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19世纪末“正电荷粒子束在磁场中发生偏转”被发现后,1912年世界上第一台质谱仪在英国面世,从此一种通过测量离子电荷质量比,而进行样品成分和结构分析的方法在生物学及医学上大放异彩。质谱以其灵敏度高、特异性强、分析速度快、多指标同时检测等特点跻身高端定量检测分析仪器行列。 分辨率、灵敏度、质量范围、质量测定准确性是衡量质谱的主要技术指标。分辨率R是指相邻两个峰被分离的程度,是质谱仪区别两个峰的能力指标。灵敏度的指标实际上是仪器综合性能的反映,因为它与样品、分辨率、扫描速度、进样方式以及电离方式密切相关。磁质谱仪器的质量范围与加速电压有关,在仪器最高加速电压下可测的最高值为范围指标,加速电压降低,范围加大,但灵敏度下降。 质谱工作原理,是将样品分子经过离子化后,利用其不同质荷比(m/z)的离子在静电场或磁场中受到的作用力不同而改变运动方向,使其在空间上分离,最后通过收集和检测这些离子得到质谱图谱,实现成分和结构分析。 质谱仪虽种类繁多, 但每种仪器结构可概括为以下6部分: 1.进样口:直接进样或接其他仪器,用于样品的引入。 2.真空系统:用于维持质量分析器至检测器部分的高真空状态,使离子能够在电磁场作用下自由飞翔,避免离子在运动途中发生碰撞,导致信号丢失或产生虚假信号。 3.离子源:用于将样品离子化。 4.质量分析器:用于将不同质荷比的离子分离开,让他们逐个进入检测器,或只筛选特定质荷比的离子进入检测器。 5.检测器:通常是电子倍增管或其他,将离子的数量转化为电信号的大小。 6.数据处理系统:处理检测器捕获到的电信号,获得质谱图,并进一步处理得到所需信息。 质谱种类多,应用广。从用途(分析对象)可分为:无机质谱、有机质谱、同位素质谱及气体质谱等。从单机或组合可分为:单(一)质谱、串联质谱,单一质谱两个及以上的组合即为串联质谱。广泛应用于化合物结构的定性测定或混合物组成的定量测定。飞行时间质谱仪(MADLI-TOFMS)归类于有机质谱,可应用于临床微生物(包括细菌和真菌)的高通量快速鉴定、疾控中心的微生物传染病原的鉴定与监测、海关进出口商品的检验检疫、食品生产中的微生物检测和工业、农业和环境中的细菌监测等领域。 目前,服务于临床诊疗的质谱检测项目已达400余项,主要涉及临床化学、临床免疫学以及临床微生物鉴定等领域,也被用于建立临床化学检测项目的参考测量程序和研制参考物质。欧美发达国家从1961开始将质谱技术用于新生儿筛查,目前实现使用串联质谱技术对多个代谢产物进行联合检测,可筛查新生儿遗传代谢病等30种新生儿遗传代谢疾病。国内质谱的临床检测主要用于新生儿遗传筛查、维生素D检测、微生物诊断、药品检测等检测领域。 相比国外100多年的质谱发展历史,受限于国际离子源与质量分析器的核心专利知识产权保护,国产质谱设备发展备受制约,直到2000年后国内企业才逐步开始质谱技术的积累。从2006年第一台国产商业化质谱——四级杆[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/bp][color=#3333ff]气质联用仪[/color][/url]问世,到17年7月国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会发布,18年2月份开始实施的推荐性国标——质谱仪通用规范。短短十年时间,以安图生物为代表的6家国产IVD生产企业陆续推出MALDI-TOF 质谱仪,逐步打破以进口品牌垄断为主的中国质谱格局,努力弥补当前国产质谱仪占有率相对较低,2016年抽样调查中[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp][color=#3333ff]LC-MS[/color][/url]及[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/bp][color=#3333ff]GC-MS[/color][/url]国产化率均不到2%的差距,全力推进MALDI-TOF MS质谱在临床微生物检测领域的发展。 众所周知,微生物诊断指的是通过病原学和药物敏感性分析为临床传染性疾病的预防、诊断、治疗与疗效观察提供依据。传统微生物快速诊断包括三种方法: 1.样品的直接检测,例如[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/jp][color=#3333ff]PCR[/color][/url]检测; 2.菌体富集后检测; 3.分离培养后检测。 传统的生物化学、分子生物学和形态学等方法基于单菌落的生化特征需要菌种的筛选、培养、鉴定等过程,实验时间需要数天不等,耗时耗力,且实验操作较为繁琐,并不能满足临床对检测结果时效性的要求;分子生物学方法进行微生物鉴定大大地提高了灵敏度和时效性,但对工作人员技术要求高,检测成本高,仅针对某些特定细茵,难以满足临床常规要求。因而,样本流转(TAT)时间长仍然是当前制约临床微生物检验发展的主要因素之一。MALDI-TOF MS质谱仪可实现临床对部分微生物传统检测方法的技术替代,通过对未知化合物(菌)所得谱图的分析,进而解析出化合物结构。MALDI-TOF MS快速鉴定经固(液)体培养基短时培养的阳性血培养物中的病原菌,且一次实验可同时多个样本检测,准确率与检测通量均有大幅的提升,一定程度上节省了人力和财力,可适用于微生物室日常工作的血培养阳性标本快速鉴定的方法。从而助力临床微生物检验在感染性疾病诊断、临床用药指导、抗菌药物管理、院内感染控制等多方面均衡发展,将彻底改变微生物实验室的面貌。 飞行时间质谱仪的质量分析器是一个离子漂移管。由离子源产生的离子加速后进入无场漂移管,并以恒定速度飞向离子接收器。离子质量越大,到达接收器所用时间越长,离子质量越小,到达接收器所用时间越短,根据这一原理,可以把不同质量的离子按m/z值大小进行分离。质谱图,横轴表示单位电荷质量(m/z);纵轴表示离子流强度,通常以相对强度(相对丰度)来表示。相对丰度以最强的离子流强度定义为100%,其他离子流以其百分比显示。 进样系统、基质辅助激光解吸电离离子源、飞行时间质量分析器、传感器和电脑是临床微生物鉴定的 MALDI—TOFMS主要组成部分。MALDI—TOFMS鉴定微生物的标志物主要是特异性保守核糖体蛋白。MALDI—TOFMS基于微生物蛋白指纹图谱的特异性峰谱进行鉴定,只需将细菌涂布于靶板,加入基质溶液裂解,室温干燥后即上机检测,获取的质量图谱与数据库中的标准图谱进行自动对比分析,即可获得鉴定结果。鉴定结果全程自动判读、自动分析、自动报告、标本自动卸载,20分钟内可完成96个菌株的鉴定,且检测成本低,仪器使用耗材只需样品板和质谱专用基质,无须其他任何附加试剂,对工作人员的技术要求不高。 有研究证实,在重症监护室(ICU)临床治疗中,抗生素如果晚一小时准确治疗,病人存活率下降8%。而运用质谱检测技术则可缩短至少1.5天的鉴定时间,为临床救治危急重症患者赢得更多时间。除单一质谱外,串联质谱在美国及欧盟国家商业化应用相对成熟的主要是药物浓度监测、小分子标志物检测、新生儿筛查和维生素检测等。国内除目前已实现商业化的微生物鉴定、新生儿筛查、维生素等临床检测领域外,应拓展质谱在血药浓度监测领域的绝对优势;紧抓质谱在小分子生物标志物在心脑血管和代谢病方面的发展趋势,质谱仪因能敏锐地分析其他设备仪器难以分析的肿瘤生长分泌的微量外泌体,在癌症的液体活检领域,质谱检测也有望跟基因检测分一杯羹。 质谱作为一个能同时检测大量的化合物的分析器,有望开启IVD检测发展的新篇章。从1953年飞行时间质谱仪原型被设计出,到1955年世界上第一台飞行时间质谱仪诞生,再到国产飞行时间质谱迅猛发展,随着临床对个体化和精准化医疗需求的增加,基于质谱技术的基因组学、蛋白组学、代谢组学等很多研究成果正不断转化至临床实践,值得我们翘首以盼。 中国质谱仪过去面临着4大挑战,技术发展水平的挑战、进口产品替代的挑战、知识产权保护的挑战以及做强、做大与做大、做强之间的挑战。未来希望国内的质谱仪企业抓住全球市场需求增长率超过10%,以及中国市场远超10%的需求增长,结合市场需求和实际情况,通过自身的努力,将更多精良的产品投入到市场中,从而推动中国质谱行业的快速发展
医疗器械注册,是指医疗器械产品的合法身份证,其依照法定程序,对拟上市销售、使用的医疗器械的安全性、有效性进行系统评价,以决定是否同意其销售、使用的过程。据仪器信息网跟踪,2017年8月国家食品药品监督管理总局(NMPA)发布了新版《医疗器械分类目录》。该分类目录中的二级产品类别中新增加了如下内容:基因测序仪、[color=#ff0000]质谱仪[/color]、生物安全柜和洁净工作台。其中,[color=#ff0000]微生物质谱鉴定仪器、微量元素分析仪器([url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]法及质谱法)、质谱检测系统(如三重四极杆质谱仪、[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相色谱[/color][/url]串联质谱系统)、[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相色谱[/color][/url]分析仪器、色谱柱等在管理类别中均属于第二类医疗器械。目前质谱仪器获得医疗器械注册的主要是[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相色谱[/color][/url]联用三重四极杆质谱系统([url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp][color=#3333ff]LC-MS[/color][/url])和微生物质谱(MALDI-TOF),2021年还增加了用于微量元素分析的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]电感耦合等离子体质谱[/color][/url]([url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url])这一品类。[/color] 随着精准医学的发展、多组学研究上的突破,临床质谱迎来了它的机会。作为产业链的终端用户,国内标杆的医院基本都有开展质谱项目,如解放军总医院、复旦大学附属中山医院等质谱检测平台从技术水平、仪器规模、开展项目等都处于领先水平,也发挥着非常大的示范作用,带动了一大批三甲、二甲医院开展质谱检测。不仅如此,质谱的临床应用也得到快速发展,从最初的新生儿筛查、维生素检测,已经扩展到激素、药物浓度监测、遗传性疾病检测以及痕量元素检测等诸多领域,可检测项目已扩展到几百项且还在不断增加。虽然同国外相比,中国在临床质谱应用方面起步较晚,但得益于国内对高端医疗技术需求的不断增强,质谱作为检验领域的后起之秀,在近些年得到了行业上下游生产厂商及医院、检验机构等的极大关注。 2004-2020年间,中国市场陆续涌现出几十家临床质谱企业。近几年国内厂商首先突破了研发MALDI-TOF的难题,目前获批的国产质谱厂商包括毅新博创、禾信仪器、融智生物等。而[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp][color=#3333ff]LC-MS[/color][/url]在临床质谱市场占据较大份额,也是市场前景最广阔的一块,但其技术门槛较高,目前国内已有厂商正积极布局,或自主研发或与进口厂商合作推动该类仪器国产化,已取得了一些成果。例如,2021年3月,由中国科学院苏州医工所天津工研院自主研发的“高效[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相色谱[/color][/url]串联质谱检测系统”取得注册证,这也是国内第一个自主知识产权的三重四极杆质谱仪医疗器械注册证。 为方便读者更全面地了解质谱仪器的临床认证情况,仪器信息网对截止发稿前获国家食品药品监督管理总局(NMPA)批准且在有效期内的可应用于临床检测的质谱产品进行了汇总,其中进口质谱共计10款,包括MALDI-TOF 3款、[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp][color=#3333ff]LC-MS[/color][/url] 7款;国产质谱共计23款,MALDI-TOF 13款,[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp][color=#3333ff]LC-MS[/color][/url] 8款,[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url] 2款。[color=#ff0000][i](信息来源于国家食品药品监督总局以及各地方食品药品监督局公开信息,如有遗漏,欢迎联系本网进行信息补充,010-51654077-8223)。[/i][/color][align=center][img=1.png]https://img1.17img.cn/17img/images/202105/uepic/0f45efde-fded-4b4d-94b2-d49724bb9d2b.jpg[/img][/align] 由上表可以看出,自2020年起新增了10款获批临床质谱仪器,从品类上看,包括了MALDI-TOF、[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp][color=#3333ff]LC-MS[/color][/url]以及[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url],其中除了禾信仪器旗下的禾信康源申报的MALDI-TOF和中科院苏州医工所申报的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp][color=#3333ff]LC-MS[/color][/url]外,几乎都是进口厂商的贴牌报证。据仪器信息网了解,赛默飞贴牌合作的企业有美康盛德、山东英盛、丰华生物、睿康生物等,安捷伦贴牌合作的南京品生医学,珀金埃尔默则是其收购的国内企业(新波生物)进行国产医疗器械注册。 值得一提的是,2019年中国医师协会检验医师分会临床质谱检验医学专业委员会制定的《质谱技术在临床微量元素检测中的应用共识》,为临床实验室采用质谱技术开展微量元素检测提供了基本指导。目前毅新博创和山东英盛的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url]产品已经成功取得了医疗器械注册证。可以说,[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url]应用于临床微量元素检测的前景非常广阔。而如今生产[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url]仪器的厂商已经增加到10家以上。进口的主要生产商有安捷伦、赛默飞、珀金埃尔默、岛津、耶拿等,国产分别有谱育科技、钢研纳克、东西分析、天瑞仪器、博晖创新(原Advion)、海光仪器、毅新博创、衡昇仪器等,而莱伯泰科等厂商也在积极研制[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url]产品,相信未来这些国产厂商也会陆续加入临床检测这一蓝海市场。[align=center][img=2.png]https://img1.17img.cn/17img/images/202105/uepic/00d0fb4f-eefe-4bf2-a91b-68ec9d449545.jpg[/img][/align] 由上表看出,进口质谱当前获得进口医疗器械注册许可的共计10款,除3款MALDI-TOF外,其余均为三重四极杆[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp][color=#3333ff]液质[/color][/url]。这一部分的申报企业主要是梅里埃、SCIEX、布鲁克、安捷伦、沃特世、岛津等知名的进口质谱企业。 可以看到,中国临床质谱产业的发展一方面依靠资本的推动促进市场快速发展,一方面也需要国产厂商认清差距,加强自主研发能力,强化核心竞争力。政策方面,2021年初工业和信息化部针对《医疗装备产业发展规划(2021-2025年)》公开征求意见,可以看到 ,规划在第三部分提出了未来五年我国医疗设备行业重点发展的七大领域,其中一个领域是诊断检验装备,并将质谱分析设备纳入到重点发展的诊断检验装备中。这对于临床质谱产业来说,是一个重大的利好。随着近几年中国临床质谱的不断成熟发展,预计整个中国市场在未来5年将迎来高速增长。
来自SDi的最新报告指出,未来五年临床质谱市场将以7.6%的速度增长。根据美国临床实验室协会的数据,美国临床实验室每年对血液、尿液和其他患者样品检测次数超过70亿次。免疫分析一直是临床诊断中应用最广泛的技术,但出于对检测结果精准性等需求,越来越多的实验室开始将质谱作为首选的检测工具。另外,相比于测序技术的预测性质,质谱技术的应用更是所见即所得的提示,其意义与价值不言而喻,如果测序是算法分析和公式推导,那么质谱技术就是实践是检验真理的唯一标准,如果说测序还有算命性质,那么质谱技术就是就事论事板上钉钉。事实上,在西方质谱应用于临床已有几十年的历史,发展相对成熟,如美国Quest和Labcorp等大型独立医学实验室,检测项目有4000余项,其中基于质谱的检测项目多达400余项,临床质谱检测设备上百台。再看中国,临床质谱处在早期增长阶段,正迎来高速发展,预计未来五年会迎来两位数的增长。最显著的增长来自独立医学实验室。随着国家精准医疗、分级诊疗等新医改政策的逐步落地,第三方医学检验机构如雨后春笋般遍布全国,有越来越多的独立医学实验室也开始加大投入来搭建更大规模的质谱检测平台,以金域、迪安这两个行业领先者为例,金域目前有数十台质谱检测设备,包括[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url]、[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/bp][color=#3333ff]GC-MS[/color][/url]、[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp][color=#3333ff]LC-MS[/color][/url]/MS等,质谱检测项目也有近40项 迪安诊断在今年早些时候设立了控股子公司凯莱谱,致力于建立国内顶尖的临床质谱检测平台。迪安诊断董事长陈海斌在凯莱谱开业庆典上表示,“迪安决心将质谱技术作为实验室发展的重点方向。”临床实验室中的质谱仪目前,临床诊断中最常用的质谱类型有三重四级杆LC MS/MS和MALDI-TOF。特别是前者,是当前在临床诊断中应用最广的质谱技术。具体应用如维生素检测、药物代谢物检测、毒理学和新生儿筛查等,均推动的了该技术在临床诊断领域的发展。MALDI-TOF系统最常用来做临床微生物鉴定,也用于基因检测。最近,用MALDI质谱成像技术做直接组织分析,分析时间缩短,具有很大的临床应用潜力。此外,还有LC/TOF、[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url]、手持式MS等。LC/TOF主要用于生物标志物的鉴定,从而有助于提早发现疾病或感染。[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url]主要用来测人体内微量元素含量,从而做一些职业病的诊断。手持式MS是相对较新的技术,目前在临床上的应用有限,但是在偏远地区和即时诊断等应用场景有巨大的市场潜力。质谱仪制造商积极应对目前临床实验室用质谱做临床检测以实验室自建项目(LDT)为主,很少使用CFDA、FDA等监管部门批准的检测试剂盒。鉴于临床对于质谱的需求越来越大以及临床领域的特殊性,世界各地有关部门均开始采取措施以加强监管。据悉,FDA正在建立一个规范临床质谱检测的监管框架,要求每个检测项目都要走注册流程,这意味着一个公司今后可能要在注册方面投入数百万美元。CFDA对于注册医疗器械许可的质谱仪审查也极为严格。为迎接即将到来的市场变革,所有领先的质谱仪制造商都开始着手为他们的仪器产品寻求监管批准,并不断推出新产品,以消除临床实验室大规模采用临床质谱的障碍,包括:监管审批、质量(如实验室检结果差异)、资源(如操作人员技能)和工作流程(如周转时间)等。赛默飞世尔于2017年5月公布了一套标准的临床化学分析仪——Cascadion SM临床分析仪。该系统包括自动化的Thermo Scientific TurboFlow在线样品制备技术、基于Prelude MD HPLC s系统设计的新LC、基于TSQ Altis三重四极杆质谱设计的新质谱系统和专用软件 此外,还有专业耗材[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/9p][color=#3333ff]移液器[/color][/url]、用于样品制备的自动化LC 模块和特殊的样品管。该系统将于2018年获得欧盟CE标志 一旦其获得美国FDA I类医疗器械许可后,也将在美国展开推广。赛默飞世尔还计划推出三个专为该系统设计的试剂盒,这些试剂盒均获得FDA 510(k)批准,分别针对25OH维生素D、总睾酮和免疫抑制药物的检测。后续还有药物滥用和内分泌物检测的试剂盒。SCIEX在2017年6月召开的美国质谱年会(ASMS)上展示了用于临床诊断的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp][color=#3333ff]LC-MS[/color][/url]整体解决方案——Topaz系统。该系统包括clearcore MD软件和首个通过FDA批准的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp][color=#3333ff]LC-MS[/color][/url]维生素D测定试剂盒——Vitamin D 200M Assay,用于测定成人血清中维生素D的含量。Topaz已获批FDA II类医疗器械,也可用于LDT。2017年,SCIEX的三重四级杆LC MS/MS系统4500MD通过了中国的CFDA二级医疗器械注册。沃特世旗下各类LC、MS在全球59个国家获得医疗器械注册证的批准,其中有三款三重四级杆[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp][color=#3333ff]LCMS[/color][/url]/MS产品面向临床市场。在中国,其三重四级杆[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp][color=#3333ff]LC-MS[/color][/url]/MS均通过CFDA二级医疗器械认证,解决方案有新生儿遗传代谢性疾病筛查、血浆中儿茶酚胺及其代谢物含量测定、血浆中醛固酮含量测定和全谱氨基酸分析等。在2007年推出的MassTrak免疫试剂盒获得510(k)批准,通过质谱方法来检测他克莫司血药浓度。对于欧洲市场,沃特世提供有CE标识的MassTrak维生素D的解决方案和用于定量检测他克莫司和依维莫司的MassTrak免疫抑制剂XE试剂盒。此外,沃特世还提供用于体外诊断和临床研究的色谱柱、样品前处理试剂和实验方案。珀金埃尔默也是临床质谱市场的活跃者之一,其新生儿筛查试剂盒获得了非常广泛的市场认可,每年要为3900万多名婴儿做遗传代谢性疾病筛查。在中国,珀金埃尔默的业务正不断扩大,有超过90%的新生儿做遗传代谢性疾病筛查(使用珀金埃尔默仪器和试剂盒),其在苏州的临床实验室对外提供新生儿筛查服务。2016年,珀金埃尔默还推出了专门用于临床诊断检测的LC/MS——QSight MD210,目前已经获得了欧洲CE认证,正在注册中国CFDA二级医疗器械许可。岛津推出了CLAM-2000/[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp][color=#3333ff]LCMS[/color][/url]MS系统,是由全自动[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp][color=#3333ff]LCMS[/color][/url]预处理仪器SCLAM-2000和岛津三重四级杆LC MS/MS 8040 组成的全自动前处理[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff] LC [/color][/url]MS/MS 系统,用以简化大批量临床样本前处理环节的工作流程。安捷伦通过FDA I 类医疗器械的色质产品有Agilent K1260 Infinity [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相色谱[/color][/url]系统和 K6460/K6420 三重四极杆质谱仪,并正在申请中国CFDA医疗器械注册许可证。布鲁克占据了超过一半的MALDI-TOF细分市场,是全球临床微生物鉴定市场的标杆企业,其 microflex LT/SH质谱仪通过CFDA二级医疗器械注册。中国的微生物鉴定市场正处在早期上升阶段,市场潜力巨大。今年中国质谱市场发生了新的情况,多家国产厂商和IVD企业瞄准临床微生物鉴定市场,纷纷推出MALDI-TOF,加上先一步推出产品的两家,目前有MALDI-TOF产品的国产厂商已达7家。其中,毅新博创和融智生物均拿到了CFDA医疗器械注册证。可以预见,未来这一市场的竞争将会异常激烈。