近幾年,尤其是近五年,實驗室自動化的話題、應用方案是越來越多,層出不窮,說明廣大科研院所、醫院、制藥公司都希望能夠將實驗室操作自動化,提高效率,減少流程,提升準確性。有鑒于此,作為在自動化領域耕耘數載的老兵,也來談談國內實驗室自動化的現狀和與國外的差距。 實驗室自動化,顧名思義,就是指利用各種自動檢測儀器和計算機等手段實現測量、實驗和數據處理的自動化,借以減輕實驗人員的手工操作,提高科研工作效率。筆者認為,根據自動化的規模及程度,現代實驗室自動化可以分為三級。 一級,實驗室自動化的初級階段,主要目的是實驗數據的自動測量。涉及研究計劃的制定、研究調查、實驗設備的定向設計和整合、實驗樣品的準備、實驗數據的搜集整理、數據庫的建立等各項研究分析活動,從而為研究論文的發表、實驗數據的快速準確輸出打下基礎。 目前不少實驗室已經走入這一步了,但是大家可以仔細看下,在生物科技幾百個細分領域中,95%以上的細分領域實驗儀器的前三名,都是外資。舉例來說:在質譜儀、光譜儀、酶標儀、自動化冰箱、離心機、旋蓋器等領域都是。極少數的有國內品牌進入,如在深低溫冰箱,離心機,核酸提取儀等某些領域,國產品牌確實已經占據了不少份額,有的甚至超過50%。 但正因為大多數的儀器都是外資占據,所以一旦老師們希望把儀器整合起來,更加便捷的操作時,首先想到的是向外資提出需求,因為這方面外資*在實驗室自動化領域創新是有先天優勢的。 縱觀中大型實驗室自動化,基本外資全包了。為什么會這樣?其實理由很簡單,儀器設備前五甲的外資*,早就成立了自動化整合部門,專門處理這類需求。而縱觀大一些的中資儀器廠商,基本是沒有這個部門的。那難道是中資沒想到要成立這個部門嗎?非也!成立類似的部門,要有客戶基礎,要有需求,更要有雄厚的資金支持。但是,又有多少實驗室會向中資提出自動化需求呢?導致這樣的現狀,也是非常正常。 我們的基礎工業、加工工藝、加工精度、I/O接口整合、整體設計水平,離世界水平相差甚遠??鬃釉? “知己知彼,百戰不殆;不知彼而知己,一勝一負;不知彼,不知己,每戰必殆”。舉例來說:某醫學轉化中心要建設一套藥物篩選平臺,它要整合的機器包括自動移液工作站、洗板機、撕膜機、渦旋震蕩器、條碼掃描儀、微孔板離心機、細胞培養箱、多功能酶標儀、高內涵細胞成像分析系統、微孔板架、自動化機械臂,總共十一套產品,整合在一起,試問國內有哪家儀器廠商對十一臺跨專業的機器都很了解?就算了解,如果平時沒有整合的經驗,敢于為客戶整合所有機器嗎?而外資*通過一系列的并購整合,對大多數的產品都已經了然于心,操作自然得心應手。所以這方面的差距,不是一點點,我們必須清醒的認識到。 實驗室自動化的第二級,是在一級的基礎上,增加了計算機輔助處理系統、運輸自動化系統、無塵無菌控制系統。 實驗室自動化的高級,即實驗室智能化操作和管理,是在第二級的基礎上,采用了計算機設計專家系統,具有邏輯運算和推理功能。能遠程自我測量、自我檢查、自我控制實驗設備,對于文獻情報的管理、各種數據云的檢索、存儲、翻譯等,都能智能化,并且有智能機器人24小時輔助人類來管理實驗室。 到了實驗室智能化時代,我們可以想象一下,不管是近距離,還是遠程,我們都可以對智能機器人發出指令,進行所有的實驗室操作;我們亦可以通過VR技術,身臨其境的與機器人溝通,交流,指導他們做好實驗,檢驗實驗數據的合理性和準確性;我們將不再擔心病毒的傳染和實驗數據的誤差;我們將不需要在突發事件時的三班倒。這些,我們終將在不久的未來可以看到。 舉例說明:生物樣本庫自動化 通過工作流程對生物樣本進行收集、存儲、信息掃描、輸入、進庫、存檔;需要取樣的時候,在計算機輸入指令檢索、調取管理、取樣分裝或移液分裝、自動化檢測;檢測結果又會傳回信息系統進行結果分析及后處理。整個操作一氣呵成,大幅減少人工參與。所涉及的儀器有自動化冰箱或自動化液氮罐、2D掃描儀、自動旋蓋器、移液工作站、核酸提取儀、機械臂、樣本庫管理軟件、成分分析軟件等諸多自動化設備和軟件。一般如果樣本收集量在50萬個/年,存儲量保持200萬的話,根據實驗室自動化程度的高低,總體費用估計在500-5000萬左右。在這方面,上海鑫藍海自動化科技有限公司已經做了諸多有成效的方案。 一個理想的實驗室自動化,工作人員應結合實際工作流程進行設計,既能滿足工作需要,又不在短期內過度增加實驗室的運營成本。實驗室自動化的建設是一項綜合性的系統工程,涉及面廣,部門眾多。所以實驗室應根據自身的實際情況和業務發展,結合投入經費、存儲標本量、分析項目種類、科室工作流程、場地等具體情況進行總體規劃,再分階段逐步落實建設,還要注意系統的兼容與擴展,終實現大規模的實驗室自動化。分階段實施有利于降低投資風險,并可在建設和發展過程中充分發現缺點和不足之處,從而在后階段通過調整補充得以修改和完善。在這方面,國內的實驗室從業者還有很長的路要走,任重而道遠。
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