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    微克儀器

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    國產儀器被什么“卡”住了脖子?

    說起國產儀器,過去我們常聽到的描述是悲情,產品趨于同質化,低價競爭常態化,想要叩開高端實驗室的大門,卻被人戴以有色眼鏡看待,外企喝湯吃肉,國產廠商卻還在找米下鍋。但經過近些年的發展,尤其在貿易戰與新冠疫情的雙重洗禮下,在利好政策和資本市場的助力之下,國產儀器的受關注程度和發展速度早已今非昔比。加強高端儀器研發制造寫入“十四五”規劃,各地采購新政支持國產儀器,用戶對國產儀器的接納度和認可度越來越高,國產儀器企業正由內而外煥發新的活力。

    國產儀器欣欣向榮,是否到了發展的最佳時刻?儀器信息網近期策劃了“國產儀器發展正當時”活動,邀請到27位國產儀器企業家,就國產儀器面臨的“卡脖子”問題、破解“卡脖子”的經驗與方法、國產發展路徑等話題分享了心得。從這個活動中,我們看到了國產儀器面臨的困境,也看到了國產儀器可能的出路。

    “國產儀器發展正當時”總結篇(上),首先剖析:國產儀器被什么“卡”住了脖子?

    國產儀器被什么“卡”住了脖子?(圖1)

    國產儀器正當時.jpg

    色譜

    硬件:高端色譜如UHPLC、Nano-LC、SFC、GPC、AAA、Pre-LC、Chip-LC/GC。

    HPLC各個單元如輸液泵、自動進樣器、檢測器以及軟件等關鍵技術與國際品牌有一定的差距。HPLC高壓泵單元中的高壓密封圈、高精度和高穩定性壓力傳感器、高精度滾珠絲杠;自動進樣器單元中的超高壓六通閥、采樣針、超細毛細管;檢測器單元中的平面場光柵、二極管陣列光電傳感器、光纖流通池等,這些核心部件的技術是國內企業仍需努力攻克的難關。

    薄層色譜儀的關鍵零部件對進口產品還是有一定的依賴性,具體來說:芯片(尤其是數模轉換芯片)、檢測器用光電倍增管、高穩定光源、光柵、操作系統等基本依賴進口;還有一部分的材料、運動部件、電機、傳感器等較依賴進口。

    軟件:色譜符合美國FDA CFR Part11軟件以及質譜分析軟件譜庫等。符合法規、功能齊全,并且能網絡化部署的色譜軟件,國內基本為空白。

    色譜柱:目前全球液相色譜柱每年約有300-400萬根的需求量,合15-20億美元的銷售額。中國色譜柱市場需求占全球市場10%左右,國產色譜柱在全球市場占有率僅2%,在國內市場占有率也只有20%。目前國產色譜柱所用的填料或者生產填料的微球原料、硅烷化試劑以及空柱管大多數依賴進口,與色譜柱相關的柱管和篩板,特別是適合小粒徑裝填的大多也都是進口的。此外,液相色譜柱研發和生產所必需的高效液相色譜儀絕大部份依賴進口,這些挑戰使產業鏈不能成為閉環,嚴重地影響到色譜柱高端國產化的進程。

    質譜

    質譜如Orbitrap、FT-ICR、IT-TOF、TOFTOF、Magnetic MS等在國內基本是空白的。

    電感耦合等離子體質譜儀ICP-MS幾乎百分之百來自于進口品牌,半導體行業中所用ICP-MS全面依賴進口依然是個不爭的事實。

    光譜

    拉曼:對于小型拉曼光譜儀、光纖光譜儀而言,光柵、CMOS高性能檢測器、高性能濾光片目前還是依賴于進口。芯片就更不用說,激光管內部發光芯片、ARM芯片、FPGA芯片、高性能AD芯片等都還是依賴進口

    傅里葉紅外光譜:高分辨、寬光譜傅里葉紅外光譜儀以及真空型傅里葉紅外目前還是我們的短板。從核心部件講,可能被“卡脖子”的主要有芯片、部分紅外檢測器和寬譜光學晶體。

    力學性能試驗設備

    新材料測試需要的設備:1、復合材料力學性能表征測試系統。2、在生物醫藥領域,從骨科、齒科到心臟支架、瓣膜,國產設備都很難滿足相關試驗標準的要求。3、有些特殊的新材料,需要在高溫、高壓、真空或者腐蝕環境里面測試材料的力學性能,這類專業設備也是進口設備為主。

    動態試驗機:1、應變疲勞系統。國內大部分的疲勞試驗設備目前只能做普通的應力疲勞試驗。2、多軸疲勞系統。這類高端試驗機的主要生產廠家幾乎都是歐美的廠家并且是對我國禁售的主要產品。

    掃描電鏡

    為什么國產掃描電鏡所占市場份額極少,難以突破技術壁壘?上海市顯微學學會副理事長曾毅提出過3點原因:高質量電子光學系統生產困難、透鏡內探測器規劃難度較大、低電壓分辨率需求難打破。

    激光粒度儀

    要說卡脖子,電子元器件真是國產科學儀器“脆弱的要害部位”。激光粒度儀要用到的激光二極管,一些模擬集成電路,單片機等,都需要進口。

    生命科學儀器

    PCR:以PCR儀為例,目前基因擴增儀內所用到的部分零配件如MCU微控制器、AD轉換器等芯片、半導體制冷片等部件都大多采用進口器件,目前還沒完全做到國產替代。

    產品設計過程中所用到的工業設計軟件,例如MCU微控制器軟件設計平臺KEIL、PCB板設計軟件Altium Design、結構設計三維軟件Solidworks、平面設計軟件Photo Shop/Illustrator /CorelDRAW都是國外公司開發的,沒有更優的國產軟件可以替代。

    數字PCR:到目前為止,全球超過90%以上的數字PCR市場份額都掌握在1-2個進口品牌手里。從技術方面看,光學和生物芯片的設計加工,是前幾年國內存在“卡脖子”的關鍵技術。這個技術的發展一直面臨著兩個巨大的障礙,一個是“貴”,一個是“復雜”?!百F”是設備和耗材價格高,進口品牌設備動輒100多萬,做一個測試的耗材需要大幾十元到幾百元不等?!睆碗s“是指,操作過程復雜,微滴制備,多次反復移液,讓操作人員苦不堪言。

    實驗室常用設備

    行業普遍反映的比如像二氧化碳濃度傳感器、濕度傳感器、pH傳感器、安全防護設備中的內置風機,細胞培養設備中的電磁閥、泵等等,類似的這些國產部件都不同程度存在著或檢測精度不足、線性范圍窄,或工作穩定性差、使用壽命短,或氣密性弱、運行噪聲大等問題。如要保證生物儀器的產品質量就需要花費幾倍乃至幾十倍的成本去購買進口的部件。

    即便這些問題通過技術進步都解決了,但仍難以解決國外技術快速更新而出現的新的“卡脖子”問題。買了設備用不起耗材,在軟件先進技術的開發應用和關鍵工藝水平的提升普及方面,國內產品與國際水平差距非常大,國產生物儀器產品在國際市場上因此處于低端、或中低端水平,產品缺乏競爭力,出口銷售也就被卡住了“脖子”。

    洗瓶機:目前被“卡脖子”的主要有芯片、存儲器、設計軟件和控制系統軟件、高精度和高穩定性壓力傳感器、溫度傳感器、制藥級閥門、低揚程大流量循環泵,目前還沒有辦法實現國產替代。

    核心零部件

    核心部件國內被卡脖子情況比較嚴重,如分子光譜高分辨光柵、高性能電子倍增器、質譜的渦輪分子泵、高精密質量分析器、超速離心機轉子以及各種儀器特殊精密的傳感器等還是嚴重依賴進口。

    被“卡脖子”還有芯片、傳感器、高精度的泵類、各種閥體、磁控管、變頻板、柱塞桿、單向閥、密封圈、步進電機、光源、光柵、PMT、脫氣機等等。

    儀器上常用的芯片、高精度傳感器等,而在質譜四極桿、離子源這類需要精密加工的部件上,其材料選用和精加工工藝水平與國外相比仍有差距。

    國產儀器卡脖子_副本.jpg

    國產儀器的“另類”卡脖子問題還有…

    冰凍三尺,非一日之寒。國產儀器面臨的困境不僅在于產品、技術及關鍵核心部件,還有來自以下方面的挑戰。

    高端人才匱乏

    國產儀器發展歷史基本在20-30年,企業小而眾,技術需要多年積累和沉淀,故大多數企業介于生存和發展之間,難以在研發上做大規模投入,而科學儀器研發又具有其超越一般工業產品的復雜性,更難以吸引高端研發人才。

    就人才對儀器制造行業發展的影響而言,盡管分析儀器制造行業民營中小企業較為集中,但其需要的人才卻具有多樣性的較高要求。其中涉及到的學科門類像信息科學、電子學、精密機械學、光電子學、材料學等等。這些有利于支撐儀器制造產業發展的技術人才,對于儀器制造企業而言卻是一才難求,這是一個更為嚴峻的“卡脖子”問題。

    國產儀器開發的常規做法是逆向工程,購買國外的樣機,進行分析,破解原理,再進行設計,這種模式設計出來的產品性能和穩定性上與樣機會存在一定差距,如果沒有高端人才,部分關鍵點沒有掌握透徹,設計出來的產品可能會存在一定的缺陷。這樣很難產生具有原創性的產品和技術,只能處在人有我有的同質化競爭之中。

    此外,數百萬目前從事實驗技術崗位工作,需要評定實驗系列職稱的這些人員,從來都沒有接受過對口的學歷教育。目前我國高校在儀器研發制造方面尚有“精密儀器”等一些專業對口,但在儀器的使用和功能開發上,卻沒有相應的“實驗技術”專業人才支撐,這也是儀器發展的主要短板之一。

    市場缺乏信任

    國產儀器發展還面臨用戶長期對國產儀器排斥(信任度低)的問題,即使性能相當,用戶大多青睞購買進口產品,對國產儀器存在嚴重的偏見、陳見也是國產儀器發展“卡脖子”的重要方面之一。

    國內的儀器廠商,因為很難與最終用戶建立品質信任,很難與代理建立合作信任,因此無法完成需求挖掘、價值創造和利益兌現,導致出現了歐美定制標準、歐美IP、中國只是世界工廠的外循環格局。

    科研機構購買儀器對進口品牌的非常偏好。這主要有兩個原因:A. 發表文章時的實驗數據一般要寫測量設備品牌型號,這時寫一個大品牌的儀器顯得更可信可靠,寫出來也覺得有面子。B. 科研經費的使用有規定限制,不允許隨意用在人上,卻不限制用在物上??蒲袃x器的購買很多時候沒有成本約束,花錢的人在體制機制約束下甚至“寧買貴的,不買對的”。這個市場特征可能成為國產儀器發展的障礙。

    產業基礎薄弱

    沒有形成規?;漠a業鏈,研發力量分散,關鍵技術亟待突破,關鍵零部件的設計和加工能力嚴重不足等,這些問題一直卡著國產儀器的脖子。加上科學儀器本身單價高、數量少、高投入、慢回報特性,使得儀器企業突圍十分困難。

    國內部分中小型加工廠的制造工藝與國外存在一定差距,導致制造出來的部分儀器在某些關鍵性能上與原進口儀器存在一定偏差。由于國內基礎精密加工業的薄弱,導致儀器中的非標件質量很不穩定??茖W儀器工業設計及軟件開發長期缺乏專業的公司支持,如算法不夠精準。儀器全產業鏈條的配套不足,導致高端產品不足。

    自身能力不足

    卡住我們脖子的主要還是我們自己的能力水平。因為起步較晚,技術積累有差距,別人已經讀到大學,我們才讀到高中。所以,我們需要時間去成長進步,需要空間去溝通交流,需要耐心去埋首做事,需要勇氣和智慧去開拓創新。

    流水不爭先,爭的是滔滔不絕。國內的企業家一般三年的沖勁,具有百年企業精神較少,國產儀器需要提高企業家精神。

    大多數國產儀器企業并沒有完成企業的原始積累。這個積累不是企業老板買了幾套房,個人是否財務自由,而是公司的技術積累和管理積累。自己對自己的卡脖子是只顧眼前,全身癱瘓,無法找糧找水,最后心有余而力不足。

    外企先發優勢

    國產儀器企業在市場、應用支持以及售后服務等方面的投入與國際公司相比還有相當大的差距。國外廠商利用自己先發優勢,對國產廠商“斷糧斷水”。在進口儀器利用技術和市場優勢,設立了不平等競爭機制。

    例如,受合規化政策要求和客戶需求影響,近些年網絡版色譜軟件在中大型制藥、化工企業增長很快。具備網絡版軟件的各進口品牌之間呈現出相互開放、相互融合的趨勢,而將眾多國產色譜廠家拒之門外。要打破這一格局,對國產儀器發展而言無疑又是一項挑戰。

    國外企業由于用戶覆蓋廣泛,技術實力雄厚,已經在已有的基礎上積累了充足的經驗,因此能夠更早的介入國標方法的制訂以及行業共性問題的研究,比起國內廠商忽視這一方面的投入,國外廠商在解決問題這一方面就具有了先天更大的優勢。

    缺少財政支持

    礙于財政資金投入跟不上產業發展速度,最近幾年就出現了“撒胡椒粉式”的皆大歡喜。微不足道的資金支持卻有不小的進入門檻,要洋洋灑灑一大篇可行性報告,各類證書、檢測報告、技術分析、市場分析、財務分析、乃至社會效益分析等等一樣都不能缺。企業都是講究時間成本的,權衡之下不少生物儀器制造企業逐漸淡化了得到財政支持的欲望。但在另一面卻看到這幾年的財政資金幾乎都投向了似乎是內定方向但數量寥寥的大企業和大項目。大量的儀器制造中小企業缺少財政支持所帶來的,一是企業家對產業發展信心的缺失;二是對技術創新積極性的弱化;三是儀器制造行業技術進步的維艱。

    國產儀器需要巨量的資金把工匠精神發揮出來,需要給工匠們解決住房和生活問題,只有解決了這些問題,才能讓他們專心地工作,才不會想法子去掙快錢。


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