生物傳感器多學(xué)科“艦隊”啟航
六月中旬，當“中國生物傳感器制造創(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(cháng)史建國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《科技日報》上——1998年5月26日，《科技日報》曾刊文呼吁“加強交叉學(xué)科協(xié)調，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(zhù)相關(guān)學(xué)科配合不夠，特別是體制機制上各家科研工作自成體系、重復科研，乃至各自在生物傳感器的起跑線(xiàn)上只做基礎性工作，而很少在產(chǎn)品的實(shí)用化上繼續研發(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所高校的科研機構，華大基因等六所企業(yè)在內的25家行業(yè)“巨頭”們參與，決定回應呼吁，剔除積弊，瞄準“卡脖子”難題組建中國生物傳感器制造創(chuàng )新中心。他們能如愿嗎?
“一項更懂你的技術(shù)” 訴說(shuō)科技改變生活的神奇
“通過(guò)一滴汗可測量人體十幾項健康指標。”這是生物傳感器的最新成果，而從汗到十幾項健康指標的轉換過(guò)程，代表了生物傳感器的神奇。
在生物傳感器領(lǐng)域浸潤了近三十年后，史建國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)，生物傳感器充當著(zhù)一個(gè)接收器和轉換器的角色。”史建國向科技日報記者表示，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、細胞器、酶、抗體等;同時(shí)將生物材料感受到的持續、有規律的信息轉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。
比如，可穿戴式生物傳感器通過(guò)皮膚上的汗水監測患者的葡萄糖水平，從而改寫(xiě)糖尿病患者的人生;比如原先的病毒檢測需要1—3天，新型納米生物傳感器可在短短2—3小時(shí)內檢測到不同病毒。
而我國生物傳感器研究起步于上世紀80年代，90年代產(chǎn)品進(jìn)入應用。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(zhù)該領(lǐng)域的廣度和深度。“源自上世紀80年代，汪爾康、董紹俊，開(kāi)創(chuàng )中國生物傳感研究領(lǐng)域;張先恩，發(fā)展了我國第一批智能型微生物BOD傳感器和系列復合酶電極;馮德榮，開(kāi)創(chuàng )中國酶電極生物傳感器產(chǎn)業(yè);黎高祥，中國第一個(gè)場(chǎng)效應管青霉素酶電極;崔大付，中國第一個(gè)SPR表面等離子體共振傳感器;袁中一，中國第一個(gè)農藥殘留生物傳感器;胡軍，中國第一個(gè)血糖儀及試劑條產(chǎn)業(yè)……”史建國說(shuō)。
而更多的人在基礎研究領(lǐng)域進(jìn)行了艱苦的努力，直到2008年，中國在國際最高水平期刊上的生物傳感相關(guān)論文數量超過(guò)美國。這本應是可喜可賀的事情，但遺憾的是，數量之最并不能改寫(xiě)我國生物傳感器產(chǎn)業(yè)仍處于低端的現實(shí)。
縱有“三宗最” 國際市場(chǎng)份額仍不到10%
20年前的呼吁，為何今天才得到回應?
在史建國看來(lái)，這與生物傳感器技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。早在1998年《科技日報》發(fā)文呼吁時(shí)，我國生物傳感器領(lǐng)域的科研人正疲憊地跟在發(fā)達國家后面跑，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”，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(zhù)各個(gè)學(xué)科的科研人要耐住寂寞，在一次次失敗中總結經(jīng)驗，逐步向實(shí)用化靠攏。”史建國表示，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(zhù)即使科研人都懂得制造工藝，但因為缺乏相關(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，國內某一流科研院所在十多年前研發(fā)出一項具有國際水準的生物傳感器技術(shù)，但苦于缺乏后續制造能力而不得不轉讓給國外公司，后者將其落地后，以一套上百萬(wàn)的價(jià)格返銷(xiāo)中國，獲取暴利。
到了當下，中國的生物傳感器已經(jīng)具備了“三宗最”，科研群體國際最大、研究論文國際最多、科研條件國際一流，但現實(shí)是：美國長(cháng)期主導國際生物傳感器市場(chǎng)發(fā)展，占國際市場(chǎng)的50%以上，而中國不到10%。這里面重要的因素是技術(shù)問(wèn)題。
史建國舉例道，比如固定化酶傳感器是傳感器領(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)有核心競爭力。另外，生物傳感器上的核心部件醋酸纖維素內膜，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(cháng)期以來(lái)國內的人工方式很難涂抹均勻，由此造成了性能穩定性不足，直到現在這一工藝還被國外掌握著(zhù)。“可以說(shuō)，整個(gè)生物傳感器的鏈條沒(méi)有串起來(lái)。”史建國總結。
而中科院生物物理所研究員張先恩則認為，中國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)，“現在論文多了，研究水平比較高了，經(jīng)費強度也今非昔比，若能調整研究?jì)r(jià)值取向及評價(jià)導向，加上鼓勵創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)的政策和加強保護知識產(chǎn)權，再通過(guò)聯(lián)盟建設，提升中國的生物傳感產(chǎn)業(yè)競爭力是十分樂(lè )觀(guān)的”。
布局多學(xué)科交叉體系 時(shí)間表體現科研人雄心
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)“單打獨斗”的局面，但并不是所有的單位都受困于此。
作為我國唯一實(shí)現生物傳感器產(chǎn)業(yè)化應用的科研單位，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)品占國內食品發(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)團隊。史建國表示，山東省科學(xué)院生物所是偏向于應用的科研機構，科研成果既注重高精尖，也注重“接地氣”，在“論文導向”方面相對超脫。
此次，該所牽頭組建的“跨部門(mén)、跨行業(yè)、跨區域”的生物傳感器研發(fā)布局，能否推動(dòng)中國生物傳感器從“世界第一論文大國”向“第一技術(shù)大國”轉變?史建國給出一張時(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，使我國生物傳感器國際市場(chǎng)占有率從目前10%提高到20%，而我們的目標是50%。”
時(shí)間表體現了這些科研人的雄心，但雄心的成色，還需時(shí)間驗證。
記者手記
盡管不愿承認，但我國生物傳感器行業(yè)存在著(zhù)不止一處的“卡脖子”難題是不爭的事實(shí)。
諸如酶分子元件缺乏、醋酸纖維素內膜工藝缺失等難題暴露出行業(yè)的底氣不足，也疏遠著(zhù)這項“懂你”的技術(shù)與百姓的距離。而這也成為本次“聯(lián)合艦隊”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(guān)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，在原先科技成果轉化相關(guān)法律尚不完善，且科研環(huán)境的“論文導向”下，身處實(shí)驗室的科研人有何動(dòng)力做一項“一眼望不到邊”且對自己沒(méi)有用處的技術(shù)?
好在中國的科研人有情懷，他們沒(méi)有放棄對生物傳感器科研高峰的攀登。而中國生物傳感器行業(yè)的“三宗最”，也是這種情懷的反映。
正因為這種情懷，當中國第一個(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《科技日報》時(shí)，難掩感慨;同時(shí)，也讓山東省科學(xué)院生物所所長(cháng)史建國發(fā)出了“20年前的召喚，當今的使命”的感嘆。
所以，當他叩開(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。
史所長(cháng)跟我說(shuō)，這是中國生物傳感器同行們共同的心愿。
20年前，當國外拿著(zhù)最先進(jìn)的基于溶氧電極的葡萄糖測定儀卡住我們的“脖子”時(shí)，史建國和同事們不服氣，用“中國首臺”回敬了對方。
如今，當相似的“卡脖子”一再上演，他和國內同行心底的“不服氣”再次涌現，“聯(lián)合艦隊”瞄準卡脖子難題是他們的姿態(tài)，更是他們尋求答案的手段。(記者 王延斌)
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