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轉載:《人民公安報》整版深度報道我所自主研發法醫DNA檢測儀研發始末

聚焦我國首個自主研發法醫DNA檢測儀:
頂尖公安科學儀器實現“中國制造”

圖為:2014年1月20日《人民公安報》

  2013年12月,我國首個自主研制的法醫DNA檢測平臺"GA118-16A"正式對外發布,這標志著中國成為世界上第二個對法醫DNA檢測技術具有自主研發能力的國家。同時,這也意味著,公安刑偵的法醫DNA檢測環節徹底告別了過往受制于人的局面,刑事案件辦案成本的壓縮、辦案周期的縮短,將從預期變成現實。
 
 “這是一項由公安部和科技部主要領導共同部署推進、由最優秀的科技團隊完成的宏偉工程。”回想起項目的研發過程,公安部第一研究所(以下簡稱公安部一所)黨委書記王剛說。
 對此,公安部一所所長仇保利向記者表示:“該檢測平臺打破了國外企業對技術與產品的壟斷,填補了國內空白,滿足了公安法醫DNA檢驗和數據庫建設等工作的需要,標志著中國精密分析儀器制造領域的一項重大突破。”
 
面世:公安科學儀器里的“嫦娥號”
50分鐘內可同時精確檢測16份DNA樣品
 
  12月17日,在公安部第一研究所的裝備展廳里,記者看到了剛剛正式對外發布的“GA118-16A”檢測設備(以下簡稱DNA檢測儀)樣機。
  作為非專業人士,記者很難從這個體積不到0.5個立方米、看上去像一臺小型復印機的設備上想象到它的“神奇”——能夠在50分鐘里同時對16個提取的DNA樣品完成精確檢測,性能指標達到國際先進水平。
  它究竟有多精密?公安部第一研究所副所長陳學亮打了個比方:“可以說是公安科學儀器里的‘航天級’設備,相當于咱們的‘嫦娥號’!”
  這個比喻并不夸張。據一線研發團隊負責人、公安部第一研究所安檢事業部副主任陳力介紹,這臺測試儀從元器件構成來說,就有481種、近6000個,每一個零部件對精度的要求都非常之高;從專業領域而言,橫跨了機械、光學、電學、生物、化學等近10個專業領域,且彼此之間相互交叉,無論哪一個環節失之毫厘,結果都會謬以千里。
  用“十年磨一劍”來形容這個設備的誕生絕非虛言。2006年11月8日,公安部啟動研發國產DNA檢測技術的“118專項”,隨后作為科技部“十一五”國家科技支撐計劃“法醫DNA專用檢測平臺關鍵技術研究”項目正式立項,由公安部第一研究所和公安部物證鑒定中心共同承擔研發任務。
  整個項目分為平臺(儀器)和試劑兩個主要部分,其中平臺部分由第一研究所負責。“如果把這個項目比作一個‘煤氣灶’,我們負責的就是‘灶’的部分”,陳學亮說。記者了解到,相對于DNA檢測試劑方面此前所具有的研究基礎,搭建這個“灶”是真真正正的從零起步。
  據介紹,DNA檢測儀的研發過程可分為三個階段:前期準備、樣機組裝調試、大規模測試試用。
  2006年起,對于這個完全陌生的艱巨任務,研發人員開始了艱苦的前期準備工作。大家從技術原理學起,從每一個零部件研究起,翻閱了文獻,求助專家,光是補課就“補了一年”。對于零部件,研發人員跑遍了國內的生產工廠,與技術人員一起設計、開發,有時候就直接住在工廠。
  2010年5月,第一臺樣機(1號樣機)研制出臺。此后的7個月里,經過不斷地改進和調試,團隊先后又組裝了四臺樣機。2010年底,第五臺樣機(5號樣機)研制成功,取得了穩定的預期效果。
  隨后是持續測試試用。2011年以來,公安部多次組織專家組,制定了測試方案,并組織全國部分省市作為樣機的測試地點,在各級DNA實驗室中進行了數輪測試和論證。結果證明,機器性能指標良好,完全可以滿足法醫DNA應用要求。
  此間,項目還順利通過了科技部驗收,取得了大量的知識產權成果。截至目前,已經取得專利16項(另有24項正在申請)、軟件著作權2項,企業標準及技術規范20項。
 
突破:終于不用再“看人臉色”
讓辦案部門買得起、用得起、維護得起
 
  2010年12月,DNA測試儀在公安部組織的“十一五”國家科技成果展上展出,科技部副部長王偉中對此高度評價:這才是中國人自主研發的科學儀器,是多少年來我國所缺少的實實在在的科研成果!
   “自主研發”簡單幾個字背后,是中國幾代刑事技術人的渴盼。
  “就是把機器從這個屋子搬到另一個屋子,也必須請國外公司的技術人員來做,否則出了問題就沒人負責。”這是基層公安機關面前真實的尷尬。沒有自主產品,意味著一招一式都受制于人。
   法醫DNA檢測技術是法庭科學的一門重要分支,是處置各類案件、重特大事故及自然災害等重大事件的重要手段之一。項目總師、第一研究所研究員陳惠民向記者介紹說,1990年,我國公安機關開始將DNA檢測技術應用于刑事案件物證的偵破。直到目前,我國開展DNA檢測工作的關鍵設備全部依賴進口,儀器從整機到零部件的更換、儀器的維護維修必須依賴于國外公司,購置和維護維修的巨額費用限制了我國法醫DNA檢測技術的進一步發展。因此,針對法醫DNA檢測技術進行專項研究,實現法醫DNA檢測試劑與儀器的全面配套,實現我國法醫DNA檢測技術的自主開發和生產能力,是急需解決的重大問題。
  據公安部第一研究所統計,截至2012年底,全國公安機關已經建成417個DNA實驗室,從事DNA檢驗的技術人員2000余名;而由于所使用的DNA檢驗用儀器、配套軟件、消耗材料和DNA標準物質均由國外公司壟斷,DNA檢測變成了許多基層單位可望不可及的“貴族檢測”。
   “通俗地說,就是買不起、用不起、維護不起。”陳惠民說:“各地想配DNA檢測設備,但苦于資金不足,無法配備。在辦案需要進行DNA檢測時,只能將提取到的現場物證樣品拿到省、地級市法醫DNA實驗室進行DNA檢測,一些實驗室任務繁重,無法及時地進行檢測,給出檢測結果,耽擱了辦案周期。比如,有的地方,待檢DNA樣品可能要排到幾個月后才能完成檢驗。更可怕的是一旦機器出了問題,也要苦等國外公司的工作人員來。僅僅是開機檢測,費用就上千。”
   據估算,自主產權DNA測試儀的研制成功,在使用成本上至少可以比國外同類機器節省50%,在設備的后期維護、維修方面,也都有了“自己人”的全環節保障。
     “自主產權的掌握,說得再遠一點,對于維護我們國家的信息安全也有著至關重要的意義。”陳惠民說。據介紹,目前,全國公安機關DNA數據庫經過近年來的建設發展,已經成為全世界最大的DNA數據庫,平均日增加數據接近1.6萬條。在這些數據的收集、檢測、維護等環節,從依賴國外到實現自主,無疑是具有劃時代意義的一步。
 
研發:曾感覺像“天方夜譚”
年輕人撐起研發團隊,變不可能為可能
 
  龐曉東今年40歲,是公安部第一研究所安檢事業部的主任助理,研發團隊們都稱他“師傅”。12月3日,當"GA118-16A"檢測儀正式對外發布的時候,他的個人qq上收到了一眾好友潮水般的祝賀。
  為了這一天,研發團隊等了七年。
   龐曉東告訴記者,平臺的研發團隊主要由他所在的科學儀器組人員構成,前后共有35名同志參與到項目中來。接到這個任務的時候,組里共11人,平均年齡不到30歲,好幾個同志都是剛剛走出校門的學生。
  “自己都認為不靠譜。”龐曉東說,“我們2005年成立的科學儀器組,當時準備做的是質譜儀一類的設備。突然接到這樣一個以前從沒有聽說過的DNA測序行業的主要儀器研發任務,而且又是被國外一個公司壟斷的儀器,其難度較之前我們涉獵的研究內容要大得多,有點‘天方夜譚’的感覺。”
 再難也要硬著頭皮上。在各級領導的重視和鼓勵下,團隊開始了漫長而艱苦的探索之路。
  第一步是“掃盲”。2007年,團隊集體請到中國刑警學院的法醫專家補了一周的課:從生物學最基礎的細胞結構學起,了解DNA的結構形式、特點、DNA提取方法,國內外DNA檢測方法的發展軌跡,法醫領域目前常用的檢測方法等。隨后,去公安部物證鑒定中心、刑警學院手把手學習儀器操作,一學就是一個月。
  原理弄清楚了,就是最復雜的零部件研制和組裝工作。近6000個部件,每一個都要專人負責落實設計生產,且加工的標準非常之高。
  而國內科技儀器方面的加工水平整體的落后,給項目造成了很大的牽制。幾年來,工程師們就干脆蹲點在工廠,看著廠方一次次進行實驗、生產。
  負責注膠系統部分研發的工程師常海龍向記者回憶道,僅僅為了系統中某一個零部件的加工,前前后后就花了兩年的時間,跑了十多個國內工廠。因為遲遲達不到加工要求,在反復的加工和實驗面前,連工廠方面都打了退堂鼓,只有2家工廠堅持到了最后,其中一家的產品最終符合了要求。
   單獨的零部件符合了標準還不夠,關鍵是相互間能夠兼容。也就是說,科研團隊的每個人,不僅要熟悉自己所負責的那部分內容,還要對涉及的其他專業有一定了解,否則,“1+1”的結果很有可能就是“0”。
 開發團隊中,每個人所學專業不同,有學電路設計的、有光學設計的、有結構設計的、有軟件開發的,但都和DNA檢測有一定差距。大家要共同學習,互相幫助。否則,某一兩個零部件之間或者硬件軟件之間一旦“掐架”,就會直接導致最終結果的謬誤。
  “高精尖的東西,你無法形容它有多嬌貴。經常是出了問題卻不知道哪里出的,所有部分重新折騰一遍。找不到原因的時候,整晚整晚睡不著覺,甚至不斷對自己產生懷疑。”常海龍說。
    “快要崩潰”的感覺,幾乎團隊中的人都嘗到過。負責軟件設計部分的張濤深深記得,在樣機第一次送到公安部物證中心、與國外同類設備進行“平行檢測”的時候,結果出現了較大的偏差。“我記得結果出來之后,大家一起吃午飯,我怎么都吃不出味道,腦子里一片空白。后來連夜排查問題,發現原來是檢測結果輸出的存儲方式問題,一顆心這才放下了。”
 
未來:迎接國產DNA檢測技術的春天
走上規模化生產之路,研究不會停步
 
  陳力告訴記者,目前DNA檢測儀已經完成從樣機組裝到批量加工的階段轉變,擁有了規模化生產的能力。
  “實際上,從三年研制一臺樣機,到一年生產若干臺,這個轉變非常艱辛。”陳力說。由于儀器每個部件極其精密的加工要求,加上國內科學儀器整體生產能力的相對滯后,要確保每一臺設備都滿足檢測要求、各項性能指標達到標準,需要破解諸多難題。但只有這樣,才能具備普及和推廣的前提。
  近三年來,為了充分檢驗設備的功能,在實現了“檢測儀”樣機性能穩定之后,始終沒有對外“解密”。這期間,在公安部統一組織下,數十臺樣機投入10余個地方公安機關的實驗室里進行測試、試用,接受實戰檢驗。研發團隊根據實際反饋的情況和發現的問題,反過來改進生產環節完善性能,基本確保了機器的總體穩定。
  “基層反映情況還是很不錯的,很多地方申請將樣機直接留下,不少單位已經開始預訂了。”陳力說。在確保檢驗效果的基礎上,研發團隊也在不斷試圖壓縮成本:“不論是購買還是后期維護,必須將成本控制在基層公安機關可承受的范圍內,這樣才有意義。”
  談到未來,在公安科研戰線奮斗了30多年的陳惠民充滿信心:我們希望通過這個設備的在各級公安機關的廣泛投入使用,真正實現DNA檢測技術的國產化,從而帶動刑事技術工作的革命性進步。
   陳惠民說,DNA檢測技術在一定意義上是刑事辦案的“咽喉”。而在目前公安刑事技術工作發展中,DNA檢測環節是基層普遍存在的掣肘因素之一。一些案件的偵辦原本可以運用這一技術手段,卻最終因為成本太高、周期太長作罷。長此以往,可能會造成一些該破的案件破不了,一些該采集的DNA數據采集不了,很大程度上影響刑事技術整體水平的提升和刑偵技術人員的工作積極性。實現法醫DNA檢測技術國產化,將會讓這些難題得到逐步解決。
  據了解,法醫DNA檢測核心技術主要分布在檢測試劑、檢測平臺、分析軟件及配套消耗品等方面。隨著《2004-2008年公安機關DNA數據庫建設規劃》的不斷實施,在今后一個時期,我國公安機關對法醫DNA檢測相關平臺與試劑的需求還將有進一步的增長。 來自公安部專家組的多位權威刑事技術專家表示,實現法醫DNA檢測技術國產化不僅僅是公安科研領域的成就,更將是刑偵領域革命性的突破,它將大大增強我國預防和打擊刑事犯罪的快速反應能力、犯罪證據認定能力以及物質條件保障的自給能力。
 “實戰需求不斷變化,我們的研究也不會停步,對于科研而言,精益求精、沒有止境。”采訪結束時,陳學亮對記者說。


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