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体外诊断行业未来发展方向:微流控+分子诊断

2018-12-6| 编辑: 小桔灯网| 查看: 265| 评论: 0|来源: 前海金诚

摘要: 体外诊断的基本概念体外诊断:即IVD(In Vitro Diagnosis),是指在人体之外,通过对人体样本(血液、体液、组织等)进行检测而获取临床诊断信息,进而判断疾病或机体功能的产品和服务。目前,临床诊断信息的80%左右来自 ...

体外诊断的基本概念


体外诊断:即IVD(In Vitro Diagnosis),是指在人体之外,通过对人体样本(血液、体液、组织等)进行检测而获取临床诊断信息,进而判断疾病或机体功能的产品和服务。



目前,临床诊断信息的80%左右来自体外诊断,被称为“医生的眼睛”,是最大的医疗器械细分领域。体外诊断已经成为人类疾病预防、诊断、治疗日益重要的组成部分,也是保障人类健康与构建和谐社会日益重要的组成部分。


目前体外诊断的三种主流方式


一:生化诊断

是指通过各种生物化学反应或免疫反应测定人体组织的各项指标,其主要测试物为体内酶类、糖类、脂类等,其测试精度不高,容易受其他指标干扰,且其测试标的为大分子。生化诊断由于技术成熟和较低的成本以及某些不需要,仍能占据较高市场份额,但已逐步被免疫诊断所取代,长期必然衰落。


二:免疫诊断

是利用待测物质与其相对应物质之间专一特异性反应而建立起来的一种高选择性诊断方法,常通过抗原抗体的免疫反应实现检测,利用各种载体放大反应信号增强检测的灵敏度。相比于生化诊断具有更高的精度、灵敏度、更低的误差率。但其检测对象主要对体内小分子蛋白、激素、脂肪酸等物质,而这些物质本质上由基因数据决定并表达,免疫诊断无法观察其基因状况。


三:分子诊断

能够观察基因状况,主要是指编码与疾病相关的各种结构蛋白、酶、抗原抗体、免疫活性分子基因的检测,且适合高通量处理。因此,检测精度和检测速度方面,分子诊断高于免疫诊断,免疫诊断高于生化诊断。



根据上图数据统计,目前我国生化诊断占有约占32%的份额,免疫诊断占据了35%的市场份额,是市场主流。但为了追求更高的检测精度和更快的检测速度,体外诊断必然走向分子诊断。分子诊断虽然目前市场份额较低,仅有5%,但分子诊断目前还处在行业技术的起步阶段,未来将有巨大的发展空间,取代免疫诊断和生化诊断,成为未来主流。


体外诊断设备分类和场景应用


诊断设备分为常规设备和POCT设备,前者体积庞大,需要众多配套设备,使用环境苛刻,只能用于大型医院中心实验室。且检测时间长,使用成本高,需要处理大批量检测品才能摊低成本,不能零售型使用,但其优点是检测精度高,检测范围广,能大批量处理检测物。POCT设备则正好相反,携带方便,检测时间短,使用成本低,且随着技术进步,其检测精度不断提高,检测范围不断拓宽,可以满足大部分的诊断需求。


(图片来源:广发研报)


在应用场景方面,体外诊断产品为了追求在野外、社区医院、家庭,门诊科室等更广泛的场景应用,决定了体外诊断产品必须小型化、轻便化,即成为POCT产品。在美国,70%的临床检测均由POCT完成,以小于1%的检测费用影响了超过70%的临床决策,年产值超过百亿美元。而在中国,这一比例不到10%,发展潜力极为巨大。


现有的POCT产品中,多数采用层析法或渗滤法定性等检测方式,其测试精度有待提高,且其应用主要集中在血糖、心肌标志物等少数领域,而微流控技术将有效提高检测精度、范围和速度。在此背景下,微流控+分子诊断型设备将是体外诊断行业发展方向,具有极大市场潜力。


分子诊断的优势


分子诊断是应用分子生物学方法检测患者体内遗传物质的结构或表达水平的变化而做出诊断的技术,检测标的为DNA和RNA,其核心是基因诊断技术,主要是指编码与疾病相关的各种结构蛋白、酶、抗原抗体、免疫活性分子基因的检测,显然,从基因层次方面更能观察到患者病变的本质原因。因此在检测精度方面,分子诊断与较传统的生化与免疫诊断更为先进。


检测速度方面则有单通道快速检测和高通量检测。分子诊断中的基因测序、基因芯片等检测方式比生化诊断、免疫诊断更加适合做高通量检验。因此,分子诊断技术才是体外诊断行业的未来发展方向。


(分子诊断示意图)


分子诊断目前存在的问题主要是技术不成熟,客户接受度低,成本偏高等因素。但是随着技术的进步,成本将会逐步降低,分子诊断在检测精度和检测速度方面的优势将会被客户接受,目前分子诊断的市场份额才5%,且日后将逐步取代生化诊断和免疫诊断的市场份额,这将是一个巨大的市场。


微流控技术的优势


微流控(Microfluidics)指的是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为纳升到阿升)的系统所涉及的科学和技术,是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。相比于传统体外诊断产品,微流控设备具有以下五个优势:



1:集成小型化与自动化

微流控技术能够把样本检测的多个步骤集中在一张小小的芯片上,通过流道的尺寸和曲度、微阀门、腔体设计的搭配组合来集成这些操作步骤,最终使整个检测集成小型化和自动化。


2:高通量

由于微流控可以设计成为多流道,通过微流道网络可以同时将待检测样本分流到多个反应单位,同时反应单元之间相互隔离,使各个反应互不相干扰,因此可以根据需要对同一个样本平行进行多个项目的检测。与常规逐个项目检测相比,大大缩短了检测的时间,提高了检测效率,具有高通量的特点。


3:检测试剂消耗少

由于集成检测的小型化,使微流控芯片上的反应单元腔体非常小,虽然试剂配方的浓度可能有一定比例的提高,但是试剂使用量远远低于常规试剂,大大降低了试剂的消耗量。


4:样本量需求少

由于只在小小的芯片上完成检测,因此需要被检测的样本量需求非常少,往往只需要微升甚至纳升级别。此外还可以直接用全血进行检测,对于婴儿、老人、残疾人这些血量少、静脉采集困难的人群,使其检测更加方便;或者是非常珍贵稀少的样本,使其多项指标检测成为可能。


5:污染少

由于微流控芯片的集成功能,原先在实验室里需要人工完成的各项操作全部集成到芯片上自动完成,使人工操作时样本对环境的污染降低到最低程度。例如在分子核酸类检测中,无论是样本本身,还是制备后准备用于检测的核酸,均会对实验室造成污染,气溶胶的扩散使得后续样本检测容易出现假阳性。这也是为什么常规分子核酸类检测需要至少在3个房间分别进行不同的操作。微流控技术的使用很好的解决了这一问题。


(微流控诊断设备及芯片)


微流控存在的问题也是技术不成熟,成本偏高,未找到杀手级应用等。但是可以预计,随着各方面技术进步和社会配套设施完善,这些问题都将逐步解决。微流控集成小型自动化,高通量,检测试剂消耗少,样本量需求少,污染少的自身优势将会成为成为市场需求的主流。


微流控和分子诊断的结合


1:微流控和分子诊断在高通量方面能够相得益彰,生物芯片能够在短时间内同时分析大量的生物分子,快速准确地获取样品中的生物信息,效率是传统检测手段的成千上百倍。


2:微流控也可以弥补现阶段分子诊断设备的缺陷。比如在自动化方面,生化诊断和免疫诊断发展较为成熟,相关设备已经完成自动化设计,但分子诊断设备并未完成自动化设计,而微流控设备恰好是高度自动化,可以弥补分子诊断设备的自动化短板。



微流控和分子诊断均属于医学前沿技术,从技术理论上较传统方法具有多项优势,微流控和分子诊断的结合相当于优劣互补,强强联手,未来前景将非常广阔。

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