)(zhi)中用到一種離子(zi)注入技術,但當時大(da)家連(lian)離子(zi)注入的機制(zhi)(zhi)都(dou)不清(qing)楚。
“杜老(lao)師在理論(lun)上給予(yu)指導,和(he)我們一(yi)起討論(lun),研究解(jie)決方(fang)案。”王鵬飛說,“最(zui)終我們從一(yi)臺(tai)農業育種注入(ru)機上得到啟發,對它進行(xing)改造(zao)和(he)設計,又(you)造(zao)了(le)一(yi)些(xie)部件,最(zui)終達到了(le)項目初步目標。”
后來(lai),團(tuan)隊不(bu)斷摸索(suo),找相關單(dan)位攻克VR加工技(ji)(ji)術(shu),波導設(she)計加工工藝。經過幾(ji)輪(lun)迭代、團(tuan)隊用不(bu)到(dao)3年時(shi)間,將(jiang)鉆(zhan)石傳感器技(ji)(ji)術(shu)提升至國際先進(jin)水平。
“2016年底(di),連(lian)做傳感器的(de)原料也被發達國(guo)家禁運了,我(wo)們(men)必須一點點摸索,攻(gong)克一道道工藝難關,但這(zhe)也讓我(wo)們(men)一步(bu)步(bu),全鏈條(tiao)地掌握(wo)了核心(xin)技術。”中科院微觀磁共振重點實驗(yan)室副研究員(yuan)秦熙說,“在這(zhe)個過程中,能明顯(xian)感覺到(dao)國(guo)外儀器廠商對我(wo)們(men)的(de)態度,經歷了‘嚴防死守—針(zhen)鋒(feng)相對—互惠合作’的(de)幾輪(lun)翻轉。”
在國家自然(ran)科學(xue)基金委兩個(ge)儀器(qi)研制項目的資助(zhu)下,杜江峰團隊一路披(pi)荊(jing)斬棘,在實戰中蓄積(ji)著“起跳的力量(liang)”。
“落地”才算驗收
2014年,杜江(jiang)峰發現,國(guo)內一(yi)些研究機構(gou)也面臨著自己曾經的苦惱(nao):迫切需(xu)要一(yi)些高(gao)端儀(yi)器(qi)但(dan)買(mai)不到。
這(zhe)時他們(men)已經研制出部分儀(yi)器,杜江峰(feng)認為(wei),既然有這(zhe)個能力,何(he)不(bu)多做(zuo)幾(ji)臺呢。
“我們要探(tan)索新的合作方(fang)式,改變過(guo)去那種‘立(li)項研(yan)究,驗收了事’的做法(fa)。”杜(du)江峰說(shuo),“比如,中(zhong)科院的某個研(yan)究所(suo)要買儀器,現在這個錢(qian)由(you)中(zhong)科院來(lai)(lai)(lai)出,我來(lai)(lai)(lai)研(yan)制儀器,他作為用戶來(lai)(lai)(lai)驗收。”
科學(xue)家(jia)研(yan)制(zhi)儀(yi)器(qi)和企(qi)業(ye)(ye)家(jia)做儀(yi)器(qi)目標、關(guan)注點(dian)完(wan)全(quan)不同。高(gao)校和研(yan)究(jiu)(jiu)所(suo)的儀(yi)器(qi)研(yan)制(zhi)項(xiang)目屬于“學(xue)術(shu)牽引(yin)”,可(ke)(ke)以不計原件成(cheng)本,只要(yao)各項(xiang)技術(shu)指(zhi)標在驗收時最好即可(ke)(ke)。但企(qi)業(ye)(ye)要(yao)完(wan)全(quan)遵照市(shi)場規(gui)律,以產出(chu)成(cheng)套儀(yi)器(qi)為(wei)目的,注重(zhong)穩(wen)定性,可(ke)(ke)重(zhong)復性、講究(jiu)(jiu)成(cheng)本可(ke)(ke)控。
“盡管都和(he)儀(yi)器(qi)有關,但做產品(pin)和(he)搞基礎研究是(shi)兩碼事。”杜江(jiang)峰(feng)說(shuo),“不少項(xiang)目是(shi)‘進門(men)嚴(yan)苛,出(chu)門(men)寬(kuan)松’,只要(yao)能立項(xiang),驗收(shou)通常并不困難。專家把(ba)各項(xiang)指標一測,達(da)標就(jiu)可以通過(guo)。但儀(yi)器(qi)成為(wei)商品(pin)就(jiu)像一個(ge)手機,不能今天有信號,明天沒信號了。”
為解(jie)決學(xue)研產銜接的難(nan)題,讓儀器研究真正“落地(di)”,杜江峰下定決心,承(cheng)諾延遲(chi)驗收(shou),讓用戶(hu)單位來驗收(shou)。“用戶(hu)什(shen)么(me)時(shi)候(hou)覺得滿(man)意(yi)了,什(shen)么(me)時(shi)候(hou)通過驗收(shou)”。
“我們這套儀器(qi)原(yuan)計劃2016年完(wan)成(cheng),專家驗收是(shi)2016年完(wan)成(cheng)的,但(dan)用戶實(shi)際使用過程中,不斷發現問題、提出改進,包括原(yuan)來計劃里沒(mei)有,但(dan)因為研究(jiu)出現新情況、產(chan)生的新需求(qiu),我們都盡可(ke)能滿(man)足,最(zui)后(hou)用戶徹(che)底(di)滿(man)意了,所以到2021年才(cai)通過中科院驗收。”杜江峰說。
該儀(yi)器后期迭代也隨著國儀(yi)量子(zi)(合肥)技術(shu)有限公司(si)的成立,交由公司(si)負責,從(cong)而更(geng)加明確了(le)科(ke)研團隊從(cong)“0”到(dao)“1”、企業從(cong)“一”到(dao)“萬”的產學研模式。
底氣何來
“我(wo)們實驗(yan)室有近40臺裝(zhuang)備,除(chu)了2009年(nian)買過一臺進口儀(yi)器(qi)外,這12年(nian)來(lai)(lai)沒買過成套裝(zhuang)備,基本(ben)上自(zi)(zi)己想(xiang)到的、需要(yao)的都自(zi)(zi)己來(lai)(lai)做。”杜江峰說。
目(mu)前(qian),該(gai)團隊研(yan)制(zhi)的(de)(de)儀器已廣泛服務于醫院、企(qi)業、科研(yan)院所。談(tan)及團隊致勝的(de)(de)“法寶”,杜江峰用“品格、平(ping)臺、氛圍”六(liu)字概括。
“感謝中科院和基金(jin)委領導的(de)(de)(de)遠見和魄力,支持(chi)我(wo)們探索一種靈活的(de)(de)(de)機制,比如‘邊(bian)科研邊(bian)研制’,比如支持(chi)我(wo)們把研制的(de)(de)(de)儀器(qi)真(zhen)正‘落地’。”杜江峰說,“在科學基金(jin)的(de)(de)(de)持(chi)續資助下(xia),我(wo)們也在實戰(zhan)中鍛(duan)煉(lian)了一支特別能‘打’的(de)(de)(de)隊伍。”
“務實、低調,凝聚力(li)強”是國儀量子(合(he)肥)技術有限公司總裁賀羽(yu)對(dui)團隊的最深(shen)刻感(gan)受。目前,“國儀量子”已經(jing)從科學家(jia)手中接(jie)過成果產業化的“接(jie)力(li)棒”,開始用產品經(jing)營(ying)的思路(lu)、以工程化的方式向商業化邁進。
中國科技大學教授(shou)石發展(zhan)說:“杜老師常說,學術討論(lun)只有對錯,不分(fen)地位(wei)高低。所(suo)以我(wo)們(men)形成自由、平等的學術討論(lun)氛圍。我(wo)們(men)從(cong)不打卡,但晚上12點實驗室(shi)燈火通明也是常態。大家(jia)都(dou)奔著一個(ge)目標,做(zuo)得非(fei)常開心。”
杜江峰認(ren)為,人才是大學最(zui)重(zhong)要(yao)(yao)的(de)(de)產品,除了要(yao)(yao)培養他們的(de)(de)品格外,還要(yao)(yao)提(ti)供一流的(de)(de)平(ping)臺(tai),好的(de)(de)工作環境、科研氛圍。
“非常(chang)感(gan)謝團隊成員的努力。”杜(du)江(jiang)峰說(shuo),“雖然(ran)我們在(zai)單蛋白質分子磁共振探測、實(shi)現時間最優量子控制(zhi)等方(fang)面取得了多個世(shi)界(jie)第一。取得了一流成果,培養了一流人才、提供(gong)了一流平臺、做出了一流產(chan)業,但(dan)在(zai)儀(yi)器研制(zhi)方(fang)面,跟國際先進水平仍有差距(ju)。儀(yi)器研制(zhi)‘路漫漫其修遠兮(xi)’。”
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