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工欲善其事，必先利其器。从深空探测的星际遥望到微观世界的原子探秘，从生物医药的精准检测到新材料的研发突破，每一项科技成果的背后，都离不开科学仪器的坚实支撑。中国科研人正以“实干见物”的精神，书写着属于这个时代的“新天工开物”。

近日，一场属于中国科学仪器的“成果秀”在国家科技传播中心拉开帷幕，3项经中国仪器仪表学会推荐的创新成果集中亮相。

“我国的科学仪器，从零基础到跟踪模仿，到现在部分高端仪器达到与国际并跑的水平，经历了艰难历程。”中国科学院院士、发展中国家科学院院士高鸿钧说，“近年来我国科学仪器与国际顶尖水平差距越来越小，追赶的速度非常令人鼓舞。”

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太空生命科学仪器

打造空间生命研究的“中国平台”

在我国空间站问天实验舱的静谧空间内，水稻抽穗、鱼儿游弋、细胞增殖……在地球上司空见惯的这些生命图景，之所以能在太空实现，离不开太空生命科学实验系统的支撑。

作为人类探索生命与宇宙奥秘的前沿领域，空间生命科学聚焦3大方向：探究生命起源、验证地球生物太空生存可行性、搜寻地外生命。生命科学实验对无菌、温控、气体环境等有着近乎苛刻的要求，然而，太空并非友善的实验室。微重力、强辐射、高真空、极端温差等极端环境，加之航天器内极为有限的空间和资源，都是难以跨越的“拦路虎”。

难题如何破解？中国科学院上海技术物理研究所打造的“太空生命科学仪器”，以“密闭生命支持+AI驱动原位观测+自动化精准操控”为核心技术链，构建起高功能密度集成一体化实验平台。该系统于2022年7月24日随问天实验舱发射入轨，迄今已支持完成40余项空间生命科学任务，推动我国空间生命科学研究从“简单单项实验”迈入“复杂系统研究”阶段。

“太空生命科学仪器”首先攻克的是“生命支持”难关。植物需要光照与营养液，细胞渴望恒温与无菌，昆虫依赖稳定的气体比例。“我们要熟悉每种生物的习性，确保它们接触的材料无毒无害、生存环境洁净达标。”发布会上，中国科学院上海技术物理研究所二级研究员张涛介绍，团队通过跨学科协作，与生物学家反复沟通，为每种生物量身定制了生存方案。

原位观测是第二道门槛。在地面，科学家可以随时取出样本进行观察；但在太空，所有观测必须在密闭容器中自动完成。为此，项目团队开发了多模态显微成像系统，集成明场、荧光与激光共聚焦等功能模态，并赋予其“自主搜索”能力。借助智能算法，显微镜能在微米精度下自动搜索并定位悬浮液体中的细胞，回传图像供地面科学家远程确认观测目标。

精细操控是第三重挑战。微重力环境下，气体、液体的行为与在地面差异极大。以细胞培养换液为例，在地面上通过离心与倾倒即可完成，在太空则需要完全依赖机械自动化。团队通过流体仿真与结构创新，设计出“缓慢推注扩散”式液体交换系统，以新液缓慢推动旧液，既完成更换，又避免损伤样本。“每一个动作都靠程序精准控制，最大限度减少误差。”张涛说。

针对航天器空间有限、资源宝贵的问题，研发团队采用“共享平台+定制单元”设计：将显微镜、温控、气体控制等公用设备集中整合，实验专属需求则融入标准化个性化单元。这种模式既避免资源浪费，又适配多种实验，大幅提升了资源利用率。

如今，问天实验舱科研人员已在国际上率先实现水稻“从种子到种子”全生命周期空间培养，为未来太空粮食作物种植提供了重要依据；创建43天密闭“鱼—藻”水生生态系统，打破德国16天的世界纪录，为构建长期太空生态循环奠定了基础；构建国际首个“微重力—亚磁”复合环境实验平台，成功实现果蝇在轨传代繁殖实验。

从早期的“黑盒子”式单一实验装置到“太空实验室”，从单一实验到系统平台，中国空间生命科学仪器走过了一条从无到有、从弱到强的攀登之路。张涛说：“仰望星空，我们的征途是星辰大海，但每一步都必须脚踏实地。”

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无液氦亚3K低温扫描探针显微镜系统

创新高端科研仪器的“中国方案”

在纳米科学研究中，扫描探针显微镜系统是不可或缺的高端仪器。在原子、分子尺度上，它就像科研人员的眼睛和手，既能“看清”物质奥秘并完成探测，更能实现单原子的操控，因而广泛应用于物理、材料、化学、量子科技等领域。