第一部分：原子级制造——从学术前沿到未来产业 1.1 一个被低估的信号 2026年1月，国家自然科学基金委员会发布了《原子级制造基础研究重大研究计划》项目指南，将原子级制造定义为“在原子尺度控制材料的结构与成分，突破传统制造技术的精度极限”。工信部已将原子级制造列为重点布局的未来产业之一。 这些信号没有像AI大模型那样刷屏。但作为科研工作者，我们应该看到：这个赛道正在从学术探索走向国家战略。 1.2 从“乐高积木”到“单个原子” 理解原子级制造，可以做一个层级划分。 传统制造，比如机械加工，工作尺度在毫米到微米，最小单位像“乐高积木”。纳米制造，比如28纳米、14纳米的芯片制程，最小单位像“沙粒”。而原子级制造，工作尺度在0.1到0.5纳米，最小单位是单个原子。 当我们能够在原子尺度上精准控制材料，就能制造出性能提升10倍、100倍的芯片，能量密度翻倍的新能源材料，以及真正可控的量子器件。 1.3 分子机器：原子级制造的终极形态 这里我想举一个更具想象力的例子——分子机器。 2016年，诺贝尔化学奖授予了三位科学家，表彰他们在分子机器领域的开创性工作。什么是分子机器？科学家用76个分子构建了一个分子马达——这个马达比头发丝还要细万倍，但它可以旋转、可以做功。更惊人的发现是：一滴燃料，可以让这个分子马达持续运转100年。 还有分子导弹——在原子尺度上设计的药物递送系统，可以精准识别癌细胞，将药物定向输送，不伤害正常细胞。还有纳米士兵——原子级制造的纳米机器人，可以在人体血管中巡逻，识别并清除病原体。 这些技术听起来像科幻，但它们已经在实验室里成为现实。而在医学领域，我们已经看到了过渡形态：比如胶囊胃镜，患者吞下一颗胶囊大小的内窥镜，它就能在消化道内拍摄图像。下一代技术将是能够在体内自主移动、定点释放药物的纳米机器人。再比如精准靶向治疗——传统化疗会杀死所有快速分裂的细胞，导致脱发、恶心等副作用。而原子级制造的药物载体，可以做到“只认癌细胞、不伤好细胞”。 那么问题来了：这些分子马达、纳米士兵、纳米机器人——我们如何看见它们？如何操控它们？如何验证它们确实按照我们的设计在工作？ 答案指向同一个工具：原子力显微镜。 第二部分：原子力显微镜——原子级制造的“眼睛”和“手” 2.1 双重角色：既看见，又操控 原子力显微镜在原子级制造技术体系中扮演着两个不可替代的角色。

第一，它是原子级测量的“眼睛”。 传统的电子显微镜需要真空环境，样品必须导电，而且高能电子束可能损伤样品。但原子力显微镜不同——它通过探针与样品表面原子之间的相互作用力来成像，可以在大气、液体、变温等多种环境下工作，实现对样品表面的原子级分辨率观察。 第二，它是原子级操控的“手”。 原子力显微镜不仅可以“看”，还可以“动”。通过精确控制探针与原子之间的相互作用力，可以实现单原子的拾取、移动、释放。也就是说，构建分子马达、制造纳米士兵、操控纳米机器人的基本操作，都需要原子力显微镜来完成。 2.2 topnano的产品定位与技术基础 基于这样的技术定位，我们topnano开发了完整的原子力显微镜产品线。 我们的BASIC AFM系列，采用主机集成化设计，扫描探头和样品台集成一体，抗干扰能力强。横向分辨率达到0.2纳米，纵向分辨率达到0.05纳米——这意味着我们可以在指甲盖大小的面积上，识别出直径不到头发丝百万分之一的凸起。 我们升级了光学辅助观察系统的特色产品——BASIC AFM-OZ光学变倍定制款。它配备了1.2到8倍的光学连续变倍系统，完全由电脑控制，同时具备高清正视和侧视显微成像，实现样品精准找点定位。这在半导体缺陷定位、生物样品筛选等场景中非常实用。 在工业检测方面，我们正在开发工业级原子力显微镜与白光干涉显微镜联用的综合检测仪器。白光干涉显微镜擅长快速获得大面积的三维形貌，原子力显微镜提供纳米级的精细表征。两者结合，可以实现从宏观到原子级的多尺度检测——特别适用于半导体晶圆的表面粗糙度测量、缺陷识别、台阶高度标定等场景。 我们的设备还配备了智能进针系统、7英寸高清触摸屏、弹簧悬挂防震系统，以及金属屏蔽隔音箱。这些设计的共同目标只有一个：让原子级测量变得更稳定、更易用、更可靠。 2.3 国产替代的战略必要性 当前，高端原子力显微镜市场90%以上被进口品牌占据。在半导体产线、国家级科研平台等核心场景，这一比例甚至接近100%。 这意味着什么？原子级制造是国家战略。而测量和操控原子尺度的“眼睛”和“手”如果受制于人，整个产业链的基础就不稳固。因此，原子力显微镜的国产替代，不是商业选择，而是战略必需。 它关乎产业链安全、技术自主与创新主权。国产AFM的突破，不仅填补了高端仪器空白，更打通了从材料研发、工艺验证到量产监控的全链条闭环。唯有掌握核心测量能力，才能真正实现从“跟跑”到“并跑”，再到“领跑”的跃迁。 第三部分：topnano的国产替代实践——从“能用”到“好用” 3.1 三阶段替代模型 topnano的替代路径，可以概括为一个三阶段模型。 第一阶段：能用。 对标进口核心指标，确保基础成像能力不输。我们实现了原子级分辨率、闭环扫描控制、主流扫描模式全覆盖。 第二阶段：可用。 优化稳定性和易用性，降低用户门槛。我们引入了一键光斑对准、智能探针逼近、远程诊断等功能。 第三阶段：好用。 在服务和场景定制上形成差异化优势。我们建立了本地化快速响应体系，并为半导体、新材料等场景开发了专项模式。 3.2 半导体场景：重复性加服务 在半导体场景中，用户的四个核心痛点是：停产成本高、重复性要求严、产线节拍紧、售后响应慢。 我们在某功率半导体晶圆厂进行了实测。连续10次扫描，关键尺寸偏差控制在0.5%以内，热漂移速率低于0.1纳米每分钟，全部达到行业标准。同时，我们的工业级原子力显微镜与白光干涉显微镜联用方案，正在该客户的生产线上进行在线缺陷检测的验证。 客户给出了一句评价：“最初只是作为备用机，三个月后成了主力。不是因为便宜，而是因为我们产品的重复性可靠，运行稳定，工程师响应速度超快。” 在半导体领域，“好用”的定义不是参数高1%，而是出了问题能多快解决。这是本土品牌的天然优势。 3.3 新材料与医学前沿场景 在新材料领域，我们做了两个专项优化。 一是超低力轻敲模式。对于二维材料、高分子等“娇气”样品，最小设定点低于0.5纳牛，有效避免样品损伤。这种技术同样可以应用于生物样品的无损成像——为未来的纳米医学应用，也就是我们前面提到的纳米机器人的观测与操控，奠定基础。 二是大范围扫描台。一次覆盖面积大，检测效率有显著提升。 在医学前沿方向，原子力显微镜的价值尤其突出。无论是表征纳米药物载体的尺寸和形貌，还是观察分子马达在液体环境中的运转状态，或者验证纳米士兵是否按照设计工作——原子力显微镜都是不可或缺的验证工具。我们的超低力成像模式和液下成像能力，正是为这些应用做的技术储备。 3.4 小结 总结一下，topnano在三个方向上完成了从“能用”到“好用”的验证： · 半导体场景：重复性与服务能力通过产线验证 · 新材料场景：低力与大范围模式满足多样化需求 · 医学前沿：为纳米医学提供表征与操控的技术平台 结语：从“看见原子”到“操控原子” 原子级制造是国家战略。从分子马达到纳米士兵，从胶囊胃镜到精准靶向治疗——这些曾经只存在于科幻中的场景，正在原子力显微镜的“眼睛”和“手”下变成现实。 原子力显微镜是原子级制造不可替代的核心工具。国产替代不是口号，而是每一次扫描、每一次服务、每一次客户说“再来一台”的积累。 topnano已经在这条路上走出了从“能用”到“好用”的关键一步。我们拥有BASIC AFM系列、光学变倍定制款、工业级综合检测仪器的完整产品线。我们愿意与各位科学工作者一起，把“中国造”写到原子级制造的时代进程中，也写到纳米医学的未来图景里。TOP NANO 拓宏纳米   专注原子力显微镜，赋能交叉科学创新 来源|TOP NANO  编辑|ECHO-26      审核|行者      责编|ECHO-26 📧 技术咨询：18049963053