在中美貿(mào)易關(guān)系中，芯片成為核心焦點(diǎn)。而芯片在生物醫(yī)療上也有著不小的價(jià)值，并且也是一條不容忽視、日新月異的科技主賽道。

2019年5月，著名學(xué)術(shù)期刊《Microsystems & Nanoengineering》發(fā)表了一項(xiàng)研究成果——一個(gè)集成的微流體治療芯片Therapeutics-on-a-Chip，能夠經(jīng)濟(jì)且高效地將治療性蛋白質(zhì)合成及純化。這對于解決相關(guān)藥品的全球運(yùn)輸問題，尤其是對于偏遠(yuǎn)貧困地區(qū)的患者來說，有著極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

該項(xiàng)突破的基礎(chǔ)，就在于微流控。

時(shí)至今日，微流控的研究早已超出了學(xué)術(shù)界的范疇，它很可能成為信息科學(xué)和生命科學(xué)之間溝通的橋梁，在未來五年、十年或者十五年中發(fā)展成舉足輕重的產(chǎn)業(yè)。

生命科學(xué)、醫(yī)療診斷，均是“戰(zhàn)場”

微流控技術(shù)最早出現(xiàn)在上世紀(jì)90年代，材料科學(xué)和流體移動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，帶動(dòng)了微流控的繁榮。

雖然僅出現(xiàn)了將近30年時(shí)間，但微流控發(fā)展相當(dāng)迅猛，被稱為下一代醫(yī)療診斷“顛覆性技術(shù)”。如今全球范圍內(nèi)開發(fā)基于微流控的解決方案公司的數(shù)量遠(yuǎn)超過一千家，其中包含了眾多的初創(chuàng)公司。

微流控是一種精確控制和操控微尺度流體的技術(shù)，又稱其為芯片實(shí)驗(yàn)室（Lab-on-a-Chip）或微流控芯片技術(shù)。

▲微流控芯片常用的3種材料

微流控芯片常用的制備材料有：硅、玻璃、聚合物等。其顛覆性創(chuàng)新在于把生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)分析過程的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上，自動(dòng)完成分析全過程，使得傳統(tǒng)的檢驗(yàn)過程在離開中心實(shí)驗(yàn)室的條件下，同樣可以進(jìn)行分析和檢測。

微流控芯片有著強(qiáng)大的集成性，可以同時(shí)大量平行處理樣品，具有集成小型化、自動(dòng)化、高通量、樣本及檢測試劑消耗少、污染少等特點(diǎn)。也因此，應(yīng)用范圍極廣，包括醫(yī)療診斷、生命科學(xué)、運(yùn)動(dòng)競技、國防科技、司法鑒定、食品安全、環(huán)境監(jiān)測等。

① 生命科學(xué)領(lǐng)域：加速基礎(chǔ)研究和藥物研發(fā)

生命科學(xué)領(lǐng)域，微流控廣泛應(yīng)用于細(xì)胞分選、藥物篩選、器官集成芯片與器官仿生等，加速生命科學(xué)基礎(chǔ)研究和藥物研發(fā)。Illumina、賽默飛世爾均是該領(lǐng)域的參與者。

其中，利用微流控芯片集成功能制作的器官芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)藥物或化學(xué)物質(zhì)在非活體環(huán)境中研究活體環(huán)境的交互反應(yīng)，用于了解、評估疾病、藥物、化學(xué)物質(zhì)與食物等對人類影響的3D芯片設(shè)備。“器官芯片”這一技術(shù)在2016年的達(dá)沃斯論壇上入選了年度十大新興技術(shù)之一，被譽(yù)為與新燃料電池和無人駕駛汽車齊名的新興技術(shù)。

FDA與Emulate, Inc. 簽訂了題為“可將Organs-on-Chips技術(shù)作為毒理學(xué)測試平臺，用于對影響人類的健康和安全的研究”的協(xié)議。這意味著，在美國，器官芯片對新藥篩選的結(jié)果得到FDA的承認(rèn)，也就是說在藥物篩選階段可直接跳過活體動(dòng)物試驗(yàn)環(huán)節(jié)，在器官芯片上進(jìn)行。

這一協(xié)議也充分說明了微流控生命科學(xué)領(lǐng)域布局微流控的戰(zhàn)略性意義。

② 醫(yī)療診斷：IVD巨頭們的競技場

目前來講，微流控的最大的產(chǎn)業(yè)化場景還是在于體外診斷，廣泛應(yīng)用于IVD領(lǐng)域的血?dú)鈾z測、生化檢測、免疫檢測等。

因此，微流控技術(shù)也成為了IVD巨頭們的競技場。同時(shí)，由于微流控技術(shù)新穎，還有很多發(fā)力的空間，這一領(lǐng)域也涌現(xiàn)了大量初創(chuàng)企業(yè)。

在產(chǎn)業(yè)化中，微流控一般分為以下幾大類型：壓力推動(dòng)式微流控、離心力推動(dòng)式微流控、液滴微流控、數(shù)字化微流控、毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)微流控等。

壓力推動(dòng)式微流控：主要利用氣壓或者液壓來推動(dòng)流體在芯片中的運(yùn)動(dòng)，在微流控產(chǎn)業(yè)化中出現(xiàn)的最多。

代表產(chǎn)品：

• 丹納赫Cepheid的全自動(dòng)分子診斷平臺GeneXpert；

• 生物梅里埃的PCR儀Filmarray；

• 羅氏診斷的PCR儀cobas Liat；

• Atlas Genetics用于傳染病診斷的Atlas Genetics io；

• 博暉創(chuàng)新的HPV分子診斷全自動(dòng)分析儀；

• 華邁興微的微型化學(xué)發(fā)光分析系統(tǒng)M2；

• 理邦儀器的磁敏免疫分析儀m16等。

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離心微流控：是利用離心力來實(shí)現(xiàn)微流控芯片中的芯片的推動(dòng)，在微流控產(chǎn)業(yè)中也占據(jù)著重要地位。

代表產(chǎn)品：

• 美國愛貝斯（Abaxis）即時(shí)生化檢測儀Piccolo Xpress；

• 天津微納芯科技的生化檢測儀Pointcare M；

• 博奧晶典的恒溫?cái)U(kuò)增微流控碟式芯片檢測平臺等。

液滴微流控：在微流控芯片中對液滴進(jìn)行操控。最大的運(yùn)用場景是數(shù)字化PCR。

代表產(chǎn)品：

• 伯樂數(shù)字化PCR儀QX200；

• 賽默飛世爾QuantStudio? 3D數(shù)字PCR系統(tǒng)。

毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)微流控：指利用毛細(xì)力來提供液體運(yùn)動(dòng)動(dòng)力的微流控技術(shù)。

代表產(chǎn)品：

• 雅培美艾利爾的免疫診斷POCT儀Triage、

• 微點(diǎn)生物的免疫診斷儀器mLabs等。

這里還要特別提到一種微流控技術(shù)：主動(dòng)式微流控，指通過儀器內(nèi)部精密控制芯片內(nèi)反應(yīng)腔結(jié)合閥門裝置，控制液體反應(yīng)的位置，實(shí)時(shí)監(jiān)測液體在芯片內(nèi)流動(dòng)狀況，定量控制反應(yīng)樣本體積，從而達(dá)到流量精確可控的一種微流控技術(shù)。

代表：嵐煜生物在全球范圍內(nèi)首家提出了主動(dòng)式微流控概念。優(yōu)勢是反應(yīng)時(shí)間可控，可與化學(xué)發(fā)光或時(shí)間分辨熒光技術(shù)相結(jié)合。嵐煜生物借此在兩年時(shí)間內(nèi)獲得3500萬元A輪融資，在2018年9月又迎來了險(xiǎn)峰旗云5000萬的B輪融資。

75%的高集中度下，中國企業(yè)涌現(xiàn)

微流控市場，正吸引著來自多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域越來越多的廠商紛至沓來。

根據(jù)Yole最近發(fā)布的《微流控產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀-2019版》報(bào)告，2018年全球微流控產(chǎn)品市場規(guī)模達(dá)到87億美元，2019-2024年期間的復(fù)合年增長率高達(dá)11.7%，預(yù)計(jì)2024年將達(dá)到174億美元。

而在中國市場，微流控產(chǎn)品銷售額將從2017年的1.71億美元增長至2023年的7.541億美元，復(fù)合年增長率（CAGR）高達(dá)28%。

但落地到產(chǎn)業(yè)端應(yīng)用上，以微流控常見的醫(yī)療診斷方向?yàn)槔?，中國市場目前還是由羅氏、雅培、生物梅里埃等大型跨國廠商來主導(dǎo)的。

包括雅培、生物梅里埃、羅氏在內(nèi)的診斷和生命科學(xué)領(lǐng)先業(yè)者的戰(zhàn)略集中在其投資組合的拓展上，競相收購最有前途的微流控技術(shù)公司。

• 2013年9月，生物梅里埃以4.5億美元收購BioFire；

• 2014年4月，羅氏以4.5億美元收購IQuum；

• 2016年9月，丹納赫以40億美元收購Cepheid；

• 2016年底，萬孚生物以約1.25億人民幣投資Atlas Genetics，獲得14.95%的股權(quán)。

• 2019年5月，生物技術(shù)公司Meridian Biosciences宣布收購GenePOC的分子診斷平臺。

并購標(biāo)的均在微流控技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢。總體而言，大型診斷公司通過收購中小型公司獲得了許多有前景或成功的微流控技術(shù)。這與大公司通過收購來快速完成新技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)軍的一貫做法保持一致。

Yole報(bào)告數(shù)據(jù)同時(shí)顯示，微流控領(lǐng)域目前約有15家領(lǐng)先廠商占據(jù)了75%以上的市場份額，集中度非常高。

由于政策的大力支持，近年從國內(nèi)科研院所獨(dú)立出來了許多微流控技術(shù)創(chuàng)業(yè)公司，中國微流控產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展非常蓬勃，天津微納芯、杭州霆科生物、微點(diǎn)生物、華邁興微、百康芯、上海速芯等等，都在微流控器件制造方面有不錯(cuò)的表現(xiàn)。

而基層市場，將成為中國微流控未來的主要市場。一方面是由于國家分級診療等醫(yī)改走向，另一方面是基層對于檢驗(yàn)有著巨大的未被滿足的需求。

根據(jù)衛(wèi)生部統(tǒng)計(jì)年鑒，分散在中國大地上的91.1萬家社區(qū)衛(wèi)生中心、鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院、村衛(wèi)生室、診所，其中68%是沒有檢驗(yàn)?zāi)芰Φ?/span>。這將為微流控企業(yè)的未來發(fā)展提供更大的機(jī)遇。

30年，對于一種新技術(shù)的發(fā)展，尤其是在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用來說，微流控技術(shù)仍是一種非常“年輕”的技術(shù)，它的潛力，有待進(jìn)一步挖掘、釋放。

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