科学仪器与实验技术的发展对生物科学研究起着重要的、甚至是革命性的作用。
《开启创新之门:仪器和实验技术五十年发展纪实》图文并茂地展示了中国科学院生物物理研究所50年来在科学仪器自主研制和改进发展实验技术方面的丰硕成果。从钟罩形计数管到环境监测自动报警仪,从加样器到顺磁共振波谱仪,共研制成功100多种新设备和器件。半个世纪里,生物物理所自力更生,走过了从白手起家、边干边学,到******,赶超国际水平的历程。从承担**建设任务,到适应科技创新发展,配合了**发展“两弹一星”的任务,满足了生物学基础研究的需要。
《开启创新之门:仪器和实验技术五十年发展纪实》可作为生物科学、农业科学、医学等领域科研人员和仪器仪表行业工作者的参考用书;也可作为高校师生和生物科学爱好者的普及读物。 遗传学实验_吴若菁罗向东_科学出版社_

中国科学院生物物理研究所生命科学仪器技术的发展
江丕栋
(2003 年)
从1958年建所至今的将近半个世纪里,中国科学院生物物理研究所(简称生物物理所)全体仪器技术研究人员不断地领会着贝时璋所长的治所思想。贝先生的高瞻远瞩,指引了生命科学仪器技术在生物物理所健康发展的历程。
一、科学仪器技术对于推动科学发展的重要性
人类靠科学仪器去认识世界,探索自然规律。重要科学仪器的发明常会使人类对客观世界有更深入的或全新的认识,为科学发展树立了新的里程碑,并带来生产力水平的飞跃。在人类探索生命奥秘的历史进程中,往往会因为某些新仪器或新技术的出现而揭开生物学发展史的新篇章。从显微镜、X射线衍射到扫描隧道显微镜、膜片钳、核磁共振成像等新技术、新仪器的出现和应用,都大大增进了人们对于物理世界和生命世界的了解,推动了生命科学和物理科学的发展。
另外,先进科学思想和学说的提出,往往需要用与已有方法不同的新方法、新手段,才能加以验证。
生命科学是一门研究生物物质及其活动规律的学科,实验手段、仪器已经成为影响生命科学发展的重要因素。生物仪器的发展,能有力地推动生命科学的不断进步,并推动生命科学各个分支、**保健、农业、环境保护等事业的前进。反过来,生命科学的需求,又促使仪器手段不断改进,甚至产生重大的革新。
二、生物仪器工程技术是生物物理学科的一个组成部分
作为创建生物物理学科的领导人,贝先生历来强调并反复指出,开展生物物理研究,特别要研究和发展仪器技术。从1958年建所拟定生物物理所的主要任务时,他就专门指出:“生物物理学的发展要有相应的技术发展来配合,对于生物物理仪器不但要仿制、改进,还要不断有新的创造。”1983年他在中国生物物理学会第四届全国学术会议上的报告中指出:“我想着重地提一下,为推动和促进这方面工作更迅速的发展,大力开展新技术的研究是很好的。大家知道,如果缺乏现代化的实验手段和实验装备,即使有好的想法,工作��量和研究速度都会受到很大的影响。”①
贝先生经常阐述定量测量及其手段对于发展生物物理学的重要性。“现阶段我们开展生物物理的研究,特别是在基础理论方面应该着重下列两点:一方面..而另一方面要有更大的比重,利用现代仪器技术广泛地开展生物物理的实验研究,从而重复取得正确的数据,为创造理论和丰富实践做出贡献。这样就有可能使生物物理学逐步地成为定量科学。”② 生物物理学作为近代生物学发展的重要分支,尤其要借助物理学的概念和方法来阐明生命现象的一些基本问题,揭示生命活动的基本规律。“物理学方法被称为测量科学,生物物理学也必须以测量理论和实践为基础。”③ 因此,各种新的物理仪器和物理方法的引入及应用,是生物物理学发展的推动力。
三、高瞻远瞩的布局
贝先生以敏锐的科学洞察力,经常注意引入科学和技术的*新成就和观念。作为一位开创新学科的大师,他在部署整个学科的配置时,特别关注并一贯强调仪器技术与方法学在发展生物物理学中的重要地位,这是值得深思的。没有高瞻远瞩,是不容易体会到其深远意义的,或者是要等到经受了历史的教训以后,才能够回过头来有所认识。
1958年中国科学院建立生物物理所,成为在我国开创生物物理学的**步。建所初期即设立了电子仪器实验室和试验工厂,后组成直属于生物物理所的“新技术组”、“生物物理的工程技术系统”。为贯彻“十四条”和“七十二条”的决议,中国科学院统一部署了各研究所的“三定”(方向、任务、人员)工作。1963年,生物物理所在“三定”后共设置四个研究室:放射生物学、宇宙生物学、生物物理化学和生物工程技术研究室(第四研究室),以及一个直属研究组:一般生
①贝时璋.在生物物理研究中要重视环境物理因素对生物的作用(在中国生物物理学会第四届全国学术会议上的综述报告).石家庄,1983-10-15
②贝时璋.对我国生物物理学发展的几点希望.中国生物物理学会编.1980年生物物理学术会议论文集.北京:科学出版社,1982
③贝时璋.在生物物理研究中值得注意的几个问题.生物物理学报,1989,5(2):213物物理研究组。其中,第四研究室以发展生物物理的仪器技术为主要方向,其前身是电子仪器实验室。在生物物理所的学科设置上,充分体现出贝先生认为发展生物物理学“没有物理手段不成”的远见,充分反映出贝先生把生命科学仪器技术看做是会影响生物物理学,或影响生命科学发展的重要组成部分的指导思想。
贝先生一贯热心地鼓励和支持发展仪器技术工作。他亲自查阅文献,了解国际动态,经常听取汇报,指出方向,做出具体的指导。他还亲自参加各种有关仪器技术研究方面的课题论证会和鉴定会。
进入20世纪80年代,贝先生很关心计算机图像技术在生物物理学中的应用,鼓励大家努力发展生物结构三维重建、形态定量测量技术。他认为研究生命过程,不能总是在固定、切片或进行生化分离以后进行研究。他经常指出,要研究观察活的细胞、活的组织,要研究生物,不能只看“死”物,特别要发展研究活细胞、活组织的结构与功能关系的技术。贝先生经常向我们介绍科学发展的新动向。例如,共焦扫描显微术发明于1985年,不久贝先生就向我们介绍这项新技术,让我们考虑将其引入生物学研究,用于在细胞层次观察活细胞的内部结构。他不断启发我们将其他自然科学和技术科学的概念和方法渗透到生物学中,以研究生物现象,并在生物学深入研究的推动下,设法发展新的方法和技术。他经常鼓励我们结合生物学深入研究的需要,在仪器技术上要有创新。
四、生物物理所生命科学仪器技术的发展历程
贝先生是一位科学大师。他还有强烈的社会责任感和爱国主义精神,特别注意将生物物理所的科学技术工作与**需求相结合,积极承担各项**任务。在他领导下,生物物理所的仪器技术研究呈现出以下特点。
(一)面向**建设和重大需求
20世纪五六十年代,**决定突破国防**技术。贝先生从生命科学的角度主动地申请和承担面向**需求的重大科学技术问题。为配合我国发展原子能科学技术,抵御核威胁,积极承担放射生物学和放射卫生方面的任务。包括自然本底调查、辐射**防护、辐射损伤的机理以及相应的测量和仪器技术。同时把承担**任务和学科发展结合起来。20世纪60年代初部署了辐射效应原初过程的研究和电子自旋共振波谱仪的研制。他指出:“为了更好地揭露生命的奥秘,彻底地了解生命的规律,放射生物学的发展是非常必要的。”
1.辐射测量方面
20世纪60年代,生物物理所在辐射测量和环境辐射监测技术方面做了大量工作。钟罩形计数管缓解了当时国内从事同位素示踪应用的科研和教学单位的急需。低水平β放射性测量技术为放射性自然本底调查提供了更灵敏的测量方法。60年代中期开始了放射性气溶胶连续监测仪的研制,及时满足了核工业基地开工的需要;后来又为国防部门研制新型放射性气溶胶监测仪,达到20世纪80年代国际先进水平,成为我国国防配套设备,直至现在。20世纪70年代研制弱放射性β污水连续监测仪,达到了国际先进水平,解决了我国核企业的污水排放监测问题,并推广到核仪表国有大企业进行生产。
为配合防护**及放射生物学研究,生物物理所自行设计建造了60 Co源辐照室。20世纪60~70年代生物物理所建源技术和钴源操纵装置被推广到全国农业育种和科学研究领域。近年在国内各地承建了几个50万居里以上的60 Co源辐照**。
生物物理所还研制了测定人体内放射性物质的全身计数器,用于测量接受放射性同位素诊断、**及受污染的大量人员。
2.空间生物学方面
20世纪60年代贝时璋先生就指出,我们一定要为进入空间做好科学准备并做出自己的贡献。80年代他又指出,在空间可以搜集有关生物学方面各种各样****的科学资料,并对其开展系统的分析和研究。要充分利用我国航天技术发展的有利形势,多多揭示在地面上发现不了的生命科学中的新问题,积极探索在地面上不能取得的,为工业和农业生产、**卫生等服务的新方法和新经验。
20世纪60年代中期,生物物理所成功地发射和回收了五枚生物探空火箭,迈出了我国空间生命科学研究的**步。生物遥测技术和地面模拟设备的研制,为发射生物探空火箭及以后的航天生物学及航天医学研究打下了初步基础。研制和建立的地面模拟试验设备和选拔上天动物的设备,以及上天用的设备有:电生理放大器(心电、血压、呼吸)、条件反射实验装置、加速度仪等。
20世纪80年代后期起,生物物理所又重新开展了空间生物科学技术的工作,也开展了有关的仪器研究工作。其中主要是蛋白质晶体生长方面的元件及仪器,包括神舟号飞船上用的蛋白质结晶室。研制了在地面模拟微重力生物效应的系列回转器,提供各单位使用。
3.仿生学应用方面
贝先生开创了生物控制论研究。20世纪60年代起,为进一步结合**建设的实际需要,突出了仿生学的方向。他亲自提出及时将仿生学研究的结果应用于国防建设,研制了武器实验用的装备、微光电视和模拟昆虫复眼的光学元件等。
(二)面向世界科学前沿
在科学仪器方面,为了将现代仪器技术广泛应用于生物物理学研究,在无法从国外获得先进科研设备的条件下,生物物理所开始研制多种大型仪器。20世纪70年代研制成的404型电子自旋共振波谱仪达到国际先进水平,获中国科学院科技成果奖一等奖,为生物物理所在顺磁共振技术应用及以后自由基生物学在国内建立基地准备了有利的条件。光散射仪、显微光度计等多种光谱仪器的研制,为光谱技术在生物物理所的建立和应用准备了技术队伍。
20世纪70年代,为了满足生命科学的需要,研究液体闪烁测量技术,研制出全自动化的液体闪烁谱仪,灵敏度达到国际水平;研制出高速离心机、超速离心机和荧光分光光度计,填补了我国的空白,并将技术转让给多家工厂,带动了定点离心机厂的发展。为保证仪器及使用者的**,进行了离心机转头的强度实验。还研制出微秒级闪光光解装置、微电极推进器以及多种实验室用小型设备。80年代,根据生物物理学研究深入发展的需要,建立了各种时间分辨和空间分辨荧光技术,研制出纳秒荧光计、流式细胞计、荧光漂白恢复装置。研制了核磁测场仪、动物行为测量仪、视觉研究用的几种图形发生器、生物膜电参数测量仪、可编程多功能信号发生器等。开展了生物发光和化学发光测量技术的研究,研制出多种微弱发光和超微弱发光测量仪。发明了自抽连续流动离心机。低本底液体闪烁谱仪达到国际先进水平,形成系列,不断推出新型号,有的已由国有大企业接产。20世纪90年代为夏商周断代工程提供了重要数据。此外还建立了多种电离辐射剂量测量方法和剂量仪及中子剂量测量系统。
(三)面向社会需要
1.**仪器方面
在改革、开放的新形势下,为满足广大人民健康需要,大力开展**仪器的开发研究。研制出脑电检测分析仪、浅表癌症**仪、生化分析仪、多相心电仪、基因枪、微量台式高速冷冻离心机以及高速自动图像分析仪等。
2.研究成果的推广方面
生物物理所研制的仪器有的被国防部门选为**装备,有的被国有大企业选型、投产,有的产品为广大科研、医药卫生部门所采用,有的不断向境外出口。有若干种推广到工业部门投产,推动了**仪器仪表产业的发展,有的甚至带活了企业。推广到工业部门投产的有:离心机、荧光分光光度计、液体闪烁谱仪、放射性污水监测仪、癌症**仪、酶标仪等。
生物物理所还自己组织生产或自办企业,使大量成果转化为商品并向社会推广,如科龙公司生产的多相心电仪、脑电检测分析仪和脑电心电组合仪、KS系列光热**仪,中生公司生产的半自动生化分析仪。实验室制造的微弱发光测量仪,已经销售至国内数十个科研、教学和**单位及亚洲、欧洲、美洲的6个**和地区,目前仍在继续推广。
40多年来,生物物理所根据生物学研究和**、社会的需要,建立了多种技术,逐步研制成国内没有的多种元件和100多种大、中、小型精密仪器。其中绝大多数是国内空白和首创,某些达到当时国际先进水平。
由于以上各个方面的突出成绩,生物物理所仪器技术工作曾多次获得**、中国科学院和各部委、省、市的科技成果奖励。截至20世纪90年代,获全国科学大会奖的有5项;获中国科学院重大科技成果奖的有7项,重大科技成果一等奖1项、二等奖4项,科技进步奖二等奖3项、三等奖5项;获部委、省、市奖7项。
五、造就了一支队伍
生物物理所在承接**任务的同时迅速发展,多年来吸收了大量理、工科专业的毕业生。在完成任务的同时,也锻炼了一支多专业、高素质的生物物理工程技术研究队伍,这支队伍分散在各个研究室中。其中较集中的第四研究室曾是全所人数*多的研究室,人员接近60人。20世纪70年代,由于承担几项大型仪器设备的研制,中国科学院拨给生物物理所的事业经费大幅度地增加。这支队伍在我国与国际隔绝的60~70年代建立了先进的技术、仪器和设备,还在各种高、精、尖仪器的使用、维护、保养、改造和功能扩展方面,精心做了很多工作,为本研究所及我国生命科学的发展提供了技术支撑条件,也为我国经济建设和国防建设做出了很大贡献。生物物理所的科龙公司的领导和骨干、中生公司仪器部的骨干,也都是出自这支队伍。
这支队伍引起了各兄弟研究所的重视和赞赏,在国内各有关学术团体中也起着积极的作用,在我国建立或领导了一些专业学术团体,如生物物理仪器和实验技术专业委员会、液体闪烁探测技术及应用专业委员会、离心机专业委员会等,成为各有关专业学术团体中的活跃力量,如计量学会、分析测试学会、生物医学工程学会、生物物理学会、波谱学会、辐射防护学会、核电子学与核辐射探测器学会、生物医学电子学会等。
六、历史的经验及体会
(一)是否还需要仪器技术研究和仪器技术队伍
改革开放以后,我国大量引进了国外的先进仪器设备,推动了生物学科研工作。但是,仪器研制工作和队伍受到了很大的冲击。

序 白春礼
**章 仪器技术
中国科学院生物物理研究所生命科学仪器技术的发展 江丕栋
贝时璋院士以**需要为己任(摘) 龙新华
β放射性的超灵敏测量技术 江丕栋
空气中放射性的监测——α、β放射性气溶胶监测报警仪 王秀春
监测空气中的α、β放射性 彭程航
废水中β放射性的超灵敏监测 李家祥
迈开仪器自动化的**步——自动液体闪烁谱仪的研制 丰玉璧
应用晶体溶解发光现象测定电离辐射剂量 张仲伦
人体内放射性物质的整体直接测量——阴影屏蔽式全身计数器 张仲伦
强辐射源的严密**措施 傅世樒
在地面模拟太空微重力生物实验效果——回转器及回转式细胞培养器 江丕栋
在太空进行蛋白质结晶实验的设备 江丕栋
监测汽相扩散速率的巧妙方法 仓怀兴
测试听力的客观方法——声光刺激器的研制 刘守忠
模仿动物自动瞄准目标——仿生自动瞄准具的研制 刘守忠
动物活动情况的定量测量——地震前动物异常活动的记录仪器 邵达立
光学与光谱仪器研制 林波海
电子顺磁共振波谱技术在中国科学院生物物理研究所的建立和发展 万谦
瞬态产物的观测——微秒级动力学光谱型闪光光解装置的研制 沈恂
微弱生物发光的测量仪器 张仲伦
重要的物质分离设备——离心机的研制 逯建英
重要的物质分离设备——离心机的研制 逯建英
推进微电极的精密工具——数字预置式微电极推进器 邢洲勋 邵达立 邹嘉玉 杨根元
准确的微量加液器具——微量可调移液管**在国内问世 邢洲勋
大量蒸馏的设备——旋转蒸发器 邢洲勋
喷水抽吸泵的发展——水循环真空泵的研制 邢洲勋
导入外源基因的有力工具——基因枪 姚山麟 刘仲岚
治病救人的新方法——在中国科学院生物物理研究所工作的37年 徐业林
造福人民的**仪器——KS系列光热**仪 傅培云
新一代心电图测量设备——心电多相信息鉴别诊断仪 何润根
脑电、心电自动分析的先进设备——MEEG多功能脑电检测分析仪 何润根
医院管理的计算机化——医院管理信息系统开发回顾 何润根
第二章 实验技术
生物实验技术与分析测试** 胡匡祜
核磁共振波谱技术及其应用 陈云俊 丁季贞 吴家振
我在生物实验技术研究室的这些年(1979~1993年) 徐秀璋
激光拉曼光谱技术工作回顾 孙永泰
中国科学院生物物理研究所电子显微技术的发展 徐伟 张锦珠
我从事的计算机图像分析技术 胡匡祜
放射性伴我工作四十载——中国科学院生物物理研究所放射性同位素实验室 宋兰芝
第三章 实验工厂
生物物理所工厂为科研做出贡献 李兴国 赵忠显
回忆生物物理所工厂 纪学义
生物物理所工厂玻璃车间的回忆 李乾保
我对生物物理所工厂的回忆(1956~1990年) 蔡军盘
第四章 所办公司
科研成果的产业化 董仁杰
中生公司仪器部的回忆 徐冠群
第五章 仪器设备的维修、改造及功能开发仪器维修组的回顾 王秀春 林波海 逯建英
默默奉献,撑起维修一片天——记平台技术组三位**专家 王翔
中国科学院生物物理研究所仪器设备升级改造项目统计表(1992~2008年)
附录
中国科学院生物物理研究所研制生产仪器设备一览表(2003年)
中国科学院生物物理研究所研制生产仪器设备简介(2003年)
中国科学院生物物理研究所仪器技术与实验技术获奖项目补充
中国科学院生物物理研究所仪器技术与实验技术研究生产机构的设置和变迁
编后记

吴若菁主编的《遗传学实验》内容介绍:本书实验内容按照基础性实验→综合性实验→研究性实验,全书共有28个实验,这些实验中有经典的遗传学实验,也有紧跟学科发展前沿的综合性实验,还有精心设计的研究性实验,以满足不同层次的教学和科研的需要。