Marktbericht für Lab-on-a-Chip- und Mikroarray-Systeme: Größe, Marktanteil und Trendanalyse nach Typ (Lab-on-a-Chip, Mikroarray), Produkt (Instrumente, Reagenzien und Verbrauchsmaterialien, Software und Dienstleistungen), Anwendung (Klinische Diagnostik, Wirkstoffforschung, Genomik und Proteomik, Sonstige Anwendungen), Endnutzer (Biotechnologie- und Pharmaunternehmen, Krankenhäuser und Diagnosezentren, Akademische und Forschungsinstitute) und Region (Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik, Naher Osten und Afrika, Lateinamerika) – Prognosen für 2025–2033

Marktdynamik

Treiber des globalen Marktes für Lab-on-a-Chip und Mikroarrays

Steigende Nachfrage nach patientennahen Tests

Point-of-Care-Testing (POC) ermöglicht es medizinischem Fachpersonal, Patienten direkt in der Arztpraxis, im Rettungswagen, zu Hause, im Außendienst oder im Krankenhaus zu diagnostizieren. Für POC-Tests werden Geräte mit Lab-on-a-Chip-Technologie eingesetzt, da sie nur geringe Probenmengen benötigen und mikrostrukturierte Kanäle zur Analyse dieser Proben nutzen. Die Mikrofluidik ist eine Schlüsseltechnologie für POC-Diagnostikgeräte. Da sie die meisten in Zentrallaboratorien verwendeten Funktionsmodule miniaturisieren und in einen kleinen Chip integrieren kann, gelten Mikrofluidik und Lab-on-Chip-Technologien als vielversprechende Lösungen, die die Anforderungen der patientennahen Diagnostik erfüllen. Die Diagnoseergebnisse können umgehend bereitgestellt werden, um Fachkräfte bei fundierten medizinischen Entscheidungen zu unterstützen.

Darüber hinaus liefert die patientennahe Sofortdiagnostik (Point-of-Care-Diagnostik, POC) in der Primärversorgung präzise Ergebnisse. Im Vergleich zu anderen Methoden ist sie kosteneffektiv, was die Nachfrage in der Krankheitsdiagnostik steigert. So kam beispielsweise eine im Januar 2021 veröffentlichte Studie mit dem Titel „Kosteneffektivität von patientennahen A1c-Tests in der Primärversorgung“ zu dem Schluss, dass POC-A1c-Geräte in der Primärversorgung den glykierten Hämoglobinwert A1c als Marker bei Menschen mit Typ-2-Diabetes überwachen können und eine kosteneffektive Alternative darstellen. Dies dürfte das Wachstum des untersuchten Marktes für Lab-on-a-Chip- und Mikroarray-Systeme weiter ankurbeln. Dank der einfachen Anwendung, der Möglichkeit, sofortige Ergebnisse zu liefern, und der unkomplizierten Beschaffung nimmt die Nutzung von POC-Diagnostik rasant zu, was wiederum das Gesamtwachstum des Marktes fördert.

Zunehmende Häufigkeit chronischer Krankheiten

Chronische Krankheiten wie Herzkrankheiten, Krebs, Schlaganfall, Diabetes und Arthritis haben lang anhaltende Auswirkungen und dauern länger als drei Monate an. Diese Krankheiten sind nicht von Mensch zu Mensch übertragbar und werden daher auch als nichtübertragbare Krankheiten bezeichnet.

Laut den wichtigsten Fakten der Weltgesundheitsorganisation (WHO) aus dem Jahr 2021 sterben weltweit jährlich 41 Millionen Menschen an nichtübertragbaren Krankheiten (NCDs), was 71 % aller Todesfälle entspricht. Zwischen 30 und 69 Jahren versterben jährlich mehr als 15 Millionen Menschen an einer NCD; 85 % dieser vorzeitigen Todesfälle ereignen sich in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen. Diese Länder sind für 77 % aller Todesfälle durch nichtübertragbare Krankheiten verantwortlich. Die meisten Todesfälle durch nichtübertragbare Krankheiten, nämlich 17,9 Millionen Menschen jährlich, werden durch Herz-Kreislauf-Erkrankungen verursacht, gefolgt von Krebs (9,3 Millionen), Atemwegserkrankungen (4,1 Millionen) und Diabetes. Es wird erwartet, dass die zunehmende Verbreitung chronischer Krankheiten den Bedarf an Diagnosetests weiter steigern und das Wachstum des globalen Marktes für Lab-on-a-Chip- und Mikroarray-Produkte beschleunigen wird.

Hemmnisse auf dem globalen Markt für Lab-on-a-Chip- und Mikroarray-Systeme

Designbeschränkungen der Lab-on-a-Chip-Technologie

Die Entwicklung und Herstellung funktionaler, kostengünstiger Geräte im kleinsten Maßstab stellt die größte Hürde für die Weiterentwicklung der Lab-on-a-Chip-Technologie dar. Laut einem Artikel von Elveflow aus dem Jahr 2020 konzentriert sich die aktuelle Forschung auf die Entwicklung spezifischer Oberflächenbehandlungen. Für die Entwicklung von LOC- oder mikrofluidischen Geräten für biomedizinische Anwendungen werden empfindliche Detektionsmodule benötigt, beispielsweise Thermocycler für PCR-Reaktionen, Massenspektrometer für die Probenanalyse, Mikroskope für Zellen, Fluoreszenzvisualisierung und Bakterien. Diese Entwicklungen deuten auf die begrenzten Vorteile und die geringe Verbreitung der Lab-on-a-Chip-Technologie hin. Die komplexe Konstruktion der Lab-on-a-Chip-Technologie hemmt somit weiterhin das Marktwachstum.

Globale Marktchancen für Lab-on-a-Chip und Mikroarrays

Zunehmende Anwendung von Proteomik und Genomik in der Krebsforschung

Die lebenswissenschaftliche Forschung hat sich im letzten Jahrzehnt deutlich weiterentwickelt. Neue Technologien ermöglichen es Forschern, mit geringeren Reagenzienmengen bessere Ergebnisse zu erzielen. Erbliche Mutationen spielen eine entscheidende Rolle für das Krebsrisiko, und ihr Verständnis kann zur Entwicklung präventiver Maßnahmen beitragen, um die Wahrscheinlichkeit einer Krebserkrankung zu senken. Diese Mutationen lassen sich auf verschiedene Weise analysieren, beispielsweise durch Sequenzierung und andere Methoden. Mikroarray-Studien bieten jedoch die kostengünstigste Lösung. Mit Arrays können Hunderttausende von SNPs gleichzeitig in großen Probensätzen untersucht werden. Zahlreiche Wissenschaftler nutzen Mikroarrays mittlerweile als Screening-Tool, um ihr Verständnis der Krebszytogenetik zu vertiefen.

Darüber hinaus hat die Proteomik in der Krebsforschung an Bedeutung gewonnen, wie ein Forschungsartikel vom September 2021 mit dem Titel „Anwendung der Proteomik in der Krebsforschung: Aktuelle Trends und Ansätze zur Biomarker-Entdeckung“ zeigt. Proteomikbasierte Technologien ermöglichen es, potenzielle Biomarker und Proteinexpressionsmuster zu identifizieren, die Tumore klassifizieren, ihre Prognose vorhersagen und bestimmen können, welche Patienten auf eine bestimmte Behandlung ansprechen. Solche Studien deuten darauf hin, dass der zunehmende Fokus auf die Krebsforschung die Nachfrage nach Microarray- und Lab-on-a-Chip-Technologien steigert und somit das Marktwachstum ankurbelt. Daher wird erwartet, dass all diese Faktoren den Gesamtmarkt positiv beeinflussen.

Segmentanalyse

Der globale Markt für Lab-on-a-Chip-Systeme und Mikroarrays ist nach Typ, Produkt, Anwendung, Endnutzer und Region segmentiert.

Auf der Grundlage des Typs

Der globale Markt für Lab-on-a-Chip- und Mikroarray-Systeme (Biochips) ist nach Produkttyp in Lab-on-a-Chip und Mikroarrays unterteilt. Das Lab-on-a-Chip-Segment hatte den größten Marktanteil und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 13,4 % wachsen. Das Lab-on-a-Chip-Konzept zielt auf die Miniaturisierung von Laborverfahren ab, um Automatisierung und Parallelisierung durch mikrofluidische Chips zu ermöglichen, die kleinste Probenvolumina verarbeiten können. Lab-on-a-Chip-Systeme (LOC) sparen viel Zeit und Reagenzien, da Proben direkt vor Ort analysiert werden. Zudem reduzieren sie chemische Abfälle und die Exposition gegenüber gefährlichen Substanzen. Kommerziell erhältliche Lab-on-a-Chip-Systeme sind mit Elektroden für die Partikel- oder Zelldetektion, Partikelpackung, -sortierung, Elektrophorese, PCR usw. ausgestattet. Lab-on-a-Chip-Systeme eignen sich hervorragend für die Zellforschung, beispielsweise für Zellsortierung und -wachstum, sowie für Bereiche wie künstliche Krankheitsmodelle und Toxizitätsstudien. Die genannten Faktoren werden das Marktwachstum im Prognosezeitraum voraussichtlich weiter ankurbeln.

Auf der Grundlage des Produkts

Der globale Markt für Lab-on-a-Chip- und Mikroarray-Systeme (Biochips) ist nach Produkten in Instrumente, Reagenzien und Verbrauchsmaterialien, Software und Dienstleistungen unterteilt. Das Segment Reagenzien und Verbrauchsmaterialien hatte den größten Marktanteil und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 13,6 % wachsen. Dieses Segment umfasst Reagenzien sowie Mikroarray-/Lab-on-a-Chip-Chips und -Kartuschen. Eine Kartusche ist ein Lab-on-a-Chip-Gerät, das für den Verkauf an Endverbraucher verpackt ist. Die Reagenzien und der biologische Inhalt werden dem Gerät hinzugefügt, um die Verbrauchskartusche herzustellen. Neben den hohen Präzisionsanforderungen bei der Chipherstellung müssen die Mikroarray-/Lab-on-a-Chip-Substrate, d. h. Glas- oder Polymerobjektträger, auch gegenüber den Proben und Testreagenzien inert sein, die organische/anorganische Lösungsmittel oder Lösungen mit extremen pH-Werten enthalten können. Diese Anforderungen tragen zu den Kosten von Chips und Kartuschen bei. Reagenzienkits sind assayspezifisch und enthalten Gele, Farbstoffe und Puffer zur Unterstützung mikrofluidischer Probentrennungen. Der Reagenzienverbrauch in Lab-on-a-Chip- und Mikroarray-basierten Systemen ist oft mit hohen Kosten verbunden. Daher ist die Verfügbarkeit mikrofluidischer Technologie in Entwicklungsländern häufig durch die hohen Kosten importierter Kits eingeschränkt. Mehrere Marktteilnehmer bringen Produkte für Mikroarrays auf den Markt. Darüber hinaus hat Dolomite Microfluidics im Dezember 2019 mehrere neue Mikrofluidik-Chip-Optionen für sein innovatives Telos-System eingeführt. Das erweiterte Sortiment umfasst nun eine 50-µm-Version des Telos 2 Reagenzienchips, die die ursprüngliche 100-µm-Option ergänzt und die Bildung monodisperser Tröpfchen mit einem Durchmesser von 10 bis 75 µm ermöglicht, die zwei Reagenzien enthalten. Die genannten Faktoren dürften das Marktwachstum im Prognosezeitraum ankurbeln.

Auf Grundlage des Antrags

Der globale Markt für Lab-on-a-Chip- und Mikroarray-Systeme (Biochips) ist nach Anwendungsgebiet in klinische Diagnostik, Wirkstoffforschung, Genomik und Proteomik sowie weitere Anwendungen unterteilt. Das Segment der klinischen Diagnostik hatte den größten Marktanteil und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 14,5 % wachsen. Es besteht eine enorme Nachfrage nach der Entwicklung einfach zu handhabender und kostengünstiger klinischer Diagnostik-Biochips auf Basis vollintegrierter mikrofluidischer Kunststoffchips. Diese Chips ermöglichen schnelle und zuverlässige Messungen von Stoffwechselparametern im menschlichen Körper mit minimalinvasiven Eingriffen. Der Einsatz von Mikroarray-basierter Technologie zur Durchführung der Array-basierten vergleichenden genomischen Hybridisierung (aCGH) hat einen signifikanten Einfluss auf die Diagnose genetischer Erkrankungen. Daher wird für dieses Segment im Prognosezeitraum ein Wachstum erwartet.

Auf Basis der Endnutzer

Der globale Markt für Lab-on-a-Chip- und Mikroarray-Systeme (Biochips) ist nach Endnutzern in Biotechnologie- und Pharmaunternehmen, Krankenhäuser und Diagnosezentren sowie akademische Einrichtungen und Forschungsinstitute unterteilt. Das Segment der Biotechnologie- und Pharmaunternehmen hält den größten Marktanteil und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 13,7 % wachsen. Lab-on-a-Chip-Systeme finden in einer Vielzahl biomedizinischer und anderer analytischer Anwendungen Verwendung, beispielsweise in der Protein- und DNA-Analyse, dem Nachweis von Krankheitserregern, der Elektrophorese, der schnellen klinischen Diagnostik, der Forensik, der Blutchemieanalyse und der Durchflusszytometrie. Lab-on-a-Chip-Technologien sind in der Pharma- und Biotechnologiebranche von großer Bedeutung, wobei die meisten ihrer mikrofluidischen Anwendungen in der biotechnologischen Forschung zum Einsatz kommen. Aufgrund des zunehmenden Einsatzes von Lab-on-a-Chip-Systemen durch Pharma- und Biotechnologieunternehmen und ihrer Bedeutung für die Forschung wird für dieses Segment im Prognosezeitraum ein deutliches Wachstum erwartet.

Regionalanalyse

Nach Regionen ist der globale Markt für Lab-on-a-Chip- und Mikroarray-Systeme in Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik, Südamerika und den Nahen Osten/Afrika unterteilt.

Nordamerika hielt den größten Marktanteil und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 13,7 % wachsen. In den letzten Jahren hat das Interesse an Hochdurchsatz-Screening-Technologien (HTS) in der akademischen Forschung in den USA drastisch zugenommen. Eine umfassende Datenbank der akademischen Screening-Zentren des Landes, die von der Society for Bimolecular Sciences betrieben wird, steht zur Verfügung. Sie bietet der akademischen Gemeinschaft HTS-Ressourcen und unterstützt die Identifizierung von Sonden und Leitstrukturen für die Wirkstoffforschung. Diese Zentren fördern somit den offenen Austausch von Daten aus dem Small-Molecule-Screening. Angesichts des steigenden Interesses an HTS wird erwartet, dass die Lab-on-a-Chip-Technologie (LOC) in den USA weit verbreitet sein wird, da LOC Anwendung im Hochdurchsatz-Screening findet. Darüber hinaus hat das US-amerikanische Gesundheitsministerium (Department of Health and Human Services, HHS) Mittel für die Entwicklung mikrofluidischer Plattformen für Bluttests bei Neugeborenen und Kindern bereitgestellt. Die Mikrofluidik ist in den USA ein riesiges und stark wachsendes Feld, was sowohl auf hohe Fördermittel für die Forschung und Entwicklung fortschrittlicherer mikrofluidischer Geräte als auch auf die damit verbundenen Umsätze zurückzuführen ist. Daher wird erwartet, dass der Markt für Lab-on-a-Chip-Systeme und Mikroarrays in den USA aufgrund der genannten Faktoren weiter wachsen wird.

Europa ist die zweitgrößte Region. Bis 2031 wird ein Marktvolumen von 13,65 Milliarden US-Dollar erwartet, was einem durchschnittlichen jährlichen Wachstum von 13,5 % entspricht. Deutschland zählt zu den bevorzugten Standorten für Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen. Zahlreiche Biotech-Unternehmen haben ihre Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen in Deutschland angesiedelt und bauen diese weiter aus. Die Proteomik- und Genomikbranche in Deutschland wächst, was sich positiv auf den untersuchten Markt auswirkt. Deutschland wendet jährlich einen erheblichen Teil seines BIP für das Gesundheitswesen auf. Laut OECD betragen die Pro-Kopf-Ausgaben für das Gesundheitswesen rund 11 % des BIP. Diese hohen Ausgaben spiegeln die intensive Forschung wider, die den untersuchten Markt antreibt. Verschiedene Universitäten und Unternehmen forschen an der Entwicklung von Produkten, die Automatisierung und Hochdurchsatz-Screening ermöglichen, mit geringem Verbrauchsmaterialverbrauch auskommen und kurze Bearbeitungszeiten bieten. Beispielsweise begannen BOIRON und GENAPSYS im Februar 2021 in Deutschland eine Kooperation, um eine neue DNA-Sequenzierungstechnologie für ein breites Kundenspektrum in Wissenschaft und Industrie anzubieten. Die hohe Nachfrage in Deutschland nach biologischer Überwachung und der steigende Bedarf an genetischen Daten eröffnen Sequenzierungslaboren neue Möglichkeiten.

Der asiatisch-pazifische Raum ist die drittgrößte Region. Der Markt für Lab-on-a-Chip-Systeme und Mikroarrays wächst in China, was auf das zunehmende Engagement der Regierung beim Ausbau der chinesischen Biotechnologiebranche zurückzuführen ist. Die chinesische Regierung hat in ihrem letzten Fünfjahresplan 18 Milliarden US-Dollar für die Biotechnologieforschung bereitgestellt. Darüber hinaus profitieren 750 globale Unternehmen mit Forschungs- und Entwicklungseinheiten in China, unterstützt durch den regulatorischen Rahmen des Landes, von der dortigen Forschung. China investiert zudem beträchtlich in die wissenschaftliche Forschung, um die biologische Zusammensetzung des Menschen besser zu verstehen. Hinzu kommen analytische Werkzeuge, modernste Datenerfassung und leistungsstarke Rechenkapazitäten, um die Verarbeitung großer Forschungsdatenmengen zu ermöglichen. Das Land ist auch führend in der Technologieentwicklung, insbesondere im Bereich der Lab-on-a-Chip-basierten Point-of-Care-Diagnostik (POC). Der zunehmende Fokus auf klinische Forschung, Präzisionsmedizin, technologische Entwicklungen und die Entdeckung neuer Medikamente ist daher der dominierende Wachstumsfaktor für den untersuchten Markt.