科学仪器学科与技术进展的研究报告

一、前言
科学是从测量开始的。科学仪器是信息的源头，是信息产业的重要组成部分，对促进国民经济、科学技术、公共安全、国防建设的发展都有巨大的推动作用，是经济社会发展支柱性、战略性的产业。现代科学仪器既是知识创新和技术创新的前提，也是创新研究的主体内容之一和创新成果的重要体现形式。许多学科分支都是以某种科学仪器的发明而发展起来的。科学仪器及其技术是现代科学与工业的基石。科学仪器的发展水平标志着国家创新能力和科学技术发展的水平。

近两年，随着信息科学、生命科学、材料科学、纳米科学等深入发展，促使世界科学仪器学科与技术的进展突飞猛进，新技术异彩纷呈，新产品不断涌现。另一方面，经济和社会发展不断对技术和仪器提出许多新的需求，使科学仪器研究和应用进入一个前所未有的高速发展期。本文仅对近两年来科学仪器研究、发展、新产品等主要部分进行简要的综述。

  二、国外科学仪器科技和产业发展的战略、趋势及我国现状

(一)各国都把发展科学仪器作为国家发展战略

在科学仪器发展的战略目标和资金投入方面，发达国家都制定了各自的发展战略并锁定了目标，有专门的投入，已成为有意识、有政策、有目标的政府行为。如美国，其总体目标是：保持美国在科学仪器领域的领xian地位，其措施除了通过政策大力鼓励各大仪器公司加大R&D的投入外，国家还通过两个基金会(NSF和NIH)扶助各大公司研发科学仪器。美国能源部和国防部每年也都有大量的资金投入，并有明确的目标和要求，采用了类似于我国的横向课题，通过合同委托的办法进行研发。

日本于2002年制定了高精密科学仪器振兴计划;欧盟在“第六框架计划”(2002—2006)中将“科学基础设施”(主要指科学仪器)列为第五项ZD内容;英国科学技术办公室(OST)建立了科学基础设施和科学仪器投资机制并确立了投资比例;加拿大自然科学与工程研究理事会(NSFRC)制定了“研究工具、仪器和设施计划”。
各发达国家都把研发先进的大型科学仪器和实验设施，构建先进实验基础设施平台，上升为创造世界yi流科研成果，培育和吸引人才的一项战略措施。

2005年世界权威性刊物《Nature》邀请国际上Z受尊敬的科学家小组，研究和撰写《走向2020年科学》研究报告的十条建议中的第七条提出“采取措施发展新的概念和技术工具”，其内涵即指科学仪器。我国已将科学仪器研发列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要》(2006—2020年)。国家发改委将科学仪器产业化列为高技术产业化专项。科技部已将《科学仪器设备研制与开发》列入十一五国家科技支撑计划重大项目。2006年国务院《关于加快振兴装备制造业的若干意见》中，将“关键精密测试仪器”列为主要任务和实现ZD突破的16项任务之一。

(二)科学仪器技术发展的趋势

当今科学仪器发展总体上呈现出检测原子、分子和组份的仪器向多功能、自动化、智能化、网络化方向发展;进行分离、分析的仪器向多维分离和分析方向发展;生命科学仪器向原位、在体、实时、在线、高灵敏度、高通量、高选择性方向发展;检测复杂组份样品的仪器向联用分析仪器方向发展;用于环境、能源、农业、食品、临床检验的仪器向专用、小型化方向发展;样品预处理仪器向专用、快速、自动化方向发展;用于国防和生命科学的仪器向集成化、微型全分析系统方向发展;监控工业生产过程的分析仪器向在线分析、原位分析方向发展。

从制造技术角度看，仪器的机械部件向高精度加工、小型化方向发展;仪器的电器部件向集成化、固态化方向发展;仪器的功能部件和结构单元向模块化方向发展;仪器的研制向采用新技术、新机理、新材料、新器件方向发展。

科学仪器是一种高科技产品，它受益于采用各种前沿技术的Zxin成果，同时也面临各种前沿技术不断地创新和发展的挑战。可以预计，随着生命科学、材料科学、能源科学、环境科学和公共安全科学的发展，以及新技术的不断出现，科学仪器也会在多功能化、小型化、微型化、自动化、智能化等方面将不断的创新。

(三)我国科学仪器发展的现状

我国刚开始改革开放时，由于既受市场经济的冲击，又受国有体制的束缚，我国科学仪器的发展经历了一个低潮期，许多大型科学仪器厂纷纷入不敷出、难以为继，科学仪器产业曾经一度明显萎缩。在上个世纪90年代初期，科学仪器国产化率只有13%。

随着国有经济体制改革的深入和人们对于发展科学仪器重要性认识的提高，以及民营企业的崛起，加上整个经济发展加速所起的带动作用和国家从“九五”开始把“科学仪器的研制和开发”列入了科技攻关项目，并逐渐增加投入;国家自然科学基金委员会设立了科学仪器专项，中科院也设立了科学仪器创新研究专项，情况终于有所好转。濒临破产的一些国有分析仪器厂，通过重组、改制，走出了低谷，显示出新的活力。20世纪80年代末和90年代初，成立的一批民营分析仪器企业的发展速度很快，近年来年销售额的增长都超过了30%，他们的产品已得到国内用户的认可，并已有部分进入国际市场，他们之中有部分企业参与了国家“九五”和“十五”科学仪器攻关项目，为提高我国科学仪器水平做出了贡献，并为科技创新的主体向企业转移迈开了一大步。

通过这些仪器制造企业和相关科研工作者的共同努力，目前我国科学仪器的发展已初具规模，从地理分布来看，主要由四块区域组成，即以北京为ZX的渤海湾区域的科学仪器产业带;以上海为龙头的长江三角区域的科学仪器产业群;以长春、大连为基础的东北区域的科学仪器产业化基地和新近崛起的以深圳为代表的珠江三角洲地区。“九五”结束时，以分析仪器为核心的科学仪器的国产化率达到了30%。科学仪器的研究开发和产业的发展开始逐渐走出低谷，驶入快速发展阶段。部分中低档产品已基本达到国外同类产品水平：如光谱分析仪器领域，具有自主知识产权的原子荧光光谱仪，占领了整个国内仪器市场;中档紫外可见分光光度计和原子吸收分光光度计，除满足国内常规分析的需求外，还有部分出口。当然从总体而言，我国科学仪器还处于幼稚期，以科学仪器中的主体分析仪器为例，在当今运用的90余种分析仪器中，我国已有的产品仅为20多种，还不到1/3，再如生命科学专用仪器约有80余种，我国商品化产品只有16种，正在研究的10多种。但是我国科学仪器的市场前景十分广阔，预计在2006~2015年期间，新购科学仪器的总额将远远超过1,000亿人民币，这还不包括每隔5~7年需要更新换代的数量。

总之，通过“九五”和“十五”攻关，我国科学仪器产业获得了很大发展，并取得了一批具有自主知识产权的成果。但是，长期以来国外的仪器公司凭借技术和品牌的优势，占据着国内的大部分高端市场，特别是的光谱仪、色谱仪、质谱仪、电镜、核磁、生化和生命科学仪器等，基本上依赖进口。

　　三、近两年国外各类科学仪器和产业发展趋势及我国的差距

(一)色谱仪

1.色谱仪整体性能不断提高

Waters公司的UPLC、戴安公司的UltiMate 3000型液相色谱仪以及安捷伦公司的 1200型液相色谱仪，是液相色谱的代表性仪器。UPLC 使用了超高压输液泵(15,000 psi)，1.7μm 无机硅胶和有机硅化合物杂化的C18填料，高速采集信号，是GX、高通量、高灵敏度的分析工具。UltiMate 3000和安捷伦公司的1200型液相色谱仪可适应从半制备量到纳升级的HPLC/MS/MS的要求，适应生物医药、食品、环境等领域的要求，有较高的技术含量。Selerity Technologies公司推出的“高温液相色谱的预加热装置”，对流动相进行预加热以改善分离效果。美国ESA公司推出的电雾式检测器(CAD)，表现出来的多方面的性能足以使其成为GX液相色谱的通用检测器，其灵敏度可达蒸发光散射检测器(ELS)的10倍。它对于梯度洗脱的检测能力也是RI检测器所不具备的。

气相色谱仪各个生产厂家都把电子压力和流量控制装置，以及整体气路单元和精确的温度和压力控制技术用在整机上，使GC的自动化、可靠性和精密度大为提高。

全二维气相色谱(GC×GC)是一个刚刚兴起的技术，与传统的毛细管二维气相色谱相比，其分离能力较传统的色谱技术有了大幅度提高。diyi台商品化的二维气相色谱系统是热电集团的TRACE 2DGC。该型仪器采用了低温调制ZL技术。全二维色谱和质谱联用、构成全二维GC/MS/MS和全二维HPLC/MS/MS是近年国外色谱仪发展的亮点，全二维色谱仪综合了机械、电子、计算机软件等技术，为复杂混合物的分析(如中药、烟草、生物样品)提供了有力的工具。

美国DIONEX公司推出的免化学试剂的离子色谱仪(RFIC)技术，结合了淋洗液自动发生器，自动再生YZ器技术以及除去淋洗液中杂质的自动连续再生的捕获柱，是对实验室传统分析方法的重大的改进。同时将离子色谱与脉冲安培电化学检测器结合、构成分离、检测高亲水性和高极性化合物，如生物和食品中的糖、氨基酸、糖醇、多元醇、生物胺以及药品中抗生素直接测定的方法。另外离子色谱与原子吸收、原子荧光、和质谱的联用，可以实现对许多元素的形态进行GX高灵敏度检测，从而对多种元素的毒性和营养作出准确的评价。

2.色谱仪器向小型化发展，适用于现场测试

气相色谱的另一个发展趋势是微型化。当前现场检测日益受到重视，尤其是在食品安全，生产安全、环境监测等公共安全领域。其中代表性的产品有Agilent 3000、MINICAMSFM-2001、2NOSEMODEL 4200型等。安捷伦的3000型便携式GC，使用毛细管色谱柱，芯片TCD，只有5.1 Kg，可用于石油和煤矿瓦斯气体分析。

复旦大学和上海精密科学仪器有限公司联合推出的GC190小型便携式气相色谱仪，北京东西电子推出便携式光离子化气相色谱仪为我国便携式仪器的代表。

3.芯片色谱仪

为了适应极少量样品的分析，出现了在芯片上进行分离的气相、液相和离子色谱仪，如安捷伦公司发布了芯片分离的HPLC/MS(Agilent 1100 Series HPLC-Chip/MS system)。

德国微系统科技有限公司(SLS)推出的GCM 5000被誉为是当今世界Z小的气相色谱。该色谱系统拥有传统气相色谱的所有功能和构造，而尺寸只有3×2英寸，采用了半导体加工技术，使得分离柱只有人的指甲大小。

从技术上讲，目前的瓶颈不是如何形成如此微小的气相色谱系统，而是如何发展出微型高灵敏、高选择性的检测器，供微型色谱仪使用。

微型液相色谱系统的主要困难在于高压微流量输液。曾经指望用电色谱来替代高压泵，但是没有成功。用电渗泵来间接输液在原理上可行，但实际使用上有重复性差的问题。德国IMM研究所与日本东京大学合作进行的芯片高压液相色谱仪研究，几乎攻克了所有难题，但Z后仍然卡在高压输液泵上。

4.着力于色谱的核心部件色谱柱的研究与开发

色谱柱中的色谱固定相的研究一直是经久不息的研究热点，国外对色谱固定相的研究常常是把研究成果直接放到自己的公司去生产，如现在属于安捷伦公司的J&W公司生产的毛细管气相色谱柱，就是Jennings 把自己研究的成果转化为产品。美国Astec 公司的手性毛细管气相色谱柱也是 Armstrong (现为美国依阿华州立大学教授) 把自己研究的成果转化为产品，并组建了Astec公司。另一个特点是各个大公司，结合社会热点、应用需求，研制专用的高水平色谱柱。 Waters 公司的XBridge HPLC 色谱柱，可以耐受 pH 2~12的酸碱度，颗粒度有：1.7、2.5、3.5、5.0μm。Phenomenex 公司的 Germini C18 固定相，可在pH 1~12的环境中工作，在pH 11.5的溶液中有 50 天的寿命，颗粒度从3.5~10.0μm。

近年出现了高温HPLC，因为在高温下(150~200℃)可以提高柱效，可以使用较长的色谱柱和较小的颗粒的填料，可以使用纯水做流动相。适于高温HPLC的固定相如热电公司的石墨化碳黑、岛津公司的聚合物包覆的硅胶、Supelco公司的五氟苯基丙基聚合物固定相以及二氧化锆基固定相等。

至于整体柱技术，目前看起来它在学术领域较之商业领域更为活跃，该技术可以在非常低的背压条件下获得更高分辨率和更快的分离效果。戴安公司2005年从Teledyne Isco Inc(林肯，内布拉斯卡州)收购了整体柱技术，目前正在从事这方面的商品化研究。而国外一些学术研究团队则正迅速地把这项技术向在主链上进行配位体的光接枝方面发展。日本京都技术大学Tanaka教授指出，对于硅整体柱而言，单位单元的尺寸从2.9埃减小到2.0埃，其峰容量和色谱分离效率可提高一倍。

5.我国产色谱仪的差距

我国在科学仪器方面和国外有较大的差距，是涉及我们的基础工业、材料科学、电子技术、工艺技术等方面的差距引起的。具体到色谱仪方面主要差距：

气相色谱仪：
• 电子压力和流量控制技术。
• 柱温箱温度控制范围、精度和升降温速率。
• 色谱柱的使用温度和分离能力。
• 检测器品种不全，微型热导检测器和微型电子捕获检测器，色谱柱和软件功能等差距大。

GX液相色谱仪：
• •输液泵的输液精度与寿命。
• 检测器种类少。
• 色谱柱、高性能色谱填料几乎全靠进口，色谱柱种类较少。

6.色谱仪器和色谱技术的发展趋势

色谱仪器向小型化、自动化、联用、多维化发展

(二)光谱仪

1.原子吸收

德国耶拿公司推出了diyi台商品化的contrAA型连续光源火焰原子吸收光谱仪，采用了一个连续光源(高聚焦短弧氙灯)取代了传统的空心阴极灯，辐射出从紫外线到近红外的强烈连续光谱(190～900 nm)，采用了高分辨率的中阶梯光栅，经色散后所得谱线宽度可达pm级。在检测器方面，该型仪器采用了CCD线阵检测器以增加量子效率。从可获得的分析信息量的角度而言，该款仪器已和ICP光谱仪相近。

2.原子荧光

这是极具ZG特色的分析仪器，随着元素形态分析领域的兴起，色谱与原子荧光联用技术也随之发展起来。清华大学与北京吉天联合研发的SA-10砷形态分析仪是一种基于氢化物发生—原子荧光技术的元素形态分析仪器，利用液相色谱进行分离，用氢化物发生—原子荧光对液相色谱流出物定量，检测元素的不同形态，能够更有效地评价样品中元素的生物危害性，能够有效地检测As、Hg、Se等元素的多种形态，可在食品、卫生、药物、饲料、农业等领域的检测中应用。我国还有多个企业生产原子荧光光谱和元素形态分析仪。

3. MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)光谱技术

采用微型制造技术，将机械部件，传感器，执行机构和电子系统利用显微加工技术，集成到一个普通的基材(硅、铝或其他)上。MEMS可以改进现有所有产品领域，并赋予产品新的特质和性能，出现新一代的过程光谱分析仪。

4.红外光谱

红外光谱是Z常用的结构分析和组成分析工具，近两年来红外光谱技术三个方面有明显进展：(1)红外化学成像(红外和近红外);(2)红外光谱数据处理;(3)编码调制红外光谱。

(1)红外化学成像

化学成像是一种同时提供空间的、化学的、结构的和功能的信息，是一组三维的数据块，化学图像数据为海量数据，使用化学计量学方法进行处理。

近两年的进展主要表现在共焦平面红外阵列检测器与FT-IR光谱仪器的耦合研究方面，目前发展方向倾向于使用线阵检测器，可避免面阵中坏象素的影响，值得关注的是如SPECTRALDIMENSIONS公司研制开发的专用和在线化学成像分析仪，用于制药，高分子，食品，法医，反恐等领域。

(2)红外光谱数据处理技术

多维红外光谱数据的处理在近两年内得到了特别的关注。研究Z多的是二维光谱。

(3)编码光度红外光谱测定法

这是一种新技术，一个编码转盘部件产生干涉图，经过傅立叶变换得到红外光谱图，可以用于检测化学反应动力学和产物的信息，非常适合在线检测，适用于散射光谱，透射光谱和吸收光谱技术的应用。它具有速度快和抗环境干扰能力强，体积小，结构紧凑，更简单，成本低等的优点。美国ASPECTRICS 公司拥有这项新技术，目前产品已经投放市场。2006年度获得《研究与开发杂志》颁发的百名市场影响力Z强新技术产品奖。

5.近红外光谱

当前，近红外分析已广泛应用于农业、食品、医药、石油、化工等领域，近红外仪器已经形成独立的产业，国际上近红外技术市场主要被美国热电尼高力公司、丹麦FOSS公司、德国布鲁克公司、瑞典Perten公司等分析仪器企业占据。我国的近红外技术产业经过20余年的发展也具有了一定的规模，北京英贤公司和上海棱光公司是其中的代表。

目前国际上主要从事近红外仪器研发、生产的公司也在把主要精力投向模型和方法的研究与开发上，因此共享模型和方法标准的研究将是近红外技术今后几年发展的主要方向。可喜的是，我国的部分科研院所，如石化院、ZG农大、湖南大学，中南大学，第二军医大学等目前已在化学计量学方面进行了非常出色的工作。目前我国近红外光谱技术正处顶盛时期的前夜，有许多方面走向世界前列。

华东理工大学的杜一平教授获2006年BUCHI近红外光谱学国际奖，该奖项是瑞士BUCHI公司为表彰本年度近红外光谱学领域的突出贡献而设立的，获奖原因是提出和应用化学计量学算法region orthogonal signal correction(ROSC)，解决了近红外光谱中共存组分的光谱干扰问题。

6.在光谱技术领域值得关注的三项新技术取得重大突破

(1)太赫兹辐射技术及其相关仪器的新进展

近二年来，太赫兹辐射技术取得了不断的进步，特别是这些技术的应用得到了迅速的发展，相关仪器开发和国防、安全检查、材料识别与诊断、生产监测、生物医学等领域应用都取得了许多进步。

太赫兹辐射(T-射线波长为3,000~30微米范围内的电磁波)可以像X-射线那样穿过某些材料，“看”到其背后的物质。T-射线光子能量极低，不会对人体和其他材料造成电离，大多数包装材料如纸张、碳素板、塑料等对T-射线都是透明的，而金属和含有水分的材料不能透过T-射线，可以利用T-射线进行成像，透视出包装物品内部物体的T-射线图像来，从而可以应用于机场行李箱的安全检查和医生对人体内有损伤或破裂器官的检查。该技术的Zda困难在于难探测到比较微弱的太赫兹辐射信号。

太赫兹技术的应用领域主要包括太赫兹光谱、太赫兹成像和太赫兹通讯几个方面。美国PicoMatrix公司和Zomega Technology公司、英国TeraVIEW公司、日本Nikon公司、布鲁克光谱公司都相继开发出了太赫兹光谱仪和成像系统。

太赫兹时域光谱技术，目前仍然是太赫兹光谱技术的核心研发领域。

太赫兹成像技术，目前主要向着实时成像、全息成像和三维立体成像技术方向发展。利用太赫兹电场相位信息的相位成像技术，是当前国际上积极发展的太赫兹成像技术之一。

为了发展小型化太赫兹系统，基于飞秒光纤激光器的太赫兹产生与探测系统，已经有实验室原型样机出现。太赫兹光子器件的研发，如太赫兹透镜、太赫兹滤波片、太赫兹波带片等光子学器件，已经吸引了国际科技界的广泛关注。

美国、日本和欧洲相继将太赫兹技术列为未来几年发展的关键技术。

我国于2003年启动了“太赫兹物理器件及应用研究重大项目”。“我国首台基于电子激光的太赫辐射源”被评为我国2005年基础研究十大新闻的第三项。

(2)光学分子成像系统

分子影像学是一门新兴的、交叉的科学，具有传统成像所不具有的特点：无创伤、实时、活体、特异、精细(分子水平)的显像等独特性质。

国外光学分子成像系统

A. 精诺真活体内可见光成像系统——Xenogen-200

200系列体内可见光成像系统，可以做激发荧光和自发荧光断层成像，可实现三维荧光光源的重建。它的探测深度为：颅内可达3~4cm，分辨率为1~3mm。

B. KODAK高性能数码成像系统——KODAK

它能进行二维成像，分辨率为厘米级。不能进行三维成像。

C. 小动物光学分子成像系统——GE

GE Healthcare通用电气YL集团的eXplore Optix小动物光学分子成像系统，是激发荧光成像设备，探测深度：灵敏度高的时候，为1.5~2cm;灵敏度低的时候，为3~4cm。分辨率为0.5~3mm。虽然国外已经做出了光学分子成像系统，不同程度上还是有一定的缺陷。

国内光学分子成像系统

国内，清华大学、天津大学等少数的科研单位正在研制激发荧光断层成像(FMT)原型系统。截止到目前为止，国内还没有拥有自主知识产权的光学分子成像设备。在综合上述3种国外光学分子成像设备的优点并对缺陷进行了改进之后，我国构建了BLT/FMT原型系统。该系统包括荧光信号采集装置、图像信号预处理模块以及计算机系统，可以完成自发荧光断层成像(BLT)和激发荧光断层成像(FMT)。BLT软件已获得我国科技进步二等奖，BLT/FMT的研究已列入国家973计划。

(3)表面增强拉曼光谱技术

表面增强拉曼散射(SERS)技术具有灵敏度高、干扰小的特点，适合于研究界面效应，可以解决生物化学、生物物理和分子生物学中的许多难题。以往由于重现性不好等问题，SERS在分析测试中还没有发挥应有的作用。近年来， SERS的Zxin成果有望解决超高灵敏度分析问题，甚至进行生物单细胞和单分子以及纳米结构的分析。针尖增强拉曼显微技术(Tip-enhanced Raman microscopy)利用金属涂层的悬臂在针尖区域产生增强信号，使得在与针尖相接触的被研究物表面有可能测定SERS信号。生物芯片与SERS技术的结合也是一个令人感兴趣的方法。在芯片表面通过固定生物病原体以及对SERS有活性的金属，来测定出SERS信号。这些方法还有一些技术难题需要解决，但超高的SERS信号为建立高灵敏度的分析方法提供了可能，其前景是很诱人的

(三)质谱仪及其分析技术的新进展

质谱分析技术是探索物质组分和结构的Z有力手段，在引发的物理、化学、生物的一系列科学突破中起着关键作用，所以诺贝尔奖曾于1906、1911、1922、1989、1992和2002年度，授予与质谱仪和质谱分析理论有关的7位科学家。

离子化技术和质量分析器是质谱技术的核心，前者是把待分析样品分子转化为离子，后者是把离子按其质量分离并分别测量它们的数目，构成质谱图。

1.离子化技术的新进展

离子化新技术主要包括电喷雾(Electrospray Ionization, ESI)和基质辅助激光解吸电离(Matrix Assisted Laser Desorption Ionization, MALDI)两项离子化技术。这两项离子化技术、近年来又取得以下重要的进展。

(1)解吸电喷雾电离(DESI)是ESI技术的延伸。溶剂(含少量电介质)流入雾化器的毛细管，喷出的带电雾滴及离子在雾化气的带动下，轰击处于对面的样品靶，将靶上的样品解吸并电离成离子。DESI的Zda特点是无需提取、分离等繁杂的样品前处理，而且离子化是在大气压下进行，能在很短的时间内完成样品的分析，灵敏度也很高。DESI的特点使这一技术可在检测、化学战剂、***等方面得到重要应用。

实时直接分析(DART) 是与DESI类似的离子化技术，它使用激发态氦原子作为离子化试剂，也有很高的灵敏度。

(2)硅表面上解吸电离(DIOS) 是用电化学方法腐蚀硅片，形成多孔(微孔)表面，将样品涂于硅片表面，再置于激光的照射下，可使样品解吸并电离。

MALDI需要使用基质，这些基质产生大量的质谱峰，构成很高的背景，使分析发生困难。DIOS 不使用基质，因而背景十分干净，有利于分析小分子。用DIOS分析药物WIN，得到清晰的质谱图。DIOS 用于分析蛋白质也可提高氨基酸序列的覆盖率。DIOS 还有较高的耐盐性。

Z近研究揭示，硅片上刻槽或将金属片腐蚀成多孔，只要槽或孔的尺寸在亚微米级，就具有无基质激光电离的性能。

(3)飞行时间二次离子质谱(TOF—SIMS)的离子源，在提高质量分辨水平方面取得突破进展，Z重要的是该技术特别适用于有机物表面分析，大面积成像和有机物深度分析，适合生命科学需求。

2.质量分析器的新进展

质量分析器的研究朝两个方向发展，一是发展新型高分辨率的质量分析器，二是质量分析器的微型化。近年来有以下新进展：

(1)轨道离子阱(Orbitrap) 。其Zda特点是无磁场、无高频电场，只用静电场，属静电场离子阱。轨道离子阱的分辨率高达15万，质量测量准确度可优于2 ppm。在制作成本以及运行维持费上，比离子回旋共振质谱低很多。这种质谱仪在药物研究、蛋白质组学和代谢组学等重大研究领域迅速得到广泛应用。

(2)质量分析器微型化。在 Oak Ridge National Laboratory 工作的 Mike Ramsey 和 Bill Whitten 以及在 Nanofabrication Laboratory at Bell Laboratories 工作的 Stanley Pau 3人合作，在25 mm2 的芯片上制作了 256 个微型离子阱阵列。这种微型离子阱可在 10-4 Torr 低真空下工作，可免去使用昂贵的涡轮泵。这种微型质譜仪将来可能进入医生诊所，成为临床诊断的仪器。

3.质谱各种联用技术的进展

Perkin Elmer 2006年推出新一代的Clarus 600 GC/MS，以柱温箱设计为例，提高升温和降温速率，缩短循环时间，提高样品分析效率和仪器投资回报率。其中EI和PCI/NCI的灵敏度指标也处于行业先进水平。

热电公司推出Zxin四级杆气质联用仪DSQ Ⅱ，配置了Zxin的离子源和检测系统，定量分析的线性范围超过6个数量级，扫描速度达到11,000amu/sec;组合式傅立叶变换—离子回旋共振质谱仪FTICR—LTQFT Ultra，该仪器质量精确度达到亚ppm级，分辨率超过750,000。

岛津公司推出新一代的GC/MS—QP2010 plus，采用独立加温的GX离子源，大容量排气泵，ODLenS的检测器等技术。

安捷伦科技公司新一代气质联用仪 —— 5975 inert MSD，此系统具有全新的用户界面，可以通过电子方式共享各种应用方法。该系统的推出，使用户可从网上下载分析方法而不用自行创建，从而加快了实验室之间各种方法的转移和标准化。分析工作者还可以利用Zxin版的软件，将原来的5973系列MSD方法转移到新的5975 inert MSD中。

4. 我国质谱仪研发的进展

我国近几年起步研发和销售通用的质谱仪。东西分析仪器公司已小批量投产GC/MS3100(四极质谱)，国家标准物研究ZX正研发MSQ-1000平板直线离子质谱，上海精料与复旦大学联合开发了MS-800ESI-TOFO。上海大学和上海科创色谱公司联合研发成功GC-TOF-MS。这些国产仪器将在食品安全、药检、商检、农林、化工、生命科学等领域得到广泛应用。

质谱技术发展趋势：

(1)向高精密方面发展。
(2)向小型质谱仪发展。在各类质谱中，生物质谱成为有机质谱中Z活跃、Z具有生命力的前沿研究领域之一。小型质谱主要以四级杆、离子阱和飞行时间质谱为主。广泛地应用于环境、农业、食品、药检、公共安全。各类质谱仪市场状况可参考美国SDI公司2006年出版的《实验室生命科学和分析仪器工业市场分析与展望》。

(六)X射线仪器

1. X射线衍射仪

国外在X射线衍射仪方面的的技术发展很快。主要表现在新型探测器、模块化、分析软件的功能强化、先进的X射线光学器件等方面。

目前国外各衍射仪生产厂家纷纷研发配备新型高性能探测器，以确保仪器市场中的竞争地位。有的公司每不到两年就推出一种新仪器。新型高性能探测器的优点是，使测试效率提高数倍到上百倍，或提高信噪比和灵敏度，或能得到过去难以获得的特殊衍射信息。

模块化、多功能化使得简单的切换操作就可以变化功能，从而使一机多功能成为现实。机械精度和控制指标也大幅度提高。

无论是单晶或多晶衍射仪，其分析软件的功能和性能不断提高，如单晶结构分析算法，多晶全谱拟合结构优化算法，物相检索算法，反射率算法等方面，均有大幅度的提高。

布鲁克•AXS公司用于X射线衍射仪的VANTEC(TM)-2000探测器、采用了MikroGap(TM)ZL技术，从而使得有效区域大幅度上升到14 ×14cm空间分辨率的同时，动态范围达108。VANTEC-2000整合了气态探测器和固态探测器二者的各自优势，在耐用性、分辨率、灵敏度和动态范围等方面均有突破性的进展，是一款真正的准无噪音检测器。

日本理学推出的SmartLab™ X射线衍射系统，是diyi款可在一台全自动化系统上完成所有X射线衍射测试的XRD系统，仪器具有独特的Guidance™智能化软件以及获得ZL的Cross Beam Optical™技术，可以完成一系列对于材料研究至关重要的测试，包括X射线衍射(XRD)、X射线反射(XRR)、小角X射线散射(SAXS)等。

我国生产XD—2/XD—3多晶X射线衍射仪，重复性已优于0.0006º。

2. X射线荧光分析仪

X射线荧光分析仪方面，波长色散分析的进展主要是分析软件性能的提高，即发展高级次谱线的算法和采用基本参数法等，有利于轻元素的定性和定量分析，其它似乎没有特大的进展。能谱分析仪则在探测器和核电子学方面有重要进展，如Si-PIN探测器和SDD探测器已投入市场，它突破了过去锂漂移硅探测器的某些性能的限制，使探测动态范围大幅度提高，从而使探测灵敏度提高，也使制造成本大幅度降低且使用体积大为缩小。全反射X射线荧光分析法是值得注意的方向，它的特点是其灵敏度可达ppb量级。同时，TXRF技术又继承了EXRF方法的优越性，它的定量分析性能方面也有优势。

布鲁克•AXS公司的XFlash(R) QUAD检测器是QUANTAX(TM) QUAD型超高速-高灵敏能谱仪(EDS)的核心组件，是目前世界用于EDS的四通道40mm硅漂移检测器。

3. X射线晶体定向仪

X射线晶体定向仪是用于生产晶体振荡器的仪器。其定向精度决定了所生产及筛选的每年近百亿片晶片的质量和价格。低档和的价格相差10倍以上。国外的进展也集中在其精度方面，采用了激光快速测振校正的技术等。

4. 我国X射线仪的开发与生产

TXRF已在国际上得到广泛应用。国内Zxin推出的TXRF9双光路全反射X荧光分析仪，可以对从11Na到92U的所有元素进行分析，一次可对近30种元素进行同时分析。

我国没有单晶衍射仪的产品，但有4个厂家生产多晶(粉末)衍射仪，年销售量已超过30台。但质量和性能方面距国外厂家相差较大，如没有新型探测器、某些技术指标较差、功能附件过少、软件不够先进等。主要靠低价格进入低端市场。虽然也开始了有关某些新技术的工作，但进展缓慢。主要问题有三方面：投入少;没能快速整合国内的先进成果;生产单位缺乏真正懂得X射线衍射的人员。

在X射线荧光分析仪方面，我国目前还没有可以推向市场的波谱分析仪。但已能生产能谱分析仪，年产量达数百台，也有少量出口。主要问题是其中的关键技术部件探测器是依靠进口。

我国已有X射线晶体定向仪产品。在国内市场中数量上占主要部分。问题是精度不够高。我国的石英晶振片的产量达几十亿片，占世界产量的大部分，但由于所用X射线晶体定向仪质量不高，价格很低。现已有民营企业在研制定向仪，但资金不足，进展不够快。

(七)芯片型微型分析系统

国际上通常把芯片型微型分析系统分两大类：即微阵列芯片(Microarry chips 或称生物芯片 Biochips)与微流控芯片(Microfluidic chips)。

1.生物芯片技术与仪器

生物芯片是通过微加工和微制备技术在固体表面构建微型生物单元，实现对生命体系中组织、细胞、蛋白质、核酸、糖类、代谢产物、以及相关生物大分子化学修饰信息进行准确、快速、大信息量的检测。生物芯片被认为是当今十分重要且具有战略意义的前沿高新技术。这不仅在功能基因组学、蛋白质组学、代谢组学和毒理组学等领域研究中发挥了重要的作用，而且在疾病诊断和ZL、新药研究和开发、农业、环境、食品安全、国防等领域中已经显示出了非常广阔的应用前景和巨大的商业市场。

基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片等发展较早。技术较为成熟的微阵列芯片已经大量进入实用。与生物芯片相关联的微流控芯片等技术正在逐渐成熟并开始被各领域应用。

(1)生物芯片技术发展趋势
A. 高通量、多参数、多功能、集成化。
高通量分析平台是各种生命组学和系统生物学的必备手段和关键技术。
B. 微型化、批量化、标准化、大众化。
这些趋势将使这类产品成为便携式仪器及价廉物美的芯片耗材，适用于家庭、现场等快速检测和就地诊断。在未来生物安全形势比较严重的情况下，更为必要和迫切。缩微芯片实验室代表了未来生物芯片的发展方向，是当今分析仪器发展的新的生长点。
C. 信息化、网络化、远程控制和交互。
软件已成为生物芯片应用的重要部分，网络将海量的、复杂的生物信息进行集成、分析和鉴别。软件信息技术起到了关键作用。
D. 高灵敏度、非标记检测技术。
在生物芯片上进行单分子检测、一直是普遍关心的研究热点。纳米生物检测技术在生物芯片技术中的应用得到了充分的重视，用该技术进行单根DNA序列检测，其检测速度的发展潜力可以提高数百倍。

(2)生物芯片及相关仪器的进展以及产业发展趋势
欧美大型药物公司或生物技术公司都利用生物芯片开展药物相关基因筛选、药物靶点识别、生物标志物识别和筛选、临床前期药物毒理研究、药物基因组学以及个体化诊疗等各方面的研究工作。2004年，Affymetrix公司研制出SNP分析基因芯片，Agilent公司推出aCGH芯片，为研究肿瘤的发病机理提供了有利工具。罗氏公司开发了CYP450系统体外诊断基因芯片，用于筛查病人基因组的多态性，实现在ZL过程中指导医生选择药物种类和用药剂量，对病人进行个体化用药ZL。2005年元月，美国FDA批准罗氏公司的CYP450基因诊断芯片上市，将对心脏病、疼痛和癌症的ZL提供有价值的参考。

(3)生物芯片和芯片实验室发展前景可观
未来生物芯片产业在ZG或者国际市场面临几个重要机遇。首先，生物芯片在临床检测、生物安全检测、进出口检疫检测、司法鉴定、健康筛查等“领域”应用的前景会越来越好。第二，生物芯片技术的体系将会逐渐完善，将逐渐整合并实现集成化和微型化。第三，体系逐渐趋于两极化，即快速高通量大型系统和小型快速低通量系统，其中芯片实验室类产品将位居前列。第四，生物芯片体系的国内和国际标准将逐渐建立和趋于完善。

(4)我国的发展状况
国内目前有近50家生物芯片研发机构在微阵列芯片方面和微流控芯片研究方面取得可观的进展，尤其在毛细管电泳芯片和微流控生化分析系统。迅速开展微流控的应用基础性研究已刻不容缓。未来微流控分析仪器与设备的市场将占越来越大比重。在生物芯片和相关产业方面，博奥生物公司已具有与国际竞争的水平。其核酸分析芯片、免疫分析芯片、毛细管电泳芯片和生物芯片点样仪、杂交仪、扫描仪等产品已占国内市场份额的30%，并经国际认证、打入国际市场。

2.微流控技术与仪器

(1)近两年该领域国际上取得了重大突破与进展

微流控(microfluidics)技术是当前正在急速发展的高新技术和科技前沿领域之一，是未来生命科学、化学科学与信息科学发展的重要技术平台，受到高度重视。微流控技术是在微米尺度结构中操控纳升至皮升体积流体的技术与科学，在该尺度下大幅度增强的层流效应、表面张力效应、毛细效应、热传导效应及扩散效应等，使许多物理与化学过程显著加速。Z能发挥这种优势的领域之一就是提供生命信息的微全分析系统。通过分析装备微型化、芯片化、集成化，使分析效率成百倍，千倍地提高，试样和试剂消耗下降为百分之一、千分之一，其Z终目标是在芯片大小的空间实现化学实验室的全部功能-即所谓“芯片实验室”(Lab-on-a-chip)。

Z近，美国加州大学伯克利分校Mathies研究组在DNA测序的全部操作集成化方面取得了很大进展。所研制的由玻璃和硅橡胶加工的集成化微生化处理器实现了在纳升水平上的Sanger测序全部三个步骤，包括热循环、样品纯化和毛细管电泳分离。该系统仅用1 fmol DNA 模板(试剂和样品消耗较常规方法减少数百倍)以99%的准确度完成了556个连续碱基的测序。在此基础上，有可能发展出低价便携式的家用基因测序仪。

另一个值得高度重视的发展是美国斯坦福大学Quake研究组所报道的基于硅橡胶(聚二甲基硅氧烷，polydimethylsiloxane, PDMS)微加工的高密度微流控芯片系统。该技术在2002年在Science上以封面论文发表之后，迅速得到多方广泛应用，已成为化学系统实现微型化的重要依托技术。目前，该技术已被应用于反转录酶聚合酶链反应、阵列反应，放射性标记物的多步化学合成以及GX率的蛋白质结晶及结晶条件的优化等重要领域。

(2)我国在该领域的国际学术地位

2001年国家基金委启动了题目为《微流控生化分析系统的基础研究》的重大研究项目。目前我国在微流控分析领域，研究成果总体上已达到国际先进水平，其中部分成果、包括：微流控芯片的研制与加工技术、微流控高通量连续进样方法、微流控电致化学发光系统、微流控固定化酶反应器在蛋白质分析中的应用、微流控单细胞分析、微流控荧光和吸光检测系统的微型化，以及纳米技术在微流控系统中的应用等在国际相关学术领域已具备一定领xian优势。申请了百余项ZL，并研制了多种具备不同程度自主知识产权的微流控分析仪器、装置或样机，为相关仪器的产业化提供了有利基础。

至2005年底，我国大陆学者发表的SCI收录微流控论文数已达190篇，超过了微流控分析研究领域强国—日本的当年被收录数，而仅次于美国,位居世界第二。

微流控芯片具有良好的应用前景。

(八)电化学分析仪器

国际上以美国CH Instrument公司生产的CHI系列、美国Bio Analytical System公司生产的BAS系列、美国Princeton Applied Research生产的EG&G系列、荷兰Ecochemie的AutoLab系列，是电化学分析仪器的代表。在国内，电化学分析仪器生产厂家有七八个主要生产厂家。

1.电化学分析仪器的联用技术

分离分析联用的新技术是当前分析仪器发展的一个趋势。将电化学分析技术和其他分离分析手段联用，可以提供高灵敏度、响应快、寿命长、是动态在线检测手段。

联用技术包括GX液相色谱-电化学、光谱-电化学联(如表面等离子体共振、园二色谱、红外、紫外、拉曼等光谱技术)，可以实现方便、快速、现场、高灵敏度的分析。

2.电化学分析仪器微型化

微型化是现代分析仪器的重要发展趋势之一，微型化电化学仪器常是现场、原位、活体检测技术的基础。

国际上如加州理工学院的Barton研究小组，实现了基于DNA修饰电极的芯片检测仪器。该仪器可以实现DNA的灵敏、快速检测。利用该方法可以实现各类碱基错配的检测。

西安瑞迈分析仪器有限责任公司Z近推出了MPI-M型微流控芯片电化学检测仪—电化学分析仪。该仪器依托于系统所拥有的多通道电化学分析数据采集与分析测试平台、微流控芯片多路高压电源控制部件，该仪器可应用于基于微流控芯片分析的电化学检测及联用的微流控芯片电化学分析等。

3.电化学分析仪器的发展趋势

研发高灵敏度、响应快、寿命长、微型化、可动态在线检测并经济适用、有自主知识产权的新型电化学分析仪器是发展的趋势，以满足环境、生命科学、能源、出入境检疫检验与食品安全等公共安全领域监测检测对常规仪器的需求。

(九)生命科学技术与仪器的新进展

随着生命科学的迅猛发展，国外许多生产分析仪器和生化仪器的厂家以及一大批新生的生物技术企业都迅速扩展、开拓甚至转向从事生命科学仪器的开发和生产。实际上生命科学技术中所用的仪器既包涵上述八类科学仪器的一系列特定的应用，同时又依据生命科学技术的特需，出现一大批生命科学的专用仪器，包括生物样品的保存、培养、分离、杂交，基因的提取、纯化、扩增、合成、导入、重组，以及复杂的检测、观察和分析等等仪器设备，本文中不逐一概述了，仅以当今生命科学Z热门的三大主题，概述生命科学技术与相关仪器的新进展。

1.基因测序和基因转录技术与仪器

50年前提出了DNA双螺旋结构以后，癌基因以及内切酶，逆转录酶等的相继发现使生命科学经历了一场的大革命。随着对基因的进一步认识，科学家不仅把这些知识应用到人类的健康，而且还延伸到与人类生存息息相关的农业，畜牧业等各个领域中去。目前的主要目标：一是基因ZL的研究;二是用于药物研究的动物模型开发和建立有用的细胞株;三是对农产品和畜牧业进行基因改造，创造高产、优质、高抗的新品种、对人体有益的健康食品。

(1)基因测序技术与仪器

科学家希望将来能够为病人提供根据他们自己的遗传特征“定制”的药物，这需要对病人的基因组进行测序。人类基因组的diyi次测序用了10多年。一些新兴的生物技术公司，试图将时间缩短到24小时以内。基因组测序领域的先驱Craig Venter说：“我们的目标是只花费1,000美元，在几分钟或者几秒钟内完成一个基因组的测序”。美国政府给予了大力的资助(NIH给了8,000万美元的专项)，2006年10月初美国的民间基金会(X-prize)提出了1,000万美元的奖励。快速低成本人类全基因组测序技术正在全世界范围内高速发展，已经成为国际上一个竞争十分激烈的研究领域。例如美国454 生命科学公司已经研制出商品化的测序设备和试剂，能够对600kb的微生物基因组进行测序，准确率可达到99.99%。

双脱氧核苷酸链终止法(Sanger法)是目前使用Z普遍的DNA序列分析技术。Sanger法Z多可以测试约1,000个碱基的序列，这个限制主要是由于序列长度的增加会造成链终止的几何可能性减少。要想在几秒钟内对数以10亿的碱基对进行测序，需要完全不同的方法。为此，出现了很多的新技术和新仪器。

A)脉冲多线激发方法(PME， pulsed multilane excitation)
美国贝勒医学院(BCM)和莱斯大学研制出了一种“色盲”荧光检测方法，是基于Sanger法和毛细管电泳技术，叫做脉冲多线激发(PME)，利用4种激光，每种与一种特定的染料相配，利用整个可见光光谱，消除了染料间的交互问题，无需进行进一步的信号处理，能收集更多的信号，提高了DNA测序的灵敏度和精确度。
B)Solexa方法
Solexa公司利用单分子阵列测试genotyping，目的是重测序人类基因组。该公司相继推出了DNA测序表达谱产品(DNA sequencing ,expression profi领)以及microRNA分析平台-Solexa Genome Analysis System。
Solexa方法中，检测可以重复25次，可以同时检测上亿个核苷酸片断。
C)Nanopore sequencing (纳米孔测序方法)
采用完全不同的方法来鉴别DNA分子上的单个碱基，被称为纳米测序。以4种碱基间的物理性质差别为基础，将这种差别转变成为可以检测的信号，从而进行测序。此方法测序的是单个DNA分子，并不需要DNA的扩增。此方法目前还处于理论阶段，仅有实验室的结果。主要面临的挑战是要精炼方法来提高此法检测单个碱基的分辨率。
D)焦磷酸测序法(Pytosequencing)
这是个已经被Biotage AB公司商业化和推向市场的很有前景的新技术，是新一代DNA序列分析技术。这个技术是把一个核苷加入4种酶的混合物(DNA 聚合酶，ATP硫酸化酶，荧光素酶和三磷酸腺苷双磷酸酶)中，利用生物体发光来检测结合到DNA上的核苷。该方法可用于DNA序列分析，配合相应软件可进行SNP分析和SNP频率确定。
E)芯片上的焦磷酸测序技术
该方法可以在包含很多小井(well)的芯片上发生。每个小井中包含着一个核苷链的多个拷贝。这项技术就是454测序仪的技术基础。454 life Sciences公司在2005年8月的Nature杂志上公布了他们开发的比传统的Sanger测序方法快100倍的一种技术。美国能源联合基因研究所(JGL)认为，该方法读出的片断较短，且不能提供配对端点测序信息，故将该方法与sanger结合，可获得更有效，更快捷的测序结果。
F)聚合酶克隆测序(Polony Sequencing)
这个测序系统的变化之一，就是diyi次将聚合酶克隆交联于浸没在乳状液中的珠状微粒上。当扩增反应结束后，每一个微粒上都会携带目的DNA分子的许多拷贝。带有聚合酶克隆的微粒可以分别放在单独的小孔内，或固定在凝胶上，以进行同时测序。
G)杂交测序
利用荧光产生的可视信号来进行检测，类似于碱基连接法。这一测序系统由美国生物科技公司——艾菲矩阵公司(Affymetrix)、佩尔金科学公司(Perlegen Sciences)和Illumina公司开发，已经在商业上广为使用。
除上述各种方法之外，还有其它方法，而且各种方法和系统除了快速读取“字母”(碱基)之外，还需要运算能力足够强大的计算机，迅速处理海量的基因组信息，这仍然是制约快速测序法的一个瓶颈。

(2)基因转录技术与仪器
与基因测序技术发展的同时、基因转录有关设备也相继出台。例如：①聚合酶连反应仪PCR：用于基因或重组基因的克隆;②点转仪：它可以比化学方法更有效的把重组的基因转到活体细胞中去表达;③荧光显微镜：主要用来检测转基因细胞的转基因的成功与否;④细胞流式仪：在检测转基因细胞的转基因成功率。此外，还可以把成功的转基因细胞和失败的转基因细胞分开。

2.蛋白质组学技术与仪器

(1)以高准确度质谱技术为核心的规模化蛋白质鉴定技术与仪器

为了适应蛋白质组研究的需要，从高分辨率、高灵敏度的蛋白质分离与鉴定的线性离子阱-质谱仪(LTQ)到2005年刚推出的LTQ-Orbitrap质谱仪，以及具有小于2ppm的准确度的傅里叶变换离子回旋共振质谱仪近几年层出不穷。结合LTQ三级质谱来确证鉴定肽段的可靠性，目前LTQ-FT所产生的数据假阳性率接近于零。LTQ-Orbitrap质谱仪则利用一种全新的理念，用电场模拟达到接近于FT质谱仪的分辨率和小于5ppm的准确度。近期推出的准确质量标签技术(AMT)，则利用高分辨率、高重现性的多维液相色谱(UPLC)和高精度的LTQ-FT质谱仪结合，实现蛋白质的准确鉴定。高通量、规模化、高速度和高准确度的蛋白质分离与鉴定技术已经为蛋白质组表达谱的研究提供了崭新的发展平台。

(2)蛋白组学研究中的机器人工作站

借用汽车工业自动装配线技术，蛋白质组研究中的机器人工作站的发明和使用，使得高通量、准确、自动化地批量处理样品成为可能。自动化操作系统主要是指实验室自动化工作站，俗称机器人，是由计算机控制的全自动实验室操作设备。试验室自动化工作站的基本功能是可以自动连续地完成试验的基本操作，如加样：即向每个反应单位(微板中的每一个孔)中加入各种不同成分、不同浓度、不同容积的溶液;稀释：实际上就是加入一定容积的样品或试剂溶液后，再加入一定的溶媒;转移：主要是完成某一试剂或样品的位置变化;混合：将加入的不同溶液进行混合，混合的方式有震荡，也可以用加样器反复吹吸混合;洗板：用适当的溶液清洗试验用的微板，或洗除不需要的反应液;温孵：让反应体系在一定的温度条件下保持一定的时间，使之完成反应过程，自动化工作站可以严格控制温孵的温度和时间;检测：试验室自动化工作站一般都可以与某一种或多种检测仪器连接，在试验操作完成后，可以自动进行必要的检测并自动采集、储存数据，完成整个试验过程。

(3)大规模蛋白质-蛋白质相互作用研究技术与仪器

大规模蛋白质-蛋白质相互作用的研究是蛋白质组研究的重要内容。其中酵母双杂交技术平台和亲和纯化技术平台易于大规模、高通量和自动化，已经被广泛用于基因功能、蛋白质连锁图和寻找药物靶点的研究。大规模、高通量的酵母双杂交技术平台的核心仪器设备包括自动化的移液操作和酵母菌液涂板技术平台、高通量的菌落计数和挑取机器工作站、自动化的PCR反应和测序工作站。一套技术平台平均每天可以完成10~20个蛋白质相互作用的筛选和鉴定工作。自动化移液操作和酵母菌液涂板技术平台平均每天可以处理150mm的平板500- 1,000个。高通量的菌落计数和挑取机器工作站每天可以挑取菌落5,000个。自动化的PCR反应和测序工作站可以每天测序反应5,000个。大规模、高通量的亲和纯化技术平台的核心仪器设备包括大规模的生物反应器、旋转培养箱、高通量的蛋白质纯化技术平台、多维色谱分离与MALDI-MS /ESI-MS技术平台。整套技术平台每天可以鉴定10~20个蛋白质复合体。

(4)蛋白质组生物信息学支撑技术

蛋白质组研究的另一大特征是研究对象的众多与产生数据的“海量”。在已经成功的人类基因组计划中，也产生了海量数据。蛋白质作为基因的Z基础单位，采用“大科学”模式来诠释和转化这些数据具有很重要的意义。生物体内涉及的蛋白质种类数以百万计，且含量大小横跨10多个数量级。因此，为了保证其研究结论的准确性、重复性，必须建立符合科学条件的生物信息支撑体系。

生物信息学通过超级计算机、蛋白质信息学软件、工具、数据库及平台对蛋白质科学与技术研究实现全流程数据管理、分析、发布、交换、支持，实现不同层面、目的、来源的实验或分析数据的网络型知识库;实现为以数据为驱动的理论蛋白质科学研究信息平台和蛋白质科学研究网络(虚拟国家实验室)，已经使生物信息学成为实现成员实验室数据资源、分析资源与计算资源的系统整合和无缝共享的重要技术支撑。

(5)发展趋势

未来蛋白质组研究的技术与仪器将向着高分辨率、高准确度、高通量、自动化的方向发展。将高分辨率的分离技术与高灵敏度、高准确度的鉴定技术及更加友好、方便的计算机及软件整合的一体化技术平台，将对蛋白质组研究的发展起到推动作用。另外，蛋白质组研究科学家们也期待着新技术、新方法的突破，以及新仪器的问世。

3.代谢组学技术与仪器

代谢组学是通过考察生物体受到刺激或扰动后其代谢产物的变化来研究生物体系代谢途径的一种技术。这项技术要求能对限定条件下特定生物样本中的所有代谢组分进行定性和定量分析。在代谢组学的分析方法的选择上，需要在分析速度、无偏性和灵敏度上综合进行考虑。在各种技术中，核磁共振技术具备快速和无偏向性的特点，但与其它技术相比灵敏度则太低;其它方法(如CE/LIF)有着很高的检测灵敏度，但为选择性检测。而色谱质谱联用方法(GC/MS和LC/MS)能够很好地兼顾灵敏度和无偏性。

在近两年的代谢组学分析方法的研究集中于无偏性、灵敏度和通量三个方面性能的提高。如使用全二维气相色谱技术和二维液相色谱技术与质谱联用以提高分析方法的分辨率;使用傅立叶变换离子回旋共振质谱提高检测的灵敏度和提供精确的分子量信息，使得代谢物的定性更准确，同时提高分析的通量;使用整体柱提高分析的通量;使用超GX液相色谱提高分析的灵敏度和通量;使用亲水反应色谱柱来扩展检测范围，即应对无偏性的需求。

可用于代谢组学研究的新产品有：Waters UPLC-Q-TOF、Shimadzu IT-TOF、 Agilent 1200、Leco GC×GC-TOF、LC–SPE–NMR。

代谢组学技术分析方法将继续关注分析方法的无偏性、灵敏度和通量三个方面，以满足代谢组学对分析方法的要求。多维色谱及联用技术仍将是这一领域的主要趋势

(十)环境监测仪器

1、国外的技术发展和趋势

(1)环境监测分析仪器

日美等发达国家在环境监测分析仪器的开发、研制以及技术研究和发展方面处于世界领xian地位。通用的大中型分析仪器对安装应用的环境要求较高，因此，多用于实验室的环境监测科研，以及难度较大而且技术性较强的监测分析。环境试样基质复杂，故多采用一系列样品前处理新技术。

开放式UV、IR和TOFMS是空气有机污染物实时监测的新领域。此外，FTIR探测器对于突发性有机***泄漏、化学品恐怖的预警都已成为发达国家的shou选。

如奥博生物公司的生物芯片技术，在欧洲和北美已用于排水的监控，以PCR、ELISA和SPR为机理的生物芯片检测技术发展十分迅速，且在美国已把ELISA技术作为EPA标准。

(2)大气污染探测技术与装备

近年来，国外致力于发展基于激光光源的、监测灵敏度更高的、长光程吸收光谱仪，但目前尚处于试验阶段。在大气污染探测激光雷达方面，近年来倾向于发展探测灵敏度很高的差分吸收激光雷达，用于城市大气环境和城市污染源的高时空分辨率探测。德国、美国、意大利和瑞典等国已分别研制成功车载式差分吸收激光雷达样机，并正在进行实用性试验。考虑到差分吸收激光雷达的技术复杂、造价昂贵、可靠性尚待提高、对操作和维护人员的技术素质要求太高，估计近期内推广使用有困难。因此世界各国也在发展拉曼激光雷达技术。拉曼激光雷达虽然探测灵敏度较差，但其结构简单、造价较低、性能可靠，使用维护方便，使之很适合用于对城市大气污染源的流动监测，正好弥补了常规光学监测手段对污染源监测能力的不足。

(3)我国环境监测与探测仪器的状况

我国环境监测仪器多是出自于中小企业的中低档产品，技术水平低，产品种类单一，故障率高，使用寿命短。从而致使监测频次低、采样误差大、监测数据不准确，不能及时反映排污状况，既影响环境管理的科学决策和执法的严肃性，又易挫伤企业治理污染、保护环境的积极性。国内Zxin研发的原位热湿采样法实现了烟尘在线自动监测和烟尘总量控制的要求。但还有多种污染排放在线监测系统对高温、高湿、高颗粒物含量等带来的测量问题还没有很好的解决。排水、排气污染项目自动监测的手工比对、数据质量的提高以及PM10、PM2.5的监测仪器开发和不同原理仪器监测数据的准确性把握，在我国都存在较大差距。

　　四、我国科学仪器发展的有关问题和政策方面的建议

1、我国科学仪器发展中存在的问题

(1)仍处于与我国科技，经济和社会发展不相称的幼稚期

科学仪器技术和产业属于高科技领域和高技术产业，具有投资风险较高，尤其是进入产业化“门坎”之前，风险高而且投资回报较慢，市场总容量相对有限。但是对整个科技发展、社会进步、工农业生产和国防力量增长的拖动力又很大。我国科学仪器企业规模小，技术创新能力弱，同类产品多家生产，产品大同小异，技术趋同，低价竞争，品种有限，高端甚少，总体上我国科学仪器技术与产业处于与我国科技、经济、社会发展不相称的幼稚期。

(2)研发与产业化结合链上仍存在一定问题

承担国家任务的科研机构、高校和一些重要领域与部门所应用的科研设备和测试仪器长期过度依靠进口，自行研制仪器意识薄弱，过去为企业提供原创性成果甚少，虽提供了一些技术集成性的原理型样机，因与企业结合的链条上存在一定的问题，实现产业化的成功率低、周期长。

(3)存在着跨国科学仪器公司对我国科学仪器的挤压跨国科学仪器公司对我国科学仪器人才实施有力的吸纳举措，同时又以先进的产品对我国科学仪器市场的抢占，对ZG科学仪器企业的挤压是很明显的。

2、扭转颓势振兴科学仪器产业的几点建议

ZG科学仪器市场处于高增长、动态多变、剧烈竞争的时期。今后15年到20年是我国在科学仪器研发上尽快扭转颓势的重大机遇期，也是历史给ZG科学仪器研发和产业振兴的黄金时期。要使处于弱势的ZG企业赢得胜利，迫切需要政府加强领导，加强宏观调控和政策引导，特此建议：

1.研究建立完善我国科学仪器工业创新体系，组织制订振兴科学仪器工业发展的中长期规划，组织几个重大工程性项目，确保实现《规划纲要》提出的任务和目标。

2.要努力改变世界科学仪器的市场格局，切实解决对外依存度过高的问题。

要使自主创新成为科学仪器产业技术的主导，降低对外技术依存度，需要解决两个问题：原始技术创新的科技力量布局问题和国家给企业创造市场的问题对国家ZD投资建设项目的仪器设备采购，一方面，在引进进口仪器时，用户方与国内科学仪器制造方应紧密配合，全面消化吸收国外先进技术，从而达到Zda限度发挥进口仪器作用的目的;另一方面，实施“准政府采购”(项目订购或首购)，在被挤压的市场中给我国企业一个稳定的市场份额，给企业提供自主创新仪器和工业化试验的机会和舞台，以增强企业自主创新的激情和动力。

3.切实贯彻国务院《关于加快振兴装备制造业的若干意见》指示精神，认真落实国家对企业自主创新、研发投入的优惠政策和进口仪器关键部件的税收优惠政策。

4.加速科学仪器科学与技术创新体系建设，实现企业为主导。全面研究和支持企业实现自主创新主体地位的金融、科技计划等方面政策，特别是对解决产、学、研、用技术创新体系建设和科学仪器人才缺乏、失衡的问题的研究。并制订和实施具体的应对措施。

我国目前正处在“自主创新”时代，科学仪器技术和产业正在快速发展，一些具有现代企业特征的新兴企业成长迅速，科学仪器开始从“制造”走向“创造”之路。但总体而言，我国科学仪器产业还处于初始阶段，我们应该冷静、清醒地看到并承认差距和困难，也深知今后10~15年是我国仪器工业追赶世界先进水平的关键时期。

但只要我们坚持以科学发展观统领全局，转变发展观念、创新发展模式、提高发展质量，我们的