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小晶体折射大难题

2019-10-08 21:48:34来源:励志吧0次阅读

同一起点,相同的成果,在中美两国的科技成果转化道路上,走出了截然不同的结果。

在9月7日中科院上海硅酸盐所举办的第一届医用超声材料和器件产业发展创新论坛上,一块小小的弛豫铁电PMNT单晶体,引起了专家、企业家的热烈讨论,也折射出我国科技界与产业界的尴尬与困惑。

同时起步

做过B超、彩超检查的人,都有过被医生用一个探头在身体上来回扫描的经历。当探头扫过身体,超声仪器上就能显示出你体内各种器官的图像。这其中的奥秘就在位于探头部位的一块压电材料:它能将电信号转化为声波,随后将声波发射到身体内部。当声波碰到器官等障碍物后就会反弹回来形成回波。压电材料接收到回波,并将其转化为电信号,最终变成图像。

压电材料的好坏直接决定了图像的清晰度和准确度,也就决定了这台超声医疗诊断设备的质量好坏。在医用超声设备产业,一个探头的价格占了整个设备的一半,而压电材料更被称为产业瓶颈和技术明珠。

一直以来,陶瓷材料占据着压电材料的霸主地位。弛豫铁电单晶PMNT材料诞生之后,医用超声设备产业就开始梦想着用PMNT单晶替代陶瓷材料,以获得清晰度更高、准确性更好,能够帮助医生更准确诊断病情的单晶B超机。

在PMNT单晶制备领域,中科院上海硅酸盐所走在了世界前列。1997年,该所以研究员罗豪甦为首的一批科研人员在国际上率先突破了助熔剂生长PMNT单晶的限制,采用Bridgman方法制备大尺寸高质量的PMNT单晶。

与此同时,正在美国伊利诺伊州立大学的韩芃棣创办了H.C. Materials公司。他曾经在上海硅酸盐所工作过4年,于1987年赴美。在中国科学家的制备方法启发下,韩芃棣开始集中研发PMNT单晶制备,并在1997年成功制备出几毫米的PMNT单晶。

这就是后来罗豪甦和韩芃棣被业内称为全球制备PMNT单晶体最顶尖的两位科学家的原因。接下来,就看谁能率先完成科技成果产业化,从而摘下这颗产业明珠了。

不同结果

在科技成果转化的道路上,罗豪甦和韩芃棣遭遇了截然不同的命运。

“我把PMNT单晶带到了当时国内最大的B超生产公司,但对方给我的答复是:国外还没有做,我们做风险太大。”回忆起当时的场景,罗豪甦不由得长叹一声,充满了遗憾和失望。后来,国内又有几家公司拿了PMNT单晶去做试验,但最后都不了了之。

几年之后,罗豪甦的实验室得到了GE、东芝、飞利浦、西门子等公司寻求合作的要求。在飞利浦,罗豪甦看到了一直牵挂在心的PMNT单晶探头高清彩超。有一个画面让罗豪甦至今不能忘怀,“在彩超显示屏上,心脏里血液随着心脏的跳动,从心房冲过瓣膜进入心室”。在过去陶瓷探头下,医生们绝对看不到如此精细的画面的。罗豪甦明白,国外公司已经实现PMNT单晶的成果转化。而这家公司就是韩芃棣的H.C. Materials公司。

“我的成功得益于美国推动小微企业创新创业的‘小企业创新研究资助计划(SBIR计划)’和‘小企业技术转移资助计划(STTR计划)’。”韩芃棣说。1998年,他获得了SBIR计划20万美元的第一阶段无偿资助。依靠这笔资金,韩芃棣完善了制备技术。随后,SBIR计划第二阶段100万美元,使得他开始将PMNT单晶从实验室搬到工厂,测试工业化生产的技术。2002年,飞利浦找到只有7个人的H.C. Materials公司,在经过一番评估之后,下定决心生产采用PMNT单晶探头的医用高端超声设备,从而打开了该领域产业升级的步伐。而H.C. Materials公司成了飞利浦的供应商,也成为该产业链的几乎是唯一的上游企业。

在飞利浦之后,GE也开始进入这一市场,并向韩芃棣采购PMNT单晶。到2012年,H.C. Materials公司仅仅提供给飞利浦的单晶就产生了750万美元的收益。2013年,H.C. Materials公司被另一家美国公司收购,其2014年PMNT单晶产值已经达到1800万美元,占据了世界市场70%的份额。

如今,PMNT单晶探头只占全球每年生产约100万个探头总量的6.5%,但价值却占据了总产值的近八成,成为典型的高附加值高科技产品。无论是飞利浦、GE还是西门子,都把PMNT单晶探头看作产业的未来,认为将完全取代传统的陶瓷材料。仅仅这一系列的新产品每年就能给飞利浦和GE带来10亿美元和30亿美元的收益。而这一数字还将会持续增长,因为中国是最重要的一个市场。

奋起直追

中国工程院院士吴以成、中科院上海硅酸盐研究所所长宋力昕等表示,预计2020年国际医用超声市场将达到200亿美元规模。

“想一想中国那么多台陶瓷材料B超升级成PMNT单晶材料B超,将会带来多么巨大的市场价值。”韩芃棣激动地问道,“在PMNT单晶领域,我们国家有技术、有市场,为什么不干起来?”

在PMNT单晶制备技术上,罗豪甦带领的科研团队已经获得了11项国家发明专利,并能够制备出3英寸、4英寸的晶体,这与美国的水平不相上下。但只有这一个环节达到高水平是远远不够的,问题的关键在于如何打通产业链。从晶体到探头,再到系统和整机,需要各个产业环节有企业接力。

值得高兴的是,在论坛上,每个环节都有国内企业参加,并显示出蓄势待发的态势。从探头研制到整机生产,国内医用超声设备产业正奋起直追。对此,韩芃棣建议,位于产业链各个环节的科研机构和企业各司其职,形成合力,打造中国高端医用超声设备产业。

“无论是上海科创中心的成立,还是最近刚刚修订后的《促进科技成果转化法》,都给了我们很大信心。”宋力昕表示,“希望我们能抓住这一产业转型升级的良机,在合适的政策鼓励下,加速发展我国医疗装备产业。”

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