ISO 213622026 纳米技术 - 使用非对称流动和离心场流分离分析纳米物体标准立项发展报告

纳米技术——使用非对称流动和离心场流分离分析纳米物体标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Nanotechnologies—AnalysisofNano-objectsusingAsymmetricalFlowandCentrifugalField-FlowFractionation摘要关键词：纳米技术；纳米物体；场流分离；非对称流动分离；离心分离；国际标准；颗粒表征Keywords:Nanotechnologies;Nano-objects;Field-flowfractionation;Asymmetricalflowfractionation;Centrifugalseparation;Particlecharacterization;Internationalstandard一、引言1.1研究背景纳米技术作为21世纪最具变革性的前沿科技之一，已在生物医药、新能源、功能材料、环境保护和食品安全等众多领域展现出巨大的应用潜力。据全球纳米材料市场研究报告预测，2026年全球纳米材料市场规模将突破千亿美元级别，年均复合增长率保持在10%以上。与此同时，纳米颗粒的粒径分布、形貌特征、表面性质及其在复杂基质中的分散状态，直接关系到纳米产品的功能表现、生物安全性和环境归趋，因而对纳米物体的精准表征提出了日益严苛的技术要求。然而，纳米颗粒表征长期面临多维挑战：单一检测技术难以全面获取粒径、形貌、组成等多维信息；复杂基质（如生物体液、天然水体和化妆品乳液）中的纳米颗粒分离与富集困难重重；不同实验室之间由于方法差异导致的数据不可比问题严重制约了技术交流和产业协同。在此背景下，场流分离技术因其温和分离、宽动态范围、可与其他检测器在线联用等独特优势，逐渐成为纳米颗粒表征的有力工具。1.2标准立项的必要性尽管非对称流动场流分离（AF4）和离心场流分离（CF3）技术在学术研究中的应用已有数十年历史，但长期以来缺乏统一的国际标准来规范仪器操作、样品制备、数据分析及方法验证等关键环节。不同实验室之间的实验条件差异、数据处理方式不统一、质量保证措施缺失等问题，使得采用该技术获得的纳米颗粒表征数据难以实现跨实验室、跨仪器、跨区域的有效比较。这在纳米材料的环境健康安全评价、药物纳米载体质量控制和纳米标准物质定值等关键应用场景中尤为突出。ISO/TC229（纳米技术标准化技术委员会）在系统调研全球技术发展和标准化需求的基础上，于2019年正式启动了ISO21362标准的制定工作，经过多轮国际磋商与试验验证，最终于2026年正式发布。二、标准概述2.1标准基本信息ISO21362:2026《纳米技术——使用非对称流动和离心场流分离分析纳米物体》由国际标准化组织（ISO）下设的ISO/TC229纳米技术标准化技术委员会（对应于IEC/TC113）归口管理。该标准发布日期为2026年2月3日，标准状态为现行有效，适用于全球范围内纳米物体的分离与分析。2.2标准定位该标准属于纳米技术领域的方法类标准，为使用非对称流动场流分离（AF4）和离心场流分离（CF3）技术对纳米物体进行尺寸分离和定量分析提供了通用技术框架。标准涵盖了从基本原理、仪器配置、样品制备到数据处理的全流程要求，既适用于科研实验室的方法开发与验证，也适用于工业质检部门的合规检测应用。三、标准核心技术内容3.1场流分离技术原理场流分离（Field-FlowFractionation,FFF）是一类基于空间场与载液流动场耦合作用的温和分离技术。其核心原理是：在薄带状的分离通道内，垂直于通道方向施加一个外场（如交叉流动场或离心力场），使不同尺寸的颗粒在通道厚度方向上分布于不同高度层位；由于通道内载液流动呈抛物线层流分布，处于不同高度层位的颗粒将获得不同的纵向迁移速度，进而在通道出口端按尺寸顺序被洗脱分离。ISO21362:2026对上述技术原理进行了系统阐述，并针对两种关键场流分离模式给出了具体技术规定：非对称流动场流分离（AF4）：利用分离通道下壁的多孔超滤膜形成交叉流动场，颗粒受扩散-对流竞争作用实现分离。小尺寸颗粒由于扩散系数较大，趋向通道中心高速层区域而较早洗脱；大尺寸颗粒则贴近膜面低速区，较晚洗脱。AF4适合1nm至数微米范围纳米物体的分离，尤其适用于蛋白质、核酸、脂质纳米颗粒及无机纳米颗粒。离心场流分离（CF3）：通过分离通道的旋转产生离心力场，依颗粒的等效质量和密度差异实现分离。CF3对颗粒密度的敏感性优于AF4，特别适合密度差异显著或颗粒粒径较大（>50nm）体系的分离分析，在金属纳米颗粒、细胞外囊泡和微塑料等对象的分析中具有显著优势。3.2标准主要技术内容ISO21362:2026涵盖的主要技术内容如下：仪器配置与性能要求：对AF4和CF3系统各核心模块（输液泵、进样器、分离通道、场控制单元、检测器接口）的性能指标和校准方法提出明确要求。标准还规定了系统适用性测试的方案，包括流速精度、温度稳定性、通道压力限值等关键参数的验证方法。分离条件选择与方法开发：建立了系统化的分离条件优化流程，包括载液组成（pH值、离子强度、表面活性剂种类与浓度）、交叉流流速梯度设计、离心转速选择以及进样量和样品浓度等关键参数的优化策略。标准提供了分离条件初始选择的一般原则和调试方法路径。样品制备与预处理：规定了不同基质中纳米物体样品的前处理要求，包括分散介质的选择、超声分散参数的设定、过滤和离心预处理的方法等，以减少样品聚集、膜吸附等非理想效应对分离结果的影响。检测器联用与数据采集：阐述了场流分离系统与紫外可见检测器（UV-Vis）、多角度光散射检测器（MALS）、动态光散射检测器（DLS）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）等检测器联用的接口要求和数据采集规范，为获取颗粒尺寸、尺寸分布、颗粒浓度及元素组成等多维信息提供指导。数据处理与结果报告：规定了从原始信号到粒径分布、回收率和摩尔质量分布的换算方法，明确了数据处理过程中的校正因子、空白扣除和不确定度评估要求，并给出了结果报告的必要信息和推荐格式。质量保证与控制：标准包含方法验证、仪器校准和期间核查等质量保证要求，明确了标准参比物质的使用、重复性和再现性的评价方法以及记录和报告的要求。3.3标准适用范围ISO21362:2026适用于水性和部分有机载液中分散的球形或近似球形纳米物体的分离与分析，涵盖粒径范围约为1nm至10μm的颗粒体系，包括但不限于：-无机纳米颗粒（如金、银、二氧化硅、二氧化钛、氧化锌等）-聚合物纳米颗粒和纳米乳液-脂质纳米颗粒和脂质体-蛋白质、核酸及其组装体-细胞外囊泡和病毒样颗粒-环境水体和消费品提取液中的纳米组分四、标准实施的意义与影响4.1对纳米材料表征标准体系的完善ISO21362:2026的发布填补了国际标准体系中场流分离技术在纳米物体表征领域的空白，与已有的ISO/TS22862等标准共同构成了纳米颗粒分离与表征的多技术协同框架。该标准与颗粒尺寸分析领域的基础标准（如ISO22412动态光散射、ISO19749扫描电子显微镜测量颗粒尺寸分布等）形成了有效互补，使得纳米颗粒表征方法体系更加完善和立体。4.2对产业应用的技术支撑作用在纳米医药领域，脂质纳米颗粒（LNP）作为核酸药物递送载体的成功应用，对颗粒尺寸分布和空/实心颗粒比等关键质量属性提出了严格的质控要求。ISO21362:2026为LNP制剂中场流分离-多检测器联用方法提供了统一技术规范，有助于药品质量控制和监管合规。在纳米材料制造领域，标准为批次放行中粒径分布一致性的评价提供了标准方法，有利于提升产品质量稳定性。在环境纳米颗粒监测方面，标准为水环境中纳米颗粒的分离和定量提供了标准方法框架。4.3对数据可比性与国际互认的促进该标准统一了使用AF4和CF3技术分析纳米物体的术语定义、实验条件设置、数据处理和质量控制要求，促进了不同实验室间数据的一致性，为国际贸易和技术交流创造了有利条件，也为法规制定者和标准物质研制机构提供了技术依据。五、主要参与单位介绍5.1标准起草单位概览ISO21362:2026由ISO/TC229纳米技术标准化技术委员会归口制定。在标准制定过程中，来自中国、德国、美国、日本、韩国、法国、英国等多个国家的标准化机构和企业深度参与了标准的起草与讨论。中国的全国纳米技术标准化技术委员会（SAC/TC279）积极组织国内相关单位参与该国际标准的制定工作。5.2主要起草单位——国家纳米科学中心国家纳米科学中心（NationalCenterforNanoscienceandTechnology,NCNST）是由中国科学院和教育部联合共建的国家级纳米科技研究机构，是ISO/TC229国内技术对口单位之一，也是我国纳米技术标准化工作的重要支撑力量。在ISO21362:2026的制定过程中，国家纳米科学中心承担了以下重要工作：牵头组织国内专家对标准草案进行系统研究和意见反馈；组织开展AF4和CF3方法的实验室间比对研究，验证了标准中规定方法的可行性和重复性；结合中心在纳米颗粒表征领域积累的丰富实践经验，为标准的样品制备、数据处理和不确定度评估等关键技术条款提供了重要的数据支撑和方案建议。国家纳米科学中心建有完善的纳米表征平台，配备了包括非对称流动场流分离-多角度光散射联用系统（AF4-MALS）、离心场流分离系统、高分辨透射电子显微镜等在内的大型仪器设备，在纳米颗粒分离表征和标准物质研制方面积累了深厚的技术储备。中心曾牵头或参与制定多项纳米技术领域的国家标准和国际标准，具有丰富的标准化工作经验。六、结论与展望6.1结论ISO21362:2026《纳米技术——使用非对称流动和离心场流分离分析纳米物体》的正式发布，是纳米技术领域国际标准化工作的重要里程碑。该标准系统规定了AF4和CF3两种核心场流分离技术在纳米物体分析中的应用要求，覆盖了从基本原理、仪器配置、样品制备、方法开发到数据处理和质量控制的全流程要素，填补了该技术领域的国际标准空白。标准的实施将为全球纳米颗粒表征提供统一的技术准则，促进不同实验室、不同仪器平台之间的数据互认与比对，有力支撑纳米材料的研发、生产质控、风险评估和法规监管。对纳米医药、纳米材料制造、环境监测等下游应用领域而言，该标准的发布不仅意味着更加可靠的检测技术依据，也代表着国际社会对场流分离技术价值的广泛认可。6.2展望展望未来，场流分离技术及相关标准化工作将在以下方面持续发展：技术融合与联用深化：随着场流分离与ICP-MS、MALS、DLS以及拉曼光谱、红外光谱等检测技术的深度联用日益普及，面向多检测器联用平台的标准操作规范和数据融合分析方法有望成为后续标准化工作的重点方向。自动化与高通量化：人工智能辅助的方法自动优化、在线样品前处理与场流分离系统的智能化整合，将推动该技术向更高通量和更强重现性的方向发展，相关数据完整性和系统适用性标准也将应运而生。拓展新兴应用领域：细胞外囊泡、mRNA疫苗纳米载体、微塑料、气溶胶纳米颗粒等新兴对象的分析需求，将催生面向特定应用场景的系列标准或技术规范，逐步形成层次清晰、覆盖面广的场流分离标准簇。国内标准化协同推进：全国纳米技术标准化技术委员会将积极跟踪ISO21362:2026的国际动态，适时推动该国际标准向我国国家标准的转化工作，同时结合国内产业需求，研究制定具有中国特色的配套标准或技术指南。ISO21362:2026的发布为纳米物体分离分析提供了重要的技术规范，为纳米技术产业链的健康可持续发展奠定了坚实的标准化基础，未来将持续释放其深远的产业影响和社会效益。参考文献[1]ISO21362:2026,Nanotechnologies—Analysisofnano-objectsusingasymmetricalflowandcentrifugalfield-flowfractionation,InternationalOrganizationforStandardization,2026.[2]ISO/TS22862,Nanotechnologies—Guidetotheuseoffield-flowfractionationforcharacterizingnano-objects,InternationalOrganizationforStandardization.[3]ISO22412,Particlesizeanalysis—Dynamiclightscattering(DLS),InternationalOrganizationforStandardization.[4]ISO/TR13014,Nanotechnologies—Guidanceo