核酸计量技术及标准物质研究进展

髙运华; 费悦; 王志栋; 卢嵩; 陈娴; 王迪

doi:10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0231

核酸计量技术及标准物质研究进展

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0231

中国计量科学研究院，北京 100029

基金项目: 国家市场监督管理总局技术保障专项（2022YJ13）。

详细信息

作者简介:
髙运华：高运华（1972-），中国计量科学研究院研究员，研究方向：核酸计量技术及标准，邮箱：gaoyh@nim.ac.cn

中图分类号: TB99
计量
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出版历程
- 收稿日期: 2023-10-12
- 录用日期: 2023-11-13
- 修回日期: 2023-12-01
- 网络出版日期: 2023-12-04
- 刊出日期: 2023-09-18

Advancements in Nucleic Acid Metrology Techniques and Certified Reference Materials

National Institute of Metrology, Beijing 100029, China

摘要

摘要: 新冠疫情防控，第一次将核酸及其检测技术使每个普通大众所熟知。疫情的发生和防控客观上促进了核酸检测技术及产品的快速发展和质量提升，也促进了核酸计量技术和标准物质研究快速发展，研究人员也对其提出了新的要求。综述了当前核酸定性定量测量技术的原理、特点和应用前景，解析了其在核酸计量研究方面的应用缺陷和发展潜力。另外，对核酸标准物质研制情况也进行了系统综述，分析了标准物质的种类、定值技术发展、领域应用需求。展望了核酸计量技术和标准物质发展面临的机遇和挑战。
- 计量学 /
- 新冠疫情 /
- 核酸 /
- 检测技术 /
- 标准物质
Abstract: During the COVID-19 pandemic, nucleic acid and its detection technologies became widely recognized among the general population, driven by the need for effective prevention and control measures. This period saw rapid advancements in nucleic acid testing technologies and products, boosting their quality and development. Consequently, there has been an increased focus on improving nucleic acid metrology technologies and the development of certified reference materials, with researchers setting new benchmarks. This review summarizes the current principles, features, and prospective applications of qualitative and quantitative nucleic acid measurement technologies. It highlights the existing shortcomings and potential for growth in nucleic acid metrology research. Moreover, the article systematically reviews the development of nucleic acid certified reference materials, analyzing the varieties, valuation techniques, and field application demands. Finally, the review discusses the emerging opportunities and challenges facing the evolution of nucleic acid metrology technology and certified reference materials.
- metrology /
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- detection technology /
- certified reference materials

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图 1 核酸标准物质统计分析

Figure 1. Statistical analysis of nucleic acid certified reference materials

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表 1 核酸测量技术

Table 1. Nucleic acid measurement techniques

	测量技术		测量原理	样本类型	定性特性	定量特性	经济适用性
1	分光光度法	紫外分光光度法	紫外吸收特性、朗伯比尔定律定量	长链核酸、寡聚核苷酸、核苷酸	260 nm最大吸收，特征光谱定性，OD260/OD280比值纯度判定	吸光度值定量，无需外标。干扰因素多，粗略定量。	无需其他辅助试剂，消耗低，适用性强
1	分光光度法	荧光分光光度发	荧光强度与核酸含量呈正比，外标准定量	长链核酸、寡聚核苷酸	不能定性	荧光强度值定量，需目标分析物相同或类似标准物质做外标，干扰因素较紫外少，定量准确度较紫外高	需特定波长荧光染料和辅助试剂，消耗高，适用性中
2	色谱法	高效液相色谱法	核苷酸含量与色谱峰面积呈正比，外标准定量	寡聚核苷酸、核苷酸	保留时间定性寡聚核苷酸和核苷酸、核苷酸特征光谱定性	标准曲线法定量，需目标分析物相同或类似标准物质做外标，大分子核酸需要酶解或酸解成小分子定量	需特定色谱柱、毛细管柱、离子色谱柱和辅助试剂、匹配标准物质，消耗高、适用性中
		高效毛细管电泳法
		离子色谱法
3	光谱法	液相色谱-电感耦合等离子体光谱法	核酸磷元素特征谱线和强度，和标准相比，外表定量	长链核酸、寡聚核苷酸、核苷酸	不能定性	标准曲线法定量，需目标分析物相同或类似标准物质做外标，大分子核酸需要酶解或酸解成小分子定量	需特定色谱柱、辅助试剂和匹配标准物质，消耗高、适用性中
4	质谱法	液相色谱-同位素稀释质谱法	核苷酸特征组成、分子量和含量，和标准相比，外表定量	长链核酸、寡聚核苷酸、核苷酸	不能定性	标准曲线法定量，需目标分析物相同或类似标准物质做外标和同位素内标，大分子核酸需要酶解或酸解成小分子定量	需特定色谱柱、辅助试剂和匹配标准物质，消耗高、适用性弱
		液相色谱-电感耦合等离子体质谱法	核酸磷元素特征谱线和强度，和标准溶液相比，外表定量	长链核酸、寡聚核苷酸、核苷酸	不能定性	标准曲线法定量，需目标分析物相同或类似标准物质做外标，大分子核酸需要酶解或酸解成小分子定量	需特定色谱柱、辅助试剂和匹配标准物质，消耗高，适用性弱
		基质辅助激光解析质谱法	基于核苷酸组成和分子量	寡聚核苷酸、核苷酸	定性测定短片段核酸序列	测定短寡聚DNA 分子量大小	需特定辅助试剂，消耗中、适用性弱
5	PCR法	定性PCR法	基于碱基特异性互补配对原则，目标核酸（基因）初始含量和扩增荧光强度呈比例关系	目标核酸（基因）	定性目标核酸（基因）有无	结合电泳相对定量	需特异性引物、扩增试剂，消耗少、适用性强
		实时荧光定量PCR法				标准曲线法定量，需目标分析物相同或类似标准物质做外标准	需特异性引物和探针、扩增试剂，消耗中、适用性强
		数字PCR法				根据阳性反应单位个数定量，无需外标准	需特异性引物和探针、扩增试剂，消耗高、适用性强
6	电泳法	平板电泳-凝胶成像法	基于紫外吸收特性	长链核酸、寡聚核苷酸	迁移距离，定相对分子大小	电泳条带亮度，相对定量	需特异性染料，匹配电泳试剂和凝胶，消耗低、适用性强
6	电泳法	毛细管/芯片电泳法	荧光染料分子与核酸分子特定结合。强度与核酸分子数量呈正比	寡聚核苷酸	迁移距离，定相对分子大小	电泳条带宽窄或峰面积大小，参照内标定量	需特异性荧光染料，专用试剂盒和耗材，消耗高、适用性中
7	序列测定法	桑格序列测定法(一代测序法)	双脱氧终止法测序	序列测定、片段长度测定	序列标称特性量测定，测序读长短，单次准确度高	不能定量	需专用测序试剂盒和耗材，消耗高、适用性弱
		下一代序列测定法（二代测序法）	引入可逆终止末端，边合成边测序，通过捕捉DNA复制过程中新添加的碱基所携带的特殊标记来确定DNA序列	序列测定	序列标称特性量测定，测序读长短，单次准确度低	不能定量	需专用测序试剂盒和耗材，消耗高、适用性中
		单分子测序法（三代测序法）	根据DNA 分子进入纳米孔道时阻断电流的变化进行测序	序列测定	序列标称特性量测定，测序读长长，单次准确度较高	不能定量	需专用测序试剂盒和耗材，消耗高、适用性中

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