徐玉霞 李 桃 黃怡淳 文曉蕓 裘 鋼 劉 漪王春明 黃 丹 祝 林**，

（1.廣東省科技圖書館（廣東省科學(xué)院信息研究所），廣州 510070；2.廣東省科學(xué)技術(shù)廳，廣州 510000；3.廣東省科學(xué)院，廣州 510070）

科學(xué)儀器是指一系列用于包括研究自然想象和理論研究的科學(xué)目的的裝置或工具，如用于實(shí)驗(yàn)、計量、觀測、檢驗(yàn)、繪圖等設(shè)備裝置或工具。先進(jìn)科學(xué)儀器則指具有先進(jìn)原理、創(chuàng)新技術(shù)的中型科學(xué)儀器設(shè)備，其作為科學(xué)研究活動中的主要組成部分［1］，在國際前沿科學(xué)問題研究中具有舉足輕重的地位。先進(jìn)科學(xué)儀器是科學(xué)儀器行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，其在世界各國的科技及經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略性地位，美國、歐盟、韓國等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)對先進(jìn)科學(xué)儀器的自主研發(fā)、創(chuàng)新性研發(fā)非常重視，并制定了具有前曕性的重大科技計劃［2］，通過支持發(fā)展先進(jìn)科學(xué)儀器來推動一流的科研工作，以保持其在科技前沿領(lǐng)域的競爭優(yōu)勢。

日本在1995年就制定了《科學(xué)技術(shù)基本法》，并強(qiáng)調(diào)了“技術(shù)創(chuàng)造立國”的目標(biāo)，明確了技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略的具體目的［3］。日本的先進(jìn)科學(xué)儀器資助計劃分為儀器共享平臺建設(shè)型、科學(xué)儀器研發(fā)型、儀器研發(fā)與共享平臺建設(shè)型三類項(xiàng)目［4］，其中“先進(jìn)測量分析技術(shù)與儀器開發(fā)計劃”（Development of Advanced Measurement and Analysis Systems，簡稱“先端計劃”）屬于科學(xué)儀器研發(fā)型計劃，由隸屬于日本文部科學(xué)省的日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)（Japan Science and Technology Agency，JST）主管。日本為我國鄰國，傳統(tǒng)文化背景較為相近，“先端計劃”的實(shí)施對其相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生了較為深遠(yuǎn)的影響，因此本文以“先端計劃”為研究對象，對其出臺背景、經(jīng)費(fèi)投入和實(shí)施成效等進(jìn)行了系統(tǒng)分析，挖掘項(xiàng)目承擔(dān)機(jī)構(gòu)間的研發(fā)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，總結(jié)其先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，為我國科學(xué)儀器領(lǐng)域的高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

1 出臺背景

日本資助科學(xué)儀器的計劃最早可追溯至1965年，當(dāng)時以其科學(xué)研究經(jīng)費(fèi)資助業(yè)務(wù)中所實(shí)施的“試驗(yàn)研究”項(xiàng)目支持測量分析技術(shù)和先進(jìn)科學(xué)儀器開發(fā)，該項(xiàng)目在2001年停止公開招募［3］。同年，日本在第2期科學(xué)技術(shù)基本計劃中提出了“推進(jìn)測量、分析、測試、評價方法和與之相關(guān)的尖端設(shè)備等戰(zhàn)略體系整備”的科技戰(zhàn)略。日本科學(xué)家田中耕一與美國科學(xué)家約翰·芬恩共同發(fā)明的“對生物大分子的質(zhì)譜分析法”獲得了2002年度的諾貝爾化學(xué)獎［5］，促使日本更加重視先進(jìn)科學(xué)儀器領(lǐng)域的科技發(fā)展。21世紀(jì)初，日本認(rèn)為，最先進(jìn)的研究數(shù)據(jù)和原始研究數(shù)據(jù)只能從先進(jìn)的測量分析技術(shù)及儀器上獲取，而這些技術(shù)及儀器絕大多數(shù)仍掌握在美、德等發(fā)達(dá)國家手中。為擺脫對國外先進(jìn)技術(shù)及儀器高度依賴的局面，培養(yǎng)國內(nèi)優(yōu)秀科研人才、厚植原創(chuàng)研發(fā)的土壤，從而提升其在先進(jìn)科學(xué)儀器領(lǐng)域的全球影響力，2003年6月，日本文部科學(xué)省制訂了先進(jìn)測量分析技術(shù)和設(shè)備自主研發(fā)項(xiàng)目的支持措施，選定對尖端分析計算測量儀器要求高、有望產(chǎn)出重大科研成果的研究領(lǐng)域進(jìn)行重點(diǎn)支持，并于2004年由JST啟動了“先端計劃”（圖1）。

圖1 日本“先端計劃”制定和發(fā)展歷程Fig.1 Formulation and Development of Development of Advanced Measurement and Analysis Systems in Japan

2 主要任務(wù)與目標(biāo)

2.1 主要任務(wù)

日本“先端計劃”的主要任務(wù)是開發(fā)“世界獨(dú)一無二”“世界第一”的測量分析技術(shù)和儀器設(shè)備，減少日本先進(jìn)科學(xué)儀器領(lǐng)域的科研活動對國外先進(jìn)科學(xué)技術(shù)或科學(xué)儀器設(shè)備的依賴程度，推動相關(guān)企業(yè)的發(fā)展［6］。

2.2 頂層設(shè)計

為推動先進(jìn)科學(xué)儀器領(lǐng)域的可持續(xù)性發(fā)展，2015年，日本政府開始系統(tǒng)梳理先進(jìn)科學(xué)儀器領(lǐng)域在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用場景，積極推動“先端計劃”融入先進(jìn)科學(xué)儀器領(lǐng)域創(chuàng)新全鏈條（圖2）。該計劃的主要發(fā)展方向?yàn)椋?）新原理、新發(fā)現(xiàn)、新方法廣泛利用，創(chuàng)造出世界一流且全球最暢銷的獨(dú)創(chuàng)型測量分析系統(tǒng)；2）面向社會需求解決重要課題，支撐科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新的創(chuàng)造；3）先進(jìn)測量分析領(lǐng)域象征透射電子顯微鏡（Transmission Electron Microscope，TEM）、掃描透射式電子顯微鏡 （Scanning Transmission Electron Microscope，STEM）、核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）、質(zhì)譜（Mass Spectrum，MS）的品牌機(jī)重點(diǎn)開發(fā)；4）構(gòu)建先進(jìn)測量分析領(lǐng)域的需求調(diào)查功能和成效評價功能；5）推動與先進(jìn)測量分析領(lǐng)域知識產(chǎn)權(quán)和標(biāo)準(zhǔn)化國家戰(zhàn)略項(xiàng)目相銜接；6）發(fā)展核心基地，促進(jìn)整體發(fā)展［3］。該計劃的具體目標(biāo)是解決日本國家層面的科學(xué)問題和提升產(chǎn)業(yè)競爭力。在基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)方面，構(gòu)建TEM、NMR、MS、X射線衍射儀（X-Ray Diffractometer，XRD）等子平臺和世界標(biāo)準(zhǔn)級別的共享平臺，開展世界前沿的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和系統(tǒng)集成研究，其目標(biāo)是獲得諾貝爾獎級別的研究成果。在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用場景方面，該計劃主要聚焦在綠色能源、生命科學(xué)、基礎(chǔ)設(shè)施和裝置認(rèn)證等領(lǐng)域，不斷推進(jìn)科技成果產(chǎn)業(yè)化。該計劃通過系統(tǒng)化、導(dǎo)向化的實(shí)施，逐漸引導(dǎo)、培養(yǎng)出良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展生態(tài)體系，最終實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造高效、安全可靠且可持續(xù)性發(fā)展的社會（圖2）。由于日本對TEM、STEM、NMR、MS等技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域給予了重點(diǎn)支持與培育，日本這些方面的技術(shù)一直處于國際領(lǐng)先地位。我國項(xiàng)目設(shè)計方面，如能針對較有優(yōu)勢的、較為先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)、重點(diǎn)培育，有望進(jìn)一步提升相關(guān)科學(xué)技術(shù)的水平。

圖2 “先端計劃”2015年以后的計劃方案［6］Fig.2 Plan of Development of Advanced Measurement and Analysis Systems after 2015［6］

3 實(shí)施體系

3.1 管理架構(gòu)與推進(jìn)體制

“先端計劃”在JST的運(yùn)營成本補(bǔ)貼范圍內(nèi)實(shí)施，具體如何實(shí)施由JST決定，JST建立了以開發(fā)主管為中心的開發(fā)推進(jìn)體系，管理整個業(yè)務(wù)和開發(fā)問題，以達(dá)到高效管理整個項(xiàng)目的目的?！跋榷擞媱潯钡墓芾硐到y(tǒng)由開發(fā)顧問、項(xiàng)目推進(jìn)委員會、綜合評價會等構(gòu)成。2002年諾貝爾化學(xué)獎獲得者田中耕一研究員作為該計劃的開發(fā)顧問，負(fù)責(zé)提供先進(jìn)測量研發(fā)領(lǐng)域的技術(shù)指導(dǎo)與建議。項(xiàng)目推進(jìn)委員會負(fù)責(zé)總結(jié)整個計劃，并以綜合方式募集、采納和評估發(fā)展問題。綜合評價會由項(xiàng)目總監(jiān)管理項(xiàng)目主管，并由項(xiàng)目主管管理相關(guān)的項(xiàng)目職員（圖3），負(fù)責(zé)對“先端計劃”的一般項(xiàng)目進(jìn)行篩選和評價，對重點(diǎn)開發(fā)領(lǐng)域進(jìn)行事后評價等工作?！跋榷擞媱潯钡难邪l(fā)系統(tǒng)由具有創(chuàng)造能力的研究團(tuán)隊、多家擁有尖端技術(shù)的企業(yè)、大學(xué)、研究所等推動，同時需要有中小企業(yè)和研發(fā)企業(yè)的參與其中。該計劃的研發(fā)分為三個階段進(jìn)行推進(jìn)：第一階段是應(yīng)用研發(fā)、核心技術(shù)開發(fā)（多方案競爭）；第二階段是選擇最優(yōu)方案的原型機(jī)制造階段；第三階段是通過原型機(jī)進(jìn)行演示、驗(yàn)證和數(shù)據(jù)采集（世界標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)，利用多臺原型機(jī)驗(yàn)證并進(jìn)行性能改善）。選題原則為競爭性資助，支持那些在研發(fā)期內(nèi)可完成的、具有創(chuàng)新性/原創(chuàng)性、現(xiàn)實(shí)科研活動中有強(qiáng)烈需求、預(yù)計可滿足未來多樣化需求、可大幅改良測量技術(shù)或儀器性能的項(xiàng)目，旨在開發(fā)可滿足最新科研需求的創(chuàng)造性、原創(chuàng)性的先進(jìn)測量分析技術(shù)和儀器系統(tǒng)［3］。我國國家自然科學(xué)基金委員會負(fù)責(zé)我國國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的設(shè)置、評審、立項(xiàng)、資助、監(jiān)督等工作，其設(shè)立的科學(xué)部專家咨詢委員會，職能類似于“先端計劃”開發(fā)顧問的職能，主要由相關(guān)領(lǐng)域的戰(zhàn)略科學(xué)家組成，但“先端計劃”是由諾貝爾化學(xué)獎獲得者參與技術(shù)指導(dǎo)與建議，鑒于我國缺少先進(jìn)科學(xué)儀器領(lǐng)域諾貝爾獎項(xiàng)獲得者，且先進(jìn)科學(xué)儀器領(lǐng)域該類級別獎項(xiàng)的獲得者也難以被引入，因而我國推進(jìn)體系在此方面難以達(dá)到日本或歐美的水平。

圖3 日本“先端計劃”管理系統(tǒng)管理架構(gòu)Fig.3 Management System Architecture of Development of Advanced Measurement and Analysis Systems in Japan

3.2 項(xiàng)目評價體系

日本科技評價體系通過具體的制度將科技評價融入到日常的科技管理中，從而提高了管理成效和科技創(chuàng)新力度［7］。日本“先端計劃”的評價流程主要有事前評價、中期評價和事后評價三個流程，先進(jìn)科學(xué)儀器開發(fā)項(xiàng)目的事前評價根據(jù)項(xiàng)目是否具有新穎性/獨(dú)創(chuàng)性，是否能應(yīng)對先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的需求，是否有發(fā)展前景，是否已制定可實(shí)施的研發(fā)計劃和實(shí)施體制，擬開發(fā)技術(shù)或設(shè)備是否能產(chǎn)生更大效應(yīng)等方面進(jìn)行綜合評價［3］。與我國國家自然科學(xué)基金重大科研儀器研發(fā)項(xiàng)目的事前評價的依據(jù)基本相同。中期評價的目的是促進(jìn)研究人員加快研究進(jìn)展，日本中期評價關(guān)注研發(fā)目標(biāo)達(dá)成度、性能、市場性、技術(shù)成熟度和文獻(xiàn)發(fā)布情況［8，9］，我國項(xiàng)目的中期評價除這些方面外，更重視項(xiàng)目是否真實(shí)開展，以及經(jīng)費(fèi)是否合理使用等［10］，反映了我國先進(jìn)科學(xué)儀器領(lǐng)域科研活動存在偽開展、經(jīng)費(fèi)使用不當(dāng)?shù)葐栴}，而這些問題會影響我國先進(jìn)科學(xué)儀器領(lǐng)域科研成果的產(chǎn)出。該計劃的后期評估是對取得成果的最終總結(jié)，一般在項(xiàng)目結(jié)束后一年之內(nèi)進(jìn)行，亮點(diǎn)是所開發(fā)的原型機(jī)是否能獲得最先進(jìn)的科技數(shù)據(jù)，是否形成了具有戰(zhàn)略性布局的知識產(chǎn)權(quán)（表1），反映出日本對其開發(fā)的先進(jìn)科學(xué)儀器的科技水平及開拓相關(guān)市場的戰(zhàn)略要求。與之相比，我國項(xiàng)目后評估的依據(jù)評估依據(jù)較為籠統(tǒng)，對項(xiàng)目開發(fā)的先進(jìn)水平要求并不高。

表1 日本與中國科學(xué)儀器項(xiàng)目評價流程的各期評價對比1）Tab.1 Comparison of Evaluation Process of Scientific Instrument Projects Between Japan and China1）

3.3 項(xiàng)目在線展示平臺

為了更好地推廣所資助項(xiàng)目研究成果的應(yīng)用，“先端計劃”構(gòu)建一個項(xiàng)目在線展示平臺［11］，主要展示了該計劃資助項(xiàng)目的成果開發(fā)成功的重要信息，如獲獎信息、權(quán)威論文、論著發(fā)表等一般信息，以及項(xiàng)目成果重要推廣活動等詳細(xì)信息；其中成果開發(fā)成功的信息展示了共123條（信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計截至2022年4月20日），顯示了所資助項(xiàng)目的研究進(jìn)展及相關(guān)成果成效的追蹤信息。

我國國家自然科學(xué)基金資助科研儀器展示傳播平臺的主要功能是推進(jìn)研究成果的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，平臺里展示了2006—2020年的144項(xiàng)項(xiàng)目研發(fā)成果信息，且均涉及到研發(fā)機(jī)構(gòu)尋求成果轉(zhuǎn)化渠道或?qū)で筚Y金投入以支持繼續(xù)研發(fā)的信息［12］，但并未為這些研發(fā)成果提供成果轉(zhuǎn)化的資金資助。這也反映出其中的短板：一是我國國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助的是科研儀器的研發(fā)，而對于研發(fā)成果商業(yè)化的助力較少；二是主持或參與設(shè)備開發(fā)項(xiàng)目的企業(yè)或研究機(jī)構(gòu)其自身并不具備足夠使其開發(fā)成果商業(yè)化的能力或渠道。這些短板直接影響了我國研發(fā)的科研儀器的成果轉(zhuǎn)化率。

3.4 項(xiàng)目投入

日本投入了大量經(jīng)費(fèi)以促進(jìn)其先進(jìn)測量分析技術(shù)與先進(jìn)科學(xué)儀器開發(fā)的進(jìn)度，據(jù)統(tǒng)計（圖4），“先端計劃”共投入的總經(jīng)費(fèi)約550億日元（約28.6億元人民幣，以2022年4月份匯率計算），占同時期日本科研費(fèi)總額近3%，至2016年資助項(xiàng)目數(shù)量共1165項(xiàng)，平均資助金額約0.47億日元（約244萬元人民幣），并產(chǎn)生了許多較權(quán)威的論文、專利和商品化成果［13］。而我國國家自然科學(xué)基金重大科研儀器研發(fā)項(xiàng)目（自由申請）在2004—2016年期間，共投入經(jīng)費(fèi)22億元，占同時段國家自科基金資助總額的1.32%，資助項(xiàng)目數(shù)573項(xiàng)，平均資助金額約386萬元。我國國家自然科學(xué)基金重大科研儀器研發(fā)項(xiàng)目（自由申請）與日本該計劃相比，投入經(jīng)費(fèi)總金額為日本的76.9%，資助項(xiàng)目數(shù)量為日本的49.2%，項(xiàng)目平均資助金額為日本的158.2%，可見我國項(xiàng)目的平均資助額度雖遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于日本，但在總投入和資助項(xiàng)目數(shù)量上均弱于日本。

圖4 2004—2016年日本“先端計劃”及中國國家自然科學(xué)基金重大科研儀器研發(fā)項(xiàng)目（自由申請）的資助情況Fig.4 Funding of Japanese Development of Advanced Measurement and Analysis Systems and the Major Scientific Research Instrument Research and Development Projects of the National Natural Science Foundation of China（free application）from 2004 to 2016

具體經(jīng)費(fèi)投入方面，日本2004—2009年經(jīng)費(fèi)投入逐漸增加，2010—2016年期間，經(jīng)費(fèi)投入發(fā)生波動，2013年后投入減少，主要原因?yàn)?011年發(fā)生的東日本大地震對日本經(jīng)濟(jì)的沖擊，以及生命科學(xué)領(lǐng)域的項(xiàng)目于2014年移交至日本醫(yī)療研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（Japan Agency for Medical Research and Development，AMED），隨后該計劃的經(jīng)費(fèi)投入大幅降低［14］。而我國經(jīng)費(fèi)投入從2004年的990萬元開始逐年增加，自2014年起，經(jīng)費(fèi)投入開始劇增至4.55億元以上，反映出我國開始加大力度發(fā)展先進(jìn)科學(xué)儀器，以期盡快攻克卡脖子技術(shù)和提高我國先進(jìn)測量技術(shù)與儀器水平的決心。

4 項(xiàng)目成效

4.1 SCI論文產(chǎn)出

“先端計劃”的實(shí)施，促使日本大批量的論文和專利的產(chǎn)生，僅在2004—2013年的10年間，日本該計劃資助的研發(fā)活動共發(fā)表了2774篇論文，專利申請1048件，并獲得了多項(xiàng)權(quán)威獎項(xiàng)［6］。

利用該計劃及我國國家自然科學(xué)基金重大科研儀器研發(fā)項(xiàng)目（自由申請）的項(xiàng)目名稱、基金機(jī)構(gòu)名、國家所在地等信息，在Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫的SCIE數(shù)據(jù)庫里檢索出2004—2021年期間日本發(fā)表的SCI論文共1558篇，Top10的研究方向依次為化學(xué)、物理學(xué)、材料科學(xué)、工程、科技及其他項(xiàng)目、生物化學(xué)分子生物學(xué)、光學(xué)、儀器儀表、光譜學(xué)和核科學(xué)技術(shù)；共有14篇高被引論文，化學(xué)方向高被引論文有7篇（占日本總高被引論文數(shù)量的50%），科技及其他項(xiàng)目 4篇 （28.57%），物理學(xué)方向 2篇（14.29%），材料科學(xué)2篇（14.29%），天文學(xué)/天體物理學(xué)和晶體學(xué)各1篇。中國相應(yīng)時間段檢索出SCI論文共1793篇，Top10的研究方向依次為化學(xué)、工程、光學(xué)、科技及其他項(xiàng)目、生物化學(xué)分子生物學(xué)、生物技術(shù)應(yīng)用微生物學(xué)、核醫(yī)學(xué)成像、生物物理學(xué)、核科學(xué)技術(shù)和神經(jīng)科學(xué)等；共有高被引論文11篇，化學(xué)方向高被引論文有4篇（占中國總高被引論文數(shù)量36.36%），物理學(xué)方向2篇（18.18%），材料科學(xué) 2篇（18.18%），科技及其他項(xiàng)目 3篇（27.27%），神經(jīng)科學(xué) 2篇（18.18%），能源燃料、工程、海洋學(xué)、公共環(huán)境職業(yè)健康和熱力學(xué)方向各有1篇（表2）。與日本該項(xiàng)目的研究方向相比，我國對應(yīng)用微生物學(xué)、核醫(yī)學(xué)成像、生物物理學(xué)和神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)儀器研究較為重視。

表2 日本與中國項(xiàng)目資助發(fā)表論文的Top10研究方向及其論文數(shù)量Tab.2 Top10 Research Directions and Number of Papers Published under Japanese and Chinese Project Support

高被引論文（被ESI數(shù)據(jù)庫收錄的論文）方面，日本化學(xué)方面的論文高被引論文數(shù)量較多，影響力較大，科技及其他項(xiàng)目、物理學(xué)、材料科學(xué)、天體物理學(xué)等方向均有一定的影響力。相比之下，我國化學(xué)方面的高被引論文數(shù)量較日本少，但物理學(xué)、材料科學(xué)和科技及其他項(xiàng)目等方向高被引論文數(shù)量跟日本相當(dāng)，神經(jīng)科學(xué)、能源燃料、工程、海洋學(xué)、公共環(huán)境職業(yè)健康和熱力學(xué)方向上的高被引論文數(shù)量較日本高，說明我國這些研究方向的影響力較日本該計劃產(chǎn)出的同研究方向論文的影響力高。

為了解日本該計劃資助項(xiàng)目和我國國家自然科學(xué)基金重大科研儀器研發(fā)項(xiàng)目的執(zhí)行研發(fā)機(jī)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)性，將上述檢索出的SCI文獻(xiàn)導(dǎo)入Gephi分析工具進(jìn)行可視化分析，發(fā)現(xiàn)日本獨(dú)立研究活躍度高的作者單位依次為東京大學(xué)（285篇）、日本東北大學(xué)（98篇）、大阪大學(xué)（158篇）、京都大學(xué)（144篇）和名古屋大學(xué)（104篇），主要專注于化學(xué)、核科學(xué)技術(shù)、測量技術(shù)等研究方向上；合作方面，最值得關(guān)注的是日本名城大學(xué)與韓國梨花女子大學(xué)緊密合作，共同發(fā)表的SCI論文數(shù)量達(dá)40多篇，占總排位在第18名（圖5）。對比之下，我國研究也類似于日本，以中科院為首要單位的研發(fā)活動極為活躍（383篇），其次為清華大學(xué)（183篇），也偏重于獨(dú)立研究，合作活躍度并不高（圖6）。

圖5 日本“先端計劃”SCI論文作者單位科技合作網(wǎng)絡(luò)圖Fig.5 Network Diagram of Science and Technology Cooperation for SCI Papers Author Units of Development of Advanced Measurement and Analysis Systems in Japan

圖6 中國重大科研儀器研發(fā)項(xiàng)目SCI論文作者單位科技合作網(wǎng)絡(luò)圖Fig.6 Science and Technology Cooperation Network Diagram of SCI Author Unit of China Major Scientific Research Instrument R&D Project

4.2 代表性開發(fā)成果/產(chǎn)品

據(jù)2012年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，日本分析計測類儀器中表面分析相關(guān)的日本企業(yè)占據(jù)了全球30%的市場份額［6］，這也間接說明“先端計劃”對日本先進(jìn)科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)升級的帶動作用顯著。該計劃實(shí)施至今，生命科學(xué)領(lǐng)域已成功商業(yè)化的成果共18件，材料測量領(lǐng)域的共19件，環(huán)境測量領(lǐng)域的5件和放射線測量領(lǐng)域的9件［11］，部分成果在全球先進(jìn)科學(xué)儀器領(lǐng)域市場上具有一定的地位［13］。如2019年東京大學(xué)與日本電子株式會社（Japan Electronics Co.，Ltd.，JEOL）開發(fā)的無磁場球差校正掃描透射電鏡MARS機(jī)型為全球第一臺原子分辨率電子顯微鏡，其測角臺內(nèi)觀察到800μm×800μm×200μm空間磁場分布，分辨率達(dá)143 pm，多種用途設(shè)計使其將擁有巨大的應(yīng)用前景，有望助力于磁體、鋼鐵、半導(dǎo)體器件和量子技術(shù)等尖端材料的開發(fā)［13］。該設(shè)備雖仍未上市，但在2022年2月，該研發(fā)團(tuán)隊利用該設(shè)備成功直接觀察了原子磁場并詳細(xì)觀察磁性材料的原子［15］，展示其科技水平處于世界頂端。此外，大阪大學(xué)與島津制作所于2017年開發(fā)并已商業(yè)化的Nexera UC Prep半制備型超臨界流體色譜系統(tǒng)，可應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域生物標(biāo)志的探索、藥品分析、毒性評價、食品領(lǐng)域機(jī)能性成分分析和環(huán)境領(lǐng)域污染物分析；可實(shí)現(xiàn)節(jié)省等待時間的連續(xù)制備和高回收率制備，如通常需要1周左右的500種殘留農(nóng)藥檢查，通過該產(chǎn)品僅需50分鐘即可獲得檢測結(jié)果［3］。該產(chǎn)品獲得了 2015的Pittcon Editors'Award金獎及2019年第一屆日本公開創(chuàng)新大獎農(nóng)林水產(chǎn)大臣獎。島津制作所研發(fā)的成像質(zhì)量顯微鏡iMScope于2013年成功商業(yè)化，可應(yīng)用疾病相關(guān)標(biāo)記物發(fā)現(xiàn)、藥物動力學(xué)觀察等；在研究團(tuán)隊的努力下，iMScope已經(jīng)發(fā)展出 iMScope TRIO、iMScope QT等型號，其中iMScope QT具有可融合形態(tài)學(xué)圖像，又可實(shí)現(xiàn)高速、高靈敏度和高空間分辨率分析等優(yōu)異性能（表3）［3］。先進(jìn)科學(xué)儀器設(shè)備的開發(fā)，提升了日本先進(jìn)科學(xué)儀器領(lǐng)域的全球競爭力，也促進(jìn)日本經(jīng)濟(jì)、社會的可持續(xù)性發(fā)展。

表3 日本“先端計劃”代表性研發(fā)成果案例列舉Tab.3 Examples of representative R&D results of the Development of Advanced Measurement and Analysis Systems in Japan

將“先端計劃”已商品化的47件代表性產(chǎn)品的研發(fā)機(jī)構(gòu)［6］進(jìn)行科研合作網(wǎng)絡(luò)可視化分析（圖7）發(fā)現(xiàn)，研究活躍度最強(qiáng)是東京大學(xué)，其雖與京都電子工業(yè)公司、島津制作所、濱松醫(yī)科大學(xué)、濱松光子學(xué)公司等在電磁敏感性（Electromagnetic Susceptibility，EMS）和光電探測方向上有一定的合作，但其獨(dú)立研究的活躍度顯得更強(qiáng)一些，較專注于探針、影像軟件、分析儀等方向的研究上。名古屋大學(xué)、京都大學(xué)和東京醫(yī)科齒科大學(xué)與東京大學(xué)類似，均偏向于獨(dú)立研究為主，與企業(yè)有一定的合作，總體研究活躍度弱于東京大學(xué)。合作研究活躍度較強(qiáng)的合作單位主要有廣島大學(xué)和集成系統(tǒng)公司、氧化物公司與自然科學(xué)研究機(jī)構(gòu)分子科學(xué)研究所、千葉大學(xué)與雄島試劑公司、北海道大學(xué)與系統(tǒng)儀器公司、筑波大學(xué)與大美公司等。綜上可見，該計劃傾向于知名大學(xué)以獨(dú)立研究為主，知名度較弱的大學(xué)與企業(yè)合作研發(fā)為主的方式來推進(jìn)其項(xiàng)目研究的順利實(shí)施。

圖7 日本“先端計劃”代表性商業(yè)化成果的研發(fā)機(jī)構(gòu)科技合作網(wǎng)絡(luò)圖［6］Fig.7 Network Diagram of Science and Technology Cooperation among R&D Institutions with Development of Advanced Measurement and Analysis Systems Representative Commercialization Achievement［6］

5 啟示與建議

近年來，我國越來越重視科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》中提出“以關(guān)鍵核心技術(shù)和部件自主研發(fā)為突破口，聚焦高端通用和專業(yè)重大科學(xué)儀器設(shè)備研發(fā)、工程化和產(chǎn)業(yè)化，研制一批核心關(guān)鍵部件，顯著降低核心關(guān)鍵部件對外依存度，明顯提高高端通用科學(xué)儀器的產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，大幅提升我國科學(xué)儀器行業(yè)核心競爭力”［16，17］，2021年 3月出臺的《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》明確指出加強(qiáng)高端科研儀器設(shè)備研發(fā)制造，聚焦傳感器等關(guān)鍵領(lǐng)域，加快推進(jìn)裝備材料等研發(fā)突破與迭代應(yīng)用；布局國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，包括精密重力測量研究設(shè)施、多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學(xué)成像、硬X射線自由電子激光裝置等［18］。地方政府也積極推動科學(xué)儀器的研發(fā)，如廣東省制定了《廣東省培育精密儀器設(shè)備戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群行動計劃（2021—2025年）》，強(qiáng)化科學(xué)測試分析儀器等六個子領(lǐng)域的精密儀器設(shè)備產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展［19］，上海市2022年發(fā)布了“科技創(chuàng)新行動計劃”科學(xué)儀器領(lǐng)域項(xiàng)目申報指南［20］。這些政策的部署對于促進(jìn)我國高端科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展、打破國外先進(jìn)儀器設(shè)備壟斷、提高先進(jìn)科學(xué)儀器國產(chǎn)化率等方面具有特別重要的戰(zhàn)略意義。在這方面，日本“先端計劃”做出了較好的探索，給我國科學(xué)儀器領(lǐng)域發(fā)展的啟示如下：

1）強(qiáng)化項(xiàng)目頂層設(shè)計，聚焦社會經(jīng)濟(jì)需求

日本站在科技創(chuàng)造立國的高度對“先端計劃”進(jìn)行頂層設(shè)計，最終是為了擺脫其對境外先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的依賴，支撐“第五期科學(xué)技術(shù)基本計劃”中提到的超智能社會的實(shí)現(xiàn)。技術(shù)研發(fā)產(chǎn)出的定位明晰，著眼于開發(fā)可解決國內(nèi)社會相關(guān)領(lǐng)域重點(diǎn)難題的原創(chuàng)技術(shù)，開發(fā)和大幅度優(yōu)化儀器設(shè)備的同時，瞄準(zhǔn)了諾貝爾獎級別的一流技術(shù)產(chǎn)出，并在此基礎(chǔ)上統(tǒng)籌考慮知識產(chǎn)權(quán)布局和標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略，逐步推動在先進(jìn)科學(xué)儀器領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)核心競爭力構(gòu)建。因此，我國在設(shè)立類似的項(xiàng)目時應(yīng)加強(qiáng)宏觀設(shè)計，借鑒日本對社會企業(yè)、高校、研究所等進(jìn)行定期、多次問卷調(diào)研、實(shí)地調(diào)研的方式廣泛收集社會需求與建議的方法，優(yōu)先攻關(guān)社會最急需、最有機(jī)會實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵核心技術(shù)。在保證項(xiàng)目技術(shù)對標(biāo)國際前沿的同時，兼顧儀器國產(chǎn)替代化發(fā)展，確保我國科研人員的儀器自主可控，助力我國高水平科技自立自強(qiáng)。

2）加大科研經(jīng)費(fèi)投入，推動項(xiàng)目“投早、投少”

日本把科學(xué)儀器的研發(fā)作為提升本國科研競爭力的重要舉措，所以投入的經(jīng)費(fèi)也相對比較高，2004—2016年“先端計劃”經(jīng)費(fèi)的投入量占該國科研費(fèi)的近3%，高于我國2004—2016年投入經(jīng)費(fèi)占同時段國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助總額的1.32%，我國與日本科研資助強(qiáng)度相比還有一定的差距。據(jù)統(tǒng)計，我國90%以上的科學(xué)儀器被國外企業(yè)長期壟斷，我國每年上萬億科研投資經(jīng)費(fèi)中，用于進(jìn)口儀器設(shè)備的固定投入就高達(dá)60%［21］。因此加強(qiáng)先進(jìn)科學(xué)儀器的研發(fā)就顯得尤為重要。建議我國加大對科學(xué)儀器領(lǐng)域的研發(fā)投入，借鑒日本的做法，通過“投早、投少”的方式資助盡可能多的初創(chuàng)項(xiàng)目，同時引導(dǎo)企業(yè)的投資方向，通過多元化經(jīng)費(fèi)的投入助力企業(yè)解決技術(shù)研發(fā)難題；采用“揭榜掛帥”、“賽馬制”等方式遴選出優(yōu)秀的原創(chuàng)研發(fā)及國產(chǎn)替代化團(tuán)隊，形成多點(diǎn)開花、良性競爭的局面。另外，建議在項(xiàng)目立項(xiàng)前對承擔(dān)主體進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，評估擬立項(xiàng)項(xiàng)目承擔(dān)主體的實(shí)際完成能力，進(jìn)一步保證項(xiàng)目的可實(shí)施性。

3）瞄準(zhǔn)國際前沿領(lǐng)域，推動關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)

“先端計劃”支持生命科學(xué)、材料科學(xué)（納米技術(shù)）、環(huán)境科學(xué)、放射線測量和綠色能源等領(lǐng)域的先進(jìn)測量分析技術(shù)和儀器的開發(fā)，項(xiàng)目以原始創(chuàng)新、創(chuàng)新技術(shù)作為研究出發(fā)點(diǎn)，為滿足日本國家社會、科研和行業(yè)發(fā)展的當(dāng)前需求及未來需求，做出了巨大貢獻(xiàn)，在 TEM、NMR、MS、XRD等關(guān)鍵核心技術(shù)的研發(fā)上取得了不少成果。隨著經(jīng)濟(jì)和科技的高速發(fā)展需要，建議我國瞄準(zhǔn)TEM、NMR、MS、XRD等的關(guān)鍵核心技術(shù)的研究，以加速我國在世界科技競爭競技場上的實(shí)力，促進(jìn)我國科學(xué)儀器領(lǐng)域的研究和行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4）優(yōu)化項(xiàng)目評價體系，聚焦高水平科研產(chǎn)出

在立項(xiàng)項(xiàng)目的評價上，日本傾向于儀器使用產(chǎn)出數(shù)據(jù)的先進(jìn)性、產(chǎn)品商業(yè)化前景和知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略布局，而我國則傾向于科研成果的創(chuàng)新性、先進(jìn)性、應(yīng)用前景和經(jīng)費(fèi)使用的合理應(yīng)用。盡管同屬于基礎(chǔ)研究類項(xiàng)目，日本的評價體系對科技成果的轉(zhuǎn)化提出了更高的要求，其市場導(dǎo)向更為明顯。因此，建議根據(jù)實(shí)際情況，相對提高我國項(xiàng)目評價標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化我國科學(xué)儀器領(lǐng)域基礎(chǔ)研究類項(xiàng)目高水平論文和高價值專利產(chǎn)出，加強(qiáng)科研項(xiàng)目全過程的知識產(chǎn)權(quán)評議與布局，加大對科技職務(wù)賦權(quán)改革中成果轉(zhuǎn)化的評價力度，增強(qiáng)對儀器零部件國產(chǎn)化率的評價，使得科研成果經(jīng)得起市場檢驗(yàn)，并形成核心技術(shù)競爭力。

5）引導(dǎo)創(chuàng)新全鏈條發(fā)展，促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化落地

“先端計劃”在十年間孵化的47件產(chǎn)品中，其所涉及的研究項(xiàng)目中有30件是由企業(yè)牽頭，高校和研究機(jī)構(gòu)參與研發(fā)，通過加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作加速科技成果轉(zhuǎn)化效率提升，形成良好的產(chǎn)業(yè)技術(shù)孵化育成生態(tài)體系，促進(jìn)科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。例如，日本筑波大學(xué)、富士膠片株式會社、日本拓普康等2006年合作研制的光學(xué)相干斷層掃描儀（3D OCT-1000），當(dāng)時是世界上第一個融合光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)（Optical Coherence Tomography，OCT）和無散瞳眼底照相機(jī)的三維眼底圖像攝影裝置，目前已開發(fā)出3D OCT-1 Maestro和3D OCT-1000等產(chǎn)品，該系列產(chǎn)品在眼科應(yīng)用性強(qiáng)，進(jìn)入市場后，2016年JST對該項(xiàng)目成果的成效追蹤顯示，OCT系列產(chǎn)品銷售已突破了10000臺［3］。該產(chǎn)品是日本產(chǎn)學(xué)合作的成果，銷售臺數(shù)也是JST對其項(xiàng)目成果的推廣最終所獲得的數(shù)據(jù)信息。

因此，我國在制定科學(xué)儀器基礎(chǔ)研究類項(xiàng)目時可以適度往創(chuàng)新鏈后端延伸，突出企業(yè)的創(chuàng)新主體地位，重點(diǎn)攻關(guān)“卡脖子”技術(shù)、顛覆性技術(shù)，注重高校、科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)的合作研發(fā)及重點(diǎn)研究領(lǐng)域的培育，加大對項(xiàng)目成果轉(zhuǎn)化的支持及項(xiàng)目結(jié)束后的成果轉(zhuǎn)化成效追蹤，并促使相關(guān)信息對公眾透明化，加強(qiáng)科技管理部門同工信部門、知識產(chǎn)權(quán)管理部門的項(xiàng)目布局銜接與聯(lián)動，通過科技創(chuàng)新引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)邁向全球價值鏈中高端，助力產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

數(shù)據(jù)可用性聲明

支撐本研究的科學(xué)數(shù)據(jù)已在中國科學(xué)院科學(xué)數(shù)據(jù)銀行（Science Data Bank）ScienceDB平臺公開發(fā)布，訪問地址為 https://www.doi.org/10.57760/sciencedb.01810或http://resolve.pid21.cn/31253.11.sciencedb.01810.