“近年来最热门的生物技术除了CRISPR基因编辑技术之外，还有冷冻电镜技术。冷冻电镜属于电子显微镜的一种。简单来说，它通过在液氮温度下快速冷冻样品，然后进行观察，这样可以减少干扰和提高精度。全世界只有少数几家公司掌握冷冻电镜的研发和生产，如美国的FEI、日本电子和日立。”
冷冻电镜是研究蛋白质结构的关键工具，一经问世就成为发表论文的利器。以至于网上有人戏称：“冷冻电镜加清华大学就等于发表CNS期刊”。暗指着施一公从日本购入冷冻电镜之后，马上发表了许多CNS论文，甚至有人公开说是因为有了冷冻电镜，所以发表了那么多高影响力的论文。
这种质疑或多或少带有嫉妒的成分，但今天我们要讨论的主题是电子显微镜，更重要的是国产科学仪器面临的难题。
作为一家药物CRO公司，伯朗氏实验室日常研究和商业项目中使用的关键工具之一就包括了电子显微镜。尤其在进行药用玻璃脱片研究时，会高频率使用扫描电镜SEM+能谱仪EDX。
中国电镜简史
2020年，全球电子显微镜市场销售额约为35亿美元，中国国内销售额约为60亿人民币。但其中中国最好的电镜公司的市场份额也只占不到2%。稍微低端一点的扫描电镜，国产份额也不到10%。这样的市场收入根本无法支撑一家高端仪器公司的发展，他们每年在研发上的投入力度高达3，400万元。要知道，这些公司的技术实力已经属于世界上为数不多能独立设计和生产高端场发射电镜整套系统的高科技公司，国内其他公司还远远落后。
其实上世纪50年代，中国在电镜领域曾经具有先发优势，发展是很有希望的。中国电镜发展历史，不得不提到王大珩教授。电子显微镜是现代科学技术中不可或缺的重要工具，但在上世纪50年代，只有极少数几个发达国家掌握电子显微镜的生产技术。苏联专家曾断言：“就你们目前精密仪器的落后状态来看，12年内你们中国根本就不可能做什么电子显微镜。”
王大珩教授是两弹一星时代的光学宗师，当然不服这种说法。1952年，在极为困难的条件下，他带领28位科研人员和工人，用1，400万斤小米作为经费，一锹一锹地建立了新中国的“光学摇篮”——中国科学院仪器馆。团队在条件艰苦的长春光机所研制出中国第一台电镜，并在1958年成功研制出“八大件、一个汤”，即电子显微镜、高温金相显微镜、万能工具显微镜、多臂投影仪、水晶摄谱仪、晶体谱仪、高精度经纬仪、光电测距仪等八大精密光学仪器及一系列新品种的光学玻璃，代表当时世界先进水平。
他们用实际行动打破了苏联专家的论断。仿制不能算真本事，王大珩团队又花了10个月研制成功第一台自行设计的电子显微镜XD 100型，分辨能力优于2.5纳米，电压100千伏，放大倍数达100万倍以上。这样一路迭代到70年代末。
1981-1982年，国际上出现了电镜发展的第二个里程碑——扫描隧道显微镜（STM）的研制成功。这种工具极其重要，是现代芯片行业纳米技术的基石。STM分辨率更高，也不需要真空环境，可以在大气环境甚至液体环境中观察，这是人类纳米技术史上的飞跃，该技术的发明者因此获得了1986年诺贝尔物理学奖。
王大珩的学生姚俊恩很快跟上了这个热点。他们继续自行研制STM，首次获得了石墨表面原子图像，其横向和纵向分辨能力分别达到0.1纳米和0.01纳米。这一步算是跟上了。
1989年，国际上出现光子扫描隧道显微镜PSTM。1991年，姚俊恩跟进研制PSTM，并于1993年6月与大连理工大学物理系合作成功研制!
就这样，20多年里，中国科研团队紧跟不放，只要是科学问题都可以用脑袋解决。
中国电镜的现状
但是，在市场经济放开后，真正的毁灭性难题出现了，仅凭脑子不行了。国外电镜开始大量进口，这些电镜更好更贵，销量更大，研发更快，形成正循环。国内电镜在市场竞争中被完全淘汰，只留下北京中科科技股份有限公司(现中科科仪)一家。（伯朗氏实验室当时选择电子扫描显微镜时，得到中科科仪支持，帮助实验室配置了一台当时国内性能最好的科仪生产的SEM，并通过他们的渠道，另外为SEM配置了一台EDX能谱仪，现主要用在药用玻璃表面脱片研究和元素分析。）
目前，在中国扫描电子显微镜市场较为活跃的海外厂商主要有赛默飞、蔡司、日立、日本电子等，其主要专注于应用在科学研究的中高端扫描电子显微镜。国内的电子显微镜生产厂商较少，主要为中科科仪、聚束科技、国仪量子、泽攸科技等，其中，除中科科仪外，其他厂商均是近5年才成为中国扫描电子显微镜行业市场的参与者。
从具体份额来看，我国扫描电子显微镜需求量的90%左右均被海外厂商覆盖，其中蔡司、赛默飞(含飞纳)、日立这三家企业的市场份额均在20%左右。国内厂商在市场份额方面能够与海外厂商竞争的仅有中科科仪一家企业，其市场份额占到了全国扫描电子显微镜市场的7%左右。但随着我国对重大科学仪器国产化替代的重视程度不断提升，各项推动科学仪器国产化替代的政策层出不穷，使得国产化替代趋势不断兴起，以中科科仪为代表的中国扫描电子显微镜企业在中国市场的市场份额仍在不断提升。
施一公回国的时候，中国只能从日本进口冷冻电镜。施一公自己还得花两个星期去砍价。总体来看，2016-2019年，我国大型科学仪器整体进口率为70.6%。分析仪器、医疗仪器、激光器和仪器进口率超七成。分析仪器进口率超过80%，质谱仪和色谱仪进口率分别为89.59%和88.45%。部分领域的高端仪器全部依赖进口。进口国主要是美国、德国、日本和英国，尤其是美国，从美国进口的大型仪器接近一半，占47.21%。
这还是能买到的，还有一些买不到。中国购买科研仪器的热潮，不知道救活了多少外国公司。
李昌厚教授是一辈子搞分析仪器的老仪器人，他对国产仪器困境看得很准:
第一，品质控制不行，研发能做，但质量不稳定。因为相关企业的战略眼光、专业眼光和品质控制意识比国外差。这导致用户没有安全感，宁可直接买国外品牌省心。这是最致命的直接原因。
第二，实用性专利满天飞，开拓性专利极少。当前的普遍现象，无利不起早。
第三，研发完就搁置。国家投了不少钱，但都在研发环节。许多人发完论文、申请完专利、完成任务就不管了，这些成果能否进入市场转化，根本无人负责，产学研难以衔接。
第四，转化效率低。单看分析仪器，国家经费年增长20%左右，每年取得3万多科技成果，但转化率仅25%，实现产业化不到5%。可以理解为这些预算都用于搞职称了。相比之下，发达国家成果转化率80%。
第五，关键技术和关键部件落后，工业化水平低。有些甚至特别简单的通用技术不过关，导致整个仪器不行，如密封技术、焊接技术，这涉及整个工业生态水平。
第六，工艺，很多仪器研发企业缺少工艺专家，有的工艺部门里面往往就一两个人凑数，导致大型仪器设计出来但造不好。
第七，附件不够。例如，进口紫外可见分光光度计有近70种附件，而国产同类最好仪器附件最多30种，甚至连最常用和最重要的微量比色皿也不提供，可能根本就没有人研发。
第八，配套软件不行。90%以上用户对国产分析仪器软件不满意，例如连最简单的断电保护都没有，分析仪器断电很正常，没有断电保护的话，就像花三天时间写好的公众号文章没保存一样。算法、界面友好度、处理速度、控制功能等都较差。
例如，全自动原子荧光光度计原料成本2.5-3万，市场价一般7.5万以上，但曾有家公司4万倾销。原子荧光光度计出口价应在2万美元以上，有的企业曾以1万美元半价抢订单。
第十，不安全思维。目前我国基础型、常规型、普及型分析仪器很多已经可和国外同类机器抗衡，完全够用。但有的地方政府、高校和企业采购还是倾向国外品牌，因为这样不容易出错。据《仪器信息网》2020年3月10日报道，定量PCR采购中，111台公开招标中，赛默飞和罗氏等进口品牌仍占绝对多数，采购台数占95%以上，仅国产品牌上海红石和西安天龙两家共中标3台。PCR并非冷冻电镜那种超级仪器，但习惯采购国外品牌。5000万，国产企业拿不到，靠什么去研发?
最后，招标标准被国外品牌故意拉高，驱逐国产品牌。有些国家拨款仪器招标项目标书制定者没有仪器专业背景，根据僵化指标照搬。简单说，大多数外国公司仪器在99%主流功能上不一定超过同价位国产仪器，但在少数花边指标上高于国产仪器，他们就凭行业影响力或其他手段推动这些华而不实的次要指标进入评分体系，以此影响竞标。
李昌厚也说，从市场需求看，外国人真正赚大钱的仪器不是那些超高端仪器，而是普及型、常规型、基础型的光谱仪、色谱仪、样品前处理等方面的仪器。有的外国企业甚至购买国产AA/AS/UVS贴牌加价卖给国内用户。
紫外仪器年需求量近1.5万台;
原子吸收仪器年需求量近6500台;
液相色谱仪器年需求量1.5万台;
摄像仪器年需求量2万台以上;
这些仪器是外国仪器厂商赚中国人钱的主要品种，也在我们的能力范围内。如果这块被国产厂商拿下，就能赚到研发和优化的资金，慢慢从低端到高端实现翻盘。
只要产业端解决了研发，缩短差距会容易一些。我国航天军工如此强大，科学仪器领域为何难度更大?
其实，科学仪器是一个非常大的行业，是To B的主流，前景广阔，空间巨大。当年，王大珩从帝国理工毕业回国，带着28人坐火车去长春，住破房子，吃高粱米和大葱蘸酱，修房顶、填弹坑，把上级发的小米粮票折合成预算，开辟了一个国家的光学地基。抛开爱国不说，这是人对建设性工作的纯粹热情，因为这样的工作才有意思，这样才不算浪费生命。
小编有时会羡慕王大珩和姚俊恩，他们年轻时，眼里有光，真正配得上“青年”两个字!
现在的仪器行业，去掉进口仪器，整体状况和王大珩那个年代差不多，百废待兴。但现在输在产业上，不是输在科学上。
最后祝愿国内仪器分析人能赢下这个攻坚战!
关键词：冷冻电镜；电子显微镜；扫描电子显微镜；科学仪器；伯朗氏E&L
参考资料：
王大珩：永远的追光者-清华大学校史馆 (tsinghua.edu.cn) https://xsg.tsinghua.edu.cn/info/1004/2713.htm
我国分析仪器与国外的主要差距及发展中的主要问题探讨 https://www.instrument.com.cn/news/20210409/577215.shtml