生命科学领域产业链系列报告之二：临床质谱：蛰伏蓄力，以待花开

质谱应用广泛成长性高，但长期为国外巨头垄断。质谱仪作为高端的检测仪器，在环境监测、食品安全、工业过程分析等领域有着广泛的应用，同时这些下游应用需求带动上游质谱仪市场迅速成长，2020年中国质谱仪市场规模达142.2亿元，2015~2020年年复合增长率高达19.44%。在精准医学发展的大趋势下，质谱检验以其高通量、高灵敏度、高精度、高效率等诸多优势，在临床诊断中发挥着越来越重要的作用，但目前国内的市场被赛默飞、安捷伦等国外巨头垄断，2020年我国进口质谱仪商品规模为105.3亿元，国外厂商在中国质谱仪市场占有率为74.05%，但随着以谱育科技、禾信仪器为代表的一批国内企业在质谱仪产品性能上达到国际水平，再加上产品本土化的优势和政策扶持，质谱仪的国产替代进程有望全面提速。 政策与资本驱动质谱仪国产化替代加速。中美贸易冲突以来，进口质谱仪的技术限制风险加大，国家陆续出台多项政策支持高端科学仪器的国产化，国内企业不断加大研发投入，同时，资本市场的青睐促使一批新兴企业涌入临床质谱领域，2021年有10家临床质谱公司完成11笔融资，政策与资本驱动质谱仪的国产化进程。根据海关进口数据，我国质谱仪的进口依赖度由2014年的94.7%降至2020年的74.05%，根据我们的样本统计数据，2019-2021年国产质谱仪占公立医疗机构临床质谱仪采购量比重分别为10.17%、14.89%和29.13%，国产替代呈现加速趋势。 临床质谱应用空间广泛，开启百亿级蓝海市场。根据前瞻产业信息网数据，2019年美国医学检验市场中临床质谱检验占比达15%，而我国只有1%左右。 目前，临床质谱在新生儿早筛、维生素D检测、微生物检测等领域应用较为成熟，有望率先迎来快速增长，而在治疗药物监测、类固醇激素检测、肿瘤标准物检测、毒物检测、微量元素检测、核酸检测、蛋白质组学等领域有着广泛应用，远期成长空间巨大，我们预测在中性预期下，2025年中国临床质谱检验市场将达到154.62亿元。其中新生儿早筛、维生素D检测、微生物检测的市场空间分别为19.50亿元、40.95亿元、38.03亿元。 投资建议：随着政策支持和技术的成熟，临床质谱上中下游市场都将迎来跨越式增长，自主研发能力及提供一体化解决方案的能力成为重中之重。我们重点推荐质谱研发实力强，掌握核心零部件工艺的聚光科技（谱育科技）、禾信仪器，以及深耕微生物质谱的安图生物。同时建议积极关注国内临床质谱检验的迪安诊断（凯莱谱）、金域医学等，以及从IVD检测领域开始积极布局上游仪器试剂的润达医疗（润达榕嘉）。 风险分析：零部件供应链风险，产品研发失败风险，政策变动风险，质谱检验市场发展不及预期的风险。 投资聚焦 在精准医学发展的大趋势下，相比传统检测方法，临床质谱以其高通量、高灵敏度、高特异性、高精度、高效率的特点，成为IVD领域市场关注的焦点。临床质谱下游检测市场具有百亿级别的空间，带动上游质谱仪市场的快速增长。 国内公司从科学仪器公司，到试剂公司，再到下游的医学检验公司都陆续推出产品布局临床质谱，加速行业发展。2021年临床质谱领域有10家公司完成11笔融资，未来会有更多临床质谱领域的公司上市，带来更多投资机会。为此，我们从质谱仪行业出发，对临床质谱各应用领域进行了全面剖析。 报告的重点内容 1）以往市场对于临床质谱的原理、类型和应用范围的梳理不够全面，而我们系统总结了质谱的技术原理、临床质谱常见的类型及其应用范围。 2）以往市场对于临床质谱上中下游产业链的分析不够系统，我们全面分析了临床质谱产业链上中下游的情况，对上中游质谱仪国产化情况，以及下游检测市场各应用领域情况进行了深入介绍。 3）以往市场对国内临床质谱企业的竞争优势，特别是仪器企业核心零部件技术的掌握情况不够详细，而针对临床质谱，我们聚焦于上中游掌握质谱仪核心零部件技术的企业，同时关注下游检测领域检测项目和规模领先的企业，对这些企业的竞争优势进行剖析。 4）以往市场对临床质谱市场现状的调查以及对于未来市场空间的估算不够系统，而我们深入调查公立医疗机构的临床质谱采购数据，获取市场情况，并对仪器市场、检测市场、以及临床质谱各应用领域市场空间进行了详细测算。 股价上涨的催化因素 临床质谱下游检测市场增长带动上游质谱仪需求迅速增长。临床质谱在新生儿早筛、维生素D检测、微生物检测等成熟应用领域的市场有望迎来增长，同时在激素检测、肿瘤标志物检测、蛋白质组学等新兴应用领域的发展有望为长期增长提供广泛空间，下游检测市场的需求带动公立医院检验科以及第三方医检机构对于临床质谱仪的采购需求。 高端科学仪器国产化大趋势。中美贸易冲突以来，包括质谱仪在内的以往依赖进口的诸多高端科学仪器面临技术限制风险。为此，国家出台多项政策，支持国产高端科学仪器的发展，质谱仪国产化是长期发展的趋势。 国产质谱仪研发积累成果初现。经过不断的研发投入以及技术积累，部分公司在微生物质谱领域的技术积累已经接近国际水平；在串联质谱领域，也有国内公司成功研发三重四极杆质谱仪，国产质谱仪研发的积累促使国产化替代进程加速。 投资观点 随着政策支持和技术的成熟，临床质谱上中下游市场都将迎来跨越式增长，自主研发能力及提供一体化解决方案的能力成为重中之重。我们重点推荐质谱研发实力强，掌握核心零部件工艺的聚光科技（谱育科技）、禾信仪器，以及深耕微生物质谱的安图生物。同时建议积极关注国内临床质谱检验的迪安诊断（凯莱谱）、金域医学等，以及从IVD检测领域开始积极布局上游仪器试剂的润达医疗（润达榕嘉）。 1、质谱技术及质谱仪市场发展现状 1.1、质谱技术介绍 质谱技术是一种通过测量离子质荷比，从而确定其质量与数量的定性定量分析办法，通常意义上是指广泛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。质谱法在一次分析中可提供丰富的结构信息，将分离技术与质谱法相结合是分离科学方法中的一项突破性进展。在众多的分析测试方法中，质谱学方法被认为是一种同时具备高特异性和高灵敏度且得到了广泛应用的普适性方法。 在仪器检测过程中，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。又因为这些影像与它们的质量有关，所以被称为质谱，这种检测仪器就叫质谱仪。 图1：质谱仪系统示意图 质谱分析具有灵敏度高、样品用量少、分析速度快、分离和鉴定同时进行等优点，因此，质谱技术目前已经广泛应用于科研、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、环境监测、食品和饮料检测、生物技术、工业化学等。 表1：质谱的应用领域广阔 1.2、质谱技术发展历程 19世纪末，Goldstein在低压放电实验中观察到正电荷粒子，开启了质谱技术的发展历程，1906年J.J.Thomson在实验中发现带电荷离子在电磁场中的运动轨迹与它的质荷比有关，并于1912年制造出第一台质谱仪。1919年，Aston设计出第一台速度聚焦型质谱仪，1935年，Mattauch与Herzog阐述了双聚焦理论，并制造出双聚焦质谱仪，提高了质量分辨率及同位素测量精度，开创了高分辨率质谱仪的时代。1940年，Nioer设计出单聚焦磁质谱仪，被应用于曼哈顿计划中，用于分离铀的同位素。1953年，德国物理学家保罗提出四极杆质谱仪技术，因离子阱技术获得诺贝尔物理奖。1953年，Wiley和Mclarens设计出飞行时间质谱仪，各种离子按照飞行的时间及初始能量差异就能检测处理。1956年，气相色谱与质谱联用，质谱技术首先被用于鉴定有机化合物。20世纪80年代，三重串联四极杆质谱、电感耦合等离子体质谱、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术先后问世，创新技术的进一步发展推动质谱的快速运用，质谱开始应用于生命科学及临床医学领域，用于检测生物多肽组、蛋白组、DNA、RNA等成分，在基础及临床方向对人体健康、疾病等方面的研究中发挥了重要的支持作用。 图2：质谱技术发展历程 1.3、质谱仪技术原理介绍 仪器构成 质谱仪是一种通过分析待测物质量获取其结构信息的仪器，基本原理为将分析样品（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可以进行精确的定量分析。 质谱仪器主要由五部分组成：样品导入系统、离子源、质量分析器、检测器、数据处理系统。样品导入系统通过合适的进样装置将样品引入并气化，气化后的样品引入到离子源进行电离-离子化过程，电离后的离子通过适量的加速后进入质量分析器，按不同的质荷比分离，数据处理系统对其进行分析，获得结果。质谱仪器中重要的两个部分是离子源和质量分析器。 图3：质谱仪系统结构示意图 离子源 随着各种离子化方法不断发展，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，也包括新兴并广泛应用的电喷雾电离（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用范围与高灵敏度，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。 表2：不同离子源原理对比 质量分析器 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同的特性与功能。 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，可以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。各类型质谱仪的对比情况及主要应用场景如下： 表3：不同质量分析器原理对比 质谱组合方式——串联质谱 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进行分析，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，即可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。另一主要应用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。 空间串联质谱 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。 时间串联质谱 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。 杂合质谱仪 在串联质谱仪中，如果不同种类的质量分析器串接，则称为杂合质谱仪。杂合的主要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