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高分子薄膜之發展現況及趨勢
張肇栓
太平洋醫材股份有限公司
我國塑膠膜袋製造業產業形貌
包裝應用與趨勢
農業應用與趨勢
多孔膜應用與趨勢
醫療應用與趨勢
大綱
近10年來我國塑膠製品製造業產值呈微幅下降趨勢 塑膠膜袋製造業產值逐年提高(2004年247億~2013年389億) 塑膠膜袋製品具較高附加價值(生產值/生產量)
我國塑膠製品製造業發展現況
資料來源:經濟部統計處-工業生產產品統計,太平洋醫材整理
塑膠製品製造業生產值統計 塑膠製品製造業生產量統計
(億元)
3
蓬勃發展時期
塑膠膜袋廣泛應用,20%垃圾為塑膠膜袋製品
中小企業為主,
廠商數達2千家
成本增加及人力缺乏,產業面臨經營瓶頸
廠商數854 家
實施「限塑政策」,業者轉型因應
廠商數720家
全球景氣回溫,民生需求帶動包裝市場
海外競爭加劇及廠商於海外新增產能,外銷表現轉差
廠商數744家
4 資料來源:太平洋醫材整理
我國塑膠膜袋製造業發展歷程
1976 1995 2000 2008
草創期 產業外移期 成熟衰退期 景氣變動期
2014
資料來源:經濟部統計處,太平洋醫材整理
我國塑膠膜袋製造業產量趨勢
5
資料來源:中華民國海關進出口資料,太平洋醫材整理
我國塑膠膜袋製造業產值趨勢
外銷:內銷=3:7(供應國內製造業者及消費性包裝需求) 各廠商產品差異不大且價格競爭激烈 部分業者轉移至中國及東南亞國家生產,以就近供應市場
6
塑膠袋;
37% 塑膠膜;
55%
編織袋;
8%
7
膜製品成長將近100%,於2007年首次超越袋類製品生產值。
資料來源:經濟部統計處-工業生產產品統計,太平洋醫材整理
我國塑膠膜袋產品佔比現況
2013 年塑膠膜袋產品佔比 塑膠膜袋產品生產值統計
億元
新台
幣
非多孔性 多孔性
98%
2%
全球塑膠薄膜發展現況
8
包裝應用為市場主力,5120萬噸(2013)→6379萬噸(2018)。 70%塑膠包裝材料為聚烯烴(Polyolefin)、聚氯乙烯(PVC)、
聚苯乙烯(PS) 和聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)等。
資料來源:PlasticsEurope Market Research Group,2013
包裝
建築
汽車
電子
其他
食品/飲料包裝為主要市場
主要增長動力為中國、印度、巴西和墨西哥等新興經濟體。 中國的產量居全球第一,約23.5%,已超越歐洲(21.5%)。 德國、義大利、法國及英國為歐洲重要的生產國。
9 資料來源:Marketsandmarkets,2013
資料來源:食品所ITIS計畫、世界方便麵協會2014年5月統計資料
國際食品塑膠包裝市場
食品塑膠包裝1.9兆個
硬包裝18.8% 軟包裝58.3%
全球速食麵需求
量為1
05
6億份
(
碗、袋)
,亞洲
地區為最大的市
場(87
2
億份)
目前主要應用於
優格、乳品和醃
製食品,未來會
面臨玻璃和金屬
包裝的挑戰
主要應用於小包
裝糖果、烘焙食
品及乾燥食品
近年來冷凍食品
廠商積極發展可
蒸煮軟袋,以提
高消費者備餐的
便利性
10
資料來源:食品所ITIS計畫
國際飲料塑膠包裝市場
飲料塑膠包裝1.1兆個
硬包裝36.8% 軟包裝6.3%
主要為P
ET
瓶(
佔總量九成
以上)
及HD
PE
瓶
未來P
ET
瓶之發展受瓶裝
水及碳酸飲料的銷售影響
PE
T
瓶裝茶類飲料及果汁
的需求集中於亞太地區
主要由軟質塑膠、鋁箔/
軟
質塑膠等所組成
軟包裝是沖泡式熱飲的重
要包裝,未來發展潛力佳,
尤以茶和咖啡最被看好
立式軟袋經常應用於果汁
(
例如C
ap
ri-Su
n)
、咖啡
及酒精飲料包裝
11
資料來源:The Freedonia Group, Inc
國際食品塑膠包裝應用
肉製品塑膠包裝佔比最大
12
資料來源:GNPD,2011-2013年
我國食品/飲料塑膠包裝應用
種類
13
資料來源:Du Pont, 2013
消費者對食品包裝之需求
改變生活的食品包裝:
1. 可重複密封 2. 可微波包裝 3. 可再生利用 4. 可蒸煮和無菌包裝 5. 可熱充填 6. 易調理/保鮮包裝
14
食品包裝趨勢1~減少食材損失
國際包裝展Interpack 2014, 2017:
Save Food 延長保存期限 減少食品廢棄物
15 資料來源:太平洋醫材整理
食品腐壞因素: 1. 生理作用-新鮮果蔬的呼吸作用 2. 微生物活動-微生物引起的腐敗 3. 物理變化-乾性食品的吸濕 4. 化學變化-脂肪的氧化
產品
集貨
分級
包裝
加工
儲藏
運輸
批發
零售
消費者
農民、產銷班、農會 農產運銷公司 市場通路商
損失40%
資料來源:Plastic Engineering, June 2013
延緩食品腐壞
16
食品保鮮包裝氣體組成
17
常見塑膠膜的氣體穿透率
18
材料 氧氣穿透率(cc/m2・day・atm)
25℃,R.H. 65% 水氣穿透率(g/m2・day)
40℃,R.H. 90%
Al2O3/PET 0.3-1.0 1.0-1.5
EVOH 0.5 75
PVDC 1-2 1.0
ONY 30 90
PET 80 22
PVC 200 5.0
HDPE 2900 22
PP 2000 14
CPP 3800 10-23
資料來源:太平洋醫材整理
高阻隔性包裝市場
19 資料來源:Smithers Pira
塑料袋占2014年全球高阻隔性包裝薄膜銷售量的50%以上。 自立袋為增長速度最快的一類。
增進PET阻氣性技術 研發公司
鋁蒸鍍 Du Pont
SiO2蒸鍍 TetraPak, Coca-Cola, Krones
Epoxy塗佈 TetraPak, PPG
多層共押出 Miller(US)-PET/EVOH/PET
混摻片狀Clay等無機物 Eastman, BP-Amoco, Cryovac,
混摻高分子聚合物 Du Pont
2014年銷售176萬噸 (159億美元)
2019年銷售224萬噸 (200億美元)
CAGR≈5%
高阻隔性多層膜包裝應用
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用途 要求特性 包裝材質構成實例
速食麵(袋) 水蒸氣阻隔性 OPP/PE
速食麵醬包 氧氣阻隔性 NY/TL/CPP
茶葉袋 氧氣阻隔性 PET/TL/PET/PE/LLDPE
冷凍速餐包 耐寒強度 NY/TL/LLDPE
耐衝擊耐針孔 OPP/PE/LLDPE
高溫殺菌軟袋 耐水煮耐高溫高壓 PET/TL/NY/TL/AL/TL/CPP
洗衣粉(精) 耐衝擊、耐針孔 NY/TL/LLDPE
面膜袋 耐針孔、耐油性 PET/PE/AL/TL/CPP
TL:Tie Layer 資料來源:太平洋醫材整理
高阻隔性多層膜製程
21 資料來源:太平洋醫材整理
調控氣體保鮮包裝案例
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Clearly Clean Products與Weis Markets合作推出全球唯一可回收保鮮托盤 托盤以回收PET材料製成 保持盒內微量氧氣含量,使肉品呈現鮮紅色。
資料來源:Clearly Clean Products 23
調控氣體保鮮包裝案例(續)
食品包裝趨勢2~永續性
台灣廢容器回收量約50萬公噸,塑膠容器約佔38%。 省資源、再利用、再生利用,再加上使用可再生材料、
生質材料、水資源節約、管理及節約糧食。 生物可分解包材須另外的回收系統,會影響既有回收程
序而抑制業者使用意願。
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建立永續性包裝技術
建立完善 回收機制
替代性原料
包裝結構設計
表面處理
材料改質 標準化包裝 標示機制
使用綠色包裝鼓勵機制
資料來源:太平洋醫材整理
資料來源:食品所ITIS計畫
永續性包裝案例
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≧25%回收包材 緊實形狀設計
≧25%生質材料 Pepsi, Heinz也
使用生質材料
人體工學設計 重量減少17%
塑料減少43% 回收空間增加
70%
泰山
食品包裝趨勢3~便利性
直接微波食品包裝、易開封性 易撕性、易再封性
26 資料來源:太平洋醫材整理
直接微波 取出食品微波
資料來源:食品所ITIS計畫
便利性包裝案例~重複密封
Pepperidge Farm 糕點包裝
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Curwood 奶酪包裝
Cadbury 糖果棒包裝
資料來源:食品所ITIS計畫
便利性包裝案例~微波包裝
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直接微波蒸煮 可調節O2、CO2
直接微波蒸煮 感溫變色印刷
直接微波蒸煮 透氣多層膜
資料來源:GROWER’S CUP, Nestle
便利性包裝案例~易調理包裝
Grower’s Cup 直立式咖啡包裝袋
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Nestle 速食湯包裝
農業應用現況~BASF
可分解材料 ecovio®
30 資料來源:BASF
抗UV頂棚膜
農業應用現況~ Nippon
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水溶性聚乙烯醇(PVOH)
農肥料包裝 清潔劑包裝 31
化學農藥長期施用會不斷累積於環境,除會危害非目標生物之外,亦會使害物產生抗藥性、作物產生藥害及汙染環境等。
解決方案: 分解速率可調控含藥薄膜
含藥之多孔性材料 分解速率
可調控薄膜
減少農藥趨勢
資料來源:太平洋醫材整理
應用效益:
預估減少50%農藥施用
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解決方案:紅外線濾光膜
降低溫室內溫度
功能性溫室膜趨勢
資料來源:太平洋醫材整理
改變光線行進方向
解決方案:金屬粉末消光膜
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PE農業廢棄物極少被重複使用,大部分於田間就地焚燒。
減少農業廢棄物趨勢
資料來源:太平洋醫材整理
解決方案:循環再利用、生物可分解材料 土壤環境下約可在180天內分解,比一般PE膜環保無毒。
34
資料來源:Ahlstrom Corporation
多孔膜主要應用領域
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油/氣過濾 飛機 直升機 船舶
水處理 海水淡化 工業用水 民生用水
醫療 膠帶 手術衣 無菌屏障
包裝 茶 咖啡 芳香劑
服飾 夾克 鞋子 手套
生技製藥 藥物成分 生物技術 充填
飲料 瓶裝水 無菌過濾 果汁濃縮
印刷藝術 墨水過濾 塗佈印刷
實驗室 樣品製備 微生物QC 蛋白質純化
空氣過濾 半導體業 電子業 無塵室
亞洲衛材市場持續攀升 •日商Asahi Kasei、Toray-Tonen 、美商Celgard與韓商SK 為主要廠商,市占率達77%
•知名業者:Veolia、Pure-aqua
•超過20億美元產值
知名業者: •Millipore •Advance •Pall 應用領域: •食品過濾 •生物反應器 •薄膜蒸餾 •海水淡化
超過40億美元產值
歐美地區之衛材市場飽和,進而持續擴張醫療、水處理及電子用多孔膜開發,總產值超過200億美元
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全球多孔膜應用市場
資料來源:IEK、Pira、BCC Research
全球多孔膜高潛力應用市場
37 資料來源:Ahlstrom Corporation
水源潔淨
生技醫療
過濾系統及多孔膜產值將近56億美元
CAGR 6-7%
醫療診斷及微樣品採集產值將近21億美元
CAGR 5-6%
全球人口持續擴增,提升安全飲用水及水資源再利用需求
人口老齡化使醫療診斷市場持續增長
因應居家醫療照護,體外診斷測試興起
國內現有多孔膜製程之加工精度不足,無法供應國內電子及醫療等產業,高階應用極度依賴進口產品。
國內有五大廠商生產多孔膜,主要應用皆為衛材,產品差異性小且價格競爭。
歐美地區之衛材市場飽和,而最具發展潛力的亞洲市場集中於中國,但已陷入價格競爭。
國內廠商雖於海外市場新增產能,但遭遇缺乏高階製程與專業人才,故難以與國外大廠競爭。
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我國多孔膜發展困境
資料來源:台經院、財政部關稅總局
進口美、日高單價多孔膜元件及製品(397元/kg),而出口量大 價低製品至中國(206元/kg),故須針對進出口結構調整。
多孔膜元件產值佔比低,具高度發展空間。
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我國多孔膜應用市場
資料來源:台經院、財政部關稅總局
非多孔性 多孔性
98%
2%
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醫用薄膜範疇
應用項目 主要產品
Hemodialysis 血液透析
透析膜通常為含有10,000-15,000束的中空纖維(直徑0.1-0.2 mm) 填裝於圓柱管中。
Blood Oxygenator 葉克膜
即人工肺,取代肺循環氣體交換功能。以微孔性中空纖維填裝於圓柱管中。
IV filter 輸液過濾器
用於過濾注射液中過大顆粒,依被過濾物直徑而選擇適當孔徑(0.2-1.2 mm)的過濾器。
Diagnostic Device 診斷器材
利用蛋白質分子與目標物結合後,以化學或電化學方式偵測生物標記在體液中濃度。
Blood microfilter 血液過濾器
• 血液成分分離(血球、血小板等) • 類血漿分離(去除血漿中病毒、毒素或蛋白)
資料來源:BCC Research; 工研院IEK(2012/05)
全球醫用薄膜整體市場現況
資料來源:BCC Research; 工研院IEK(2012/05)
全球醫用薄膜市場由 2009 年 45.8億美元成長至 2013 年的 54.7億美元,CAGR為 4.4%。市場主要受到人口老化、慢性疾病等因素影響。
血液透析、葉克膜及輸液過濾器主要受市場需求所驅動,診斷器材及血液過濾器則受新技術所驅動。
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血液透析產品
醫療器材分級: II 血液透析是藉由過濾方式清除血液中的廢棄物、毒素或過
多的水分等。 應用於急、慢性腎功能衰竭的治療,產品多為一次性使用。
資料來源:BCC Research; 工研院IEK(2012/05) 42
血液透析市場
全球每年使用量約有2億組,每組的價格約在10-20美元。
2016年全球血液透析市場約13.2億美元。
有些產品存在重複使用(經濟考量、使用率高的重症患者),但一次性產品已經是趨勢。
居家血液透析產品可提升透析頻率與改善生活品質,是目前新興的趨勢
資料來源:BCC Research; 工研院IEK(2012/05) 43
血液透析產品與生產廠商
資料來源:BCC Research; 工研院IEK(2012/05)
透析膜種類 廠商 / 應用產品
High-flux polysulfone
Gambro / Polyflux H*, Polyflux R*
(reusable), Fresenius / F-Series, FX
(Helixone membrane), Asahi Kuraray
Medical / APS, Baxter / Xenium
(polyethersulfone)
Low-flux polysulfone Gambro / Polyflux L*, Fresenius / F-Series
Cellulose acetate Baxter / CA, CAHP (reusable)
Regenerated cellulose Asahi Kuraray Medical / AM-BIO
(modified cuprammonium rayon, reusable)
Hemophan Gambro / GFS Plus 20
PMMA Toray / Filtryzer BK
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葉克膜產品
醫療器材分級: III 使用於開心手術時,取代肺循環交換氣體。 競爭療法:目前許多開心手術,如冠狀動脈繞道、瓣膜手
術、天性心臟病手術等,多採用不停跳心臟手術,以減少葉克膜的使用。
資料來源:BCC Research; 工研院IEK(2012/05) 45
葉克膜市場
除了使用於成人心臟手術外,新生兒與兒科心臟手術也會用到人工肺。
2000年以後危險性較高的開心手術逐漸由不跳停的心臟手術取代,使得人工肺的使用率大幅下滑。
預期人工肺的使用將以年複合成長率 -0.5% 持續緩慢下滑,2016年全球市場值為 6.5 億美元。
資料來源:BCC Research; 工研院IEK(2012/05) 46
葉克膜產品與生產廠商
資料來源:BCC Research; 工研院IEK(2012/05)
製造商 應用產品
Medos Hilite, Hilite LT
Medtronic Affinity NT, Silicone surgical membrane oxygenators, Minimax Plus, ECMO
NovoSci Ready System
Terumo Capiox
Sorin Group Apex, D 903 Avant, PrimO2x, Synergy, Synthesis, Lilliput 2, Dideco Kids
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輸液過濾器產品
醫療器材分級: II 使用於去除靜脈注射液中可能存在的微
生物、蛋白質纖維、氣泡、顆粒等物質,以避免感染或肺微血管阻塞造成併發症。
統計結果顯示靜脈輸液是否使用IV filter,病患感染率差不多,因此美國CDC已不再倡導使用IV filter。目前使用較多的是在施用全靜脈營養液注射及乳化藥物注射。
資料來源:BCC Research; 工研院IEK(2012/05) 48
輸液過濾器市場
BCC Research 估計大於 80% 住院病患都會接受靜脈點滴注射,然而,僅少於10%的靜脈注射是需要加裝薄膜過濾,因此,IV filter 的市場並不大。
2011 年全球市場值僅約 1.2 億美元,2016 年市場值將約為 1.3 億美元,年複合成長率在 2.2%。
資料來源:BCC Research; 工研院IEK(2012/05) 49
輸液過濾器產品與生產廠商
製造商 應用產品
Pall Gardian 100 high-pressure filter, IV-3 and IV-3 High Flow filters, IV-5 filter, IV-6 filter, Micro IV filter, Pediatric IV filter
Millipore Cathivex, Cathivex-GS filter, IV Express filters
Filtertek MediPure 0.2/1.2 mm Adult IV filters, 0.2/1.2 mm MicroInfusion filters
B. Braun Sterifix, Sterifix Paed, Sterifix Neonat infusion filters; Intrapur Plus, Intrapur Plus Paed, Intrapur Plus Neonat infusion filters;
EPS Inc. 0.2, 0.45, 1.2 mm filters
資料來源:BCC Research; 工研院IEK(2012/05) 50
診斷器材產品
醫療器材分級: II 使用於生物標誌的偵測,應用蛋白質分子結合後以化學或電
化學方式偵測生物標記在體液中濃度。 廣泛應用於感染、荷爾蒙、藥物監控、心血管、先天性疾病
偵測、檢體處理、DNA定序、核酸偵測、蛋白質偵測等,最大宗的應用在血糖監測與懷孕檢測。
資料來源:BCC Research; 工研院IEK(2012/05) 51
診斷器材市場
2011 年全球約有 31.2 億美元,未來將以CAGR 6.2%成長,而在 2016 年達 42.1 億美元。
估計每年有大於10億平方英呎的薄膜使用於製造診斷產品。其中的應用包含感染症、荷爾蒙、藥物、心血管疾病、遺傳疾病等檢測。
近年來,由於疾病診斷的生物標記開發應用越趨興盛,部分新的檢測方式,如透過光學與氣體分析等也取代部分薄膜類診斷產品。
資料來源:BCC Research; 工研院IEK(2012/05) 52
診斷器材產品與生產廠商
資料來源:BCC Research; 工研院IEK(2012/05)
製造商 感染疾病診斷
血糖 偵測
驗孕/排卵測試
藥物濫用檢測
其他註
Roche Diagnostiics
X X X X
Simens X X X X X
Abbott Diagnostics
X X X X X
Johnson & Johnson
X X X X X
Agilent X X
註:其他居家檢測、分子診斷、心血管生物標記、癌症診斷產品等
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血液過濾器產品
醫療器材分級: II
使用於血漿分離(如血小板或血球分離等)
或是治療用血液分離(去除有毒物質、低
密度膽固醇等)
分離血液中有效成分作為醫療用、急性
毒血症患者清除血液有毒物質、自體免
疫患者有害抗體分離等。與腎透析不同
的是分離/清除的分子量較大,介於1-3
百萬 Da 的物質。
資料來源:BCC Research; 工研院IEK(2012/05) 54
血液過濾器市場
2011年全球市場約為 3,600 萬美元,預估未來將以CAGR 5.5%的速率成長,到2016年將達 4,700 萬美元。
主要應用於血庫的血液收集/分離與醫院疾病治療(血液分離術)。
目前作為疾病治療手段僅在日本較受歡迎,在德、英及俄也有一些相關產品上市。在美國則因製藥產業發達,現階段不若前述國家接受程度高。
資料來源:BCC Research; 工研院IEK(2012/05) 55
血液過濾器產品與生產廠商
資料來源:BCC Research; 工研院IEK(2012/05)
製造商 應用產品
Aethlon Medical
Hemopurifier – 過濾 HIV、HCV、痘病毒科 (Orthopoxvirus),亦可應用於過濾其他病毒、毒素或生化武器。
HER2osome – 過濾血中循環的 Her2 分子或其他由癌細胞分泌促進癌細胞發展的分子。
Gambro Aquadex FlexFlow – 去除如鬱血性心衰竭等所造成血中過多鹽類或水分。
Omniflo 血漿分離作為靜脈血液過濾的前處理步驟 (具有應用於可穿戴式血液透析產品的潛力)
Asahi Rheofilter – 去除纖維蛋白原與較大分子量物質,以治療因老年性黃斑部病變等所引發之微循環障礙。
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醫用薄膜材料主要競爭者分析
資料來源:BCC Research; 工研院IEK(2012/05)
醫用薄膜供應商多以OEM模式銷售,然而也有可能同時與下游醫材廠商面對相關醫療訴訟,因此算是高風險行業。
由於技術與化纖紡織產業關聯性高,因此國際幾家專精纖維紡織技術的大廠如Membrana、Asahi Chemical及Kuraray等,均大量生產hemodialyzer、blood oxygenator及 blood microfilter 所需要的中空纖維材料。
而生產片狀薄膜廠商則有Pall、Millipore、3M及Sartorius,主要作為 IV filter、診斷產品用薄膜。
少部分薄膜生產廠商還設立內部研發中心,將開發的薄膜材料應用於自家儀器系統。
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未來技術趨勢
應用類別 未來 3-5 年技術趨勢
血液透析
單位面積的過濾效率 (孔徑均一、流速穩定) 中分子化合物 (MW 350-2000 Da) 的清除效率 增加生物相容性、減少血栓形成 採用對環境友善材質,減少廢棄物處理成本
葉克膜 無需起始液體量,以降低血液被稀釋 生物相容性:減少血小板低下、血球破裂、血中蛋白質
變性、補體活化造成血栓等副作用。
輸液過濾器 改善氣塞、堵塞狀況,增加流速
診斷器材 分子檢測需求:微量檢體也有良好的再現性 專一性佳,防止交叉反應、準確性佳 降低成本、多標的一次檢測
血液過濾器 降低血栓形成,改善薄膜阻塞現象 減少薄膜吸附血中蛋白質 改善生物相容性、減少血球破裂
資料來源:Frost & Sullivan;BCC Research; 工研院IEK(2012/05) 58
醫用薄膜產品發展綜合分析
資料來源: 工研院IEK分析(2012/05)
項目
應用類別
市場規模(Million
USD)
2011
市場規模(Million
USD)
2016
CAGR
(%)
2011~
2016
技術
難度
競爭
態勢
醫材
等級
醫
用
薄
膜
Diagnostic
products 3,122 4,211 6.1% 適中 高 II
Hemodialyzer 1,042 1,322 4.8% 較難 高 II
Blood
oxygenator 662 647 -0.6% 較難 高 III
IV filter 116 129 2.5% 較易 中 II
Blood
microfilters 36 47 5.8% 較難 中 II
59
醫療器材開發的關鍵元素
60