2019年中国同位素C-13行业概览.pdf

2 报告编号19RI0809 头豹研究院 | 化工能源系列概览 400-072-5588 2019 年 中国同位素 C-13 行业概览 报告摘要 宏观研究团队 同位素 C-13 是一种优良的示踪材料， 具有稳定的化学 性能， 且无放射性， 其最大的市场需求在医学诊断、 生 物医药等高新技术领域。 目前中国同位素 C-13 主要应 用于 C-13 呼气试验， 该试验是幽门螺杆菌临床检测的 “金标准”，适用于胃、肝、肠道等常见消化系统疾病的 早期诊断。 受限于同位素 C-13 原料的供应， 中国市场 平均每年仅能满足 600 万人次的检测需求， 随着 C-13 呼气检测临床应用逐步普及，每年中国对同位素 C-13 的需求快速增长。 热点一：需求量持续增长带动同位素 C-13 行业快速发展 热点二：市场供求不平衡 热点三：国产化进程加快 C-13-呼气试验作为一种常规疾病筛查项目，中国各地区正陆 续出台政策或计划将其列入医保范畴， 未来中国医疗机构对 C- 13 呼气检测仪的需求量将会不断增加。 中国同位素 C-13 需要依靠海外进口来满足制药原材料需求， 仅美国 ISOTEC 公司获得中国的原料药许可证，同位素 C-13 年均供应量为 80-100 公斤，供需缺口不断扩大。中国两大同 位素生产企业上海化工研究院和中国同辐股份有限公司均在 积极研究、设计、建造专用的医用同位素 C-13 生产器械. 上海化工研究院和中国同辐股份有限公司通过优化生产工艺、 设备等手段降低投资成本，在生产成本方面，优势相对突出， 实现同位素 C-13 的生产成本在 200-250 元/克，未来消费者 将享受到更加低价的 C-13 呼吸检测。 林钰翔 邮箱：csleadleo 分析师 行业走势图 相关热点报告 化工能源行业概览 2020 年中国石墨烯行业概 览 化工能源行业概览 2020 年聚酰亚胺材料分析 行业概览 化工能源行业研究 2019 年高性能靶材分析行 业概览 3 报告编号19RI0809 目录 1 方法论 . 7 1.1 研究方法 . 7 1.2 名词解释 . 8 2 中国同位素 C-13 行业市场综述 . 10 2.1 中国同位素 C-13 行业定义 . 10 2.2 同位素 C-13 行业发展历程 . 10 2.3 中国同位素 C-13 行业市场现状 . 12 2.4 中国同位素 C-13 行业产业链 . 15 2.4.1 上游分析 . 16 2.4.2 中游分析 . 18 2.4.3 下游分析 . 20 2.5 中国同位素 C-13 行业市场规模 . 20 3 中国同位素 C-13 行业驱动与制约因素 . 22 3.1 驱动因素 . 错误!未定义书签。 3.1.1 中国人口老龄化及重病发病率的提升 . 22 3.1.2 中国市场需求未满足 . 23 3.2 制约因素 . 错误!未定义书签。 3.2.1 替代性同位素 C-14 相对成熟 . 错误!未定义书签。 4 中国同位素 C-13 行业政策及监管分析 . 24 5 中国同位素 C-13 行业未来发展趋势 . 27 5.1 同位素 C-13 价格趋于平民化 . 27 4 报告编号19RI0809 5.2 同位素 C-13 运用领域多元化 . 27 6 中国同位素 C-13 行业竞争格局分析 . 29 6.1 中国同位素 C-13 行业竞争格局概述 . 29 6.2 投资企业分析分析 . 错误!未定义书签。 6.2.1 上海化工研究院有限公司 . 30 6.2.2 中国同辐股份有限公司 . 32 5 报告编号19RI0809 图表目录 图 2-1 同位素 C-13 定义 . 10 图 2-2 同位素 C-13 发展历程 . 12 图 2-3 同位素 C-13 行业现状 . 13 图 2-4 同位素 C-13 产业链 . 15 图 2-5 同位素产量分布图 . 17 图 2-6 同位素 C-13 生产流程 . 错误!未定义书签。 图 2-7 同位素 C-13 上游成本占比 . 18 图 2-8 同位素 C-13 呼吸试验示意图 . 18 图 2-9 中国 C-13 呼吸试验企业占比 . 19 图 2-10 中游呼吸器成本占比 . 20 图 2-11 中国同位素 C-13 行业市场规模（以市场需求量为计） ，2014-2023 年预测. 21 图 2-12 同位素 C-13 增长因素示意图 . 错误!未定义书签。 图 3-1 中国老龄化市场规模（以 65 岁人数为计） ，2014-2023 年预测 . 22 图 3-2 重病发病率因素示意图 . 23 图 3-3 中国市场供求示意图 . 错误!未定义书签。 图 3-4 中国医疗支出市场规模（以医疗花费为计） ，2014-2023 年预测 . 24 图 3-5 同位素 C-14 示意图 . 错误!未定义书签。 图 4-1 同位素 C-13 政策 . 26 图 5-1 同位素 C-13 价格变化示意图 . 27 图 5-2 同位素 C-13 应用领域示意图 . 29 6 报告编号19RI0809 图 6-1 同位素 C-13 竞争格局 . 29 图 6-2 上海化工研究院主营业务 . 31 图 6-3 上海化工研究院投资亮点 . 32 图 6-4 中国同辐主营业务 . 33 图 6-5 中国同辐投资亮点 . 34 7 报告编号19RI0809 1 方法论 1.1 研究方法 头豹研究院布局中国市场， 深入研究 10 大行业， 54 个垂直行业的市场变化， 已经积累 了近 50 万行业研究样本，完成近 10,000 多个独立的研究咨询项目。 研究院依托中国活跃的经济环境， 从放射性同位素治疗、 医疗诊断、 同位素治疗等 领域着手，研究内容覆盖整个行业的发展周期，伴随着行业中企业的创立，发展， 扩张， 到企业走向上市及上市后的成熟期， 研究院的各行业研究员探索和评估行业 中多变的产业模式，企业的商业模式和运营模式，以专业的视野解读行业的沿革。 研究院融合传统与新型的研究方法， 采用自主研发的算法， 结合行业交叉的大数据， 以多元化的调研方法， 挖掘定量数据背后的逻辑， 分析定性内容背后的观点， 客观 和真实地阐述行业的现状， 前瞻性地预测行业未来的发展趋势， 在研究院的每一份 研究报告中，完整地呈现行业的过去，现在和未来。 研究院秉承匠心研究， 砥砺前行的宗旨， 从战略的角度分析行业， 从执行的层面阅 读行业，为每一个行业的报告阅读者提供值得品鉴的研究报告。 研究院密切关注行业发展最新动向，报告内容及数据会随着行业发展、技术革新、 竞争格局变化、政策法规颁布、市场调研深入，保持不断更新与优化。 头豹研究院本次研究于 2019 年 10 月完成。 8 报告编号19RI0809 1.2 名词解释 核素：具有一定数目质子和中子的一种原子。 同位素：具有相同质子数及不同中子数的一组核素。 放射性同位素：因原子核结构不稳定而能发出射线的同位素。 射线、 射线、 射线、 X 射线： 由放射性核素发射出的具有特定能量的粒子或光子束。 放射性药物： 由放射性同位素搭配专门定位特定器官及组织的分子试剂组成的医药制剂， 是一种具有放射性的药品，可用于影像诊断及临床治疗，又称为核药。 体外诊断试剂：应用于体外监测过程中的试剂，直接作用于采集的人体样本，以获得体 外诊断结果。 原料药： 用于药品制造中的一种物质或多种物质的混合物， 是用于制药的一种活性成分。 收率：原料中所含有的活性成份数量或重量的比率，用百分数表示。 肝素：天然抗凝剂，因首先从肝脏发现而得名，肝素自 1918 年被偶然发现具有明显的 抗凝作用，1935 年被用于临床治疗抗凝血，20 世纪 40 年代被收入美国药典中作为一 种临床抗血凝药物。 中国科学院原子能研究所：简称 401 所，是中国核科学技术的发源地和国防核科研、核 能开发研究和核基础科研的创新基地，隶属中国核工业集团公司和中国科学院。 SPECT/PET ： Single-Photon Emission Computed Tomography 和 Positron Emission Tomography，单光子发射计算机断层成像术和正电子发射断层成像技术， 属于核医学的电子计算机断层扫描（CT）技术，利用射线进行显像而获得患者全身健康 状况。 半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间。 正电子类放射性药物：短半衰期正电子核素的放射性药物，通常用于疾病诊断、疗效评9 报告编号19RI0809 价和脏器功能研究等。 分级诊疗：按照疾病的轻重缓急及治疗的难易程度进行分级，不同级别的医疗机构承担 不同疾病的治疗，逐步实现从全科到专业化的医疗过程。 辐照： 利用射线产生的能量改变分子结构的一种化工技术， 能有效地杀灭害虫、 病菌等， 常用于医药、食品等行业的消菌杀毒过程中。 EPC：Engineering Procurement Construction，指对工程建设进行全过程的承包。 西弗：放射性剂量的计算单位之一，放射性剂量的标准单位，每千克人体组织吸收 1 焦 耳能量为 1 西弗。 同位素示踪剂： isotopic label， 指少量被示踪元素相同而同位素组成不同的示踪剂， 目 的在于跟踪元素的某个化学、生物或物理过程中经历的途径，实际上也跟踪了此样品。 丰度：abundance of elements，一种化学元素在某个自然体中的重量占整个自然体总 重量的相对份额。 幽门螺杆菌：幽门螺杆菌病是一种螺旋形、对生长条件要求十分苛刻的细菌。1983 年 首次从慢性活动性胃炎患者的胃黏膜活检组织中分离成功， 是目前所知能够在人胃中生 存的唯一微生物种类。 10 报告编号19RI0809 2 中国同位素 C-13 行业市场综述 2.1 中国同位素 C-13 行业定义 同位素碳-13（以下简称“同位素 C-13” ） ，是一种优良的示踪材料，具有稳定的化学性 能，且无放射性。现阶段，同位素 C-13 已经成功在消化系统疾病领域早期诊断领域实现应 用， 同位素 C-13 目前主要应用在 C-13-呼气试验， 该呼气试验是幽门螺杆菌 （简称 “HP” ） 临床检测的“金标准” ，具有快速方便、特异性强、灵敏度高、无放射性、安全、准确、且 无创伤等优点，适合全民推广使用，未来将逐步取代传统的 C-14 呼气检测及胃镜等创伤性 诊断检测方法。C-13-呼气试验用来诊断疾病在欧美等国家已相对普及（见图 2-1） 。 图 2-1 同位素 C-13 定义 来源：头豹研究院编辑整理 2.2 同位素 C-13 行业发展历程 同位素 C-13 早期发现来源于对同位素 C-14 的研究，1987 年，美国研究所开始进行 小规模量产。2005 年，美国 CIL 公司开始进行大规模量产，带动了整个行业的快速发展。 （1）探索期（1950-1986 年） 同位素 C-13 变化与同位素 C-14 变化之间存在一定的对应关系，同位素 C-13 的认识11 报告编号19RI0809 起源于 20 世纪 50 年代美国科学家对于同位素 C-14 的校正。1955 年，美国科学家通过对 同位素 C-14 的年代进行校正，发现生物体中存在分馏效应，这种分馏效应促使生物体内的 同位素 C-13 水平与大气之间产生偏离，从而正式发现了同位素 C-13。至此，同位素 C-13 开始进入探索期。 （2）发展期（1987-2004 年） 1987 年， 美国 ISOTEC 公司通过在英国证券市场的首次公开发行筹集了扩产同位素 C- 13 的资本，同年美国 Xenia 公司耗资 320 万美元建设同位素 C-13 分离设备，这是当时规 模最大的同位素 C-13 设备。1990 年，ISOTEC 公司投资第一台超导 FT/NMR 光谱仪， 1992 年，美国 ISOTEC 公司购买了第二台超导 FT/NMR 光谱仪，首先实现了同位素 C-13 的量产。 1993 年， 美国 CIL 公司从 Merck Frost 手中收购了 MSD 同位素 C-13 资产。 1994 年，CIL 公司研究计划中心向学术界赠予了同位素 C-13 产品，以促进同位素 C-13 的快速 发展。1995 年，CIL 公司按照 cGMP 生产模式生产同位素 C-13，同年 CIL 公司的同位素 C-13 在 OJ Simpson 的“被控杀人案”中作为证据引入。1996 年，俄罗斯 Xenia 公司同 位素 C-13 分离设施的生产能力扩大， 以满足不断增长的需求。 1998 年， CIL 公司与日本大 冢制药公司合并， 以促进同位素 C-13 医疗诊断产品的联合开发。 1999 年， CIL 公司制定了 同位素 C-13PBDE 标准，将合成的同位素 C-13 标记的 CDC/NHANES 环戊烯化合物农药 用于探索农药暴露情况。 1987-2004 年， 同位素 C-13 技术逐渐趋于成熟， 为后续商业化奠 定基础。 （3）成熟期（2005 年至今） 2005 年，CIL 公司完成 15,000 平方英尺的 cGMP 实验室扩展，同时成立日本大冢公 司销售小组。2012 年，CIL 公司和 Xenia 公司合作建立新的同位素 C-13 分离系统，该系 统于 2012 年夏季完成，每年的同位素 C-13 容量增加到 420 公斤以上。CIL 公司于 201312 报告编号19RI0809 年建立了最先进的 cGMP 设施，大规模量产同位素 C-13 并供应全球。至此，同位素 C-13 全球供应量呈现指数上升（见图 2-2） 。 图 2-2 同位素 C-13 发展历程 来源：头豹研究院编辑整理 2.3 中国同位素 C-13 行业市场现状 目前，中国市场同位素 C-13 行业严重依赖进口。由于同位素 C-13 生产涉及核技术， 全球均有严格的技术保密要求和禁止技术输出的政策， 仅美国 ISOTEC 公司获得中国的原料 药许可证， 有 100 公斤的产能进入中国市场能进入中国 C-13 呼吸试验制药市场， 随着中美 贸易摩擦加大，原料进口严重制约中国同位素 C-13 行业的发展。譬如，中国部分医院由于 缺少 C-13 呼气检测试剂货源，需要中断或者延长检测分析周期，严重阻碍了呼气检测技术 的推广运用。中国同位素 C-13 生产企业要想摆脱被动的供给局面，需要相关机构积极建设 专用的同位素 C-13 规模化量产基地，加快开发基于低温精馏技术的相关制备，以降低同位 素 C-13 的进口依赖度。 同位素 C-13 产品的应用领域广阔，市场需求增长较快，属于高利润、高科技含量的高 新技术产品。 截至 2019 年 7 月， 中国仅中国同辐股份有限公司和上海化工研究院拥有自主13 报告编号19RI0809 研发成果并正在计划进行批量生产（见图 2-3） 。 图 2-3 同位素 C-13 行业现状 来源：头豹研究院编辑整理 2.4 同位素 C-13 生产流程 同位素 C-13 通过人工制备获取，获取方式有热扩散法、化学交换法、激光法、气体扩 散法、甲烷低温精馏技术及 CO 低温精馏技术等。其中，两种低温精馏技术是实现大规模工 业生产同位素 C-13 的唯一方法，例如美国的 CIL 公司、ISOTEC 公司采用 CO 低温精馏技 术生产同位素 C-13，东京瓦斯株式会社采用的甲烷低温精馏技术。低温精馏技术是利用同 位素原子或分子蒸汽压的微小差异， 实现同位素的分离， 分离系数为二组分饱和蒸汽压之比。 同位素 C-13 低温精馏技术总流程分为四个部分： （1）第一部分：原料气供应单元 在低温精馏时， 高沸点组分容易凝结堵塞管道， 影响低温精馏的长期运行， 所以在原料 气进入低温精馏塔之前必须在原料气供应单元内将工业CO原料气中的高沸点杂质成分O 2 、 H 2 O、CO 2 脱除至低于 1ppm 以下。 （2）第二部分：低温精馏塔构成“级联单元” 14 报告编号19RI0809 由四座低温精馏塔首尾相连组成“级联系统” ，塔与塔之间通过“级联泵”实现物料输 送。将净化的原料气加入到低温精馏级联塔内并进行同位素 C-13 的浓缩富集，通过级联单 元将同位素 C-13 从天然的 1.1%丰度提升至丰度为 99.0%。 （3）第三部分：液氮及氮气系统 低温精馏需要消耗大量的冷能，系统采用液氮作为制冷剂冷却 CO 气体，由液氮储槽、 氮气真空泵、高效换热器等组成低温冷却系统单元。 （4）第四部分：应急及尾气系统单元 将“级联塔”产生的浓缩 CO 尾气返回至尾气系统单元，同时将低温精馏塔内物料输送 至 CO 应急缓冲罐内储存， 待尾气处理完成后再返回至低温精馏塔内进行同位素 C-13 的浓 缩富集（见错误!未找到引用源。 ） 。 图 2-5 同位素 C-13 生产流程 来源：头豹研究院编辑整理 中国由于同位素发展较晚， 低温精馏技术对于同位素生产企业来说成本较高、 技术要求 难以满足，因此较少企业参与同位素 C-13 的研究生产，目前只有上海化工研究院、中国同 辐股份有限公司拥有自主生产能力，其他企业同位素 C-13 均依赖于进口。上海化工研究院 采用的是 CO 低温精馏技术生产同位素 C-13，是以 CO 为原料，采用特殊结构的填料工业 塔代替填料多管塔， 开发了易于放大的同位素 C-13 分离填料、 分离效率高、 简化工艺流程、15 报告编号19RI0809 操作费用低。 2.5 中国同位素 C-13 行业产业链 同位素 C-13 产业链的上游参与者是同位素 C-13 生产厂商，目前以欧美厂商为主，中 国企业暂时无量产能力， 仅中国同辐股份有限公司、 上海化工研究院拥有自主研发成果并正 在计划进行批量生产。同位素 C-13 产业链中游由 C-13 呼气检测仪生产商构成，C-13 呼 气试验被推荐为诊断 HP 的“金标准”之一且市场景气度较高，成长空间较大。同位素 C- 13 产业链下游主体有医院、健康医疗检测等机构，随着群众体检意识的加强，未来中国对 于 C-13 呼气检测仪的需求量将会不断增加（见图 2-4） 。 图 2-4 同位素 C-13 产业链 来源：头豹研究院编辑整理 16 报告编号19RI0809 2.5.1 上游分析 同位素 C-13 产业链上游参与者是同位素 C-13 生产厂商，目前，全球掌握该项技术的 国家有美国、俄罗斯、日本、英国和罗马尼亚。例如美国 CIL 公司、美国 ISOTEC 公司、美 国 Los Alamos 实验室、 英国 Harwell 原子能研究中心、 俄罗斯梯比利斯实验室、 日本东京 瓦斯株式会社、俄罗斯库尔恰托夫研究所科学中心及罗马尼亚国家同位素与分子技术研究 所。其中产能最大的生产厂商美国 CIL 公司采用 CO 低温精馏技术制造的丰度在 99%的同 位素 C-13 规模达到 420 公斤/年、美国 ISOTEC 公司 CO 低温精馏技术制造的规模为 200 公斤/年、日本 TOKYO GAS 公司采用的甲烷低温精馏法生产同位素 C-13 规模为 100 公斤 /年、俄罗斯 SONIC 公司生产同位素 C-13 规模为 50 公斤/年、罗马尼亚、格鲁吉亚生产同 位素 C-13 规模为 50 公斤/年、Spectra Gas 公司同位素 C-13 产量 50 公斤/年。目前，全 球同位素 C-13 总产能约 870 公斤/年。全球同位素 C-13 生产厂商正在积极扩产以满足日 益增长的市场需求。 依照同位素的价格趋势来看， 伴随着市场需求的持续增长， 供给紧缺问 题势必将引导市场价格持续走高（见图 2-5） 。 17 报告编号19RI0809 图 2-5 2018 年同位素产量分布图 来源：头豹研究院编辑整理 目前，国际市场上的同位素 C-13 的销售价格在 1,000-1,500 元/克，并且长期稳定在 这个价格范围。随着上海化工研究院、中国同辐股份有限公司投产，两家企业的同位素 C- 13 成本价格将在 200-250 元/克，上游企业对于同位素 C-13 行业拥有强议价能力，两家 公司获利空间在 750-1,250 元/克。上海化工研究院、中国同辐股份有限公司在同位素 C- 13 项目的实施可填补中国此类产品的空白，满足中国健康医疗等方面日益增长的需要，经 济效益显著（见图 2-6） 。 18 报告编号19RI0809 图 2-6 2018 年同位素 C-13 上游价格成分分析 来源：头豹研究院编辑整理 2.5.2 中游分析 同位素 C-13 产业链中游由 C-13 呼气检测仪生产商构成。同位素 C-13 呼气试验是目 前公认的诊断 HP 及评估其治疗效果的良好手段，HP 已被明确认为是引起消化性溃疡、胃 癌、慢性胃炎、消化不良等常见病的致病因子。因此，检测出是否感染此菌并对症下药，将 减少胃肠道炎症和溃疡等疾病的机会。 同位素C-13呼气试验的原理是通过口服C-13胶囊， 进入胃部后，如果胃部存在 HP，则此菌就会分解尿素酶水解尿素，尿素被水解后形成 CO 随血液进入肺部并以气体排出，然后检测患者呼出的气体中有没有被标记的 C-13。慢性胃 炎患者 HP 的检出率在 50-80%。同位素 C-13 呼气试验优点在于快速、无痛苦，只需呼气 并测定呼气成份，就能检测出是否有 HP，准确度高达 97%，中游 C-13 呼气检测仪生产商 提供给医疗机构一套 C-13 呼吸检测试剂盒的价格的成本在 80-100 元人民币、一套 C-14 呼吸检测试剂盒的价格的成本在 40-50 元人民币，因此中游具有较强的议价能力（见图 2-7） 。 图 2-7 同位素 C-13 人体反应流程