核酸計量技術(shù)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(shù)儲備，可以大大提升核酸標準物質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)，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(lǐng)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，最常回答“是什么”的問題。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(guān)注“有多少”。目前，準確的定量分析結(jié)果已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床診斷、食品安全和環(huán)境檢測等領(lǐng)域，與人類的生產(chǎn)生活密不可分。此外，生命科學相關(guān)技術(shù)的推廣應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展催生了大量的計量需求：技術(shù)標準化、產(chǎn)品質(zhì)量、儀器校準等?？傮w來說，如何結(jié)合計量科學的應(yīng)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(zhì)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(wù)是建立生物技術(shù)可溯源測量系統(tǒng)，優(yōu)先考慮的是核酸測量、蛋白質(zhì)測量及其方法、分析過程的標準化以及標準物質(zhì)的研制，以便鞏固核酸和蛋白質(zhì)測量的應(yīng)用領(lǐng)域。核酸計量是生物計量研究的一個重要領(lǐng)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(zhì)研制的機構(gòu)主要有美國標準技術(shù)研究院(NIST)、歐盟委員會聯(lián)合研究中心標準物質(zhì)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(guān)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(dǎo)國際核酸計量比對工作。上海市計量測試技術(shù)研究院(以下簡稱“上海計量院”)等計量機構(gòu)則以地方產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)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(shù)研究院

病原微生物核酸檢測是預(yù)防病原微生物侵害，應(yīng)對公共衛(wèi)生事件的關(guān)鍵防線，而核酸濃度計量溯源是確保檢測結(jié)果準確、可靠的根本依據(jù)。當前，雖然以聚合酶鏈式反應(yīng)(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(zhì)、尚依賴發(fā)達國家進口、儀器計量校準和試劑盒質(zhì)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(lǐng)域核酸檢測的可靠性。

核酸計量溯源

核酸測量結(jié)果計量溯源是生物計量學科的一個重要領(lǐng)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(jié)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(lǐng)域具有重要作用，可是長期以來，微生物核酸檢測領(lǐng)域的質(zhì)量控制依賴定性標準樣品居多，而定量標準物質(zhì)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(zhì)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(jié)果的準確性。

● 質(zhì)粒DNA標準物質(zhì)

分子生物學技術(shù)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(gòu)建最高的生物計量標準。例如，質(zhì)粒DNA標準物質(zhì)是一種含有檢測目的基因的特異性片段的重組質(zhì)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(gòu)建定量分析的標準曲線。在上海計量院，質(zhì)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(shù)。將這3種方法聯(lián)合起來給質(zhì)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(zhì)粒DNA標準物質(zhì)，其中有5種是國家一級標準物質(zhì)。

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(jié)果指導(dǎo)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(shù)(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(yīng)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(jié)果必須準確(正確和精密)。

● RNA標準物質(zhì)

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(shù)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(zhì)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(zhuǎn)錄RNA標準物質(zhì)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(yù)防控制中心(CDC)公布的關(guān)鍵檢測區(qū)域，利用體外轉(zhuǎn)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(zhì)濃度進行測定。這兩個國家級病毒RNA標準物質(zhì)可以為病毒RNA檢測方法研發(fā)提供靶標;可以直接用于質(zhì)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(yù)警假陰性結(jié)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(zhì)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(guān)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(guān)組會議精神，為支撐海關(guān)入境特殊場景需求，應(yīng)海關(guān)衛(wèi)生中心要求，上海計量院研制RNA標準物質(zhì)100份，成為海關(guān)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(zhì)供給疾控、臨檢中心以及醫(yī)院檢驗科作為陽性質(zhì)控，驗證核酸檢測結(jié)果可靠性。目前的應(yīng)用單位有武漢市疾病預(yù)防控制中心、安徽省疾病預(yù)防控制中心、江西省疾病預(yù)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(fù)旦大學附屬中山醫(yī)院、中國科學技術(shù)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(gòu)提供新型冠狀病毒RNA標準物質(zhì)，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(wù)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(zhì)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(chǎn)企業(yè)，利用我院標準物質(zhì)為生產(chǎn)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(chǎn)管理過程中作為核查標準驗證產(chǎn)品質(zhì)量。標準物質(zhì)量值傳遞范圍覆蓋90%現(xiàn)有核酸試劑盒生產(chǎn)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(chǎn)企業(yè)提供計量器具校準服務(wù)，如針對PCR反應(yīng)儀、微量核酸蛋白定量儀、生化分析儀、電解質(zhì)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(jié)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(wù)，為上海地區(qū)企業(yè)的產(chǎn)品緊急注冊提供關(guān)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(shù)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(zhì)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(shù)儲備。

許麗，上海市計量測試技術(shù)研究院高級工程師，主要從事核酸標準物質(zhì)研制工作。

梁文，上海市計量測試技術(shù)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(shù)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。