显微镜和下一代测序领域摄像头的发展趋势分析

电子工程师 2019-11-19 2478

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为什么我们选择“显微镜和下一代测序（NGS）市场技术演变”这个主题进行讨论？因为这个市场正在经历巨大的技术变革，也为摄像头中的图像传感器行业带来了新的市场机遇。

据麦姆斯咨询介绍，摄像头是显微镜和下一代测序的关键组件。实际上，目前大部分显微镜都是使用至少一个或更多摄像头的数码显微镜。光学显微镜的主流趋势是朝着分辨率更高，采集速度更快和灵敏度更高的方向发展，以便更快、更有效地进行诊断，并对生物体进行实时成像。电荷耦合器件（CCD）是目前主要的图像传感器技术，但随着对图像采集速度的要求不断提高，科学级互补金属氧化物半导体（sCMOS）正在收获市场份额。但是，对成像质量追求正在被另一种趋势“盖过风头”，这种趋势就是便携式即时诊断（Point-of-care）显微镜。这些系统更时尚经济，并且可以将显微镜检查结果直接提供给护理人员。

下一代测序也是如此。已经呈现出两种截然不同的趋势：一种是通过非常昂贵、笨重的设备提高吞吐量；另一种则是选择吞吐量较低、价格实惠的设备，占地面积较小，大大提高了可用性。以Illumina为例，作为光学下一代测序市场的领导者，拥有超过了80%的市场份额：Illumina拥有高端系统的多样化产品组合，但最近推出了更便宜、低吞吐的系统：iSeq100。这顺应了下一代测序商品化的趋势。iSeq100不再将光学系统集成到仪器中，而是在流动池（flow cell）内直接使用了一次性图像传感器，这代表了下一代测序市场的革命性改变！确实，价格降低了，Illumina可以将其配置到更多的系统中，从而带动耗材销售量；随着销量增加，价格还有望继续降低。无独有偶，Illumina的中国竞争对手华大基因（BGI）最近也宣布了基于CMOS芯片的下一代测序台式系统。

相关报告：

《新一代测序和DNA合成：技术、耗材制造和市场趋势-2019版》

《生物医学领域即时诊断-2019版》

未来，人工智能（AI）的渗透力很强，正在颠覆显微镜硬件生态系统。因为深度学习不仅能以较低的硬件成本实现超高分辨率，而且还能实现自动化。

本报告描述了显微镜和下一代测序领域的技术发展，以及对市场和生态系统的影响。

下一代测序的21世纪技术发展路线图

各个细分市场表现不一，显微镜和下一代测序的图像传感器市场表现亮眼

在系统级层面，2018年全球显微镜和下一代测序市场规模为41亿美元。光学显微镜是市场规模最大的细分领域，2018年的市场规模为25亿美元。用于显微镜和下一代测序的摄像头市场规模为3.67亿美元，预计到2024年将达到4.46亿美元，复合年增长率为3.3%。同时，用于显微镜和下一代测序的图像传感器在2018年的市场规模为3100万美元。虽然市场规模非常小，但预计将快速增长。2018~2024年期间，其市场规模的复合年增长率为9%，出货量的复合年增长率为18%，驱动力主要来自下一代测序对图像传感器的消耗量增加。用于显微镜的图像传感器市场可分为四类，且成熟度不同。例如，光学显微镜和透射电子显微镜（TEM）市场相对成熟，增长速度较慢。即时诊断显微镜属于新兴市场，在2018年的市场规模还相对较小，但有望实现快速增长。

属于下一代测序耗材的图像传感器市场正在蓬勃发展。这种新的商业模式意味着图像传感器将成为一次性产品，相比过去在显微镜和下一代测序系统中使用的图像传感器，其平均销售价格非常低。

该报告对2018年的市场情况进行了详细分析，并提供了2018~2024年系统级、模组级（摄像头）和器件级（图像传感器）的市场发展预测，以及支持预测结论的假设和相应的技术路线图。

2018~2024年用于显微镜和下一代测序的摄像头市场预测

图像传感器、摄像头和系统级厂商位于供应链的不同位置，协作打造结构化生态系统

大约在五年前，基因组1000美元的价格壁垒就被打破了。由于现在的设备吞吐量更高、速度更快，基因组正朝着100美元的大关迈近。最终目标是将价格降至10美元，在此进程中，半导体技术是关键的推动力。测序价格降低、商品化竞争，出货量将激增，这对半导体行业来说是巨大的机会。

如果谈及生态系统，显微镜和下一代测序属于结构化市场，参与厂商数量不多。系统级厂商层面，主要的光学显微镜厂商有奥林巴斯（Olympus）、尼康（Nikon）、蔡司（Zeiss）和莱卡（Leica Microsystems）。几大巨头瓜分了光学显微镜市场超过80%的市场份额。透射电子显微镜的主要厂商有日本电子株式会社（Jeol）、赛默飞世尔（Thermo Fisher Scientific）和日立高新技术（Hitachi High-Technologies），光学下一代测序的主要厂商有Illumina、Pacific Biosciences和华大基因（BGI）。模组级（摄像头）层面，市场结构良好，包括奥林巴斯和蔡司等集成厂商，以及Teledyne、索尼（Sony）、滨松（Hamamatsu）和安道尔（Andor）等专业厂商。在透射电子显微镜的摄像头市场中，主要厂商有Gatan和赛默飞世尔，Gatan已被赛默飞世尔收购。为显微镜和下一代测序提供图像传感器的厂商有索尼、安森美（ON Semiconductor）、滨松、长光辰芯（Gpixel）、豪威科技（Omnivision）和艾迈斯半导体（ams）。