核酸計量技術為未來可能發(fā)生的公共衛(wèi)生緊急核酸檢測需求提供計量技術儲備，可以大大提升核酸標準物質定值準確度，擴展病毒核酸標物的覆蓋范圍。

生命科學的量值以分子為最小單元，以物質的量摩爾(mol)為基本單位，以阿伏伽德羅常數(shù)(NA)來計算，1摩爾是精確包含6.022 140 76×1023(約為6.02×1023)個原子或分子等基本單元的系統(tǒng)的物質的量。從重新定義的國際單位制布局圖來看，我們可以看出物質的量摩爾相對獨立。因此，在實際的生物計量研究中，一個核心的挑戰(zhàn)就是發(fā)展生物標準物質，實現(xiàn)生物檢測過程與國際單位的量值溯源。

生物計量

生物計量是計量科學領域的新成員，最早的生命科學研究僅限于現(xiàn)象和趨勢的觀察，最?；卮稹笆鞘裁础钡膯栴}。然而，隨著分子生物學的發(fā)展，生物定量測量變得越來越重要，大家開始關注“有多少”。目前，準確的定量分析結果已經(jīng)廣泛應用于臨床診斷、食品安全和環(huán)境檢測等領域，與人類的生產生活密不可分。此外，生命科學相關技術的推廣應用和產業(yè)發(fā)展催生了大量的計量需求：技術標準化、產品質量、儀器校準等?？傮w來說，如何結合計量科學的應用進行生物的準確測量是擺在計量研究人員面前緊迫而艱巨的工作。

生物計量學早在1999年第21屆國際計量大會就被提上日程。隨后，物質的量咨詢委員會(CCQM)成立了生物分析工作組(BAWG)。該工作組的主要任務是建立生物技術可溯源測量系統(tǒng)，優(yōu)先考慮的是核酸測量、蛋白質測量及其方法、分析過程的標準化以及標準物質的研制，以便鞏固核酸和蛋白質測量的應用領域。核酸計量是生物計量研究的一個重要領域，是為了支持核酸測量的可比性、有效性和溯源性，最終使測量可溯源到國際單位制。目前，國際上從事核酸標準物質研制的機構主要有美國標準技術研究院(NIST)、歐盟委員會聯(lián)合研究中心標準物質與測量研究院(IRMM)、英國政府化學實驗室(LGC)、德國聯(lián)邦材料測試研究院、澳大利亞國家測量院等。核酸計量的發(fā)展在中國同樣引起了很大的關注。中國計量科學研究院組建生物計量研究團隊，取得豐碩的研究成果，多次參與或者主導國際核酸計量比對工作。上海市計量測試技術研究院(以下簡稱“上海計量院”)等計量機構則以地方產業(yè)需求為導向，搭建具有特色的核酸計量研究平臺。

上海市計量測試技術研究院

病原微生物核酸檢測是預防病原微生物侵害，應對公共衛(wèi)生事件的關鍵防線，而核酸濃度計量溯源是確保檢測結果準確、可靠的根本依據(jù)。當前，雖然以聚合酶鏈式反應(PCR)為代表的核酸檢測方法發(fā)展迅速，但是完整的計量溯源體系仍有欠缺，表現(xiàn)為缺乏高水平絕對定量方法、尚無病原微生物核酸標準物質、尚依賴發(fā)達國家進口、儀器計量校準和試劑盒質量控制受到阻礙等?？傊?，病原微生物核酸濃度量值在溯源到國際單位制(SI)的時候困難重重，影響了公共衛(wèi)生安全領域核酸檢測的可靠性。

核酸計量溯源

核酸測量結果計量溯源是生物計量學科的一個重要領域，其目標是實現(xiàn)核酸濃度量值與國際基本單位的鏈接，確保每一個核酸檢測結果的準確可靠和等效一致。病原微生物核酸檢測在公共衛(wèi)生領域具有重要作用，可是長期以來，微生物核酸檢測領域的質量控制依賴定性標準樣品居多，而定量標準物質非常少，并且由于核酸計量溯源整體研究水平的限制，缺乏高準確度核酸定量參考測量方案，現(xiàn)有的標準物質也存在不確定度較大的問題。由于不確定的累計原理，最終會影響公共衛(wèi)生測量結果的準確性。

● 質粒DNA標準物質

分子生物學技術為我們提供了分子制造手段，又通過高準確度的參考定值方法，我們能夠獲得可靠的濃度量值，從而可以構建最高的生物計量標準。例如，質粒DNA標準物質是一種含有檢測目的基因的特異性片段的重組質粒分子，在PCR定性檢測中可以作為陽性對照，在定量PCR中可以作為定量分析的標準品，構建定量分析的標準曲線。在上海計量院，質粒DNA的定值采用了3種方法以保證其量值的準確性：紫外分光光度法、高分辨率電感耦合等離子體光譜分析(HR-ICP-MS)法、數(shù)字PCR技術。將這3種方法聯(lián)合起來給質粒DNA定值，可有效保障標準量值準確度性、溯源性。上海計量院先后研制了30種質粒DNA標準物質，其中有5種是國家一級標準物質。

2020年，新型冠狀病毒肺炎疫情給核酸檢測帶來了巨大挑戰(zhàn)。新型冠狀病毒核酸分析以病毒RNA為測量目標，通過核酸含量檢測結果指導臨床判斷，其準確性對疫情防控具有重要意義。作為一種特殊的測量器具，必須通過計量溯源來確保其必要的測量能力。GB/T 21415—2008(ISO 17511)對體外診斷技術(試劑和器械)在測量生物量的過程中所涉及的計量學溯源性做出明確的說明：為了使檢驗醫(yī)學量的測量得到正確的醫(yī)學應用，不論在何時何地都具有可比性，量必須有明確的定義，報告給醫(yī)生或者其他衛(wèi)生人員及患者的結果必須準確(正確和精密)。

● RNA標準物質

為了給病毒核酸檢測提供可靠的計量支撐，上海計量院在上海市科學技術委員會支持下，在上海市市場監(jiān)督管理局協(xié)同指揮下，與上海交通大學及其附屬仁濟醫(yī)院優(yōu)勢學科力量合作，啟動了新型冠狀病毒RNA標準物質研發(fā)項目，研究高準確度RNA數(shù)字PCR絕對定量方法，研制了兩種“新型冠狀病毒體外轉錄RNA標準物質GBW(E)091111/091112”，以新型冠狀病毒E、N和ORF1ab三個基因為目標，涵蓋世界衛(wèi)生組織(WHO)和中國疾病預防控制中心(CDC)公布的關鍵檢測區(qū)域，利用體外轉錄方法制備，采用數(shù)字PCR方法對新型冠狀病毒RNA標準物質濃度進行測定。這兩個國家級病毒RNA標準物質可以為病毒RNA檢測方法研發(fā)提供靶標;可以直接用于質量控制，對核酸試劑盒靈敏度、線性范圍以及靶向基因區(qū)域等進行確認;也可以為檢測實驗室提供RNA陽性伴隨樣品，預警假陰性結果的出現(xiàn)，為病毒RNA檢測提供量值溯源的“砝碼”。截至目前，這兩個國家級病毒RNA標準物質已經(jīng)向全國120多家單位提供樣品1300余份，為疫情防控作出多方面貢獻，具體體現(xiàn)在以下5個方面。

第一，助力海關把好“國門”。根據(jù)2020年4月9日上海市新型冠狀病毒肺炎疫情防控科技攻關組會議精神，為支撐海關入境特殊場景需求，應海關衛(wèi)生中心要求，上海計量院研制RNA標準物質100份，成為海關篩選合格試劑盒標準，提升了核酸檢測數(shù)據(jù)可靠性，為防止境外輸入漏檢提供了計量支撐。

第二，RNA標準物質供給疾控、臨檢中心以及醫(yī)院檢驗科作為陽性質控，驗證核酸檢測結果可靠性。目前的應用單位有武漢市疾病預防控制中心、安徽省疾病預防控制中心、江西省疾病預防控制中心、重慶市臨床檢驗中心、上海市東方醫(yī)院吉安醫(yī)院、上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院、復旦大學附屬中山醫(yī)院、中國科學技術大學附屬第一醫(yī)院(安徽省立醫(yī)院)、中國科學院大學寧波華美醫(yī)院等。

第三，在疫情發(fā)生第一時間為15所科研機構提供新型冠狀病毒RNA標準物質，為檢測新方法建立提供了靶標，支撐國家和上海防疫科技專項，服務清華大學、上海交通大學、湖南大學等高校。例如，湖南大學譚尉泓院士團隊成功建立了RNA分析方法并將成果輸出國外，對上海計量院研制的標準物質給予高度評價。此外，上海計量院與上海仁度生物科技有限公司合作承擔上海科委專項，研發(fā)唯一獲批的RNA高通量檢測方法。

第四，支持全國83家試劑盒生產企業(yè)，利用我院標準物質為生產線的標準樣品賦值，從而滿足GB/T 21415要求，實現(xiàn)了試劑盒的計量溯源，提速試劑盒的注冊，在試劑盒生產管理過程中作為核查標準驗證產品質量。標準物質量值傳遞范圍覆蓋90%現(xiàn)有核酸試劑盒生產企業(yè)，如上海之江生物科技股份有限公司和上海捷諾生物科技有限公司。

第五，疫情期間，上海計量院為200家生物檢測實驗室以及試劑盒生產企業(yè)提供計量器具校準服務，如針對PCR反應儀、微量核酸蛋白定量儀、生化分析儀、電解質分析儀、多功能酶標儀、尿液分析儀、流式細胞儀等。上海計量院還為多家疾控中心提供新型冠狀病毒核酸檢測儀器校準，確保核酸檢測一線實驗室結果計量溯源。此外，上海計量院為多家試劑盒企業(yè)開展PCR校準服務，為上海地區(qū)企業(yè)的產品緊急注冊提供關鍵計量溯源支撐。

上海計量院團隊還將持續(xù)開展病毒核酸計量溯源技術研究，擴展分子長度，提升靶向適用性;發(fā)展并優(yōu)化高準確度絕對定量方法，提升核酸標準物質定值準確度;擴展病毒核酸標物的覆蓋范圍，為未來可能發(fā)生的公共衛(wèi)生緊急核酸檢測需求提供計量技術儲備。

許麗，上海市計量測試技術研究院高級工程師，主要從事核酸標準物質研制工作。

梁文，上海市計量測試技術研究院高級工程師，主要從事核酸分析測試、數(shù)字PCR分析工作。

劉剛，上海市計量測試技術研究院教授級高級工程師，主要從事生物計量、生物傳感研究工作。