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生物科學儀器行業(yè)應用前景分析（附報告目錄）

1、生物科學儀器行業(yè)概況

按照現(xiàn)代生物工程的分類，生物科學儀器主要應用于其中的基因工程與細胞工程等領(lǐng)域，具體應用領(lǐng)域包括高校、科研單位的生物實驗室及生物工程產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域（如生物醫(yī)藥、農(nóng)牧漁業(yè)、食品輕工、能源開發(fā)、化學工業(yè)、環(huán)境保護等）。

相關(guān)報告：北京普華有策信息咨詢有限公司《2020-2026年中國生物科學儀器行業(yè)投資前景專項報告》

2、生物樣品前處理設(shè)備

（1）生物樣品前處理過程

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)物的過程。前處理的生物樣品種類主要是各種生物反應的懸浮液，如動物細胞培養(yǎng)液、植物細胞培養(yǎng)液、微生物發(fā)酵液、動物血液、乳液和動植物組織提取液等。

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

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

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

（2）細胞破碎設(shè)備

①超聲波細胞粉碎機

超聲波細胞粉碎機由超聲波發(fā)生器與換能器組成。實施細胞破碎時，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械運動，振動波通過浸入在生物溶液中的變幅桿產(chǎn)生空化效應，激發(fā)介質(zhì)里的生物微粒劇烈震動，引起的沖擊波與剪切力使細胞破碎。其中空化現(xiàn)象是在強超聲波作用下，氣泡形成、長大與破碎的現(xiàn)象。

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

超聲波破碎法的優(yōu)點是操作簡單、重復性較好、節(jié)省時間等。但超聲波產(chǎn)生的化學自由基團容易導致某些敏感性物質(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。

超聲波細胞粉碎機可用于多種動植物細胞、病毒、細菌及組織的破碎，同時可用來乳化、分離、勻化、提取、消泡、清洗、納米材料的制備、分散及加速化學反應等，是目前高校、科研院所生物實驗室及藥廠應用最廣泛的細胞破碎設(shè)備。

②高壓細胞破碎機

高壓勻漿法是利用高壓使細胞懸浮液通過針形閥，由于突然減壓和高速沖擊撞擊，使細胞破碎的方法。細胞在這一系列高速運動過程中經(jīng)歷了剪切、碰撞及高壓到常壓的變化，使細胞產(chǎn)生較大的形變，導致細胞壁的破壞。對于難破碎的和高濃度的細胞，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，但當壓力增大到一定程度后對密封圈的磨損較大，在工業(yè)生產(chǎn)中通常采用的壓力為 5-10Mpa。

（3）細胞均質(zhì)設(shè)備與清洗設(shè)備

在檢測食品、動植物組織等樣品的某些指標時，必須把原始樣品破碎、混勻為均質(zhì)液，然后針對不同樣品選用合適的檢測方法進行檢測。本公司生產(chǎn)的細胞均質(zhì)設(shè)備主要包括無菌均質(zhì)器、高壓均質(zhì)機、納米均質(zhì)機等。其中無菌均質(zhì)器又被稱為拍打式勻漿器，廣泛用于動物組織、生物樣品等均質(zhì)處理，在食品、藥品、化妝品、臨床、分子學、毒素及細菌檢測等領(lǐng)域均可應用，特別適合于微生物檢測樣本的制備；高壓均質(zhì)機專門為配合發(fā)酵罐樣品的處理而設(shè)計，主要用于生物工程實驗室、藥廠等規(guī)模處理樣品。

生物樣品的處理、制備過程中要用到大量的實驗器皿，且大部分實驗器皿均需重復使用，需要對初次使用或重新使用的實驗器皿進行徹底的清洗，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。一般實驗器皿的清洗包括浸泡、刷洗、浸酸與沖洗等步驟，清洗后的實驗器皿不僅要求干凈、透明、無油脂，而且要徹底清除雜質(zhì)與微生物等，使器皿內(nèi)不殘留任何影響細胞生產(chǎn)的成分。

3、基因轉(zhuǎn)導設(shè)備

（1）基因工程操作過程

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的基因?qū)氲缴矬w基因組中，由于導入基因的表達，引起生物體性狀的可遺傳的修飾。通俗地說，就是按照人們的意愿，把一種生物的個別基因復制出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里，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)基因動物、植物和微生物等)，開辟了短時間內(nèi)改造生物遺傳性能的新途徑，將以千萬年為進化單位的自然變異縮短為以幾十年為進化單位的常規(guī)育種，再縮短到以幾年為進化單位的基因工程育種。

（2）基因槍

基因槍導入法是通過動力系統(tǒng)用包裹著 DNA 的金屬小顆粒轟擊受體組織，使 DNA 實現(xiàn)穿壁并被導入眾多細胞中（一般可以穿透 2-3 層細胞），隨機整合到受體細胞的基因組中，完成轉(zhuǎn)化過程?；驑尭鶕?jù)驅(qū)動力可以分為 3 種基本類型。

①火藥式基因槍。該基因槍是最原始的類型，由美國康奈爾大學 Sanford 等人于 1987 設(shè)計制造。這種基因槍自使用以來已先后將外源基因?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。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，當樣品爆炸時，子彈帶著微彈向下高速運動，至阻擋板時子彈被阻礙，其前端的微彈依靠慣性繼續(xù)高速運動，擊中轟擊室的靶細胞。該裝置的粒子速度主要通過貨樣的數(shù)量及速度調(diào)節(jié)器控制，不能無級調(diào)控，可控程度低。

②壓縮氣體型基因槍。該基因槍的動力系統(tǒng)以氦氣、氮氣或二氧化碳驅(qū)動。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)動射入受體靶細胞，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高壓放電將微彈射入受體靶細胞，其特點是可無級調(diào)控，通過調(diào)節(jié)放電電壓來控制粒子的入射速度。相比其他基因?qū)爰夹g(shù)，基因槍導入法的優(yōu)點主要表現(xiàn)在：

①無宿主限制，可應用于動物細胞、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)化線粒體、葉綠體等植物的不同細胞器。外源 DNA 進入細胞質(zhì)后很難穿過雙層膜的細胞器，用基因槍技術(shù)轉(zhuǎn)化這類細胞器，轉(zhuǎn)化頻率高、重復性好，是目前該領(lǐng)域研究中最常用和最有效的 DNA 導入技術(shù)。

④可以快速獲得第一代種子，方法簡便易行?；驑屴D(zhuǎn)化法在無菌條件下用載有外源基因的金屬顆粒轟擊受體材料，便可以進行篩選培養(yǎng)，不需要進行原生質(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，可根據(jù)實驗需要，將金屬顆粒（載體）射入特定層次的細胞，提高了遺傳轉(zhuǎn)化的效率。但基因槍技術(shù)也有缺點，如應用成本較高、基因槍轟擊的隨機性可能導致轉(zhuǎn)化效率降低、轟擊過程中可能造成外源基因斷裂而導致插入的基因成為無活性的片段等。

從全球范圍來看，基因槍導入法在轉(zhuǎn)基因植物、轉(zhuǎn)基因藥物、生物反應器、轉(zhuǎn)基因動物組織器官移植、基因治療及基因免疫方面均得到較為廣泛的應用。我國的基因技術(shù)研究已有一定基礎(chǔ)，但基因轉(zhuǎn)導設(shè)備研究存在嚴重的滯后現(xiàn)象。如在農(nóng)業(yè)方面，水稻、玉米、甘蔗、草坪、松樹、茶葉、煙草的品種改良需要大量的功能基因?qū)牍ぷ?，基因槍在發(fā)達國家已獲得較廣泛的應用，但我國在農(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，對全國性的玉米、大豆、棉花等增產(chǎn)作用有限?，F(xiàn)在新疆、廣西、廣東等地都在積極試驗轉(zhuǎn)基因工作，對基因槍的需求量持續(xù)增長。在醫(yī)學上，基因疫苗用基因槍導入和對動物的腫瘤基因治療，在國內(nèi)外都體現(xiàn)出良好的前景，有望成為人類治療癌癥等疾病的有效手段。

（3）其他基因轉(zhuǎn)導設(shè)備

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

4、行業(yè)應用市場情況

中國面臨日趨嚴峻的人口老齡化、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)展與廣泛應用帶動生物科學儀器行業(yè)的技術(shù)進步與更新?lián)Q代，而后者也進一步推動生物技術(shù)的研究更具深度與廣度，應用范圍不斷擴展。

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

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

（1）高校、科研單位生物實驗室是重要應用領(lǐng)域

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

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

生物醫(yī)藥是目前生物工程技術(shù)最成熟、最重要的應用領(lǐng)域，約占整個生物工程產(chǎn)業(yè)的 70%。生物工程技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域應用的結(jié)果以及開發(fā)出的產(chǎn)品，包括技術(shù)療法和服務手段、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)化應用領(lǐng)域前景廣闊

目前對生物技術(shù)的研究正處于從實驗室加速走向產(chǎn)業(yè)化的過程中。生物技術(shù)的應用范圍十分廣泛，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)、化學工業(yè)、冶金工業(yè)、環(huán)境保護等眾多領(lǐng)域。如通過現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的應用和發(fā)展，可極大地提高農(nóng)作物產(chǎn)量及其品質(zhì)，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)可培育出抗寒、抗旱、抗鹽堿、抗病蟲害等抗逆特性優(yōu)良的作物新品種，從而改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、解決糧食短缺問題；現(xiàn)代生物工程在解決能源危機、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)化應用走向深入，將為生物科學儀器的發(fā)展提供廣闊的發(fā)展空間。

5、市場競爭概況

從產(chǎn)業(yè)生命周期來看，目前國內(nèi)生物科學儀器行業(yè)處于成長期。生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化程度較低，該發(fā)展階段決定了中國生物產(chǎn)業(yè)存在行業(yè)管理機制不健全、市場準入政策法規(guī)體系不完善、科研與產(chǎn)業(yè)結(jié)合不緊密等問題。行業(yè)競爭的市場化程度較高，但行業(yè)內(nèi)具備絕對優(yōu)勢、形成市場壟斷的大型企業(yè)尚未出現(xiàn)，企業(yè)規(guī)模普遍較小，行業(yè)內(nèi)的競爭主要集中在細分產(chǎn)品類別的層面上。同時，由于國內(nèi)企業(yè)尚未形成規(guī)模效應，大多數(shù)企業(yè)缺乏核心技術(shù)，國外著名品牌占據(jù)生物科學儀器的高端市場，僅少數(shù)國產(chǎn)品牌具有較強競爭力。

截至目前、行業(yè)內(nèi)具有一定市場地位及競爭力的國內(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；國際著名企業(yè)包括美國 SONICS 公司、美國必能信（Branson）公司、美國 BIO-RAD 公司、美國 UVP 公司等。