后疫情时代，体外诊断洗尽铅华再上路

有人把人体比作一只无法一眼即可探个究竟的“暗箱”，其结构复杂，机理又深藏其中。当我们想要预防、监测和治疗疾病的时候，如何才能更好地认识这个“暗箱”呢？长期以来，体外诊断在这个过程中扮演着非常重要的角色。

 

体外诊断（In-Vitro Diagnostics，IVD）是指在人体之外，通过使用耗材、试剂、仪器等，对人体的生物样本（如血液、体液、组织等）进行分析和检测相应的参数，以获取临床诊断信息，进而对疾病进行预防、诊断、治疗检测、后期观察、健康评价及遗传疾病检测。目前，全球医疗决策中约有三分之二是依据诊断做出，其中体外诊断已是预防诊断和治疗疾病过程中的重要环节，是临床医学中不可或缺的重要工具。在2020-2023年的全球新冠疫情中，体外诊断正是一种用于判断人群中有无感染者的有效手段。

根据检测原理或应用场景，体外诊断行业一般可分为以下几个细分领域：临床检验、生化诊断、免疫诊断、分子诊断、微生物诊断和即时诊断（POCT）。

 

IVD产品种类

 

体外诊断涉及样本采集、核酸提取和聚合酶链反应（PCR）三大过程，除了诊断设备和仪器外，还需要大量的一次性塑料生物实验耗材，如PCR管、酶标板、反应杯、移液枪头、深孔板等，作为体外诊断全服务流程中必不可少的一部分。

 

图1 ©互联网

想要安全、精准、高效地获取检测结果，自然离不开实验室耗材众多性能的加持。本文接下来重点讨论一次性IVD塑料耗材在技术和市场方面的情况（图1）。

 

IVD耗材分类

 

一次性诊断及实验室塑料耗材产品主要用于标本的采集、生物及诊断反应移液、反应过程基质、细胞采集与储存等多方面，根据实验种类及需求的不同，可分为常规耗材、细胞培养类耗材、分子生物学实验耗材、微生物学实验耗材和其他耗材。

◆ 常规耗材指广泛用于各种实验的辅助性耗材，具有通用性，包括常规吸头、各种离心管、吸管等；
◆ 细胞培养类耗材主要应用于细胞生长和繁殖过程中，强调对细胞培养的适用性，常见产品包括细胞培养皿、细胞培养瓶、细胞推刮器、血清移液管等；

 

图2：96孔板 ©互联网

◆ 分子生物学实验耗材主要帮助从分子水平研究生物大分子的结构与功能，常用耗材产品有冻存管、PCR耗材（PCR管、八连排PCR管、96孔板（图2）、384孔板、封口膜等）、滤芯吸头等；
◆ 微生物学实验耗材应用于研究各类微小生物生命活动的基本规律，常见于工业发酵、医疗卫生和生物工程等领域，主要的耗材产品包括培养皿、培养管、采样管、微孔板、接种环等；
◆ 其他耗材还包括实验室过滤与净化操作耗材、真空采血管、病毒采样管等采集与运送耗材，以及各类化学发光仪专用杯、血凝分析仪专用杯、分光光度计专用杯等设备专用耗材。

 

图3 ：培养皿©互联网

大部分耗材产品为较低值的一次性塑料制品，但也有部分产品如生化反应比色杯、化学发光反应杯、细胞培养皿等产品（图3），由于对透光率、稳定性、抗酸碱度等性能要求较为苛刻，具备较高技术含量，属于低值耗材中的高值产品，可谓“矮子里拔出了高子”。

 
IVD塑料耗材产业链分析

 

一次性体外诊断塑料耗材产业链的上游包括改性塑料厂家、注塑机和精密注塑模具制造厂家，而一次性塑料生物实验耗材生产厂商位于产业链中游，产业链下游则是那些有体外诊断需求的医院、诊所等医疗机构。

◆ IVD塑料耗材原料
IVD耗材的塑料原料为具有一定生物相容性的高分子聚合物，包括：高透光塑料材料(聚苯乙烯PS、聚甲基丙烯甲酯PMMA、聚碳酸酯PC等)，普通常用塑料（聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚对苯二甲酸乙二酯PET），工程塑料（丙烯腈丁二烯苯乙烯ABS、尼龙PA、聚甲醛POM）等，其中以PP、PE、PS的使用量为最大。它们大部分具有良好的加工性能和力学性能、价格低廉、原料易得等特点。

 

图4 ©互联网

毫无疑问，IVD耗材的设计和制造是材料科学发展的受益者，新材料让耗材能够更好地发挥性能，并提供被认为不可能的功能。同时，耗材制造商的需求也会倒逼着材料科学的发展，促进材料工程师设计出改善机械、化学和电气特性的新材料（图4）。

◆ 注塑设备
体外诊断用一次性耗材的生产是最苛刻的注塑应用之一，在这个敏感又严谨的行业中，可靠性、一致性、极致效率和高品质的个性化定制十分重要。在生产过程中注塑机既要保证最佳的质量和纯度，同时因一次性耗材被设计得越来越小，生产设备在达到最高精度时，还要满足注塑产品不断变薄的需求；IVD耗材对洁净的极高要求，使得机器和整个工厂的洁净度成为硬性条件；此外，市场的高需求量也意味着设备需满足高效的大批量生产。

 

图5 ：注塑设备©互联网

注塑加工设备在IVD耗材生产中的应用，主要以单色卧式注塑机为主，辅助以材料干燥除湿和加料设备、模温控制设备、自动取件设备(即机械手)等辅机，组成一个完整注塑成型加工设备系统，实现批量、稳定、重复、周期性的产品生产（图5）。

作为世界工厂，我国普通塑料加工的工艺水平和技术装备水平已和世界先进水平接轨，并日臻成熟。但目前我国医疗耗材的生产水平仍然处于相对落后的局面，其主要原因不在于塑料原材料，而在于注塑加工工艺和技术装备水平。对于一些要求特定塑料牌号的产品，由于这些塑料的特殊物理或化学属性，国内注塑机还是难以满足其生产要求，尤其是高速注塑机。虽然国内一些大的IVD耗材生产厂家也能够生产出与进口检验设备相匹配的专用耗材，并且质量稳定，但是成本优势并不是特别明显。

 

图6：领菲®precisionMolding全电动注塑机 ©克劳斯玛菲

克劳斯玛菲公司出品的领菲®precisionMolding全电动注塑机（图6）从源头做起，满足一次性诊断耗材领域对质量、性能、洁净和效率的高要求。强大的塑化系统与精密高效的驱动技术，实现快速开合模动作及锁模力的建立，并能实现最大的恒定注射重量，确保精准注塑及出色生产能力；高性能螺杆、止逆阀等专属方案确保最佳熔体质量，造就高产能。加装APC+第二代自适应控制系统，自动识别外部环境变化造成的工艺波动，自主启动补偿保证注塑重量一致，适用于薄壁产品，可高效利用回料，大幅降低原材料成本、环保可靠。快速且无横向力的塑化系统，可缩短循环时间与防止喷嘴泄漏；全电动配置、线性导轨设计、格林柱与模板不接触设计，能减少摩擦，无需润滑，拥有更高的洁净度。

◆ 精密注塑模具
随着医疗行业的不断发展，精密的医疗类模具变得越来越重要。检验、实验用塑料耗材注塑模具（图7），与普通的日用品、家电、3C电子、汽车等产品所用模具相比，在多个方面显著不同：

 

图7 ©

① 洁净度：一般禁止使用润滑类油脂；只允许使用特定的符合医疗级要求的润滑脂。
② 防锈要求: 模具从外到内，从模架到模仁，要求全部使用不锈钢，以降低生锈带来的污染物或微生物细菌等，如台州的拱东医疗公司（图8）选用模架钢材为4Cr13不锈钢或更高级别的钢材。

 

图8 ©拱东医疗

③ 精度：设计和加工精度一般要求保证在0.01毫米(即一个丝)的公差范围以内。
④ 寿命：一般要求满足五百万模次以上的模具寿命，拱东医疗公司的企业标准甚至为大于八百万模次。
⑤ 维护保养：不允许因为模具的维护保养，导致其它残留物存在，包括医用酒精类清洗试剂；方便拆装互换，通配通用。
⑥ 对于排气的要求特殊：既要不产生飞边，又要注塑成型填充饱满。
⑦ 对于注塑机及辅助设备的高精度控制要求：模具的精密导向、定位要求对应的注塑机及辅助设备既能实现高速注塑，又能满足对于模具低磨损、低损耗的标准。
⑧ 高精密的检测设备配合：微米级的加工，需要微米级的检测设备予以保证和确认。要求必须应用首检、自检、抽检等质量过程控制方法和三次元、工具显微镜、压力传感器等测量设备和技术。
目前国内生产的IVD耗材往往在功能上和国外产品基本一致，但具体精细化方面却相差甚远，究其原因，很多时候都是由模具的差异造成的，尤其是专机专用的定制类医疗耗材，例如快速检测用比色杯、细菌和细胞类培养皿等，对于产品尺寸、透光度等有非常高的要求。

 

图9 ©互联网

进入21世纪以来，中国的模具技术发展特别快，尤其是像深圳、苏州、台州等电子工业或塑料工业发达的地区，精密注塑模具的生产厂家越来越多。大部分IVD耗材的生产技术都能满足，但是优质的模具钢材仍然主要靠进口，如日本、瑞典等国出品的一些特殊钢材的耐腐蚀性和硬度都比较好，拱东医疗公司选用的模仁为瑞典一胜百S136或同等级别钢材（图9）。

 

图10：PET真空采血管 ©互联网

由于一次性实验室耗材大多体积小，批量大，且多使用本色塑料材料。近年来随着国内的模具结构设计水平的提升，越来越多的制造商采用热流道技术。该技术的使用既可以减少材料的浪费，又可以缩短冷却时间和注塑成型周期，加上使用机械手自动取件，可实现生产效率与质量的同步提高。例如真空采血管用的PET管（图10，形似饮料包装业用到的PET瓶胚），该产品的生产难点在于偏心度要在0.10以下，1模64穴生产，周期控制在8s以下。这些问题的困扰造成市场上充斥着“形似而神不似”的产品，欲求佳品还得依赖进口或由国内的外资企业生产。目前，深圳的昌红科技等企业已经可以将误差控制在±0.0015以下，冷却及浇口设计合理，加工精度高，基本可以实现大批量的自动化注塑生产，全面实现真空采血管的国产化。

◆ 一次性塑料IVD耗材生产厂商
我国一次性塑料IVD耗材市场长期被进口产品主导，特别是高端实验耗材市场。欧美发达国家在该领域已有一百多年的发展历史，其核心技术、制造工艺均处于全球领先水平。其中，巨头企业通过收购和兼并等资本手段打造了一系列知名品牌，占据先发优势，能够提供IVD整体解决方案。这些跨国公司以康宁Corning、赛默飞世尔ThermoFisher、GE Healthcare、Merck KGaA、Sarstedt、艾万拓Avantor和艾本德Eppendorf等为代表。

国内IVD塑料耗材领域的发展相对欧美国家起步较晚，低端耗材市场壁垒较低，国产化程度高，生产企业主要集中在长三角和珠三角地区，多处在发展初期，生产规模偏小，生产工艺略显粗糙，自主研发能力差，产品质量参差不齐，行业集中度较低。高端耗材有反应杯、培养皿、纳米磁珠、NC膜等，对抗低温、抗防爆、防震等方面的要求极高，事故风险大，仍由进口品牌主导，进口替代机会大。

全球新冠疫情客观上对高分子塑料耗材产品带来巨大需求，但全球供应链受阻，物流成本大幅增加，催使全球IVD龙头与国内供应商深度合作，国内厂家借机加速成长，打造出“平替”；此外，在国内IVD集中采购降价压力下，国内IVD龙头厂家也在寻找性价比更高的国内耗材供应商，加速供应链的本土化，这为国内高分子塑料耗材厂家带来良好的发展机遇。已有一些企业的产品品质达到国际先进水平，建立起了丰富的产品体系，并以国际先进耗材产品为标准，不断提升研发和自主设计创新能力，产品品质快速提升，部分企业已逐渐建立起自有品牌知名度，得到市场认可。如洁特生物、拱东医疗、昌红科技是三家塑料耗材行业龙头，前面已对他们的表现有所提及。随着国产厂家研发和创新能力的不断提升，国产品牌的市场份额也在逐步扩大（图10）。

根据市场调研与咨询公司Frost&Sullivan预测，未来随着生产技术的提升，以及生命科学的蓬勃发展，全球一次性生物实验室耗材市场规模将维持5%左右的速率增长，2023年有望达到152亿美元。

IVD市场展望

 

正值2023年金秋时节，那场折腾人类三年时光的全球新冠肺炎疫情告别我们已有近一年的时间，但它给人类社会带来的影响和冲击还未完全消散，这同样适用于IVD行业。

 

图11 ：移液管 ©互联网

2020年疫情席卷全球，用以判断患者是否感染的IVD产品和服务需求迎来爆发式增长，几乎没有其它行业获得如此活力。一方面，多种生物原材料以及无菌采样拭子、核酸管、移液管（图11）、抗原检测板等一次性高分子塑料耗材需求量井喷；另一方面，大量与新冠相关的研究不断开展，尤其是与疫苗研究、病毒研究，病毒检测有关的产品，如吸头、采样管、离心管、移液管、PCR板等需求亦大幅增长。堪称百年才一遇的行情，给了IVD产业链上企业们营收“狂飙”的三年。随着进入后疫情时代，潮水退去，IVD行业好似换了个天地，曾经的井喷式增长不再，悄悄地回归到常态化增长阶段，歌词里唱的“全都是泡沫”，又何尝不是众多IVD企业们从高潮跌落的写照。

新冠疫情就好像历史打了个喷嚏，享受历史红利的企业们有的困于其中，难以复制过往的增长奇迹；有的赚了大钱后大力创新，在特定技术上实现新的布局，以拔地而起的姿态重新出现在公众视野。

随着技术的创新、人口老龄化、保险覆盖率及保险支出不断增加，以及收入增长等发展趋势，为我国体外诊断市场的长期增长再添法码。后疫情时代，洗尽铅华的体外诊断行业又将重新上路，迎来更多的机遇和挑战。

 

来源：荣格-《国际塑料商情》

原创声明：
本站所有原创内容未经允许，禁止任何网站、微信公众号等平台等机构转载、摘抄，否则荣格工业传媒保留追责权利。任何此前未经允许，已经转载本站原创文章的平台，请立即删除相关文章。