2019年，全球超高分辨率顯微鏡（super-resolution microscopes，SRM）市場規(guī)模為26億美元，預計從2020年到2027年復合增長率（CAGR）為8.7％。在預測期內推動該市場增長的關鍵因素包括：在生命科學行業(yè)中的應用不斷增加、技術進步以及對納米技術的日益關注。共聚焦和熒光顯微鏡的局限性在于XY橫向分辨率大于200-250nm，超分辨率顯微鏡克服了上述限制，可提供高達10-20nm的分辨率，有望為正在進行的醫(yī)學和納米技術研究提供新的洞察力。研究人員將這些先進的顯微鏡用于醫(yī)療程序和診斷。例如，利用帶多光子或其它先進成像技術的微內窺鏡，可將這些工具長期應用于新型醫(yī)療。
超分辨率顯微鏡可對細胞樣品進行可視化觀測，分辨率類似于光學熒光顯微鏡和衍射極限分辨率。對于所需研究的分子種類，超分辨率顯微鏡是可對細胞環(huán)境和活細胞**進行三維可視化的設備。
由于技術進步和研發(fā)支出增加，北美是*大的區(qū)域市場。慢性病發(fā)病率上升和對先進實驗室設備的需求增加，是推動該區(qū)域市場增長的因素；同時該地區(qū)的基金項目也迫使研究人員采用超分辨率顯微鏡。
Covid-19大流行導致私人和公共商業(yè)環(huán)境受到嚴格限制。在大流行期間，由于為防止感染擴散而進行的活動突然中斷，已記錄到包括超分辨率顯微鏡在內的各種醫(yī)療設備的制造和供應減少。在大多數國家/地區(qū)，所有正在進行的研究都已暫停，因為大多數研究實驗室都在研究新型冠狀病毒以及相關的診斷方法。
此外，所有制藥實驗室已將重點轉移到藥物設計和確定新型病毒株的藥物靶點上。隨著成像設備和顯微鏡產量的減少以及供應鏈的中斷，對超分辨率顯微鏡的需求預計將暫時下降。
丹納赫公司（Leica Microsystem的母公司）在其2019年年度報告中提到了對其全球運營的不利影響，暴露了由于大流行而造成的公共衛(wèi)生危機相關風險，這對供應鏈和分銷系統產生了負面影響，減少了對公司產品和服務的需求。
受激發(fā)射耗竭（STED）顯微鏡 在2019年占據了23%的*大市場份額，并將以穩(wěn)定的復合年增長率進一步增長，因為它能夠提供無衍射限制的圖像，無需進一步的計算處理?？焓鴴呙鑳x（fast-beam scanners）的應用使STED顯微鏡成為*快的超分辨率成像技術之一，因為它不需要采集后的數據處理。
它在小視場下的顯示速度很快，成為對小區(qū)域進行視頻速率成像的有效技術。STED技術的其他增長驅動因素包括：它與有機染料的相容性、實時細胞成像以及在神經生物學和細胞生物學領域越來越多的研究和開發(fā)。近年來，結構照明顯微鏡（Structured Illumination Microscopy，SIM）的應用使得研究人員能夠直接觀察核孔復合體（NPCs），從而識別和解決核超結構的各個方面。
與傳統熒光顯微鏡相比，隨機光學重建顯微鏡（STORM）和光激活定位顯微技術（PALM）技術在空間分辨率方面提供了*大的改進。這些方法更容易理解，并依賴于熒光探針的化學性質，閃光和關閉。在這些大量拍攝到的圖像中，隨機閃爍的開關使得單個分子的精確定位變得不可思議。 另一個技術是熒光光敏定位顯微鏡(fluorescence photoactivation localization microscopy, FPALM)。
2019年，生命科學領域占據了超過40%的*大市場份額，其余依次是：納米技術、材料科學、半導體和其它。為了正確理解神經功能失調和機制，神經科學在很大程度上依賴于先進的顯微鏡技術，特別是活體腦成像技術。
增加對傳染病機制的研究，了解病毒結構，癌細胞增殖機制和信號通路，是推動生命科學領域發(fā)展的主要因素。此外，在藥物開發(fā)中不斷增加的產品應用，以了解大分子的結構生物學及其功能，預計將促進該部門的增長。然而，納米技術預計將在預測期內實現*快的復合年增長率。這歸因于在研究各種生物過程中不斷增加的產品應用，揭示了納米顆粒與細胞的結合及其結果。
北美在2019年占據了超過33%的*大市場份額，并將在整個預測期內保持**地位。先進的醫(yī)療設施、了解各種疾病機理的研發(fā)投入以及該地區(qū)廣泛的藥物開發(fā)活動預計將推動超分辨率顯微鏡市場的增長。此外，醫(yī)療補償設施的可用性也促進了區(qū)域市場的增長。
該地區(qū)開展了廣泛的醫(yī)學研究，以研究各種疾病機制和各種需要突破常規(guī)顯微鏡限制的途徑。對于這種情況，超分辨顯微鏡在檢測中起著重要的作用。Danaher（徠卡微系統的母公司）和Applied Precision（GE Healthcare）等市場**企業(yè)的總部位于美國，生產基地位于不同的地點。
在預測期內，亞太地區(qū)預計將創(chuàng)下*高的復合年增長率。這是由于越來越多的跨行業(yè)采用這種顯微鏡，如學術生命科學，生物技術，制藥和納米技術。然而，與亞太市場相比，歐洲市場更大，這主要是由于該地區(qū)存在大量高端系統。此外，技術進步和歐洲傳染病的高流行率也可能推動其增長。
合作是這個市場持續(xù)發(fā)展的趨勢之一。例如，在過去幾年中，JEOL與尼康、卡爾蔡司與精工的合作提高了與超分辨率顯微鏡相關的產品競爭力，增加了銷售額，也建立了新的市場。合作通常發(fā)生在生產階段，預計會在開發(fā)和工程等領域增加。機電一體化、軟件、模擬電子和物理方面的技術知識是大多數公司生存的基礎。
市場是技術驅動的，因此，制造商進行嚴格的研發(fā)，開發(fā)新的和先進的產品，以滿足醫(yī)療保健和其他行業(yè)不斷變化的需求。大公司采取的另一個關鍵戰(zhàn)略是并購。例如，2019年2月，Danaher Corp.收購了GE healthcare的生物制藥業(yè)務，該業(yè)務還包括該公司的顯微鏡產品。
2017年5月，Bruker Corp.收購了Luxendo GmbH，以增強其超分辨率、掃描場共焦和多光子熒光顯微鏡產品組合，用于活細胞成像、小生物胚胎學、大腦發(fā)育和光遺傳學應用。然而，各個地區(qū)的國內制造商通過提供低價設備，對全球參與者構成了激烈的競爭。在超分辨率顯微鏡市場上，一些**的參與者包括：
· Carl Zeiss Meditec AG 卡爾蔡司
· Nikon Corp. 尼康
· Olympus Corp. 奧林巴斯
· Leica Microsystems (Danaher Corp.) 徠卡
· Hitachi High Technologies日立高新
· Applied Precision (GE Healthcare) GE生命科學
· Bruker 布魯克
· PicoQuant Group
1、 萊卡公司采用的超分辨技術 STED
2000 年，德國科學家 StefanHell 開發(fā)了另一種超高分辨率顯微技術，其基本原理是通過物理過程來減少激發(fā)光的光斑大小，從而直接減少點擴散函數的半高寬來提高分辨率。當特定的熒光分子被比激發(fā)波長長的激光照射時，可以被強行猝滅回到基準態(tài)。利用這個特性，Hell 等開發(fā)出了受激發(fā)射損耗顯微技術 (stimulated emission depletion，STED)。其基本的實現過程如圖 2 所示，就是用一束激發(fā)光使熒光物質(既可以是化學合成的染料也可以是熒光蛋白)發(fā)光的同時，用另外的高能量脈沖激光器發(fā)射一束緊挨著的、環(huán)型的、波長較長的激光將**束光斑中大部分的熒光物質通過受激發(fā)射損耗過程猝滅，從而減少熒光光點的衍射面積，顯著地提高了顯微鏡的分辨率，原理見下圖。
STED 成像技術的*大優(yōu)點是可以快速地觀察活細胞內實時變化的過程，因此在生命科學中應用更加廣泛。
2、 蔡司公司采用的超分辨技術 PLAM
2002 年，Patterson 和 Lippincott‐Schwartz 首次利用一種綠色熒光蛋白(GFP)的變種(PA‐GFP)來觀察特定蛋白質在細胞內的運動軌跡。這種熒光蛋白 PA‐GFP 在未激活之前不發(fā)光，用 405nm 的激光激活一段時間后才可以觀察到 488nm 激光激發(fā)出來的綠色 
熒光。德國科學家EricBetzig 敏銳地認識到，應用單分子熒光成像的定位精度，結合這種熒光蛋白的發(fā)光特性，可以來突破光學分辨率的極限。2006 年 9月，Betzig 和 Lippincott‐Schwartz 等首次在 Science 上提出了光激活定位顯微技術(photoactivated localization microscopy，PALM)的概念。其基本原理是用 PA‐GFP 來標記蛋白質，通過調節(jié) 405nm 激光器的能量，低能量照射細胞表面，一次僅激活出視野下稀疏分布的幾個熒光分子，然后用 488nm 激光照射，通過高斯擬合來精確定位這些熒光單分子。在確定這些分子的位置后，再長時間使用 488nm 激光照射來漂白這些已經定位正確的熒光分子，使它們不能夠被下一輪的激光再激活出來。之后，分別用 405nm 和 488nm 激光來激活和漂白其他的熒光分子，進入下一次循環(huán)。這個循環(huán)持續(xù)上百次后，我們將得到細胞內所有熒光分子的精確定位。將這些分子的圖像合成到一張圖上，*后得到了一種比傳統光學顯微鏡至少高 10 倍以上分辨率的顯微技術，原理如下：
PLAM 通過定位細微結構乃至單分子，實現 20 nm 的橫向分辨率和 50 nm 軸向分辨率。
3、 尼康公司采用的超分辨技術 STROM 和 SIM STROM
2006 年底，美國霍華德‐休斯研究所的華裔科學家莊曉薇實驗組開發(fā)出來一種類似于 PALM 的方法，可以用來研究細胞內源蛋白的超分辨率定位。他們發(fā)現，不同的波長可以控制化學熒光分子 Cy5 在熒光激發(fā)態(tài)和暗態(tài)之間切換，例如紅色 561nm 的激光可以激活 Cy5 發(fā)射熒光，同時長時間照射可以將 Cy5 分子轉換成暗態(tài)不發(fā)光。之后，用綠色的 488nm 激光照射 Cy5 分子時，可以將其從暗態(tài)轉換成熒光態(tài)，而此過程的長短依賴于第二個熒光分子 Cy3 與 Cy5 之間的距離。因此，當 Cy3 和 Cy5 交聯成分子對時，具備了特定的激發(fā)光轉換熒光分子發(fā)射波長的特性。將 Cy3 和 Cy5 分子對膠聯到特異的蛋白質抗體上，就可以用抗體來標記細胞的內源蛋白。應用特定波長的激光來激活探針，然后應用另一個波長激光來觀察、精確定位以及漂白熒光分子，此過程循環(huán)上百次后就可以得到*后的內源蛋白的高分辨率影像，被他們命名為隨機光學重構顯微技術 (stochastic optical reconstruction microscopy，STORM)。2007 年，他們進一步改進 STORM 技術，發(fā)展了不同顏色的變色熒光分子對，可以同時記錄兩種甚至多種蛋白質的空間相對定位，從而闡明籠形蛋白 clathrin 形成的內吞小泡與細胞骨架蛋白之間的精確空間位置關系，兩種顏色的分辨率都可以達到 20～30nm。原理如下圖：
STORM 通過一對染料對通過隨機發(fā)光空間定位，實現了 XY 20 nm 分 辨率。
SIM
改變光學的點擴散函數來突破光學極限的另一個方法是利用飽和結構照明顯微技術(saturated structure illumination microscopy，SSIM)。早在 1963 年，Lukosz 和 Marchand 就提出了特定模式側向入射的光線可以用來增強顯微鏡分辨率的理論。2005 年，加州大學舊金山分校的 Gustafsson 博士首先將非線性結構性光學照明部件引入到傳統的顯微鏡上，得到了分辨率達到 50nm 的圖像。SSIM 技術的原理是將多重相互衍射的光束照射到樣本上，然后從收集到的發(fā)射光模式中提取高分辨率的信息。如圖所示：
SIM 通過結構照明莫爾紋原理實現了任何熒光染料都可以達到 XY 100nm。
4、 奧林巴斯公司采用的 OSR 技術
圖像超分辨率重構(super resolution。SR)是指利用計算機將一幅低分辨率圖像（low resolution，LR）或圖像序列進行處理，恢復出高分辨率圖像（high resolution，HR）的一種圖像處理技術。奧林巴斯超分辨技術通過高倍 60X 或者 100X 油鏡，通過縮小共聚焦上的針孔，用強激光將樣品掃描 20~50 次后通過軟件進行運算重構，此技術存在一定的局限性：
1、必須使用高倍油鏡低倍不適用
2、因縮小針孔需使用強激光對樣品損傷比較大。
3、對樣品掃描 20~50 次，樣品熒光淬滅嚴重，更不適用于活細胞。
4、環(huán)境要求較高，在做 20~50 次的過程中因環(huán)境振動等引起*后軟件運算不準確。
5、共聚焦圖片均為軟件著色，不能做多色熒光標記，容易引起串色。
