作者：吴斯旻金叶子马晨晨
工欲善其事，必先利其器。
科学仪器设备，就是科学研究的“器”，也是科学研究和科学创新的基础条件。
据统计，到2017年，诺贝尔奖自然科学获奖项目中，因发明科学仪器而直接获奖的项目占11%。而且72%的物理学奖、81%的化学奖、95%的生理学或医学奖都是借助尖端科学仪器来完成的。
中国仪器仪表学会分析仪器分会秘书长吴爱华对第一财经记者表示，从国际上看，约有1/4的诺贝尔物理学奖获得者的工作与仪器研制有关。
吴爱华说，科学仪器不是民用消费品，所以很多时候大家忽略了它的重要性，认为它的经济效益比不上很多其他行业。但仪器是认识未知世界的科学工具，也是控制生产过程的工具。“它是认识世界的原始信息数据的源头。谁拥有先进的仪器，也能在当代科学研究时掌握主动权。”
今年的5月28日，中国科学院第二十次院士大会、中国工程院第十五次院士大会和中国科协第十次全国代表大会，在人民大会堂同时召开。会上，石油天然气、基础原材料、高端芯片、工业软件、农作物种子、科学试验用仪器设备、化学制剂等方面关键核心技术，被点名为全力攻坚的方向。
这些领域，很多成为如今被关注的焦点和热门领域，但科学试验用仪器设备却仍显得有点落寞。事实上，该领域目前过度依赖进口，自主创新局面迟迟难以取得突破性进展。
“目前中国约73%的分析测试仪器需要进口，一些高档精密仪器领域中，进口比例更高；一些特种专用仪器则完全依赖进口。此外，国产科学仪器中具有完全自主知识产权的产品屈指可数。”中国计量科学研究院化学所所长李红梅在6月份的一次公开演讲时指出。
中国科学仪器设备现状到底如何？在高端仪器制造领域，中国与国外的差距应如何尽快填补？进口科学仪器对市场的垄断如何打破？围绕这些问题，第一财经进行了深入调查。
进口依赖强，关键部件存在“卡脖子”风险
近年来，伴随信息科技、生物医疗、材料科学、纳米技术的深入发展，在中国，科学仪器的需求也有了质与量的突破。
需求量大，市场也大，但这并不意味着国产仪器已经可以与进口仪器在同一起跑线上竞争。仪器研发的关键技术仍被国外“卡脖子”，自主掌握的核心技术少，高端仪器依赖进口，仍是当前中国科学仪器设备领域的主要现状。
中国科学院微电子研究所研究员、科技部重大科学仪器项目专家夏洋向第一财经记者提供了一组数据，根据相关部门统计，2016至2019年间，采购的200万元以上的科学仪器中，质谱仪、X射线类仪器、光学色谱仪、光学显微镜等的国产设备比例不足1.50%，其中，3年间，没有采购一台高端国产光学显微镜。
“而国产科学仪器很少单台卖到200万元以上。”夏洋说。
据海关统计，2019年，中国仪器仪表进出口总额分别为519.93亿美元和338.38亿美元，逆差额高达181.55亿美元。
第一财经记者从重大科研基础设施和大型科研仪器国家网络管理平台查询发现，以“通用”、“分析仪器”为搜寻条件，截至7月13日，该平台上全国各高等学校、科研院所等共计拥有141台质谱仪，其中，以美国赛默飞（Thermo）、美国安捷伦（Agilent）、日本岛津（Shimadzu）、德国布鲁克（Bruker）等品牌为主，而明确标有中国自主品牌且（或）产地为中国的质谱仪仅10台左右。
即便是在非通用、涉及出口限制的前沿科技领域，相关国产科学仪器在关键技术方面的劣势也依然存在。
国盾量子调控部经理王哲辉向第一财经记者介绍称，量子技术相关的科学仪器内容比较广泛，分为测量、计算、通信几类。其关键技术主要有单光子源、量子信息处理、单光子探测器等。近两年国内在相关关键技术有较大发展，但国外仍在某些方向技术领先，涉及材料、工艺、高端制造的方方面面。比如PPKTP晶体主要依靠从以色列进口；硅基单光子探测器虽然国内具备先进技术，但其中APD需要向国外采购。
王哲辉认为，国内部分量子技术和产品可以达到国际领先水平，但整体支撑能力不足。特别是通用科学仪器，其发展和半导体设计以及工艺技术息息相关，导致产品综合实力上存在5~10年的技术差距，在个别领域甚至10年以上的技术差距。
夏洋也认为，由于高端科学仪器的研发周期长、技术壁垒高，在未来，至少要当国产科学仪器售价达到进口仪器的1/2甚至2/3，相关仪器企业才能可持续发展。
由于应用市场不同，仪器仪表也分为民用市场、军工航天等领域。目前，高端仪器的进口在民用市场、科研领域渠道还比较畅通，但涉及关键技术比如核工业、军事、航空航天等仍存在不少问题。
中科院研究员罗屿告诉记者，在他们所里，科学仪器分为商业设备、自制设备，用于重大研发等的仪器，国内厂商基本能做，而商业设备都是进口的。总体上，所里单价100万元以上的高端表征设备都是进口。
“仪器的进口需要结合具体领域看。比如物理领域，特别是涉及理论物理、凝聚态物理，这些和产业化没什么关系，和现实生活很远，所以没什么国产设备，基本靠进口。不过，目前科学仪器类全球都处于合作状态，所以大家还是在全球采购仪器。”他告诉记者。
吴爱华也对记者表示，从仪器仪表的科研市场来看，全球合作仍然紧密，高端仪器公司也不会轻易放弃中国市场，“中国市场占全球15%甚至更高”。
同时，涉及敏感领域和关键部件，依然存在“卡脖子”风险。特别是涉及技术领域的仪器设备，进口占比不低。
中科院院士、红外物理学家、半导体物理和器件专家褚君浩举例说：“我们有的科研单位实验室里仪器七成都是进口的。这应该怎么去加强？就是要想方设法加强研发，把自己的仪器水平做上去。”
中科院研究员李成对记者说，现在国产化设备还存在一个空心化的问题，例如设备整机大部分部件都是国产，但是真正的核心部位还是国外进口，所以如果国产设备中这些进口的关键零部件被“卡”，也会影响我们自己的国产设备。
王哲辉就表示：“中国一直以来都属于美国商务部限制出口的国家，例如测试设备中的一些高性能芯片，中国就很难从美国买到。”
仪器行业多而不强，缺少明星企业
据行业内数据估计，我国仪器行业共计2000余家规模企业，3400亿元产业规模。
吴爱华对第一财经记者表示，从结果上来看，目前我们仪器行业呈现企业多但不够强大的局面，“我们产业人均产值比较低，而美国、日本、德国行业人均年销售额可能是150万~200万元之间。”以德国为例，2019年德国330家企业共4.86万从业人员，创造739亿元收入，中国270家规模企业，共7万从业人员，350亿元收入。
在部分高端仪器领域，我国的进口占比超过八成。总体来说我国还缺少“明星”企业。
吴爱华说，目前，行业产品技术整体状态，在整机方面基本是人有我有，总体处于追赶状态，但是多种高端仪器我们还在起步期，外企属于迭代期。另外关键部件高度依赖进口，研制企业难寻。
这种情况也和我国仪器行业的发展历史紧密相关，“我国起步早，快速发展晚”，她补充道。
早在上世纪50年代，我国仪器仪表行业就开始起步，在1960~1970年出现小高潮，1980~2000年进入低谷期，这个阶段外企开始涌入中国市场。到2000年以后，中国进入快速发展期，高于世界平均增速。
“所以从结果上来看，我们的行业要年轻一些，这也意味着积淀没有发达国家丰厚。特别是上世纪90年代开始，外企进入中国后，很快就形成高占有率。再到上世纪90年代后期，民营企业渐渐发展起来，初步形成了目前我国仪器行业发展的主体。”吴爱华对记者说，现在我国处于一个追赶期，从历史进程上看是一个正常的现象。
正在研发但很少被购买，
国产仪器为何难被认可
在夏洋看来，目前，高端国产科学仪器仍处于“正在研发，也很少被购买”的尴尬境地，而如何将国产仪器摆在实验室里，关键是要从需求侧打破僵局。
成都瀚辰光翼科技有限责任公司成立于2016年，是一家集研发、生产和销售于一体的新型生物医疗系统的高新技术企业。他们自主研发生产的高通量低消耗全自动基因检测系统原型机等设备，打破国外对该领域的技术垄断。
2016年瀚辰光翼入局时，国内相关领域的产业几乎一片空白。体量小、投入高，残酷的现状摆在国内企业面前，极少有人愿意涉足这项科研仪器。直到两年后，瀚辰光翼开始频频拿下被国外公司长期占据的订单，才吸引了业界的目光。
瀚辰光翼运营总监杨京忠把今天的成绩归功于团队和定位，他对第一财经记者表示：“无论是价格还是服务抑或是战略安全，都是客户选择国产设备的理由。动辄五六百万的进口设备，在同样的质量下，我们的售价只有两三百万元，甚至更低，而且更符合中国人的操作习惯。因为时差、人工成本、服务理念的差异，以前中国客户打电话给外国厂商需要专门挑夜间，但是我们可以随时提供服务，所需耗材设备的交付周期也会随国际形势的变化而大幅波动。”
但国产科学仪器如今尚难打开国内市场。
“在实验室建设上，各大实验室对于国产科学仪器重视程度还不够，并存在一定的短视性思维。”中国科学技术大学地球和空间科学学院副教授黄卫东对第一财经称，当前，国内前沿实验室大都倾向于花大价钱引进人才，并有专项的国家经费为其置购科学仪器。
黄卫东认为，在这一大环境下，有相当一部分学者，或是因为习惯性沿用此前在国外做研究时的装置，或是出于实验效率考虑，倾向于在购买清单上列出国外高性能、高安全性的仪器，而不是为没有被科研人员广泛认可的国产仪器埋单。
对此，中国科学院生物物理研究所交叉科学所重点实验室研究员、广东中科奥辉科技有限公司执行董事黄韶辉也对第一财经记者表示，由于国产科学仪器起步晚，缺少应用验证，国内实验室普遍认为国产科学仪器还处于中低端技术水平，购买意愿不足。
“事实上，在一些领域，国产科学仪器在技术上已不落后于甚至领先于世界水平，且在价格上具有优势，以至于国产科学仪器的海外市场或领先于国内市场被打开。”他说。
除了受制于国内科研领域的“惯性思维”外，中国工程院院士，中国环境监测总站研究员魏复盛告诉第一财经，国产科学仪器不被认可的另一原因缺少行业背书、标准化验证和效果评估。
他进一步表示，一些国内的研究人员会有顾虑：如果运用国产科学仪器，相关数据记录写在论文中，国际上是否会认可。而这重顾虑的背后，反映了国产科学仪器的对外宣传和展示的机会不够，安全性和标准化的评价体系也仍待完善。
自主科学仪器艰难突围：企业和政策齐发力
在李成看来，“科学也许无国界，但技术肯定是有国界的”。
李成告诉记者，如果在科研经费充足的条件下，科学家们是更愿意选择进口仪器的。他介绍，现在仪器采购方面有两个情况，一个是国家正在引导支持自主研发和采购国内的设备。例如在购买进口设备时要做一些论证，看有没有这个必要，另外还有一个专门的系统查重，避免大型科研设备重复购买。
事实上，一方面，我们需要国际合作，另一方面，自主研发也应该成为趋势，只有两条腿走路才能行稳致远。为此，国内一些企业也在努力。
韩双来是谱育科技的董事长。今天的谱育，被视为国产质谱仪领域的佼佼者。但在公司成立初期，它也经历了迷茫。
“这是个残酷的行业，最先进的两三家企业占据了市场大部分的份额，其他的很难生存。”韩双来对第一财经表示，由于国产仪器起步晚，市场已经被掌握先发优势的企业牢牢把住，仅凭价格优势很难立足。接不到订单，产品无法获得反馈和改进，让企业经营雪上加霜。
他意识到，只有满足客户没有被满足的需求，只有创新，才有机会。
2016年，一家国家级科研单位提出了一个新需求。为了满足应急能力建设，他们需要一台移动实验室车，却没有性能合适的质谱仪器。国外的厂商认为定制的量太少，拒绝了这个要求，谱育却接了下来。经过实践的检验和打磨，谱育新研发的便携式质谱仪表现出优越的性能，并赢得了科研单位的认可，至今都是公司的拳头产品。
为何谱育不担心量少而“亏本”？韩双来的底气，来源于中国的广阔市场。一个小需求的背后，具有可以预见的普遍性。韩双来举例，这款质谱仪器一经上市，即以每年几十台的速度扩大市场。
接着，一个个细分市场被撕开。谱育不再被迫追逐国外厂商的产品，而是挖掘客户现实的痛点和需求，凭借独特的产品设计和创新功能，从而获得了议价权。
科技部重大科研基础设施和大型科学仪器国家网络管理平台数据显示，近年来高校、科研院所科学仪器发展迅速，全国50万以上大型科学仪器的保有量已经超过10万台套，但进口品牌在多个领域仍然占据垄断地位。为推动我国科学仪器的发展，国家出台了相关政策并设立专项以支持国产仪器的自主创新产业化。
而在褚君浩看来，国产科学仪器研究的力度还应该加强。他认为，要提高科学仪器水平，很多零部件、元器件也要随之提高性能，其中涉及不少核心技术，所以归根结底还是要加强一些基本规律和工艺的研究。
“目前我们的高端手机里大约有1000个微型电容器都是进口的。做电容器很简单，尤其是一般的电容器，但是高端的电容器我们就需要进口，包括其中涉及的材料。如果我们某些设备里进口的零件坏了却找不到供货，就比较麻烦。”褚君浩表示。
他强调了掌握技术高点的重要性，如果说每种元部件或者设备都会做，但是质量却一般，这种情况是不行的，既不能适应高端应用，也没有市场竞争力，必须要在一两个种类的仪器或者元部件水平做到最好。“我们很多东西确实做得出来，但是未必有国外做得好，做不好的问题就是核心的规律和技巧还没有找到。所以，一定要有你的特长。”
国家政策端也在发力。
为推动国产仪器研发，解决国产仪器“空心化”问题，发改委、科技部、财政部等多个国家部委曾下发相关的支持政策和规划安排。
根据2007年和2011年两版《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》，均将“现代科学仪器设备”列入先进制造产业中的高技术产业化重点领域。并在最新版本中还加入等离子体质谱仪、质谱联用仪等质谱分析仪器、高性能工业X射线CT装置、环境保护、社会安全应急检测等新的仪器类别。
今年5月17日，科技部发布“基础科研条件与重大科学仪器设备研发”重点专项2021年度项目申报指南。该重点专项申报指南围绕科学仪器、科研试剂、实验动物和科学数据等四个方向进行布局，拟支持39个项目，拟安排国拨经费概算5.39亿元。此外，拟支持16个青年科学家项目，拟安排国拨经费概算4800万元，每个项目300万元。
据第一财经梳理，截至目前，“十四五”国家重点研发计划今年已启动逾50个重点专项指南征求意见，共有26个专项发布了“揭榜挂帅”榜单。每一个榜单都瞄准了迫切需要通过科技创新予以破题和解决的重大需求，特别是针对具体应用场景的协同攻关需求。
其中，“基础科研条件与重大科学仪器设备研发”重点专项申报指南显示，2021年度指南部署围绕科学仪器、科研试剂、实验动物和科学数据等四个方向进行布局，拟支持39个项目，拟安排国拨经费概算5.39亿元。此外，拟支持16个青年科学家项目，拟安排国拨经费概算4800万元，每个项目300万元。科学仪器方向各项目自筹经费与国拨经费比例不低于1：1。
“但应注意到，近年来，虽然各重点高校相继开展了高端科学仪器研发工作，但相关研究大都停留在前沿领域，实用性、性价比等因素没有考虑进去，离工程化生产还很远，更没有达到产业化的程度。”黄卫东说。
（应采访者要求，李成、罗屿为化名）
