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備。而且尤為震驚的是，有的小設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。