微流控产业化技术开启生物医疗“芯”时代
2015-04-14 20:26:05   来源：微迷   评论：0   点击：

麦姆斯咨询 王懿

2015年4月11日，中国电子信息博览会系列活动之『第十四届“微言大义”研讨会：微流控与生物芯片』走进创新之城——深圳。本次会议由中国传感网国际创新园、中国电子器材总公司、中国科学院深圳先进技术研究院、上海市物联网行业协会智能传感器专委会、中国微纳技术俱乐部和无锡麦姆斯咨询有限公司主办，吸引了120多位来自知名企业、重点高校和研究机构的专业人士参加，上演了一场精彩的微流控领域学术和产业、国际与国内的思维碰撞大戏。

“微言大义”研讨会主持人王懿介绍会议背景

（1）微流控细胞分选及单细胞基因分析技术：中科院深圳先进技术研究院 副研究员 陈艳

美国总统奥巴马于2015年宣布启动精准医疗计划，中国将在2015下半年或明年启动精准医疗计划，2030年前投入600亿元。基于精准医疗这一大背景，中科院深圳先进技术研究院副研究员陈艳为大家分享了“微流控细胞分选及单细胞基因分析技术”的报告。早在2012年，中科院深圳先进技术研究院就研制了用于肿瘤细胞基因表达水平评估的高通量微流控芯片，这一技术可发展成为癌症的早期诊断和分析的新型技术。与传统实验室自动化系统相比，微流控具有提高检测灵敏度、高通量并行化操作、减少样品污染、减少误差和不稳定性、提高反应效率的技术优势，借助这些优势，微流控技术助力精准医疗，将为癌症诊断和治疗带来革命性突破。

陈艳介绍微流控技术助力精准医疗

报告内容从三方面展开：（1）微流控细胞分选:运用CTC分离富集平台高效、精准分离出血液中的稀有细胞。（2）微流控单细胞分析:如何对单个细胞进行操控和基因分析。（3）微流控芯片产业化思考：从芯片制备工艺出发，提出量产方案。

（2）IMT公司在微流控MEMS工艺方面的经验：Innovative Micro Technology 中国区总经理 Joseph Luo

Joseph Luo分享了IMT公司的开放式MEMS代工服务及在微流控工艺方面的经验。作为美国最大的纯MEMS代工厂，IMT拥有近15年的MEMS工艺开发经验，客户案例超过350项，其中微流控案例包括微泵、微阀、微通道和流体传感器。凭借专业的微流控设计经验和模型建立，解决客户定制化需求。IMT除了现有的一条6寸线，还在建设一条8寸线，以满足更多客户的量产需求。最后，为了方便大家理解微阀门工作原理，Joseph Luo给大家播放了一段微泵运行视频。

Joseph Luo现场解答听众提问

（3）Silex Microsystems在医疗与生物MEMS方面的工艺能力与量产经验：Silex Microsystems 中国区代表 覃裕平

Silex成立于2000年，是一家专注于MEMS晶圆代工的瑞典厂商。目前Silex客户群涵盖面想当广泛，全球共有约50家客户，开发过50多种微流控器件项目。Silex医疗与生物MEMS产品主要包含细胞分析芯片、芯片实验室、药物传输设备、超微电极、微针、DNA分析等。

覃裕平介绍Silex医疗与生物芯片产品

（4）新一代分子诊断平台——微流控碟式芯片：博奥生物微系统部 主任 王磊

从2003年的SARS病毒到2014年的埃博拉病毒，公共卫生防控形势变得日趋严峻。随着人们生活水平的提高，对食品安全问题的关注度也随着提高，但现有监控手段却显得力不从心。临床诊断领域，虽然有金标准出台，却依旧面临不足。近几年大热的基因检测，有其优点，缺点也显而易见。

王磊讲解博奥生物微流控碟式芯片平台的六大优势

如何解决上述问题？博奥生物作为国内生物芯片领域的领导者，推出了具有博奥专利的微流控碟式芯片平台，结合恒温扩增技术，轻松实现实现多指标并行检测；配置灵活；节省人力、物力；简便易用；良好兼容；降低开发难度。

博奥生物微系统部主任王磊为大家分享了利用微流控碟式芯片平台实现的三大应用案例。应用案例一：呼吸道病原菌检测。博奥晶芯呼吸道病原体快速检测方案全过程：提取痰样本——对症下药，耗时约2-2.5小时。目前已完成相关试验3000余例。应用案例二：食品致病菌检测。只需1.5微升的样品反应试剂，缓缓滴流入碟式芯片反应池中，是否感染细菌、感染什么细菌很快就能揭晓。应用案例三：水产品病原微生物检测。王磊也提出微流控类产品开发的两个关键点。关键点之一：产品定位，在通用性与专一性之间做出取舍；关键点之二：芯片制造，解决微流控芯片批量化生产问题。博奥生物的微流控碟式芯片已经在多家医院、机构及企业展开应用。

提到未来分子诊断平台的发展趋势，王磊指出应该是全自动仪器+一次性卡盒的模式。最后，他对博奥生物微流控芯片在分子诊断中的应用及未来做出展望：博奥生物致力于开创中国生物“芯”纪元。一张芯片，既是一个持续发展的开放技术平台、也是一套完整的分子检测解决方案。

（5）LPKF无掩膜激光直接成像技术制作微流体芯片：乐普科（LPKF）快速电路板制作系统总经理 尤连旺

尤连旺介绍LPKF LDI应用于微流控芯片成品制造

乐普科（LPKF）是一家总部位于德国的上市公司，2000年在中国注册成立子公司：乐普科(天津)光电有限公司。乐普科（LPKF）快速电路板制作系统总经理尤连旺分享了乐普科的激光设备及技术。随着激光技术的发展，将激光技术直接应用于微米级元件的制作，价格低廉且速度更快。乐普科运用无掩膜激光直接成像技术制作帮助实验室快速制做微流体样品。乐普科（LPKF）ProtoLaser LDI是一款无需掩模的激光直接成像设备，一束激光即可直接完成感光胶的曝光。操作简单，内置承载装置，将样品放入即可直接制作。运用LPKF LDI做出来的微流控芯片成品，具有高深宽比、边缘平滑、曝光时间短、操作简单等特性。实验室生物芯片制作设备很大程度上促进了芯片小型化的制作过程并且减少了液体采样量，避免样本量的浪费。LDI设备为医学、生物学、化学和物理学等领域的研发带来了诸多可能性。制成的样品可应用于血液细胞分析，医疗诊断和筛查、传感器(化学、生物、环境和武器技术;汽车工程),化学合成和物理实验。

（6）基于微流控芯片技术的新一代临床检验系统：天津微纳芯科技有限公司 联合创始人兼CTO 王战会

基于中国“看病贵、看病难”这一最突出的民生问题，微纳芯开发出了基于微流控技术的全自动生化分析系统Celercare M1——全自动生化分析仪和微流控试剂盘，Celercare M1已于2013年获得国家药监局医疗器械注册证书。Celercare M1具有微型化；成本低、样品用量少，只需几滴血；多种指标可以同时检测；检测速度快，大约10分钟左右；操作简单易维护的优点，符合国家行业标准且检测性能与进口大型生化分析仪相比丝毫不逊色。目前该生化分析仪已经成功运用于部分三甲医院。王战会认为新一代临床检验系统的最终目标是从实验室走向家庭和个人。

王战会介绍Celercare M1在各大领域的成功应用

基层医疗机构面临面积小、人员少、缺少专业技术人员、检验量低、对检验成本敏感等挑战，借助Celercare M1，可以解决上述问题，并轻松实验生化检验项目。王战会为大家分享了该生化分析系统从三甲医院到医院乡村卫生院的成功应用，值得一提的是，Celercare M1已经成为中国空间站航天员专用生化分析系统。可以预见，未来适合国人的临床检验系统将更快、更好地走进基层，“看病贵、看病难”这一困扰我们多年的问题在生化分析系统的帮助下将逐步缓解。

（7）先进微流量控制与反应器：SemiOptics 创始人兼CEO 黄硕彦

黄硕彦介绍SemiOptics的微结构加工能力

SemiOptics总部位于无锡，在台北、北京、深圳均设有销售代表。SemiOptics创始人兼CEO黄硕彦分享了微流道应用细分市场及微流道的优点：产量高、安全、发展速度快、成本低等。在微流控芯片发展初期，微流道的基底材料主要是玻璃，这主要是由于其加工方法是从半导体工业转移而来以及玻璃材料的表面特性。随着制造和加工技术的不断进步，SemiOptics的微结构加工能力已经能达到最小30um孔径，10um凹槽，10um切沟，并且可以选择不同组合的加工技术。微流道作为微型化时代的明日之星，具有高良率与可选择性、改进能源使用效率、快速反应、容易操作与高安全性、投资成本低等优点。

（8）微流控芯片的工业化加工技术：苏州含光微纳科技有限公司 总经理 陈兢

芯片产业化一直是微流控专业人士最关心的问题，作为压轴出场的演讲嘉宾，陈兢演讲的“微流控芯片的工业化加工技术”受到强烈关注，陈兢一针见血指出目前微流控芯片制造面临的两大挑战：其一：尺寸缩减（50um以下）：提升微流控芯片的驱动、分离和检测性能；其二：成本控制（$1以下）：产品在激烈市场竞争中生存之本。

陈兢总结微流控芯片规模化生产的两大挑战

尺寸缩减有助于提升微流控芯片的驱动、分离和检测性能。

* 驱动：尺寸减小表面张力增大；多样化的尺寸变化可以提升表面张力自驱输运的性能（控制速度，停留时间等）。

* 分离：尺寸减小有利于减小Taylor dispersion，有利于提高电泳性能，特别是小分子电泳分离（需要长分离同道）。

* 检测：更为精确的尺寸控制以及更接近生物目标对象（细胞、细菌）有利于提高检测精度。

成本控制则是产品在激烈市场竞争中的生存之本。目前，微流控技术缺少杀手锏级别的应用。对于大中企业而言，虽然技术升级，但价格始终保持不变。对于初创企业而言，初期的制造成本又太高，无法与大中企业的产品形成价格优势对比。

为大家分析了微流控芯片制造所面临的挑战后，陈兢带着公司产品:一次性细胞计数板为大家介绍了含光微纳的跨尺度精密注塑解决方案，该方案突破了微模芯制造和高深宽比微成型两大瓶颈；具有效率高、成本低的优势。含光微纳致力于提供多材料规模化微纳制造解决方案，为科研院所及产业界提供微流控与生物芯片的设计、原型制造和量产化代加工服务。

最后，陈兢给大家解释了“含光微纳”所代表的含义及其制作合作伙伴--苏州美图半导体技术有限公司和苏州锐材半导体。这两家公司与含光微纳一起，致力于微流控芯片的规模化加工。

作为一种通用性平台，微流控技术目前已经被广泛应用在大专院校和科研机构的生物实验室。专业人士也表示微流控芯片技术已经达到产业化前夕，一旦达到民用化程度，其市场潜力将无可估量。

微流控技术作为微全分析系统的关键与核心一直是MEMS领域中的一个研究重点，又由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，微流控技术已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域，因此，该领域所受到的关注也越来越多。本次“微言大义”研讨会，为微流控专业人士和爱好者提供了一个广阔的交流平台，很好地促进了国内外微流控专业人士间的合作。在最后的自由交流环节，参会人员与演讲嘉宾进行了热烈的讨论。

“微言大义”参会人员会后自由交流

通过本次研讨会，我们了解到国外微流控工艺制造大厂正在不断改进其工艺和设计；国内微流控相关企业在领头羊的带领下正不断追赶；部分科研院校也在不断探索如何将微流控芯片带出实验室，走向市场。一股流动在国际与国内的“芯”力量，共同促进微流控芯片产业化的加速发展。如陈兢所说：十年一剑，含光之剑。在大家的通力合作和共同努力下，微流控产业化技术将开启生物医疗“芯”时代，造福千家万户。

关于微言大义

“微言大义”研讨会始于2012年，致力于推动中国MEMS和传感器产业发展，其寓意有两层：（1）民间之“微言”，市场之“大义”；（2）“微”技术之心声，“变”世界之力量。目前研讨会已经成功举办十三届，主题涵盖MEMS产业链，包括材料、设备、制造、设计、封装和测试；应用横跨多种领域，涉及消费、工业、生物和医疗；足迹遍布中国MEMS的核心区域，包括无锡、上海、苏州和北京等，成为中国MEMS行业第一品牌会议。