化學(xué)測(cè)量學(xué)是化學(xué)的測(cè)量科學(xué)、方法和技術(shù)，是化學(xué)科學(xué)最早、最重要的發(fā)展分支之一。其根本任務(wù)是獲取物質(zhì)組成、分布、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的信息與時(shí)空變化規(guī)律，并為其他相關(guān)學(xué)科的發(fā)展提供方法和支撐。本文介紹了國(guó)家自然科學(xué)基金委化學(xué)科學(xué)部化學(xué)測(cè)量學(xué)“十四五”及中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，為從事相關(guān)研究的科研人員、老師和學(xué)生提供參考。

作者：王春霞（國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)化學(xué)科學(xué)部），毛蘭群（北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院），黃巖誼（北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院），陳擁軍（國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)交叉科學(xué)部）

　　關(guān)鍵詞：國(guó)家自然科學(xué)基金，化學(xué)測(cè)量學(xué)，發(fā)展規(guī)劃，研究方向

　　1 引言

　　科學(xué)基金作為我國(guó)資助基礎(chǔ)研究的主渠道，全方位審視全球科學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，全面深化科學(xué)基金改革，通過(guò)確立基于科學(xué)問(wèn)題屬性的資助導(dǎo)向，建立以“負(fù)責(zé)任、講信譽(yù)、計(jì)貢獻(xiàn)”為核心的公正高效分類評(píng)審機(jī)制，構(gòu)建符合知識(shí)體系內(nèi)在邏輯和結(jié)構(gòu)、促進(jìn)科學(xué)前沿和國(guó)家需求相統(tǒng)一的學(xué)科布局[1]?；瘜W(xué)科學(xué)部通過(guò)廣泛深入的調(diào)研，深刻認(rèn)識(shí)到隨著化學(xué)科學(xué)的發(fā)展，原有的學(xué)科設(shè)置不能更好地適應(yīng)科學(xué)發(fā)展的態(tài)勢(shì)，特別是不利于交叉和前沿領(lǐng)域的發(fā)展，率先在2017年對(duì)原有八個(gè)學(xué)科進(jìn)行了整合重組，將原來(lái)的分析化學(xué)學(xué)科重整后調(diào)整為化學(xué)測(cè)量學(xué)[2]。

　　根據(jù)2021~2035年中長(zhǎng)期暨“十四五”我國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)展的總體目標(biāo)，遵循習(xí)近平總書記向我國(guó)廣大科技工作者指出的面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康的“四個(gè)面向”科技創(chuàng)新方向[3]，按照科技部的總體部署，國(guó)家自然科學(xué)基金委(以下簡(jiǎn)稱基金委)化學(xué)部組織化學(xué)測(cè)量學(xué)領(lǐng)域的院士、杰出青年基金項(xiàng)目獲得者及學(xué)術(shù)帶頭人50余人進(jìn)行深入研討和戰(zhàn)略研究，在此基礎(chǔ)上，形成了化學(xué)測(cè)量學(xué)“十四五”及中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，明確了學(xué)科內(nèi)涵、目標(biāo)和特征，分析了學(xué)科現(xiàn)狀和新興研究方向，提出了未來(lái)學(xué)科發(fā)展布局和優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。制定該規(guī)劃的目的是瞄準(zhǔn)重要科學(xué)前沿領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)性問(wèn)題，結(jié)合國(guó)家戰(zhàn)略需求，推動(dòng)新興交叉學(xué)科產(chǎn)生及新的學(xué)科生長(zhǎng)點(diǎn)形成，切實(shí)提升我國(guó)化學(xué)測(cè)量學(xué)的研究水平和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

　　專題論述2化學(xué)測(cè)量學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略

　　2.1?化學(xué)測(cè)量學(xué)的戰(zhàn)略地位

　　化學(xué)測(cè)量學(xué)是研究物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，確定物質(zhì)在不同狀態(tài)和演變過(guò)程中化學(xué)成分、含量、時(shí)空分布和相互作用的量測(cè)科學(xué)，旨在發(fā)展化學(xué)測(cè)量相關(guān)的原理、策略、方法與技術(shù)，研制各類分析儀器、裝置及相關(guān)軟件，以獲取物質(zhì)組成、分布、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的信息與時(shí)空變化規(guī)律。

　　化學(xué)測(cè)量學(xué)是化學(xué)的測(cè)量科學(xué)、方法和技術(shù)，是化學(xué)科學(xué)最早、最重要的發(fā)展分支之一。利用物質(zhì)間和物質(zhì)與各種力場(chǎng)間相互作用的原理、規(guī)律以及科學(xué)技術(shù)的最新成就，廣泛吸納和應(yīng)用所涉及的自然科學(xué)技術(shù)和人工智能數(shù)據(jù)提取方法，最大程度地獲取所需信息和有關(guān)科學(xué)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)化學(xué)成分、組成和結(jié)構(gòu)與其功能的認(rèn)知。通過(guò)與物理、生物、數(shù)學(xué)、材料、信息等相關(guān)學(xué)科的交叉與融合，化學(xué)測(cè)量學(xué)已經(jīng)形成自己的理論體系，并誕生了新的生長(zhǎng)點(diǎn)和前瞻性研究方向:從傳統(tǒng)的容量分析發(fā)展到現(xiàn)代的儀器分析；從光譜、電化學(xué)、色譜、質(zhì)譜、核磁共振、熱分析拓展到成像分析、納米分析、微納流控分析；從無(wú)機(jī)、有機(jī)分析擴(kuò)展到生命過(guò)程化學(xué)信息的獲?。粡某Ａ?、微量、痕量分析到單顆粒、單細(xì)胞、單分子、活體分析；從簡(jiǎn)單物質(zhì)的鑒定、單一信號(hào)的獲取到復(fù)雜與生命體系的高通量檢測(cè)與海量數(shù)據(jù)挖掘。其他學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展，不斷向化學(xué)測(cè)量學(xué)提出新的、更高的需求和挑戰(zhàn)，這對(duì)測(cè)量方法和檢測(cè)儀器的不斷進(jìn)步起到了積極的推動(dòng)作用。復(fù)雜生命過(guò)程、先進(jìn)材料創(chuàng)制、新型能源、食品安全、環(huán)境問(wèn)題和特種空間等物質(zhì)信息和數(shù)據(jù)的獲取，使化學(xué)測(cè)量學(xué)步入新的發(fā)展時(shí)期。

　　基金委化學(xué)測(cè)量學(xué)資助的研究涵蓋從宏觀到微觀復(fù)雜體系的檢測(cè)與分析，旨在建立新策略、新原理、新方法和新技術(shù)，致力于拓寬現(xiàn)有技術(shù)在國(guó)家重大需求和重要科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。研究方向包括:樣品處理和分離、譜學(xué)方法理論及應(yīng)用、化學(xué)與生物傳感、分子成像及儀器研發(fā)創(chuàng)制等。研究范圍涵蓋色譜、光譜、電化學(xué)、質(zhì)譜、核磁、順磁、量熱分析、能譜分析，以及新興領(lǐng)域如組學(xué)分析、單分子單細(xì)胞分析、活體分析、微-納尺度分析等。

　　2.2?化學(xué)測(cè)量學(xué)的發(fā)展規(guī)律

　　2.2.1 化學(xué)測(cè)量學(xué)的發(fā)展面向國(guó)際科學(xué)前沿

　　化學(xué)測(cè)量學(xué)與生命科學(xué)、材料科學(xué)、納米科學(xué)、能源科學(xué)、信息科學(xué)和環(huán)境科學(xué)等前沿領(lǐng)域緊密結(jié)合，互相促進(jìn)，做出了突出的成績(jī)。以微-納尺度分離分析為例，它得益于微流控學(xué)和納米科技的先期發(fā)展和成功實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了從過(guò)去的微米尺度向微-納米以及納米尺度的過(guò)渡，這種發(fā)展又和納米制備技術(shù)及其分析表征的需求密切關(guān)聯(lián)。微-納尺度分析的發(fā)展，還直接與生命科學(xué)前沿，如與基因測(cè)序、蛋白質(zhì)組學(xué)等研究有關(guān)，同時(shí)也受益于生命科學(xué)新的研究成果。空間探測(cè)對(duì)攜帶儀器重量和體積的苛刻限制，也是促進(jìn)微-納尺度分析方法和技術(shù)發(fā)展的重要催化劑。這些事實(shí)表明，化學(xué)測(cè)量學(xué)的發(fā)展必須面向科學(xué)前沿，并立足于多種學(xué)科前沿發(fā)展的基礎(chǔ)之上，具有非常鮮明的特征和突出的時(shí)代感。近年來(lái)，我國(guó)科學(xué)家利用微納尺度流體控制及分析中的基礎(chǔ)研究成果，在液滴微流控、單細(xì)胞分析、微納流控復(fù)雜生物樣品分離等幾個(gè)重要的應(yīng)用方向上，取得了一批具有國(guó)際前沿水平的成果，對(duì)于生命分析技術(shù)的發(fā)展和我國(guó)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，起到了重要的推動(dòng)作用。面向生物大分子分析中單分子核酸和蛋白序列分析這一國(guó)際前沿問(wèn)題，我國(guó)科學(xué)家也積極布局，充分利用了在化學(xué)測(cè)量學(xué)領(lǐng)域的積累，提出了新概念，研發(fā)了新裝置，與國(guó)際科學(xué)界在同一水平競(jìng)爭(zhēng)。

　　2.2.2 化學(xué)測(cè)量學(xué)的發(fā)展立足國(guó)家重大需求

　　縱觀世界科技發(fā)展史，雖有一些科學(xué)理論成果是先于社會(huì)需求產(chǎn)生的，但大部分科技發(fā)展成果是由于社會(huì)需求而催生的。20世紀(jì)30~40年代，原子光譜、質(zhì)譜和離子交換色譜的快速發(fā)展就是為了滿足曼哈頓計(jì)劃的需求。近幾年我國(guó)的食品安全重大事件、公共安全、環(huán)境污染等，化學(xué)測(cè)量學(xué)都能及時(shí)組織科技攻關(guān)，開(kāi)發(fā)了相關(guān)檢測(cè)技術(shù)，建立了相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為維護(hù)國(guó)家和人民的利益做出了重要的貢獻(xiàn)。

　　國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力不僅反映在國(guó)民生產(chǎn)總值以及國(guó)防實(shí)力，也反映在產(chǎn)品質(zhì)量上，而產(chǎn)品質(zhì)量則取決于分析檢測(cè)的水平?；瘜W(xué)測(cè)量學(xué)一直致力于發(fā)展高靈敏度、高通量、高效快速的分析檢測(cè)方法，為各種產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)提供強(qiáng)有力的手段。我國(guó)最近幾年在基礎(chǔ)研究方面已經(jīng)接近甚至在某些領(lǐng)域超越了發(fā)達(dá)國(guó)家的水平，但在應(yīng)用過(guò)程中體現(xiàn)的差距依然存在。例如，我國(guó)在食品農(nóng)藥殘留檢測(cè)方面長(zhǎng)期處于被動(dòng)狀態(tài)，導(dǎo)致發(fā)達(dá)國(guó)家或地區(qū)對(duì)我國(guó)出口食品所設(shè)立的貿(mào)易技術(shù)壁壘，大多集中在評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。近十年來(lái)，我國(guó)在農(nóng)產(chǎn)品、食品檢測(cè)的化學(xué)測(cè)量水平正在逐漸接近發(fā)達(dá)國(guó)家水平，成為我國(guó)相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)出口貿(mào)易的堅(jiān)強(qiáng)技術(shù)保障。

　　提高全民健康水平以及保障國(guó)家公共安全，迫切需要化學(xué)測(cè)量學(xué)提供強(qiáng)有力的支撐。我國(guó)化學(xué)測(cè)量學(xué)將涉及重大疾病與國(guó)家公共安全的分析方法作為重要研究?jī)?nèi)容，重點(diǎn)研究如重大疾病早期診、食品、環(huán)境有毒有害物、爆炸物、毒品、生化恐怖源等的快速、準(zhǔn)確、靈敏的檢測(cè)方法，以滿足維護(hù)人民健康、社會(huì)穩(wěn)定與國(guó)家安全的需求。從2001年全球首例手足口病，到2003年的SARS病毒、2009年H1N1流感病毒、2016年寨卡病毒以及2019年暴發(fā)的新冠肺炎病毒[4]，我國(guó)的化學(xué)測(cè)量學(xué)家在這些不斷暴發(fā)的全球流行性疾病的預(yù)防與控制中，發(fā)揮了重要的作用，開(kāi)展了有益的探索。尤其是在新冠病毒檢測(cè)技術(shù)上，我國(guó)科學(xué)家從病原鑒定方法、核酸及抗體檢測(cè)技術(shù)、病原溯源方法、快速檢驗(yàn)方法和試劑等方面，均做出了重要貢獻(xiàn)，為疫情防控的成功提供了技術(shù)支撐和方法保障[5]。這一技術(shù)積累和實(shí)戰(zhàn)的操練，體現(xiàn)了核酸分析方法領(lǐng)域過(guò)去一段時(shí)間的知識(shí)儲(chǔ)備、技術(shù)沉淀以及人才積累是有效的，也為今后類似新發(fā)突發(fā)傳染病的應(yīng)對(duì)，提供了信心和能力保障。

　　2.2.3 化學(xué)測(cè)量學(xué)與相關(guān)學(xué)科交叉融合，互相促進(jìn)

　　化學(xué)測(cè)量學(xué)實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)化學(xué)成分的認(rèn)知，需要利用物質(zhì)間和物質(zhì)與各種力場(chǎng)間相互作用的原理、規(guī)律以及科學(xué)技術(shù)的最新成就，最大限度地獲取所需信息和有關(guān)科學(xué)數(shù)據(jù)?；瘜W(xué)測(cè)量學(xué)的發(fā)展需要借鑒相關(guān)學(xué)科的成果。儀器分析作為化學(xué)測(cè)量學(xué)的一個(gè)分支，首先得益于物理科學(xué)(電磁學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等)、材料科學(xué)(金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、有機(jī)材料、高分子材料、生物材料以及各種材料加工技術(shù)等)和信息科學(xué)的發(fā)展；同時(shí)，生命科學(xué)、空間科學(xué)和環(huán)境科學(xué)的發(fā)展大大促進(jìn)了化學(xué)測(cè)量學(xué)的發(fā)展。再以微-納尺度分析為例，它直接面對(duì)介觀及以下尺度空間的科學(xué)問(wèn)題，旨在構(gòu)建和發(fā)展更高水平、更快速度、更有效率的物質(zhì)組成、分布及其濃度信息的化學(xué)測(cè)量學(xué)策略、方法和技術(shù)，以盡可能快速、全面和準(zhǔn)確地獲取介觀、微觀世界中豐富的信息。這也正是整個(gè)化學(xué)測(cè)量學(xué)目前所追求的目標(biāo)，更是生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)、醫(yī)藥衛(wèi)生和工業(yè)技術(shù)中必須解決的問(wèn)題。因此，微-納尺度分析的發(fā)展與整個(gè)化學(xué)測(cè)量學(xué)的發(fā)展一樣，離不開(kāi)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展和支持，只有通過(guò)與其他相關(guān)學(xué)科，如數(shù)學(xué)、物理學(xué)和微加工技術(shù)等，進(jìn)行深入的交叉合作研究甚至融合，化學(xué)測(cè)量學(xué)才能得到更好、更快的發(fā)展。

　　化學(xué)測(cè)量學(xué)自身的學(xué)科特點(diǎn)，就帶有強(qiáng)烈的學(xué)科交叉特征。除了借鑒各個(gè)學(xué)科的成果之外，化學(xué)測(cè)量學(xué)本身的進(jìn)步，還可以有效帶動(dòng)多個(gè)學(xué)科的進(jìn)步或者催生新的學(xué)科增長(zhǎng)點(diǎn)。以核酸分析這一化學(xué)測(cè)量學(xué)的重要分支為例，20世紀(jì)初對(duì)核酸成分的精確定量分析，以及20世紀(jì)中葉對(duì)核酸結(jié)構(gòu)的分析和深刻認(rèn)識(shí)，從根本上改變了生物學(xué)、遺傳學(xué)和醫(yī)學(xué)等學(xué)科的思維范式，也奠定了分子生物學(xué)的基石；而后隨著核酸序列測(cè)定技術(shù)的發(fā)展，人類對(duì)生命的認(rèn)識(shí)進(jìn)入到全新的階段，同時(shí)也促使基因組學(xué)產(chǎn)生與飛速發(fā)展，并開(kāi)始發(fā)揮重要的醫(yī)學(xué)價(jià)值。由此可見(jiàn)，化學(xué)測(cè)量學(xué)的一個(gè)重要本質(zhì)，就是立足于多個(gè)學(xué)科的邊界和交叉點(diǎn)上，在新的維度上拓展知識(shí)體系。

　　2.3?化學(xué)測(cè)量學(xué)的發(fā)展態(tài)勢(shì)

　　化學(xué)測(cè)量學(xué)善于把科學(xué)上的新發(fā)展轉(zhuǎn)化為全新的分析方法和儀器，每一次重大突破都會(huì)推動(dòng)科學(xué)的發(fā)展。例如，核磁共振就是把原子核自旋與磁場(chǎng)和射頻場(chǎng)的相互作用而發(fā)生的共振現(xiàn)象(曾兩獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng))，轉(zhuǎn)化為用于結(jié)構(gòu)分析的核磁共振波譜方法(獲1991年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng))、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的測(cè)定方法(獲2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng))和磁共振成像(獲2003年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng))。分析原理和方法上的多樣性，決定了化學(xué)測(cè)量學(xué)在自然科學(xué)中應(yīng)用的廣泛性。

　　當(dāng)前，我國(guó)化學(xué)測(cè)量學(xué)研究體現(xiàn)出如下特點(diǎn)。

　　(1)注重方法創(chuàng)新和新原理發(fā)現(xiàn)。20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)化學(xué)測(cè)量學(xué)的發(fā)展逐步由跟蹤模仿和應(yīng)用研究為主轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅貏?chuàng)新方法和新原理發(fā)現(xiàn)的研究。近年來(lái)，這一轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)更加明顯。中國(guó)化學(xué)測(cè)量學(xué)在微-納流控分析、新型熒光探針、納米分析、電分析化學(xué)、核酸分析等方面取得了一批國(guó)際領(lǐng)先的研究成果，并形成了一致的共識(shí)，即只有發(fā)現(xiàn)新原理，在方法和技術(shù)上進(jìn)行創(chuàng)新，才能做出一流的工作，才能提升中國(guó)化學(xué)測(cè)量學(xué)的國(guó)際地位。

　　(2)以生命分析和環(huán)境分析為研究重點(diǎn)。生命科學(xué)是21世紀(jì)的科學(xué)前沿，環(huán)境分析關(guān)乎人類的長(zhǎng)久健康發(fā)展。中國(guó)化學(xué)測(cè)量學(xué)家近年來(lái)圍繞這兩個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域開(kāi)展化學(xué)測(cè)量學(xué)的創(chuàng)新研究，在單細(xì)胞分析、單分子分析、活體分析、蛋白質(zhì)分析、DNA測(cè)定、疾病診斷以及環(huán)境污染物監(jiān)測(cè)等方面取得了顯著的進(jìn)展，產(chǎn)生了一系列標(biāo)志性成果。

　　(3)與尖端分析儀器裝置的研制緊密結(jié)合。“工欲善其事，必先利其器”?？茖W(xué)儀器是科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的基礎(chǔ)，科學(xué)研究新領(lǐng)域的開(kāi)辟，往往要以實(shí)驗(yàn)裝置、儀器技術(shù)以及方法學(xué)上的突破為先導(dǎo)?；仡櫩茖W(xué)發(fā)展的歷程，很多學(xué)科的發(fā)展首先有賴于技術(shù)方法及科學(xué)儀器的創(chuàng)新，近現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展更是以技術(shù)的迅速發(fā)展為重要基礎(chǔ)。在諾貝爾物理和化學(xué)獎(jiǎng)中，大約有四分之一屬于測(cè)試方法和儀器創(chuàng)新，如質(zhì)譜儀、X-射線物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析儀和掃描隧道顯微鏡等。以微流控的研究為例，我國(guó)和國(guó)際研究的早期情況基本一致，首先是相關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置的加工和制備。經(jīng)過(guò)“973”項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金委重大項(xiàng)目的成功實(shí)施，我國(guó)在微-納尺度分析方面的加工技術(shù)已經(jīng)處于世界前列，并形成了一定的加工創(chuàng)新能力，這為我國(guó)在此領(lǐng)域進(jìn)行前沿探索提供了重要技術(shù)保證。此外，我國(guó)在“十三五”期間建成了一批大科學(xué)裝置，包括同步輻射光源、自由電子激　　光、散裂中子源、強(qiáng)磁場(chǎng)，以及在建設(shè)中的多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學(xué)成像設(shè)施等，這些國(guó)際先進(jìn)水平尖端科學(xué)裝置發(fā)展的分析方法及相關(guān)應(yīng)用為我國(guó)化學(xué)測(cè)量學(xué)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的物質(zhì)保障。

　　(4)初步建成一支高素質(zhì)的研究隊(duì)伍。世界各國(guó)之間綜合國(guó)力的競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)質(zhì)上是科技實(shí)力的競(jìng)爭(zhēng)，國(guó)家科技實(shí)力的決定因素是科技人才的數(shù)量和質(zhì)量。近年來(lái)，通過(guò)大力引進(jìn)青年人才和領(lǐng)軍人才，發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)優(yōu)秀人才，我們已經(jīng)建成了一支高素質(zhì)的化學(xué)測(cè)量學(xué)研究隊(duì)伍，并構(gòu)建了一個(gè)學(xué)術(shù)自由、公平競(jìng)爭(zhēng)、尊重科學(xué)家研究興趣、有利于人才成長(zhǎng)的體制和研究氛圍，確立了一套科學(xué)、公正、合理、透明的評(píng)審和評(píng)價(jià)機(jī)制。

　　納米酶概念就是由中國(guó)科學(xué)家率先提出的，十幾年來(lái)這一研究方向取得了快速的發(fā)展。納米酶是一類自身蘊(yùn)含酶學(xué)特性的納米材料，自2007年首次報(bào)道以來(lái)[6]，已有超過(guò)20個(gè)國(guó)家的300多個(gè)實(shí)驗(yàn)室從事納米酶及其在生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境等領(lǐng)域的分析檢測(cè)、診斷治療和催化應(yīng)用研究。納米酶能夠在溫和條件下高效催化酶的底物，也能在極端環(huán)境中保持高的類酶活性。

　　同時(shí)，納米酶兼具納米材料特有的物理化學(xué)特性以及經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、易于大批量生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，有望取得關(guān)于特異性、催化活性和機(jī)理等方面的重大突破，使其替代天然酶成為分析檢測(cè)的重要突破口，推動(dòng)類酶催化從基礎(chǔ)研究到實(shí)際應(yīng)用。

　　2.4?化學(xué)測(cè)量學(xué)的新興研究方向

　　化學(xué)測(cè)量學(xué)在傳統(tǒng)分析化學(xué)研究的基礎(chǔ)上[7]，近年來(lái)呈現(xiàn)出以下新興研究方向。

　　2.4.1 能源分析化學(xué)

　　能源是人類賴以生存和發(fā)展的重要基礎(chǔ)，在國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有重要的戰(zhàn)略地位?；茉创罅肯募捌鋷?lái)的環(huán)境問(wèn)題，使得探索和開(kāi)發(fā)高效能源轉(zhuǎn)化技術(shù)以及尋找新型可再生能源成為當(dāng)前能源科學(xué)的重要研究方向。能源分析是對(duì)能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換過(guò)程中存在的物種、能量轉(zhuǎn)化等的定性與定量分析測(cè)量，包括對(duì)能源材料、分子、離子、電子、質(zhì)子等的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、成像分析及其轉(zhuǎn)變過(guò)程的原位研究，從而幫助理解能源轉(zhuǎn)化機(jī)制，促進(jìn)能源高效轉(zhuǎn)化，推動(dòng)能源科學(xué)的發(fā)展。首先，能源過(guò)程涉及物質(zhì)與能量的轉(zhuǎn)化，而轉(zhuǎn)化效率的評(píng)價(jià)離不開(kāi)化學(xué)測(cè)量學(xué)對(duì)轉(zhuǎn)化前后物質(zhì)與能量的精確測(cè)量。其次，能源過(guò)程涉及多種物理、化學(xué)過(guò)程的耦合，其轉(zhuǎn)化機(jī)制尚不清晰，極大地限制了高效能源材料與器件的開(kāi)發(fā)?；瘜W(xué)測(cè)量學(xué)可對(duì)能源體系中瞬息萬(wàn)變的組成、分布、能量狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，捕獲活性位點(diǎn)、反應(yīng)中間物甚至是電子結(jié)構(gòu)信息，獲取其演化規(guī)律，為系統(tǒng)深入認(rèn)識(shí)能源過(guò)程的化學(xué)本質(zhì)提供重要的支撐。

　　能源轉(zhuǎn)化過(guò)程往往發(fā)生在很短的時(shí)間范圍內(nèi)，導(dǎo)致待測(cè)量的物質(zhì)具有壽命極短、濃度極低等特點(diǎn)，且尺度變化大(從亞納米到米級(jí))、相數(shù)多(氣、液、固等)、組成復(fù)雜多變、受光/電等多種外場(chǎng)影響顯著。

　　同時(shí)，新型能源材料與器件不斷涌現(xiàn)。因此，能源體系的精準(zhǔn)測(cè)量，給化學(xué)測(cè)量學(xué)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，亟需發(fā)展適用于能源體系的高靈敏、高時(shí)空分辨測(cè)量方法，研制面向能源體系的新型分析儀器與裝置，實(shí)時(shí)原位監(jiān)測(cè)不同尺度、不同相界面、不同材料表面能源過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化，從而揭示能源過(guò)程的分子作用機(jī)制，為高效能源材料與器件的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供測(cè)量方法與技術(shù)。

　　主要研究?jī)?nèi)容包括但不限于如下五方面。

　　(1)提升能源分析方法的靈敏度、特異性和時(shí)空分辨能力。傳分析技術(shù)受靈敏度與時(shí)空分辨率的限制，往往只能獲得較大空間范圍和較長(zhǎng)時(shí)間尺度的宏觀統(tǒng)計(jì)平均信息，難以直接獲取能源過(guò)程中物質(zhì)在限域空間內(nèi)的瞬態(tài)變化信息，限制了對(duì)能源過(guò)程微觀化學(xué)本質(zhì)的深入認(rèn)識(shí)與理解。因此，發(fā)展適用于能源體系且具有更高靈敏度、特異性以及時(shí)空分辨能力的分析方法與技術(shù)，在復(fù)雜多變環(huán)境中原位獲取能源轉(zhuǎn)化過(guò)程的動(dòng)態(tài)信息，是能源分析領(lǐng)域亟需解決的問(wèn)題。

　　一方面，可通過(guò)提升原有分析方法與儀器(如電化學(xué)、光譜、質(zhì)譜、核磁等)的靈敏度與時(shí)空分辨率。另一方面，可從分析的原理創(chuàng)新，借助多學(xué)科交叉融合，發(fā)展新的測(cè)量學(xué)原理、理論、方法與儀器，建立全新的能源分析方法。

　　(2)能源體系的多尺度、多相界面、多組分及多模式分析。能源過(guò)程涉及不同尺度(原子級(jí)活性位點(diǎn)、微納米能源材料、宏觀器件)、不同界面(固液、固固、氣固等)、不同組分(反應(yīng)物、電子、光/電場(chǎng)等)之間的相互轉(zhuǎn)化，且各因素之間相互關(guān)聯(lián)、相互影響。

　　亟需利用化學(xué)測(cè)量學(xué)手段，觀測(cè)能源體系中不同尺度下電子/電荷傳輸、分子轉(zhuǎn)化過(guò)程，直接檢測(cè)能源過(guò)程中各種界面可能存在的關(guān)鍵中間體，分析其對(duì)能源轉(zhuǎn)化的影響。同時(shí)，結(jié)合多種分析技術(shù)，從多個(gè)角度對(duì)能源體系進(jìn)行多模式測(cè)量，獲得分子結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、時(shí)空間分布等多模態(tài)信息，全面解析能源過(guò)程的化學(xué)本質(zhì)。

　?。?）外場(chǎng)調(diào)控下能源反應(yīng)與新能源材料的原位動(dòng)態(tài)分析。能源過(guò)程的研究往往是在外場(chǎng)調(diào)控下進(jìn)行的，能源分析必須考慮外場(chǎng)對(duì)能源過(guò)程的原位調(diào)控作用。提高新型能源分析方法的時(shí)空分辨，以獲得外場(chǎng)調(diào)控下的各相時(shí)空成像數(shù)據(jù)，深入剖析外場(chǎng)種類、強(qiáng)弱、分布、動(dòng)態(tài)變化等對(duì)能源轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響，從而揭示外場(chǎng)調(diào)控下能源轉(zhuǎn)化過(guò)程的機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，發(fā)展新的通用型原位動(dòng)態(tài)分析技術(shù)，對(duì)新能源材料進(jìn)行系統(tǒng)分析，揭示其組成、結(jié)構(gòu)及演化過(guò)程，闡明其結(jié)構(gòu)與作用機(jī)制，指導(dǎo)設(shè)計(jì)更加高效的能源材料。

　　(4)開(kāi)發(fā)面向能源體系的新型分析儀器和聯(lián)用設(shè)備。能源體系復(fù)雜，須從多個(gè)角度獲取精確信息，進(jìn)行全面分析。例如，利用電化學(xué)與譜學(xué)分析(紅外、拉曼等)在動(dòng)態(tài)限域尺度上的聯(lián)用，可獲得瞬態(tài)電化學(xué)界面過(guò)程的微觀反應(yīng)信息；同時(shí)利用譜學(xué)對(duì)產(chǎn)物乃至中間物的定性和定量分析，可從分子層面揭示反應(yīng)機(jī)理。

　　現(xiàn)有的聯(lián)用分析方法與儀器，其靈敏度與時(shí)空分辨率往往較難同時(shí)達(dá)到能源分析的檢測(cè)需求。因此，需發(fā)展適用于能源體系樣品、無(wú)損、普適、可原位觀測(cè)的新型分析儀器與聯(lián)用設(shè)備，從而建立多參數(shù)、多模態(tài)能源轉(zhuǎn)化評(píng)價(jià)體系。

　　(5)建立能源分析相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)與標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試方法。能源分析目前缺乏統(tǒng)一的度量標(biāo)準(zhǔn)，降低了研究成果對(duì)后續(xù)研究的指導(dǎo)意義。建立能源體系的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試方法，對(duì)能源科學(xué)的長(zhǎng)期發(fā)展具有重要意義。這需結(jié)合能源科學(xué)的研究現(xiàn)狀和重點(diǎn)領(lǐng)域，對(duì)包括樣品前處理、測(cè)試及數(shù)據(jù)分析等全流程進(jìn)行測(cè)量規(guī)范，有效量化能源體系的評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立能源分析領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試方法。在此基礎(chǔ)上，將標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試結(jié)果共享上傳，結(jié)合大數(shù)據(jù)人工智能技術(shù)，建立能源分析綜合數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　2.4.2 材料分析化學(xué)

　　材料分析化學(xué)是材料化學(xué)、合成化學(xué)和化學(xué)測(cè)量學(xué)的有機(jī)融合，是化學(xué)測(cè)量學(xué)的一個(gè)重要分支，具有長(zhǎng)久的發(fā)展歷史。近年來(lái)受多個(gè)學(xué)科飛速進(jìn)步的推動(dòng)，材料分析化學(xué)的測(cè)量手段和工作范疇都產(chǎn)生了巨大的變化，成為化學(xué)測(cè)量學(xué)的新興研究方向之一。材料分析化學(xué)包括兩層內(nèi)涵，一是將新原理、新技術(shù)與新方法應(yīng)用于材料的結(jié)構(gòu)、組成、表界面及理化性能分析表征；二是將新材料用于化學(xué)測(cè)量學(xué)，借助新材料的光電磁等優(yōu)異性能，提高分析方法的靈敏度、選擇性、重現(xiàn)性和穩(wěn)定性等。

　　材料分析化學(xué)在化學(xué)測(cè)量學(xué)的發(fā)展中將扮演重要角色。例如，半導(dǎo)體發(fā)光量子點(diǎn)光譜特性及其能帶結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究離不開(kāi)光譜分析儀器和方法，而發(fā)光量子點(diǎn)的出現(xiàn)，尤其是低毒、可見(jiàn)及近紅外光發(fā)射量子點(diǎn)的發(fā)展，為生物成像及癌細(xì)胞原位、實(shí)時(shí)標(biāo)記提供了有力工具；超順磁性納米材料的發(fā)現(xiàn)為復(fù)雜物質(zhì)分離分析、免疫分析以及磁共振成像提供了新的機(jī)遇；具有光熱效應(yīng)的納米材料使光控釋放以及光熱分析檢測(cè)成為可能。同時(shí)，新材料的新結(jié)構(gòu)、新性能也亟需新的分析表征設(shè)備與研究手段和技術(shù)，如單原子、單分子水平上的結(jié)構(gòu)與性能表征，超薄、超小結(jié)構(gòu)表征，表界面性能表征等，特別是實(shí)時(shí)原位表征。

　　目前材料分析化學(xué)處于高速發(fā)展階段，近年來(lái)我國(guó)化學(xué)測(cè)量學(xué)家在該領(lǐng)域取得了一系列矚目的成果，尤其是基于新材料性能開(kāi)發(fā)的新型傳感平臺(tái)，其主要研究?jī)?nèi)容體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

　　(1)納米材料具有與宏觀物質(zhì)迥異的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)，以及由此引起的優(yōu)良光、電、磁及生物化學(xué)特性。利用其磁性能，通過(guò)在其表面修飾核酸適配體、抗體及親和配體，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜樣品中靶分子的高效富集與分離；利用光、電及生物學(xué)性能，通過(guò)在傳感界面上構(gòu)建納米顆粒，可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)待測(cè)物信號(hào)的高效放大，高靈敏檢測(cè)實(shí)際樣品中的靶標(biāo)物質(zhì)；利用納米材料新性能，如發(fā)展新型的氟磁共振成像探針和近紅外光熱探針，探索可穿透人體組織深層次的疾病檢測(cè)新方法；整合磁共振、光熱、熒光、拉曼、電化學(xué)、化學(xué)發(fā)光、顏色變化等多種測(cè)量手段，實(shí)現(xiàn)生命過(guò)程相關(guān)的重要生物物質(zhì)的多模式高靈敏檢測(cè)。

　　(2)探索納米結(jié)構(gòu)和性能的定量關(guān)系，構(gòu)建有別于單個(gè)納米粒子性能的納米組裝結(jié)構(gòu)。通過(guò)化學(xué)多級(jí)組裝模擬生物體系的結(jié)構(gòu)和功能，揭示結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，探索重大疾病的精準(zhǔn)診斷與高效治療新模式，并結(jié)合生物標(biāo)記發(fā)展重大疾病的精確診斷新技術(shù)；模擬腫瘤空間構(gòu)型，探索循環(huán)腫瘤細(xì)胞等疾病的檢測(cè)新方法；構(gòu)建氣體傳導(dǎo)優(yōu)化組裝體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同疾病呼出氣中標(biāo)志物的高靈敏診斷技術(shù)；在生命體中構(gòu)建生物拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，探索對(duì)活體器官、組織和細(xì)胞功能的重要影響機(jī)制，研究疾病診斷新機(jī)制。

　　(3)納米復(fù)合材料作為各種納米材料的結(jié)合體，不僅具有單個(gè)納米材料的特點(diǎn)，更展示了復(fù)合材料的特有性能。以聚合物為載體的無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料綜合了無(wú)機(jī)、有機(jī)和納米材料的優(yōu)良特性，具有良好的機(jī)械、光、電和磁等功能特性，為開(kāi)發(fā)新型的成像檢測(cè)技術(shù)、電化學(xué)傳感器件、氣體傳感器和分離檢測(cè)技術(shù)提供了強(qiáng)大的材料基礎(chǔ)和技術(shù)空間。仿生材料是當(dāng)前材料科學(xué)中的前沿領(lǐng)域，根據(jù)自然界生物的某些組織或器官制備的納米復(fù)合材料，在大健康檢測(cè)和環(huán)境分析中將發(fā)揮重要作用。對(duì)仿生材料的迫切需求，使其研究越來(lái)越受到重視。MOF、COF和多孔硅等多孔材料由于具有比表面積高、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好等特性，在樣品的采集、分離、富集等方面均表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

　　2.4.3 生物成像

　　成像技術(shù)和設(shè)備是生命科學(xué)研究和臨床醫(yī)學(xué)重要的工具，而對(duì)生命活動(dòng)的精確測(cè)量與可視化將成為后基因組時(shí)代前沿科學(xué)的主戰(zhàn)場(chǎng)。熒光蛋白、超分辨成像技術(shù)和冷凍電鏡技術(shù)等三個(gè)生物成像技術(shù)分別獲得2008、2014和2017年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，凸顯了這個(gè)領(lǐng)域的重要性。生物成像目前已成為一個(gè)高度交叉的研究和應(yīng)用領(lǐng)域，融合了生物、化學(xué)、物理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、醫(yī)學(xué)、工程、材料等多個(gè)學(xué)科。

　　生物成像依據(jù)尺度大體可以劃分為宏觀、介觀和微觀三個(gè)層面，分別對(duì)應(yīng)于組織、細(xì)胞和生物分子成像。生物成像領(lǐng)域存在很多挑戰(zhàn)。現(xiàn)有的成像方法通?？煞譃榻Y(jié)構(gòu)/形貌成像技術(shù)和功能/分子成像技術(shù)，它們?cè)诔叨?、時(shí)間、空間分辨率和無(wú)創(chuàng)傷性等方面各有特點(diǎn)。

　　生物活性分子的時(shí)空分布、結(jié)構(gòu)、功能及其相互作用方式，決定了細(xì)胞增殖、分化、凋亡以及重大疾病發(fā)生、發(fā)展、遷移等過(guò)程。生物活性分子，不但包括蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子，同樣也包括如自由基、質(zhì)子、離子、神經(jīng)遞質(zhì)、氨基酸等生物活性小分子。生物活性分子共同形成精密復(fù)雜的相互作用和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)生命活動(dòng)的基本功能。對(duì)活性分子的濃度和時(shí)空分布加以精確監(jiān)測(cè)，是深入揭示致病機(jī)理以及對(duì)疾病進(jìn)行預(yù)警與診治的前提，對(duì)疾病標(biāo)志物的研究具有重要意義。

　　細(xì)胞中存在多種類型的生物活性小分子，在細(xì)胞的病變過(guò)程中起著重要作用，每種類型又可能有數(shù)種分子及其代謝物在時(shí)間和空間維度上發(fā)揮作用，發(fā)展生物活性小分子成像方法，研究這些小分子及其與生物大分子的相互作用與轉(zhuǎn)化十分重要。發(fā)展細(xì)胞、亞細(xì)胞水平上，具有高選擇、高靈敏、多水平、多參數(shù)分析新方法和新技術(shù)，以及原位、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的可視化示蹤技術(shù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)活性小分子的準(zhǔn)確定量及時(shí)空分布檢測(cè)具有重要意義。細(xì)胞顯微熒光成像技術(shù)為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供了契機(jī)，但該技術(shù)存在如分辨率有待提高、缺乏定量分析手段、缺乏對(duì)小分子活性物質(zhì)的識(shí)別受體和高特異性反應(yīng)等問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)這些活性分子細(xì)胞和亞細(xì)胞層面的高空間分辨和高時(shí)間分辨。無(wú)標(biāo)記生物成像技術(shù)能夠直接對(duì)細(xì)胞中的化學(xué)組分在分子水平上高靈敏度地準(zhǔn)確識(shí)別和鑒定，并避免熒光成像中有些代謝產(chǎn)物小分子無(wú)法實(shí)現(xiàn)熒光標(biāo)記的局限。

　　國(guó)內(nèi)化學(xué)測(cè)量學(xué)在生物成像方法學(xué)方面有顯著進(jìn)展，但與國(guó)際先進(jìn)水平仍存在很大差距。其中有兩個(gè)重要原因:一是缺乏相關(guān)人才隊(duì)伍和團(tuán)隊(duì)，二是國(guó)產(chǎn)高端生物成像設(shè)備和核心部件自主能力不足。例如，在樣品分析測(cè)試技術(shù)與設(shè)備方面，我國(guó)目前的整體局勢(shì)是對(duì)技術(shù)的應(yīng)用能力強(qiáng)，但相關(guān)高端儀器設(shè)備及配套試劑主要掌握在國(guó)外公司手中。

　　主要研究?jī)?nèi)容包括如下三方面。

　　(1)發(fā)展新原理和新型成像方法

　　利用不同的光和物質(zhì)相互作用，發(fā)展新型成像手段，包括X射線生物成像、超分辨成像、無(wú)標(biāo)記成像、熒光壽命成像、光譜成像、自適應(yīng)光學(xué)成像和細(xì)胞分辨質(zhì)譜成像技術(shù)等。以基于同步輻射裝置的X射線細(xì)胞顯微成像為例，該技術(shù)用波長(zhǎng)為0。1~10nm的電磁波成像，分辨率極易達(dá)到數(shù)十納米，與熒光顯微裝置相比具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。如何將這些X射線細(xì)胞顯微成像技術(shù)與分子成像技術(shù)結(jié)合，反映細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能變化的分子基礎(chǔ)，是細(xì)胞顯微成像技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向，具有巨大的應(yīng)用前景。發(fā)展高靈敏的單分子成像方法，拓展基于光、電、磁等更多信號(hào)響應(yīng)的單分子檢測(cè)機(jī)制，提高從復(fù)雜生物體系高背景噪聲中測(cè)量和分析單個(gè)分子信號(hào)變化的水平，在細(xì)胞、組織器官甚至活體中對(duì)單個(gè)生物分子進(jìn)行實(shí)時(shí)快速“拍攝”，實(shí)現(xiàn)生理和病理狀態(tài)下生物單分子隨時(shí)空變化的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)成像。

　　發(fā)展高通量、高內(nèi)涵、自動(dòng)化、微型化成像方法?；诩?xì)胞成像的多重原位分析方法(multiplexin situanalysis)成為近年的研究熱點(diǎn)。這些技術(shù)能實(shí)現(xiàn)對(duì)上千種mRNA在組織和細(xì)胞原位的單分子成像分析，以解析其數(shù)量和分布情況，為組織原位細(xì)胞類型鑒定提供了重要工具。

　　發(fā)展組織深處成像方法，如多光子成像、光聲成像、超聲成像和紅外成像技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展多模態(tài)跨尺度生物成像方法，如光學(xué)成像與電鏡成像融合的光電聯(lián)用技術(shù)、PET-CT、PET-MR和fMRI-OPT。將測(cè)序與成像結(jié)合，將微流控技術(shù)與單細(xì)胞成像技術(shù)結(jié)合提高通量和分析效率等多模態(tài)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞的精確識(shí)別、追蹤和俘獲、精細(xì)的動(dòng)態(tài)多模態(tài)觀察。

　　(2)發(fā)展高性能成像探針和樣本制備方法

　　基于在化學(xué)、材料科學(xué)方面的優(yōu)勢(shì)，我國(guó)科學(xué)家在成像探針研發(fā)方面處于國(guó)際前列。現(xiàn)有的熒光探針?lè)治龇椒ㄒ呀?jīng)達(dá)到了很高的靈敏度，能夠檢測(cè)到單分子的水平，并研發(fā)出大量可供選擇的熒光探針，包括熒光染料、量子點(diǎn)以及各類聚集和組裝材料等。但現(xiàn)有的熒光探針在靈敏度、選擇性、跨越細(xì)胞膜的能力、毒性與生物相容性、時(shí)空分辨能力以及對(duì)小分子活性物質(zhì)的識(shí)別能力等方面還不能滿足需要。發(fā)展遺傳編碼熒光探針。制備特異性遺傳編碼熒光探針，發(fā)展實(shí)時(shí)、高空間分辨率的成像新技術(shù)，用于測(cè)量生物分子在細(xì)胞內(nèi)時(shí)空動(dòng)態(tài)分布、行為與代謝。創(chuàng)新發(fā)展遺傳編碼熒光探針特異性識(shí)別與高靈敏熒光傳感原理，構(gòu)筑高通量遺傳編碼熒光探針設(shè)計(jì)、測(cè)試與篩選平臺(tái)。針對(duì)代謝、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等重要生物過(guò)程，研發(fā)高亮度高響應(yīng)度遺傳編碼熒光探針，發(fā)展生物正交、多參數(shù)活細(xì)胞生物表型監(jiān)測(cè)技術(shù)，建立基于遺傳編碼熒光探針的細(xì)胞與活體動(dòng)物模型。

　　發(fā)展新型探針、標(biāo)記技術(shù)和樣本制備方法。研制新型納米探針、識(shí)別生物活性分子的熒光探針、多組分同時(shí)分析探針、分子結(jié)構(gòu)熒光分析探針、超高靈敏度和單分子分析方法與探針以及超分辨時(shí)空成像方法與探針，研發(fā)新型核素探針及靶向造影劑等可早期、特異性顯示惡性腫瘤的探針體系。樣品制備技術(shù)包括如組織透明化和樣本膨脹技術(shù)等。

　　(3)持續(xù)拓展成像技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)展人工智能在生物成像領(lǐng)域的應(yīng)用，包括多模態(tài)跨尺度圖像融合技術(shù)、圖像智能識(shí)別、成像分析及建模算法等；以及大力推進(jìn)研制國(guó)產(chǎn)生物醫(yī)學(xué)成像分析儀器、部件和配套試劑，包括顯微鏡、物鏡、相機(jī)和電動(dòng)載物臺(tái)等，開(kāi)發(fā)高通量及高內(nèi)涵單細(xì)胞成像與定量分析技術(shù)及原理樣機(jī)，研發(fā)分子影像技術(shù)工具。

　　2.4.4 儀器研制

　　科學(xué)儀器是認(rèn)識(shí)世界的重要工具。人類科學(xué)發(fā)展史上任何一次大的飛躍都離不開(kāi)科研工具的巨大創(chuàng)新和根本變革，科學(xué)儀器的發(fā)展和創(chuàng)新往往是催生科技創(chuàng)新的重要要素。長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)儀器研制是我國(guó)科技的短板和弱項(xiàng)。面對(duì)美國(guó)和其他國(guó)家對(duì)中國(guó)高端科學(xué)儀器(特別是高端測(cè)量?jī)x器)、部分關(guān)鍵器件禁售的現(xiàn)實(shí)，我國(guó)科學(xué)研究必須解決基礎(chǔ)關(guān)鍵器件、部件、材料研制和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不斷激活從源頭上增強(qiáng)國(guó)家自主創(chuàng)新的能力。

　　目前，科學(xué)儀器的研制正面臨著難得的歷史性機(jī)遇。我國(guó)在“九五”和“十五”期間已將“科學(xué)儀器研制與開(kāi)發(fā)”列為國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃的重要組成部分。1998年，國(guó)家自然科學(xué)基金委啟動(dòng)了科學(xué)儀器研制專項(xiàng)，開(kāi)始推動(dòng)我國(guó)相關(guān)儀器設(shè)備的研究。2016~2020年化學(xué)科學(xué)部共計(jì)73項(xiàng)國(guó)家重大科研儀器研制專項(xiàng)得到資助，其中化學(xué)測(cè)量學(xué)43項(xiàng)，在整個(gè)化學(xué)學(xué)科占據(jù)重要位置。儀器研究覆蓋從傳統(tǒng)光、電、色、質(zhì)領(lǐng)域到生命體系及高通量、成像等諸多新興前沿領(lǐng)域，成功研制了單細(xì)胞時(shí)空分辨分子動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)、超高分辨離子遷移譜、超高靈敏光譜流式檢測(cè)系統(tǒng)、小型質(zhì)譜儀器、微流控芯片-質(zhì)譜系統(tǒng)、高通量測(cè)序儀、微流控芯片與檢測(cè)儀器、雙向凝膠電泳成套設(shè)備和電化學(xué)成像等一系列原創(chuàng)儀器，培養(yǎng)了一批從事分析儀器研制的研究人員。雖然成效顯著，但研制儀器中的關(guān)鍵器件和部件仍然依賴國(guó)外，科研儀器相關(guān)研究還遠(yuǎn)未形成規(guī)模，至今沒(méi)有相關(guān)的創(chuàng)新研究群體。

　　當(dāng)前，圍繞化學(xué)測(cè)量學(xué)核心科學(xué)問(wèn)題，發(fā)展原位、在體、實(shí)時(shí)、在線、高靈敏度、高通量、高選擇性的儀器系統(tǒng)，依然存在挑戰(zhàn)。研究對(duì)象也從宏觀體相系統(tǒng)到微觀世界的單分子單個(gè)體分析。面向宏觀領(lǐng)域體系的分析儀器集合體，如環(huán)境中的水體、空氣污染等大尺度群體行為測(cè)量，結(jié)合人工智能及大數(shù)據(jù)分析，可能會(huì)提供更多更有效的數(shù)據(jù)信息。

　　從科學(xué)儀器制造技術(shù)角度看，整機(jī)的微型化、固態(tài)化，不僅分析標(biāo)準(zhǔn)樣品，并且能夠同時(shí)滿足真實(shí)應(yīng)

　　用場(chǎng)景的分析需求，是分析儀器和化學(xué)測(cè)量的發(fā)展方向。應(yīng)重視關(guān)鍵器件、關(guān)鍵工藝設(shè)計(jì)、關(guān)鍵測(cè)量用材料和關(guān)鍵部件的研制。用國(guó)產(chǎn)高端器件替代進(jìn)口高端器件，研制出性能優(yōu)良、且應(yīng)用目標(biāo)符合并滿足國(guó)家戰(zhàn)略布局的化學(xué)測(cè)量?jī)x器設(shè)備。比如能替代APD、MPPC甚至PMT，有寬動(dòng)態(tài)范圍，成本低于進(jìn)口相應(yīng)器件，能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的光電探測(cè)器件和組件；能替代高端高價(jià)值、高運(yùn)行費(fèi)用的相對(duì)廉價(jià)的方法和技術(shù)，且具有可標(biāo)準(zhǔn)化的性質(zhì)。其主要研究方向包括但不限于如下三方面。

　　(1)發(fā)展基于新理論、新概念、新方法和新技術(shù)的分析測(cè)試方法與儀器。包括高端分析方法的建立，如實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞、單分子的測(cè)量等；在航空、航天、太空、深海、潛艇和其他極端條件下的分析測(cè)試；研究先進(jìn)成像技術(shù)、活體分析、納米技術(shù)的生物應(yīng)用、醫(yī)學(xué)應(yīng)用及安全性問(wèn)題等。

　　(2)在基礎(chǔ)前沿研究領(lǐng)域，存在較大的技術(shù)不確定性和不穩(wěn)定性，與工程化技術(shù)的多學(xué)科集成交叉結(jié)合，不僅可為研究體系提供更確切的測(cè)量數(shù)據(jù)保障，也能為前沿創(chuàng)新性科技成果推廣應(yīng)用提供充足的技術(shù)基礎(chǔ)。以深空探測(cè)分析儀器為例，科學(xué)儀器載荷是解決深空探測(cè)科學(xué)問(wèn)題的核心工具，用于化學(xué)物質(zhì)檢測(cè)的質(zhì)譜儀器在探測(cè)外星環(huán)境和尋求生命起源等任務(wù)中發(fā)揮重要作用。近年來(lái)，國(guó)外已陸續(xù)將色譜-質(zhì)譜儀等多種科學(xué)儀器送至太空，覆蓋從高空軌道器到地表著陸器和巡游車的全方位測(cè)量，取得了一系列突破性進(jìn)展。其中SAM質(zhì)譜儀載荷首次檢測(cè)到有機(jī)物存在于火星的證據(jù)。未來(lái)的空間站實(shí)驗(yàn)及星體環(huán)境探測(cè)任務(wù)中，使用小型串聯(lián)質(zhì)譜儀實(shí)施化學(xué)及生物分子的實(shí)時(shí)檢測(cè)是空間科學(xué)探索的重要核心技術(shù)支撐。

　　(3)圍繞化學(xué)及生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、食品安全、公共安全等相關(guān)領(lǐng)域，解決測(cè)量方法技術(shù)及儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題，促進(jìn)化學(xué)測(cè)量學(xué)的發(fā)展。如生化科學(xué)儀器及其關(guān)鍵部件，測(cè)序、組學(xué)、生物相互作用分析等測(cè)量?jī)x器；食品安全、環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的光譜和色譜儀器及其關(guān)鍵部件；社會(huì)設(shè)施及公共安全與計(jì)量領(lǐng)域的特定監(jiān)測(cè)設(shè)備與計(jì)量?jī)x器等。

　　2.5?化學(xué)測(cè)量學(xué)的發(fā)展目標(biāo)

　　2.5.1 發(fā)展布局

　　化學(xué)測(cè)量學(xué)的發(fā)展策略是:突出原創(chuàng)，厚積薄發(fā)；重視前瞻，淡化跟蹤；需求導(dǎo)向，自主創(chuàng)新；寬松環(huán)境，鼓勵(lì)交叉。

　　化學(xué)測(cè)量學(xué)的發(fā)展方向是:高靈敏度、高選擇性、高信息量、快速、簡(jiǎn)便、原位、經(jīng)濟(jì)，以及分析

　　儀器的微型化、自動(dòng)化、數(shù)字化并向智能化、信息化縱深發(fā)展。

　　諸多科學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展為化學(xué)測(cè)量學(xué)提供了廣闊的發(fā)展空間和機(jī)遇，同時(shí)也提出了新的挑戰(zhàn)?；瘜W(xué)測(cè)量學(xué)的發(fā)展應(yīng)以解決重大科學(xué)問(wèn)題為核心，在解決問(wèn)題的同時(shí)得到發(fā)展。要以生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、食品科學(xué)、材料科學(xué)、國(guó)家安全等諸多領(lǐng)域中的科學(xué)問(wèn)題為對(duì)象，開(kāi)展化學(xué)測(cè)量學(xué)的原理、方法、技術(shù)、儀器裝置的創(chuàng)新研究和應(yīng)用研究。

　　化學(xué)測(cè)量學(xué)的戰(zhàn)略目標(biāo)是:強(qiáng)化基礎(chǔ)性、前瞻性、交叉性、變革性和實(shí)用性，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量。

　　2.5.2 化學(xué)測(cè)量學(xué)的優(yōu)先研究領(lǐng)域

　　2021年起，基金委對(duì)各學(xué)科的申請(qǐng)代碼進(jìn)行了調(diào)整，從原來(lái)的三級(jí)代碼[8]調(diào)整為二級(jí)代碼[9]，我們根據(jù)近幾年化學(xué)測(cè)量學(xué)研究的前沿領(lǐng)域和國(guó)家需求，列出以下化學(xué)測(cè)量學(xué)的優(yōu)先研究領(lǐng)域和重點(diǎn)研究方向。需要說(shuō)明的是，這些領(lǐng)域和方向是動(dòng)態(tài)和開(kāi)放的，會(huì)適時(shí)適情調(diào)整。

　　(一)譜學(xué)分析理論與方法

　　(1)功能光學(xué)探針與標(biāo)記

　　(2)光學(xué)傳感器與傳感器陣列

　　(3)化學(xué)發(fā)光和生物發(fā)光新體系

　　(4)原子光譜與金屬組學(xué)

　　(5)表面增強(qiáng)光譜技術(shù)

　　(二)電分析化學(xué)

　　(1)功能化仿生界面的構(gòu)筑與電化學(xué)傳感

　　(2)納米電分析化學(xué)

　　(3)電化學(xué)發(fā)光與成像新技術(shù)

　　(4)生命電分析化學(xué)

　　(5)可穿戴電化學(xué)傳感與器件

　　(6)譜學(xué)電分析

　　(三)色譜和微/納流控

　　(1)樣品處理方法

　　(2)新型分離介質(zhì)

　　(3)聯(lián)用技術(shù)與新型檢測(cè)器

　　(4)微-納尺度分離分析

　　(5)復(fù)雜體系多維度分析

　　(四)化學(xué)成像

　　(1)高時(shí)空高分辨成像

　　(2)多模態(tài)、跨尺度成像

　　(3)單分子、單細(xì)胞、單顆粒成像

　　(4)活體成像

　　(五)質(zhì)譜分析

　　(1)新型離子化方法與技術(shù)

　　(2)高性能質(zhì)量分析器

　　(3)同位素質(zhì)譜技術(shù)與應(yīng)用

　　(4)質(zhì)譜成像

　　(5)臨床質(zhì)譜分析

　　(六)核磁共振

　　(1)核磁共振成像測(cè)量方法、新型造影劑構(gòu)建及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用

　　(2)生物大分子穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)相互作用

　　(3)基于核磁共振的組學(xué)分析

　　(4)面向細(xì)胞、組織和活體的跨尺度核磁共振測(cè)量學(xué)

　　(5)大幅度提高靈敏度、分辨率和采樣速度的核磁共振新原理、新技術(shù)與新方法

　　(七)生命分析

　　(1)生物界面與生物分子間相互作用分析

　　(2)單細(xì)胞多組學(xué)分析

　　(3)活體分析

　　(4)疾病生物標(biāo)志物分析

　　(5)食品安全與公共安全分析

　　(八)環(huán)境分析

　　(1)復(fù)雜樣品處理技術(shù)

　　(2)原位、實(shí)時(shí)及形態(tài)分析

　　(3)分析方法標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量控制

　　(4)環(huán)境健康與毒理學(xué)分析

　　(九)化學(xué)測(cè)量?jī)x器與裝置創(chuàng)制

　　2.5.3 化學(xué)測(cè)量學(xué)的重點(diǎn)研究方向

　　(1)復(fù)雜體系分離分析

　　(2)活體分析

　　(3)分子識(shí)別與信號(hào)轉(zhuǎn)換

　　(4)單分子、單細(xì)胞、單顆粒水平測(cè)量與分析

　　(5)仿生分析與智能器件

　　(6)極端條件下的化學(xué)測(cè)量

　　(7)多原理集成與聯(lián)用分析方法

　　(8)微納分析及應(yīng)用

　　(9)新型分析儀器與裝置

　　(10)柔性、可穿戴傳感器件

　　(11)公共安全檢測(cè)

　　(12)化學(xué)測(cè)量學(xué)的人工智能模態(tài)與方法

　　(13)多組學(xué)分析方法和技術(shù)

　　(14)臨床醫(yī)學(xué)分析

　　(15)能源與新材料分析

　　(16)基于大科學(xué)裝置的化學(xué)測(cè)量

　　3 學(xué)科交叉的優(yōu)先領(lǐng)域與國(guó)際合作

　　3.1?與化學(xué)科學(xué)部?jī)?nèi)部學(xué)科交叉研究的重點(diǎn)方向

　　3.1.1 與物理化學(xué)交叉

　　物理化學(xué)的新現(xiàn)象、新理論、分析測(cè)試新方法、新儀器與新軟件等為化學(xué)測(cè)量學(xué)的發(fā)展帶來(lái)新契機(jī)。探索量子調(diào)控、金屬納米超結(jié)構(gòu)、界面電荷轉(zhuǎn)移等信號(hào)增強(qiáng)機(jī)制，設(shè)計(jì)超高靈敏的光學(xué)成像探針、檢測(cè)方法、檢測(cè)裝置；發(fā)展多維、多尺度、多參量分析表征新原理與新方法；突破超強(qiáng)超短激光的瓶頸問(wèn)題，建立超精密微-納加工技術(shù)、超快光譜和超快成像技術(shù)等。對(duì)復(fù)雜的能源、生命和復(fù)雜界面進(jìn)行原位和工況狀態(tài)下的表征，推動(dòng)對(duì)這些體系的理解和優(yōu)化設(shè)計(jì)界面結(jié)構(gòu)和過(guò)程。探究局域場(chǎng)新理論，建立基于局域場(chǎng)調(diào)控的光學(xué)成像、化學(xué)反應(yīng)、分子間弱相互作用等技術(shù)并將其應(yīng)用于化學(xué)精準(zhǔn)測(cè)量。

　　3.1.2 與合成化學(xué)交叉

　　合成化學(xué)是化學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)和核心，為化學(xué)測(cè)量學(xué)提供了優(yōu)異的分子工具；同時(shí)借助化學(xué)測(cè)量學(xué)以監(jiān)測(cè)反應(yīng)過(guò)程、解析分子結(jié)構(gòu)、評(píng)價(jià)分子性能，實(shí)現(xiàn)高效、可控、精準(zhǔn)的化學(xué)合成。通過(guò)理性設(shè)計(jì)、反應(yīng)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)控，定向、可控合成功能導(dǎo)向新物質(zhì)，提供高性能的光、電、磁、熱性能的化學(xué)測(cè)量探針；建立高分子聚合過(guò)程的分子結(jié)構(gòu)表征新技術(shù)，探究組份、結(jié)構(gòu)和分子序列排布與高分子性能的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)耐極端環(huán)境高性能聚合物的可控、定向合成；發(fā)展分子組裝過(guò)程高分辨實(shí)時(shí)原位的表征手段，揭示組裝中間體構(gòu)象及組裝體系動(dòng)力學(xué)，實(shí)現(xiàn)組裝過(guò)程的高效、精準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)調(diào)控，為構(gòu)筑多級(jí)復(fù)雜組裝功能體系和探究生命體組裝提供新思路、新方法和新技術(shù)；聯(lián)合時(shí)間和空間分辨技術(shù)和瞬態(tài)研究方法，通過(guò)催化材料的精確設(shè)計(jì)和反應(yīng)活性中間體的原位探測(cè)，揭示催化劑失活的反應(yīng)機(jī)理，指導(dǎo)催化劑的合成和再生等。

　　3.1.3 與化學(xué)生物學(xué)交叉

　　化學(xué)測(cè)量學(xué)為化學(xué)生物學(xué)研究提供了有力的方法和技術(shù)，化學(xué)生物學(xué)的發(fā)展也極大地推動(dòng)了化學(xué)

　　測(cè)量學(xué)的發(fā)展。利用或發(fā)展新的光、電、磁、聲等檢測(cè)技術(shù)，從分子層面系統(tǒng)研究生物分子的結(jié)構(gòu)、

　　時(shí)空動(dòng)態(tài)變化、界面行為，建立高通量、高分辨、高靈敏的生物分析新原理與新技術(shù)，為揭示功能生物分子的構(gòu)效關(guān)系、調(diào)控機(jī)制、協(xié)同關(guān)系、化學(xué)干預(yù)等提供理論依據(jù)。該領(lǐng)域重點(diǎn)研究方向包括發(fā)展單細(xì)胞/單分子實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、精準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)，生物核磁、質(zhì)譜、分子光譜，微納芯片與多組學(xué)分析，生物納米孔測(cè)序分析，多維度、超高時(shí)空分辨生物成像技術(shù)，多模態(tài)活體原位分析，智能成像與譜學(xué)數(shù)據(jù)分析技術(shù)等。

　　3.1.4 與材料化學(xué)交叉

化學(xué)測(cè)量學(xué)是材料化學(xué)迅猛發(fā)展的基石，為化學(xué)材料結(jié)構(gòu)和性能表征及結(jié)構(gòu)-性能相關(guān)性研究提供了多尺度、多維度的分析手段，包括從微觀分子組成、微納結(jié)構(gòu)，到宏觀熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及光電磁熱性能解析等。同時(shí)，新型化學(xué)材料(高分子、納米粒子、生物材料)是化學(xué)測(cè)量學(xué)的策略與方法創(chuàng)新的源頭。發(fā)展具有高選擇性和高特異性的新型納米孔材料制備及孔內(nèi)修飾的新策略，建立納米尺度單分子(核酸、蛋白等)分析、生物分子識(shí)別、電遷移等的研究平臺(tái)；利用材料科學(xué)與工程的創(chuàng)新發(fā)展新型納米電極制備方法，搭建納米電極精確控制和信號(hào)采集裝置及設(shè)計(jì)相關(guān)軟件，實(shí)現(xiàn)活體單細(xì)胞水平的電活性分子的高時(shí)空分辨、超靈敏、動(dòng)態(tài)檢測(cè)；發(fā)展微納加工新方法，建立單細(xì)胞、單分子在線分析微裝置。

　　3.2?與其他學(xué)科交叉研究的重點(diǎn)方向

　　多學(xué)科交叉研究既是化學(xué)測(cè)量學(xué)的學(xué)科發(fā)展之源，也是其最根本的學(xué)科特征?；瘜W(xué)測(cè)量學(xué)在交叉研究領(lǐng)域具有舉足輕重的作用，隨著與包括物理學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、地球科學(xué)、信息科學(xué)、醫(yī)學(xué)等的交叉合作越發(fā)深入，其研究?jī)?yōu)勢(shì)越發(fā)明顯，極大地推動(dòng)了這些學(xué)科領(lǐng)域的前沿探索研究。近年來(lái)化學(xué)測(cè)量學(xué)與其他學(xué)科交叉研究的重點(diǎn)方向具體如下。

　　3.2.1 與物理學(xué)交叉

　　物理學(xué)是化學(xué)測(cè)量學(xué)方法創(chuàng)新的源頭學(xué)科，化學(xué)測(cè)量學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)物理學(xué)中的新原理、新概念新裝置。引入物理學(xué)新概念和新技術(shù)創(chuàng)建分析新方法，開(kāi)展新儀器原理和裝置的研究，并注重利用已建成的大科學(xué)裝置發(fā)展先進(jìn)特別是工況條件下的分析方法。發(fā)展基于量子光學(xué)的操縱新技術(shù)和精密測(cè)量新方法；建立冷原子分子氣體的高精度成像技術(shù)；突破衍射極限的光學(xué)近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)成像方法與技術(shù)；基于柔性材料的大變形、非線性本構(gòu)關(guān)系研究，發(fā)展高性能的柔性傳感器等。

　　3.2.2 與生命科學(xué)交叉

　　發(fā)展生物篩選新技術(shù)、生物物質(zhì)檢測(cè)分析新方法；建立生物大分子化學(xué)修飾的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)新技術(shù)；發(fā)展單細(xì)胞的亞結(jié)構(gòu)及生物大分子的跨尺度、系統(tǒng)分析新方法；建立單細(xì)胞多組學(xué)分析平臺(tái)；發(fā)展藥物篩選的高通量新方法，藥物代謝及其與生物分子相互作用的研究新技術(shù)；發(fā)展復(fù)雜天然產(chǎn)物的高效分離、鑒定新方法；建立食品中營(yíng)養(yǎng)成分及有害物質(zhì)快速檢測(cè)的原理及技術(shù)。

　　3.2.3 與環(huán)境化學(xué)、地球化學(xué)等結(jié)合

　　環(huán)境污染物的毒性及危害取決于其環(huán)境過(guò)程，污染物進(jìn)入環(huán)境后，通過(guò)遷移和轉(zhuǎn)化與其他環(huán)境要素和物質(zhì)發(fā)生化學(xué)的或物理的作用，會(huì)發(fā)生濃度變化或形態(tài)轉(zhuǎn)變等。利用化學(xué)測(cè)量學(xué)手段建立環(huán)境污染物的采樣新方法及定量新原理和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)污染物快速、準(zhǔn)確檢測(cè)，發(fā)展污染物生物毒理分析新技術(shù)是該領(lǐng)域重要的研究方向。另外，建立地球地質(zhì)的三維高分辨綜合分析技術(shù)，和礦物資源勘查術(shù)及形成機(jī)理研究對(duì)地球觀測(cè)和資源利用至關(guān)重要。

　　3.2.4 與數(shù)學(xué)和信息科學(xué)等交叉

　　化學(xué)測(cè)量學(xué)的新儀器開(kāi)發(fā)及運(yùn)行離不開(kāi)算法和計(jì)算機(jī)軟件控制。通過(guò)軟硬件的聯(lián)合開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)儀器精確、自動(dòng)、遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)低人力成本、高效及極端環(huán)境的數(shù)據(jù)采集；發(fā)展多維、多尺度、多模態(tài)光學(xué)表征和跨層次信息整合以及單分子成像與動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)；發(fā)展多參數(shù)亞納米級(jí)精度光學(xué)表面檢測(cè)，包括三維空間信息獲取與光譜實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)；建立多維圖像處理、重建數(shù)學(xué)建模與優(yōu)化的新技術(shù)；發(fā)展大數(shù)據(jù)的深度挖掘和智能處理，及復(fù)雜高維度信息的合成與可視分析技術(shù)等；建設(shè)各重要譜學(xué)技術(shù)的譜庫(kù)工程。

　　3.2.5 與基礎(chǔ)及臨床醫(yī)學(xué)交叉

　　化學(xué)測(cè)量學(xué)為臨床醫(yī)學(xué)診斷提供強(qiáng)有力的原理和技術(shù)支撐，整合化學(xué)測(cè)量新方法用于臨床醫(yī)學(xué)可實(shí)現(xiàn)靈敏、高效的疾病診斷和監(jiān)測(cè)。發(fā)展新發(fā)、突發(fā)疾病的快速診斷技術(shù)；研發(fā)穩(wěn)健的疾病床邊診斷新技術(shù)及其微型化設(shè)備；建立基于微納芯片的單細(xì)胞綜合分析平臺(tái)，包括單細(xì)胞獲取、培養(yǎng)、刺激反饋、動(dòng)態(tài)示蹤、多組學(xué)分析等；優(yōu)化循環(huán)靶標(biāo)富集及深度分析技術(shù)；研制高深度、多模態(tài)成像平臺(tái)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析疾病發(fā)生發(fā)展過(guò)程中分子、細(xì)胞器、細(xì)胞和組織變化；發(fā)展柔性可穿戴微傳感器，實(shí)現(xiàn)人體健康監(jiān)測(cè)和智能醫(yī)療等。

　　3.3?國(guó)際合作優(yōu)先領(lǐng)域

　　鑒于化學(xué)測(cè)量學(xué)的前沿交叉特點(diǎn)，應(yīng)鼓勵(lì)開(kāi)展廣泛的國(guó)際合作與交流。國(guó)際交流旨在吸收先進(jìn)的思想和捕捉新的研究趨勢(shì)。應(yīng)減少一般性訪問(wèn)和高投入邀請(qǐng)國(guó)外專家，逐步實(shí)現(xiàn)從“請(qǐng)進(jìn)來(lái)”向“走出去”的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變。應(yīng)及時(shí)制定和完善相關(guān)政策，鼓勵(lì)我國(guó)研究人員積極參加國(guó)際學(xué)術(shù)交流，參與國(guó)際組織并適當(dāng)發(fā)聲，使我國(guó)的化學(xué)測(cè)量學(xué)做強(qiáng)做大，做出自己的特色。

　　化學(xué)測(cè)量學(xué)開(kāi)展國(guó)際合作的需求和優(yōu)先領(lǐng)域

　　包括:

　　(1)分析儀器與核心部件研制

　　(2)影像探針的開(kāi)發(fā)與臨床應(yīng)用

　　(3)多尺度腦化學(xué)測(cè)量

　　(4)液體活檢新技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

　　(5)智能生物傳感

　　(6)多維度單細(xì)胞檢測(cè)

　　(7)納米診療理論與應(yīng)用

　　(8)食品安全在線、快速檢測(cè)新方法

　　(9)化學(xué)測(cè)量學(xué)大數(shù)據(jù)AI分析

　　(10)多組學(xué)分析

　　4? 實(shí)現(xiàn)中長(zhǎng)期及“十四五”發(fā)展戰(zhàn)略的保障措施

　　化學(xué)測(cè)量學(xué)作為化學(xué)科學(xué)的研究支撐之一，對(duì)于我國(guó)化學(xué)學(xué)科整體學(xué)術(shù)水平的提高具有現(xiàn)實(shí)意義。近20年是我國(guó)化學(xué)測(cè)量學(xué)發(fā)展最為迅速的時(shí)期，取得了突出的成績(jī)。這一時(shí)期，也是國(guó)際化學(xué)學(xué)科調(diào)整和變化最為劇烈的時(shí)期。我國(guó)科技工作者乘勢(shì)而為，不斷縮小了與國(guó)際領(lǐng)先水平的差距?！笆奈濉逼陂g，要繼續(xù)貫徹基金委“鼓勵(lì)探索、突出原創(chuàng)；聚焦前沿，獨(dú)辟蹊徑；需求牽引，突破瓶頸；共性導(dǎo)向，交叉融通”的方針，嚴(yán)格強(qiáng)調(diào)學(xué)術(shù)道德和規(guī)范，杜絕學(xué)術(shù)腐敗，遏制學(xué)術(shù)失范，不斷提高我國(guó)化學(xué)測(cè)量學(xué)的研究水平。

　　4.1?目前我國(guó)化學(xué)測(cè)量學(xué)研究領(lǐng)域比較明顯的共性問(wèn)題

　　(1)需進(jìn)一步加強(qiáng)重大原創(chuàng)性研究。與國(guó)際同行比較，我國(guó)化學(xué)測(cè)量學(xué)發(fā)表的論文數(shù)和被引用數(shù)已經(jīng)穩(wěn)居世界前列，但鮮有突出的、國(guó)際引領(lǐng)性的原創(chuàng)成果，在新概念、新儀器、新方法、新關(guān)鍵應(yīng)用上產(chǎn)生的重要成果不足?；瘜W(xué)測(cè)量學(xué)應(yīng)繼續(xù)避免內(nèi)容同質(zhì)化及跟風(fēng)和重復(fù)性的研究，避免單純追求論文的數(shù)量和所發(fā)表期刊的影響因子。

　　(2)需進(jìn)一步提高化學(xué)測(cè)量學(xué)儀器與器件研究水平?；瘜W(xué)學(xué)科的發(fā)展離不開(kāi)高水平的儀器設(shè)備及器件研制，儀器和器件的研制一直是化學(xué)測(cè)量學(xué)的基礎(chǔ)和優(yōu)勢(shì)。目前，我國(guó)還沒(méi)有投入足夠的力量從事儀器與器件的研究，大量的工作還是依靠商品化設(shè)備的常規(guī)功能，或者是簡(jiǎn)單地拼裝商品化儀器，很少?gòu)脑砩线M(jìn)行儀器的創(chuàng)新研究。應(yīng)從根本上加強(qiáng)對(duì)高水平原創(chuàng)性研究工作的支持，保持化學(xué)測(cè)量學(xué)的學(xué)科特色和優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)學(xué)科的持續(xù)發(fā)展。

　　(3)化學(xué)測(cè)量學(xué)利用測(cè)量手段解決化學(xué)的關(guān)鍵問(wèn)題，應(yīng)做到“頂天”或“立地”，沖擊化學(xué)學(xué)科的根本問(wèn)

　　題，觸及知識(shí)前沿和科學(xué)極限，或立足于需求，為解決實(shí)際瓶頸問(wèn)題提供科學(xué)的應(yīng)用方法。

　　(4)同其他學(xué)科和化學(xué)其他分支的融合尚需進(jìn)一步深入。在鼓勵(lì)交叉融通的大背景下，化學(xué)測(cè)量學(xué)研究與生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)、納米科技等熱點(diǎn)領(lǐng)域相結(jié)合，體現(xiàn)了化學(xué)測(cè)量學(xué)的基礎(chǔ)性和實(shí)用性?；瘜W(xué)測(cè)量學(xué)不應(yīng)停留在常規(guī)方法的應(yīng)用或?qū)σ延蟹椒ǖ母倪M(jìn)，應(yīng)從根本原理出發(fā)進(jìn)行深入地合作，提出新的原理，解決其他學(xué)科的難題。

　　4.2?現(xiàn)存問(wèn)題的可能原因和可能的解決方案

　　(1)學(xué)術(shù)評(píng)價(jià)方式單一，學(xué)術(shù)研究的質(zhì)量亟待提高。在過(guò)去40年中，我國(guó)化學(xué)測(cè)量學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展突飛猛進(jìn)，培養(yǎng)和造就了一大批科學(xué)研究人員，形成了完整的教育體系，成就斐然。但隨著科學(xué)研究的深入和學(xué)科體系的進(jìn)一步完善，化學(xué)測(cè)量學(xué)的研究，從基礎(chǔ)理論出發(fā)，直至日常生活的應(yīng)用，針對(duì)不同內(nèi)容、不同場(chǎng)景都可以找到重要的科學(xué)問(wèn)題，所展示的方式是多方面、多層次的。用一個(gè)簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)方式或標(biāo)準(zhǔn)予以排序，會(huì)逐漸導(dǎo)致同質(zhì)化的形成，不利于多方位的創(chuàng)新。

　　(2)人才培養(yǎng)期待新生力量。在各種人才項(xiàng)目的支持下，人才發(fā)展成績(jī)可喜，人才水平大大提高。除現(xiàn)有的人才項(xiàng)目外，對(duì)年輕科學(xué)家的扶持和支持還應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)，年齡結(jié)構(gòu)還需要優(yōu)化，不斷創(chuàng)造一個(gè)適合年輕科研力量脫穎而出的公平、合作、競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，提升總體科研能力和水平。要大力加強(qiáng)研究生教育，培養(yǎng)高水平的研究生，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不斷輸送一批理論學(xué)術(shù)過(guò)硬、應(yīng)用創(chuàng)新過(guò)硬的實(shí)用型科研人才。應(yīng)在有條件的高校中，有針對(duì)性地開(kāi)設(shè)分析儀器專業(yè)。同時(shí)加強(qiáng)科普工作，提升公眾對(duì)化學(xué)測(cè)量學(xué)和化學(xué)的了解和認(rèn)知，不斷吸引更多的青少年學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，營(yíng)造良好的社會(huì)學(xué)習(xí)氛圍。

　　(3)化學(xué)測(cè)量學(xué)是化學(xué)的核心組成部分，應(yīng)鼓勵(lì)對(duì)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的研究。目前，化學(xué)測(cè)量學(xué)領(lǐng)域尚無(wú)基礎(chǔ)科學(xué)中心和重大研究計(jì)劃項(xiàng)目，重點(diǎn)國(guó)際合作項(xiàng)目也較少?；瘜W(xué)測(cè)量學(xué)通常作為基礎(chǔ)科學(xué)的研究工具，為其他領(lǐng)域的科學(xué)問(wèn)題提供解決方案。應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)科內(nèi)的科研人員拓寬學(xué)術(shù)視野，積極應(yīng)對(duì)化學(xué)測(cè)量學(xué)面臨的更復(fù)雜的化學(xué)樣品、更微量的化學(xué)分析和更精準(zhǔn)的化學(xué)測(cè)量的時(shí)代挑戰(zhàn)，發(fā)展真正有價(jià)值的新原理、新理論、新方法和新技術(shù)，提升我國(guó)在該研究領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

　　(4)對(duì)化學(xué)測(cè)量學(xué)直接相關(guān)的關(guān)鍵器件、關(guān)鍵部件和關(guān)鍵材料的研究，要予以重視和支持。創(chuàng)新儀器研制方面，嚴(yán)重依賴商用科學(xué)儀器、獨(dú)特性分析儀器和核心技術(shù)方法發(fā)展不足、高端新分析儀器研發(fā)隊(duì)伍相對(duì)薄弱等是目前發(fā)展中存在的問(wèn)題。科學(xué)儀器的研制應(yīng)該是科學(xué)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的，必須是重要科學(xué)問(wèn)題與新儀器創(chuàng)制相結(jié)合，擺脫簡(jiǎn)單的拼裝和“項(xiàng)目-論文-結(jié)題”的套路，鼓勵(lì)科學(xué)家提高認(rèn)識(shí)，注重高端且獨(dú)特的新科學(xué)儀器的創(chuàng)制。

　　致謝

　　在國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)黨組的統(tǒng)一部署和國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)化學(xué)科學(xué)部的領(lǐng)導(dǎo)下，我們廣泛聽(tīng)取相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的意見(jiàn)建議，認(rèn)真組織起草了化學(xué)測(cè)量學(xué)“十四五”及中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，數(shù)十位專家參與了討論、撰寫和修改，如陳洪淵、汪爾康、董紹俊、譚蔚泓、李景虹、樊春海、方曉紅、李劍鋒、龍億濤、孫育杰、張曉兵、關(guān)亞風(fēng)、牛利、楊朝勇、任斌、鞠熀先、馬會(huì)民、金長(zhǎng)文、王鐵、汪樂(lè)余、聶宗秀、劉倩等，由于篇幅所限，名字就不一一列出了，我們謹(jǐn)向參與討論和起草工作的所有人員表示誠(chéng)摯的謝意!向提出意見(jiàn)建議、親自撰寫、審讀規(guī)劃草案的所有專家學(xué)者表示誠(chéng)摯的感謝！

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