自2020年新冠疫情爆發(fā)以來,，疫情在爆發(fā)與被控制間反復橫跳,，無論是在社區(qū)、醫(yī)院,，都能看到人們在核酸檢測采樣點前排成長龍,，被醫(yī)生捅嗓子的“痛苦面具”場景,。國家統(tǒng)計局顯示，2021年末全國共有11937家醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)提供新型冠狀病毒核酸檢測服務,，總檢測能力達到4168萬份／天,，如果換成社區(qū)的“10混1”檢測方法，意味著中國每天能檢測4億多人,，可以說,，核酸檢測已經(jīng)成了人們生活中的一部分。

除了核酸檢測之外,，還有抗原檢測和抗體檢測等方法可以檢驗新冠病毒,，前幾日，部分藥店和網(wǎng)購平臺就上架了一些抗原檢測試劑盒,，供居民在家自測,，但只有核酸檢測才是檢驗新冠病毒的“金標準”，也與芯片關(guān)系最大,。閱讀這篇文章,，你會了解：

1．  什么是核酸檢測？

2．  產(chǎn)業(yè)鏈是怎樣的,？

3．  里面用到了哪些芯片,？

什么是核酸檢測？

核酸檢測產(chǎn)業(yè)鏈是怎樣的,？

在核酸檢測之前,，首先要了解一個詞“體外診斷（IVD）”，主要有四種檢測方法：生化診斷、免疫診斷,、分子診斷,、床旁檢測。簡單來說,，體外診斷就是把人體的血液,、體液、組織等樣本用機器進行檢測,，根據(jù)檢測結(jié)果判斷出我們是否得病,，因此體外診斷也被稱為“醫(yī)生的眼睛”，這個過程聽起來是不是很像核酸檢測,？沒錯,，核酸檢測就是分子診斷的一種。

核酸檢測的主要步驟分為：核酸采樣,、核酸提取,、核酸擴增、核酸檢測,，核酸采樣可以理解為我們在醫(yī)院,、社區(qū)被捅鼻子、捅嗓子的過程,，主要是為了采集我們的體液樣本,，核酸提取就是通過核酸提取儀里的等儀器磁珠、磁棒提取出樣本里的核酸（DNA,、RNA）,，核酸擴增就是通過PCR儀等儀器將核酸進行擴增、診斷,，最后再由診斷儀器將結(jié)果進行比對,，判斷我們是否感染。

在疫情之前,，核酸檢測就已經(jīng)有廣泛的應用,，如艾滋病病毒、乙肝病毒,、丙肝病毒、甲型禽流感病毒等,。全國衛(wèi)生產(chǎn)業(yè)企業(yè)管理協(xié)會醫(yī)學檢驗產(chǎn)業(yè)分會會長宋海波表示,，過去受條件限制，分子診斷基本上都在大醫(yī)院,。主要是因為分子診斷有三大痛點：實驗室貴,、設(shè)備貴、工作人員上崗要求嚴苛。而疫情來臨后,，我國核酸檢測機構(gòu)迅速發(fā)展,，國家統(tǒng)計局顯示，2021年末全國共有11937家醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)提供新型冠狀病毒核酸檢測服務,。因此宋海波認為：“現(xiàn)在實驗室建立了,、儀器設(shè)備有了，那開展更多檢測項目就不應該有問題,?！?/p>

核酸檢測方法主要有PCR法、恒溫擴增法,、基因測序法等,。在1983年，美國科學家凱利·穆利斯發(fā)明了PCR（聚合酶鏈式反應）,，由于由于PCR操作簡單,、靈敏度高，因此應用最廣,，可以說PCR法是最成熟的分子診斷或者說核酸檢測技術(shù),。

恒溫擴增法和PCR的區(qū)別就是在核酸擴增是保持溫度恒定，可以一次性檢測多種病原體,，具有集成能力強,、檢測時間短、試劑耗量低等特點,。但目前PCR通過在技術(shù)上的不斷革新,， 檢測準確度更高，因此PCR仍然是核酸檢測的最優(yōu)選擇,。而其余方法只有少數(shù)企業(yè)投入生產(chǎn),，應用較少。

核酸檢測產(chǎn)業(yè)鏈

傳統(tǒng)的核酸檢測產(chǎn)業(yè)鏈由上游的原材料供應商（菲鵬生物,、諾唯贊等）,、診斷儀器商（羅氏、illumina,、貝瑞,、達安基因、華大基因,、德國Qiagen,、韓國Bioneer、賽默飛世爾等）,、中游的試劑生產(chǎn)商（華大基因,、明德生物,、邁克生物等）、下游的需求端（醫(yī)院,、第三方檢測機構(gòu)等）構(gòu)成,。

從上游原材料端來看,，國內(nèi)能提供上游原材料的廠商較少,，主要是由羅氏等國外企業(yè)壟斷,。而核酸檢測儀器方面，在疫情爆發(fā)后,，核酸檢測市場迅速增速,，許多位于產(chǎn)業(yè)鏈中游的試劑生產(chǎn)商也已經(jīng)開始了核酸檢測儀器的研發(fā)和生產(chǎn)，分子診斷儀器主要包括核酸提取儀,、PCR擴增儀,、核酸分子雜交儀、基因芯片儀,、基因測序儀等,。

核酸提取儀方面，國內(nèi)儀器在通量,、處理時間方面普遍優(yōu)于國外儀器,，且價格更為實惠，國內(nèi)的核酸提取儀一般在幾十萬左右,，而國外的核酸提取儀價格在大幾十萬左右,。PCR擴增儀方面，國內(nèi)廠家儀器普遍價格更低,，性能也能達到外資品牌的水平,，核酸分子雜交儀和基因芯片儀目前也已全部實現(xiàn)國產(chǎn)化。而基因測序儀方面,，過去主要由illumina,、賽默飛、羅氏等國外廠商壟斷,，但近年來,，我國也有許多產(chǎn)品獲得國家食品藥品監(jiān)督管理總局批準，如華大基因,、貝瑞等公司的基因測序儀,。

目前我國已有多家企業(yè)進入產(chǎn)業(yè)鏈上游，如達安基因,、圣湘生物,、之江生物、碩世生物,、凱普生物,、明德生物等廠商官網(wǎng)的產(chǎn)品中心具有不同數(shù)量、種類的檢測儀器,。

而近年來,，因為核酸檢測需求不斷增加，出現(xiàn)了很多核酸檢測一體儀,，國外如美國賽沛的GeneXpert Dx 分子診斷系統(tǒng),、羅氏的全自動新冠病毒檢測儀等，國內(nèi)如圣湘的核酸檢測分析儀,、仁度的全自動核酸檢測分析系統(tǒng),、萬孚生物的全自動核酸檢測分析系統(tǒng)等，都盡力打破核酸檢測應用場景的限制,，將核酸檢測中多臺儀器的功能集成在一臺機器里,，由此可見，目前核酸檢測上游的產(chǎn)品格局也在發(fā)生改變,。

從中游的試劑端來看,，1990年代中后期，國內(nèi)一些企業(yè)抓住代理羅氏等企業(yè)進口PCR儀器的機會,，開發(fā)相配套的核酸檢測試劑產(chǎn)品,，很早就實現(xiàn)了核酸檢測試劑的國產(chǎn)化。數(shù)據(jù)顯示,，達安基因在2021年5月份產(chǎn)能就已經(jīng)達到日產(chǎn)100萬人份,，以76．3億元的營收位列2021年國內(nèi)分子診斷企業(yè)第一名，后面是圣湘生物45．05億,，之江生物20．21億,，明德生物（前三季度）19．38億，碩世生物21．72億,。

從下游來看,，羅氏、丹納赫,、西門子醫(yī)療,、雅培四大外資巨頭通過試劑、儀器一體化封閉模式投放市場,，壟斷了如三甲醫(yī)院等高端市場,。而中國本土體外診斷設(shè)備企業(yè)也開始技術(shù)追趕，在二級醫(yī)院以及基層醫(yī)院,、第三方獨立實驗室等領(lǐng)域搶占市場,。

以圣湘生物為例，在2015年－2019年間,，圣湘生物的PCR相關(guān)儀器只銷售了不到1000臺,，但在2020年一年,，就銷售了6000多臺，疫情起了很大的增速作用,。綜合來看,，核酸檢測產(chǎn)業(yè)鏈，已經(jīng)在悄悄發(fā)生變化,，我國分子診斷行業(yè)市場格局也已基本成型,。

檢測各環(huán)節(jié)用到了哪些芯片？

前文提到過,，核酸檢測的流程主要包括核酸采樣,、核酸提取、核酸擴增,、核酸檢測四步,，需要用到芯片的步驟主要在核酸提取和核酸擴增方面，核酸擴增方面主要應用的是微流控芯片,、電流驅(qū)動器,、溫度傳感器等，對應的分子診斷儀器有PCR擴增儀,、恒溫擴增微流控芯片核酸分析儀等,。核酸提取方面，主要應用的芯片有wifi芯片,、電源管理芯片等,，對應的是核酸提取儀等儀器。

PCR擴增儀中的PCR微流控芯片,，就是通過微流控技術(shù)將PCR技術(shù)集成在芯片上,，根據(jù)一次實驗所檢測樣品的數(shù)量，可以將PCR芯片分為低通量和高通量,，低通量PCR芯片檢測數(shù)量有限,，而高通量可以同時檢測成百上千個樣品。代表廠商有賽默飛,、羅氏等,。目前PCR芯片技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于生物技術(shù)、疾病檢測和臨床醫(yī)學等多個領(lǐng)域,。

恒溫擴增微流控芯片核酸分析儀的原理是將恒溫擴增技術(shù)和微流控芯片技術(shù)相結(jié)合,，將樣品在恒溫（41度）條件下進行擴增，再使用特異性熒光探針進行實時熒光檢測結(jié)果,。在2020年疫情初期,，鐘南山院士就在新冠肺炎多學科論壇上宣布，中國已經(jīng)開發(fā)出一種新冠肺炎核酸檢測方法（恒溫擴增芯片法）,，可區(qū)分新冠肺炎與A,、B型流感,。

便攜式快捷核酸檢測卡盒也使用了微流控芯片技術(shù)，將試劑,、擴增設(shè)備,、檢測裝置集成在一個火柴盒大小的密封卡盒里自動完成核酸檢測，四川大學華西醫(yī)院院長介紹：“它就像一個打火機一樣大小,，檢測后40分鐘之內(nèi)就能夠出結(jié)果，非常便捷,?！钡壳霸摦a(chǎn)品正在申報階段，尚未上市銷售,。

家用新冠自測系統(tǒng)由天津大學的張雁和美國哈佛大學等科研機構(gòu)共同研發(fā),，該產(chǎn)品使用微流控芯片技術(shù)，最快可以在5分鐘內(nèi)檢測出結(jié)果,，并以直觀的顯色對比提供肉眼可見的結(jié)果,，但其檢測準確度仍比不上正確的核酸檢測，目前該系統(tǒng)正處于研發(fā)階段,，并未上市銷售,。

除以上微流控芯片技術(shù)外，還有基因芯片法檢測新冠肺炎病毒,?；蛐酒脑褪?0年代中期提出的，即通過與一組已知序列的核酸探針雜交進行核酸序列測定的方法,，對應的儀器有基因芯片儀等,，但目前該方法應用較少，主流的核酸檢測方法仍是PCR法,。

有博主分析過核酸擴增儀器,，發(fā)現(xiàn)儀器在進行PCR擴增的過程中，需要用到熱電冷卻器調(diào)整溫度,、其中會用到LED驅(qū)動器,、電流驅(qū)動器、運算放大器,、溫度傳感器等元器件,。

可以看出，其中用到了TI的TLV9061運算放大器,，該芯片主要應用于電動自行車,、煙霧探測器、電機控制,、冰箱,、筆記本電腦,、傳感器信號調(diào)節(jié)、電源模塊等領(lǐng)域,，目前該芯片的價格約為20元左右,。

在儀器的加熱冷卻單元，還用到了TI的傳感器TMP117,、LED驅(qū)動器TPS54201和電機驅(qū)動器DRV8873,，其中TMP117主要應用于電子溫度計、無線環(huán)境傳感器,、恒溫器,、汽車類測試設(shè)備、燃氣表和熱量計等領(lǐng)域,。而TPS54201主要應用于可調(diào)節(jié)晝／夜視的 IR LED,、LED 顯示和照明等領(lǐng)域。DRV8873主要應用于H 橋電機驅(qū)動器,、汽車,、用于輸出電流檢測的電流鏡、可配置控制接口等領(lǐng)域,，在核酸檢測疫情中主要應用于H橋電機驅(qū)動器,，和TPS54201、TMP117共同組成加熱和冷卻系統(tǒng),。

還有控制電流輸入的數(shù)模轉(zhuǎn)換器DDC112和串聯(lián)電壓基準元件REF3040,，REF3040主要應用于溫度和壓力發(fā)送器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域,。TI官網(wǎng)顯示，除DDC112顯示有貨外,，TLV9061,、TMP117、TPS54201,、DRV8873,、REF3040等系列元件多處于缺貨狀態(tài)。

除此之外,，還有新聞顯示,，歐姆龍發(fā)布的傳感器EESX1081，也已應用到核酸擴增儀中,，主要用于檢測核酸檢測儀內(nèi)有無試管及試管位置是否擺放正確,。

而在核酸提取儀中也需要用到很多芯片，某品牌的96通道全自動核酸提取儀說明書顯示，其中的網(wǎng)絡通訊,、遠程控制,、電源等功能均需要芯片才能實現(xiàn)。

網(wǎng)絡通訊的無線wifi功能和app遠程監(jiān)測儀器的功能,，都需要用到wifi芯片,，代表廠商有博通、高通,、美滿科技,、TI、瑞昱等,。電源需要用到的電源管理芯片,，代表廠商有TI、高通,、ADI等。

結(jié)語

國內(nèi)疫情反復,、香港至內(nèi)地的快遞停運,，前端時間，芯片更是困在深圳,、堵在香港（詳情可查閱文末推薦閱讀）,，雖然目前華強北市場已經(jīng)部分解封，深圳的芯片已經(jīng)脫困,，但奮戰(zhàn)在一線的IC人和半導體產(chǎn)業(yè)鏈下游的終端廠商依然提心吊膽,，被疫情折磨得有苦難言。

每天和我們打交道的芯片,，在疫情防控中立下了汗馬功勞,。無論是生物芯片還是微流控芯片，都在醫(yī)學,、生命科學等多個領(lǐng)域有著很大的貢獻,。在《醫(yī)藥生物技術(shù)“十五”及2015年規(guī)劃》所列十五個關(guān)鍵技術(shù)項目中，就有八個項目要使用生物芯片,，微流控芯片技術(shù)更是被福布斯評為影響人類未來的15件最重要的發(fā)明之一,。而與我們生活息息相關(guān)的各種產(chǎn)品，大到飛機,、高鐵,，小到PC、手機,、遙控器,、U盤……都離不開芯片的影子。