国外科学仪器的资助政策及特点分析

李 坤,韩 焱,王 鉴，顾 灏，张兆田，宋朝晖

(1.中北大学电子测试技术国家重点实验室，山西 太原，030051；2.中北大学信息探测与处理山西省重点实验室，山西 太原 030051；3.中北大学教育部仪器科学与动态测试重点实验室，山西 太原 030051；4.国家自然科学基金委员会信息科学部，北京 100089)

0 引言

科学仪器是根据科学的原理和先进的技术，经过精心设计和制作而成的工具，其目的是高效地运用物理原理、物理关系和先进技术进行科学实验和探测，以探寻、获取、转换和存储关于物理量、性质、现象、作用力及材料方面的信息和数据。随着社会和科技水平的发展，科学研究中的重大突破都离不开基础科学仪器设施的支撑，因此科学仪器的创新发展已经成为推进科技进步的关键性因素。在全球范围内，一个国家所拥有的基本仪器设施的先进性直接决定了这个国家的科技水平实力，同时反映了这个国家在国际上的科技地位，因此世界各国都将科学仪器的发展和创新列为国家重点发展战略。

美国为了保持其在世界科学仪器领域的领先地位，对科学仪器的发展进行了全面的战略部署，通过美国国家科学基金会 (NSF)、国立卫生研究院 (NIH)等机构设立了多个学科领域的科学仪器资助计划[1]；日本通过文部科学省 (MEXT)制定了多个科学仪器的研发计划，用于建设国际水平的研究环境和基础设施[2]；英国也通过英国研究理事会 (RCUK)相继启动了一系列科学仪器资助计划，资助英国未来研究用的主要基础设施，以保持其在世界研究领域中的领导地位[3]；除此之外，德国、法国、韩国和俄罗斯等国家也都推出了相应的科学仪器资助政策和计划[4-8]。可以看出，以上国家无一例外都对科学仪器的研发给予了大量、持续的支持，保障了国家科学仪器水平的先进性，而且这些国家在先进科学仪器市场中有较大占比和广泛的影响力。近年来，中国也非常注重对科学仪器的研发，并制定了一系列的项目资助计划：科学仪器基础研究专款 (1996—2013)，国家重大科研仪器设备研制专项 (2011—2013)，国家重大科研仪器研制项目 (2014至今)。随着国家对科学仪器上投入的增加，中国科学仪器的发展在数量和仪器设备占比都积极向好的方向发展，发展了一批具有自主知识产权的科学仪器，为科技进步和经济社会发展提供了重要支撑。但与创新型国家相比，中国在科学仪器的源头创新和关键技术创新上的能力相对薄弱，现有科学仪器主要集中在中低端市场，并且最新科学仪器研制成果市场转化率很低[9-10]。因此，如何更有效地促进中国各学科领域的科学仪器研制与创新是科技部和国家自然科学基金委员会关注的焦点。

本文通过调研美、日、德、英、法等创新型国家对科学仪器的资助政策和体系，并从发展战略、优先领域和仪器转化等方面对其特点进行分析，总结国外先进国家科学仪器的发展规律和政策特点，旨在为优化和完善中国科学仪器资助体制提供参考。

1 国外科学仪器发展战略计划分析

1.1 美国科学仪器发展战略计划

美国把科学仪器设备发展的总目标确定为保持美国在世界科学仪器领域的领先地位[1]。2005年，美国国家科学委员会 (NSB)发布了 “National Science Board 2020 Vision for the National Science Foundation” (简称 《NSF 2020愿景》)的报告，规划了未来15年的发展战略。NSF根据国家战略发展方向每4～5年发布一次 “NSF Strategic Plan for Fiscal Year” ( 《NSF财年战略计划》)，明确规定了NSF将提供关键基础设施，包括先进的仪器、设备、网络基础设备和尖端实验能力，建立国家的研究能力，以推动变革的研究[1]。

美国对科学仪器的资助体系主要是在国家层面上发布宏观的发展战略，为重大科学仪器设备设施和装备提供战略框架与发展思路，如美国能源部 (DOE)于2003年发布的 《未来二十年重大科学装备计划》和NSF定期发布的 《NSF财年战略计划》等。然后再由各联邦机构部门有侧重性地进行资助。其中，NSF主要资助通用型仪器的创新，而专用型仪器的创新则通过各相关需求的联邦机构分别资助，比如DOE主要资助能源领域相关的仪器研发升级与维护，美国标准与技术研究院 (NIST)高度聚焦于基础性和前瞻性的关键共性技术研发的资助，NIH主要在生物和医学领域对科学仪器进行资助。表1为美国各联邦机构对科学仪器的具体资助政策。此外，美国在对科学仪器的资助过程中特别强调企业的参与度，资助过程通常分为三个阶段：第一阶段以创新性方法为主，资助面大但力度小；第二阶段进一步支持第一阶段的成果，资助强度为上一阶段10倍以上，但只资助企业；第三阶段资助科学仪器的产业化，资助力度更大。

表1 美国各联邦机构对科学仪器的具体资助政策

数据来源：NSF网站 (https://www.nsf.gov)、NIH网站 (https://www.nih.gov)、NIST网站 (https://www.nist.gov)、DOE网站 (https://www.energy.gov)、DOD网站 (https://www.defense.gov)和NASA网站 (https://www.nasa.gov)。

1.2 日本科学仪器发展战略计划

自从1996年起，每隔5年文部科学省 (MEXT)和政府其他部门联合发布 “科学技术基本计划”，根据国家发展战略逐步确定了日本科学仪器的开发战略。日本在2011年发布的第4期 “科学技术基本计划”中提出 “要建设国际先进水平的研究环境和基础设施，支持大学建设相关设施仪器”[2]，对先进科学仪器的发展方向、资助政策和目标都进行了明确规划，并推出了一系列资助计划。日本科学仪器的开发重点主要集中于生命科学、纳米材料等领域，此外与环境能源、信息通信相关领域的科学仪器开发也受到了重视。

日本对科学仪器研发的资助由MEXT及其下属机构日本科学技术振兴 (JST)负责，MEXT主要负责制定和实施科学政策，而JST主要负责日本大学和企业的科技竞争资金拨款工作。MEXT为了尽可能满足科研单位对科学仪器的需求，建立牢固统一的科学仪器基础，使科学仪器高效利用，直接制定了多个仪器研发计划，具体的资助情况见表2[2]。日本高度重视科学仪器的原始创新，对科学仪器创新的资助是分层次、分类别的，所有涉及科学仪器研制的项目都被划分为整机开发、关键技术或部件开发、实用型仪器开发、软件开发。另外，日本政府非常重视科学仪器创新中关键共性技术的研发，日本相关协会也在积极推动着科学仪器行业的发展，比如分析仪器工业协会 (JAIMA)通过与全球科学仪器相关学会和协会的互通合作收集各方信息，并给政府提出科学仪器技术的发展建议，建立了科学界与企业界、学术与市场之间的沟通桥梁。

表2 日本对科学仪器的具体资助政策[2]

数据来源：文部科学省网站 (http://www.mext.go.jp/en/publication/index.htm)。

1.3 英国科学仪器发展战略计划

英国政府于2002年新成立了英国研究理事会 (RCUK，现过渡为UKRI)。为了保持英国在世界研究领域的领导地位，UKRI于2012年发布 《21世纪主要基础设施》战略框架，要对科学研究需要的基础设施进行持续性资助；2018年又发布 《英国研究和创新战略计划书》，将建立一个适合未来的研究和创新体系，并有能力应对21世纪的环境、社会和经济挑战[11]。英国共有7个研究理事会，其中医学研究理事会 (MRC)、生物技术和生物科学研究理事会 (BBSRC)和工程与自然科学研究理事会 (ESPRC)都有关于仪器的资助计划，重点资助医学成像、先进材料、大数据/信息经济学、激光物理和空间技术等领域，具体计划见表3。

英国对科学仪器的资助体系主要是由英国政府的科学技术办公室 (OST)发布 《大型科学设施战略线路图》,列出了UKRI确定的优先资助项目，并且每两年对优先资助项目内容进行更新，逐步明晰国家大型科学仪器设施的发展重点。然后，由非政府部门的公共机构 (即UKRI的各研究理事会)按研究领域和方向确定各自的研究发展项目和计划，政府不干预其日常工作。

表3 英国对科学仪器的具体资助计划

数据来源：MRC网站 (https://mrc.ukri.org)、BBSRC网站 (https://bbsrc.ukri.org)、ESPRC网站 (https://epsrc.ukri.org)。

1.4 德国科学仪器发展战略计划

德国为了加强其在尖端科学方面的研究水平，在科研体系与高校和经济界紧密结合，合作开展国际先进水平的基础研究和应用研究。从2006年起，德国每4～5年发布一次 《高技术创新战略》，确定国家高技术创新的战略方向。随后在2013年提出了 “工业4.0战略”，旨在通过利用信息通信技术和网络物理系统等手段，实现由集中式控制向分散性增强控制的模式转变，推动制造业向智能化转型[12]。

德国对科学仪器的资助体系主要由政府机构对基础研究进行资助，由经济界对应用性研究进行资助。在国家层面上，德国科学基金会 (DFG)对重大科学仪器提供资助，主要以购买为主，少部分用于研发，具体资助情况见表4[13-14]，而BMBF通过资助高校使用大型的科学仪器设施来进行高水平的基础研究[15]。另外，在德国企业界大约1/3的工业企业都开展研发工作，是科学仪器创新的主体和源泉，并且政府在相关政策和制度上都会提供很多优惠与照顾，特别是德国联邦工业合作研究会 (AIF)通过项目资助，提供咨询等方式来促进科学界、企业界和政府之间的相互联系，提高中小企业的创新能力。

表4 DFG对科学仪器的具体资助计划

数据来源：德国科学基金会网站 (http://www.dfg.de/en/index.jsp)。

1.5 法国科学仪器发展战略计划

法国为了确保其世界一流科研大国的地位，应对当前所面临的科学、技术、环境与社会等方面的挑战，在 2009年发布的 《法国研究与创新战略》中指出了涉及国家社会、经济、民生发展重要方向的三大优先领域；在2015年发布的 《法国-欧洲2020》战略中确定了应对 10 大社会挑战的优先科研方向和 5 大主题行动计划，强调面向应用的研究，重点解决所面临的社会挑战[16]。法国对科学仪器的资助体系主要由国家和科研机构自身组成，对于超大型科研基础设施主要采用国家预算投入与国际合作的方式资助，对于小型科学设备主要由国家下拨到各科研机构的经费预算承担，对于中型科学设备主要由2010年推出的 “EQUIPEX卓越设备专项”进行资助，具体的资助计划见表5。其中， “EQUIPEX卓越设备专项”的具体执行机构为法国国家科研署 (ANR)，要求资助的项目要符合国家科研战略，且被资助的科学设备必须向所有相关科研和产业机构开放。

表5 法国对科学仪器的具体资助计划

2 国外科学仪器资助政策特点

2.1 拥有长期规划与发展定位

自从进入21世纪以来，世界各国都逐渐意识到了科学仪器发展的重要性，纷纷设立 “重大科学仪器”专项计划以促进科学仪器的研制与发展，并把 “发展一流科学仪器，支撑一流科研工作”作为国家战略发展定位，注重科学仪器研发的先进性和创新性。美国在2005年发布的 《NSF2020愿景》报告中规划了未来15年的发展战略，并且注重科学仪器的先进性和创新性，把科学仪器发展的总目标确定为保持美国在科学仪器领域的领先地位；英国针对重要仪器设备形成了一系列的设备路线图，阐述了未来科学仪器可能的分布和布局情况，并在2018年发布了 《英国研究和创新战略计划书》，要建立一个适合未来的研究和创新体系来维持英国研究的领先性；法国在科研设备上也制定了专门的路线图与管理委员会，2010年推出的 “EQUIPEX卓越设备专项计划”旨在为法国各大实验室提供全领域科研活动所需的尖端仪器设备，以促进法国世界一流科研大国的地位；日本的 “先进测量分析技术和仪器开发专项”旨在集结日本相关产业、科研机构和政府的力量，以开发出拥有世界一流性能的首屈一指、独一无二、先进的测量分析仪器为目标。以上各国家对科学仪器的发展都拥有长期战略性规划，并都把科学仪器的研制目标定位于 “具有世界一流的科研和创新”。

2.2 优先领域契合国家发展战略

世界各创新型国家对科学仪器的重点资助学科存在个性化的差异，但整体上都体现为：与国家重要战略相结合，体现国家重点发展的优先领域，关注社会经济发展重大问题。美国对科学仪器的发展进行了全面的战略部署，其中的 “大型科学仪器计划 (MRI)”作为科学仪器发展的主要支撑计划，主要集中在地球科学、化学与生物工程、材料等学科资助，符合美国的科技发展战略；日本对科学仪器的资助主要集中在纳米材料、物理学科和新能源等领域，与国家发布的 “科学基本计划”所规划的重点学科发展领域一致；法国的 “EQUIPEX卓越设备专项”计划规定所资助项目必须符合国家公布的 《研究与创新国家战略》中的优先领域：健康、食品与生物技术，环境与生态技术，信息通信与纳米技术；德国一系列大型仪器计划资助的重点在 “能源、生物-健康、环境科学、信息科技和纳米科技”方面；英国的仪器设施设备计划主要集中在医学、生物技术和工程类学科等，与国家发布的 《英国研究和创新战略计划书》中的整体布局与需求相呼应。

随着人类对自身健康关注度的提升，生命科学成为各国科学仪器发展的首要学科领域。比如：美国NSF资助项目中生物学类项目约占20%，且NIH资助的所有仪器项目均为生命科学与医学领域；德国生物学领域也是所有学科中自主最高的，约占25%；英国的MRC和BBSRC两个理事会的资助项目均属于医学和生命科学领域；日本的三类仪器计划中有两类都对生命科学与医学学科进行了大量资助。生命科学仪器的研发重点有成像仪器、NMR设备、测序仪和蛋白分析仪等。此外，材料科学、信息通信、环境科学和新能源领域也是各国的优先资助领域。

2.3 面向机构资助与共享使用管理

各国的 “重大科学仪器计划”都具有极强的面向机构的资助特点，并注重建立有效的仪器设备共享机制。美国的ARIF计划所资助的仪器设备通常都由大型研究中心拥有，而非个别研究人员拥有，在ARIF项目申请时不仅取决于研究机构与联邦机构的最高决策，还需要申请研究中心的承诺，批准的仪器项目由研究机构管理部门管理，由专门技术人员来操作和维护，拥有完整的科研平台共享机制和相应的法律法规。英国的 “中型设施计划”和 “战略设备计划”面对高校或研究机构，要求资助的仪器设备一般能支撑在一个大学或几个大学中进行一系列研究，或者必须为研究团体提供基于设施的服务 (该服务目前一般没有任何高校能够提供)，并且设备的共享机制将被监控。法国的 “EQUIPEX卓越设备专项”也只为高校与科研机构的各大实验室提供所需的尖端仪器设备。日本在 “第四期科学技术基本计划”中提出科学仪器共享的改革措施：积极推动研发机构仪器设备的整合，主动构建科学仪器共享使用平台，并针对相应仪器平台的共享使用设计了完备的管理流程。

2.4 注重科学仪器的转化

各国除了在源头上注重科学仪器的研制之外，在后期技术成果转化上也都有相应的政策。美国NSF等对科学仪器发展的三步走资助战略，实现科学仪器研制中产学研的合作与技术转移转化；美国国会设立 “小企业技术转移计划 (STTR)”来促进大学、研发中心或非营利性质小企业和研究机构之间的合作，将具有商业前景的创新技术从实验室创意转化为工业产品，并进入市场。法国希望通过 “卓越设备专项计划”促进不同科研领域、不同科研团队，尤其是促进公立与私立科研机构间的协作，促进科研活动与经济发展的关系，推动科研成果转移转化。日本在 “先进测量分析技术和仪器开发专项”中设立科学仪器全研制创新链各阶段子项目，并鼓励产学研分工承担，实现了有效合作和衔接。以上各创新型国家都对科学仪器的转化制定了具体措施，以促进科学仪器研发成果的落地应用，为科学研究提供基础仪器设施支撑。

3 结束语

国内科学仪器经过国家 “九五”至 “十三五”规划的部署，取得了显著成效，发展了一批具有自主知识产权的科学仪器，为科技进步和经济社会发展提供了重要支撑。然而，与创新型科技强国相比中国科学仪器的发展仍存在一些差距。任何学科的发展都离不开先进科学仪器设备的基础支撑，纵观各创新型国家对科学仪器的资助计划，都面向国家战略需求和科学前沿热点。因此，我们需要对国家的重大战略需求给予重点持续资助，以求关键核心技术或核心部件的突破；同时需要加强对科技前沿的关注和分析，提前对支撑前沿研究热点的重要仪器设施进行布局，为科学研究提供新颖的手段和工具。