均相光激化学发光是否优于电化学发光、酶促化学发光？

虎威将军

对于免疫诊断，罗氏的电化学发光被认为是目前最好的发光技术，但听说均相光激化学发光（LICA）是下一代发光技术。想请教有经验的人士，基于LICA技术的产品确实优于现有免疫诊断化学发光产品吗？性价比如何？有哪些企业做LICA的？

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队长是我

化学发光（CLIA），是IVD最大细分赛道，2023年国内市场规模或近500亿元。据迈瑞报道，其发光收入首次超过一家进口企业，进入TOP4行列。国内发光市场格局“4+5”大变。化学发光免疫分析技术，自1977年诞生至今，走过近半个世纪。五十年的风雨历程，许多风云人物、巨头新秀，隆重登场又黯然退场。国内发光市场兴起，已有二十年。大浪淘沙，至今国内依然有200余家发光企业。今天盘点化学发光的历史进程，以更好总结过往、阔步向前。
这是黄工撰写的第4篇，以化学发光为主题的原创文章。据不完全统计，三篇文章在全网各中文平台，累计阅读量超过20万人次，引起广泛讨论。
· 《国内化学发光仪器版图》
· 《化学发光将走向何方？》
· 《IVD小发光，谁更强？》
化学发光的历史进程，技术从第一代到第五代，走过了47年；仪器从单人份发光到小发光再到大发光，覆盖了低中高不同等级和规模的市场；发光企业创新，纷纷取得新突破，装机量和市值创新高；磁珠、底物、抗原和抗体等试剂关键原料，光电倍增管和加样针等仪器关键零部件，国产化率不断攀升，供应链更安全自主可控；试剂菜单从几项扩增至200多项，平均每年新增4项；肿标、甲功、传染病、激素等临床需求也在不断变化，全球发光市场规模从0到1500亿元左右；安徽牵头发光集采，市场格局大洗牌，优质企业抓住机遇将脱颖而出。

第一章：技术的进程：一到五代发光大PK

1977年，Halman等将化学反应系统与免疫系统相结合，创建了化学发光免疫分析法(chemiluminescence immunoassay，CLIA)，以检测抗原或抗体。它既有免疫反应的特异性，又具有化学发光反应的高敏感性。它将发光物质和酶标记在抗原或者抗体上，免疫反应结束后，加入氧化剂或酶底物而发光，通过测量发光强度，根据标准曲线测定待检测物的浓度。
1990年，Leland等人，以电子得失过程中的电位差做能量激发源，建立了电化学发光免疫分析系统(electrochemiluminescence immunoassay，ECLIA)。IGEN公司（美国马里兰州洛克威尔公司）推出了采用电化学发光技术的商品化仪器和试剂。1990年和1991年，IGEN公司分别与ESAI公司（日本）和罗氏公司签订协议，共同发展免疫检验项目，并授予它们ECL技术的使用权。
1994年，Ullman等最初报道了均相、一步、免清洗和高通量的独特检测方法，即光激化学发光技术(Luminescent oxygenchanneling immunoassay，LOCI)技术，美国德灵公司研发成功，后由Perkin Elmer公司生产出相关试剂(AlphaScreen)，西门子公司生产出免疫诊断试剂（LOCI）。
2013年，由贝克曼库尔特子公司Lumigen Inc.在JACS报道了一种全新的完全均相化学发光免疫分析方法，后被命名为SPARCL（Spatial Proximity Analyte Reagent Capture Luminescence，空间邻近化学发光）。


据黄工去年统计，国内309家发光企业，有超过一半采用酶促化学发光法，163家，占53%；有1/3的企业，采用直接化学发光法，98家，占32%；电化学发光8家，仅占2%；光激化学发光6家，仅占2%；直接法、酶促法都兼容的，有8家，占3%，主要是化学发光CMDO/OEM企业。
目前国内主流化学发光体系（发光底物+标记物）为：AMPPD+ALP和吖啶酯（AE）。163家采用酶促化学发光的企业，有109家的发光体系为AMPPD+ALP（碱性磷酸酶），占66.87%；98家采用直接化学发光的企业，有92家的发光体系为吖啶酯（AE），占93.88%。309家化学发光企业中，注册有仪器的166家，占53.72%；注册有试剂的254家，占82.2%；同时拥有化学发光仪器和试剂的，则有116家，占37.54%。经合并子公司，保留有50%以上控股权的母公司，国内大约有244家企业，有化学发光业务。

第二章：产品的进程：仪器形态和试剂菜单

化学发光技术诞生后（1977），从技术到产业化，即全球第一台化学发光免疫分析仪的批准上市（1990），走过了13年。全球化学发光市场，过去半个世纪，仪器产品形态发生诸多变化和迭代，可以从两个维度了解。
维度一：自动化（测速）

• 化学发光1.0：手工或半自动时代。仪器所有实验步骤靠人工完成，人工加样、洗板、孵育等环节，前期人工完成，最后仪器检测并输出结果。这时的技术路线，主要是板式化学发光。自1996年起，到2010年第一代全自动机型出现，才渐渐退出市场。
  
• 化学发光2.0：低速全自动时代。已从板式发光，过渡到磁微粒化学发光，新产品的速度在几十到一两百速。
  
• 化学发光3.0：中高速全自动时代。是大型化学发光，速度300~600T/H，仪器规格尺寸增大，可自动进样、加样，装卸样本。直接读取检测数值。
  
• 化学发光4.0：超高速全自动时代。速度在800~1000T/H左右。可以多模块级联，或者和生化仪联机形成高速生免流水线。
  

维度二：试剂产品形态
结合仪器尺寸、试剂形态、进样方式等，国内化学发光仪器形态，形成了两条相异的发展路线：一大一小。在2003年外企进入中国市场前，国内是以板式为主的，半自动化学发光仪器。2003~2008年期间，罗雅贝西等争相涌入国内，对板式发光冲击极大。随着磁性纳米材料、抗原抗体、仪器工业制造水平等多要素的进步，加之外企的冲击，让许多发光企业，转向或直接进入磁微粒管式化学发光的研发。
2010年，经过近10年研发和沉淀，新产业第一台磁微粒全自动化学发光仪器上市，这是国内第一台磁微粒全自动管式化学发光仪器。此时，由板式发光时代，进入了管式发光时代；由手工半自动，进入全自动时代。到2012年，随着经济的高速发展、医疗体系的改革、城镇化发展的快速推进，许多人涌入大城市，同时对医疗水平、诊疗效率提出更高要求。大型医院检验科、中心实验室模式，是这个时代的产物。因为检测标本多，对仪器的测速、效率，是希望越快越好。这加速了大型全自动、超高速化学发光的演变。
也是在2012年前后，医疗科技、社会条件、医疗体系等发生重大变化，POCT概念引入国内。业内纷纷在考虑，POCT+化学发光的技术组合，能产生怎样的火花。这样的思考，产生了小型化学发光（小发光）的仪器产品形态。2018年前后，日本三菱化学集团的PATHFAST系统被引入国内，同时还有法国生物梅里埃（BioMérieux）VIDAS系统。这两款产品的特点，除了体积小外，更突出的特点是试剂可以单人份上机使用。PATHFAST的试剂盒类似于船形。试剂盒的表面用铝箔密封，每个试剂盒上都印有条形码。条形码包含分析项目、批号、有效期和其他标识信息。这是另一条发光进化路线。
基于公众号平台有关IVD历史文章、相关企业官网、NMPA数据库、证券机构研报、IVD蓝皮书和化学发光有关书籍报告，综合这些渠道的信息，将一部分化学发光免疫分析仪，新产品上市或进入中国的年份，按照编年体形式从古到今做排列梳理。经多方校对，仍有部分信息难以确认真实性、准确性，故暂列出来。大家看到后，有相对权威准确的信息，欢迎留言指正。黄工后续补充完善后，再择机发布新的版本。


上述两个维度，分析了化学发光仪器品类和性能的演变方向。作为化学发光的重要企业，热景生物成立的近20年里，相继布局完善了全场景的发光技术平台，涵盖了单人份发光、小发光、大发光等，不同规格大小、产品形态、应用场景、目标市场的全系列发光仪器。下图是热景的代表性发光平台。



↑图：热景生物全场景化学发光平台一览

2021年，热景小发光C900获批上市，完成了化学发光仪器拼图中的重要一块。这款小发光仪器，方法学与大发光相同，多重质控，批内CV≤8%。支持原始管上样，1根钢针可完成取样本和试剂。支持一次5个样本架，每个样本架支持5个样本位，可同时实现25个样本的测试。试剂船位10个，盒装反应杯180个（2拖*90个）。最大检测通量达100个测试/小时，第一个结果大概17.5~18分钟，后面36秒一个测试。总体的规格尺寸不大，宽×深×高：64cm×78cm×66cm，同时拥有心肌、炎症、肿标等100多项注册证，适用于检验科、胸痛中心和各临床科室。整机重量为65kg。



↑图：热景生物小发光C900产品图示

经过半个世纪的发展，化学发光试剂，也进行了四次迭代：

• 第一代试剂：以异鲁米诺为发光标记物，采用CLIA方法，代表企业为意大利索灵公司（DiaSorin）。
  
• 第二代试剂：采用CIEIA，采用辣根酶标记鲁米诺为发光标记物，代表企业为强生公司。
  
• 第三代试剂：采用CLIA用吖啶酯为标记物的试剂，代表企业为雅培、西门子；采用CIEI以碱性磷酸酶标记AMPPD为发光物的试剂，代表企业为贝克曼、西门子等。
  
• 第四代试剂：电化学发光试剂，代表企业为罗氏。在 1996 年推出，其专利已经在 2016年过期，国内普门科技等已在电化学发光领域进行布局。
  

第三章：临床的进程：终端需求的变化

化学发光，因为其化学发光免疫检验具有特异性强、灵敏度高、快速、可定量、检测范围广、自动化程度高的优势，逐步实现了对酶联免疫检验的替代成为免疫诊断的主流技术，广泛应用于传染病、肿瘤以及激素等领域的检测。化学发光灵敏度，理论上最高达10^-18mol/L，线性范围最高达6个数量级或以上，可以检测人体的超微量物质。



↑图：不同标志物浓度选择不同的检测方法（图：太平洋证券）

目前，化学发光的检测项目，已经非常广泛了，多达10几种，几百个标志物。包括：心肌标志物、脑损伤标志物、炎症、感染、甲状腺功能、肿瘤标志物、传染病、骨代谢、贫血、糖代谢、高血压、性激素等检验项目。



↑图：化学发光检验项目和标志物局部列示（图：太平洋证券）

化学发光检测市场中，肿瘤、传染病、甲功、激素的常规项目占据了70%以上的份额，而这几类检测套餐分别对应的是罗氏、雅培、贝克曼、西门子的强项。这里以罗氏为例。罗氏：以电化学发光为其核心技术，属于该领域的领头羊，具有检测项目多、速度快、覆盖范围广等特点。肿瘤标志物属于其拳头产品，市场推广以学术推广为主要风格，样本量达到一定数量的医院厂家派人驻点直销。项目范围涵盖齐全，包括甲状腺功能、激素、过敏、唐氏综合征、糖尿病、贫血、先兆子痫、肿瘤标志物、心肌标志物、浓毒血症、移植药物、传染性疾病、传染性疾病、骨标志物和自身免疫等 10几种菜单。从罗氏两份化学发光菜单的变化，可以一窥临床需求的转变。



↑图：罗氏2015年化学发光菜单



↑图：罗氏2023年化学发光菜单

在研究化学发光菜单时，有一家企业应该值得关注。据热景2023财报，其在2023年新增二类国内医疗器械注册证 8 项：化学发光平台新增 5 项，上转发光平台新增3 项。公司重磅推出心肌标志物：B 型钠尿肽（BNP）测定试剂盒（磁微粒化学发光免疫分析法），肿瘤标志物：血管内皮生长因子测定试剂盒（磁微粒化学发光免疫分析法），骨代谢两项：β-胶原特殊序列测定试剂盒（磁微粒化学发光免疫分析法）和总 I 型胶原氨基端延长肽测定试剂盒（磁微粒化学发光免疫分析法）。化学发光免疫分析仪 C900 ，获河北省高新技术企业协会授予的高新技术产品奖项。
热景C2000 和 C3000 全自动化学免疫分析仪，通过肝癌三项、GP73 及细胞因子等独家及特色项目，建立差异化优势快速抢占三级医院市场，带动常规化学发光试剂的销售。C2000、C3000 全自动化学发光免疫分析仪具有全自动、高通量、可联机的特点，是目前国内检测肝癌三项通量最高的化学发光免疫分析仪，可以更好满足三级医院的检测需求。下一代设备通量达 600T/小时 C6000 全自动化学发光免疫分析仪已经上市。截至2023年底，C2000 和 C3000两款仪器已装机 550 余台，新增装机 180 余台。截至2024年6月，热景生物化学发光试剂注册证，超过100个。详见下表。



第四章：市场的进程：20年间从0到500亿

据天风证券的研究，2003~2013年，短短10年，国内化学发光市场容量突破100亿，随着可检测项目的逐步丰富和开发，发光市场仍然以每2年翻一倍的速度扩张。2015 年化学发光中国市场容量约为160 亿元，当时国内常见品牌约15 家，其中 10家为进口企业，占据90%市场份额。2023年，国内化学发光市场规模，突破500亿元。20年间，从0到500亿的大突破！



↑图：化学发光外企进入中国市场年历表（2003~2014）

俗话说，水涨船高。随着国内发光市场持续扩容，热景凭借强的技术研发实力、对市场需求的快速响应、终端渠道和学术培训的良好实施，热景近4年大发光平台营收复合增速，高达79.54%；小发光平台营收复合增速，也达到了44.84%。2023年，热景化学发光收入3.09亿元，同比增长45%。发光平台合计营收复合增速53.06%，化学发光业务增长迅速。其中：（1）大发光平台（C2000、C3000 等 C 系列试剂）实现营业收入 10,622.09万元，同比增长 55.54%；（2）小发光平台（MQ60 系列试剂）实现营业收入 20,290.25 万元，同比增长 39.98%；磁微粒化学发光技术平台营业收入占比从上年度的 72.42%增长到 81.37%。



↑图：热景2020~2023年发光收入对比（图：热景官方公众号）

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化学发光是免疫诊断当中，目前在临床上应用最为广泛，技术最为先进的技术手段之一，其主要利用抗原与抗体的免疫反应，在发光底物的激发下，发出光信号，达到对待测样本进行定量或者半定量的检测方法。其中抗原抗体是化学发光试剂最为核心，最为重要的原料，其质量直接影响试剂的质量。在进行化学发光试剂研发，如何选择抗原抗体，其质量评价指标有哪些，本文带你了解抗体的那些事儿。

抗体
抗体：抗体是机体在抗原的刺激下，经免疫应答反应，由免疫细胞分泌的特异性识别抗原的物质。



抗体结构：
抗体是Y型的蛋白质，由四条多肽链组成，两条相同的短链称为轻链（L链），两条相同的长链称为重链（H链），以二硫键连接而成。
可变区域：四条多肽链的N末端序列有成千上百种可能，故将其称为可变区域，可变区域（V）参与抗原的结合。
恒定区：抗体其他区域在同一物种的不同抗体中排列几乎相同，称为恒定区，恒定区（C区）负责决定抗体在免疫反应中拥有相同的抗原性。
抗体分类：
基于技术发展进程，抗体可分为多克隆抗体、单克隆抗体、基因工程抗体，其中，基因工程抗体又分为嵌合抗体、小分子抗体、双特异性抗体、抗体偶联物、抗体融合蛋白。




抗原与抗体的联系
抗原-抗体反应（antigen  antibodyreaction），是抗原和对应抗体在一定条件下特异结合形成可逆性抗原-抗体复合物的过程。化学发光也是利用抗原与抗体之间特异性结合的特点，定量或者半定量检测相关临床指标，为疾病诊断预防控制提供相关依据。



化学发光
化学发光免疫分析(chemiluminescence immunoassay,CLIA)，是将具有高灵敏度的化学发光测定技术与高特异性的免疫反应相结合，用于各种抗原、半抗原、抗体、激素、酶、脂肪酸、维生素和药物等的检测分析技术。
化学发光包含免疫反应（抗原抗体特异性结合）和发光反应两个反应部分，发光反应是化学发光物质经催化剂的催化或氧化剂的氧化等反应过程释放光信号，出现发光现象的过程。




化学发光中的抗原和抗体
在化学发光检测试剂，抗原和抗体是最为核心的原料，抗原和抗体的质量直接影响成品试剂的质量，抗原抗体占据原料市场45%左右的市场份额。且在化学发光领域，由于检测试剂与仪器是封闭系统，也就导致上游原料的抗原和抗体无法通用，不同的仪器对应的试剂所需要的抗原和抗体的指标要求也不尽相同。正常情况下，在抗体的质量评价中主要有以下的评价指标：
抗体亲和力：
抗体与抗原表位或抗原决定簇之间的结合力称为抗体亲和力，体现了一个抗体分子和一个半抗原分子或抗原分子的一个决定簇起反应的能力。高亲和力抗体诊断原料并不代表高性能试剂，针对不同种类的标志物，对于亲和力的需求有一定差异。
线性范围：
指分析方法在给定范围内获取与样品中待测物浓度成正比的试验结果的能力，是反映分析方法检测范围和准确性的直接指标。
特异性：
指抗体单一性识别某种特定抗原的能力。特异性虽然不直接影响试剂整体反应性，但是却对于检测结果有着很重要的影响。
纯度：
在体外诊断试剂制备过程中，抗体标记效率与抗体的纯度有关。通常与细胞培养工艺和抗体纯化工艺所决定。
稳定性：
是指在特定的储存条件下，一定时间内抗体保持其活性的能力。在抗体修饰/偶联前的稳定性是抗体真实的稳定性，修饰/偶联后的抗体稳定性主要取决于制备工艺。翌圣生物是国内主要的IVD原料供应商，完善的研发质检售后体系，为您的试剂开发提供稳定的保障，可提供抗原抗体定制服务。

大力水手

光激化学发光（luminescent oxygen channeling immunite assay, LOCI）是结合纳米技术、免疫技术和化学发光技术的新技术，1994年被Ullman提出。在检测物的参与下，光敏分子和受体通过桥联耦合形式三明治结构而相互靠近，光敏分子受激发产生活性氧，活性氧扩散到邻近的受体使受体激发，从而释放出光子，达到无需任何洗涤的条件下检测待测物的目的。与现有elisa相比，该技术操作步骤少、反应速度快、特异性好、动态范围宽，样品需求量小，费用低，易于实现快速、自动化、高通量的检测，被广泛应用于靶分子检测、辅助疾病诊断、药物筛选、蛋白相互作用等方方面面，然而，由于专利保护和商业寡头等原因，该技术在过去的20年中发展缓慢。