新一代SPR技术检测平台市场研究.pdf

新 一 代 SPR技 术 检测 平 台 市 场 研 究2020 年 3 月前 言SPR（ Surface plasmon resonance， 表 面 等 离 子 体 共 振 ） 技 术 ， 作 为 一 个 通 用 检 测 平 台 ， 被广 泛 应 用 在 药 物 筛 选 、 科 学 研 究 等 领 域 ， 用 于 生 物 分 子 间 亲 和 力 、 结 合 特 异 性 、 浓 度 定 量 等分 析 。 基 于 该 技 术 的 分 子 相 互 作 用 仪 由 于 结 构 复 杂 、 核 心 技 术 被 国 外 垄 断 ， 造 成 仪 器 价 格 昂贵 ， 难 以 全 面 普 及 。2019年 ， 中 国 的 量 准 Xlement开 发 了 新 一 代 3D纳 米 SPR芯 片 ， 实 现 技 术 突 破 。 新 技 术 极 大 降低 了 原 有 应 用 成 本 ， 打 破 分 子 相 互 作 用 仪 国 外 垄 断 的 格 局 ， 并 开 拓 了 新 的 C端 应 用 场 景 。为 了 验 证 新 技 术 带 来 的 真 实 市 场 需 求 ， 针 对 B端 企 业 和 C端 普 通 消 费 者 两 类 目 标 用 户 ， 蛋 壳研 究 院 联 合 量 准 Xlement共 同 完 成 了 大 量 市 场 调 研 。 基 于 详 实 的 调 研 数 据 ， 定 量 分 析 了 潜 在市 场 规 模 和 目 标 用 户 的 真 实 反 馈 。除 了 需 求 端 的 验 证 ， 我 们 还 从 供 给 端 综 合 分 析 了 相 关 竞 品 信 息 ， 包 括 产 品 、 技 术 、 市 场 等 多个 维 度 。 最 后 进 一 步 明 确 了 新 一 代 3D纳 米 SPR技 术 较 好 的 应 用 前 景 ， 以 期 为 行 业 参 与 者 提 供较 为 全 面 的 参 考 信 息 。9Y8VrUtVlUmVmU9YNApPnQ7NbP8OsQrRmOmMfQnNtQjMtRmRaQqRyRMYqMpPxNmRtM核 心 观 点1. 表 面 等 离 子 共 振 （ SPR） 技 术 正 迎 来 新 一 代 技 术 突 破 （ 3D 纳 米 SPR） ；2. 新 技 术 极 大 降 低 了 原 有 技 术 的 应 用 成 本 ， 约 为 原 有 的 1/10；3. 新 技 术 作 为 一 个 通 用 检 测 平 台 ， 开 拓 了 C 端 应 用 场 景 ；4. 基 于 3D 纳 米 SPR 技 术 的 新 一 代 分 子 相 互 作 用 仪 ， 将 打 破 国 外 垄 断的 格 局 ；5. 新 一 代 分 子 相 互 作 用 仪 ， 预 计 2022 年 市 场 规 模 将 达 到 8 亿 元 ；6. 基 于 3D 纳 米 SPR 技 术 的 家 用 无 创 快 速 检 测 仪 器 ， 潜 在 市 场 规 模 约22 亿 元 。正 文 目 录1 . SPR 技 术 创 新 带 来 检 测 平 台 的 成 本 下 降 . 11 .1 . SPR 技 术 简 介 .11 .2 . 传 统 SPR 技 术 的 应 用 ： 分 子 相 互 作 用 仪 .31 .3 . 下 一代 技 术 突 破 ： 3 D 纳 米 SPR 芯 片 .42 . 新 一代 SPR 技 术 开 拓 了 C 端 应 用 场 景 .52 .1 . B 端 ： 新 一代 高 性 价 比 分 子 相 互 作 用 仪 . 52 .2 . C 端 ： 开 拓 家 用 无 创 快 速 检 测 仪 空 白 市 场 .73 . 需 求 端 ： 近 3 0 亿 潜 在 市 场 规 模 .93 .1 . 对 目 标 用 户 的 市 场 调 研 说 明 .93 .2 . B 端 市 场 调 研 分 析 ， 中 小 型 药 企 购 买 意 愿 度 超 8 0 %.1 03 .3 . C 端 市 场 调 研 分 析 ， 通 用 平 台 拥 有 广 阔 的 应 用 场 景 .1 64 . 供 给 端 ： 新 产 品 在 同 类 竞 品 中 拥 有 显 著 优 势 .2 64 .1 . B 端 新 一代 分 子 相 互 作 用 仪 拥 有 超 高 性 价 比 .2 64 .2 . C 端 家 用 无 创 快 速 检 测 仪 实 现 诊 断 院 外 转 移 .3 35 . 总 结 与 展 望 .3 4图 1 ： 倏 逝 波 原 理 示 意 图 .1图 2 ： SPR 原 理 示 意 图 .2图 3 ： SPR 的 传 导 过 程 简 略 图 .2图 4 ： SPR 技 术 发 展 历 程 .3图 5 ： 分 子 相 互 作 用 仪 的 主 要 作 用 .3图 6 ： SPR 定 量 检 测 病 毒 抗 原 示 意 图 . 4图 7 ： 传 统 SPR 技 术 二 维 芯 片 .5图 8 ： 3 D 纳 米 SPR 芯 片 外 观 图 和 电 镜 结 构 图 .5图 9 ： 分 子 相 互 作 用 仪 市 场 角 色 关 系 图 . 6图 1 0 ： 3 D 纳 米 SPR 定 量 检 测 唾 液 CRP 浓 度 . 7图 1 1 ： 基 于 3 D 纳 米 SPR 技 术 可 以 开 发 各 种 家 用 无 创 快 速 检 测 仪 器 . 8图 1 2 ： B 端 调 研 对 象 类 型 分 布 （ %） . 1 0图 1 3 ： C 端 市 场 调 研 对 象 . 1 0图 1 4 ： 药 企 中 有 4 4 3 家 目 标 用 户 . 1 1图 1 5 ： CRO 企 业 中 有 1 2 6 家 目 标 用 户 . 1 2图 1 6 ： 未 来 三 年 Xlement SPR 1 0 0 潜 在 市 场 规 模 预 估 （ 亿 元 ） . 1 4图 1 7 ： 感 染 类 疾 病 患 者 以 年 轻 群 体 居 多 . 1 7图 1 8 ： 感 染 类 疾 病 患 者 调 研 分 布 （ 个 ） . 1 7图 1 9 ： 感 染 类 疾 病 患 者 平 均 月 收 入 （ 元 /月 ） .1 7图 2 0 ： 肿 瘤 患 者 的 年 龄 和 性 别 分 布 . 1 8图 2 1 ： 调 研 的 癌 症 患 者 类 型 分 布 （ 个 ） . 1 8图 2 2 ： 调 研 的 癌 症 患 者 平 均 月 收 入 （ 元 /月 ） .1 9图 2 3 ： 代 谢 类 患 者 年 龄 及 性 别 分 布 . 1 9图 2 4 ： 代 谢 类 调 研 对 象 类 型 分 布 （ 个 ） . 1 9图 2 5 ： 现 有 检 测 方 式 与 量 准 Xlement 家 用 检 测 仪 的 成 本 对 比 . 2 2图 2 6 ： C 端 用 户 购 买 产 品 考 虑 因 素 . 2 6图 2 7 ： Biacore 在 售 的 5 款 产 品 . 2 7图 2 8 ： ForteBio 在 售 的 5 款 产 品 .2 8图 2 9 ： 量 准 Xlement SPR1 0 仪 器 .2 9图 3 0 ： 其 他 三 款 分 子 相 互 作 用 仪 . 2 9图 3 1 ： 生 物 膜 干 涉 技 术 （ BLI） 原 理 示 意 图 . 3 1图 3 2 ： 家 用 无 创 快 速 检 测 仪 与 院 内 诊 断 仪 器 对 比 .3 3表 1 ： 分 子 相 互 作 用 仪 的 应 用 领 域 .4表 2 ： C 端 应 用 检 测 指 标 矩 阵 . 8表 3 ： 中 国 高 等 教 育 学 校 （ 机 构 ） 数 （ 截 止 2 0 1 9 年 8 月 ） .1 2表 4 ： 2 0 2 0 年 中 国 分 子 相 互 作 用 仪 市 场 容 量 .1 3表 5 ： 量 准 Xlement SPR 1 0 0 潜 在 市 场 规 模 预 估 （ 亿 元 ） .1 4表 6 ： C 端 市 场 目 标 用 户 数 量 （ 万 人 ， 截 止 2 0 1 9 年 1 2 月 ） .2 0表 7 ： C 端 潜 在 市 场 规 模 约 2 2 亿 元 . 2 1表 8 ： 6 款 分 子 相 互 作 用 仪 性 能 对 比 . 2 7表 9 ： 四 种 技 术 代 表 仪 器 及 性 能 对 比 . 3 0表 1 0 ： 6 款 代 表 产 品 价 格 对 比 （ 万 元 /台 ） .3 1表 1 1 ： 6 款 代 表 产 品 的 销 售 模 式 及 代 理 商 . 3 21. SPR技术创新带来检测平台的成本下降1 .1 . SPR 技 术 简 介(1 ) SPR 技 术 的 定 义SPR（ Surface plasmon resonance， 表 面 等 离 子 体 共 振 ） 是 一种 光 学 传 感 技 术 。 基 于 该 技 术 的检 测 仪 器 ， 可 用 于 生 物 分 子 间 亲 和 力 、 结 合 特 异 性 、 浓 度 定 量 、 结 合 动 力 学 和 热 力 学 分 析 等 ，被 广 泛 应 用 在 药 物 筛 选 、 生 命 科 学 等 领 域 。(2 ) SPR 技 术 的 原 理SPR 本 质 是 一种 物 理 光 学 现 象 ， 其 涉 及 到 三 个 物 理 概 念 ： 等 离 子 体 ： 是 由 阳 离 子 、 中 性 粒 子 、 自 由 电 子 等 多 种 不 同 性 质 的 粒 子 所 组 成 的 电 中 性 物质 ， 其 中 正 、 负 带 电 粒 子 所 带 电 荷 量 相 等 ， 是 与 固 态 、 液 态 和 气 态 并 列 的 物 质 第 四 态 。 金 属 表 面 等 离 子 波 ： 当 入 射 光 照 射 到 金 属 表 面 时 ， 会 引 起 价 电 子 的 纵 向 振 动 ， 振 动 产 生的 电 荷 密 度 波 ， 沿 着 金 属 和 电 介 质 的 界 面 传 播 ， 形 成 表 面 等 离 子 波 。 倏 逝 波 ： 是 指 当 光 波 从 光 密 介 质 入 射 到 光 疏 介 质 时 ， 发 生 全 反 射 而 光 疏 介 质 一侧 所 产 生的 一种 电 磁 波 。图1：倏逝波原理示意图资 料 来 源 ： 蛋 壳 研 究 院如 下 图 所 示 ， 金 属 表 面 的 下 方 是 光 路 系 统 ， 表 面 上 方 是 偶 联 的 配 体 蛋 白 和 待 测 物 质 ， 待 测 物质 通 过 溶 液 流 过 金 属 表 面 ， 与 配 体 蛋 白 发 生 相 互 作 用 。图2：SPR原理示意图资 料 来 源 ： ACROBiosystems， 蛋 壳 研 究 院下 方 光 源 发 出 的 一个 单 波 长 激 光 束 进 入 到 棱 镜 （ 浅 绿 色 半 圆 ） 中 ， 导 致 多 角 度 的 光 线 入 射 到金 属 表 面 。 几 乎 所 有 入 射 的 光 线 都 会 发 生 反 射 ， 但 有 一个 例 外 ， 在 入 射 角 达 到 某 一个 角 度 时 ，光 子 的 能 量 会 被 金 属 吸 收 转 化 成 表 面 等 离 子 体 波 ， 同 时 金 属 介 质 中 传 输 振 幅 呈 指 数 衰 减 的 倏逝 波 ， 当 金 属 表 面 等 离 子 波 与 倏 逝 波 发 生 共 振 时 ， 在 这 个 角 度 的 光 线 不 会 被 反 射 出 来 ， 这个 角 度 被 称 为 共 振 角 。表 面 等 离 子 共 振 （ SPR） 对 附 着 在 金 属 薄 膜 表 面 的 介 质 折 射 率 非 常 敏 感 ， 当 表 面 介 质 的 属性 改 变 或 者 附 着 量 改 变 时 ， 共 振 角 将 不 同 。 因 此 ， SPR 谱 （ 共 振 角 的 变 化 VS 时 间 ） 能 够反 映 与 金 属 膜 表 面 接 触 的 物 质 变 化 。图3：SPR的传导过程简略图资 料 来 源 ： 蛋 壳 研 究 院(3 ) SPR 技 术 发 展 历 程1 9 0 2 年 ， 科 学 家 Wood 在 光 学 实 验 中 首 次 发 现 了 SPR 现 象 ， 但 对 该 原 理 的 解 释 和 应 用 一直发 展 缓 慢 。 直 到 1 9 9 0 年 ， 瑞 典 的 Biacore AB 公 司 （ 后 被 GE 收 购 ， 2 0 1 9 年 这 块 业 务 被 丹 纳赫 以 超 过 2 0 亿 美 金 的 价 格 再 次 收 购 ） ， 基 于 SPR 技 术 开 发 了 首 台 商 品 化 仪 器 Biacore 分子 相 互 作 用 仪 ， 并 不 断 改 进 迭 代 。 目 前 已 成 为 该 领 域 的 金 标 准 。图4：SPR技术发展历程资 料 来 源 ： 蛋 壳 研 究 院2 0 1 6 年 ， 美 国 和 日 本 正 式 将 SPR 技 术 收 录 进 药 典 ， 为 行 业 发 展 建 立 了 标 准 规 范 。 2 0 1 9 年 ，中 国 的 量 准 （ 上 海 ） 实 业 有 限 公 司 （ 以 下 简 称 “ 量 准 Xlement” ） 开 发 了 新 一代 3 D 纳 米 SPR芯 片 ， 实 现 技 术 突 破 ， 打 破 了 同 类 仪 器 国 外 垄 断 的 格 局 。1 .2 . 传 统 SPR 技 术 的 应 用 ： 分 子 相 互 作 用 仪基 于 传 统 SPR 技 术 的 分 子 相 互 作 用 仪 ， 主 要 用 于 两 个 生 物 分 子 间 相 互 作 用 的 亲 和 力 、 结 合 特异 型 、 动 力 学 等 分 析 ， 如 小 分 子 药 物 和 蛋 白 之 间 、 抗 原 和 抗 体 之 间 等 ， 可 实 时 反 映 分 子 动 态相 互 作 用 的 全 过 程 。图5：分子相互作用仪的主要作用资 料 来 源 ： 蛋 壳 研 究 院研 发 型 药 企 、 CRO 企 业 、 高 校 及 科 研 院 所 是 使 用 该 类 仪 器 的 主 要 对 象 ， 在 药 物 研 发 阶 段 被 广泛 使 用 。 尤 其 是 用 于 药 物 筛 选 和 功 能 蛋 白 质 组 学 分 析 。表1：分子相互作用仪的应用领域资 料 来 源 ： 蛋 壳 研 究 院此 外 ， SPR 技 术 也 可 用 于 病 毒 抗 原 定 量 检 测 。 主 要 有 两 种 技 术 原 理 ， 一种 是 注 入 病 毒 颗 粒通 过 病 毒 纤 维 蛋 白 与 CAR 受 体 结 合 ； 另 一种 是 用 病 毒 六 邻 体 蛋 白 与 FX 蛋 白 结 合 。 其 中 CAR受 体 或 FX 蛋 白 被 固 定 在 传 感 器 芯 片 上 ， 并 使 用 分 子 相 互 作 用 仪 系 统 检 测 。图6：SPR定量检测病毒抗原示意图资 料 来 源 ： GE healthcare， 蛋 壳 研 究 院在 全 球 新 冠 病 毒 （ COVID-1 9 ） 爆 发 期 间 ， Biacore 大 力 推 广 旗 下 SPR 仪 器 ， 进 行 病 毒 浓 度 定量 分 析 ， 成 为 核 酸 检 测 之 外 的 方 法 之 一。 而 且 拥 有 更 高 的 灵 敏 度 ， 能 有 效 降 低 核 酸 检 测 假 阴性 的 问 题 。基 于 传 统 SPR 技 术 的 分 子 相 互 作 用 仪 应 用 广 泛 ， 但 也 有 一定 局 限 性 。 由 于 其 采 用 的 是 二 维 平面 芯 片 ， 只 能 从 2 个 维 度 收 集 信 号 数 据 。 这 导 致 需 要 复 杂 精 密 的 光 路 系 统 来 捕 捉 微 弱 信 号 ，仪 器 价 格 昂 贵 （ 2 0 0 万 元 /台 以 上 ） ， 只 有 大 型 企 业 /机 构 用 得 起 。1 .3 . 下 一代 技 术 突 破 ： 3 D 纳 米 SPR 芯 片量 准 Xlement 的 最 大 突 破 ， 是 在 原 有 SPR 技 术 基 础 上 ， 将 光 学 芯 片 由 原 来 的 二 维 基 膜 变 成了 三 维 基 膜 。图7：传统SPR技术二维芯片资 料 来 源 ： GE， 蛋 壳 研 究 院三 维 基 膜 的 芯 片 将 信 号 放 大 了 千 倍 以 上 ， 带 来 更 高 的 检 测 灵 敏 度 和 更 低 的 分 子 浓 度 检 测 下限 。 同 时 ， 也 不 再 需 要 传 统 复 杂 的 光 路 系 统 来 捕 捉 微 弱 的 信 号 ， 变 成 了 简 单 的 LED 光 源 和 光电 二 极 管 ， 这 极 大 简 化 工 艺 路 径 ， 从 而 降 低 成 本 。图8：3D纳米SPR芯片外观图和电镜结构图资 料 来 源 ： 量 准 Xlement， 蛋 壳 研 究 院此 外 ， 利 用 3 D 纳 米 SPR 技 术 ， 重 点 利 用 浓 度 定 量 分 析 的 功 能 ， 还 可 以 研 发 各 类 超 敏 生 物 芯片 ， 使 该 技 术 用 于 小 型 化 、 便 携 式 快 速 检 测 仪 器 成 为 可 能 。2.新一代SPR技术开拓了C端应用场景SPR 技 术 作 为 一个 通 用 检 测 技 术 平 台 ， 普 遍 适 用 于 检 测 生 物 分 子 的 诸 多 场 景 。 3 D 纳 米 SPR技 术 除 了 测 量 分 子 间 相 互 作 用 力 外 ， 还 可 以 实 现 低 浓 度 样 品 的 定 量 分 析 ， 基 于 该 功 能 研 发 各类 家 用 无 创 快 速 检 测 仪 器 ， 面 向 C 端 消 费 级 用 户 。2 .1 . B 端 ： 新 一代 高 性 价 比 分 子 相 互 作 用 仪基 于 传 统 SPR 技 术 分 子 相 互 作 用 仪 价 格 昂 贵 （ 2 0 0 5 0 0 万 元 /台 ） ， 只 有 大 型 药 企 、 CRO 企业 、 部 分 高 校 和 科 研 院 所 在 使 用 。 大 量 需 要 测 量 分 子 间 相 互 作 用 的 中 小 型 药 企 ， 无 法 直 接 购买 该 仪 器 。