生物感測器多學科「艦隊」啟航

最新 07-06

六月中旬，當「中國生物感測器製造創新中心」組建成功的消息傳出之後，主推者山東省科學院生物所所長史建國收到了中科院院士陳洪淵的來信，「得知你們建立了很有必要和很大發展前景的研究中心，特此祝賀！」

將生物感測器涉及的生物學、電子學、材料學、分析化學、儀器儀錶、精密機械加工等學科「撮合」起來聯合科研，是陳院士多年來未了的心愿。這個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》曾刊文呼籲「加強交叉學科協調，促進聯合，儘快組建生物感測器研究開發中心」。不曾想，呼籲在此後20年時間裡「沒了下文」。

呼籲成空，但問題猶在：在生物感測器領域，存在著相關學科配合不夠，特別是體制機制上各家科研工作自成體系、重複科研，乃至各自在生物感測器的起跑線上只做基礎性工作，而很少在產品的實用化上繼續研發。

如今，由山東省科學院生物所牽頭，包括中科院五個研究所、北京大學、清華大學、上海交大、浙江大學等12所高校的科研機構，華大基因等六所企業在內的25家行業「巨頭」們參與，決定回應呼籲，剔除積弊，瞄準「卡脖子」難題組建中國生物感測器製造創新中心。他們能如願嗎？

「一項更懂你的技術」訴說科技改變生活的神奇

「通過一滴汗可測量人體十幾項健康指標。」這是生物感測器的最新成果，而從汗到十幾項健康指標的轉換過程，代表了生物感測器的神奇。

在生物感測器領域浸潤了近三十年後，史建國如此形容生物感測器的重要性：它是人工智慧的核心、智能化交互的必備；它像理智的研究者一樣敏銳地體察並反饋人類的方方面面，它與化學感測器技術、物理感測器技術構成新時代信息技術的「三駕馬車」。

「簡單來說，生物感測器充當著一個接收器和轉換器的角色。」史建國向科技日報記者表示，科學家們提取出動植物發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；將信息通過光學、壓電、電化學、溫度、電磁等方式展示給人們，為人們的決策提供依據。

比如，可穿戴式生物感測器通過皮膚上的汗水監測患者的葡萄糖水平，從而改寫糖尿病患者的人生；比如原先的病毒檢測需要1—3天，新型納米生物感測器可在短短2—3小時內檢測到不同病毒。

而我國生物感測器研究起步於上世紀80年代，90年代產品進入應用。在從無到有的發展史上，一個個「拓荒者」或接力，或並行，拓展著該領域的廣度和深度。「源自上世紀80年代，汪爾康、董紹俊，開創中國生物感測研究領域；張先恩，發展了我國第一批智能型微生物BOD感測器和系列複合酶電極；馮德榮，開創中國酶電極生物感測器產業；黎高祥，中國第一個場效應管青黴素酶電極；崔大付，中國第一個SPR表面等離子體共振感測器；袁中一，中國第一個農藥殘留生物感測器；胡軍，中國第一個血糖儀及試劑條產業……」史建國說。

而更多的人在基礎研究領域進行了艱苦的努力，直到2008年，中國在國際最高水平期刊上的生物感測相關論文數量超過美國。這本應是可喜可賀的事情，但遺憾的是，數量之最並不能改寫我國生物感測器產業仍處於低端的現實。

縱有「三宗最」國際市場份額仍不到10%

20年前的呼籲，為何今天才得到回應？

在史建國看來，這與生物感測器技術的發展息息相關。早在1998年《科技日報》發文呼籲時，我國生物感測器領域的科研人正疲憊地跟在發達國家後面跑，各種條件不成熟，更關鍵的問題是生物感測器涉及的相關學科「各自為戰」，猶如形不成拳頭的五指，分散了力量。

「作為一個典型跨學科的交叉產物，生物感測器融合了生命科學、分析化學、物理學、材料學和信息科學及相關技術，這意味著各個學科的科研人要耐住寂寞，在一次次失敗中總結經驗，逐步向實用化靠攏。」史建國表示，與其他經典的分析儀器相比，生物感測器製造缺乏專業的技術人才、工藝、裝備。這意味著即使科研人都懂得製造工藝，但因為缺乏相關裝備、材料等支撐，也束手無策，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出一項具有國際水準的生物感測器技術，但苦於缺乏後續製造能力而不得不轉讓給國外公司，後者將其落地後，以一套上百萬的價格返銷中國，獲取暴利。

到了當下，中國的生物感測器已經具備了「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，但現實是：美國長期主導國際生物感測器市場發展，占國際市場的50%以上，而中國不到10%。這裡面重要的因素是技術問題。

史建國舉例道，比如固定化酶感測器是感測器領域研究最多、商品化最成功的分析產品。但由於酶分子元件缺乏，沒有核心競爭力。另外，生物感測器上的核心部件醋酸纖維素內膜，這張小拇指蓋大小、只有髮絲三分之一厚的膜，需要在上面塗一層層的生物材料，但長期以來國內的人工方式很難塗抹均勻，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。「可以說，整個生物感測器的鏈條沒有串起來。」史建國總結。

而中科院生物物理所研究員張先恩則認為，中國生物感測研究存在兩個主要問題，一是引領性研究不夠，二是產業化薄弱。不過，「現在論文多了，研究水平比較高了，經費強度也今非昔比，若能調整研究價值取向及評價導向，加上鼓勵創新創業的政策和加強保護知識產權，再通過聯盟建設，提升中國的生物感測產業競爭力是十分樂觀的」。

布局多學科交叉體系時間表體現科研人雄心

人們用「搞生物的不懂電子，搞化學的不懂製造」來形容生物感測器各行業「單打獨鬥」的局面，但並不是所有的單位都受困於此。

作為我國唯一實現生物感測器產業化應用的科研單位，山東省科學院生物所已先後研製出葡萄糖、還原糖、乳酸等多種生化分析感測器，產品佔國內食品發酵市場95%以上（其餘5%為進口產品），打破了國外技術封鎖。

記者了解到，在這一系列成果背後是一支多學科交叉的研發團隊。史建國表示，山東省科學院生物所是偏向於應用的科研機構，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、跨行業、跨區域」的生物感測器研發布局，能否推動中國生物感測器從「世界第一論文大國」向「第一技術大國」轉變？史建國給出一張時間表：「以利益共同體的形式將大家撮合到一起，爭取每年研發100種以上新技術、新產品、新裝備，培育生物感測器產業集群，發展生物感測器產業基地。5—8年左右時間，使我國生物感測器國際市場佔有率從目前10%提高到20%，而我們的目標是50%。」

時間表體現了這些科研人的雄心，但雄心的成色，還需時間驗證。

記者手記

儘管不願承認，但我國生物感測器行業存在著不止一處的「卡脖子」難題是不爭的事實。

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的底氣不足，也疏遠著這項「懂你」的技術與百姓的距離。而這也成為本次「聯合艦隊」最終合成一體的根本原因。

回歸理性，核心技術的攻克需要時間的積累，也需要方法的對路。這個關鍵的方法，無疑是人——如何發揮科研人的主觀能動性。

20年的呼籲「沒有下文」，根本原因在於沒有找到人的「撮合之道」。試想一下，在原先科技成果轉化相關法律尚不完善，且科研環境的「論文導向」下，身處實驗室的科研人有何動力做一項「一眼望不到邊」且對自己沒有用處的技術？

好在中國的科研人有情懷，他們沒有放棄對生物感測器科研高峰的攀登。而中國生物感測器行業的「三宗最」，也是這種情懷的反映。

正因為這種情懷，當中國第一個血糖儀的發明人及試劑條產業開拓者胡軍教授在香港科技大學圖書館裡看到那張出版於20年前的、泛黃的《科技日報》時，難掩感慨；同時，也讓山東省科學院生物所所長史建國發出了「20年前的召喚，當今的使命」的感嘆。

所以，當他叩開其他24家大學、院所、企業的大門並表明來意時，迎接他的不是遲疑、猶豫，而是「非常同意，期待參與」的答覆。

史所長跟我說，這是中國生物感測器同行們共同的心愿。

20年前，當國外拿著最先進的基於溶氧電極的葡萄糖測定儀卡住我們的「脖子」時，史建國和同事們不服氣，用「中國首台」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」再次湧現，「聯合艦隊」瞄準卡脖子難題是他們的姿態，更是他們尋求答案的手段。（記者王延斌）