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中国科技进步靠什么?靠外国科学仪器!?

来源:分析化学 阅读数:43 时间:2021-07-19 15:32:32

首发于微信号 乌鸦校尉

微信ID:CaptainWuya

  7月6日,一个关于似乎早在意料之中的消息刷屏了:

美国拒签500多名中国理工科研究生。

理工科教育是一个国家科学技术发展的基础。

  这500多名申请赴美攻读博士或硕士学位的研究生,大部分学习电气电子工程、计算机、机械、化学、材料科学、生物医学等理工类专业。其中绝大多数办理签证的时间是在美新政府上台后,也就是今年甚至最近刚刚发生的事情。

  为什么是意料之中呢?

  因为美国对于中国留学生的打压也不是一两年了,有人甚至因此被美国按上“间谍”罪名遭受牢狱之灾。特别是懂王在任时,直接点名出了一个 《禁止特定中国留学生和研究人员入境禁令》(1104号禁令),简直就是学术界的《排华法案》。 

  拜登政府虽然名义上推翻了懂王的很多具体政策,但打压中国科学技术的战略目标却没有动摇,拒签留学生算是一脉相承了。

  而根据美国一学术机构的统计,如果拜登政府死咬着不松,那么大约每年有3000至5000名理工科中国研究生以及理工科访美学者赴美签证将受到影响。  

  但对于普通中国老百姓而言,这事又有点出人意料。

  留学,曾经是独一无二的镀金利器,海归更是精英的代称。

《北京人在纽约》一代人的留学梦

  但多年之后,在中美关系如此剑拔弩张,政策歧视如此严重,疫情又如此严峻的当下,不但海归们风光不再,甚至留学热本身都成了反思的素材。

  有的人甚至对这次事件表示:拒了正好,就不该去!

然而现实是,目前中国的理工科教育依旧需要从西方“取经”,大量中国留学生与学者依旧需要冒着“生物病毒”与“政治病毒”的危险踏上大洋彼岸。

  这是一个从“科学仪器”开始的长期历史疑难杂症。

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  工欲善其事必先利其器。

  科研的竞争,往往也是科学仪器的竞争。

  2017诺贝尔化学奖被授予来自英国、美国、瑞士的三位科学家,理由是 “研发冷冻电子显微镜,用于测定溶液中生物大分子高分辨率结构”,直接开启了生物化学的革命。

  据统计,到2017年,诺贝尔奖自然科学获奖项目中,因发明科学仪器而直接获奖的项目占11%。而且72%的物理学奖、81%的化学奖、95%的生理学或医学奖都是借助尖端科学仪器来完成的。

  5月28日,中国科学院第二十次院士大会、中国工程院第十五次院士大会和中国科协第十次全国代表大会,在人民大会堂同时召开。

  会上,国家领导人特别指出,要从国家急迫需要和长远需求出发,在石油天然气、基础原材料、高端芯片、工业软件、农作物种子、科学试验用仪器设备、化学制剂等方面关键核心技术上全力攻坚,加快突破一批药品、医疗器械、医用设备、疫苗等领域关键核心技术。

  这里点出的领域,很多都上过无数次的热门了,而科学试验用仪器设备似乎打中了人们的认知盲点。

其实,无论是长远的芯片等高科技产业,还是最急迫的医疗行业,都离不开科学仪器的支持。

  也恰恰是这个领域,中国确实被卡脖子到离开国外供应,就寸步难行的境地。

  6月下旬,中国科学院电工研究所副所长韩立说,我国高端科学仪器现状惨淡——多种科学仪器基本被国外厂商垄断,某些类型的仪器国内厂商市场占有率甚至趋近于

  在医院设备里,广为人知的CT、核磁共振仪、大型X光机等等高端设备,基本被GE、飞利浦、西门子三家瓜分。

  科研领域,比如,核磁波谱仪,是分析各种无机物有机物成分结构的神器,国产仅0.99%;液质联用仪,用于药物开发、食品分析、环境检测,国产占1.19%;X射线衍射仪,化学,化工,材料,冶金,石油等领域必不可少,国产1.32%……

人民日报曾走访了上百家企业发现,生产线和研发中心里的科学仪器,统统都是“美械师”、“德械师”甚至“日械师”。

  大众很难相信,今天的中国科研装备现状,居然凄惨到了百年前“万国造”的时代。

  2018年的国家科技基础条件资源调查工作显示,在单价超过50万元的大型仪器中,国产品占有率为13.4%左右。

  据海关统计,2016年进口仪器仪表449.6亿美元,仅次于石油和电子器件,是第三大进口产品。随着中国尖端科技研发的井喷,基础的科学仪器进口需求反而越来越高,在2019年已经高达519.93亿美元,逆差接近200亿美元,

  虽然国家一直鼓励自主研发,但当前成果还是主要集中于中低端领域,越高端依赖性越严重。

  2021年,美国化学会旗下期刊《化学与工程新闻(C&EN)》评选的国际排名前20名科学仪器公司中,美国上榜8家顶尖科研仪器厂商,日本上榜5家,德国和瑞士各上榜3家,英国上榜1家。

  中国作为GDP排名第二,工业总产值独霸全球的国家,没有一家。

  如果说有些行业中国是大而不强,科学仪器这里真是的连大都谈不上,把国内头部厂家捆在一起都不如人家一个,很多高精尖仪器甚至连山寨都搞不出来。

重点!有些连TM山寨都搞不出来!

  有人说,半导体领域最难的是光刻机,可在“科学仪器”这里,似乎到处都是“光刻机”。

如果说中国产品垄断了全球的货架,那么日德产品就占据了中国的流水线,而美国产品则充斥着中国的实验室。

  上世纪90年代初,美国商务部下属机构出过一份报告:仪器仪表工业总产值只占工业总产值的4%,但它对国民经济的影响达到66%。

  也正是美国,控制了今天全球科学仪器的高端市场。

  在激烈的贸易战中,美国商务部就曾起草一份法规,扩大对华禁售范围,把任何他们认为有可能涉及军用的东西,即便是民间购买、医疗用途,统统一刀切,其中就包括了数字示波器这样科学仪器。

这是中美贸易战的火花第一次溅到“科学仪器”这个小众领域,也再次敲响了一记“卡脖子”的警钟。

  而尴尬的是,即便没有美国不屑于卡这块的脖子,在国产科学仪器凄惨的现状下,相关的科研环境也饱受折磨、苦不堪言。

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  2018年12月5日深夜,北京大学核磁中心地下一层,10台价值20亿元的核磁共振波谱仪正在无人干预的情况下满负荷运转。

突然间,一团白雾喷出,尖锐的声音随之响起。

  研究人员赶来发现,仪器发生了严重故障,而且一时间无法逆转,随即联系仪器制造商布鲁克公司,要求其在调查清楚仪器失超原因后,尽快提供解决方案。

  关键时刻,布鲁克公司却把手一伸,要求“先拿23万人工费出来”,闭口不谈造成故障的原因。

  要是维修失败,这23万科研经费等于扔水里了。

  核磁中心不答应这种明显有违市场公平的条件,要求对方在一个星期之内给出方案,然而十天之后,对方毫无动静。

  北大核磁中心算是同类型实验室中数一数二的存在,从布鲁克购买的核磁共振波谱仪也是全国最多,妥妥VVVIP。

无奈,德国布鲁克公司更是一个超级垄断巨头。

  如果说其他高端仪器设备,虽然也差不多100%进口,但好歹还有几个外国品牌竞争,而核磁可就布鲁克一家独大。

  作为一家初创于德国的高端分析仪器制造商,布鲁克公司的核磁共振部门BioSpin于2008年在美国上市,其最大竞争对手安捷伦公司于2014年退出核磁市场后,完全垄断了市场。

  据有关数据:截至2018年,中国核磁共振波谱仪的市场保有量约为1800台,美国瓦里安(Varian)占有量约为300台,日本电子(JEOL) 50台,武汉中科牛津波谱50台,剩下1400台基本由德国布鲁克公司生产。

一个愿打一个愿挨,市场行为,就是欺负你怎么滴?

  但如果连北大核磁中心都可以欺负,全国103所大学、190多家布鲁克公司设备的用户那不就是任其揉捏?

  北大核磁中心怒了,决定带着大家一起维权!

  2018年12月23日,经有关单位核准,布鲁克核磁用户维权特别委员会临时成立,全国各路受害者齐聚一堂,调查取证,对布鲁克公司喊话,要求解决整个中国区的售后维修问题。

  面对这样的阵势,布鲁克公司依旧态度强硬,反而要求一对一解决问题,而且第一次谈判时避重就轻、把整体问题代换成偶然失误,谈判仅仅20分钟就不欢而散。 

为什么布鲁克为什么如此嚣张?无他,其中利润实在太丰厚了。

  2016年,中科院某实验室的一台室外机出现故障,报修后,布鲁克借口保修期已过,直接要求花20多万元重新购买。

  研究人员感觉不对,就另找了一个厂家修好,只花1万多。没想到,布鲁克听说此事,竟然直接威胁这家公司立刻中止与中科院的这个实验室的合作。 

  中科院该实验室、北大核磁中心的遭遇不是孤例。布鲁克报价2.2万元的交换机,与淘宝200多元的是同款,布鲁克报价20万元的配件单元,其他公司报价2万元就能搞定。

巨头们在华肆无忌惮的背后,是全球科学仪器行业进入"一超多强"的大垄断时代。

  所谓一超,便是科学仪器行业的超级霸主,赛默飞世尔

  2006年,英国Thermo (赛默)和美国Fisher(飞世尔)合并后,就开始了持续20年的并购狂潮,让很多独立品牌从市场消失。

  通过200多次并购,Thermo Fisher不断完善在各个行业领域的产品线,控制了很多品牌成为行业老大,形成了科学仪器领域航母战斗群般的存在。

  与此同时,在特定领域也形成了一个个占山为王与赛默飞世尔抗衡的强者,比如核磁领域的布鲁克,比如病理领域的德国徕卡。

  赛默飞世尔旗下有个病理品牌Shandon珊顿,2008年又并购了德国知名病理品牌Microm美康。放眼全球,对手只剩下德国徕卡日本樱花。

  其中,德国徕卡早已经占据先机。它在1995年就在华成立了全资子公司,在很多省份的市场占有率甚至最高做到了90%以上,一度成为组织病理切片机的代名词!

  赛默飞世尔重金砸了十年,也没有把徕卡从市场的绝对垄断地位上拉下来,最终以约11.4亿美元的现金出售解剖病理学业务。

为什么国外科学仪器企业要如此追求各种形式的垄断?

  因为科学仪器行业的最典型特征——体量小,投入大,但一个赛道利润市场就那么多。正因为体量小、利润空间有限,所以赛默飞世尔才需要不断扩张、垄断,从而攫取更多利润。

一旦垄断形成,巨头们哪怕不用一分钱研发,也能躺着赚钱,后来者就要承受投入与回报不成比例的艰难考验。

  “请您多用、狠用,不嫌弃地用我们的国产仪器,多给我们使用反馈,帮我们逐步提升与国际品牌的竞争力。”

  在2021年6月,由中国农科院举办的中国科学仪器自主创新应用示范基地在成立仪式上,面对国内科研单位代表,一位仪器行业的老兵几乎用上了恳求的口吻。

3

  现代科学经过几百年发展,早就过了靠烧杯和试管就能开创一个学科、掀起一次革命的时代。没有高端科学仪器,再先进的理论都只能是瞎子手里的枪。

  2013年,清华为了在生命科学领域“赶英超美”,以3000万一台的价格从美国FEI公司进口了全套冷冻电镜设备。

  为了讲价,负责清华生命科学研究的施一公教授整整与美国人磨了两个星期,最后效果是其团队如开挂一般,频频在《细胞》、《自然》、《科学》三大顶级学术期刊上发文。

  由于施一公团队总是依靠依赖冷冻电镜的成果发文,还被扣上了“水”顶级期刊的大帽子。

  水不水这里无法评价,但这种“神器在手,立马飞升”的现象至少反映出,中国的科研前沿领域的的确确受制于高端仪器设备的滞后,更反映出对于科学仪器需求的迫切性。

  然而越急,越容易出事。

为了在科技树上赶超式追赶欧美,中国科研经费投入多年激增,高居全球第二,成了全球科研仪器行业增长最快的市场。

  面对这么一块大蛋糕,国际仪器巨头们绞尽了脑汁,不惜用上灰色甚至黑色手法。

  中国法院网曾经刊登了一篇文章《揭秘科研经费腐败黑洞:一人搞科研全家随便吃》就指出,很多科研项目在涉及仪器设备时,能用进口通通都按进口的、最贵的价格申报。一些国外仪器的设备经销商很早便会盯上项目负责人,通过回扣的方式让科研人员购买他们的设备。

  比如,南京理工大学研究生院生产的高端光学测量仪器干涉仪,各项技术指标都不比国外仪器差,价格只有国外仪器的1/4,要便宜七八十万元,但很多科研机构还是要购买国外的仪器。

  此前,相关案件曾披露,国内一名实验设备采购员在为本单位采购聚焦显微镜、分析仪等仪器过程中,一次就收受仪器设备厂商给予的好处费近万美元。

  这种现象司空见惯,防不胜防,让本就处于落后追赶的国产仪器行业进入了恶性循环,陷入了更尴尬的境地。

国家砸钱越多,国产科学仪器行业越惨,因为连低端市场都没了。

“我们现在的处境比以前更恶劣了。过去是省一级,现在连县一级都开始大规模要求采购进口仪器。”在2015年,国产仪器行业在长春的一次沙龙上,一位从业人员发现,政府采购招标方越来越多通过各种手段采购进口仪器。

  2017年在西部某省的教学设备采购清单上,国产仪器干脆全军覆没。

没有市场,就没有反馈和数据,即便拿到投资,也无法改进产品,最后越来越落后,差之千里,甚至陷入了低端产品的恶性竞争中,进一步在圈子里败坏了口碑。

  “中国人购买科研仪器的热潮,不知道救活了多少外国公司!”一位科技部原副部长对此痛心疾首。

4

中国人真的做不出高端科学仪器吗?当然不是。

  其实,科研实力强,科学仪器必然也不弱,而中国科学家们在创造工具这各事情上并不次于其他国家。

  在上个世纪末之前,由于现实条件限制,除了少部分设备能够自己提供外,中国科学家们大多数研究往往不需要仪器或者使用低端仪器就行,甚至很多研究干脆是“有仪器就做,没仪器只能作罢”。

后来情况好点了,也是哪有机器就去跑一跑、测一测,出一点成果。

这是因为高端仪器往往涉及禁运很难买到,即便能买也比国外晚很多,科研创新自然慢人很多拍,最后就算有了仪器,如果没有维护能力,也很难发挥最大作用。

  这么下去不是办法。仪器问题,严重阻碍了原始科研创新,也成了中国人创造新工具的动力。

 “多波段脉冲单自旋磁共振谱仪”,是一种能够在不破坏研究对象的前提下,提供微观物质内部结构信息的设备,对前沿基础科学以及我国开展原创性研究能力意义重大。

  2013年初,中科大杜江峰院士团队开始了这款高精尖设备的研发。但当时有一个德、美国团队也在走同样的方向,于是就把相关技术和产品对华禁运了。

  2016年,等杜江峰团队攻克了技术,连关键传感器的原料都给禁了。但这反而逼着中国的科研人员一步步、全链条掌握了整套核心技术。

  “在这个过程中,能明显感觉到国外仪器厂商对我们的态度,经历了几轮反转。” 一位研究人员对当时外国人的心态转变记忆犹新。

“我们实验室有近 40 台装备,除了 2009 年买过一台进口仪器外,这 12 年来没买过成套装备,基本上自己想到的、需要的,都由自己做。”

  但杜院士也认为,实验室做出的仪器只要指标上满足就行了,但要变成批量生产的标准化产品还有很长的路要走。

从零到一突破的确很艰难,但从一到万的市场推广却更加凶险。

  1973年,中国就开始了第一台激光测速仪的试验,而且是由清华大学、中科院力学所等好几个科研单位和院校八仙过海。

  两年之后,中国第一台激光多普勒测速仪就下线了,还由银河仪表厂小批量生产了五台,每台5万元,比当时进口一台2~3万美元(汇率八点多)要节省得多,性能同样先进。

  可惜,这种小规模生产无法养活银行仪表厂七八百职工,激光多普勒测速仪的产学研合作也只能草草结束。后来,银河仪表厂更是在了市场化的浪潮彻底沉沦了,只能靠生产低端产品续命。

  银河仪表厂只是中国国产仪器沦落的一个缩影——不是输给技术竞赛,而是输给了经济规律,失去了发育的土壤,自然连高端仪器的山寨都无能为力,永远被人压着头打。

中国国产“科学仪器”仿佛直接从近三十年的经济狂飙中,直接掉队了。

  国际对抗日益激烈的今天,科学仪器之痛,已经不单单是一个产业的问题,一个经济问题,也是一个历史难题,更是中国科研体系至今要依赖欧美的重要原因。

  科学无国界,但科学家有,仪器设备厂更有。

时至今日,国产仪器行业的惨淡已经证明,市场、资本规律主导下,随着国际垄断巨头的成型,中国科学仪器的境况只能越来越恶化。

长此以往,中国科研体系将永远摆脱不了对国外的依赖。

  一百年前,中国人因为科技落后而饱受屈辱,今天,我们已经摸到了人类科技的巅峰,却听任所谓的自由市场行为,结果绊在了几乎无人在意的科学仪器上。

  科研领域存在“禁运”问题,涉及到国家战略需求。

“我经常跟年轻人说,要有情怀,高端科学仪器动不动就要上百万上千万,(利润)不像手机产业链,如果没人去做,只靠市场牵引,是做不成的。”

  杜江峰院士如是说。