《2023微流控行業(yè)研究報告》：POCT、單細胞測序、數(shù)字PCR應用火爆微球制備開啟生產新時代 - 動脈網

前言 1第一章行業(yè)概述：非顛覆性技術，創(chuàng)造顛覆性應用 41.1微流控技術基礎概念 41.2微流控技術發(fā)展歷程 51.3微流控技術優(yōu)勢及行業(yè)價值闡述 10第二章多領域市場需求快速驅動，政府、資本齊助力 132.1市場規(guī)模分析：快速增長的百億美金市場，中國蓄勢待發(fā) 132.2POCT等領域快速發(fā)展，對微流控技術產生強勁需求 152.3多項政策出臺，國家持續(xù)加大對微流控技術發(fā)展的支持力度 182.4近5年國內近60億元資金注入，資本看好、持續(xù)重金押注 192.5商業(yè)化產品受市場認可，全球發(fā)生近200億美金并購交易 22第三章POCT成為微流控技術應用最廣泛領域，多款產品已成功商業(yè)化 243.1企業(yè)爭相布局，IVD領域POCT成為微流控技術應用最廣泛領域 243.2全球多款微流控產品已成功商業(yè)化，顛覆性應用仍待挖掘與探索 273.3國產替代兩方向：保證性能降成本，差異化布局與創(chuàng)新 39第四章掘金新藍海，新興領域商業(yè)化潛力初顯 434.1將微流控應用于單細胞測序及數(shù)字PCR，成為資本追逐新熱點 444.2POCT、數(shù)字PCR、細胞富集分選等方向應用火熱，分子檢測正成為微流控應用主戰(zhàn)場514.3器官芯片、微球制備等新興市場初顯商業(yè)化潛力，有望誕生殺手級應用 56第五章問題與挑戰(zhàn)，機遇與趨勢 655.1成熟微流控芯片制造/封裝能力稀缺，芯片規(guī)模化量產、質控、成本問題待解 655.2下游需求放量促上游發(fā)展，有成熟微流控產品研發(fā)制造經驗的團隊迎來機遇 675.3芯片工藝設計缺乏行業(yè)規(guī)范，需進一步推動標準制定 685.4上游原材料多被進口壟斷，芯片基底材料有較大開發(fā)空間 695.5CRISPR、電化學、超分辨顯微鏡技術，微流控與新技術的結合值得期待 70第六章企業(yè)案例 736.1阿卡索生物：構建高性能微球智造芯片工廠，成功推出全球首款千級通道微流控芯片736.2科訊生物：全產業(yè)鏈路開發(fā)能力，堅持底層創(chuàng)新，打造高精度、高靈敏生物標記物檢測產品 756.3源景泰科：率先突破微流控電化學核心技術，提供全場景高性價比診斷解決方案 776.4毫厘科技：率先將硅基晶圓引入微流控生產獲突破，為生命科學領域提供高通量數(shù)字化生產制造平臺 796.5弘瑞醫(yī)療：微流控領域開創(chuàng)者領銜，打造微生理系統(tǒng)產品矩陣，提供藥物研發(fā)新模式解決方案 6.6迪奇生物：以數(shù)字微流控技術為核心，在多場景下打造快速檢測的便攜式自動化分子診斷設備 報告特別鳴謝 84參考資料 84免責申明 85圖表1微流控芯片研究基礎 4圖表2微流控芯片發(fā)展歷程 5圖表3微流控芯片材料探索歷程及不同材質類型的微流控芯片 7圖表4不同材質類型的微流控芯片優(yōu)缺點比較 8圖表5不同流體控制策略下的微流控技術 8圖表6微流控芯片技術四大優(yōu)勢 10圖表72021-2027微流控芯片領域市場預測 13圖表8微流控芯片相關產品中國市場銷售額 13圖表9占據(jù)中國微流控市場主要市場份額的企業(yè) 14圖表10分級診療示意圖 15圖表11分級診療為POCT創(chuàng)造巨大空間 16圖表12POCT技術的發(fā)展歷程 17圖表13我國支持微流控行業(yè)發(fā)展的相關政策 18圖表14近10年我國微流控領域投融資情況一覽 19圖表15國內微流控領域相關企業(yè)最新一輪融資 20圖表16全球微流控領域并購事件一覽 22圖表17國內微流控領域企業(yè)業(yè)務布局情況 24圖表18微流控領域TOP10并購交易中有8家以開發(fā)微流控POCT產品為主 25圖表19POCT作為一種檢測平臺和應用場景平臺，涵蓋IVD各細分領域多種方法學 27圖表20AbaxisPiccoloXpres 28 29圖表23Piccolo有11種試劑盤、26項指標檢測獲得了CLIA豁免 29圖表24AlereTriage熒光免疫分析儀 30圖表25Triage熒光免疫分析儀：三步操作，即可得到檢測結果 31 圖表27GeneXpert涵蓋從常規(guī)傳染病到癌癥基因檢測的各個領域的即時檢測需求 33圖表28FilmArray微流控檢測系統(tǒng)實物圖 34圖表29FilmArray檢測操作流程 34 圖表31FilmArray檢測卡反應原理 35圖表32i-STAT血氣分析儀 36圖表33i-STAT血液分析流程與傳統(tǒng)血液分析流程對比 37圖表34i-STAT單一平臺即可進行二十多項檢測 圖表35近5年微流控應用各場景逐年融資金額變化情況 44圖表36近5年微流控應用各場景融資總金額與融資事件數(shù)一覽 45圖表37近3年微流控在各應用場景的投融資表現(xiàn) 46圖表38單個細胞的主要分選方式 47 48 48 48圖表42國內將微流控技術應用于POCT領域的布局情況 51圖表43國內微流控企業(yè)布局情況一覽 51圖表44目前CTC檢測的幾個主要應用場景 圖表45CTC在癌癥治療中的應用場景 53圖表46CTC檢測分離法 54圖表47近三年細胞富集分選領域基于微流控技術的企業(yè)投融資方面表現(xiàn) 54圖表48產前篩查 55圖表49國內微流控企業(yè)最新一輪融資表現(xiàn)情況 56圖表50國內器官芯片企業(yè)投融資表現(xiàn) 58圖表51近三年輔助生殖領域基于微流控技術的企業(yè)投融資方面表現(xiàn) 63圖表52微流控行業(yè)目前面臨的挑戰(zhàn)、機遇與未來趨勢 65圖表53阿卡索生物研發(fā)的千級通道微流控芯片及其制備的高均一、單分散微球 73圖表54科訊生物產品布局 75圖表55源景泰科率先完成微流控電化學核心技術突破 77圖表56毫厘科技生產型微流控芯片系統(tǒng)原理示意圖 79圖表57弘瑞醫(yī)療產品/服務矩陣 81 821前言緊接著POCT之后，單細胞測序、數(shù)字PCR等領域正成為微流控技術應用新熱點。諸如CTC富集分選等早已應用微流控技術的領域，目前正在經歷快速技術迭代。近兩年火熱發(fā)展的器官芯片，以微流控芯片為核心?；谖⒘骺匦酒M行高性能微球制備的新路徑，在近兩年完成工業(yè)級產能突破，并推動微流控芯片從反應時代跨向生產時代。電化學、CRISPR等新興技術與微流控的結合應用，顯示出巨大發(fā)展?jié)摿Α⒘骺丶夹g正在為時代帶來巨變，目前已然處于技術爆發(fā)前夕。首款殺手級應用將率先“花”蛋殼研究院對全球超百家微流控代表企業(yè)進行了深入研究，并與國內多位微流控專家、投資人及近30家企業(yè)的核心高管進行了深度對話，希望將微流控行業(yè)的最新產業(yè)發(fā)展動態(tài)圖呈現(xiàn)給行業(yè)讀者，并從當前行業(yè)目前面臨的問題和產業(yè)貢獻的解決方案中，挖掘潛藏機遇與未來趨勢。21、非顛覆性技術，創(chuàng)造顛覆性應用，殺手級應用快速孕育中。無論是利用微流控芯片實現(xiàn)實驗室的微型化和集成化（比如在IVD領域、新藥研發(fā)領域等），還是作為一種微發(fā)生器（如CTC的富集分選），亦或是將微流控芯片作為生產設備（如微球的制備）……微流控本身不是顛覆性技術，但作為一種技術輔助手段創(chuàng)造了潛在顛覆性應用。當下應用微流控的殺手級應用尚未出現(xiàn)，但已然在快速孕育中。2、多領域市場需求快速驅動，政府、資本齊助力，推動微流控行業(yè)快速發(fā)展。目前微流控主要應用場景為POCT、制藥/生命科學研究等領域。這些領域的火熱發(fā)展以及對微流控技術產生的強勁需求是推動微流控領域發(fā)展的重要原因。全球微流控市場火熱，產業(yè)看好賽道發(fā)展?jié)摿?，大型診斷企業(yè)競相完成收購，并購金額近200億美金。國內多條政策連發(fā)，近5年產業(yè)資本強勢注入近60億元資金助力國內初創(chuàng)企業(yè)發(fā)展。3、POCT成為微流控技術應用最廣泛領域，多款產品已成功商業(yè)化。微流控技術是POCT設備集成化、小型化的基礎核心，高度契合POCT產品發(fā)展趨勢，因此POCT成為微流控目前應用最廣泛和成熟的領域。國內81家應用微流控技術的企業(yè)有將近一半（36家）將業(yè)務場景定位在POCT，全球TOP10并購交易中8家被收購企業(yè)以開發(fā)微流控POCT產品為主。目前全球多款微流控產品已成功商業(yè)化且獲得不錯市場反響。4、國產替代兩方向：保證性能降成本，差異化布局與創(chuàng)新。我國微流控市場發(fā)展飛速，處于國產替代進行時。目前國內企業(yè)發(fā)展的兩個思路，一個是保證產品性能的前提下，進一步降低成本覆蓋更廣市場；一個是通過差異化布局和自主創(chuàng)新，探索微流控與新技術的結合以及在新場景的應用與落地。5、掘金新藍海，新興領域商業(yè)化潛力初顯。緊接POCT后，將微流控技術應用于單細胞測序及數(shù)字PCR場景成為資本追逐新熱點。自動化程度仍然偏低、具有較高利潤空間的分子檢測領域正成為微流控應用主戰(zhàn)場，分子POCT、數(shù)字PCR、細胞富集分選等方向應用火熱，24家企業(yè)集中布局。器官芯片、微球制備、輔助生殖等新興市場初顯商業(yè)化潛力，有望彎道超車誕生殺手級應用。未來，微流控與CRISPR、電化學、超分辨顯微鏡技術等新興技術的結合值得期待。6、微流控應用場景不斷擴展，下游需求放量，上游迎來發(fā)展機遇。國家大力發(fā)展交叉學科、生物技術發(fā)展迅猛，推動微流控快速拓展新應用場景。下游微流控芯片批量生產的需求放量，而國內在微流控芯片設計/制造加工及中高端精密流體控制元件制造等方面能力還較為薄弱，具備成熟微流控產品研發(fā)制造經驗的團隊迎來發(fā)展機遇。目前微流控主要部件和材料幾乎被國外企業(yè)壟斷，需國內上游廠家提供更好的國產替代產品。生物傳感芯片基底作為生物芯片的根基和基礎材料，使用量巨大，潛藏巨大發(fā)展空間。334第一章行業(yè)概述：非顛覆性技術，創(chuàng)造顛覆性應用微流控（Microfluidics）指的是使用微管道(尺寸為數(shù)十到數(shù)百微米)處理或操縱微小流體(體積為微升、納升甚至阿升)的系統(tǒng)所涉及的科學和技術，是一門涉及化學、流體物理、微電子、新材料、生物學和生物醫(yī)學工程的新興交叉學科。該尺度下流體運動的典型特征是受表面力（表面張力、流體阻力）而非體積力（重力、慣性）主導。圖表1微流控芯片研究基礎因為具有微型化、集成化等特征，微流控裝置通常被稱為微流控芯片(microfluidicchip)或者芯片實驗室（Lab-on-a-chip）。它是在一塊幾平方厘米甚至更小的芯片上構建微型實驗室分析平臺，把生物和化學等領域中涉及的樣品制備、反應、分離、檢測、細胞培養(yǎng)、分選、裂解等基本操作單元集成到一塊很小的芯片上，由微通道形成網絡，以可控流體貫穿整個系統(tǒng)，用以實現(xiàn)常規(guī)化學或生物實驗室的各種功能，如快速、準確地實現(xiàn)對蛋白質、核酸、細胞以及其他特定目標對象的處理、檢測和分析。5微流控芯片的概念出自于上世紀90年代初，由A.Manz等人提出。世界范圍內的研究始于90年代的中后期，其間的發(fā)展大體經歷了三個階段。圖表2微流控芯片發(fā)展歷程第一階段（1990年-2000年）：微流控芯片被認為是化學分析平臺，常與“微全分析系統(tǒng)”概念混用。上世紀90年代初，Manz等人采用微流控生物芯片實現(xiàn)了此前一直在毛細管內完成的電泳分離，顯示了它作為一種分析化學工具的潛力。1994年，美國橡樹嶺國家實驗室的研究人員MikeRamsey在Manz與Widmer的提高了其性能。同年，世界首屆國際微全分析系統(tǒng)學術會議在荷蘭Enschede舉行，微流控芯片全面進入大眾視野。90年代中期，美國國防部提出對士兵個體生化自檢裝備的手提化需求，推動了世界范圍內微流控芯片的研究。1995年，全球首家專門從事微流控芯片技術的公司CaliperLifeSciences在美國馬薩諸塞州成立，微流控芯片正式開啟產業(yè)化之路。芯片的快速模板復制法PDMS、芯片的軟光刻微閥/微泵被相繼提出，首臺微流控芯片商品化儀器在1999年被安捷倫公司和Caliper公司聯(lián)合推出，被應用于生物分析和臨床分析領域。在整個90年代，由于認識水平的局限，微流控芯片更多的被認為是一種分析化學平臺，因微全分析系統(tǒng)只是微流控芯片中的一個類別，遠不是它的全部。6第二階段（2000年-2006年學術界、產業(yè)界愈發(fā)清楚地意識到微流控芯片遠超“微全分析系統(tǒng)”這一概念，是一種極其重要的平臺。業(yè)內著名雜志LabonaChip創(chuàng)刊。2002年，S.Quake等流控芯片大規(guī)模集成”文章在Science上發(fā)表。我國在微流控領域的發(fā)展也緊跟國際，2002年，由大連理工大學王立鼎院士、東北大學方肇倫院士和清華大學羅國安教授牽頭，在北京召開首屆全國微全分析系統(tǒng)會議，開啟了中國微流控芯片元年。以上這些里程碑式的工作使學術界和產業(yè)界看到了微流控芯片超越“微全分析系統(tǒng)”的概念且有發(fā)展成為一種重大的科學技術的潛在能力。比如，利用微流控芯片作為一種微發(fā)生器，可以在微流控芯片上開展組合化學反應用于分析診斷，或結合液滴技術，用于藥物合成與篩選，或納米粒子、微球、晶體等的高通量、大規(guī)模制備，形成一種“芯片上2003年，F(xiàn)orbes雜志將微流控技術評為影響人類未來15件最重要的發(fā)明之一。2004年，第三階段（2006年至今）：微流控技術廣泛用于生物和化學領域的分析與檢測，并在IVD、細胞分選、器官芯片等領域實現(xiàn)了商業(yè)化。2006年，Nature雜志發(fā)表一期題為“芯片實驗室”的專輯，其編輯部的社成為“這一世紀的技術”。芯片實驗室所顯示的潛在意義，已經在更高的層面和更大的范圍內被學術界和產業(yè)界所認識。同年，統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，中國學者在微流控芯片實驗室領域SCI論文數(shù)已躍居世界第二。2007年，由復旦大學楊芃原教授和浙江大學方群教授主持，國家973計劃支持的首個微流控芯片項目“微流控學在化學和生物醫(yī)學中的應用基礎研究”啟動。同年11月，中科院大連2013年，在羅國安教授、林炳承教授的支持下，由清華大學梁瓊麟教授牽頭主持、包括清華大學團隊和大連團隊在內的8家單位合作承擔的科技部新藥創(chuàng)制重大專項課題“基于微流控芯片的新藥研究開發(fā)關鍵技術”啟動，仿人體芯片（包括單器官和多器官芯片）在藥學研究和藥物研發(fā)中的應用首次正式納入我國國家重大科技計劃。國內《微流控芯片實驗室》等專著的出版，側面展現(xiàn)了中國科學家在該領域的貢獻。雖然我國在微流控分析方面的研究起步較國外晚了4-5年，但在多個相關的學科領域都具有足夠的積累與優(yōu)勢。7從半導體到高分子材料，從光刻到模塑，微流控材質、工藝技術探索逐步深入。伴隨著對微流控技術逐年深入的研究，人們在微流控材質選擇、工藝技術等相關領域上有了更深入的探索。圖表3微流控芯片材料探索歷程及不同材質類型的微流控芯片從微流控的制作材料來講，半導體材料硅材料是制備微流控芯片的首選材料。但隨著微流控芯片應用場景的不斷拓展，硅材質因為不能耐受高壓和不能兼容光學檢測技術，產業(yè)界和科研界開始尋求更多新材料。玻璃材質的微流控芯片能夠達到良好的電滲性質和光學性質，理論上是完美的微流控芯片制作材料，但玻璃材質不易于光刻和蝕刻，制作工藝復雜費時且成本昂貴，導致其不能大規(guī)模推廣。相比之下，高分子材料體現(xiàn)出了優(yōu)勢，高分子聚合物加工簡單、原材料便宜，且具有良好的絕緣性、耐高壓性、熱穩(wěn)定性、生物兼容性、氣體通透性、彈性模量低等特點，能廣泛應用于毛細管電泳微芯片、生化反應芯片、多種光學檢測系統(tǒng)中。以聚二甲基硅氧烷（PDMS）為代表的有機高分子聚合物是目前微流控芯片制作的熱門材料。8圖表4不同材質類型的微流控芯片優(yōu)缺點比較在制作工藝方面，目前廣泛應用于微流控芯片制作的工藝有光刻技術、蝕刻技術、模塑法、熱壓法、LIGA技術、激光燒蝕技術和軟光刻法等。不同流體控制策略，分為被動式和主動式，目前商業(yè)化產品多為主動式微流控。在微流體操控技術中，微流體的驅動和控制是實現(xiàn)對微量（納升級至皮升級）液體精準操控的前提和基礎，其控制方式種類眾多，采用的原理和形式也不盡相同，按控制方式來說可以分為主動式和被動式兩種。圖表5不同流體控制策略下的微流控技術9主動式微流控是利用外源性驅動力（包括壓力、電潤濕、表面波、磁力等）來精準控制液體流動，往往可以滿足更加復雜的實驗過程要求，比如分子檢測等。被動式微流控也叫自驅式微流控，其更多由自然力也就是液體本身在微管道中發(fā)生的毛細現(xiàn)象來控制，使液體產生定向的流動。其特點是自驅動、無需額外泵源和能源。目前商業(yè)化產品多以氣動力、離心力等主動式驅動力為主，部分結合被動式驅動力。微流控芯片由微米級流體的管道、反應器等元件構成，與宏觀尺寸的分析裝置相比，其結構極大地增加了流體環(huán)境的面積/體積比，以最大限度利用液體與物體表面有關的包括層流效應、毛細效應、快速熱傳導和擴散效應在內的特殊性能，從而在一張芯片上完成樣品進樣、預處理、分子生物學反應、檢測等系列實驗過程。具體來講，微流控芯片具有四大優(yōu)點：圖表6微流控芯片技術四大優(yōu)勢集成小型化與自動化，提高反應效率。微流控技術能夠把樣本檢測的多個步驟集中在一張小小的芯片上，通過流道的尺寸和曲度、微閥門、腔體設計的搭配組合來集成這些操作步驟，最終使整個檢測集成小型化和自動化。在更小的尺度內實現(xiàn)常規(guī)生化實驗室各項功能的同時，加快了反應速度，提高了反應效率，使得實驗可控性更強；同時避免了復雜分析流程可能帶來的誤操作，降低了對操作人員專業(yè)性和靠經驗積累的要求，將傳統(tǒng)中心實驗室才能完成的檢測帶到病人或者用戶的身邊。高通量、多目標檢測。由于微流控可以設計成為多流道，通過微流道網絡可以同時將待檢測樣本分流到多個反應單位，同時反應單元之間相互隔離，使各個反應互不相干擾，因此可以根據(jù)需要對同一個樣本平行進行多個項目的檢測。與常規(guī)逐個項目檢測相比，大大縮短了檢測的時間，提高了檢測效率，具有高通量的特點。檢測試劑消耗少，樣本量需求少，降低珍貴樣品液與檢測液消耗。由于集成檢測的小型化，使微流控芯片上的反應單元腔體非常小，雖然試劑配方的濃度可能有一定比例的提高，但是試劑使用量遠遠低于常規(guī)試劑，大大降低了試劑的消耗量。由于只在小小的芯片上完成檢測，因此需要被檢測的樣本量需求非常少，往往只需要微升甚至納升級別，此外還可以直接用全血進行檢測，對于嬰兒、老人、殘疾人這些血量少、靜脈采集困難的人群，使其檢測更加方便；或者是非常珍貴稀少的樣本，使其多項指標檢測成為可能。屏蔽外界污染。由于微流控芯片的集成功能，原先在實驗室里需要人工完成的各項操作全部集成到芯片上自動完成，使人工操作時樣本對環(huán)境的污染降低到最低程度。例如，在分子核酸類檢測中，無論是樣本本身，還是制備后準備用于檢測的核酸，均會對實驗室造成污染，氣溶膠的擴散使得后續(xù)樣本檢測容易出現(xiàn)假陽性。微流控技術的使用很好地解決了這一問題。其高比表面積的流道極大提高了PCR的熱傳導效率，減少了PCR熱循環(huán)所需時間。同時，微流控卡盒提供的封閉式反應環(huán)境在避免氣溶膠污染上有著天然的優(yōu)勢。微流控作為工具類技術，推動顛覆性應用出現(xiàn)。諸多行業(yè)專家一致認為，微流控作為一種工具類技術或者技術輔助手段，推動顛覆性應用出現(xiàn)。無論是利用微流控技術實現(xiàn)實驗室的微型化和集成化（比如將微流控技術應用到IVD領域、新藥研發(fā)領域等還是利用微流控芯片作為一種微發(fā)生器（比如進行CTC的富集分選亦或是利用微流控芯片作為生產設備（比如微球的制備）……微流控本身不是顛覆性技術，但作為一種技術輔助手段創(chuàng)造了潛在的顛覆性應用。第二章多領域市場需求快速驅動，政府、資本齊助力◆全球市場圖表72021-2027微流控芯片領域市場預測根據(jù)國際MEMS專業(yè)咨詢公司YoleDeveloppement2022年7月發(fā)表的《StatusoftheMicrofluidicsIndustry2022》研究報告顯示，2021年全球微流控芯片產業(yè)的總規(guī)模為181億美元，預計到2027年全球微流控芯片市場份額將達到323億美元，2021-2027年復合微流控產品市場從2017年的90億美元增長至2022年的230億美元，復合年增長率為21%。就細分市場來說，到2027年，微流控市場份額預計排名前3的領域分別是即時檢驗(Point-of-CareDiagnosis,POCDx)、制藥與生命科學研究以及臨床檢驗，市場份額分別為◆中國市場圖表8微流控芯片相關產品中國市場銷售額中國微流控市場的發(fā)展仍處在初級階段，但正在快速增長。根據(jù)Yole統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2017年中國微流控市場規(guī)模約5.52億美元，其中國際品牌在國內微流控產品的銷售額達到3.68億美元，占比67%。國產各類產品的微流控產品銷售額達到約1.71億美元，占比33%。圖表9占據(jù)中國微流控市場主要市場份額的企業(yè)目前，微流控技術的主要應用場景為即時檢驗(PointofCareTesting，POCT）、制藥/生命科學研究等領域。這些領域的火熱發(fā)展以及對微流控技術產生的強勁需求是推動微流控領域發(fā)展的重要原因。中國步入老齡化社會、人均消費水平提高、居民健康意識增強，政府推動分級診療等因素推動POCT行業(yè)快速發(fā)展，大部分POCT產品依賴微流控技術進行支撐。中國面臨日益嚴峻的老齡化挑戰(zhàn)，慢病發(fā)病率升高，而POCT是慢病管理的絕佳檢測手段。其中，80歲及以上的高齡人口已超過3,000萬，預計到2035年將達到5,000萬。聯(lián)合國預測，到2050年，中國65歲及以上人口將達到4.77億，占總人口比例將達到34.9%。老齡化加快，意味著腫瘤、糖尿病、心腦血管疾病、慢性腎病等慢性疾病的發(fā)病率明顯升高。而慢性疾病除了院內治療之外，絕大部分時間需要患者在院外進行自我監(jiān)測和管理，而POCT憑借方便、快捷以及低成本的優(yōu)勢成為慢病管理的絕佳檢測手段。人民生活水平的不斷提升以及居民健康意識的增強，同樣加速了對于POCT這一類體外診斷產品的需求。國家多措并舉推進分級診療，POCT具備顯著應用優(yōu)勢。近年來，我國出臺一系列政策，多措并舉推進分級診療制度建設，基層醫(yī)院在常規(guī)診療、急診治療中的作用逐步凸顯。POCT作為一種具有設備攜帶方便、操作簡單、檢測時間短，使用成本低的檢驗醫(yī)學手段，在基層醫(yī)療機構、急診或者事故和災害現(xiàn)場以及家庭環(huán)境下有著顯著的應用優(yōu)勢，順應了我國醫(yī)療改革尤其是分級診療的推進。圖表10分級診療示意圖在新冠疫情一役中，國內外涌現(xiàn)的多款POCT產品在提高疫情防控效率的同時為抗疫贏得了寶貴的時間，也深化了市場對于POCT產品的認識。分級診療、患者下沉帶來更多項目檢測的需求，促進醫(yī)共體平臺檢測結果互認是趨勢，POCT勢必是未來重要的發(fā)展方向，應用范圍將快速擴大。圖表11分級診療為POCT創(chuàng)造巨大空間微流控技術特性高度契合POCT發(fā)展趨勢，日趨成為構建POCT系統(tǒng)的核心技術。目前POCT技術的發(fā)展經歷了從定性、半自動定量、半定量再到全自動定量產品四個發(fā)展時代，精密度與自動化程度逐漸提升，最終的發(fā)展趨勢是小型化、“傻瓜”式、操作簡單、無需專業(yè)人員，直接輸入體液樣本，即可迅速得到診斷結果，并將信息上傳至遠程監(jiān)控中心，由醫(yī)生指導保健。目前市場上有多種即時檢測方法，對于簡單的流動測試工作沒有流體管理技術，但當測試復雜性增加時，微流控技術就是必要的。相比較孔板這類傳統(tǒng)耗材，微流控芯片有著微型化、自動化、多通量、耗樣量低、密閉性、高靈敏度、高分辨率等優(yōu)點，還可以將樣品處理、分離、反應等與分析相關的過程集成在一起，大大提高分析效率。這些特點使得市場上的大多數(shù)POCT產品都免不了往微流控方向發(fā)展，微流控技術日趨成為構建POCT系統(tǒng)的核心技術。圖表12POCT技術的發(fā)展歷程制藥/生命科學研究領域，以微流控芯片為核心的器官芯片等領域發(fā)展正如火如荼。制藥界欲打破反摩爾定律困境的市場需求、FDA支持的助推、國際去動物化產業(yè)趨勢的發(fā)展以及技術本身獲得的階段性突破，多面影響推動器官芯片(Organ-on-a-chip，OOC)領域快速發(fā)展，從而成為產業(yè)界目前火熱關注的新興領域。此外，還有企業(yè)利用微流控技術進行藥物遞送以實現(xiàn)更好的給藥方式，或利用微流控芯片進行高性能微球制備為生物醫(yī)藥下游提供純化填料、藥物緩釋制劑，或基于微流控技術進行單個細胞、微生物和分子水平的操作，賦能抗體藥物研發(fā)、Car-T細胞篩選、細胞治療靶點優(yōu)化、基因編輯、細胞生物學核酸分離和定量、DNA測序、DNA合成等。微流控技術正在制藥/生命科學研究領域爆發(fā)強大應用潛力?；谖⒘骺氐木薮髴们熬埃鼛啄陣页掷m(xù)加大微流控技術相關領域的政策支持力度。2016年8月，國務院印發(fā)的《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》明確提出，體外診斷產品要突破微流控芯片、單分子檢測、自動化核酸檢測等關鍵技術。2017年4月，科技部印發(fā)《“十三五”生物技術創(chuàng)新專項規(guī)劃》，明確將微流控芯片納入到新一代生物檢測技術當中。圖表13我國支持微流控行業(yè)發(fā)展的相關政策2021年底，十部門印發(fā)《“十四五”醫(yī)療裝備產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，明確提出發(fā)展新型體外診斷裝備，提升多功能集成化檢驗分析裝備、即時即地檢驗裝備性能品質。2022年5月，國家測技術研發(fā)。近10年，無論是融資金額還是融資事件，行業(yè)整體保持上升趨勢。蛋殼研究院整理了微流控領域近10年的投融資數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，微流控領域持續(xù)受資本市場關注，無論是融資金額還是融資事件，連年保持上升趨勢。圖表14近10年我國微流控領域投融資情況一覽自2021年下半年開始彌漫的資本寒冬，對于微流控領域有一些影響但并不大?？梢钥吹剑⒘骺仡I域在2021年融資表現(xiàn)仍較為強勁，甚至達到歷史頂峰，全年融資額達到18.04億元，融資事件總計26起。近5年（2019-2023），國內微流控領域共計發(fā)生投融資事件108起，資本市場累計向微流控領域注入58.2億元資金，快速推動產業(yè)發(fā)展。圖表15國內微流控領域相關企業(yè)最新一輪融資IVD場景應用最為成熟，器官芯片、微球制備等新興應用領域也開始吸引資本關注。蛋殼研究院整理了國內微流控領域企業(yè)最新一輪融資情況如上表，可以發(fā)現(xiàn)，將微流控技術應用于IVD領域企業(yè)目前融資進度最快——諸如科炬生物、融智生物、嵐煜生物、斯馬特在內的企業(yè)目前已經發(fā)展到D輪及D輪以后融資甚至IPO進程，相應地也反映出微流控技術在該領域探索地最為深入和成熟。此外，包括器官芯片、微球制備、輔助生殖等在內的微流控應用新興場景，雖然在融資總額和融資進度上不算出彩，但已經有不少資本開始進行積極布局。比如發(fā)展較快的器官芯片企業(yè)大橡科技已經發(fā)展到pre-B輪融資，目前累計已經獲得資本市場近2億元資金助力。其他像利用微流控技術率先探索微球制備的智能制造企業(yè)阿卡索生物、毫厘科技、邁可隆生物等，目前也已經接連完成數(shù)千萬元天使輪融資。看好賽道發(fā)展?jié)摿?，大型診斷企業(yè)競相完成收購，并購金額近200億美金。在較為前沿的細分領域，那些最有潛力的企業(yè)往往會被大型企業(yè)優(yōu)先收購。微流控領域亦是如此。圖表16全球微流控領域并購事件一覽基于微流控技術打造出優(yōu)秀產品的相關企業(yè)，比如打造了GeneXpert的微流控分子診斷龍頭Cepheid于2016年被丹納赫以40億美元收購，Alere（含Triage微流控免疫診斷平臺，后該產品線賣予Quidel集團）于2017年被雅培以53億美金收購，微流控生化診斷公司Abaxis于2018年被碩騰（原輝瑞動物保健部門）以20億美金收購，微流控免疫熒光公司BioTek在2019年被安捷倫以11.65億美元納入囊中。據(jù)蛋殼研究院不完全統(tǒng)計，微流控領域迄今已發(fā)生超過16起全球并購事件，涉及金額近200億美金。諸多明星企業(yè)連連被大型跨國企業(yè)收購，說明微流控的技術價值和時間價值均得到了市場認可。第三章POCT成為微流控技術應用最廣泛領域，多款產品已成功商業(yè)化前文已經提及，微流控技術是POCT設備集成化、小型化的基礎核心，高度契合POCT產品發(fā)展趨勢。微流控高比表面積的流道極大提高了PCR的熱傳導效率，減少了PCR熱循環(huán)所需時間。同時，微流控卡盒提供的封閉式反應環(huán)境在避免氣溶膠污染上有著天然的優(yōu)勢。市場上的大多數(shù)POCT產品都免不了往微流控方向發(fā)展，微流控日趨成為構建POCT系統(tǒng)的核心技術，POCT也成為微流控目前應用最廣泛和成熟的領域。圖表17國內微流控領域企業(yè)業(yè)務布局情況IVD領域POCT是目前微流控技術應用最廣泛領域。蛋殼研究院對國內81家應用微流控技術的企業(yè)進行了分類統(tǒng)計，從企業(yè)業(yè)務布局來看，將近一半（36家）應用微流控技術的企業(yè)選擇將業(yè)務場景定位在IVD領域POCT，POCT成為目前微流控技術應用最廣泛的領域。獲行業(yè)龍頭企業(yè)重金押注，TOP10并購交易中8家以開發(fā)微流控POCT產品為主。在微流其余被并購的微流控企業(yè)均是以開發(fā)微流控POCT產品為主或者微流控POCT產品是其核心產品之一。圖表18微流控領域TOP10并購交易中有8家以開發(fā)微流控POCT產品為主以上并購事件中涉及的微流控POCT產品基本上也是在商業(yè)化方面表現(xiàn)十分亮眼的優(yōu)秀POCT產品代表。比如Abaxis的PiccoloXpress即時生化檢測儀，Alere的Triage免疫GeneXpertPCR分析儀以及由BioFire打造的FilmArray多重PCR系統(tǒng)都分別是各個細分領域優(yōu)秀POCT產品的代表。System等也都是POCT領域耳熟能詳?shù)漠a品。企業(yè)將微流控技術爭相應用到POCT領域以及微流控領域大部分被并購的公司均為IVD領域的POCT產品，反映了POCT是微流控技術落地最為成熟的應用場景以及市場對微流控技術在該領域應用的認可。全球多款微流控產品已成功商業(yè)化。POCT作為微流控技術落地最為成熟的應用場景，目前已經成功落地多款商業(yè)化產品且市場表現(xiàn)不錯。甚至可以說，目前市場上幾乎大部分商業(yè)化的分子POCT產品都是基于微流控芯片平臺技術實現(xiàn)的。圖表19POCT作為一種檢測平臺和應用場景平臺，涵蓋IVD各細分領域多種方法學蛋殼研究院分別選取了在生化、免疫、分子診斷各領域具有代表性的微流控產品進行簡單介紹和分析。◆生化領域微流控代表產品：PiccoloXpress即時生化檢測儀在生化領域，應用微流控技術打造的目前商業(yè)化最為成功的產品當屬美國Abaxis（已被碩騰收購）的PiccoloXpress即時生化檢測儀（以下簡稱Piccolo）。通過利用微流控技術，Abaxis將生化中所涉及的血液采樣、分離、稀釋、制備、反應、檢測等基本操作單元集成在微芯片中，以微通道網絡貫穿各個實驗環(huán)節(jié)。該技術獲得了FDA圖表20AbaxisPiccoloXpress生化檢測系統(tǒng)相比體積龐大、操作復雜、造價昂貴且維護成本高的傳統(tǒng)自動化生化分析儀，Piccolo系統(tǒng)質量輕便（重量僅為5kg）、成本低、易于操作且檢測結果準確，在即時性的檢測效率上有顯著優(yōu)勢?；谖⒘骺匦酒募苫到y(tǒng)，精簡了生化檢測流程，顯著減少了檢測樣本量，可以快速實現(xiàn)單人份的生化指標檢測，即使是家用檢測也沒有問題。圖表21Piccolo操作步驟在功能方面，迄今為止，Piccolo可以提供16種試劑盤，檢測所需血液樣品體積只需0.1ml便可進行30余項指標檢測，涵蓋基礎生化、肝功能、腎功能以及各種代謝物（產品菜單占生化檢測類別的90%以上）。其中有11種試劑盤、26項指標檢測獲得了美國臨床實驗室改進修正案（CLIA）豁免。圖表22Piccolo產品菜單圖表23Piccolo有11種試劑盤、26項指標檢測獲得了CLIA豁免輕巧便捷的體型，加上成本低、易操作、測試時間短且檢測結果準確的特性，Piccolo在市場上頗受歡迎。且由于Abaxis同時布局了人檢測端（Piccolo）和動物檢測端（VetScan因此在商業(yè)上大獲成功。在被碩騰收購之前，根據(jù)Abaxis在2018年3月公布的年報數(shù)據(jù)，2017年，Abaxis試劑盤的銷量突破1000萬套，其中獸醫(yī)領域610萬套，人醫(yī)領域390萬套，銷售額共1.238億美元。其化學分析儀銷量3500臺，其中獸醫(yī)領域2600臺，人醫(yī)領域900臺，銷售額共2340萬美元。2017年愛貝斯毛利率為55.4%，利潤率達到19.6%。2018年5月，希望在快速增長的獸醫(yī)診斷服務市場中占據(jù)更大份額的全球頂級動物保健公司Zoetis（碩騰）宣布將以近20億美元的價格完成對愛貝斯(Abaxis,Inc.)的收購。◆免疫領域微流控代表產品：Triage熒光免疫分析儀Alere（已被雅培收購）的Triage熒光免疫分析儀（Quidel集團于2017年將該業(yè)務線從雅培手中收購）是免疫診斷領域應用微流控技術的代表性產品（微流控免疫熒光）之一。該產品由Biosite（于2007年被Alere收購）研發(fā)打造，主要用于評估心力衰竭、急性冠脈綜合征、胸痛及呼吸困難等，以幫助臨床醫(yī)生快速獲得檢測結果。圖表24AlereTriage熒光免疫分析儀據(jù)公開資料，Triage檢測板可在15分鐘內，同時檢測全血或血漿樣本中多項生物標記物。其檢測系統(tǒng)設置了終點檢測，因此檢測板可以自動運行檢測，而不依賴儀器。經過精心設計的檢測板可以檢測出每種TNI的形式從而保證結果準確，這也保證了TNI的檢測結果不依賴于其在樣本中的存在形式。圖表25Triage熒光免疫分析儀：三步操作，即可得到檢測結果1992年2月，Triage進入美國市場（當時該產品僅上線了藥物濫用測試組合），測試卡只有信用卡大小，采用尿液標本，可以在10分鐘內檢測病人9種藥物的使用情況。在此之前，檢測藥物濫用一般在大型實驗室，需要造價不菲的儀器和專業(yè)人員。相比之下，Triage小巧輕便，在短時間內能得到更多的檢測結果。因此，Triage初上市便頗受市場歡迎。此后，基于Triage測試平臺，通過增加不同的單個測試卡，便能完成不同標記物的測試，Triage逐漸發(fā)展為一款平臺型POCT產品。當用于檢測心肌梗死的Triage心臟檢測系統(tǒng)上市，借助BNP測試（B-typenatriureticpeptide，B型腦鈉肽）卡，Triage開發(fā)者Biosite公司一戰(zhàn)成名。在2007年被收購前，Triage在2006年的銷售額達到了3.08億美元，毛利率高達70%，凈利率達到20%。Alere（當時名為Inverness）在收購Biosite前在業(yè)內不算特別出眾的公司，2006年營收不過億美元，在收購Biosite后第2年營收達到了16.7億美元?！舴肿釉\斷領域微流控代表產品：GeneXpert、FilmArray在分子診斷領域，由Cepheid(已被丹納赫收（已被生物梅里埃收購）打造的FilmArray多重PCR系統(tǒng)是目前全自動化分子診斷儀器中最具代表性的兩款微流控產品。GeneXpert擁有急性傳染病檢測、生殖健康檢測、腫瘤/遺傳病檢測、健康關聯(lián)檢測4類試劑盒，超30種檢測指標。GeneXpert產品體積小、自動化程度高、檢測速度快，全流程在10cm3盒式芯片內完成，手工前處理環(huán)節(jié)僅需2分鐘，全流程僅需30-60分鐘（傳統(tǒng)6小時以上）。此外，還具有樣本適用性廣、設備測試通量高等優(yōu)點。圖表26GeneXpertDxSystem作為世界上第一個將樣品制備、擴增與檢測完全整合的定量PCR儀，GeneXpert使得即使不具備專業(yè)技術的人員也可以進行復雜的分子檢測。通過利用微流控技術，GeneXpert采用一體式全封閉的試劑盒設計，將樣品制備，核酸擴增與檢測完全整合到一個小小的檢測試劑盒中，解決了傳統(tǒng)分子檢測需要獨立空間、獨立負壓環(huán)境進行測試管理的問題，且從根本上解決了傳統(tǒng)分子POCT一個很大的痛點——氣溶膠交叉污染，以及使得不具備專業(yè)技術的人員也可以進行復雜的分子檢測。針對不同的疾病或病原菌，Cepheid針對GeneXpert已經開發(fā)出了功能齊全的試劑盒產品。除了能快速檢測結核及耐藥性外，賽沛GeneXpert平臺目前已開展超過40個檢測項目，涵蓋了醫(yī)療相關感染、危重感染、性健康/婦女健康、病毒和腫瘤/遺傳等應用領域，能夠滿足患者從常規(guī)傳染病到癌癥基因檢測的各個領域的即時檢測需求。在時間上，以GeneXpert對結核病的診斷為例，它將對結核病的診斷時間從幾個月縮短到2.5個小時，使患者能夠迅速接受治療，減少廣譜抗菌素的濫用。圖表27GeneXpert涵蓋從常規(guī)傳染病到癌癥基因檢測的各個領域的即時檢測需求在準確性方面，同樣以GeneXpert對結核病的診斷為例，它能直接從原始痰液標本中快速、敏感的檢測出結核分枝桿菌并擴增出耐藥基因，由此判斷其為結核病并且耐藥。有相關研究者發(fā)表的實驗數(shù)據(jù)顯示，與傳統(tǒng)的培養(yǎng)陽性、涂片陽性的標本比較，XpertMTB/RIF的檢出率率為98.2%，特異性高達99.2%，對利福平耐藥患者的檢出率為97.6%，對利福平的特異性達98.1%。XpertMTB/RIF對肺結核的診療具有里程碑式的意義。憑借GeneXpert在市場上的亮眼表現(xiàn)以及其展現(xiàn)出來的市場潛力，2016年9月，丹納赫宣布計劃以40億美元收購Cepheid。截止2021年數(shù)據(jù)，GeneXpert全球裝機量已經超過20000臺，在美國醫(yī)院分子診斷同類型設備的裝機量中，Cepheid占比最高，接近25%，超過Roche、BD和生物梅里埃等業(yè)界巨2020年新冠疫情期間，Cepheid表現(xiàn)也尤為亮眼，成為全美裝機量和新冠檢測試劑盒出貨最多的企業(yè)，緊跟其后的是Biofire。2021年，GeneXpert出貨近6000萬次人份，銷售額約為35億美元。與GeneXpert類似，通過應用微流控技術，BioFire打造的FilmArray的巢式多重PCR系統(tǒng)也集樣品制備、擴增、檢測和分析功能于一體，操作人員只需分別加入試劑緩沖液和樣本混圖表28FilmArray微流控檢測系統(tǒng)實物圖FilmArray設備體積小巧且運行時間短，僅1小時，對樣品進行一次測試便可以檢測多達24種病原體，可檢測能夠引發(fā)呼吸道感染、血流感染和胃腸道感染的多種病原體靶標以及抗生素耐藥基因。FilmArray還曾被《TheScientist》雜志評為2011年度創(chuàng)新產品。圖表29FilmArray檢測操作流程圖表30FilmArray多元化的檢測Panel一般診斷產品在設計之初都是先確定一個靶標，再去想盡辦法去檢測該靶標。但FilmArray的產品設計理念非常獨特，是從患者的臨床癥狀出發(fā)，對于引發(fā)某一臨床癥狀的最常見的病原體靶標（細菌、病毒、真菌或寄生蟲）進行同時檢測，縮短了檢測時間，為準確判斷疾病爭取了時間。為了實現(xiàn)該目標，F(xiàn)ilmArray采用了巢式多重PCR技術。多重PCR可以在一個反應體系中同時擴增多個目的片段的PCR技術,具有高特異性、高靈敏度、高效率、低成本的特點。圖表31FilmArray檢測卡反應原理年1月完成。收購FilmArray，讓BioMérieux一舉完善了POCT分子診斷產品線，鞏其作為微生物診斷行業(yè)領導者的地位。據(jù)BioMérieux年報數(shù)據(jù)，2014年，F(xiàn)ilmArray銷售額超過8000萬美元，全球裝機1200年，F(xiàn)ilmArray銷售額達到2.6億美元，全球裝機達到4000臺。在收購后短短三年內，F(xiàn)ilmArray銷售額的年均復合增長率達到80%，全球裝機量翻了6倍。這份靚麗的成績單，體現(xiàn)了市場對于FilmArray的認可?！粞獨庠\斷領域微流控代表產品：i-STAT除了以上介紹的微流控POCT產品，還有一款無數(shù)行業(yè)人士心目中的POCT第一神器，是i-STAT（已被雅培收購）公司的血氣分析儀i-STAT。圖表32i-STAT血氣分析儀應用微流控技術的i-STAT體積類似一個手機大小，重量僅為600克左右，只要2-3滴血，無需抗凝劑，無需冗長流程步驟，2分鐘即可看到血氣、血電解質等報告結果（心肌標志物10分鐘出結果），其準確性與實驗室質量相當。圖表33i-STAT血液分析流程與傳統(tǒng)血液分析流程對比圖表34i-STAT單一平臺即可進行二十多項檢測i-STAT一機多用，其開放的測試平臺可完成生化和電解質、血氣、血液學、乳酸、內分泌、操作簡單，非常契合急診、救護車、ICU、戶外醫(yī)療救援等應用場景。此外，i-STAT可連接到多個數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，與實驗室信息系統(tǒng)、電子病歷無縫集成，并將測試結果同步到設備軟件，以幫助醫(yī)生和患者管理測試結果和設備。公司銷售額保持了20%的復合增長率。2004年，雅培以3.92億美元收購i-STAT。截止2015年，i-STAT已經銷售到全球84個國家和地區(qū)，裝機量超過50000臺，年測試卡消耗量超過5千萬張；在美國超過1800家醫(yī)院和500家急診中心使用i-STAT。微流控還未完全展現(xiàn)其商業(yè)化潛力，創(chuàng)造的顛覆性應用需進一步發(fā)掘探索。以上微流控POCT產品都是POCT領域的優(yōu)秀代表，也有不錯的市場表現(xiàn)，但微流控技術明顯還未完全展現(xiàn)出其商業(yè)化潛力。原因在于，微流控技術還處于初級發(fā)展階段，以微流控技術為核心打造的產品在滿足優(yōu)秀性能的前提下，成本問題仍然有待解決。萊博睿思董事長陳濤指出，尤其是對于早已進入了高自動化和低成本階段的生化、免疫等領域，雖然采用微流控技術可以降低樣本用量和減少檢測時間，但是由于成本問題的掣肘其競爭優(yōu)勢不夠明顯，從行業(yè)來講替代動力不強，微流控產品難以大顯身手。但值得注意的是，分子診斷領域的自動化程度仍然偏低，高端自動化產品體積較大價格很高，應用微流控技術可以產生較好的產品競爭優(yōu)勢，故而是近些年來行業(yè)內各企業(yè)關注的重點。同時新冠疫情對分子診斷的巨大推動也使得更多的企業(yè)采用微流控技術來實現(xiàn)產品的換代。此外，諸多行業(yè)專家認為，微流控行業(yè)目前發(fā)展快速但還處于初級發(fā)展階段，行業(yè)整體無論是對于微流控技術的把握還是對技術本身的認識和見解還都處于淺層次，目前挖掘出來的應用場景還只是冰山一角，還有諸多應用場景尚未發(fā)掘到微流控技術的潛力，微流控創(chuàng)造的顛覆性應用還需進一步發(fā)掘與探索。未來隨著國家對于交叉學科的持續(xù)建設和投入推動，將會有更多的應用場景被發(fā)掘從而顯現(xiàn)微流控技術更大的發(fā)展?jié)摿?。同時伴隨著微流控芯片成本的進一步降低以及高端芯片的設計制造技術進一步提升，行業(yè)將迎來爆發(fā)。多位行業(yè)人士指出，未來微流控產品在IVD領域發(fā)展主要有兩個方向：一是在保證產品性能的前提下，通過國產替代降低成本打開基層市場；二是進行差異化布局和自主創(chuàng)新，探索微流控與新技術的結合以及在新場景的應用與落地。國產替代進行時，成本、性能是關鍵。為進一步滿足國內市場的需求，國內有不少企業(yè)加入到微流控POCT此產品的研發(fā)工作中，在一些優(yōu)秀微流控POCT產品的基礎上進行創(chuàng)新設計以及優(yōu)化改進，目前已經推出多款微流控POCT產品，且在市場上反響不錯。比如在生化領域，天津微納芯基于微流控技術的MNCHIP醫(yī)療系列全自動生化分析儀，目前已在全球數(shù)萬家醫(yī)療機構獲得應用。其他開發(fā)了生化微流控POCT產品的企業(yè)還包括萬孚生物、錦瑞生物、斯瑪特科技、普施康生物、含光微納等。免疫領域，有深圳微點生物的mLabs免疫熒光微流控檢測平臺、成都微康生物的離心微流控ELISA免疫分析平臺等。分子診斷領域，有博暉創(chuàng)新的HPV分子診斷全自動分析儀、萬孚的BoxArray全自動多重核酸檢測分析平臺、迪奇生物的VirusHunter全自動核酸分析POCT平臺等。血氣領域，深圳理邦的i15秉承了i-STAT的技術路線，市場反響也不錯。凝血領域，普施康生物打造的微流控凝血系列產品，包括全自動凝血分析儀MC500、MC550等。但總體而言，由于我國微流控產業(yè)上下游配套發(fā)展尚不完善，微流控相關專業(yè)人才缺乏以及人員經驗不足，目前諸多國內產品還難以在性能各方面與進口產品媲美，在成本上還有進一步努力的空間。而要做到成本和性能的最佳平衡，在國內現(xiàn)有上游尚無成熟供應鏈的前提下，微流控產品開發(fā)企業(yè)須有強大的上游供應控制能力或者擁有成熟的生產工藝，成熟的芯片工程化能力。早已進入高自動化和低成本階段的生化、免疫等領域，讓微流控POCT較難再尋求較大發(fā)展系統(tǒng)可以說是奠定了分子POCT產品發(fā)展的兩大方向。但目前這兩款產品價格仍較高，離需要POCT產品的基層市場還較遠，如果國內有廠家能夠迎頭趕上，在保證性能的前提下降低成本，無疑會打開一個較大的市場入口。未來隨著國內產品的進一步成熟、完善愈多功能，在保證性能的前提下，利用我國素來的人才成本和工業(yè)制造優(yōu)勢進一步降低產品成本，讓產品下沉到更廣大的基層醫(yī)療機構，無疑會打開更大市場。差異化布局與創(chuàng)新，探索微流控與新技術的結合以及挖掘新應用場景潛力。除了在全球優(yōu)秀微流控產品的基礎上進行創(chuàng)新設計以及改進優(yōu)化，國內也有不少企業(yè)通過探索微流控與新技術的結合以及挖掘新應用場景潛力、去中心化探索基層市場的差異化布局思路進行微流控產品的研發(fā)與設計。比如華邁興微、普施康生物、科瑞達生物等企業(yè)探索微流控與化學發(fā)光的結合，嘗試發(fā)揮化學發(fā)光高靈敏度的優(yōu)勢，同時利用微流控技術實現(xiàn)其小型化和全自動化。博識診斷的微流控磁敏免疫產品m16，該款產品用微流控技術及巨磁阻效應實現(xiàn)了全自動的免疫多聯(lián)檢，同樣是具有突破性創(chuàng)新的產品。還有少數(shù)企業(yè)試圖利用微流控芯片的優(yōu)勢，開發(fā)類似核酸檢測的微陣列芯片進行蛋白分子的免疫檢測。主流的點陣式的免疫檢測方法至多能進行半定量檢測，科訊生物開發(fā)了基于新型無機納米材料大面積組裝與抗體條形碼均勻高密度固載技術和熒光快速掃描技術的免疫熒光芯片檢測技術，能實現(xiàn)多個樣本中多種蛋白分子的快速、高靈敏、精準檢測，在檢測速度、檢測限、重復性、均一性等方面跟目前常規(guī)檢測技術相比均具有較大優(yōu)勢，檢測速度能達到720項/小時，檢測限10pg/mL，檢測誤差<5%，而樣本用量僅需2-4uL就可以檢測多項指標?；诟咄康拿庖邿晒鈾z測芯片，科訊生物還開發(fā)了配套的檢測過程自動化操作設備、芯片熒光信號掃描設備、熒光信號自動化識別和分析軟件，以及檢測芯片傳感基底、抗體微條形陣列固載微流控芯片、樣本加載芯片等的自動化生產裝備，在免疫熒光芯片技術、檢測系統(tǒng)和相關自動化生產線開發(fā)等方面走在前列。源景泰科瞄準IVD目前未被滿足的應用需求，從高敏、快速、便攜的方向著手，在國內率先進行電化學與微流控技術的結合應用探索，并已突破微流控電化學核心技術。2023年5月，在完成電化學信號采集核心部件和微流控電極芯片專屬耗材研發(fā)的基礎上，該公司科研版掌上電化學檢測儀太極mini上市，同時用于IVD的商業(yè)機整合開發(fā)即將完成。除了微流控電化學平臺外，源景泰科在微流控PCR膠條平臺上還推出多款高性價比核酸檢測產品。2021年5月，公司微流控PCR儀及新冠病毒微流控PCR膠條試劑盒獲CE認證，已銷往全球多個國家。電化學（electrochemistry）作為化學的分支之一，是在檢測效率和成本上實現(xiàn)數(shù)量級下降的新一代IVD技術。但國內了解較少，甚至常與電化學發(fā)光的概念相混淆。相比電化學發(fā)光，電化學用電化學傳感檢測代替了光學檢測，不存在光電損失，也省去了復雜且昂貴的光學器件，同時保證了信號傳送的實時性，無需復雜前處理，與微流控技術進行結合，更加適用于床旁快速檢測。中Genmark于2021年3月被羅氏以18億美元完成收購，萬孚生物在2016年以1,435萬binx完成1.04億美元E輪融資，由頂級投資機構OrbiMed領投。目前國際電化學IVD公司的產品都尚未進入中國，而電化學技術壁壘較高，國內較少有企業(yè)深耕突破。此外，現(xiàn)有分子POCT檢測更多選擇高付費意愿的場景作為突破口，比如醫(yī)院的急診、ICU、分科門診、災害醫(yī)學救援現(xiàn)場等，而在一般的基層醫(yī)院和居家市場尚難落地。對于基層醫(yī)療這一特定場景，需要低成本、操作簡單、結果易讀的產品。數(shù)字微流控（Digitalmicrofluidics,DMF）是一種基于微電極陣列來實現(xiàn)離散液滴精確控制的新型液滴操縱技術?；诮殡姖櫇裨恚ㄟ^使用電壓信號可以驅動液滴在芯片上自由移芯片上的液滴可以作為載體，承載各種化學生物反應試劑、細胞、蛋白質、DNA和RNA等，使其可以被移動、分樣、融合和控溫，繼而能夠自動完成各種相關的測試反應，將原本需要幾個實驗室程序的反應集中到了一個小小的芯片上，實現(xiàn)檢測的無實驗室化、全自動化。具體而言，DMF技術既擁有傳統(tǒng)微流控技術樣品消耗量少、熱轉換速度快、并行運行能力高的優(yōu)點，又不依賴微泵、微閥或微混合器等元件及復雜的三維流體通道，可實現(xiàn)動態(tài)配置；另外，基于電信號控制的DMF芯片具有極強的可擴展性，非常易于與實驗室的其他設備聯(lián)用，進而實現(xiàn)完全一體化。數(shù)字微流控技術應用范圍廣泛，在包括DNA文庫制備、快速診斷方面，替代傳統(tǒng)實驗過程中的液體操作步驟以實現(xiàn)實驗室操作和診斷技術的小型化和自動化；單細胞分析、新型藥物研發(fā)及合成生物學等近幾年出現(xiàn)的新興應用領域也是數(shù)字微流控技術熱門的應用場景。目前國際上應用DMF技術的知名公司主要包括AdvancedLiquidLogic（2013年以9600萬美元價格被Illumina收購）、GenmarkDiagnostics（2021年被羅氏以18億購）、Baebies等，但其相關產品目前尚未在國內上市。雖然目前數(shù)字微流控技術已經逐漸成熟，但由于技術要求高、儀器開發(fā)難度大，國內更是僅有少數(shù)企業(yè)應用數(shù)字微流控技術成功進行相關產品的開發(fā)。迪奇生物是最早一批在國內探索DMF技術商業(yè)化落地的公司之一。目前其最新的商用POCT平臺可兼容核酸檢測金標準實時熒光PCR和全封閉式磁珠提取，已實現(xiàn)芯片低成本量產及產品的全鏈條自主化，且實現(xiàn)國內少有的單芯片8個獨立反應孔，尤其適合多病原，多基因（兼容高分辨率溶解曲線法）位點的檢測需求。目前平臺以開放合作的方式面向醫(yī)療疾病診斷、寵物/動植物病原檢測、醫(yī)美基因檢測、進出口檢驗檢疫和食品安全檢測等領域。得益于量產化的微流控芯片，公司正面向合作方推廣平臺應用拓展，至單細胞分析、藥物篩選及基因編輯/表達自動化操作等具體應用上。其他應用DMF技術并成功商業(yè)化的國內企業(yè)還包括上海衡芯生物、江蘇液滴邏輯以及廣東奧素博新等。上海衡芯生物和江蘇液滴邏輯主要將DMF技術應用到分子診斷領域，廣東奧素博新主要將DMF技術應用到單細胞分析、抗體療法及合成生物學等新興發(fā)展領域。寵物醫(yī)療正在興起，獸用市場值得關注。近幾年，隨著養(yǎng)寵群體日漸增長，寵物經濟發(fā)展迅速，隨之而來的，寵物診斷行業(yè)也大規(guī)模興起。據(jù)統(tǒng)計，2022年中國寵物疾病診療市場規(guī)模預估為110億元，未來將超180億。其中寵物體外診療市場規(guī)模大約為61億元，年復合激增的寵物診療需求之下，潛藏著巨大發(fā)展機會。目前國內寵物檢查設備供應商少，多數(shù)依賴進口。國內IVD市場的老兵與新將們迅速進場布局，諸多開發(fā)微流控產品的企業(yè)如深圳理邦、微點生物、天津微納芯、斯瑪特科技、迪奇生物等都布局了獸用市場。但從檢測原理來看，多數(shù)公司產品管線近覆蓋抗原抗體類診斷產品，少數(shù)企業(yè)涉足技術難度較高的分子診斷PCR類。迪奇生物自2021年開始布局寵物檢測市場，通過應用DMF技術推出的便攜式自動化動物疫病檢測設備VirusHunterPlus，利用人醫(yī)領域技術，能夠早期、精準地診斷動物疾病且檢測效率顯著提升。目前已上市6款寵物病原診斷試劑盒，涵蓋了常見寵物感染病原類別。相比人用市場，獸用市場要求更低。為了維持設備的穩(wěn)定性，設備一般三年一淘汰，高價格的寵物檢查設備相對高成本的微流控產品有一定的市場空間，允許生產廠家、代理商和終端客戶保有一定的利潤空間，而不至于虧損。隨著寵物醫(yī)療興起，獸用市場具有更多機會。第四章掘金新藍海，新興領域商業(yè)化潛力初顯蛋殼研究院對近5年微流控應用各場景的逐年投融資情況進行了梳理，可以看到微流控在一級資本市場受資金追逐的變化。將微流控應用于單細胞測序及數(shù)字PCR，成為市場追逐新熱點。從融資事件和融資金額的綜合表現(xiàn)來看，將微流控技術應用于IVD領域POCT一直是資本普遍看好的領域。近幾年，將微流控技術應用于單細胞測序與數(shù)字PCR方向開始受市場熱捧，成為自微流控在POCT領域應用后的新熱點應用場景。圖表35近5年微流控應用各場景逐年融資金額變化情況（單位：億元）自2020年開始，將微流控應用于單細胞測序領域開始受到資本市場火熱追捧，到2021年熱情達到頂峰。而數(shù)字PCR在資本市場上的發(fā)展相對平穩(wěn)，但始終保重較大增長勢頭和吸引較大資金量。匯總近5年微流控領域企業(yè)投融資金額和融資事件來看，單細胞測序表現(xiàn)出彩且獨樹一幟，單筆融資金額最高——融資事件占比16%但融資總金額占比達到33%，與融資事件占比35%的IVD領域POCT融資金額相當。圖表36近5年微流控應用各場景融資總金額（單位：億元）與融資事件數(shù)（單位：件）一覽拉近時間線，再看近三年微流控在各應用場景的投融資情況，同樣可以發(fā)現(xiàn)，除了POCT場景，將微流控技術應用于單細胞測序與數(shù)字PCR方向都更受資本熱捧。圖表37近3年微流控在各應用場景的投融資表現(xiàn)以下將簡單介紹微流控技術在單細胞測序及數(shù)字PCR領域的應用優(yōu)勢及國內外代表案例?！粑⒘骺丶夹g在單細胞測序方向的應用單細胞測序技術是指在單個細胞水平上對基因組、轉錄組及表觀基因組水平進行測序分析的技術。傳統(tǒng)的測序多是在多細胞基礎上進行，能夠得到的是一群細胞的轉錄組的平均數(shù)據(jù)，細胞群體中單個細胞的特異性信息往往被掩蓋（比如特異表達的基因或RNA不同的剪接體），而單細胞測序技術能夠檢出混雜樣品測序所無法得到的異質性信息。目前多應用于新藥研發(fā)及科研服務領域，以及臨床檢驗。發(fā)展飛速，進入單細胞測序新時代。自2009年首次問世，單細胞測序技術在這十幾年間持雜志將單細胞測序列為年度最值得關注的六大領域TOP1，《NatureMethods》雜志將單細胞測序的應用列為2013年年度最重要的方法學進展。2017年10月16日，與“人類基因組計劃”相媲美的“人類細胞圖譜計劃”首批擬資助的38個項目正式公布，引爆單細胞測序新時代。目前單細胞捕獲策略，早期單細胞捕獲方式和使用微流控技術獲取單細胞。早期的單細胞獲取方式，是通過一定的技術手段，將單個細胞分離出來，并利用SMART-Seq2或商業(yè)化的SMART-Seq4試劑獨立構建測序文庫，最終進行測序。捕獲方式包括：有限稀釋法、流式分選法、激光切割法、顯微操作法等。這些方法雖然各有優(yōu)點，但各自缺點也十分明顯，比如流式分選法對于難度的計算易存在誤差；流式分選法不適用于微量樣本；激光切割法操作復雜；顯微切割法的細胞通量低等。而它們的共同缺點，就是捕獲成本高。圖表38單個細胞的主要分選方式使用微流控技術獲取單細胞（通過微流控芯片將單個細胞捕獲至油滴）的優(yōu)點是細胞通量高，周期快速，成本低，細胞捕獲效率高，并且商業(yè)化儀器操作簡便。其核心思想是將不同的細胞賦予一段不同的barcode序列，建庫時，攜帶相同barcode序列的核酸分子被認為來自同一個細胞，人們就可以一次性為成百上千的細胞建庫并順利區(qū)分它們。因此，基于微流控技術進行單細胞測序受到市場的大量關注。◆基于微流控技術進行單細胞測序的國內外代表案例目前占全球95%市場份額的10XGenomics公司的Chromium平臺通過微流控芯片技術獲得單細胞反應體系，再在傳統(tǒng)文庫構建的基礎上引入標簽，通過追溯標簽序列將眾多mRNA、表面蛋白信息定位回原來的單個細胞，用于完成單細胞3’和5’RNA測序文庫構建以及單細胞表面蛋白檢測文庫構建等。圖表3910XGenomics圖表4010xGenomics的捕獲原理國內新格元生物SingleronMatrix采用定制化微孔芯片的方式，搭配配套模塊，可將單細胞懸液分散到微流控芯片的微孔陣列中，并自動完成細胞分離、細胞裂解、核酸捕獲及其它后繼步驟。其他基于微流控技術進行單細胞測序的國內企業(yè)還包括百邁客生物、尋因生物、達普生物、萬乘基因、墨卓生物、德運康瑞等。圖表41新格元生物SingleronMatrix儀器◆微流控技術在數(shù)字PCR方向的應用之后發(fā)展的高靈敏核酸絕對定量分析技術，通過把反應體系均分到大量獨立的微反應單元中進行PCR擴增，并根據(jù)泊松分布和陽性比例來計算核酸拷貝數(shù)實現(xiàn)定量分析。與傳統(tǒng)PCR技術相比，數(shù)字PCR技術不依賴于標準曲線，具有更高靈敏度、準確度及高耐受性，可實現(xiàn)對樣品的絕對定量分析。數(shù)字PCR技術在突破PCR擴增效率限制的同時，結果也有很高的重現(xiàn)性。和傳統(tǒng)PCR相比，數(shù)字PCR技術檢測遺傳稀有突變時具有更高的靈敏度，在對于低水平痕量DNA分析也有更可靠的結果。近年來，dPCR已經被廣泛應用到醫(yī)學、生物學等各個領域，如拷貝數(shù)變異與突變檢測、復雜來源樣品中低豐度核酸分子檢測、已知突變的癌癥分子標志物的檢測、傳染病病原體檢測、基因組三倍體分析和基因表達分析等。微流控技術的發(fā)展使得數(shù)字PCR的應用更加便捷。數(shù)字PCR的本質就是通過大規(guī)模的平行熒光PCR擴增，將微弱的擴增信號從背景噪音中精準地提煉出來。數(shù)字PCR靈敏度與擴增腔室成正比，因此需要足夠數(shù)量的擴增腔室，耗材的微尺寸加工以及其微腔室的相互獨立工藝技術成為必須，這也是微流控技術特別適合數(shù)字PCR的平臺的原因。微流控技術為數(shù)字PCR提供了成千上萬個飛升-納升的反應單元，為解決如何獲得足夠數(shù)量的平行熒光PCR實現(xiàn)數(shù)字PCR提供了出路。數(shù)字PCR與微流控技術的結合避免了繁瑣的樣品分散操作，提升了效率也降低了設備的復雜性，使得數(shù)字PCR的操作和檢測更加便捷，并集成其他功能比如樣品制備和檢測等，集成的微流控數(shù)字PCR裝置對于高通量應用具有很大的優(yōu)勢，提高了準確度和靈敏度。目前，基于微流控的數(shù)字PCR有多種實現(xiàn)方式，例如基于液滴打印技術的微流控芯片數(shù)字PCR、基于多層微流控芯片的數(shù)字PCR、基于微珠的微流控數(shù)字PCR等。近年來，隨著微流控技術日臻成熟，基于微流控技術的數(shù)字PCR技術得到了快速發(fā)展，在基因突變檢測、拷貝數(shù)變異檢測、病毒微生物檢測、轉基因食品檢測以及測序等方面均得到了廣泛應用。◆基于微流控技術進行數(shù)字PCR的國內外代表案例微流控技術引導數(shù)字PCR進入一體機時代。2019年Bio-Rad推出全球首臺基于微流控技術的一體化數(shù)字PCR儀，使數(shù)字PCR進入“2.0”時代。該產品大幅減少了之前數(shù)字PCR所需要的繁雜手動移樣操作，為數(shù)字PCR更好地打開臨床市場提供了助力?；谖⒘骺氐膁PCR（數(shù)字PCR）反應單元主要包含液滴式和陣列式。市面上液滴式的dPCR系統(tǒng)以Bio-rad公司的QX200為代表，基于陣列式的dPCR系統(tǒng)以Lifetechnologies公司解決操作繁瑣、靈敏度、精度等問題，微流控技術有望推動數(shù)字PCR在臨床領域廣泛應用。等國際巨頭，國內廠商主要有博瑞、新棄、領航、銳訊和邁克。目前國內外數(shù)字PCR技術水平差距并不大，從一體化數(shù)字PCR的研發(fā)進度來看，國內外幾乎處于同一起跑線。有專家認為，目前數(shù)字PCR尚未在臨床領域有重量級應用原因在于三個方面：1）早期數(shù)字PCR產品都是分體機，操作繁瑣，不適合臨床；2）早期數(shù)字PCR系統(tǒng)的重復性、穩(wěn)定性以及可靠性上不夠完美，影響了數(shù)字PCR的靈敏度和精密度；3）數(shù)字PCR的使用成本比熒光定量PCR高個數(shù)量級，用戶接受度低。如果數(shù)字PCR可以同時做到操作簡單、結果可靠、價格便宜，其應用市場將會非常廣闊。目前國內博瑞生物采用微流控芯片油包水階梯乳化的液滴生成技術，打造了一款集液滴生成、PCR擴增、液滴檢測和數(shù)據(jù)處理于一體的數(shù)字PCR系統(tǒng)DropXpertS6，做到芯片進、結果出，價格也在用戶可接受的范圍內。隨著基于微流控的數(shù)字PCR技術進一步成熟，將在各種臨床應用中發(fā)揮出其特有作用?；谖⒘骺丶夹g的數(shù)字PCR是對液滴的直觀檢測技術，無疑能更好地推動數(shù)字PCR在臨床中的實際應用。待基于微流控的數(shù)字PCR技術進一步成熟，靈敏度和精度都將繼續(xù)提高，將在各種臨床應用中發(fā)揮出其特有的作用。DNA陣列和測序方法通常僅需要最少量的DNA或RNA，因此通過基于微流控的數(shù)字PCR技術進行樣品檢測結果會更為精準，在同一微流控裝置上集成PCR和DNA陣列或測序方法是未來一個可考慮的研究方向。另外，在數(shù)字PCR設備方面，應側重于將微流控方法易于被用戶使用，降低復雜度，從而推動基于微流控的數(shù)字PCR的廣泛應用。目前基于微流控的數(shù)字PCR仍在發(fā)展中,微流控芯片的消耗將提高檢測成本，制作低成本芯片并使研究成本顯著降低同樣是未來研究者關注的方向之一。由前文可了解，目前微流控應用最為廣泛和成熟的領域在POCT，該領域有多款產品已成功商業(yè)化，但殺手級應用尚未誕生。相比生化、免疫領域的高自動化和低成本，自動化程度仍然偏低、具有較高利潤空間的分子檢測領域成為諸多應用微流控技術團隊的目光所向。如圖，蛋殼研究院統(tǒng)計了國內將微流控技術應用于POCT領域的布局情況?？梢钥吹?，將微流控技術應用到分子POCT領域的企業(yè)最多，占比將近一半。此外，在全球微流控并購事件TOP交易也可發(fā)現(xiàn)，在8家以開發(fā)微流控POCT產品為主的被收購企業(yè)中，有5家是開發(fā)圖表42國內將微流控技術應用于POCT領域的布局情況在國內微流控企業(yè)在各應用場景布局的情況來看，分子檢測也是目前微流控技術布局最廣泛的領域。如圖43，國內將微流控技術應用于數(shù)字PCR、分子檢測POCT、NGS的企業(yè)合計圖表43國內微流控企業(yè)布局情況一覽此外，基于微流控進行單細胞測序的企業(yè)也多有應用分子診斷，而利用微流控技術進行細胞（多為CTC）富集分選的最終用途也主要落在分