这些仪器在技术上各有千秋,覆盖了从科研到临床、从短读长到长读长的广泛应用，了解它们的核心特点和适用场景，有助于您做出更合适的选择。
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市场格局概览
全球高端DNA测序仪市场主要由 Illumina 和 Thermo Fisher Scientific (通过收购PacBio和Ion Torrent) 两大巨头主导，而 MGI (华大智造) 作为新兴力量，虽然是中国品牌，但其技术路线和市场影响力已可与进口品牌比肩，因此也常被一同讨论。
我们将重点介绍前两者,并简要提及MGI作为参照。
第一梯队：Illumina (因美纳)
Illumina 是全球绝对的市场领导者，其技术平台（SBS边合成边测序）是目前应用最广泛、通量最高、数据最可靠的测序技术之一。
核心技术：边合成边测序
- 文库制备：将DNA片段化，并在两端加上特定的接头。
- 桥式扩增：将文库DNA加载到流动芯片的微孔（Flow Cell）中，通过PCR扩增，在单个微孔中形成大量相同的DNA簇，相当于把一个信号放大。
- 测序：向流动池中依次加入带有荧光标记的、可逆终止的四种碱基（dNTPs），每次只添加一种碱基，通过激光激发荧光，用高分辨率相机捕捉荧光信号，确定该位置上的碱基类型。
- 化学切割：切除荧光基团和终止基团，为下一个碱基的掺入做准备。
- 循环：重复以上步骤，直到读取完所有DNA序列的长度。
主流产品系列
| 系列 | 主要型号 | 技术特点 | 主要应用场景 |
|---|---|---|---|
| NextSeq™ | NextSeq 2000 | 中高通量，灵活的流通池配置（1M/4M/8M lanes），运行时间短，适合快速周转的实验室。 | 科研：小规模基因组、转录组、外显子组测序。 临床：肿瘤伴随诊断、NIPT（无创产前检测）、HLA分型。 |
| iSeq™ | iSeq 100 | 入门级/教育级，通量低，操作极其简单，一体化设计，无需外部电脑。 | 科普教育、小验证实验、教学、极小规模的靶向测序。 |
| NovaSeq™ | NovaSeq 6000 / X Plus | 超高通量，全球通量最高的测序仪之一，拥有灵活的流通池配置（S1, S2, S4, SP, SP Flow Cell），可满足从大到小各种规模的项目。 | 大型科研：全基因组测序（WGS）、大型队列研究、宏基因组学。 临床：大规模人群筛查、全基因组临床诊断。 |
| MiSeq™ | MiSeq | 桌面型，长读长（可达2x300 bp），通量低，但单次运行产出数据质量极高。 | 科研：微生物鉴定、16S rRNA扩增子测序、小panel靶向测序、长读长辅助组装。 临床：微生物快速鉴定、特定基因的靶向测序。 |
Illumina 优势：
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- 市场占有率最高：生态系统最完善，配套试剂、软件、分析流程最成熟。
- 数据质量高：准确性是目前所有平台中最高的，适合需要高精度的应用。
- 应用广泛：覆盖了从科研到临床的几乎所有领域。
- 通量选择多：从入门到旗舰，产品线非常丰富。
Illumina 劣势：
- 读长短：其主流技术（SBS）的读长通常在150-300 bp之间，对复杂区域（如重复序列、结构变异）的解析能力有限。
- 仪器和试剂成本高：初始投入和后续的试剂耗材费用非常昂贵。
- 体积大：尤其是NovaSeq系列，需要专门的实验室空间。
第二梯队：Thermo Fisher Scientific (赛默飞)
赛默飞通过收购 PacBio 和 Ion Torrent，拥有了两种截然不同的测序技术，形成了“长短结合”的战略布局。
PacBio (太平洋生物) - 长读长测序王者
PacBio主打 SMRT (Single Molecule, Real-Time) 单分子实时测序 技术，以其超长的读长而闻名。
核心技术：SMRT测序
- 零模波导孔：将DNA聚合酶和模板DNA固定在微小的孔洞底部，形成一个独立的反应空间。
- 实时监测：当带有荧光标记的dNTP被掺入DNA链时，会释放出荧光信号，该孔洞允许特定波长的激发光进入，但发射出的荧光会被限制在孔内，从而被高灵敏度相机实时捕捉。
- 单分子测序：无需PCR扩增，直接对单个DNA分子进行测序，避免了PCR偏好性。
- 连续测序：由于没有终止基团，DNA聚合酶可以连续不断地合成DNA链，从而获得非常长的读长。
主流产品系列
| 系列 | 主要型号 | 技术特点 | 主要应用场景 |
|---|---|---|---|
| Sequel™ | Sequel IIe / IIe System | 超高通量长读长，通量远超Revio，适合大规模项目。 | 科研：动植物基因组从头组装、复杂区域研究、宏基因组学。 临床：长读长在罕见病诊断、肿瘤异质性研究中的应用正在拓展。 |
| Revio™ | Revio | 超高通量长读长，是目前PacBio最新的旗舰产品，通量实现了数量级的提升。 | 与Sequel IIe类似，但面向更大规模的测序项目，旨在降低长读长的单位成本，使其更具临床普及性。 |
| Sequel II | Sequel II | 高通量长读长，是Sequel IIe的前代产品。 | 同上，是许多现有实验室的主力机型。 |
| RS II | RS II | 低通量长读长，是PacBio的经典机型，读长质量极高。 | 已基本被Sequel系列取代，但仍在一些特殊应用中使用。 |
PacBio 优势：
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- 读长超长：平均读长可达10-25 kb，最高可达100 kb以上，完美解析重复序列、结构变异、甲基化模式等。
- 无PCR偏好性：直接对单个分子测序，能更真实地反映原始DNA的序列信息。
- 可检测表观遗传修饰：在测序过程中可以同时检测碱基的甲基化修饰。
PacBio 劣势：
- 成本高昂：仪器和试剂价格都非常高。
- 通量与读长的权衡：在追求极致读长时，其通量相对Illumina的NovaSeq要低。
- 准确性略低：单个分子的测序错误率比Illumina的SBS技术高，需要通过Circular Consensus Sequencing (CCS)模式来提高准确性，但这会降低通量。
Ion Torrent (离子 Torrent) - 半导体测序
Ion Torrent的技术原理与Illumina完全不同，它利用了“测序 by sequencing”的原理，即通过检测pH值变化来测序。
核心技术：半导体测序
- 文库制备与装载：将DNA片段化、连接接头后，加载到带有数百万个微孔的半导体芯片上。
- 乳滴PCR扩增：在微孔内进行扩增，形成DNA簇。
- 测序：向芯片中依次掺入dNTPs，当dNTP被掺入DNA链时，会释放出一个氢离子（H+），导致微孔内的局部pH值下降。
- 信号检测：芯片底部的pH传感器直接检测到这个pH值变化，并将其转化为电信号，哪个孔的信号最强，就说明掺入了哪种碱基。
主流产品系列
| 系列 | 主要型号 | 技术特点 | 主要应用场景 |
|---|---|---|---|
| Ion GeneStudio™ | S5™ | 中高通量，灵活性高，有多种芯片选择（510/530/540 chip）。 | 科研：靶向测序、小规模WGS、转录组、扩增子测序。 临床：肿瘤用药基因检测、NIPT、遗传病筛查。 |
| Ion GeneStudio™ | S5 XL™ | 高通量，使用更大容量的芯片，通量是S5的两倍。 | 适合需要更高通量的靶向测序和Panel应用。 |
| Ion Torrent™ | Genexus™ | 全自动，从样本制备到数据生成完全在仪器内完成，无需人工干预。 | 适合追求自动化、标准化、操作简便的临床实验室，特别是肿瘤伴随诊断。 |
Ion Torrent 优势：
- 速度快：运行时间短，从文库到数据产出只需几个小时。
- 操作简便：基于半导体技术，无光学系统，维护相对简单。
- 成本适中：在通量和成本之间取得了较好的平衡，适合中小型实验室。
Ion Torrent 劣势：
- 读长短：读长通常在200-400 bp之间。
- 准确性问题：在富含同源聚体（如AAAAAA）的区域，容易出现测序错误。
- 市场份额小：相比Illumina，市场份额和生态系统都较小。
总结与对比
| 特性 | Illumina (SBS) | PacBio (SMRT) | Ion Torrent (半导体) |
|---|---|---|---|
| 核心技术 | 边合成边测序 | 单分子实时测序 | 半导体测序 (pH变化) |
| 读长 | 短 (150-300 bp) | 极长 (10-25 kb+) | 短 (200-400 bp) |
| 通量 | 极高 (NovaSeq) | 高 (Revio/Sequel) | 中高 (S5/S5 XL) |
| 数据准确性 | 极高 | 高 (CCS模式) | 较高，但在同源聚体区域较差 |
| 主要优势 | 市场标准、数据质量高、应用广泛 | 读长无敌、无PCR偏好、可测甲基化 | 速度快、操作简便、成本适中 |
| 主要劣势 | 读长短、仪器试剂昂贵 | 成本高、通量与读长难两全 | 读长短、准确性有局限 |
| 典型应用 | WGS, WES, RNA-seq, 临床Panel | 基因组从头组装、结构变异研究 | 靶向测序、小Panel、快速诊断 |
如何选择？
选择哪款测序仪,完全取决于您的研究目的、预算、样本量和长期规划。
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如果您的应用需要最高准确性，且对读长要求不高：
- 大规模科研：选择 Illumina NovaSeq。
- 中小规模科研或临床应用：选择 Illumina NextSeq 或 Thermo Fisher Ion S5。
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如果您的应用必须解析长读长区域（如基因组从头组装、结构变异）：
- 预算充足，追求高质量：选择 PacBio Revio 或 Sequel IIe。
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如果您追求速度、自动化和成本效益，主要用于靶向测序：
- 中小型实验室：Thermo Fisher Ion S5 是一个非常好的选择。
- 追求全自动临床诊断：Thermo Fisher Ion Genexus 非常适合。
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如果您需要兼顾长读长和高通量，且希望成本更优：
- 可以考虑 Illumina + MGI (华大智造) DNBSEQ 的组合策略，或者关注Illumina即将推出的 NovaSeq X Plus 的长读长模式。
进口品牌测序仪技术成熟,性能强大，是当前生命科学研究和临床诊断的基石，在做决策前，强烈建议根据您的具体项目需求，联系各品牌的销售代表进行详细的技术咨询和方案对比。
