摘要：生物医药产业是国民经济的重要组成部分。近年来，随着经济的发展以及科学技术的进步，生物医药产业发展迅猛，在推动国民经济增长、带来明显的经济效益的同时也对计量技术服务能力也提出了新的需求。传统的对计量器具采用定期检定、校准的方式已不能满足生物医药企业的在技术创新、产品生产、质量控制等方面的计量技术支撑的需求。为企业提供覆盖全产业链、产品全寿命周期、全溯源链的计量测试服务，提供新型计量技术解决方案已成为生物医药产业计量工作的发展方向。

关键词：生物医药、产业计量、计量器具

一、引言

生物医药产业是国民经济的重要组成部分，是传统产业和现代产业相结合的特殊产业。近年来，随着经济的发展、人民健康需求的不断提高，以及科学技术的进步，生物医药产业发展迅猛。生物医药产业的快速发展，在推动国民经济增长的同时也带来了明显的经济效益。生物医药产业在发展的过程中除了涉及大量的传统计量需求外，还蕴含着大量迫切的计量创新需求和关键参数测量需求，传统的计量溯源方式与生物医药产业的迅猛发展已不相适应。

生物医药产业的高质量发展离不开计量的支撑和保障作用，计量测试是产业发展的重要技术基础，与产业变革和技术进步息息相关，加强计量技术研究和测试服务，对于提升产业核心竞争力，推动产业技术创新和质量提升具有重要作用。“十四五”以来，《国务院关于印发计量发展规划（2021—2035 年）的通知》、《中共中央国务院关于加快建设全国统一大市场的意见》、《国家市场监督管理总局等部委关于加强国家现代先进测量体系建设的指导意见》等政策中提出：“加快医疗健康领域计量服务体系建设，围绕生物医药、高端医疗器械等战略性新兴产业重点领域计量需求，开展关键计量测试技术研究和应用，突破一批关键测量技术，研制一批新型标准物质，研发和应用一批先进测量仪器设备”的相关要求。可见发展生物医药产业计量，为生物医药产业相关企业提供综合性的计量测试服务，是保证生物医药产业持续快速发展的一个必要条件。

二、生物医药产业发展现状

1、国际上生物医药产业发展现状

生物医药是指采用基因重组技术或其他生物技术生产的具有生物活性的治疗药物。其中蛋白质类药物包括单抗克隆药物、重组蛋白药物、新型疫苗等生物技术的革命为新药研发带来了全新的视角和领域，攻克了许多传统药物无法解决的医学难题。随着全球新冠疫情的蔓延，加上传统的化学制药研发遇到瓶颈，近年来全球生物制药发展十分迅速。全球生物制药市场近年来呈现高速增长态势。生物制药业主要集中在美国、日本和欧洲，其中美国作为生物制药的发源地，无论是在经费投入、产品开发和研制，还是在产品生产和市场上都居于国际领先地位，其开发的产品和市场销售额占了全球的90%以上。进入二十一世纪以来，全球生物医药制品的销售额以年均20％-30％的速度增长，成为最成为最具成长性产业之一。

图1 生物医药产品分类及重点产品

2、我国生物医药产业发展现状

我国生物医药企业起步晚于发达国家，与发达国家在全球市场占有率、产品竞争力等方面的差距依然很大。但在国家《生物医药产业"十三五"规划》出台后，生物医药行业发展迅速，以基因工程药物、新型疫苗、抗体药物、化学新药、现代中药等为代表的一批具有国际水平的新药开发平台，制药技术和装备研制水平大幅提升。随着海外人才的回归，也为中国生物医药技术研发提供了强大的专业技术人才保障，同时伴随全球新一轮科技革命和产业变革的蓄势待发，测序技术的突飞猛进，合成生物技术展现出巨大潜力。在技术、市场、需求的驱动下，我国生物医药产业已经进入战略机遇期和跨越式发展的新阶段。但在生物医药产业发展过程中，仍存在许多未能解决的技术“难点、痛点”，如科技创新质量和水平仍需提高，科技支撑产业创新发展的能力还不够强，原创性科学发现和颠覆性技术缺乏，基础研究向产业化转化的效率亟待提高等。

三、生物医药企业计量技术应用情况

3.1计量器具配备情况

3.1.1传统计量器具。主要用于产品研发、质量控制、质量检测部门。各企业按照相关标准、《药品生产质量管理规范》、《中国药典》、《欧洲药典》、《美国药典》等要求，按照标准要求配备有计量器具。主要包括：电子天平、冰点渗透压仪、微波消解仪、ICP-MS、酶标仪、紫外分光光度计、高效液相色谱仪、液相色谱质谱联用仪、气相色谱仪、气相色谱法-质谱法联用仪、飞行时间质谱仪、全柱成像毛细管等电聚焦电泳、抗生素效价测量仪、细菌内毒素分析仪、TOC仪等。由于对此类计量仪器的使用准确度、稳定性要求较高，此类设备大多依赖于进口。

3.1.2在线监控检测、生产设备。包括：发酵系统、细胞培养系统、配液系统、制水系统、纯化系统等。同时生产部门还配备有用于环境实施监控的PMS在线粒子检测系统、完整性测试仪，以及配料罐/发酵罐所安装的称重传感器等。上述设备因测量准确性、测量稳定性、及国内认可度因素影响均依赖进口。

3.1.3标准物质配备情况

新药研发、生物制药、医疗器械生产企业很少使用计量管理中所规定的有证标准物质，生物医药产业一般采用中国食品药品检定研究院确认的参考样品进行实验，在生物制药领域内实现测量结果的统一，或依据《药典》中的规定，以缓冲液代替有证标准物质，计量溯源性缺少保证。

3.2生物医药企业计量技术应用中存在的问题

3.2.1计量器具溯源周期的确定缺少合理性

多数企业计量工作负责人员缺少计量器具溯源周期评判专业知识，仅依据计量检定规程规定的最长检定周期，或校准规范所建议的校准周期确定计量器具的溯源周期，对部分校准规范未明确给出溯源周期的计量器具一般规定为1年。评价计量器具溯源周期时未将置信概率、统计学理论应用于计量器具溯源周期评判之中。此种方式确定溯源周期，对使用频率较低、计量性能相对稳定的计量器具易造成浪费，增加不必要的溯源成本；对使用频率较高、计量性能不稳定的计量器具易出现失准风险。虽有部分生物医药企业能够根据计量器具使用情况建立有计量器具溯源周期评价制度，实现了计量器具溯源周期的动态、持续调整，但评价过程中未引入置信概率的概念，缺少数据支撑、主观性过强，确定的溯源周期缺少合理性。

3.2.2计量器具溯源方法存在局限性

(1)新型计量器具的不断涌现，现有计量检定规程或校准规范不能满足计量溯源的需求。特别是对于一体化大型设备所配备的传感器，在定期检定、校准过程中多依据计量检定规程或校准规范进行，规程/规范对测量点的选择相对固定，检定、校准过程中仪器部分与传感器一般分别检测，而医药产业计量传感器往往作为整体使用，分开检测后得到两者的检定/校准结果，在实际应用中无法作为企业评判设备是否符合使用要求的依据。因此，传统的溯源方法虽能评价计量设备是否符合基本的使用要求，但对于企业进一步改善控制流程，提高各参数的控制效果和测量准确度，从而追求更高质量的医药产品所能提供的信息量十分有限。另一方面，依据检定规程/校准规范进行溯源，往往需要企业将现场的传感器拆卸后送往计量实验室进行检测，检定、校准局限于实验室环境，忽视实际使用条件。而目前随着医药产业的发展，其设备一体化程度已相当之高，很多传感器的拆卸与还原十分困难，并对使用环境较为敏感，拆卸检测，不仅可能造成设备损坏，还存在还原安装不善造成设备系统误差增大的问题。而且这部分新型仪器又具有体积大、不易移动、在线测量等特点，同时对使用的环境条件要求也比较高，环境条件的变化极易引起准确度和不确定度的变化，这就增加了校准的难度。同时随着城市进一步扩大，计量机构与生物医药产业相关企业的距离也在逐步扩大，传统的送检机制增加了企业的检测成本，同时也对企业正常生产造成了一定影响。

(2)计量技术规范的制定与创新严重滞后。国内大量生物医药领域标准相对于国际标准存在滞后性和不全面性。各大生物医药企业、大专院校，研究所用于研发使用的计量设备缺乏有效的量值溯源技术规范，部分国家校准规范在校准方法及标准器研制等方面还需要通过大量实际校准工作来逐渐完善和成熟，同时，部分国家计量技术规范制定年代久远，其内容已无法完全适合现代设备的检测，生物医药产业缺乏团体标准建设。

(3)仪器设备溯源项目依据计量检定规程或校准规范确定，部分计量器具溯源的参数与企业关注度不一致，造成溯源证书对实验、生产缺少指导作用。

(4)计量器具溯源按照计量检定规程或校准规范规定的规定，应在实验室条件下进行，与部分计量器具实际使用环境差距较大，致使溯源数据不能真实体现计量器具实际使用过程中的计量性能。

(5)计量器具负责人对实际使用中的计量器具的关键技术参数认识不足，不能准确识别计量器具关键参数和准确度要求。生产实验过程中所依据的标准对计量器具的准确度要求描述不明确，常以分度值代替准确度，造成计量器具负责人对计量器具溯源结果的评价缺少依据。

(6)认证、认可考核过程中评审专家对计量器具检定、校准机构的能力评价要求认识不足，片面要求检定证书、或通过实验室认可的校准证书。而现有检定规程、校准规范所规定的检定、校准项目、方法与计量器具实际使用中存在偏移，自定方法一般无法通过实验室认可。如采用适用的自定校准方法，校准证书将无法获得实验室认可机构的认可，通过评审专家考核存在风险。

(7)部分进口计量器具由于生产厂家设置技术壁垒，必须通过厂家完成溯源，不仅费用高昂，同时存在高端仪器厂家“自产、自检、自评”乱象，计量器具溯源性、准确性缺乏保障。

(8)部分计量器具按现行计量检定规程、校准规范进行溯源时，缺少可行的溯源技术手段。

3.2.3配备的高端、精密仪器国产化程度极低

生物医药企业大量使用高端、精密分析仪器以及在线监控设备，但此类设备基本被进口品牌占据。主要原因包括：

(1)部分高端、精密计量仪器因国内不具备制造能力，只能依赖进口，致使设备关键领域大量采用进口计量。

(2)部分仪器国内虽具备同类产品，但认可度不高。原因包括：a）计量性能、人性化设置与进口设备存在差距，使用体验不好；b）相关生物医药标准对计量器具的计量性能描述不明确，致使评审专家无法准确评估计量器具是否符合标准要求，仅能依据经验，对已知品牌、型号仪器进行确认。

3.2.4生物医药产业所用参考样品缺少溯源性

(1)生物医药缺少有证标准物质的概念，一般采用中国食品药品检定研究院确认都参考样品，虽能在一定程度上保证行业内实验数据的一致性，但却缺少计量的溯源性，无法保证实验数据的准确性。长期以来参考样品不能上升为有证标准物质的主要原因是计量领域与检验检测领域未能有效融合。检验检测领域对标准物质计量溯源性的认识不足，所以在检验检测领域常出现以参考样品、缓冲溶液代替标准物质的现象，影响检测结果的溯源性。

(2)生物标准物质缺乏且计量单位需完善

国际单位制共有7个基本单位(米、千克、秒、安培、开尔文、坎德拉和摩尔)和两个辅助单位(弧度和球面度)。计量基准也从传统的实物基准阶段发展到量子基准阶段。但尽管如此，生物标准物质的研制正面临一个十分尴尬和无奈的局面。目前，生物计量领域主要以摩尔、千克等国际计量单位为量值基础开展相关工作，但摩尔是一个物质的量的单位，千克是质量单位，均仅能解决部分生物标准物质的量值溯源和传递工作，对于生物标准物质尤其是生物特性标准物质中核酸、蛋白、活性成分、微生物机体等的相关量值，如碱基长度、蛋白活性、活性物质的活性、生物种性等，这些国际计量单位均难以度量。还需要进行大量基础性研究工作。

3.2.5缺乏全产业链计量控制

生物医药全产业链可细分为：上游供应产业，由原料、辅料、生物化学试剂、药包材、制药设备生产企业构成，主要输出产品为原辅料、中间体、药包装材料和制药机械装备等；中游药物加工产业由大型生物制药企业及科研院所组成，主要从事药物创新研发、药物试验、中试生产及商品化生产，输出商品化药物；下游需求产业包括生物药物冷链运输及存储单位，医院、免疫站、药店和药品使用者。

图2生物医药全产业链图

目前生物医药企业的计量控制主要集中在中游药物研发和药物生产环节。缺少对上游原辅料、菌种毒株、药包材等输入产品的计量控制，以及下游药品运输、仓储环境的计量监控。

3.2.6企事业单位最高计量标准检定结果认可度较低

大型生产企业一般均具备较为完善的计量管理制度，设置有专业计量室，负责企业计量器具的管理、期间核查工作，并建立有企事业单位计量标准，部分企业的企事业单位计量最高标准通过了计量标准考核，具备对企业内部非强检计量器具执行检定的能力与资质。一般对压力表、秤、玻璃量器等使用量较大、价值较低、计量性能要求不高的计量器具采用内部检定的方式进行溯源，符合相关计量法律法规要求。但在GMP实际评审过程中，此种溯源方式常不被评审专家认可，以致大量企事业单位计量标准未能有效发挥测量作用，仅用于期间核查使用。

四、提升生物医药产业计量技术综合能力的解决方案

进入二十一世纪以来，全球生物医药制品的销售额以年均20％-30％的速度增长，成为最具成长性产业之一。就国内而言，目前已基本形成6000亿~8000亿级别的生物医药市场。可以预见，国内生物制药行业将会迎来一个迅猛的发展阶段。实现生物医药产业全产业链、全寿命周期、全溯源链的计量，促进计量检测技术的规范应用，使之与生物医药产业相融合，是保障生物医药产业健康发展的有效途径，如何更好的应用计量检测技术，要根据生物医药产业发展的特色及战略要求，以提高产业核心竞争力为目标，以服务和支撑产业发展为使命，不断提高计量科技创新能力，使计量检测技术不断适应产业发展需求，从而实现促进、引领和创新产业发展的最终目标。

4.1加强生物医药产业计量测试标准制定

加强生物医药领域、计量检测技术领域专家合作交流，促进生物医药检测行业与计量溯源体系相融合，制定适用于生物医疗行业的计量技术标准、检验检测标准、检定规程或校准规范，通过计量技术、量值溯源理论提升生物医药行业检测技术能力和产品质量，明确各类型计量器具溯源方式，以及计量服务机构评价方案，为生物医药企业遴选计量服务机构、评价溯源结果提供技术指导。

4.1.1、制定计量器具溯源周期评价方法

结合各生物制药领域计量器具使用需求、特点，制定根据计量器具种类、使用地点，明确溯源周期评价方法。鼓励计量校准服务机构，为企业提供校准以外的增值服务，协助企业完成计量器具溯源周期评估。

4.1.2研究符合生物医药产业特点的计量器具溯源方法

紧密结合生物医药产业专用测量仪器的量值溯源需求，针对目前计量溯源方法与医药产业计量器具溯源要求的不适应性，建立和完善产业专用计量标准、产业专用测量仪器量值溯源方法，切实提高产业量值溯源的能力。重点突破产业量值溯源的关键共性技术，努力创新计量技术及服务模式，保障产业科学发展。通过制定专用于生物医药行业的计量溯源标准，根据不同领域、行业要求以标准的形式明确关键领域的计量器具溯源参数、准确度要求，解决生物医药行业生产设备中温度、压力、转速、溶解氧、二氧化碳浓度、糖含量、pH值等传感器进行整体的、在线的检测缺少可行性依据的问题，为企业制定计量器具溯源方案提供依据，作为校准服务提供机构申请实验室认可项目的方法文件。对在线式传感器探讨远程监控的溯源方法，研究具备远程赋值、远程验证功能的在线检测传感器，逐步代替现有设备。进而推动我国生物医药整个产业链向附加值更高的产品成功转型。

4.1.3、提供生物医药产业关键参数测量技术方法

紧密结合生物医药产业关键领域关键参数的测量技术需求，通过延展计量溯源链，确保参数测量结果量值的准确应用，拓宽测量结果量值的科学应用范围，增强产业关键参数测量技术能力与服务水平。发展生物医药产业计量分析服务主要包括以下几个方面内容：

（1）建设关键测试参数的量值溯源能力。针对生物医药产业来自上游原料、辅料、药品包装材料的质量控制环节，中游药品生产的过程监测和质量控制环节，洁净气体、注射用水的质量控制环节设计全流程关键计量测试参数实施、动态溯源方案；

（2）研究关键参数在线计量方法和装备。研制微生物反应器、动物细胞反应器、植物细胞反应器、酶反应器、制剂装备、培养基配置设备、原料预处理及输送设备、分装设备、制水设备的监测参数的在线计量装置。研制洁净厂房、生物安全实验室、细胞实验室等环境的环境监测设备及远程计量检测装置；

（3）建立生物技术关键参数测试能力。完善基因参数测量、蛋白质图谱测量、微生物定量测量、生物纳米、生物芯片测量能力；

（4）建立基因工程技术类仪器、微生物和细胞工程技术类仪器性能评价能力。建立药品生产装备过程监测参数的性能评价能力，对以填平、温度计、环境实验箱为代表的常规仪器，完善性能评价能力。

4.1.4、开发生物医药产业计量科技创新方法

紧密结合生物制药产业发展的计量科技创新需求，加强产业计量科技创新项目的研究与应用，有针对性开发新的计量检测方法，提升产业核心与关键共性技术领域计量科技创新能力。

4.1.5、推进国产仪器在生物制药领域的认可程度

统一协调生物医疗领域检测专家、评审专家与计量领域专家相融合，对生物医药产业现行标准中计量器具性能描述不明确的内容。大力推进团体标准建设，通过制定团体标准的形式进行细化，并规范评价标准，通过制定团体标准的方式，规范GMP、GLP评审过程中对计量仪器性能确认的准则。推进国产仪器在生物制药领域的认可程度。

4.2加强高精度计量设备、计量标准器、标准物质研发力度

以政府为主导，充分吸纳社会资本、资源，重点解决高精度计量设备国内缺少生产能力，关键技术、核心领域、核心部件“卡脖子”的问题。

4.2.1对以平板秤、电子罐秤、电子汽车衡等为代表的大型衡器在实际溯源工作中难以执行检定规程，无法对大量称进行溯源的问题。研究新型计量标准器，探讨以大量程液压试验机配备标准压力计，对大型衡器施加载荷进行检测的新溯源方法；研究大型衡器新标准、新技术，通过内置数字化溯源装置的方式，从根本上解决大型衡器溯源难的问题。

4.2.2、依托国内称重传感器生产企业，联合科委、中国计量科学研究院的机构，重点攻关电磁平衡传感器技术壁垒，解决长期以来电磁平衡传感器制造技术被国外厂商把持，高精度称量设备完全依赖进口的“卡脖子”问题。

4.2.3、加强基础计量技术研究，通过提升计量技术能力，促进国内生物医药产业计量设备生产、制造水平，解决目前存在的稳定性差、重复性差等问题，为在线TOC测定仪、PMS在线粒子检测系统、完整性测试仪提供国产仪器替代方案，彻底解决此类进口设备，从仪器、耗材到定期溯源全部由进口厂商把持的问题。

4.2.4、联合具备参考样品合成能力的生物医药、医疗器械生产企业，会同中国食品药品检定研究院，计量技术领域标准物质研究、评审专家，研讨参考样品上升为有证标准物质的途径及评价方法。进一步加强医药检测合格计量溯源两个领域的融合，吸纳检验检测领域相关专家参与到标准物质评定之中，逐步规范参考样品的制造、定值的全过程，将参考样品上升为有证标准物质，提升参考样品计量单位溯源性，增强参考样品可靠性。

4.3搭建技术交流平台，持续提供计量技术支撑

依托专家技术团队形成生物医药产业技术交流平台，为生物医药企业提供生物医药产业计量技术、行业标准培训，并提供标准器采购选型、SOP（标准作业程序）方法规范性论证等方面的技术咨询服务，持续为提升生物医药企业计量管理水平提供技术支持。

五、结束语

生物医药产业，是传统产业和现代产业相结合的新兴产业，随着产业的发展,提供覆盖全产业链、产品全寿命周期、全溯源链的计量测试服务，创新研究具有前瞻性的产业计量测试技术手段及装备，研究产业新技术新产品的计量测试方法，研发生物医药产业需求的计量器具新产品，促进参考样品向有证标准物质转化，已成为生物医药企业新的计量服务需求。

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主题：【第十七届原创】生物医药产业计量技术需求分析