中國(guó)的實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化現(xiàn)狀
近幾年,尤其是近五年,實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化的話(huà)題、應(yīng)用方案是越來(lái)越多,層出不窮,說(shuō)明廣大科研院所、醫(yī)院、制藥公司都希望能夠?qū)?shí)驗(yàn)室操作自動(dòng)化,提高效率,減少流程,提升準(zhǔn)確性。有鑒于此,作為在自動(dòng)化領(lǐng)域耕耘數(shù)載的老兵,也來(lái)談?wù)剣?guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化的現(xiàn)狀和與國(guó)外的差距。 實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化,顧名思義,就是指利用各種自動(dòng)檢測(cè)儀器和計(jì)算機(jī)等手段實(shí)現(xiàn)測(cè)量、實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化,借以減輕實(shí)驗(yàn)人員的手工操作,提高科研工作效率。筆者認(rèn)為,根據(jù)自動(dòng)化的規(guī)模及程度,現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化可以分為三級(jí)。 一級(jí),實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化的初級(jí)階段,主要目的是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)測(cè)量。涉及研究計(jì)劃的制定、研究調(diào)查、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的定向設(shè)計(jì)和整合、實(shí)驗(yàn)樣品的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的搜集整理、數(shù)據(jù)庫(kù)的建立等各項(xiàng)研究分析活動(dòng),從而為研究論文的發(fā)表、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的快速準(zhǔn)確輸出打下基礎(chǔ)。 目前不少實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)走入這一步了,但是大家可以仔細(xì)看下,在生物科技幾百個(gè)細(xì)分領(lǐng)域中,95%以上的細(xì)分領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)儀器的前三名,都是外資。舉例來(lái)說(shuō):在質(zhì)譜儀、光譜儀、酶標(biāo)儀、自動(dòng)化冰箱、離心機(jī)、旋蓋器等領(lǐng)域都是。極少數(shù)的有國(guó)內(nèi)品牌進(jìn)入,如在深低溫冰箱,離心機(jī),核酸提取儀等某些領(lǐng)域,國(guó)產(chǎn)品牌確實(shí)已經(jīng)占據(jù)了不少份額,有的甚至超過(guò)50%。 但正因?yàn)榇蠖鄶?shù)的儀器都是外資占據(jù),所以一旦老師們希望把儀器整合起來(lái),更加便捷的操作時(shí),首先想到的是向外資提出需求,因?yàn)檫@方面外資*在實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化領(lǐng)域創(chuàng)新是有先天優(yōu)勢(shì)的。 縱觀中大型實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化,基本外資全包了。為什么會(huì)這樣?其實(shí)理由很簡(jiǎn)單,儀器設(shè)備前五甲的外資*,早就成立了自動(dòng)化整合部門(mén),專(zhuān)門(mén)處理這類(lèi)需求。而縱觀大一些的中資儀器廠(chǎng)商,基本是沒(méi)有這個(gè)部門(mén)的。那難道是中資沒(méi)想到要成立這個(gè)部門(mén)嗎?非也!成立類(lèi)似的部門(mén),要有客戶(hù)基礎(chǔ),要有需求,更要有雄厚的資金支持。但是,又有多少實(shí)驗(yàn)室會(huì)向中資提出自動(dòng)化需求呢?導(dǎo)致這樣的現(xiàn)狀,也是非常正常。 我們的基礎(chǔ)工業(yè)、加工工藝、加工精度、I/O接口整合、整體設(shè)計(jì)水平,離世界水平相差甚遠(yuǎn)。孔子曰: “知己知彼,百戰(zhàn)不殆;不知彼而知己,一勝一負(fù);不知彼,不知己,每戰(zhàn)必殆”。舉例來(lái)說(shuō):某醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化中心要建設(shè)一套藥物篩選平臺(tái),它要整合的機(jī)器包括自動(dòng)移液工作站、洗板機(jī)、撕膜機(jī)、渦旋震蕩器、條碼掃描儀、微孔板離心機(jī)、細(xì)胞培養(yǎng)箱、多功能酶標(biāo)儀、高內(nèi)涵細(xì)胞成像分析系統(tǒng)、微孔板架、自動(dòng)化機(jī)械臂,總共十一套產(chǎn)品,整合在一起,試問(wèn)國(guó)內(nèi)有哪家儀器廠(chǎng)商對(duì)十一臺(tái)跨專(zhuān)業(yè)的機(jī)器都很了解?就算了解,如果平時(shí)沒(méi)有整合的經(jīng)驗(yàn),敢于為客戶(hù)整合所有機(jī)器嗎?而外資*通過(guò)一系列的并購(gòu)整合,對(duì)大多數(shù)的產(chǎn)品都已經(jīng)了然于心,操作自然得心應(yīng)手。所以這方面的差距,不是一點(diǎn)點(diǎn),我們必須清醒的認(rèn)識(shí)到。 實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化的第二級(jí),是在一級(jí)的基礎(chǔ)上,增加了計(jì)算機(jī)輔助處理系統(tǒng)、運(yùn)輸自動(dòng)化系統(tǒng)、無(wú)塵無(wú)菌控制系統(tǒng)。 實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化的高級(jí),即實(shí)驗(yàn)室智能化操作和管理,是在第二級(jí)的基礎(chǔ)上,采用了計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng),具有邏輯運(yùn)算和推理功能。能遠(yuǎn)程自我測(cè)量、自我檢查、自我控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備,對(duì)于文獻(xiàn)情報(bào)的管理、各種數(shù)據(jù)云的檢索、存儲(chǔ)、翻譯等,都能智能化,并且有智能機(jī)器人24小時(shí)輔助人類(lèi)來(lái)管理實(shí)驗(yàn)室。 到了實(shí)驗(yàn)室智能化時(shí)代,我們可以想象一下,不管是近距離,還是遠(yuǎn)程,我們都可以對(duì)智能機(jī)器人發(fā)出指令,進(jìn)行所有的實(shí)驗(yàn)室操作;我們亦可以通過(guò)VR技術(shù),身臨其境的與機(jī)器人溝通,交流,指導(dǎo)他們做好實(shí)驗(yàn),檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理性和準(zhǔn)確性;我們將不再擔(dān)心病毒的傳染和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差;我們將不需要在突發(fā)事件時(shí)的三班倒。這些,我們終將在不久的未來(lái)可以看到。 舉例說(shuō)明:生物樣本庫(kù)自動(dòng)化 通過(guò)工作流程對(duì)生物樣本進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、信息掃描、輸入、進(jìn)庫(kù)、存檔;需要取樣的時(shí)候,在計(jì)算機(jī)輸入指令檢索、調(diào)取管理、取樣分裝或移液分裝、自動(dòng)化檢測(cè);檢測(cè)結(jié)果又會(huì)傳回信息系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)果分析及后處理。整個(gè)操作一氣呵成,大幅減少人工參與。所涉及的儀器有自動(dòng)化冰箱或自動(dòng)化液氮罐、2D掃描儀、自動(dòng)旋蓋器、移液工作站、核酸提取儀、機(jī)械臂、樣本庫(kù)管理軟件、成分分析軟件等諸多自動(dòng)化設(shè)備和軟件。一般如果樣本收集量在50萬(wàn)個(gè)/年,存儲(chǔ)量保持200萬(wàn)的話(huà),根據(jù)實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化程度的高低,總體費(fèi)用估計(jì)在500-5000萬(wàn)左右。在這方面,上海鑫藍(lán)海自動(dòng)化科技有限公司已經(jīng)做了諸多有成效的方案。 一個(gè)理想的實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化,工作人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際工作流程進(jìn)行設(shè)計(jì),既能滿(mǎn)足工作需要,又不在短期內(nèi)過(guò)度增加實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)營(yíng)成本。實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化的建設(shè)是一項(xiàng)綜合性的系統(tǒng)工程,涉及面廣,部門(mén)眾多。所以實(shí)驗(yàn)室應(yīng)根據(jù)自身的實(shí)際情況和業(yè)務(wù)發(fā)展,結(jié)合投入經(jīng)費(fèi)、存儲(chǔ)標(biāo)本量、分析項(xiàng)目種類(lèi)、科室工作流程、場(chǎng)地等具體情況進(jìn)行總體規(guī)劃,再分階段逐步落實(shí)建設(shè),還要注意系統(tǒng)的兼容與擴(kuò)展,終實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化。分階段實(shí)施有利于降低投資風(fēng)險(xiǎn),并可在建設(shè)和發(fā)展過(guò)程中充分發(fā)現(xiàn)缺點(diǎn)和不足之處,從而在后階段通過(guò)調(diào)整補(bǔ)充得以修改和完善。在這方面,國(guó)內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室從業(yè)者還有很長(zhǎng)的路要走,任重而道遠(yuǎn)。
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