陳力在生產(chǎn)車間向記者介紹法醫(yī)DNA檢測平臺的生產(chǎn)情況
12月3日，“GA118-16A型”國產(chǎn)法醫(yī)DNA檢測平臺在福建省福州市正式發(fā)布。這一檢測平臺打破了多年來外國公司在此領(lǐng)域的技術(shù)壟斷，在打擊犯罪等方面產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。在該檢測平臺的幕后，還有很多鮮為人知的研發(fā)故事
在一處案發(fā)現(xiàn)場，法醫(yī)小心地用工具夾取了粘在枕頭上的一根毛發(fā)，并迅速把它裝入證據(jù)袋中。隨后，相關(guān)的DNA數(shù)據(jù)在實驗室中被迅速檢測出來，犯罪分子迅速被警方鎖定。
這是如今美國電視劇中常見的橋段。
而在現(xiàn)實中，DNA檢測技術(shù)也早已成為最有效的刑偵技術(shù)手段之一。
來自公安部第一研究所(以下簡稱一所)的統(tǒng)計數(shù)字顯示，目前我國已建立超過400家DNA實驗室，年度受理案件10萬余起，檢驗檢材75萬余份，DNA數(shù)據(jù)庫規(guī)模也已超過1200萬人份。
令人遺憾的是，在上述400多家DNA實驗室中，包括DNA檢測平臺在內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備全部來自進(jìn)口。昂貴的費用不僅嚴(yán)重制約了DNA檢測技術(shù)在公安一線的推廣應(yīng)用，也限制了我國法醫(yī)DNA檢測技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
這一窘境已在一周多以前被打破—12月3日，“GA118-16A型”國產(chǎn)法醫(yī)DNA檢測平臺在福建省福州市正式發(fā)布。據(jù)業(yè)內(nèi)人士評價，該平臺的應(yīng)用將有效增強我國預(yù)防和打擊刑事犯罪的快速反應(yīng)能力、犯罪證據(jù)認(rèn)定能力以及物質(zhì)條件保障的自給能力。
而在首個國產(chǎn)法醫(yī)DNA檢測平臺的幕后，還有很多鮮為人知的研發(fā)故事。
從血型到DNA
“世界上第一次將DNA應(yīng)用在生活中是在1985年，在英國一個叫做拿波若的小鎮(zhèn)上發(fā)生的一起謀殺案中。”39歲的趙興春對于DNA的歷史了如指掌，他甚至還寫過一本名為《DNA作證》的科普讀物。
不過，趙興春的主要身份并不是“作家”，而是我國DNA檢測權(quán)威部門、公安部物證鑒定中心(以下簡稱物證中心)的專家型官員。
趙興春告訴法治周末記者，在DNA技術(shù)應(yīng)用到刑偵領(lǐng)域之前，刑偵領(lǐng)域主要是依據(jù)血型檢測和酶型檢測。“血型大家都知道，而酶型比血型要高級一些，是通過對蛋白進(jìn)行分析—比如犯罪現(xiàn)場的精斑，因為每個人它里面含的東西不一樣。”
趙興春說，但不論是血型還是酶型，在進(jìn)行區(qū)分的時候都無法做到像DNA那么準(zhǔn)確。而DNA就像指紋一樣，有唯一性。
1989年，我國首次將DNA檢測技術(shù)應(yīng)用到案件偵破工作中。在第一批案子中，有一個新疆女大學(xué)生的案子令趙興春印象尤為深刻。
“當(dāng)時那個女學(xué)生一口咬定她的孩子是(和)一位老師(生)的。老師說不是，但又沒有辦法證明，因為血型不能確切證明是不是他的。后來，就做DNA檢測。”
趙興春說，此時的DNA檢測還是第一代技術(shù)DNA指紋圖譜技術(shù)，操作比較繁瑣，對樣本的要求很高，要抽一定量的血，而且需要用到同位素，對實驗操作者的身體傷害也比較大。
“后來檢測結(jié)果出來，孩子還真不是那個老師的……那個老師終于得以洗刷清白。當(dāng)時，他因為被冤枉，好像都快(得)神經(jīng)病了。”趙興春說。
1996年，趙興春進(jìn)入物證中心，此時正趕上DNA檢測從第一代技術(shù)向第二代技術(shù)的過渡，國內(nèi)的DNA檢測應(yīng)用水平也跟著突飛猛進(jìn)。
“因為第一代技術(shù)對檢材的量要求比較高，但在實際案件當(dāng)中，它不可能給你準(zhǔn)備那么大的量—物證量是很小的，所以必須要發(fā)展需要檢材比較少的技術(shù)。”趙興春解釋說。而新一代的熒光標(biāo)記復(fù)合擴增技術(shù)實現(xiàn)了這一目標(biāo)，它可以對DNA進(jìn)行人工復(fù)制，來滿足檢測的要求。
受制于人造成“貴族檢測”
雖然DNA檢測應(yīng)用水平和國際同步，但由于所有的設(shè)備、耗材還有試劑都源自進(jìn)口，因而就留下了受制于人的隱患。曾經(jīng)在一段特殊時期內(nèi)，外國公司以技術(shù)原因為由斷供了試劑。
“人家說‘我們因為技術(shù)原因，產(chǎn)品生產(chǎn)不出來’。結(jié)果有好幾個月試劑沒法供應(yīng)，我們想買也買不到。”趙興春說。
更令人擔(dān)憂的是，在這種情況下建設(shè)國家DNA數(shù)據(jù)庫將面臨巨大的風(fēng)險。趙興春舉例說，一旦某一天外國公司停止供應(yīng)相關(guān)的設(shè)備材料，耗費巨資建成的國家DNA數(shù)據(jù)庫就瞬間癱瘓，之前的投資也相當(dāng)于打了水漂。
“這個東西如果不能確保持續(xù)使用，就等于你沒有辦法去做DNA比對，也無法錄入新的DNA樣本，這樣就一下被打回了30年前。這就會對國家安全造成影響，破案的效率會大大降低。”趙興春解釋說。
此外，由于技術(shù)壟斷，進(jìn)行DNA檢測的相關(guān)設(shè)備、材料的價格也非常昂貴。
以作為消耗品的試劑為例，在2006年以前，一個容量為1毫升的試劑盒的售價高達(dá)4萬多元，價格遠(yuǎn)超黃金，平均下來要每人份200多元。假設(shè)一個實驗室一年處理5000個樣本，每年僅試劑的開支就高達(dá)百萬元。
“第一儀器貴，第二試劑貴。所以對我們公安機關(guān)來說它是‘貴族檢測’，用不起。用不起怎么辦?只好有選擇性的。所以就只能用在殺人案上，大案就用一用，小案就靠別的其他技術(shù)手段。”趙興春說。
在這種背景下，DNA檢測試劑的研發(fā)提上了日程。在趙興春和同事們的努力下，2004年12月5日，由物證中心自主研發(fā)的法醫(yī)DNA檢測試劑通過了公安部組織的驗收鑒定。
趙興春還記得，就在成果發(fā)布的當(dāng)天，國外公司就立即把試劑的價格降低了一半，比他們自己國家的價格還要便宜。“所以國產(chǎn)試劑是已經(jīng)嘗到這個甜頭了，當(dāng)然我們自己的試劑更便宜，平均下來只要50多元每人份。”
不過，為了保證利潤，外國公司又將儀器設(shè)備和耗材的價格提了上去。不僅如此，該公司還在自己的產(chǎn)品上添加了標(biāo)簽并推出新的設(shè)備，而新的設(shè)備只能識別該公司自己的試劑。剛剛研發(fā)出來的試劑再次面臨受制于人的風(fēng)險。
從零起步
2006年11月8日，在公安部時任領(lǐng)導(dǎo)的推動下，公安部啟動“118專項”。一所和公安部物證鑒定中心攜手接下了國產(chǎn)DNA檢測平臺的研發(fā)任務(wù)，并在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)承擔(dān)了該領(lǐng)域科技部“十一五”國家科技支撐計劃“法醫(yī)DNA專用檢測平臺關(guān)鍵技術(shù)研究”項目。
據(jù)項目總師、一所研究員陳惠民介紹，整個項目被分成了硬件平臺、采集軟件、分析軟件、耗材4個課題，其中前兩個課題由一所負(fù)責(zé)，后兩個課題由物證中心負(fù)責(zé)，整個團(tuán)隊大約有50多人，其中年輕人占大多數(shù)。
“跟試劑相比，我們對儀器的印象就是一個黑匣子。畢竟對試劑的應(yīng)用我們還有一些了解。”陳惠民跟法治周末記者坦言，研發(fā)的難度超乎想象。
由于有著產(chǎn)業(yè)化的成功經(jīng)驗，龐曉東所在的一所安檢事業(yè)部得到了其中難度最大的硬件平臺和采集軟件的研發(fā)任務(wù)。當(dāng)他和他的同事們聽到自己將要參與研發(fā)DNA檢測平臺時，他們的第一反應(yīng)是“開玩笑”。
“做DNA測試儀?太開玩笑了。我們自己都覺得不可思議，什么都不懂。”龐曉東笑著回憶說。
龐曉東2008年年初擔(dān)任安檢事業(yè)部主任助理。他告訴記者，他所在的開發(fā)團(tuán)隊中有學(xué)電路設(shè)計的、光學(xué)設(shè)計的、結(jié)構(gòu)設(shè)計的、軟件開發(fā)的，但都和DNA沒關(guān)系。和DNA“離得最近”的是做化學(xué)分析的，但化學(xué)分析與生物化學(xué)還是“隔行”。直到項目中后期，才有學(xué)法醫(yī)和生物化學(xué)的研究人員進(jìn)入團(tuán)隊。
在安檢事業(yè)部副主任、原開發(fā)部主任陳力看來，這些當(dāng)時30歲左右的年輕人，由于大多剛剛碩士畢業(yè)參加工作，實際上相當(dāng)于新人。“基本上這個團(tuán)隊做研發(fā)，差不多是從零起步。什么都不了解，需要做哪些都不知道，水有多深也不知道。”
于是，找老師補課成為研發(fā)人員們的首要任務(wù)。研發(fā)的過程也成了一個不斷學(xué)習(xí)的過程。
“最開始找的是中國刑事警察學(xué)院的李樹老師，給我們連續(xù)講了一個星期。”龐曉東說，雖然感到茅塞頓開，但仍然有很多東西不明白，于是大家又反復(fù)查資料、問問題。“物證中心那邊也非常熱情，我們也跟著他們?nèi)W(xué)習(xí)，包括怎樣操作儀器。”
陳惠民告訴記者，正確的認(rèn)識和理解是整個DNA檢測平臺研發(fā)的關(guān)鍵。“一旦我們理解了這個系統(tǒng)的工作原理，我們就能夠設(shè)計這個系統(tǒng)，通過實驗完善各個器件之間的關(guān)系，最后把要求的整個系統(tǒng)和指標(biāo)做出來。”
“這么難的機器你們能做出來?”
龐曉東坦言，整個項目從頭到尾大家都承受了特別大的壓力—而這些壓力很大一部分來自于外界的質(zhì)疑。
"這么難的機器你們能做出來?’很多人抱著看笑話的心態(tài)。”龐曉東說，由于當(dāng)時整個項目是保密的，這些質(zhì)疑聲主要來自于公安系統(tǒng)內(nèi)部，因此大家的壓力都特別的大。
而由于一切都是從頭開始，既沒有原理圖，也沒有可以直接參考的資料，再加上大部分研發(fā)人員沒有什么工作經(jīng)驗，所以研發(fā)進(jìn)展并不順利。尤其是光路的部分，在很長的一段時間內(nèi)都沒有任何實質(zhì)性突破。
陳力還告訴法治周末記者，部里對技術(shù)路線的安排也影響了研發(fā)的進(jìn)度。“課題分成了一二三四，就是不僅要整體替代外國產(chǎn)品，還要分別替代，這就把我們給‘框死了’。因為你得考慮兼容問題，不能自成體系。”
陳力解釋說，之所以有“分別替代”的安排，是因為研發(fā)的風(fēng)險比較大。這樣一來，某一課題的失敗不會影響到整個項目—即使做不出來，還可以用進(jìn)口的產(chǎn)品替代。
此外，由于整個系統(tǒng)涉及光、機、電、生化等多個方面，極其復(fù)雜，因此原本分解完成的各個部分往往各自獨立檢測能夠通過驗證，但相互結(jié)合的時候又會出現(xiàn)適應(yīng)性方面的問題，需要反復(fù)修改、磨合。
“從2007年開始預(yù)研，一直到2010年還沒有成型的東西拿出來。包括我們自己內(nèi)部有些人都動搖了。2010年2月份的時候，小組內(nèi)也開始有人提出疑問，能做出來么?而且這種聲音的比例還挺大。”龐曉東回憶說。
陳力告訴記者，由于項目涉及的專業(yè)領(lǐng)域太多，各個專業(yè)之間隔行如隔山，有的部分雖然直接負(fù)責(zé)的研發(fā)人員有信心，但其他專業(yè)的人會質(zhì)疑。“只有樣機出來才能確認(rèn)能否做得了，大家才都有信心”。陳力說。
于是，為了穩(wěn)定軍心，項目組決定要盡可能快地做出一個樣機出來。
“即使天天晚上加班也一定要把它做出來。自己的軟件不行，就先用國外的軟件連著;光路(部件)不行，先拿國外的光路(部件)用著。無論如何要能看到這么個東西。”龐曉東說。
2010年5月，第一臺樣機正式誕生。雖然這臺樣機的性能還沒有達(dá)到國外同類產(chǎn)品的水平，但已經(jīng)表明，這些年輕人也可以做出這樣一個高端的科學(xué)儀器來，這給了研發(fā)團(tuán)隊極大的信心，外界的質(zhì)疑聲也小了很多。
成功背后的付出
事實上，除了在研發(fā)方面要突破重重阻礙，把設(shè)計出來的圖紙變成實實在在的產(chǎn)品同樣面臨著相當(dāng)大的困難。尤其是DNA檢測平臺屬于精密儀器，對零部件加工的要求很高。
以熒光激發(fā)系統(tǒng)來說，該系統(tǒng)用于引導(dǎo)激光激發(fā)毛細(xì)管陣列內(nèi)的樣品熒光標(biāo)記，要求激光會聚精度高達(dá)10微米。
“雖然我們可以把嫦娥送到月球上去，但實際上我們在基礎(chǔ)方面的差距仍然很大。像我們有的東西不是不想做，但國內(nèi)加工水平做不了。”陳力告訴記者，我國的科學(xué)儀器領(lǐng)域比國外要落后二三十年，而這種落后不僅有設(shè)計能力的落后，也包括加工能力的落后。
所以，找一個合適的加工廠加工出合格的零部件，成為這些研發(fā)人員必須要過的一個坎兒。但往往卻是，有加工能力的大廠因為數(shù)量太小而不愿意接手;而那些愿意接手的，加工能力又達(dá)不到要求。
“你比如說這個針閥，看起來很小，但結(jié)構(gòu)卻很復(fù)雜，而且必須做到高壓密封，要能承受100個大氣壓。”常海龍負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)設(shè)計，他告訴記者，一個零部件的加工常常需要多個來回的反復(fù)溝通。很多研發(fā)人員甚至干脆跑到廠里盯著。
其實不光是零部件的加工，包括整個DNA測試平臺的搭建也全靠研發(fā)人員自己動手。龐曉東說，尤其是后期樣機試制階段，同事們每天加班到深夜是再正常不過的事情，不少人都是帶病堅守。
最終，等到第五臺樣機組裝出來的時候，整機的性能已經(jīng)達(dá)到設(shè)計要求，有些方面像光學(xué)性能的效力甚至已經(jīng)超過國外設(shè)備同類部件的性能，研究任務(wù)基本完成。
2012年10月，整個項目順利通過了驗收。“平行測試的結(jié)果顯示，我們的設(shè)備和國外同類設(shè)備在檢測結(jié)果上基本一致。”陳力說。
“研發(fā)團(tuán)隊的年輕人放棄了很多。這個事情就是不斷地產(chǎn)生想法，不斷地試驗，不斷地驗證，然后不斷地解決問題的一個過程，這就需要大量的時間和精力。周末不休息都是經(jīng)常的狀態(tài)，甚至包括親人去世、家人生病時，都沒能請假。”陳惠民回憶。
陳力也笑著對記者說，研發(fā)團(tuán)隊里的年輕人正好趕上了戀愛、結(jié)婚或生孩子的時光，很多人甚至為了項目把生孩子的事情都推遲了。“我們有些時候開玩笑說，這個項目已經(jīng)生出八九個孩子了。”
不僅僅能震懾犯罪
2013年上半年，公安部刑事偵查局、科技信息化局等聯(lián)合組織上海、福建等10個省市公安機關(guān)DNA實驗室對“GA118-16A型”國產(chǎn)法醫(yī)DNA檢測平臺進(jìn)行了測試。
測試表明，該檢測平臺及配套耗材已可以滿足我國法醫(yī)DNA檢測應(yīng)用需要，整體性能達(dá)到了國外同類先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品水平，可以替代國外同類產(chǎn)品，徹底打破了國外企業(yè)的壟斷。
后據(jù)公安部第一研究所所長仇保利介紹，該項目先后投入科研經(jīng)費達(dá)1.4億元，實現(xiàn)了多項重大關(guān)鍵技術(shù)突破，已獲得發(fā)明技術(shù)專利40余項，形成了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)體系，填補了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的空白。
“在實際應(yīng)用當(dāng)中，就是可以縮短破案周期，節(jié)約成本投入。如果能夠在第一時間內(nèi)提供檢測結(jié)果，就能快速鎖定破案的方向。”趙興春說。
在趙興春看來，雖然目前國內(nèi)已經(jīng)建立了400多家DNA實驗室，但就公安偵破工作來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。而國產(chǎn)DNA檢測平臺的發(fā)布將有助于建設(shè)國家DNA數(shù)據(jù)庫和更多的DNA實驗室，偵破更多案件。
“事實上，DNA技術(shù)最大的一個貢獻(xiàn)就是能夠起到一種震懾犯罪的作用—它讓人不敢犯罪，因為你(如果)犯了(罪)就會被繩之以法。現(xiàn)在每一起命案背后都會有DNA技術(shù)的身影，大量的案子也得以偵破。尤其是這兩年，命案發(fā)生率有了明顯的下降。”趙興春說。
陳力也告訴記者，雖然法醫(yī)是DNA檢測平臺應(yīng)用的主要領(lǐng)域，但在社會其他領(lǐng)域例如醫(yī)療、科研等也有著廣闊的前景。
“比如在疾病的診斷中，DNA檢測可以做輔助判斷，看基因里面得哪種病的概率比較高。像之前美國的電影明星安吉麗娜·朱莉就做了預(yù)防性的乳腺切除手術(shù)。”陳力說。
不過，趙興春也坦言未來還面臨著很多挑戰(zhàn)。“原來是壟斷的，用戶可能不敢在人家(外國公司)面前提的要求，現(xiàn)在會提出來。我們剛剛起步，就像步履蹣跚的嬰兒，人家已經(jīng)是成人了。但是用戶會拿成人的標(biāo)準(zhǔn)衡量你，所以這就要你快速地成長起來。”
陳惠民也表示，下一步就是要繼續(xù)把DNA檢測平臺做好，盡快建立起自己的產(chǎn)品線和國外的產(chǎn)品進(jìn)行競爭。
“作為科研人員，我們當(dāng)然希望自己做出來的東西能夠有用，能夠被社會所接受。在推廣過程中也會遇到各種各樣的問題，我們也會去改善。同時也會注重新技術(shù)的開發(fā)，因為如果一項技術(shù)被新技術(shù)替代了就沒有生命力了。”陳惠民說。
