生物、化學、物理等實驗用儀器都是由誰來設計並開發出來的？科學家在這裡的角色類似於產品經理嗎？
一直很好奇，像 PCR 呀，質譜儀呀，粒子對撞機呀這些實驗儀器是怎麼被開發出來的，是科學家提供一個 idea，然後機械工程師來幫忙實現？我知道有精密儀器專業，但最早設計這些儀器使用功能的人都是科學家嗎？
這個問題也是有點隔行如隔山的。現在成熟的商業儀器，比如題主問到的 PCR 和 MS，還有NMR，FTIR，UV-vis 等等，基本都是企業在做製造、研發和改進，基礎研究的實驗室里要用買就行了。
但如果題主要追溯說這些儀器最早的起源，大多應該還是在基礎研究實驗室中，為了某種特定的實驗目的，或者驗證某個理論家提出的理論，手工搭出來的。事實上，現在很多基礎研究的實驗室，比如光譜學實驗室，研究人員就仍舊自己搭儀器來實現特殊的需求，並且會將新搭建的儀器專門寫成論文發表。儀器的零部件通常都是可以找到商業化的產品的，比如各種真空部件、電子電路、光學元件、光源、探測器等等。但是，為了實現某種特殊的實驗目的，研究人員需要將這些部件創新性地組合到一起，並且可能需要定製一些部件。小的定製可能可以直接在本地實驗室中製作，比如打孔焊電路什麼的；複雜一點的就用軟體做出設計圖，交付精工車間去製作。這些自己定製的實驗裝置，就經常是電線到處亂竄的樣子（因為通常不需要考慮商業化中的緊湊化、外形設計、保護措施、用戶交互等等，只要能用就行了）【圖片來自 Stewart E. Novick 的實驗室，氣象光譜學標配，不過他這個真空室真夠大的】
AIP 的這本雜誌就專門發表各種儀器裝置，歷史很悠久了。Review of Scientific Instruments 你不要看它 IF 2.0 都不到，很多改變整個領域研究方式的重大進展都發在這上面的。
比較有錢的大實驗組有的時候會專門聘請工程師來負責實驗室中的部件設計和定製。這種組比較壕，沒錢的組通常就只能壓榨可憐的 PHD 自己上了。
實驗科學家和工程師的區別可能在於，實驗科學家啥都知道一點，但不精。實驗科學家去設計儀器部件的時候，不光要考慮工程上的製作難度和強度，更要做很多理論計算，比如計算設想中實驗部件的光學性質、電學性質、流體力學性質等等，是否能夠符合實驗的需要。工程師應該會考慮到更專業更細節方面的事情吧，比如某個特定的形狀到底怎麼製作出來、保證精度啥的；電氣工程師會考慮電子原件的各種特性曲線、響應、帶寬、雜訊什麼的，實驗科學家可能只要讀懂部件的參數然後選合適的來用就可以了，不一定需要明白具體怎麼實現這些參數。能買則買，不能則造，買不如造。在粒子物理實驗領域，比如加速器(例如粒子對撞機)在建設的時候有建設指標，每個部件要達到指定的設計指標。如果該部件在市場上有現成的，滿足指標要求，而且價格還可以接受，那麼買。
如果該部件在市場上沒有滿足要求的，或者很貴，甚至市場上根本沒有，那麼實驗室自己做。所謂自己做，一般是由實驗室設計甚至要提供相關技術，然後交給企業負責生產。
中國有些實驗室因為經費少，還會選擇低價購買國外實驗室淘汰的設備……對於加速器和探測器來說，有時候你想跟其他現有的加速器和探測器競爭，那麼在關鍵性能上必須要超過其他人，市場上很難有現成的東西，必須自己做了。舉個粒子物理實驗的例子，中國的大亞灣中微子實驗搶在韓國人和歐洲人之前，在2012年測到了中微子物理的基本常數之一theta13角。受此鼓舞，中國目前正在建設大亞灣中微子實驗的二期工程——江門中微子實驗，中微子探測的關鍵部件之一是高性能的光電倍增管，用於探測極微量的光子。國際上高性能光電倍增管的製造被日本濱松光子學株式會社壟斷，中科院高能物理研究所的研究員曹俊說，中微子實驗需要很多很多的光電倍增管，看看日本的超級神岡中微子探測器感受一下(照片左邊是3個小白人)：粒子物理實驗的核心競爭力在於探測器的設計與建造。與神岡實驗同時代的美國IMB實驗，由雷因斯（因1956年發現中微子而獲1995年諾獎）領導，也探測到了超新星中微子，但神岡實驗得以升級成超級神岡，而IMB則就此散夥，其中一個重要原因是日本會做20英寸光電倍增管，因此實驗成本大大低於只會做5英寸管的美國。20英寸管正是鈴木厚人研製出來的。日本濱松是唯一批量生產過20英寸管的公司，後來打垮了歐洲的競爭者Photonics和ET，基本上壟斷了光電倍增管市場。諾貝爾獎網站上有一張照片，就是小柴昌俊抱著20英寸光電倍增管。
12月16日，「江門中微子實驗20吋光電倍增管採購合同簽約儀式」在中科院高能物理研究所舉行。按合同約定，中國兵器工業集團北方夜視技術股份有限公司，將在3年內為江門中微子實驗生產1.5萬支擁有完全自主知識產權的20吋光電倍增管。此前，這一部件全世界只有日本的一家公司能生產。
江門中微子實驗負責人王貽芳介紹說，光電倍增管是粒子物理及核物理實驗的通用部件，它的作用是將光信號轉化為電信號。這次國產部件合同涉及金額2億多元人民幣，是高能物理所建所以來最大的單批貨物採購。
早在2008年大亞灣反應堆中微子實驗工程建設期間，高能物理所就啟動了大亞灣二期（現更名為「江門中微子實驗」）關鍵器件——光電倍增管的預研，希望實現國產化。當時的項目籌備組先後與國內許多單位進行洽談和合作。2011年成立了由高能物理所牽頭，北方夜視技術股份有限公司、中國科學院西安光學精密機械研究所、中核控制系統股份有限公司和南京大學組成的研製合作組。歷時4年，攻克了高量子效率的光陰極製備技術、微通道板、大尺寸低本底玻殼、以及真空光電子器件封裝技術等多個技術難點，研製出量子效率、收集效率和單光電子峰谷比等關鍵技術指標達到國際先進水平的樣管，擁有完全自主知識產權，並進入工程化和批量生產準備階段。這一成功提升了國內企業在超大型電真空器件的研製和批量生產的能力。高能物理所曹俊研究員認為，這次攻關成功有很好的示範意義，不亞於大亞灣的成功。
粒子物理是最重要的科學前沿之一。中國的大亞灣實驗已在該領域取得世界矚目的重大成果，發現了中微子第三種振蕩模式，打開了理解反物質消失之謎的大門。江門中微子實驗將解決國際中微子研究中下一個熱點和重大問題：中微子質量順序，同時可以進行其他豐富的物理研究。它將鞏固中國在中微子研究領域的領先地位，成為國際中微子研究的中心之一。
(完)
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我感覺科研用儀器(小型儀器，非對撞機這種大型工程)其實大約分為三種，而且相互之間是一步步發展起來的的，以散射式近場掃描光學顯微鏡(s-NSOM)為例來簡要介紹一下：
1. 自行搭建系統階段。新的實驗和測試方法的出現，某個或幾個實驗室自行搭建的測試系統。這個階段是發論文的重要時期，而且往往是影響力很大的論文，例如s-NSOM就是幾個實驗室的科學家提出來了一種新的測試方法，實驗搭建了一下發現確實可行，論文發在了Nature還是Science記不清了，轟動了業界。
這個階段物理原理是核心，系統都是自己搭建的，有些機械或者軟體方面或許會找其他方協助。
2. 半成品獨家銷售階段。德國一個實驗室的科學家也是s-NSOM的發明者之一，他們發現自己發現的這種新的測試方法竟然如此受重視，於是開了公司，對測試系統進行了完善，例如開發了相應的軟體、加了外殼之類的，成立了公司開始售賣。
售賣的方式也很特別，裡面除了外殼和軟體是他們自己做的，其他所有器材全部都是買的現成的光學器件。他們會派一個工程師過來，現場給你把系統從無到有搭建起來，然後教你用。
這個階段，物理原理大家已經都清楚，就開始賣技術了。一大堆散件手動搭建成系統，價格翻了不知道多少倍。而且光路那叫一個複雜，稍微有一點不對，整套系統就不工作了。經常出現工程師今天走，系統明天就不出結果的情況。但是大家也都會接受，因為除了他們家，全世界沒有第二家賣這種儀器。
這個階段設備從硬體到軟體都有極大的自主權，會湧現出不少有些高學歷的儀器使用者，對其進行二次開發。
3. 百花齊放、百家爭鳴的階段。過了第二階段，大家原理和技術上基本摸透，開始對其進行改進，封裝成成型的儀器，也就是日常使用的商用科研儀器了。
這個階段會出現很多公司進行儀器開發，並且用戶體驗變得最重要，穩定性和可靠性提高了很多，並且會發展出一系列的型號，實現不同功能、不同精度，實實在在成為了一款產品。大家實驗室里用到的大多數都是這一類產品。
當然了這是我的理解，歡迎討論。謝邀，我個人覺得開發科學儀器的貢獻要比其他的科研要重要。因為一個工具的開發經常就意味著拓展出一個新的領域，意味著人類更加的強大，可以觸及到了以前觸及不到的範圍。一般開發出重要儀器的科學家都拿到諾貝爾獎了，或者快拿到諾獎了，或者比諾獎的更偉大。例子太多，舉幾個主要的，然後慢慢補充。1. 牛頓: 稜鏡分光，可以用來測光譜。2. 胡克：顯微鏡，偉大。3.倫琴：X 射線 (諾貝爾)4.布拉格：X射線研究晶體(諾貝爾)5.Francis Willian Aston:質譜儀(諾貝爾)6.威爾遜：雲室(諾貝爾)7. 勞倫斯：回旋加速器(諾貝爾)8.Frits Zernike：相差顯微鏡(諾貝爾)9.梅曼：激光器10. Ernst Ruska: 電子顯微鏡(諾貝爾)11. Gerd Binnig and Heinrich Rohrer：掃描隧道顯微鏡，原子力顯微鏡(諾貝爾)12. Allan M. Cormack： CT,X射線計算機斷層掃描(諾貝爾)13. Arthur L.Schawlow，激光光譜儀(諾貝爾)14. Kip Thorne et al. :LIGO 引力波探測(過幾年，可能明年的諾貝爾)15.邁克爾遜：干涉儀，LIGO的思路來源。16. 伽利略：天文望遠鏡
題主問到粒子對撞機，算是和我的工作方向有密切聯繫的一個組件，那就來科普一下我的工作吧。我在這個行業的時間比較短，描述裡面可能有很多信息不確切，哪位大神發現不足的話請及時指正！
我在的組是SLAC直線加速器實驗室下面的SSRL BLD GROUP，全稱是STANFORD
SYNCHROTRON RADIATION LIGHTSOURCE, BEAM LINE DEVELOPMENT GROUP。我是裡面的其中一位機械工程師，負責BEAM
LINE儀器/器件的設計。根據我的個人理解，SSRL可以分成兩部分，第一部分是SYNCHROTRON，就是我們平時所說的同步加速器。另外一部分是BEAM
LINE，就是光速線。大部分我們現在的科學研究都是在BEAM
LINE上面進行的。粒子（電子）以接近光速的速度在環形加速器裡面做圓周運動時會釋放出電磁輻射（X-射線），我們利用這些高能的射線來進行材料、生物學等方面的科學研究。
我的工作流程大概是這樣：
我的上司（Engineering Physicist）會提出需求，比如有哪個器件需要升級，有哪條BEAM
LINE的MIRROR出問題了，需要更換。然後我根據需求進行分析設計，假如我們以前有進行過同類型儀器的設計的話，有很大可能會在原設計上面修改。模型庫里有3D
模型的話，我會直接找到這些模型然後在上面根據新的需求來進行修改。庫里沒模型，或者是全新設計的話，就只能從頭開始建模。設計過程中會和相關人員進行溝通（design
review），確保儀器的可用性，還有確定確實是可以生產出來（對的，很多儀器的參數要求很高，所以有些設計會比較極端，很多時候根本生產不了，或者是成本超出預算）。假如這些design
review都通過了以後，工程師或者是設計師（就是畫圖紙的人）會開始畫圖紙（其實第一次design review通過以後一般都可以開始畫圖），這個過程比較複製，基本要把所有的生產流程，每一個螺釘螺帽都要畫到圖紙上面。畫圖紙並不只是簡單的把儀器的尺寸畫上去就可以了，還有對整個流程進行驗證，工藝的要求也是在圖紙上面提出來。很多時候不確定可行性的話，我們都需要再和生產廠家進行討論。最後定稿以後，會由checker（可以是同事或者上司，基本就是找人幫你再過一遍圖紙，減少錯誤和驗證流程）檢查，然後上司或者我自己approve。Approve以後我們就可以把圖紙交給buyer去找廠家生產了。我們組裡有一個很小的車間，有些簡單的零件或者急用的零件會由這個車間來生產。實驗室裡面也有很多個不同的車間屬於各個小組，假如他們有空的話，也可以把零件交給他們，不過價格可能會比外面的車間高。大多數零件我們都會交給外面的承包商來生產。零件完成以後，我們會在實驗室裡面的清潔車間進行清潔。因為所有這些儀器都是在極端真空（UHV）的環境下運作，所以對零件的潔凈度有很高的要求，以免影響儀器的性能或者污染其他儀器。完成清潔以後，這些零件需要進行下一步處理的話，比如焊接，電鍍，或者釺焊，我們會交給實驗室裡面專門的小組完成。所有零件準備好以後就可以組裝了。最後再進行測試，對準（alignment），裝機。
還有很多儀器，假如市場上有現成的話，我們一般都會買現成或者和廠家溝通量身定做，這樣成本和時間都可以節省不少。
整個流程大概就是這樣，當然裡面還有很多很多的細節，要細說的話都可以寫成一本書。如果大家想了解更多，我再進行詳細解答。
釺焊（Braze），圖中是四個slit，需要用到其中一條beam line上。因為這些器件一般都有比較複雜的結構，需要把不同部分釺接起來，同時還要保持密封性。這個流程對零件的材料，溫度，還有潔凈度有極高的要求。因此一般都是在實驗室的內部小組完成，這樣我們可以完全掌控整個流程的各個細節。雖然如此，整個流程仍然有很高的失敗率。
這是一個超真空容器，裡面裝著用來反射x光的鏡體。這個圖片是BEAM LINE HUTCH部分，可以看到有兩個Mirror Tank和一些BEAM LINE TRANSPORTATION的器件。整個空間在運作的時候是一個輻射量很高的環境，所以運作的時候禁止進入。
謝邀。作為分析化學專業中天天編程和折騰電子設備，不碰化學藥品，常常被人認為不算化學人的學渣來斗膽答一個，拒絕轉載。
（好不容易有一個我能答的分析化學方面的問題了）題主問題的簡單版回答：是的。基本上的路線都是：scientist的idea，engineer來實現。我所在的普渡大學的化學系有專門的Jonathan Amy Facility for Chemical Instrumentation（JAFCI），這個部門的成員是背景並不完全相同但是相輔相成的一些科學家和工程師：Jonathan Amy Facility for Chemical Instrumentation
以我們實驗室為例，我們課題組是以非線性光學為主要研究內容的實驗室，自行設計和搭建非線性光學顯微鏡系統等儀器。當有了一個設計思路之後，我們便會在光學防震桌上開始光路的搭建。我們可能會選擇直接購買一些實用的部件，小到移動樣品的motion controller，大到完整的光學顯微鏡系統，然後根據需求進行改裝。沒有辦法直接購買的組件，我們會請求JACFI等系裡的專家幫忙。我們將這些部件進行整合，在光學防震桌上實現我們最初的思路。之後在JAFCI的支持之下，我們完成各種電子控制單元的設計，並且和數據採集的計算機進行連接，同時也要完成軟體方面相應的開發，這就完成了整個儀器的設計和搭建了。所以如果你來到我們實驗室，會發現光學防震桌上大大小小的平面鏡、濾鏡、光圈等等擺的非常複雜，其實這就是一個新型儀器的prototype了。在這個過程當中，我們並不是撒手給一張設計圖紙交給工程師，工程師便會幫我們實現的。我們也需要和這些工程師保持溝通，主動的參與到儀器以及儀器的各個部件的設計和開發工作中去，確保我們的想法能夠得到準確的實施。相對的，工程師們在協助我們進行新型儀器的設計的時候，也會根據他們的知識和經驗，提出對於我們的整體實驗方案的改進意見，在我們遇到困難、故障、bug的時候提供支持和解決思路等等，我們在這個過程中也能學到很多東西。
在有了這個prototype之後，下面主要工作便是選擇合適的樣品進行實驗（我個人經常忽視這一步，然而這一步至關重要）採集數據，自行編寫程序或者尋求其他數據科學家、電子工程師的幫助進行數據的分析處理，公布我們的結果，向學界證明我們的新的分析方法首先是可行的，可以找到已經相對完善的其他分析手段（如拉曼、X射線衍射等）進行對比參照。其次是要證明我們的新方法對於解決實際的化學、生物、醫學、製藥等問題能夠有切實的實際價值和應用前景，例如對於解決以往一直困擾製藥公司的有效藥物成分結晶程度的分析問題有重要幫助等。而於此同時，我們還會相應的開發新的數據分析和圖像重建演算法，進一步讓我們的分析手段更加強大。通過這樣的過程，我們可以展開如申請新的科研經費、開始新的科研項目、尋找新的合作者、拓展新的研究領域等一系列活動，我們自己也會在手上這個prototype上不斷嘗試新的點子，充分利用時間空間，在同樣一片區域同時進行多個科研項目，不斷推進我們的信噪比、檢測限、成像速度等等，讓我們做的工作更加有競爭力和吸引力。
我們實驗室目前有一個idea已經成功和公司進行合作實現了商業化，已經有成品的顯微鏡系統可以直接購買。這個過程我個人沒有經歷過，所以對於如何尋求這樣的合作所知不多。從實驗室光學防震桌上的prototype變成商業化的儀器，需要進行更多的開發、測試工作。用我比較熟悉的軟體方面舉例，在prototype上我們可以不同的電子控制單元一個單獨的LabView程序進行控制，然後用Matlab這樣的隨時可以改動源代碼的程序進行數據採集和分析，遇到了問題可以直接調整代碼，我們也可以直接接觸到所有能夠修改的參數。但是這樣的粗劣設計是沒有辦法直接拿去商業化的。在從prototype到商業化的過程中，需要保證用戶界面的友好，首先軟體需要是一個完整的整體，而不能是碎片一般的一個獨立的程序控制一個獨立的元件，讓用戶自己琢磨彼此之間的關係。而且需要保證一般用戶無需接觸的部分對用戶隱藏，一些核心的演算法等內容不能讓用戶看見，用戶不應當觸碰到的光學元件或者電子元件也需要用工程方法隱藏保護起來，等等。但是這些細緻繁瑣複雜的過程，一般來說就不是scientists需要考慮的內容了。
瀉藥 @Yui Yoshioka
就我知道的範圍說說吧本質上，造個儀器和製造一把菜刀，或者製造一輛汽車沒啥本質區別
首先，你得分清楚，你的機器是造給誰用的，然後來分析在合理成本範圍內，如何快速精確達到這些需求。第二，研究Sourcing，看看是否能夠用合理成本獲取所有零部件。權衡到底是自己生產，還是買買買。國內的企業這一點比較杯具，因為據我所知，不少零部件要買買買是有難度的，因為萬惡的美帝國主義對我中國人民的山寨能力實在是太恐懼了第三，做三五個樣機看看，驗證一下可靠性和穩定性，取得其MTBF數據。分析是工藝需要改進，還是元器件需要改進第四，研究配套用的軟體。這一點其實無比重要，然而天朝悲劇地儀器產業可恥地忽略了這一點。目前我沒見過天朝的分析軟體不能用「不堪入目」四個字來形容的一般不配圖，大家將就看一個
就以連續光源的原子吸收為例，八一八這玩意怎麼做出來的首先是科普，常規的CT光學結構，解析度是受到限制的。由於光源屬於銳線光源，譜帶極窄，遠遠超過了實驗室的CT光學結構所能夠達到的解析度極限。然而搞光譜的親都希望能夠達到更高的解析度，我一個頗為仙風道骨的前輩就跟俺說過：Resolution is everything解析度足夠高，則看山不是山，看水不是水，看山還是山，看水還是水
於是一幫德國佬就在倒騰，能不能做出足夠解析度的原子吸收來，這樣一個燈就能輕鬆搞定所有分析，不再有換燈的煩惱！首先遇到的第一個問題就是光源，挑選神馬光源比較好？第一個想到的是激光，然而可調製波長的固體激光器目前愚蠢的地球人還做不好，二氧化碳激光器用於這種用途就是個笑話！第二個想到的就是最常見的氘燈，然而氘燈的400nm以上的輻射強度就是個徹頭徹尾的杯具第三個想到的是氙燈，這回是正解！在連續氙燈和閃爍氙燈之間選擇的話也思考了一下，閃爍氙燈的絕對強度大，壽命長，基本無需額外冷卻看上去很美，然而1~2%的單次閃爍能量波動也導致被踢開。於是選擇了連續氙燈然而連續氙燈也有問題，氙燈屬於氣體放電燈，每次的電弧空間位置將會出現0.1mm級別的波動，這一點是無法破的。於是找到了賀利氏，在賀利氏努力之下，做出了符合要求的短弧氙燈第二個問題在於搞定光學系統，CT結構肯定是搞不定這麼高的解析度的，只能選擇中階梯光柵。問題又來了，一般的中階梯光柵不是為了這個用途設計的，需要定製。定製嘛，不就是錢的事情？小意思
在美帝殘留下來的龐大光學遺產的加持之下，某光柵廠終於搞定了此事，據稱搞廢了若干名研發人員的.......第三個在於設計其原子化器，橫向縱向各有優缺點。橫向的優點在於溫度梯度小，縱向的優點在於石墨管較小所以熱慣性小
然而這個沒啥好選擇的，自己主推橫向，辣么含淚也要約完，遂選擇了橫向加熱原子化器第四在於搞定整個系統的整合。從散熱控制，到數據採集，到外觀工業設計
第五就是各種慘無人道的穩定性/可靠性測試，從電源紋波係數，到耐受高溫/低溫性能，到衝擊/震動耐受能力。這一步是和前面整合在一起測試的，由於整個行業較小，很少有單獨作為一個流程來測試的
第六就是設計賣點和銷售方式。廢話搞了這麼多飛機最終還不是為了賣錢！這是另外一門學問，俺就不多說了
歷史上，一個機型做不好導致一個公司收到重大影響的情況並不罕見。比如宇宙第一牛逼思密達 的安捷倫，細心一點的親一定會發現，5973之後就是5975。這是為毛？
因為當時5974這個代號是留給了一款amu到1000的「顛覆性氣質」（5974項目組被開除的研發人員說的）的。然而這成為了A公司的一個大坑，分離的四級桿RF/DC電源設計導致了重大同步問題，當時的FPGA技術搞不定這個級別的通訊，加之全新設計的金屬四級桿老不穩定了。最後一頭猥瑣的攻城獅提出，乾脆換個思路解決問題，表是老追求高大上，俺們來干點實際的活，主要是以下三條：1 四級桿搞不定，乾脆用石英來拉制四級桿，然後真空濺鍍法鍍金膜，只要不做Pb之類的，其實問題也不大！2 1000amu的電路重新設計太繁瑣，不如就用外推法，直接強行拉長其質量範圍，這樣除了高質量數離子稍微有點髮漂，其他的也不會有問題。市場檢驗下來確實這個思路是沒啥問題，因為在RoHS做多溴連苯時，雖然是900多的質量數，但是也能湊活用，而且還大賣特賣！3 獨立的RF/DC電源搞不定，乾脆就做一個RF發生器，然後將RF整流為DC，這樣雖然性能略遜（同位素會漂移，特別是對於筷子峰），但是穩定性不成問題經過一番折騰，總算是能賣了，但是5974這個項目整個被取消，大Boss也下崗了同時這個問題影響了整個A公司的性格，從一個激進冒險的技術型公司變成了一個保守的公司，再也沒有類似體量的研發項目，剩下的都是小打小鬧的改進。去年還把NMR部門給賣了~專心做沒啥技術含量的產品，不知道H和P先生知道現在公司變成這樣會不會跳出來破口大罵~~隨口一說，大家都別當真....認真就輸了這裡有篇很好的博文我貼上來 科學網—外行看熱鬧，內行看門道：從低溫冷凍電鏡的近熱看創新 我就拿這兩年大火的冷凍電鏡說事。發明儀器的往往都是那種交叉學科的人，也就是所謂的「跨界」，什麼都懂一點，但不精通。但沒關係，只要自己知道想做什麼，就讓精通它的人為你做好了。博文比較長，我就只摘錄中間部分。
聽完報告之後看到顏寧回信說：老先生的名字叫做趙華，最近在清華做過報告，他的研究水平還不錯。不過最近大家猜低溫電鏡領域近來的革命性突破應該能夠得諾貝爾獎，但能夠獲獎的人應該是Joachim Frank和Richard Genderson，以及可能還有一個叫Glaeser的老先生。
在搜索相關信息的過程中，我在2007年12月的美國國家科學院院刊（PNAS）找到一篇Joachim Frank當年當選美國科學院院士之後的採訪介紹（Profile of Joechim Frank）. 這篇介紹中講述了Frank的科學生涯和致力於低溫電鏡技術發展以及推動其在生命科學中應用的過程。看過之後覺得很有意思，值得在這裡複述一下。
Joachim Frank原來是德國人，1970年在慕尼黑技術大學獲得博士學位之後，在美國遊學兩年多，然後在劍橋大學卡文迪許實驗室做研究助理，1975年任職於美國紐約州Albany的公共衛生實驗室（Wadsworth Center），2008年加入哥倫比亞大學生命科學系。
Frank先在德國Freiburg大學（University of Freiburg）學習物理學，之後進入Munich大學（University of Munich）攻讀碩士學位，研究內容為熔點下的金的電子衍射。通過這些研究，他產生了用電子衍射研究分子結構的想法，於是進入慕尼黑的蛋白和皮革馬普研究所（Max Planck Institute for Eggwhite and Leather）跟X射線晶體學家Walter Hoppe攻讀博士學位。有意思的是這個蛋白研究所是真正的蛋白或蛋清（eggwhite），而不是所謂的蛋白質（protein）。這個研究所後來併入了生物化學馬普所（Max Planck Institute for Biochemistry）。在博士論文期間他接觸了電子顯微鏡，發表了關於如何校正和準直圖像的概念和方法，論文發表在德國的光學（Optik）雜誌上。
1970年Frank獲得博士學位後獲得了Harkness獎學金。憑該項資助他到任何一個美國實驗室從事兩年的訪問研究。他到美國的第一站，是美國航空航天局（NASA）在加州理工大學的噴氣動力實驗室（Jet Propulsion Laboratory-JPL）。儘管JPL不是做電子顯微成像的地方，但他選擇JPL的目的，是去學習那裡最先進的圖像處理技術（image processing）。JPL之後他去了UC Berkeley的Robert Glaeser實驗室，Glaeser是研究Cryo-EM的先驅。在Berkeley六個月之後他又去了紐約Albany的康奈爾大學顯微成像實驗室，然後他就會德國去找全職工作。因為沒能在德國找到全職工作，他只好再到英國劍橋大學卡文迪許實驗室去做研究助理，期限兩年。
在劍橋大學期間，Frank從事的是電子光學（electron optics）的研究。通過他在Berkeley進行的生物樣品的測量，他相信大的蛋白質的圖像只能通過圖像平均的方法獲得。於是他開始計算能夠獲得足夠精確度的用於圖像校準和獲得有用信息的最低電子劑量。通過這些工作，他推導出了關於圖像對比度、解析度和電子劑量的基本方程式。他說：「（通過計算）我們相信對於一定大小的分子，這將能行。那確實是所有事情的根子上的最基本的方程。」1975年他還在劍橋大學的時候，他收到了紐約州Albany的公共衛生實驗室（Wadsworth Center）的邀請去擔任研究科學家（reserach scientist）。他說他或的這一工作的原因是因為他在Berkeley的時候寫的一篇綜述文章使得人們較早時候就將他的名字和電子顯微技術和圖像處理聯繫在了一起。
在此之後，Frank在Albany工作了30年，在那裡他發展了Cryo-EM的單粒子圖像重構方法（single-particle reconstruction approach）並且將其應用到ribosome的研究中。1986年紐約州立大學Albany分校成立公共衛生學院（School of Public Health），Frank成為該學院的教授。他於2006年當選為美國國家科學院生命科學領域的院士，並於2008年成為哥倫比亞大學生命科學系教授。
接下來是重點
Joachim Frank科學生涯之有趣之處
Frank的科學生涯中讓我比較感興趣的事兒有兩件。
第一是他在博士畢業之後能夠獲得資助而比較自由地在美國最好的幾個實驗室遊學兩年。在此期間他首先選擇到JPL去學習圖像處理技術，這是非常有遠見的選擇。靈活的跨學科的學術支持對於年輕人的訓練和成長很有幫助。美國和歐洲發達國家之間的這種政府或者基金會資助的比較靈活和自由的各種層次上的學術交流和往來，從19世紀末和20世紀初以來就一直未有間斷。中國1949年之後這樣的交流幾乎完全中斷了將近三十年，在改革開放以來有所恢復，但是在靈活性和自由選擇方面應該說還很有待促進和加強。
第二是他在英國做研究助理時獲得紐約州Albany的公共衛生實驗室（Wadsworth Center）的邀請去擔任研究科學家，並且一直在那裡從事基礎性的前沿研究工作三十多年。我對Wadsworth Center不太了解，但從其性質和定位來講是一個面向公共衛生應用相關的公共研究機構。不知道國內的地方性的公共實驗室什麼時候能夠有這種機會，能夠允許自己的研究科學家在從事應用相關的研究的時候，還能從事基礎性的前沿研究。
人們常常說國內的科研體制缺乏研究自由。其實以我多年的研究經驗來看，國內的基礎性的研究機構和大學常常是在研究定位上過於自由，缺乏清楚明確的研究目標和定位，同時應用性的研究機構又非常缺乏人事、資助方式和研究方向上的靈活性，而且不同的研究機構之間比較缺少互動。這樣導致的結果常常是基礎研究中培養的人才不僅質量不夠高，而且還比較缺乏研究目標和解決實際科學問題的興趣；而應用研究中培養的人才比較缺乏學術和研究水準，對於實際應用研究中能夠提煉出來的基礎和重要的科學問題缺乏認識和感覺。要改變這種狀況，需要必要的研究體系，使研究機構和主管單位自身在目標定位、資助方式、學術與人才交流等方面在具有較為明確的定位的同時還具有足夠的開放性與充分的靈活性。這些問題說來話長，解決起來也並非那麼容易。但如果不能改善，每年政府和社會投入的教育和研究經費，其效果自然會被大打折扣。
這些問題在Frank的經歷中可以說是不存在的。
簡單來說，Frank先生在大學學的是物理。在研究生期間做金的電子衍射時萌生了用電子衍射研究分子結構的想法，於是去馬普研究所跟隨X射線衍射晶體學家讀博士。在博士期間接觸了電子顯微鏡，發表了如何校正和準直圖像的概念和方法。博士畢業後，他選擇了去美國加州理工大學的噴射推進實驗室（JPL）做博士後。儘管JPL不是做電子顯微鏡方向的研究，但那裡有最先進的圖像處理技術。之後他去了Berkeley的Glaeser（也就是顏寧提到的Glaeser先生）處。在Berkeley的工作經歷使他意識到，大的蛋白質的圖像只能通過圖像平均的方法獲得（這就是冷凍電鏡的核心技術）。於是他開始計算能夠獲得足夠精確度的用於圖像校準和獲得有用信息的最低電子劑量。通過這些工作，他推導出了關於圖像對比度、解析度和電子劑量的基本方程式。在此之後，Frank在Albany工作了30年，在那裡他發展了Cryo-EM的單粒子圖像重構方法（single-particle reconstruction approach）並且將其應用到ribosome的研究中。
可見，Frank先生並不是一開始就從事冷凍電鏡的開發工作的。在讀研，讀博，博後的過程中，Frank不斷變更他的專業。然而這一系列看似漫無目的的求學經歷，卻使得Frank的科研方向越來越清晰。尤其是去JPL學習圖像處理技術這段經歷，對他的成長是大有幫助的。
我們常說一個優秀的人才的知識結構應該是T字形的，也就是什麼都懂一點，某方面精通。我覺得這個說法還不夠準確。優秀的人才不僅是每個地方都懂一點，這些知識不是零散的集合，而是有機的結合起來，最終都為一個目標服務。在我看來搞科研就像下圍棋，精通的地方落很多個子，不精通的地方也用幾個子守著。這幾個子看似不起眼，但一旦有需要隨時都能連成一片，這就是靈活性。
此外還有其他十分重要的技術如核磁共振也是交叉學科的貢獻。如這篇報道 科學網—馮一瀟：諾貝爾獎為何青睞交叉學科
我們最近接了高精度型生物印表機的訂單，所以來回答一下這個問題。
科學家承擔了產品經理的職責么？不，他更像是一個有些勉強的，被抓過來問來問去的「田野調查」的對象。「我想要一把好弓」，他說。「為什麼你要一把好弓？」「因為隔壁部落的酋長有一把好弓」。「他們用那把弓來捕獵什麼動物呢？」「目前為止他們只用來射家養的雞」「那麼你也要射家養的雞么？」「我想用它去射恐龍」「這個不行！現在的制弓技術下，任何人力弓箭都無法用於射恐龍，除非你用大型弩，但那樣就不是弓了。」「這樣啊，我不是很懂你們的專業方向。不過沒關係，至少我們也要能夠射家養的雞。那麼，能不能一次射中兩隻？」物理方面，最初都是手工搭。
不不，不是每個元件都是手工搭，只是需要特殊實現的那部分功能是一堆雜亂的、臨時搭接的、看上去並不高大上的手工作品，其他大部分組件都能找到現成的產品。當然這些「現成的產品」，起初也是手工搭出來的，然後會通過論文的形式，證明其可實現性，並提供初步的測試數據。
隨著需求增加，設備廠商會評估立項，工程師會查閱閱專業相關的論文，作為技術儲備，然後更多的工作還是根據目標客戶（有時候高校科研機構也是目標客戶之一）的要求，評估能否達到預期的性能/精度、產線能否流暢的裝配、能否達到可靠性/環境要求、成本是否有競爭力、供應鏈結構是否可靠、以及是否需要考慮知識產權的授權等等，具體過程有興趣和耐心的話可參閱APQP（產品質量先期策劃與控制計劃——這玩藝動輒幾柜子文檔，神煩）。
一般來說，科研工作者和工程師們很少有直接的交流——儘管雙方都希望這樣的交流，但個人經歷來看，這種交流並不如想像的美好，雙方追求的目的差的太遠，課題組希望驗證可能性，而工程師考慮的是量產價值，經常的場面是雙方在友好融洽的氛圍下談論著各自的話題，但是彼此都難以解決自己想解決的問題。個人覺得目前比較有價值的一種合作方式是由企業主導，在大學或研究機構里設立基礎研發部門，聘請教授或離退休教授作為技術骨幹或顧問，為產品研發提供理論和技術支持。
至於產品經理，其職能是縱向銜接客戶以及企業內研發運營銷售等十幾個部門的協調配合，以維護整個產品生命周期，通常並不關注某具體理論技術等細節。是啊，分析化學專業有一票人就是在改進和研發新儀器。而且像另一位答主說的那樣，企業也有研發機構啊。PS我聽說有一個研究質譜的人在機場被攔住，安檢人員要檢查他身上有沒有可疑爆炸物，用的就是質譜儀，而且就是他研究的那個類型的質譜儀
差不多，參考一下Bruker和島津製作所的歷史，挺詳細的，都有中文版。
Bruker：Bruker Corporation: 歷史
島津製作所：島津中國-公司介紹題主可以自行查閱一下其他有名的科研儀器公司的網站。我之前主要做多肽合成、改性以及複合材料，接觸較多的是掃描電鏡、核磁、DSC等，用具體理論和儀器的演進來描述一下，希望能幫到題主。
就說一下核磁共振吧。
就說核磁共振（NMR）吧。NMR的原理比較繞口，就不提了。這個理論在1924年由泡利提出，但是限於當時的科技水平，很長時間也只是一個理論；NMR現象在1946年的時候就已經被斯坦福大學和哈弗大學的兩位學者用實驗證實，並因此獲得1952年的諾貝爾物理學獎；1952年，第一台核磁共振儀問世，頻率為30M。
發展到現今，實驗室所用一般都是300-600M的核磁儀。現在最先進的核磁儀器是1000M的樣子，用到了超高場超導技術。
題主提到的科學家和企業並不是完全分割的。科學家可能會懂許多院里，儀器出了問題，比如雜訊過大之類的，大概也能知道問題在哪裡；但是真正去改進，該是要靠電氣工程師。
制約某種檢測技術的因素有很多，理論是否完善、零件加工水平能都達到要求、材料質量是否過關等。下面還是以NMR為例。
1956年商用的NMR只有40M，使用真空管控制電流以及使用所謂的穩定線圈這種原始的技術來達到穩定磁場的目的；當核磁儀進入100M時代後，鐵芯電磁體就發展到了極限，因為鐵的飽和磁場強度只有2.35T，若想進一步提高磁場，是能使用超導技術，一般在液氮中才能實現；自從1966年HR-200超導NMR成功商品化之後，牛津大學和布魯克公司合作連續退出了270M、360M和400M的儀器，現在750M也早已商品化。
在理論方面，科學家自然也不會閑著。當樣品濃度較稀時，如13C譜，靈敏度成為了限制性因素。1957年，有科學家提出了一種新的理論，但是直到1966年，研究了通過冗長的數據處理，使這個理論成為了現實。此外，還有2D的NMR譜圖等，這種理論和應用也拓展了NMR的應用範圍。
科研儀器和鎚子不同，它本身就是一種科學。
所以直面回答題主的問題，科學家提出理論，具體的儀器設計等主要是工程師來完成，科學家多數是一種理論指導者和消費者。
參考資料：http://202.206.48.73/tryw1/xxyd/%BA%CB%B4%C5%B9%B2%D5%F1%BC%BC%CA%F5%D4%DA%CC%EC%C8%BB%B2%FA%CE%EF%BD%E1%B9%B9%BC%F8%B6%A8%D6%D0%B5%C4%D3%A6%D3%C3.pdfNMR發展簡史 在線閱讀羅氏、貝克曼、愛噴道夫等等發來賀電。通用電器似乎也做一些。上面那些是比較高端的。低端的那些國內就能做。充分體現了國內外精密機電領域的技術水平的差距。
謝謝邀請，儀器方面不太熟，不過前兩天上課老師剛提到固相蛋白質的合成也就是現在大部分多肽自動合成儀的基本原理，沒人介紹這裡我就介紹一下。1963年，Robert Bruce Merrifield首次提出了固相多肽合成方法，他本人在60年代末發明了第一台全自動多肽合成儀，並首次合成生物蛋白酶，核糖核酸酶(124個氨基酸)。也正是這個工作使Merrifield在1984年獲得了諾貝爾化學獎，同樣是這個工作如此的出色，使得我國胰島素合成工作變得並沒有那麼出色，因為我國胰島素合成採用的是液相合成法，相比固相合成法無論是處理步驟還是產物產率上而言都相距甚遠，因此諾貝爾獎授予了Merrifield。
需要一些背景很迷的人來做，比如thermo的LTQ是一個同時有生化EE和編程背景的兄弟帶頭做的，那可是八十年代。以及儀器分兩種，一種是能賣錢的，一種是不能賣錢的。能賣錢的很容易就能找到公司來抬一手，比如maglab那個巨型FTICR和巨型核磁，bruker貢獻不少。然而加速器這種，只能招ee的人來或者phd/一線幹活的自學了。附個巨型圖，這是巨型ICR
大部分儀器最開始都是科學家自己做出來的。尤其是現代實驗科學，科學家已經具備的素質不只是一個學科可以限制的。比如一個實驗物理學家除了自己專業理論知識要懂之外，還要懂機械設計，會畫圖，會機械加工（是的，物理系的研究生幾乎必須要上這門課），會設計電路，會焊板子，會購買和改裝各種零散原件，還得會編程，做控制。 做過AMO（原子，分子和光）物理實驗的人應該深有體會。現在我的科研是在做非線性光學顯微鏡，說白了就是在做儀器，我們實驗室的顯微鏡還有內窺鏡都是自己搭的，如果導師想的話，是完全可以商業化的? 確實如其他回答所說，新的儀器就是開闢了諸多領域新的可能性，開闢新的研究領域可能性很大，和其他領域合作也比較容易因此產生，是有足夠impact的（存在感的）?
瀉藥，可能是方向不同吧，舉例一個儀器，拉曼光譜分析儀
是由印度物理學家拉曼發現的拉曼效應來發明的，英國皇家學會正式稱之為「20年代實驗物理學中最卓越的三四個發現之一」。
尚未查到第一台拉曼光譜分析儀是誰發明製造的，貌似不是拉曼本人。
以此為例可看出科學家只是提出設想或者理念或者原理，然後由工程師來完成製造部分。
在學術的前沿，發明一個新的設備就意味著開發了一個新礦脈。
應該來說，大部分都是物理學家做出來，實驗物理學家和傳統的人們對物理學家的理解可能很不一樣，理論物理學家大多都在算，而實驗物理學家有一部分就是在研究儀器的，生物的我不太了解，物理和化學很多儀器都是由物理學家製造的，其中不少都得到了諾貝爾獎。比如掃描隧道顯微鏡
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