數字PCR市場年增長近12％國內企業數已反超進口

數字PCR作為第三代PCR技術，它是將分子生物學與現代微機電、微納制造等工程技術相結合的典范。數字PCR以聚合酶鏈式反應的理論和技術體系為基礎，結合現代微機電和光學檢測技術，實現單分子水平的核酸精確定量檢測。數字PCR的核心思想是將核酸樣品平行劃分為大規模單分子水平的微反應單元，然后對眾多微反應單元內的靶序列進行擴增和光學檢測，實現絕對定量和痕量分析。該技術的誕生和發展為核酸精確測定和基因分析提供了全新的思路，并具有比傳統實時熒光定量PCR技術更好的精確性和靈敏度。目前，該技術已經在腫瘤個體化診療、基因編輯、液體活檢等前沿生命科學研究、臨床醫學檢驗及生物醫學檢測等多個領域實現突破性應用和發展。

一、數字PCR簡介

PCR(Polymerase Chain Reaction)反應即聚合酶鏈式反應,是一種用于放大擴增特定的DNA片段的分子生物學技術,它可看作是生物體外的特殊DNA復制,PCR的最大特點,是能將微量的DNA大幅增加。利用這一特性,可以將樣本中微量DNA進行大量擴增(如血液,唾液,病原體等),進而進行下一步檢測。

對樣本DNA進行定量分析的一種方法為定量PCR,其原理是利用熒光探針對產物進行標記,利用與參照DNA熒光強度的比值得到樣本DNA含量。然而定量PCR往往需要繪制標準曲線,且需要參照樣本作為對比,得到的DNA定量也是相對定量分析,無法滿高精度的測量需求。

數字PCR原理實例

數字PCR技術就是力求做到對DNA絕對定量的技術,該技術利用對樣品進行微滴化處理,使得每個微滴成為“微反應器”,進而實現“單分子模板PCR擴增”。該策略進行統計分析時,可以不依賴于標準曲線和參照樣本,直接檢測目標序列的拷貝數,使得檢測靈敏度,精確性大大提高。因而在極微量DNA樣本檢測;復雜成分中微量檢測;稀有突變檢測等需要高精度定量分析領域具有優勢。

二、市場綜述

研究報告預測，2019-2024年全球定量PCR和數字PCR市場將以8.8%的年復合增長率增長，從2014年的41.13億美元增長到2014年的62.7億美元。其中，數字PCR的增速更快達11.9%，將從2014年的4.75億美元，增長到2024年8.34億美元；定量PCR的年增速為8.37%，從2014年的36.28億美元，增長到2024年的54.37億美元。

數字PCR全球增長情況（2017-2024）

定量PCR全球增長情況（2017-2024）

定量PCR與數字PCR市場份額地區分布(來源:Markets and Markets)

截止到2016年,北美仍然是最大的市場,其次是歐洲,再其次是亞太地區。雖然亞太地區目前市場份額不是最大的,然而在未來5年增長率將會是最高的,其中中國,日本,印度三個國家將是亞太地區市場和技術增長的主要來源。

對企業類型進行劃分,分為三檔企業,其中第一檔為收入大于10億美元企業,第二檔為1億至10億美元,第三檔為小于1億美元。發現分別占有45%,34%,21%,這說明該行業存在巨頭,但是尚未形成壟斷,對于相對初步的企業仍有機會。

定量PCR與數字PCR市場份額公司分布(來源:Markets and Markets)

三、增長優勢

利于數字PCR市場增長的條件有很多,主要體現在醫療服務本身的需求,政策利好以及人口增長和老齡化等因素。

1、精準醫療與腫瘤治療需求

精準醫療(Precision Medicine)是以個體化醫療為基礎、隨著基因組測序技術快速進步以及生物信息與大數據科學的交叉應用而發展起來的新型醫學概念與醫療模式。其中一個重要的環節就是對于特定患者的基因,基因組樣本進行分析,對于致病突變檢測和定量分析的精確性要求尤其高,因此呼喚新一代PCR技術的應用,而這正是數字PCR的優勢所在。

具體到腫瘤治療領域,普遍認為早期檢測和個體化治療將提高治療效果。而這兩個領域數字PCR都將帶來進步。

在腫瘤形成的超早期,會出現腫瘤細胞的壞死和凋亡,這些凋亡或壞死的腫瘤細胞會釋放其DNA進入外周血,因此通過分析循環血液中是否含有腫瘤特異的游離DNA可以達到腫瘤早期篩查的目的。然而此時DNA含量極低,因此需要高靈敏度和高精確性,這是除了數字PCR技術其他技術所達不到的。另外進行個體化治療時,需要對基因組樣本進行分析,此時利用數字PCR技術也能大大提高結果的可信性,進而建立合理治療方案。

2、國內政策利好

《“十三五”醫療器械科技創新專項規劃》中,提到需要發展前沿關鍵技術,引領醫療器械創新,其中列出5類重大產品研發重點發展方向作為重點任務。在體外診斷類一項,提出要發展新型分子診斷系統。重點開發現場快速提取/檢測核酸一體化平臺、新型基因測序儀、隨檢全自動核酸檢測系統、定量數字PCR等系統。

另外早在2014年,國家食品藥品監管總局(CFDA)制定印發《創新醫療器械特別審批程序(試行)》,力求保障醫療器械的安全、有效,鼓勵醫療器械的研究與創新,促進醫療器械新技術的推廣和應用,推動醫療器械產業發展。

可以預測,在政策的鼓勵與扶持下,數字PCR在未來審批程序將有望簡化,有望在國內產生高速發展。

3、人口增長與老齡化

由于我國人口增長和愈發顯著的老齡化趨勢,導致腫瘤醫藥市場增長和體外檢測需求增長。數字PCR在腫瘤檢測、傳染病檢測、遺傳病等疾病檢測上具有極大的優勢,增長的醫療市場將進一步推動數字PCR的增長。

我國65歲以上人口占比

四、數字PCR主要品牌和企業

國外品牌

Bio-Rad

Bio-Rad的技術主要來源于QuantaLife公司，QuantaLife 利用油包水微滴生成技術開發了微滴式數字PCR技術，這也是最早出現的相對成熟的數字PCR平臺，在運行成本和實驗結果穩定性方面都基本達到了商品化的標準。2011年，QuantaLife 公司被Bio-Rad公司收購，其微滴式數字PCR儀產品更名為QX100型號儀繼續在市場上銷售，這個早期型號為dPCR概念的普及和應用領域的拓展發揮了重要作用。2013年該公司又推出了升級型號QX200。

RainDance

RainDance于2012年推出Raindrop型號數字PCR，能夠提供更高的檢測動態范圍，適用于處理更大濃度差異的不同樣品，這個設備將其原有的二代測序文庫制備平臺技術平移到數字PCR技術平臺，在高壓氣體驅動下，將每個標準反應體系分割成包含100萬至1000萬個皮升級別微滴的反應乳液，該公司的創始人之一Darren Link表示這種超高的微滴數目可以為用戶“提供更高的檢測動態范圍，適用于處理更大濃度差異的不同樣品”。在2017年Bio-Rad完成了對RainDance公司的收購，可以視作數字PCR領域的強強聯合。

ThermoFisher

applied biosystems于2013年也推出了產品，Quant Studio 3D數字PCR系統，這也是目前數字PCR市場上最新型號的產品。采用高密度的納升流控芯片技術，樣本均勻分配至20,000個單獨的反應孔中。在整個工作流程中，樣本之間保持完全隔離，可以有效地防止樣品交叉污染，減少移液過程，簡化操作步驟。同時芯片式設計避免了微滴式系統可能面臨的管路堵塞問題。作為applied biosystems在OpenArray芯片平臺之外推出的全新的芯片式數字PCR系統，值得一提的是，這個全新的系統在設計理念上綜合考慮了系統穩定性與運行成本因素，直接反映了該系統“適合所有分子生物學實驗室使用的數字PCR系統”的市場定位。2013年，Thermo Fisher收購applied biosystems。

法國Stilla Technologies

法國Stilla Technologies公司位于法國巴黎Villejuif生物園，成立于2013年，專注于開發新一代、高分辨率的基因檢測工具，其產品Naica Crystal微滴數字PCR系統是市場上操作最簡便、而且是唯一一款同時實現三色檢測的數字PCR系統，為生物研究人員提供快捷、精準的核酸絕對定量工具。

國內品牌

臻準生物科技（上海）有限公司 

2017年, 臻準生物科技（上海）有限公司正式推出我國首款擁有完全自主知識產權的芯片式數字PCR系統AccuOne?，可廣泛應用于腫瘤液態活檢、靶向治療伴隨診斷、無創產前檢測、病毒和細菌檢測、食品安全檢測、遺傳相關疾病診斷、基因表達分析、環境檢測和分子生態、農業和動植物檢測等多個領域。

2018年7月，由領航基因科技(杭州)有限公司研發的名為iScanner24生物芯片閱讀儀獲浙江省食品藥品監督管理局（浙械注準20182400319）醫療器械產品注冊證。該產品適用范圍為“與適配芯片配合使用，用于樣本待測基因的檢測”。

2018年4月，卡尤迪發布了自主研發的數字PCR產品，可滿足臨床和科研對高靈敏度的需求，研究機構對檢測成本要求嚴苛的需求，是一款具有多重檢測功能和易于使用的平臺。

2017年10月，順德永諾發布了擁有自主知識產權的微滴式數字PCR儀MiniDrop?。MiniDrop?由Creator微滴生成儀、Detector微滴檢測儀、MD Microchip微流控芯片及MD Plotter數據分析軟件組成。該系統創新性采用高壓驅動的方法，可在40 μm微管道中利用氣壓驅動在2分鐘內將樣本分割成50萬份。

2017年9月，小海龜科技發布了芯片式數字PCR產品BioDigital華系統，包括微液滴生成儀、圖像采集分析儀、芯片和試劑。該系統可在2分鐘內在dPCR芯片上生成2萬余個體積為0.79nL的微液滴，檢測全流程可在1.5小時左右完成。

2018年7月，新羿生物發布擁有完全自主知識產權的TD-1數字PCR系統，并推出的液滴生成油、檢測油、PCR Master Mix和EGFR突變檢測試劑盒等已率先發放試用裝，經全國數十家單位獨立評測，證明試劑可與進口數字PCR平臺很好兼容，質量與進口產品相當，部分指標甚至優于進口產品。 

上述眾多原創技術企業為數字PCR自主創新而不懈努力，同時，還有部分企業采取國外數字PCR技術進行本土化的策略，助力我國數字PCR產業的發展。

科維思、諾禾致源和泛生子與美國Thermo Fisher署合作協議，在中國本地化芯片式數字PCR系統，成為三家在該技術平臺上合作的中國企業。2017年，諾禾致源的數字PCR芯片閱讀儀Digital PCR NG、科維思的生物芯片閱讀儀IA-1和泛生子生物芯片閱讀儀GENETRON 3D相繼獲批。

隨著基因測序產業的不斷發展，競爭也愈發激烈，基因測序設備的國產化已經成為共識。具有高靈敏度和特異性的數字PCR已經成為這場競備賽中的一大熱點。在政策支持下，國內相關企業機構大力推進數字PCR的國產化進程。未來希望能夠更多更好的國產數字PCR研發成功，共同促進我國精準醫療與基因測序產業的健康發展。