為核酸檢測(cè)提供標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)
——訪2013級(jí)星友、上海計(jì)量院教授級(jí)高工劉剛

劉剛

2020年悄然過(guò)半，全球范圍內(nèi)新冠病毒肆虐、疫情蔓延的勢(shì)頭未減。為防止疫情再次暴發(fā)，無(wú)癥狀感染者及其傳播風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越受到重視。國(guó)家衛(wèi)健委從4月1日起將無(wú)癥狀感染者列入疫情通報(bào)內(nèi)容，采取了加大篩查力度，擴(kuò)大檢測(cè)范圍等措施。同時(shí)，根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）介紹，此次發(fā)現(xiàn)的新型冠狀病毒是過(guò)去從未在人體中發(fā)現(xiàn)的新型冠狀病毒（SARS-CoV-2），能否快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出病毒，成為防控的關(guān)鍵。作為最終確診的關(guān)鍵性技術(shù)，核酸檢測(cè)發(fā)揮了極其重要的作用。但核酸檢測(cè)本身的準(zhǔn)確性也成為公眾高度關(guān)切的問(wèn)題，急需建立核酸濃度量值的溯源和質(zhì)控依據(jù)。在這個(gè)當(dāng)口，上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院（以下簡(jiǎn)稱“上海計(jì)量院”）傳來(lái)好消息：上海研制的“新冠病毒體外轉(zhuǎn)錄RNA標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)”被批準(zhǔn)為國(guó)家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，依據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制規(guī)范，連接國(guó)家級(jí)計(jì)量單位的核酸濃度量值，為新冠病毒核酸檢測(cè)試劑盒提供濃度量值的評(píng)價(jià)依據(jù)。至此，上海計(jì)量院作為華東大區(qū)級(jí)計(jì)量機(jī)構(gòu)，成功建立了新冠病毒體外轉(zhuǎn)錄RNA濃度的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，為地方的試劑盒企業(yè)、研發(fā)機(jī)構(gòu)和一線檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室提供有力的計(jì)量支持，目前推廣到了全國(guó)范圍，申請(qǐng)使用這一標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的機(jī)構(gòu)和企業(yè)超過(guò)100家，發(fā)放標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)超過(guò)1 000瓶。

該成果的發(fā)布，使得一直處在幕后為社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技進(jìn)步做出不可或缺貢獻(xiàn)的上海計(jì)量院，特別是該院布局多年的生物計(jì)量研究工作廣受關(guān)注。本期受訪星友劉剛就是上海計(jì)量院生物計(jì)量領(lǐng)域的學(xué)科帶頭人。

劉剛，上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院化學(xué)所生物計(jì)量創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，全國(guó)生物計(jì)量技術(shù)委員會(huì)以及全國(guó)生化檢測(cè)標(biāo)委會(huì)委員。從疫情暴發(fā)至今，他和他的團(tuán)隊(duì)以生物計(jì)量為利器，在國(guó)家和人民最需要的時(shí)候，研制出國(guó)家級(jí)新冠病毒體外轉(zhuǎn)錄RNA標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，提高了核酸檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，為實(shí)現(xiàn)新冠病毒核酸檢測(cè)從“有沒(méi)有”，到“好不好”再到“準(zhǔn)不準(zhǔn)”的提升做出重要貢獻(xiàn)，彰顯了上海計(jì)量領(lǐng)域科研攻關(guān)和質(zhì)量基礎(chǔ)保障的實(shí)力。

這位通過(guò)提供核酸檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來(lái)守衛(wèi)大眾健康的“幕后英雄”，面對(duì)我們的時(shí)候仿佛是面對(duì)著攝像機(jī)鏡頭，談及自己，含蓄低調(diào)，談及工作，滔滔不絕。

“人要有壓力，壓力會(huì)激發(fā)人的潛能，去挑戰(zhàn)自己，去發(fā)現(xiàn)更強(qiáng)大的自己”

1982年，劉剛出生于山東青島。父親是改革開(kāi)放初期鄉(xiāng)鎮(zhèn)集體企業(yè)干部、老黨員，母親是農(nóng)民。劉剛這樣介紹自己：很內(nèi)向，社交能力不強(qiáng)，天賦平平，不是那種很聰明的人，只是比較努力，后來(lái)慢慢覺(jué)得自己邏輯能力還可以，也很愿意和別人合作。劉剛完全是在農(nóng)村的環(huán)境里接受的中小學(xué)教育，來(lái)自人均教育資源相對(duì)匱乏的高考大省，異常殘酷的選拔競(jìng)爭(zhēng)伴隨他大部分求學(xué)過(guò)程。2000年，劉剛被華東理工大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)錄取。18歲的劉剛一頭扎進(jìn)大學(xué)校園里，在浩瀚的知識(shí)海洋中孜孜以求，培養(yǎng)更加自主的學(xué)習(xí)能力。大三開(kāi)始，正式接觸到實(shí)驗(yàn)室工作，畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)以“納米催化材料在有害氣體處理中的應(yīng)用研究”為題目，開(kāi)展了初步的試驗(yàn)探索工作，“回過(guò)頭來(lái)看，盡管當(dāng)時(shí)科學(xué)能力是非常有限的，但這個(gè)過(guò)程對(duì)思維和動(dòng)手能力的培養(yǎng)讓我受益匪淺。”他總是以“有趣”來(lái)描述大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室經(jīng)歷，這可能也啟發(fā)了后來(lái)他對(duì)于科研的興趣和追求。

真正走進(jìn)科學(xué)研究的大門(mén)是在2003年，劉剛獲得保研名額，赴中科院上海應(yīng)用物理研究所（以下簡(jiǎn)稱“應(yīng)物所”）樊春海老師那里開(kāi)展碩博研究工作。當(dāng)時(shí)樊老師以中科院人才計(jì)劃從美國(guó)回國(guó)初建課題組，開(kāi)展生物傳感和生物納米前沿研究。面對(duì)幾乎全新的知識(shí)領(lǐng)域，劉剛擔(dān)心自己的工科背景難以勝任。樊老師鼓勵(lì)他說(shuō)，對(duì)于交叉學(xué)科研究，最重要的是探索興趣和學(xué)習(xí)能力。就這樣劉剛成為一名碩博連讀學(xué)生，從頭學(xué)習(xí)分子生物學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，在樊老師的指導(dǎo)下以核酸傳感檢測(cè)為目標(biāo)，進(jìn)入到了廣闊的科學(xué)研究世界。

“樊老師帶我領(lǐng)略了世界科技前沿勝景，引我入核酸生物傳感之門(mén)”

上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院化學(xué)所生物計(jì)量團(tuán)隊(duì)

隨著分子生物學(xué)、基因組學(xué)的發(fā)展，人們更深入了解到核酸不僅僅是一種遺傳信息的載體，它更是一種優(yōu)良的分子工具，具有無(wú)可比擬的生物兼容性，穩(wěn)定可編程的結(jié)構(gòu)信息，高度專一的識(shí)別功能，尤其是在生物傳感檢測(cè)領(lǐng)域，為我們展示了廣闊的可能性，時(shí)至今日，不管是已經(jīng)廣泛應(yīng)用的臨床診斷試劑，還是最前沿的框架核酸、生物納米機(jī)器人研究，核酸作為分子工具仍然廣受關(guān)注。劉剛的博士研究，聚焦于核酸分子在電化學(xué)傳感界面的自組裝、構(gòu)型構(gòu)象調(diào)控和傳感模型設(shè)計(jì)。這個(gè)研究方向既包含了分子構(gòu)型變化理論預(yù)期設(shè)計(jì)，又需要基于電化學(xué)分析裝置、材料，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)結(jié)果的探索和驗(yàn)證。研究過(guò)程有很多困難需要克服，為了拓展多通道電化學(xué)傳感方向，劉剛和導(dǎo)師一起從頭動(dòng)手搭建檢測(cè)裝置，設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案每一個(gè)細(xì)節(jié)，最終的成果發(fā)表于著名化學(xué)期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（JACS）；為了實(shí)現(xiàn)納米電極核酸組裝，劉剛赴廈門(mén)大學(xué)田中群院士課題組學(xué)習(xí)材料制備，回到課題組之后，發(fā)展了納米界面核酸組裝和檢測(cè)，成果發(fā)表在納米材料頂級(jí)雜志《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）。作為一個(gè)“愿意動(dòng)手嘗試的工科生”，劉剛非常喜歡這樣的研究工作，最終也以中科院百優(yōu)論文的成績(jī)順利結(jié)束博士學(xué)習(xí)。科學(xué)研究的前沿探索充滿未知的挑戰(zhàn)，需要沉心靜氣的思考，持續(xù)不斷的嘗試，當(dāng)然也需要一點(diǎn)點(diǎn)運(yùn)氣。

筆者曾在十幾年前對(duì)樊春海老師做過(guò)啟明星訪問(wèn)，當(dāng)時(shí)就對(duì)應(yīng)物所（其前身上海原子核所）李民乾、胡鈞、樊春海等一批科學(xué)家矢志于分子操縱、生物傳感、納米科技等交叉科學(xué)研究的見(jiàn)識(shí)、勇氣和取得的成就倍感興奮。這次有機(jī)會(huì)“逮”到樊老師的第一位碩博研究生劉剛，馬上就想讓他談?wù)劗?dāng)年受業(yè)于樊老師的一些感受。“我是樊老師最早的團(tuán)隊(duì)成員，從最初連組會(huì)報(bào)告都戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢的學(xué)生，到離開(kāi)團(tuán)隊(duì)組建自己的課題組，直到現(xiàn)在仍然和樊老師有密切的合作，導(dǎo)師對(duì)于我學(xué)習(xí)與工作生涯的影響非常大，無(wú)法用只字片語(yǔ)來(lái)總結(jié)。回想起來(lái)最重要的是兩個(gè)方面:第一，老師帶我進(jìn)入了一個(gè)新的核酸生物傳感學(xué)科，建立全新的知識(shí)體系，開(kāi)闊了視野，這也是當(dāng)下我們開(kāi)展核酸生物計(jì)量研究的一個(gè)重要基礎(chǔ)；第二，學(xué)習(xí)如何選擇有意義的研究方向，怎么做出有價(jià)值的科研成果，不僅要時(shí)刻跟蹤世界前沿領(lǐng)域，了解科學(xué)發(fā)展方向，從而知道學(xué)科發(fā)展的關(guān)鍵挑戰(zhàn)和創(chuàng)新意義所在，同時(shí)還要關(guān)心社會(huì)需求，讓科學(xué)研究真正支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展。樊老師經(jīng)常會(huì)引用《易經(jīng)》中的 ‘取乎其上，得乎其中’ 的話，讓我們永遠(yuǎn)要有一個(gè)高于現(xiàn)實(shí)的目標(biāo)，這些年來(lái)我就是一直按照老師的要求在激勵(lì)自己。”

同樣，無(wú)論在實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建之初搭建科研團(tuán)隊(duì)時(shí)，還是后面的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，劉剛對(duì)科研的領(lǐng)悟能力和動(dòng)手能力給樊春海留下深刻的印象，讓他預(yù)見(jiàn)到了劉剛從事交叉科學(xué)研究的潛質(zhì)。這其中就包括了劉剛讀博時(shí)就涉及的核酸分析領(lǐng)域的工作。

2009年，博士畢業(yè)的劉剛來(lái)到上海計(jì)量院，希望通過(guò)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的連接，推動(dòng)核酸生物傳感前沿成果的技術(shù)應(yīng)用，這與當(dāng)時(shí)方興未艾的生物計(jì)量研究需求不謀而合。從那時(shí)起劉剛開(kāi)始了一個(gè)全新的生物計(jì)量實(shí)驗(yàn)室的搭建。“量值溯源是通過(guò)一條具有規(guī)定不確定度的不間斷的比較鏈，使測(cè)量結(jié)果或測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的值能夠與規(guī)定的參考標(biāo)準(zhǔn)（通常是國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)或國(guó)際計(jì)量基準(zhǔn)）聯(lián)系起來(lái)的特性。生物計(jì)量研究則主要關(guān)注生物定量測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性，其目的是通過(guò)研發(fā)高度準(zhǔn)確的參考測(cè)量方法和生物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，使得生物測(cè)量結(jié)果可以直接溯源到國(guó)際單位制（SI），實(shí)現(xiàn)量值統(tǒng)一。如果把“核酸測(cè)量”過(guò)程比作“用天平稱量物品”，那么核酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)就是可靠的“砝碼”，它把準(zhǔn)確的量值傳遞到檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)測(cè)量工具的質(zhì)控和溯源。

核酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)攻堅(jiān)，在學(xué)科交叉的界面“閑庭信步”

核酸檢測(cè)是預(yù)防病原微生物侵害的關(guān)鍵防線，因此其結(jié)果準(zhǔn)確性非常重要，按照ISO17511，歐盟Directive 98/79/EC，GB/T 21415等國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)/導(dǎo)則要求，建立量值傳遞有助于實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可追溯，可以從根本上提升室間一致性，結(jié)果可靠性，避免公共衛(wèi)生安全領(lǐng)域出現(xiàn)誤判、錯(cuò)判導(dǎo)致的安全事件和經(jīng)濟(jì)損失。然而病原微生物核酸檢測(cè)領(lǐng)域的計(jì)量溯源是生物計(jì)量學(xué)科的重大挑戰(zhàn)，計(jì)量溯源體系還有待建設(shè)，高靈敏度、高準(zhǔn)確度的核酸絕對(duì)定量方法以及微生物核酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)都很缺乏，病原微生物核酸濃度溯源到國(guó)際單位制的過(guò)程存在困難。為建立病原微生物核酸計(jì)量溯源鏈條，劉剛帶領(lǐng)課題組開(kāi)展了系統(tǒng)的計(jì)量溯源研究，包括核酸參考測(cè)量方法，病原微生物核酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，核酸分析儀器計(jì)量校準(zhǔn)應(yīng)用等，尤其是疫情期間，緊急研制新冠病毒RNA標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，解決試劑盒質(zhì)控的技術(shù)難題，在公共衛(wèi)生領(lǐng)域廣泛應(yīng)用并得到良好反饋。

新冠病毒RNA國(guó)家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

核酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究是生物計(jì)量領(lǐng)域的科研制高點(diǎn)，也是劉剛2009年加盟上海計(jì)量院后就希望做的事。十年耕耘，成果累累。但如果不是這次新冠疫情牽引出的核酸檢測(cè)質(zhì)量的認(rèn)定難題，上海計(jì)量院生物計(jì)量團(tuán)隊(duì)所做的工作或許不會(huì)為公眾所了解，生物計(jì)量的價(jià)值也不會(huì)被更多的人所知悉。趁這次采訪劉剛星友的機(jī)會(huì)，我們對(duì)劉剛及其團(tuán)隊(duì)在生物計(jì)量領(lǐng)域所做的工作及其突出成績(jī)給讀者做簡(jiǎn)要介紹。

劉剛所帶領(lǐng)的上海計(jì)量院化學(xué)所生物計(jì)量實(shí)驗(yàn)室主要工作是系統(tǒng)研究生物分析領(lǐng)域量值溯源方案，包括生物樣品標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制以及生物儀器計(jì)量校準(zhǔn)能力建設(shè)，最終為生物分析檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室提供方法、樣品、校準(zhǔn)服務(wù)。到目前為止，實(shí)驗(yàn)室成果發(fā)表SCI論文30余篇，3次獲得省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)。被評(píng)為上海市市場(chǎng)監(jiān)管局科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)和上海市青年突擊隊(duì)。劉剛本人先后承擔(dān)或完成國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目3項(xiàng)，省部級(jí)科研項(xiàng)目6項(xiàng)，并受到4項(xiàng)上海市人才基金資助，發(fā)表學(xué)術(shù)論文25篇，申請(qǐng)發(fā)明專利10項(xiàng)。

團(tuán)隊(duì)研究高效液相色譜核酸純化、鑒定，研究核酸樣品的保存條件，開(kāi)展多方法、多實(shí)驗(yàn)室比對(duì)驗(yàn)證，首次以理化分析和生物分析相結(jié)合的方案實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值。獲批15項(xiàng)病原微生物DNA標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（5項(xiàng)國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW09850至GBW09854，10項(xiàng)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)），填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性優(yōu)于國(guó)際同類標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

新冠疫情期間，研制新冠病毒RNA標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)2項(xiàng)：GBW(E)091111和GBW(E)091112，為新冠核酸檢測(cè)計(jì)量溯源和質(zhì)量控制提供支持。他們的工作受到上海市市場(chǎng)監(jiān)管局和上海計(jì)量院大力支持，獲得多項(xiàng)科研經(jīng)費(fèi)資助：上海市科委新冠專項(xiàng)、上海交大“新型冠狀病毒防治攻關(guān)專項(xiàng)”、轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施（上海）以及上海計(jì)量院自籌項(xiàng)目。研制的新冠病毒RNA標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)已經(jīng)應(yīng)用于多家企業(yè)、高校和醫(yī)院，包含捷諾、上海小海龜（有RT-qPCR和數(shù)字PCR兩種方法）、上海速創(chuàng)（LAMP等溫?cái)U(kuò)增）、之江、伯杰、天篩（上海）、江蘇碩世、蘇州天隆生物、瑞金醫(yī)院、廈門(mén)大學(xué)、湖南大學(xué)和上海交大生科院等，為臨床診斷獲取準(zhǔn)確的RNA測(cè)試結(jié)果提供有力的計(jì)量支撐，也為國(guó)產(chǎn)核酸試劑的質(zhì)量能力提供可靠的證明。

基于方法和標(biāo)物研究成果，團(tuán)隊(duì)建立多種分析儀器的計(jì)量校準(zhǔn)能力，突破病原微生物核酸儀器校準(zhǔn)瓶頸，為公共衛(wèi)生領(lǐng)域核酸定量分析儀器和試劑盒提供校準(zhǔn)服務(wù)，應(yīng)用涵蓋實(shí)時(shí)熒光定量PCR、細(xì)菌麥?zhǔn)媳葷醿x、全自動(dòng)微生物定量分析儀、菌落計(jì)數(shù)儀等校準(zhǔn)工作，至今開(kāi)展計(jì)量校準(zhǔn)服務(wù)2 500臺(tái)次，服務(wù)用戶600多家次，其中包括疫情期間多次為抗疫一線實(shí)驗(yàn)室和企業(yè)提供計(jì)量校準(zhǔn)服務(wù)。

“為核酸檢測(cè)提供標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)本身就是我的份內(nèi)工作。取乎其上，得乎其中。我只是為自己的工作設(shè)了一個(gè)略微高于現(xiàn)實(shí)的目標(biāo)。”新冠疫情讓我們有機(jī)會(huì)了解上海計(jì)量院星友（劉剛博士及其團(tuán)隊(duì)成員聞艷麗博士）在生物計(jì)量領(lǐng)域所做的開(kāi)創(chuàng)性工作，也知道了上海交大樊春海院士一直不忘將前沿生物分析技術(shù)與生物計(jì)量研究相結(jié)合，是科學(xué)技術(shù)惠及民生的典型示范。在此也代表本刊的廣大讀者向?yàn)榭挂咦龀鎏厥庳暙I(xiàn)的劉剛博士及其團(tuán)隊(duì)表達(dá)深深的敬意！

侯璟瓊、江世亮采寫(xiě)于2020年6月22日