生命科学计量研究所简介

生命科学计量研究所简介

王晶，博士，研究员。中国计量科学研究院生物计量创新团队带头人，创建了国家生物计量学科。主要从事食品质量安全、生物安全和生命科学领域等生物计量-标准的工作和研究。国际计量委员会CCQM生物分析工作组委员，MBSG微生物定量工作组联合主席，ISO生物技术工作组专家组成员。亚太计量规划组织（APMP）成员，国际标准化组织ISO/TC276生物技术标准化注册专家，正主导合成基因(组)国际标准制定。中国计量测试学会生物计量专业委员会常务副主任委员/秘书长，全国生物计量技术委员会秘书长，国家标准委生物技术标准化专家咨询组秘书，总局科技委专业委委员等。主持承担完成“十五”“十一五”“十二五”国家科技攻关项目、支撑项目、基础性专项、基础条件平台，国家重大专项，国际合作项目，标准专项和食品安全专项等项目课题，形成包括核酸/基因、蛋白、微生物、细胞、生物活性成分等生物测量标准60多项，国家标准13项发布实施，著作4部。获省部级科学技术奖5项，“国家核酸蛋白精准计量溯源传递关键技术和标准物质研究”获2016年中国计量测试学会科技进步奖一等奖。现主持“十三五”国家重点研发计划“生物安全关键技术研发重点专项”项目。

前沿计量科学中心实验室

量子器件实验室

量子器件实验室组建于2010年，职责是研制具有自主知识产权的计量用核心芯片。拥有超净间和微加工平台，具备光刻机、镀膜设备、CVD设备、刻蚀设备、芯片切割机、倒装焊、CMP 等。已在量子电阻、量子电压、毫米波功率基标准芯片方面取得突破。成功研制 1V 集成约瑟夫森结阵器件，可用于精确复现 1 V 直流量子电压。实现 40 万约瑟夫森集成结阵，使我国成为继美、日、德后第四个具有此能力的国家。成功研制用于量子霍尔电阻国家基准及低磁场量子电阻自然基准的单个量子霍尔器件，以及十进制电阻阵列芯片。在国际上首次实现 WR-6 毫米波功率基准用原创芯片，用于NIM及NIST基准系统。正研制用于单光子及X射线计量基标准的超导边沿探测器件（TES）、仪器计量用传感器件等。

纳米计量实验室

生命科学计量研究所纳米计量实验室主要职责是在微纳尺度研制计量基标准装置，并建立纳米计量溯源与传递体系，统一微纳量值，实现量值国际等效互认。

实验室成功研制大范围计量型纳米测量机、计量型原子力显微镜、计量型扫描电子显微镜等标准装置，建立了我国纳米几何量量值源头，形成国家基准1项和计量标准10项。获批多种微纳米台阶、栅格国家一级标准物质；通过国际比对、同行评审，多项微纳计量能力进入国际KCDB数据库；多次获省部级奖励。

实验室已形成基于深紫外光学、电子束及探针扫描的线宽计量能力。正在开展晶圆标准片校准方法、薄膜微观结构的光散射和微区成分的拉曼测量技术研究。随着SI单位重新定义，新一代基于硅晶格常数的纳米量值传递体系正在建立。

生物分析与细胞实验室

生物分析与细胞技术实验室主要开展核酸与基因、细胞、微生物等的计量基础性、前沿性计量技术和应用研究。通过近十年科研攻关，形成了我国的核酸含量与细胞数量计量技术和能力，成功申报CMC 3项；在国内外首次研制了KRAS 突变频率、食品和水中细菌、CD4+细胞占比等有证标准物质（CRM）26种，标准物质（RM）17种。参加国际比对12项，主导转基因核酸、水中大肠杆菌定量等的国际比对6项，取得国际等效。科研成果获多项省部级奖励。开展检定校准和为标准物质赋值等量值传递服务，满足国家在生物产业、临床检验、食品与生物安全、环境保护等领域的生物计量需求。实验室目前致力于核酸、细胞、微生物等的含量与活性测量的电离辐射仪器检定计量装置的研发，基因序列和单细胞计量新技术，以及多参数、复杂基质国家急需标准物质的研制。

生物诊断与蛋白质计量实验室

生物诊断与蛋白质实验室主要开展蛋白质计量研究。包括蛋白质测量理论、测量技术及高准确度测量方法研究；主导、参加蛋白质国际计量比对和国内量值比对，保持蛋白质相关量值的国际等效；开展蛋白质量值溯源传递体系及蛋白质含量、活性、分子量等有关量值计量基标准研究，研制体外诊断蛋白标志物、蛋白与单抗药物、食品过敏原、转基因蛋白等各领域蛋白质标准物质；对蛋白分析设备及体外诊断设备进行检定、校准、型式评价与检测服务，在体外诊断、生物医药、生物安全、生物农业、生物制造、食品安全等各领域开展蛋白质量值传递服务，为我国生物产业中蛋白质测量提供计量技术支撑；制定蛋白质相关分析方法、标准物质、医学仪器设备检定校准等计量技术规范及标准等。实验室现有科研人员11人，其中研究员1人，副研究员3人。

芯片级计量标准与量子传感实验室

实验室成立于2018年，主要应对国际单位制量子化变革，聚焦芯片尺度量子计量标准和量子传感系统研制，开展量值传递扁平化关键技术研究。实验室致力于研究基于微型原子气室及硅基光子学器件的芯片计量标准、基于原子分子物理的量子传感技术以及相关微纳技术及工艺，并已取得了阶段性成果。未来将按照“关键技术攻关-核心部件微型化-系统集成”的科学发展路线，研制芯片原子钟等一系列芯片尺度、低功耗、可嵌入式计量标准和量子传感系统，为我国仪器仪表、高端制造、国防安全、基础研究等领域提供直接溯源至国际单位制的校准和测量能力。

新材料实验室

新材料计量实验室创建于2012年，是院新材料领域创新团队。开展新材料结构、组成、性能关键参数和材料生产流程关键参数的计量标准设备、标准物质及标准方法研究。提供TEM、XRD、XRR、XPS、拉曼光谱仪、椭偏仪、纳米压痕仪、量子效率等校准服务和相关标准物质；提供新材料测量分析、能力验证等量值传递和技术服务；提供石墨烯粉体材料真伪判断方法和测试技术。实验室是全国新材料计量技术委员会秘书处挂靠部门，主导承担VAMAS in China（中国新材料与标准化）计量比对平台，提供新材料测量方法比对、验证及国际国内共享互联，实现比对、ISO/IEC标准立项、国家/CSTM团体标准制定等20余项。承担国家重点项目、省部级项目10余项。成果得到国际同行认可并达到国际同类领先水平。

质谱实验室

质谱研发实验室于2003年成立，专注质谱仪器技术研发和推广，技术实力国内领先。突破了小型质谱仪关键共性技术，扭转了长期以来质谱仪难以国产化的局面；提出基于气相离子富集的高灵敏质谱技术，研制出关键技术指标国际领先的质谱仪器；建立开放式质谱技术研发与应用平台，为国内外相关领域创新研究、产品研发、装备研制提供了关键支撑。质谱团队共9人，包括博士研究生7人和硕士研究生2人。获国家科技进步二等奖2项（第一完成单位），省部级一等奖4项，发表SCI/EI论文80篇，授权发明专利28项（国际6项）。

前沿计量科学中心科研成果

X射线坐标测量机标准器校准装置

X射线坐标测量机标准器校准装置为一台微纳坐标测量机，该装置具有接触和光学两种测量模式。探针测量可以提取几何元素上测量点的坐标位置，再由测量软件计算重构出这些几何量仪器校准元素的尺寸、形状、相对位置等。具有国际领先的三维坐标测量精度。测量范围130mm×130mm×100mm；最大允许长度测量示值误差MPE为±（0.25+L/666）μm， L-被测长度，单位mm；触针式探头最大允许探测形状误差为0.300μm。该校准装置经过精密校准后用于X射线坐标测量机（工业CT）标准器组的校准溯源。系列标准器组包括：标准单球、标准双球棒、标准球板、标准多球以及标准栅格板，可以满足X射线坐标测量机探测形状误差、探测尺寸误差、长度测量误差和二维平面分辨力的准确校准。对我国X射线坐标测量机标（工业CT）的量值统一具有重要的意义。

扫描探针显微镜校准装置

扫描探针显微镜校准装置为系列微纳台阶高度标准器组组成，一维及二维栅格标准器作为其辅助标准器。其中纵向测量范围（50~1000）nm，相对不确定度（2.8%~0.6%），k=2。该校准装置作为纳米几何结构计量标准装置的量值传递标准样板用于提升其量传能力，实现对探针型设备，如原子力显微镜（AFM）、台阶仪、轮廓仪等其他微纳表面形貌测量仪器在纵向上的计量特性校准溯源。对满足国内半导体、微电子行业应用需求具有重大意义，从而保证我国扫描探针显微镜量值统一。

扫描电子显微镜校准装置

扫描电子显微镜校准装置为系列微纳栅格标准器组组成。其中测量范围（70~10000）nm，相对不确定度（2.86%~0.08%），k=2。该校准装置作为纳米几何结构长度仪器计量标准装置的量值传递标准样板，用于扫描电子显微镜不同放大倍数下成像测长值的校准，实现对扫描电子显微镜计量特性校准溯源，从而保证我国扫描电子显微镜量值统一，对满足国内纳米技术产业和微电子行业应用需求具有重大意义。

表面粗糙度基准

表面粗糙度基准是用于表面粗糙度量值溯源和通过标准单刻线样板向使用中的工作计量器具传递的最高标准。本基准主要设备由干涉显微镜、触针式表面粗糙度测量仪、光学轮廓仪以及标准样板组成。该基准装置利用白光干涉的原理来测量表面粗糙度参数，并通过光的波长实现直接溯源。该基准用于检测表面形貌的粗糙度、沟槽深度和台阶高度。测量范围 H:(0.1~80)微米Ra:(0.1~10)微米， 量值复现不确定度是U=(5～2)%，k=3。该基准保存完好，正常运行，定期进行稳定性和重复性考核。

毫米级纳米几何结构样板校准装置

随着集成电路工业中硅片尺寸的增大及大规模微纳结构、大规模MEMS器件的出现，促使纳米几何结构计量从小范围向大范围迈进。大范围纳米几何结构标准装置扩大了三维纳米结构计量标准的测量范围，提升了现有纳米几何结构计量标准装置的量传能力。该标准装置采用原子力显微镜作为测头，系统集成激光干涉仪实现位移量值溯源。该标准装置有两种扫描模式可以满足从毫米级到微纳米级尺寸的纳米几何结构传递样板的量值传递和溯源。

纳米几何结构标准装置

证书编号

[2007]国量标计证字第040号

标准类别

计量标准

社会公用计量标准

证书证号

[2007]国量标计证字第040号

发证机关

国家质量监督检验检疫总局

发证日期

2015年10月27日

技术指标

测量范围：台阶类及其它垂直结构：（0~2）μm

线间隔类及其它水平结构：（0~20）μm

不确定度：0.5nm, (k=2)

纳米几何结构计量技术是纳米技术实现工业化生产中的关键技术。纳米几何结构标准装置主要用于纳米量值传递，纳米量值传递样板的校准，为我国纳米测量提供准确的量值传递和溯源服务，并为我国纳米技术的研究和生产提供有力技术保障。纳米几何结构标准装置由计量型原子力显微镜纳米检测系统和校准型原子力显微镜两套测量系统组成，两套系统可分别独立工作。其中计量型原子力显微镜纳米测量系统测量范围x方向（0~70）μm、y方向（0~15）μm、z方向（0~7）μm，测量不确定度0.5nm, (k=2)；校准型原子力显微镜测量范围xy方向（0~90）μm，z方向（0~10）μm测量不确定度1.2nm, (k=2)；纳米几何结构标准装置的建立既填补了我国纳米计量的空白，也极大地提升我国参与国际比对的能力，使得纳米计量水平达到国际标准。

多刻线样板标准装置

证书编号

[1988]国量标计证字第159号

标准类别

计量标准

社会公用计量标准

证书证号

[1988]国量标计证字第159号

发证机关

国家质量监督检验检疫总局

发证日期

2017年02月13日

技术指标

测量范围：Ra:(0.1~4.3)µm

相对不确定度：（5～2）﹪, (k=2)

多刻线样板标准装置作为表面粗糙度量值传递的主要计量标准器具之一，主要用于校准触针式表面粗超度轮廓仪等表面粗糙度。该装置是工业生产企业和计量部门最普遍使用的检测表面粗糙度的仪器。通过标准多刻线样板把表面粗糙度这一特殊的几何量参数值溯源到表面粗糙度基准乃至波长基准。从而为精密制造业，航空航天、汽车工业、医疗行业、电子半导体以及国防兵器和核动力产品研制等各个领域提供有力的光学仪器计量保障。

单刻线样板标准装置

证书编号

[1988]国量标计证字第155号

标准类别

计量标准

社会公用计量标准

证书证号

[1988]国量标计证字第155号

发证机关

国家质量监督检验检疫总局

发证日期

2017年02月27日

技术指标

测量范围：H:(0.1～46.0)µm)µm

相对不确定度：（5～2）﹪, (k=2)

单刻线样板标准装置主要用于校准干涉显微镜、光切显微镜（双管显微镜）以及触针式仪器的垂直放大倍率。干涉显微镜、光切显微镜等是工业生产企业和计量部门最普遍使用的检测表面粗糙度的光学计量仪器。该类仪器的示值准确度需要采用单刻线样板来校准，量值可溯源到表面粗糙度国家基准，确保了被校仪器的准确可靠和量值统一，进而保证产品质量。为精密制造业，航空航天、汽车工业、医疗行业、电子半导体以及国防兵器和核动力产品研制等各个领域提供有力的计量保障。

表面粗糙度比较样块校准装置

证书编号

[1988]国量标计证字第150号

标准类别

计量标准

社会公用计量标准

证书证号

[1988]国量标计证字第150号

发证机关

国家质量监督检验检疫总局

发证日期

2017年02月13日

技术指标

测量范围： Ra:（0.01~1000） mm

最大允许误差:±3%

表面粗糙度比较样块是检查加工后工件表面的一种比对量具，它的使用方法是以样块工作面的表面粗糙度为标准，凭触觉或视觉与待检查的工件表面进行比对，从而判别被检查表面的表面粗糙度是否合乎要求。这是一种定性的工作计量器具。用于工业生产、加工制造等领域的表面粗糙度测量和表面形貌质量评价。该样块的量值评定需采用表面粗超度测量仪来校准。即通过表面粗超度测量仪把表面粗糙度比较样块这一特殊的几何量参数值溯源到表面粗糙度基准乃至长度基准。

辐射计量标准芯片

计量基标准芯片化的发展趋势，在辐射计量方面表现为传感单元芯片化。目前量子器件室已研制成功微波片上功率标准芯片、WR6频段功率标准芯片，其中WR6芯片装配到我院信电所崔孝海组研制的功率基准系统中出口到美国计量院。WR5和WR3毫米波频段、辐射型太赫兹频段、基于TES的单光子标准芯片正在研制中。

量子霍尔电阻标准芯片

量子霍尔电阻基准此前使用的是国际计量院的芯片，量子器件室经过多年研究，目前已经成功研制了适用于国家电阻基准系统运行条件的高磁场量子霍尔电阻标准芯片，并已取代国际计量局芯片用于电阻基准；研制了低磁场运行芯片，用于国防单位电阻自然基准系统；研制了1kΩ和10kΩ量子霍尔阵列芯片，用于十进制量子化电阻量值传递；正研制基于石墨烯的低磁场高温运行的量子霍尔电阻标准芯片，用于便携式电阻标准系统。

基于硅晶格常数的纳米量值溯源研究

X射线晶格比较仪研制

研究基于X射线衍射的硅晶格常数测量方法与装置。

三维表面形貌计量

X射线坐标测量机校准装置（工业CT校准装置）

在先进制造中很多零部件具有非常复杂的内部结构同时要求有很高的加工精度，传统的测量手段大都无法对其准确测量评价。X射线的穿透特点，使得复杂零件内部结构的测量成为可能，X射线坐标测量机校准装置（工业CT校准装置）实现了零件内部结构尺寸的无损精密测量。实验室自主研制了可实现X射线坐标测量机准确校准的标准器组，建立了X射线坐标测量机标准器校准装置，建成了X射线坐标测量机的量值溯源体系，实现其测量量值到米定义SI单位的溯源；研究制定X射线坐标测量机的计量校准规范和国家标准，满足工业产品的互换性需求和质量控制的需求和市场对测量数据公正性的要求。

粗糙度计量

表面粗糙度计量基标准

实验室多年从事粗糙度技术研究，并对外开展校准量传服务，于1986年建立表面粗糙度计量基准装置，用以复现和保存表面粗糙度量值，作为统一全国表面粗糙度量值最高依据的计量器具；参与了APMP.L-K8表面粗糙度国际比对，部分测量结果与美德相当，四项十余个粗糙度参数获批CMC测量能力，实现了国际等效互认；建立了多项微纳几何结构三维表面形貌计量相关的社会公用计量标准装置；主导或参与编写了近十项粗糙度校准规程规范，同时参与编写了多项该领域的ISO标准与国家标准。

微生物测量溯源技术及计量标准为我国水环境安全保驾护航

针对我国日益严重的水环境微生物安全监测面临的计量标准和溯源技术缺乏的难题，开发了一系列水环境中细菌、病毒、微藻等微生物的高精度检测方法、标准物质和校准技术。基于核酸水解采用同位素稀释质谱法进行分析，建立了沙门氏菌核酸定量的准确方法。建立了基于数字PCR的沙门氏菌核酸定量的高精度检测方法和无需核酸校准物的甲型肝炎病毒反转录数字PCR检测方法。建立了一种分辨率高、通量好的显微流式细胞术计数水中不同细菌的方法。上述方法使水环境中细菌和病毒的定量结果可追溯到SI单位。建立了具有自主知识产权的活菌标准物质制备技术，研制了菌落总数、大肠菌群、粪大肠菌群标准物质，沙门氏菌和甲肝病毒PCR检测的核酸标准物质，铜绿微藻中微囊藻毒素LR基体标准物质，以及利马原甲藻中腹泻性贝类毒素OA和DTX-1基体标准物质共10种，均填补国际同类标准物质的空白。建立了全自动微生物定量分析仪、ATP荧光微生物检测仪、水质毒性检测分析仪、阻抗法细菌总数测定仪等重要水体微生物检测设备关键参数的校准技术4项，研制了可调弱光发生器、真空度校准装置等校准装置。开发了滤膜法和免疫磁珠法富集水中甲型肝炎病毒的技术，可有效提高水中甲型肝炎病毒的检测灵敏度。设计并研制了一种气升式光生物反应器(容积100 L)，用于DSP在人工模拟条件下生产海洋微藻的纯培养。联合主导细菌平板计数国际比对1项，主导噬菌体λDNA定量测量中日韩ACRM区域比对1项，均取得国际等效一致。

奶粉中大肠杆菌和淀粉中金黄色葡萄球菌标准物质

食源性疾病是一个重大和广泛的全球公共卫生威胁。世界卫生组织(WHO)将食品安全列为本世纪的11大重点和挑战之一，估计食源性疾病和水源性疾病加起来每年导致约220万人死亡，其中190万人是儿童。近年来，国家卫生和计划生育委员会的统计数据显示，食品中毒人数并没有上升，但微生物食品中毒人数的比例却在稳步上升。这表明微生物病原体是中国食物中毒事件的首要原因。

根据国际惯例，我国已实施《食品基质中食品微生物限度标准》(GB29921-2013)。为满足食品微生物学准确定量的需要，急需研制奶粉中大肠杆菌和淀粉中金黄色葡萄球菌标准物质。

食品基质中的食源性微生物标准物质已广泛应用于中国食品药品监督管理局、中粮集团、中国检验检疫局等组织的食源性微生物检测能力测试(PT)、实验室认证和内部质量控制等。

-建立高精度流式细胞术检测大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的方法。

-利用响应面法优化冻干大肠杆菌和金黄色葡萄球菌保护剂。

研制奶粉和淀粉粉中大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的标准物质，保证食品中细菌定量的可靠性、可追溯性和准确性。

痕量水平人生长激素标准物质的研制提升我国临床检验和兴奋剂检测精准测量能力

“蛋白质激素类免疫诊断标志物计量技术研究及应用”课题针对人生长激素临床检验和兴奋剂检测标准物质的研制需求，以建立快速高准确度痕量目标蛋白质定量方法为目的，以人生长激素为研究对象，通过对人生长激素纯化表征条件、样品水解条件、液相分离条件和质谱检测条件的优化建立起痕量人生长激素的快速、高准确度IDMS定量方法，方法的检出限达到15.23 ng/g，6 min内可完成人生长激素的定量，最高回收率可达到97%，填补了国际国内高准确度定量方法的空白。5个浓度水平标准物质的研制提升了我国人生长激素检测项目的量值传递能力，已用于生命科学分析仪器的校准，还可服务于我国临床及兴奋剂检测实验室的质量控制、实验室认证认可，为我国蛋白质诊断标志物的精确测量提供必要的技术支撑。

基于ES-DMA-CPC的蛋白质含量绝对计量装置研究

基于电迁移率-粒径分布-计数的蛋白质含量装置实物图

搭建了基于电迁移率-粒径分布-计数的蛋白质含量计量装置，该装置由气溶胶颗粒发生器、粒子分选器（即DMA）和凝结核颗粒计数器组成，通过该装置可实现直接测定蛋白质浓度，不依赖于外标和内标。 

免疫诊断及分子诊断仪器校准技术和标准物质研究

质检公益行业专项“免疫诊断和分子诊断仪器校准技术及标准物质研究”中研制了48个免疫诊断和分子诊断设备校准用标准物质及计量标准，起草了常用免疫和分子体外诊断设备的计量技术规范，有效解决了检验医学中免疫分析仪、全自动酶联免疫分析仪、特种蛋白分析仪、洗板机、遗传分析仪和生物芯片分析仪的校准和量值溯源问题。

NIM启动基于原子和光子的新型温度计量标准研究

硅基微环光子温度计器件

研究聚焦芯片级温度计量标准。为实现在线、免标定的热力学温度测量，本研究精密测量铯原子直接吸收光谱，提取谱线多普勒展宽分量并测量系统热力学温度，在室温条件下测量不确定度优于1%（k=1）。本研究同时开展基于硅基微腔的光子学测温，利用硅基材料的热光效应以及微腔的高品质因数特性，实现mK级分辨率的协议温度测量。

片上光电子器件及光子芯片混合集成研究进展

光栅标准器

2019年，片上光电子器件及光子芯片的混合集成研究成果主要包括：（1）基于微环谐振腔片上集成技术，开展微环谐振腔光学频梳的非线性色散管理、光频梳产生与片上光谱调控，构筑高Q值光学薄膜及纳米加工制备技术研究体系，实现了宽光谱微腔光频梳的产生与精密测量的自主研究体系。（2）依托课题组光学薄膜与器件的设计和加工能力，开展了纳米光学、近场光学与硅基光电子器件研究，实现了高损伤阈值超高分辨亚波长光栅、高稳定性微环谐振腔、光波导等纳米功能器件。

小型化冷原子相干布居数囚禁原子钟方面取得重要进展

在研制冷原子相干布居数囚禁原子钟方面取得重要进展，研制和攻克高稳定度半导体激光系统、高相位相干光学抽运构型光学系统、小型化磁光阱和新型片上光栅激光冷却系统等多项核心关键技术，探索相干布居囚禁冷原子钟的频移物理机制和极限噪声分析研究，为微小型化冷原子系统在更广泛的精密测量应用打下坚实的基础。同时利用在原子系综相干布居囚禁原理和拉比共振效应探索光学与微波的相互转换及精密测量新方法。相关研究已获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金等多项资助。

量子电压标定的噪声温度计研究进展

研制中的噪声温度计系统

噪声温度计通过测量电阻中电子热运动产生的电压涨落实现热力学温度的测量。近年来，实验室利用搭建的量子电压标定的噪声温度计系统精密测量了玻尔兹曼常数，相关成果获2018年度国家科技进步奖一等奖。目前，实验室正在开展电子温标和实用型噪声温度计方面的研究。一方面基于噪声法精密测量ITS90温标中不同定义固定点的热力学温度，为国际温标的修订提供参考数据，另一方面研究新型的叠加型测量方案，解决传输线匹配难题，以期将噪声温度计用于工业现场，实现温度量值的扁平化传递。

微纳米力学测量研究和标物研制

微米划痕仪的位移和载荷量值溯源系统

随着材料的研发生产和应用进入微纳米尺度，以往的通过宏观的力学测量手段已不适用于测量微纳米薄膜和器件的力学性能参数的测量。近年来，微纳米压入和划痕等力学测量手段随着微纳米材料的发展和应用，在半导体薄膜和器件、功能薄膜、新能源材料、生物材料等领域应用愈发广泛，因此亟待建立基于微纳米尺度的材料力学性能参数测量的量值溯源体系。材料建立了基于纳米压入和微纳米划痕测量的量值溯源体系，并研制了相关的标准物质，建立了纳米压入硬度、压入模量，薄膜微纳米划痕结合强度等参数的准确测量能力。

基于NQI素全链条技术要素在石墨烯材料领域的应用

新材料计量实验室开展了基于石墨烯粉体材料的计量技术研究，建立了原子尺度（1nm以下）横向、纵向尺寸的准确测量方法，发布了原子级尺寸标准物质1种，拓宽了微纳尺寸准确测量能力。结合拉曼光谱、XRD等手段对粉体石墨烯的层数的测量方法，编制了多项检测方法团体标准。为石墨烯企业提供相关检测服务，并支撑独立第三方认证机构出具全球首份石墨烯产品认证证书，推动了NQI技术要素在石墨烯产业领域的全链条实施，促进了石墨烯行业的规范健康发展。

拉曼光谱量值溯源和标准物质研究

拉曼频移和相对强度系列标准物质

作为分子光谱领域最活跃的仪器类别之一，拉曼光谱仪具有操作简单、快速准确、无损分析等优点，可用于生物材料的定性分析、薄膜材料应力分析、纳米碳材料结构分析、纳米材料的量子尺寸效应等方面。拉曼光谱测试结果的准确性、一致性是国内/国际间科研交流、对等贸易等不可或缺的坚实基础。中国计量科学研究院建立了拉曼光谱的溯源和量传体系，建立了拉曼光谱校准装置（[2015]国量标计证字第289号），研制了拉曼频移、拉曼光谱相对强度标准物质2类5种。作为第一起草单位发布国家标准2项，多次参加国际比对并获得等效一致的结果。研究成果主要用于拉曼光谱仪的校准，石墨烯等新材料的准确测量以及国家重点基础科学研究领域，为拉曼光谱的可比、可靠提供技术基础。

透射电镜高放大倍率校准用标准物质研究

高放大倍率下用金晶格常数校准TEM的标准物质

新材料计量实验室建立了基于透射电镜高分辨晶格像和几何相位分析的应变测量方法，可以对材料晶格应变进行精细测量，对硅/铌界面、氮化镓/硅界面的应变状态进行了测量。在此基础上，采用晶格应变测量技术和X射线衍射定值方法，研制了透射电镜高放大倍率校准用标准物质，使用金晶格常数作为量值传递介质，解决了原子尺度量值溯源问题。研究成果主要应用在透射电镜校准、集成电路及半导体产业的生产质量控制以及国家重大基础科学研究领域，并取得了一定的经济效益及社会效益。

量子电压基标准芯片

0.5V大规模约瑟夫森结阵芯片

量子电压基标准核心芯片为大规模约瑟夫森结阵芯片，此前只有美国、德国和日本可以制作，我院电压基标准也依赖于进口芯片。量子器件室经过近十年的研究，已经取得很大进展，成功研制 1V 集成约瑟夫森结阵器件，可用于精确复现 1 V 直流量子电压。器件V-I特性、噪声特性、抗磁通冻结性等性能优良。实现 40 万约瑟夫森集成结阵，使我国成为继美、日、德后第4个具有此能力的国家。实现了双通道约瑟夫森微伏量子电压芯片，已用于检测校准。

微纳米几何结构关键参数计量溯源研究

计量型双探针扫描探针显微镜

计量型扫描电子显微镜

计量型紫外光学显微镜 

毫米级纳米几何结构标准装置

400nm栅格标准物质 

高精度多角度偏振动态光散射装置

微纳米薄膜几何结构光散射装置

为保证微纳米几何结构关键参数的准确测量，成功研制了基于扫描探针、电子束扫描及深紫外光学技术的微纳米几何结构测量多台计量标准装置。毫米级纳米几何结构标准测量装置，测量范围50mm×50mm×2mm。扫描探针显微镜创新提出了双探针测量侧壁的方法，克服了传统扫描探针显微镜无法测量纳米结构真实形貌的局限性，该装置最小测量线宽50nm，U=5.2nm(k=1)。计量型扫描电镜装置通过固定电镜的电子束，实现了电镜测量结果直接溯源到激光波长米定义,Urel≤10%(k=2)。紫外光学标准装置采用248nm深紫外照明，实现了300nm--50µm的微纳线宽测量，U=20nm(k=1)。

基于椭偏偏振光学薄膜结构测量装置，研究薄膜膜厚、膜层光学常数及薄膜微纳结构的计量技术。在纳米颗粒测量中，高精度多角度偏振动态光散射装置，实时温度、角度测量，纳米级颗粒粒径测量重复性优于2%。亚微米颗粒粒径优于1%。

纳米几何结构标准物质量值直接溯源到米定义波长基准。一维/二维栅格间距、线宽、台阶、膜厚等纳米几何量计量标准器，可实现扫描探针显微镜、扫描电子显微镜、椭偏仪、台阶仪、透射电子显微镜、光学显微镜等仪器准确校准。标准装置和标准物质成功填补了我国纳米计量准确测量空白，技术指标达到国内领先、国际先进水平。已用于建立国家纳米几何结构量值溯源体系。

核酸计量助力肺癌和结直肠癌目标基因检测

KRAS基因突变丰度基因组标准物质

EGFR和 BRAF循环肿瘤DNA标准物质

KRAS、BRAF和EGFR这三个基因作为肺癌和结直肠癌靶向药物筛选和预后的重要标志物，是临床需要检测的重点基因。对其突变检测结果的准确与否，直接关系到病人是否可以选择某种靶向药物进行治疗。因此检测方法的准确和可靠至关重要。具有准确量值的标准物质可以助力检验方法准确性验证。

中国计量科学研究院成功研制了肺癌和结直肠癌标志基因KRAS、BRAF和EGFR基因突变标准物质。KRAS（G12A、G12D、G12R、G12C、G12S、G12V和G13D）、BRAF（V600E）和EGFR（T790M、L858R和19Del）基因突变标准物质作为测量标准用于KRAS基因7个突变型、BRAF V600E和EGFR三个突变的定性和定量测量，还可用于KRAS、BRAF和EGFR基因突变测量方法的验证和实验室质量控制等领域。为KRAS、BRAF和EGFR基因相关检测及试剂盒的开发提供量值溯源。

蛋白质含量与活性计量新方法研究获得突破

为解决蛋白质含量与活性精准计量与量值溯源问题，“十三五”期间开展了系列蛋白质含量与活性计量新方法研究。2018年率先建立了基于高效液相色谱-圆二色光谱（LC-CD）的蛋白质含量计量方法与基于表面等离子共振（SPR）技术的蛋白质活性浓度计量方法。在CCQM K78.a/P121比对中，LC-CD法与传统的同位素稀释质谱法准确度相当，不确定度水平比同位素稀释质谱法低1个数量级，研究工作已发表在《Scientific Reports》上，并受邀在“第九届全国分子手性学术研讨会”上报告研究成果；建立的SPR蛋白质活性浓度计量方法实现了活性浓度的绝对测量，有望解决生物医药、体外诊断中蛋白质活性浓度的量值溯源问题，研究工作发表在《Talanta》上并被GE公司全国用户大会介绍和推荐。两项计量新方法已引起国际同行的关注，将蛋白质活性工作组的建立提上日程，并受邀到2019年CCQM Workshop 大会上报告两项蛋白质计量新方法。

新一代微波电场计量逐步迈向量子化

可溯源至普朗克常数的微波电场量子精密测量

中国计量院瞄准无线电测量科学前沿，针对基于里德堡原子量子相干效应的微波电场精密测量技术开展了持续研究，并在自主研制低扰动小型化微波电场精密测量传感器的基础上，成功实现了可直接溯源到基本物理常数——普朗克常数的高灵敏度、宽频率范围的微波电场测量，将典型频点的测量不确定度较传统方法提高了约一个数量级。相关工作被认为是积极响应国际单位制重大变革、引领微波计量基准标准迈向“量子化”的典型范例。

膜厚测量及其标准物质的研究

多层纳米薄膜厚度标准物质

集成电路和半导体产业的质量控制以及表面分析设备校准都需要纳米尺度膜厚准确测量技术和相关标准物质。掠入射X射线反射技术（GIXRR），是一种纳米薄膜厚度的绝对、无损测量技术。计量院建立了基于GIXRR技术的纳米薄膜厚度量值溯源和传递体系，建立了纳米薄膜厚度校准装置（[2014]国量标计证字第273号），制定了设备校准规范JJF1613-2017。建立了纳米膜厚的有效测量方法，主导双边比对和参加APMP比对，量值国际等效一致，并通过CMC国际同行评审和CNAS认可。发布了GaAs/AlAs、SiO2、Si3N4和HfO2薄膜4类共12种膜厚标准物质。研究成果应用在大型先进设备校准、集成电路及半导体产业的生产质控及国家重大基础科学研究，并取得了一定的经济及社会效益。该项目获2016年度中国计量测试学会三等奖。

在线过程质谱仪

在线过程质谱仪是一款针对大气压范围以内的气体分析的紧凑型桌面分析系统。它既可针对反应特性的分析，用于流程工业生产过程中间产物的实时快速跟踪监测，从而为反应动力学研究提供无失真在线分析数据，也可以针对排放物进行实时在线监测，从而保证目标组分准确、连续可靠地检测，进而为安全生产、质量控制、生产工艺优化和节能减排等提供有效支撑数据。

前沿计量科学中心科研团队

李劲劲

研究员。清华大学本科、硕士，美国马里兰大学博士，普林斯顿大学博士后。近五年来主要从事基标准用量子器件的研制工作。“十三五”承担科技部国家重点研发计划“国家质量基础的共性技术研究与应用”中“电学量子与几何量计量基标准研制”项目。获得中国计量测试学会一等奖一项。现为中国电子学会超导电子学分会委员、中国超导标准化技术委员会委员。国际期刊Measurement Science and Technology编委会委员。

施玉书

博士，副研究员。从事微纳三维表面形貌计量、微纳几何量计量及工业CT测量技术研究。国际计量委员会（CIPM）长度计量咨询委员会（CCL）纳米工作组（WG-N）、国际互认工作组（WG-MRA）成员、中国计量测试学会几何量专业委员会委员、全国几何量长度计量技术委员会成员、全国产品几何技术规范标准化技术委员会委员。主持参与科研项目近20项，发表论文20余篇，授权专利近10项，参与起草多项国家标准和计量规范。多次荣获省部级奖励。

傅博强

博士，副研究员，国家一级注册计量师。主要研究方向为生物活性成分、生物毒素、生物多糖、微生物/细胞等生物物质的高准确度测量方法、标准物质研制、仪器检定校准等。BIPM CCQM 细胞分析工作组CAWG 副主席，ISO TC276 生物技术委员会 WG3（分析方法）专家，中国计量测试学会生物计量专业委员会副秘书长。主持多项国家、厅局级课题，制订国家标准6项，主持制订校准规范2项，参与3项。发表SCI和EI文章6篇，申请发明专利4项，参编译著1本。主导并参加国际比对4项，区域比对1项。获省部级科技奖一等奖1项，三等奖2项。

武利庆

生化分析专业博士学位，研究员。现任国际物质的量咨询委员会蛋白质分析工作组成员、全国生物计量技术委员会副秘书长，主要从事蛋白质量值溯源、计量方法、标准物质以及蛋白质分析设备、体外诊断设备计量技术研究，先后承担或参加国家科技支撑计划课题、国家重大仪器专项课题等22项，发表科技论文50余篇，获得国家发明专利授权8项，软件著作权5项，研究成果获得省部级科技成果奖励一等奖2项，二等奖1项，三等奖2项。

屈继峰

屈继峰，男，博士，研究员。 2001年获中国科学技术大学材料物理学士学位，2006年获中国科学技术大学凝聚态物理博士学位；2006年10月至2007年4月于香港理工大学应用物理系从事纳米复合磁电材料相关研究，2007年4月至2009年10月于美国国家标准技术研究院从事量子电压标准相关研究，2009年11月加入中国计量科学研究院，任副研究员，2015年12月起任研究员。2018年入选国家万人计划青年拔尖人才。获国家科技进步一等奖1项（排名第二），国家科技进步二等奖1项（排名第七）。

任玲玲

理学博士，研究员，国家一级注册计量师。亚太计量组织APMP/TCMM主席，新材料与标准化凡尔赛组织第41技术工作组VAMAS/TWA41联合主席，ISO/TC229和IEC/TC113委员，全国纳米新材料计量技术委员会秘书长，中关村材料试验联盟（CSTM）监事，CSTM基础与共性技术领域标准化委员会（FC00）秘书长。负责实验室的运行管理和新材料计量领域科研进展。承担国家及省部级项目6项。获得分析测试协会一等奖、三等奖各1项，中国计量测试协会三等奖1项。

江游

研究员，从事质谱仪器关键技术和系统研发。参与“小型质谱仪关键技术创新及整机研制”，获2010 年国家科技进步二等奖，列第4；参与“超痕量物质精密测量关键技术及应用”，获2017 年国家科技进步二等奖，列第4；获其余部级科技奖3 项。主持“十一五”国家科技支撑计划子课题1 项，“十二五”科技部仪器专项任务1 项，“十三五”国家质量基础的共性技术研究与应用专项课题1 项。近年来，发表SCI 和EI 论文20 余篇，授权发明专利15 项。

前沿计量科学中心计量基标准

新材料实验室-基标准物质

纳米薄膜厚度校准装置

纳米薄膜厚度校准装置，用于纳米薄膜厚度的准确测量。该校准装置基于具有掠入射X射线反射功能的X射线衍射仪，通过角度和波长溯源，将量值溯源至SI国际单位。参加了APMP国际比对，取得等效一致比对结果；为标准物质定值，发布了4类12种纳米薄膜厚度国家一级标准物质，为量值传递提供载体。为相关科研院所、制造企业开展薄膜厚度校准服务，支持国家重大科研项目的进展及集成电路产业的发展。

多晶X射线衍射仪装置

多晶X射线衍射技术是测量粉末结晶体的晶体结构、点阵常数、物相组成等结构参数的重要方法，已广泛应用于化学、物理学、矿物学、地质学、材料科学、生物学、医药学等领域。该方法在实际应用过程中对于衍射角的准确测量具有重要意义。多晶X射线衍射仪检定装置可为相关科研院所、企业开展多晶X射线衍射仪检定服务，对其角度示值误差、重复性、仪器分辨力、探测器能谱分辨力等计量特性进行检定，完善量值溯源体系，保证测量结果准确可比。

激光共聚焦拉曼光谱校准装置

激光共聚焦拉曼光谱校准装置，用于激光共聚焦拉曼光谱仪的准确测量。该校准装置建立了激光共聚焦拉曼光谱仪的拉曼频移和拉曼相对强度的量值溯源体系。为拉曼频移和相对强度标准物质定值，研制了4种拉曼频移国家一级标准物质和1种拉曼相对强度国家一级标准物质，为量值传递提供载体。