生物医学工程发展史范文

导语：如何才能写好一篇生物医学工程发展史，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

20世纪60年代，美国一些著名大学先后开启了生物医学工程学科的建设，相继启动了生物医学工程专业人才的培养。美国的生物医学工程教育特点是在技术产业化需求驱动建立起来的具有其自身特性，且反映了生物医学工程学科建设与发展的前沿特征。各个学校的本科教育课程虽然具有自己的特色，但在课程设置上大致可以分为科学基础课程、专业核心课程、关注领域课程、设计课程、人文与社会科学课程、专业选修课程及其他选修课程等六类。不同学校本科课程的主要差异体现在专业选修课程及其他选修课程的设置上，各个学校根据自身的生物医学工程领域的研究方向和研究水平特点开设一些相应的选修课程，并培养学生在相应方向上的研究探索实践能力。这是美国生物医学工程本科教育的基本特点。

我国生物医学工程专业教育起步于20世纪80年代，主要发源于著名工科院校的信息技术类专业和力学专业，进而逐渐形成的生物医学工程专业教育，后来，一些医学院校在医学物理和医用计算机技术的基础上相继开展了生物医学工程专业教育，于是在我国基本上形成了这样两种类型的生物医学工程学科。上述两类院校的生物医学工程学科建设发展模式各具侧重，遵循了共同的学科基础，在培养生物医学工程专业人才的应用层面上有显著特点。相对来说，工科院校的生物医学工程培养模式注重工程技术的开发和功能拓展，医科院校则注重医学与工程结合、工程技术在医学中的综合应用。

1.中国生物医学工程学科发展思路

生物医学工程是一种交叉学科，交叉的学科基础及其融合的紧密程度决定了生物医学工程学科的发展水平，交叉的学科发展推动着生物医学工程学科的发展，并且使得生物医学工程学科研究领域变得十分广泛，而且处在不断发展之中。

1.1 学科发展轨迹

在中国，基于电子信息工程发展而来的生物医学工程学科，主要包括生物医学仪器、生物医学信号检测与处理、生物医学信息计算分析、生物医学成像及图像处理分析、生物医学系统建模与仿真、临床治疗与康复的工程优化方法、手术规划图像仿真以及图像导引手术及放疗优化等；有基于力学发展而来的生物医学工程学科，主要包括生物流体力学、生物固体力学、运动生物力学、计算生物力学和微观尺度的细胞生物力学等；基于化学材料工程发展而来的生物医学工程学科，主要包括生物材料学、组织工程与人工器官、物理因子的生物化学效应等。

1.2 学科发展特点

作为交叉学科的生物医学工程学科，其发展的关键在于交叉学科间的交叉融合。构建一种良好的交叉结构，对推动交叉学科的发展具有至关重要的作用。约翰霍普金斯大学对于生物医学工程这样的交叉学科的描述有一个形象的说法：交叉学科如同在不同学科之间建立起连接桥梁，如果在河两岸没有坚实的基础，桥是无法建立好的，对于生物医学工程这样一座建立在两个不同学科之间的桥来说，它的发展要求具有坚实的交叉学科基础和交叉学科紧密融合深度。那么在生物医学工程学科构建良好的交叉结构，需要选取具有理论支撑和技术支撑的主干学科进行交叉，凝练学科方向，不能大而全，过于宽泛。

目前，医学仪器和医学成像技术具有良好的应用和发展前景，应该成为生物医学工程学科的重点发展方向。医学仪器和医学成像设备能有力推动医疗产业的发展。医疗仪器和医学成像设备是现代医疗器械产业中的主流产品，在产业发展中起着主导和引领作用。其发展水平已成为一个国家综合经济技术实力与水平的重要标志之一。产业化驱动也是学科发展的一种动力，也为学生未来职业发展奠定良好的基础。基于医疗卫生健康事业的需求和生命科学发展的大趋势，生物医学工程学科应大力促进医学仪器和医学成像方法的学科建设，从而提升整个学科的发展水平。

生物医学工程学科的建设离不开一流的学术研究和学术成果的应用。一流的学术研究不但能提升学科的发展水平，而且能开拓学科纵深发展，产生良好的经济效益和社会效益，进而增强学科服务社会发展的能力。学术研究的前瞻性和创新性将确保学科建设的发展动力和趋势以及学科发展的活力。

交叉学科往往具有不同程度的可替代性。可替代性程度越高，交叉学科存在的必要性就越小。如何减小生物医学工程学科可替代性的程度是需要深入思考的，是需要提升学科的特异性的。生物医学工程学的学术研究主要包括应用理论研究和理论应用研究，应用理论研究主要涉及生物医学工程领域所需要解决的科学问题，开展新理论、新方法的研究。理论应用研究主要涉及生物医学工程领域所需要解决的科学和技术问题，借助理工科的相关理论和方法开展应用基础研究和应用研究。应用理论研究是理论驱动型的学术研究，理论应用研究是应用驱动型的学术研究。理论驱动型和应用驱动型是生物医学工程学科学术研究的两种主要模式。理工科大学具有良好的理论创新基础和强大的交叉的学科背景，开展理论驱动型研究具有自身优势。医学院校具有丰富的医学资源，面临着大量需要应用理工知识解决的医学问题，开展应用驱动型研究，将很好地实现与医学的应用融合，具有较好的临床应用价值，有力推进医学的进步与发展。各自的学术优势将有利于生物医学工程学科特色发展，从而增强其不可替代的程度，实现学科可持续创新发展。

1.3 学科体系

作为一级学科的生物医学工程，包含学科的理论体系和技术体系，且该体系离不开所交叉的学科的理论体系和技术体系的支撑，此外生物医学工程学科理论体系和技术体系既要有学科自身的特色，又要具有可持续发展和一定程度上的不可替代性，这样学科才会有旺盛的生命力。要面向医疗卫生、生物科学所涉及的重大、重要技术理论问题及基础应用开展学术研究。实现良好的学术研究定位，形成自己的理论体系和技术体系。

2.大数据时代的生物医学工程学科发展

守正创新是生物医学工程学科发展的必由之路，人类已进入大数据时代，所谓大数据（bigdata），或称海量数据，是指由于数据容量太庞大和数据来源过于复杂，无法在一定时间内用常规工具软件对其内容进行获取、管理、存储、检索、共享、传输、挖掘和分析处理的数据集。大数据具有“4V”特征：①数据容量（volume）大；②数据种类（variety）多，常常具有不同的数据类型和数据来源；③动态变化快，如各种动态数据，非平稳数据，时效性要求高；④科学价值（value）大，尽管目前利用率低，却常常蕴藏着新知识和重要特征价值或具有重要预测价值。大数据是需要新的分析处理模式才能挖掘分析出其蕴藏的重要特征信息[6。

人体生老病死的生命过程就是一个不断涌现的生物医学大数据发生源，这种源源不断的生物医学大数据的检测、处理与分析，将给生物医学工程学科的建设与发展带来新的机遇和挑战。模式识别、人工智能、数据挖掘和机器学习的发展将带动大数据处理技术的进步。生物医学大数据广泛涉及人类医疗卫生健康相关的各个领域：临床医疗、基础医学、公共卫生、医药研发、临床工程、心里、行为与情绪、人类遗传学与组学、基因和蛋白质组学、远程医疗、健康网络信息等，可谓包罗万象，纷繁复杂。生物医学大数据中蕴藏了种种有科学价值的信息，研究有效的大数据挖掘的新理论、新技术和新方法，对生物医学大数据进行关联和融合计算分析，充分挖掘生物医学大数据中的信息关联和特征关联和数据空间映射关联，既能为疾病的预防、发生发展、诊断和治疗康复提供系统化的全新的认识，有利于深入疾病机理研究分析，开展个性化诊疗。还可以通过整合系统生物学与临床数据，更准确地预测个体患病风险和预后，有针对性地实施预防和治疗。

生物医学工程学科所面临的生物医学大数据主要包括多模态医学影像数据、多种类医学信号数据以及基因和蛋白质组学的生物信息数据。生物医学大数据在生物医学工程学科领域内有着广泛深远的应用前景，从三个方面应用将推动生物医学工程学科的发展。

（1）开展多模态影像大数据计算分析。医学影像学科的发展从早期看得到，到看得清，目前的看得准，未来的趋势是看得早。只有看得准和看得早才有利于临床早期干预，提高治疗预期。医学影像大数据计算分析在影像诊断、手术计划、图像导引、远程医疗和病程跟踪将发挥越来越大的作用。

建立新的医学影像大数据计算分析模型和数值计算方法，挖掘多模态影像数据的特征数据和特征关联，将会提供强有力的影像诊断分析手段，极大地推动影像技术的发展，具有重要的临床应用价值和科学价值。

（2）开展多种类医学信号大数据计算分析。医学信号大多直接产生于生理和病理过程中的信号，能在不同层面上表达生理和病理相关机制特征。融合多种医学信号的大数据计算分析，能对生理病理过程进行更好更全面的阐释，不仅能深入了解生理病理的状态特征和过程特征，而且能实现个体健康监测和管理。可以很好地开展回顾性研究和前瞻性研究，推进系统化的医学应用研究。实现强大的多种医学信号数据的特征挖掘及特征关联计算分析。大数据挖掘能够增加准确度和发现弱关联的能力，能更好地认识生理病理现象和本质。

（3）开展基因和蛋白质组学的生物信息大数据计算分析。基因组学、蛋白质组学、系统生物学和比较基因组学的不断发展涌现了海量的需要计算分析的生物信息数据，已进入计算系统生物学的时代。开展生物信息大数据计算分析，可以拓展组学研究及不同组学间的关联研究。从环境交互、个体生活方式、心里行为等暴露组学，至细胞分子水平上的基因组学、表观组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、基因蛋白质调控网络，再到人类健康和疾病状态的表型组学等不同层面不同方向上实现大规模的关联计算分析，可以全面阐述生命过程机制，挖掘生命过程特征及关联特征。

3.结论

篇2

[关键词] 现代医院人际关系形成发展

根据关于事物是不断向前发展的观点来看,现代医院人际关系的形成正是有人类社会以来医疗活动中所形成的人际关系不断完善的结果。在“医院人际关系”这一称谓前冠以“现代”二字,不仅表明了这一过程的不断延续直到今天,也包含了其本身仍在发展变化的深刻寓意。

一、现代医院人际关系的形成与发展

医院人际关系的形成与发展经历了一个漫长的历史过程,它的形成与发展是受生产力水平和医学科技的影响和制约的,与整个自然科学与哲学思想的发展有密切的联系。从古至今,从东方到西方,经历了由简单到复杂,由面到立体多维的医院人际关系,期间大体上可以分为以下四个发展阶段。

1.原始医学的人际关系

原始医学在人类社会医学发展史上占据了漫长的时间,包括有早期的图腾幻想医学及其晚期的巫术医学。原始人类为了生存和减轻痛苦,研究各种动物、植物、矿物对生物体的利害特征,或通过自己的经验判断,或通过畜养动物身上观察某些植物的疗效来寻找治病的方法,如某些植物有毒,某些植物能治疗或减轻疾病,原始人类知道用砭石、棘刺、骨针作为外科手术工具,用于取出异物、开放脓肿、施行放血术。尽管这些做法仍是原始人类保护生命的本能,但在原始思维指导下的原始人类通过观察、思索,再加上把原始的经验积累起来,使无意识的动物本能逐渐过渡到有意识的人类原始医疗经验的积累。虽然这一时期医疗活动的人际关系非常简单,没有医业分工,人际关系主要体现在自救、互救,更没有形成过固定的医生与患者的关系,但正是基于这种原始的互相帮助才得以使其在恶劣的条件下求得生存。

2.古代医学的人际关系

古代医学的最大进步体现在医学逐渐地成为一种独立的职业,并且出现了医业分工,像我国战国时期公元前5世纪名医扁鹊,秦汉时期名医张仲景,东汉末年外科杰出名医华佗。古代时期,个体医疗是医疗的主要形式,医者主要多为个体行医。许多医生游历乡间为民治病,当然,很多医者属于“座门等患”的“座堂”先生。古代医学主要是经验医学,医疗活动中的人际关系主要体现在医生与病人之间的关系,医生通过为病人治病而谋生,病人为治病而求助于医生,是相对平等的供求交换关系。古代时期医院萌芽已出现,公元前7世纪,春秋时代在各国都城设立残废院,在公元2年汉朝建立最早的收容传染病的隔离院,东汉时建立了军医院叫“庵芦”,元代军医院叫“安乐堂”。这一时期医院的人际关系也只是较以往相对复杂些,独立个体行医仍是当时条件下医疗的主要形式,这些医者间少有往来,多是通过口口相传、著书立说为人所知。

3.近代医院的人际关系

近代医学开始于“文艺复兴”之后,欧洲在16,17世纪步入封建社会后期,由于手工业工厂的出现,生产力的发展,封建关系瓦解,从而推动了科学技术的发展,也促进了医学的发展,使医学摆脱了僧侣的统治,克服了唯心主义的束缚,使医学的发展与当时的科学技术更相结合。近代医学一个最显著的特征是其建立在分析实验的基础上,近代实验医学的标志就是近代医院的产生,近代医院成为社会医疗的主要形式。[1]尽管同一时期还有大量个体医疗的存在,但无论从医疗技术水平,医疗能力和物质条件来说,医院都处于领先地位,个体医疗从此退居辅助、边缘地位。近代医院为适应近代实验医学的发展,实现了专科分工,医护分工,医技分工,集体协作医疗。尽管分科、分工不细,但这些分工与集体协作仍是近代医院基本特征。

近代医院人际关系开始走向复杂,主要有医生与患者之间的关系、医生与护士之间的关系,医生与医生之间的关系,医生与医技人员之间的关系。医生与患者之间的关系是近代医院人际关系中的主要关系,医患关系既有“主仆关系”,又有“平等合作”的关系,人际关系既有集体协作的关系,又有同行竞争的关系。这一点,前些年曾有一部脍炙人口的电视剧《神医喜来乐》,就集中鲜明地塑造了晚清末期宫廷、民间医者之间医德医术的矛盾对立乃至大时代背景下中外医者之间的智慧的交叉与碰撞。

4.现代医院人际关系

20世纪中期后特别是近三十年来,由于电子、核子、计算机等最新自然科学领域的重大突破,大量高新技术渗入医学领域,为医学的发展提供了现代化的技术手段,并且为医学奠定了坚实的理论基础,使医学科学技术向宏观和微观两个方面飞速发展。多学科的互相渗透,促使医学也产生了众多新兴学科:如分子生物学、现代免疫学、遗传工程、病理生物学、生物物理学、生物医学工程等。进入现代医学阶段,医学迅速发展。本世纪70年代,欧美等工业、科技先进国家率先进入现代医院发展阶段。这是现代化科学技术、文化发展的必然结果。时至今日,这股大潮已席卷全球。虽然现代医院的发展还不够全面和充分,远未到终点,但这一切都昭示了现代医院发展的趋势。现代医院人际关系呈现出立体多维的结构体系。人际交往剧增,人际关系复杂多样,联系广泛,呈现网络状,并有多向合作、互相交流沟通的特点。人际关系还有国际化趋势、法规化趋势。人际关系多种类型并存,多种形式同在。

二、现代医院人际关系的特点与发展趋势

现代医学模式由近代传统生物医学模式向现代生物、心理、社会医学模式转变,医学科学呈现出六个方面的特点:(1)医学发展的高速化,发明与应用周期明显缩短,知识更新加快;(2)医学学科既高度分化又高度综合,使一些医学体系呈现立体多维网络化;(3)微观与宏观研究两级并进,医学科学社会化趋势明显加大;(4)大量新技术,如计算机信息技术广泛应用于医学,医学研究科学化;(5)重视社会因素,心理因素对人健康与疾病的影响。医学工作者不仅重视人体微观低层次内环境的动态平衡,而且重视整体性,如精神与躯体的平衡;(6)医学科学国际化的趋势。医学科学研究打破国界,医学科学技术相互引进。现代医学和现代医院的发展,使现代医院的人际关系形成了明显的特点和发展趋势,概括起来主要有以下五点:

在现代医院发展过程中,由于医务人员在医疗行为中始终占据主导地位,并且医院分科精细,医务人员分工专一,医疗活动必须在集体协作之下共同完成,这就需要医务人员之间要“避免相妒,凡事求真,言必由衷;应谦恭有礼地相处,不可任意批评,更不能再患者或其家属面前”起争执。现代医院人际关系呈现出明显的特点和趋势,主要有以下四点:

1.多维联系趋势

由于医学科学技术的发展,分科分工精细,病人从诊断到治疗药经过许多科室,许多医务人员。因此,病人要得到及时的诊治,从心理上和行为上要与多方发生联系,希望得到各方面的“关照”。医务人员越来越懂得重视社会、心理因素对健康和疾病的影响,注意接触病人,同病人主动建立联系,以加强心理治疗。因此,病人与医生都主动建立多维联系和进行信息、心理的交流,心灵的沟通。

2.经济关系强化趋势

现代医院既讲社会效益,也讲经济效益;现代医院既讲管理,也讲经营;现代医生既讲奉献,也必须追求个人价值和经济利益。在市场经济条件下,医患双方始终存在着经济关系,这是不可避免的。正是由于患者具有病人和消费者的双重角色,医务人员通常也具有医者和经营者的双重身份,因此,近年来医患之间的经济关系在不断强化,随之而来的就是大到整个医疗卫生体系,小到每个医疗科室内部的利益合理分配问题。

3.法规化趋势

传统医院人际关系,很大程度上是靠伦理道德规范维系的,通过人的内心信念、传统习俗和社会舆论来调节、约束人际关系。在现代社会,单靠伦理准则来规范约束医务人员彼此之间的行为显然是不够的,即便单靠行政管理也是不完整的。因此,对现代医院医务人员彼此间权益、地位关系的立法,不妨成为一种构想,并且在条件成熟的情况下促使之成为维护人际关系正常发展的制度和重要手段。

4.国际化趋势

由于现代各国都扩大对外开放,国际间交流不断扩大,医学科学技术打破国界,各国医务人员之间相互交流、接触日趋增多,而这种交流在某种意义上代表着医学发展的高端水平和未来的趋势。相信在未来,不仅一个国家内部的医务人员可以在本国内跨地区行医,亦可以实现各国医务人员间的跨国行医,从而实现全球范围内的医疗人才、资源互补,而不再只限于学术上的交流。因此,现代医院医生必须适应人际关系的国际化趋势。

通过深入挖掘现代医院人际关系的演变发展进程以及综合概述现代医院人际关系的特点,我们可以发现其中包含着对我们现代医院建设的深刻意义。现今,国内学者对于现代医院人际关系的综合研究相对较少,既往的研究也局限于某些特定专业立场。例如管理人员对医患关系矛盾冲突根源进行深入挖掘,护理专业学者从维护护理工作人员权益出发对医护间各种现象研究较多,医院行政管理人员对其与临床间关系研究较多……当然,这些都不乏正面积极的作用,但我们更需要能够站在一个全面统筹的高度对现代医院人际关系作整体、深入、权威的把握,才能对现代医院人际关系有一个全面、准确的认识,真正理顺现代医疗活动中所衍生的各项人际关系,以便更好地服务于现代医院发展的长远规划。

参考文献:

[1]王志杰:现代医院人际关系学[M].北京:学苑出版社,1998.5:7

[2]王志杰:现代医院人际关系学[M].北京:学苑出版社,1998.5:8

篇3

有一类具有共同演化特征的产业在19世纪末逐渐形成，并在二战后导致了全球经济和社会的巨大变化，而进入21世纪，这类产业逐渐成为国家经济的新引擎。这类产业的发展与科学进步有很强的关联性，将其称之为“基于科学的产业”。基于科学的产业可能推动整个经济范式的改变，这充分体现在19世纪现代电气工业与化工业及20世纪半导体对整个经济范式的改造。而21世纪生物化学、生物医药、新能源、新材料等产业的影响初见端倪，逐渐成为国际产业竞争的焦点，也成为各国政府所密切关注的产业。改革开放三十多年来，我国在水利工程、机床制造、家电业等基于技术的产业领域取得了很大成就，但主要是基于产品和工艺技术、工程技术的改良。而在基于科学的产业领域，尽管我国在政策、投资、研发、新技术产业化等方面都进行了诸多努力，但发达国家相对于我国始终保持着较为稳定、强劲的竞争优势。我国在上述产业领域的赶超存在诸多困难，在于没有厘清基于科学的产业其独特的现象和发展规律。本文通过访谈剑桥大学工程系石墨烯中心以及北京大学医学院心血管科的研究人员获得一手资料，结合二手数据分析心电图和石墨烯两个产业的发展历程，分析并提出了基于科学的产业“积淀—突破—爆炸式增长”的发展模式以及该模式中的三类关系，即科学与技术的Z字形互动关系、核心产品与衍生产品的关系以及形成主导设计后本产业与其他产业的融合。

1文献回顾与分析框架

1.1基于科学的产业概念的界定基于科学的产业有其一系列独特的发展规律。如科学在该类产业发展中始终起着关键作用，是每一次产业根本性进步的发端；经历长期的基础科学研究的积淀，往往出现科学上的根本性突破，引发爆炸性的科研浪潮，形成平台，支撑科学、技术、产业的快速发展；当产业的核心技术形成及核心产品结构定性后，技术往往与其他产业技术融合或向多个产业扩散。上述基于科学的产业中的技术进步现象用现有的六代创新模型都难以解释。由于这六代模型形成时的商业环境和产业环境与现代有很大差异，导致其并没有洞察这种新发展范式的特点。通过对六代创新模型的总结发现，后三代创新模型侧重于关注创新的组织模式，前三代模型更多地关注创新的原始动力。然而由于20世纪50年代到80年代的经济环境，学者们并没有关注科学作为一种重要的创新原始动力对创新的独特影响（如表1所示）。自20世纪70年代起，学者们开始专注这类基于科学的产业。Gibbons和Johnston首次提出了“基于科学的产业”这个概念，认为有一类产业，相对于其他产业，其技术创新明显更加依赖于科学进步。Nelson和Winter在其《经济演化理论》一书中对不同产业的技术创新进行了实证研究，提出了两类技术体制，即“基于科学的技术体制”和“积累性的技术体制”。他们认为在前者产业中，技术创新的原始动力是产业发展的外生变量，如大学基础科研的突破；而后者产业中，技术创新更多地依靠产业内部的技术积累。其他学者们也发现了这类产业的特性，并对其进行了研究。在总结上述学者研究的基础上，本文将产业分为两类：基于科学的产业：产业发展强烈地依赖于科学研究，产业的核心技术进步普遍地、一贯地、强烈地依赖于科学新发现。典型产业如生物化学、制药业、有机化学、化妆品业等。基于技术的产业：产业发展对科学研究依赖性弱，该产业的技术进步主要表现为技术自身的演化，也就是由已有技术的突破、改进、组合、调整、变形而形成的新技术。典型产业如水利工程、道路桥梁建设、家具业、印刷业等。前人对上述两类产业的特点进行了描述，在此基础上分别将基于科学和基于技术的产业特点总结如下。基于科学的产业特点：（1）创新显著地来源于科学研究成果。（2）创新源往往来自企业外部，多为公共研究部门。大学和研究所参与创新的程度很高，产学研是最典型的创新模式。产品和工艺等创新的本质是将科学新发现商业化。（3）企业与公共研究部门保持密切联系来获得外部知识成为创新成功的关键要素。（4）产业的技术创新机会丰富，科学上的进步创造了一系列的潜在产品。（5）R&D投入强度很高。（6）在这类产业—科学关联中，往往是产业与其所基于的科学两个领域发展都不成熟。例如生物医药业，该产业处于成长期，所基于的科学领域——生命科学、生物医学也处于快速发展时期，不断有新的研究发现[11]。基于技术的产业特点：（1）创新是技术本身的发展或工程活动的结果。（2）企业创新能力主要来源于组织内部积累性的学习过程。（3）创新成功的关键要素在于本企业的技术投入、技术积累以及对各种技术知识和能力要素的整合。（4）技术创新机会的增长相对稳定。（5）R&D投入强度相对较低。（6）在这类产业—科学关联中，往往是产业处于成长期或成熟期，而相关的科学领域发展比较成熟。如公路、铁路桥梁工程、船舶制造、机床制造等工程领域，对应的机械原理、工程学等相对成熟、稳定，在较长的时间内没有突破性的新发展。

1.2基于科学的产业发展模式的分析框架经典的产业发展模式分析一般重点关注技术和市场（或产品、产业）两个维度的演化问题。技术维度的分析主要涉及Dosi的技术范式和技术轨道理论，Christensen、Kim等人提出了技术成长曲线理论以及Galvin、Probert总结的技术路线图工具。市场、产品、产业层面主要涉及Vernon的产品生命周期理论、Abernathy和Utterback的A-U模型以及Gort和klepper的产业生命周期理论。由于本文的研究对象——基于科学的产业其发展强烈地依赖于科学研究，产业的核心技术进步普遍地、一贯地、强烈地依赖于科学新发现，本文将科学作为一个维度来分析该类产业发展与科研的关系。同时，通过初步的数据分析，发现基于科学的产业存在普遍的产业融合现象，为了研究产业融合问题，本文将相关产业设为一个与科学、技术、产业平行的维度进行分析。

1.2.1分析的维度科学：重点关注重大的科研事件，剖析科研事件之间的联系，如核心科学突破与科学进步之间的关系结构以及对技术发展的影响。技术：关注技术突破的典型事件，技术突破之间的关系，技术突破对科学的影响，以及技术突破对产业发展的影响，如技术兴起对产业兴起的影响，主导设计对产业发展的影响等。产业：关注早期市场需求的形成、早期产品的形成、何时开始产业化并出现专利、核心产品与衍生产品等典型产业发展事件。其他产业：关注相关产业技术对所研究的产业的影响，分析产业融合问题。

1.2.2关注的指标时间及顺序：需要关注关键事件的发生时间及顺序，例如技术、产业兴起的时间节点，科研积淀、核心科学突破、主导设计确立、产业融合发生的时间区间，以及发生的先后次序。通过时间顺序初步推断事件间的因果关系。维度间的关系：关注4个维度的相互关系。在基于科学的产业这个分析背景下，在整个产业发展的系统中，重点关注科学与技术之间是什么关系，技术如何影响产业，产业间的融合又产生什么影响等。

2基于科学的产业发展案例

2.1研究方法与数据来源考虑到“基于科学的产业”这个研究课题尚未形成成熟的理论体系，本文选取心电图产业和石墨烯产业进行探索性案例研究，通过归纳法进行理论构建。选取心电图和石墨烯两个产业的原因在于这两个产业是典型的基于科学的产业，心电图的发明和石墨烯的成功制备分别获得了1924年诺贝尔医学奖和2010年诺贝尔物理学奖，两个产业的发展都持续地高度依赖于科学研究。本文通过对心电图和石墨烯两个案例的研究，探讨基于科学的产业的发展模式。案例资料数据来源：（1）科学论文：主要涉及心电图、石墨烯技术路径方面的文献。（2）图书：关于心电图、石墨发展史的图书。（3）访谈：分别对北大医学院心血管内科、剑桥大学工程系石墨烯中心的研究人员进行了访谈，收集了一手数据。心电图领域的访谈主要涉及心电图科研成果、技术、产品的关系以及在临床上的应用等。剑桥大学工程系石墨烯中心在全球石墨烯研究处于领先地位，笔者对该中心的几名研究人员进行了访谈，主要涉及石墨烯基础科研发展之间的关系以及石墨烯的应用前景。

2.2心电图产业案例概况本文梳理了心电图领域科学、技术、产业以及相关产业4个层面在发展历史上的重大事件，厘清了各个事件之间的逻辑关系，总结为表2，并根据表2总结了心电图产业发展路径（见图1）。心电图产业的发展可以分为早期基础科研、心电图兴起和近现代心电图产业发展三个时期。第一时期（17世纪—18世纪）：电的利用，电对生物体组织的影响的观察以及生物电的发现。17世纪初，物理学家Gilbert、Browne等发现了静电的存在，在此之后，各种静电计不断被发明出来。在静电计的帮助下，18世纪中叶到19世纪中叶的一个世纪里，Bancroft、Walsh、Sowdon、Galvani、Kite、Nobili等学者陆续发现并验证了生物电的存在，并通过解剖实验发现了生物电与肌肉、神经和部分器官（特别是心脏）机能之间的联系。第二时期（1800—1895）：为了检测出心电，验电设备不断改进，机器灵敏度不断提高。在19世纪一个世纪里，Oerste、Schweigger、Nobi-li、Thompson、Arsonval、Deprez等学者不断推动着验电设备的进步。1858年Thompson发明了镜式电流计。1872年Lippmann发明了毛细管电位计。由于验电设备越来越灵敏，新的心电现象得以观察，很多猜想得到了验证。1850年，Hoffa证明了电流会导致心颤。1856年Koelliker和Muller利用电流表证明了每一次心跳都伴随着电流变化。1875年Caton制成了第一份有明确记载的心电图记录。1885年Einthoven首次从体表记录到心电波形。1887年Waller通过毛细管静电计记录下历史上第一个人类的心电图，证明了人类心脏跳动伴随着有规律的电流变化并提出“心电图（electrocardiogram）”一词。1890年Burch通过数学方法，将毛细管静电计记录的数据转化为图形。第三时期（1895至今）：第一个精确心电图问世，心电图逐渐产业化为一种医疗工具。1895年Einthoven利用改良后的静电计和1890年Burch改良的数据—图像算法，检测到人类心电5种波形：P、Q、R、S和T，成为现代心电治疗的基础。1903年，Einthoven开始与剑桥科学仪器公司商讨弧线电流计的商业化生产。1906年，通过心电图仪（以弦线电流计为基础）测度的正常和异常心电图，Ein-thoven首次系统地论述了许多心电医学现象如：左、右心房、心室肥厚时，U波，QRS波，室性早搏，室性二联律，心房扑动和完全性心脏传导阻滞等。自此，有了心电图仪和通过5种波形表达的标准正常心电图，形成了现代心脏医疗和设备创新的基本逻辑：医学家们逐步形成某类心脏疾病的心电图确诊标准—测度心电图—与正常心电图对比发现某类波形的异常—心电干预仪器—临床治疗。遵循这种基本逻辑，20世纪初至今，左、右心房、心室肥厚时，U波、QRS波、室性早搏、室性二联律、房颤、心绞痛、梗死、心动过速等越来越多的心脏疾病被发现并形成确诊的心电图标准。同时，心电图仪在一个多世纪的时间里也越来越先进，并与其他电路技术、无线技术结合，如1978年晶体管应用于心电图仪。另外，起搏器、除颤器等心电干预设备得以问世并不断改良，越来越轻薄，并可植入人体。1924年，Einthoven因发现心电图机制获诺贝尔生理学或医学奖。

2.3石墨烯产业案例概况与心电图产业的分析类似，本文梳理了石墨烯领域科学、技术、产业以及相关产业4个层面在发展历史上的重大事件，厘清了各个事件之间的逻辑关系，总结为表3，并根据表3总结了石墨烯产业发展路径（见图2）。与心电图产业不同，石墨烯产业兴起于2004年，发展时间短但产业化速度快，科学、技术、产业3个层次间的时滞不如心电图产业那样明显。另外，由于材料产业本身的特点，石墨烯产业与其他相关产业的关联十分密切。石墨烯产业的发展可以分为早期基础科研、实验室石墨烯制备、石墨烯产业化发展3个时期。第一时期（1859—2004）：石墨结构和性质的早期研究，及石墨薄片的分离方法探索。1859年，英国化学家Brodie发现了氧化石墨具有层状结构。20世纪初，X射线晶体学创立以来，石墨薄片的研究开始兴起，科学家们努力尝试观察并分离更薄的石墨薄片。另一方面，也有很多科学家认为石墨烯是不可能在常温下存在的。1918年，Kohlschütter和Haenni通过粉末衍射法发现了石墨氧化物薄片（graphiteoxidepaper）的性质。1924年，通过单晶衍射法发现了石墨氧化物质的结构。1934年，Peierls提出准二维晶体材料由于其本身的热力学不稳定性，在室温环境下会迅速分解或拆解。关于石墨烯存在的可能性，科学界一直有争论。1947年，Wallace率先开始研究石墨烯的性质，这是对石墨三维电子性质探索的开始。在这期间，Semenoff、DeVincenzo和Mele提出了无质量狄拉克方程，提出狄拉克点导致量子霍尔效应（石墨烯的特性之一是存在常温量子霍尔效应）。随着电子级显微技术的发展以及分离萃取技术的发展，科学家们提取出的石墨薄片越来越薄。1948年，Ruess和Vogt发表了最早用透射电子显微镜拍摄的少层石墨（层数在3~10层之间的石墨）图像。随后，电子显微镜观察到单层石墨。1966年，Mermin和Wagner提出Mermin-Wagner理论，证明不可能存在二维晶体材料。因此，作为二维晶体材料的石墨烯只是作为研究碳质材料的理论模型，一直未受到广泛关注。然而对石墨薄片的研究热情依然没有减退，20世纪70年代，对单层碳原子石墨平面材料的关注超过了其他材料，这期间对石墨的研究主要依靠透射电子显微镜。1990年，开始尝试微机械分离法制作石墨薄片，但到2004年前，薄度一直在50~100层以上。2002年，出现最早的石墨薄片生产技术专利，叫做“纳米级石墨薄片”。这是最早的石墨薄片大规模生产的专利。第二时期（2004—2005）：成功分离单层碳原子石墨层，即石墨烯。2004年，Geim和Novoselov首次成功从石墨中分离出了单层碳原子石墨层，即石墨烯。由于上述提取技术，石墨烯的光、电、热传导、机械、生物化学、化学传感等一系列优良性质得以直接观察。2005年，Kim和Zhang证实了石墨烯的准粒子（quasiparti-cle）是无质量迪拉克费米子（diracfermion），引起一股研究石墨烯的热潮。自此，众多科学家投身于石墨烯的研究。第三时期（2005至今）：石墨烯的各种特性被发现，科学成果激发了许多技术创新，产业化迅猛发展。由于成功实现了石墨烯的制备，大大促进了科学研究的进度，石墨烯在光、电、热传导、机械、生物化学、化学传感等多方面的多种优良特性在9年的时间里不断被发现。如室温量子霍尔效应、室温高载流子迁移率、高光电转换效率、石墨烯薄片与单层氦键合形成绝缘的石墨烷、超高等效热导率和超低界面热阻等。同时，在9年的时间里，石墨烯的制备方法也有了改善，从最初的昂贵且产量小的机械剥离法到SiC热解外延生长法、氧化石墨还原法以及目前最常用的化学沉降法，成本不断降低，产量不断提升。科学领域，石墨烯的各种优良特性激发了一系列的技术创新，形成了石墨烯包装材料、石墨烯单分子传感器、石墨烯高频电路、石墨烯锂电池、石墨烯薄膜等。这些技术创新推动了海水淡化、DNA测序、飞机材料、包装材料、医用传感器、电子产品、光通讯系统、防弹衣等领域的发展。Geim和Novoselov因成功制备石墨烯获得了2010年诺贝尔物理学奖。

3对案例的讨论——基于科学的产业发展模式

3.1基于科学的产业中科学、技术、产业互动三角形基于科学的产业遵循积淀—突破—爆炸式增长的发展模式。图3描述了这种发展模式中科学、技术、产业以及其他产业的互动关系以及技术兴起、产业兴起、产业融合的现有顺序和科学重大突破、核心产品主导设计几个重要节点形成的时间区间。产业发展中这种互动系统依次经历技术的兴起、产业的兴起和与其他产业的融合几个阶段，形成了一个科学、技术、产业及其他产业的互动三角形。在科学的重大突破之前，有一个较长时间的科研积淀。在这个时期，技术和产业层面比较平静。经过长期的科研积淀，科学研究产生重大突破，形成科学研究、技术创新、产业发展爆炸式的进步，并形成一个发展的平台，支持相关的创新。科学的重大突破后产业开始逐渐形成。产业经过一定的发展形成核心产品的主导设计。而与其他产业的融合往往出现在核心产品的主导设计形成以后。在这个发展过程中，科学研究往往是每一项新进步的发端，是整个发展的原动力。上述科学研究的重大突破，根本性地提升了科学研究进步、技术创新、产业发展速率，使得整个领域的图景发生根本性变化。例如人类心电5种波形的发现和标准的确定就是心电图产业发展的一个“爆炸点”。人类将电疗应用于临床用了将近3个世纪的时间，而早搏，二联律，房颤，心绞痛，梗死，心动过速等一系列心脏疾病的诊断和治疗方法应用于临床一共经历了不到一个世纪的时间。总的来看，在爆炸点之前该领域科学、技术和产业的发展都相对平静，而爆炸点之后，形成了三方面的变化：科学层面，基于人类心电标准波形和心电图仪器的进步，上述很多心脏疾病得以研究。技术层面，心电标准的形成大大促进了心电图仪的进步，同时发端于对各种疾病的科学研究，对应的起搏器、除颤器等设备应运而生。产业层面，各种仪器设备越来越便携和便宜，产业化程度不断提高。再如，石墨烯领域“爆炸点”以前的平静和以后的活跃程度对比更加显著。人类分离石墨烯的尝试经历了150年的时间，而之后石墨烯迅猛发展并渗透到各个领域仅仅用了10年的时间。在“爆炸点”之后，科学层面，石墨烯各个方面的性质研究速度增长迅速，新研究成果的公布需要按月衡量。这种速度的暴涨也是因为石墨烯的成功分离吸引了众多其他相关领域的科学工作者进入该领域。技术层面，各类产品技术在10年的时间里迅速发展。产业层面，石墨烯向海水淡化、DNA测序、包装运输、通讯、电子等产业的渗透蓄势待发。图3说明的科研核心角色、核心与衍生创新的关系、与其他产业的融合以及科学与技术的Z字形互动关系将在下面中进行论述。这种互动三角形在心电图产业中表现十分典型，但在石墨烯产业中表现不很明显。主要是由于石墨烯产业兴起仅仅十几年的时间，整体的三角形互动模式还未完全显现。

3.2科研在基于科学的产业发展中的角色本文发现在基于科学的产业发展中，科学研究自始至终处于核心地位。这种科研在产业发展中的核心角色并不能被经典产业演化理论所解释。Ver-non将产品生命周期划分为导入期、成熟期和标准化期3个阶段。20世纪70年代，Abernathy和Utter-back提出了A-U模型，讨论了产品创新和工艺创新的关系，并将产品的创新过程分为流动、过度和确定3个阶段。Gort和Klepper提出了G-K模型，论述了产品的主导设计。他们按厂商数目对产品生命周期进行划分，提出引入、大量进入、稳定、大量退出（淘汰）和成熟等5个阶段。Phaal提出了产业发展的科学—技术—应用—市场（S-T-A-M）的转化，认为产业发展的S曲线上，随时间推移产业发展的核心遵循科学—技术—应用—市场的转化路径。Christensen、Kim等人提出了技术成长曲线，认为技术的发展遵循S型路径成长。Dos（i1982）等学者提出了技术范式和技术轨道的概念。上述理论的一个共同特点是认为在产业发展初期科学研究极其活跃，引领产业的发展，随后科学研发频率和规模下降，引领产业发展的核心要素向技术因素、工艺因素和市场因素转移。然而上述产业演化及创新理论都未能解释本文发现的这一现象，即在某些产业领域，科学自始至终处于核心和引领地位。例如心电图产业的发展过程中，科学研究一直是产业发展的原始动力，是每一次进步的发端。第一时期基础科学的进步阶段，观察电对生物体组织的影响以及发现生物电，特别是心电成为心电图产业发展的基础。正是这些基础科学的积淀，逐渐催生了心电图产业。这一阶段科学原理的发现也推动了技术层面各种验电设备的早期发展。第二时期心电图产业开始形成的直接原因在于实验室首次成功绘制了人类心电图。由于前一时期对生物电的长期科研积淀，人们对生物电有了充分的了解并认可临床的电疗方法，实验室心电图的成功发现使人们看到了它的临床价值。因为之前对心脏的电疗处于“误打误撞”碰运气的状态，并没有原理上的指导，电疗使病情加重甚至使病人加速死亡的现象十分常见。心电图的出现无疑成为了电疗的“眼睛”，从此电疗结束了误打误撞的发展阶段。实验室心电图的发现很快促成了产业化生产。到了第三时期，心电图产业的几乎所有发展都来源于Einthoven发现的人类心电的5种波形。这5种波形至今依然是心脏疾病诊疗的基础。即自从人类心脏正常波形发现后，所有的产业发展都遵循这样的模式。心脏异常临床表现、发现心电图与标准心电图的差异、研究干预原理和方法、干预仪器的发明及生产制造、二联律、心肌梗塞、心绞痛等心脏疾病的诊断和治疗都是以人类心电5种波形为基础的。再如石墨烯产业的发展，在最初的基础科学进步阶段，发现石墨的层状结构、观察并分离石墨薄片成为石墨烯成功提取的基础。第二阶段，实验室成功分离出单原子层石墨薄片，即石墨烯，成为该产业兴起的直接原因。第三阶段，由于之前对石墨烯的研究处于“猜想”阶段，进展缓慢。实验室中成功提取了石墨烯，使得它成为研究者能够拿在手中的“实实在在”的研究对象，对石墨烯的研究发展速度迅速提升。对石墨烯光、电、热、机械、化学传感等一系列优良性质的研究都来源于实验室的石墨烯提取技术。在这一阶段，产业开始形成，但精密光学仪器、石墨烯薄膜、包装材料、纳米器件、光感材料、电路器件等一系列石墨烯相关技术发展以及在医疗器械、光通讯、电子产品、武器、包装等领域的产业发展都基于科学层面实验室中对石墨烯各种性质的发现和原理的研究。

3.3基于科学的产业中的核心创新与衍生创新基于科学的产业中，核心的科学突破形成核心产品，而一系列周边的技术进步会形成产品系列。例如，核心的心电验电技术和人类5种波形的标准确立形成了该产业的核心产品心电图仪，用于各种心脏疾病的诊断。基于相同的心电基本原理，形成了心脏起搏器，通过脉冲发生器发放由电池提供能量的电脉冲，刺激心脏跳动；形成了心脏除颤器，通过较强电脉冲恢复窦性心律，治疗心律不齐；形成了可以24小时监护的便携心电图仪等仪器。石墨烯产业也有类似的现象。由于科学上石墨烯分离技术实现了石墨烯材料的制备。这个核心产品形成了用于海水淡化的石墨烯薄膜、用于DNA测序的石墨烯薄膜，形成了用于包装、防弹衣、飞机材料等表面材料，形成了用于各种电路的电路材料等。

3.4基于科学的产业领域的产业融合产业发展到一定阶段可能产生产业融合。上述两个产业在发展到一定阶段都出现了产业融合。对于心电图产业，当科学领域形成标准、核心技术成熟，产业层面出现主导设计之后，发生了3次与其他产业的融合，根本性地提高了心电图仪的性能。第一次融合发生在20世纪30年代，电子管应用于心电图，取代了庞大易坏的弦线式电流计心电图。第二次融合发生在20世纪50年代到80年代，晶体管取代了电子管，将静态心电图拓展为动态心电图，发展了三维向量心电图，性能提高的同时，心电图仪的体积大大减小了。第三次融合发生在20世纪80年代，大规模的专用集成电路和计算机芯片应用于心电图，同时CPU和软件支持使得心电图智能程度大大提高，实现了12导联同步描计，能对心电波形数据进行存储、回放、编辑、打印和传输。另外，无线技术也应用于心电图仪，1999年心电图实现了与无线技术结合，有助于组织专家会诊。2005年，丹麦心脏病专家通过无线技术把心电图数据从救护车传送到医生的电脑上，节省了抢救时间。而石墨烯作为材料领域的创新与其他产业的融合体现了材料领域的特性，能够快速向多领域渗透。石墨烯本身也存在很多其他材料没有的特别之处，在光、电、热、化学传感、生物、机械等几个方面都有优良特性，导致石墨烯材料在医学仪器、过滤膜、包装材料、电路、武器、光通讯、飞行材料、电池等很多领域都得到了应用。

3.5科学与技术的“Z”字形互动基于科学的产业中，本文还发现了科学与技术的“Z”字形互动关系。即科学研究明确原理促进了技术的发展，同时，科学的进一步发展需要技术上的支持，形成了技术需求。技术的发展进一步支持和推动了科学的发展。例如在心电图领域，各种验电设备的基本原理来源于对电的研究。同时，为观测生物电，科学对技术的需求催生了无定向电流表的发明，使得生物电得以观察。为了观测心电，需要更精确的验电设备，产生了新的技术需求，推动了毛细静电计的发明，使得心电得以观测。为了绘制心电图，需要进一步增加验电精度，于是发明了弧线电流计，成功绘制了心电图。科学与技术遵循的上述关系，如果以时间作为横轴，发现科学与技术的关系箭头形成了一系列的“Z”字。石墨烯产业也有类似的现象。实验室首次成功分离石墨烯为石墨烯的制备提供了理论依据，但物理剥离法无法应用于大规模制备。于是在技术层面出现了SiC热解外延生长法、氧化石墨还原法及目前最常用的化学沉降法，为科学研究提供了更多的材料。

4理论思考与启示