产前基因测序(Prenatal DNA Sequencing)，是《MIT科技评论》评选的2013年十大突破科技之一。外媒预测，随着个体化医疗和分子诊断的蓬勃发展，qPCR、第二代测序(NGS)/第三代测序(3GS)、芯片、PCR、CE测序、数字PCR等纯基因组技术相关仪器将产生最大的市场规模和技术进展。而基因测序仪和PCR仪(包括qPCR和数字PCR)在过去的一段时间内里已经发生了技术上的飞跃。本文将最近半年内基因测序仪和PCR仪领域推出的新产品新技术和市场机会集中展示给广大用户。
继2012年初， Life Technologies公司推出了一款标价仅为14.9万美元，且能够在24小时内就可完成整个基因组测序的台式测序仪Ion Proton之后，Oxford更是揭开了其纳米孔测序平台GridION的神秘面纱。该系统将使用带有多个蛋白纳米孔的阵列芯片来分析DNA、RNA和蛋白质。Pacific Biosciences公司也于今年4月宣布推出行业内准确性最高和读长最长的PacBio测序仪PacBio RS II。Illumina公司在2013年上半年也加紧了对多个核心测序平台的改进。包括针对HiSeq 2500试剂进行改进。以实现提升通量、读长和现有仪器的速度。
数字PCR是生命科学领域最令人振奋的创新之一。Life Technologies公司于2013年6月正式发售QuantStudio™ 3D数字PCR系统。这台仪器的核心是高密度的纳米流体芯片，最多可产生20,000个数据点，满足了当今大部分数字PCR应用的需求。Eppendorf 公司于2013年1月推出了Mastercycler nexus X1 PCR仪，仍体现其一贯倡导的环保理念。
基因测序仪：读长更长，通量更高
新一代基因组测序技术可谓掀开了生命科学新的篇章，不仅促进了许多研究方向的复苏或蓬勃发展，也为大众化基因组测序带来了希望。基因测序技术无可争辩的成为当今基因组学乃至整个生命科学领域发展最为迅速的前沿技术。2013年伊始，《Nature Methods》杂志就预测，2013年我们将看到第一台商业化的纳米孔测序仪。会使人们会看到每个碱基的典型模式，还能检测甲基化和羟甲基化的碱基，甚至还能对RNA进行直接测序。这些极具颠覆性的技术的预测，无疑使我们对2013年的基因测序仪技术的发展更加期待。
在目前的测序仪中，一提起读长，PacBio无疑令人瞩目。从上市伊始，PacBio RS系统一直有着傲视群雄的读长。最初是1,000 bp，之后是3,000 bp。2013年4月，Pacific Biosciences公司宣布推出新版本的PacBio测序仪：PacBio RS II。这款新的单分子实时(SMRT)DNA测序系统能带来行业最高的一致准确性和最长的读长，且通量较之前的版本增加一倍。基于革命性的SMRT测序技术，使得PacBio RS II的平均读长达5,000 bp，最长读长超过20,000 bp。此系统提供了简单快速、端对端的SMRT测序流程，适合传染病、微生物、农业和复杂遗传病的研究。它让科学家能够快速经济地完成基因组组装、揭示并了解表观基因组，以及鉴定基因组变异。
PacBio测序仪：PacBio RS II
Illumina公司在2012年第三季度推出了HiSeq 2000的升级版——HiSeq 2500。它是Illumina第一台特有两种运行模式的测序系统，包括快速运行和高产量运行模式，可使用一个或两个流动槽，相当灵活。围绕着HiSeq 2500提升通量、读长和现有仪器的速度，并降低运行成本的要求，Illumina公司在2013年上半年加紧了对多个核心测序平台的改进。这一核心就是针对HiSeq 2500试剂进行改进。HiSeq 2500试剂改进后将带来行业最高的日通量，并降低全基因组测序的价格。有了快速运行模式下对2x250 bp读长的支持，HiSeq 2500能够在快速模式中产生300 Gb，且从样品到数据不到3天。这些改进预计将在2013年下半年实现。
Life Technologies公司也于2013年5月宣布了Ion PGM™ 测序仪的性能提升。据Life Technologies介绍，Ion PGM™ 如今有着“最简单快速的流程，最低的成本，以及最高的灵敏度，适合多个基础和临床研究应用”。此次性能提升源自多个因素，前期的样品制备自动化，新的Ion PGM™ 半导体芯片，以及软件的改进。此外，重新设计的Ion PGM™ 测序仪在价格上也低了30%，这要归功于电子产品制造的规模经济。
另一家主流测序仪公司罗氏公司继去年底推出一款能显著改善其GS FLX+系统上长读取鸟枪法测序性能新的软件包(v2.8)之后，今年上半年正加紧研发v2.9版本软件，这一软件将实现超长读取的扩增子测序。预计该软件将于今年推出。此次改进将让研究人员发现更多复杂的遗传变异，并揭开隐藏在基因组、转录组和宏基因组样品中难以测序的区域下的生物学秘密。
测序新秀Oxford Nanopore Technologies公司总是给我们更多惊喜，便携式的测序系统MinION于去年年末展出。这款仪器只有U盘大小，价格低于900美元。这款产品有望带来高达100 kb的读长，而原始错误率大约在1%左右。立即引发了市场轰动。不止如此，Oxford更是揭开了其纳米孔测序平台GridION的神秘面纱。该系统将使用带有多个蛋白纳米孔的阵列芯片来分析DNA、RNA和蛋白等。该阵列芯片放置在一次性的cartridge内，cartridge随后上样到节点(node)内。用户可根据需要，连接若干个这样的节点，组成一个可扩展的测序平台。我们或许有幸在今年下半年盼望到第一台商业化的纳米孔测序仪的诞生。
新一代测序仪市场：预计每年增长16%
测序技术革新推动了测序仪乃至整个基因组学仪器的市场规模，当然这也得益于分子诊断，个体化医疗的蓬勃兴起，DNA测序技术已经在临床,法医,CDC等应用领域发挥越来越大的作用。据外媒报道，2012年全球基因测序市场产值为13亿美元，2017年将增长至27亿美元，增速为16.3%。DeciBio生命科学市场研究公司曾发表报告说：“新一代测序仪市场预计每年增长16%”。
过去几年，测序仪的市场一直被罗氏，Illumina和Life Technologies所占据，测序领域的巨人华大基因所拥有的新一代测序平台就依托罗氏公司的454 GS FLX+ System，Illumina公司Hiseq 2000和Life Technologies公司的Ion Torrent。而其所拥有的Hiseq 2000测序仪更是高达128台。让华大选择Hiseq 2000的原因，无疑是其所具有的高通量和低成本。虽然新型测序企业不断涌现，但这种三足鼎立的局面，在未来几年内仍无法打破。
新一代测序仪的市场规模
(其中2012年为实际发生，其余年份为预测数据。)
据专家预测，新一代测序仪的市场规模2016年预计达到22.5亿美元，增长驱动力主要来源于试剂和仪器成本下降。展望未来，为遗传变异而进行的人类基因组重新测序，以及癌活检的重复测序和表达分析都将继续推动该技术被采用。同时，围绕新应用计划的发展，如甲基化和miRNA的从头发现和更实惠的开发平台，将是增长驱动的关键。
我们还应注意到，在新一代测序技术飞速发展的同时，以ABI 3730测序仪为代表的第一代测序仪，由于价格低廉，先期市场应用广泛，仍然在基因鉴定，BAC等的测序中发挥重要作用，短期内仍无法被新一代测序仪所替代。
PCR技术趋势：样品量更少，灵敏度更强
今年是PCR诞生三十周年，生命科学的蓬勃发展促使这项分子生物学技术在三十年的时间内发生了颠覆性的变化，从第一台PCR仪的诞生，到耐热性DNA多聚酶被发现，再到荧光定量PCR技术的建立，再到如今开发的数字PCR系统。三十年前的科研工作者无法想象今天PCR技术的变化，然而，如今的PCR技术仍然不断的发生着一个又一个飞跃。
与其说生命科学的发展推动者PCR的创新，不如说PCR新技术的实现促进了生命科学的进步。DNA扩增已经成为了生物学研究的基础。基因组测序，分子诊断，基因芯片……这些活跃的新兴技术都离不开PCR的革新。
数字PCR是生命科学领域最令人振奋的创新之一。与传统定量PCR技术不同的是数字PCR不依赖于扩增曲线的循环阈值(CT)进行定量,不受扩增效率的影响,也不必采用看家基因和标准曲线,具有很好的准确度和重现性,可以实现绝对定量分析。
Life Technologies公司于2013年6月正式发售QuantStudio™ 3D数字PCR系统。这款仪器外形小巧，流程简单，适用于需要对目标DNA分子进行绝对定量的实验。简单的流程，再加上基于芯片的方法，大大减少了手工操作的步骤，同时也降低了样品污染和DNA损失的风险。一旦样品上样到芯片上，系统在1分钟内即可返回初步的数据。仪器的核心是高密度的纳米流体芯片，最多可产生20,000个数据点，满足了当今大部分数字PCR应用的需求。
QuantStudio™ 3D数字PCR系统
罗氏公司于2013年6月发布新的软件升级，包括适用于LightCycler® 96的高分辨率熔解分析和定量基因检测模块以及适用于LightCycler® Nano系统的新支持特征。LightCyler® 96实时荧光定量PCR仪是罗氏公司于去年年底推出，它的突出特点是使用2×96根等距玻璃光纤，使得用户彻底告别普通qPCR仪器检测的边缘效应。最新推出的高分辨率熔解分析模块将特别适合人类遗传病研究的应用。它实现了已知和未知基因突变的快速检测。而新的定量检测模块实现了目的基因存在或缺失的直接检测和验证。LightCycler® Nano荧光定量PCR仪于2011年上市，此次新发布的特征包括先进的基因表达分析，支持导入外部的标准曲线。它还为高分辨率熔解实验提供了增强的分析方法。
Eppendorf 公司于2013年1月推出了Mastercycler nexus X1 PCR仪，Mastercycler nexus X1 PCR仪模块采用银作为导热材料，可以实现5度/秒的升温速度，并具有极佳的温度均一性和温控精确性， Mastercycler nexus X1延用了Mastercycler nexus直观简便的中文操作界面，并具有日程预约、E-mail提醒等功能。Mastercycler nexus X1的设计符合Eppendorf近来倡导的环保理念，体积小巧、节能环保，并且实现超静音运行。
Mastercycler nexus X1 PCR仪
纵观PCR技术的发展趋势，在下半年或是不远的时间内，我们有望看到PCR技术在以下方面取得突破。
首先，微流体技术开发了一种全新的单细胞基因表达检测方法，推动了微流体PCR朝着单分子分析方向发展。尤其是用于单细胞捕获制备的芯片及用于单细胞基因表达的芯片的开发，使得在技术平台上可以进行单细胞表达分析，未来这一技术有望进一步推动微流体在PCR上的应用，使得未来的PCR使用的样品量更少，灵敏度更强。
其次，能够用于绝对定量的数字PCR还处在起步阶段。数字PCR工作流程比传统qPCR简单得多，灵敏度和精确性也更好。在寻找罕见突变时数字PCR尤其适用。但数字PCR不可回避的不足是的通量比较低，而传统的qPCR通量更高，未来研究人员对于如何能通过dPCR增加通量，使得数字PCR设备中的微流控能在一天时间内完成从几十万到上百万的反应的研究是数字PCR领域可以预见的突破。
第三，随着PCR的普及，具有环保理念的PCR产品也是未来的发展方向，体积小巧、节能环保，超静音运行将是未来主流PCR的共性特征。
qPCR市场：6%的年复合增长率
由于数字PCR带动了高增长的技术领域，DeciBio生命科学市场研究公司预测该技术的复合增长率将飙升至90%，随之带来的qPCR市场将有一个6%的年复合增长率，市场规模将在2016年节节攀升至29.5亿美元，而普通PCR市场年复合增长率仅为1%，普通PCR的市场增量不被看好。
qPCR市场规模
(其中2012年为实际发生，其余年份为预测数据。)
目前，全球体外诊断 (IVD) 市场规模约为520亿美元，预计到2015年将达到700亿美元。基于实时荧光定量分析的分子诊断检测已经是临床实验室中不可缺少的一部分。分子检测是诊断学市场发展最快的一个领域，因而随着检测技术的更新改善，实时荧光定量分析仪性能的提高，qPCR仪的市场在下半年乃至未来几年都会迎来较大的上涨空间。
也应注意到，受全球金融危机的影响，来自生物、医疗、科研等行业的需求也随之有所回落，因而导致下游企业对实时荧光定量分析仪的需求也有所回落。另外，受金融危机持续影响，各国纷纷采取措施保护本国经济的发展，保护本国生产企业，通过提高关税或者改变产品的市场准入标准等方式来实现事实上的国际贸易壁垒的目的。
同时，分子诊断行业迎来了大发展，据统计，分子诊断是全球体外诊断市场中发展最为迅速的一部分，其占体外诊断的比例已经从1995年的2%增长到了2009的10%，年增长速度达到10%以上。我国的分子诊断市场发展更为迅猛。2010年我国体外诊断市场规模为20.7亿美元(约合136.8亿元)，其中5%的份额为新兴的分子诊断占据。虽然目前国内分子诊断的比重并不大，但其年均增长速度是全球的2倍。PCR仪是分子诊断领域不可缺少的组成部分，在未来的一两年内，qPCR仪市场在全球将有6%左右的增长，在我国，实时荧光定量分析仪市场的增量预计可达到10%左右。
另外，未来随着分子诊断业的发展，PCR仪无疑将更加重视满足临床诊断实验室的特定需求，并且将会更加关注于是否取得体外诊断 (IVD) 医疗器械认证。
2013年上半年，对于国内实时荧光定量分析仪企业也拥有一些利好信息，2013年，《生物产业发展规划》中，制定了2013—2015年，生物产业产值年均增速保持在20%以上的发展目标，标志着我国生物产业已步入快速发展期。
国家卫生主管部门、国家卫生部门临床检验中心以及国家食品药品监督管理局提倡用户选择国内仪器。因为选择仪器价格只有国外的三分之一左右并且性能接近的国产仪器，能为国家节省大量的外汇，同时能促进国产仪器的技术进步，民族产业的发展。如今国内的实时荧光定量分析仪厂商在不断的进步之中，随着越来越多的一流人才加入到生物技术领域中，相信未来国内实时荧光定量分析仪企业会将国外厂商的垄断局面打破。（编辑：乔峰）
