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1、微流控芯片体外诊断研发部徐 波内容提要 微流控芯片的起源2 微流控芯片的发展3微流控芯片体外诊断产品4 国内外体外诊断市场简介1全球体外诊断试剂产业状况3503703803934104354605005.8 3.0 3.5 4.8 5.6 6.2 6.8 01234567010020030040050060020072008200920102011201220132014市场规模市场规模(亿美元亿美元)增长率增长率(%)全球体外诊断试剂产业状况国内体外诊断试剂产业状况v 我国体外诊断产业的发展开始于我国体外诊断产业的发展开始于2020世纪世纪8080年代，经历年代，经历2020多多年的发展，从
2、无到有，从弱到强，现正已具备产业规模发年的发展，从无到有，从弱到强，现正已具备产业规模发展条件展条件v 我国体外诊断产品用户主要包括我国体外诊断产品用户主要包括1970019700多家医院、多家医院、3900039000多多个乡镇卫生院、个乡镇卫生院、300300多家血站，还有日新月异的体检中心多家血站，还有日新月异的体检中心和正在兴起的临床检验独立实验室和正在兴起的临床检验独立实验室国内体外诊断试剂产业状况869510712214617521526710.74%12.63%14.02%19.67%19.86%22.87%24.21%00.050.10.150.20.2505010015020
3、025030020072008200920102011201220132014市场规模市场规模(亿元亿元)增长率增长率v 中国人口占世界总人口的中国人口占世界总人口的22%22%，但体外诊断试剂份额却只占全世界的，但体外诊断试剂份额却只占全世界的5%5%v 近年来，各种新技术、新方法的兴起和融合，又促进了体外诊断试剂近年来，各种新技术、新方法的兴起和融合，又促进了体外诊断试剂的开发应用和更新换代的开发应用和更新换代v 与此同时，随着人民群众收入的增加和生活标准的提高，人们对健康与此同时，随着人民群众收入的增加和生活标准的提高，人们对健康和医疗品质又有了更高的需求和医疗品质又有了更高的需求v 在
4、种种利好的条件下，体外诊断试剂产业的发展迎来了医疗发展史上在种种利好的条件下，体外诊断试剂产业的发展迎来了医疗发展史上“千载难逢千载难逢”的好机遇。的好机遇。国内体外诊断试剂产业状况22%78%国内体外诊断试剂产业状况免疫化学免疫化学34%临床化学临床化学31%传染病免疫传染病免疫15%血液学血液学11%微生物学微生物学, 6%组织和细胞学组织和细胞学, 2%基因检测基因检测, 1%国内体外诊断试剂产业状况罗氏罗氏, 13.1%西门子西门子, 7.6%雅培雅培, 5.0%贝克曼库尔特贝克曼库尔特, 4.9%希森美康希森美康, 3.8%迈瑞迈瑞, 3.0%系列系列1, 其他其他, 62.6%内容
5、提要 微流控芯片的起源2 微流控芯片的发展3微流控芯片体外诊断产品4 国内外体外诊断市场简介1 生物芯片的由来生物芯片的由来v 临床诊断，如：婴儿护理，床边检测临床诊断，如：婴儿护理，床边检测(Point-of-care)v 环境检测环境检测v DNA大规模平行分析大规模平行分析v 自动化药物发现自动化药物发现v 蛋白质结晶蛋白质结晶传统的大型生化分析仪传统的大型生化分析仪微型化微型化Microfluidic Lab-on-a-Chip临临床床诊诊断断应应用用用于用于临临床床诊诊断的断的微流控芯片微流控芯片实验实验室室高通量高通量最低人为干预最低人为干预更少的样品更少的样品/ /试剂消耗试剂消
6、耗更高的灵敏度更高的灵敏度更佳的生产率更佳的生产率从晶体管到集成电路从晶体管到集成电路v 因信息处理的需要而发展因信息处理的需要而发展IBM 701 calculator (1952)IBM Power 5 IC(2004)从试管到生物芯片从试管到生物芯片v 因生物分子的分析需求而发展因生物分子的分析需求而发展Test tube analysisAgilent DNA analysisLab on a Chip (1997)从试管到生物芯片从试管到生物芯片Test tubesRoboticsMicrofluidicsAutomationIntegrationMiniaturizationAut
7、omationIntegrationMiniaturizationAutomationIntegrationMiniaturization生物芯片的分类生物芯片的分类v 微阵列芯片微阵列芯片(Microarrays) 临床诊断临床诊断 遗传指纹谱遗传指纹谱 药物筛选药物筛选 遗传研究遗传研究 细胞研究细胞研究生物芯片的分类：微流控芯片生物芯片的分类：微流控芯片v 连续流芯片实验室：永久刻蚀的微通道、微泵和微阀连续流芯片实验室：永久刻蚀的微通道、微泵和微阀v 数字微流控芯片实验室：对不连续液滴的操控数字微流控芯片实验室：对不连续液滴的操控(Duke University) Control ele
8、ctronics (shown) are suitable for handheld or benchtop applicationsPrinted circuit board lab-on-a-chip inexpensive and readily manufacturableBiosensors: Optical: SPR, Fluorescence etc. Electrochemical: Amperometric, Potentiometric etc. Mixing: Static, Diffusion LimitedMultiplexing微流控芯片的起源v 定义：定义：微流控
9、芯片（微流控芯片（Microfluidic chip）又称芯片实验室（）又称芯片实验室（Lab-on-a-chip）v 它将化学中所涉及的样品预处理、反应、分离、检测，生命科学中它将化学中所涉及的样品预处理、反应、分离、检测，生命科学中的细胞培养、分选、裂解等基本操作单元集成到一块几平方厘米大的细胞培养、分选、裂解等基本操作单元集成到一块几平方厘米大小的芯片上，并以微通道网络贯穿各个实验环节，从而实现对整个小的芯片上，并以微通道网络贯穿各个实验环节，从而实现对整个实验系统的灵活操控，承载传统化学或生物实验室的各项功能。实验系统的灵活操控，承载传统化学或生物实验室的各项功能。 微流控芯片的发展历
10、程微流控芯片的发展微流控芯片的发展v 一种高度集成的一种高度集成的DNA测序芯片测序芯片v Blazej, R. G. et al., PNAS 2006, 103, 72407245.用于床边检测用于床边检测(POC)的微流控芯片的微流控芯片理想的床边检测理想的床边检测(POC)芯片芯片v 检测性能（灵敏度、特异性检测性能（灵敏度、特异性）v 检测通量检测通量v适用范围适用范围v制造成本制造成本v易用性易用性内容提要 微流控芯片的起源2 微流控芯片的发展3微流控芯片体外诊断产品4 国内外体外诊断市场简介1微流控芯片的发展微流控芯片的发展v微流控芯片的材质和加工微流控芯片的材质和加工v微流控芯
11、片免疫检测的模式微流控芯片免疫检测的模式v微流控芯片免疫检测中的流体控制微流控芯片免疫检测中的流体控制v微流控芯片多指标免疫检测微流控芯片多指标免疫检测微流控芯片的材质微流控芯片的材质v 常用的芯片材质常用的芯片材质a) E. Verpoorte, N.F. De Rooij, Proc. IEEE 2003, 91, 930-953.b) L. Gervais, E. Delamarche, unpublishedc) A. W. Martinez et al., Anal Chem 2010, 82, 3-10.d) J. Huft et al., Lab Chip 2010, 10, 2
12、358-2365.e) D.A. Mair et al., Lab Chip 2009, 9, 877-883.微流控芯片制作方法微流控芯片制作方法v硅、玻璃以及石英等材质：硅、玻璃以及石英等材质： 光刻光刻 蚀刻蚀刻v聚合物材质：聚合物材质： 模塑法模塑法 注塑法注塑法 LIGA技术技术 激光烧蚀法激光烧蚀法 软光刻法软光刻法微流控芯片制作微流控芯片制作v 快速模塑法加工快速模塑法加工PDMS微流控芯片微流控芯片示意图示意图微流控芯片免疫检测的模式微流控芯片免疫检测的模式v模式分类：模式分类： 非均相非均相 芯片微通道表面直接修饰芯片微通道表面直接修饰 微球表面修饰（磁性、非磁性）微球表面修
13、饰（磁性、非磁性） 均相均相 基于电泳分离的免疫检测基于电泳分离的免疫检测 非均相：芯片微通道表面直接修饰非均相：芯片微通道表面直接修饰v Wen X, He H, Lee LJ (2009) J Immunol Methods 350: 97105非均相：磁性微球表面修饰非均相：磁性微球表面修饰v Morozov VN, Groves S, Turell MJ, Bailey C (2007) J Am Chem Soc 129: 1262812629非均相：非磁性微球表面修饰非均相：非磁性微球表面修饰v Wang YC, Han J (2008) Lab Chip 8: 392394均相：
14、芯片凝胶免疫电泳分析均相：芯片凝胶免疫电泳分析v Herr AE, Hatch AV, Throckmorton DJ, Tran HM, Brennan JS, Giannobile WV, Singh AK (2007) PNAS 104: 5268-5273微流控芯片免疫检测中的流体控制微流控芯片免疫检测中的流体控制v分类：分类： 电动流控制电动流控制 数字化微流控数字化微流控 压力驱动流体控制压力驱动流体控制 气阀气阀 离心力离心力 被动毛细力流体控制被动毛细力流体控制电动流控制电动流控制v Mohamadi MR, Kaji N, Tokeshi M, Baba Y (2007) A
15、nal Chem 79:36673672数字化微流控数字化微流控v Sista RS, Eckhardt AE, Srinivasan V, Pollack MG, Palanki S, Pamula VK (2008) Lab Chip 8:2188 2196v Sista R, Hua Z, Thwar P, Sudarsan A, Srinivasan V, Eckhardt A, Pollack M, Pamula V (2008) Lab Chip 8:2091 2104气阀驱动的流体控制气阀驱动的流体控制v Henares TG, Mizutani F, Hisamoto H (2
16、008) Anal Chim Acta 611:1730离心力驱动的流体控制离心力驱动的流体控制v Lee BS, Lee JN, Park JM, Lee JG, Kim S, Cho YK, Ko C (2009) Lab Chip 9:1548 1555被动毛细力驱动的流体控制被动毛细力驱动的流体控制v Gervais L, Delamarche E (2009) Lab Chip 9:3330 3337微流控芯片多指标免疫检测微流控芯片多指标免疫检测v基于表面微阵列的多指标检测基于表面微阵列的多指标检测 微流控通道网络微流控通道网络 DNA介导固定的蛋白质抗体微阵列介导固定的蛋白质抗体
17、微阵列v基于微球的多指标检测基于微球的多指标检测基于微流控通道网络的多指标检测基于微流控通道网络的多指标检测v Bernard A, Michel B, Delamarche E (2001) Anal Chem 73:8-12DNA介导固定的蛋白质抗体微阵列介导固定的蛋白质抗体微阵列v Fan R, Vermesh O, Srivastava A, Yen BKH, Qin LD, Ahmad H, Kwong GA, Liu CC, Gould J, Hood L, Heath JR (2008) Nat Biotechnol 26:1373-1378基于微球的多指标检测基于微球的多指标检
18、测v Riegger L, Grumann M, Nann T, et al., (2006) Sens Actuators A 126:455462基于磁性微球及生物条形码的多指标检测基于磁性微球及生物条形码的多指标检测v Stoeva SI, Lee J-S, Smith JE, Rosen ST, Mirkin CA (2006) J Am Chem Soc 128:83788379内容提要 微流控芯片的起源2 微流控芯片的发展3微流控芯片体外诊断产品4 国内外体外诊断市场简介1微流控芯片体外诊断产品微流控芯片体外诊断产品vAbbott i-STAT手持式电化学临床血液分析仪v 检测范围：血气参数、电解质、凝集分析、血液学分析、血糖、心脏标志物.微流控芯片体外诊断产品微流控芯片体外诊断产品vJohnson & Johnson Amic Forecast chip微流控芯片体外诊断产品微流控芯片体外诊断产品v基于微柱的微流控芯片基于微柱的微流控芯片微流控芯片体外诊断产品微流控芯片体外诊断产品v芯片工作原理芯片工作原理微流控芯片体外诊断产品微流控芯片体外诊断产品v Mixed assays- a NT-proBNP sandwich assay and a competitive CRP assay run in the same flow channel