近日，致力于原創(chuàng)國產(chǎn)高端科學分析儀器研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的創(chuàng)業(yè)公司——海恩邁科技，成功開發(fā)出基于懸臂梁上的實驗室（Lab on a CantileverTM）技術(shù)的創(chuàng)新性儀器——芯片式熱重分析儀。這個基于全新原理的儀器，將傳統(tǒng)熱重分析儀天平稱重+爐管加熱+熱電偶測溫的結(jié)構(gòu)，用一個尺寸僅為2mm2.5mm的MEMS諧振式微懸臂梁芯片替代，實現(xiàn)了片上熱失重分析功能。得益于芯片微小的體積，每次分析所消耗的樣品量，由傳統(tǒng)儀器的數(shù)十毫克降低至幾納克，而且極大的改善了傳統(tǒng)儀器的熱滯后效應，升降溫速率也可以獲得數(shù)十倍的提升。7月初，海恩邁科技攜芯片式熱重分析儀等創(chuàng)新儀器產(chǎn)品參加了在廈門舉辦的2021中國材料大會暨展覽會，獲得了參會專業(yè)人士的一致好評。

那么，這項Lab on a Cantilever技術(shù)的背后有著怎樣的故事？

海恩邁科技開發(fā)的芯片式熱重分析儀

1.血統(tǒng)高貴的懸臂梁

1981年掃描隧道顯微鏡（STM）的發(fā)明，為在蘇黎世（Zurich）的IBM實驗室工作的科學家蓋爾德·賓尼（Gerd Binning）和海因里?！ち_雷爾（Heinrich Rohrer）贏得了1986年諾貝爾物理學獎。原子力顯微鏡 (AFM) 是 STM 的后代產(chǎn)品，由 Binnig 在1986年開發(fā)出來，它通過對非導電材料進行成像而開辟了顯微鏡的全新應用領(lǐng)域。AFM的核心即為一根精細的微懸臂梁（Micro-cantilever）。1995年，美國橡樹嶺國家重點實驗室的T. Thundat等人發(fā)表了表面吸附對微懸臂梁諧振頻率影響的文章，為諧振式懸臂梁用于生化檢測做了開創(chuàng)性的研究。之后，基于諧振式懸臂梁的生化傳感器研究如雨后春筍般涌現(xiàn)。

海恩邁科技的創(chuàng)始人兼CEO于海濤博士于2009年，開發(fā)出了國內(nèi)首款激勵/檢測元件片上集成的諧振式微懸臂梁，擺脫了傳統(tǒng)的光學杠桿檢測方式，有效減小了系統(tǒng)的體積與成本。之后，在時任傳感技術(shù)國家重點實驗室主任的李昕欣研究員的支持和指導下，與研究伙伴許鵬程博士共同合作，從懸臂梁結(jié)構(gòu)、電路、敏感材料等多方開展深入研究，開發(fā)出了一系列氣體探測器。

（左）賓尼與羅雷爾；（右）諾貝爾獎牌

2.國產(chǎn)科學儀器的困境

工欲善其事必先利其器?？茖W儀器是科研人員的重要工具，位于科技創(chuàng)新鏈的源頭。科研的競爭，往往也是科學儀器的競爭。然而，在這個領(lǐng)域，現(xiàn)狀讓人唏噓：中國被卡脖子到離開國外供應，就寸步難行的境地。按照中國科學院電工研究所副所長韓立的說法，我國高端科學儀器現(xiàn)狀慘淡——多種科學儀器基本被國外廠商壟斷，某些類型的儀器國內(nèi)廠商市場占有率甚至趨近于零。

雖然國家一直鼓勵自主研發(fā)，但當前成果還是主要集中于中低端領(lǐng)域，越高端依賴性越嚴重。以材料領(lǐng)域的通用儀器熱重分析儀為例，進口儀器價格在30萬元左右，部分可超過50萬元，而國產(chǎn)儀器價格在10萬元左右，相差數(shù)倍。這一方面是由于國產(chǎn)企業(yè)規(guī)模較小、名氣不足、市場占有率不高，只能靠性價比搶占低端市場；而更重要的是技術(shù)上進口廠商占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢，國產(chǎn)儀器基本上是仿制進口儀器，進行一些微改進，缺少原理性和方法論的創(chuàng)新，很難在性能上超越進口儀器。根據(jù)儀器信息網(wǎng)統(tǒng)計的“2020年全球儀器公司市值TOP20排行榜”，美國有11家科研儀器廠商上榜，日本上榜4家，德國和瑞士各上榜2家，英國上榜1家。中國作為GDP世界排名第二，工業(yè)總產(chǎn)值獨霸全球的國家，沒有一家。

3.“中國制造”or“中國智造”？

在中國的很多經(jīng)濟領(lǐng)域，依靠仿制進口產(chǎn)品，主打性價比，是可以獲得成功的，比如紡織品、白色家電等。然而，這個方法在科學儀器領(lǐng)域很難行得通。這是因為在這個領(lǐng)域，用戶第一追求的永遠是高性能，為了追求極致的性能，用戶愿意支付高價。因此，如果國產(chǎn)儀器僅靠仿制進口儀器，缺少關(guān)鍵性的創(chuàng)新，性能無法達到或者超越進口儀器，用戶往往是不愿意為之買單的。科學儀器領(lǐng)域更需要的是在關(guān)鍵技術(shù)上擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“中國智造”。

Lab on a CantileverTM系列科學儀器就是“中國智造”的一個典范。目前，這一系列儀器包括氣體吸附熱力學動力學參數(shù)分析儀、微懸臂梁氣敏測試儀以及芯片式熱重分析儀。顧名思義，這一系列儀器的核心就是諧振式微懸臂梁。Lab on a Cantilever技術(shù)來源于于海濤博士團隊一次逆向思維的頭腦風暴。諧振式微懸臂梁之前一直被用作氣敏傳感器，受關(guān)注的是傳感器的靈敏度、選擇性、響應速度等參數(shù)，更多的是由敏感材料決定，諧振式微懸臂梁處于從屬地位。而反向思考的話，可以通過微懸臂梁氣敏傳感器為主導，反過來研究敏感材料，去探究敏感吸附表象背后蘊藏著的科學本質(zhì)?；诖讼敕?，氣體吸附熱力學動力學參數(shù)分析儀首先被開發(fā)出來，利用世界首創(chuàng)的“變溫微稱重法”，定量測量功能材料與氣體分子發(fā)生吸附時，焓變、熵變、吉布斯自由能、活化能等表界面分子作用的熱力學和動力學參數(shù)。這些參數(shù)作為材料吸附的“基因參數(shù)”，決定了材料吸附的表象特征，可被用于材料吸附的機理研究以及指導新材料的調(diào)控，擺脫傳統(tǒng)“試錯法”研發(fā)新材料的盲目性。作為一款擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的原理性創(chuàng)新的科學儀器，氣體吸附熱力學動力學參數(shù)分析儀得到專家的認可和國家的大力支持。其研發(fā)過程受到了自然科學基金重大科研儀器研制項目和國家重點研發(fā)計劃項目的支持，儀器的檢測方法也成功獲得國家標準立項。目前，該儀器的用戶包括清華大學未來實驗室、上海交通大學、復旦大學、福建嘉庚創(chuàng)新實驗室等多家國內(nèi)頂級科研單位。

海恩邁科技開發(fā)的氣體吸附熱力學動力學參數(shù)分析儀

近期，隨著微懸臂梁氣敏測試儀以及可以實現(xiàn)片上熱失重分析的芯片式熱重分析儀的亮相，海恩邁科技公司成功踢出了高端科學儀器產(chǎn)品創(chuàng)新的“前三腳”。這三種儀器均擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，全部具有原理及方法論上的創(chuàng)新，國內(nèi)外沒有類似的競品，是國產(chǎn)高端科學儀器的新突破，“中國智造”的新典范！

值得指出的是，在提出Lab on a Cantilever技術(shù)的時候，于海濤博士還在中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所擔任研究員。當他發(fā)現(xiàn)這個技術(shù)的商業(yè)價值之后，便毅然決然的放棄了體制內(nèi)的“金飯碗”，離崗創(chuàng)業(yè)與合作伙伴共同創(chuàng)立了廈門海恩邁科技有限公司，并通過有償技術(shù)轉(zhuǎn)讓的形式將相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)移到公司。這項創(chuàng)新性技術(shù)也獲得了投資機構(gòu)的看好，廈門半導體投資集團為海恩邁科技提供了千萬級別的天使輪融資，為公司發(fā)展加注了“助推燃料”。

做有獨立思想的研發(fā)，做有技術(shù)靈魂的產(chǎn)業(yè)！秉承著“創(chuàng)新引領(lǐng)，追求卓越”的宗旨，海恩邁科技將繼續(xù)在“中國智造”高端科學儀器的大道上披荊斬棘、一往無前。