分析仪器重大研发成果进展交流及展望论坛召开
2024年11月16日上午，分析仪器重大研发成果进展交流及展望论坛（以下简称本论坛）于广东省深圳市登喜路国际大酒店成功召开。作为第九届中国分析仪器学术大会（ACAIC2024）的分论坛之一，本论坛由中国21世纪议程管理中心、中国仪器仪表学会分析仪器分会联合主办；中国21世纪议程管理中心处长裴志永担任论坛主席；中国仪器仪表学会分析仪器分会秘书长吴爱华担任论坛召集人。仪器信息网作为ACAIC2024战略合作媒体对本论坛进行报道。
中国科学院合肥物质科学研究院
研究员阚瑞峰主持会议
“十四五”期间，国家重点研发计划启动实施“基础科研条件与重大科学仪器设备研发”重点专项（如下简称“条件仪器专项”），截止目前，各项目普遍取得较大进展。本论坛的召开，主要为总结“条件仪器专项”项目亮点、征集未来布局建议，以及集中宣传分析仪器及其关键部件高水平研发成果，带动分析仪器产品技术朝更高水平发展，提升用户对国产仪器和国产关键部件的信心。本论坛特别组织9个优秀项目，详细介绍各项目，在关键核心部件国产化、工程化研制与应用开发等方面的最新进展。
作《高分辨辉光放电质谱仪器研制与应用进展》报告
辉光放电质谱仪对中国实施严格的出口管制。西北核技术研究院自上世纪60年代七从事磁质谱技术研究工作；自上世纪90年代开始磁质谱的基础理论、关键技术攻关、系列关键部件研发；曾在国家专项项目支持下，相继研发出多种型号的磁质谱仪器。目前，已经成功研制国内首台高分辨辉光放电质谱仪，进入产业化推广环节。该仪器取得五大关键技术的突破：（1）非理性边界下离子光学高阶像差计算及优化设计技术，（2）高稳定度磁质量分析器计算及控制技术，（3）多模式自动切换的低本底大动态范围离子探测技术，（4）磁质谱仪关键部件“设计-加工-装配-调试”体系，（5）建立高温合金、绝缘体、半导体、高纯稀土等材料基体匹配的相对灵敏度因子数据库。整机关键仪器技术指标达到国际先进水平，如灵敏度大于10^10cps，丰度灵敏度小于30ppb，分辨率LR大于等于400、MR大于等于4000、HR大于等于10000，暗噪声小于0.2cps。为更好地促进该仪器的应用推广，项目团队牵头起草发布了多项辉光放电质谱仪分析标准和仪器计量校准规范。李志明透露，该仪器已经卖了好几台（含出口）；仪器运输到客户实验室，只需一天的时间进行拆箱、安装，第二天就可以抽真空开机、测试。
作《超高分辨活细胞成像显微镜研究及产业化》报告
仪器信息网相关数据显示，2023年全国12亿多的共聚焦显微镜中标仪器中，国产品牌在数量上仅占3.76%，中标金额占1.79%。国家政府高度重视我国科研仪器的自主安全可控。永新光学是国家级制造业单项冠军示范企业，是上交所上市企业，也是显微镜国际标准牵头制定单位。自1997年成立以来，曾获国家技术发明奖。永新光学担任了十三五《高分辨荧光显微镜成像仪》重大仪器专项牵头单位，改项目被评为优秀项目。永新光学承担了十四五重大仪器专项《超高分辨活细胞成像显微镜研究及应用》。毛磊介绍到，该项目指标全部完成，已经通过中期检查和监督司现场检查，实现85nmSIM超分辨系统的集成和上市，推出NSR1000型号产品。NSR1000综合性能达到国际同类产品水平，横向分辨率小于等于85nm、共焦视场大于等于25mm；2023年12月，NSR1000在北京医科大学实现首台套销售。未来，永新光学将完成180nm、85nm、亚2nm高分辨产品全系列覆盖，实现国产高端替代。
“十四五”期间，国家重点研发计划启动实施“基础科研条件与重大科学仪器设备研发”重点专项（如下简称“条件仪器专项”），截止目前，各项目普遍取得较大进展。本论坛的召开，主要为总结“条件仪器专项”项目亮点、征集未来布局建议，以及集中宣传分析仪器及其关键部件高水平研发成果，带动分析仪器产品技术朝更高水平发展，提升用户对国产仪器和国产关键部件的信心。本论坛特别组织9个优秀项目，详细介绍各项目，在关键核心部件国产化、工程化研制与应用开发等方面的最新进展。
作《高分辨辉光放电质谱仪器研制与应用进展》报告
辉光放电质谱仪对中国实施严格的出口管制。西北核技术研究院自上世纪60年代七从事磁质谱技术研究工作；自上世纪90年代开始磁质谱的基础理论、关键技术攻关、系列关键部件研发；曾在国家专项项目支持下，相继研发出多种型号的磁质谱仪器。目前，已经成功研制国内首台高分辨辉光放电质谱仪，进入产业化推广环节。该仪器取得五大关键技术的突破：（1）非理性边界下离子光学高阶像差计算及优化设计技术，（2）高稳定度磁质量分析器计算及控制技术，（3）多模式自动切换的低本底大动态范围离子探测技术，（4）磁质谱仪关键部件“设计-加工-装配-调试”体系，（5）建立高温合金、绝缘体、半导体、高纯稀土等材料基体匹配的相对灵敏度因子数据库。整机关键仪器技术指标达到国际先进水平，如灵敏度大于10^10cps，丰度灵敏度小于30ppb，分辨率LR大于等于400、MR大于等于4000、HR大于等于10000，暗噪声小于0.2cps。为更好地促进该仪器的应用推广，项目团队牵头起草发布了多项辉光放电质谱仪分析标准和仪器计量校准规范。李志明透露，该仪器已经卖了好几台（含出口）；仪器运输到客户实验室，只需一天的时间进行拆箱、安装，第二天就可以抽真空开机、测试。
作《超高分辨活细胞成像显微镜研究及产业化》报告
仪器信息网相关数据显示，2023年全国12亿多的共聚焦显微镜中标仪器中，国产品牌在数量上仅占3.76%，中标金额占1.79%。国家政府高度重视我国科研仪器的自主安全可控。永新光学是国家级制造业单项冠军示范企业，是上交所上市企业，也是显微镜国际标准牵头制定单位。自1997年成立以来，曾获国家技术发明奖。永新光学担任了十三五《高分辨荧光显微镜成像仪》重大仪器专项牵头单位，改项目被评为优秀项目。永新光学承担了十四五重大仪器专项《超高分辨活细胞成像显微镜研究及应用》。毛磊介绍到，该项目指标全部完成，已经通过中期检查和监督司现场检查，实现85nmSIM超分辨系统的集成和上市，推出NSR1000型号产品。NSR1000综合性能达到国际同类产品水平，横向分辨率小于等于85nm、共焦视场大于等于25mm；2023年12月，NSR1000在北京医科大学实现首台套销售。未来，永新光学将完成180nm、85nm、亚2nm高分辨产品全系列覆盖，实现国产高端替代。
中国科学院精密测量研究院研究员刘朝阳
作《核磁共振仪器系统研制与工程化开发》报告
高场NMR波谱仪长期被Bruker公司垄断。该仪器价格高、维护成本高。叶朝辉院士团队持续开展磁共振科学和装备研制工作，2007年，取得300MHz-500MHz核磁共振波谱仪的研制成功。2011年，中科院精测院承担500MHz超导核磁共振波谱仪的“十二五”重大科学仪器设备开发专项；2018年，中科牛津（中科院精测院孵化）和中科院电工所承担大口径高场超导磁体关键技术开发与应用（18T）“十三五”重大科学仪器设备开发专项；中科牛津牵头承担“十四五”国家重大科学仪器专项“核磁共振波谱仪的研制及工程化开发”。据刘朝阳介绍，该项目完成高分辨核磁共振探头的关键材料制备与设计研制工作，当前已经完成国产首台600MHz磁体的用户交付，关键参数指标达到科技部考核要求：磁场强度为14.086T，磁体孔径为51.46mm，磁场漂移4.2H/小时，磁场均匀度0.0007ppm@5mmDSV。此外，在分布式可任意扩展系统架构、多核多通道精准同步脉冲序列编辑器、自动数据处理、工程化开发、质量管理体系和生产线建立等关键技术的突破下，推出了商品化产品，该NMR波谱仪市场销售3台，实现国产替代和国际市场的突破。
研究员马玉婷作《高性能流式细胞分选仪》报告
我国流式细胞仪市场领导者BD和BeckmanCoulter公司合计占有市场份额的70%以上。特别是高端流式细胞仪设备，市场完全由跨国企业占据。医工所承担了“十四五”重大科学仪器专项“高性能流失细胞分选仪”。本项目攻克了高通量单细胞微弱荧光检测、微液滴自适应延迟校准、多重门高纯度实时分选判定三大技术，研制出了具有自主知识产权的高性能流式细胞分选仪，填补了国产高端流式细胞分选仪的市场空白，打破了外国的技术垄断，分析通量达到80000细胞/秒，分选纯度大于等于98%。在生物物理所的性能对比实验表明，仪器指标达国际一流水平。高性能流式细胞分选仪已经完成高低温环境实验、运输实验、振动实验、电磁兼容测试。
作《高分辨率二次离子质谱仪研制进展》报告
高分辨率二次离子质谱仪（HR-SIMS）是灵敏度最高的样品表面成分分析仪器，也是微区原位分析的“金标准”。但是，HR-SIMS整机与核心部件被美国垄断。国家重大科学仪器专项项目HR-SIMS，以SHRIMP的总体设计为基础，突破新型离子源技术瓶颈，攻克高稳定、快速切换和高分辨率的双聚焦质量分析器技术、基于超低噪声电流和电容放大器的极弱信号检测及新型多接收器技术，成功研制建成HR-SIMS装置，该仪器离子源能散为RF7.6eV/ECR2.9eV;离子流强度@样品表面大于150nA；实现了一次离子束溅射样品、二次离子高效提取、高精度检测；在锆石定年检测中，结果与SHRIMPV相当，达到国际先进水平。
作《高精度哈特曼-夏克波前传感器研制与推广》报告
作为最广泛应用的波前测量技术，高精度哈特曼-夏克波前传感器的研制具有重要意义。“十四五”国家重大科学仪器专项“高精度哈特曼-夏克波前传感器研制与推广”，由成都科奥达光电技术有限公司作为牵头单位，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所等3家单位为承担单位。项目负责人何益全面介绍了在传感器整机、关键技术-超高精度球面波标定、整机性能测试与可靠性验证、应用示范、产业化推广方面的工作进展。据介绍，针对哈特曼-夏克波前传感器精度受限因素，项目组结合自主研制的高质量微透镜阵列，首次采用微米针孔衍射产生超高精度球面基准波前，实现对传感器耦合误差精确标定，哈特曼-夏克波前传感器测量精度优于RMS≤λ/1000，测量重复性精度优于λ/10000。研制出系列化的高精度哈特曼-夏克波前传感器，整机通过可靠性测试。广州、异地、第三方完成可靠性测试实验，7台仪器等效运行12041.4小时无故障，仪器平均故障间隔时间（MTBF）超过10000小时。开展了在工业领域（光学元件）、科研领域（大口径望远镜圆顶视宁度与环控）的应用示范，即将完成5家客户的销售和交付。牵头制定了光学系统波前像差测量的哈特曼-夏克波前测量方法国家标准1项。“哈特曼-夏克波前传感器”项目荣获2023年第7届中国（国际）传感器创新创业大赛决赛一等奖。
作《半导体核辐射探测材料与器件》报告
辐射探测与成像技术广泛应用于深空探测、核安全监控、高端医疗装备等国家重点发展领域，而高性能核辐射探测材料与器件是其核心关键，半导体核辐射探测材料与器件是当前发展的重点方向。查钢强全面介绍了“高性能半导体伽马射线成像探测器设计与开发”重大科学仪器专项所取得的项目成果和技术进步情况。报告中可以看到，项目攻克了CdZnTe像素探测器的优化设计与制备，CdZnTe像素探测能谱算法和专用读出芯片，伽马射线编码、准直、康普顿成像算法三大关键技术；实现了高性能半导体伽马射线成像探测器完全国产化、工程化和产业化，在射线天文望远镜和伽马相机等仪器中得到应用。中期状态评估显示，技术就绪度达到TRL6。已经销售伽马成像器件4套。
高级工程师李建作《抗振动分子泵关键技术研发及应用》报告
分子泵是分析仪器提供高真空运行环境的核心部件，是关系国产高端质谱仪等分析仪器实现国产替代的关键零部件。“十四五”国家重大科学仪器专项“抗振动分子泵关键技术研发及应用”，针对便携式仪器的真空需求和应用环境要求，开发具有较强抽气能力和环境适应性的抗振动分子泵。中国工程物理研究院机械制造工艺研究所作为项目的牵头单位，针对“抗振动”的三大挑战：高性能设计、超精密制造、抗扰动控制，突破了复杂零件精密/超精密加工、叶轮的低速动平衡校准、超高速轴承微量润滑、无刷直流电机无传感反馈控制等多项关键技术，分子泵整体性能达到国外同类产品水平。在规定的尺寸下，抽速达到12.3L/s，压缩比为6.5×10^6，极限真空度为5×10^-5Pa，同时额度转速噪音低于45dB。在环境适应性指标上（抗冲击振动强度超过20g、工作温度范围-20~60摄氏度）超过国外同类产品指标，进一步扩展了抗振动分子泵的使用范围。该产品实现小批次稳定生产，在小型质谱分析仪、微3型扫描电子显微镜、微型镀膜机等多种产品和领域均实现了应用良好应用，推广应用超300台。
王一轩作《气动关键基础件在分析仪器设备中的应用》报告
应用于气相色谱仪用的微型比例阀长期被国外垄断，进口占比占95%以上；微型比例阀也是气动关键基础件之一，在更多的分析仪器中也有广泛的应用；我国仅能生产一些中低端产品，已经成为我国开发高端科学仪器的“卡脖子”问题。“十四五”国家重大科学仪器专项“气动关键基础件在分析仪器设备中的应用”针气相色谱仪等分析仪器、呼吸机等高端医疗设备等对气动关键基础件的特殊应用需求，进行微型比例阀等气动关键基础件的性能与寿命机制分析，并开展气动基础件的结构设计、关键部件优化加工、精密生产装配和高效精准性能检测等关键技术研究；针对高端仪器设备应用需求，提出了面向复杂工况的气动系统自适应控制控制方法。所开发的微型比例阀压力范围达到0~500psi，泄漏量小于3kPa/30min/300kPa,功耗仅为1.03W，全开闭生命周期超过3亿次，在低迟滞方面有良好表现，热补偿功能实现不同温度下的流量变化小于10mL/min。改设备成功应用于气相色谱仪EPC，智能呼吸机等高端仪器设备。