实验室仪器是科学仪器的重要组成部分,涉及12个专业,应用领域广。随着科学技术的进步和发展,实验室仪器越来越占有重要的地位。“十二五”期间,我国实验室仪器行业在自主创新方面取得了可喜的进步和发展,取得多项高端技术成果,取得一批重要的知识产权,引领企业产品发展。
一、在“十二·五”期间实验室仪器自主创新成果显著
(一)我国离心机行业进入世界先进水平
我国离心机行业已有近四十年的发展历史,也是国家历来重视发展科学仪器的项目,目前我国已逐步形成湖南、上海、北京为主的实验室离心机的生产基地,规模批量生产了各种台式离心机、高速冷冻离心机、大容量血液离心机等系列产品,不仅满足了市场需要,也促进了相关科研和生产发展,不仅打破了国外离心机在中国的垄断地位,还批量出口到非洲、欧洲和东南亚市场,同时还努力发展离心机应用技术,扩大离心机使用领域。我国的离心机行业已具有相当规模,其中4万转/分以下离心机已达到和接近世界先进水平。
当前重视发展我国的超速离心机是非常必要的,目前我国所需要的超速离心机全部依赖进口,主要是美国贝克曼和日本日立的产品,据海关统计资料表明,仅在“十二五”期间进口超速离心机近500台,约5亿多美元(约合32亿人民币),随着我国科学技术的进步,在“十二五”期间,超高速离心机的研发取得了成功。超高速离心机在“十三五”后续开发任务,其转速要提升至100000rpm(落地式)和150000RPM(台式),增加区带离心和连续流离心功能,提升电控和安全性能,完善操作程序和管理程序,开发更多转头及模拟应用程序等。
湖南吉尔森科技发展有限公司研发成功我国首款商品化超速离心机(JE-80K)。JE-80K采用了真空密封驱动系统,其最高转速可达80000rpm,最大离心力可达645000g。JE-80K已通过国内权威单位试用和验证及专家鉴定,填补了我国超速离心机的空白。
我国所需超速离心机不再依赖进口,随着我国科学技术的进步,对超速机的需求将逐年增加。JE-80K的研发成功不仅将带动我国离心机技术的全面发展,而且每年可为国家节省大量的外汇。该型超速离心机正在进行商品化完善,未来推向市场将有着可观的社会效益和经济效益。同时也标志着我国离心机行业已经进入世界先进水平,在“十三·五”期间将会有更大发展。现已开发更方便安全的新型水平转头,可自动进行8类故障诊断,可进行标准操作、程序控制、延迟启动,储存多种程序方便科研开发,更安全的防护系统和控制系统。
超速离心机是应用强大的离心力将沉降系数、质量、密度等不同的物质进行制备的精密实验室仪器,是分离、纯化细胞、病毒、蛋白、核算和酶的最方便有效的工具,是分子生物学、生物化学、生命科学和医学研究不可缺少的手段。
(二)电泳仪发展迅速
1、在“十二五”期间我国的电泳仪行业快速发展
目前电泳仪行业完成了常规电泳成套仪器,研制和生产凝胶成像分析系统、光密度扫描仪、基因扩增仪、紫外分析仪、移液器等,都有企业奋力生产,且大部分品种都已经达到或接近国外先进水平。
与高校和研究单位合作开发在高端仪器上取得可喜成果,北京六一仪器厂和高校合作研制成功分体式等电聚焦电泳系统装置,推动了我国蛋白质组学发展,为我国生命科学的研究做出了贡献。
我国的电泳仪正在向更高水平发展,已成为分子生物学、食品化学、药物化学、环境化学、医学、法学生命科学技术分析研究手段。
2、今后发展方向和“十三五”目标
①加强基础理论的研究,充分发挥农业科学、海洋科学、医疗卫生、生命科学应用与开发;
② 发展高端电泳设备,使电泳达到人机脱离、检测速度快、检测项目全、设备更小型、现场应用更普及更安全发展,能满足复杂实验,基层医疗临床检验的需要;
③提高仪器自动化程度,简化仪器操作程序,使仪器更加好用耐用;
④加强仪器应用技术开发与研究,认真开发价格合理、高效、实用的生命科学的电泳设备。
(三)环境试验设备自主创新成果显著
我国的环境试验设备起步于上个世纪60年代开始建立和发展环境试验设备行业。80年代以前环境试验设备行业普遍采用前苏联的环境技术,以生产三防试验箱即温湿度试验箱、盐雾试验箱、霉菌试验箱为主,单因素的环境试验设备多,高档产品少。进入90年代后,通过对国外产品和技术的引进以及合资厂的建立,依靠仿制、自行设计和更新设计,我国的环境试验设备的设计和制作水平有了长足的进步。目前我国不仅在通用、中小型环境试验设备方面已经接近国际水平,不但能做单因素的环境试验设备,而且能做多因素综合性的环境试验设备和特种环境试验装备,自动化控制水平及产品的外观与国外产品相比已经相差无几,成为一个门类齐全具有先进技术水平专业。
“十二五”期间无论是在高铁发展、航天工业的建设,军工企业的生产和国民经济相关企业,医疗卫生等各方面所需环境试验,特殊环境试验,极端环境试验条件,环境试验相关企业,全在一次次自主创新活动中做出了自己的贡献,保证科研和生产完成。
环境试验设备“十三五”相关技术进一步完善和提高。
我国已步入国际大市场竞争的主动权,产品已遍布世界各个角落,不同的地域对产品的环境适应性要求差别极大。
1、为了取得市场竞争的主动权,产品制造商已开始注意到产品的环境适应性问题。随着我国政治经济实力的增强,为加强国家安全、航天航空、军工领域的技术发展也更加重视。环境试验与试验设备技术将日益受到重视,我国环境试验技术必将达到世界先进水平。
2、研制近于实际环境的综合箱:如振动试验箱已经发展成为三综合(温度、湿度、振动)、四综合(温度、湿度、低气压、振动)试验箱,并且出现了多维振动试验箱;腐蚀试验箱由单一腐蚀试验向循环腐蚀试验(腐蚀-湿热-干燥-腐蚀)箱方向发展。
3、大型综合专用设备:为适应各行各业的需要,研发制作大型综合专用的环境试验设施,如美国陆军阿伯丁靶场的兵器环境试验设备能让车辆在行驶道路条件下,模拟低温、高温、湿热、低气压等多参数组合环境。该设备有100m3、145 m3和45 m3三个环境实验室,采用1套空气制冷系统和各自独立的电加热设备。在大型环模设备中首次成功采用了空气制冷。该设备最大实验室空间尺寸为16m×8m×8m(长×宽×高),温度范围为常温~50℃,相对湿度可达到85×(1±0.05)% RH(≤40℃),模拟的最大太阳辐射强度为1kW/m2,模拟的最大风速为35m/s。
4、加强环境试验设备应用技术开发,为食品、卫生、海洋经济、环保服务
①海洋经济、食品工业、环境保护所需新型环境试验设备;
②认真开展应用技术开发;
③开展新技术、新材料研究;
④做好环境设备节能技术研究,降低设备能耗;
(四)我国天平自主创新成绩显著,已成为世界上最完整的天平制造业
我国天平仪器已发展为世界最大最完全制造业。
天平行业按其产品结构划分为:电子天平、机械天平、砝码和天平扩展产品。
1、机械天平:经过50多年建设和发展我国的 机械天平水平技术处于世界先进水平;国内目前等臂机械天平其技术水平、工艺水平、计量性能都达到国际标准,并能批量出口,机械天平原则上没有进口。机械天平今后将在天平立柱、底板以及外罩、钢架方面不断改进,以提高立柱精度。机械天平最大的吨位天平和自主创新发展电磁天平都成为我国独创技术,砝码作为天平最重要的部件和质量传达标准,我国为全世界天平企业生产供应各类砝码和质量传达用的砝码。
2、电子天平:当前我国最新一代研制电子分析天平即为拥有多种高级功能、低功耗、宽温度适应、全自动内部校准的电子分析天平。目前国产天平有上海良平仪器仪表公司、湖南湘仪天平仪器、沈阳龙腾电子公司、长沙湘平仪器公司,电子分析天平不仅具备电子天平所有基本功能、液晶显示、手动外部校准或者手动内部校准,还有优越售后服务。
3、目前电子分析天平以做到:①更精准的计量性能。②更完备多种功能,还拥有多种应用程序和高级功能,一机多用途,提高工作效率。③更友好的界面,直观、简单,不必再像以往一边对照手册一边设置一堆无法理解的代码来使天平正常工作了,只需要根据全中文菜单的提示,简单几步即可部署完成,即便是首次接触的使用者也容易上手。④更智能,它不仅能时刻监视自身的工作状态并显示出来,还能够通过丰富的接口和其他设备,计算机链接协同工作,处理复杂的数据,进行分析和汇总。⑤更好的适应性,进一步提高电子分析天平对工作环境的适应,使其能在更宽的领域中正常工作。在“十三五”期间,发展我国电子天平,加强市场开拓,完全可以改变我国电子天平依赖进口的局面,使国产电子天平占电子天平市场比例提高到2/3(约每年进口电子天平近5亿元),这是天平行业重要使命。
(五)高端声学传感器抗腐蚀高声压系列传感器研制成功
声学传感器是声学仪器的核心技术,多年来我国声学仪器多为中低档次的产品,而高端传感器完全依赖进口。每年进口各类高端声学传感器两万多只,主要从美国以及丹麦进口,严重阻碍了我国声学仪器的发展。
“十二五”期间为发展声学仪器,打破国外对我国高端声学仪器垄断,科技部决定成立技术创新基金,对“抗腐蚀高声压系列传感器”进行技术公关。2011年立项,经过四年的努力,2015年衡仪电气有限公司完成该项目。各项技术指标合格,通过科技部的验收,并在试用中获得用户好评,产品各项技术性能达到国外产品技术水平,从而打破了国外对我国的技术封锁,可以应用于航空航天、火箭发射、军工部门以及国民经济多个领域,使我国声学仪器向着高科技水平发展迈上一个新台阶。
实现了关键技术的突破,其技术指标达到:
开路灵敏度: (0.3~2)mV/Pa
频率范围: 10Hz/kHz
动态范围上限:170dB
电容量: 5~7pF
极化电压: 0V
产品性能:背极驻极体预极化电容式测量传感器,具有测量频率范围宽、动态范围宽、高精度、高稳定性、无需外加极化电压等特点。
高端传感器研制成功为我国声学仪器创造有利条件,同时为我国水声仪器发展创造了有利条件。
(六)微波水分快速测定仪开创水分测试新纪元
湖南赫西仪器装备有限公司,研制成功微波快速水分测定仪,开创了我国水分测定的额新纪元,也是我国独立完成的自主创新项目。
新开发的微波水分测定仪,测量精度高、速度快、可靠性高、用途广泛,是工矿企业、科研机构、大专院校实验室、军工、食品、农业做水分快速分析精确测量必不可少的设备。
Herexi流体微波水分测定仪系列是快速智能测定各种流体的水分含量的设备,单次测量时间在1-3秒钟内实现含量数字化。
1、产品技术指标
(1)量程:10-55%(D.R.C);
(2)分辨率:0.01%(D.R.C)%;
(3)测量精度:1%(D.R.C)%;
(4)读取方式:TFT-LCD数字显示;
(5)通过USB数据上传到计算机,并可控。
2、发展微波水分测定仪
微波快速水分测定仪系列产品适应行业范围极为广泛,是各行各业必不可少的检测项目,长年以来采用电化学法、烘干称量法、蒸馏称量法、光谱法,各有长短,而湖南赫西公司自主开发研制的微波测量法有以上产品无法达到的效果,能够快速准确的实现水分含量的快速测量。不用烘干、不用任何试剂,环保节能快速准确,可以广泛的应用于各行各业,其经济效益也十分显著,微波橡胶水分测定仪已在中科院华南橡胶研究所得到了专家及学者的首肯,是最先进最便捷最可靠的,是我国独立完成的自立创新项目,也开创了水分测试崭新纪元,已具备了产业化的必备条件,其市场前景看好。
新开发的微波水分快速测定仪系列精度高、测量快速、可靠性高、用途广泛,是工矿,科研机构、大专院校实验室、化验室、农业、食品等众多行业微波水分快速测定及精准测量必不可少的测试装备,也是我国首创的测试技术,为了积极走出国门,2015年湖南赫西公司将微波水分测定仪送马来西亚橡胶研究院进行了严格测试,取得成功,成为国际橡胶业首选的天然橡胶干胶含量测试仪器,同时还在食品、谷物水分测试中得到了广泛应用。
(七)我国首创非线性化学指纹图谱智能测试技术
非线性化学指纹图谱智能测试是我国首创自主创新测试技术。
一是非平衡化学原理。该仪器所应用的非线性化学指纹图谱基于非平衡化学原理,而其他各种指纹图谱仪器都是基于稳态或平衡态的物理和化学原理。目前,基于化学非平衡态的中药、天然药物与食品指纹图谱的研究和仪器开发,国外未见报道,国内也刚刚起步。
二是基于非线性化学振荡反应的热力学和动力学原理。在原理平衡条件下,由化学体系中非线性过程的作用,可形成化学振荡、化学波、化学混沌和化学版图等非线性化学现象。作为最典型的非线性化学现象,非线性化学振荡反应长期以来已被人们所关注。
三是基于检测样品指纹图谱的整体性、重现性和特征性的必备属性。在简化复杂分析问题的基础上来达到相同的分析目的,作为食品和药品指纹图谱特点的整体性、重现性和特征性也就成为食品和药品指纹图谱的必备属性。
传统的食品与药品检测仪器与检测方法,大多数检测时间较长,检测结果的直观性不强且较难辨别,造成广大市民对检测结果的可信度产生误会。
这项新的检测技术有着十分优秀的检测效果,主要表现在:一是不受相态、形状、成分、配伍、剂型限制;二是检测过程简单,对检测环境要求不高;三是检测结果直观明了,一目了然,且检测结果准确,误差只有五千万分之一;四是检测成本低,一般次检测费用在三万元以下。该产品的产业化开发,填补了国内外的空白,代表了国内外食品与药品检测仪器的发展方向,有力的推动了国内外食品与药品检测仪器的发展。
非线性图谱检测技术受到国家有关部门重视,被列入国家“十二五”发展计划项目。
二、“十三·五”期间实验室仪器再创辉煌
我国科学仪器迎来快速发展时代
我国科学仪器已进入市场经济成熟时期,多年来国家管理体制不断调整,实验室仪器行业和科研机制也发生了重大改变,振兴我国仪器仪表是我们的使命与责任,我们抓住当前仪器仪表发展的大好时机,在“十三五”期间使整行业有很大的发展。
(一)我们的目标到2020年我国科学仪器总体水平达到和接近世界先进水平,加强科学仪器自主创新新的力度,努力探索仪器原理的原始创新,加速实现一体的数字化、智能化和网络化。
(二)除了传统市场外要重视新兴市场的开发
1、食品行业:食品和药品行业仪器需求有很大的空间,农业部对各地区农行品检测中心的建设也正在启动,在出入境检疫系统、粮食系统、食品生产企业、肉制品生产、乳品生产、粮油生产都是科学仪器需求大户,制药行业也是科学仪器需求大户。
2、环保领域仪器市场:环保、食品药品、医疗卫生一直是政府检测机构和科学院所采购金额前三位重点关注国务院和环保部发布的《近期土壤环境保护和综合治理工作安排》、《大气污染防治行动计划》、《水污染防治行动计划》三大计划的落实情况。
3、海洋经济市场开发:海洋经济被世界成为第八经济,一个强大的国家,必须有强大的海洋经济,建设强大的海洋经济必须有先进的科学仪器支撑,海洋经济涉及到海洋能源、海洋矿产资源、海水养殖、海洋船舶及工程装备、海洋生物科技、海洋气象、海洋渔业、海洋旅游、海洋文化、海岛建设、海洋环保、海滨城市、海洋服务业、码头建设等,海洋经济发展为科学仪器提供一个很大发展空间,我国海洋经济正在起步,我们有责任为祖国海洋经济的发展奋力拼搏。
4、生命科学领域的市场相关仪器增长率很高,基因组学仪器,蛋白质组学仪器,生物学仪器,例如:PCR、测序仪、芯片、基因组学仪器、离心机、显微镜、细胞仪等。
5、当前国内真空检测市场主要集中在国家军用产品及研发领域,随着各类相关产品质量保证的需求和研究过程的精度提高,民用真空检测市场出现大幅度的上升趋势。
重视我国真空实验设备仪器技术发展及目标
随着科学技术的进步,作为材料制备、工艺试验的重要基础装置,真空实验设备仪器在前沿科学研究中发挥着越来越重要的作用。在新时期“创新驱动、结构调整”的国家发展战略下,各领域的创新研发将受到重点关注,也必将促进与此密切相关的真空实验设备仪器的发展。
按具体的用途大致的分为两大类:真空环境实验,真空表面改性实验。国内努力开发缺乏的是其中核心装置的配套能力。⑴环境获得涉及的无油泵、超高真空泵、精确真空度测量等克服完全依赖进口;⑵环境实验中涉及的光学、电学、物理学等检测装置(这些项目日常不与真空相关)也大多须选择进口配置;⑶表面改性实验中涉及的先进手段如高性能离子源、光学膜厚监控、激光脉冲源等国内目前处于低端;⑷改变由于国内基础工业和设计理念的薄弱,设备整体的精密化、稳定性有待提高。
发展北仪创新于八角团簇型真空表面改性设备和应用技术的研究。
6、要努力开发我国水声仪器
发展我国水声仪器刻不容缓。目前无论军事上声呐装置和渔业上的声学仪器,我们所用水声仪几乎全是国外的产品,无论是品种数量和测试精度范围,全无法保证我们的需要,开发我国水声仪器需要引起各方面重视:⑴列出科研转向攻关;⑵厂校结合走出我们自己科研之路;⑶国家有专项资金支持开发;⑷引进先进技术,消化吸收自主创新,争取在“十三·五”期间突破关键技术。只要我们认真对待措施得力,我国水声仪器一定快速发展,开拓一片新天地。
7、企业要重视创造自己品牌,提高社会信誉度,扩大市场占有率
8、切实做好售后服务,企业通过努力将技术先进、性能稳定、质量可靠产品提供给用户,才能进步,才能发展。
我们正处在一个新的发展阶段,仪器的大好形势是等不来的,要靠仪表人脚踏实地,奋力拼搏干出来的,我们要认真落实发展我国科学仪器战略规划,开拓奋进。让我们在“十三·五”期间通过坚持不懈努力振兴我国科学仪器,再创辉煌!