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技术文章

科学仪器将向高精尖成套化网络化发展

 20世纪末期以来,由于电子、计算机、微机械、激光、光纤、生物医学、新型材料等领域科技和产业的迅猛发展,不但对科学仪器提出了更高、更新的发展要求(例如更快速度、更高效率、更加灵敏可靠、更加便宜好用、小巧、无污染等),而且这些领域的发展成果也直接为科学仪器发展的新基础和新动力。目前,科学仪器发展的潮流已经形成,新颖科学仪器的知识结构和技术内涵已经远远超出传统精密仪器的学科框架,"光、机、电一体化"已经远远不能概括现代科学仪器的知识和技术范畴,分子层次的现代化学成果、基因层次的现代生物学成果、超导技术成果、纳米级微机械、微传感成果、多光谱高分辨成果、超快速激光、通信成果、全球网络技术成果等,都已成为现代新颖科学仪器的构成元素,并正在加速改变科学仪器的原理、设计、工艺和应用面貌;新颖科学仪器不会再像传统仪器那样体积大、旋纽多、娇气(对实验室工作条件要求苛刻)、难用(要求使用者知识水平和操作技能高)、易受干扰、故障频繁多发的老样子。微型和小型的稳定可靠仪器将大量涌现,可直接安装在检测现场、植入人体组织甚至随血液流转全身、嵌装在导弹或微型无人飞行器中完成自动分析、检测、信息采集任务,远在体外或战争后方的实验室、医院检验中心、战场信息处理中心可在几十米甚至几十管理以外操纵、接受信息。具体的实例已经不断涌现,例如纳米离子荧光**单分子检测仪器,可以使检测灵敏度提高十几个数量级,近场显微镜已可分辨光波长的几十分之一,近场显微光谱仪可以检测单一分子的荧光光谱及其变化,新颖的扫描隧道电子显微镜可确定超薄膜层面结构中的电子排列形式,可在****内工作的微机器人可以在血管或眼科手术中完成诊断、修补、除血栓等工作。
     
目前,已经有人断言:软件就是仪器,这说明科学仪器本身的硬件、软件界线已经模糊化,精密机械零部件加工、电子器件和电路质量统治性地决定仪器水平和质量的时代已经过去,仪器软件(包括操作软件和应用软件)已经成为仪器总体水平和应用的主要因素;从某种意义上说,科学仪器与IT设备在科技和产业方面越来越接近,已经到了难分彼此的程度。因此,科学仪器从业者从观念到知识素质,都应适应这种科学仪器高科技化发展潮流,在改变观念和知识更新方面主动迎接挑战,做好充分准备。传统的科学仪器主要用于实验室,为科学研究工作服务,因而往往是大型的、复杂的,为适应科研工作的多变性又往往是通用型或者"万能型"的(例如万能工具显微镜)。可以预计,今后为适应高精尖科技发展,还会有不少的高精尖、成套化、网络化新颖科学仪器的需求,例如为适应分子生物学、后基因时代、纳米科技等领域的需求,成套的高精尖新颖科学仪器必然仍是值得密切关注的发展方向。
     
但是近年来小型化、专用化、使用简便化(甚至"傻瓜化")却也已成为现代科学仪器引人注目的发展方向。科学仪器由落地式--台式--移动式--便携式--袋装式的发展过程十分明显,甚至已经有了"芯片实验室"(可在一个芯片上实现采样、分离、反应、分析整个分析检测过程),前些年常说的"小型化"正在被"微型化"所取代。在仪器使用方便性方面,单键(start)、即插即用(plugandplay)、无需控制(nocontrol)等已成为常规。这种小型化、专用化、简便化的发展方向是建立在各种领域*新科技成果(例如各种小型高性能半导体激光器、高强度发光二极管、小型光纤化学和生物传感器、微型化学电极、色谱柱、微型泵、阀、高集成度超大规模微电子器件、固态探测器、小型高分辨率显示器等)基础上的,仪器虽然小了、专用了、方便了,但仍然是准确的、可靠的甚至可达到无维护、、长寿命程度。微型科学仪器不但是市场容量极大的家用、个人用发展方向(诸如危险气体报警仪、饮水监测仪、电子血压计、血糖仪、病情监护仪等),而且也是航天航空、环境生态、化学和生化武器监测等重要领域的迫切需求,因此无论是发达国家还是发展中国家都对此发展方向投注了极大的关切,正在尽力予以发展。
     
满足科学研究、大生产流程、战争等传统应用领域越来越新、越高的要求,今后仍将是科学仪器的主要应用发展方向;但是在新世纪将蓬勃发展的生物医学、生态环境、社会生活、家庭和个人日常生活等非传统科学仪器的应用领域中,科学仪器的应用或市场前景是非常惊人的。我们习惯的科学仪器用于化学分析、物理检测、机械测量、天文地理观测、工业生产流程监控、产品质量控制等观念,已经完全不适应今后新世纪发展形势了。当今生物分子学、基础和临床医学、合成和天然**、环境污染监控、生态系统平衡、国家经济安全、绿色家居、社区管理、个人健康等领域科学仪器新应用越来越多,已达到习以为常的程度。
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