一、次世代定序樣本庫製備介紹與整體市場概況

次世代定序(Next Generation Sequencing , NGS)之操作流程大致上可分為樣本庫製備(library preparation)、定序反應(sequencing reaction)及數據分析(data analysis)等流程。其中，樣本庫製備是將欲定序的基因做處理形成樣本庫(library)，以利於後續定序反應的進行，主要步驟簡述如下: 首先從樣品中萃取欲定序之基因，接著將基因切割成小片段(fragmentation)，並且接上轉接子(adaptor)，之後會經過一系列的篩選、清洗與定量等步驟，最終形成樣本庫。樣本庫製備步驟繁瑣，且樣本庫品質(如小片段基因的長度一致性、雜質含量等)會嚴重影響後續定序與分析的準確度。因此，自動化設備或試劑套組(kit)等產品，有助於提升樣本庫品質與製備效率，為NGS不可或缺之重要工具。

受到NGS的成本下降、體學與個人化醫療的發展等因素影響，對NGS的需求逐漸增加，並且帶動NGS樣本庫製備市場的成長。根據Frost & Sullivan產業分析報告預估，2021年NGS樣本庫製備市場規模約為18億美元，預計到2025年將達到28億美元，年均複合成長率(CAGR)約為14%。(全球各區域之市場概況與發展趨勢請參閱圖一)

二、產品發展趨勢

依照樣本庫製備產品類型，可以細分為試劑套組(kit)以及工作站兩類。試劑套組能簡化製備步驟，並且提高定序結果的再現性與一致性。工作站則能自動化執行繁瑣的操作，減少製備所需的時間，同時能降低人為操作錯誤發生的機率，並且降低人力需求。根據Frost & Sullivan，2021年試劑套組市場規模約為16億美元，預計2025年將達到 25億美元，年均複合成長率(CAGR)約為 11.3%；工作站2021年市場規模約為2億美元，預計到 2025 年將達到3億美元，年均複合成長率(CAGR)約為 7.9%。
以下分別介紹這兩類產品具潛力之發展方向： 

(一)試劑套組

(1) 可通用於手動與自動化設備之試劑套組
工作站類型與功能眾多，能協助的製備步驟各有所異，例如Qiagen QIAcube之主要功能為自動化核酸萃取。且工作站所費不貲，因此，多數實驗室僅能根據自身需求與能力於特定製備步驟(如樣本庫篩選)建置自動化設備。因此，可通用於手動與自動化系統的試劑套組便具有發展性，能讓研究單位在使用上有更多的彈性。目前主要業者如Agilent、New England Biolabs、Illumina等皆有提供此類的產品。

(2) 適用於族群規模基因型定序之高通量(high throughput)試劑套組
高通量試劑套組能於短時間完成大量的樣本庫製備，可適用於族群規模之基因型定序，有利於族群基因體的研究以及基因檢測技術之開發。iGenomX開發出RIPTIDE Kit，能簡化耗時的製備步驟(例如省去片段化步驟)，並可於短時間內完成高達960個樣本庫製備。

(3) 能適用於NGS創新應用領域之試劑套組
目前NGS也逐漸被應用於其他創新領域，如液體活檢(liquid biopsy)等。因此，能適用於創新應用領域之試劑套組，將有著良好的發展性。例如: Twist Bioscience推出可適用於液態活檢技術開發與驗證的試劑套組；Qiagen則開發適用於刑事鑑識的試劑套組- QIAamp DNA Investigator。

(4) 針對體學研究所需之試劑套組
近年來，由於多體學(Multiomics)的快速發展，需要有更多專門的試劑套組，以滿足體學研究之需求，如能定序短基因片段或能提高罕見基因變異定序準確度。Singular Genomics Systems推出可適用於400-3000鹼基對之短序列基因定序試劑套組。另外，相較於DNA，RNA能更直接地解釋基因的表現，因此，能應用於RNA定序之試劑套組，可望能加速轉錄體學(transcriptomics)等體學研究的進展。

(二)工作站

(1) 能節省人力需求與提高製備效率之自動化工作站
自動化工作站能執行複雜的實驗步驟，提高實驗結果的再現性，並減少所需的時間。許多實驗設備或自動化解決方案公司紛紛投入相關產品研發，例如Tecan Group開發的DreamPrepTM，能自動化、量化與標準化樣本庫的製備；有著精準流體量測與自動化液體處理技術的廠商Hamilton，則推出了自動化移液設備NGS STAR。同時，隨著自動化技術的發展，預計工作站將具有更多元的功能，如環境監測系統或蒸發率感測器等，以滿足使用者的特殊需求。

(2) 適用於中小實驗室之微流道解決方案
由於工作站價格高昂，因此中小型實驗室仍多以人工操作為主。近幾年快速發展的微流道解決方案，有著裝置體積小與成本低的特性，特別適合不需要製備大量樣本庫之中小型實驗室。未來若微流道解決方案能普及於中小型實驗室，預估將能大幅度加速基因體研究與精準醫療的發展。

(3) 能實現NGS實驗室自動化且可通用於各系統間之應用程式
由於現有的軟體無法通用於不同廠商開發的設備或自動化系統中，此現象將提升工作流程整合之困難度與複雜度，且每間實驗室的製備流程與試驗結果也難以互相參照。因此，能通用於各自動化設備與系統間之應用程式，可望能促進工作流程之整合，提高實驗室的製備效率，並可促進研究結果的交流。

三、代表性案例近期動態
以下針對四家代表性廠商，介紹其近期動態與主要成果: 

(1) Illumina - 與多家設備廠商合作開發自動化解決方案
Illumina為國際知名NGS技術與定序機台開發商，也是目前最主要的樣本庫製備業者。近期與Agilent Technologies、Beckman Coulter、Hamilton、PerkinElmer等多間自動化解決方案供應商合作，開發出一系列自動化產品，以提高NGS定序效率。例如Illumina與Beckman Coulter開發Biomek工作站，除了能實現自動化移液，降低移液過程中的汙染機會與損失，並且能與其他儀器協同工作(如攪拌器)，可使整個製備流程達到全自動化，實現無需作業人員看守之實驗室流程。

(2) Thermo Fisher – 可於24小時內完成樣本庫製備、定序與分析的自動化平台
促進NGS技術應用於疾病診斷與臨床研究為Thermo Fisher近期的發展重心。Thermo Fisher推出了可將整個NGS流程(包含製備、定序與分析等流程)縮短在24小時內完成的自動化儀器Ion Torrent Genexus Dx Integrated Sequencer。該產品具有自動化、易於使用且能快速產出報告等特性，適合各層級之醫療院所(包括社區醫院)使用，使臨床醫師能快速取得基因體分析與腫瘤檢驗的結果。

(3) Qiagen – 積極拓展試劑套組的應用範疇
試劑套組為Qiagen的重要產品。COVID-19變種病毒檢測之需求，帶動Qiagen去年的營收大幅成長。Qiagen目前正積極拓展產品應用範疇到生醫領域外，包括鑑識科學上的應用，如刑事案件、失蹤人口或是受害者辨識等。另外，Qiagen近期也和多家公司合作(如日本腫瘤檢測廠Sysmex)研發用於藥物開發之伴隨式診斷(Companion Diagnostic)，因此預期Qiagen將會推出許多相關之試劑套組。

(4) Microculus – 為中小型實驗室提供樣本庫製備自動化之數位微流體裝置
Microculus為樣本庫製備市場之新進參與者，其開發出可適用於實驗室規模之小型工作站Miro Canvas。Miro Technology能利用電濕潤(Electrowetting)等微流體技術，操縱電極表面的流體進行運輸、分配、混合、PCR等，實現小量樣本庫製備的自動化。目前Microculus正積極與多家廠商展開合作，包括與癌分子診斷廠Interpace Diagnostics以及試劑供應商Twist Bioscience 合作，目標為開發出適用於小量樣品之癌症基因檢測解決方案。

四、結論

工作站與試劑套組有助於簡化樣本庫製備的繁瑣步驟，以及製備所需的時間，提高次世代定序之效率，進而加速基因體學之研究與精準醫療之發展。然而自動化設備的高資本支出，為樣本庫製備發展面臨的重要挑戰。