一张图看懂微流控芯片产业

微流控技术的前景简介微流控技术从最近十几年来就一直收到很多明星光环，比如2006年月，Nature杂志将微流控技术称为“这一世纪的技术”，在2004年，美国Business 2.0杂志封面文章称其是“改变未来的其中新技术之一”。

所以焜哥有理由相信，微流控技术将会是21世纪具有革命性的一项科学技术。

据某证券投资公司的行业报告称：微流控芯片产业的产值在2015年为28亿美元，到2018年市场规模将达到58亿美元，年复合增长率（CAGR）超过了27%。

这么高的复合增长率，让焜哥看得真是鸡血沸腾啊。

（微流控即时诊断市场预测，法国市场研究机构Yole Development提供的数据，转载自互联网）微流控作为一项革命性的技术，可以应用的领域非常多，比如目前应用最为广泛的医疗诊断领域，食品安全领域，环境监测领域等。

下图简单总结了几个微流控可以大展身手的领域。

即时检验（Point-Of-Care-Testing，POCT）是体外诊断（IVD）行业的一个新兴细分行业，也是目前微流控应用最为市场化的一个行业，国外有很多公司已经开发出了快速，安全，准确度高的微流控芯片，这些芯片功能齐全，形状多样。

如下图为几种成功的微流控技术与POCT结合的应用场景。

POCT的快速发展离不开检验技术的不断升级，更新，截止目前为止，POCT从初期的干化学，免疫层析技术已经发展到了目前的传感器技术，生物芯片技术，以及代表未来技术潮流的微流控芯片技术等，这些技术的发展遵循的路线可以大体上分为：（按照样本与试剂接触媒介的不同）“Tube，Chip，Paper”三个阶段。

从下图可以看出微流控技术在POCT中所占据的技术地位。

不仅是POCT领域，在器官芯片领域，微流控技术也发挥着重大作用，下面是使用微流控芯片在药物筛选领域的一个应用，可以看出，微流控芯片慢慢的可以代替真是动物体来记性药物实验，可以想象未来的药物实验都是在小小的芯片内进行，而不是目前的在小白鼠或人体内进行。

微流控分析是以微管道为网络连接微泵、微阀、微储液器、微电极、微检测元件等具有光、电和流体输送功能的元器件，最大限度地把采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等分析功能集成在芯片上的微有机聚合物芯片材料的基本要求材料应易被加工；有良好的光学透明性；在分析条件下材料应是惰性的；材料应有良好电绝缘性和散热性；材料表面的可修饰性和可密封性。

光刻（lithography)和刻蚀技术（etching)光刻工艺光刻是用光刻胶、掩模和紫外光进行微制造,工艺如下:(a)仔细地将基片洗净;(b)在干净的基片表面镀上一层阻挡层,例如铬、二氧化硅、氮化硅等;(c) 再用甩胶机在阻挡层上均匀地甩上一层几百A厚的光敏材料——光刻胶。

光刻胶的实际厚度与它的粘度有关,并与甩胶机的旋转速度的平方根成反比;(d) 在光掩模上制备所需的通道图案。

将光掩模复盖在基片上,用紫外光照射涂有光刻胶的基片,光刻胶发生光化学反应;(e)用光刻胶配套显影液通过显影的化学方法除去经曝光的光刻胶。

这样，可用制版的方法将底片上的二维几何图形精确地复制到光刻胶层上；(f) 烘干后,利用未曝光的光刻胶的保护作用,采用化学腐蚀的方法在阻挡层上精确腐蚀出底片上平面二维图形。

掩模制备用光刻的方法加工微流控芯片时,必须首先制造光刻掩模。

对掩模有如下要求：a.掩模的图形区和非图形区对光线的吸收或透射的反差要尽量大;b.掩模的缺陷如针孔、断条、桥连、脏点和线条的凹凸等要尽量少;c.掩模的图形精度要高。

通常用于大规模集成电路的光刻掩模材料有涂有光胶的镀铬玻璃板或石英板。

用计算机制图系统将掩模图形转化为数据文件，再通过专用接口电路控制图形发生器中的爆光光源、可变光阑、工作台和镜头，在掩模材料上刻出所需的图形。

但由于设备昂贵，国内一般科研单位需通过外协解决，延迟了研究周期。

由于微流控芯片的分辨率远低于大规模集成电路的要求，近来有报道使用简单的方法和设备制备掩模，用微机通过CAD软件将设计微通道的结构图转化为图象文件后，用高分辨率的打印机将图象打印到透明薄膜上，此透明薄膜可作为光刻用的掩模，基本能满足微流控分析芯片对掩模的要求。

微流控技术在人体器官芯片的应用是一个比较前沿的的研究领域，上篇主要谈药物研发过程和面临的困难，微流控技术特点和人体芯片的基本概念，下篇主要聊人体芯片目前的研究成果。

药物研发的历史人在一生中不可避免会生病。

有些疾病不需要干涉便会自我恢复，而有些疾病则必须通过外界的治疗达到缓解或痊愈的目的。

在各类外界治疗的手段中，服用药物进行治疗是最常见的一种。

使用药物的历史可以追溯到千年前人类早期的文明中。

在那个时候，药物不单单是用来治病，更多的则是被宗教或部落用来进行心理上的治愈。

这些药物的成分通常来自于植物。

由于当时缺少科学的研发步骤，药物的效用需要通过不停的试错和观察人和动物服用后的反应来决定。

典型的例子就是我们熟知的，神农氏尝百草后写出的《神农本草经》。

尽管在不同文化中传统药物具有很长的历史和很高的流传度，但这些药物很难被大规模开发出来，而且其真正的医疗价值尚值得商榷。

到了十九世纪末期，随着科学技术的提升，药物的发明开始从依靠口口相传的经验走向基于科学技术系统地研发。

第一次世界大战结束后，现代的制药产业开始形成，以规范的科学研究为指导进行的药物研发最终获得了广泛共识。

现代的药物研发过程今天，每一款药物从实验室到用户手中都要经历长达数年之久且耗资巨大的研发过程。

一个标准的研发过程包括三个阶段：基础研究（Basic Research & Drug Discovery）临床前期试验（Preclinical Trials）临床试验（Clinical Trials）。

基础研究包括对疾病和症状的研究，选择治疗目标和选择最优治疗方案。

新药的研发成功与否取决于我们对目标疾病的了解程度。

在具备了一定的背景知识后，实验人员会根据疾病的发生原理选择一个治疗目标（Drug target）。

药物会和治疗目标发生反应，产生治疗效果。

通常，研究人员会在体外细胞、组织或者动物身上进行研究，选择出最有希望的治疗目标进行下一步测试。

第二部分：芯片内部结构剖析虽然FilmArray芯片功能复杂，但整个FilmArray芯片可以简单分为两个部分，上面的储液管组和下面的反应层（由于其本质为具有多个密封泡的柔性塑料故命名为柔性袋）。

其基本结构如下图所示。

图2.1：测试芯片由储液管组和柔性袋结构垂直塑封组成。

注意这两个部分并不是重叠排列，而是相互垂直排列，即将储液管组通过热塑封垂直封接到下部分的柔性袋。

其结构类似于将离心管并排（储液管组）竖立粘接在一张水平放置的白纸上（柔性袋）。

2.1 储液管组的基本结构储液管组是由12个具有特殊结构的储液管并列而成，该储液管的材质为PP，或其他具有一定机械强度的材料，能够在内部真空的条件下不会发生明显变形。

储液管内部被抽成真空，便于内部固体试剂的长期保存和测试时液体试剂的吸入。

每个储液管内部预装有不同的冻干试剂，所以实际上内部储存的并非“液体”，而是“固体”。

在储液管组两端分别有样品入口和稀释液入口，用于加样。

如下图为了观察方便使用红色或蓝色液体填充储液管。

图2.2：上层储液管组和下层柔性袋结构。

如图2.2，从图中左到右的顺序，各储液管中冻干试剂分别为：1，过程对照材料（即裂殖酵母细胞，测试时同样经过细胞裂解，核酸提纯，巢式PCR，如果检测为阳性，说明仪器操作和化学过程正常，否则报错，不给出检测结果。

）2,-5, 清洗液，核酸纯化用。

6，核酸洗脱液7，逆转录/PCR-I反应液8，稀释液9,10，PCR-II反应液，含LCGreenplus+荧光染料11，空，或稀释液？反应液？12，空，用于收集PCR-II反应溢流液在专利US8409508中公开了这种储液管组的基本结构以及使用真空吸取液体的原理和过程。

如下图为单个储液管内部结构说明。

单个储液管通过热塑封的方式与柔性袋贴合在一起，其中储液管底部与柔性袋内部的反应池相连通。

储液管壁有两个开口，上面的开口为排气口，用于储液管封装时抽取内部的空气形成真空腔，下面的开口为试剂入口，一般为密封状态，刺破后试剂可被真空吸入。

微流控芯片是一种利用微型流体系统进行流体控制和分析的微型化芯片。

它将传统的实验室分析设备缩小到微型芯片上，实现了微型化、高效化和低成本化。

微流控芯片的研究和应用已经在生物医学领域、环境监测领域、食品安全领域等方面取得了广泛的应用和成果。

国家自然科学基金是我国科学技术部设立的促进基础研究的重要资助项目，它旨在支持那些有潜力和创新性的基础科学研究项目。

国家自然科学基金的资助对于微流控芯片的研究和应用具有重要的意义。

1. 微流控芯片的技术原理微流控芯片主要利用微流控技术和微制造技术，实现微型流体系统的控制和分析。

它通常包括微流道、微阀、微泵、微反应室等组成部分，通过微小体积的导液系统实现对微流体的控制和操作。

微流控芯片的基本原理是利用微米级管道和微器件对微流体进行快速和精确的控制，实现微流体的混合、分离、检测和分析。

2. 微流控芯片的广泛应用微流控芯片已经在多个领域取得了广泛的应用。

在生物医学领域，微流控芯片可以用于细胞分选、蛋白质分析、基因检测等方面，可以实现对微生物、细胞和分子的精确操控和分析。

在环境监测领域，微流控芯片可以用于水质分析、大气污染监测等方面，可以实现对微量环境污染物的快速检测和分析。

在食品安全领域，微流控芯片可以用于食品中毒物质的检测、食品成分分析等方面，可以实现对食品质量和安全的快速检测和分析。

3. 国家自然科学基金对微流控芯片的支持国家自然科学基金对微流控芯片的支持主要包括对微流控芯片基础研究的资助和对微流控芯片相关应用项目的资助。

在微流控芯片基础研究方面，国家自然科学基金资助了一大批的微流控芯片材料、制备工艺、流体动力学、生物分析等方面的基础研究项目。

这些研究项目在微流控芯片的基础理论和关键技术方面取得了重要的成果，为微流控芯片的发展奠定了坚实的基础。

在微流控芯片相关应用项目方面，国家自然科学基金资助了一系列的微流控芯片在生物医学、环境监测、食品安全等领域的应用项目。

这些项目在微流控芯片在实际应用中的关键技术、装备设备、产品开发等方面取得了重要的突破，推动了微流控芯片的产业化和市场化进程。

微流控芯片五大优点及四大缺点分析微流控的五大优点（一）集成小型化与自动化微流控技术能够把样本检测的多个步骤集中在一张小小的芯片上，通过流道的尺寸和曲度、微阀门、腔体设计的搭配组合来集成这些操作步康，最终使整个检测集成小型化和自动化。

（二）高通量由于微流控可以设计成为多流道，通过微流道网络可以同时将待检测样本分流到多个反应单位，同时反应单元之间相互隔离，使各个反应互不相干扰，因此可以根据需要对同一个样本平行进行多个项目的检测。

与常规逐个项目检测相比，大大缩短了检测的时间，提高了检测效率，具有高通量的特点。

（三）检测试剂消耗少由于集成检测的小型化，使微流控芯片上的反应单元腔体非常小，虽然试剂配方的浓度可能有一定比例的提高，但是试剂使用量远远低于常规试剂，大大降低了试剂的消耗量。

（四）样本量需求少由于只在小小的芯片上完成检测，因此需要被检测的样本量需求非常少，往往只需要微升甚至纳升级别。

此外还可以直接用全血进行检测，对于婴儿、老人、残疾人这些血量少、静脉采集困难的人群，使其检测更加方便;或者是非常珍贵稀少的样本，使其多项指标检测成为可能。

（五）污染少由于微流控芯片的集成功能，原先在实验室里需要人工完成的各项操作全部集成到芯片上自动完成，使人工操作时样本对环境的污染降低到最低程度。

例如在分子核酸类检测中，无论是样本本身，还是制备后准备用于检测的核酸，均会对实验室造成污染，气溶胶的扩散使得后续样本检测容易出现假阳性。

这也是为什么常规分子核酸类检测需要至少在3个房间分别进行不同的操作。

微流控技术的使用很好的解决了这一问题。

正因为微流控具有以上几个重要的优势和优点，使其成为了POCT的首选。

而我们判断这类产品在市场上有没有需求和竞争力，可以从这几个方面上进行判断。

微流控的四大缺点（一）核心技术缺乏规范和标准一个成熟的微流控产品，往往需要配套使用的试剂，核心的微流控芯片，芯片驱动平台，光电检测模块，信号处理模块以及人机。

中国微型流体精密控制零部件行业相关政策、产业链、市场规模、细分市场、竞争格局及重点企业分析2024-02-1009:51一、微型流体精密控制零部件行业概述微流体控制零部件是微流体控制系统的重要组成部分，主要包括微型阀类、精密泵类、流路部件类、配件及耗材等。

微型流体精密控制通常用于实现流体的“量”或“状态”的精准控制。

医疗器械中的生化诊断、免疫诊断、分子诊断、凝血诊断等体外诊断仪器，科学仪器中的基因测序仪、色谱仪、质谱仪、细胞分选仪等仪器，环保监测中的水质监测、环境空气监测、烟气监测等在线监测仪器，通常需要针对流体的“量”进行精密处理，其中样本前处理、微量样本的取样和分样、试剂分配的精度和时序控制、检测单元流体控制等主要功能动作均由精密流体控制系统完成。

微型流体精密控制零部件行业分类2、制作工艺阀类元件是一个非常广泛的产业门类，在流体控制系统中主要用于实现流路通断、支路选择等功能，是各类机械设备、过程装备、仪器仪表中广泛应用的基础部件。

微型电磁阀是微型流体精密控制领域应用最为广泛的核心零部件之一，种类众多、结构和工作原理各异，微型流体精密控制领域常用的微型阀类零部件还包括多通道旋转阀、毛细管微阀等。

呼吸机用先导式比例电磁阀工艺流程二、微型流体精密控制零部件行业发展背景微型流体精密控制零部件行业作为国家重点鼓励发展的行业，2022年由国家产业基础专家委员会《产业基础创新发展目录（2021年版）》将体外诊断用精密加样、移液组件，以及呼吸机涡轮、音圈电机、比例阀、流量传感器，列为我国高性能医疗器械领域基础零部件和元器件。

国家产业政策对行业的发展具有积极的促进作用，近年来我国陆续出台一系列法律法规和产业政策，扶持微型流体精密控制零部件及下游产业发展，各项政策为企业经营发展创造了健康、良好的环境与制度保障。

微型流体精密控制零部件行业产业相关政策相关报告：产业研究院发布的《2024-2030年中国微型流体精密控制零部件行业市场调查研究及投资前景展望报告》三、微型流体精密控制零部件行业产业链产业链中游为微流体控制零部件产业链中游为弹簧活塞、密封件、铝合金、硅材料、玻璃、纸质芯片材料等；产业链中游为微流体控制零部件厂商；产业链下游为医疗器械、生命科学、环保监测、工业自动化等领域的设备制造厂商。

微流控芯片发展历程一、微流控芯片的起源微流控芯片起源于20世纪90年代初，当时美国、加拿大、欧洲等地的多个研究小组开始着手研发微米尺度的流体操作技术。

其中，美国加利福尼亚大学伯克利分校的Fred R.Handy教授和美国密歇根大学的Mark A.Burns教授等人是微流控芯片技术的先驱者，他们在早期对微流控芯片的研究中做出了重要贡献。

早期的微流控芯片主要是利用光刻、微加工等技术，在芯片表面制作微米级的流道和微结构，以实现对微液滴、微粒子等微尺度流体的操控和分析。

随着MEMS（微机电系统）技术的发展，微流控芯片的加工精度和成本逐渐得到改善，为其在生物医学、化学分析等领域的应用奠定了基础。

二、微流控芯片的关键技术微流控芯片是一种集成了微流体控制和微流体分析功能的微型芯片，其关键技术包括微流体传输、微处理器晶圆加工、微流控芯片结构设计等。

这些技术的发展推动了微流控芯片的不断进步，为其在医学诊断、实验室分析、环境监测等领域的应用提供了技术支撑。

微流体传输技术是微流控芯片的核心技术之一，其主要包括微流道设计、微流动操作、微管道连接等方面。

微流道设计是微流体传输技术中最基础的环节，通过光刻和湿法刻蚀等技术，在芯片表面制作微米级的流道和微结构，以实现对微液滴、微粒子等微尺度流体的操控和分析。

微流道设计的关键在于结构的精准和稳定性，需要兼顾通道的宽度和深度，以满足不同尺度和功能的需求。

微处理器晶圆加工技术是微流控芯片加工中的关键环节，其主要包括MEMS技术、微加工技术、光刻技术等方面。

MEMS技术是微流控芯片加工的基础，通过在晶圆表面制作微米级的结构和元件，实现对微流道、微阀门等组件的制作和集成。

微加工技术是微流控芯片加工的关键技术之一，通过湿法刻蚀、干法刻蚀等技术，在晶圆表面形成微流道、微泵等结构，实现对微尺度流体的控制和操作。

光刻技术是微流控芯片加工的基础，通过紫外光曝光、显影、蚀刻等过程，在晶圆表面形成微米级的结构和元件，实现对微流道、微阀门等组件的制作和集成。

第一部分：公司产品简介图1.1：BioFire公司LogoBioFire公司的FilmArray微流控芯片是目前已经成功商业化的微流控产品的经典之作，该芯片采用巢式多重PCR分析技术，对同一个血液样品进行一次测试便可以检测多达24种病原体，并且整个检测过程比传统PCR或RT-PCR方式要快得多，只需要大约一个小时的时间，非常适合于传染病的早期快速筛查。

如下图分别是FilmArray测试仪器和芯片实物图。

图1.2：FilmArray测试仪器实物图及各结构说明图1.3：呼吸道感染检测芯片及结构说明（图中液体仅仅为了可视化，实际测试芯片不含有液体部分）目前，在BioFire公司官方网站上已经公布了四种测试芯片，分别是：呼吸道感染检测芯片，血液感染检测芯片，胃肠道感染检测芯片，脑膜炎感染检测芯片。

虽然四种芯片针对的疾病不一样，所需要检测的样品种类也不一样，但是产品外观上基本一致，可以参考图1.3中呼吸道感染检测芯片的外观结构。

1，呼吸道感染检测芯片呼吸道感染检测芯片是BioFire公司最早开发出来的产品，也是目前该公司发展最为成熟的检测芯片。

早期的呼吸道感染检测芯片可以在一个小时之内检测多达20种不同的呼吸道细菌和病毒等病原菌。

目前，该公司已经开发出基于FilmArray2.0检测系统的新型呼吸道感染检测芯片，相比于早期的检测芯片，该新型芯片可以在45分钟之内完成测试，并且比早期芯片更准确，更高效，更快速，检测的病原菌种类也更多（21种）。

如下为该新型呼吸道检测芯片可以检测的细菌和病毒种类：图1.4：新型呼吸道感染检测芯片可以检测的病原菌列表2，血液感染检测芯片血液感染能引发全身炎症反应综合症，并可能发展为重度脓毒症和感染性休克，导致血液感染患者死亡率大大增加。

此外，为了防止出现耐药性，临床医师必须尽早开始有效治疗且避免让患者过度接触广谱抗生素。

因此，实验室快速鉴定病原菌以及耐药机制,对于选择合适疗法上极其关键。

2024年微流控芯片市场分析现状引言微流控芯片技术是利用微流体学原理在芯片尺度上进行流体操作和控制的一项先进技术。

随着生物医学和化学领域的快速发展，微流控芯片在各个领域中得到了广泛的应用。

本文将对微流控芯片市场的现状进行详细分析，包括市场规模、应用领域以及市场前景等。

市场规模目前，微流控芯片市场规模逐步扩大。

根据市场研究数据显示，2019年微流控芯片市场规模达到X亿美元，预计未来几年将保持较高的增长率。

市场的增长主要受益于微流控芯片技术的不断发展和应用领域的拓展。

应用领域微流控芯片在生物医学、化学分析和环境检测等领域中得到了广泛应用。

在生物医学领域，微流控芯片可用于细胞培养、细胞分离和药物筛选等。

在化学分析领域，微流控芯片可以用于样品预处理、药物检测和分析等。

此外，微流控芯片还在环境检测领域中发挥了重要作用，可以应用于水质监测、大气环境分析等方面。

市场前景微流控芯片市场具有广阔的发展前景。

随着技术的进一步成熟和应用的不断拓展，微流控芯片在医疗、生物和化学等领域的需求将会持续增长。

此外，微流控芯片技术的不断创新也将推动市场的发展。

例如，近年来出现的可穿戴式微流控芯片和便携式微流控芯片等新技术，将为市场带来新的机遇。

市场竞争微流控芯片市场具有较高的竞争度。

当前市场上已经涌现出一批主要的厂商和供应商，它们在技术研发、产品质量和市场拓展等方面展开竞争。

在市场竞争中，技术创新和产品质量是厂商获取竞争优势的重要因素。

此外，市场准入门槛较高，新进入者需要具备较强的技术实力和市场拓展能力。

总结微流控芯片市场正处于快速发展阶段，具有广阔的市场前景。

随着应用领域的拓展和技术的不断创新，市场规模将不断扩大。

然而，在市场竞争中，厂商需要注重技术创新和产品质量，以获得竞争优势。

未来，微流控芯片市场将继续受到关注，并成为生物医学和化学领域的重要应用技术之一。

以上是对微流控芯片市场现状的分析，总计约1500字。