2009年，单细胞测序技术问世。
2013年被Nature Methods评为年度技术。
2015年以来，10X Genomics、Drop-seq、Micro-well、Split-seq等技术的出现。
2018年以来，以新格元为代表的国内单细胞平台如雨后春笋般涌现。

Fig 0 单细胞平台一览图

一、低通量单细胞平台

低通量的单细胞平台主要是基于smart-seq2技术原理开发而来，典型代表有Fluidigm C1™ 单细胞全自动制备系统和WaferGen ICELL8® Single-Cell System两大平台。

1、Fluidigm C1™ 单细胞全自动制备系统

Fig1.1 富鲁达C1单细胞系统

  2012年6月13日，Fluidigm 在日本横滨举行的国际干细胞研究学会 (ISSCR ) 上发布了C1™ 单细胞全自动制备系统，是真正第一个实现商业化的平台。
  C1单细胞自动制备系统微流体技术，可以同时捕获多个单细胞（IFC：~96 cells；HT-IFC：~800 cells），在同一张芯片上完成细胞捕获、裂解、逆转录及预扩增的全过程，完成smart-seq全步骤的自动化。

2、WaferGen ICELL8® Single-Cell System

Fig1.2 宝生物iCell8单细胞平台

  2015年2月份，Wafergen公司开发出ICELL8 Single-Cell System单细胞分选平台，后被TaKaRa公司收购。
  利用WaferGen Smart Chip TE平台筛选细胞，5184个反应孔，可进行单细胞RNA测序样本的制备、扩增、表达谱建库测序、生物信息分析，可快速得到样本间的基因表达差异。
  每次运行可分离500~1800个细胞； 细胞的捕获效率大约37%； 细胞适用范围为5-100um； 样本通量为8（一枚ICELL8芯片上一次最多可以分析8种细胞样品）； 没有整合试剂，使用Takara试剂，需进行试剂优化； 自动成像技术系统：可实现单细胞反应孔可视化； 单细胞挑选软件：只挑选活的单细胞进入后续的处理，从而可以节约反应试剂，缩短数据分析时间。

[点评]

• 虽然低通量测序现在不是市场上的主流，但是由于其实验的精密度是非常高的，已依旧没有被社会淘汰。

二、高通量单细胞平台（进口）

  2017-2018年，两大商业化的单细胞测序平台（10X Genomics, BD Rhapsody）出现，最终让单细胞测序技术进一步达到更大商业化。

1、 Mission bio：专注于高通量单细胞DNA测序的平台

Fig2.1 Mission bio Tapestri Single-cell Multi-omics Solution

  Tapestri平台基于微液滴的微流控装置，利用油包水体系对细胞进行捕获与封装。封装时，细胞和蛋白酶等会被一起装入微液滴中，每一个微液滴相当于一个微容器。之后，细胞在微液滴中进行裂解、加条形码（barcoding）等步骤，再结合靶向 PCR 扩增技术，对特定的DNA目标序列与蛋白产物进行单细胞水平的建库。建库完成后，即可进行高通量测序和后续的生物信息学分析。

• 专注单细胞DNA测序。
• 高灵敏度，可检测含量低至0.1%的罕见亚克隆，以及突变的合子型和突-变共发生情况。
• 多种检测类型，可检测SNV、InDel及CNV等多种变异类型。
• 高通量，每个样本可测量5,000~10,000细胞。
• 灵活性强，可定制化设计疾病基因检测靶点及CRISPR靶点 。

2、Illumina^® Bio-Rad^®：基于数字PCR的高通量单细胞平台

  2017年1月17日，Illumina公司和Bio-Rad实验室公司在JP摩根健康大会上发布了Illumina^® Bio-Rad^® Single-Cell Sequencing Solution。

Fig2.2 Illumina Bio-Rad Single-Cell Sequencing Solution

• 可一次性检测8个样本，每个样本可以得到500~10000个细胞。
• 捕获效率低，仅为3%，但测序成本相对较低。

3、10x Genomics Chromium 高通量单细胞平台(controller/connect/X series)

  10X面对市场不同的需求推出了三款仪器。最早的这一款就是chromium controller，这款仪器配备了是标准通量和低通用的两款试剂盒。2021年的时候，10X上又推出了chromium X series这款仪器，目前这款仪器也是市场主推的一款。它适配的试剂盒的规格也更丰富。

Fig2.3 10x Genomics Chromium 高通量单细胞平台

  另外10X推出的chromium connect仪器最大特点就是它能够实现从单细胞分离以及到最后NGS文库构建的一个全流程的过程，因此更加适合于一些大通量的实验室。

• 每次运行提供8个通道，每个通道可以收集100-10000个细胞。（注：Chip M是16个通道）
• 每次细胞分装运行时间为18min左右；
• 细胞捕获效率最高可达65%；
• doublet比例为0.9%/1000个细胞；
• 针对单细胞ATAC分析，线粒体污染率低于2%；

4、BD Rhapsody™：基于微孔板法的高通量单细胞分析系统

  BD Rhapsody™单细胞分析系统包括BD Rhapsody™扫描仪和BD Rhapsody™ Express单细胞分析系统。BD Rhapsody™ Express 系统配备的专有单细胞捕获技术，以微孔为基础，稳定，能够捕获数百到数千个单细胞并为其打上条形码，分析基因组和蛋白质组信息。BD Rhapsody™扫描仪旨在可视化单个细胞捕获工作流程中的所有步骤，为每个步骤提供详细的分析度量，以便用户在整个工作流程中做出关键决策。

Fig 2.4 BD Rhapsody™单细胞分析系统

• 单细胞捕获效率：最高可达~80%
• 单细胞检测通量：100-40000
• 双细胞比例： ~2-3% for 10k cells load； ~8-10% for 40k cells load

[点评]

• 1）10x Genomics仍是主力军，在国内拥有众多代理商和服务商，占据着80%左右的国内科研市场份额。同时该平台近两年注重空间组学平台开发，2022年推出了一系列新产品；10x Chromium X系列产品有多种应用类型，支持低中高3通通量模式，在推广上又与之前的Controller进行联动（增加保修年限），是10x的主力机型。
• 2）BD Rhapsody™平台坚持微流控微孔板的原理，配备有扫描仪，可以实时监测单细胞状态，保证细胞的分离捕获效率；同时其配套有抗体和流式平台，在单细胞实验的组合解决方案上有明显优势（混样、与流式仪器上下互动组合）。
• 3）Mission Bio单细胞平台专注单细胞基因组测序，在血液肿瘤方向深耕多年，接触临床应用时间较早；近些年在逐步增加国内服务商的覆盖，已有多家知名服务商与之合作。
• 4）Bio-Rad与illumina合作推出的单细胞建库平台捕获效率较低，市场占有率及市场声音较低。

三、高通量单细胞平台（国产）

截止到2022.12.31，国内的单细胞平台共有10个，分为微流控微孔平台（以新格元Matrix系统为代表）和液滴微流控平台（以华大C4系统为代表）。

1、Singleron Matrix^® 自动化单细胞测序文库构建系统

可完成将单细胞悬液分散到微流控芯片的高密度微孔阵列中，并自动完成细胞分离、细胞裂解、细胞标记至mRNA捕获步骤，无需实验人员干预。

Fig3.1 Singleron Matrix自动化单细胞测序文库构建系统

• 单个样本单张芯片可捕获细胞数量500-30000个;
• 每份样本捕获效率最高可达75%;
• 检测1000个细胞中含有双细胞的比例低于0.2％；

[点评]新格元生物是国内首家一站式全方位的单细胞整体解决方案提供商，在产品方面既有单细胞转录组、核转录组、免疫受体等常规产品，同时也有单细胞转录动态监测、单细胞糖基化、单细胞靶向基因检测试剂盒等特色产品，能够给科研者提供更加多样的组学研究选择。是国产单细胞的主要玩家之一。

2、华大智造：DNBelab C4高通量单细胞平台

  DNBelab C4是华大智造推出的基于负压的微流控单细胞技术。小巧轻便（长230mm、宽42mm、高57mm），无需电源，重量不到220g，操作简单，可随时开始单细胞建库。

Fig3.2 DNBelab C4 Pocket Single-Cell Lab

• 有效捕获细胞数：1000~12000 cells/run；
• 细胞直径范围：5µm-25µm ；
• 多胞率（Multiplet Rate）：<8% ；
• 捕获效率：30~60% ；

3、寻因生物：SeekOne双平台体系（微孔板平台+液滴油包水平台）

  寻因生物有单细胞标记两大主流技术：油包水法SeekOne^® DD和微孔芯片法SeekOne®MM（Microwell & Magnetic Beads)。
1）微孔芯片法MM
  SeekOne MM（Microwell & Magnetic Beads)高通量单细胞转录组试剂盒基于微孔技术原理，通过微孔芯片SeekOne Chip实现单细胞捕获，并利用核酸修饰的Beads 对不同细胞来源的RNA 进行分子标记，最终构建兼容Illumina及华大智造测序仪的高通量单细胞转录组文库。

Fig3.3.1 SeekOne MM平台（手动法）

• 单次可放置1-4张芯片，单人操作可同时处理1-4个样本；
• 单张芯片微孔数：17w；
• 单张芯片捕获细胞数：500-10000 cells；
• 捕获率：最高可达60%；
• 双胞率： 0.7% / 1000 cells；
• 无需其他昂贵硬件配套

2）油包水法DD
  液滴油包水平台（DD）是寻因生物的主力平台，并基于该平台开发了相应试剂盒，其主要有单细胞3‘转录组试剂盒和单细胞5’免疫受体试剂盒。

• 芯片通量：1~8个样本，可以拆卸不会有芯片浪费；
• 运行时间：3 min生成15万个油包水液滴；
• 单通道细胞捕获：500-12000 Cells；
• 双胞率：0.3% / 1000 cells；

[点评]寻因生物尽管对外宣称具有MM和DD双平台，但整体推广上仍侧重DD平台，并依托其可拆卸的芯片实现更加灵活的实验安排。目前该公司产品相对较单一，公司在推广上发力比较多，推出了相当多的视频专题进行客户教育，算是不错的行业先行者。

4、墨卓生物

  在过去的2022年中，墨卓生物对外发布了单细胞液滴微流控平台及其试剂盒、微生物高通量单细胞基因组测序产品。
其中单细胞液滴平台MobiNova-100引入了光激发分离（Light-CUT专利技术）原理，可以在单细胞核酸捕获阶段将分子标签与微珠进行分离，因此在实验中需要专门的配套设备。

Fig4.1 墨卓生物单细胞仪器

• 芯片通量：1~4个样本；
• 试剂盒种类：目前仅有单细胞3‘转录组试剂盒；
• 运行时间：10 min；
• 单通道细胞捕获：500-20000；
• 双胞率：5% / 10000 cells；

  此外墨卓生物还推出了MobiMicrobe 微生物高通量单细胞基因组测序解决方案及其仪器产品M1，主要是在菌株水平分析宿主-噬菌体关联信息及转录转移事件。

• 样本通量：每次可处理1个样本；
• 捕获通量：每个样本可捕获微生物细菌数量≥6000个；
• 仪器配套高速相机，能够观测微芯片中微滴发生和融合；
• 仪器配有低温存储模块能，可同时放置4个0.2 mL PCR反应管和4个1.5 mL离心管；
• 仪器配有扩增模块（96x0.2ml，12x8连管或96孔 PCR板）
• 仪器带有自检功能：仪器在开机和运行过程中会自动检测，遇到异常会发出报警提示。

5、其他

  除了以上4个国产单细胞平台之外，在过去的两年中还出现过一些小众的平台公司，他们均采用液滴法来作为技术源头，并处于早期产品阶段，以单细胞转录组、免疫受体等作为主推产品，为客户提供产品或者服务。这些厂家有万乘生物（10K genomics）、百迈克生物、跃真生物（m20 genomics）、德运康瑞、纯迅生物等。

总结
  截至2022年12月，目前国内市场共有2个低通量进口品牌、4个高通量进口品牌和10个国产品牌，均有各自的公司定位和产品体系以及对应领域解决方案。
  纵览2022年国内市场单细胞信息，主要特点有：

• 单细胞新平台频出。如墨卓，M20，百迈客均是2022年推出单细胞平台。
• 单细胞平台特点突出，各有产品和市场定位，有从单品到一站式解决方法成长的趋势。
• 单细胞市场更为成熟。各家单细胞平台对内完善了团队建设，对外加强服务商或产业端的合作。
• 空间技术应用。10X主推空间原位，德运康瑞收购先能原位，华大和百迈客主推基于测序的空间技术。
• 单细胞多组学，有单细胞平台的厂家基本在或计划开发单细胞多组学（免疫，表观，蛋白，突变，全长）产品矩阵。
• 单细胞技术应用方向扩展到动物，植物，微生物。如联川，诺禾推出农口单细胞激励计划，BD联合华南农大推出经济作物单核文库构建方案。