基因测序前沿技术洞察报告.pdf

报告目录报告综述CONTENT01智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告一.基因测序基本情况1.1 基因测序技术定义 1.2 基因测序技术迭代 1.3 基因测序上下游竞争格局二.纳米孔测序技术发展2.1 技术原理 2.2 技术发展历程 2.3 核心技术发展 2.4 国家竞争格局 2.5 技术市场布局 三.纳米孔测序企业竞争格局 3.1 全球企业整体竞争格局 3.2行业先驱-牛津纳米孔科技3.3 国内领先-齐碳科技四.纳米孔测序技术未来展望 4.1纳米孔测序技术将持续突破，应用场景将不断延展4.2 前景与挑战将并存，但技术商业化已在路上 数据说明 参考文献 报告免责说明 关于智慧芽创新研究中心 010204040506070708101214151519232525252626262702智慧芽医药生物系列之三 基因测序前沿技术洞察报告基因测序技术的巨大潜力从诞生就被科学界迅速认可。第一代测序技术 Sanger 测序法的发明建立了测序届的黄金标准的同时也推动了“人类基因组计划”的完成；第二代高通量测序技术的发明和商业化，将基因测序技术普及到更多实验室和企业。近些年第三、四代测序技术的出现，有望满足上述黄金标准，具有广泛的潜在应用前景。智慧芽创新研究中心结合国内外公开资料/文献、专利文献、企业官方资料等针对第四代纳米孔测序技术，进行综合梳理和分析，形成基因测序前沿技术洞察报告（以下简称“报告”）报告综述报告主要包括四部分：1.基因测序基本情况：简述基因测序技术迭代及上下游竞争格局。2.纳米孔测序技术发展：纳米孔测序技术定义、技术发展趋势、国家间竞争格局以及技术市场布局情况。3.纳米孔测序企业竞争格局：浅析纳米孔测序技术全球企业竞争总体格局；2 家代表性企业技术发展趋势、全球技术布局。2 家代表性企业分别是牛津纳米孔科技公司、齐碳科技。4.纳米孔测序技术未来展望：基于基础调研、专利分析及代表性企业技术对比，对纳米孔测序技术进行展望。报告主要包括以下结论：1.从整体技术研发特性上看，全球纳米孔测序技术领域的相关专利量共约 8.8 千件。自 2011 年起，相关技术专利量呈现逐年增加的态势，2019 年专利申请量达到顶峰，近两年专利申请略有回落。2.从核心技术未来发展路线上看，孔蛋白和控速蛋白作为纳米孔测序技术的核心技术决定着纳米孔测序技术未来的发展方向。对比这两种核心技术的研发情况，发现对纳米孔（reader/孔蛋白/通道蛋白/跨膜蛋白）的研究热度高于机动蛋白（motor/控速蛋白）。3.从国家竞争格局上看，主要技术掌握在美英中三国。美国是该领域专利申请量最多的国家、英国发展速度最快。近几年中国在纳米孔测序技术领域呈现蓬勃发展态势，中国齐碳科技在继英国牛津孔纳米科技公司后将成为全球第二家商业化纳米孔测序仪的公司。从技术市场格局上看，美国、欧洲是纳米孔测序技术应用最广泛的目标市场。4.从企业竞争格局上看：英国牛津纳米孔科技公司测序技术在技术研发和专利储备上遥遥领先。而中国企业齐碳科技作为行业黑马，有望引领中国基因测序上游领域弯道超车，这或将对国际基因测序仪生产制造巨头造成冲击，从而引发整个市场格局重新洗牌。03智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告一.基因测序基本情况基因是遗传的基本单元，携带有遗传信息的 DNA 或 RNA 序列。基因测序技术（DNA Sequencing），即指获得目标 DNA 片段碱基（包括腺嘌呤 A、胸腺嘧啶 T、胞嘧啶 C与鸟嘌呤 G）排列顺序的技术。基因科技帮助人类对生命奥秘的探索不断走向微观，而基因测序技术的出现对生命科学和医学的发展起到革命性的作用，该技术能够直接对人体或病原微生物进行检测、定量及突变位点分析，弥补了细胞形态学、生物化学、微生物与免疫学的短板，加深对疾病（尤其是恶性肿瘤）的分子机制理解，在疾病诊断和治疗方面有重要作用。1.1 基因测序技术定义04智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告第三代单分子测序技术是利用不同的技术手段实现对逐条 DNA 中单个碱基的识别，包括单分子合成测序技术、单分子直接测序技术等，与前两代测序技术相比，该技术最大特点是测序过程无需进行PCR扩增。第四代纳米孔测序技术是基于电信号而不是光信号的测序技术，自牛津纳米孔科技公司推出第一款商业化纳米孔测序仪后，获得科学界极大关注。该技术应用前景广泛，被认为是最有望实现测序界黄金标准的技术之一。基因测序技术一般分为四代，第一代测序技术为 Sanger 测序技术（合成终止测序），第二代为高通量测序，单分子测序技术被称为第三代测序技术，在一些划分方法中单分子测序技术中的纳米孔测序技术被认为是第四代测序技术。这里需要注意的是，基因测序技术的代际关系并非是相互取代，而是同时存在并应用于不同的场景、满足不同的需求。第一代 Sanger 双脱氧终止法测序技术由F.Sanger 发明1，第一代测序技术的重要价值主要包括两方面：1.使得人类基因组计划得以实现，2.建立测序界的四项黄金标准，即测序结果高精度、高通量、长片段和低费用，其中高精度意味着准确率决定可靠性；通量决定临床测序可行性；读长决定序列组装的难易程度及其完整性；费用决定临床测序能否大众化。但一代测序技术存在测序成本高、通量低等问题，严重影响其真正大规模应用。第二代高通量测序技术（next generation sequencing，NGS）又称大规模平行测序或深度测序，该技术诞生受益于 2004 年由美国国立卫生院下属人类基因组研究所启动的“$1,000 Genome”计划，技术核心原理是边合成边测序。较第一代测序技术，该技测序速度提高且成本降低显著，但仍无法同时达到四项黄金标准的要求。1.2 基因测序技术迭代05智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告基因测序行业上游为设备端，包括测序设备制造厂商、试剂耗材提供商；中游主要为服务端，包括提供测序服务机构、数据分析服务商；下游应用端即测序服务使用者，包括科研机构/医院/个人等。行业上中下游具有如下特点：1.上游测序设备作为整个产业链的起点和整个中下游的支撑，技术壁垒高，呈现巨头垄断格局，如海外领先企业因美纳 Illumina、赛默飞 ThermoFisher、罗氏Roche 等；国内头部公司华大基因、贝瑞基因等。2.中游测序服务和数据分析服务各有特点。中游测序服务因为准入门槛不高导致市场竞争激烈；中游测序数据分析服务因为技术壁垒高导致行业集中度将逐渐提高。此外，整个基因测序行业未来也可能向数据平台方向发展。1.3 基因测序上下游竞争格局3.下游测序应用市场包括科研应用、临床应用、消费应用。目前以科研应用市场为主，商业模式较成熟；临床级应用市场尚缺乏巨大市场的成熟产品，但发展迅速；消费级应用市场将人群拓展至所有健康人群，想象空间巨大。（如图表 1）图表 1：中国基因测序产业链图谱（资源来源：网络、智慧芽整理）上游（设备端）中游（服务商）下游（应用端）测序设备研发制造耗材及试剂生产基因测序服务 数据服务科研机构 医院药企个人06智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告二.纳米孔测序技术发展纳米孔测序技术本质上属于单分子测序技术。其基本原理是将一个纳米孔（Reader）固定在电阻膜上，在跨膜电场作用下，利用一个机动蛋白（Motor/控速蛋白/动力牵引蛋白）牵引 DNA 单链从负极向正极移动时通过纳米孔，由于纳米孔的直径非常细小，通常仅可以让单个碱基通过，因此不同碱基通过纳米孔时对电流的干扰不同，通过捕获电流变化来识别和确认碱基序列，从而实现测序，纳米孔测序基本流程（如图表 2）2.1 技术原理纳米孔测序技术被称为第四代测序技术，最近几年获得业界广泛关注，发展迅速，目前已在多个应用领域（宏基因组测序、病原体测序、新物种基因组测序、表观遗传学测序等）逐渐展示出不可替代的地位。同时研究显示，纳米孔测序技术可以实现RNA 直接测序，成为目前第一种真正直接测序 RNA 的方法。此外，纳米孔测序技术也被业界认为是最有望实现测序界黄金标准（即测序结果的高精度、高通量、长片段和低费用）的技术。有鉴于此，本文后续内容主要针对纳米孔测序技术展开。图表 2：纳米孔基因测序基本原理（资料来源：网络、智慧芽整理）07智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告纳米孔测序的概念于 20 世纪 80 年代提出，经历了三个细节革新成就了现今的纳米孔测序仪的研制，首先是单分子 DNA从纳米孔通过；其次是纳米孔上的酶对于测序分子在单核苷酸精度的控制；最后是单核苷酸的测序精度控制。首款商业化产品于 2014 年由牛津纳米孔科技有限公司（Oxford Nanopore Technologies，以下简称牛津纳米孔科技）推出。在使用纳米孔测序的技术关键词并结合主流研发企业进行检索后，智慧芽数据显示，纳米孔测序全球累计相关专利申请约 8800件。整体来看，纳米孔测序技术发展呈线性增长趋势，其中 2011 年相关专利申请量较 2010 年专利申请量出现明显增长。2.2 技术发展历程究其原因，很可能是 2011 年左右纳米孔测序技术取得重大技术突破（公开资料显示2012 年牛津纳米孔科技公司首次公开系列纳米 DNA 测序和蛋白质分析相关数据，并对其后续发布产品 GridION 和 MinION 的软件及硬件系统进行了概述；其公开数据包括已经使用纳米孔测序技术完成的数百万个碱基序列，这也是自纳米孔测序理论诞生以来，世界上首次公开纳米孔测序数据）；此后纳米孔测序技术专利申请量持续保持快速增长的发展势头。（如图表 3）图表 3：过去 20 年全球纳米孔测序技术相关专利申请与授权量演变（数据来源：智慧芽）专利申请量 专利授权量08智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告件纳米孔测序技术涉及众多交叉学科，包括生物学、计算机学、机械学等，技术难度大、壁垒高，目前申请专利类型以发明专利为主，发明专利申请量占全部专利申请量 98.2%,实用新型专利申请量占全部专利申请量 0.9%；外观设计专利申请占全部专利申请量 0.9%。（如图表 4）发明外观设计实用新型0.9%0.9%98.2%图表 4：过去 20 年全球纳米孔测序技术专利申请类型及占比（数据来源：智慧芽）03智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告纳米孔测序技术的核心物质包括纳米孔（reader/孔蛋白/通道蛋白/跨膜蛋白）、机动蛋白（motor/控速蛋白）、聚合物膜（membrane）、纳米孔阵列、测序芯片、测序算法等。其中最重要是的纳米孔（reader/孔蛋白/通道蛋白/跨膜蛋白）、机动蛋白（motor/控速蛋白）。（如图表 5）纳米孔（reader/孔蛋白/通道蛋白/跨膜蛋白）的作用是用来提供纳米尺寸的通道。根据纳米孔取材不同，可分为生物纳米孔（有机纳米孔）和无机纳米孔。1.生物纳米孔包括 溶血素纳米孔和耻垢分枝杆菌孔蛋白 MspA 纳米孔等；其中 溶血素（-hemolysin，-HL）是金黄色葡萄球菌分泌的分子质量为 232.4kDa 蛋白质，以七聚体方式侵染双脂膜形成跨膜通道，作为众多生物纳米孔中结构组成相对简单、研究较详细、应用最广泛的一种。2.3 核心技术发展同时也是牛津纳米孔科技公司（Oxford Nanopore Technologies 公司）测序仪的技术基础，有机纳米孔的优点是容易重复，但缺点是持久性差。2.无机纳米孔主要是在氮化硅、二氧化硅和石墨烯等绝缘材料上用离子刻蚀技术、电子刻蚀技术、聚焦电子束(FEB)或离子束(FIB)等制作出的微小孔洞。资料显示，哈佛大学 Li 等在 2001 年首次报道了使用离子刻蚀技术在 Si3N4 薄膜上制作出了直径61nm 的孔，同时利用氩离子束辐射使纳米孔收缩到 1.8nm。开启了固态纳米孔制备和研究的新时代，使固态纳米孔技术日益成熟，丰富了纳米孔单分子检测技术研究。无机纳米孔的缺点是孔深不易控制，孔内可同时容纳多个碱基，造成信号干扰而无法分辨。机动蛋白（motor/控速蛋白）的作用是控制单链核酸通过纳米孔蛋白的速度，提高了信噪比，从而捕获更准确的序列信息。图表 5：纳米孔测序基本原理（资料来源：Oxford Nanopore 官网）10智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告对比纳米孔测序技术两种核心技术的研发情况，对纳米孔（reader/孔蛋白/通道蛋白/跨膜蛋白）的研究热度高于机动蛋白（motor/控速蛋白）。智慧芽数据显示和纳米孔（reader/孔蛋白/通道蛋白/跨膜蛋白）相关专利申请约 1.7 千件、和机动蛋白（motor/控速蛋白）相关专利申请约500 多件专利。（如图表 6）（如图表 7）图表 6：过去 12 年全球纳米孔测序核心技术纳米孔技术相关专利申请与授权量演变专利申请量专利授权量授权占比（数据来源：智慧芽）图表 7：过去 12 年全球纳米孔测序核心技术机动蛋白技术相关专利申请与授权量演变专利申请量专利授权量授权占比（数据来源：智慧芽）11智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告件件进一步分析纳米孔测序技术专利申请人（专利权人）所在国家/地区：美国在该领域技术产出遥遥领先于其他国家，专利申请总量达 4700 多件，英国和中国紧随其后，英国专利申请总量约 1200 多件，中国专利申请总量 1000 余件；其他国家如瑞士、德国、日本、比利时、韩国、加拿大等国虽然也有技术储备，但是明显数量减少。（如图表 8）2.4 国家竞争格局图表 8：过去 20 年纳米孔测序技术实力 TOP10 国家（数据来源：智慧芽）12智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告件比较三大技术强国（美国、英国、中国）技术发展趋势对：美国技术产出略早、专利申请总量最高，但英国专利平均专利增长率最高。近十年来美国在该领域年平均专利申请量约 388 件、英国在该领域年平均专利申请量约 108 件，中国在该领域年平均专利申请量约 92 件；但是从平均专利增长率来看，英国在该领域研究产出增速最快（平均专利增长率为 146%），中国研究产出增速稍逊于英国（平均专利增长率123.5%），美国最低（平均专利增长率为100.8%）（平均专利增长率定义为年专利申请量除以前年专利申请量的均值）。（如图表 9）图表 9：过去 20 年纳米孔测序技术中美英三国历年专利申请量对比（数据来源：智慧芽）美国英国中国13智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告件在市场布局方面，全球范围内纳米孔测序技术专利申请数量最多的 10 个国家/地区依次是美国、中国、世界知识产权组织、欧洲、澳大利亚、加拿大、德国、日本、中国香港、英国；其中在美国公开的相关专利申请数量最多（约 2300 件），这一定程度上反应了该技术在美国目前的受关注程度。（如图表 10）2.5 技术市场布局统计分析纳米孔测序技术专利申请类型发现，该领域技术主要掌握在专业测序公司手中，其次是学校/研究所。公司储备专利申请约比历年专利申请总量约 74.2%，院校/研究机构储备专利申请约比历年专利申请总量约 20.0%。（如图表 11）图表 10：过去 20 年纳米孔测序技术主要市场布局（数据来源：智慧芽）图表 11：过去 20 年纳米孔测序技术专利申请人类型分布（数据来源：智慧芽）公司院校/研究院个人74.2%5.8%20.0%14智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告件三.纳米孔测序企业竞争格局纳米孔测序技术处于测序技术的最前沿，对该技术的探索既有行业巨头也不乏突飞猛进新锐公司。首先分析纳米孔测序领域整体技术领先 TOP10 公司，美国公司因 美 纳 ILLUMINA INC.以 千 余 件 专 利 申请排名第一，发布全球首款商业化纳米孔测序仪的牛津纳米孔科技公司 OXFORD NANOPORE TECHNOLOGIES LIMITED（申请专利近 900 件）排名第二、罗氏 ROCHE排名第三，其他进入前十强榜单的公司包括太平洋生物科学 PACIFIC BIOSCIENCES OF CALIFORNIA,INC.、吉尼亚科技公司GENIA TECHNOLOGIES,INC.、华大基因、斯特拉托斯基因公司STRATOS GENOMICS,INC.、株式会社日立高新技术等等。3.1 全球企业竞争格局03智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告学校方面，哈佛大学、加利福尼亚大学（简称加州大学）作为该领域技术创始者，专利申请量也进入历年专利申请量前十榜单，其研究发展历程在一定程度上也反映了纳米孔 DNA 测序领域的发展方向。（如图表12）图表 12：纳米孔测序技术全球专利申请量排名前二十申请人（数据来源：智慧芽）16智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告件进一步分析纳米孔测序技术中两种核心技术（纳米孔和机动蛋白）的研究情况领先公司，智慧芽数据显示牛津纳米孔科技公司在纳米孔（reader/孔蛋白/通道蛋白/跨膜蛋白）和机动蛋白（motor/控速蛋白）这两个方面均为技术领先者，另外中国齐碳科技在机动蛋白（motor/控速蛋白）方面的技术实力较强，进行全球前十的排名榜单。（如图表 13）（如图表 14）图表 13：纳米孔测序核心技术纳米孔技术全球专利申请量排名前十申请人（数据来源：智慧芽）图表 14：纳米孔测序核心技术机动蛋白技术全球专利申请量排名前十申请人（数据来源：智慧芽）17智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告件件在商业化进程方面，由于技术较新大多数公司仍处于研发阶段，固纳米孔测序技术的市场占有率较传统测序技术目前偏低。现阶段仅有牛津纳米孔科技公司一家实现纳米孔测序技术的商业化，此外海外公司如 Ontera（前 身 为 Two Pore Guys）、iNanoBio、Genia Technologies（已被罗 氏 收 购）、Quantapore、Electronic Biosciences 等公司仍在研发阶段。国内领先企业齐碳科技则是全球已知第二家即将商业化的公司，此外国内企业如安序源生物科技（深圳）有限公司、今是科技、深圳儒翰基因有限公司、苏州罗岛纳米科技有限公司等处于厚积薄发状态。资料显示罗岛纳米于 2020 年、安序源及今是科技于 2021 年已研发出样机。其中安序源在工程样机后已联合合作方进行研发测试使用和优化，今是科技在完成工程样机研发后计划首先聚焦非临床市场，推出中通量纳米孔测序仪，后针对临床市场，推出超高通量纳米孔测序仪。18智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告结合以上对纳米孔整体技术发展及核心技术研究分析后，本文选择全球唯二将纳米孔测序技术商业化/即将商业化的公司：（1）牛津纳米孔科技有限公司 Oxford Nanopore Technologies 和（2）成都齐碳科技有限公司进一步分析。作为纳米孔测序的技术先驱，牛津纳米孔科技公司 Oxford Nanopore Technologies（牛津大学的衍生公司），由 H.Bayley 作为奠基人之一成立于 2005 年。该司已于2021 年成功登陆伦敦证卷交易所（股票代码：ONT.L）。3.2 行业先驱-牛津纳米孔科技智慧芽数据显示，该公司自 2005 年成立以来累计申请专利约千件，平均专利增长率为230%；其中发明专利申请占比为 93.51%，外观设计专利申请占比为 6.49%。自 2007年起牛津纳米孔科技公司开始申请纳米孔测序相关专利；经历了 5 年探索阶段后，牛津纳米孔科技公司从技术萌芽期转变为技术成长期，于 2012 年首次公布一系列纳米孔 DNA 测序和蛋白质分析的相关数据。3.2.1 技术研发趋势19智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告并对后来发布的 GridION 和 MinION 的软件及硬件系统做了概述，公开数据包括已经使用该技术测序完成的小分子 DNA 的正链及反链，包括数百万个碱基序列，这也是自纳米孔测序理论诞生以来，世界上首次公开纳米孔测序数据后，在经历 2013年-2014 年快速发展阶段后，2014 年推出全球首款商业化产品。2016 年初，因美纳 Illumina 对牛津纳米孔科技公司发起专利诉讼，称后者侵犯了其两项专利（专利号分别为 No.8,673,550 和No.9,170,230，专利名称均为“MSP 纳米孔和相关方法”）。本案中，Illumina 公司起诉牛津纳米孔科技公司使用细菌驱动孔隙-耻垢分枝杆菌孔蛋白 A（MspA）侵犯其 MSP 纳米孔和相关方法专利，案件涉及牛津纳米孔科技公司两款产品（MinIon 和 PromethIon 设备）。同年末虽然两家达成庭外和解，但该案件的发生导致同年牛津纳米孔科技公司专利申请触底。资料显示，牛津纳米孔科技公司同意不再出口或售卖包含氨基酸序列纳米孔的产品，并销毁目前相关库存产品，同时升级测序系统（从 R7 升至 R9），值得注意的是 R9 系统不仅精度提升，而且牛津纳米孔科技公司对该技术有独家专利。此后牛津纳米孔科技公司不断改进纳米孔和马达蛋白，截止到目前已发布了 8 个版本的测序系统（从 R6 到 R10.3）（如图表15）（如图表 16）图表 15：牛津纳米孔科技公司在纳米孔测序技术历年专利申请与授权量演变（数据来源：智慧芽）专利申请量专利授权量授权占比20智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告件图表 16：牛津纳米孔科技公司测序发展历程（资料来源：网络）从技术的市场布局情况来看，牛津纳米孔科技的技术市场布局符合基因测序行业整体市场分布趋势。据公开资料显示，2020年全球基因测序市场分布最多的是欧洲，其次是美洲，欧美市场合计占比就高达72%，亚太地区排名第三，占比 20%。牛津纳米孔科技除了在英国本土进行技术布局外，以美国、欧洲作为主要市场进行布局，综合来看其在上述主要市场专利申请量占历年来总申请量 49%，此外牛津纳米孔科技公司在中国、澳大利亚、德国、加拿大、印度和巴西等地进行了相关技术专利布局。（如图表 17）3.2.2 全球技术布局21智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告图表 17：牛津纳米孔科技纳米孔测序技术全球专利布局（数据来源：智慧芽）测序设备作为基因测序整个产业链的起点和支撑点，测序设备制备技术壁垒很高、大单品催生大市值公司，导致该领域一直处于巨头垄断格局。因此当新一代测序技术的出现推动新锐公司意图瓜分测序市场一杯羹时，专利诉讼就成为老牌巨头试图打压竞争对手的方式，如 2016 年因美纳公司为了阻止牛津纳米孔科技公司通过纳米孔测序仪占据快速测序仪及相关制品的市场份额，对牛津纳米孔科技公司发起的专利诉求；此外，值得注意的是专利诉讼发生在拥有专利技术的企业和产品已上市的企业之间。3.2.3 企业间商业战如太平洋生物科学（Pacific Biosciences of California,Inc.）和牛津纳米孔（Oxford Nanopore Technologies,Inc.）之间的专利诉讼，案件涉及牛津纳米孔公司多款产品及太平洋生物科学的 8 件专利。智慧芽数据显示近年来主要涉诉多为国外公司/研究机构，如太平洋生物科学（Pacific Biosciences of California,Inc.）、因美纳公司（Illumina,Inc.）、牛津纳米孔科技公司（Oxford Nanopore Technologies,Inc.）、加 州 大 学 董 事 会（The Regents of the University Of California）、Sequenom,Inc.、Verinata Health,Inc.等。22智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告件作为全球第二个商业化纳米孔测序技术的公司，齐碳科技立于基因测序领域上游，正在商业化道路上前进。齐碳科技成立于 2016 年，由跨学科研发团队组建，专注纳米孔基因测序仪及配套试剂耗材的自主研发、制造与应用。作为中国第一家成功研发出纳米孔基因测序仪原理样机、工程样机，并成功推出产品样机的企业。与此同时该司也获得资本关注，目前已于2020年6月完成四亿元B轮融资，这也是 2021 年国内基因测序行业上游企业中最大的一笔融资。3.3 国内领先-齐碳科技齐碳科技累计申请纳米孔测序相关专利 48件专利，其中发明专利45件、实用新型2件。公司 2017 年成功研制出 16 通道的原理样机，自 2018 年申请第一件专利申请；2020年 9 月发布中国首台自主研发的纳米孔单分子基因测序仪，资料显示其产品样机在Alpha Test 阶段，已与病原体研究、遗传病研究、肿瘤研究、司法刑侦、动植物保护等领域的多家头部企业、高校、科研院所等机构开展合作，涉及 70 个项目、1500 多个样本，但产品准确率仅为 85%；2021 年12 月推出中国首款即将量产型全自主研发纳米孔单分子基因测序仪 QNome-3841，配套专有测序芯片 Qcell-384 以及建库、测序试剂盒。3.3.1 技术研发趋势23智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告QNome-3841 为一款小通量测序仪，8 小时可产出 1-1.5Gb 数据，单次准确率达 90%，一致性准确率（50 x）达 99.9%。具有长读长、实时、快速、小巧便携等特点。（如图表 18）图表 18：齐碳科技纳米孔测序技术历年专利申请趋势（数据来源：智慧芽）作为新成立仅五年的新锐公司，齐碳科技在加大科研投入的同时，已启动并加速了产业化进程。而作为中国首个通过自主研发，将纳米孔测序技术正式推向市场的本土企业，目前公司以中国、中国香港为主要市场，同时也已经通过 PCT 途径逐渐进行海外市场的布局。3.3.2 全球技术布局中国中国香港世界知识产权组织78%10%12%图表 19：齐碳科技纳米孔测序技术全球专利布局（数据来源：智慧芽）24智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告件四.纳米孔测序技术未来展望利用纳米孔研究出新型的快速、准确、低成本、高精度及高通量的 DNA 测序技术是后人类基因组计划的热点之一。相信随着纳米孔技术的深入研究，以及各项科学技术的结合使用，将使其在化学、物理学、生物学、电子学和医药学中的应用更加广泛，对生命奥秘的探索、疾病的治疗，以及整个生命科学的发展起到巨大的推动作用。从纳米孔测序技术路线发展趋势来看，生物纳米孔在一定时期内仍将是主流，短期内（预计 3-5 年之内）较难有成熟的固态孔技术出现，主要原因包括固态孔技术本身还不成熟，且存在过孔检测的速度控制问题。从纳米孔测序技术的应用场景来看，除DNA 测序外，纳米孔的无需标记、无需放大的单分子检测技术还可以在 RNA 检测、蛋白质检测等各种重大疾病的生物标志物检测方面得到应用。4.1 纳米孔测序技术将持续突破，应用场景将不断延展 从 2010 年开始至今，中国整个基因测序行业的市场规模一直处于高速发展阶段，政策支持及巨量资本的注入给基因测序行业的发展带来了强大的推动力。虽然市场潜力巨大，但纳米孔技术测序的商业化应用，还面临着挑战，如提高通道的选择性和灵敏度、控制 DNA 穿越速度及提高信噪比等。目前仅有英国牛津纳米孔科技公司一家商业化成功，但其产品也存在迭代较慢/精度等问题，导致未完全打开市场，此外大多数海外企业也仍处于研究开发阶段。但值得一提的是，随着中国基因测序领先企业齐碳科技的新产品即将正式推向市场，一方面有望从根本上改变我国基因测序设备严重依赖进口的现状，降低单次测序成本，让即时检测的基因测序技术走进千家万户，同时有望引领中国基因测序上游领域弯道超车，这或将对国际基因测序仪生产制造巨头造成冲击，从而引发整个市场格局重新洗牌。4.2 前景与挑战将并存，但技术商业化已在路上25智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告数据说明：1.累计专利数的统计截止至 2022 年 3 月 2 日。2.企业层面的专利统计采用完全“并表”的原则，利用智慧芽全球专利数据库的公司树功能，汇总统计其控股的所有公司的所有专利。3.智慧芽全球专利数据库持续动态收录全球 126 个国家/地区的已公开专利。一般来说，专利从申请到公开可查询，需要 4 到 18 个月，因此最近两年数据仅做参考。参考文献：1 基因测序在精准医疗中的发展与应用概述2 DNA 测序技术的进展和挑战 3 Top 10 Sequencing Companies 4 纳米孔测序技术研究进展 5 2021-2027 全球与中国纳米孔技术市场现状及未来发展趋势6 大分子穿越纳米孔的跨膜输运动力学7 三代基因组测序技术原理简介8 基因测序技术发展历史及一、二、三代测序技术原理和应用9 Nat.Biotechnol 综述|纳米孔测序技术、生物信息学及应用10 齐碳科技即将发布国内首款量产的全自主研发纳米孔基因测序仪11 基因测序，星辰大海之齐碳科技12 风起基因测序，牛津纳米孔迎来挑战者26智慧芽医药生物系列之四 基因测序前沿技术洞察报告智慧芽中国汽车上市企业专利和科创力排行榜（2021 年 12 月）智慧芽（PatSnap）是一家科技创新情报 SaaS 服务商，聚焦科技创新情报和知识产权信息化服务两大板块。通过机器学习、计算机视觉、自然语言处理（NLP）等人工智能技术，智慧芽为全球领先的科技公司、高校和科研机构、金融机构等提供大数据情报服务。智慧芽围绕科技创新与知识产权已经构建产品矩阵，旗下产品包括 PatSnap 全球专利数据库、Innosnap 知识产权管理系统、Insights 英策专利分析系统、Discovery 创新情报系统等。智慧芽已经服务全球 50 多个国家超 1 万家客户，涵盖了高校和科研院所、生物医药、化学、汽车、新能源、通信、电子等 50 多个高科技行业。国内客户包括清华大学、北京大学、中科院、中国石化、海尔、美的、小米、宁德时代、小鹏汽车、大疆、药明康德、商汤科技、华大等；国际客户包括麻省理工学院、牛津大学、陶氏化学、戴森、Spotify 等。智慧芽公司介绍