來源：小桔燈網
作者：是金克斯不是爆爆
圖源：網絡
現代科技型生産制造業的“芯”酸已為家喻戶曉的現象級問題，從國際貿易層面沖突到新冠席卷全球再到俄烏戰火熔爐，“芯”片之殇的故事不斷在全球蔓延。醫療行業作為精密機械制造企業，也在這場缺“芯”風波中頻頻躺槍。
近日，由于俄烏沖突對全球供應鍊帶來連續沖擊，讓已緊張很久的半導體晶片供應鍊進一步陷入中斷局面，生物晶片、消費性電子晶片及汽車用晶片再次遭遇短缺。這一系列的連鎖反應導緻醫療裝置企業上遊生産材料匮乏，中遊服務商收入縮緊，下遊應用市場銷量放緩，連場外操盤者的資金投入也逐漸放緩。
在晶片制造過程中，氖、氪和氙等惰性氣體是晶片生産中使用的雷射器所必需的原材料，而烏克蘭則是全球最重要的電子氣體的供應國，供應全球近70%的高純度氖氣。美國晶片制造商使用的氖氣九成源于烏克蘭，烏克蘭供應中斷意味着這些企業不得不削減産量。此外，俄羅斯金屬钯的産量約占全球40%，金屬钯也是晶片生産的關鍵原材料。
近期 AdvaMed）一項研究表示，全球半導體晶片短缺正在導緻醫療技術公司出現延誤、訂單取消和其他供應中斷。據調查發現，三分之二的醫療技術公司至少在其一半的産品中使用了半導體。“晶片短缺會影響所有電子醫療産品，所有廠家都将受到波及。”一位本地數字X光機供應連結清單示，相比2019年底，一塊晶片，最多從十幾美元漲到幾千美元，價格翻了幾百倍。
體外診斷企業的“芯”酸往事
半導體是目前許多醫療裝置重要的組成部分，能夠提供如操作控制、資料處理和存儲、無線連接配接和電源管理等功能，應用半導體的醫療裝置不僅能實作傳統醫療裝置的功能，還能提高醫療裝置的性能，降低成本。一般而言，按照不同的應用場景，晶片可分為商用級、工業級、汽車級等。對于醫療行業，可用晶片的選擇面比較寬，工業級及汽車級的部分晶片都可以應用至裝置中。
但對于我們IVD企業來說，電子晶片和生物晶片的應用是缺一不可。電子晶片通過在微小尺寸上處理海量的資料資訊，使用傳感器和處理器來監測IVD裝置的運作，控制機電處理速度、儲存檢測資料。而生物晶片主要作用在檢測層面，生物晶片上布列着諸多生物探針分子，通過縮微技術并根據分子間特異性地互相作用的原理，将生命科學領域中不連續的分析過程內建于矽晶片或玻璃晶片表面的微型生物化學分析系統，實作對細胞、蛋白質、DNA以及其他生物組分的準确、快速、高通量的檢測。
值得注意的是，在IVD裝置的生産制造中，電子晶片起着絕對性的作用。電子晶片激活傳感器的作用決定了生物晶片能參與什麼樣的生化反應，能檢測什麼樣的生物信号。
舉例來說，在PCR反應中，根據pH值可以檢測樣本中是否含有某種病毒的特定基因鍊段，進而使用ISFET就可以做生物晶片來檢測病毒基因片段。DNANudge推出的生物晶片産品可以檢測新冠以及多種流感病毒，進而大大加大病原體檢測的吞吐量。
疫情通常被歸為晶片缺乏的原罪，其實不然，早在2019年國際貿易沖突中，由于西方國家發起晶片貿易制裁，導緻全球精密型制造産業供應鍊波動，晶片類産品可能跨越 70 次國際邊界，整個過程需要長達 100 天，其中 12 天是供應鍊步驟之間的中轉。通常，一塊醫療晶片從設計到生産需要近百人的研發團隊且耗時5年以上。是以醫療晶片是裝置系統性能實作躍升的關鍵源頭技術，一直以來都是行業的“塔尖之争”，對國内來說，也是高端醫療裝備行業亟需攻克的技術堡壘。
從晶片的生産流程來看，主要有設計、生産、封裝、測試四個主要環節。
- 上遊專注于晶片設計，負責晶片的開發與設計，而核心的生産、測試、封裝等環節則交給知識密集型、資金密集型、人才密集型的核心行業完成，目前國産晶片廠商隻能專注于晶片設計
- 中遊生産制造投入巨大，進入門檻極高，并且鍍膜、光刻、刻蝕等關鍵裝置由少數國際巨頭把控，國産品牌仍處于極弱勢的地位，要在這一領域取得突破，尚需時日
- 下遊封裝、測試、銷售等環節是勞動力密集型領域，中國目前正在快速追趕，行業規模優勢明顯。
随着國内人民生活水準的提高，加上人口老齡化趨勢，醫療診斷、監護及治療裝置需求逐年遞增。中商産業研究院的資料顯示，2019年大陸高端醫療裝置市場規模突破3500億元，2021年達到5326億元。
生物晶片在IVD領域的“黃金”應用場景
現在，我們将目光聚焦到生物晶片的視角中來，生物晶片是利用上世紀末提出的以微電加工技術（Micro Electro Mechanical System，MEMS）為基礎的微全分析系統 （iniaturized Total Analysis System，uTAS）的概念，将所有試樣處理及測定步驟合并于一體，分析人員可在很短時間和空間間隔内擷取電信号形式表達的化學資訊。其中，微流控晶片（Microfluidic Chip）是目前體外診斷領域 最活躍的應用領域， 它集中地展現了将分析實驗室功能轉移到晶片上的理想，又可以稱作晶片實驗室（Lab-On-a-Chip，LOC），是系統內建微刻技術的結晶，是可以完成生物化學分析儀的微型晶片。實作對原有檢驗儀器微型化，制成便攜式儀器，用于床邊檢驗。如血細胞分析、酶聯免疫吸附試驗（ELISA），血液氣體和電解質分析等都可進行 POCT。
值得一提的是，微流控晶片憑借微型，高效等特性，在IVD細分賽道中賦能POCT行業的比重最大，也是微流控産業發展的最大驅動力。随着醫療需求多樣性的不斷增加，POCT發展至關鍵突破點——要高通量還是便攜，要精準還是簡便，要多項目聯檢還是靈活組合，多方法學如何整合，如何将大型裝置上的“金标準”濃縮到晶片上，實作POCT質的突破。
說道這裡，現在大家梳理一下生物晶片分類、特點及應用場景。
劃重點——必讀
生物晶片的分類
- 按用途分：生物電子晶片、生物分析晶片
- 作用方式分類：主動式晶片、被動式晶片
- 按成分分類：基因晶片、蛋白質晶片、組織晶片、晶片實驗室
生物晶片主要特點
- 高通量：提高實驗程序，利于顯示圖譜的快速對照和閱讀
- 微型化：減少試劑用量和反應液體積，提高樣品濃度和反應速度
- 自動化：減低成本和保證品質
- 低成本：可訊息普及推廣
- 平行化：提高資訊的可比性
另外在分子診斷層面，基因晶片對臨床疾病的鑒别起到至關重要的作用。基因晶片是将數十萬個堿基序列探針固定在晶片上，再将從血液、羊水、絨毛等組織細胞裡面的DNA提取出來，與固定在晶片上面的探針雜交，用特殊的手段分析晶片上DNA的雜交情況，就能知道被檢測的細胞是否存在染色體數量多或者少，以及染色體的來源是否異常。
由于基因晶片上面的探針達到數十萬個甚至更多，可以檢測>0.1Mb以上的染色體數量異常，也就是染色體微缺失微重複，以及一些由于染色體物質來源異常導至的疾病。基因晶片目前已成為國内外臨床遺傳學診斷的一項正常的技術，目前已經成熟應用于産前染色體微陣列分析（CMA），胚胎植入前染色體異常（PGS）等方面，罕見遺傳病診斷，耳聾基因突變位點檢測，呼吸道病原體檢測與分型等多個方面。
寫在最後
一位在體外診斷行業深耕多年的制造認為：“當下國内IVD産業晶片的發展還有很長的路要走，急迫需要克服的第一個瓶頸就是新的半導體器件的量産問題。目前來看，ISFET已經能實作小規模量産，但是石墨烯、碳納米管等在生物晶片研究中常常出現的下一代半導體器件和材料落地尚需時日，如何在傳感器功能和半導體器件/材料量産成熟度之間做取舍将是決定生物晶片何時能落地的重要課題。
第二個瓶頸是如何把生物晶片的技術環節全部打通。生物晶片在晶片領域就包括了傳感器和低功耗資料傳輸兩大環節，而在晶片之外，更是涉及許多生物醫藥相關的重要環節，是以如何能把這些都打通也是生物晶片能真正得到應用的重要門檻。”
參考：
科創版日報——全球70%氖靠烏克蘭、40%钯靠俄供應，沖突牽動晶片供應
醫趨勢——一年漲價近百倍，被“晶片荒”挑戰的醫療行業