气象色谱仪-科学仪器产业下的城市机遇（上篇）

3）科学仪器，更是我国当下科学创新亟须突破的利器

从建设科技强国的征程来看，目前我国科学技术已经发展到由“跟踪”到“引领”的创新拐点。尤其在偏实验性的研究领域，很多重大科学创新需要“定制”单型号的“孤品”仪器。因此，如果科学仪器的创新跟不上，就很难产生开创性的成果。原创性科学仪器和设备，已经成为我国实现跨越发展的关键因素。

然而，我国在高端科学仪器和设备方面却相当滞后，严重依赖进口。据统计，我国科研固定资产投资中仪器设备采购费用约占60%，科研经费投入中仪器采购费用约占25%，每年从国外引进仪器费用在800亿元左右❺。除核磁共振波谱仪外，常用的高分辨率质谱仪等大型分析仪器、大部分的生命科学仪器（如磁共振成像仪、超分辨率荧光成像仪、冷冻透射电镜等），都被国外科学仪器企业垄断。

国内科学仪器企业虽然众多，但技术与质量严重落后，在高端仪器市场几乎“空白”。美国化学会（ACS）主办的《化学与工程新闻》杂志（Chemical & Engineering News）公布的“2018年度全球科学仪器公司20强”榜单❻中，有八家来自美国、七家来自欧洲、五家来自日本，而中国没有一家企业入选。中国科学院院士杨学明多次提到：“如果仪器研发硬实力上不去，我们就无法发展自己的高端科学仪器，不仅要花费大量的资金购买，而且容易受制于人❼。”

在2009-2017年数年间，以天美、聚光科技为代表中国科学仪器企业一度通过海外并购欧美科仪公司来壮大自身。但随着近年来国际局势的变化加剧和其他国家的政策收紧，并购策略已经不再能成为快速壮大的成捷径，而且一些重要科学研究领域的核心技术是买不来的。

可以说，在当下中国科学创新发展的时点，科学仪器进口依赖的问题已经成为“燃眉之急”，是当前科学创新不得不解决的“源头”问题。如果说曾经我国的科学仪器处于一个“造不如买”“不得不买”的时期，那现如今则是到了“必须自己造”的时期。没有科学仪器的突破，中国的科学研究和先进制造业都无法摆脱“卡脖子”的困境。

正如中国科学院科技战略咨询研究院副院张凤所说：“要想成为科研强国，必须首先成为仪器强国。大力发展具有自主知识产权的科学仪器，是我国科技发展的重要一环！”❽

正是这种必须从内部寻求科学仪器产业发展之路的时代特点，为很多国内城市打开了一种新的产业思考空间，这意味着一种新的产业突破机遇。

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科学仪器，小而专的产业创新“潜力股”

科学仪器虽然重要，但在中国是一个期被遗忘、不愿被触碰的产业角落，其实当我们深入探究科学仪器产业自身规律时，会发现这个看似很“小”的细分产业，由于产品的固有特点，具有专属的产业特质。科学仪器产业能够给城市带来不容忽视的产业创新潜力。

产业特质一：属于高技术密集型产业

科学仪器设备是一种综合凝聚尖端前沿技术的高科技、高集成的产品。比如，流式细胞仪就是综合了激光技术、计算机技术、流体力学、弱信号处理技术、细胞化学和生物探针技术等众多领域先进技术和成果的高科技仪器，可进行每秒10000个细胞的多参数高通量测量，被誉为生物实验室“CT”。

再如冷冻电镜，它是基于超级计算机工作能力的高科技产品。它的原理是将生物大分子快速冷冻后，在低温环境下利用透射电子显镜对样品进行成像，再经图像处理和重构计算获得样品的三维结构。其中，三维重构算法是核心内容，需要用到快速傅里叶变换（FFT）算法。冷冻电镜的整机涉及机械、材料、光学、生物、计算科学等多个学科领域以及图像采集、图像处理、结构解析、冷冻系统的样品制备等多方面关键技术。

可以看出，科学仪器产业不是简单的设备制造，而是一种高技术密集型产业。国际上的科学仪器企业也往往是产研一体的高科技企业，具有较强的研发创新属性。世界科仪产业巨头赛默飞（Thermo Fisher Scientific），每年投入10亿美元做科研，同时还通过对不同专项技术公司的并购、整合扩大自身的科技创新优势。其他国际中小型科学仪器公司也无一不是在技术创新中发展壮大。

因此，对于一个城市来说，在大家争相发展高科技前沿产业的态势下气象色谱仪，不妨回头看看一直以来被忽视的一个高科技产业赛道——科学仪器。

也许读到这里，大家会有一个疑问：既然我国在高技术集成领域，产业整体落后且与国外技术差距较大，城市选择科学仪器产业赛道的技术突破难度是否过大？当然，在传统领域（比如化学、光学等领域）的科学仪器方面，由于国外上百年的技术创新积累，国产仪器想要超越确实存在一定难度。但是在生命科学类仪器领域，却有极大的反超潜力。

一方面，生命科学不仅是当前最活跃的前沿科技领域，还是当前最大的科仪产业应用市场。根据IBO发布的《2016-2018全球科学仪器市场分析》，全球科学仪器行业市场规模为620亿美元，增率为7.5%，其中占比最高的就是生命科学仪器，为167.5亿美元❽。

另一方面，我国在生命科学领域的研究水平属于世界第一梯队。根据《2019中国生命科学与生物技术发展报告》显示：2018年在生命科和生物技术领域专利申请数量与授权数量方面，中国仅次于美国，位居全球第二❾，基于生命科学产业领域的创新突破，同步的仪器研发需求和突破可能性较大。

此外，随着医疗器械“国产替代”政策的落实。一些属于医疗器械二、三类的高端科学仪器，比如流式细胞仪、PCR仪、基因测序仪等，正在迎来风口下的发展机遇。在迭代较快的基因测序仪领域，国内很多企业都已经在强势切入二代测序、积极尝试三、四代测序领域，有很大的赶超空间。因此，生命科学仪器领域是未来城市进行高科技产业布局的一个重要突破赛道！

产业特质二：易于孵化专项“隐形冠军”

除了高技术、高集成的特点，作为实验广泛使用的工具型产品，科学仪器设备还具有门类庞杂、品种繁多的特点。根据国际著名分析仪器智库SDi（Strategic Directions International）公司的全球仪器报告，科学仪器主要有色谱、生命科学、质谱、实验室自动化、原子光谱、分子光谱、表面分析、材料物性、一般仪器、实验室设备等类型。而其中每一类又细分成很多种，比如光谱仪又细分为红外光谱仪、拉曼光谱仪、激光光谱仪、原子吸收光谱仪等；色谱仪又细分为离子色谱仪、气象色谱仪、液相色谱仪、凝胶色谱仪等。

科学仪器的这种产品特点，使科学仪器产业与一般产业相比，更有潜力孵化细分产品领域的“隐形冠军”。比如，德国元素公司（Elementar）是一家专注于C、H、N、O、S等专业有机元素分析仪的科学仪器企业气象色谱仪，有超过一百多年的专业分析仪开发和制造经验，被誉为业内专业元素分析仪的“代名词”。

这家企业的生存之道可以概括为：专注于元素分析仪，把一个细分领域做到极致。从第一台元素分析仪起，每年都有技术创新，而且都是紧紧围绕自身核心技术的创新拓展，一步步构建起五大产品线——CHONS分析仪、杜马斯氮分析仪、TOC分析仪、无机材料的元素分析仪和移动式直读光谱仪、IRMS同位素比质谱仪，成为全球唯一一家拥有强大技术且能覆盖上述五大仪器市场的企业（一般元素分析仪器企业只拥有少量几款产品，只能覆盖一个或几个仪器市场）。2011-2015年连续5年获得德国TOP100创新奖，可以说它的发展史就是一部世界元素分析领域的创新史。

纵观国际市场会发现，科学仪器企业“两头分化”的特点非常明显：一端是像赛默飞、丹纳赫等通过不断并购其他企业成为占比非常大的综合性科学仪器巨头；另一端则是非常多且聚焦某一仪器领域的小企业。

尤其是在德国和瑞士，有很多产品享誉全球的知名企业只有二三百人，可以被称为当地的“乡镇企业”；甚至还有很多只有几十人的“作坊企业”。比如瑞士万通（Metrohm），70多年专注于离子分析技术，可以排到全球离子色谱领域第二，仅次于赛默飞。但它的规模比产品综合的巨头赛默飞小得多，总部只有300多人，全球直属员工也不过3000人左右。

还有德国优莱博公司（JULABO），也是一个小型的家族企业。这家科学仪器企业因为1926年Juchheim家族发明出世界第一支可连续调节温度触点的玻璃温度计得以起家。自1967年正式成立以来，优莱博公司深耕温度控制测量产品数十年，逐步做到了全球温度控制领域的知名品牌。与瑞士万通相比，优莱博公司的规模更小。期以来，优莱博公司的员工只有二三百人，直到2018年才第一次超过400人❿。正是这些小而专的“乡镇企业”，由于聚焦专业细分领域持续创新，进而形成了强大的技术壁垒和产品品牌，成为全球市场中的佼佼者！

因此，对于中国的城市来说，尤其是对那些缺少龙头企业吸引力的城市来说，发展科学仪器产业更容易孵化小而专的“隐形冠军”或“独角兽”，培育形成本地的科技创新生态。国内已经有一些很有潜力的科仪企业：

在色谱领域，起步较早的青岛盛瀚色谱技术有限公司（2002年成立）专注于离子色谱技术研发，是国家第三批制造业单项冠军、青岛市的“隐形冠军”企业。

在质谱领域，国内高端分析仪的龙头聚光科技在2015年着手质谱创新，孵化出子公司杭州谱育科技发展有限公司（以下简称谱育）。谱育是国内唯一具有量产四极杆ICP-MS和三重四极杆质谱仪仪器能力的企业，先后承担并完成了30余项国家、地方重大科学仪器专项的研制和产业化项目，并且以“高端智能质谱仪器研发及应用”项目夺得了2020年“创客中国”浙江赛区的冠军，是非常被看好的科学仪器“独角兽”。

此外，随着量子测量技术的发展，合肥2016年培育出国仪量子（合肥）技术有限公司，近年来研发出了中国首台脉冲式电子顺磁共振谱仪（EPR）、国内首台量子钻石原子力显镜（QDAFM）、量子钻石单自旋谱仪（ODMR）等重要科学仪器产品，也是合肥2019年的“潜在独角兽企业”。

国仪量子-量子钻石系列

图片来源：Mcbortciqtek.com（国仪量子）

可以看出，通过聚焦某一细分仪器领域，尤其是在与前沿科学技术结合的仪器领域，很有可能培育出行业“隐形冠军”和“独角兽”，或者构建起自己的中小企业创新生态，进而实现城市在科仪产业赛道的创新突破。

·未/完/待/续·

本文节选自华高莱斯“技术要点”系列丛书《科学中心城市的崛起》

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作者简介

常瑶

华高莱斯董事、策划总监

2014年加入华高莱斯，在城市整体战略、区域开发、产业新城、县域经济、文化旅游等领域顾问经验丰富，擅城市整体战略、产业新城、县域经济等领域的综合顾问解决方案制定。

参考资料

❶《科学时报》：《看似“配角”实为“核心”王大珩院士谈仪器仪表》

❷中国科学院：《高端科研仪器国产化值得期待》

❸仪器信息网：《创新黑科技，必先利其器——盘点诺奖中的科学仪器成果》

❹央视网：《〈百家讲坛〉“人类基因组计划”》

❺仪表网：《上提案，建“科仪谷”国产科研仪器的春天即将到来》

❻中化新网：《2018年度全球仪器公司20强公布》

❼中国科学院：《高端科研仪器国产化值得期待》

❽中国科学院：《高端科研仪器国产化值得期待》

❽中国仪器仪表学会分析仪器分会：《付世江谈：国内科学仪器的跟跑、并跑至领跑》

❾新华网：《2018年我国生物医药行业市场规模已经超过3500亿元》

❿JULABO官网：《公司发展历史》

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