近日，致力于原創(chuàng)國(guó)產(chǎn)高端科學(xué)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(kāi)發(fā)出基于懸臂梁上的實(shí)驗(yàn)室（Lab on a CantileverTM）技術(shù)的創(chuàng)新性?xún)x器——芯片式熱重分析儀。這個(gè)基于全新原理的儀器，將傳統(tǒng)熱重分析儀天平稱(chēng)重+爐管加熱+熱電偶測(cè)溫的結(jié)構(gòu)，用一個(gè)尺寸僅為2mm2.5mm的MEMS諧振式微懸臂梁芯片替代，實(shí)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(yīng)，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(mén)舉辦的2021中國(guó)材料大會(huì)暨展覽會(huì)，獲得了參會(huì)專(zhuān)業(yè)人士的一致好評(píng)。

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

海恩邁科技開(kāi)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(shí)驗(yàn)室工作的科學(xué)家蓋爾德·賓尼（Gerd Binning）和海因里希·羅雷爾（Heinrich Rohrer）贏得了1986年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。原子力顯微鏡 (AFM) 是 STM 的后代產(chǎn)品，由 Binnig 在1986年開(kāi)發(fā)出來(lái)，它通過(guò)對(duì)非導(dǎo)電材料進(jìn)行成像而開(kāi)辟了顯微鏡的全新應(yīng)用領(lǐng)域。AFM的核心即為一根精細(xì)的微懸臂梁（Micro-cantilever）。1995年，美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的T. Thundat等人發(fā)表了表面吸附對(duì)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(cè)做了開(kāi)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(kāi)發(fā)出了國(guó)內(nèi)首款激勵(lì)/檢測(cè)元件片上集成的諧振式微懸臂梁，擺脫了傳統(tǒng)的光學(xué)杠桿檢測(cè)方式，有效減小了系統(tǒng)的體積與成本。之后，在時(shí)任傳感技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任的李昕欣研究員的支持和指導(dǎo)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(kāi)展深入研究，開(kāi)發(fā)出了一系列氣體探測(cè)器。

（左）賓尼與羅雷爾；（右）諾貝爾獎(jiǎng)牌

2.國(guó)產(chǎn)科學(xué)儀器的困境

工欲善其事必先利其器。科學(xué)儀器是科研人員的重要工具，位于科技創(chuàng)新鏈的源頭?？蒲械母?jìng)爭(zhēng)，往往也是科學(xué)儀器的競(jìng)爭(zhēng)。然而，在這個(gè)領(lǐng)域，現(xiàn)狀讓人唏噓：中國(guó)被卡脖子到離開(kāi)國(guó)外供應(yīng)，就寸步難行的境地。按照中國(guó)科學(xué)院電工研究所副所長(zhǎng)韓立的說(shuō)法，我國(guó)高端科學(xué)儀器現(xiàn)狀慘淡——多種科學(xué)儀器基本被國(guó)外廠(chǎng)商壟斷，某些類(lèi)型的儀器國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商市場(chǎng)占有率甚至趨近于零。

雖然國(guó)家一直鼓勵(lì)自主研發(fā)，但當(dāng)前成果還是主要集中于中低端領(lǐng)域，越高端依賴(lài)性越嚴(yán)重。以材料領(lǐng)域的通用儀器熱重分析儀為例，進(jìn)口儀器價(jià)格在30萬(wàn)元左右，部分可超過(guò)50萬(wàn)元，而國(guó)產(chǎn)儀器價(jià)格在10萬(wàn)元左右，相差數(shù)倍。這一方面是由于國(guó)產(chǎn)企業(yè)規(guī)模較小、名氣不足、市場(chǎng)占有率不高，只能靠性?xún)r(jià)比搶占低端市場(chǎng)；而更重要的是技術(shù)上進(jìn)口廠(chǎng)商占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)，國(guó)產(chǎn)儀器基本上是仿制進(jìn)口儀器，進(jìn)行一些微改進(jìn)，缺少原理性和方法論的創(chuàng)新，很難在性能上超越進(jìn)口儀器。根據(jù)儀器信息網(wǎng)統(tǒng)計(jì)的“2020年全球儀器公司市值TOP20排行榜”，美國(guó)有11家科研儀器廠(chǎng)商上榜，日本上榜4家，德國(guó)和瑞士各上榜2家，英國(guó)上榜1家。中國(guó)作為GDP世界排名第二，工業(yè)總產(chǎn)值獨(dú)霸全球的國(guó)家，沒(méi)有一家。

3.“中國(guó)制造”or“中國(guó)智造”？

在中國(guó)的很多經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，依靠仿制進(jìn)口產(chǎn)品，主打性?xún)r(jià)比，是可以獲得成功的，比如紡織品、白色家電等。然而，這個(gè)方法在科學(xué)儀器領(lǐng)域很難行得通。這是因?yàn)樵谶@個(gè)領(lǐng)域，用戶(hù)第一追求的永遠(yuǎn)是高性能，為了追求極致的性能，用戶(hù)愿意支付高價(jià)。因此，如果國(guó)產(chǎn)儀器僅靠仿制進(jìn)口儀器，缺少關(guān)鍵性的創(chuàng)新，性能無(wú)法達(dá)到或者超越進(jìn)口儀器，用戶(hù)往往是不愿意為之買(mǎi)單的?？茖W(xué)儀器領(lǐng)域更需要的是在關(guān)鍵技術(shù)上擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“中國(guó)智造”。

Lab on a CantileverTM系列科學(xué)儀器就是“中國(guó)智造”的一個(gè)典范。目前，這一系列儀器包括氣體吸附熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù)分析儀、微懸臂梁氣敏測(cè)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(lái)源于于海濤博士團(tuán)隊(duì)一次逆向思維的頭腦風(fēng)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(yīng)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(huà)，可以通過(guò)微懸臂梁氣敏傳感器為主導(dǎo)，反過(guò)來(lái)研究敏感材料，去探究敏感吸附表象背后蘊(yùn)藏著的科學(xué)本質(zhì)?；诖讼敕?，氣體吸附熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù)分析儀首先被開(kāi)發(fā)出來(lái)，利用世界首創(chuàng)的“變溫微稱(chēng)重法”，定量測(cè)量功能材料與氣體分子發(fā)生吸附時(shí)，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(xué)和動(dòng)力學(xué)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(jī)理研究以及指導(dǎo)新材料的調(diào)控，擺脫傳統(tǒng)“試錯(cuò)法”研發(fā)新材料的盲目性。作為一款擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的原理性創(chuàng)新的科學(xué)儀器，氣體吸附熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù)分析儀得到專(zhuān)家的認(rèn)可和國(guó)家的大力支持。其研發(fā)過(guò)程受到了自然科學(xué)基金重大科研儀器研制項(xiàng)目和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持，儀器的檢測(cè)方法也成功獲得國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)。目前，該儀器的用戶(hù)包括清華大學(xué)未來(lái)實(shí)驗(yàn)室、上海交通大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、福建嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室等多家國(guó)內(nèi)頂級(jí)科研單位。

海恩邁科技開(kāi)發(fā)的氣體吸附熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù)分析儀

近期，隨著微懸臂梁氣敏測(cè)試儀以及可以實(shí)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(xué)儀器產(chǎn)品創(chuàng)新的“前三腳”。這三種儀器均擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，全部具有原理及方法論上的創(chuàng)新，國(guó)內(nèi)外沒(méi)有類(lèi)似的競(jìng)品，是國(guó)產(chǎn)高端科學(xué)儀器的新突破，“中國(guó)智造”的新典范！

值得指出的是，在提出Lab on a Cantilever技術(shù)的時(shí)候，于海濤博士還在中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所擔(dān)任研究員。當(dāng)他發(fā)現(xiàn)這個(gè)技術(shù)的商業(yè)價(jià)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(mén)海恩邁科技有限公司，并通過(guò)有償技術(shù)轉(zhuǎn)讓的形式將相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)移到公司。這項(xiàng)創(chuàng)新性技術(shù)也獲得了投資機(jī)構(gòu)的看好，廈門(mén)半導(dǎo)體投資集團(tuán)為海恩邁科技提供了千萬(wàn)級(jí)別的天使輪融資，為公司發(fā)展加注了“助推燃料”。

做有獨(dú)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(guó)智造”高端科學(xué)儀器的大道上披荊斬棘、一往無(wú)前。