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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全球体外诊断试剂产业状况2010201020102010年全球体外诊断分领域市场规模和份额（单位：百万美元）年全球体外诊断分领域市场规模和份额（单位：百万美元）年全球体外诊断分领域市场规模和份额（单位：百万美元）年全球体外诊断分领域市场规模和份额（单位：百万美元）来源：来源：来源：来源：A&M Mindpower Solutions:Global In-vitro Diagnostics SectorA&M Mindpower Solution
2、s:Global In-vitro Diagnostics SectorA&M Mindpower Solutions:Global In-vitro Diagnostics SectorA&M Mindpower Solutions:Global In-vitro Diagnostics SectorProspects in Emerging Markets,2010Prospects in Emerging Markets,2010Prospects in Emerging Markets,2010Prospects in Emerging Markets,2010 国内体外诊断试剂产业状
3、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
4、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国内体
5、外诊断试剂产业状况我国体外诊断试剂市场组成（我国体外诊断试剂市场组成（2009 2009 年数据）年数据）来源：来源：GlobalData:In Vitro Diagnostic Market,China,2010GlobalData:In Vitro Diagnostic Market,China,2010国内体外诊断试剂产业状况2008200820082008年和年和年和年和 2009 2009 2009 2009 年体外诊断公司所占中国市场份额年体外诊断公司所占中国市场份额年体外诊断公司所占中国市场份额年体外诊断公司所占中国市场份额 来源：来源：来源：来源：GlobalData:In V
6、itro Diagnostic Market,China,2010GlobalData:In Vitro Diagnostic Market,China,2010GlobalData:In Vitro Diagnostic Market,China,2010GlobalData:In Vitro Diagnostic Market,China,2010 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 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
7、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临床床诊断断应用用用于用于临床床诊断的断的微流控芯片微流控芯片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
8、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 tubesRoboticsMicrofluidicsAutomationIntegrationMiniaturizationAutomationIntegrationMiniaturizationAutomationIntegrationMiniaturization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
9、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 electronics(shown)are suitable for handheld or benchtop applicationsPrinted circuit board lab-on-a-chip inexpensive and readily manufacturableBiosenso
10、rs: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
11、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vBlazej,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
12、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
13、,E.Delamarche,unpublishedc)A.W.Martinez et al.,Anal Chem 2010,82,3-10.d)J.Huft et al.,Lab Chip 2010,10,2358-2365.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
14、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vWen 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vMorozov VN,Groves S,Turell MJ,Bailey C(2007)J Am Chem Soc 129:12628126
15、29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：芯片凝胶免疫电泳分析均相：芯片凝胶免疫电泳分析vHerr 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
16、动流控制vMohamadi MR,Kaji N,Tokeshi M,Baba Y(2007)Anal Chem 79:36673672数字化微流控数字化微流控vSista RS,Eckhardt AE,Srinivasan V,Pollack MG,Palanki S,Pamula VK(2008)Lab Chip 8:2188 2196vSista 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vHenares T
17、G,Mizutani F,Hisamoto H(2008)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vLee 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vGervais 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
18、导固定的蛋白质抗体微阵列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vBernard 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vFan 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测vRiegger
19、 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vStoeva 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vMixed assays-a NT-proBNP sandwich assay and a competitive CRP assay run in the same flow channel