國外科學儀器的資助政策及特點分析

李 坤,韓 焱,王 鑒，顧 灝，張兆田，宋朝暉

(1.中北大學電子測試技術國家重點實驗室，山西 太原，030051；2.中北大學信息探測與處理山西省重點實驗室，山西 太原 030051；3.中北大學教育部儀器科學與動態測試重點實驗室，山西 太原 030051；4.國家自然科學基金委員會信息科學部，北京 100089)

0 引言

科學儀器是根據科學的原理和先進的技術，經過精心設計和制作而成的工具，其目的是高效地運用物理原理、物理關系和先進技術進行科學實驗和探測，以探尋、獲取、轉換和存儲關于物理量、性質、現象、作用力及材料方面的信息和數據。隨著社會和科技水平的發展，科學研究中的重大突破都離不開基礎科學儀器設施的支撐，因此科學儀器的創新發展已經成為推進科技進步的關鍵性因素。在全球范圍內，一個國家所擁有的基本儀器設施的先進性直接決定了這個國家的科技水平實力，同時反映了這個國家在國際上的科技地位，因此世界各國都將科學儀器的發展和創新列為國家重點發展戰略。

美國為了保持其在世界科學儀器領域的領先地位，對科學儀器的發展進行了全面的戰略部署，通過美國國家科學基金會 (NSF)、國立衛生研究院 (NIH)等機構設立了多個學科領域的科學儀器資助計劃[1]；日本通過文部科學省 (MEXT)制定了多個科學儀器的研發計劃，用于建設國際水平的研究環境和基礎設施[2]；英國也通過英國研究理事會 (RCUK)相繼啟動了一系列科學儀器資助計劃，資助英國未來研究用的主要基礎設施，以保持其在世界研究領域中的領導地位[3]；除此之外，德國、法國、韓國和俄羅斯等國家也都推出了相應的科學儀器資助政策和計劃[4-8]。可以看出，以上國家無一例外都對科學儀器的研發給予了大量、持續的支持，保障了國家科學儀器水平的先進性，而且這些國家在先進科學儀器市場中有較大占比和廣泛的影響力。近年來，中國也非常注重對科學儀器的研發，并制定了一系列的項目資助計劃：科學儀器基礎研究專款 (1996—2013)，國家重大科研儀器設備研制專項 (2011—2013)，國家重大科研儀器研制項目 (2014至今)。隨著國家對科學儀器上投入的增加，中國科學儀器的發展在數量和儀器設備占比都積極向好的方向發展，發展了一批具有自主知識產權的科學儀器，為科技進步和經濟社會發展提供了重要支撐。但與創新型國家相比，中國在科學儀器的源頭創新和關鍵技術創新上的能力相對薄弱，現有科學儀器主要集中在中低端市場，并且最新科學儀器研制成果市場轉化率很低[9-10]。因此，如何更有效地促進中國各學科領域的科學儀器研制與創新是科技部和國家自然科學基金委員會關注的焦點。

本文通過調研美、日、德、英、法等創新型國家對科學儀器的資助政策和體系，并從發展戰略、優先領域和儀器轉化等方面對其特點進行分析，總結國外先進國家科學儀器的發展規律和政策特點，旨在為優化和完善中國科學儀器資助體制提供參考。

1 國外科學儀器發展戰略計劃分析

1.1 美國科學儀器發展戰略計劃

美國把科學儀器設備發展的總目標確定為保持美國在世界科學儀器領域的領先地位[1]。2005年，美國國家科學委員會 (NSB)發布了 “National Science Board 2020 Vision for the National Science Foundation” (簡稱 《NSF 2020愿景》)的報告，規劃了未來15年的發展戰略。NSF根據國家戰略發展方向每4～5年發布一次 “NSF Strategic Plan for Fiscal Year” ( 《NSF財年戰略計劃》)，明確規定了NSF將提供關鍵基礎設施，包括先進的儀器、設備、網絡基礎設備和尖端實驗能力，建立國家的研究能力，以推動變革的研究[1]。

美國對科學儀器的資助體系主要是在國家層面上發布宏觀的發展戰略，為重大科學儀器設備設施和裝備提供戰略框架與發展思路，如美國能源部 (DOE)于2003年發布的 《未來二十年重大科學裝備計劃》和NSF定期發布的 《NSF財年戰略計劃》等。然后再由各聯邦機構部門有側重性地進行資助。其中，NSF主要資助通用型儀器的創新，而專用型儀器的創新則通過各相關需求的聯邦機構分別資助，比如DOE主要資助能源領域相關的儀器研發升級與維護，美國標準與技術研究院 (NIST)高度聚焦于基礎性和前瞻性的關鍵共性技術研發的資助，NIH主要在生物和醫學領域對科學儀器進行資助。表1為美國各聯邦機構對科學儀器的具體資助政策。此外，美國在對科學儀器的資助過程中特別強調企業的參與度，資助過程通常分為三個階段：第一階段以創新性方法為主，資助面大但力度小；第二階段進一步支持第一階段的成果，資助強度為上一階段10倍以上，但只資助企業；第三階段資助科學儀器的產業化，資助力度更大。

表1 美國各聯邦機構對科學儀器的具體資助政策

數據來源：NSF網站 (https://www.nsf.gov)、NIH網站 (https://www.nih.gov)、NIST網站 (https://www.nist.gov)、DOE網站 (https://www.energy.gov)、DOD網站 (https://www.defense.gov)和NASA網站 (https://www.nasa.gov)。

1.2 日本科學儀器發展戰略計劃

自從1996年起，每隔5年文部科學省 (MEXT)和政府其他部門聯合發布 “科學技術基本計劃”，根據國家發展戰略逐步確定了日本科學儀器的開發戰略。日本在2011年發布的第4期 “科學技術基本計劃”中提出 “要建設國際先進水平的研究環境和基礎設施，支持大學建設相關設施儀器”[2]，對先進科學儀器的發展方向、資助政策和目標都進行了明確規劃，并推出了一系列資助計劃。日本科學儀器的開發重點主要集中于生命科學、納米材料等領域，此外與環境能源、信息通信相關領域的科學儀器開發也受到了重視。

日本對科學儀器研發的資助由MEXT及其下屬機構日本科學技術振興 (JST)負責，MEXT主要負責制定和實施科學政策，而JST主要負責日本大學和企業的科技競爭資金撥款工作。MEXT為了盡可能滿足科研單位對科學儀器的需求，建立牢固統一的科學儀器基礎，使科學儀器高效利用，直接制定了多個儀器研發計劃，具體的資助情況見表2[2]。日本高度重視科學儀器的原始創新，對科學儀器創新的資助是分層次、分類別的，所有涉及科學儀器研制的項目都被劃分為整機開發、關鍵技術或部件開發、實用型儀器開發、軟件開發。另外，日本政府非常重視科學儀器創新中關鍵共性技術的研發，日本相關協會也在積極推動著科學儀器行業的發展，比如分析儀器工業協會 (JAIMA)通過與全球科學儀器相關學會和協會的互通合作收集各方信息，并給政府提出科學儀器技術的發展建議，建立了科學界與企業界、學術與市場之間的溝通橋梁。

表2 日本對科學儀器的具體資助政策[2]

數據來源：文部科學省網站 (http://www.mext.go.jp/en/publication/index.htm)。

1.3 英國科學儀器發展戰略計劃

英國政府于2002年新成立了英國研究理事會 (RCUK，現過渡為UKRI)。為了保持英國在世界研究領域的領導地位，UKRI于2012年發布 《21世紀主要基礎設施》戰略框架，要對科學研究需要的基礎設施進行持續性資助；2018年又發布 《英國研究和創新戰略計劃書》，將建立一個適合未來的研究和創新體系，并有能力應對21世紀的環境、社會和經濟挑戰[11]。英國共有7個研究理事會，其中醫學研究理事會 (MRC)、生物技術和生物科學研究理事會 (BBSRC)和工程與自然科學研究理事會 (ESPRC)都有關于儀器的資助計劃，重點資助醫學成像、先進材料、大數據/信息經濟學、激光物理和空間技術等領域，具體計劃見表3。

英國對科學儀器的資助體系主要是由英國政府的科學技術辦公室 (OST)發布 《大型科學設施戰略線路圖》,列出了UKRI確定的優先資助項目，并且每兩年對優先資助項目內容進行更新，逐步明晰國家大型科學儀器設施的發展重點。然后，由非政府部門的公共機構 (即UKRI的各研究理事會)按研究領域和方向確定各自的研究發展項目和計劃，政府不干預其日常工作。

表3 英國對科學儀器的具體資助計劃

數據來源：MRC網站 (https://mrc.ukri.org)、BBSRC網站 (https://bbsrc.ukri.org)、ESPRC網站 (https://epsrc.ukri.org)。

1.4 德國科學儀器發展戰略計劃

德國為了加強其在尖端科學方面的研究水平，在科研體系與高校和經濟界緊密結合，合作開展國際先進水平的基礎研究和應用研究。從2006年起，德國每4～5年發布一次 《高技術創新戰略》，確定國家高技術創新的戰略方向。隨后在2013年提出了 “工業4.0戰略”，旨在通過利用信息通信技術和網絡物理系統等手段，實現由集中式控制向分散性增強控制的模式轉變，推動制造業向智能化轉型[12]。

德國對科學儀器的資助體系主要由政府機構對基礎研究進行資助，由經濟界對應用性研究進行資助。在國家層面上，德國科學基金會 (DFG)對重大科學儀器提供資助，主要以購買為主，少部分用于研發，具體資助情況見表4[13-14]，而BMBF通過資助高校使用大型的科學儀器設施來進行高水平的基礎研究[15]。另外，在德國企業界大約1/3的工業企業都開展研發工作，是科學儀器創新的主體和源泉，并且政府在相關政策和制度上都會提供很多優惠與照顧，特別是德國聯邦工業合作研究會 (AIF)通過項目資助，提供咨詢等方式來促進科學界、企業界和政府之間的相互聯系，提高中小企業的創新能力。

表4 DFG對科學儀器的具體資助計劃

數據來源：德國科學基金會網站 (http://www.dfg.de/en/index.jsp)。

1.5 法國科學儀器發展戰略計劃

法國為了確保其世界一流科研大國的地位，應對當前所面臨的科學、技術、環境與社會等方面的挑戰，在 2009年發布的 《法國研究與創新戰略》中指出了涉及國家社會、經濟、民生發展重要方向的三大優先領域；在2015年發布的 《法國-歐洲2020》戰略中確定了應對 10 大社會挑戰的優先科研方向和 5 大主題行動計劃，強調面向應用的研究，重點解決所面臨的社會挑戰[16]。法國對科學儀器的資助體系主要由國家和科研機構自身組成，對于超大型科研基礎設施主要采用國家預算投入與國際合作的方式資助，對于小型科學設備主要由國家下撥到各科研機構的經費預算承擔，對于中型科學設備主要由2010年推出的 “EQUIPEX卓越設備專項”進行資助，具體的資助計劃見表5。其中， “EQUIPEX卓越設備專項”的具體執行機構為法國國家科研署 (ANR)，要求資助的項目要符合國家科研戰略，且被資助的科學設備必須向所有相關科研和產業機構開放。

表5 法國對科學儀器的具體資助計劃

2 國外科學儀器資助政策特點

2.1 擁有長期規劃與發展定位

自從進入21世紀以來，世界各國都逐漸意識到了科學儀器發展的重要性，紛紛設立 “重大科學儀器”專項計劃以促進科學儀器的研制與發展，并把 “發展一流科學儀器，支撐一流科研工作”作為國家戰略發展定位，注重科學儀器研發的先進性和創新性。美國在2005年發布的 《NSF2020愿景》報告中規劃了未來15年的發展戰略，并且注重科學儀器的先進性和創新性，把科學儀器發展的總目標確定為保持美國在科學儀器領域的領先地位；英國針對重要儀器設備形成了一系列的設備路線圖，闡述了未來科學儀器可能的分布和布局情況，并在2018年發布了 《英國研究和創新戰略計劃書》，要建立一個適合未來的研究和創新體系來維持英國研究的領先性；法國在科研設備上也制定了專門的路線圖與管理委員會，2010年推出的 “EQUIPEX卓越設備專項計劃”旨在為法國各大實驗室提供全領域科研活動所需的尖端儀器設備，以促進法國世界一流科研大國的地位；日本的 “先進測量分析技術和儀器開發專項”旨在集結日本相關產業、科研機構和政府的力量，以開發出擁有世界一流性能的首屈一指、獨一無二、先進的測量分析儀器為目標。以上各國家對科學儀器的發展都擁有長期戰略性規劃，并都把科學儀器的研制目標定位于 “具有世界一流的科研和創新”。

2.2 優先領域契合國家發展戰略

世界各創新型國家對科學儀器的重點資助學科存在個性化的差異，但整體上都體現為：與國家重要戰略相結合，體現國家重點發展的優先領域，關注社會經濟發展重大問題。美國對科學儀器的發展進行了全面的戰略部署，其中的 “大型科學儀器計劃 (MRI)”作為科學儀器發展的主要支撐計劃，主要集中在地球科學、化學與生物工程、材料等學科資助，符合美國的科技發展戰略；日本對科學儀器的資助主要集中在納米材料、物理學科和新能源等領域，與國家發布的 “科學基本計劃”所規劃的重點學科發展領域一致；法國的 “EQUIPEX卓越設備專項”計劃規定所資助項目必須符合國家公布的 《研究與創新國家戰略》中的優先領域：健康、食品與生物技術，環境與生態技術，信息通信與納米技術；德國一系列大型儀器計劃資助的重點在 “能源、生物-健康、環境科學、信息科技和納米科技”方面；英國的儀器設施設備計劃主要集中在醫學、生物技術和工程類學科等，與國家發布的 《英國研究和創新戰略計劃書》中的整體布局與需求相呼應。

隨著人類對自身健康關注度的提升，生命科學成為各國科學儀器發展的首要學科領域。比如：美國NSF資助項目中生物學類項目約占20%，且NIH資助的所有儀器項目均為生命科學與醫學領域；德國生物學領域也是所有學科中自主最高的，約占25%；英國的MRC和BBSRC兩個理事會的資助項目均屬于醫學和生命科學領域；日本的三類儀器計劃中有兩類都對生命科學與醫學學科進行了大量資助。生命科學儀器的研發重點有成像儀器、NMR設備、測序儀和蛋白分析儀等。此外，材料科學、信息通信、環境科學和新能源領域也是各國的優先資助領域。

2.3 面向機構資助與共享使用管理

各國的 “重大科學儀器計劃”都具有極強的面向機構的資助特點，并注重建立有效的儀器設備共享機制。美國的ARIF計劃所資助的儀器設備通常都由大型研究中心擁有，而非個別研究人員擁有，在ARIF項目申請時不僅取決于研究機構與聯邦機構的最高決策，還需要申請研究中心的承諾，批準的儀器項目由研究機構管理部門管理，由專門技術人員來操作和維護，擁有完整的科研平臺共享機制和相應的法律法規。英國的 “中型設施計劃”和 “戰略設備計劃”面對高校或研究機構，要求資助的儀器設備一般能支撐在一個大學或幾個大學中進行一系列研究，或者必須為研究團體提供基于設施的服務 (該服務目前一般沒有任何高校能夠提供)，并且設備的共享機制將被監控。法國的 “EQUIPEX卓越設備專項”也只為高校與科研機構的各大實驗室提供所需的尖端儀器設備。日本在 “第四期科學技術基本計劃”中提出科學儀器共享的改革措施：積極推動研發機構儀器設備的整合，主動構建科學儀器共享使用平臺，并針對相應儀器平臺的共享使用設計了完備的管理流程。

2.4 注重科學儀器的轉化

各國除了在源頭上注重科學儀器的研制之外，在后期技術成果轉化上也都有相應的政策。美國NSF等對科學儀器發展的三步走資助戰略，實現科學儀器研制中產學研的合作與技術轉移轉化；美國國會設立 “小企業技術轉移計劃 (STTR)”來促進大學、研發中心或非營利性質小企業和研究機構之間的合作，將具有商業前景的創新技術從實驗室創意轉化為工業產品，并進入市場。法國希望通過 “卓越設備專項計劃”促進不同科研領域、不同科研團隊，尤其是促進公立與私立科研機構間的協作，促進科研活動與經濟發展的關系，推動科研成果轉移轉化。日本在 “先進測量分析技術和儀器開發專項”中設立科學儀器全研制創新鏈各階段子項目，并鼓勵產學研分工承擔，實現了有效合作和銜接。以上各創新型國家都對科學儀器的轉化制定了具體措施，以促進科學儀器研發成果的落地應用，為科學研究提供基礎儀器設施支撐。

3 結束語

國內科學儀器經過國家 “九五”至 “十三五”規劃的部署，取得了顯著成效，發展了一批具有自主知識產權的科學儀器，為科技進步和經濟社會發展提供了重要支撐。然而，與創新型科技強國相比中國科學儀器的發展仍存在一些差距。任何學科的發展都離不開先進科學儀器設備的基礎支撐，縱觀各創新型國家對科學儀器的資助計劃，都面向國家戰略需求和科學前沿熱點。因此，我們需要對國家的重大戰略需求給予重點持續資助，以求關鍵核心技術或核心部件的突破；同時需要加強對科技前沿的關注和分析，提前對支撐前沿研究熱點的重要儀器設施進行布局，為科學研究提供新穎的手段和工具。