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1月18日，两院院士通过投票的方式，选出2021年中国十大科技，其中有一则是中国成功研发出-271摄氏度超流氦大型低温制冷装备。据悉，该设备主要应用于氦资源采集、航天工程以及氢能利用等领域。


打破发达国家垄断


国产超流氦大型低温制冷装备的成功自研，标志着我国成功打破发达国家对该装置的垄断。


资料显示，中科院理化所从2015年开始进行技术突破，先后攻克大型氦低温制冷技术瓶颈以及大型低温制冷关键核心技术，最终耗时五年多时间，成功将零下253度制冷机升级为零下271度制冷机。

就检测结果来看，国产超流氦大型低温制冷装备，整体技术已经达到国际先进水准。其中作为核心技术的高稳定性离心式冷压缩机技术更是领先国际。此项设备的成功研发，不仅有利于我国航天产业发展、新能源产业发展，还能促进相关领域先进技术持续升级。


曾经100%依赖进口


虽然超低温制冷设备在生活中难以见到，但实际上，随着我国经济高速发展，制造产业多点开花，我国在已成为大型低温制冷设备使用大国。


不过，国产超流氦大型低温制冷装备研制成功前，国内企业和研究机构对该设备有100%进口依赖。中国企业之所以在该设备方面受制于人，主要原因是技术积累不如海外企业多，研发时间比较短。


西方国家从中世纪开始，就已经开始尝试将化学物质加入水中，来实现低温效果。到1995年，海外企业就已经能将最低温度控制在了零下271度。而中国则是从近代才开始研究低温技术，经验就是为零，技术全靠摸索。


也是因此，在1995到2015年的20年时间里，中国超低温制冷设备被海外厂商完全垄断。


中科院开始掌握局面


而2015年到2021年，则是我国在大型低温制冷设备方面，实现追赶国际、再到领先国际的时间点，以中科院为代表的研发势力，不断突破制冷设备的最低温度。


而且与其他国家不同的是，中科院并不排斥将此类产品对外出售。之前，相关部门就以几十亿一台的价格，将该设备卖给了韩国，收益可观。


最重要的是，此举让中科院开始在大型制冷设备市场掌控局面。其实，除了中科院，国内电器巨头格力，在制冷设备研发方面，也投入了大量资金。


2015年8月，格力就曾研制出中国芯产品，用于核电站制冷，同样打破了当时外企垄断市场的局面。


两大制冷技术


液氮制冷剂技术


一般根据需要采用不同的制冷手段，自从空气液化技术和杜瓦技术成熟后，将氮气液化作为制冷剂，成为一种非常便捷实用的制冷技术。


加上氮气是空气中的主要成分，液氮目前的成本已经比矿泉水还便宜。而且氮气有化学惰性，可以直接和生物组织接触，就算立即冰冻也不会破坏生物活性。

在中科院物理所的科技开放日上，有一个网红科学小实验，把活体小金鱼放入液氮冻成冰疙瘩，然后放入常温的水中解冻，这条小鱼立刻就恢复了活力。


所以液氮的用途十分广泛，它可以迅速冷冻食品，比如我国进口的马来西亚榴莲，还可以保存活体组织，比如生物样品以及精子和卵子的储存，甚至还可以治疗一些皮肤病，其原理是利用低温迅速杀死病区细胞。


稀释制冷技术


它是目前能实现mk级制冷的三大方式之一，除此之外还有绝热去磁制冷和吸附制冷，其中只有稀释制冷机能达到10mk以下的制冷。


所以它已经成为量子计算机的标配，想要研制量子计算机，就必须先设计一套制冷设备，给量子芯片冷却降温。


我国虽然在量子计算机的理论领域是领先的，但是不突破稀释制冷技术，始终面临被卡脖子的风险。


在上个世纪70年代，我国物理学家冉启泽研制出湿式稀释制冷机，但遗憾的是，此后再无人从事相关研究，我国长时间处于技术断层和研究空白，所需的稀释制冷机全靠从欧美进口。


为了摆脱欧美的技术垄断和封锁，我国必须突破稀释制冷机技术，终于在2015年，中科院首次实现了零下253度的超低温，不过这只是欧洲20多年前的技术，要突破就要来个彻底突破。


今年7月，中科院再次取得重大成果，其自主研发的无液氦稀释制冷机，达到了零下273.1391度低温，仅仅比绝对零度高出0.01度，甚至打破了美国保持的世界纪录。


那么追求极限低温有什么作用呢？


在日常生活上用不上超低温制冷技术，但它能推动许多科技的进步，包括材料科学研究、粒子物理和凝聚态物理，甚至是天文学上都能发挥作用。


而它在商业领域的**用途，就是冷却量子计算机的芯片，量子计算机依靠量子叠加态作为运算基础，能实现体积缩小和算力的爆炸式提升，它必将成为人类最强大的计算机。


2019年12月，美国商务部一份文件指出，未来将限制出口稀释制冷机，给美国在量子计算机领域的竞争对手，这其中就包括中国。


稀释制冷机一旦被限制，对量子计算机的研究，中国将会面临重大挑战。


超低温制冷存储行业市场需求影响因素


超低温制冷存储应用领域越来越广泛，已经从传统的医药、生物、科研领域，不断拓展到很多新的应用领域，如航天航空领域、工矿企业、电子行业、金属材料处理，安全行业等。目前我国超低温制冷存储需求主要影响因素为以下几点：


（1）生物样本库方面来看，随着国内外政府、高校主导的研究机构对于生物样本的标准化、高质量以及临床资料齐全的高要求，较多具有代表性的生物样本库比如中华骨髓库、国家基因库被建立。随着建立的样本库所储存的样本数量的增长温存储设备的需求不断增加，同时，未来医院、医药研发服务企业、第三方医学检验公司也将对低温存储设备产生较多的需求。



（2）超低温低温存储设备是生物医疗领域的重要基础设施


根据我国《医疗器械分类目录》，我国医疗器械可分为临床检验器械等22个大类，其中临床检验器械包括16个小类，生物医疗低温储存设备属于其中的“检验及其他辅助设备”。主要涵盖医用冷藏箱、血液冷藏箱、医用低温保存箱等设备，目前在下游应用领域被广泛使用，最终用户涵盖医院、生物制药公司、高校等科研机构，具体包括以下几个应用场景：生物样本库、药品及试剂安全、疫苗安全、血液安全，通过多种制冷剂的精确混合配比，确保生物样本的长期可靠的低温保存。


（3）医疗器械行业处于黄金发展期


随着我国经济快速稳定发展，人口老龄化趋势严重，对于医疗卫生事业的投入越来越高，人们对于健康的支出也逐年提高，其中占比较高的医疗器械支出水平逐年增加。根据《中国医疗器械蓝皮书》统计，2018年中国医疗器械市场规模达约5250亿元人民币，从需求端可以看出医疗器械行业的需求将不断得到释放，从供给端来看，创新医疗器械的优先审评等产业支持政策，也将优化市场供给。综合来看，需求的增加，供给端的优化以及政府产业支持政策将推动医疗器械行业的可持续发展。


医用超低温制冷存储行业发展机遇


（1）行业规范化推动行业快速发展


随着我国医疗器械行业的不断发展，对于医疗器械的监管也进一步规范。2014年，国家食品药品监督管理总局审议通过《医疗器械注册管理办法》奠定了我国医疗器械分类管理的基本格局，并制定《医疗器械生产质量管理规范》和《医疗器械经营质量管理规范》对医疗器械的生产经营进行规范。2017年通过制定和修改《医疗器械生产监督管理办法》、《医疗器械经营监督管理办法》、《医疗器械监督管理条例》、《医疗器械召回管理办法》、《医疗器械标准管理办法》等法规对医疗器械各个环节进行更加具体的监管规定，我国逐渐构建起一套较为完善的医疗器械监管制度。完整的监管制度将为我国医疗器械市场的健康合规发展提供重要的制度支撑。


（2）产业政策大力支持国产医疗器械


近年来，我国通过各类产业政策鼓励国产医疗器械的发展。2015年工信部发布的《中国制造2025》中明确指出，2020年、2025年、2030年，县级医院国产中高端医疗器械占有率分别达50%、70%和95%。《关于促进医药产业健康发展的指导意见》和《增强制造业核心竞争力三年行动计划》等文件也都对医疗器械国产化提出了支持性意见。随着各类政策的不断推出，医疗器械的国产化将不断推进，国产医疗器械有望迎来发展良机。


（3）临床治疗及科研水平的提升，推动生物样本库及低温存储行业的发展生物样本库对于临床治疗以及科学研究都具有重要的作用，在国家大力支持创新药研发以及推广精准医疗方式的背景下，生物样本库作为重要的基础设施也会得到长足的发展。政府主导型、医疗机构主导型以及药物研发企业主导型的生物样本库是增长的主力方向，而第三方检测中心和体检中心的生物样本库建设随着行业的渗透率提高和覆盖人群增多也崭露头角。生物样本库及其存储样本数量的持续增长，将推动超低温制冷存储行业规模不断扩大。


（4）物联网基础设施不断完善，给予行业发展新动能


工信部等部委鼓励物联网发展，支持物联网与实体经济融合，创新应用模式。根据中国信息通信研究院发布的《2018物联网白皮书》，2015年包含感知制造、网络传输、智能信息服务在内的物联网产业规模达到7,500亿元，而截至2018年中期总体产业规模已达1.2万亿。随着国家物联网基础设施的发展、技术的日趋成熟、下游商业模式的完善以及物联网软硬件成本的下降，未来物联网与医疗器械制造将进一步融合，推动行业发展。



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