中科院光機(jī)電領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目為自主創(chuàng)新加油 (2005-12-08)
發(fā)布時(shí)間:2007-12-04
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11月24日,“北京工業(yè)技術(shù)支撐與產(chǎn)業(yè)促進(jìn)平臺(tái)”舉行了首場(chǎng)的產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目對(duì)接會(huì)??光機(jī)電領(lǐng)域?qū)?chǎng)。中科院光電研究院的專(zhuān)家重點(diǎn)推介了醫(yī)療用準(zhǔn)分子激光器、FOB光學(xué)系列光學(xué)生物傳感器、大氣污染光學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)等有巨大應(yīng)用前景的產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目,并針對(duì)企業(yè)感興趣的15個(gè)光電領(lǐng)域項(xiàng)目與參會(huì)的企業(yè)代表進(jìn)行零距離的對(duì)接交流。目前已初步確定8家企業(yè)對(duì)15個(gè)項(xiàng)目的合作意向。
為科技產(chǎn)業(yè)化搭建廣闊的舞臺(tái)
“過(guò)去是引進(jìn)消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)管理經(jīng)驗(yàn)。如今,我們已經(jīng)邁入了強(qiáng)化企業(yè)的自主創(chuàng)新能力的階段”。北京市工業(yè)促進(jìn)局局長(zhǎng)程連元介紹說(shuō),隨著中國(guó)和國(guó)際上技術(shù)先進(jìn)國(guó)家技術(shù)差距的縮短,發(fā)達(dá)國(guó)家尤其是跨國(guó)公司對(duì)技術(shù)交流和轉(zhuǎn)讓越來(lái)越持保守態(tài)度。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下,技術(shù)的領(lǐng)先是最基本的競(jìng)爭(zhēng)手段。
北京作為我國(guó)技術(shù)人才最密集的區(qū)域,理所當(dāng)然地應(yīng)在實(shí)現(xiàn)國(guó)家戰(zhàn)略構(gòu)想中發(fā)揮特殊的作用。北京的大專(zhuān)院所擁有非常豐富的科技和人才資源,如何利用好這種資源是我們目前面臨的嚴(yán)峻課題。
一系列的產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目對(duì)接會(huì)將會(huì)加速高新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化,加強(qiáng)中科院和企業(yè)之間的聯(lián)系,一方面解決企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中的技術(shù)難題,并以此為切入點(diǎn)密切和企業(yè)地聯(lián)系,另一方面把中科院已有的能代表國(guó)家先進(jìn)技術(shù)水平的技術(shù)盡快地在北京率先實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。前一階段的自動(dòng)化所的實(shí)踐證明這種合作模式是成功的,確確實(shí)實(shí)以企業(yè)的實(shí)際需求為導(dǎo)向,組織了各院所的力量為企業(yè)的技術(shù)難題開(kāi)展工作,堅(jiān)定了北京市政府繼續(xù)堅(jiān)持這種合作模式的決心。產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目對(duì)接會(huì)強(qiáng)化了企業(yè)和中科院的聯(lián)系;另一方面為中科院各個(gè)單位施展自己的才華提供了廣闊的舞臺(tái)。
為光機(jī)電技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策
“光電研究院是中國(guó)科學(xué)院高技術(shù)發(fā)展的一面旗幟,把中科院在光電領(lǐng)域的技術(shù)力量在統(tǒng)一的規(guī)劃和籌募下集合成一個(gè)整體,擴(kuò)大了中科院的戰(zhàn)略?xún)?yōu)勢(shì),使中科院在國(guó)家大的工程任務(wù)中能夠做出更多的貢獻(xiàn)”,中科院光電研究院副院長(zhǎng)李傳榮在會(huì)上介紹說(shuō),光機(jī)電領(lǐng)域的技術(shù)能夠轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的種類(lèi)很多,近年來(lái),民用光機(jī)電技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化受到極大的重視。從今年4月份開(kāi)始,院地合作局、中科院北京分院北京分院和北京市工業(yè)促進(jìn)局組織了光電研究院及其下屬各單位,精心收集整理了50個(gè)具有產(chǎn)業(yè)化前景的技術(shù)成果,并從中認(rèn)真篩選出了在今天的專(zhuān)場(chǎng)對(duì)接會(huì)上向企業(yè)重點(diǎn)推介的15個(gè)項(xiàng)目,涵蓋了中科院有很大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)的光電傳感,環(huán)境監(jiān)測(cè)等眾多領(lǐng)域。企業(yè)考慮的兩大因素是成本和可靠性,希望這次對(duì)接能碰撞出火花,使技術(shù)真正轉(zhuǎn)化為符合市場(chǎng)需要的有較高技術(shù)含量的產(chǎn)品,為首都工業(yè)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
北京騰飛擁有得天獨(dú)厚的資源
“中科院光電研究院精心收集整理了50多個(gè)具有產(chǎn)業(yè)化前景的技術(shù)成果,向京儀控股集團(tuán)等數(shù)十家北京企業(yè)發(fā)布,并重點(diǎn)推介了其中15個(gè)代表國(guó)家光機(jī)電領(lǐng)域尖端技術(shù)水平的項(xiàng)目”。中科院北京國(guó)家技術(shù)轉(zhuǎn)移中心主任喬均錄在會(huì)上介紹說(shuō),通過(guò)此平臺(tái),中科院科研成果與北京工業(yè)實(shí)現(xiàn)了對(duì)接,加速了科研成果的轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化。今后,將組織策劃一系列不同領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目專(zhuān)場(chǎng)對(duì)接會(huì)。
自2005年4月22日“北京工業(yè)技術(shù)支撐與產(chǎn)業(yè)促進(jìn)平臺(tái)”成立以來(lái),先后組織中科院的12個(gè)研究所的近百名(次)技術(shù)專(zhuān)家(包括2位院士),深入到10多家企業(yè),了解企業(yè)的真正需求,北京工業(yè)技術(shù)支撐與產(chǎn)業(yè)促進(jìn)平臺(tái)多次組織了大批企業(yè)家和科學(xué)家進(jìn)行雙向交流,雙方都有相見(jiàn)恨晚的感覺(jué)。例如,有一次平臺(tái)組織中科院過(guò)程所、力學(xué)所、理化所去燕化實(shí)地考察。燕化是北京市非常重要的一個(gè)名牌企業(yè),經(jīng)濟(jì)總量在北京市每年的GDP中占有很大的比重,但是在生產(chǎn)過(guò)程中也遇到很多技術(shù)難題。燕化花費(fèi)了很長(zhǎng)時(shí)間在網(wǎng)絡(luò)上和文獻(xiàn)中尋找解決的辦法,但實(shí)際成效不大。以前中科院和燕化接觸并不多,這次的交流使燕化發(fā)現(xiàn)中科院的研究所有幾個(gè)比較成熟的技術(shù)項(xiàng)目正好能對(duì)癥下藥。又如過(guò)程所的張鎖江博士,三年前從日本帶回國(guó)的一個(gè)很好的項(xiàng)目卻不知道向哪里轉(zhuǎn)移,而需要這種技術(shù)的燕化卻不知道去哪里尋找。所以說(shuō)北京工業(yè)技術(shù)支撐與產(chǎn)業(yè)促進(jìn)平臺(tái)在技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化的過(guò)程中起到了非常重要的中介橋梁作用。
中科院在全國(guó)共有89個(gè)單位,地處北京的就有45個(gè),北京地區(qū)各院所的中科院院士的人數(shù)是全國(guó)的四分之一,研究的學(xué)科也非常齊全??傊锌圃罕本┓衷簱碛蟹浅XS富的科技資源和人才資源,研發(fā)實(shí)力雄厚,同時(shí)也非常重視和北京市的各大企業(yè)的合作,盡可能把中科院更多的科研成果留在北京,為北京市的經(jīng)濟(jì)騰飛提供源源不絕的動(dòng)力和強(qiáng)大的技術(shù)支撐。
這次舉辦的光機(jī)電領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目對(duì)接會(huì)是科研成果與企業(yè)直接對(duì)接的嘗試的開(kāi)始,中科院北京國(guó)家技術(shù)轉(zhuǎn)移中心和北京市經(jīng)委經(jīng)濟(jì)技術(shù)市場(chǎng)發(fā)展中心合作建立的這個(gè)平臺(tái),今后將組織策劃一系列不同領(lǐng)域的有較強(qiáng)針對(duì)性的產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目專(zhuān)場(chǎng)對(duì)接會(huì),進(jìn)一步推動(dòng)中科院科研成果與北京工業(yè)對(duì)接,加速科研成果轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化,提升北京工業(yè)自主創(chuàng)新能力及整體競(jìng)爭(zhēng)力。
常壓低溫等離子體系列清洗設(shè)備
隨著PC升級(jí)活動(dòng)增加,數(shù)碼相機(jī)、平板電視、DVD錄音機(jī)以及其他數(shù)字產(chǎn)品市場(chǎng)需求旺盛,2003年,全球清洗設(shè)備的總體市場(chǎng)為10億美元。隨著半導(dǎo)體加工線寬越來(lái)越精細(xì),清洗在整個(gè)半導(dǎo)體制造過(guò)程中也越來(lái)越重要,另外在其他相關(guān)行業(yè)比如分立器件、電力電子器件、MEMS、高頻頻率器件、TFT-LCD、LED、PDP、VFD、太陽(yáng)能電池、敏感器件、CCD、光纖通信器件、光盤(pán)等采用或部分采用半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)線,也將會(huì)大量使用清洗工藝技術(shù)。
中科院光電研究所研制成功的常壓低溫等離子體系列清洗設(shè)備主要有三種:APPJ常壓輝光低溫等離子體噴槍設(shè)備;目前國(guó)外沒(méi)有的APUP輝光低溫等離子體光刻膠清洗設(shè)備;目前國(guó)外沒(méi)有的APPT輝光低溫等離子體通道表面改性和清洗設(shè)備。常壓低溫等離子體系列清洗設(shè)備可用于光刻膠清洗、印刷線路板殘余物清洗、孔殘余物清洗、芯片粘接表面活化,表面交聯(lián)、封裝、高分子材料及醫(yī)療領(lǐng)域。設(shè)備需求如果以10%的速度增長(zhǎng),2008年市場(chǎng)需求將超過(guò)150億元人民幣。生產(chǎn)的產(chǎn)品按占全球清洗設(shè)備市場(chǎng)的1/150計(jì)算,預(yù)計(jì)銷(xiāo)售將超過(guò)1億元人民幣,年利潤(rùn)將超過(guò)3700萬(wàn)元人民幣。
APPJ常壓輝光低溫等離子體噴槍設(shè)備需要投資150萬(wàn)元,預(yù)計(jì)市場(chǎng)銷(xiāo)售價(jià)格為20萬(wàn)元人民幣/臺(tái),按每年銷(xiāo)售100臺(tái)計(jì)算,產(chǎn)值將達(dá)到2000千萬(wàn)元,獲得利潤(rùn)700萬(wàn)元。APUP輝光低溫等離子體光刻膠清洗設(shè)備需要投資600萬(wàn)元,預(yù)計(jì)市場(chǎng)銷(xiāo)售價(jià)格為200萬(wàn)元人民幣/臺(tái),按每年銷(xiāo)售20臺(tái)計(jì)算,年產(chǎn)值將達(dá)到4000千萬(wàn)元,獲得利潤(rùn)1500萬(wàn)元。APPT輝光低溫等離子體通道表面改性和清洗設(shè)備需要投資600萬(wàn)元,預(yù)計(jì)市場(chǎng)銷(xiāo)售價(jià)格為200萬(wàn)元人民幣/臺(tái),按每年銷(xiāo)售20臺(tái)計(jì)算,年產(chǎn)值將達(dá)到4000千萬(wàn)元,獲得利潤(rùn)1500萬(wàn)元。 (推薦項(xiàng)目單位:中國(guó)科學(xué)院光電研究院)
環(huán)境光學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)
我國(guó)制定了生態(tài)與環(huán)境科技戰(zhàn)略目標(biāo),即到2010年在GDP翻一番的情況下,為遏制生態(tài)和環(huán)境質(zhì)量繼續(xù)惡化提供科技支撐,要建立較完整的生態(tài)環(huán)境觀測(cè)/監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系,正確闡明和預(yù)測(cè)我國(guó)生態(tài)與環(huán)境以及區(qū)域環(huán)境演變的趨勢(shì).,初步具備解決重大生態(tài)與環(huán)境問(wèn)題的自主創(chuàng)新能力,開(kāi)發(fā)一批生態(tài)恢復(fù)與重建、有毒有害污染物控制的關(guān)鍵技術(shù)。
北京市政府去年提出綠色GDP的概念,以解決快速城市化、快速工業(yè)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化所帶來(lái)的能源資源消耗和生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。中國(guó)大氣成分觀測(cè)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)首先關(guān)注具吸收效應(yīng)的溫室氣體和某些具有類(lèi)似效果的氣溶膠組分。但是由于缺少先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)和監(jiān)測(cè)手段,我國(guó)依賴(lài)于國(guó)外技術(shù)和儀器的局面沒(méi)有明顯改觀,欠缺原創(chuàng)性基礎(chǔ)研究和系統(tǒng)綜合研究,缺少具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)集成和環(huán)保成套設(shè)備。
在這種強(qiáng)烈需求的背景下,中國(guó)科學(xué)院環(huán)境光學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院安徽光機(jī)所開(kāi)展了光學(xué)、光譜學(xué)與環(huán)境科學(xué)的交叉集成創(chuàng)新研究,開(kāi)拓了我國(guó)環(huán)境光學(xué)新領(lǐng)域,形成了具有鮮明特色的環(huán)境光學(xué)與技術(shù)研究方向。
傳統(tǒng)的化學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)有很多缺點(diǎn),取樣耗時(shí)、費(fèi)力,不能獲得區(qū)域信息和空間信息。而先進(jìn)的光學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)適用于大尺度的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),目前唯一能從衛(wèi)星平臺(tái)上獲取全球污染信息,基本原理是利用空氣中的污染成分對(duì)從紅外到紫外的不同波段的光譜的吸收特征來(lái)定量分析。每種污染物都有特定的吸收光譜,就像人的指紋一樣可以鑒定識(shí)別。
區(qū)域環(huán)境的大氣復(fù)合污染是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的新的復(fù)雜環(huán)境問(wèn)題,這是發(fā)達(dá)國(guó)家未曾經(jīng)歷過(guò)的污染現(xiàn)象,國(guó)際上也沒(méi)有成功的經(jīng)驗(yàn)可資借鑒。為了有效控制我國(guó)城市群區(qū)域大氣復(fù)合污染和改善空氣質(zhì)量,通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和系統(tǒng)集成,中科院環(huán)境光學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和安徽光機(jī)所重點(diǎn)研究和開(kāi)發(fā)大氣復(fù)合污染區(qū)域監(jiān)測(cè)、數(shù)值模擬和決策支持的關(guān)鍵技術(shù),“十五”期間形成了一整套的環(huán)境光學(xué)的技術(shù)開(kāi)發(fā)與實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)體系,根據(jù)不同的技術(shù)指標(biāo),采取不同的技術(shù)路線,建立了大氣、水體污染物光譜數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)值解析模型。技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化已取得一定的成績(jī),和安徽省某企業(yè)合作創(chuàng)立了一家公司,注冊(cè)資本為3500萬(wàn)元,第一年銷(xiāo)售額為5000萬(wàn)元,并且以每年大約2000萬(wàn)元的速度在增長(zhǎng)。
中科院環(huán)境光學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和安徽光機(jī)所推薦了幾項(xiàng)技術(shù)成熟、產(chǎn)業(yè)化前景良好的科技成果,均通過(guò)了科技成果鑒定,達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。
主要有基于TDLAS技術(shù)的溫室氣體在線監(jiān)測(cè)技術(shù)與系統(tǒng),采用激光光譜方法測(cè)量大氣中CH4、CO2的濃度,用于測(cè)量城市、農(nóng)村、稻田中CH4和CO2的排放濃度的監(jiān)測(cè),為環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)建立和完成空氣監(jiān)測(cè)站點(diǎn),以及氣體部門(mén)監(jiān)測(cè)大氣成分變換服務(wù)。
非分散紅外CO/CH4自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀,利用與采樣氣體濾波相關(guān)的非分散紅外光譜技術(shù)測(cè)量大氣中CO和CH4的濃度,用于城市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)子站中CO和CH4的測(cè)量的監(jiān)測(cè),主要用于環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)和氣象部門(mén)的布點(diǎn)應(yīng)用。
大氣顆粒物震蕩檢測(cè)天平,利用震蕩天平原理精確測(cè)量顆粒物的質(zhì)量濃度,粒譜分析儀通過(guò)飛行時(shí)間原理,測(cè)量0.5~10um顆粒物的粒譜分布,主要應(yīng)用于氣象部門(mén)布點(diǎn)和與大氣、環(huán)境有關(guān)的科研。
顆粒物監(jiān)測(cè)激光雷達(dá)系統(tǒng),通過(guò)Mie散射激光雷達(dá)測(cè)量大氣顆粒物的消光系數(shù),并通過(guò)實(shí)際測(cè)量的氣溶膠顆粒物動(dòng)力學(xué)粒譜分布和光學(xué)粒徑分布,通過(guò)兩種譜分布之間的關(guān)系結(jié)合消光系數(shù)直接給出顆粒物質(zhì)量濃度的時(shí)空間分布,白天的探測(cè)距離為5公里,夜間為7公里,距離分辨為30米。
國(guó)家環(huán)??偩钟?jì)劃在“十一五”啟動(dòng)溫室氣體(CH4、CO2、CO)的監(jiān)測(cè),首先選擇在有條件的城市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)增加溫室氣體儀器;地縣級(jí)城市需要配備對(duì)稻田排放CH4進(jìn)行流動(dòng)監(jiān)測(cè)的能力。中科院環(huán)境光學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和安徽光機(jī)所研發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的溫室氣體監(jiān)測(cè)儀器,性能價(jià)格比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)外進(jìn)口設(shè)備,產(chǎn)業(yè)化后能極大地滿足國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略需要和市場(chǎng)需求,具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。估計(jì)年需求儀器200臺(tái)套以上,潛在的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷(xiāo)售額為2000萬(wàn)~3000萬(wàn)元,而且需求量以每年15%的速度在增長(zhǎng)。
我國(guó)大部分地區(qū)對(duì)顆粒物質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)的需求強(qiáng)勁,許多經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)設(shè)備落后,已有的城市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)儀器需要更新。估計(jì)年需求大氣顆粒物監(jiān)測(cè)儀器300臺(tái)套以上,潛在的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷(xiāo)售額為3000萬(wàn)~5000萬(wàn)元,需求量以每年20%的速度在增長(zhǎng)。
限制激光雷達(dá)作為常規(guī)監(jiān)測(cè)手段的主要因素是價(jià)格,如果中科院研發(fā)的大氣顆粒物監(jiān)測(cè)激光雷達(dá)系統(tǒng)以不超過(guò)50萬(wàn)元的價(jià)格在市場(chǎng)上供應(yīng),國(guó)內(nèi)已經(jīng)建立的400多個(gè)城市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站,以及氣象沙塵暴監(jiān)測(cè)網(wǎng)、環(huán)保部門(mén)大氣背景監(jiān)測(cè)站點(diǎn)等都將是潛在的用戶,估計(jì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)容量為2億~3億元。
光學(xué)生物傳感器
21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì),隨著人類(lèi)生活水平的提高,人類(lèi)將以前所未有的努力去追求“延年益壽”,但是工業(yè)技術(shù)的發(fā)展、生態(tài)環(huán)境的惡化、人類(lèi)活動(dòng)范圍的擴(kuò)展、國(guó)際間頻繁交流等因素,在不同程度上催化了傳染病的大規(guī)模流行與暴發(fā)。生物制劑與爆炸物恐怖襲擊的威脅不斷傳出,食品安全問(wèn)題也日益危及人類(lèi)的健康。所有這些表明,人類(lèi)生存的危機(jī)在加劇,我們需要可靠的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)手段,這給光學(xué)生物傳感器的發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇。
光學(xué)生物傳感器的基本原理是運(yùn)用光學(xué)手段,將生物分子之間微觀的特異性反應(yīng)以可定量檢測(cè)的光學(xué)信號(hào)表現(xiàn)出來(lái),通過(guò)分析生物反應(yīng)引起的光學(xué)信號(hào)變化,來(lái)檢測(cè)目標(biāo)物屬性與含量。光學(xué)生物傳感器是生物檢測(cè)領(lǐng)域最重要的一類(lèi)生物傳感器,比起其它的生物傳感器,它的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、速度快、非接觸、可進(jìn)行多通道檢測(cè)等等。它在生物與爆炸物反恐、口岸檢驗(yàn)檢疫、環(huán)境監(jiān)測(cè)、臨床診斷、生物醫(yī)學(xué)研究、食品安全等檢測(cè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
光學(xué)生物傳感器的一大類(lèi)是光纖生物傳感器,它的光學(xué)傳感原理是以光纖倏逝波激發(fā)纖芯表面倏逝波范圍內(nèi)由生物反應(yīng)結(jié)合到表面的目標(biāo)分析物(目標(biāo)分析物或檢測(cè)試劑帶有熒光標(biāo)記)。特點(diǎn)是可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)(或?qū)崟r(shí))檢測(cè)等。在國(guó)外,只有美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)成功RAPTOR和Analyte 2000光纖生物傳感器,且已商品化;1998年NRL把Analyte 2000作為無(wú)人駕駛小飛機(jī)的有效載荷進(jìn)行了空中生化戰(zhàn)劑的監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn),獲得滿意的效果。在1991年的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中,美軍就裝備了光纖生物傳感器。
另一大類(lèi)是上轉(zhuǎn)換磷光(UPT)生物傳感器,它是利用以上轉(zhuǎn)換磷光顆粒(~400nm)作為生物標(biāo)記物(980nm紅外光激發(fā),發(fā)射541.5nm磷光)的免疫層析分析技術(shù)。特點(diǎn)是性能穩(wěn)定(樣品可多次重復(fù)檢測(cè))、可定量、可多重分析。
20世紀(jì)90年代末,美國(guó)國(guó)防部DARPA計(jì)劃對(duì)UPT生物傳感器極為重視,委托SRI International、Science & Technology Corp.和OraSure Technologies三家公司研制手持式UPT生物傳感器,配備單兵。據(jù)悉,研制成功的樣機(jī)尚處于性能測(cè)試和考核階段,尚未進(jìn)入實(shí)際使用。
國(guó)內(nèi)目前只有上海光學(xué)精密機(jī)械研究所從事上述兩種光學(xué)生物傳感器的研發(fā)。中科院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所精密光電測(cè)控研究與發(fā)展中心的主要研究方向是光、機(jī)、電、控一體化檢測(cè)儀器與設(shè)備的研究與開(kāi)發(fā),主要將光學(xué)技術(shù)應(yīng)用于先進(jìn)制造與檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、國(guó)家安全等領(lǐng)域。該中心有兩個(gè)具體研究方向,分別為光學(xué)生物傳感器及其應(yīng)用研究,和IC檢測(cè)儀器、裝備的研制。
該研究所的光纖生物傳感器已研制成功兩種樣機(jī):FOB-2型多探頭光纖生物傳感器和FOB-3型單探頭光纖生物傳感器,兩種樣機(jī)均通過(guò)軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院微生物流行病研究所的性能檢測(cè),結(jié)果與國(guó)外相同種類(lèi)儀器相當(dāng)。
UPT生物傳感器已研制成功兩代5臺(tái)樣機(jī)。以這5臺(tái)樣機(jī)為研發(fā)平臺(tái),軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院微生物流行病研究所等單位針對(duì)炭疽桿菌芽孢、鼠疫耶爾森氏菌、腸出血性大腸桿菌O157、SARS-CoV四種重要生物恐怖因子和烈性傳染病病原的五種檢測(cè)對(duì)象,研制了十種快速檢測(cè)試劑,并集成為“生物反恐快速檢測(cè)箱”;4月19日,通過(guò)國(guó)家質(zhì)檢總局科技司主持的專(zhuān)家鑒定,評(píng)價(jià)為:“我國(guó)口岸反生物恐怖現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)實(shí)現(xiàn)零突破”,目前在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與推廣中。
上海光學(xué)精密機(jī)械研究所在光電領(lǐng)域擁有多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),包括已授權(quán)的發(fā)明和實(shí)用新型專(zhuān)利各3項(xiàng),計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)登記3項(xiàng)。另外,新受理的發(fā)明和實(shí)用新型專(zhuān)利各2項(xiàng)。
光學(xué)生物傳感器的市場(chǎng)前景廣闊,可以應(yīng)用在生物與爆炸物反恐、口岸檢驗(yàn)檢疫、環(huán)境監(jiān)測(cè)、臨床診斷、生物醫(yī)學(xué)研究、食品安全等多個(gè)領(lǐng)域,是反恐裝備中最重要的生物戰(zhàn)劑識(shí)別儀器。目前,我國(guó)的口岸檢驗(yàn)檢疫局共400個(gè),其中省級(jí)局35個(gè)。我國(guó)為鼠疫疫源地,鼠疫監(jiān)測(cè)范圍涉及23個(gè)省區(qū)260多個(gè)疫源縣。研究所目前開(kāi)發(fā)成功5種檢測(cè)對(duì)象的生物試劑,最多可以開(kāi)發(fā)40多種檢測(cè)對(duì)象的生物試劑;最終目標(biāo)是在臨床(醫(yī)院、甚至居民小區(qū))推廣應(yīng)用,正在進(jìn)行HCG檢測(cè)試劑開(kāi)發(fā)。
實(shí)現(xiàn)光學(xué)生物傳感器產(chǎn)業(yè)化需要解決的問(wèn)題主要有四個(gè)方面:1.光纖探頭的形狀優(yōu)化設(shè)計(jì),注塑模具的研制與穩(wěn)定的注塑工藝的研究,一次性使用,一致和穩(wěn)定性特別重要;2.改進(jìn)光學(xué)系統(tǒng),提高熒光激發(fā)與接收效率;3.整機(jī)一體化設(shè)計(jì),減小體積、降低功耗,以可充電電池供電,適合野外/現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè);4.生物試劑的研究與開(kāi)發(fā),開(kāi)發(fā)多種高性能的試劑,擴(kuò)大檢測(cè)對(duì)象數(shù)量。
目前,研究所在UPT生物傳感器第一、二代原理樣機(jī)基礎(chǔ)上,正在加緊研制第三代適合于推廣的實(shí)用化樣機(jī)。主要研究和改進(jìn)的內(nèi)容有改進(jìn)掃描機(jī)構(gòu),縮短檢測(cè)時(shí)間;以微型打印機(jī)輸出檢測(cè)結(jié)果;編制相應(yīng)的新的控制和分析軟件,簡(jiǎn)化操作步驟,減少人工干預(yù),適于普通操作人員使用;提高穩(wěn)定性與可靠性;降低功耗,以電池供電;生物試劑的研究與開(kāi)發(fā):開(kāi)發(fā)多種高性能的試劑,擴(kuò)大檢測(cè)對(duì)象數(shù)量;形成小批量生產(chǎn)能力。
準(zhǔn)分子激光器及其應(yīng)用
準(zhǔn)分子激光器的激光波長(zhǎng)在紫外到深紫外波段,實(shí)用波長(zhǎng)為351、308、248、193和157nm。這種高重復(fù)率短脈沖的紫外強(qiáng)激光是一種“繡花針”式的工具,往往具有其他激光無(wú)法替代的作用,如在眼科設(shè)備和半導(dǎo)體光刻設(shè)備中的應(yīng)用。其特點(diǎn)有波長(zhǎng)短衍射極限小,適合細(xì)微加工;光子能量大,可打斷化學(xué)鍵,有冷加工效應(yīng);多數(shù)材料對(duì)紫外吸收強(qiáng),可以做特殊加工;無(wú)需調(diào)Q,可直接產(chǎn)生ns量級(jí)光脈沖;可實(shí)現(xiàn)高重復(fù)率運(yùn)行(kHz)。
國(guó)際上準(zhǔn)分子激光器的銷(xiāo)售額約為固體激光器的46%,這是一個(gè)不可忽略的市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)準(zhǔn)分子激光產(chǎn)品還在研究所內(nèi),產(chǎn)業(yè)界尚未介入。國(guó)外準(zhǔn)分子激光產(chǎn)品起步于上世紀(jì)70年代末,實(shí)用器件300W,重復(fù)率4kHz,激光器的自動(dòng)控制性能好。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品起步于80年代中期,實(shí)用器件限于50W以下的激光器,200Hz,自動(dòng)控制性能不如國(guó)外,但是如果有經(jīng)費(fèi)支持,國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的這種技術(shù)集成問(wèn)題不難解決。
準(zhǔn)分子激光器的應(yīng)用范圍廣泛,具有廣闊的盈利前景。在醫(yī)療方面可應(yīng)用于:以氟化氬(193nm)準(zhǔn)分子激光器為手術(shù)刀的近視治療設(shè)備;以氯化氙(308nm)準(zhǔn)分子激光器為輻照源的皮膚治療設(shè)備可治療銀屑病(牛皮癬)和白癜風(fēng)。在科研方面可應(yīng)用于:準(zhǔn)分子激光器(248nm)對(duì)單模摻鍺光纖輻照可形成光纖型Bragg光柵,是刻蝕光纖光柵的主要手段。在環(huán)保檢測(cè)方面可應(yīng)用于:準(zhǔn)分子激光器(248nm)對(duì)汽車(chē)尾氣進(jìn)行光電離配質(zhì)譜儀對(duì)排放成分進(jìn)行實(shí)時(shí)分析;準(zhǔn)分子激光器(308nm)用于差分吸收激光雷達(dá)測(cè)量大氣臭氧成分。在工業(yè)方面可應(yīng)用于:準(zhǔn)分子激光是微電子光刻設(shè)備中的主流光源;準(zhǔn)分子激光對(duì)液晶顯示板的低溫退火使普通玻璃可以做基板,大大降低制造成本;采用波長(zhǎng)308nm 300W(1J/300Hz)脈寬25ns激光對(duì)柴油機(jī)汽缸處理可以減少磨損、降低油耗、改善排放及延長(zhǎng)使用壽命。
準(zhǔn)分子激光主要技術(shù)包括快放電技術(shù)和高壓均勻放電技術(shù),對(duì)材料的選擇有較嚴(yán)格的要求:含鹵素的激光氣體在高電壓下放電,對(duì)選材比較苛刻;耐腐蝕、耐高電壓和足夠的機(jī)械強(qiáng)度;采用金屬?陶瓷結(jié)構(gòu)以防止鹵素腐蝕;盡可能防止材料中的C元素與F2生產(chǎn)CF4;工作氣體除F2外均要求純度在99.999%以上。
安徽光機(jī)所自20世紀(jì)80年代初就開(kāi)始開(kāi)展了準(zhǔn)分子激光器研究,參與了國(guó)家“七五”“八五”和“九五”科技攻關(guān)任務(wù),研制了從5w到100w的實(shí)用型準(zhǔn)分子激光器和準(zhǔn)分子激光角膜屈光度矯正儀(治療近視)。一共獲得了中國(guó)科學(xué)院科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)3項(xiàng),三等獎(jiǎng)2項(xiàng),取得了多項(xiàng)專(zhuān)利(包括像“磁脈沖壓縮開(kāi)關(guān)”這樣的關(guān)鍵技術(shù))。安徽光機(jī)所開(kāi)展過(guò)線寬壓縮、脈沖寬度拉長(zhǎng)、非穩(wěn)腔壓縮發(fā)散角和用于高重復(fù)率電源的脈沖充電技術(shù)(充電時(shí)間40微秒)的研究,積累了很多單元技術(shù)。同時(shí)向國(guó)內(nèi)高校和科研機(jī)構(gòu)提供了約30臺(tái)器件(主要用于PLD薄膜材料研究的裝備),在國(guó)內(nèi)有重要的影響。安徽光機(jī)所人才資源豐富,目前擁有一支老中青相結(jié)合的科技隊(duì)伍,包括近期歸國(guó)的留學(xué)人員和研究生隊(duì)伍。正在開(kāi)展準(zhǔn)分子激光器升級(jí)的研究工作,為國(guó)產(chǎn)器件的輸出穩(wěn)定、長(zhǎng)壽命可靠運(yùn)行做努力。
在掌握現(xiàn)有準(zhǔn)分子激光器技術(shù)的基礎(chǔ)上,安徽光機(jī)所研制成功的改進(jìn)型激光器主要在性能上做了以下的改進(jìn):使用磁脈沖壓縮開(kāi)關(guān),增加脈沖能量并延長(zhǎng)閘流管使用壽命;增加了功率測(cè)試和穩(wěn)定系統(tǒng),操作方便;自動(dòng)配氣,使得配氣更加準(zhǔn)確安全方便。
安徽光機(jī)所從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益考慮,希望以技術(shù)轉(zhuǎn)讓、技術(shù)協(xié)作、合作開(kāi)發(fā)、聯(lián)合攻關(guān)的方式與合作方式在國(guó)內(nèi)建成首個(gè)準(zhǔn)分子激光器的生產(chǎn)基地,先抓市場(chǎng)需求大的“眼科設(shè)備用準(zhǔn)分子激光器”或“準(zhǔn)分子激光眼科設(shè)備”形成良性循環(huán)后,再不斷開(kāi)發(fā)準(zhǔn)分子激光器的應(yīng)用。
醫(yī)用光電儀器系列產(chǎn)品
生物芯片是隨著人類(lèi)基因組研究而發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù),是人們?cè)谟邢蘅臻g和實(shí)驗(yàn)條件下高效、大規(guī)模地獲取生物信息的有效手段。所謂生物芯片是指在一定尺寸的基片上以點(diǎn)陣方式固定的一系列可尋址的識(shí)別分子,點(diǎn)陣中每一個(gè)點(diǎn)都可視為傳感器的探頭,然后與標(biāo)記的樣品分子進(jìn)行雜交,其結(jié)果利用熒光法、酶標(biāo)法等顯示,再用生物芯片檢測(cè)儀器(如激光共聚焦掃描儀、CCD生物芯片檢測(cè)儀)記錄,最后通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行分析而獲取生物信息。
生物芯片可應(yīng)用于醫(yī)院、防疫站、動(dòng)植物檢驗(yàn)檢疫局、血站、生物研究所、高等院校等單位,進(jìn)行疾病診斷,基因表達(dá)圖譜、多態(tài)性分析及新基因的鑒定,公安部門(mén)身份鑒定及親子鑒定,新藥的研究和開(kāi)發(fā),監(jiān)測(cè)疾病的發(fā)生擴(kuò)散,農(nóng)林牧漁等產(chǎn)業(yè)的品種改良和病蟲(chóng)防治,海關(guān)、商檢部門(mén)對(duì)進(jìn)口食品中的轉(zhuǎn)基因植物、動(dòng)物及進(jìn)口產(chǎn)品攜帶微生物的檢測(cè)。
生物芯片從誕生到現(xiàn)在只有短短九年時(shí)間,但其增長(zhǎng)勢(shì)頭非常迅猛,每年以65%以上的速度增長(zhǎng),根據(jù)前線決策管理咨詢(xún)公司和有關(guān)專(zhuān)家的最新報(bào)道,到2010年,該市場(chǎng)可能上升到600億美元。其市場(chǎng)前景非常誘人。生物芯片的廣泛推廣和應(yīng)用,除自身技術(shù)進(jìn)步外,生物芯片儀器的發(fā)展程度是非常關(guān)鍵的影響因素。生物芯片儀器不僅要不斷滿足生物芯片技術(shù)進(jìn)步的要求,而且性能價(jià)格比要好。生物芯片的巨大市場(chǎng)前景將給生物芯片儀器帶來(lái)無(wú)限商機(jī)。所以生物芯片儀器的產(chǎn)業(yè)化前景廣闊、意義非常重大。
中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所瞄準(zhǔn)國(guó)際發(fā)展趨勢(shì),創(chuàng)新研發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生物芯片檢測(cè)儀器系列產(chǎn)品,在一系列關(guān)鍵技術(shù)上獲得重大突破,初步形成了小批量生產(chǎn)能力,取得了多項(xiàng)國(guó)家專(zhuān)利及軟件著作版權(quán)。2004年4月中國(guó)科學(xué)院組織的項(xiàng)目驗(yàn)收及成果鑒定認(rèn)為,光電技術(shù)研究所研制的生物芯片儀器整體屬?lài)?guó)際先進(jìn)水平,研究成果具有廣闊的市場(chǎng)和應(yīng)用前景。3~4年后生物芯片將進(jìn)入臨床,對(duì)生物芯片系列儀器的需求將成加速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),各種生物芯片制備與檢測(cè)儀器需求量將大幅度增長(zhǎng)。當(dāng)我國(guó)加入WTO后,光電所生產(chǎn)的高檔生物芯片檢測(cè)儀器將憑借自身的特色技術(shù)和專(zhuān)用分析軟件,在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上仍能具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力,而中低檔產(chǎn)品還可以更好地進(jìn)軍國(guó)際市場(chǎng)。
光電研究所研制的URE-2000系列深層單面和雙面i線深層光刻機(jī),已有5種型號(hào)的產(chǎn)品,取得20余項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù),已向國(guó)內(nèi)50多家軍品、民品器件的研制和生產(chǎn)單位提供高性能的成套光刻設(shè)備,累計(jì)銷(xiāo)售額已達(dá)1000余萬(wàn)元,部分深層單面光刻機(jī)還出口新加坡和朝鮮等國(guó),開(kāi)創(chuàng)我國(guó)光刻設(shè)備出口的先例。深層光刻機(jī)可用于生產(chǎn)和研制集成電路、MEMS器件、紅外器件、GaAs器件、聲表器件、微光學(xué)元件、生物電泳芯片等;大面積的深層光刻機(jī)還可用于液晶顯示器、材料研究,其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。隨著深層光刻機(jī)的性能不斷完善和新品的不斷研發(fā),除在集成電路、MEMS器件、紅外器件、GaAs器件、聲表器件、微光學(xué)元件、液晶顯示器等領(lǐng)域還能進(jìn)一步挖潛應(yīng)用潛力外,在基因芯片原位合成、生物電泳芯片曝光、精密碼盤(pán)刻劃、激光整形光柵加工等有廣泛的應(yīng)用前景。
醫(yī)用光電儀器系列是醫(yī)院用于臨床手術(shù)必備的專(zhuān)用設(shè)備,全國(guó)有各類(lèi)衛(wèi)生醫(yī)療機(jī)構(gòu)20多萬(wàn)家,各醫(yī)院為自身的建設(shè)和升級(jí)發(fā)展,設(shè)備的更新?lián)Q代、添置是必不可少的。因此,國(guó)內(nèi)醫(yī)用光電儀器行業(yè)的市場(chǎng)前景巨大,蘊(yùn)藏著豐富的商機(jī)。此外,國(guó)外的市場(chǎng)也在逐漸形成,如中東地區(qū)、南亞地區(qū)、非洲地區(qū)等對(duì)此類(lèi)儀器的需求量很大,其市場(chǎng)前景不可估量。
光電研究所研制的ASOM系列手術(shù)顯微鏡采用高分辨率、高清晰度光學(xué)系統(tǒng),具有成像清晰、體視感強(qiáng)、景深大、視場(chǎng)亮度好、色彩還原性好等特點(diǎn)。具有1∶6連續(xù)變倍系統(tǒng),冷光源雙光纖同軸照明系統(tǒng),自動(dòng)限位報(bào)警及回零裝置,腳控自動(dòng)三維直線微動(dòng)裝置,電動(dòng)和手動(dòng)連續(xù)變倍,并具有同軸主副手目視觀察系統(tǒng)、電視、錄像照相及圖像處理系統(tǒng)。采用模塊式組合與切換,一機(jī)多用,適用于眼科、腦外科、耳鼻喉科、骨科、胸外科、整形外科等各種顯微外科手術(shù)和教學(xué)演示。
隨著我國(guó)人工晶體制造技術(shù)和人工晶體植入手術(shù)治療白內(nèi)障技術(shù)的日趨成熟,以及角膜輻射切開(kāi)治療近視眼,神經(jīng)顯微外科等手術(shù)的日趨普及,對(duì)高檔手術(shù)顯微鏡的需求日益迫切;在眼科醫(yī)療水平不斷提高的情況下,裂隙燈顯微鏡在診斷方面有著廣泛而重要的應(yīng)用。
LX系列裂隙燈顯微鏡是繼手術(shù)顯微鏡之后,由中科院光電所為主研單位,瞄準(zhǔn)國(guó)際上世紀(jì)九十年代末期同類(lèi)設(shè)備先進(jìn)水平,研制開(kāi)發(fā)的一種光機(jī)電一體化程度較高的眼科用診斷醫(yī)療光學(xué)儀器。擁有先進(jìn)的光學(xué)性能。多層鍍膜技術(shù)確保更多的光線有效透過(guò)系統(tǒng);高分辨率、出色景深和強(qiáng)立體感的連續(xù)變倍體視系統(tǒng)令觀察輕松自如;專(zhuān)業(yè)的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供優(yōu)秀明亮的照明,給眼科檢查帶來(lái)準(zhǔn)確的診斷。