Markt für Super-Resolution-Mikroskope Größe und Ausblick, 2024-2032

Marktübersicht

Der globale Markt für Superauflösungsmikroskope wurde im Jahr 2023 auf 3,32 Milliarden USD geschätzt. Er soll im Jahr 2032 7,28 Milliarden USD erreichen und im Prognosezeitraum (2024–32) eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 9,12 % aufweisen. Kontinuierliche Fortschritte in den Biowissenschaften, der Genomik, Proteomik und Zellbiologie treiben die Nachfrage nach hochauflösenden Bildgebungswerkzeugen an. Superauflösungsmikroskope ermöglichen es Forschern, Zellstrukturen, molekulare Interaktionen und biologische Prozesse in beispielloser Detailgenauigkeit zu untersuchen und so bahnbrechende Entdeckungen zu ermöglichen.

Superauflösungsmikroskopie bezeichnet eine Gruppe optischer Mikroskopietechniken, die Bilder mit einer höheren Auflösung ermöglichen als die durch die Beugungsgrenze infolge von Lichtbeugung vorgegebene. Sowohl das Nahfeld (Photonentunnelmikroskopie und Techniken unter Verwendung der Pendry-Superlinse sowie Nahfeld-Rastermikroskopie) als auch das Fernfeld werden bei superauflösenden Bildgebungstechniken verwendet.

Superauflösungsmikroskope können die Einschränkungen der konfokalen und Fluoreszenzmikroskopie überwinden, da sie eine höhere XY-Auflösung von über 200–250 nm haben. Mit Auflösungen von 10–20 nm dürfte die Superauflösungsmikroskopie neue Erkenntnisse in die aktuelle medizinische und nanotechnologische Forschung bringen. Forscher nutzen diese hochmodernen Mikroskope, um im medizinischen Bereich Diagnosen durchzuführen und zu erstellen.

Marktdynamik

Treiberfaktoren für den Markt für Super-Resolution-Mikroskope

Steigende Ausgaben für Forschung und Entwicklung

Aufgrund verstärkter Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen in Bereichen wie Nanotechnologie, Halbleiterherstellung, Neurowissenschaften und Biowissenschaften werden immer häufiger Superauflösungsmikroskope eingesetzt. Diese Mikroskope bieten eine Bildauflösung von bis zu 10 nm, was bei der Untersuchung des Zellsignalsystems und der Erforschung des Wachstums von Krebszellen von entscheidender Bedeutung ist. Rasterkraftmikroskope eignen sich außerdem ideal für Gas- und Flüssigkeitsumgebungen und ermöglichen die Beobachtung von Isolator- und Leiterproben, da die Vergrößerung unabhängig von der Wellenlänge der Lichtquelle ist.

Technologische Fortschritte

Mikroskope mit Superauflösung unterstützen Forscher bei der Entwicklung neuer Impfstoffe und wirksamer Medikamente, indem sie ein tieferes Verständnis von Krankheiten ermöglichen. Jüngste Entwicklungen wie Spektralmultiplexing, Live-Cell-Mikroskopie und fluoreszenzbasierte Komponentenanalyse haben sich positiv auf die Expansion des Marktes ausgewirkt. Der Bedarf an technologisch fortschrittlichen Mikroskopen wird voraussichtlich mit der Ausweitung der Forschung in den Biowissenschaften steigen, was dem Markt zugute kommen wird. So stellte Nikon im März 2015 Nikon STORM4.0 vor, das ultrahochauflösende Fotos von Live-Cell-Phänomenen liefern kann. Zeiss führte in seinem ELYRA-Modul die PALM-Technologie ein, die 3D-Bilder einer Zelle in einer einzigen Belichtung liefern kann. Die axiale Auflösung beträgt 50–80 nm und die laterale Auflösung 20–30 nm.

Marktbeschränkende Faktoren für Super-Resolution-Mikroskope

Hohe Kosten für Super-Resolution-Mikroskope

Höhere Preise und Betriebskosten für Superauflösungsmikroskope dürften die Marktexpansion im Prognosezeitraum bremsen. Die Royal Society of Chemistry hat in Deutschland ein STED-Mikroskop mit einer Auflösung von 20 Nanometern entwickelt. Obwohl das Mikroskop viele neue Möglichkeiten für die zellbiologische Forschung eröffnet hat, stellten seine unerschwinglichen Kosten im kommerziellen Maßstab ein erhebliches Hindernis dar. Die meisten kleinen und mittelgroßen Forschungsgruppen sind auf staatliche und Unternehmensfinanzierungsquellen angewiesen und verfügen über eine eingeschränkte Kaufkraft.

Marktchancen für Super-Resolution-Mikroskope

Zunehmender Einsatz von Mikroskopen in den Biowissenschaften

Der Bereich der Biowissenschaften ist zunehmend auf die Anwendung der Mikroskopie angewiesen. Das Potenzial der Bildgebung hat mit der Entwicklung der Mikroskoptechnologien zugenommen. Das Verständnis der biologischen Phänomene wird durch Nanobildgebung und optische Methoden, die nicht durch Beugung eingeschränkt sind, grundlegend verändert. Die molekulare Analyse wird durch den Einsatz hochentwickelter Mikroskope mit Superauflösung möglich. Die jüngste Verwendung von Mikroskopen besteht in der Bewertung von Zellen im Nanomaßstab.

STED, die neueste Superauflösungsmikroskopietechnologie, eignet sich besser für lebende biologische Proben und ist daher für die Biowissenschaften wertvoll. SIM ermöglicht die Bildgebung lebender Zellen sowie dreidimensionale Bildgebung. Die neuesten Superauflösungsmikroskope ermöglichen die Bildgebung von Protein-, RNA- und DNA-Zellen. Darüber hinaus wird die Mikroskopie für die wichtige medizinische Forschung zu Erkrankungen wie Krebs eingesetzt. In der frühen Karzinogenese kann mithilfe der Superauflösungsmikroskopie die hochgradige Chromatinfaltung sichtbar gemacht werden. Der Markt für Superauflösungsmikroskope wächst aufgrund der zunehmenden Anwendung der Mikroskopie in den Biowissenschaften.

Regionalanalyse

Der globale Marktanteil von Mikroskopen mit Superauflösung verteilt sich auf vier Regionen: Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik und LAMEA.

Nordamerika dominiert den Weltmarkt

Nordamerika ist der weltweit bedeutendste Marktteilnehmer für hochauflösende Mikroskope und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 8,90 % wachsen. Der Markt für hochauflösende Mikroskope in der Region wächst aufgrund technologischer Durchbrüche und intensiver Forschung in verschiedenen Bereichen, darunter Halbleiter, Biowissenschaften und Nanotechnologie. Aufgrund der hohen Prävalenz von Infektionskrankheiten und der großen Unternehmen in der Region sind die Biowissenschaften das zentrale Segment, das einen beträchtlichen Teil der Branche ausmacht. Darüber hinaus wird in der Region Forschung zu Infektionskrankheitsmechanismen, Virusstrukturen, Krebszellvermehrungsmechanismen und anderen Wegen betrieben, die über die Auflösung der herkömmlichen Mikroskopie hinaus untersucht werden müssen.

Europa wird im Prognosezeitraum voraussichtlich ein Wachstum von durchschnittlich 9,30 % pro Jahr verzeichnen. Der Markt in dieser Region hat aufgrund der lebhaften Aktivität von Forschungseinrichtungen und Start-ups ein erhöhtes Wachstumspotenzial. So hat das Europäische Laboratorium für Molekularbiologie im Oktober 2015 ein Unternehmen gegründet, das Produkte für die Lichtblattmikroskopie herstellt. Der Zielmarkt für diese Produkte ist der Biowissenschaftsmarkt. Darüber hinaus wurde das 15. Treffen der International European Light Microscopy Initiative (ELMI) vom IRB (Institute for Research in Biomedicine) Barcelona und dem Centre for Genomic Regulation (CRG) abgehalten, bei dem der Schwerpunkt auf modernsten Fortschritten und der Verwendung der Lichtmikroskopie in den Biowissenschaften lag.

Der asiatisch-pazifische Raum dürfte im Prognosezeitraum deutlich wachsen. Dies ist auf das steigende Interesse ausländischer Unternehmen an Investitionen in diesem Bereich, die aufkeimende Nanotechnologieforschung und zahlreiche staatliche Initiativen zur Förderung von Forschung und Entwicklung zurückzuführen. So unterstützten beispielsweise der Rat für Wissenschafts- und Technologiepolitik, die japanische Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaft und das Kabinettsbüro eine Finanzierungsinitiative, um Forscher zu ermutigen, hochauflösende Mikroskope zur Untersuchung biomedizinischer Daten zu entwickeln. Darüber hinaus wird auf den Jahresversammlungen der japanischen Gesellschaft für Mikroskopie die Entwicklung der Mikroskopiebranche hervorgehoben. Die 74. Jahreskonferenz des Verbands fand im Mai 2018 statt, um Entwicklungen in den Bereichen 3D-Bildgebung und -Tomographie, Niederspannungselektronenmikroskope, korrelative Mikroskopie in den Bio- und Materialwissenschaften sowie Rasterkraftmikroskopie vorzustellen.

Der Markt für Superauflösungsmikroskope im Nahen Osten und in Afrika dürfte aufgrund staatlicher Zuschüsse, Konferenzen zur Diskussion von Entwicklungen und zum Austausch neuer Ideen sowie der laufenden Bemühungen wichtiger Akteure, höhere Auflösungen zu erzielen, wachsen. So wurden beispielsweise zahlreiche Initiativen gestartet, um verschiedene Gennetzwerkverbindungen aufzubauen und die aktuellen Bildgebungsbeschränkungen zu überwinden. Darüber hinaus wurden in der Einrichtung Mhlangalab Projekte gestartet, um den Bereich der Superauflösungsmikroskope voranzutreiben. Neue Forschungsarbeiten werden gestartet, um die Beschränkungen der aktuellen Technologien zu überwinden – wie etwa das Fehlen von RNA- und DNA-Sonden für dynamisches Umschalten in STED, Zellschäden durch Laserzyklen und dynamische Bildgebung mit zeitaufgelöster Auflösung. Die Forschung zielt darauf ab, diese zu überwinden und eine neue Beziehung zwischen Gengebieten und Gennetzwerken herzustellen.

Segmentanalyse

Der globale Markt für Mikroskope mit superhoher Auflösung ist nach Produkt, Technologie, Anwendung und Endbenutzer segmentiert.

Basierend auf dem Produkt dominiert das automatisierte Segment den Markt für hochauflösende Mikroskope nach Betriebsart, da es hohe Durchsatzraten und konsistente Bildgebungsergebnisse mit minimalem Benutzereingriff liefern kann. Automatisierte Systeme sind besonders nützlich in groß angelegten Forschungs- und Therapieumgebungen, in denen Zeit und Präzision entscheidend sind, da sie die Produktivität und Genauigkeit erhöhen. Ihre Akzeptanz gegenüber manuellen Systemen wird durch ihre leistungsstarken Softwarefunktionen weiter gefördert, die eine komplexe Bildverarbeitung und Datenverwaltung ermöglichen.

Basierend auf der Technologie ist der Markt für Superauflösung in STED, SIM, STORM, PALM und FPALM unterteilt.

Das STED-Segment leistet den größten Beitrag zum Markt und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 8,80 % wachsen. Dies ist auf die steigende Nachfrage nach STED-Mikroskopen in den Bereichen Nanoskopie, Biowissenschaften, Materialwissenschaften, Zellbiologie und Neurobiologie zurückzuführen. Die STED-Mikroskopie ermöglicht es, strukturelle und funktionelle Zusammenhänge eingehend zu untersuchen, was mit der beugungsbegrenzten Mikroskopie eine Herausforderung darstellte. Sie hilft auch beim Studium der Materialwissenschaften und Zellbiologie im Nanomaßstab. Dank jüngster Entwicklungen wie der Live-Cell-Mikroskopie und der Spektralmultiplextechnik ist jetzt eine fluoreszenzbasierte Analyse von Komponenten und nanoskaligen Materialien möglich.

Das SIM-Mikroskop bietet mehrere Vorteile, darunter die Möglichkeit, gleichzeitig Live-Zellbilder und 3D-Bilder zu erstellen. Aufgrund dieser Vorteile und anderer zusätzlicher Funktionen, die von wichtigen Akteuren entwickelt wurden, wird die Nachfrage nach SIM voraussichtlich steigen. Es funktioniert mit jedem Fluorophor und verarbeitet eine 2D-Probe in nur einer Sekunde. Der innovative Nikon N-SIM-Ansatz verwendet CFI Apochromat TIRF 100x und strukturierte Beleuchtungsmikroskopie, um winzige intrazelluläre Strukturen und interaktive Funktionen abzubilden. In Life Technologies sind mehrere Reagenzien zur Beobachtung verschiedener Abschnitte verfügbar, darunter CellLight, Alexa Fluor, DAPI und Cell MaskMitoTracker.

Die Nachfrage nach STORM-Mikroskopen dürfte aufgrund technologischer Fortschritte, Kooperationen zwischen verschiedenen Industrieunternehmen und staatlich geförderter Forschung steigen. So stellte Nikon im März 2015 Nikon STORM 4.0 vor, das die Fotografie lebender Zellen in Superauflösung ermöglicht. Aus 2D-Bildern wurde eine laterale Auflösung von 20–30 nm erzielt. Die Erstellung zweier Brennebenen durch die Entwicklung von 3D-Bildern zeigt die Fähigkeit, Moleküle mit einer Genauigkeit von 50–60 nm zu unterscheiden. Zur Daten- und Bilderfassung in PALM und STORM wird QuickPALM eingesetzt, das eine Echtzeitauflösung von etwa 40 nm hat.

Eine höhere Auflösung wird durch den Einsatz von FPALM in Verbindung mit mehreren anderen Technologien ermöglicht. Die PALMIRA-Methode (PALM + Independently Running Collecting) vervielfacht die Datenerfassungsrate um das Hundertfache. Durch den Einsatz von FPALM in Photoactivatable Green Fluorescent Protein (PA-GFP) wurden zahlreiche biologische Probleme gelöst, die herkömmliche Mikroskope mit ihrer begrenzten Auflösung nicht lösen konnten. Darüber hinaus ermöglicht FPALM neben der Bewegungsquantifizierung auch die Abbildung von Membranen, des Zytoskeletts und zytosolischer Proteine in fixierten und lebenden Zellen. Dynamisches (Live Cell) FPALM kann Echtzeitbilder im Millisekundenbereich eines einzelnen Moleküls mit seinen Bahnmomenten liefern.

Basierend auf der Anwendung ist der globale Markt für Mikroskope mit superhoher Auflösung in Nanotechnologie, Biowissenschaften, Materialwissenschaften, Halbleiter und andere Anwendungen unterteilt.

Das Segment Nanotechnologie hält den höchsten Marktanteil und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich um durchschnittlich 8,70 % wachsen. Die Bildgebung mit Superauflösung ist ein sehr junges und aufstrebendes Feld mit Anwendungen in der Nanotechnologie. Eine leistungsstarke Technik ist die hochauflösende 3D-Darstellung der Interaktion von Nanomaterialien mit biologischen Organismen. Die Austauschkanäle in 1D-supramolekularen Fasern wurden dank der Bildgebung mit superauflösender stochastischer optischer Rekonstruktionsmikroskopie (STORM) besser verstanden. Die Mikroskopie mit Superauflösung kann zeigen, wie biologische Makromoleküle und Nanopartikel interagieren. Die Proteininteraktion mit metallischen Nanostrukturen – Silbernanodrähten und Goldnanodreieck-Arrays – wurde mithilfe eines fluoreszierenden Proteins erreicht, das für die Bildgebung mit Superauflösung durch photoaktivierte Lichtmikroskopie (PALM) geeignet ist. Es handelt sich um die älteste Bildgebungstechnik zur Identifizierung von Blutgefäßanomalien.

Einer der Hauptfaktoren, die das Segment der Biowissenschaften vorantreiben, ist die zunehmende Verwendung der Mikroskopie in den medizinischen Wissenschaften. Es war schwierig, diese winzigen Muskeln zu untersuchen, da ihre Funktionsstörung zu Herzrhythmusstörungen, Kontraktionen und Herzversagen führt. Die Möglichkeiten für den traditionellen diagnostischen Einsatz von Mikroskopen wachsen, da sie sich auf andere Zweige der Biowissenschaften ausbreitet. Die Mikroskopie mit Superauflösung hat verschiedene Verwendungszwecke, darunter die Erkennung von Eierstockkrebs, HIV und Sarkomerveränderungen. Eine eingehende Untersuchung des Stoffwechsels und des Umsatzes in subzellulären Strukturen wurde mithilfe der korrelierten optischen und isotopischen Nanoskopie (COIN) durchgeführt, einer Technik, die SIM und STED kombiniert. Mit weniger als 100 mW Laserleistung ermöglicht Gated Continuous Wave-STED (g-STED) die Aufnahme von Bildern lebender Zellen. Alpha-Synuclein-Aggregatwerte können mithilfe von Mikroskopen mit Superauflösung untersucht werden, um festzustellen, ob eine Person an Parkinson leidet oder nicht.

Die Superauflösungsmikroskopie ist eine relativ neue Technik, die sich jedoch bei der Materialforschung rasch weiterentwickelt. Sowohl Nanotechnologie als auch Materialwissenschaft werden bei der Herstellung von Nanomaterialien angewandt. Superauflösungsmikroskopie wird auch häufig zur Untersuchung der räumlichen Verteilung von Lipiddoppelschichten und anderen Materialien eingesetzt. So ist beispielsweise ein maßgeschneidertes STORM/PALM zur Erkennung und Lokalisierung einzelner Moleküle mit 3D-Superauflösung beim Institute of Photonic Sciences (ICFO) erhältlich. Das Team sucht nach einer effektiven Möglichkeit, auf Einzelmolekülen basierende Techniken mit Superauflösungsmikroskopen zu kombinieren, um die biologische Anwendung auf die Bildgebung lebender Zellen auszuweiten.

Basierend auf dem Endnutzer dominiert das Segment der akademischen und Forschungsinstitute den Markt für hochauflösende Mikroskope nach Endnutzer aufgrund der hohen Nachfrage nach fortschrittlichen Bildgebungstechnologien in der Grundlagen- und angewandten Forschung. Eine hochauflösende Mikroskopie ist notwendig, weil diese

jüngsten Entwicklungen

• Mai 2024 – Die Hitachi High-Tech Corporation (im Folgenden „Hitachi High-Tech“ genannt) gab die Einführung der hochauflösenden Schottky-Rasterelektronenmikroskope SU3900SE und SU3800SE bekannt. Diese Instrumente ermöglichen eine bemerkenswert präzise und effektive Beobachtung sperriger und dichter Proben im Nanobereich. Mit dem Probentisch SU3900SE können Bediener schwere Proben bis zu 5 kg beobachten.
• Juni 2024 – Forscher haben eine neuartige Anregungsmethode entwickelt, um winzige Moleküle in beispielloser Detailgenauigkeit zu analysieren. Die Methode namens MINFLUX beleuchtet das Molekül mit einem gemusterten Licht. Dieser neue Ansatz ist schneller, kostengünstiger und unkomplizierter für künftige wissenschaftliche Entdeckungen, da er ein einfacheres Gerät zur Erzeugung des Lichtmusters verwendet.