過(guò)去百年來(lái)，諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)所涉及的開(kāi)創(chuàng)性工作和重大發(fā)現(xiàn)中，近70%借助儀器完成，物理和化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展更是離不開(kāi)科學(xué)儀器的支撐。
正是意識(shí)到儀器在促進(jìn)科技進(jìn)步、推動(dòng)人類(lèi)認(rèn)識(shí)客觀(guān)世界方面的重要意義，十多年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)副校長(zhǎng)杜江峰帶領(lǐng)的微觀(guān)磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)在國(guó)家自然科學(xué)基金的長(zhǎng)期支持下，“邊科研邊研制”，在微觀(guān)尺度磁共振譜學(xué)及生物、物理、信息等領(lǐng)域取得了一系列原創(chuàng)成果，60余篇相關(guān)論文在《科學(xué)》《自然》《自然》子刊和《物理評(píng)論快報(bào)》等期刊上發(fā)表，多項(xiàng)成果獲得獎(jiǎng)勵(lì)。他們依托創(chuàng)新科研成果研制的近20種儀器，已廣泛服務(wù)于高校、研究所、醫(yī)院和企業(yè)。
杜江峰認(rèn)為，如果研制出原創(chuàng)的科學(xué)儀器是從“0”到“1”，那么把儀器送到千萬(wàn)用戶(hù)手中，讓用戶(hù)來(lái)驗(yàn)收就是從“一”到“萬(wàn)”。在當(dāng)前中國(guó)急需各種高端儀器的情況下，儀器研制應(yīng)做到從“零”到“萬(wàn)”。
杜江峰（右）指導(dǎo)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)。
“借”和“買(mǎi)”的困境
上世紀(jì)末以前，我國(guó)科學(xué)家多數(shù)是做些不用儀器或使用低端儀器的研究。后來(lái)能從國(guó)外買(mǎi)一些高端儀器，但不少研究仍是“買(mǎi)得到就做，買(mǎi)不到就不做”。
“這給科技創(chuàng)新帶來(lái)了巨大阻礙。一是發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)高端儀器禁運(yùn)，有錢(qián)也買(mǎi)不到。二是即便能買(mǎi)，拿到儀器時(shí)也比人家晚一個(gè)階段。三是拿到儀器后，因?yàn)闆](méi)有維護(hù)維修能力，往往難以發(fā)揮最大作用?！倍沤鍖?duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》說(shuō)，“現(xiàn)代科技已經(jīng)發(fā)展到高度依賴(lài)尖端科學(xué)儀器的階段，但我們的供給嚴(yán)重不足，儀器缺乏已經(jīng)成為制約我們?cè)紕?chuàng)新的大問(wèn)題?！?
20年前，杜江峰團(tuán)隊(duì)基本上靠借儀器做實(shí)驗(yàn)，聽(tīng)說(shuō)哪里有儀器，就跑去測(cè)一測(cè)，做個(gè)實(shí)驗(yàn)。10年前，團(tuán)隊(duì)有了第一臺(tái)進(jìn)口儀器，利用那臺(tái)儀器，做出了一些成果、也發(fā)了文章。很快，“借”和“買(mǎi)”都不能滿(mǎn)足需求了，他們就萌生了“自己做儀器的想法”。
2010年，團(tuán)隊(duì)得到中科院支持，啟動(dòng)一個(gè)200多萬(wàn)元的儀器研制項(xiàng)目。通過(guò)那個(gè)項(xiàng)目，團(tuán)隊(duì)積累了研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，也得到了鍛煉。
隨著國(guó)內(nèi)科學(xué)研究對(duì)儀器的需求越來(lái)越旺盛，國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、財(cái)政部陸續(xù)推出一些儀器研制計(jì)劃。國(guó)家自然科學(xué)基金委的國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目定位于“前端”和“創(chuàng)新”，項(xiàng)目承擔(dān)者需要做出從“0”到“1”的突破，研制出原創(chuàng)的儀器。
“我們?nèi)ド暾?qǐng)國(guó)家自然科學(xué)基金委重大科研儀器研制項(xiàng)目時(shí)，既有一定的研制基礎(chǔ)，又做出了很好的成果，還有一支優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)?！倍沤逭f(shuō)，“當(dāng)時(shí)我們提的方案合理，各項(xiàng)指標(biāo)也非常高，國(guó)際上又沒(méi)有同類(lèi)型儀器，這完全符合項(xiàng)目定位。”
“多波段脈沖單自旋磁共振譜儀”能夠在不破壞研究對(duì)象的前提下，提供微觀(guān)物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，拓展人們駕馭單個(gè)核自旋的能力，對(duì)前沿基礎(chǔ)科學(xué)以及提升我國(guó)開(kāi)展原創(chuàng)性研究能力意義重大。
2013年初，杜江峰團(tuán)隊(duì)順利獲得國(guó)家自然科學(xué)基金委國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目資助，團(tuán)隊(duì)成員摩拳擦掌，準(zhǔn)備大干一番。
蓄積力量
缺乏高端科研儀器之“痛”有兩個(gè)突出表現(xiàn)。一是發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)封鎖，有錢(qián)也買(mǎi)不到。二是當(dāng)我國(guó)少數(shù)領(lǐng)域邁入國(guó)際前沿時(shí)，迫切需要的儀器國(guó)際上也不一定有。
當(dāng)中國(guó)科學(xué)家在多個(gè)領(lǐng)域躋身國(guó)際前列時(shí)，缺“儀”之痛和今天的缺“芯”之痛如出一轍。
在研制多波段脈沖單自旋磁共振譜儀時(shí)，有個(gè)關(guān)鍵部件叫鉆石傳感器，它的靈敏度決定著儀器的性能。但當(dāng)時(shí)相關(guān)的原理才提出來(lái)四五年時(shí)間，國(guó)內(nèi)外都沒(méi)有現(xiàn)成的設(shè)備可參考。
“當(dāng)時(shí)美、德有個(gè)研究組也在往這個(gè)方向走，知道我們要研制后，馬上把相關(guān)的技術(shù)和產(chǎn)品都封鎖了?！痹搱F(tuán)隊(duì)成員、中科院微觀(guān)磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員王鵬飛說(shuō)，“國(guó)外廠(chǎng)商禁運(yùn)了鉆石傳感器相關(guān)的產(chǎn)品和技術(shù)，所以一開(kāi)始，我們就面臨很大的困難?！?
鉆石傳感器研制中用到一種離子注入技術(shù)，但當(dāng)時(shí)大家連離子注入的機(jī)制都不清楚。
“杜老師在理論上給予指導(dǎo)，和我們一起討論，研究解決方案。”王鵬飛說(shuō)，“我們從一臺(tái)農(nóng)業(yè)育種注入機(jī)上得到啟發(fā)，對(duì)它進(jìn)行改造和設(shè)計(jì)，又造了一些部件，最終達(dá)到了項(xiàng)目初步目標(biāo)?！?
后來(lái)，團(tuán)隊(duì)不斷摸索，找相關(guān)單位攻克VR加工技術(shù)、波導(dǎo)設(shè)計(jì)加工工藝。經(jīng)過(guò)幾輪迭代，團(tuán)隊(duì)用不到3年時(shí)間，將鉆石傳感器技術(shù)提升至國(guó)際先進(jìn)水平。
“2016年底，連傳感器的原料也被發(fā)達(dá)國(guó)家禁運(yùn)了，我們必須一點(diǎn)點(diǎn)摸索，攻克一道道工藝難關(guān)，但這也讓我們一步步、全鏈條地掌握了核心技術(shù)?！敝锌圃何⒂^(guān)磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員秦熙說(shuō)，“在這個(gè)過(guò)程中，能明顯感覺(jué)到國(guó)外儀器廠(chǎng)商對(duì)我們的態(tài)度，經(jīng)歷了幾輪反轉(zhuǎn)?！?
