8月13日，記者從位于光谷七路的武漢中科牛津波譜技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中科牛津”）獲悉，該公司于近日在高端科研儀器領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破，攻克了14萬高斯穩(wěn)態(tài)高場(chǎng)超導(dǎo)磁體這一核心關(guān)鍵技術(shù)，成功研發(fā)出我國(guó)首臺(tái)600兆超導(dǎo)核磁共振波譜儀（以下簡(jiǎn)稱“核磁共振波譜儀”）。至此，我國(guó)成為繼德國(guó)、日本之后，僅有的三個(gè)實(shí)現(xiàn)核磁共振波譜儀整機(jī)制造且核心部件完全自主研發(fā)的國(guó)家之一。
開展前沿科學(xué)研究 必不可少的“利器”
依托中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院（以下簡(jiǎn)稱“中國(guó)科學(xué)院精測(cè)院”）成立的中科牛津，是國(guó)內(nèi)唯一從事超導(dǎo)核磁共振波譜儀研發(fā)、生產(chǎn)和服務(wù)的企業(yè)。走進(jìn)公司一樓大廳，一臺(tái)儀器模型裝置映入眼簾，旁邊整齊擺放著各種應(yīng)用場(chǎng)景展板。
“核磁共振波譜儀是一種基于量子精密測(cè)量的高端科研儀器，是開展前沿科學(xué)研究必不可少的分析工具?！敝袊?guó)科學(xué)院無線電物理博士、公司總經(jīng)理宋侃向記者做起了科普。
在強(qiáng)磁場(chǎng)中，科研人員能夠觀察到日常條件下看不到的物理現(xiàn)象，對(duì)有機(jī)和無機(jī)物的成分、結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性分析。
國(guó)內(nèi)985、211高校，科研院所的相關(guān)學(xué)科以及部分制藥企業(yè)都配備了這臺(tái)儀器。據(jù)中科牛津的市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告，截至目前，核磁共振波譜儀的市場(chǎng)保有量在3000臺(tái)左右，每年的需求大約在100到200臺(tái)之間，主要依賴進(jìn)口。一旦出現(xiàn)故障，維修部件往往要寄回國(guó)外處理，需要等待幾個(gè)月甚至半年時(shí)間，嚴(yán)重制約了科研進(jìn)展。
“提到穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)，大家可能感覺很陌生，但實(shí)際上它早已進(jìn)入我們的生活?！彼钨└嬖V記者，人體磁共振成像儀就是穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)的典型應(yīng)用之一。
說話間，記者隨宋侃走進(jìn)生產(chǎn)車間，磁體工程師正在對(duì)一臺(tái)波譜儀進(jìn)行磁體組裝及最終測(cè)試。3根鋼柱支撐起一個(gè)直徑約1米、高約1.8米的圓罐，整體形態(tài)和桶裝水有點(diǎn)像。
“這就是我國(guó)首臺(tái)自主研發(fā)的600兆超導(dǎo)核磁共振波譜儀，罐體里面就是磁場(chǎng)強(qiáng)度14萬高斯的超導(dǎo)磁體，是地球磁場(chǎng)的20多萬倍?！彼钨┙榻B，地球磁場(chǎng)約是0.5高斯，這0.5高斯的強(qiáng)度足以撬動(dòng)指南針。在14萬高斯的場(chǎng)強(qiáng)下，原子核會(huì)沿著磁場(chǎng)方向排列，通過額外施加電磁場(chǎng)，使原子核產(chǎn)生可檢測(cè)的信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過處理后，可以反映出物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。
2018年，中科牛津?qū)崿F(xiàn)了400兆核磁共振波譜儀的產(chǎn)業(yè)化，并開始國(guó)內(nèi)銷售。“400兆對(duì)應(yīng)的場(chǎng)強(qiáng)是9.4萬高斯。600兆和400兆相比，就像顯微鏡放大30倍比放大10倍看得更清楚?！彼钨┱f，磁場(chǎng)越強(qiáng)，越有助于科研人員探明物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為人類探索自然規(guī)律、研究新型技術(shù)提供更好的條件。
摸著石頭過河 搭建國(guó)內(nèi)生產(chǎn)線
宋侃介紹，磁場(chǎng)產(chǎn)生的原理很簡(jiǎn)單，通電的螺線管就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，電流密度越大，磁場(chǎng)越強(qiáng)。相比常規(guī)導(dǎo)體需要通電才能產(chǎn)生電流，超導(dǎo)體由于幾乎沒有電阻，不需要電源即可閉環(huán)形成強(qiáng)大的電流，從而可以長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定、均勻的強(qiáng)磁場(chǎng)。
從9.4萬高斯到14萬高斯，看起來似乎微不足道，但突破的背后，不僅包括材料、技術(shù)、工藝等改進(jìn)，還需要研究和設(shè)計(jì)思路上的創(chuàng)新。
“就好比100米自由泳，潘展樂在巴黎奧運(yùn)會(huì)4×100米混合泳接力中，游進(jìn)了46秒，這是不是他的極限我不知道，但在此基礎(chǔ)上縮短哪怕0.5秒，難度都極大?！睈劭大w育比賽的宋侃打了一個(gè)比方。
“全球范圍能提供商用600兆超導(dǎo)磁體的國(guó)家只有英國(guó)、德國(guó)和日本。如果不攻克這個(gè)技術(shù)，我們的整機(jī)制造就會(huì)受制于人?！彼钨└嬖V記者，2016年，中科牛津與英國(guó)牛津儀器公司達(dá)成合作，進(jìn)行超導(dǎo)磁體的技術(shù)轉(zhuǎn)移。同年，公司組織技術(shù)團(tuán)隊(duì)到英國(guó)牛津?qū)W習(xí)磁體技術(shù)和制造工藝。
學(xué)成回來后，宋侃發(fā)現(xiàn)，萬里長(zhǎng)征才走完第一步。由于核磁共振波譜儀的全球市場(chǎng)規(guī)模僅為醫(yī)用人體磁共振成像儀的十分之一，技術(shù)難度又大，因此上游廠家很少，需要自己構(gòu)建起供應(yīng)鏈。比如所需的超導(dǎo)線材，極為稀缺。為獲取這種材料，科研人員要找線材廠家共同攻關(guān)技術(shù)難點(diǎn)。
宋侃告訴記者，那時(shí)候光谷七路連路燈都沒有，晚上出了園區(qū)伸手不見五指。“我們十幾個(gè)年輕人就住在廠房，憑著對(duì)事業(yè)的熱愛和激情，一天工作10多個(gè)小時(shí)，累了就去歇會(huì)兒，起來接著干。周末，從光谷坐3個(gè)小時(shí)車到市區(qū)補(bǔ)充點(diǎn)物資，天黑前再坐車返回廠房?！? 這樣的生活持續(xù)了好幾年，直到國(guó)內(nèi)生產(chǎn)線搭建成功。
“完全是摸著石頭過河?！彼钨┱f，生產(chǎn)用的設(shè)備定制化程度太高，市場(chǎng)需求又不大，國(guó)內(nèi)好多設(shè)備廠家既沒見過也沒興趣做。研發(fā)團(tuán)隊(duì)必須自己傾注心血進(jìn)行設(shè)計(jì)、研制、驗(yàn)證再投入生產(chǎn)使用，產(chǎn)線的搭建花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力。
幾代人的技術(shù)積累 才有今天的成功
“核磁共振波譜儀是科技部支持國(guó)產(chǎn)大型科學(xué)儀器開發(fā)項(xiàng)目里，國(guó)產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化都做得比較好的項(xiàng)目?！痹娛驴茖W(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院研究員，“十一五”“十二五”國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)項(xiàng)目專家組專家顏賢忠教授告訴記者：“幾代人的技術(shù)積累，才有今天的成功?！?nbsp;
以中國(guó)科學(xué)院精測(cè)院葉朝輝院士為代表的一代探索者，在20世紀(jì)70年代就開始進(jìn)行核磁共振波譜儀的理論探索。2009年，葉院士接受科學(xué)時(shí)報(bào)采訪時(shí)曾表示，新儀器和新技術(shù)是創(chuàng)新的重要源泉。如果放棄儀器的自主研制，往往拿不到原創(chuàng)性的東西。
“對(duì)于研制核磁共振波譜儀這個(gè)項(xiàng)目，國(guó)家一直很重視，也很支持。”顏賢忠教授說，2006年、2011年，中國(guó)科學(xué)院精測(cè)院葉朝輝院士、劉買利院士親自牽頭負(fù)責(zé)“十一五”“十二五”科技部重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)重點(diǎn)專項(xiàng)的項(xiàng)目實(shí)施。 葉朝輝院士的博士、宋侃的博士生導(dǎo)師劉朝陽研究員是這兩個(gè)項(xiàng)目的技術(shù)負(fù)責(zé)人，在葉朝輝院士、劉買利院士的支持下，劉朝陽帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了核磁共振波譜儀的研發(fā)及工程化，攻克了波譜儀控制臺(tái)、寬帶高精度頻率源、自動(dòng)勻場(chǎng)、復(fù)雜譜信號(hào)處理等諸多波譜儀關(guān)鍵技術(shù)，研制出完整的原型樣機(jī)。
“原型樣機(jī)是產(chǎn)品開發(fā)過程中試制階段的樣品，用來驗(yàn)證產(chǎn)品的技術(shù)可行性和工藝可行性?！彼钨┱f，這一步非常關(guān)鍵。當(dāng)時(shí)他跟著導(dǎo)師劉朝陽參與項(xiàng)目，為了達(dá)到和進(jìn)口儀器同樣的指標(biāo)水平，他們把同一套標(biāo)準(zhǔn)樣品和測(cè)試流程在進(jìn)口儀器和原型樣機(jī)上進(jìn)行反復(fù)測(cè)試對(duì)比，一點(diǎn)一點(diǎn)校準(zhǔn)、優(yōu)化儀器的性能參數(shù)。
精益求精的鉆研精神，從一個(gè)指標(biāo)可見一斑。比如分辨率，為了和進(jìn)口設(shè)備的精度誤差控制在十億分之一以內(nèi)，團(tuán)隊(duì)要反復(fù)調(diào)試幾個(gè)月甚至半年。“高端科研儀器是一點(diǎn)一滴鉆研出來的。只有每個(gè)指標(biāo)都近乎完美，儀器才穩(wěn)定可靠?！彼钨└嬖V記者。
2014年，劉朝陽團(tuán)隊(duì)完成了核磁共振波譜儀“從0到1”的技術(shù)突破，研究成果獲得了湖北省技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。宋侃說，正是在這個(gè)過程中，團(tuán)隊(duì)積累了很多系統(tǒng)集成和整機(jī)技術(shù)的寶貴經(jīng)驗(yàn)，才有能力讓技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，成為實(shí)實(shí)在在的生產(chǎn)力。
已接到十多所院校的訂單 中國(guó)科學(xué)院海西研究院正在裝機(jī)
8月8日，中國(guó)科學(xué)院海西研究院開始安裝中科牛津的核磁共振波譜儀。裝機(jī)成功后，海西研究院將用來研究太陽能電池器件中的有機(jī)功能材料以及熱電器件中有機(jī)材料的結(jié)構(gòu)、純度等。
“這是公司安裝的第200臺(tái)，也是600兆超導(dǎo)磁體全部國(guó)產(chǎn)化的第一單，目前已接到十多所院校的訂單?！彼钨└嬖V記者，200臺(tái)包括此前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的400兆核磁共振波譜儀，通過這幾年的市場(chǎng)反饋，公司的產(chǎn)品認(rèn)可度越來越高。除中國(guó)科學(xué)院下屬院所以外，儀器在清華大學(xué)、北京大學(xué)、上海交通大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、武漢大學(xué)等高校已投入使用，并出口十多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，預(yù)計(jì)可支撐上千項(xiàng)課題的研究。
去年，由中科牛津牽頭承擔(dān)的“十四五”科技部重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)正式立項(xiàng)并啟動(dòng)，標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)核磁共振波譜儀向著更高性能和健全的產(chǎn)業(yè)發(fā)展邁入新的階段。
“核磁共振波譜儀的研制，承載了中國(guó)科學(xué)院精測(cè)院幾代人的辛苦探索和心愿，我們年輕一輩要繼續(xù)奮斗?！睂?duì)未來，今年38歲的宋侃充滿信心，他將帶著這支平均年齡不到40歲的團(tuán)隊(duì)全力以赴，繼續(xù)攻關(guān)，生產(chǎn)穩(wěn)定、可靠、好用、耐用的核磁共振波譜儀，以?shī)^勇爭(zhēng)先的姿態(tài)，為加快實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)積極貢獻(xiàn)力量。
