质谱行业综述-临床质谱将成为黄金赛道

  质谱技术是一种经过测量离子质荷比，从而确定其质量与数量的定性定量分析办法，通常意义上是指大范围的应用于各个学科领域中通过制备、分离、检测气相离子来鉴定化合物的一种专门技术。

  在仪器检验测试过程中，不同质荷比阳离子会在不同位置留下短直线影像，类似光谱线。又因为这一些影像与它们的质量有关，所以被称为质谱，这种检验测试仪器就叫质谱仪。

  质谱分析具有灵敏度较高、样品用量少、分析速度快、分离和鉴定一起进行等优点，因此，质谱技术目前已经大范围的应用于科研、工业、环境、能源、医学、刑 侦等领域。按照应用划分，质谱的具体应用领域包括制药、环境监视测定、食品和 饮料检测、生物技术、工业化学等。

  质谱仪是一种通过一系列分析待测物质量获取其结构信息的仪器，基础原理为将分析样品（气体、液体、固相）电离为带电离子，这些离子被检测器检测后即可得到质荷比与相对强度的质谱图，进而推算出分析物中分子的质量。通过质谱图及分子量测量可以对分析物进行定性分析，利用检测到的离子强度能够直接进行精确的定量分析。

  质谱仪器主要由五部分所组成：样品导入系统、离子源、质量分析器、检测器、数据处理系统。。质谱仪器中重要的两个部分是离子源和质量分析器。

  随着各种离子化方法持续不断的发展，质谱分析技术广泛地应用于许多领域。多种离子化方法在分析应用价值上各具独特之处，其中既包括传统离子源如电子电离（EI）和化学电离（CI）技术，也包括新兴并大范围的应用的电喷雾电离（ESI）、大气压电离（API）、激光解吸电离（LDI）与基质辅助激光解吸电离（MALDI）等技术，这些技术除了有宽广的样品适合使用的范围与高灵敏度，还可与色谱仪联用以降低干扰。使用者可根据样品与被分析物的物理化学特性选用适当的离子化方法。

  不同的质量分析器均有其不同特性，质量分析器分为磁场式与电场式。磁场式分析器有扇形磁场质量分析器与傅里叶变换离子回旋共振质量分析器，电场式 分析器有飞行时间、四极杆、轨道阱等质量分析器，每种质量分析器都具有不一样的特性与功能。根据《质谱仪通用规范》，质谱仪根据核心部件质量分析器的不同，可大致分为飞行时间质谱仪、四极杆质谱仪、离子阱质谱仪、离子回旋共振质谱仪、磁质谱仪等类型。

  串联质谱（MS/MS）通常是指两个以上的质谱分析器借由空间或时间上联结在一起所组成的分析方式，常以英文缩写 MS/MS表示。在常见的串联质谱技术中，第一个质量分析器的功能通常为选择与分离前体离子，分离出的前体离子碎裂可产生离子群，传送至串接的第二个质量分析器中做多元化的分析，这些产物离子的质荷比信号在第二个质量分析器中被扫描检测后，就可以获得串联质谱图以进一步分析。

  目前串联质谱技术有两大主流应用，其一为应用于蛋白质组学中以自下而上的方式对酶水解后的多肽进行氨基酸的序列分析。另一主要使用在在于对特定化合物进行定量分析。一般而言，串联质谱分析法有两种不同的串联方式：一种为连接两个实体的不同的质量分析器，为空间上的串联方式，另一种则是在同一子储存装置内进行一系列的离子选择、裂解与质量分析步骤，依时间先后顺序进行不同分析步 骤，为时间上的串联。

  三重四极杆质谱仪（QqQ）是目前最广泛使用的空间串联质谱仪，由三重四极杆质量分析器组成。其中第一与第三重四极杆质量分析器具有质量分析功能，第二重四极杆作为碰撞室，仅以射频电位方式操作。由于三重四极杆的碰撞室中的气体压力十倍高于磁场分析器的碰撞室中的气体压力，在三重四极杆中离子束与中性气体分子具有较高的碰撞次数，用于定量分析具有较高灵敏度，因此这是目前串联质谱最广泛使用的形式。另一种常用的是飞行时间串联质谱仪（TOF/TOF），具有为高能量碰撞解离的优点。

  串联质谱法也能在某些具离子储存功能的质量分析器上进行时间串联，其离子在不同时间点可分别进行前体离子选择后储存、离子活化、产物离子分离、扫描后排出等模式，反复进行离子选择、储存与解离的步骤，即可在此类具有离子储存功能的串联质谱仪上得到不同阶段的 MS 结果。目前具有离子储存及活化解离功能的质谱仪，以傅里叶变换离子回旋共振分析器与离子阱为主。

  在串联质谱仪中，如果不一样的种类的质量分析器串接，则称为杂合质谱仪。杂合的最大的目的是撷取各式不同质量分析器的特点，经组合后可获得更佳的串联质谱分析结果。四极杆飞行时间杂合质谱仪（Q-TOF）是杂合质谱仪的主流形式，因为其结合了四极杆分析器具有较高碰撞裂解效率的特点，以及飞行时间分析器具有高质荷比分辨率、非扫描式及高灵敏等优势，具有高解析与高灵敏度的优点，被大范围的应用于蛋白质组定性分析。除此以外还有离子阱飞行时间（IT-TOF）杂合质谱仪等各类杂合类型。

  色谱是一种利用分析物在流动相与固定相两种不互溶相之间的选择性分布的物理性分离方法。复杂样品可利用柱色谱技术分离，而分析物在色谱分离中的峰面积与保留时间可分别作为定量与定性依据。色谱若进一步搭配质谱仪，则可获得分析物分子量与该分析物碎片离子而得到灵敏与准确的定量与定性信息。

  色谱-质谱技术已成为复杂样品分析中主要的方法。目前主流的三种色谱-质谱 联用技术为气相色谱-质谱（GC-MS）、液相色谱-质谱（LC-MS）与毛细管电泳-质谱（CE-MS）技术。

  在气相色谱-质谱法中，挥发性样品或气态样品借由样品注射针穿透橡胶隔垫而被注入样品加热区，样品在此区会快速气化，并经由载气推动而进入气相色谱柱，不同分析物在柱中因作用力不同而被分离，最终到达检测器端被检测分析。高分离效率的气相色谱与高灵敏度和高定性能力的质谱仪联用已成为分离与鉴定的主流方法之一，常应用于环境分析、植物代谢物分析、农药检测、脂肪酸与有机酸检测等。

  若分析物本身因高沸点、高极性、热不稳定性与高分子量而无法经由加热形成气态，就没办法使用气相色谱-质谱技术测定。然而只要分析物可溶于液相样品，就可通过以液体为流动相的液相色谱技术分离，并可在柱末端直接检测或回收。由于液相色谱-质谱法中的电喷雾界面极适合分析极性小分子、多肽与蛋白质大分子，因此液相色谱-质谱法也成为代谢组与蛋白质组的主要分析方法。

  毛细管电泳-质谱拥有比液相色谱更好的灵敏度与分离效率，因此也常被应用在 生物医学临床诊断、植物代谢物分析、环境分析与食品分析等领域。毛细管电泳-质谱已被逐渐应用于疾病生物标志物的寻找与验证。

  质谱仪在全球各领域应用场景范围广泛，包括药品研发、临床治疗、食品安全质量监测、环境检验测试等领域，随着全球在药品研发上持续不断的增加的投入，药品安全相关法规的逐渐完备；花了钱的人食品安全质量日渐增长的关注；以及政府在环境检验测试、污染防治方面施加的各项举措，正在推动全球质谱市场的高速增长。

  目前，全球质谱仪市场呈现国际行业巨头垄断的态势，按销售额，市场的主要参与者为赛默飞、SCIEX(丹纳赫)、布鲁克、安捷伦、沃特世、岛津等公司，占据了全球98%以上的市场份额。

  根据MarketsandMarkets统计，2020年，北美地区质谱仪的市场顶级规模，销售额占据全球市场的40%；该地区的生物医学和工业领域的政府投资持续不断的增加，代谢组学领域研发力度加大也推动了该地区质谱技术的发展，美国是该地区最大的质谱仪市场，加拿大其次。欧洲市场规模占全球质谱仪市场的32%；英国、法国、德国、意大利占据了欧洲地区的主要市场占有率。亚太市场的销售额占据全球质谱市场的 20%；随着亚洲的经济发展，中国、印度、日本等国家对于质谱仪的需求也会逐步的提升，亚洲市场预计在未来将成为全世界质谱市场中增速最高的地区，很多企业也在该地区设立生产工厂和研究中心，也为亚洲质谱市场的快速发展做出贡献；中国预计将成为亚洲地区增长最快的质谱仪市场。

  根据智研咨询统计，2020年中国质谱仪市场规模为142.2 亿元， 2015年至2020年中国质谱仪市场年均复合增长达19.44%。预计未来十年中国质谱仪市场规模仍将不断扩大。

  据中国海关统计多个方面数据显示，2014-2020年我国质谱仪进口规模由 6.2 亿美元提升至15.27 亿美元，按即现汇率折算成人民币后分别为 44.7亿元（2014 年），105.3亿元（2020年），而进口依赖度由2014年的94.7%降至2020年的74.05%，呈现改善趋势。2020年，我国质谱仪进口数量为13889台，其中从美国进口的数量为4535台，占我国质谱仪进口数量的32.7%，是我国进口质谱仪数量最多的国家。2020年国产质谱仪出售的收益约为49.21 亿元，同比增长21.2%。

  国产质谱仪已有近50年研发历史，1962年北京分析仪器厂研制成功中国第一台同位素质谱仪，1966年成功研制中国第一台四极杆质谱仪，但21世纪之前，国产质谱仪始终停留在实验室阶段。

  2006年，北京东西分析公司推出了中国第一台商业化四极杆气质联用仪，开启了国产商业化质谱仪的先河，随后涌现出一批国内公司研发国产质谱仪。2010年，禾信仪器推出国内首台气溶胶飞行时间质谱仪；2014年，时为天瑞仪器子公司的厦门质谱研制出我国首款具有完全知识产权的国产商业化基质辅助激光 解析电离飞行时间质谱仪（MALDI-TOF）；2019 年，谱育科技推出第一台国产三重四极杆质谱仪。

  目前，国内科学仪器公司中已有聚光科技（子公司谱育科技）、禾信仪器，天瑞仪器、莱伯泰科等上市企业自主研发布局质谱仪市场。但其质谱产品以往多应用于环境监视测定、食品安全、工业过程分析等领域，在临床医疗、实验室科研等对质谱技术方面的要求较高的领域的产品相对较少。

  根据中国政府采购网2017年以来医院、疾控中心、妇幼保健机构等公立医疗机构临床质谱仪的采购情况。样本数据统计结果为，2017~2021年公立医疗机构的临床质谱仪采购量呈现快速增长趋势，从2017年的110台增长至2021年的288台，采购金额由2.40亿元增长至7.27 亿元。

  按厂家来看，2017年以来所有采购的临床质谱中，SCIEX、赛默飞、安捷伦等国外巨头占据了大部分市场占有率，进口质谱仪共占采购量的81.83%，国产质谱仪占18.17%。国产厂家当中，安图生物、中元汇吉、英盛生物和聚光科技所占份额相对较大。

  国产替代率呈现逐年递增趋势，从 2017年的 3.85%迅速增加至2021年的29.48%。

  按仪器类型来看，液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）和基质辅助激光解析电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）占据大部分市场占有率，按台数计，分别占37.64%和30.82%。其中LC-MS/MS的采购量从2017年的40台增长至2021年的102台，而MALDI-TOF的采购量从2017年的19台迅速增加至2021年的101台。

  目前国外企业共有11款质谱仪获得药监局的进口医疗器械产品注册许可，厂商涵盖安捷伦、沃特世、SCIEX、布鲁克、生物梅里埃、岛津等巨头企业，其中70%为液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)，30%为飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)。

  国内企业方面，目前共有32款国产临床质谱仪器取得注册证，其中16款为飞行时间质谱（TOF MS），12款为液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS），4 款为电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）。在 MALDI-TOF MS领域，已有多家国产企业成功自主研发产品；但在LC-MS 领域，目前获批的仪器大多数是国内企业以 OEM 方式引进国外巨头企业的仪器和技术，仅有谱聚医疗（谱育科技在医疗临床检验测试领域布局的临床质谱产品平台）的 PreMed 5200 和国科医工的 LC-HTQ 2020 是自主研发的仪器。

  在试剂端，目前共有73 个临床质谱试剂盒获批，进口试剂盒仅有 Wallac Oy（珀金埃尔默子公司）2款产品获批，其余均为国产试剂盒。其中串联质谱试剂盒占比达93%，应用场景亦多为维生素检测、新生儿筛查等临床应用成熟的场景，产品同质化现象较严重。今后针对不一样质谱类型及临床检测上不同的应用场景，如何展开差异化布局将成为公司竞争的关键。

  临床质谱相关公司赛道蓄势待发，投融资市场火爆。近年来，随着临床质谱行业的迅速发展，聚光科技、禾信仪器、天瑞仪器等传统科学仪器公司开始布局临床质谱市场。此外，安图生物、中元汇吉等IVD 试剂及仪器生产企业，以及迪安诊断、品生医疗等第三方医学检验公司也开始自主研发临床质谱仪器试剂，或以OEM 方式引进国外技术，布局临床质谱。

  2021年9月13日，禾信仪器正式登陆科创板，被市场誉为“质谱仪第一股”，上市首日开盘大涨 420%。未来和合诊断等公司有望陆续上市。

  20 世纪 60 年代，气相色谱联合质谱模式的出现使得质谱技术首次进入生物医学领域。 20 世纪 70 年代末，随着大气压电离技术的成功研发和日趋成熟，液相色谱 - 质谱模式以高灵敏度、高深受科研人员和临床检测的青睐。 20 世纪 80 年代，用 GC-MS 检测美国海军飞行员尿液中的含量，开启了临床应用的时代。

  床上应用相对成熟的质谱技术包括液 相色谱 - 质谱联用（ LC-MS ）、气相色谱 - 质谱联用（ GC-MS ）、电感耦合等离子体质谱（ ICP-MS ）、基质辅助激光解吸 - 飞行时间质谱（ MALDI-TOF-MS ） 等。 质谱技术在临床生化检验、微生物检验、核酸检验、蛋白质组学等诸多领域具备极其重大应用。

  临床质谱行业的上游最重要的包含生产零部件、仪器材料、试剂类材料的公司，中业包括质谱仪器及试剂公司，以技术能力为核心竞争力，下游应用行业最重要的包含第三方检测、各级医院、科研院校等，第三方检测与各级医院间合作较多。

  国内已有部分公司掌握了质谱的离子源、质量分析器等核心零部件的工艺。以临床微生物检测常用的MALDI-TOF质谱仪为例，目前已有禾信仪器、天瑞仪器、安图生物、中元汇吉等多家公司掌握了飞行时间质量分析器的工艺，而临床上用于检测微量元素的ICP-MS也有聚光科技、莱伯泰科、毅新博创等公司掌握了电感耦合等离子体离子源的工艺。部分核心零部件和高端通用零部件进口依赖度仍较高。

  在临床检测应用最为广泛的串联质谱领域，目前国内掌握三重四极杆质量分析器工艺的仅有聚光科技、国科医工，而如润达榕嘉等公司的三重四极杆质量分析器则仍依赖于国外进口。而高端通用零部件方面，以禾信仪器为例，依据公司在招股说明书里面的披露，质谱仪所需的高端激光器、分子泵等高端通用零部件仍然依赖进口。

  仪器端：国外龙头占据先发优势，国内企业率先突破MALDI-TOF MS技术根据 QYResearch 的测算，2019年全球临床质谱仪的市场规模是7.98 亿美元，实际销售量是2692台，预测在 2025 年会达到14.24亿美元，销售量将达到4855台，2019年到2025年的市场规模即销售额复合年增长率是10.13%。

  目前主要的几种临床质谱的类型中，液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）是应用最为广泛的质谱类型，在新生儿筛查、维生素检测、治疗药物监测等领域已有成熟的市场应用。根据 QYResearch的测算，2018年LC-MS销售量占全部临床质谱市场占有率的79.6%。由于LC-MS的技术门槛相比来说较高，目前，在该领域中、安捷伦、赛默飞、沃特世、AB SCIEX、岛津等国外巨头占据了绝大多数的市场占有率，而经药监局批准的国产LC-MS 仪器产品也几乎都是国内IVD 仪器试剂公司或第三方检验测试公司与国外巨头以合资、合作或技术引进方式推出的。

  在国内自主研发的仪器方面，中科院苏州医工所天津工研院（国科医工）自主研发的包含三重四级杆质谱仪的高效液相色谱串联质谱检测系统已于2021年3月获得药监局批准。聚光科技子公司谱育科技推出了PreMed 5200超高效液相色谱-三重四极杆质谱检测系统，于2022年3月获得药监局批准。另外，禾信仪器面向临床市场的LC-TQ-5100三重四极杆液质联用仪于2022年3月宣布上市。基质辅助激光解吸-飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）在微生物检测及核酸分析领域存在广泛的应用。

  目前，该领域市场主要为生物梅里埃、布鲁克所占据，国内的禾信仪器、天瑞仪器、安图生物、毅新博创、珠海美华、融智生物等公司研发的产品已经获得药监局批准。

  试剂端：由于国外质谱仪器大厂都是科学仪器的厂家，在国内没有原厂配套的IVD试剂，所以临床质谱领域没再次出现罗氏、雅培之类的国外IVD 巨头，给了国内临床质谱公司发展的机会。

  目前，获得药监局批准的试剂盒几乎全都是国产试剂盒。但实际应用方面，除新生儿筛查外，国产下游检验测试的机构多选择自配试剂，仪器搭配试剂盒销售的模式尚未普及。目前，聚光科技等仪器公司已开始布局试剂端，而安图生物、达瑞生物等IVD 企业也开始研发或以OEM方式引进国外仪器，配合公司原有的体外诊断试剂打造一体化解决方案。另外，复兴诊断、和合诊断等下游检验测试的机构也进入临床质谱试剂端。长久来看，能够解决仪器试剂适配问题，为下游提供一体化解决方案的国内公司，在竞争中将处于有利地位。

  医院检验仍占主流，质谱检测有待进一步渗透。目前我国临床质谱检测的渗透率仅有1%~2%左右，与发达国家仍有很大的差距，未来在三甲医院、第三方医检为首的下游医学检验机构的渗透率仍有充分增长空间。在液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）方面，针对新生儿筛查、维生素 D 检测等领域，三甲医院、二甲医院、妇幼保健院存在广泛的市场需求。而微生物质谱 MALDI-TOF 则在三甲医院、二甲医院、疾控中心当中存在广泛的市场空间。

  第三方医检方面，临床质谱应用的成长速度较快，包括金域医学、迪安诊断、达安基因、华银健康、和合诊断等国内第三方医检机构近年来都在陆续开展临床质谱检验项目。目前国内临床质谱检验领域顶级规模的公司为和合诊断和金域医学，而别的企业目前在临床质谱检验上的规模相对较小。

  透明质酸，又称玻尿酸，分子式是(C14H21NO11)n，是D- 葡萄糖醛酸 及N- 乙酰葡糖胺 组成的双糖单位 糖胺聚糖 。透明质酸是一种酸性 粘多糖 ，透明质酸以其独特的分子结构和理化性质在机体内显示出多种重要的生理功能，如润滑关节，调节血管壁的通透性， 调节蛋白质 ，水电解质扩散及运转，促进创伤愈合等。卡尔·迈耶实验室在1950年代阐明了透明质酸的化学结构。

  质谱技术在新生儿早筛中具有巨大优势。自20世纪60年代以来，新生儿遗传代谢病筛查方法主要有细菌抑制法、化学荧光定量法、时间分辨荧光免疫法、荧光酶免疫分析法等，但这些检测的新方法往往是一次实验检测一种疾病，筛查效率相比来说较低。1990 年，Millington 等首次将串联质谱应用于新生儿筛查，可以一次实验检测多种疾病，扩展了新生儿筛查的病种，实现了新生儿疾病筛查的飞跃发展。

  目前美国、日本、韩国等使用质谱技术进行筛查的比率接近 100%，由于知晓度低、价格昂贵等问题，中国目前使用该技术还未达到30%。质谱筛查目前属于自愿筛查的收费项目，收费200-400元，相对于 3-4 项疾病的传统筛查费用仍较高。

  目前认为，维生素D缺乏与人体免疫功能异常、心血管疾病、代谢性疾病、自身免疫性疾病、肿瘤等紧密关联。维持充足水平的维生素D是预防某些癌症、糖尿病、多发性硬化症、中风和其他的健康问题的重要的条件之一。大量老年人、孕妇、新生儿患有维生素D缺乏，因此定期检测25-(OH)D水平对疾病预防意义重大。质谱是维生素检测金标准。质谱检测具有高通量的特点，一次采血可实现多指标多种维生素的同时检测，是目前唯一能够准确区分维生素D2与D3亚型的检测的新方法。由于二者的活性和治疗效果有一定的差异，对二者活性和功能单独进行评价是正确评估维生素D水平和维生素D补充疗法疗效的必然选择。我们预测未来维生素D质谱检验测试市场将会迎来快速增长 。

  类固醇激素定量检测在内分泌疾病的诊疗中发挥着及其重要的作用。人体内有数百种类固醇，根据其功能或受体不同可分为五类：糖皮质激素、盐皮质激素、雄性激素、雌激素和孕激素。类固醇激素在代谢、免疫功能、水和电解质平衡、性征发育、应激反应和生育等关键生理过程中发挥调控作用，一些肾上腺疾病和内分泌疾病都能够最终靠类 固醇激素的检测来区分诊断。

  目前，类固醇激素检测在国外已经基本实现了质谱法对传统生化免疫法的替代。随着国内临床质谱的发展以及第三方医学独立实验室的普及，质谱法检测类固醇激素在国内有望实现快速普及。

  综合观察，我们大家都认为临床质谱正在成为精准医疗领域的下一个黄金赛道，偏上游领域质谱仪及其核心零部件是高技术门槛领域。返回搜狐，查看更加多