全球首個生物納米磁珠國際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布（一）
2021年10月，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織官方網(wǎng)站發(fā)布了第一個生物納米磁珠國際標(biāo)準(zhǔn)：ISO/TS 19807-2:2021納米技術(shù)-磁性納米材料-第2部分：核酸提取用納米結(jié)構(gòu)磁珠特性和測量方法規(guī)范，該標(biāo)準(zhǔn)對規(guī)范和推動磁珠在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要的意義。本標(biāo)準(zhǔn)由國家納米科學(xué)中心承擔(dān)秘書處的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織納米技術(shù)委員會材料規(guī)格工作組（ISO/TC229/WG4）提出并組織，由蘇州海貍生物醫(yī)學(xué)工程有限公司任輝博士和德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究院（PTB）的科學(xué)家Uwe Steinhoff博士聯(lián)合主導(dǎo)，經(jīng)過多次會議討論和投票，
2021 年 11 月，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織官方網(wǎng)站發(fā)布了第一個生物納米磁珠國際標(biāo)準(zhǔn)：ISO/TS 19807-2:2021 納米技術(shù) - 磁性納米材料 - 第 2 部分：核酸提取用納米結(jié)構(gòu)磁珠特性和測量方法規(guī)范，該標(biāo)準(zhǔn)對規(guī)范和推動磁珠在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要的意義。
本標(biāo)準(zhǔn)由國家納米科學(xué)中心承擔(dān)秘書處的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織納米技術(shù)委員會材料規(guī)格工作組（ISO/TC229/WG4）提出并組織，由蘇州海貍生物醫(yī)學(xué)工程有限公司任輝博士和德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究院（PTB）的科學(xué)家 Uwe Steinhoff 博士聯(lián)合主導(dǎo)，經(jīng)過多次會議討論和投票，歷時五年半順利完成。
本期，我們將深入報道該標(biāo)準(zhǔn)項目的研究經(jīng)歷和指導(dǎo)意義。
一、國際標(biāo)準(zhǔn)的制定流程
國際標(biāo)準(zhǔn)的制定有比較成熟的流程，按照 ISO/IEC 導(dǎo)則，主要包括七個階段，以下是每個階段及對應(yīng)的文件名稱：
1、預(yù)研階段：Preliminary work item (PWI) 預(yù)研工作項目
2、提案階段：New work item proposal (NP) 新工作項目提案
3、準(zhǔn)備階段：Working draft(s) （WD）工作草案
4、委員會階段：Committee draft(s) （CD）委員會草案
5、征詢意見階段：Enquiry draft （DTS）征詢意見草案
6、批準(zhǔn)階段：Final draft international standard （FDIS）最終國際標(biāo)準(zhǔn)草案
7、出版階段：International standard （ISO）國際標(biāo)準(zhǔn)
二、納米磁珠國際標(biāo)準(zhǔn)制定的背景
2010 年以來，我國分子診斷行業(yè)，尤其是以二代測序為核心的基因檢測行業(yè)得到突飛猛進的發(fā)展，全國超過 1000 家企業(yè)從事基因檢測相關(guān)的產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)，同時，以游離 DNA、CTC 和外泌體為代表的無創(chuàng)產(chǎn)前診斷技術(shù)和液體活檢技術(shù)成為子診斷企業(yè)和資本追捧的技術(shù)路線。納米磁珠在基因組 DNA 提取，尤其是超微量 DNA/RNA 的高效富集中優(yōu)勢顯著，且具有高通量和自動化的方法優(yōu)勢，逐漸被廣泛采用。納米磁珠最早是由挪威科學(xué)家 John Ugelstad (1921-1997) 教授于 1976 年成功合成出來，其后在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也有 30 多年的時間，但是一直沒有相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范性能指標(biāo)和檢測方法。在這種形勢下，由我國主導(dǎo)提出納米磁珠的國際標(biāo)準(zhǔn)，對于提升我國生物耗材產(chǎn)業(yè)的質(zhì)量控制、推動分子診斷的發(fā)展都具有重要的意義。
經(jīng)過國內(nèi)的醞釀和充分準(zhǔn)備，2016 年 5 月，ISO/TC229/WG4 工作組召集人葛廣路研究員邀請任輝博士赴日本京都參加 ISO/TC229 年會，并進行了核酸提取用納米磁珠的立項陳述。由于準(zhǔn)備充分，得到了現(xiàn)場專家們的一致支持，列入工作組計劃。隨后于當(dāng)年 10 月 25 日截止的預(yù)研項目（Preliminary Work Item, PWI）投票中，36 個國家專家參與，21 票贊成，0 票反對，順利立項，成立起草組；其中 10 個國家提名了 14 位專家參與這個項目，分別來自中國、德國、伊朗、日本、馬來西亞、墨西哥、俄羅斯、南非、英國和美國，說明這個項目的立項意義受到廣泛關(guān)注。2016 年 11 月在新加坡舉辦的 ISO/TC229 年會上，經(jīng) WG4 工作組秘書處組織協(xié)調(diào)，德國 PTB 納米磁性顆粒研究專家 Uwe Steinhoff 博士欣然接受邀請，與任輝博士聯(lián)合主導(dǎo)本項目的研究。
三、納米磁珠標(biāo)準(zhǔn)制定過程中的里程碑
里程碑階段一： NP 新工作項目提案通過投票
在進一步修訂、完善納米磁珠預(yù)研工作項目（ISO/PWI 22761）文稿的同時，起草組調(diào)研了全球 15 家納米磁珠生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品資料，2017 年先后經(jīng)歷了柏林會議和首爾會議，深入討論了 165 條專家意見和修改建議，專家意見主要集中在磁珠相關(guān)納米技術(shù)的具體表述、超順磁性微球的定義和性能指標(biāo)，并重新確定了項目的適用范圍從游離核酸提取拓展到核酸提取。2018 年 3 月 WG4 工作組秘書處向 TC229 納米技術(shù)委員會提交了新工作項目提案（NP）。
2018 年 9 月份完成 NP 投票，由來自全球 32 個國家的專家參加了投票，以 16 票贊成、0 票反對、16 票棄權(quán)的結(jié)果順利通過 NP 立項，項目編號 ISO/NP TS 19807-2，并嚴格給出了 36 個月的時間窗口，即要求 2021 年 9 月前正式發(fā)布。
2017 年 11 月 13 日 ISO TC229 首爾會議納米磁珠項目技術(shù)討論現(xiàn)場
里程碑階段二：委員會草案 CD 通過
正式立項后，納米磁珠項目受到產(chǎn)業(yè)界的一致矚目，2018 年 11 月份在馬來西亞首都吉隆坡舉行的 ISO TC229 會議納米磁珠項目專場，超過 40 位專家參加了現(xiàn)場技術(shù)討論，其中包括美國 FDA 派來的三位專家。針對工作草案 WD，第一階段收到了 166 條專家意見和修改意見，第二階段于 2019 年 2 月又新增了 162 條專家意見。這 328 條專家意見主要集中在納米磁珠特性的描述、定義及測量方法上。有時一個名詞、一個定義要反復(fù)討論半個小時以上， 經(jīng)起草組申請，WG4 秘書處多次為該項目增加組織線上技術(shù)專家討論會，歷時 8 個月，最后在悉尼會議上，與會專家經(jīng)過激烈討論最終達成階段性共識，進入委員會階段（Committee draft , CD）。本階段的專家們主要來自中國、德國、美國、韓國、日本、英國、奧地利、伊朗、盧森堡和澳大利亞等，他們專業(yè)審慎的意見和嚴謹?shù)膽B(tài)度給了這項工作非常重要的支持和幫助。
2018 年 11 月 2 日馬來西亞吉隆坡 ISO TC229 年末會議 納米磁珠項目技術(shù)討論現(xiàn)場
里程碑階段三：最終國際標(biāo)準(zhǔn)草案 FDIS 通過
基于 WG4 工作組、標(biāo)準(zhǔn)起草組和所有參與專家的高效和辛勤的工作，2019 年 10 月完成了征詢意見草案 DTS 投票，34 個國家參加了投票，17 票贊成，1 票不贊成，16 票棄權(quán)，得以順利通過。同時，該項目收到了 218 條針對 DTS 征詢意見草案的專家意見。該項目的研制隨后經(jīng)歷了 2019 年 11 月杭州會議、疫情影響改為線上視頻會議的 2020 年 5 月會議，以及 2020 年 11 月份會議。隨后，WG4 臨時為該標(biāo)準(zhǔn)項目增加了 7 個小時的線上討論會，共深入討論了 420 條專家意見，最終將該項目推進到最終國際標(biāo)準(zhǔn)草案 FDIS。2021 年 4 月 12 日，F(xiàn)DIS 草案稿最終確定；2021 年 8 月 20 日國際標(biāo)準(zhǔn) / 技術(shù)規(guī)范（ISO/TS）文稿最終修改確定；2021 年 10 月國際標(biāo)準(zhǔn) / 技術(shù)規(guī)范 ISO/TS 19807-2：2021 正式發(fā)布。
最終，這項生物用納米磁珠國際標(biāo)準(zhǔn)，歷時 5 年半，共收到 926 條專家意見，參與了 7 次 ISO TC229 年會的專題項目討論會，5 次線上國際專家專項討論會，最終按照 ISO 秘書處的時間窗口，如期完成。
四、納米磁珠國際標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容
ISO/TS 19807-2:2021 納米磁珠國際標(biāo)準(zhǔn)對影響核酸提取結(jié)果的核心特性如磁珠濃度、磁珠粒徑分布、核酸結(jié)合能力、剩余磁化強度、表面官能團類型、飽和磁化強度等進行了詳細、明確的定義，提出了標(biāo)準(zhǔn)化的檢測方法；
Table 1 — Critical characteristics of magnetic beads to be measured
| Characteristics | Measurement method | Relevant standards |
| Bead mass concentration | Gravimetry and oven drying | ISO 11358-1[20] |
| Bead size distribution | DLS [21]-[24] | ISO 22412[25] |
| SEM [21],[23] | ISO 19749[26] | |
| TEM [21]-[23] | ISO 21363[27] | |
| Ultrasonic attenuation spectroscopy [28] | ISO 20998-1[29] | |
| ISO 20998-3[30] | ||
| Electrical sensing zone [31] | ISO 13319-1[32] | |
| Nucleic acid binding capacity | UV-Vis spectrometry[33],[34] | ISO 21571[35] |
| Real-time PCR[36],[37] | ISO 21571[35] | |
| Agarose gel electrophoresis[38] | ISO 21571[35] | |
| Remanent mass magneti- zation | SQUID magnetometry [39],[40] | |
| VSM [21],[22],[41] | ||
| Surface functional group type | IR [21],[24],[42] | |
| XPS | ISO 20903[43] | |
| Saturation mass magnet- ization | SQUID magnetometry | |
| VSM |
同時，給出了一些附加特性建議，如：對初始磁化率、保存懸浮液中鐵離子濃度、質(zhì)量比表面積、基本磁性納米粒子的尺寸、表面官能團密度進行了詳細、明確的定義，提出了標(biāo)準(zhǔn)化的檢測方法。
| Characteristics | Measurement method | Relevant standards |
| Initial magnetic mass susceptibility | VSM | |
| SQUID magnetometry | ||
| Iron ion concentration | ICP-OES [44] | ISO 11885[45] |
| Mass specific surface area | Gas adsorption method [46],[47] | ISO 9277 [48] |
| ISO 18757[49] | ||
| Size of primary magnetic nanoparticles | TEM | ISO 21363[27] |
| Surface functional group density | Conductometric titration |
未來幾期，我們將詳細介紹納米磁珠國際標(biāo)準(zhǔn)中明確的各項特性及測量方法。
五、納米磁珠標(biāo)準(zhǔn)制定的重要意義
近 10 年來，納米磁珠技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用到臨床分子診斷、免疫分析、食品安全檢測、藥物分析以及癌癥診療等領(lǐng)域。尤其是 2019 年底以來，全球新冠疫情爆發(fā)和傳播，利用納米磁珠進行核酸提取展現(xiàn)出的高通量和自動化的方法優(yōu)勢，在病毒核酸檢測行業(yè)的需求呈現(xiàn)爆發(fā)性增長，使得大批量的樣本處理和快速檢測得以實現(xiàn)。
但是，納米磁珠作為分析檢測行業(yè)的關(guān)鍵原材料，其行業(yè)發(fā)展還遠未達到應(yīng)具備的工業(yè)化成熟度。首先，納米磁珠技術(shù)是兼有物理技術(shù)、化學(xué)合成及生物應(yīng)用等多學(xué)科交叉的平臺型技術(shù)，其工藝步驟多而復(fù)雜，大規(guī)模量產(chǎn)尤其困難。其次，不同研究或生產(chǎn)單位的制備技術(shù)顯示出多樣性，納米磁珠的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)和表面基團特征均可展現(xiàn)出多樣性。第三，納米磁珠的應(yīng)用方向可拓展性非常廣泛，其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的特性不僅與制備工藝和本身結(jié)構(gòu)有關(guān)系，一些實際應(yīng)用效果也極大地依賴于使用條件和環(huán)境，比如核酸提取過程中，各種緩沖液很大程度上決定了目標(biāo)核酸的提取量和質(zhì)量；還有一部分應(yīng)用是特異性標(biāo)記和捕獲應(yīng)用的，其性能也很大程度上受到特異性抗體或者配體及反應(yīng)條件的影響。因此，納米磁珠技術(shù)和產(chǎn)品的規(guī)格化和工業(yè)化進程是一個長期、漫長的過程，是需要各國的行業(yè)專家們共同推進的目標(biāo)。
目前的現(xiàn)狀是，不同生產(chǎn)廠家提供的納米磁珠產(chǎn)品性能標(biāo)識，大多未提供測量方法，因此使用廠家或監(jiān)管機構(gòu)難以比較不同廠家的產(chǎn)品或驗證特性，原料檢驗是否合格幾乎只能靠小樣測試。因此，一份可以普遍接受的納米磁珠規(guī)格和測試的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)是確保產(chǎn)品質(zhì)量和客戶信心的必然要求。納米磁珠國際標(biāo)準(zhǔn)研究制定的初衷即于此，對納米磁珠的特性表述和測量測定真正變得 “有法可依”。
納米磁珠國際標(biāo)準(zhǔn)不僅讓中國生物工程材料自主品牌有機會參與到國際標(biāo)準(zhǔn)的制定工作中，同時也加強了中德學(xué)術(shù)界和工業(yè)界在納米磁珠領(lǐng)域的交流與合作，有望成為中德標(biāo)準(zhǔn)化合作帶動企業(yè)發(fā)展的典范。
六、本 ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)主導(dǎo)單位 —— 海貍公司簡介
海貍公司是由任輝博士 2011 年創(chuàng)立的，是國內(nèi)最早從事納米磁性材料技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)之一，相繼入選蘇州工業(yè)園區(qū)科技領(lǐng)軍（納米專項），蘇州市 “姑蘇人才計劃” 和江蘇省 “雙創(chuàng)計劃”。經(jīng)過 10 年的發(fā)展，海貍向市場提供了近百種納米磁珠產(chǎn)品，應(yīng)用方向涉及到生物及化學(xué)研究、分子診斷、免疫診斷、食品藥品安全監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、免疫細胞治療和靶向藥物開發(fā)等領(lǐng)域。海貍磁珠憑借其卓越的品質(zhì)，受到了全球近 30 個國家、300 家企業(yè)和 1000 家科研機構(gòu)的認可和好評，被國際科學(xué)文獻引用 300 多次，BEAVER 也是 2019 年入選國際 BioChip 雜質(zhì)關(guān)于 “IVD 及細胞治療領(lǐng)域功能性微球大規(guī)模商業(yè)化產(chǎn)品” 綜述的國產(chǎn)品牌。海貍公司 2016 年參與了中國計量科學(xué)研究院主導(dǎo)的國家重點研發(fā)計劃重點專項 “精準(zhǔn)醫(yī)療重大疾病體外診斷試劑及生物藥物的計量基標(biāo)準(zhǔn)研究”，2019 年承擔(dān)了江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化專項，2020 年發(fā)布的中國醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《核酸提取試劑盒（磁珠法）》（YY/T 1717-2020），海貍公司是 10 家起草單位中僅有的納米磁性生產(chǎn)企業(yè)。
海貍公司一直積極參與國內(nèi)和國際納米磁珠相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定和建立。隨著 ISO/TS 19807-2:2021 國際標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布后，海貍公司將協(xié)助政府有關(guān)部門積極推動納米磁珠的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的建立和國際標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)的推廣普及，使納米磁性材料可以更加標(biāo)準(zhǔn)、有效的服務(wù)于各行各業(yè)。
