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浅谈微流控的产业化前景

2017-3-27 22:36| 编辑: 小桔灯网| 查看: 2611| 评论: 0|来源: 微流控之家 作者:汤明辉

摘要: 关于微流控的产业化,其实国内的微流控公司有几个已经做的挺好的了。比如天津的微纳芯科技,出了四款自己的产品(Celercare M, Pointcare M, Celercare V, Pointcare V),做的生化检测方面。还有杭州霆科生物,做食 ...
关于微流控的产业化,其实国内的微流控公司有几个已经做的挺好的了。比如天津的微纳芯科技,出了四款自己的产品(Celercare M, Pointcare M, Celercare V, Pointcare V),做的生化检测方面。还有杭州霆科生物,做食品安全方面的,刚拿了挺大一笔钱。这些是做出来微流控产品了的。而那些本来是为科研提供设备或者加工服务的微流控公司,很多也正在研发自己的产品了。传统的医药试剂或者医疗器械公司做出来的基于微流控产品,这个就更多了的。三星就出过微流控的产品,你没看错,就是大家心中做手机的那个韩国三星。

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图一:三星出的三款基于微流控的POCT(即时诊断)医疗设备

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图二:The Compact and Lightweight Portable Immunity Analysis System – Samsung LABGEOIB10
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图三:天津微纳芯的四款微流控产品

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图四:杭州霆科生物的几款产品
说微流控就先说说IVD(体外诊断)医疗器械这方面。这一块其实市场需求特别大。第一,美国这样的发达国家,医疗里得医疗器械和医药花费基本是1:1的,而中国大陆大约是1:9。这个数据是我2014年听一个香港中文大学医学院的教授讲的。所以中国IVD医疗器械这一块潜力很大,特别是POCT医疗设备。第二,中国人口的老龄化。中国过去几十年的高速发展离不开20世纪五六十年代的大出生的人口红利。但是,再过十几二十年,人口红利就变成了老年化的人口负担。计划生育这么多年,那个时候青壮年又少,智能化的可家用的医疗器械市场需求也会大大增加。第三,现在都在说互联网医疗(就在刚刚,华为也宣布开始进入这一块了),那么真正的互联网医疗是不是最应该解决的问题就是智能化医疗检测终端问题呢?这里的终端不止POCT吧,医院里能做的血液的生化分析类检测的也很需要吧?这一块微流控也大有可为。第四,中国人民终于进入了小康社会,温饱解决了肯定要关心生活质量了吧?那么健康这一块,大家是不是注定要花费更多心思了?然而,IVD的医疗设备,目前来看,很大一部分都是基于微流控的。第五,在我国,分级诊疗制度也会逐步的实施下来,而分级诊疗制度推行以后,将给POCT带来很大发展机遇。在社区卫生服务站或中心POCT将会由冷变热,常见病、多发病、慢性病的POCT数量将明显增加。 而且互联网+POCT+移动医疗在家庭和个体化健康管理、疾病预防控制、慢病管理等方面引来井喷式的发展机遇。

IVD最典型的代表莫过于各种诊断试纸: 验孕试纸,HIV检测试纸,毒品检测试纸等等,这些市场上都有的(还有乙肝,肺结核等各种传染病的检测,这些主要在医院做的检测,原理差不多。其实医院内传染病的初步检测好多也是这种试纸)。这也是微流控产品—纸上微流控(Paper Microfluidics),对不对?这些产品在基层做初步诊断筛查是非常有用的。实际上大家也确实都这么用的。初步筛查的阳性的结果再用其他费用高昂更精准的方法确诊。这一块就大有可为,包括早期癌症的筛查。基于微流控人体体液的生化分析也特别适合目前大火的互联网医疗。现在市场是初步做到了监测心跳,行走步数,血压等等,如果在此基础上可以做到唾液,尿液或者血液的相关组成成分监测,这些数据再与互联网目前大火的大数据的结合,这一块也将大大的推进了人类医疗健康的发展。微流控芯片做生化免疫的,可以参见一个很成功的例子:biosurfit。

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图五:biosurfit公司主页
基于免疫的诊断也有问题,这些都是基于抗原抗体特异性(ELISA ,FIA,CLIA等)结合那一套,当体内抗体水平过低时会有误诊的。那么最可靠的POCT(也就是上面提到的更贵更精准方法)是怎么样的呢?当然是基于DNA的分子诊断,DNA提取再扩增,有这个细菌或者病毒就一定有它的DNA。这一块微流控也大有可为。在治疗传染病的时候,如何确定已经痊愈了?同样也是基于DNA的分子诊断。治疗末期的时候病毒或细菌数目减少,抗体也会少,基于免疫的可能会靠不住了(跟很多传染病的检测都有窗口期是一个道理)。所以很多人看中微流控的分子诊断这一块。举一个例子,Atlas Genetics,这个英国公司,做了一款产品,集成了基于微流控全自动的DNA提取和PCR,还有后面的电化学检测。前段时间万孚生物就入股成了这家公司的第二大股东了,对其估值9亿多人民币。当然,POCT分子诊断门槛确实也高,简单来说,市场上一个PCR 仪器经常就卖到了十万(当然,现在也流行用恒温的比如LAMP的扩增技术代替PCR,虽然成本低了,但是精度也低了),更别说前面的全自动的核酸提取和后期的荧光检测。当然,请放心,POCT 全自动的分子诊断设备一定是可以做出来的,成本也会控制的不太高(本来也没多大的成本,技术要求比较高而已)。且不说分子诊断,就是基因测序芯片,现在华大,博奥等做的也很火了。 且不说微流控在传染性疾病或者POCT设备,传统的人体体液(血液唾液尿液等)的生化分析,抗生素滥用导至的超级细菌问题,ICU细菌感染的高发问题,制药等等领域,微流控都将大有所为。它可以做成一个智能简单的医疗设备,也可以为一些难题提供一套好的解决方案,特别是制药方面。

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图六:罗氏推出的基于微流控的分子诊断的流感病毒诊断设备

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图七:Atlas Genetics’ io system
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图八:罗氏的COBAS b101
还有很多人都说微流控只是个科研手段,他们说的也有道理,目前来看,微流控作为一个工具用在科研上确实居多。这个方向也就二十几年,工业化也需要时间。但是它确实可以很好的产业化(其实国外产品挺多的,国内少而已)。特别是离心微流控,市场上存在的微流控产品(无论国内还是国外)也大多数是离心微流控的产品(试纸类的除外,毕竟试纸能做的检测也很有限)。因为科研类的微流控平台大多是基于微型水泵的,微型水泵一方面增加了成本,另一方面也限制了整个系统的集成化和小型化。而最大的问题在于,不同的应用要用不同的微型水泵系统,很难做到一个微型水泵系统普适于多个应用情景。而离心微流控就没有这个问题。离心微流控最大的一个优点是,这个成本最高的离心和检测平台可以循环使用。甚至一个平台上可以做开发多种适用于不同应用的芯片。这就大大节约了产业化成本,降低了产业化门槛。这里面很好的例子就是3M公司推出的 Integrated Cycler。这一款产品里一个离心系统就对应很多不同种微流芯片,每种微流芯片对应检测不同的病毒或细菌。

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图九:3M的Integrated cycler
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图十:Microfluidic publications in engineering, multidisciplinary, and biology and medicine journals from 2000 to 2012.引用自” The present and future role of microfluidics in biomedical research”,Nature,2014
微流控这一块,你用这个系统做explore,做research,你就是拿来做科研。但是,请不要忽略,还有很多人,比如我这样的,工科背景(其实据2014年那个nature上的 ”The present and future role of microfluidics in biomedical research”,做微流的大部分都是工程技术人员,文章也大多发在了工程类的期刊),就是用我们的工程技术优化它,用它来使得现有的检测诊断技术更便宜,更简单,更智能。我们的目的是做成sample-to-answer的POCT的医疗设备的。


作者简介:汤明辉,香港中文大学电子工程系微流控方向在读博士。博士期间以离心微流控平台为载体,主要研究工作集中在基于DNA的分子诊断,ICU抗药性细菌感染的快速筛查和确定给药,也涉及到ELISA, FIA和CLIA等基于抗原抗体的诊断方式。研究工作以产业化为核心,以产业化为目的。

此文章整理于作者的知乎回答,如需要讨论,请移步知乎。欢迎关注作者的知乎账号:汤明辉。

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