生物傳感器多學科“艦隊”啟航

王延斌

六月中旬，當“中國生物傳感器制造創新中心”組建成功的消息傳出之后，主推者山東省科學院生物所所長史建國收到了中科院院士陳洪淵的來信，“得知你們建立了很有必要和很大發展前景的研究中心，特此祝賀！”

將生物傳感器涉及的生物學、電子學、材料學、分析化學、儀器儀表、精密機械加工等學科“撮合”起來聯合科研，是陳院士多年來未了的心愿。這個心愿也反映在一張泛黃的《科技日報》上——1998年5月26日，《科技日報》曾刊文呼吁“加強交叉學科協調，促進聯合，盡快組建生物傳感器研究開發中心”。不曾想，呼吁在此后20年時間里“沒了下文”。

呼吁成空，但問題猶在：在生物傳感器領域，存在著相關學科配合不夠，特別是體制機制上各家科研工作自成體系、重復科研，乃至各自在生物傳感器的起跑線上只做基礎性工作，而很少在產品的實用化上繼續研發。

如今，由山東省科學院生物所牽頭，包括中科院五個研究所、北京大學、清華大學、上海交大、浙江大學等12所高校的科研機構，華大基因等六所企業在內的25家行業“巨頭”們參與，決定回應呼吁，剔除積弊，瞄準“卡脖子”難題組建中國生物傳感器制造創新中心。他們能如愿嗎？

“一項更懂你的技術”

訴說科技改變生活的神奇

“通過一滴汗可測量人體十幾項健康指標?！边@是生物傳感器的最新成果，而從汗到十幾項健康指標的轉換過程，代表了生物傳感器的神奇。

在生物傳感器領域浸潤了近三十年后，史建國如此形容生物傳感器的重要性：它是人工智能的核心、智能化交互的必備；它像理智的研究者一樣敏銳地體察并反饋人類的方方面面，它與化學傳感器技術、物理傳感器技術構成新時代信息技術的“三駕馬車”。

“簡單來說，生物傳感器充當著一個接收器和轉換器的角色?！笔方▏蚬P者表示，科學家們提取出動植物發揮感知作用的活性材料，這包括生物組織、微生物、細胞器、酶、抗體等；同時將生物材料感受到的持續、有規律的信息轉換為人們可以理解的信息；將信息通過光學、壓電、電化學、溫度、電磁等方式展示給人們，為人們的決策提供依據。

比如，可穿戴式生物傳感器通過皮膚上的汗水監測患者的葡萄糖水平，從而改寫糖尿病患者的人生；比如原先的病毒檢測需要1～3天，新型納米生物傳感器可在短短2～3小時內檢測到不同病毒。

而我國生物傳感器研究起步于20世紀80年代，90年代產品進入應用。在從無到有的發展史上，一個個“拓荒者”或接力，或并行，拓展著該領域的廣度和深度?！霸醋?0世紀80年代，汪爾康、董紹俊，開創中國生物傳感研究領域；張先恩，發展了我國第一批智能型微生物BOD傳感器和系列復合酶電極；馮德榮，開創中國酶電極生物傳感器產業；黎高祥，中國第一個場效應管青霉素酶電極；崔大付，中國第一個SPR表面等離子體共振傳感器；袁中一，中國第一個農藥殘留生物傳感器；胡軍，中國第一個血糖儀及試劑條產業……”史建國說。

而更多的人在基礎研究領域進行了艱苦的努力，直到2008年，中國在國際最高水平期刊上的生物傳感相關論文數量超過美國。這本應是可喜可賀的事情，但遺憾的是，數量之最并不能改寫我國生物傳感器產業仍處于低端的現實。

縱有“三宗最”

國際市場份額仍不到10%

20年前的呼吁，為何今天才得到回應？

在史建國看來，這與生物傳感器技術的發展息息相關。早在1998年《科技日報》發文呼吁時，我國生物傳感器領域的科研人正疲憊地跟在發達國家后面跑，各種條件不成熟，更關鍵的問題是生物傳感器涉及的相關學科“各自為戰”，猶如形不成拳頭的五指，分散了力量。

“作為一個典型跨學科的交叉產物，生物傳感器融合了生命科學、分析化學、物理學、材料學和信息科學及相關技術，這意味著各個學科的科研人要耐住寂寞，在一次次失敗中總結經驗，逐步向實用化靠攏?！笔方▏硎?，與其他經典的分析儀器相比，生物傳感器制造缺乏專業的技術人才、工藝、裝備。這意味著即使科研人都懂得制造工藝，但因為缺乏相關裝備、材料等支撐，也束手無策，甚至被卡了脖子。

筆者了解到，國內某一流科研院所在十多年前研發出一項具有國際水準的生物傳感器技術，但苦于缺乏后續制造能力而不得不轉讓給國外公司，后者將其落地后，以一套上百萬的價格返銷中國，獲取暴利。

到了當下，中國的生物傳感器已經具備了“三宗最”，科研群體國際最大、研究論文國際最多、科研條件國際一流，但現實是：美國長期主導國際生物傳感器市場發展，占國際市場的50%以上，而中國不到10%。這里面重要的因素是技術問題。

史建國舉例道，比如固定化酶傳感器是傳感器領域研究最多、商品化最成功的分析產品。但由于酶分子元件缺乏，沒有核心競爭力。另外，生物傳感器上的核心部件醋酸纖維素內膜，這張小拇指蓋大小、只有發絲三分之一厚的膜，需要在上面涂一層層的生物材料，但長期以來國內的人工方式很難涂抹均勻，由此造成了性能穩定性不足，直到現在這一工藝還被國外掌握著。“可以說，整個生物傳感器的鏈條沒有串起來。”史建國總結。

而中科院生物物理所研究員張先恩則認為，中國生物傳感研究存在兩個主要問題，一是引領性研究不夠，二是產業化薄弱。不過，“現在論文多了，研究水平比較高了，經費強度也今非昔比，若能調整研究價值取向及評價導向，加上鼓勵創新創業的政策和加強保護知識產權，再通過聯盟建設，提升中國的生物傳感產業競爭力是十分樂觀的”。

布局多學科交叉體系

時間表體現科研人雄心

人們用“搞生物的不懂電子，搞化學的不懂制造”來形容生物傳感器各行業“單打獨斗”的局面，但并不是所有的單位都受困于此。

作為我國唯一實現生物傳感器產業化應用的科研單位，山東省科學院生物所已先后研制出葡萄糖、還原糖、乳酸等多種生化分析傳感器，產品占國內食品發酵市場95%以上（其余5%為進口產品），打破了國外技術封鎖。

筆者了解到，在這一系列成果背后是一支多學科交叉的研發團隊。史建國表示，山東省科學院生物所是偏向于應用的科研機構，科研成果既注重高精尖，也注重“接地氣”，在“論文導向”方面相對超脫。

此次，該所牽頭組建的“跨部門、跨行業、跨區域”的生物傳感器研發布局，能否推動中國生物傳感器從“世界第一論文大國”向“第一技術大國”轉變？史建國給出一張時間表：“以利益共同體的形式將大家撮合到一起，爭取每年研發100種以上新技術、新產品、新裝備，培育生物傳感器產業集群，發展生物傳感器產業基地。5～8年左右時間，使我國生物傳感器國際市場占有率從目前10%提高到20%，而我們的目標是50%?！?/p>

時間表體現了這些科研人的雄心，但雄心的成色，還需時間驗證。