實驗室儀器行業「十二五」成果回顧與「十三五」機遇展望

　　實驗室儀器是科學儀器的重要組成部分，涉及12個專業，應用領域廣泛。隨著科學技術的進步和發展，實驗室儀器越來越佔有重要的地位。「十二五」期間，我國實驗室儀器在自主創新方面取得了可喜的進步和發展：取得多項高端技術成果和一批重要的智慧財產權，引領企業產品發展。

　　一、在「十二·五」期間實驗室儀器自主創新成果顯著

　　(一)我國離心機行業進入世界先進水平

　　我國離心機行業已有近四十年的發展歷史，離心機也是國家歷來重視發展的科學儀器，目前我國已逐步形成湖南、上海、北京為主的實驗室離心機的生產基地，規模批量生產了臺式離心機、高速冷凍離心機、大容量血液離心機等系列產品，同時還努力發展離心機應用技術，擴大離心機使用領域，滿足了市場需要的同時也促進了相關科研和生產發展。不僅打破了國外離心機在中國的壟斷地位，還批量出口到非洲、歐洲和東南亞市場，我國的離心機行業已具有相當規模，離心機技術已快速發展，其中4萬轉/分以下離心機已達到和接近世界先進水平。

　　當前重視發展我國的超速離心機是非常必要的。目前我國所需要的超速離心機全部依賴進口，主要是美國貝克曼和日本日立的產品。據海關統計資料，僅在「十二·五」期間，進口的超速離心機近500臺，資金約5億多美元(約合32億人民幣)。隨著我國科學技術的進步，超高速離心機的研發在「十二·五」期間取得了成功，「十三·五」將繼續研發，目標使其轉速要提升至100000rpm(落地式)和150000RPM(臺式)、增加區帶離心和連續流離心功能、提升電控和安全性能、完善操作程序和管理程序、開發更多轉頭及模擬應用程式等。

　　湖南吉爾森科技發展有限公司研發成功我國首款商品化超速離心機(JE-80K)。JE-80K採用了真空密封驅動系統，其最高轉速可達80000rpm，最大離心力可達645000g。JE-80K已通過國內權威單位試用和驗證，通過專家鑑定，填補了我國超速離心機的空白。

　　我國所需超速離心機不再全部依賴進口。隨著我國科學技術的進步，對超速機的需求將逐年增加。JE-80K的研發成功不僅帶動了我國離心機技術的全面發展，而且每年可為國家節省大量的外匯。目前該型超速離心機正在進行商品化完善，未來推向市場後將帶來可觀的社會效益和經濟效益。JE-80K超速離心機研發成功標誌著我國離心機行業已經進入世界先進水平。目前超速離心機技術已在開發更方便安全的新型水平轉頭、可自動進行8類故障診斷，進行標準操作、程序控制、延遲啟動、儲存多種程序、更安全的防護系統和控制系統。在「十三·五」期間，超速離心機技術將會有更大發展。

圖1 JE-80K超速離心機

湖南吉爾森科技發展有限公司

　　超速離心機是應用強大的離心力將沉降係數、質量、密度等不同的物質進行製備的精密實驗室儀器，是分離、純化細胞、病毒、蛋白、核酸和酶的最方便有效的工具，是分子生物學、生物化學、生命科學和醫學研究不可缺少的手段。

　　(二)電泳儀發展迅速

　　1、「十二·五」期間我國的電泳儀行業快速發展

　　目前電泳儀行業實現了常規電泳成套儀器研發和生產，如凝膠成像分析系統、光密度掃描儀、基因擴增儀、紫外分析儀、移液器等，且大部分品種都已經達到或接近國外先進水平。

　　在高端儀器開發方面，與高校和研究單位合作業已取得可喜成果，比如北京六一儀器廠和高校合作研製成功分體式等電聚焦電泳系統裝置，推動了我國蛋白質組學發展，為我國生命科學的研究做出了貢獻。

圖2 DYY-16D型電泳儀電源

北京六一生物科技有限公司

　　我國的電泳儀正在向更高水平發展，已成為分子生物學、食品化學、藥物化學、環境化學、醫學、法學生命科學技術分析研究手段。

　　2、電泳儀行業發展方向和「十三五」目標

　　①加強基礎理論的研究，充分發揮農業科學、海洋科學、醫療衛生、生命科學應用與開發；

　　② 發展高端電泳設備，使電泳達到人機脫離、檢測速度快、檢測項目全、設備更小型、現場應用更普及更安全發展，能滿足複雜實驗，基層醫療臨床檢驗的需要；

　　③提高儀器自動化程度，簡化儀器操作程序，使儀器更加好用耐用；

　　④加強儀器應用技術開發與研究，開發價格合理、高效、實用的生命科學的電泳設備。

　　(三)環境試驗設備自主創新成果顯著

　　我國的環境試驗設備行業起步於上個世紀60年代。80年代以前環境試驗設備行業普遍採用前蘇聯的技術，以生產三防試驗箱即溫溼度試驗箱、鹽霧試驗箱、黴菌試驗箱為主，單因素的環境試驗設備多，高檔產品少。進入90年代後，通過對國外產品和技術的引進以及建立合資廠，依靠仿製、自行設計和更新設計，我國的環境試驗設備的設計和製作水平有了長足的進步。目前我國在通用、中小型環境試驗設備方面已經接近國際水平，不但能生產單因素的環境試驗設備，而且能生產多因素綜合性環境試驗設備和特種環境試驗裝備，自動化控制水平及產品的外觀與國外產品相比已經相差無幾，環境試驗設備成為一個門類齊全具有先進技術水平行業。

　　「十二五」期間無論是高鐵發展、航天工業的建設、軍工企業、醫療衛生等各行業所需環境試驗、特殊環境試驗、極端環境試驗，環境試驗相關企業在一次次自主創新活動中做出了自己的貢獻，保證科研和生產完成。

　　「十三五」期間環境試驗設備相關技術進一步完善和提高。

　　我國已取得國際大市場競爭的主動權，產品已遍布世界各個角落，但不同的地域對產品的環境適應性要求差別極大。

　　1、為取得市場競爭的主動權，產品製造商已開始注意到產品的環境適應性問題。隨著我國政治經濟實力的增強，國家安全、航天航空、軍工領域的技術的發展得到加強，環境試驗與試驗設備技術將會更加受到重視，未來我國環境試驗技術必將達到世界先進水平。

　　2、研製近於實際環境的綜合箱：如振動試驗箱已經發展成為三綜合(溫度、溼度、振動)、四綜合(溫度、溼度、低氣壓、振動)試驗箱，並且出現了多維振動試驗箱；再如腐蝕試驗箱由單一腐蝕試驗也向循環腐蝕試驗(腐蝕-溼熱-乾燥-腐蝕)箱方向發展。

圖3 TW-2600-65WH高鐵動車步入式高低溫/溼熱/覆冰綜合試驗系統 圖4試驗現場

成都易華天宇試驗設備有限責任公司

　　3、大型綜合專用設備：為適應各行各業的需要，研發製作大型綜合專用的環境試驗設施。如美國陸軍阿伯丁靶場的兵器環境試驗設備能讓車輛在行駛道路條件下，模擬低溫、高溫、溼熱、低氣壓等多參數組合環境。該設備有100m³、145 m³和45 m³三個環境實驗室，採用1套空氣製冷系統和各自獨立的電加熱設備。在大型環模設備中首次成功採用了空氣製冷。該設備最大實驗室空間尺寸為16m×8m×8m(長×寬×高)，溫度範圍為常溫~50℃，相對溼度可達到85×(1±0.05)% RH(≤40℃)，模擬的最大太陽輻射強度為1kW/m²，模擬的最大風速為35m/s。

　　4、加強環境試驗設備應用技術開發，為食品、衛生、海洋經濟、環保等行業服務

　　①海洋經濟、食品工業、環境保護所需新型環境試驗設備；

　　②認真開展應用技術開發；

　　③開展新技術、新材料研究；

　　④做好環境設備節能技術研究，降低設備能耗；

　　(四)我國天平自主創新成績顯著，已形成世界上最完整的天平製造業

　　我國天平儀器製造已發展為世界最大最完全製造業。

　　天平行業按其產品結構分為：電子天平、機械天平、砝碼和天平擴展產品。

　　1、機械天平：經過50多年建設和發展，我國的機械天平水平技術處於世界先進水平。目前，國內等臂機械天平技術水平、工藝水平、計量性能都已達到國際標準，已開始批量出口，原則上機械天平已沒有進口。今後機械天平將在天平立柱、底板以及外罩、鋼架方面不斷改進，以提高立柱精度。機械天平最大的噸位天平和自主創新發展電磁天平都成是我國獨創技術的天平。砝碼作為天平最重要的部件和質量傳達標準，我國為全世界天平生產企業供應各類砝碼和質量傳達用的砝碼。

　　2、電子天平：當前我國研製的最新一代電子分析天平擁有多種高級功能、低功耗、寬溫度適應、全自動內部校準等特點。目前上海良平儀器儀表公司、湖南湘儀天平儀器、瀋陽龍騰電子公司、長沙湘平儀器公司國產天平廠商生產的電子分析天平具備電子天平所有基本功能、液晶顯示、手動外部校準或者手動內部校準外，還有優越售後服務。

圖5 JY/YP系列電子天平

上海良平儀器儀表有限公司

圖6 KM系列電子分析天平

上海良平儀器儀表有限公司

　　3、目前電子分析天平以做到：①更精準的計量性能。②更完備多種功能，擁有多種應用程式和高級功能，一機多用途，提高工作效率。③更友好的界面，直觀、簡單，不必再像以往一邊對照手冊一邊設置一堆無法理解的代碼來使天平正常工作了，只需要根據全中文菜單的提示，簡單幾步即可部署完成，即便是首次接觸的使用者也容易上手。④更智能，它不僅能時刻監視自身的工作狀態並顯示出來，還能夠通過豐富的接口和其他設備，計算機連結協同工作，處理複雜的數據，進行分析和匯總。⑤更好的適應性，進一步提高電子分析天平對工作環境的適應，使其能在更寬的領域中正常工作。在「十三五」期間，發展我國電子天平，加強市場開拓，完全可以改變我國電子天平依賴進口的局面，使國產電子天平佔電子天平市場比例提高到2/3(約每年進口電子天平近5億元)，這是天平行業重要使命。

　　(五)高端聲學傳感器抗腐蝕高聲壓系列傳感器研製成功

　　聲學傳感器是聲學儀器的核心技術，我國聲學儀器多為中低檔次的產品，高端傳感器完全依賴進口。每年從美國以及丹麥等國家進口各類高端聲學傳感器兩萬多支，嚴重阻礙了我國聲學儀器的發展。

　　「十二五」期間為發展聲學儀器，打破國外對我國高端聲學儀器壟斷，科技部決定設立技術創新基金，對「抗腐蝕高聲壓系列傳感器」進行技術公關。該項目於2011年立項，經過四年的努力，衡儀電氣有限公司完成該項目。各項技術指標合格，已通過科技部的驗收，並在試用中獲得用戶好評，產品各項技術性能達到國外產品技術水平，打破了國外對我國的技術封鎖，可應用於航空航天、火箭發射、軍工部門以及國民經濟多個領域，使我國聲學儀器向著高科技水平發展道路上邁上一個新臺階。

　　實現了關鍵技術的突破，其技術指標達到：

　　開路靈敏度：  (0.3~2)mV/Pa

　　頻率範圍：    10Hz/kHz

　　動態範圍上限：170dB

　　電容量：      5~7pF

　　極化電壓：    0V

　　產品性能：背極駐極體預極化電容式測量傳感器，具有測量頻率範圍寬、動態範圍寬、高精度、高穩定性、無需外加極化電壓等特點。

圖7 HY245型高聲壓抗腐蝕傳聲器系列

衡陽衡儀電氣有限公司

　　高端傳感器研製成功為我國聲學儀器發展創造有利條件，同時為我國水聲儀器發展創造了有利條件。

　　(六)微波水分快速測定儀開創水分測試新紀元

　　湖南赫西儀器裝備有限公司研製的微波快速水分測定儀，開創了我國水分測定的新紀元，是我國獨立完成的自主創新項目。

　　新開發的微波水分測定儀，測量精度高、速度快、可靠性高、用途廣泛，是工礦企業、科研機構、大專院校實驗室、軍工企業等單位開展水分快速分析精確測量必不可少的設備。

　　Herexi流體微波水分測定儀系列是快速智能測定各種流體的水分含量的設備，單次測量時間在1-3秒鐘，實現了含量數位化。

　　1、產品技術指標

　　(1)量程：10-55%(D.R.C)；

　　(2)解析度：0.01%(D.R.C)%；

　　(3)測量精度：1%(D.R.C)%；

　　(4)讀取方式：TFT-LCD數字顯示；

　　(5)通過USB數據上傳到計算機，並可控。

　　2、發展微波水分測定儀

　　微波快速水分測定儀系列產品應用行業範圍極為廣泛，是各行各業必不可少的檢測設備，採用電化學法、烘乾稱量法、蒸餾稱量法、光譜法各有長短，而湖南赫西公司自主開發研製的微波測量法有以上產品無法達到的效果，能夠快速準確的實現水分含量的測量。不用烘乾、不用任何試劑、環保節能快速準確，可廣泛的應用於各行各業，其經濟效益也十分顯著。微波橡膠水分測定儀已在中科院華南橡膠研究所得到了專家及學者的肯定，是最先進最便捷最可靠的。微波橡膠水分測定儀是我國獨立完成的自立創新項目，開創了水分測試嶄新紀元，已具備了產業化的必備條件，其市場前景被看好。

　　新開發的微波水分快速測定儀系列精度高、測量快速、可靠性高、用途廣泛，是工礦，科研機構、大專院校實驗室、化驗室、農業、食品等眾多行業微波水分快速測定及精準測量必不可少的測試裝備。為了積極走出國門，2015年湖南赫西公司將微波水分測定儀送馬來西亞橡膠研究院進行了嚴格測試並通過測試，成為國際橡膠業首選的天然橡膠幹膠含量測試儀器。微波水分測定儀同時在食品、穀物水分測試中得到了廣泛應用。

　　(七)我國首創非線性化學指紋圖譜智能測試技術

　　非線性化學指紋圖譜智能測試技術是我國首創自主創新測試技術。

　　一是非平衡化學原理。該儀器所應用的非線性化學指紋圖譜基於非平衡化學原理，而其他各種指紋圖譜儀器都是基於穩態或平衡態的物理和化學原理。目前，基於化學非平衡態的中藥、天然藥物與食品指紋圖譜的研究和測試儀器開發國內剛剛起步，國外未見報導。

　　二是基於非線性化學振蕩反應的熱力學和動力學原理。在原理平衡條件下，化學體系中非線性過程的作用可形成化學振蕩、化學波、化學混沌和化學版圖等非線性化學現象。作為最典型的非線性化學現象，非線性化學振蕩反應長期以來已被人們所關注。

　　三是基於檢測樣品指紋圖譜的整體性、重現性和特徵性。在簡化複雜分析問題的基礎上達到相同的分析目的，作為食品和藥品指紋圖譜特點的整體性、重現性和特徵性也就成為食品和藥品指紋圖譜的必備屬性。

　　傳統的食品與藥品檢測儀器與檢測方法，大多數檢測時間較長，檢測結果的直觀性不強且較難辨別，造成廣大市民對檢測結果的可信度產生誤會。

圖8 非線性化學指紋圖譜智能檢測儀(分體機)

湖南尚泰測控技術有限公司

圖8 非線性化學指紋圖譜智能檢測儀(一體機)

湖南尚泰測控技術有限公司

　　這項新的檢測技術有著十分良好的檢測效果，主要表現在：一是不受相態、形狀、成分、配伍、劑型限制；二是檢測過程簡單，對檢測環境要求不高；三是檢測結果直觀明了，一目了然，且檢測結果準確，誤差只有五千萬分之一；四是檢測成本低，一般次檢測費用在三萬元以下。該產品的產業化開發，填補了國內外的空白，代表了國內外食品與藥品檢測儀器的發展方向，有力的推動了國內外食品與藥品檢測儀器的發展。

　　非線性圖譜檢測技術受到國家有關部門重視，被列入國家「十二五」發展計劃項目。

　　二、「十三·五」期間實驗室儀器再創輝煌

　　我國科學儀器迎來快速發展時代

　　我國科學儀器已進入市場經濟成熟時期，多年來國家管理體制不斷調整，實驗室儀器行業和科研機制也發生了重大改變，振興我國儀器儀表是我們的使命與責任，我們應該抓住當前儀器儀表發展的大好時機，在「十三五」期間使整行業有很大的發展。

　　(一)我們的目標到2020年我國科學儀器總體水平達到和接近世界先進水平，加強科學儀器自主創新新的力度，努力探索儀器原理的原始創新，加速實現一體的數位化、智能化和網絡化。

　　(二)除了傳統市場外要重視新興市場的開發

　　1、食品行業：食品和藥品行業儀器需求有很大的空間，農業部對各地區農行品檢測中心的建設也正在啟動，在出入境檢疫系統、糧食系統、食品生產企業、肉製品生產企業、乳品生產企業、糧油生產企業都是科學儀器需求大戶，製藥行業也是科學儀器需求大戶。

　　2、環保領域儀器市場：環保、食品藥品、醫療衛生三大領域一直是政府檢測機構和科學院所採購金額前三領域，今後需重點關注國務院和環保部發布的《近期土壤環境保護和綜合治理工作安排》、《大氣汙染防治行動計劃》、《水汙染防治行動計劃》三大計劃的落實情況。

　　3、海洋經濟市場開發：海洋經濟被世界成為第八經濟，一個強大的國家，必須有強大的海洋經濟，建設強大的海洋經濟必須有先進的科學儀器支撐，海洋經濟涉及到海洋能源、海洋礦產資源、海水養殖、海洋船舶及工程裝備、海洋生物科技、海洋氣象、海洋漁業、海洋旅遊、海洋文化、海島建設、海洋環保、海濱城市、海洋服務業、碼頭建設等，海洋經濟發展為科學儀器提供一個很大發展空間，我國海洋經濟正在起步，我們有責任為祖國海洋經濟的發展奮力拼搏。

　　4、生命科學領域的市場相關儀器增長率很高，基因組學儀器，蛋白質組學儀器，生物學儀器如PCR、測序儀、晶片、基因組學儀器、離心機、顯微鏡、細胞儀等正在快速增長。

　　5、當前國內真空檢測市場主要集中在國家軍用產品及研發領域，隨著各類相關產品質量保證的需求和研究過程的精度提高，民用真空檢測市場空間出現大幅度的上升趨勢。

　　重視我國真空實驗設備儀器技術發展及目標

　　隨著科學技術的進步，作為材料製備、工藝試驗的重要基礎裝置，真空實驗設備儀器在前沿科學研究中發揮著越來越重要的作用。在新時期「創新驅動、結構調整」的國家發展戰略下，各領域的創新研發將受到重點關注，也必將促進與此密切相關的真空實驗設備儀器的發展。

　　按具體的用途，真空實驗設備儀器大致分為兩大類：真空環境實驗，真空表面改性實驗。國內研製開發過程中受制於核心裝置的配套能力的缺乏。⑴環境實驗涉及的無油泵、超高真空泵、精確真空度測量等克服完全依賴進口；⑵環境實驗中涉及的光學、電學、物理學等檢測裝置(這些項目日常不與真空相關)也大多須選擇進口配置；⑶表面改性實驗中涉及的先進手段如高性能離子源、光學膜厚監控、雷射脈衝源等裝置國內目前處於低端；⑷改變國內基礎工業和設計理念的薄弱現象，設備整體的精密化、穩定性有待提高。

　　6、努力開發我國水聲儀器

　　發展我國水聲儀器刻不容緩。目前無論軍事上聲吶裝置和漁業上的聲學儀器，我們所用水聲儀幾乎全是國外的產品，無論是品種數量和測試精度範圍，全無法保證我們的需要，開發我國水聲儀器需要引起各方面重視：⑴列出科研轉向攻關；⑵廠校結合走出我們自己科研之路；⑶國家有專項資金支持開發；⑷引進先進技術，消化吸收自主創新，爭取在「十三·五」期間突破關鍵技術。只要我們認真對待措施得力，我國水聲儀器一定快速發展，開拓一片新天地。

　　7、企業要重視創造自己品牌，提高社會信譽度，擴大市場佔有率

　　8、切實做好售後服務，企業通過努力將技術先進、性能穩定、質量可靠產品提供給用戶，才能進步，才能發展。

　　我們正處在一個新的發展階段，儀器的大好形勢是等不來的，要靠儀表人腳踏實地，奮力拼搏幹出來的，我們要認真落實發展我國科學儀器戰略規劃，開拓奮進。讓我們在「十三·五」期間通過堅持不懈努力振興我國科學儀器，再創輝煌!

　　中國儀器儀表行業協會實驗室儀器分會 王家龍、龍嫻 特別供稿