光镊悬浮单颗粒测量技术
一、成果简介
大气PM2.5污染治理是我国生态文明建设与经济高质量发展深度融合的核心任务，紧密联系着能源结构优化与工业绿色转型。我国PM2.5治理虽然已经取得了很大的成效，但目前PM2.5全国年均值（30微克/立方米）仍然是国家一级标准的2倍，世界卫生组织指导值的6倍。当前我国二氧化硫减排到了较低的水平，但PM2.5中硫酸盐依然占较大的比例，进一步降低中、轻度雾霾污染水平的难度更大，关键瓶颈在于中、轻度污染成因更不明晰，急需精确的测量仪器，在真实大气环境条件下，获得气溶胶液滴表面加速反应动力学参数及其对各种因素的依赖性。光镊悬浮液滴精密测量仪（Optwee-100）就是满足这种要求的，在单液滴水平上揭秘雾霾污染非均相过程的关键仪器。
光镊悬浮液滴精密测量仪（Optwee-100）将气溶胶光镊、受激拉曼、受激弹性散联用技术深度融合，实现PM2.5尺度单液滴在可控条件下的蒸发、凝聚、反应过程原位测量，获取液滴半径、组成、浓度、折射率精确数据，以此阐明了我国颗粒物污染硫酸盐的快速生成机制，以此阐明了我国颗粒物污染硫酸盐的快速生成机制，进一步利用Optwee 100,可推进悬浮单液滴在光化学、有机气溶胶反应动力学等方面的精确研究，从而为解决中轻度霾污的瓶颈问题提供基础数据。解决中轻度霾污的瓶颈问题。
重要前期成果包括：（1）获得国家自然科学基金重大仪器项目的资助；（2）以532nm激光器作为捕获液滴的捕获光源和受激拉曼激发源，实现了2.7-10微米半径范围的液滴的精确测量，在二氧化硫与单液滴表面加速反应动力学研究中取得突破，提出了我国雾霾硫酸盐形成的新机制；（3）蓝光LED受激弹性散射半径测量技术：以蓝光LED照射悬浮液滴，作为弹性散射的激发光，获得高信噪比的受激弹性散射信号，突破液滴传统基于受激拉曼方法的检测极限，半径测量下限达到1.4微米，时间分辨可以达到毫秒，为单液滴动态观测提供了更宽的应用场景。（4）激光捕获与蓝光LED弹性散射测量相结合，开发具有商业价值、低成本的微液滴传感器。
仪器的关键创新点包括：（1）高精度：半径精度优于1纳米；（2）直接测量法：测量液滴散射信号的回音壁共振模式，由米氏散射理论直接反演出液滴的半径和折射率；（3）用蓝光LED光源点亮单液滴，半径测量下限达到1.4微米，时间分辨率可达1毫秒；（4）长达1周时间的稳定悬浮，给出静稳天气中轻度雾霾形成过程的精确动力学数据；（5）真实大气条件：实现ppb量级污染气体非均相反应的传感。
Optwee-100的进一步开发将为大气环境科学研究提供拥有自主知识产权的高、精、尖专业仪器，具有重要的战略价值。进一步完善微液滴雾霾传感器，拓展仪器的应用范围，使精密仪器走出实验室。提高工程化、智能化水平，形成可网络布点的新型雾霾检测仪器，判别PM2.5污染快速增长的类别与成因，保障大气雾霾深度减排与治理的一地一策。
图1.光镊悬浮单颗粒测量技术原理样机
二、应用领域
我国大气霾污染中、轻度污染条件下的深化治理难题。在真实大气污染条件下，揭示PM2.5形成的氧化剂是什么、为什么加快、发生在哪里等问题，推动雾霾研究从“气溶胶集群”粗放测量升级到“单个悬浮液滴”精准测量，获得大气霾污染基于第一性原理的认识。真实场景应用方面，发展微液滴雾霾传感器，使精密仪器走出实验室，实现真实大气单液滴监测，是本成果战略价值的重要体现。
本成果的潜在合作对象包括多个国内外知名科研机构和企业。
三、市场前景
光镊悬浮液滴精密测量仪（Optwee-100）针对当前商品化气溶胶光镊（BIRAL AOT-100）在测量尺寸大于真实PM2.5、时间分辨率低、不具备空间分辨、以及难以走出实验等关键痛点，定向突破，实现真实PM2.5尺寸的高时间与空间分辨测量，推进仪器小型化，提升便携度，为真实大气的单液滴传感检测部署提供技术基础。Optwee-100的关键测量指标超过市场成熟仪器（即AOT-100），达到国际领先水平。
Optwee-100的核心竞争力包括：
（1）完全自主化：仪器从工程设计、软件设计已完全实现自主化，核心技术已形成全链条知识产权?；ぬ逑?，形成单液滴悬浮技术护城河。
（2）高精度与高灵敏度：在液滴粒径、折射率、空间分辨、与时间分辨的检测限达到国际领先；在大气雾霾液滴老化过程中，是实时跟踪气溶胶表界面反应机制、非平衡过程等动态变化的最灵敏的测量技术。
（4）真实条件测量：创新光学与工程设计，实现了单液滴真实大气浓度、真实PM2.5尺度、以及真实老化时间尺度的稳定测量，是目前国内外最稳定可靠的单液滴测量方法。
（5）高量产与应用潜力：基于技术自主化，通过仪器国产化与小型化设计，降低了对进口元器件的依赖，提高了仪器一体化与便携程度，降低了维护成本和风险，为精密仪器走入真实环境提供了量产与应用保障。
（6）前期基础扎实：本仪器获得国家自然基金委国家重大科研仪器研制项目资助，并已与多个科研机构和企业建立合作关系，为后续的市场推广和技术转化奠定了良好的基础。
四、知识产权
1、知识产权为北京理工大学单独持有；
2、本项目已授权专利6项、申请中4项；
3、拥有自主软件。
五、合作方式
合作开发、技术许可、作价入股或其它方式。
六、对接方式
（1）合作意向方联系北理工技术转移中心；
（2）北理工技术转移中心沟通了解意向方情况；
（3）会同成果完成团队与意向方共同研讨合作方案。
北京理工大学技术转移中心
电话：010-68914920
邮箱：bitttc@bit.edu.cn
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（本成果信息更新于2025年4月15日）