控芯片电化学检测仪

日本东芝公司(Toshiba)日前宣布研制成功高灵敏度的电化学DNA芯片，这种芯片能够在非常低的浓度下检测DNA。 这款新型芯片集成了目前广泛使用的半导体电路技术之一的CMOS电路及传感器，是对东芝先进DNA芯片系列产品及相关技术的最新补，可迅速投入的应用包括抗癌药物的易感性分析及用于疾病起因的预防性诊断的健康监测。 东芝在2001年10月推出其第一款电化学DNA芯片，采用原始的电流检测方案，用于支持感染肝炎病人单个治疗方案的研制。该芯片能调查单个病人的治疗疗效和副作用。这项研究涵盖六个领域的疾病：肺结核、消化紊乱、抑郁症(ademonia)、高血脂症、心脏停搏(Cardiac Arrest)及癌症等。同年，东芝还针对风湿病患者推出了DNA芯片。根据基因数据，东芝此次推出的新的DNA芯片能测定药物疗效和副作用的可能性，以及与病人可能出现的并发症。

今年以来，宁德时代、晶科能源等原本优势业务为动力电池、光伏组件的厂商频频布局储能系统，随着储能市场活跃，第一财经记者了解到，产业链也感受到变化。芯片厂商德州仪器技术经理檀瑞安近日告诉第一财经记者，储能市场从去年至今需求上涨，公司储能系统方面的客户相比以往有所增多，其中一些厂商以往不直接做储能系统。  德州仪器是模拟芯片和嵌入式芯片厂商，为电化学储能系统提供BMS（电源管理系统）芯片，供给下游客户生产储能系统。檀瑞安感受到储能系统玩家增多，源于电化学储能需求迅猛增长下，电芯、光伏等厂商将业务延伸至储能系统。  国家能源局数据显示，截至今年上半年，国内可再生能源装机突破13亿千瓦，同比增长18.2%，历史性超过煤电。中国化学与物理电源行业协会储能应用分会数据则显示，今年上半年投运新型储能项目154个，其中电化学储能项目投运143个。随着电化学储能市场增长，储能系统安全性问题受到业内重视。储能市场活跃  德州仪器近期专门为储能领域推出一款BMS模拟芯片。檀瑞安告诉第一财经记者，电源管理芯片通常是汽车和储能共用的，但在汽车、储能场景需求都很大的情况下，德州仪器希望把AFE（模拟前端）分成储能、汽车两部分。  德州仪器对储能场景的重视具有代表性。集邦咨询数据显示，电源管理芯片海外IDM大厂以德州仪器、ADI、英飞凌、瑞萨、安森美、意法半导体、恩智浦为代表，IDM厂合计市占率63%，其中德州仪器市占率达22%。从集邦咨询的市场预估看，多类消费电子电源管理芯片需求不振，陷入降价，今年上半年仅少量工业与车用需求维持稳定，而工业和车用领域电源管理芯片有83%掌握在IDM大厂手上。  除上游芯片需求受行情催化外，中游的储能系统市场活跃度也较高。据梳理，今年以来完成新一轮融资的相关厂商包括上海电气储能、麦田能源、奇点能源、海辰储能、揽海能源等，多起融资金额过亿元，海博思创还在冲刺科创板上市。  不少储能系统厂商“跨界”而来。檀瑞安告诉第一财经记者，入局做储能系统的厂商可分为三类：储能品牌商、锂电池厂商和从风电、光伏跨界的厂商，市场此前以储能品牌商和锂电池厂商为主流，后来，随着市场盘子越来越大，做逆变器、光伏和风电的厂商也延伸至储能系统领域，以前这些逆变器、光伏厂商是给储能做配套的功率变换系统。  “以前做BMS的就做BMS，做Power（包括solar inverter和Power conversion system，光伏逆变器和储能逆变器）的就只做Power，现在大家都想扩展，市场越来越活跃。” 檀瑞安表示。  从市场格局看，据中关村储能产业技术联盟数据，去年中国储能系统集成商出货量排名前五是海博思创、中车株洲所、阳光电源、天合储能和远景能源，前十名的多家厂商出货量差距不大。TrendForce集邦咨询新能源总监王健告诉第一财经记者，储能系统集成格局较分散，竞争激烈，储能集成系统处于竞争初期，目前储能系统头部厂商排名变化较大，竞争格局处于演变重塑期。  王健表示，储能系统集成商向上游对接大量设备供应商，将各子系统集成为储能系统产品，向下游交付并提供后续质保服务，技术、渠道、资金构筑了行业壁垒，单个项目投资大、周期长，对资金实力要求高。预计技术领先、客户资源丰富、供应链整合能力强的企业市占率有望进一步提高。安全成为关键  从需求较大的储能场景看，檀瑞安告诉第一财经记者，欧洲家储（家庭储能）市场较成熟，国内以电网储能为主的大储（大功率储能）应用更多，电网储能增长形势较好。工商储（工商业储能）需求未来也可能爆发。  安全性则是储能行业发展的关键问题。在电芯厂商通过技术优化提高电芯安全性的同时，管理及维护电池单位、监管电池状态的电源管理BMS也是关键一环。  第一财经记者了解到，储能电池关注充放电次数，有使用寿命的要求，但瞬态充放电速度要求没有汽车那么高，系统方面，储能系统电池电压范围较宽。汽车和储能两个场景对BMS的要求有所不同。据檀瑞安介绍，针对储能系统，温度采样时公司会建议预留每颗电芯单独采样，而在汽车场景中一般不会。  檀瑞安表示，从家储到工商储、大储，电池容量从几千瓦时上升至几兆瓦时，随着容量增大，安全的重要性更加凸显。从保障电池安全性的角度，德州仪器的芯片会进行失效分析和寿命分析，以减少芯片失效风险，同时也在系统端助客户设计，通过合理失效分析避免单个器件失效影响整体系统安全性。  目前BMS已在汽车动力电池、储能电池中广泛应用。据国际能源网数据，电池占储能系统成本约60%，逆变器约占20%，BMS占5%。  檀瑞安表示，单纯从成本看，BMS占比不高，但没有BMS系统，储能系统就无法运转，一些储能站发生危险事故的案例，背后是因BMS没有做好。电化学储能最核心的问题是安全，大家现在关注储能电池能否安全运行10年、15年甚至20年。如果能长时间安全运行，且减少后期维护成本，成本实际上也会被摊薄。  国联证券研报指出，储能装置能量比动力电池系统高1~2个数量级，锂电池储能系统火灾的严重性远大于电动汽车电池火灾，今年7月，储能新国标开始实施，储能安全标准已趋严。储能电站系统由储能电池、储能逆变器、温控系统、消防系统、BMS和其他设备集成，系统集成商作为储能安全的第一责任人，对系统安全的重识或也将提高其竞争壁垒。

p style="line-height: 1.5em text-indent: 2em "微流控芯片技术是生物医学领域的重要前沿方向，具有高通量、多靶点、快速、精准、操作简便等特点，可广泛应用于分子生物学、医药、免疫等领域。近日，复旦大学孔继烈教授就微流控技术以及其团队在微流控技术产业化方面的进展做了详细报告。/pp style="text-align: center line-height: 1.5em "img width="600" height="414" title="konglaoshi.jpg" style="width: 538px height: 362px max-height: 100% max-width: 100% " alt="konglaoshi.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/e4f38c7b-4412-4544-9896-e72e3397f81b.jpg" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: left line-height: normal text-indent: 2em margin-top: 5px margin-bottom: 5px "span style="font-size: 14px "strongspan style="font-family: 楷体,楷体_GB2312, SimKai "孔继烈教授简介：/span/strongspan style="font-family: 楷体,楷体_GB2312, SimKai "/span/span/pp style="text-align: left line-height: normal text-indent: 2em margin-top: 5px margin-bottom: 5px "span style="font-family: 楷体,楷体_GB2312, SimKai font-size: 14px "男, 1964年生，1983-1993年分别获复旦大学学士、硕士和博士，1996-1998年分别在美国肯塔基州路易威尔大学和康州州立大学做博士后。 /span/pp style="text-align: left line-height: normal text-indent: 2em margin-top: 5px margin-bottom: 5px "span style="font-family: 楷体,楷体_GB2312, SimKai font-size: 14px "复旦大学教授、博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，复旦大学生物医学研究院PI，教育部创新科学仪器工程研究中心主任。在化学/生物传感器及微流控芯片分析系统、荧光检测仪器研制等领域取得有影响的成果，先后主持基金委重点/面上项目、“973”子课题、“863”项目等。已在包括J.Am.Chem.Soc.，Angew.Chem. Int. Ed. Anal.Chem. ACS Nano等知名学术刊物发表SCI论文330余篇，被同行引用12500余次，获得国家发明专利40余项。任《Am. J. Anal.Chem.》、《分析化学》、《分析科学学报》、《分析仪器》、《电化学》等刊物编委，中国仪器仪表学会电分析化学专业委员会副主任、化学传感器专业委员会委员。/span/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 10px "span style="color: rgb(255, 0, 0) "strong从“庙堂之高”的基础研究到“江湖之远”的技术发明/strong/span/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 10px "科学仪器的源头是分析化学专业，但其更多的应用在生物医药以及诊疗等领域。近年来，“精准医学”概念的出现，更是急切呼唤创新分析测量技术与仪器。“精准医学”的最核心的部分是“精准的诊断”，这也是新药研发及提出新兴治疗方案的前提。作为生物医疗领域的前端，像现在非常热门的靶向诊疗（诊疗一体化），要求首先在诊断层面明确知道是什么原因导致疾病的发生。无论是常见病症还是癌症，都需要微流控这样的技术出现。/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 10px "从宏观的层面来讲，无论是蛋白质水平相关仪器，还是核酸水平相关仪器，国产医疗器械市场占有率还很低。上海三甲医院，很多都在使用罗氏、雅培、西门子的设备。即便在生化水平，即小分子的诊断设备，国内虽有很多公司在做，但是与世界上先进设备相比，仍有很大的差距。/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 10px "从学科角度来讲，微流控技术衍生于分析化学，而无论从学科知识的构成，还是人才培养，都是多种相关学科交叉的结果。仪器的产业化是一个系统工程，要集聚非常多的交叉学科的人才，单纯依靠分析化学或者微流控技术，都不能完成一台整体的集成化设备的制造。因为这还涉及到软、硬件支持，材料学，多种加工工艺，以及越来越多的新技术（如3D打印等技术）。此外，还要有生物医学、创新诊断方法学等多方面的共同结合。/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 10px "作为高校，要集聚这么多人才进行同一个项目，非常困难。因此，国家也在鼓励创业平台，将不同领域的专业人才聚集起来，共同进行仪器的研发生产。目前，孔继烈教授与他之前指导毕业的博士们正在做这件事。/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 10px "span style="color: rgb(255, 0, 0) "strong微流控领域存在的“多、少”问题/strong/span/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 5px "目前，微流控技术，尤其是微流控领域的产业化还有很多问题，主要包括以下几个方面：/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 5px "1、进口多，国产少。/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 5px "首先涉及到的很多器件，如光学器件、光电转换器件等，大部分性能很好的器件多来自美国、日本等国家。因此不单是整机的技术缺乏，上游的零部件技术也很缺乏。从整体来讲，现状是蛋白质、核酸检测的二类医疗器械，无论是化学发光还是电化学发光设备，大部分是罗氏、梅里埃等公司的。/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 5px "2、上游多，下游少/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 5px "“上游多，下游少”是指在研究过程中，大部分研究者做的是上游方法学的研究，虽然很前沿，反映了这个学科发展最新的聚焦点，但是往下延伸的比较少。很多微流控方向的研究生，发了很多SCI文章，之后就不了了之了。/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 5px "3、前端多，后端少/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 5px "研究人员可以做方法，做技术，甚至可以搭一个装置，但是没有办法定型，也没有办法做质控的标准。比如从计量的角度，这个产品怎么检验？怎么能达标？企业标准，行业标准，甚至国家标准，这些标准全面缺乏。当然这不是一家单位就能做的，需要行业内多家单位协同完成。/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 5px "4、器件多，集成少 /pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 5px " 早些时候，很多实验室可以自行搭一台装置。例如最早在实验室做微流控，用数字化的光谱仪、光纤和光电检测器件组装而成。但是，这不是一台完整的仪器，因为无法在同一个软件中发送指令进行信号提取、信号处理和出具结果等等，这和仪器是有距离的。/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 10px "span style="color: rgb(255, 0, 0) "strong离心式微流控芯片核酸检测仪的技术及应用/strong/span/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 10px "离心式微流控芯片核酸检测仪（原型机）是孔继烈教授团队研制的第一代微流控设备，包括芯片系统、温度控制系统、高速旋转系统、光电检测系统等模块。研发目标是实现核酸的提取和扩增放在同一个芯片中完成，这在第一代原型机还无法实现。/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 10px "2017年，孔教授团队开始第二代产品开发，在光路、电路、信号放大、离心盘的可控性等方面进行了优化，可实现在同一个检测平台上做多种需求的靶点数、样本数的检测，如8个靶点4个通道或4个靶点8个通道或2个靶点16个通道的盘。/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 10px "第二代设备叫做核酸检测一体机，孔教授团队正在将一体机做成三类医疗器械——将来可以和医院检验科对接的设备，在30分钟内完成样本前处理，包括细胞的破碎，DNA的释放，原位扩增及检测。对于传统PCR 检测是革命性的突破。/pp style="text-align: center "img title="微流控仪器.png" style="max-height: 100% max-width: 100% " alt="微流控仪器.png" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/359c57f2-bd60-495c-a1ba-48c0da7b540e.jpg"//pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 10px "从方法学的角度来讲，该设备融合了很多基础研究的成果，包括蛋白质、DNA的纳米分子诊断技术、微流控驱动技术、集成技术、区域精准控温技术、高敏荧光检测技术、微流控盘快/慢速切换技术，可实现多模块集成工作。/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 10px "该设备的应用方向十分广泛，包括公共卫生、食品安全、检验检疫、以及基于微流控的免疫抗原抗体反应等等。已开发的典型的应用案例如下：/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 0em margin-top: 10px "1、8种不同种属肉的同时溯源，特异性和灵敏度非常高。/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 0em margin-top: 10px "2、非洲猪瘟特异性检测，可做到高通量现场快速筛查，灵敏度达到10个拷贝。/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 0em margin-top: 10px "3、转基因大豆检测，可以很快完成多种转基因亚型的溯源。/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 0em margin-top: 10px "4、降钙素原（PCT）微流控免疫检测，是针对临床感染的蛋白质指标的新型检测方式，目前检测灵敏度显著高于传统同类仪器。/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 10px "span style="color: rgb(255, 0, 0) "strong结语/strong/span/pp style="line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 10px "早在东汉时期，张衡就发明了候风地动仪。strong然而近代以来，中国的科学仪器发展却落后于世界上许多国家。这要求相关研究人员，不仅要专注于创新基础研究，更要积极促进仪器产业化，追求知行合一”，推动国产科学仪器的发展。/strong/p