科研儀器是學(xué)科發(fā)展的重要“引擎”。但在中國，科研卻常常苦于被儀器卡住“脖子”。 

曾在美國華盛頓大學(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實驗室主任徐健深有體會。 

2008年，徐健回國后便與同事組建中科院青島生物能源與過程所公共儀器平臺，但讓他頗感無奈的是，研究所需要的高端生物科研儀器設(shè)備幾乎全部依賴進口。

前不久，徐健帶領(lǐng)的青島生物能源與過程所功能基因組團隊、英國謝菲爾德大學(xué)副教授黃巍與北京惟馨雨生物科技有限公司(以下簡稱惟馨雨公司)在科技部創(chuàng)新方法工作專項的支持下，合作開發(fā)出全球首臺活體單細胞拉曼分選儀(RACS)。

不過，國內(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。

研究始于儀器創(chuàng)新

在科研過程中，科研儀器所發(fā)揮的催化作用不言而喻。

在人類基因組計劃開始之初，科學(xué)家預(yù)計完成測序至少需要30年。然而，毛細管電泳測序儀的問世，卻將時間縮短至3年。

同樣，對于特定功能單細胞的鑒定和分離，常用的熒光流式細胞儀(FACS)技術(shù)通常需要熒光標記預(yù)知的生物標識物，RACS則無須外源標記，而是依據(jù)細胞拉曼指紋圖譜來鑒定和分選活體單細胞。

徐健對《中國科學(xué)報》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識物的創(chuàng)新體系，以及針對細胞自然狀態(tài)的原位研究。

單細胞是生命的“功能單元”和“進化單位”，在徐健看來，如果能考察與比較單個細胞層面的分子機制，就能從根本上解答生命為何豐富多彩。

不過，傳統(tǒng)的基于細胞群體水平的性狀測量，不能真實反映出細胞個體的性狀及分布。而活體單細胞水平的性狀識別和分選，能從根本上理解、調(diào)控與設(shè)計“生命體系的異質(zhì)性”。

通過拉曼特征譜線，研究人員可獲得單個活體細胞內(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胞。

市場前景樂觀

從創(chuàng)新儀器的第一臺樣機到最終產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，需要有一個磨合的過程。而在這一過程初期，RACS就已經(jīng)進行了許多有前景的示范應(yīng)用。

“完成對快速固定CO2的光合細菌的特異性篩選”是其中之一。徐健稱，自然界中有99%的細胞仍尚未被培養(yǎng)，要想探尋地球上更多的固碳微生物，不依賴細胞培養(yǎng)的RACS技術(shù)則為其提供了一個非常簡潔、高效且靈敏的實驗手段。

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，為生物能源的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。RACS可定性、定量地同時監(jiān)測細胞內(nèi)淀粉和油的含量，不需要標記就能迅速篩選和評價指定細胞。

“這兩項應(yīng)用已有關(guān)鍵實驗數(shù)據(jù)的支持。”徐健表示，目前他們還在探索利用RACS監(jiān)測腫瘤細胞，以及對病菌進行快速檢測。

總之，隨著單細胞技術(shù)更多地用于解答生物問題，其商業(yè)用途的需求也會越來越多。對于RACS未來的市場前景，惟馨雨公司的宋一之博士就十分看好。

“整個儀器包括拉曼信號監(jiān)測、單細胞分選、自動數(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。”宋一之告訴《中國科學(xué)報》記者，RACS不僅填補了該領(lǐng)域的空白，也解決了原有技術(shù)無法解決的問題。

某大型跨國快速消費品公司微生物部專家李睿也對記者稱，提高微生物檢測效率，對于每小時生產(chǎn)成千上萬件產(chǎn)品的企業(yè)來講至關(guān)重要。如果RACS工程化樣機能夠做到速度快、成本低、準確度高、操作簡便，那它的市場前景將非常廣闊。

產(chǎn)業(yè)化空檔

雖然成果樣機已搭建成功，惟馨雨公司也正組建持續(xù)研發(fā)、工程化和銷售的團隊，但由于企業(yè)的工程化及市場經(jīng)驗不足，同時又迫于資金壓力，RACS想要直接進入產(chǎn)業(yè)化面臨挑戰(zhàn)。

開發(fā)科研儀器如同制藥，從創(chuàng)意到關(guān)鍵部件，再到搭建第一臺樣機，最終批量生產(chǎn)，不僅需要巨額投資，還需要漫長的時間周期。

在投資回報期較長的窘境下，作為科研儀器創(chuàng)新的生力軍，中小企業(yè)很難獲得風(fēng)險投資基金的青睞。更為尷尬的是，國家的科研儀器開發(fā)經(jīng)費也很少會向中小企業(yè)拋出橄欖枝。

實際上，近幾年國家對于重大科學(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發(fā)專項66個，資助經(jīng)費達22億元;國家自然科學(xué)基金委資助重大科研儀器設(shè)備研制專項38個，資助經(jīng)費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)化最為需要的。

“做一臺成果樣機容易，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記者稱，RACS在產(chǎn)業(yè)化過程中，很可能遇到工藝、原器件進口、可靠性等硬件及軟件方面的問題。

徐健也表示，雖然RACS樣機是原創(chuàng)，但里面的部分零部件卻需要進口，這也反映出國內(nèi)高端科研儀器產(chǎn)業(yè)鏈的斷裂。

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