其基本的實(shí)現(xiàn)過(guò)程就是用一束激發(fā)光使熒光物質(zhì)(既可以是化學(xué)合成的染料也可以是熒光蛋白)發(fā)光的同時(shí),用另外的高能量脈沖激光器發(fā)射一束緊挨著的環(huán)型的波長(zhǎng)較長(zhǎng)的激光將**束光斑中大部分的熒光物質(zhì)通過(guò)受激發(fā)射損耗過(guò)程猝滅,從而減少熒光光點(diǎn)的衍射面積,顯著地提高了顯微鏡的分辨率。
2019年,全球超高分辨率顯微鏡(super-resolution Microscopes,SRM)市場(chǎng)規(guī)模為26億美元,預(yù)計(jì)從2020年到2027年復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)為8.7%。在預(yù)測(cè)期內(nèi)推動(dòng)該市場(chǎng)增長(zhǎng)的關(guān)鍵因素包括:在生命科學(xué)行業(yè)中的應(yīng)用不斷增加、技術(shù)進(jìn)步以及對(duì)納米技術(shù)的日益關(guān)注。共聚焦和熒光顯微鏡的局限性在于XY橫向分辨率大于200-250nm,超分辨顯微鏡克服了上述限制,可提供高達(dá)10-20nm的分辨率,有望為正在進(jìn)行的醫(yī)學(xué)和納米技術(shù)研究提供新的洞察力。研究人員將這些先進(jìn)的顯微鏡用于醫(yī)療程序和診斷。例如,利用帶多光子或其它先進(jìn)成像技術(shù)的微內(nèi)窺鏡,可將這些工具長(zhǎng)期應(yīng)用于新型醫(yī)療。
超分辨顯微鏡可對(duì)細(xì)胞樣品進(jìn)行可視化觀測(cè),分辨率類似于光學(xué)熒光顯微鏡和衍射極限分辨率。對(duì)于所需研究的分子種類,超分辨顯微鏡是可對(duì)細(xì)胞環(huán)境和活細(xì)胞**進(jìn)行三維可視化的設(shè)備。
由于技術(shù)進(jìn)步和研發(fā)支出增加,北美是*大的區(qū)域市場(chǎng)。慢性病發(fā)病率上升和對(duì)先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的需求增加,是推動(dòng)該區(qū)域市場(chǎng)增長(zhǎng)的因素;同時(shí)該地區(qū)的基金項(xiàng)目也迫使研究人員采用超分辨顯微鏡。
Covid-19大流行導(dǎo)致私人和公共商業(yè)環(huán)境受到嚴(yán)格限制。在大流行期間,由于為防止感染擴(kuò)散而進(jìn)行的活動(dòng)突然中斷,已記錄到包括超分辨顯微鏡在內(nèi)的各種醫(yī)療設(shè)備的制造和供應(yīng)減少。在大多數(shù)國(guó)家/地區(qū),所有正在進(jìn)行的研究都已暫停,因?yàn)榇蠖鄶?shù)研究實(shí)驗(yàn)室都在研究新型冠狀病毒以及相關(guān)的診斷方法。
此外,所有制藥實(shí)驗(yàn)室已將重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到藥物設(shè)計(jì)和確定新型病毒株的藥物靶點(diǎn)上。隨著成像設(shè)備和顯微鏡產(chǎn)量的減少以及供應(yīng)鏈的中斷,對(duì)超分辨顯微鏡的需求預(yù)計(jì)將暫時(shí)下降。
丹納赫公司(Leica Microsystem的母公司)在其2019年年度報(bào)告中提到了對(duì)其全球運(yùn)營(yíng)的不利影響,暴露了由于大流行而造成的公共衛(wèi)生危機(jī)相關(guān)風(fēng)險(xiǎn),這對(duì)供應(yīng)鏈和分銷系統(tǒng)產(chǎn)生了負(fù)面影響,減少了對(duì)公司產(chǎn)品和服務(wù)的需求。
主要技術(shù)
受激發(fā)射耗竭(STED)顯微鏡 在2019年占據(jù)了23%的*大市場(chǎng)份額,并將以穩(wěn)定的復(fù)合年增長(zhǎng)率進(jìn)一步增長(zhǎng),因?yàn)樗軌蛱峁o(wú)衍射限制的圖像,無(wú)需進(jìn)一步的計(jì)算處理??焓鴴呙鑳x(fast-beam scanners)的應(yīng)用使STED顯微鏡成為*快的超分辨率成像技術(shù)之一,因?yàn)樗恍枰杉蟮臄?shù)據(jù)處理。
它在小視場(chǎng)下的顯示速度很快,成為對(duì)小區(qū)域進(jìn)行視頻速率成像的有效技術(shù)。STED技術(shù)的其他增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)因素包括:它與有機(jī)染料的相容性、實(shí)時(shí)細(xì)胞成像以及在神經(jīng)生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域越來(lái)越多的研究和開(kāi)發(fā)。近年來(lái),結(jié)構(gòu)照明顯微鏡(Structured Illumination Microscopy,SIM)的應(yīng)用使得研究人員能夠直接觀察核孔復(fù)合體(NPCs),從而識(shí)別和解決核超結(jié)構(gòu)的各個(gè)方面。
與傳統(tǒng)熒光顯微鏡相比,隨機(jī)光學(xué)重建顯微鏡(STORM)和光激活定位顯微技術(shù)(PALM)技術(shù)在空間分辨率方面提供了*大的改進(jìn)。這些方法更容易理解,并依賴于熒光探針的化學(xué)性質(zhì),閃光和關(guān)閉。在這些大量拍攝到的圖像中,隨機(jī)閃爍的開(kāi)關(guān)使得單個(gè)分子的精確定位變得不可思議。 另一個(gè)技術(shù)是熒光光敏定位顯微鏡(fluorescence photoactivation localization microscopy, FPALM)。
應(yīng)用領(lǐng)域
2019年,生命科學(xué)領(lǐng)域占據(jù)了超過(guò)40%的*大市場(chǎng)份額,其余依次是:納米技術(shù)、材料科學(xué)、半導(dǎo)體和其它。為了正確理解神經(jīng)功能失調(diào)和機(jī)制,神經(jīng)科學(xué)在很大程度上依賴于先進(jìn)的顯微鏡技術(shù),特別是活體腦成像技術(shù)。
增加對(duì)傳染病機(jī)制的研究,了解病毒結(jié)構(gòu),癌細(xì)胞增殖機(jī)制和信號(hào)通路,是推動(dòng)生命科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的主要因素。此外,在藥物開(kāi)發(fā)中不斷增加的產(chǎn)品應(yīng)用,以了解大分子的結(jié)構(gòu)生物學(xué)及其功能,預(yù)計(jì)將促進(jìn)該部門的增長(zhǎng)。然而,納米技術(shù)預(yù)計(jì)將在預(yù)測(cè)期內(nèi)實(shí)現(xiàn)*快的復(fù)合年增長(zhǎng)率。這歸因于在研究各種生物過(guò)程中不斷增加的產(chǎn)品應(yīng)用,揭示了納米顆粒與細(xì)胞的結(jié)合及其結(jié)果。
全球超分辨顯微鏡市場(chǎng)份額
北美在2019年占據(jù)了超過(guò)33%的*大市場(chǎng)份額,并將在整個(gè)預(yù)測(cè)期內(nèi)保持**地位。先進(jìn)的醫(yī)療設(shè)施、了解各種疾病機(jī)理的研發(fā)投入以及該地區(qū)廣泛的藥物開(kāi)發(fā)活動(dòng)預(yù)計(jì)將推動(dòng)超分辨顯微鏡市場(chǎng)的增長(zhǎng)。此外,醫(yī)療補(bǔ)償設(shè)施的可用性也促進(jìn)了區(qū)域市場(chǎng)的增長(zhǎng)。
該地區(qū)開(kāi)展了廣泛的醫(yī)學(xué)研究,以研究各種疾病機(jī)制和各種需要突破常規(guī)顯微鏡限制的途徑。對(duì)于這種情況,超分辨顯微鏡在檢測(cè)中起著重要的作用。Danaher(徠卡微系統(tǒng)的母公司)和Applied Precision(GE Healthcare)等市場(chǎng)**企業(yè)的總部位于美國(guó),生產(chǎn)基地位于不同的地點(diǎn)。
在預(yù)測(cè)期內(nèi),亞太地區(qū)預(yù)計(jì)將創(chuàng)下*高的復(fù)合年增長(zhǎng)率。這是由于越來(lái)越多的跨行業(yè)采用這種顯微鏡,如學(xué)術(shù)生命科學(xué),生物技術(shù),制藥和納米技術(shù)。然而,與亞太市場(chǎng)相比,歐洲市場(chǎng)更大,這主要是由于該地區(qū)存在大量高端系統(tǒng)。此外,技術(shù)進(jìn)步和歐洲傳染病的高流行率也可能推動(dòng)其增長(zhǎng)。
主要品牌
合作是這個(gè)市場(chǎng)持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)之一。例如,在過(guò)去幾年中,JEOL與尼康、卡爾蔡司與精工的合作提高了與超分辨顯微鏡相關(guān)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力,增加了銷售額,也建立了新的市場(chǎng)。合作通常發(fā)生在生產(chǎn)階段,預(yù)計(jì)會(huì)在開(kāi)發(fā)和工程等領(lǐng)域增加。機(jī)電一體化、軟件、模擬電子和物理方面的技術(shù)知識(shí)是大多數(shù)公司生存的基礎(chǔ)。
市場(chǎng)是技術(shù)驅(qū)動(dòng)的,因此,制造商進(jìn)行嚴(yán)格的研發(fā),開(kāi)發(fā)新的和先進(jìn)的產(chǎn)品,以滿足醫(yī)療保健和其他行業(yè)不斷變化的需求。大公司采取的另一個(gè)關(guān)鍵戰(zhàn)略是并購(gòu)。例如,2019年2月,Danaher Corp.收購(gòu)了GE healthcare的生物制藥業(yè)務(wù),該業(yè)務(wù)還包括該公司的顯微鏡產(chǎn)品。
2017年5月,Bruker Corp.收購(gòu)了Luxendo GmbH,以增強(qiáng)其超分辨率、掃描場(chǎng)共焦和多光子熒光顯微鏡產(chǎn)品組合,用于活細(xì)胞成像、小生物胚胎學(xué)、大腦發(fā)育和光遺傳學(xué)應(yīng)用。然而,各個(gè)地區(qū)的國(guó)內(nèi)制造商通過(guò)提供低價(jià)設(shè)備,對(duì)全球參與者構(gòu)成了激烈的競(jìng)爭(zhēng)。在超分辨顯微鏡市場(chǎng)上,一些**的參與者包括:
· Carl Zeiss Meditec AG 卡爾蔡司
· Nikon Corp. 尼康
· Olympus Corp. 奧林巴斯
· Leica Microsystems (Danaher Corp.) 徠卡
· Hitachi High Technologies日立高新
· Applied Precision (GE Healthcare) GE生命科學(xué)
· Bruker 布魯克
· PicoQuant Group