新年伊始，位于北京怀柔科学城的高端精密加工共享服务平台正迎来投运前的最后一环——电力设备接入工作正在紧锣密鼓地推进。预计2025年年中，这些加工精度达微米级的设备就将投入生产，支撑国产化高端科学仪器设备研发。
高端科学仪器是开展科学研究的有力工具，它们如同科研人员的“眼睛”，是科研活动的重要支撑。近年来，北京市以怀柔综合性国家科学中心建设为契机，推动高端仪器装备和传感器产业创新发展。截至2024年底，已有340家高端仪器装备和传感器企业在怀柔落地，一批原创技术和市场化产品涌现，仪器和传感器产业集群加快形成。
国产高端科学仪器完成商业化
细如发丝、宽度仅0.5毫米的音叉，是qPlus（品质因子增强）型扫描探针显微镜的核心部件之一，也是易耗品。此前，这款显微镜的整机和耗材均依赖进口。“为什么不能自己做？”凭着一股不服输的劲头儿，北京大学物理学院教授江颖带领团队前后花费近10年，从零开始自主研发，搭建起国产qPlus型扫描探针显微镜样机。
将频移的信噪比提升两个数量级、利用一氧化碳分子作为原子级探针、让音叉在低温真空环境下以皮米级的振幅稳定工作……样机设计完成后，江颖将相关专利转让给位于怀柔科学城的中科艾科米公司，由企业开展后续的成果转化。
“一开始我们以为把研发经验分享给企业团队，产品很快就能成型。”让北京大学物理学院特聘研究员田野没想到的是，从样机到量产竟又用了大半年。以线材为例，一条小小的导线，竟会干扰显微镜的信号，为了排除这个问题，他和企业团队耗时几个月，反复尝试，最终确定必须用一款有屏蔽功能的线材，才能有效过滤外机的噪音。
显微镜的设计细节还在持续优化。“显微镜的前期研发，更多的是从实验室角度考虑，以科学问题为导向进行研究。但走向产业化，我们就要考虑如何让用户更好地使用这个设备。”田野说，以显微镜的力传感器为例，团队重新设计了机械式插片的装配方式，并形成专利，大大降低了设备的使用难度，提升了适用范围。
完成商业化转身的首台qPlus型扫描探针显微镜，已经在怀柔科学城的轻元素量子材料交叉平台投入使用。利用这台设备，江颖团队得到了世界上第一张清晰的冰表面结构原子级“定妆照”，并产出了一系列顶尖科研成果。现在，这款显微镜已经获得10余份订单，随着产品的陆续交付，重量级的科研成果将很快产出。
“北京造”仪器设备茁壮成长
走进位于怀柔的多场低温公司的生产车间，就像走进了实验室，这里没有加工的噪音，也没有机油的味道，几十名员工都在和纳米级的动作较劲。车间产出的一两百种运动控制产品中，最小的只有指甲盖大，却是支撑高端科学仪器运行的关键零部件。
要在原子水平开展研究，探索物质的极限，离不开高精度的运动控制技术支撑。
“高端设备对应的就是高精度。通俗地讲，我们是做马达研究的，但这个马达精度很高，在极低温、超高真空和强磁场的极端环境下，每次移动都能实现纳米级甚至亚纳米级的稳定控制。”多场低温创始人丛君状创业7年多，始终瞄准这个细分领域钻研。从运动控制到传感器测量，再到纳米级的自动化，他的目标是“玩转原子”。
几名物理学博士组建的“草根团队”，推动我国极端环境纳米运动控制产品集群的技术达到国际领先水平，丛君状特别提到了一个转折点——2021年。这一年，多场低温从市区整体搬迁至怀柔科学城。“在这里，我们有了宽敞的场地，得到了融资。更重要的是，怀柔科学城为我们提供了工业界、半导体、生物医药等领域的需求对接，我们的技术有了更多应用场景。”
从2017年接到第一笔10万元的订单，到2024年订单总金额超过1亿元，多场低温取得了连续7年订单金额翻番的成绩。“把握好大方向，深耕技术打磨产品，在细分领域也能站稳脚跟。”展望新的一年，丛君状依然信心满满，预计2025年公司的订单金额能再翻一番。
共性技术平台赋能新设备研发
“在仪器装备的研发阶段，设计方案需要尽可能快速定型，快速打样是这些研发团队的共性需求。”怀柔仪器公司董事长张鸣剑表示，为了推动这些自主研发的科学仪器尽快从实验室走向中试甚至产业化，共性技术平台的建立必不可少。
围绕仪器装备和传感器的制造、测试、验评等环节，怀柔仪器公司联合专业单位打造的高端精密加工共享服务平台、智能感知共性技术平台、真空技术联合实验室，正在怀柔科学城落地。仪器研发企业的产品迭代需求，不出“城”即可得到满足。
“现在加工设备已经全部进场，再过几个月，高端精密加工共享服务平台就能开门迎客。”从事机械加工的三维博艺公司副总经理杨占国正带领团队，加紧完成平台建设的收尾工作。“之前企业研发仪器时，零件加工需要到外省市进行，从图纸沟通、对接再到进料、交付，周期可能要拉长到1个月。在家门口做加工，1周时间就能保质保量完成。”
一条高端仪器装备和传感器产业链正在形成。“方圆几公里之内，既有我们的合作伙伴，也有我们的客户、分销商，产业链上下游关系十分紧密。”丛君状见证了怀柔科学城的建设和发展，以及相关产业链的集聚。近年来，高频系统全固态功率源样机等35项原创技术在怀柔产出，稳态瞬态荧光光谱仪等20余项产品完成市场化。
未来，越来越多的“北京造”仪器将不断涌现。2024年12月20日，市经济和信息化局等五部门发布《关于支持发展高端仪器装备和传感器产业的若干政策措施实施细则（修订版）》，鼓励平台型企业开展揭榜攻关、样机研发、研究成果转化和产业化，将根据项目投入给予最高3000万元的资金补助。同时，北京市还将推动特色园区建设，提升公共服务平台能力，加强产业培育力度，完善产业生态建设，推动北京市高端仪器装备和传感器产业创新发展。
