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小晶體折射大難題:原始創新為何還錯過產業先機

瀏覽:次    發布日期: 2019-02-22 18:32:32


■本報通訊員 耿挺 記者 黃辛

同一起點,相同的成果,在中美兩國的科技成果轉化道路上,走出了截然不同的結果。

在9月7日中科院上海硅酸鹽所舉辦的第一屆醫用超聲材料和器件產業發展創新論壇上,一塊小小的弛豫鐵電PMNT單晶體,引起了專家、企業家的熱烈討論,也折射出我國科技界與產業界的尷尬與困惑。

同時起步

做過B超、彩超檢查的人,都有過被醫生用一個探頭在身體上來回掃描的經歷。當探頭掃過身體,超聲儀器上就能顯示出你體內各種器官的圖像。這其中的奧秘就在位于探頭部位的一塊壓電材料:它能將電信號轉化為聲波,隨后將聲波發射到身體內部。當聲波碰到器官等障礙物后就會反彈回來形成回波。壓電材料接收到回波,并將其轉化為電信號,最終變成圖像。

壓電材料的好壞直接決定了圖像的清晰度和準確度,也就決定了這臺超聲醫療診斷設備的質量好壞。在醫用超聲設備產業,一個探頭的價格占了整個設備的一半,而壓電材料更被稱為產業瓶頸和技術明珠。

一直以來,陶瓷材料占據著壓電材料的霸主地位。弛豫鐵電單晶PMNT材料誕生之后,醫用超聲設備產業就開始夢想著用PMNT單晶替代陶瓷材料,以獲得清晰度更高、準確性更好,能夠幫助醫生更準確診斷病情的單晶B超機。

在PMNT單晶制備領域,中科院上海硅酸鹽所走在了世界前列。1997年,該所以研究員羅豪甦為首的一批科研人員在國際上率先突破了助熔劑生長PMNT單晶的限制,采用Bridgman方法制備大尺寸高質量的PMNT單晶。

與此同時,正在美國伊利諾伊州立大學的韓芃棣創辦了H.C. Materials公司。他曾經在上海硅酸鹽所工作過4年,于1987年赴美。在中國科學家的制備方法啟發下,韓芃棣開始集中研發PMNT單晶制備,并在1997年成功制備出幾毫米的PMNT單晶。

這就是后來羅豪甦和韓芃棣被業內稱為全球制備PMNT單晶體最頂尖的兩位科學家的原因。接下來,就看誰能率先完成科技成果產業化,從而摘下這顆產業明珠了。

不同結果

在科技成果轉化的道路上,羅豪甦和韓芃棣遭遇了截然不同的命運。

“我把PMNT單晶帶到了當時國內最大的B超生產公司,但對方給我的答復是:國外還沒有做,我們做風險太大。”回憶起當時的場景,羅豪甦不由得長嘆一聲,充滿了遺憾和失望。后來,國內又有幾家公司拿了PMNT單晶去做試驗,但最后都不了了之。

幾年之后,羅豪甦的實驗室得到了GE、東芝、飛利浦、西門子等公司尋求合作的要求。在飛利浦,羅豪甦看到了一直牽掛在心的PMNT單晶探頭高清彩超。有一個畫面讓羅豪甦至今不能忘懷,“在彩超顯示屏上,心臟里血液隨著心臟的跳動,從心房沖過瓣膜進入心室”。在過去陶瓷探頭下,醫生們絕對看不到如此精細的畫面的。羅豪甦明白,國外公司已經實現PMNT單晶的成果轉化。而這家公司就是韓芃棣的H.C. Materials公司。

“我的成功得益于美國推動小微企業創新創業的‘小企業創新研究資助計劃(SBIR計劃)’和‘小企業技術轉移資助計劃(STTR計劃)’。”韓芃棣說。1998年,他獲得了SBIR計劃20萬美元的第一階段無償資助。依靠這筆資金,韓芃棣完善了制備技術。隨后,SBIR計劃第二階段100萬美元,使得他開始將PMNT單晶從實驗室搬到工廠,測試工業化生產的技術。2002年,飛利浦找到只有7個人的H.C. Materials公司,在經過一番評估之后,下定決心生產采用PMNT單晶探頭的醫用高端超聲設備,從而打開了該領域產業升級的步伐。而H.C. Materials公司成了飛利浦的供應商,也成為該產業鏈的幾乎是唯一的上游企業。

在飛利浦之后,GE也開始進入這一市場,并向韓芃棣采購PMNT單晶。到2012年,H.C. Materials公司僅僅提供給飛利浦的單晶就產生了750萬美元的收益。2013年,H.C. Materials公司被另一家美國公司收購,其2014年PMNT單晶產值已經達到1800萬美元,占據了世界市場70%的份額。

如今,PMNT單晶探頭只占全球每年生產約100萬個探頭總量的6.5%,但價值卻占據了總產值的近八成,成為典型的高附加值高科技產品。無論是飛利浦、GE還是西門子,都把PMNT單晶探頭看作產業的未來,認為將完全取代傳統的陶瓷材料。僅僅這一系列的新產品每年就能給飛利浦和GE帶來10億美元和30億美元的收益。而這一數字還將會持續增長,因為中國是最重要的一個市場。

奮起直追

中國工程院院士吳以成、中科院上海硅酸鹽研究所所長宋力昕等表示,預計2020年國際醫用超聲市場將達到200億美元規模。

“想一想中國那么多臺陶瓷材料B超升級成PMNT單晶材料B超,將會帶來多么巨大的市場價值。”韓芃棣激動地問道,“在PMNT單晶領域,我們國家有技術、有市場,為什么不干起來?”

在PMNT單晶制備技術上,羅豪甦帶領的科研團隊已經獲得了11項國家發明專利,并能夠制備出3英寸、4英寸的晶體,這與美國的水平不相上下。但只有這一個環節達到高水平是遠遠不夠的,問題的關鍵在于如何打通產業鏈。從晶體到探頭,再到系統和整機,需要各個產業環節有企業接力。

值得高興的是,在論壇上,每個環節都有國內企業參加,并顯示出蓄勢待發的態勢。從探頭研制到整機生產,國內醫用超聲設備產業正奮起直追。對此,韓芃棣建議,位于產業鏈各個環節的科研機構和企業各司其職,形成合力,打造中國高端醫用超聲設備產業。

“無論是上海科創中心的成立,還是最近剛剛修訂后的《促進科技成果轉化法》,都給了我們很大信心。”宋力昕表示,“希望我們能抓住這一產業轉型升級的良機,在合適的政策鼓勵下,加速發展我國醫療裝備產業。”

《中國科學報》 (2015-9-15 第1版 要聞)


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