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生物科學(xué)儀器行業(yè)應(yīng)用前景分析（附報(bào)告目錄）

1、生物科學(xué)儀器行業(yè)概況

按照現(xiàn)代生物工程的分類(lèi)，生物科學(xué)儀器主要應(yīng)用于其中的基因工程與細(xì)胞工程等領(lǐng)域，具體應(yīng)用領(lǐng)域包括高校、科研單位的生物實(shí)驗(yàn)室及生物工程產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域（如生物醫(yī)藥、農(nóng)牧漁業(yè)、食品輕工、能源開(kāi)發(fā)、化學(xué)工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等）。

相關(guān)報(bào)告：北京普華有策信息咨詢(xún)有限公司《2020-2026年中國(guó)生物科學(xué)儀器行業(yè)投資前景專(zhuān)項(xiàng)報(bào)告》

2、生物樣品前處理設(shè)備

（1）生物樣品前處理過(guò)程

生物樣品前處理是生物技術(shù)研究的前提，它是從生物樣品中提取所需目的產(chǎn)物的過(guò)程。前處理的生物樣品種類(lèi)主要是各種生物反應(yīng)的懸浮液，如動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)液、植物細(xì)胞培養(yǎng)液、微生物發(fā)酵液、動(dòng)物血液、乳液和動(dòng)植物組織提取液等。

在樣品前處理過(guò)程中，細(xì)胞破碎是其中的核心環(huán)節(jié)。細(xì)胞破碎是指利用外力破壞細(xì)胞膜與細(xì)胞壁，使胞內(nèi)產(chǎn)物釋放出來(lái)的技術(shù)，是分離提取細(xì)胞內(nèi)目的產(chǎn)物的基礎(chǔ)。

分離提純某一目的產(chǎn)物時(shí)，首先要把生物樣品從組織或細(xì)胞中釋放出來(lái)并保持原來(lái)的天然狀態(tài)，不喪失活性，因此要采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒔M織或細(xì)胞破碎。不同的生物體或同一生物體不同部位的組織，其細(xì)胞破碎的難度不同，使用的方法也不相同，如動(dòng)物臟器的細(xì)胞膜較脆弱，容易破碎；植物和微生物由于具有較堅(jiān)固的纖維素、半纖維素組成的細(xì)胞壁，要采取專(zhuān)門(mén)的細(xì)胞破碎方法。

為適應(yīng)不同用途和不同類(lèi)型的細(xì)胞壁破碎，目前已發(fā)展了多種細(xì)胞破碎方法。根據(jù)作用方式不同，基本可以分為兩大類(lèi)，即機(jī)械法與非機(jī)械法。機(jī)械法包括超聲波法、高壓勻漿法、研磨法、珠磨法、壓榨法等；非機(jī)械法包括溶脹法、凍融法、酶溶法、化學(xué)制劑法等。

（2）細(xì)胞破碎設(shè)備

①超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)

超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)由超聲波發(fā)生器與換能器組成。實(shí)施細(xì)胞破碎時(shí)，超聲波發(fā)生器將 50HZ、220V 市電轉(zhuǎn)變?yōu)?15～25KHz 的電能供給換能器，換能器隨之做縱向機(jī)械運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)波通過(guò)浸入在生物溶液中的變幅桿產(chǎn)生空化效應(yīng)，激發(fā)介質(zhì)里的生物微粒劇烈震動(dòng)，引起的沖擊波與剪切力使細(xì)胞破碎。其中空化現(xiàn)象是在強(qiáng)超聲波作用下，氣泡形成、長(zhǎng)大與破碎的現(xiàn)象。

超聲破碎的效率與聲頻、聲能、處理時(shí)間、細(xì)胞濃度及菌種類(lèi)型等因素有關(guān)，一般輸出功率越大，破碎作用越強(qiáng)；降低細(xì)胞濃度，更有利于細(xì)胞破碎；采用短時(shí)多次超聲波輻射的工作方式有利于細(xì)胞破碎。

超聲波破碎法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、重復(fù)性較好、節(jié)省時(shí)間等。但超聲波產(chǎn)生的化學(xué)自由基團(tuán)容易導(dǎo)致某些敏感性物質(zhì)變性失活，且大容量裝置的聲能傳遞、散熱有困難，不適合大規(guī)模操作。

超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)可用于多種動(dòng)植物細(xì)胞、病毒、細(xì)菌及組織的破碎，同時(shí)可用來(lái)乳化、分離、勻化、提取、消泡、清洗、納米材料的制備、分散及加速化學(xué)反應(yīng)等，是目前高校、科研院所生物實(shí)驗(yàn)室及藥廠(chǎng)應(yīng)用最廣泛的細(xì)胞破碎設(shè)備。

②高壓細(xì)胞破碎機(jī)

高壓勻漿法是利用高壓使細(xì)胞懸浮液通過(guò)針形閥，由于突然減壓和高速?zèng)_擊撞擊，使細(xì)胞破碎的方法。細(xì)胞在這一系列高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中經(jīng)歷了剪切、碰撞及高壓到常壓的變化，使細(xì)胞產(chǎn)生較大的形變，導(dǎo)致細(xì)胞壁的破壞。對(duì)于難破碎的和高濃度的細(xì)胞，常采用多次循環(huán)破碎的方法。

影響高壓勻漿法破碎的主要因素是壓力、溫度和通過(guò)勻漿器的次數(shù)等。一般而言，增大壓力和增加破碎次數(shù)都可以提高破碎率，但當(dāng)壓力增大到一定程度后對(duì)密封圈的磨損較大，在工業(yè)生產(chǎn)中通常采用的壓力為 5-10Mpa。

（3）細(xì)胞均質(zhì)設(shè)備與清洗設(shè)備

在檢測(cè)食品、動(dòng)植物組織等樣品的某些指標(biāo)時(shí)，必須把原始樣品破碎、混勻?yàn)榫|(zhì)液，然后針對(duì)不同樣品選用合適的檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)。本公司生產(chǎn)的細(xì)胞均質(zhì)設(shè)備主要包括無(wú)菌均質(zhì)器、高壓均質(zhì)機(jī)、納米均質(zhì)機(jī)等。其中無(wú)菌均質(zhì)器又被稱(chēng)為拍打式勻漿器，廣泛用于動(dòng)物組織、生物樣品等均質(zhì)處理，在食品、藥品、化妝品、臨床、分子學(xué)、毒素及細(xì)菌檢測(cè)等領(lǐng)域均可應(yīng)用，特別適合于微生物檢測(cè)樣本的制備；高壓均質(zhì)機(jī)專(zhuān)門(mén)為配合發(fā)酵罐樣品的處理而設(shè)計(jì)，主要用于生物工程實(shí)驗(yàn)室、藥廠(chǎng)等規(guī)模處理樣品。

生物樣品的處理、制備過(guò)程中要用到大量的實(shí)驗(yàn)器皿，且大部分實(shí)驗(yàn)器皿均需重復(fù)使用，需要對(duì)初次使用或重新使用的實(shí)驗(yàn)器皿進(jìn)行徹底的清洗，且要根據(jù)器皿的組成材料不同，采用不同的清洗方法與設(shè)備。一般實(shí)驗(yàn)器皿的清洗包括浸泡、刷洗、浸酸與沖洗等步驟，清洗后的實(shí)驗(yàn)器皿不僅要求干凈、透明、無(wú)油脂，而且要徹底清除雜質(zhì)與微生物等，使器皿內(nèi)不殘留任何影響細(xì)胞生產(chǎn)的成分。

3、基因轉(zhuǎn)導(dǎo)設(shè)備

（1）基因工程操作過(guò)程

基因工程（轉(zhuǎn)基因技術(shù)）是生物工程的核心，它是將人工分離和修飾過(guò)的基因?qū)氲缴矬w基因組中，由于導(dǎo)入基因的表達(dá)，引起生物體性狀的可遺傳的修飾。通俗地說(shuō)，就是按照人們的意愿，把一種生物的個(gè)別基因復(fù)制出來(lái)，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀?；蚬こ逃猛緲O為廣泛，除構(gòu)建荃因工程菌用于生產(chǎn)蛋白質(zhì)類(lèi)藥物或疫苗外，還可用于構(gòu)建新物種，創(chuàng)造出自然界不存在的生物新性狀或全新物種(如轉(zhuǎn)基因動(dòng)物、植物和微生物等)，開(kāi)辟了短時(shí)間內(nèi)改造生物遺傳性能的新途徑，將以千萬(wàn)年為進(jìn)化單位的自然變異縮短為以幾十年為進(jìn)化單位的常規(guī)育種，再縮短到以幾年為進(jìn)化單位的基因工程育種。

（2）基因槍

基因槍導(dǎo)入法是通過(guò)動(dòng)力系統(tǒng)用包裹著 DNA 的金屬小顆粒轟擊受體組織，使 DNA 實(shí)現(xiàn)穿壁并被導(dǎo)入眾多細(xì)胞中（一般可以穿透 2-3 層細(xì)胞），隨機(jī)整合到受體細(xì)胞的基因組中，完成轉(zhuǎn)化過(guò)程。基因槍根據(jù)驅(qū)動(dòng)力可以分為 3 種基本類(lèi)型。

①火藥式基因槍。該基因槍是最原始的類(lèi)型，由美國(guó)康奈爾大學(xué) Sanford 等人于 1987 設(shè)計(jì)制造。這種基因槍自使用以來(lái)已先后將外源基因?qū)氲接衩?、小麥和水稻等多種植物材料中，獲得了瞬間的或穩(wěn)定的表達(dá)。它的主體由滑膛腔、真空轟擊室和阻彈部件構(gòu)成。塑料子彈的前端載有大量攜帶了外源目的基因的微彈，當(dāng)樣品爆炸時(shí)，子彈帶著微彈向下高速運(yùn)動(dòng)，至阻擋板時(shí)子彈被阻礙，其前端的微彈依靠慣性繼續(xù)高速運(yùn)動(dòng)，擊中轟擊室的靶細(xì)胞。該裝置的粒子速度主要通過(guò)貨樣的數(shù)量及速度調(diào)節(jié)器控制，不能無(wú)級(jí)調(diào)控，可控程度低。

②壓縮氣體型基因槍。該基因槍的動(dòng)力系統(tǒng)以氦氣、氮?dú)饣蚨趸简?qū)動(dòng)。一種方法是把載有外源目的基因的微彈懸滴在一張金屬篩網(wǎng)上，在高壓氣體的沖擊下，射入受體靶細(xì)胞；另一種方法是把外源目的基因與微彈混合后霧化，再由高壓氣體驅(qū)動(dòng)射入受體靶細(xì)胞，這種系統(tǒng)的靶范圍可精確控制到 0.15mm 左右。

③高壓放電型基因槍。該基因槍利用電加速器通過(guò)高壓放電將微彈射入受體靶細(xì)胞，其特點(diǎn)是可無(wú)級(jí)調(diào)控，通過(guò)調(diào)節(jié)放電電壓來(lái)控制粒子的入射速度。相比其他基因?qū)爰夹g(shù)，基因槍導(dǎo)入法的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在：

①無(wú)宿主限制，可應(yīng)用于動(dòng)物細(xì)胞、真菌、植物的組織、未成熟胚，甚至是未成熟的花絮等。

②靶受體類(lèi)型廣泛，不受基因型的限制，適用于不同的物種以及同一物種的不同品種。

③可以轉(zhuǎn)化線(xiàn)粒體、葉綠體等植物的不同細(xì)胞器。外源 DNA 進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后很難穿過(guò)雙層膜的細(xì)胞器，用基因槍技術(shù)轉(zhuǎn)化這類(lèi)細(xì)胞器，轉(zhuǎn)化頻率高、重復(fù)性好，是目前該領(lǐng)域研究中最常用和最有效的 DNA 導(dǎo)入技術(shù)。

④可以快速獲得第一代種子，方法簡(jiǎn)便易行?；驑屴D(zhuǎn)化法在無(wú)菌條件下用載有外源基因的金屬顆粒轟擊受體材料，便可以進(jìn)行篩選培養(yǎng)，不需要進(jìn)行原生質(zhì)體的制備分離與培養(yǎng)等繁瑣工作。

⑤可控程度高，采用高壓放電或高壓氣體驅(qū)動(dòng)，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，將金屬顆粒（載體）射入特定層次的細(xì)胞，提高了遺傳轉(zhuǎn)化的效率。但基因槍技術(shù)也有缺點(diǎn)，如應(yīng)用成本較高、基因槍轟擊的隨機(jī)性可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)化效率降低、轟擊過(guò)程中可能造成外源基因斷裂而導(dǎo)致插入的基因成為無(wú)活性的片段等。

從全球范圍來(lái)看，基因槍導(dǎo)入法在轉(zhuǎn)基因植物、轉(zhuǎn)基因藥物、生物反應(yīng)器、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物組織器官移植、基因治療及基因免疫方面均得到較為廣泛的應(yīng)用。我國(guó)的基因技術(shù)研究已有一定基礎(chǔ)，但基因轉(zhuǎn)導(dǎo)設(shè)備研究存在嚴(yán)重的滯后現(xiàn)象。如在農(nóng)業(yè)方面，水稻、玉米、甘蔗、草坪、松樹(shù)、茶葉、煙草的品種改良需要大量的功能基因?qū)牍ぷ鳎驑屧诎l(fā)達(dá)國(guó)家已獲得較廣泛的應(yīng)用，但我國(guó)在農(nóng)業(yè)方面的轉(zhuǎn)基因方法仍停留在農(nóng)桿菌方法，效率低、效果差、周轉(zhuǎn)長(zhǎng)，對(duì)全國(guó)性的玉米、大豆、棉花等增產(chǎn)作用有限。現(xiàn)在新疆、廣西、廣東等地都在積極試驗(yàn)轉(zhuǎn)基因工作，對(duì)基因槍的需求量持續(xù)增長(zhǎng)。在醫(yī)學(xué)上，基因疫苗用基因槍導(dǎo)入和對(duì)動(dòng)物的腫瘤基因治療，在國(guó)內(nèi)外都體現(xiàn)出良好的前景，有望成為人類(lèi)治療癌癥等疾病的有效手段。

（3）其他基因轉(zhuǎn)導(dǎo)設(shè)備

基因?qū)雰x廣泛應(yīng)用于各種動(dòng)物、植物細(xì)胞和微生物的電穿孔，也可作細(xì)胞雜交、融合、基因?qū)氲难芯康?；分子雜交儀可用于重組體的篩選；而細(xì)胞融合儀適用于細(xì)胞雜交、融合，可用于微生物學(xué)、動(dòng)物醫(yī)學(xué)、生物工程等方面的研究。利用細(xì)胞融合技術(shù)，不僅可以把同一物種的不同細(xì)胞進(jìn)行融合，還可以把不同物種的細(xì)胞融合在一起（如動(dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞的融合），從而培育出新的物種，這對(duì)創(chuàng)造新的動(dòng)植物和微生物品種具有重大意義。

4、行業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)情況

中國(guó)面臨日趨嚴(yán)峻的人口老齡化、食品安全保障、能源資源短缺、生態(tài)環(huán)境惡化等挑戰(zhàn)，為保障人口健康、糧食安全和推進(jìn)節(jié)能減排，亟需加快生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

生物技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用帶動(dòng)生物科學(xué)儀器行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與更新?lián)Q代，而后者也進(jìn)一步推動(dòng)生物技術(shù)的研究更具深度與廣度，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展。

伴隨著生物技術(shù)的研究逐漸從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，生物科學(xué)儀器的應(yīng)用空間也逐漸被打開(kāi)。目前生物科學(xué)儀器的主要應(yīng)用領(lǐng)域可以概括為 3 大類(lèi)：高校、科研單位的生物實(shí)驗(yàn)室；生物醫(yī)藥；其他產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域（如農(nóng)牧漁業(yè)、食品輕工、能源開(kāi)發(fā)、化學(xué)工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等）。

由于現(xiàn)代生物工程是最近幾十年崛起的新興產(chǎn)業(yè)，又是一門(mén)多學(xué)科縱橫交叉的綜合性產(chǎn)業(yè)，同時(shí)涵蓋基因工程、蛋白質(zhì)工程、酶工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程等諸多領(lǐng)域，使得生物科學(xué)儀器種類(lèi)繁多，且大多并未形成規(guī)模效應(yīng)，目前尚無(wú)權(quán)威的生物科學(xué)儀器市場(chǎng)規(guī)模統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但不難從主要應(yīng)用領(lǐng)域著手分析其市場(chǎng)規(guī)?，F(xiàn)狀及應(yīng)用前景。

（1）高校、科研單位生物實(shí)驗(yàn)室是重要應(yīng)用領(lǐng)域

高校、科研單位的生物實(shí)驗(yàn)室是生物科學(xué)儀器的基礎(chǔ)應(yīng)用領(lǐng)域。生物科學(xué)儀器的需求一方面來(lái)自于原有設(shè)備的更新?lián)Q代，另一方面來(lái)自于新建或改建的生物實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備采購(gòu)。

（2）生物醫(yī)藥是最先興起的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域

生物醫(yī)藥是目前生物工程技術(shù)最成熟、最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，約占整個(gè)生物工程產(chǎn)業(yè)的 70%。生物工程技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用的結(jié)果以及開(kāi)發(fā)出的產(chǎn)品，包括技術(shù)療法和服務(wù)手段、裝置等，都可以列為生物醫(yī)藥技術(shù)的范疇。生物醫(yī)藥主要包括基因工程藥物、基因工程疫苗、單克隆抗體診斷試劑和治療藥物、蛋白抑制劑、激活劑、基因診斷試劑、基因治療等。

（3）其他產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域前景廣闊

目前對(duì)生物技術(shù)的研究正處于從實(shí)驗(yàn)室加速走向產(chǎn)業(yè)化的過(guò)程中。生物技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛，除生物醫(yī)藥外，還涵蓋食品輕工、農(nóng)牧漁業(yè)、能源工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等眾多領(lǐng)域。如通過(guò)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，可極大地提高農(nóng)作物產(chǎn)量及其品質(zhì)，通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)可培育出抗寒、抗旱、抗鹽堿、抗病蟲(chóng)害等抗逆特性?xún)?yōu)良的作物新品種，從而改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、解決糧食短缺問(wèn)題；現(xiàn)代生物工程在解決能源危機(jī)、治理環(huán)境污染等方面也有著重要的作用。隨著生物技術(shù)的農(nóng)業(yè)與工業(yè)化應(yīng)用走向深入，將為生物科學(xué)儀器的發(fā)展提供廣闊的發(fā)展空間。

5、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)概況

從產(chǎn)業(yè)生命周期來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)生物科學(xué)儀器行業(yè)處于成長(zhǎng)期。生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化程度較低，該發(fā)展階段決定了中國(guó)生物產(chǎn)業(yè)存在行業(yè)管理機(jī)制不健全、市場(chǎng)準(zhǔn)入政策法規(guī)體系不完善、科研與產(chǎn)業(yè)結(jié)合不緊密等問(wèn)題。行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)化程度較高，但行業(yè)內(nèi)具備絕對(duì)優(yōu)勢(shì)、形成市場(chǎng)壟斷的大型企業(yè)尚未出現(xiàn)，企業(yè)規(guī)模普遍較小，行業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)主要集中在細(xì)分產(chǎn)品類(lèi)別的層面上。同時(shí)，由于國(guó)內(nèi)企業(yè)尚未形成規(guī)模效應(yīng)，大多數(shù)企業(yè)缺乏核心技術(shù)，國(guó)外著名品牌占據(jù)生物科學(xué)儀器的高端市場(chǎng)，僅少數(shù)國(guó)產(chǎn)品牌具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。

截至目前、行業(yè)內(nèi)具有一定市場(chǎng)地位及競(jìng)爭(zhēng)力的國(guó)內(nèi)企業(yè)包括優(yōu)萊博技術(shù)（北京）有限公司、寧波新芝生物科技股份有限公司、上海東富龍科技股份有限公司、山東新華醫(yī)療器械股份有限公司等；國(guó)際著名企業(yè)包括美國(guó) SONICS 公司、美國(guó)必能信（Branson）公司、美國(guó) BIO-RAD 公司、美國(guó) UVP 公司等。