【TiPLab IVD类医疗器械之分子诊断】基于PCR仪器的技术与专利分析之Thermo Fisher篇（上）

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医疗器械专利研究系列之#分子诊断系列#
<hr/>文章摘要（全文链接在下方）：
一、Thermo Fisher步入专业诊断领域之路

1.1 Thermo Fisher的并购扩张
Thermo Fisher（赛默飞世尔科技，简称赛默飞世尔或赛默飞）是全球科学服务领域的领导者，其产品主要包括分析仪器、实验室设备、试剂、耗材、及配套软件等。Thermo Fisher面向医院、医药生物公司、科研院所、环境与工业过程控制装备制造商等客户，帮助客户解决在分析化学领域从常规的测试到复杂的研发项目中遇到的各种挑战。
Thermo Fisher前身是于1956年成立的热电公司Thermo Electron Corporation，其成立早期专注于仪器的生产制造和销售，并不涉及生命科学相关业务。
Thermo Fisher现如今之所以能够成为生命科学和仪器行业里的一艘巨大“航母”，与其并购商业战略是分不开的。自成立以来，该公司进行了一次次并购案，以重组构建其核心业务并出售其非核心业务。由于其参与的并购案太多，甚至连公司内部人员都无法准确的列出。
在Thermo Fisher的并购历史中，2006年是一个重要的年份，热电公司Thermo Electron Corporation以106亿美金收购比它年收入更高的Fisher（飞世尔科技），并更名为Thermo Fisher，这项收购后来也被誉为“蛇吞象”的收购，也是这项收购使得Thermo Fisher步入全球科学服务领域。在此之后，Thermo Fisher的并购战略中明显将生命科学与专业诊断领域视为其日后拓展的重点市场。


Thermo Fisher进入分子诊断领域的契机是在2013年，当年Thermo Fisher以136亿美金收购全球性生物技术公司Life Technologies，此次收购案使其一跃成为了行业内的体量最大的跨国集团。颇有意味的是，Life Technologies被收购时正是其推出Quant Studio 3D数字PCR系统时机，推测认为，正是因为Life Technologies在PCR技术上的优势吸引了Thermo Fisher持重金相邀。
1.2 Life Technologies：Thermo Fisher PCR领域代言人
在被Thermo Fisher收购之前，作为一家全球领先的生物技术公司，Life Technologies也是依靠着不停的重组和并购而发展壮大起来的，其公司部分收购历史如下图所示：



Life Technologies主要生产用于分子诊断和研究使用的产品，包括Applied Biosystems、Ion Torrent、Invitrogen、Gibco、Ambion、Molecular Probes和Taqman等品牌仪器。旗下的Applied Biosystems（简称ABI）于1996年便推出第一台qPCR仪，在2013年下半年被Thermo Fisher收购的同年，推出了Quant Studio 3D数字PCR系统。
二、PCR产品技术与专利分析

聚合酶链反应（PCR）是一种用来将目标DNA序列扩增至百万拷贝数的常用分子生物学实验技术。Thermo Fisher借助Life Technologies公司提供PCR耗材、PCR反应相关的酶和试剂、PCR热循环仪、实时荧光定量PCR系统、数字PCR系统等。
2.1 PCR热循环仪
PCR热循环仪是依赖于温度控制自动化完成的靶标扩增的仪器。由于技术起步较早，发展至今已经是很成熟的技术了。现有的PCR热循环仪基本上普遍使用的是Peltier模块，Peltier模块通过控制电流的方向实现加热和冷却的功能。Thermo Fisher所提供的PCR热循环仪的优势主要在于应用VeriFlex温度控制技术，准确性高，另外提供不同通量的PCR热循环仪以供用户根据需求进行选择。
Thermo Fisher提供的PCR热循环仪产品对比列表：


Thermo Fisher提供的PCR热循环仪应用VeriFlex温度控制优化技术，从热模块和温控算法提升两个方面进行温度控制优化，提高了PCR反应精准度并降低PCR运行时间。
2.1.1 VeriFlex热模块

在热模块上，Thermo Fisher就其VeriFlex热模块进行了全球专利布局，涉及以下专利为代表的专利家族：CA2922854A1、CN105813754B、EP3046671A1、JP6655539B2、KR1020160055248A、MX2016003395A、SG11201601275UA、US20160214110A1、US10835901B2、WO2015039014A1等。
比如在PCR热循环仪中，由于金属热模块为一个整体受计算机控制产生相同的温度变化以使得样本溶液进行PCR扩增反应，但金属热模块改变温度时可能并不是一致和均匀的，从而致使一些样本在周期的特定时间具有不同于其它样本的温度。


为解决这些温差以及热传递的延迟可能致使PCR过程在各个样本容器之间不同的问题。以专利US10835901B2为代表的家族采用一种绝热的独立热模块来取代单一的模块，各个热模块彼此独立操作，从而在整个样本块中提供基本上均匀的温度分布。
2.1.2 温度控制算法

温度控制优化算法上，Thermo Fisher就其快速PCR温度控制算法进行了全球专利布局，涉及以下专利为代表的专利家族：US10493419B2、EP2137319A1、EP2137319A4、EP2137319B1、US20150044727A1、US8871470B2、WO2008116184A1等。
例如：PCR扩增反应的一个周期的每个阶段包括最佳温度保持阶段和非最佳温度的过渡阶段。一方面，过渡阶段时间过长，在PCR反应的积累下，扩增所需时间大大增加；另一方面，采用过冲策略减少反应时间的挑战在于如何保持所有样品之间温度的一致性并且使得样品能够精确地升高或降低到目标温度。


US20150044727A1家族中采用如图左侧流程进行温度控制，通过预估样本反应达到目标设定温度的时间间隔进行热模块的动态温度控制。一方面能够减少反应时间，另一方面使得热模块和样品能够同时达到如图右侧中的最高目标温度Target setpoint 2或同时达到如图右侧中的最低目标温度Target setpoint 1，提高了反应的精准度。


后续TiPLaber也将继续围绕Thermo Fisher所提供的实时PCR系统和数字PCR系统进行研究。
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