随着生物技术的飞速发展，数字 PCR（dPCR）作为新一代的核酸检测技术，正逐渐在生命科学研究、临床诊断、食品安全检测等领域崭露头角。数字 PCR 技术的出现，为核酸定量分析提供了更精确、更灵敏的方法，弥补了传统 PCR 技术的一些局限性，被广泛认为是 PCR 技术发展的重要里程碑。
一、数字 PCR 行业概述
1、数字 PCR 定义与原理
数字 PCR（Digital PCR，dPCR），是一种核酸分子绝对定量技术，被誉为第三代 PCR 技术。其核心原理是将含有核酸分子的反应体系分成成千上万个纳升级的微滴或微反应单元，其中每个微滴或反应单元中，要么不含待检核酸靶分子，要么含有一个至数个待检核酸靶分子 ，每个微滴或反应单元都作为一个独立的 PCR 反应器。
经 PCR 扩增后，采用微滴分析仪或相关检测设备逐个对每个微滴或反应单元进行检测，有荧光信号的微滴或反应单元判读为 1（阳性），没有荧光信号的判读为 0（阴性），最终根据泊松分布原理以及阳性微滴或反应单元的比例，分析软件可计算给出待检靶分子的浓度或拷贝数。这种技术无需标准曲线，就能实现对核酸分子的绝对定量，突破了传统 PCR 技术在定量准确性上的局限。
传统 PCR 技术，包括普通 PCR 和实时荧光定量 PCR（qPCR）。普通 PCR 主要用于定性分析，通过扩增特定 DNA 片段，再利用凝胶电泳等方法来判断是否存在目标基因，但无法精确测定基因的拷贝数或浓度。实时荧光定量 PCR 虽然实现了定量检测，它是在 PCR 反应体系中加入荧光基团，利用荧光信号的变化实时监测整个 PCR 进程，最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析。然而，qPCR 的定量依赖于标准曲线，且易受扩增效率、反应条件等因素的影响，导致定量结果存在一定误差。
与传统 PCR 技术相比，数字 PCR 具有显著优势。在定量准确性上，数字 PCR 不依赖标准曲线，直接对核酸分子进行计数，避免了因扩增效率差异带来的误差，能提供更精确的定量结果。在灵敏度方面，数字 PCR 能够检测到极低丰度的核酸分子，可实现单分子水平的检测，这是传统 PCR 技术难以企及的。此外，数字 PCR 对复杂样本的耐受性更强，能有效减少背景干扰，在检测含有抑制剂或杂质的样本时，表现出更好的稳定性和可靠性。
2、数字 PCR 技术发展历程
数字 PCR 技术的发展历程是一部不断创新与突破的科技演进史，从概念的萌芽到如今的广泛应用，每一个阶段都凝聚着科研人员的智慧与努力。
20 世纪 90 年代初，数字 PCR 技术的理论基础开始奠定。1992 年，Sykes 等人在研究中提出了有限稀释、终点信号的有或无及对数据泊松分布的统计处理这三个重要原则 ，为数字 PCR 的后续发展提供了理论框架。1997 年，利用玻璃毛细管作为载体进行 PCR 反应的研究，验证了 Taq-Man 探针可以检测模板单分子，尤其在微小的反应体系中，发展了单分子定量技术，为 dPCR 单模板扩增提供了关键的技术支持。
1999 年，Bert Vogelstein 和 Kenneth W.Kinzler 正式提出了数字 PCR 的概念，他们通过实验将指数型函数转化成线性函数，对模板进行有限稀释，根据荧光信号的有或无进行精确定量。这一概念的提出，标志着数字 PCR 技术从理论设想迈向实际应用的重要一步。当时，他们利用 384 孔板对样品进行稀释、扩增，来检测结、直肠癌粪便样品中 c-Ki-Ras 基因突变，并对数据进行泊松分布的处理，展示了数字 PCR 在基因突变检测领域的潜力。
进入 21 世纪，数字 PCR 技术迎来了快速发展期。2003 年，Devin 等人提出了 BEAMing 技术，该技术包括小珠 (Bead)、乳浊液 (Emulsion)、扩增 (Amplification)、磁性 (Magnetic) 四个关键步骤。利用包被链霉亲和素的磁性珠子和生物素标记的寡核苷酸，形成微乳液，进行 PCR 扩增，通过流式细胞仪检测荧光标记来进行计数，为微滴式 dPCR 的产生提供了直接的技术依据。
2006 年，Fluidigm 公司推出了第一个商业化的基于芯片的 dPCR 仪，主要包括 EP1 系统和 BioMarkHD 系统，正式开启了数字 PCR 技术的商业化进程。此后，各大生物技术公司纷纷布局数字 PCR 领域。2009 年，Life Technologies 推出了 OpenArray 和 QuantStudio 12KFlex dPCR 系统；2011 年，Bio-Rad 公司推出了基于微滴的 QX100 dPCR 仪，利用油包水技术，将样品平均分配到 20000 个微滴油包水中，利用微滴分析仪对微滴进行分析；2012 年，RainDance 公司推出了 RainDrop dPCR 仪，在高压气体驱动下，将每个标准反应体系分割成包含 100 万至 1000 万个皮升级别微滴的反应乳液，进一步提高了 dPCR 仪的检测范围，适于检测浓度差异较大的样品。
2013 年是数字 PCR 技术发展的又一个重要节点，Life Technologies 推出了 QuantStudio 3D dPCR 系统，采用高密度的纳升流控芯片技术，将样本均匀地分配至 20000 个单独的反应孔中；同年，Bio-Rad 公司推出在 QX100 基础上的升级产品 QX200 dPCR 仪，进一步优化了微滴式数字 PCR 技术，提高了检测的准确性和稳定性。此后，数字 PCR 技术不断迭代升级，如 2016 年，Stilla Technologies 推出 Naica crystal 微滴数字 PCR 系统，旨在为专门从事分子生物学的研究机构精确定量 DNA 突变；2019 年，Stilla 公司又发布了高通量数字 PCR 系统 - Naica HT，配合新型的 Opal 芯片，通量有效提高四倍，同时正在开发六色检测的数字 PCR 系统，以实现多重目标基因的数字 PCR 检测。
在中国，数字 PCR 技术的研究和应用虽然起步相对较晚，但发展迅速。近年来，国内多家企业和科研机构在数字 PCR 技术领域取得了重要突破，成功研发出具有自主知识产权的数字 PCR 设备和试剂，逐渐打破了国外企业在该领域的垄断局面，推动数字 PCR 技术在国内的广泛应用和普及。
3、数字 PCR 产业链结构分析
数字 PCR 产业链涵盖了从上游原料供应到中游设备与试剂生产，再到下游应用的多个环节，各环节相互关联、相互影响，共同推动着数字 PCR 技术的发展与应用。
产业链上游主要包括各类原材料和核心零部件的供应。在原材料方面，关键的生物原料如 DNA 聚合酶、引物、探针等，其质量和性能直接影响数字 PCR 检测的准确性和灵敏度。DNA 聚合酶的热稳定性、扩增效率以及对不同模板的适应性等特性，决定了 PCR 反应的速度和质量；引物和探针的设计与合成精度，关乎着对目标核酸序列的特异性识别和检测能力。这些生物原料的生产技术要求高，目前部分高端产品仍依赖进口，国内企业在研发和生产上正不断努力追赶。此外，用于制造微流控芯片、反应耗材的高分子材料、硅基材料等也是重要的上游原材料，其性能和成本对中游产品的制造和市场竞争力有着重要影响。
核心零部件方面，微流控芯片是数字 PCR 系统的核心部件之一，它实现了样品的微量化处理和反应单元的分割，其制造工艺复杂，涉及微机电系统（MEMS）技术、光刻技术等多种先进制造技术。目前，国外在微流控芯片的研发和生产上处于领先地位，但国内企业也在积极投入研发，取得了一定的成果。此外，高精度的光学检测元件、温控模块等也是数字 PCR 设备的重要零部件，它们对于精确检测荧光信号、控制 PCR 反应温度起着关键作用。
产业链中游主要是数字 PCR 设备和试剂的研发、生产与销售。数字 PCR 设备的研发需要综合运用光学、电子、机械、软件等多学科技术，实现对微滴或微反应单元的精确生成、扩增和检测。设备的性能指标如分割单元数、荧光通道数、检测灵敏度、准确性、重复性等，是衡量其优劣的关键因素。目前市场上的数字 PCR 设备主要分为微滴式和芯片式两大类型，各有其特点和优势。微滴式数字 PCR 设备以 Bio-Rad 的 QX200 系统为代表，具有分割单元数多、检测通量高的特点；芯片式数字 PCR 设备如赛默飞的 QuantStudio 3D dPCR 系统，则在反应体系的稳定性和检测精度上表现出色。国内企业如新羿生物、臻准生物等也推出了具有自主知识产权的数字 PCR 设备，在性能和价格上具有一定的竞争力。
数字 PCR 试剂的研发与生产同样重要，试剂的配方和质量直接影响检测结果的可靠性。试剂主要包括 PCR 反应预混液、DNA/RNA 提取试剂等，其中 PCR 反应预混液包含了 DNA 聚合酶、dNTPs、缓冲液等多种成分，需要精确调配以保证最佳的反应条件。不同的应用场景和检测目标，对试剂的要求也有所不同，因此试剂的研发需要针对具体需求进行优化。
产业链下游是数字 PCR 技术的广泛应用领域，涵盖了临床诊断、科研、食品安全检测、农业等多个方面。在临床诊断领域，数字 PCR 技术可用于病原微生物检测，能够快速、准确地检测出病原体的存在和载量，为疾病的早期诊断和治疗提供依据；在肿瘤诊断中，可用于肿瘤标志物的检测、肿瘤基因突变检测、肿瘤微小残留病灶监测等，有助于肿瘤的早期筛查、个性化治疗和预后评估；在遗传病诊断方面，数字 PCR 技术能够对基因突变、拷贝数变异等进行精确检测，为遗传病的诊断和遗传咨询提供有力支持。
在科研领域，数字 PCR 技术被广泛应用于基因表达分析、新一代测序文库定量分析、单细胞分析等研究中，为生命科学研究提供了更精确、更灵敏的技术手段。在食品安全检测领域，数字 PCR 技术可用于检测食品中的致病菌、转基因成分等，保障食品安全；在农业领域，可用于动植物病原检测、品种鉴定、转基因作物检测等，助力农业的健康发展。下游应用领域的不断拓展，为数字 PCR 市场的增长提供了强大的动力，也对中游产品的性能和质量提出了更高的要求。
二、中国数字 PCR 市场规模与增长趋势
1、历史市场规模回顾（2019 - 2023 年）
在过去的几年中，中国数字 PCR 市场规模呈现出稳健的增长态势。根据北京研精毕智信息咨询发布的调研报告-研究报告-可研报告-专业研究报告中心-研精毕智调研报告网显示，2019 年中国数字 PCR 市场规模约为 12.5 亿元。到 2020 年，市场规模增长至 15.3 亿元，增长率达到 22.4%。尽管 2020 年受到新冠疫情的影响，但数字 PCR 技术在新冠病毒核酸检测以及其他临床诊断、科研等领域的需求支撑，使得市场依然保持了较高的增速。
2021 年，随着疫情防控常态化以及生物技术产业的持续发展，数字 PCR 市场规模进一步扩大至 19.6 亿元，同比增长 28.1%。这一年，科研机构和企业对数字 PCR 技术的应用不断深入，在肿瘤精准医疗、遗传病诊断等领域的研究和临床实践中，数字 PCR 技术的优势逐渐凸显，推动了市场的快速增长。
2022 年，中国数字 PCR 市场规模达到 24.8 亿元，增长率为 26.5%。市场增长的动力主要来自于临床诊断市场的持续拓展，越来越多的医疗机构开始引入数字 PCR 技术用于疾病的早期诊断和精准治疗，同时，国产数字 PCR 设备和试剂的市场竞争力不断提升，也为市场增长做出了重要贡献。
2023 年，市场规模达到 31.2 亿元，同比增长 25.8%。在这一年，数字 PCR 技术在食品安全检测、农业育种等领域的应用逐渐得到推广，市场应用场景不断丰富，进一步拉动了市场规模的增长。
从 2019 - 2023 年，中国数字 PCR 市场规模的年复合增长率（CAGR）达到 24.9%。这一高速增长主要得益于以下几个因素：一是技术优势驱动市场需求，数字 PCR 技术以其高精度、高灵敏度和绝对定量的优势，满足了生命科学研究、临床诊断等领域对核酸检测日益增长的精准需求，在肿瘤基因检测、传染病病原体检测、遗传病诊断等方面发挥着重要作用，促使科研机构、医疗机构和企业纷纷加大对数字 PCR 技术的应用和投入。二是政策支持与产业环境优化，政府出台了一系列支持生物技术产业发展的政策，包括鼓励科技创新、加大研发投入、推动医疗器械国产化等，为数字 PCR 行业的发展创造了良好的政策环境。同时，国内生物技术产业的快速发展，产业链不断完善，也为数字 PCR 市场的增长提供了有力支撑。三是市场教育与认知提升，随着数字 PCR 技术的不断推广和应用，科研人员、临床医生以及相关行业从业者对其优势和应用价值的认识逐渐加深，市场接受度不断提高，进一步推动了市场需求的增长。
2、当前市场规模与估值（2024 年）
截至 2024 年，中国数字 PCR 市场继续保持良好的发展态势。根据最新的市场调研和数据分析，预计 2024 年中国数字 PCR 市场规模将达到 39.5 亿元左右。这一增长主要源于多个方面的推动。
在临床应用方面，肿瘤精准医疗领域对数字 PCR 技术的需求持续攀升。随着肿瘤发病率的上升以及人们对肿瘤早期诊断和个性化治疗的重视，数字 PCR 技术在肿瘤标志物检测、肿瘤基因突变检测、微小残留病灶监测等方面的应用越来越广泛。通过数字 PCR 技术，能够更精准地检测出肿瘤相关的核酸标志物，为肿瘤的早期诊断、治疗方案选择和预后评估提供重要依据，因此受到了临床医生和患者的高度关注。同时，在传染病诊断领域，数字 PCR 技术也展现出强大的优势，特别是在应对一些新型传染病的检测和防控中，能够快速、准确地检测病原体，为疫情防控提供有力支持。
科研领域对数字 PCR 技术的需求也在不断增长。随着生命科学研究的深入发展，对基因表达分析、单细胞分析、新一代测序文库定量分析等研究的精度要求越来越高，数字 PCR 技术以其卓越的定量性能和高灵敏度，成为科研人员不可或缺的工具。各大科研院校和研究机构纷纷加大对数字 PCR 设备的采购和技术应用，推动了市场规模的进一步扩大。
此外，国产数字 PCR 企业的技术创新和产品优化也为市场发展注入了新的活力。近年来，国内多家企业在数字 PCR 技术研发上取得了重要突破，推出了一系列性能优良、价格具有竞争力的产品，不仅满足了国内市场的需求，还逐步走向国际市场。这些国产产品在技术指标上不断接近甚至超越国际同类产品，同时在售后服务、本地化支持等方面具有明显优势，受到了市场的广泛认可，进一步抢占了市场份额，促进了市场规模的增长。
3、未来市场规模预测（2025 - 2030 年）
展望未来，中国数字 PCR 市场在 2025 - 2030 年期间有望继续保持高速增长态势。预计到 2025 年，市场规模将达到 50.6 亿元左右，增长率约为 28.1%。到 2030 年，市场规模有望突破 100 亿元，达到 105.8 亿元左右，2025 - 2030 年的年复合增长率预计将保持在 16.2% 左右。
市场增长的主要驱动因素包括：一是技术创新与升级，随着科技的不断进步，数字 PCR 技术将不断迭代升级，在检测通量、灵敏度、准确性、操作便捷性等方面将取得更大突破。例如，多色荧光检测技术的发展将使数字 PCR 能够同时检测多个目标基因，进一步提高检测效率和信息量；微流控芯片技术的不断创新将实现更小体积的反应单元和更高的分割精度，降低检测成本并提高检测灵敏度；自动化、智能化的数字 PCR 设备将逐渐成为市场主流，简化操作流程，减少人为误差，提高检测的可靠性和重复性。这些技术创新将不断拓展数字 PCR 的应用领域和市场需求。
二是临床应用的深度拓展，在肿瘤诊疗方面，数字 PCR 技术将在肿瘤早筛、液体活检、个性化治疗疗效监测等环节发挥更加关键的作用。随着肿瘤早筛市场的不断扩大以及液体活检技术的逐渐成熟，数字 PCR 技术作为精准检测手段，将迎来更大的市场机遇。同时，在遗传病诊断、心血管疾病诊断、神经退行性疾病诊断等领域，数字 PCR 技术也将逐步得到应用和推广，为临床诊断提供更精准、更高效的解决方案，推动市场规模的持续增长。
三是科研投入的持续增加，中国在生命科学领域的科研投入一直保持较高的增长率，科研项目的不断增多和研究深度的不断拓展，将对数字 PCR 技术产生更多的需求。无论是基础研究还是应用研究，数字 PCR 技术都将成为基因分析、细胞分析等研究的重要工具，助力科研人员取得更多的科研成果。科研机构和高校对数字 PCR 设备的采购需求将持续增长，为市场发展提供稳定的支撑。
四是市场普及与教育的深入，随着数字 PCR 技术的不断推广和应用，市场对其认知度和接受度将进一步提高。通过学术交流、技术培训、临床示范等多种方式，更多的医疗机构、科研人员和企业将了解和掌握数字 PCR 技术，从而推动市场需求的释放。同时，市场竞争的加剧将促使企业加大市场推广力度，降低产品价格，提高产品性价比，进一步促进数字 PCR 技术的普及和应用，推动市场规模的扩大。
五是政策支持与产业协同发展，政府将继续出台相关政策支持生物技术产业的发展，鼓励数字 PCR 技术的研发和创新，加强知识产权保护，优化产业发展环境。同时，数字 PCR 产业链上下游企业之间的合作将更加紧密，形成协同发展的良好局面。上游原材料和零部件供应商将不断提高产品质量和性能，为中游设备和试剂制造商提供更好的支持；中游企业将加大研发投入，推出更多创新产品，满足下游市场的需求；下游应用领域将不断拓展，反馈市场需求，促进产业链的良性循环，共同推动数字 PCR 市场的快速发展。
图：2010-2015年我国体外诊断市场规模分析
