測序儀和光刻機(jī)，作為生命科學(xué)與半導(dǎo)體領(lǐng)域的“國之重器”，其發(fā)展之路充滿艱辛與挑戰(zhàn)。從專利爭奪戰(zhàn)到科技冷戰(zhàn)，再到光學(xué)技術(shù)的精密支撐，每一步都凝聚著無數(shù)科研人員的心血與智慧。中科院長春光機(jī)所作為光學(xué)技術(shù)的中流砥柱，以其卓越的科研實力和創(chuàng)新精神，為國產(chǎn)測序儀和光刻機(jī)的崛起提供了堅實保障。在未來的科技競爭中，我們期待更多的“國之重器”在光學(xué)技術(shù)的助力下，閃耀世界科技舞臺，為國家的繁榮與發(fā)展注入源源不斷的動力。

測序儀和光刻機(jī)，分別是生命科學(xué)與半導(dǎo)體領(lǐng)域的兩大“國之重器”。

雖然它們的用途不同，一個幫我們破解生命的密碼，一個用來“畫”出手機(jī)和電腦里那些復(fù)雜到肉眼都看不見的芯片電路。但確實值得放在一起來說說，因為測序儀和光刻機(jī)有著戰(zhàn)略上的許多相似之處，而且它們背后有一個相同的幕后功臣。

首先，它們背后都有一場場激烈的專利爭奪戰(zhàn)，核心就是搶占技術(shù)制高點。

基因測序技術(shù)從第一代到如今的高通量測序，專利戰(zhàn)幾乎貫穿整個發(fā)展史。以二代測序為例，2000年代，兩大巨頭Illumina和Life Tech展開了激烈競爭。Illumina的“邊合成邊測序”技術(shù)和Life Tech的半導(dǎo)體測序技術(shù)，都通過專利布局拼命圈地。它們互相起訴，官司打了幾年，最后以和解收場。專利戰(zhàn)的目的不只是保護(hù)技術(shù)，更是為了壟斷市場。像Illumina一度占據(jù)全球測序市場70%以上的份額，靠的就是專利“護(hù)城河”。    

后來者如中國的華大智造，另辟蹊徑搞自主研發(fā)，試圖避開專利雷區(qū)，也依然免不了在2019年開始被Illumina起訴，盡管訴訟最終達(dá)成和解，Illumina其后又開始加大游說力度，使美國國會進(jìn)一步通過法案限制華大等中國公司，直至中國商務(wù)部今年的反擊，在隱忍多年后，給出了對Illumina禁止進(jìn)口到中國的裁決。

光刻機(jī)的專利戰(zhàn)更像是一場“光學(xué)霸權(quán)”爭奪戰(zhàn)。荷蘭ASML是當(dāng)今光刻機(jī)領(lǐng)域的絕對霸主，但它的崛起背后也有專利博弈。尼康和ASML曾在浸潤式光刻技術(shù)上爆發(fā)專利糾紛，雙方在美國、日本等地提起多起訴訟。后來，由于EUV技術(shù)的專利壁壘太高，加上美國的技術(shù)授權(quán)限制，日本廠商逐漸退出競爭。

其次，測序儀和光刻機(jī)都深深卷入了近年來的科技冷戰(zhàn)，貿(mào)易摩擦直接影響了它們的全球供應(yīng)鏈和市場布局。

測序儀的貿(mào)易摩擦更多圍繞數(shù)據(jù)安全和生物安全?；驍?shù)據(jù)被認(rèn)為是戰(zhàn)略資源，美國對中國測序企業(yè)的關(guān)注從2010年代就開始了。無論是“實體清單”還是《生物安全法》，這些摩擦表面是貿(mào)易問題，背后是對基因科技主導(dǎo)權(quán)的爭奪。

而光刻機(jī)的貿(mào)易摩擦簡直就是科技冷戰(zhàn)的縮影。美國從2018年起，通過出口管制法案（ECRA）和“實體清單”，限制ASML向中國出售EUV光刻機(jī)。2020年，美國進(jìn)一步施壓荷蘭政府，禁止ASML向中國出口高端設(shè)備，理由是“國家安全”。

更重要的是，測序儀和光刻機(jī)在戰(zhàn)略上的重要性，怎么強(qiáng)調(diào)都不為過。它們不只是設(shè)備，更是科技主權(quán)的象征。

基因測序被認(rèn)為是未來醫(yī)療、農(nóng)業(yè)甚至國防的基石。掌握測序技術(shù)，等于握住了生物科技的“鑰匙”。大國競爭中，誰能快速、低成本地測出基因序列，誰就能在精準(zhǔn)醫(yī)療、生物武器防御上占先機(jī)。比如，美國通過Illumina等企業(yè)，試圖主導(dǎo)全球基因數(shù)據(jù)庫，掌控數(shù)據(jù)話語權(quán)。中國則靠華大智造等公司，力爭在測序設(shè)備和數(shù)據(jù)分析上實現(xiàn)自主可控，避免基因資源外流。這種競爭表面是技術(shù)，實則是對未來生命科技制高點的爭奪。   

光刻機(jī)是芯片制造的核心，直接決定了芯片性能和產(chǎn)量。現(xiàn)代社會，從手機(jī)到導(dǎo)彈，幾乎啥都離不開芯片。所以，光刻機(jī)的戰(zhàn)略地位簡直是“工業(yè)命脈”。目前，ASML的EUV光刻機(jī)全球獨(dú)一份，美國通過控制ASML，間接掐住了全球芯片供應(yīng)鏈的脖子。中國要發(fā)展高端芯片，必須突破光刻機(jī)技術(shù)，否則只能在低端市場打轉(zhuǎn)。

測序儀決定生物科技的未來話語權(quán)，光刻機(jī)掌控信息科技的命根子，兩者都是大國競爭中“誰也輸不起”的賽道。

而更巧的是，這兩件神器背后，有個共同的“大功臣”——精密的光學(xué)技術(shù)。

先來說說測序儀，簡單點說，它就是一臺“讀”DNA的機(jī)器。想象DNA像一串長長的字母鏈，上面寫滿了A、T、C、G這些“密碼”。測序儀先把DNA剪成小段，復(fù)制很多份，然后粘在一個小芯片上。接著，它用一種帶熒光“標(biāo)簽”的化學(xué)物質(zhì)，像是給每個字母點上彩色小燈。激光一照，這些小燈就亮起來，不同字母亮不同顏色，儀器里的相機(jī)“咔嚓”一拍，把這些光信號記下來。電腦再把這些彩色信號翻譯成字母，拼出一長串DNA序列。這過程就像是用燈和相機(jī)把生命密碼一行行“拍”下來，變成我們能讀懂的東西。    

再來看光刻機(jī)，它是造芯片的“大手藝人”。芯片上那些細(xì)得連用顯微鏡都看起來費(fèi)勁的電路，就是光刻機(jī)“畫”出來的。它的原理有點像老式幻燈片投影儀：先有個光源，射出特別強(qiáng)的光，比如深紫外光或者極紫外光；光透過一個刻著電路圖案的“模板”（專業(yè)名叫掩模），再通過一堆精密透鏡，把圖案縮小，投到涂了感光膠的硅片上。感光膠被光一照，性質(zhì)就變了，之后再用化學(xué)方法“洗”掉一部分，留下電路的形狀，最后再刻一層層，疊出一個完整的芯片。整個過程就像是用光在硅片上“印”藍(lán)圖，細(xì)到幾納米，比頭發(fā)絲還薄幾萬倍。

測序儀和光刻機(jī)雖然干的活兒完全不同，但它們都離不開光學(xué)技術(shù)。比如，兩者都需要特別精準(zhǔn)的透鏡，測序儀得靠它清楚地“拍”下微弱的熒光信號，光刻機(jī)得用它把電路圖案縮到納米級還不能走樣。它們還都得用上穩(wěn)定的激光，光刻機(jī)用激光“畫”線，測序儀用激光“點亮”DNA信號。還有，測序儀和光刻機(jī)都得有靈敏的相機(jī)或者探測器，專門捕捉光信號，測序儀用它看熒光顏色，光刻機(jī)用它檢查圖案有沒有偏差?？傊?，光學(xué)系統(tǒng)在這兩臺機(jī)器里，就像是它們的“眼睛”和“手”，得又準(zhǔn)又穩(wěn)。    

說到光學(xué)技術(shù)的硬核支持，國內(nèi)有個地方不得不提——中科院長春光機(jī)所。

中科院長春光機(jī)所，全名叫中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，是個在光學(xué)領(lǐng)域響當(dāng)當(dāng)?shù)牡胤?，號稱“中國光學(xué)的搖籃”。

長春光機(jī)所的故事得從1952年說起。那時候新中國剛成立沒幾年，科技基礎(chǔ)還很薄弱，國家急需搞科研的地方。1952年，在吉林長春，一群科學(xué)家和工人一起收拾出一片地兒，準(zhǔn)備建個研究所，這就是長春光機(jī)所的前身——中國科學(xué)院儀器館。當(dāng)時的條件可沒現(xiàn)在這么好，科學(xué)家們自己動手平地、填坑，硬是把這地方建起來了。    

研究所的創(chuàng)始人之一是王大珩院士，他可是中國光學(xué)界的“大?！?。在他的帶領(lǐng)下，長春光機(jī)所從一開始就瞄準(zhǔn)了光學(xué)和精密機(jī)械，目標(biāo)是為國家的工業(yè)和國防搞出點真家伙。1950年代到1960年代，長春光機(jī)所參與了不少大事兒，比如“兩彈一星”工程，他們造出了高精度的光學(xué)儀器，幫著導(dǎo)彈和衛(wèi)星瞄準(zhǔn)目標(biāo)，立了大功。

1999年，長春光機(jī)所和長春物理所合并，成了現(xiàn)在的樣子。從建所到今天，70多年過去，長春光機(jī)所一直是國內(nèi)光學(xué)研究的“頂梁柱”，創(chuàng)造了一堆“中國第一”：第一臺紅寶石激光器、第一臺大口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、第一套導(dǎo)彈光學(xué)制導(dǎo)系統(tǒng)……這些成果聽著就挺牛，實際也真挺牛。    

長春光機(jī)所在光學(xué)和精密機(jī)械領(lǐng)域攢了不少絕活兒。

長春光機(jī)所最擅長的就是造各種能“看”東西的儀器。他們搞出了很多高精度的光學(xué)設(shè)備，比如大口徑望遠(yuǎn)鏡，能看得比誰都遠(yuǎn)，裝在衛(wèi)星上能拍地球的“高清寫真”。還有顯微鏡，能看到細(xì)胞甚至更小的玩意兒。這些技術(shù)不光用在科研上，還用在工業(yè)檢測、醫(yī)療設(shè)備里，幫著醫(yī)生看清楚病人體內(nèi)的“小毛病”。

說到激光，長春光機(jī)所可是國內(nèi)的“老前輩”。他們1960年代就搞出了中國第一臺紅寶石激光器，后來又研發(fā)了一堆更厲害的激光設(shè)備。現(xiàn)在，他們的激光技術(shù)用在各種地方：工業(yè)上能切金屬跟切豆腐似的，醫(yī)學(xué)上能拿來做手術(shù)，連國防上都能用來搞激光武器或者精確制導(dǎo)。總之，激光這塊，他們玩得挺溜。

長春光機(jī)所在空間光學(xué)上也有一手。簡單說，就是給衛(wèi)星、飛船裝上能看清東西的“眼睛”。比如“嫦娥”探月工程、“神舟”飛船上的一些光學(xué)設(shè)備，就有他們的手筆。他們造的星載相機(jī)，能從幾百公里外拍地面，假如排除大氣干擾等限制，連車牌號都能看清。這些技術(shù)直接幫國家在航天領(lǐng)域站穩(wěn)了腳跟。

除了光學(xué)，長春光機(jī)所還特別擅長精密機(jī)械。啥叫精密？就是細(xì)到你想象不到的地步。他們能造出誤差不到1納米的零件（1納米等于10億分之一米），這種精度在造光刻機(jī)、測序儀這些高精設(shè)備時特別關(guān)鍵。他們還搞過不少機(jī)械手、自動化設(shè)備，幫工廠把生產(chǎn)效率提上來。

光電探測是長春光機(jī)所的另一大強(qiáng)項。簡單說，就是能抓住光信號，轉(zhuǎn)成電信號，再分析出來。他們做的高靈敏度探測器，能捕捉到特別微弱的光，比如測序儀里用的CMOS傳感器，能“看”到DNA發(fā)出的熒光信號。這些技術(shù)在基因測序、夜視儀、遙感衛(wèi)星上都有大用處。

長春光機(jī)所的技術(shù)可不只是“高冷”的實驗室玩意兒，他們特別會把技術(shù)變成真能用的東西。早年主要是給國防干活，幫著造導(dǎo)彈、衛(wèi)星的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)。后來慢慢轉(zhuǎn)到民用領(lǐng)域，比如幫著企業(yè)造醫(yī)療儀器、工業(yè)激光設(shè)備，還跟華大智造、國望光學(xué)這些公司合作，把光學(xué)技術(shù)用在基因測序和芯片制造上。

比如光刻機(jī)的光源系統(tǒng)，難度特別大，尤其是極紫外光源，波長短到只有13.5納米，還得功率高、穩(wěn)定性好。長春光機(jī)所就在這方面使勁鉆研，搞出了超平整的反射鏡和平面鏡，平到誤差不到1納米，幫國產(chǎn)光刻機(jī)光源系統(tǒng)打下了基礎(chǔ)。他們還在深紫外光源的穩(wěn)定性上下了狠功夫，讓國產(chǎn)設(shè)備少走不少彎路。

還有個厲害的，就是高端CMOS相機(jī)芯片，這種芯片在測序儀和光刻機(jī)里都少不了。測序儀用它拍熒光信號，光刻機(jī)用它檢查對準(zhǔn)誤差。長春光機(jī)所開發(fā)的高性能CMOS芯片，特別靈敏，還不容易受干擾，幫測序儀看清微弱的光，也讓光刻機(jī)的對準(zhǔn)更準(zhǔn)。這些技術(shù)可不是光在實驗室里玩，他們還和企業(yè)合作，把成果變成了真能用的東西。

比如說，長春光機(jī)所他們和華大智造合作，這家企業(yè)是國內(nèi)基因測序的“大?！薄ＨA大智造的高通量測序儀對光學(xué)要求特別高，長春光機(jī)所就幫他們弄了高精度的鏡頭和激光系統(tǒng)，讓設(shè)備性能直追國際水平。再比如和國望光學(xué)的合作，國望是搞高端光學(xué)元件的，他們一起攻關(guān)光刻機(jī)用的曝光光學(xué)系統(tǒng)，搞出了面向28納米工藝的設(shè)備，填了國內(nèi)空白。通過這些產(chǎn)學(xué)研合作，長春光機(jī)所直接讓許多國產(chǎn)設(shè)備硬氣了不少。

長春光機(jī)所還特別擅長把技術(shù)變成產(chǎn)品。他們的高精度光學(xué)加工技術(shù)，已經(jīng)用在國產(chǎn)光刻機(jī)和測序儀的核心零件上了，激光技術(shù)也用到了各種精密制造里。這些成果不僅讓國內(nèi)企業(yè)少花冤枉錢買進(jìn)口貨，還拉動了一整條產(chǎn)業(yè)鏈?？梢哉f，長春光機(jī)所在光學(xué)這塊，給“專精特新”四個字做了個硬核注解。

測序儀和光刻機(jī)這兩件“國之重器”，背后都站著光學(xué)技術(shù)這么個“超級英雄”。而長春光機(jī)所就像是給英雄打造裝備的“大匠”，從實驗室到工廠，從技術(shù)到產(chǎn)品，一步步讓中國在這兩大賽道上站得更穩(wěn)，走得更遠(yuǎn)。在未來的科技競爭中，我們期待更多的“國之重器”在光學(xué)技術(shù)的助力下，閃耀世界科技舞臺，為國家的繁榮與發(fā)展注入源源不斷的動力。    

本文系觀察者網(wǎng)獨(dú)家稿件，文章內(nèi)容純屬作者個人觀點，不代表平臺觀點，未經(jīng)授權(quán)，不得轉(zhuǎn)載，否則將追究法律責(zé)任。關(guān)注觀察者網(wǎng)微信guanchacn，每日閱讀趣味文章。