北京大学仪器创制与关键技术研发工作的探索与实践

张黎伟

(北京大学 实验室与设备管理部, 北京　100871)



北京大学仪器创制与关键技术研发工作的探索与实践

张黎伟

(北京大学 实验室与设备管理部, 北京100871)

北京大学在国内高校中率先成立“仪器创制与关键技术研发中心”,并设立“仪器创制基金”,旨在推进本校仪器研发创新和科技创新体系建设工作。该文对北京大学仪器创制与关键技术研发中心的成立背景、建设宗旨、组织架构、项目审评、宣传推介及建设成效等方面进行探讨,旨在拓宽工作思路,加强与兄弟高校及相关单位的交流与合作。

科技创新体系; 科学仪器; 创制研发

有一位著名学者指出:“没有自己创新出来的仪器设备,很难获得世界一流的突破性、变革性的成果”[1]。加快科学仪器创新速度、提高自主研发水平已成为世界各国科技投入的重点之一。我国在较长一段时间内对科学仪器，特别是高精尖科学仪器自主研发未能给予足够的重视,高端科学仪器引进基本依赖进口,造成仪器核心技术受制于人,这一问题已成为制约我国自主创新能力提升的关键因素之一[2-4]。

为强化我国科学仪器自主研制能力与科技创新体系建设,《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》明确提出“重视科学仪器与设备对科学研究的作用,加强科学仪器设备及检测技术的自主研究开发”,把科学仪器自主创新摆在了科技工作的突出位置[5]。为贯彻落实《纲要》精神,推动我国重大科研仪器设备自主研制工作的发展,自“十一五”以来,财政部联合国家自然科学基金委与科技部等部门陆续启动了多项对科学仪器自主研制的专项资助,主要用于支持重大科学仪器设备的开发,以提高我国科学仪器设备的自主创新能力和自我装备水平,支撑科技创新,服务经济建设和社会发展。其中,国家自然科学基金委设立重大科研仪器设备研制专项,对原创性重大科研仪器设备研制工作加大支持力度；科技部设立重大科学仪器开发设备专项,主要资助重大科学仪器设备的开发[6-8]。

长期以来,北京大学的科研工作者始终高度重视具有自主知识产权的原创仪器研制与关键技术开发,相关领域科研实力雄厚、科技成果丰硕,如王选院士团队研制的激光照排系统、陈佳洱院士团队研制的RFQ加速器等,为我国社会进步与经济发展起到了重要的推动作用。

在国家大力推动科技创新体系建设的战略部署下,北京大学十分具有前瞻性地将加强科学仪器的自主研制作为学科建设与科研工作的重要组成部分,于2009年在国内高校中率先成立“仪器创制与关键技术研发中心”[9](以下简称中心)。中心的成立、建设与国家发展战略是完全契合的,在国内高校中亦属开先河之举。

1　中心建设宗旨

作为北京大学科技创新体系建设重要举措之一,中心以支持北京大学科学仪器的自主研发、孵育创新优势力量为目的,围绕国家科技创新体系发展战略和社会经济发展需求,通过设立校级专项——“仪器创制与关键技术研发基金”(以下简称基金),集中力量为全校具有自主知识产权的科学仪器研发与关键部件研制提供前期支持,提高仪器研发创新水平、促进研发专利保护和科研成果转化,增强北京大学参与国际前沿科学的竞争力,为国家科技战略发展提供科技储备。

2　中心组织架构

为保证各项工作的落实,中心在成立伊始即组建工作委员会,由学校实验室与设备管理部(以下简称设备部)、科研部、科技开发部及相关院系学科专家兼任委员,负责制定中心发展规划,落实专项经费,负责仪器研发项目评审和验收,组织开展科研合作及成果推广活动。此外,中心另设学术委员会,委员均为仪器研制相关领域的专家学者,主要负责项目评审、验收及成果鉴定等工作,并根据学校科研需求,对资助重点及专项提出建议,为中心工作发展建言献策。

3　中心建设相关工作

3.1“种子”基金

学校每年拨付专项经费设立的“仪器创制基金”,专门用于学校仪器创制相关研发项目,已累计投入1 000万元。作为北京大学仪器创新工作的“种子”基金,该项资金使以前个别因经费不足无法开展的项目得以顺利和及时启动,并为这类项目争取其他经费支持拓宽了渠道。与此同时,该基金的设立进一步提高了科研工作者对仪器研制工作的关注,使校内专家学者在深化基础科研工作的同时,不断加强创新成果的实用转化,推动自主创新的科学应用工作的深入展开。

3.2项目遴选原则

(1) 申报项目应侧重于探索科研工作中亟需解决的新仪器的研制、原有大型仪器功能拓展与改造、特色配件加工、关键制造技术突破等具体问题。

(2) 申报项目应具有一定的产业化前景或申请国家科技部与基金委等重大项目资助的潜力。

3.3项目评审组织形式

2009—2014年,中心共完成5次基金受理与评审工作,从工学院、信息学院、物理学院、分子医学所、生命学院、化学学院、环境学院和前沿交叉学院等院系申报的近200个项目中共选出41个优秀项目提供资金支持。

作为基金主管部门,设备部具体负责项目评审、基金使用及监督工作。中心建设初期,采取按学科邀请专家、初评(函评)与终评(答辩会)相结合的方式完成基金评审工作。根据各项目排名情况,适当引入竞争、淘汰机制,优选部分项目进行经费支持。

为进一步完善项目评审机制,中心工作委员会经过反复讨论,在实践中探索制定出一套新的项目申报与评审组织形式。在初评阶段引入项目申报者之间的互评机制,即除邀请学科专家外,所有申请人也被邀请担任初评专家,对本学科的项目进行评审,且申请人所给出的建议排名以一定权重计入邀请专家的评审结果。这一举措有效地提升了申请人在项目评审阶段的参与度,并在一定程度上促进了申请人之间的科研合作与交流。此外,在终评阶段增加了专注项目产业化潜力的评审专家,邀请国家有关部委、北京市科委、北京大学科技园孵化器负责人参会,共同参与研发项目的遴选和评审工作。

实践证明,评审机制的完善促进了不同领域、不同专业、不同专长的专家学者、工程技术人员、企业经营者之间的交流,促进了学科间交叉融合,为高质量的创新型成果的产出创造了有利条件。此外,评审机制还使校内有关课题组能够更加直接、深入地了解国家与北京市相关部门在支持仪器研发创新方面的政策与项目支持情况。同时,项目评审的过程也是对北京大学优秀研发项目的全面展示、宣传和推介的过程,有助于进一步挖掘和探索政、产、学、研、用潜在的合作可能。

3.4项目宣传与推介

“养在深闺人未识”是社会对高校科技资源长期以来形成的一种偏见。实际上,企业存在与高校合作研发、提高效益的务实需求,也具有助推高校科技成果产业化着陆的意愿与实力,但通常由于没有门路而无法与高校建立有效的合作关系[10-11]。因此,高校加强宣传、展示实力,不仅是扩大合作的重要手段，也是现实要求。

为推广学校优秀的仪器研发项目,掌握社会相关需求,搭建科研合作平台,作为中心建设工作委员会的牵头单位,实验室与设备管理部采取“走出去”、“请进来”相结合的方式,全方位展现北京大学仪器研发创新的优秀成果。

(1) “走出去”。积极参加企业调研活动,深入了解企业研发需求；积极参加中国仪器发展年会、国产科学仪器示范联盟、分析测试年会、科博会、北京科技周、京交会等各类专业会议与大型展览,对学校科学仪器研制中心的建设情况和仪器研发项目进行重点推介；借助媒体宣传效应,通过互联网、社会媒体、学术期刊、大型展会等多种形式,广泛宣传北京大学仪器创制的特色成果和工作成绩[12]。

(2) “请进来”。组织需求对接活动,邀请企业走进校园,通过直接交流、科技互动等具体方式,共同探讨联合研发、协同攻关的合作项目；推进校企研发深度合作,搭建企业研发部门与学校实验室的合作桥梁,推动企业研发需求与学校科研成果的对接,促进产学研合作；邀请国家及地方政府科技主管部门负责人参与仪器创制项目的遴选与评审工作,以及时、准确地掌握国家在仪器创制研发领域的新政策、新导向。

4　中心建设成效

4.1成果产出

为了全面掌握基金效益状况,中心对全部获资助项目进行跟踪调研与阶段总结,对获得基金支持项目情况,包括发表文章、申请专利、样机研制、成果转化、国家其他仪器研发项目获批情况等具体内容进行了统计分析。根据初步统计结果,至2013年底,基金资助项目已共申报国内专利27项,8项已获得国家批准；国外专利共计4项正在申请中；共开发软件与数据库4套；研制新仪器与新方法6套；在国内外刊物共发表研究论文71篇,其中国际刊物58篇、国内学术核心期刊11篇、学术期刊1篇，SCI、EI、ISTP检索系统收录项目论文数量分别为62、8、7篇,另发表英文论文3篇；共培养博士后20人,博士生85人,硕士生46人,40岁以下中青年学术带头人12人。

4.2争取项目情况

“通过积聚力量,凝练团队,逐步形成技术与条件优势,为争取国家和北京市相关项目创造条件”是中心的重要职责之一。北京大学通过设立仪器设备创制“种子”基金,使部分项目的科研工作得以及时开展,在现有成果基础上成功申请到了国家、北京市及其他与仪器研制有关的近30个大项目总计9 000余万元的后续资助,其中主要包括:中心第4期基金资助者物理学院颜学庆教授主持的“超小型激光离子加速器及关键技术研究”项目获得科技部2012年国家重大科学仪器设备开发专项支持,获批经费6 219万元；中心第一期和第三期基金资助者黄岩谊研究员主持的“新一代测序仪及配套产品研发”项目获国家“863计划生物和医药技术”领域重大项目专项支持,2012年获批经费1 948万元。

4.3重要成果

环境科学学院曾立民教授在基金资助下主持在线气溶胶有机碳元素碳(OCEC)分析仪的创制和技术研发工作。该仪器基于旋转湿式扩散管和蒸汽气溶胶捕集技术,连续采集并在线测量大气中水溶性颗粒物组分和水溶性气态污染物。仪器研发工作主要包括硬件创制、软件开发、分析方法创新3个部分内容。目前已成功制成样机,可实现大气中6种气态污染物和10种颗粒态水溶性离子,以及气态和气溶胶态水溶性组分的交替测量,其中气态污染物和颗粒物的捕集效率分别达到98%和99.9%以上。该仪器已获得两项国家发明专利技术,并多次应用于珠三角国际大型野外观测试验、深圳灰霾污染的机理研究观测、亚运会空气质量保障观测等,为国家制定空气质量保障具体措施做出了贡献。该仪器在大气环境监测方面具有广泛用途,适合从事大气环境研究的科研机构、环保、气象等单位使用。随着近年公众对空气质量关注度的提高,国家对大气环境研究的深入,该类仪器的市场需求逐年递增,但目前国内尚无商品化的在线监测大气污染物水溶性组分的仪器。国外只有美国戴安与瑞士万通两家公司新近开发了类似仪器,国内销售还处于起步阶段。因此,曾立民教授负责的自主研发、具有长期应用背景与数据验证的同类设备在国内市场上具有良好的科研及市场前景。目前已有多家公司与曾立民教授进行接洽,希望将设备商品化后投入市场。

信息学院陈徐宗教授在基金资助下主持高精密半导体激光系统的研制工作,先后解决光栅反馈的稳定性、宽连续可调谐范围、中心波长范围等关键技术难题,开发出具有国际先进水平的高精度可调谐半导体激光器与高精度倍频激光器,仪器具有长期稳频工作、自动识别参考谱线等先进功能。该项目在前期已取得多项科研成果,如课题组自主设计半导体激光锥形放大器光学结构,在高效光学耦合系统设计、横模优化光学系统设计、热传导特性设计等领域提出了许多启发性的创见。课题组自主设计完成高精密倍频激光器,研制成功完全国产化的激光倍频光学系统、倍频腔稳频电路和精密控温器,并针对其中的激光倍频腔光学系统设计、倍频晶体与激光高效耦合系统设计、倍频晶体热传导特性设计领域提出了新的科研发展思路。课题组以多项科研成果,成功申请自然科学基金委“长期稳定工作的高精密半导体激光系统研究”科学仪器基础研究项目180万元资金支持,为科研工作增强了保障。课题组的研究内容与高精密激光产业发展方向契合度高,不仅实现了产学研的有机结合,又在一定程度上提高了我国激光器领域整体技术水平,为打破国际技术垄断,实现高端激光设备的国产化创造了条件。

5　结语

仪器研发创新既是国家战略需求,也是我校科研工作的重要组成部分。北京大学在国内高校中率先成立“仪器创制与关键技术研发中心”并设立“仪器创制基金”,充分体现了学校服务国家战略的思路与坚持科学发展的理念。学校目前在仪器创制领域的研究主要集中在前期的关键技术突破与重要部件加工方面,在整机研制、与用户科研合作以及市场化推广方面相对薄弱。设备部作为执行负责部门,除继续做好仪器创制项目的申评与中心日常工作之外,还将积极发挥桥梁纽带作用,为优秀项目的深入开展及成果转化提供支持,不断探索高校开展仪器创制与关键技术研发工作的模式及后续成果转化方式与途径,开拓北京大学仪器创新工作的新局面。

References)

[1] 操秀英,高博. 没有科研仪器创新,难有重大原创成果:聚焦科研仪器创新[N]. 科技日报,2012-03-07(001).

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[3] 伊彤. 尽快制定我国科学仪器创新的国家战略[J]. 科技导报,2012, 30(9):11.

[4] 赵捷,张杰军,郑健. 政府支持科学仪器设备产业自主创新的若干思考[J]. 中国科技论坛,2009(10):47-51.

[5] 中华人民共和国国务院.国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)[Z].2006-02-09.

[6] 财政部,科技部.国家重大科学仪器设备开发专项资金管理办法(试行):财教[2011]352号[Z].2011-08-25.

[7] 吴家喜,于忠庆. 重大科学仪器设备研发项目管理模式探讨[J]. 项目管理技术,2011, 9(12): 56-60.

[8] 陈瑜,王冠. “十二五”科学仪器设备研发主攻方向明确[N]. 科技日报,2011-10-16(001).

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[10] 童曙泉. 高校实验室开门服务,与企业实现双赢[N]. 北京日报,2013-12-22(002).

[11] 张黎伟. 对接资源需求,强化运营管理,打造高水平科技服务平台[J]. 实验技术与管理,2014, 31(5): 20-23.

[12] 刘莉. 让科学仪器创制链条活起来:北京大学助推科学仪器创制探索之路[N]. 科技日报,2014-08-14(007).

Exploration and practice on R&D of scientific instruments innovation in Peking University

Zhang Liwei

(Office of Laboratory and Equipment Management, Peking University, Beijing 100871, China)

Among the domestic colleges and universities, Peking University has taken the lead in the establishment of the scientific instruments innovation center and the instruments innovation funds. The mission of this center is to propel the innovation and research of the scientific instruments, and to support the building of science and technology innovation system. This paper elaborates on the management of this center, including the foundation background, the mission, the organization, project evaluation, management effects, etc.

science and technology innovation system; scientific instruments; innovation and R&D

10.16791/j.cnki.sjg.2016.03.007

2015- 07- 27

张黎伟(1981—),女,河南驻马店,博士,助理研究员,北京大学实验室与设备管理部设备管理办公室主任,研究方向为科研平台建设和大型仪器设备管理.

E-mail:zhanglw@pku.edu.cn

G482

A

1002-4956(2016)3- 0023- 03