光阱是一种新型的光学微操作技术。它用高数值孔径物镜将一束光聚焦成一个微米级的光斑,形成梯度来捕获和移动微小颗粒。这项技术广泛应用于各种微观研究领域。
微型色谱仪将迅速发展。C2V公司推出了世界上最小最快的手持式气相色谱仪,主机尺寸仅为124×84×60mm,柱模块尺寸为60×100×12.5mm,可在10-30秒内完成天然气主要成分的全分析。
核磁共振仪的小型化近年来取得了很大进展。瑞士纳沙泰尔大学成功开发了一种可用于微流控芯片核磁共振全分析系统的高品质因子射频平面微线圈。所需样品量仅为1-100纳升,几秒钟内即可得到所需的信噪比。核磁共振小型化应该是一个值得关注的发展方向。
光频梳光谱技术是近年来发展起来的另一项重要仪器技术,它可以在很短的时间内高灵敏度地检测多种不同的气体,将在临床诊断中发挥重要作用。
当今时代已经进入了分子和原子分析检测的新阶段,微纳技术的发展直接推动了精密检测仪器的快速发展。特别要关注MEMS/NEMS(微机电系统/纳机电系统)测试仪器,以扫描隧道显微镜、原子力显微镜为代表的扫描探针显微镜,以及基于STM/AFM基本原理新开发的一系列SPM,如磁力显微镜、静电力显微镜等。
随着激光、电子学、光谱学、显微镜学、光纤等技术的发展,集光子学和生命科学于一体的新兴学科——生物医学光子学迅速成长,许多新的科学仪器应运而生。这些仪器的应用不仅丰富了人们对光与生物组织相互作用机理的认识,而且促进了各种新型生物研究仪器和医学诊断仪器的发明。光子成像技术主要包括漫射光层析成像、荧光成像、相干层析成像、光声成像等。光学相干层析成像(OCT)是在一维光学低相干反射测量技术的基础上,结合共焦显微术和低相干光外差探测技术的一种二维或三维成像技术。
过去,光谱分析仪器主要应用于基础学科研究、矿物分析、产品质量监控等领域。一个值得关注的新发展趋势是,由于人类生存和发展的一些迫切需要,以及计算机软硬件、微电子、计算数学和微器件的发展所提供的新技术成果,光谱技术和仪器迅速扩展到生物、环境、医疗等领域。无论是理论研究、技术发展还是仪器创新都取得了明显的进步,今后还会发展得更快。
前面提到,我国的仪器仪表和测量控制还有很大差距,面临着落后被动的局面。但是,由于国家的重视和支持,以及仪器仪表和技术工作者的努力,近年来,我国的仪器仪表和测量控制取得了可喜的成绩,取得了很大的进步。认真总结我国仪器仪表和测量控制的发展,有助于我们明确方向,增强信心。让我们简单回顾一下近年来我国仪器仪表和测量控制的巨大进步。
在工业自动化仪表方面,近年来温度仪表的重要进展主要体现在红外热像仪的应用范围迅速扩大。米锥流量计的创新成果显著。中国已经拥有与V锥相关或相似的各类流量计产品专利20余项,其中至少6项为发明专利,超过美国,成为V锥流量计专利产出高的国家。国内低端压力变送器和带HART功能的压力变送器近年来也发展很快,品种多、规格全、价格低,在市场上变得很有竞争力。控制阀行业近年来取得了显著的进步,“漏”的现象有了很大的改善,很多产品达到了国外主流产品的水平。
在控制系统方面,进展令人鼓舞。国产DCS系统已进入大型超临界火电机组控制系统。2007年1月,上海自动化仪表有限公司的DCS系统在襄樊电厂第一台600MW超临界机组上投运,并成功移交生产。2007年11月,国之神公司成功签约江苏谏壁1000MW超临界机组自动化控制系统项目,并于2008年第三季度成功中标两个大型超临界火电机组自动化控制系统项目。利时公司和浙江孔众公司的DCS系统近年来在大型交通和石化项目中得到了成功应用。特别是国产DCS系统在核电工程中的应用已经进入核岛控制系统。
根据ISA-95定义的MES系统模型,浙江孔众软件技术有限公司开发了ESP-Supplier生产套件软件,该软件涵盖了ISA-95的大部分功能,在应用中取得了良好的效果。公司已成为ISA-95正式成员,直接参与MES标准的制定。
2007年,和利时公司被《ARC与控制》杂志评为全球过程自动化50强企业,浙江孔众公司也在评选过程中获得提名,这标志着中国自动化控制系统企业进入了参与国际竞争的新阵地。
科学仪器最能体现仪器仪表不仅是知识创新和技术创新的重要工具,也是科技创新研究的主题之一和创新成果的重要体现。
近年来,在国家的大力支持下,科学仪器发展迅速。以质谱仪为代表的高端科学仪器取得了长足的进步,出现了可以与国外产品抗衡的国产GC-MS仪器。特别是中国的“嫦娥”月球航天卫星上天,搭载了中国自主研制的多光谱遥测与信号传输仪器。四川汶川地震后,全国各地迅速送来了大量用于环境和水文测量的便携式分析仪器,显示了我国科学仪器行业的实力。
必须强调的是,嫦娥一号卫星搭载的探测仪器有八种,分别是用于探测月球表面三维图像的CCD相机和激光高度计;干涉成像光谱仪、伽玛射线光谱仪和X射线光谱仪,用于探测月球表面化学元素和物质的组成和丰度;月球土壤厚度探测微波探测器:用于地球和月球空间环境探测的太阳高能粒子探测器和两个低能粒子探测器都是由中国科技人员自主设计和研制的。这些仪器不仅达到了世界同类仪器的技术水平,而且在许多方面都有我们自己的特色和创新。八种探测仪器的特点和创新点包括:首次对月球表面进行三维摄影,对研究月球表面地形、地质结构和撞击坑具有重要意义;使用的伽马能谱仪的分辨率和灵敏度高于国际上以往探月使用的同类仪器,因此可以探测更多的元素等等。这一进展被专家认为是近两年来我国仪器仪表最重大的进展。
此外,近年来,中国在科学仪器领域取得了许多有价值的进展。比如,我们自主研发了国际领先的分子束科学仪器——氢原子里德堡飞行时间谱交叉分子束装置;第一台国际真空紫外激光角分辨光电子能谱仪:离子迁移谱检测技术微量爆炸物快速检测仪:新型生命探测仪“SJ-3000搜救雷达”;便携式高分辨率浅水多波束测深仪:光学捕获理论研究取得进展;光学相干层析成像技术和相关仪器的发展已经取得了许多进展。
在十一五规划和创新型国家建设中,医疗器械行业被列为重点发展行业。国家在研发、技术平台建设、研究中心、重点实验室、产业基地等方面加大支持力度。近年来,医疗仪器有了很大的进步。在医学影像仪器、x光机、CT机、超声扫描成像仪和图像后处理与分析系统方面,无论是技术水平还是产品质量都有了显著提升。在医疗电子技术和仪器方面,值得一提的是,清华大学开发了可以作为个人电脑外设的脑控键盘和鼠标,还开发了基于嵌入式系统的脑控家庭环境控制器,用于帮助丧失运动能力和长期卧床的残疾人。2007年,世界技术评价中心对这一成果给予了高度评价。眼科仪器方面,中科院成都光电技术研究所在波前像差检测和自适应光学矫正技术方面实力雄厚。近两年来,他们创新性地将技术优势应用于眼科领域,开发了人眼波前像差检查和矫正系统,同时利用人眼自适应光学矫正技术拍摄视网膜细胞的高分辨率照片,引起了世界的高度关注。他们研制的超高分辨率眼底相机和自适应光学矫正仪处于世界先进水平。关于医用激光仪器,复旦大学和长春应用化学研究所经过四年的共同努力,利用毛细管电泳电化学发光检测、表面等离子体共振(SPR)、激光诱导荧光等光谱技术,结合蛋白质芯片或基因芯片传感器等,,创新性地开发了部分肿瘤标志物快速检测仪和肿瘤标志物分析参数配套数据库,对恶性肿瘤的早期预警和早期诊断具有较高的临床应用价值。生物芯片技术在疾病分子诊断中的应用?后评估和预测、个体化医疗保健、新药研发、优生学、公共卫生和传染病监测等诸多领域具有广泛的应用价值。生物芯片(北京)国家工程研究中心与博奥生物股份有限公司形成了生物芯片制备、微阵列制备、杂交、清洗干燥、扫描、试剂耗材、配套仪器控制软件、数据分析软件、数据库平台资源的成套化和系列化,不仅打破了长期制约我国微阵列芯片及相关科研发展的国外垄断,而且形成了具有产业规模和国际竞争力的生物芯片技术平台产品。其技术完善、质量稳定的双激光共焦扫描仪,近年来实现了100%以上的年均复合增长率,在国际市场尤其是欧美发达国家占据了一席之地,赢得了良好的口碑。