主流二代测序仪对比

基因测序仪是测序产业链的起点也是关键环节，它为整个中下游测序服务提供最基本的测序支撑，同时也是壁垒最高的部分，处于基因测序产业价值链顶端。基因测序仪对于基因产业的重要性，如同发动机之于汽车行业，芯片之于电子通信行业。

目前主要的测序上游供应商依然以海外为主，各巨头之间的竞争也异常激烈。在1986年Applied Biosystem公司第一台商用自动测序仪的发布吹响了抢占市场份额的号角。在1986年-2005年间，测序仪市场竞争相对缓和，基本由ABI公司占领市场，整体市场份额也相对较小，并未完全打开。2005年，454 Life Sciences公司推出454 GS 20测序仪；2006年，Illumina收购Solexa；2006年，ABI公司推出Solid测序平台。二代测序仪逐步进入市场，迅速抢占市场份额的同时，也进一步提高需求量，扩大整体市场容量。随后的十年间，各大巨头争相并购优秀企业，逐步完善测序技术，产品推陈出新，市场规模被迅速扩大。

二代测序仪具有高通量、低成本、数据稳定可靠等优点，成为测序仪领域的主要贡献者。经过了十年左右的发展成熟，逐渐形成以Illumina公司为领头羊，以Thermo Fisher和Roche为主要玩家的市场格局，由于测序仪技术壁垒极高，市场极度集中，这三家公司合计市场份额超过了95%，其中Illumina公司产品独占鳌头，行业一致认为Illumina占据了全球70-80%的市场份额。目前二代测序以科研市场为主，Illumina70%收入来源于科研服务，而30%来源于临床。相对临床市场，科研市场空间要小很多，因此随着厂家产品不断升级为更适合临床的产品，其应用市场将进一步打开，开启测序市场更大的空间。从国内市场来看，目前70%以上的测序仪依然来自于进口，国产的二代测序仪也大多是使用国外技术进行贴牌生产。

表 主流测序仪发布时间梳理

Illumina产品多种多样，具有不同的应用特点，适应不同需求的使用机构。在二代测序仪中，Illumina的产品带动测序成本的下降，Hiseq X Ten率先将人类基因组测序成本下降至1000美元以下。在近十年来的测序市场发展中，增速之所以在IVD的各个行业中排名靠前，科研机构和第三方测序服务中心是主要的推动力，这两类机构对于测序成本较为敏感，因此在各大测序平台中，Illumina的产品也容易受到青睐。

平台采用边合成边测序（SBS）技术原理，这套基于DNA簇（DNA cluster）、桥式PCR和可逆阻断等核心技术的系统具有高通量、低错误率、低成本、应用范围广等优点。

图1. Illumina测序仪参数对比

MiSeq系列在Illumina公司内部定位于快速简约，适合靶向和小型基因组测序的一类仪器。MiSeq测序仪以其在单次运行测序读长高达2×300 bp为特色，实现了小型基因组的组装或目标变异的准确检测。MiSeq系列在微生物多样性分析、宏基因组测序、转录组de novo测序、微生物基因组测序、小RNA测序、ChIP-Seq以及外显子测序等方面已成为行业最准确且最易用的台式测序仪。此外，MiSeq Dx系统是首个经过FDA批准的体外诊断（IVD）测试平台；MiSeq FGx 是专为法医基因组分析应用而设计，供研究、法医和亲子鉴定使用。

MiniSeq是桌面式测序仪系列产品的一个重要补充，相较于MiSeq而言，MiniSeq在技术上并未有大的提升，只是在通量设计上更为小巧灵活。研究者可根据自己的项目进程进行上机掌控，对于实验室规模相对较小，通量较小的单位更为适合。在应用领域方面，癌症芯片测序，肿瘤靶向分析方向优势更为突出。

NextSeq 500于2014年隆重推出，测序系统将高通量、灵活性、准确性以及所有成本支出进行了完美结合。而NextSeq 550在此基础上，对光学成像模块及试剂版本进行升级，使检测精度及仪器稳定性大幅提升；在数据分析上，可实现与互联网无物理连接，下机数据院端本地化单机分析。

HiSeq系列测序仪问世以来，以通量高，产量大，生产规模著称，能够快速、经济的进行大规模平行测序，在大型全基因组测序，全转录组，全外显子组测序，靶向基因测序方面优势明显。HiSeq 3000/4000系统则基于成熟的HiSeq 2500系统，采用创新的有序流动槽技术最大限度提高效率，3.5天内可完成12个基因组、100个转录组或180个外显子组测序。HiSeq 3000/HiSeq 4000测序系统为生产级测序能力设立了一个全新的标准。

HiSeq X Ten系列是由一套共10台超高通量的HiSeq X仪器组成，每年能带来超过18,000个人类基因组，而每个基因组的价格约为1000美元，让癌症和复杂疾病的研究达到新的水平。

NovaSeq系列测序仪旨在将基因组测序的价格进一步降至100美元。全新的NovaSeq系列测序系统，突破技术革新，具有可扩展的通量、灵活简便的配置和简化的操作流程，允许以更大的深度来发现罕见的遗传变异，为大规模发现复杂疾病变异打开了全新的市场。

2013年，Thermo Fisher宣布以136亿美元的高价收购Life Technologies，成功切入测序仪领域，轰动一时。当时Life拥有Solid测序平台、Ion PGM和Ion Proton，2012年销售额达38亿美元。Ion Torrent系列产品尽管数据产出低，但是具有测序时间短的特点，适用于需要快速检测但数据量要求低的用户。近年来部分医院倾向于独立建设基因检测实验室，医院的需求是快速检测，无需产出大数据量，Ion Torrent系列可以满足这类型机构的需求。2015年，Thermo Fisher推出Ion S5和S5 xl，数据和读长相比于Proton进一步提升，并且结合了分析软件于机器中，下机数据直接进入信息分析流程，分析时间可短至1小时完成，极大的简化了操作人员的专业性操作。

平台采用的为半导体测序原理，在半导体芯片孔中的微球上固定DNA链，随后依次掺入ACGT。每加入一个碱基释放出来的H离子，反应池中的PH发生改变，位于池下的离子感受器就会感受到信号，把化学信号直接转化为数字信号，从而读出DNA序列。Ion Torrent测序平台其在非碱基多聚体（non-homopolymer）的测序上正确率与其它NGS平台相差无几，而对于连续碱基的检测还不够完善，在检测同一碱基连续出现时的数量可能会有所误差。

图2. Thermo Fisher测序仪参数对比

Roche 454前身是454 Life Sciences公司，于2007年被Roche收购，同年推出454 GS FLX。尽管454 GS FLX每次运行最大输出仅为450Mb，但是其他公司产品也仍处在发展当中，与Illumina、ABI站在同一起跑线。在随后的几年内，Illumina和ABI（2008年合并为Life Technologies）产品推陈出新，最大输出上不断突破，然而Roche的测序仪发展进程缓慢。2011年推出的454 GS FLX+每次运行最大输出仅为700Mb，而同年Illumina推出的小输出测序仪也能达到15Gb。技术上无法满足需求，Roche产品迅速被市场淘汰，2013年，Roche宣布关闭454测序业务，454传奇在此终结，然而罗氏并未停止在测序领域的布局，通过一系列并购和投资，目前罗氏已经在三代测序产品持续布局，成为全球最大分子诊断公司。

图3. Roche 454测序仪参数对比