微流控技術(shù)是對微量流體的精確操控的技術(shù)手段,，尤其是指在亞毫米尺寸級別上。微流控技術(shù)滿足了體外診斷對于少量液體的連續(xù)操控以使其順序發(fā)生生化反應并得出最終檢測結(jié)果的需求,。

把傳統(tǒng)的體外診斷設(shè)備做小,，以實現(xiàn)POCT級別的檢測，常見的方式就是側(cè)向?qū)游?。雖然此類產(chǎn)品操作簡單,，但側(cè)向?qū)游鲎饔貌荒?模擬基于實驗室的多步驟分析過程，而這些步驟對于產(chǎn)生高重復性,、定量和高靈敏度的結(jié)果至關(guān)重要,。在過去幾十年里，業(yè)界一直對改善側(cè)向?qū)游龅男阅芎芨信d趣,，但到目前為止還沒有取得重大進展,。當然，疫情下,，由于一些國家沒有足夠的條件來開展核酸檢測,，也讓簡單易用的免疫層析再次火爆。國內(nèi)不少IVD企業(yè)抓住機遇,，產(chǎn)品出海并大賺特賺,。

下面將分別展現(xiàn)IVD各個領(lǐng)域運用微流控技術(shù)開發(fā)的產(chǎn)品，也聊一聊筆者對于這些產(chǎn)品的認識,。

在生化檢測領(lǐng)域，產(chǎn)品是Abaxis的Piccolo Xpress™即時生化檢測儀,，也就是大家所熟知的離心生化盤,。Abaxis于2018年5月被碩騰收購。

國內(nèi)多家公司有類似產(chǎn)品,，比如天津微納芯,，成都斯瑪特,，廣州萬孚生物，北京博奧生物,，蘇州含光微納,，紹興普施康，武漢芯生,，深圳錦瑞等等。說是類似,，是因為國內(nèi)一些離心生化盤還是有些區(qū)別：1. Abaxis是預置了一個稀釋液,，所以只需要加樣本。國內(nèi)有些產(chǎn)品直接舍去了稀釋液的預置,，需要加樣的同時也要加入稀釋液,；2. Abaxis本身是采用超聲焊接工藝實現(xiàn)的微流控芯片的封裝。在國內(nèi),，大家更傾向于采用膠粘工藝,。可能超聲焊接工藝做穩(wěn)定還是比較難的,，而且超聲焊接本身工藝的過程檢驗也是非常困難,。

吊詭的是,，這些公司里，有的雖然產(chǎn)品拿到了注冊證,，但還是主要銷往動物診斷市場,。阻礙離心生化盤在人醫(yī)市場大展拳腳的最大問題還是耗材成本。雖然離心生化盤可以實現(xiàn)單樣本多指標檢測,，但是綜合耗材物料成本也在10-20人民幣之間。而傳統(tǒng)的生化分析儀的主要耗材只有試劑,，其成本優(yōu)勢明顯。

生化檢測領(lǐng)域,，離心生化盤能一統(tǒng)江山也是有其內(nèi)在邏輯的,。與其他微流控技術(shù)的實現(xiàn)比起來,，離心微流控只需要一個主體注塑組件,，只需要一次封接,。所以其可制造性強，成本可控,。此外,，離心微流控盤片上無處不在的離心力能順利地實現(xiàn)多反應腔的并行反應,，體現(xiàn)在產(chǎn)品上就是單樣本多指標檢測,。

首先聊聊微流控技術(shù)在免疫熒光中的應用,。說微流控免疫熒光就不得不說Alere的Triage了,。該產(chǎn)品在免疫層析的基礎(chǔ)上，對硝化纖維紙做了親疏水性的處理,，使液體只沿著親水性管道擴散,。對比傳統(tǒng)的免疫層析的*不受約束的側(cè)向流動，該產(chǎn)品液體流動控制能力更強,，其檢測性能就更優(yōu)秀一些,。國內(nèi)深圳微點，蘇州含光微納等均有類似產(chǎn)品,。

也有一些廠家利用非紙基微流控（paper microfluidics）技術(shù)實現(xiàn)免疫多聯(lián)檢,。其中最典型的是Lumira Dx家的產(chǎn)品，該公司曾借東風以50億美元的估值在納斯達克上市,，轟動一時,。

Lumira Dx

國內(nèi)做微流控免疫多聯(lián)檢的，筆者知道的有石家莊禾柏和成都微康,。兩家公司都很默契地選擇了離心微流控平臺來做,。最主要的原因還是在于，離心盤上離心力無處不在,，很容易實現(xiàn)反應試劑的等量分發(fā)以及并行的反應,，最終實現(xiàn)多個指標的檢測。而且一樣的,，離心微流控相對制造工藝簡單,，成本可控。

對于傳統(tǒng)的化學發(fā)光領(lǐng)域,，也有一些公司嘗試用微流控實現(xiàn)其小型化和全自動化,。最典型的代表是深圳的華邁興微和紹興的普施康。普施康的微流控化學發(fā)光方案很有特色,，微流控芯片只是個反應容器,，本身只是個一類備案產(chǎn)品?；瘜W發(fā)光試劑是獨立拿的注冊證,。試劑在使用的時候,，由機器內(nèi)部的機械臂現(xiàn)場自動加樣。但是從結(jié)果的角度上來看,，當前普施康主要推的產(chǎn)品還是離心微流控凝血,。

華邁興微

筆者以為，微流控做化學發(fā)光是有很大的挑戰(zhàn)性的,。首先,，化學發(fā)光講究定量，而微流控中定量實現(xiàn)起來是很難的,。想定量檢測,，以下三點缺一不可：1.參與反應的液體試劑要能準確定量；2.液體在微流控芯片中的流動可控性很強,，管道和腔室不能有死角，最終不能有反應液體殘留,；3.反應要充分,。我們知道在微流控領(lǐng)域，微量液體的流動是以層流為主的,，要想反應充分就要在微小管道和腔室內(nèi)實現(xiàn)反應液體的充分混勻,，這在層流為主的微流控芯片內(nèi)部頗具挑戰(zhàn)性。其次,，化學發(fā)光本身可以通過小機械臂的方式實現(xiàn)其全自動化,，比如深圳天深醫(yī)療的方案。相比于天深的方案,，微流控化學發(fā)光產(chǎn)品在耗材成本上就劣勢明顯,。想規(guī)避這一問題，就最好做成微流控化學發(fā)光多聯(lián)檢,，但是當前這類產(chǎn)品也并不多見,。

順便也聊聊東莞博識的微流控磁敏免疫產(chǎn)品m16，此款產(chǎn)品用微流控技術(shù)及巨磁阻效應實現(xiàn)了全自動的免疫多聯(lián)檢,，是具有突破性創(chuàng)新的產(chǎn)品,。但實際市場反響也不太及預期。筆者以為,，可能原因有兩點：1.巨磁阻效應應用在免疫診斷中產(chǎn)品畢竟比較少,，本身技術(shù)打磨、做到穩(wěn)定可靠還是需要一定的時間沉淀,；2.因為巨磁阻效應的應用,，m16的微流控耗材是集成了塑料和金屬兩大類材料。這就導致微流控耗材加工工藝復雜,，耗材量產(chǎn)難度較大,，且比較難控制好成本,。

m16磁敏免疫分析儀

微流控全自動核酸檢測被一些自媒體稱之為IVD當前最卷的賽道是有一些道理的,。筆者2018年開始做這個方向的時候，很多人對于核酸檢測還不太熟悉?，F(xiàn)在疫情直接催熟了整個市場,，再加上賽沛GeneXpert和生物梅里埃的FilmArray的驚人銷售額，讓大家紛紛在此領(lǐng)域布局,。當然,，讓不少IVD企業(yè)也有資金實力去布局新的產(chǎn)品。

從底層邏輯上講,，核酸檢測當前也確實是亟需取得新突破,。當前的核酸檢測，一是為了規(guī)避氣溶膠污染和樣本交叉污染,，需要在標準的PCR實驗室進行,；二是需要持有PCR上崗證的專業(yè)操作人員來進行檢測?？偠灾?，當前核酸檢測由于污染問題和全自動化問題沒有*得到解決，所以其對于實驗室場地和人員都有要求,。

微流控全自動核酸檢測產(chǎn)品,，諸如GeneXpert和FilmArray，在一個密閉的微流控卡盒里進行核酸檢測的全流程,，且整個檢測與環(huán)境基本*隔絕,，就不再擔心氣溶膠污染。此外,，一個卡盒只能檢測一個樣本,，也基本杜絕了樣本交叉污染。所以這類產(chǎn)品使得核酸檢測*擺脫了對于標準PCR實驗室的依賴,。又由于GeneXpert和FilmArray基本實現(xiàn)了“smaple-to-answer”近乎傻瓜式的操作,，所以普通醫(yī)護人員稍加培訓，就能掌握該產(chǎn)品的使用,。也大大降低了對于專業(yè)操作人員的需求,。

GeneXpert

說到這里,，可能大家會有一個疑問：核酸檢測的全自動化是否一定要依賴于微流控技術(shù)來實現(xiàn)？肯定不是,。

實現(xiàn)核酸檢測的全自動化大致有兩條路徑,，第一條是機械臂工作站,。

我們知道全自動核酸提取儀和標準的QPCR儀已經(jīng)非常成熟了，那為何遲遲不能把這兩個產(chǎn)品連起來變成一個全自動的工作站呢,？這里最大的問題還是氣溶膠污染,。在標準的PCR實驗室里，提取和擴增一定是在兩個房間里進行,，而且擴增間是負壓環(huán)境,。這是因為陽性樣本PCR反應后期，PCR反應管里的靶基因片段濃度非常高,，而PCR反應的變性溫度又是九十多度,。這時候，一旦PCR反應管有漏氣,，靶基因片段就會隨著水蒸氣擴增到整個空氣中,，形成DNA氣溶膠污染。于是整個房間里彌散著靶基因片段,。擴增間負壓是為了保證即使在這種情況下,，氣溶膠也被困在了PCR擴增間，不會擴散到提取部分,。要知道，當前的核酸提取,，不管是手工操作還是全自動核酸提取儀,，對應的提取試劑都是要與周圍空氣充分接觸的。所以要把全自動核酸提取儀和PCR擴增儀連起來變成一個全自動的工作站可不是一件簡單的事情,。

對于上述問題,，筆者看過很多的解決方案。從羅氏到安圖生物,，從仁度,、伯杰到杭州博日、成都翰辰光翼,、廣州和實等等,。大部分實現(xiàn)方案就是分艙：提取在儀器的一個密封艙，擴增在另一個密封艙,，并且擴增艙也是負壓,。相當于把標準的PCR實驗室的部分功能搬到了一臺機器上來。而且為了規(guī)避氣溶膠污染,，往往還增加了很多措施：采用低溫的等溫擴增,，靠固態(tài)石蠟密封擴增管（上海仁度）；擴增管傳遞到擴增艙之前直接用一層塑料薄膜熱封,，確保PCR擴增過程中不會泄露氣溶膠（瀚辰光翼）等等,。此外,，還有一些標配措施：UV光照，氣溶膠過濾膜等等,。

整體來看,，相比于微流控的實現(xiàn)方案，機械臂全自動核酸檢測工作站一般設(shè)備比較大,，更講究的是樣本檢測通量高,，也更適合多樣本少指標檢測的應用場景。

在POCT級別的全自動核酸檢測系統(tǒng)領(lǐng)域,，我們當前見到的產(chǎn)品絕大多數(shù)都是基于微流控技術(shù)實現(xiàn)的,。大家可以看看下面的這些投資并購案例：

1、2016年9月6日,，丹納赫公司宣布計劃以40億美元收購微流控分子診斷產(chǎn)品GeneXpert的母公司Cepheid,。2020年GeneXpert銷售額近20億美元。2021年GeneXpert銷售額38億美元,。

2,、生物梅里埃2013年9月宣布以4.5億美元收購微流控分子診斷產(chǎn)品FilmArray的母公司BioFire；2020年FilmArray銷售額突破10億歐元,。

3,、羅氏2014年4月宣布以4.5億美元收購微流控分子診斷產(chǎn)品cobas Liat的母公司Iquum。2021年3月15日,，羅氏（Roche）與GenMark Diagnostics共同宣布,，雙方已就總交易價值約18億美元現(xiàn)金收購后者事宜達成最終并購協(xié)議。

4,、2018年3月賽默飛收購Integen X,，該公司主要產(chǎn)品為微流控分子診斷設(shè)備Rapid HIT。2021年1月,，賽默飛宣布以約5.5億美元收購Mesa Biotech,。

5、2018年2月凱杰宣布以1.91億美元收購西班牙的傳染病診斷公司Stat-Dx,，該公司主要產(chǎn)品為微流控分子診斷設(shè)備DiagCORE,。

6、2016年的12月,，萬孚生物以約合1.25億元人民幣持有了微流控分子診斷公司Atlas Genetics13.63%的股權(quán),。

7、2018年9月,，萬孚生物宣布與微流控分子診斷公司Biocartis組建中國合資公司,，注冊資本1400萬歐元，萬孚持有50%股權(quán)。

8,、安圖生物于2018年12月15日與芬蘭微流控分子診斷公司Mobidiag Oy簽署股權(quán)認購協(xié)議,，出資約1000萬歐元認購Mobidiag 約10.12%股權(quán)。2021年4月豪洛捷宣布以約8億美元價格收購Mobidiag,。

近兩年,，筆者也見到了一些使用小機械臂實現(xiàn)核酸檢測全自動的小設(shè)備。而且尤為震驚的是,，有的小設(shè)備竟然堂而皇之地把開放式提取和擴增集成在一個小空間里,，然后大書特書自己的避免氣溶膠污染的措施如何有效。這里筆者就理解不了了：這些避免氣溶膠污染的措施如果真的像聲稱的那么有效,，那么當前的核酸檢測要PCR實驗室做什么,？這么明顯的方案，賽沛和BioFire就想不到么,？它們還非要去折騰明顯更難實現(xiàn)且成本更高的GeneXpert和FilmArray,。

筆者一直以為，做微流控全自動核酸檢測產(chǎn)品就老老實實的做全提取,，老老實實采用QPCR才能保證產(chǎn)品的性能,。國外的我們耳熟能詳?shù)母偲坊径际沁@個邏輯。但是國內(nèi)也有不少廠家綜合考慮產(chǎn)品的研發(fā)周期,，產(chǎn)品的實現(xiàn)難度,，還是采取了一步法提取和恒溫擴增。一步法提取和恒溫擴增削弱了產(chǎn)品的檢測性能,，但在某些應用場景上也還是有一些市場機會,。

此外，像FilmArray,，diagCORE這類產(chǎn)品，除了微流控全自動核酸檢測產(chǎn)品的屬性以外,，還自帶多重QPCR的屬性（多擴增腔室實現(xiàn)超多重）,。這類產(chǎn)品在危急重癥感染診斷領(lǐng)域?qū)l(fā)揮優(yōu)勢。

當下,，疫情在國外市場也催生了一大波家用核酸自檢產(chǎn)品,。這類應用場景下，怎么對普通家庭用戶做好市場教育（讓他們相信雖然核酸自檢的東西貴且不好用,，但比膠體金試紙條準）,，怎么降低產(chǎn)品的成本的情況下兼顧產(chǎn)品的性能（要成本低，所以要恒溫擴增,、一步法提取,，但也要追求檢測的準確度）等等，也都是難題。在中國,，對于核酸家用自檢產(chǎn)品,，可能最大的挑戰(zhàn)還是在于監(jiān)管政策。

當前基于微流控技術(shù)的體外診斷產(chǎn)品已經(jīng)全面開花,，除了上述傳統(tǒng)的生化、免疫,、分子領(lǐng)域外,，在血氣（雅培的iSTAT、理邦,、萬孚等）,、凝血（普施康）、血球（創(chuàng)懷醫(yī)療）,、數(shù)字PCR,、癌癥早篩（CTC、ctDNA,、外泌體）,、單分子免疫、單細胞測序等也都有產(chǎn)品呈現(xiàn),。后面有機會再展開論述,。