微粒操控技術(shù)+生物芯片，加速國內(nèi)體外診斷行業(yè)發(fā)展

在體外診斷領(lǐng)域，臨床上大部分所用的檢測(cè)方法如酶聯(lián)免疫檢測(cè)、化學(xué)發(fā)光和電化學(xué)發(fā)光等，已有數(shù)十年歷史之久。在中國，海外巨頭至今仍占據(jù)市場(chǎng)大部分份額，國產(chǎn)廠家呈現(xiàn)出小而散的競(jìng)爭格局，產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，同時(shí)有儀器和試劑生產(chǎn)能力的國內(nèi)企業(yè)鳳毛麟角，更未出現(xiàn)非常有競(jìng)爭力的國內(nèi)龍頭。

近兩年的新冠檢測(cè)打開了IVD企業(yè)賺快錢的通路，市場(chǎng)對(duì)其關(guān)注度大幅提升，但新冠檢測(cè)帶來的業(yè)績爆發(fā)，并不是技術(shù)革新帶來的。目前體外診斷在通量上有發(fā)光檢測(cè)技術(shù)，小型化有多種微流控技術(shù)，國外巨頭所強(qiáng)勢(shì)壟斷的化學(xué)發(fā)光和電化學(xué)發(fā)光是現(xiàn)階段免疫檢測(cè)技術(shù)制高點(diǎn)，但有創(chuàng)新公司希望能尋找新一代技術(shù)突破壁壘，為IVD行業(yè)帶來新思路。

其中，IVD企業(yè)微奧云致力于以微粒操控（MMC）技術(shù)為核心的生物傳感器、生物芯片、檢測(cè)儀器系列產(chǎn)品的研發(fā)、制造和產(chǎn)品銷售。項(xiàng)目創(chuàng)始人兼CTO劉曉竹于近期分享了他對(duì)于體外檢測(cè)賽道的見解，以及他和團(tuán)隊(duì)發(fā)明的新一代微粒操控快檢技術(shù)。

內(nèi)卷的IVD賽道，需要突破性技術(shù)

新冠不是第一個(gè)大流行病，也不會(huì)是最后一個(gè)。在這一次大流行期間，人們開始習(xí)慣現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)或者說現(xiàn)場(chǎng)取樣，看到需求的許多IVD企業(yè)都紛紛整合資源建立新冠管線，但隨著醫(yī)保連續(xù)的降價(jià)和藥監(jiān)局的集中采購把新冠檢測(cè)價(jià)格壓至極限，勞動(dòng)密集型和政策驅(qū)動(dòng)的錢已經(jīng)難以支持很多IVD及相關(guān)企業(yè)的增長。

沒有突破性技術(shù)，企業(yè)終究只在內(nèi)卷嚴(yán)重的紅海市場(chǎng)尋找生機(jī)。

體外檢測(cè)本就是一個(gè)技術(shù)發(fā)展較為緩慢的行業(yè)，1959年羅莎琳·耶洛發(fā)明了放射性免疫檢測(cè)（RIA），在放射免疫分析不斷發(fā)展的半個(gè)世紀(jì)中，RIA檢測(cè)品種多達(dá)近千種，覆蓋各個(gè)領(lǐng)域。在國內(nèi)，有三千多家醫(yī)療機(jī)構(gòu)曾應(yīng)用RIA檢測(cè)技術(shù)，就在去年，深圳還有機(jī)構(gòu)在采購放射免疫檢測(cè)設(shè)備。

1970年代，以酶聯(lián)免疫為代表的第二代檢測(cè)技術(shù)誕生，提供了快速、廉價(jià)、方便、無放射性污染的分析測(cè)定，雖然靈敏度低于RIA，但迅速地應(yīng)用于各種生物活性物質(zhì)及標(biāo)志物的臨床檢測(cè)，并在臨床應(yīng)用中逐步取代了放免技術(shù)。

90年代出現(xiàn)了技術(shù)壁壘更高的電化學(xué)發(fā)光免疫技術(shù)，儀器涉及微量加樣、無損分離、化學(xué)發(fā)光、光學(xué)信號(hào)檢測(cè)等技術(shù)，市場(chǎng)至今被羅氏、雅培、西門子、丹納赫等巨頭壟斷。

雖然近10年來，國內(nèi)IVD企業(yè)快速成長，部分技術(shù)在追趕中，尤其是生化和酶聯(lián)免疫，但是化學(xué)發(fā)光的國產(chǎn)率只有20%，儀器以封閉設(shè)計(jì)為主，下游客戶需要持續(xù)購買高昂的試劑。

總體來說，中國的IVD賽道集中度低，海外巨頭占據(jù)市場(chǎng)50%的份額，國產(chǎn)廠家呈現(xiàn)出小而散的競(jìng)爭格局，產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，同時(shí)有儀器和試劑生產(chǎn)能力的國內(nèi)企業(yè)鳳毛麟角。

正是看到了這樣的市場(chǎng)情況，微奧云創(chuàng)始人劉曉竹決定回國創(chuàng)業(yè)。劉曉竹于2011年在田納西大學(xué)聯(lián)合微流控與微機(jī)電系統(tǒng)專家、Jayne Wu教授的團(tuán)隊(duì)，首次將微粒操控技術(shù)應(yīng)用到傳染病檢測(cè)中。

據(jù)劉曉竹介紹，微粒操控作為全新檢驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)，能夠加速親和性反應(yīng)，同時(shí)利用電學(xué)直接檢測(cè)結(jié)果，能夠檢測(cè)市面80%基于液相的檢測(cè)項(xiàng)目。

2016年，劉曉竹博士回國推進(jìn)微奧云項(xiàng)目，希望微粒操控技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，為中國體外診斷行業(yè)作出貢獻(xiàn)。目前，微奧云致力以微粒操控技術(shù)為核心的生物傳感器、生物芯片、檢測(cè)儀器系列產(chǎn)品的研發(fā)、制造。

微粒操控技術(shù)與生物芯片

微粒操控技術(shù)的原理，是利用電極在生物芯片上特定的排列組合，產(chǎn)生類似微電泳的效應(yīng)，主動(dòng)控制并加速待測(cè)目標(biāo)與生物探針結(jié)合，通過電信號(hào)感知結(jié)合變化。

美國體外診斷上市公司Meridian總經(jīng)理曾公開評(píng)價(jià)，微粒操控技術(shù)會(huì)是未來一系列易用的、快速的檢驗(yàn)診斷方案的基石。

“顧名思義，微粒操控技術(shù)控制的是微生理系統(tǒng)中的細(xì)小微粒，比如抗原、抗體、核酸、細(xì)菌甚至小分子等。過往技術(shù)的反應(yīng)過程一般是靠熱擴(kuò)散和布朗運(yùn)動(dòng)，微粒操控可以主動(dòng)控制微粒在溶液中的方向，大幅提升反應(yīng)效率?！?/p>

根據(jù)微奧云介紹，該技術(shù)提升了免疫反應(yīng)效率，使整個(gè)免疫反應(yīng)時(shí)間縮短到5-60秒，抗體檢測(cè)極限降低到10-15g/mL，可拓展至上千種免疫檢驗(yàn)項(xiàng)目。

微粒操控技術(shù)與生物芯片密切相關(guān)，為了產(chǎn)生控制微粒的拉力，需要非常高的電場(chǎng)強(qiáng)度，也就是需要提升電壓強(qiáng)度或縮短距離，只有在生物芯片上，才能把電機(jī)做到微米甚至亞微米級(jí)別。

“生物芯片中的微納加工技術(shù)是微粒操控技術(shù)的一個(gè)底層基礎(chǔ)。”劉曉竹說到。

微納加工技術(shù)是指加工尺度為微米、納米尺度的零件及零件制成部件或系統(tǒng)的加工技術(shù)，主要步驟包含薄膜制備、掩模制備、圖形形成及轉(zhuǎn)移。

之后還需要完成傳感，將生理活動(dòng)中物理或化學(xué)信息轉(zhuǎn)換為光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)信號(hào)。例如：若需轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號(hào)，可利用熒光標(biāo)記和化學(xué)或電化學(xué)發(fā)光等方法；轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，可利用納米孔測(cè)序等方法；轉(zhuǎn)換為力學(xué)信號(hào)，可利用吸附引起微梁變形或振動(dòng)信號(hào)的變化。

自1994年Affymetrix生產(chǎn)出全球第一塊商業(yè)化生物芯片開始，美國至今仍引領(lǐng)全球生物芯片產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，占據(jù)40%的全球生物芯片技術(shù)專利，此外北美市場(chǎng)約占全球生物芯片總市場(chǎng)的半壁江山。

根據(jù)GIA信息顯示，2020年美國生物芯片市場(chǎng)規(guī)模為52億美元，占全球市場(chǎng)份額的40.1%。中國生物芯片市場(chǎng)規(guī)模約為11億美元，占全球市場(chǎng)份額的8.4%。兩國差距明顯，但預(yù)測(cè)中國2025年生物芯片市場(chǎng)規(guī)模將超過180億元，未來市場(chǎng)容量巨大。

劉曉竹看好生物芯片在國內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)：“生物芯片和傳統(tǒng)的IC芯片設(shè)備流水線可以共用，其中有些工藝會(huì)不一樣，肯定是需要時(shí)間去摸索和沉淀的。國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施或人才方面的確是要滯后一些，但是我覺得追趕起來會(huì)很快，差距也在逐漸縮小?！?/p>

POCT場(chǎng)景廣泛，

最終目標(biāo)是健康管理市場(chǎng)

據(jù)微奧云介紹，目前公司的主營產(chǎn)品為微粒操控芯片閱讀儀、生物芯片及云數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，有相應(yīng)的產(chǎn)品形態(tài)。如手掌大小的閱讀儀、傳感器，適合用于海關(guān)毒品檢測(cè)等需要現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法的情況。家用微波爐大小的閱讀儀適合用于醫(yī)院或者檢測(cè)機(jī)構(gòu)的大規(guī)模樣品檢測(cè)情景。

在承載微粒操控技術(shù)的生物芯片方面，微奧云已開發(fā)出單通道、雙通道、9通道和96通道的不同芯片，搭配儀器進(jìn)行使用。

在劉曉竹的商業(yè)模式規(guī)劃中，第一步是to G或面向科研機(jī)構(gòu)及高校。目前微奧云與國內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行合作開發(fā)，如公司和國內(nèi)某禁毒學(xué)院合作，微奧云產(chǎn)品可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的毒品快速檢測(cè)，如芬太尼和合成類大麻素等。此外，微奧云也和國內(nèi)某動(dòng)物疾控中心合作，進(jìn)行了多通道現(xiàn)場(chǎng)人畜共患病檢測(cè)的場(chǎng)景應(yīng)用，包括了口蹄疫、布魯氏桿菌病等檢測(cè)。

“To G做的技術(shù)，可以用到to B場(chǎng)景的。但我們最終更希望進(jìn)入到to C階段，實(shí)現(xiàn)家用常見疾病的監(jiān)測(cè)和食品安全檢測(cè)等等，成為守護(hù)家庭的安全衛(wèi)士。”劉曉竹介紹到。

“To C的場(chǎng)景，我們首先想做革蘭氏陰性菌的檢測(cè)，傷寒就是革蘭氏陰性菌肺炎引起的。這種細(xì)菌的檢測(cè)場(chǎng)景很廣泛，可以做成標(biāo)桿產(chǎn)品?！?/p>

和發(fā)達(dá)國家相比，中國的IVD人均年消費(fèi)額只有7美元，接近美國的1/9、日本的1/6、西歐的1/4——具有上升空間。究其原因，供給端方面，我國IVD產(chǎn)業(yè)起步晚，技術(shù)落后，檢測(cè)標(biāo)的物種類和檢測(cè)方法數(shù)量和國外差距大——美國和日本能提供的檢測(cè)項(xiàng)目超過5000種，而中國目前只有2000種。

細(xì)分到POCT，發(fā)達(dá)地區(qū)優(yōu)勢(shì)也很明顯。從全球來看，美國地區(qū)市場(chǎng)規(guī)模占比高達(dá)47%，是最大的POCT消費(fèi)區(qū)域，歐盟市場(chǎng)規(guī)模達(dá)占比為30%，是第二大POCT消費(fèi)區(qū)域，在印度、中國、巴西等發(fā)展中國家，POCT市場(chǎng)基數(shù)較低，但潛力大，是全球市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大的主要?jiǎng)恿Α?/p>

目前，我國POCT產(chǎn)品總體而言處于成長期，其中市場(chǎng)增速比較快的有感染類、心臟標(biāo)志物等細(xì)分領(lǐng)域。在國際上糖尿病和心臟標(biāo)志物產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入成熟期，未來我國這些產(chǎn)品還有很大的上升空間。

“心梗是糖尿病人死亡的一大誘因，我們認(rèn)為可以在糖尿病檢測(cè)儀器上集成監(jiān)測(cè)心臟標(biāo)志物的功能，以提前預(yù)警，這樣提升病人的生活質(zhì)量”對(duì)于微奧云的目標(biāo)和使命，劉曉竹有更廣闊的想法，“這種健康管理需求是非常大的，我們希望最終的目的能改善廣大國人甚至全球人們的生活質(zhì)量，提高健康水平?！?/p>

審核編輯 ：李倩