技術領先、成本優勢、產品先發成就龍頭企業：
√國內諸多新型微流控企業嶄露頭角，免疫診斷和分子診斷研發為主，市場潛力雖大，但不可盲目跟風；
√微流控技術高壁壘，低產業化，所以技術和資金是必不可少的兩個要素；
√差異化市場探索（如，博暉創新），可實現對現有技術的顛覆替代。
一、什么是微流控芯片？
1. 什么是微流控芯片？微型+集成+自動化。
√微流控芯片，又稱為芯片實驗室（Lab on a Chip），主要依托于MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）加工工藝，將生物和化學領域所涉及的基本操作單位集成在一塊幾平方厘米的芯片上；
√該芯片由各種儲液池和相互連接的微通道網絡組成，很大程度縮短樣本處理時間，并通過精密控制液體流動，實現試劑耗材的最大利用效率；
√可以把整個化驗室的功能，包括采樣、稀釋、加試劑、反應、分離、檢測等集成在微芯片上，且可以多次使用。
微流控芯片示意圖
二、微流控平臺的特點
2. 微流控技術具有如下優點：
√ 集成小型化與自動化：通過流道的尺寸和曲度、微閥門、腔體設計的搭配組合實現檢測的集成小型化和自動化；
√ 高通量分析：芯片設計多流道、多個反應單元的相互隔離，使各個反應互不干擾；
√ 檢測試劑消耗少，樣本量需求少：微流控芯片反應單元腔體特別小，試劑及樣本的使用量遠遠低于常規操作；
√ 污染少：芯片集成功能避免了人工操作的污染。
微流控技術優勢
微流控技術的出現為生命分析面臨的三大特殊挑戰（要求在特別小的空間，特定的時間，特定的外界條件進行物質定性、定量、結構分析、形貌分析等工作）提供了有力的操控工具。
但作為一種新興技術，它也面臨著諸多問題亟待解決：
√ 產品缺乏相應的標準化和規范化：目前還沒法實現組件（配套使用的試劑，核心的微流控芯片，芯片驅動平臺，光電檢測模塊，信號處理模塊以及人機交互的軟件系統等）的通用化；
√ 人才不足：微流控產品結合了微機電加工、生命科學、化學合成、光學工程及電子工程等許多領域，多學科交叉人才、企業研發人員、專業化市場人員嚴重不足；
√ 生產成本高：對于微流控免疫分析芯片來說，其面臨的最大問題是分析芯片都是一次性使用，不能充分發揮微流控分析平臺可多次使用的優點，導致檢測成本升高，在目前加工條件下，一塊供研究用的標準玻璃芯片價值可能在幾十到上百美元之間；
√ 技術平臺的難題：1）非均相微流控免疫分析芯片中如何將抗體固定在微通道的表面但不引起抗體的構相改變而導致活性降低2）如何將微通道表面進行封閉從而阻止限制蛋白和小分子物質的非特異結合引起的靈敏度下降3）如何將微流控芯片與外圍設備如自動分析、顯示設備等的集成化。
三、微流控的應用場景
3. 微流控的應用場景：以生物醫學分析為熱點的全領域應用
微流控芯片作為一種“微全分析技術平臺”可以應用于各個分析領域，如生化醫療診斷、食品和商品檢驗、環境監測、刑事科學、軍事科學和航天科學等重要應用領域，其中生物醫學分析是熱點。目前來看，體外診斷是微流控技術的最大的應用場景，而在體外診斷中，微流控技術應用的重點在于化學發光（免疫診斷）和分子診斷中。
微流控技術廣泛應用于各領域
3.1 微流控在IVD領域中的應用
IVD主流有三大類，生化分析，免疫診斷，分子診斷。
國外商業化微流控產品分布在傳染病、基因測序、蛋白、PCR 等領域，由于微流控的小型集成化的優勢，基本應用于 POCT 領域，其中雅培的i-STAT 系列成為 POCT 的經典代表產品，Illumina 的測序產品也占據了全球 70%的測序市場。
國外商業化微流控產品情況
國內微流控產品以微點生物的 POCT 產品 mlabs 上市最早（2013 年），此外，微點、理邦、中新科炬產品均為免疫分析，博奧和博暉則都是基于 PCR 技術。
國內IVD主要細分領域規模和增速
生化分析技術成熟，技術壁壘較低，微流控產品面臨傳統的生化分析儀的競爭壓力。但其易于操作且能快速出結果的優勢是基層醫院的不二選擇。目前，技術相對成熟的產品有天津的微納芯Pointcare M和美國愛貝斯（Abaxis）Piccolo Xpress?即時生化檢測儀。
基于微流控平臺的免疫分析方法，可以促進抗原抗體之間的吸附，減少反應時間，實現自動控制，整合小型光學探頭使設備小型化，實現即時檢測的目標。華邁興微的基于微流控的M2微型化學發光分析系統相比較于普遍的幾十千克的大型機械手臂式的化學發光儀而言，這款產品只有5千克，而且從加樣后到全自動的打印報告，只要15分鐘。
在分子診斷領域，微流控芯片樣品體積只需幾微升，加熱器直接集成在芯片上，與傳統的PCR 相比，在相同擴增效率下，芯片的熱循環效率快 2-10 倍。同時連續流動式 PCR、熱對流驅動 PCR 等技術的使用，使得擴增過程加快，現有的微流控芯片能夠將診斷檢測過程縮短至最低 10-15 分鐘。現在全自動的分子診斷，做的比較好的有賽沛（Cepheid）的GeneXpert PCR 分析儀， BioFire 的 filmArray， IQuum 的 cobas Liat PCR System 以及 Atlas Genetics 的 io。國內的博暉創新，利德曼等也都有自己的基于微流控的全集成的分子診斷的產品。傳統的 PCR 檢測對場地和人員的要求都十分苛刻，而基于微流控技術的分子診斷平臺，將對場地和人員的要求降到最低，突破了分子診斷的限制和瓶頸。
應用于POCT的微流控技術發展路線圖
3.2 微流控在細胞分析與培養中的應用
開發能夠進行細胞培養、分選、分析的微流控芯片也是微流控領域的一大研究熱點。微流控技術小型化、高通量的特點使得其具有利用珍貴稀少的組織細胞樣本進行高通量分析的潛力，為精準醫療、個性化醫療提供支持。例如，微流控芯片對于CTC主要有兩大類分選方法：基于癌細胞與正常細胞或血細胞間生物學性質（包括細胞表面蛋白表達水平、細胞活性和侵潤能力等）差異，以及基于它們之間物理性質（包括尺寸、密度、細胞表面電荷量和變形性等）差異。
Fluxion Biosciences的微流體平臺IsoFlux實現高效的CTCs細胞富集回收
基于微流控芯片的3D細胞培養技術也是近年來微流控技術應用于生物醫學領域的一類發展方向。與傳統培養容器相比，微流控芯片操作所需的細胞量很少，適合來源稀缺但又十分重要的細胞研究。微流控芯片的微米尺度空間和典型哺乳類動物細胞的尺寸及體內微血管孔徑恰好相配；芯片的多維網絡結構形成相對獨立、封閉的環境與體內環境類似；且微通道中的高表面積體積比，使得更多的界面可以用來進行物質和能量交換，傳送效率提高，細胞代謝加快；更可通過對流體的精確控制實現營養物質的實時更新與代謝廢物的及時排出。此外，微流控芯片由于自身的一些特性和優勢，很容易實現二維或三維的細胞培養、全自動化培養和細胞共培養模式，從而可以建立細胞與細胞、細胞與胞外基質間的相互作用，使細胞保持完整的生物學特性。
常規細胞培養和微流控芯片中細胞培養
A：細胞常規培養板和微流控芯片微通道的對比，芯片的高度為50 μm，會導致營養物質的快速消耗和分泌物的大量堆積，類似細胞在組織中的微環境；
B：懸浮細胞在微通道中培養，為使細胞貼壁需要經歷一段靜止期，然后再進行灌注培養。
3.3 微流控在藥物篩選的應用
微流控芯片可以集成256個或者細胞培養腔微陣列，改變細胞常規培養方法，實現細胞藥物篩選的高通量化；芯片微納升級體積大大減少了試劑消耗量，減低藥物篩選成本；微流控芯片設計的二維結構或者三維微結構區域可產生低剪切力，在腔室內形成濃度梯度，進而對藥物進行毒性分析；微流控芯片集成化非常明顯，將藥物的合成分離富集、實驗細胞培養、藥物效果檢測等多個步驟集成于一張芯片，實現了藥物篩選的自動化分析。
細胞水平藥物篩選研究的集成化微流控芯片系統示意圖
A：裝置包含了 8 個相同的結構單元，且 8 個單元共用處于芯片中央的一個儲液池；
B：單元結構的放大圖，包括上游的濃度梯度發生區(CGG)和下游平行的細胞培養腔。
四、微流控技術壁壘
4. 微流控技術壁壘：芯片的加工方式、鍵合技術、流體控制、表面修飾等技術壁壘制約了其產業化。
微流控芯片常以具有良好的生化相容性、光學性能、可修飾性的單晶硅片、石英、玻璃、有機聚合物，如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚碳酸酯（PC）等作為芯片材料。
①加工方式：玻璃、石英等芯片制作的主要步驟包括：涂膠、曝光、顯影、腐蝕、去膠、鍵合。
玻璃微流控芯片制作流程
高分子聚合物芯片的制作技術主要包括：熱壓法、模塑法、注塑法、激光燒蝕法、LIGA法和軟刻蝕法等。
②鍵合技術：微流控芯片鍵合方法主要有三種：熱鍵合、陽極鍵合、低溫鍵合?？涛g后玻璃基片表面會殘留較多的有機物和無機顆粒、塵埃等，直接造成表面的平整出現不均勻，粗糙度不一致，在鍵合時導致結合界面產生衍射紋，不能緊密貼合而導致鍵合失敗。因此，無論采用何種鍵合方式，基片在鍵合前均需進行嚴格的清洗。
③流體控制：微流控技術最核心的是流體控制。非機械力驅動，不借助外力，嚴格意義上叫微流體并非微流控，并無液體流動的控制。機械力驅動，則是通過儀器內部精密控制芯片內反應腔結合閥門裝置，控制液體反應的位置，實時監測液體在芯片內流動狀況，定量控制反應樣本體積，使樣本定量參與免疫反應，真正達到精確控制。
微流控流體驅動技術
④表面修飾：微流控芯片中比表面積大，表面效應顯著；且芯片分離、反應和細胞培養等單元技術對表面性質的需求不同。這就要求微流控芯片需要進行一定的表面修飾以減小表面非特異性作用、增強表面特異性作用、提高表面穩定性。
表面改性方法
五、微流控技術的分類及應用案例
在產業化中，主動式微流控一般分為以下幾大類型：壓力推動式微流控，離心力推動式微流控，液滴微流控，數字化微流控，紙質微流控等。
六、國內基于微流控平臺的IVD企業
從2002年中國政府大力支持微流控技術的研究至今，國內該領域市場已有翻天覆地的變化。Yole分析師預測，中國廠商的微流控產品銷售額將從2017年的1.71億美元增長至2023年的7.541億美元，2017~2023年期間的復合年增長率（CAGR）高達28%。
國內器械領域的巨頭紛紛布局，并已有收購國外微流控公司進入此行業的動作，科華生物、邁克生物、達安基因等醫療器械上市公司均已進入微流控領域。同時，有大量的初創企業在微流控領域嶄露頭角。
部分微流控IVD企業
企業 | 產品 | 檢測領域 | 技術分類 |
微納芯科技 | 全自動生化分析儀 （醫療、動醫產品） | 生化，電解質等 多種檢測項目 | 生化診斷 |
霆科生物 | 微流控農殘速測儀 微流控核酸擴增分析儀等 | 食品安全 | 生化診斷 |
紹興普施康 | MC500 全自動凝血分析儀 | 凝血五項 | 生化診斷 |
理邦儀器 | 磁敏免疫分析系統 | 心肌標志物、炎癥、 腫瘤、傳染病等項目 | 免疫診斷 |
華邁興微 | 微流控化學發光分析儀 | 心臟標志物、 細菌感染檢測 | 免疫診斷 |
微點生物 | mLabs 干式熒光免疫分析儀 | 心血管類疾病、腫瘤的急 診、手術及治療過程的早 期診斷及過程檢測 | 免疫診斷 |
納迅科技 | 納米纖維素修飾 微流控芯片技術 | 食品安全檢測、動物疫病、實驗室安全等 | 免疫診斷 |
中新科炬 | 微流控POCT定量檢 測系統 | BNP、心肌三項、 cTnI、PSA等 | 免疫診斷 |
衡芯生物 | 液滴定量PCR儀 高通量測序自動建庫儀 | 測序樣本建庫、傳染病檢測、癌癥篩查 | 免疫診斷 |
磐創精準 | 量子點微流控免疫分析儀 | 臨床檢驗、 食品安全、疾控應急 | 免疫診斷 |
國科均豪 | 小型微流控化學發光檢測儀 | 免疫診斷 | |
百康芯 | 核酸分析系統 | 常見傳染病致病菌的DNA及其耐藥基因快速檢測 | 分子診斷 |
融智生物 | 微流控核酸定量分析平臺QuanPLEX | 禽流感病毒、食源性致病菌、呼吸道病原體檢測 | 分子診斷 |
博奧生物 | 晶芯? RTisochip? -A 恒溫擴增微流控芯片核酸分析儀 | 臨床常見呼吸道病原菌 | 分子診斷 |
博暉創新 | GenPlex?微流控 全自動核酸檢測 | 人乳頭瘤病毒 （HPV）分型檢測 | 分子診斷 |
速芯科技 | 微流控熒光檢測儀 | 食品安全、檢驗檢疫 | 分子診斷 |
達普生物 | 數字PCR及POCT儀 | 基礎科研等 | 分子診斷 |
新格元 | 微流控單細胞處理 | 細胞、分子病理及血液檢測 | 分子診斷 |
美晶醫療 | CellRichTM自動化循環腫瘤細胞捕獲設備 | 循環腫瘤細胞檢測 | 細胞檢測 |
嵐煜生物 | 主動式微流控技術平臺 | 心臟、腎功能、胃腸、呼吸、炎癥、傳染病、糖尿病、腫瘤等 | 綜合診斷 |
微康生物 | 液相熒光免疫、分子診斷微流控芯片、家用電化學微流控快速診斷 | 感染及傳染性疾病、 心肌標志物等 | 綜合診斷 |
含光微納 | 試劑-芯片-儀器一體化微流控平臺 | OEM及二次開發 | 綜合診斷 |
創懷醫療 | 微流控血液、生化循環腫瘤、免疫病毒分析儀 | 生化常規、免疫檢查、腫瘤篩查、基因診斷等 | 綜合診斷 |
資料來源：智銀資本
各IVD細分領域微流控企業
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