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2025年科学仪器科研成果盘点：质谱、光谱、显微镜成为“主流”
2026年01月22日 16:40:39
来源：化工仪器网 作者：小梦 点击量：6618
近期，化工仪器网特别整理了20项2025年科学仪器相关的研究成果。整体来看，2025年科学仪器相关的研究成果主要为质谱、光谱、显微镜等，主研单位为科研机构以及高校。
随着“两新”政策的渗透力不断加强，2025年，我国科学仪器行业发展迅猛，科技创新水平稳步提升，众多科研机构在高精度分析仪器、智能化实验设备以及新型传感器技术等领域取得了突破性进展。这些成果不仅显著提升了我国科学仪器的自主研发能力，还推动了相关产业向高端化、智能化方向转型升级，为科技创新和产业升级提供了强有力的支撑。
近期，化工仪器网特别整理了20项2025年科学仪器相关的研究成果。整体来看，2025年科学仪器相关的研究成果主要为质谱、光谱、显微镜等，主研单位为科研机构以及高校。
1. 高通量单细胞质谱仪
2025年，市场监管总局组织国内优势科技力量，围绕样品高通量筛分、高效离子化与传输、高灵敏检测及系统分析方法等关键技术展开集中攻关。我国科研团队完成了从样品制备、自动取样、离子源、质量分析器到数据处理等多个系统与模块的构建与集成，最终成功研制出性能稳定、质量可靠的高通量单细胞质谱仪，整机具备完全自主知识产权。
目前，该质谱仪已在生命科学基础研究及临床医学领域展开示范应用，为我国单细胞分析科研水平的提升与高端科学仪器的自主可控提供了坚实的技术支撑。
2. 新型在线检测质谱
山东大学环境研究院侯可勇教授团队在大气污染物检测领域取得重要突破，成功研发出一种新型在线检测质谱，显著提升了大气细颗粒物(PM2.5)中高毒性多环芳烃(PAHs)的检测效率和灵敏度。相关研究成果以“Photothermal-enhanced Desorption and Internally Heated Photochemical Ionization TOF-MS for Rapid and Quantitative Analysis of Particulate PAHs Composition”为题，发表于国际权威期刊《分析化学》(Analytical Chemistry)。
研究团队开发的光热增强热解吸装置耦合内加热光化学电离飞行时间质谱系统(PDD-IHPI-TOFMS)，系统性解决了细颗粒物PM2.5中沸点超过200°C的高毒性多环芳烃快速精准检测难题。该系统创新性地利用卤素灯诱导光热效应实现颗粒态多环芳烃的瞬间脱附，热解析温度可在37秒内从25℃急速升至400℃，信号强度相比传统热传导加热方法提升约244%。通过腔体内部导流凸面设计和内加热电离源，该系统有效提高了气流吹扫效率并抑制了目标物在器壁上的吸附，使仪器综合检测灵敏度比原设计提高了6.7倍。
3. 微型计算光谱仪
上海交通大学集成电路学院(信息与电子工程学院)郭旭涵教授与苏翼凯教授研究团队通过引入光学混沌效应，成功研制出一种基于单一混沌微盘的微型计算光谱仪。该器件在极小尺寸与低功耗条件下，实现了超高光谱分辨率与宽可测带宽，为突破光谱仪性能与尺寸间的传统权衡提供了新思路。相关研究成果以“Miniaturized Chaos-assisted Spectrometer”为题，发表于学术期刊《Light: Science & Applications》。
实验证明，该光谱仪在双峰光谱、三峰光谱及连续光谱的重建任务中均表现出色。其光谱分辨率达到10 pm，可测带宽覆盖100 nm，在仅为20×22 μm²的超紧凑尺寸下，实现了单位尺寸带宽分辨率比的突破。
4. 新型可见光矢量光谱分析仪
中国科学技术大学刘骏秋团队与合作者在集成光学领域取得重要进展，成功研制出一种新型可见光矢量光谱分析仪。该仪器首次实现对可见光波段集成光学器件的高精度、宽带宽、矢量化光谱测量。相关成果以“A hyperfine-transition-referenced vector spectrum analyzer for visible-light integrated photonics”为题发表于国际知名学术期刊《自然·通讯》。
该光谱仪具备518–541nm及766–795 nm的宽光谱覆盖范围，频率分辨率达到161kHz。其基于外腔半导体激光器，结合宽带啁啾周期极化铌酸锂波导实现倍频，实现高功率、窄线宽、无跳模的可见光连续可调谐激光输出。同时，设备引入碱金属原子和碘分子的超精细结构作为频率基准，实现了MHz级别的高精度频率标定。
5. 新型微型光谱仪
中国科学院上海技术物理研究所研究员陆卫、李冠海、陈效双团队，研制出基于非线性忆阻计算技术的新型微型光谱仪，通过结合光子忆阻器与神经网络算法，为解决光谱仪小型化与高性能难以兼容的行业难题提供新的解决方案，并为材料科学、工业检测和智能传感领域的发展提出新方向。相关成果发表在《光：科学与应用》(Light: Science & Applications)上。
研究人员利用钯离子迁移实现光子忆阻器的动态能带调制，突破了传统光响应矩阵的线性限制。通过构建深度神经网络重建算法，实现光谱特征的高精度解析，在保持设备微型化的同时，实现0.18 nm级波长精度与2 nm光谱分辨率，为智能光电子系统提供了可重构光谱感知新路径，并有望推动微型光谱仪从静态滤波向动态认知的范式跃迁。
6. 仿色谱电子鼻
华东师范大学张闽教授团队联合上海烟草集团有限责任公司吴达研究员和华东理工大学王涛教授，成功研发出一种基于径向分层结构的仿色谱电子鼻(RHC e-nose)。该设备可通过融合气体扩散物理机制与多任务学习卷积神经网络(MTL-CNN)，实现对挥发性有机化合物(VOC)的高精度时空识别与分类。
实验证明，该仿色谱电子鼻成功区分了12种VOC、不同浓度的单一组分及二元混合物，并在192个烟草样本中实现高精度分类，展示了在环境监测、食品安全、医疗诊断等领域的广泛应用潜力。研究者还指出，该设备具备模块化、低成本、可弯曲等特性，适用于现场快速检测(POCT)。
相关研究成果以《Radial-Hierarchical Chromatomimetic E-Nose for Spatiotemporal VOC Diffusion Mapping》为题，发表在《Analytical Chemistry》上。
7. 全脑皮层多模态显微镜
南方科技大学生物医学工程系奚磊教授团队在《自然—通讯》(nature communications)上发表了一篇论文，题为“A cortex-wide multimodal microscope for simultaneous Ca2+ and hemodynamic imaging in awake mice”。
奚磊教授团队研发出了一种全脑皮层多模态显微镜。该显微镜首次实现了对清醒小鼠全脑皮层神经元活动与血液动力学的同步高分辨率成像。这项名为multiScope的创新技术，正帮助科学家们破解大脑能量供应与神经活动之间的精确协作密码。
全脑皮层多模态显微镜核心的创新点在于三种血流成像模式的无缝集成：
·激光散斑对比成像提供全皮层血流分布的快速扫描；
·光声相关谱分析则无需外源性造影剂就能测量绝对血流速度；
·而荧光造影定位显微技术更突破了光学衍射极限，实现超高分辨率的血流追踪。
8. 三维干涉定位显微镜
中国科学院生物物理研究所徐涛院士课题组与纪伟课题组在《Nature Methods》上发表题为“Molecular-scale Isotropic 3D Super-Resolution Microscopy via Interference Localization”的研究论文，团队研制出三维干涉定位显微镜(ROSE-3D)，首次在单分子定位成像领域，实现了基于相机的纳米尺度三维各向同性分辨率。
团队通过设计基于光电偏转器的高速切换照明光路，使ROSE-3D在X、Y、Z三个方向同时引入干涉光，实现了小于1微秒的干涉条纹切换时间。
ROSE-3D在技术性能上实现了显著突破，其核心优势在于首次在单分子定位成像领域实现了基于相机的纳米尺度三维各向同性分辨率。与传统基于柱面镜成像的方法相比，ROSE-3D表现出卓越的定位精度提升。对于聚焦良好的分子，ROSE-3D将横向定位精度提高了2倍，轴向精度提高了3.5倍。在离焦条件下，ROSE-3D的优势更加明显：横向定位精度提高6倍，轴向定位精度提高8倍。
9. 高灵敏度多光谱光学分辨率光声显微镜
中国科学院苏州生物医学工程技术研究所张雅超研究员团队成功研制出高灵敏度多光谱光学分辨率光声显微镜(MW-OR-PAM)，系统性地解决了该技术在光源成本、红光信号灵敏度及声光耦合效率方面的长期挑战。相关研究成果以“Multi-wavelength photoacoustic microscopy enhanced by high-sensitivity probe and reversible tissue transparent molecules”为题，发表在光学领域国际知名期刊《Photonics Research》(中科院一区TOP)上。
研究团队提出了“光源—探头—对比增强”三位一体的系统化解决方案：
在光源方面，团队研制了基于受激拉曼散射(SRS)的多波长高速切换光纤激光源。该光源以一台532 nm纳秒激光器为基础，通过保偏光纤扩展出532–620 nm可调谐输出，波长切换时间小于1微秒，重复频率可达MHz，满足了高速活体成像的需求。这一设计以通用绿光泵浦替代多台专用激光器，大幅降低了系统成本。
在声光探头方面，新开发的高灵敏度探头采用P(VDF-TrFE)薄膜与光学透镜同轴集成设计，实现了光激发与声探测共轴，数值孔径达到0.67，带宽98.94%，光学透过率高达90%。该探头在保持高空间分辨率的同时显著提升了探测灵敏度和频谱响应能力。
在信号增强方面，团队引入生物相容性组织透明剂“柠檬黄”(Tartrazine)，在大于600 nm波段实现可逆性组织透明化，有效增强了红光通道的穿透能力和信噪比，弥补了传统光学分辨率光声显微镜在长波光谱区域血氧定量方面的短板。
10. 新一代多色微型化双光子显微镜
北京大学程和平院士与王爱民教授团队联合北京信息科技大学吴润龙教授团队成功自主研制出仅重2.6克的新一代多色微型化双光子显微镜，首次在自由活动的小鼠脑中实现了高分辨率深区多色同时成像。相关研究成果在国际学术期刊《自然-方法》(Nature Methods)上在线发表，论文题为《A versatile miniature two-photon microscope enabling multicolor deep-brain imaging》。
新一代多色微型化双光子显微镜不仅重量轻、可佩戴于自由活动的小鼠头部，还实现了深至皮层820微米区域的成像，是目前在不破坏脑组织前提下微型双光子显微镜所达到的最深记录。此外，该设备还支持三色同步成像，可同时捕捉红、绿、蓝三种荧光信号。
在研究实验中，团队利用该设备对阿尔茨海默病模型小鼠进行观测，首次同步记录了神经元钙信号、线粒体钙信号和淀粉样斑块沉积的动态过程，并在疾病早期阶段发现邻近斑块的细胞与线粒体存在活动异常。该设备还实现了大视场成像与高分辨率显微的无缝切换，最大视场可达1×0.8 mm²，分辨率在0.68–1.46微米之间。
11. 高速大视野光声/荧光多模态显微成像仪器
中国科学院深圳先进技术研究院医学成像科学与技术系统全国重点实验室郑海荣院士、刘成波研究员和郑炜研究员团队在神经成像技术领域取得重大突破，成功研制出高速大视野光声/荧光多模态显微成像仪器(LiTA-HM)，实现了对活体小鼠全脑皮层范围内神经元活动和微血管多种参量的同步、动态、高分辨成像。该研究成果发表在《科学进展》(Science Advances)期刊上。
新研制的LiTA-HM仪器创新性地融合了光学分辨率光声显微成像(OR-PAM)与共聚焦荧光显微成像(CFM)技术，在硬件层面实现了双模态图像同步获取与精确配准。该系统具备6μm空间分辨率，6 mm×5 mm成像视野，以及每秒1.25帧频的成像速度，突破了传统多模态系统在成像视野、分辨率与成像速度之间相互制约的局限，为大视野光声/荧光多模态成像提供了关键技术支撑。
12. 基于三角形光束干涉的结构光照明显微镜
北京大学未来技术学院席鹏教授团队开发出一种基于三角形光束干涉的结构光照明显微镜(3I-SIM)，显著提高了活细胞超分辨成像的时空分辨率与光稳定性。该研究成果已于国际学术期刊《Nature Photonics》发表。
研究团队利用三角形光束干涉直接产生二维晶格结构光场，该设计在单次曝光中即可同时提取二维高频信息，将所需原始图像帧数从传统2D-SIM的9至15帧降至7帧，大幅减轻光照对样品的影响。
实验结果表明，3I-SIM在保持100纳米空间分辨力的同时，最高成像帧率达到1697 Hz，远高于传统2D-SIM。该设备成功实现了对神经元生长锥持续13小时共10万帧的超分辨动态成像，并捕捉到内质网与肌动蛋白等细胞器间快速而微弱的相互作用信号。
13. 新型原子力显微镜探针系统
中国科学院深圳先进技术研究院医学成像科学与技术系统全国重点实验室、医工所传感中心杨慧研究员团队提出微透镜与原子力显微镜的耦合方法，通过聚焦离子束技术在微透镜表面沉积金刚石尖端，研发出兼具超分辨成像与精准操控功能的新型原子力显微镜探针系统。该技术将传统原子力显微镜光学成像模块的成像分辨率提升一个量级以上，并实现操作过程中200纳米银纳米线的实时光学追踪与同步操控。相关研究成果以“Real-time observation and synchronous nanomanipulation platform based on microlens and atomic force microscopy coupling”为题，发表在《Nano Research》上。
实验表明，新型原子力显微镜探针系统可在非破坏性观测条件下，同步完成亚微米尺度结构的成像与操控，操作精度较传统方法提升超50%，效率提高约200%。
14. 高时空分辨布里渊显微镜
中国科学院上海光学精密机械研究所杨帆研究员牵头研制成功国际首台高时空分辨布里渊显微镜，相关成果以题为 “Stimulated Brillouin scattering microscopy with a high-peak-power 780-nm pulsed laser system”的研究论文，发表在《自然·光子学》(Nature Photonics)上。
高时空分辨布里渊显微镜在保持优异成像质量和高频谱特异性的前提下，将布里渊显微成像速度提升两个数量级，首次在国际上实现亚毫秒时间分辨与亚微米空间分辨的力学成像，标志着我国在三维力学显微技术领域实现重大原创突破，为生命科学中的力学研究提供了重要工具。
15. 40微米超薄柔性温度传感器
中国科学院新疆理化技术研究所研究员孔雯雯团队采用“水溶性牺牲层辅助转移”策略，成功解决了高性能敏感材料与柔性基底之间的工艺兼容性难题，制备出总厚度仅为40微米的超薄柔性温度传感器，为发展下一代电子皮肤、可穿戴设备等柔性智能感知系统提供了关键的技术支撑。相关研究成果发表于《ACS应用材料与界面》。
该传感器制备成功的关键在于将敏感材料的高温制备工艺，与其在柔性基底上的器件构筑过程分步进行。这一设计既保障了敏感材料所必需的高温退火条件，又避免了柔性基底因高温而受损，从而为高性能无机材料与柔性衬底的结合提供了可靠技术路径。
超薄柔性温度传感器展现出优异的综合性能：
·电阻温度系数(TCR)高达-4.1 %/℃
·响应时间仅192 ms
·在反复弯折与热冲击下仍能稳定工作。
16. 全新原子自旋传感器
北京航空航天大学大科学装置研究院房建成教授团队、魏凯教授研究团队研制出一种全新的原子自旋传感器，利用电子自旋与核自旋之间的双自旋共振相互作用，实现了对弱磁场的超高灵敏和可溯源精准探测。相关研究成果以“Double Spin Resonance for Traceable Ultrasensitive Atomic Spin Sensor”为题发表于物理学著名期刊《Physical Review Letters》。
该全新原子自旋传感器在近地磁量级的磁环境下，能够精准测量比地球磁场还弱十亿倍的磁信号，实现了“测得精”。同时，还能将测量结果溯源到原子的物理常数，确保结果准确可靠，真正做到“测得准”。目前，该传感器已用于探索宇宙中神秘的暗物质候选粒子类轴子，为揭开占宇宙总物质组成约85%的暗物质的神秘面纱提供了“计量利器”。
17. 智能快速定量PCR仪
华中农业大学教授李家奎团队成功研发出“牦牛重要传染病智能快速定量PCR检测设备”，该设备实现了牦牛疫病在高原现场的快速诊断，标志着我国高寒牧区重大动物疫病防控迈入智能化、精准化、现场化新阶段。
该检测设备具备三大核心优势：
·检测精准高效：采用先进荧光定量PCR技术，最快40分钟即可获得检测结果，效率较传统方法提升90%以上；
·易操作、耐低温：重量不足5公斤，防摔抗低温，内置AI自动判读系统，基层人员经简单培训即可操作；
·高灵敏度：检测灵敏度与特异性较常规试纸条提升50%以上，可确诊病原并量化病毒载量，为预警、用药和疗效评估提供了科学依据。
18. 便携式硫化氢气体检测仪
中国科学院大连化学物理研究所研究员耿旭辉、副研究员李盛红团队与研究员邓德会、副研究员崔晓菊团队合作，研制出基于“铠甲”传感材料的抗硫中毒的便携式硫化氢气体检测仪，并将该仪器应用于污水处理池和下水道井中硫化氢气体，以及深海海水中溶解硫化氢气体的原位检测中。相关成果发表在《危险材料杂志》上。
研究团队研制出抗硫中毒及快速响应的硫化氢气体电化学传感器。该传感器对100 ppm的硫化氢分别间歇检测60天和连续检测200小时后，信号衰减仅为1.3%和9.5%。随后，团队通过掺杂导电炭黑在工作电极上，构建出多孔结构，使响应时间和恢复时间分别缩短了87.9%和77.0%，达到14秒和24.5秒。
基于该传感器，研究团队研制出便携式硫化氢气体检测仪，并将该仪器应用于污水处理池和下水道井中硫化氢气体的原位检测，在污水处理池连续检测60天后，仪器灵敏度仅衰减1.6%，表现出优异的长期稳定性。另外，耿旭辉团队还将该仪器与水气分离膜集成，应用到深海海水中溶解硫化氢气体的原位探测中，最大下潜深度达6003.34米。
19. 新型蛋白质组学技术
西湖大学生命科学学院特聘研究员邹贻龙团队与基里尔·皮亚特克维奇(Kiryl D. Piatkevich)团队合作研发出原位膨胀成像蛋白质组学技术(iPEX)。这种技术能够帮助科学家同时看清生物组织里成百上千种蛋白质的位置，为生物医学研究、疾病机制探索提供了新工具。相关研究成果发表于《自然》杂志。
实验证明，原位膨胀成像蛋白质组学技术检测灵敏度相较传统空间蛋白质组学技术提升10—100倍，有效像素尺寸达1—5微米，单样本可检测600—1500种蛋白质，同时能捕捉蛋白空间共定位关系。
20. 新型自动化多功能纳米探针平台
南方科技大学机械与能源工程系副教授胡程志团队联合香港科技大学助理教授顾红日开发出一种新型自动化多功能纳米探针平台，能够在活细胞内实现高时空分辨率的无标记线粒体提取。相关研究成果以“Label-free robotic mitochondrial biopsy”为题发表于学术期刊 Science Advances。
该纳米探针集成了两个可独立控制的纳米电极，可实时监测线粒体代谢所产生的活性氧/活性氮(ROS/RNS)，从而精确定位目标线粒体，利用介电泳力(DEP)完成线粒体的捕获、操控与提取。
经实验证明，该纳米探针平台具备多项优势：
·多功能集成：同一纳米探针兼具传感器与执行器功能，既能检测线粒体，又可实现其捕获与提取；
·无标记检测：无需荧光标记，有效避免了光损伤与细胞毒性，为后续多种生物分析提供了便利；
·高时空分辨率：作为传感器时，时间分辨率达1 kHz，空间分辨率为1 μm；作为执行器时，空间分辨率为1.8 μm；
·低侵入性：纳米探针采用小尺寸尖端设计，结合精准的机器人控制，使细胞操作侵入性极低，细胞存活率高达96%。
资料来源：各单位公开发布，化工仪器网整理
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