微流控晶元的前景如何？

01-12

就我個人認識，目前國內最大的生物晶元研發中心是北京的博奧生物，而博奧目前的狀態是不停地搶佔專利。其它此領域公司基本以產品代理、實驗儀器、設備加工為主。
最先進的應該是美國，但好像也沒有市場化。（？）
那麼，生物晶元技術的前景如何？市場化還需要多久？
感謝知友回答。
下面想將問題補充一些：晶元實驗室的前景，以及這些研究有可能飛入尋常百姓家嗎？（能否具體舉一些例子）

大家看完覺得有用的話，就幫忙點個贊，讓更多人看到，多謝大家。

大家的贊是我持續更新修改的動力。

更多微流控內容，歡迎關注本人知乎專欄：微流控的產業化發展，鏈接如下：http://zhuanlan.zhihu.com/tangminghui

下面是回答正文：

先放結論：

在2014~2015年間，分散式分子診斷技術開始全面獲益於微流控技術，樣品製備水平的提高就是非常突出的例子，這使得微流控技術從此開始強勢滲透即時診斷（Point of Care Testing, PoCT）領域。直至今日，這些應用仍在推動微流控產業的結構發展和增長。

2015年微流控晶元的市場規模約為28億美金，到2018年市場規模為58億美金，年複合增長率超過27%。微流控相關的文獻在2008年-2012年間呈現出上升趨勢，是研究高漲的時期，2012年以後文獻數量逐漸下降，技術已經有一定的積累並開始走向成熟，微流控技術逐漸向個性化醫療發展，進入產品的成型期。

近年來，微流控方向發文數量：

圖1. 近年來，微流控方向論文發表數量

國內的微流控公司有些已經做的不錯了，比如天津的微納芯科技，杭州霆科生物，微點生物，華邁興微，百康芯，卡優迪生物，優思達生物，博暉創新，博奧，理邦儀器，紹興普施康等等。國外的三星也出過幾款基於微流控的產品。

目前來講，微流控的最大的產業化場景還是在於體外診斷。說微流控就先說說IVD（體外診斷）醫療器械這方面。這一塊其實國內市場空間特別大。第一，國內醫療里的醫療器械與醫藥消費比還遠遠低於美國這樣的醫療體系相對成熟的國家。而診斷類醫療器械在整個醫療中重要性不言而喻，它幾乎決定著後續的所有治療方案和用藥。中國診斷類醫療器械這一塊潛力很大，有巨大增長空間。第二，中國人口的老齡化。中國過去幾十年的高速發展離不開20世紀五六十年代的大出生的人口紅利。但是，再過十幾二十年，人口紅利就變成了老年化的人口負擔。計劃生育這麼多年，那個時候青壯年又少，這個時候智能化的診斷檢測類的醫療器械需求會大大增加。第三，現在都在說互聯網醫療（就在不久前，華為也宣布開始進入這一塊了），那麼真正的互聯網醫療最應該解決的問題就是智能化醫療檢測終端問題。這裡就需要POCT的診斷檢測類的醫療器械。第四，中國人民終於進入了小康社會，溫飽解決了要關心生活質量。那麼醫療健康這一塊，大家註定要花費更多心思了。國家也會財政上逐步增加醫療保健的支出。第五，在我國，分級診療制度也會逐步的實施下來，而分級診療制度推行以後，將給POCT帶來很大發展機遇。在社區衛生服務站或中心POCT將會由冷變熱，常見病、多發病、慢性病的POCT數量將明顯增加。而且互聯網+POCT+移動醫療在家庭和個體化健康管理、疾病預防控制、慢病管理等方面也會有井噴式的發展機遇。

圖2. 我國IVD產業規模

然而，體外的診斷和檢測的醫療設備，目前來看，很大一部分都是基於微流控的。體外診斷基本主要是基於體液（血液，尿液，唾液）的，對於這些體液的操控，有兩條路，要麼人工，要麼自動化，這裡，自動化肯定是個大趨勢。那麼對於液體的自動化操控，這不正是我們微流控要乾的事情么？所以，IVD里除去試劑的研發，後續的如果要做自動化檢測，除了高通量的機械臂手流水線，那麼基本避不開微流控。

我認為這是微流控技術必將火起來的基礎。

IVD主流有三大類，生化分析，免疫診斷，分子診斷。這三類，門檻由低到高。國內產品還主要集中在生化分析和免疫診斷。IVD中做到POCT的最典型的代表莫過於驗孕紙，各類傳染病檢測試紙，毒品檢測試紙等等，這些市場上都有的。試紙類的主要是基於膠體金，這個精度有限，只能做定性診斷，這些產品在基層做初步診斷篩查是非常有用的。實際上大家也確實都這麼用的。初步篩查的陽性的結果再用其他費用高昂更準確的方法確診。

在生化分析方面，由於技術比較成熟，技術壁壘比較低，所以微流控產品將面臨著成熟的傳統的生化分析儀的有力競爭。但是隨著分級診斷的普及，基層社區醫院為節約設備成本，會更傾向於小而易用的基於微流控的生化分析儀。基層社區醫院所需檢測的樣本量不多，所以與單位時間的檢測通量相比，更在乎的是生化分析儀的價格和易操作性。這個時候，低成本易於操作且能快速出結果的微流控自動生化分析儀的優勢就凸顯了出來。在這一塊，技術相對成熟的產品有天津的微納芯Pointcare M和美國愛貝斯（Abaxis）Piccolo Xpress?即時生化檢測儀。

圖3. 美國愛貝斯（Abaxis）Piccolo Xpress?即時生化檢測儀

基於微流控人體體液的生化分析也特別適合目前大火的互聯網醫療。現在市場是初步做到了監測心跳，行走步數，血壓等等，如果在此基礎上可以做到唾液和尿液（尿液里的醫療信息相對較大，而且無創，病人配合度較高，但是目前也只適合晨尿這種，因為尿液實時成分跟人體飲食因素關係很大）的相關組成成分監測，這些數據再與互聯網目前大火的大數據的結合，這一塊也將大大的推進了人類醫療健康系統的發展。智能檢測或診斷的醫療器械終端（家用）和互聯網目前最火的大數據的結合未來也必然是個大熱點，畢竟沒有這邊的終端，就沒有數據。

圖4. 天津的微納芯Pointcare M

在免疫診斷方面，由於化學發光（CLIA）的靈敏度高，速度快，重複性好且能全自動化，所以化學發光只要成本降下來，那麼它取代酶聯免疫吸附測定（ELISA）也會成為一個事實。在化學發光儀器這一塊，國內競爭呈現白熱化和同質化傾軋的特點，主要都是基於機械手臂的方式來進行實現，技術上並沒有太大的區分度。而另一方面，在2017年5月15日-18日中國國際醫療器械博覽會(CMEF)上，華邁興微的基於微流控的M2微型化學發光分析系統就相對亮眼的多。相比較於普遍的幾十千克的大型機械手臂式的化學發光儀而言，這款產片只有5千克，而且從加樣後到全自動的列印報告，只要15分鐘。這款產品充分的體現了微流控的技術優勢。另外，北京納訊科技也同樣發布了一款基於微流控技術的化學發光儀器。

圖5. 在我國，化學發光逐漸取代酶聯免疫成為主流

基於免疫的診斷也有問題，這些都是基於抗原抗體特異性（膠體金，ELISA ，FIA，化學發光等）結合那一套，當體內抗體水平過低時會有誤診的。更可靠的傳染病的診斷方法（也就是上面提到的更貴更精準方法）就是基於DNA的分子診斷。這個中國血站的檢測方法的升級最能說明問題，中國血站的檢測方法正逐步由ELISA到PCR過渡。免疫診斷在傳染病診斷中繞不開的是傳染病的窗口期，而分子診斷這會大大縮短這個窗口期，減小誤診率。基於PCR的分子診斷的原理很簡單，先DNA或者RNA提取，再PCR等方式特異性擴增，通過最後的熒光定量來判斷是否有這種細菌或者病毒的DNA，從而實現疾病的診斷的功能。這一塊微流控也大有可為。當然了，傳統免疫診斷方式，如膠體金，ELISA以及新興的化學發光，也有分子診斷替代不了的應用場景，比如過敏，甲狀腺功能，腫瘤標誌物，心肌炎標誌物等等。目前來看，隨著分子診斷技術的繼續發展，免疫診斷和分子診斷會進一步細分體外診斷市場，各自在各自的應用場景里發揮自己的作用。

圖6. 賽沛的GeneXpert

在治療傳染病的時候，如何實時監測治療的效果？還是基於PCR的分子診斷。治療期間病毒或細菌數目減少，抗體也會少，基於免疫的可能會靠不住（跟很多傳染病的檢測都有窗口期是一個道理）。所以，免疫診斷主要還是定性，一旦需要病人體內病原體的定量，還是需要分子診斷。所以很多人看中微流控的分子診斷這一塊。這裡面的市場還要再根據通量細分，高通量的自動化可以依靠機械臂手流水線作業，低通量的或者POCT的還得需要微流控。當然，POCT分子診斷門檻確實也高，簡單來說，市場上一個全自動核酸提取儀經常10萬+，一個PCR 儀器經常就賣到了十萬+（當然，現在也流行用恆溫的比如LAMP的擴增技術代替PCR，但是恆溫的也有恆溫的問題），更別說一個集成了所有功能的分子診斷產品了。現在全自動的分子診斷，做的比較好的有賽沛（Cepheid）的GeneXpert PCR分析儀，BioFire的filmArray，IQuum的cobas Liat PCR System 以及Atlas Genetics的io。這幾個明星產品的孵化公司都無一例外地被全部或部分收購。

圖7. 博暉創新的HPV分子診斷全自動分析儀

這裡的賽沛在2016年9月被丹納赫以40億美元收購；

BioFire在2013年9月被生物梅里埃宣布以4.5億美元收購；

IQuum 在2014年4月被羅氏收購；

英國Atlas Genetics在2016年的年底也被萬孚生物以約1.25億人民幣收購了14.95%的股權，這家公司憑藉此分子診斷的產品已經融了8650萬美元。

這幾個產品里，其核心都是微流控技術。

國內的博暉創新，利德曼等也都有自己的基於微流控的全集成的分子診斷的產品了。

除了傳染病，基於CTC捕獲或者ctDNA的腫瘤液體活檢和腫瘤的分子分型也是分子診斷的一大應用場景。

另外，基於液滴微流控和數字化微流控的ddPCR更是代表著稀有靶基因分子診斷的未來。

圖8. 博奧的恆溫核酸擴增儀

且不說分子診斷，就是基因測序晶元，現在華大，博奧等做的也很火了，BD還推出了全球首款全自動一體化微流控文庫製備儀。即使是全自動化的基因測序的設備，微流控在其中也扮演著重要的角色。分子診斷，由於存在一定的技術壁壘，在微流控平台實現全自動的核酸和PCR的好精準的溫控，都有一定的技術要求。目前國內潛在的市場空間也很大。

體外診斷的自動化必然是一個趨勢。在這個趨勢裡面，目前主要技術為機械手臂以及類似的複雜機械結構和微流控技術。在這裡，機械手臂式的儀器往往大而貴，但是，機械手臂流水線作業也會讓單次檢測成本變的很低。另一方面，基於微流控技術的體外診斷儀器往往小而便宜，由於高度集成，操作也比較簡易。但是，相對機械手臂式的儀器而言，單個樣品檢測成本可能會較高。這兩種儀器將會在我國分級診斷中扮演著自己的角色，充分發揮各自的優勢，活躍在不同的應用場景。樣本量很大的地方就使用機械手臂式的大儀器，樣本量小的地方使用基於微流控系統的小儀器，想做到POCT的話也還是需要使用基於微流控的sample-to-answer的攜帶型儀器。而另一方面，隨著微流控技術的發展，高通量的單樣本多指標甚至多樣本多指標式的微流控檢測系統也會慢慢出現。如果微流控系統的單個樣品檢測成本能持平於甚至低於機械手臂式的儀器的檢測成本，那麼，相比於機械手臂式的儀器而言，微流控技術將會逐漸更具優勢。最後，體外診斷的儀器，要做到POCT級別，目前以筆者的視角來看，微流控技術有其不可取代的優勢。

圖9. The Compact and Lightweight Portable Immunity Analysis System - Samsung LABGEOIB10

除去體外診斷這一塊，傳統的人體體液（血液唾液尿液等）的生化分析，抗生素濫用導致的超級細菌問題，ICU細菌感染的高發問題，製藥等等領域，微流控都將大有所為。它可以做成一個智能簡單的醫療設備，也可以為一些難題提供一套好的解決方案，特別是製藥方面。最近的基於微流控的器官晶元技術，也會大大推進位葯和個性化醫療的進程。香奈兒（CHANEL）還開發了一款基於液滴微流控技術的山茶花保濕乳霜（HYDRA BEAUTY Micro Crème）呢。

圖10. 理邦儀器的 m16磁敏免疫分析儀

圖11. 羅氏的分子診斷（家用的流感病毒的診斷）的產品

圖12. 香奈兒（CHANEL）的基於液滴微流控技術的山茶花保濕乳霜（HYDRA BEAUTY Micro Crème）

圖13. 微點生物的免疫分析儀器

圖14. 華邁興微：M2微型化學發光分析系統

那些覺得微流控是搞科研的一個手段的，你們說的也有道理，目前來看，微流控作為一個工具用在科研上確實居多。這個方向也就二十幾年，工業化也需要時間。但是它確實可以很好的產業化（其實國外產品挺多的，國內少而已）。

微流控技術相比傳統有很多優勢，但是作為一個比較年輕的技術，其產業鏈相對不成熟導致成本較高。這仍然是一個問題。但是，隨著產業鏈的完善，其優勢會慢慢凸顯出來，特別是在POCT和製藥方面。

圖15. 器官晶元之肺部晶元（Lung-on-a-chip）

未經授權禁止轉載。

一樓的不容易，碼了這麼多字，辛苦了！可說真話我覺得一樓缺點兒「乾貨」。這裡我對一樓做一點小小的補充。

每隔幾個月我總能看到某某組某某大學，或者某某公司整了一個新微流儀器。這些儀器往往非常fancy, 常見的特徵都是：便攜，易用（全自動），全檢測（panel targets），只要一點點血樣，能檢測最時髦的標靶（HIV, HbA1c, PSA）。可是這些儀器往往過幾年就沒聲兒了。

我較著微流控領域主要的問題是：

1. 依賴性。微流領域本身就是個純機械／流體／材料問題，它發展了20年，產生了大量新設計，新工藝，新材料，和知識產權。它就像一個工具箱，現在裝著一整盒子的工具。可工具本身是不值錢的，工具要能解決實際的問題時，才會變得值錢。現在用微流用的最好的是illumina, 一家測序儀器製造公司。他們整了一個新的測序chemistry，然後又開發了相應的微流晶元作為這個chemistry的載體。用微流用的次好的，是各大microarray 儀器製造商。雖然他們的晶元設計很簡單，沒啥特別的技術含量，但在illumina橫空出世前，他們的晶元／reader 實實在在產生了不少有用的蛋白質／核酸信息。我沒發現有任何一家公司是靠著微流控做大做強的。微流控沒法作為一個行業的核心競爭力。大多數情況下微流控只是提供一個工程技術解決方案。相關失敗案例請參見Theranos

2. 脫離實際的憧憬。在微流控領域的晶元／設備(特別是IVD)開發初始，大家往往抱有美好的憧憬，希望能做出最便攜，最精確，最集成，最智能，最牛逼，最小，最酷，最X 的儀器。這樣每家每戶都買我一台儀器，大家都不用去醫院啦！每個鄉村診所都買我一台，全村老少爺們兒都不用往城裡跑啦。這樣的想法未免太過天真。在醫療領域，新儀器的使用，新醫療模式的推行，是有很多因素決定的，比如行政政策，醫療保險政策，醫療風險的控制，檢測的標準和規範，檢測成本等等。其中最不重要因素就是儀器本身。舉一個例子，如何證明使用分散式的檢測設備可以大大降低醫療保險的支出，同時又保證或提高整體／個體醫療質量？如何標定每台分布的儀器，使它們每次檢測的程序都符合國標，檢測的結果都可信？從全球醫療系統的衍變看來，分散式的檢測沒發兒適應高風險的診斷要求。

3. 工藝和設計缺乏行業規範。微流控行業，不論是高校還是企業，都沒有自發形成一個有效的生態系統。目前科研／研發的範式，是一家機構同時解決設計／工藝／生產的所有問題。這種混沌範式說明該行業遠沒有發展到成熟的階段。類比半導體行業，設計，生產，封裝，測試完全是不同機構合作完成。當行業有了生態系統，這個行業才能集中資源各自解決各自子領域的關鍵問題，才能避免重複解決同一個問題的怪圈。

我較著微流控未來的發展趨勢是:

1. 為小尺度單細胞生物醫學研究提供新的工具。這一塊和醫學診斷沒啥關係，只是為科研提供一些個性化的工具。

2. 為測序提供新的工具。參見illumina

(完)

謝邀（4圖預警）

說道微流控的前景，首先得闡明微流控的發展進程

（照顧小白，會包含很多基礎概念解釋術語，業內專家請自行跳過）

科普：

微流控（Microfluidics）指的是使用微管道（尺寸為數十到數百微米）處理或操縱微小流體（體積為納升到阿升）的系統所涉及的科學和技術，是一門涉及化學、流體物理、微電子、新材料、生物學和生物醫學工程的新興交叉學科。因為具有微型化、集成化等特徵，微流控裝置通常被稱為微流控晶元，也被稱為晶元實驗室（Lab on a Chip）和微全分析系統（micro-Total Analytical System）。

重點都給您標記出來了

關鍵詞：微管道、微小流體、系統、微型化、集成化

科普：

微流控晶元發展歷程

微流控晶元技術是在晶元毛細管電泳基礎上發展起來的，1992年，Manz等採用微電子機械加工技術在平板玻璃上刻蝕微管道，研製出毛細管電泳微晶元分析裝置，實現了熒游標記的氨基酸的分離，開創了微流控晶元技術之先河。

1995年，Wolley和Mathies用自己研製的電泳晶元系統，成功地進行了DNA測序，在540s內讀出了150個鹼基，準確率達到97%，微流控晶元的商業開發價值開始顯現。

1996年，Woolley等又將基因分析中有重要意義的聚合酶鏈反應（PCR）與毛細管電泳集成在一起，展示了微全分析系統在試樣處理方面的潛力，從而為微流控晶元在基因分析中的實際應用提供了重要基礎。

1998年，Burns等利用光刻技術製作了1個集nl液體進樣器、混合器、定位系統和可控溫的反應室、電泳分離系統和熒光檢測器系統於一體的微流控晶元，用於DNA分析。

1999年Shi等研製出了96根分離泳道的毛細管陣列電泳晶元，96根泳道呈輻條狀分布在直徑為10cm的基片上，可在2min內同時分離96個pBR322樣品。

2000年，Anderson等研製了一種可用於多樣品的一系列複雜分子處理的高度集成晶元，它能夠從ml級水溶液樣品中提取濃縮核酸，進行微晶化學擴增、酶反應、雜交、混合和測定等，並可進行十幾種反應物的60多個連續操作。

2003年，Forbes雜誌將微流控技術評為影響人類未來15件最重要的發明之一。

重點都給您標記出來了

關鍵詞：毛細管電泳

從微流控的概念來說，微流控只是一個基本技術，需要藉助若干出力點，使微流控能夠達成終極目標----晶元實驗室（Lab on a Chip）

從基本技術到終極目標，應用的手段是微管道、微小流體來實現高度集成。

借用老東家（博識生物）的產品，來描述一個已經基本具備微流控從基本技術到終極目標的一個簡化雛形。

（晶元的技術是巨阻磁頭）

科普：

巨磁阻效應的應用：阿爾貝·費爾和彼得·格林貝格爾所發現的巨磁阻效應造就了計算機硬碟存儲密度提高50倍的奇蹟。單以讀出磁頭為例，1994年，IBM公司研製成功了巨磁阻效應的讀出磁頭，將磁碟記錄密度提高了17倍。1995年，宣布製成每平方英寸3Gb硬碟面密度所用的讀出頭，創下了世界記錄。硬碟的容量從4GB提升到了600GB或更高。