【杜江峰院士:科学仪器要从“0”到“万”】过去百年来,诺贝尔自然科学奖所涉及的开创性工作和重大发现中近70%借助仪器完成,物理和化学领域的发展更是离不开科学仪器的支撑。正是意识到仪器在促进科技进步,推动人类对客观世界认识的重要意义,十多年来,中科院院士、中国科技大学副校长杜江峰带领的微观磁共振重点实验室团队在国家自然科学基金的长期支持下,“边科研边研制”,在微观尺度磁共振谱学及生物、物理、信息等领域得了一系列原创成果,60余篇相关论文在《科学》《自然》《自然》子刊和《物理评论快报》等期刊发表,多项成果获得奖励。他们依托创新科研成果研制的近20种仪器,已广泛服务于高校、研究所、医院和企业。

杜江峰认为,如果研制出原创的科学仪器是从“0”到“1”,那么把仪器送到千万用户手中,让用户来验收就是从“一”到“万”。在当前中国亟需各种高端仪器的情况下,仪器研制应做到从“0”到“万”。

△ “借”和“买”的困境

上世纪末以前,我国科学家多数是做些不用或使用低端仪器的研究。后来能从国外买一些高端仪器,但不少研究仍是“买得到就做,买不到就不做”。

“这给科技创新带来了巨大阻碍。一是发达国家对高端仪器禁运,有钱也买不到。二是即便能买,拿到仪器时也比人家晚一个阶段。三是拿到仪器后,因为没有维护维修能力,往往难以发挥最大作用。”杜江峰对《中国科学报》说,“现代科技已经发展到高度依赖尖端科学仪器阶段,但我们的供给严重不足,仪器缺乏已经成为制约我们原始创新的大问题。”

20年前,杜江峰团队基本上靠借仪器做实验,听说哪里有仪器,就跑去测一测,做次实验。10年前,团队有了第一台进口仪器,利用那台仪器,做出了一些成果、也发了文章。很快,“借”和“买”都不能满足需求了,他们就萌生了“自己做仪器的想法”。

2010年,团队得到中科院支持,启动一个200多万元的仪器研制项目。通过那个项目,团队积累了研发经验,也得到了锻炼。

随着国内科学研究对仪器的需求越来越旺盛,国家自然科学基金委、科技部,财政部陆续推出一些仪器研制计划。国家自然科学基金委的国家重大科研仪器研制项目定位于“前端”和“创新”,项目承担者需要做出从“0”到“1”的突破,研制出原创的仪器。

“我们去申请基金委重大科研仪器研制项目时,既有一定的研制基础,又做出了很好的成果,还有一支优秀的团队。”杜江峰说,“当时我们提的方案合理,各项指标也非常高,国际上又没有同类型仪器,这完全符合基金委的项目定位。”

“多波段脉冲单自旋磁共振谱仪”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,拓展人们驾驭单个核自旋的能力,对前沿基础科学,对提升我国开展原创性研究能力意义重大。而且也是国际首台具备单核自旋探测灵敏度的多波段脉冲单自旋磁共振谱仪。

2013年初,杜江峰团队顺利获得国家自然科学基金资助,这让团队成员摩拳擦掌,准备大干一番。

△ 蓄积力量

缺乏高端科研仪器之“痛”有两个突出表现。一是发达国家的技术封锁,有钱也买不到。二是当我国少数领域迈入国际前沿时,迫切需要的仪器国际上也不一定有。

当中国科学家在多个领域跻身国际第一梯队时,缺“仪”之痛和今天的缺“芯”之痛如出一辙。

在研制多波段脉冲单自旋磁共振谱仪的时候,有个关键部件叫钻石传感器,它的灵敏度决定着仪器的性能。但当时相关的原理才提出来四五年时间,国际国内都没有现成的设备可参考。

“当时美、德有个研究组也在往这个方向走,知道我们要自己研制后,马上把相关的技术和产品都封锁了。”该团队成员、中科院微观磁共振重点实验室副研究员王鹏飞说,“2012年,国外厂商禁运了钻石传感器相关的产品和技术,所以一开始,我们就面临很大的困难。”

钻石传感器研制中用到一种离子注入技术,但当时大家连离子注入的机制都不清楚。

“杜老师在理论上给予指导,和我们一起讨论,研究解决方案。”王鹏飞说,“最终我们从一台农业育种注入机上得到启发,对它进行改造和设计,又造了一些部件,最终达到了项目初步目标。”

后来,团队不断摸索,找相关单位攻克VR加工技术,波导设计加工工艺。经过几轮迭代、团队用不到3年时间,将钻石传感器技术提升至国际先进水平。

“2016年底,连做传感器的原料也被发达国家禁运了,我们必须一点点摸索,攻克一道道工艺难关,但这也让我们一步步,全链条地掌握了核心技术。”中科院微观磁共振重点实验室副研究员秦熙说,“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‘严防死守—针锋相对—互惠合作’的几轮翻转。”

在国家自然科学基金委两个仪器研制项目的资助下,杜江峰团队一路披荆斩棘,在实战中蓄积着“起跳的力量”。

△ “落地”才算验收

2014年,杜江峰发现,国内一些研究机构也面临着自己曾经的苦恼:迫切需要一些高端仪器但买不到。

这时他们已经研制出部分仪器,杜江峰认为,既然有这个能力,何不多做几台呢。

“我们要探索新的合作方式,改变过去那种‘立项研究,验收了事’的做法。”杜江峰说,“比如,中科院的某个研究所要买仪器,现在这个钱由中科院来出,我来研制仪器,他作为用户来验收。”

科学家研制仪器和企业家做仪器目标、关注点完全不同。高校和研究所的仪器研制项目属于“学术牵引”,可以不计原件成本,只要各项技术指标在验收时最好即可。但企业要完全遵照市场规律,以产出成套仪器为目的,注重稳定性,可重复性、讲究成本可控。

“尽管都和仪器有关,但做产品和搞基础研究是两码事。”杜江峰说,“不少项目是‘进门严苛,出门宽松’,只要能立项,验收通常并不困难。专家把各项指标一测,达标就可以通过。但仪器成为商品就像一个手机,不能今天有信号,明天没信号了。”

为解决学研产衔接的难题,让仪器研究真正“落地”,杜江峰下定决心,承诺延迟验收,让用户单位来验收。“用户什么时候觉得满意了,什么时候通过验收”。

“我们这套仪器原计划2016年完成,专家验收是2016年完成的,但用户实际使用过程中,不断发现问题、提出改进,包括原来计划里没有,但因为研究出现新情况、产生的新需求,我们都尽可能满足,最后用户彻底满意了,所以到2021年才通过中科院验收。”杜江峰说。

该仪器后期迭代也随着国仪量子(合肥)技术有限公司的成立,交由公司负责,从而更加明确了科研团队从“0”到“1”、企业从“一”到“万”的产学研模式。

△ 底气何来

“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、需要的都自己来做。”杜江峰说。

目前,该团队研制的仪器已广泛服务于医院、企业、科研院所。谈及团队致胜的“法宝”,杜江峰用“品格、平台、氛围”六字概括。

“感谢中科院和基金委领导的远见和魄力,支持我们探索一种灵活的机制,比如‘边科研边研制’,比如支持我们把研制的仪器真正‘落地’。”杜江峰说,“在科学基金的持续资助下,我们也在实战中锻炼了一支特别能‘打’的队伍。”

“务实、低调,凝聚力强”是国仪量子(合肥)技术有限公司总裁贺羽对团队的最深刻感受。目前,“国仪量子”已经从科学家手中接过成果产业化的“接力棒”,开始用产品经营的思路、以工程化的方式向商业化迈进。

中国科技大学教授石发展说:“杜老师常说,学术讨论只有对错,不分地位高低。所以我们形成自由、平等的学术讨论氛围。我们从不打卡,但晚上12点实验室灯火通明也是常态。大家都奔着一个目标,做得非常开心。”

杜江峰认为,人才是大学最重要的产品,除了要培养他们的品格外,还要提供一流的平台,好的工作环境、科研氛围。

“非常感谢团队成员的努力。”杜江峰说,“虽然我们在单蛋白质分子磁共振探测、实现时间最优量子控制等方面取得了多个世界第一。取得了一流成果,培养了一流人才、提供了一流平台、做出了一流产业,但在仪器研制方面,跟国际先进水平仍有差距。仪器研制‘路漫漫其修远兮’。”https://t.cn/A6VixEF4

公元22年,新莽政权已危如累卵。各地农民起义风起云涌,“推翻王莽,复兴汉室”的声浪日益高涨。刘縯四处活动,准备起兵造反。刘秀劝兄长说:“天时未到,不宜轻举妄动。局势未明,自当收敛锋芒。眼下还是静观其变为好!”

刘秀专心耕种的同时,也在密切关注着天下局势的变化。说起种田,刘秀还真是一把好手,凡经他耕种的田地,亩产都要高出别人两三成。这也许就是天意,他名字中的“秀”字,就是根据他出生时“稻生九穗”的吉兆而取的。

就在刘秀忙着秋收之际,樊崇领导的赤眉军击败王莽的十万精锐,主将王匡逃遁,副将廉丹被斩首。赤眉军的胜利,给各地起义军打了一针强心剂,他们快速发展起来,河北的铜马军、荆襄的绿林军都超过了十万人马,其他州郡还有义军近百支。他们纷纷攻城掠地,一时间天下烽火遍地。

恰巧这时,长安城里疯狂流传着一则谶语:刘秀发兵捕不道,四夷云集龙斗野,四七之际火为主。王莽对此极度不安,因为他的当朝国师也叫刘秀。但此刘秀非彼刘秀,他原名刘歆,因避汉哀帝刘欣讳而改名刘秀。刘歆是名冠天下的大儒,还擅长谶纬之学,因此民间都认为刘歆就是替代王莽的真命天子。王莽顾忌到刘歆的名气,只得将刘歆严密监视起来。

秋收过后,刘秀家里的粮食堆满了仓库。赤眉军大胜朝廷官兵的消息也传遍天下,大哥刘縯也一直在结交天下英豪,做着起兵的准备。刘秀觉得时机已到,他去了一趟新野,请名士蔡少公占卜一卦、预测凶吉。

蔡少公和刘秀姐夫邓晨是至交好友,对譏纬之学也颇有研究。他俩来到蔡少公家时,蔡少公正在会见宾朋。堂下有宾客向蔡少公策问天下局势,蔡少公便侃侃而谈起来。

蔡少公说:“新莽将亡,天下重归刘氏,刘秀当为天子!”话音刚落,立刻就有人搭话说:“国师刘秀确实具有天子气象!”其他人也跟着附和,都认为刘歆就是未来天子。

这时刘秀走到堂中,向众人行礼后说道:“天下叫刘秀的人不少,你们怎么知道不是我呢?”

有人认出刘秀,站起来戏谑着说:“这就是舂陵的刘秀,是远近闻名的种粮大户。你们闻闻,他身上都还有泥土的气息呢!”堂下顿时一阵哄堂大笑,个个露出鄙夷的神色。刘秀并不和他们计较,反而客客气气地告辞了。

公元22年11月,刘縯、刘秀兄弟以“复高祖之业,定万世之秋”为旗号,于舂陵正式起兵。他们的起义军号称“舂陵军”,主要由南阳的刘氏宗亲和当地的豪强英杰构成。为了壮大声势,加强反莽力量,舂陵军与绿林军进行了联合,先后在沘水、育阳等地击败新莽军队,并斩杀新莽大将甄阜和梁丘疵。

舂陵军虽然打了一些胜仗,但实力还远不如名声在外的绿林军,王莽仍把绿林军当作征讨的主要对象。对于那则譏语的防范,王莽依然把目标锁定在刘歆身上。确实他发现了刘歆谋反的证据,于是赏了一杯毒酒,逼迫刘歆自杀了。除掉刘歆后,王莽觉得譏语已破,便安心地派出四十万大军围剿昆阳。殊不知,他的掘墓人就在昆阳,而且正是譏语的主角刘秀。这也许就是天意!昆阳大战,让刘秀一战成名,也让王莽一败涂地。譏语的魔性让预言一点一点地变成现实。

刘秀被称为位面之子,但他的帝业之路也不完全一帆风顺。昆阳大战后,刘縯被刘玄杀害,刘秀只得忍辱负重。镇抚河北后,他不得不违心另娶郭圣通。在征伐铜马军、赤眉军、绿林军的过程中,也多次遭遇九死一生的困境。总体而言,刘秀的天运确实不错,他总能逢凶化吉如,总会遇难呈祥,冥冥之中如有神助,那则譏语也似乎成了他的护身符。

公元25年春,刘秀领幽州十郡之兵击败铜马军和尤来军,收编了数十万降卒,实力急骤壮大,成为“跨州据土,带甲百万”的一方诸侯。在回师邯郸途中,大将耿纯带头建言刘秀称帝,刘秀断然拒绝。过了几日,大将冯异又带头劝谏:“蜀郡公孙述这等小人都已经称帝,而您作为天选之子,若再不称帝,上对不起天命,下有愧黎民。”刘秀的态度终于有所松动,说道:“容我三思吧!”

当大军到达鄗城时,将士们又开始劝谏了。刘秀说道:“没有上天的指示,我怎敢窃居帝位呢?不过昨夜梦里,一条赤龙从我身上飞起,上天后又钻回我的体内。这个征兆,是不是暗示我不够资格呢?”

冯异立刻进言说:“这是上天的旨意呀!是赤帝子高祖皇帝要将大汉基业托付给你!”众将士纷纷附言。恰好这时,刘秀太学的同窗疆华求见。疆华掏出《河图赤伏符》,当众念道:“刘秀发兵捕不道,四夷云集龙斗野,四七之际火为主。”刘秀问:“这譏语可信吗?”疆华答道:“譏文是一代一代传下来的,代表着上天的旨意。谁敢胡言乱语呢?”刘秀这才点头同意称帝。

公元25年6月,在将士和百官的拥戴下,刘秀在鄗城千秋亭设坛祭天,登基即皇帝位,定国号为汉,改元建武。从起兵到称帝,他仅用了三年半的时间。

刘秀是中国历史上难得的好皇帝,他勤政爱民,宽仁俭朴,悲悯苍生,善待功臣,开创了光武中兴的盛世伟业,使得大汉王朝的重现无上荣光。其实这世界上哪有什么譏语,你的奋斗、你的胆识、你的格局,就决定着你的命运。

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