核酸计量技术为未来可能发生的公共卫生紧急核酸检测需求提供计量技术储备，可以大大提升核酸标准物质定值准确度，扩展病毒核酸标物的覆盖范围。

生命科学的量值以分子为最小单元，以物质的量摩尔(mol)为基本单位，以阿伏伽德罗常数(NA)来计算，1摩尔是精确包含6.022 140 76×1023(约为6.02×1023)个原子或分子等基本单元的系统的物质的量。从重新定义的国际单位制布局图来看，我们可以看出物质的量摩尔相对独立。因此，在实际的生物计量研究中，一个核心的挑战就是发展生物标准物质，实现生物检测过程与国际单位的量值溯源。

生物计量

生物计量是计量科学领域的新成员，最早的生命科学研究仅限于现象和趋势的观察，最常回答“是什么”的问题。然而，随着分子生物学的发展，生物定量测量变得越来越重要，大家开始关注“有多少”。目前，准确的定量分析结果已经广泛应用于临床诊断、食品安全和环境检测等领域，与人类的生产生活密不可分。此外，生命科学相关技术的推广应用和产业发展催生了大量的计量需求：技术标准化、产品质量、仪器校准等。总体来说，如何结合计量科学的应用进行生物的准确测量是摆在计量研究人员面前紧迫而艰巨的工作。

生物计量学早在1999年第21届国际计量大会就被提上日程。随后，物质的量咨询委员会(CCQM)成立了生物分析工作组(BAWG)。该工作组的主要任务是建立生物技术可溯源测量系统，优先考虑的是核酸测量、蛋白质测量及其方法、分析过程的标准化以及标准物质的研制，以便巩固核酸和蛋白质测量的应用领域。核酸计量是生物计量研究的一个重要领域，是为了支持核酸测量的可比性、有效性和溯源性，最终使测量可溯源到国际单位制。目前，国际上从事核酸标准物质研制的机构主要有美国标准技术研究院(NIST)、欧盟委员会联合研究中心标准物质与测量研究院(IRMM)、英国政府化学实验室(LGC)、德国联邦材料测试研究院、澳大利亚国家测量院等。核酸计量的发展在中国同样引起了很大的关注。中国计量科学研究院组建生物计量研究团队，取得丰硕的研究成果，多次参与或者主导国际核酸计量比对工作。上海市计量测试技术研究院(以下简称“上海计量院”)等计量机构则以地方产业需求为导向，搭建具有特色的核酸计量研究平台。

上海市计量测试技术研究院

病原微生物核酸检测是预防病原微生物侵害，应对公共卫生事件的关键防线，而核酸浓度计量溯源是确保检测结果准确、可靠的根本依据。当前，虽然以聚合酶链式反应(PCR)为代表的核酸检测方法发展迅速，但是完整的计量溯源体系仍有欠缺，表现为缺乏高水平绝对定量方法、尚无病原微生物核酸标准物质、尚依赖发达国家进口、仪器计量校准和试剂盒质量控制受到阻碍等。总之，病原微生物核酸浓度量值在溯源到国际单位制(SI)的时候困难重重，影响了公共卫生安全领域核酸检测的可靠性。

核酸计量溯源

核酸测量结果计量溯源是生物计量学科的一个重要领域，其目标是实现核酸浓度量值与国际基本单位的链接，确保每一个核酸检测结果的准确可靠和等效一致。病原微生物核酸检测在公共卫生领域具有重要作用，可是长期以来，微生物核酸检测领域的质量控制依赖定性标准样品居多，而定量标准物质非常少，并且由于核酸计量溯源整体研究水平的限制，缺乏高准确度核酸定量参考测量方案，现有的标准物质也存在不确定度较大的问题。由于不确定的累计原理，最终会影响公共卫生测量结果的准确性。

● 质粒DNA标准物质

分子生物学技术为我们提供了分子制造手段，又通过高准确度的参考定值方法，我们能够获得可靠的浓度量值，从而可以构建最高的生物计量标准。例如，质粒DNA标准物质是一种含有检测目的基因的特异性片段的重组质粒分子，在PCR定性检测中可以作为阳性对照，在定量PCR中可以作为定量分析的标准品，构建定量分析的标准曲线。在上海计量院，质粒DNA的定值采用了3种方法以保证其量值的准确性：紫外分光光度法、高分辨率电感耦合等离子体光谱分析(HR-ICP-MS)法、数字PCR技术。将这3种方法联合起来给质粒DNA定值，可有效保障标准量值准确度性、溯源性。上海计量院先后研制了30种质粒DNA标准物质，其中有5种是国家一级标准物质。

2020年，新型冠状病毒肺炎疫情给核酸检测带来了巨大挑战。新型冠状病毒核酸分析以病毒RNA为测量目标，通过核酸含量检测结果指导临床判断，其准确性对疫情防控具有重要意义。作为一种特殊的测量器具，必须通过计量溯源来确保其必要的测量能力。GB/T 21415—2008(ISO 17511)对体外诊断技术(试剂和器械)在测量生物量的过程中所涉及的计量学溯源性做出明确的说明：为了使检验医学量的测量得到正确的医学应用，不论在何时何地都具有可比性，量必须有明确的定义，报告给医生或者其他卫生人员及患者的结果必须准确(正确和精密)。

● RNA标准物质

为了给病毒核酸检测提供可靠的计量支撑，上海计量院在上海市科学技术委员会支持下，在上海市市场监督管理局协同指挥下，与上海交通大学及其附属仁济医院优势学科力量合作，启动了新型冠状病毒RNA标准物质研发项目，研究高准确度RNA数字PCR绝对定量方法，研制了两种“新型冠状病毒体外转录RNA标准物质GBW(E)091111/091112”，以新型冠状病毒E、N和ORF1ab三个基因为目标，涵盖世界卫生组织(WHO)和中国疾病预防控制中心(CDC)公布的关键检测区域，利用体外转录方法制备，采用数字PCR方法对新型冠状病毒RNA标准物质浓度进行测定。这两个国家级病毒RNA标准物质可以为病毒RNA检测方法研发提供靶标;可以直接用于质量控制，对核酸试剂盒灵敏度、线性范围以及靶向基因区域等进行确认;也可以为检测实验室提供RNA阳性伴随样品，预警假阴性结果的出现，为病毒RNA检测提供量值溯源的“砝码”。截至目前，这两个国家级病毒RNA标准物质已经向全国120多家单位提供样品1300余份，为疫情防控作出多方面贡献，具体体现在以下5个方面。

第一，助力海关把好“国门”。根据2020年4月9日上海市新型冠状病毒肺炎疫情防控科技攻关组会议精神，为支撑海关入境特殊场景需求，应海关卫生中心要求，上海计量院研制RNA标准物质100份，成为海关筛选合格试剂盒标准，提升了核酸检测数据可靠性，为防止境外输入漏检提供了计量支撑。

第二，RNA标准物质供给疾控、临检中心以及医院检验科作为阳性质控，验证核酸检测结果可靠性。目前的应用单位有武汉市疾病预防控制中心、安徽省疾病预防控制中心、江西省疾病预防控制中心、重庆市临床检验中心、上海市东方医院吉安医院、上海交通大学医学院附属瑞金医院、复旦大学附属中山医院、中国科学技术大学附属第一医院(安徽省立医院)、中国科学院大学宁波华美医院等。

第三，在疫情发生第一时间为15所科研机构提供新型冠状病毒RNA标准物质，为检测新方法建立提供了靶标，支撑国家和上海防疫科技专项，服务清华大学、上海交通大学、湖南大学等高校。例如，湖南大学谭尉泓院士团队成功建立了RNA分析方法并将成果输出国外，对上海计量院研制的标准物质给予高度评价。此外，上海计量院与上海仁度生物科技有限公司合作承担上海科委专项，研发唯一获批的RNA高通量检测方法。

第四，支持全国83家试剂盒生产企业，利用我院标准物质为生产线的标准样品赋值，从而满足GB/T 21415要求，实现了试剂盒的计量溯源，提速试剂盒的注册，在试剂盒生产管理过程中作为核查标准验证产品质量。标准物质量值传递范围覆盖90%现有核酸试剂盒生产企业，如上海之江生物科技股份有限公司和上海捷诺生物科技有限公司。

第五，疫情期间，上海计量院为200家生物检测实验室以及试剂盒生产企业提供计量器具校准服务，如针对PCR反应仪、微量核酸蛋白定量仪、生化分析仪、电解质分析仪、多功能酶标仪、尿液分析仪、流式细胞仪等。上海计量院还为多家疾控中心提供新型冠状病毒核酸检测仪器校准，确保核酸检测一线实验室结果计量溯源。此外，上海计量院为多家试剂盒企业开展PCR校准服务，为上海地区企业的产品紧急注册提供关键计量溯源支撑。

上海计量院团队还将持续开展病毒核酸计量溯源技术研究，扩展分子长度，提升靶向适用性;发展并优化高准确度绝对定量方法，提升核酸标准物质定值准确度;扩展病毒核酸标物的覆盖范围，为未来可能发生的公共卫生紧急核酸检测需求提供计量技术储备。

许丽，上海市计量测试技术研究院高级工程师，主要从事核酸标准物质研制工作。

梁文，上海市计量测试技术研究院高级工程师，主要从事核酸分析测试、数字PCR分析工作。

刘刚，上海市计量测试技术研究院教授级高级工程师，主要从事生物计量、生物传感研究工作。