PacBio作为三代基因测序新秀备受各个大型生命科学仪器设备公司的关注；PacBio以SMRT测序技术为核心优势，并围绕其核心技术布局涵盖了测序基础技术以及仪器的各个组成部分的专利。

PacBio概述

PacBio（全称Pacific Biosciences，也称太平洋生物科技公司）是一家于2004年成立的美国生物技术公司，致力于开发和制造用于基因测序和新型实时生物学观察的系统。PacBio利用生物化学、光学、纳米制造等方面的先进技术，开发了单分子实时（SMRT）测序技术，不仅能够提供长达数十kb的精确测序结果，更能完整检测二代测序技术所难以攻克的重复序列区域（如：端粒(Telomeres)、着丝粒(Centromeres)、高GC含量区域）以及复杂基因区域（如：HLA基因）。

PacBio的SMRT测序技术吸引了大型跨国公司的注意。2013年9月，罗氏（也称Roche）与PacBio签订协议，以PacBio的SMRT技术为基础开发诊断用测序系统，虽然这项合作在2017年由罗氏终止了，但对于PacBio来说也已经熟悉了市场。随后在2018年基因测序巨头Illumina向其投来了橄榄枝，宣布以每股8美元的价格(约合12亿美元的现金)收购PacBio，虽然迫于监管压力这项收购计划落空，但Illumina需向PacBio支付大笔终止费，这也一定程度上缓解了PacBio的经济压力。

基因测序产品和专利分析

PacBio所推出的Sequel系列仪器是以SMRT测序技术为核心开发的。SMRT测序技术是PacBio基于零模波导（Zero-mode waveguides，ZMWs）发展的基因测序技术，能够利用DNA复制的自然过程对DNA长片段进行测序，同时收集数百万零模波导孔的数据。

具体地，SMRT测序技术首先进行文库制备，在片段化DNA两端加上特定接头得到类似哑铃的结构（称为SMRT bell），不同于二代测序的文库，SMRT bell还需要与聚合酶、测序引物依次结合以形成测序聚合物。接着进行测序，将样本加入SMRT Cell（PacBio开发的基因芯片）上并加入四色dNTP底物及缓冲液，聚合酶上标记的生物素和SMRT Cell每个零模波导孔底部上标记的链霉亲合素的亲和力使得DNA分子被固定在孔的底板上，四色dNTP底物也随机进入零模波导孔底部，dNTP在聚合酶的作用下掺入新生链中并自动脱落荧光基团，通过统计荧光信号存在时间长短，区分匹配碱基与游离碱基，获得DNA序列。

基于SMRT测序技术，PacBio进行了专利保护，以US8133702B2为例，其提供了一种用于DNA测序的荧光标记核苷酸组合物及对应的测序方法。其中，DNA复合物包括聚合酶、模板序列、引物序列，被固定在零模波导孔的透明底板上。激光照射透明底板时形成照明区域。荧光标记核苷酸组合物扩散进入和离开照明区域时，其上的荧光基团在短时内被激发荧光，显示为短暂峰值。荧光标记核苷酸组合物通过聚合酶掺入DNA复合物中时将在照明空间中停留更长的时间，显示为长时脉冲。因此通过荧光颜色可以识别DNA序列。

PacBio基于上述SMRT测序技术的研究推出了商业化产品Sequel系列测序仪，包括Sequel系统、Sequel II系统、Sequel IIe系统。其中，Sequel系统发布于2015年，是利用SMRT测序的基础产品。Sequel II系统于2019年发布，支持新更新的芯片SMRT Cell 8M，从而提供了更高通量的数据输出，另外还提供高度准确的单个长读（HiFi读），提高了准确度。Sequel IIe系统发布于2020年，是在Sequel II系统的基础上针对HiFi测序进行了优化，减少了用户对测序数据进行后处理的需要，可直接获得PacBio HiFi读。

以Sequel IIe系统为例，PacBio提供的基因测序仪的工作流程如下：

对于以SMRT测序技术为核心发展的公司，PacBio在专利上布局的两百多个专利家族超1400件专利均与基因测序技术相关，涵盖包括化合物及其用途的基本专利、分析装置及系统（如SMRT Cell及其对应的光学分析架构）相关专利、软件分析类相关专利等。

PacBio所布局的代表专利举例如下：

以专利CN104624258B为例，其公开了一种集成分析装置及其对应的分析系统，其中，所述集成分析装置所应用的具体形态可对应于PacBio所提供的SMRT Cell，分析系统的具体形态可对应于PacBio所提供的基因测序系统。

专利CN104624258B中所公开的集成分析装置包括光极阵列芯片，如图左侧集成分析装置所示，光机阵列芯片包括多个光极元件，流体经流体输入部由流体导管引入各个反应孔（即为零模波导孔），反应孔下部设置的导波用于为反应孔内的流体提供激发照射。反应孔内反射的光经光隧道传输至传感器，由传感器经电连接部传输给适当的电子部件。如图右侧所示为该专利提供的一种分析系统的架构，包括集成分析装置，光极阵列用于感知测序数据。电路部分如FPGA/ASCI可以控制时钟以检测光机阵列的感测数据，具体地，FPGA/ASCI可以直接输出每个通路的原始数据，也可以执行碱基调用或其它功能。

总结

PacBio作为三代基因测序新秀备受各个大型生命科学仪器设备公司的关注，以其基于零模波导开发的SMRT测序技术为核心优势推出的三代测序仪具有高通量、高准确率、长读长等优点一系列。

三代基因测序技术作为后起之秀势必是以后争夺市场的热点，为了保证其市场地位，PacBio围绕其SMRT测序技术布局的专利涵盖了测序基础技术以及仪器的各个组成部分。其中部分专利已涉及中国申请，我国本土企业要想不再受制于人，也应及早在三代基因测序技术上做布局。

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