中国的实验室自动化现状

近几年，尤其是近五年，实验室自动化的话题、应用方案是越来越多，层出不穷，说明广大科研院所、医院、制药公司都希望能够将实验室操作自动化，提高效率，减少流程，提升准确性。有鉴于此，作为在自动化领域耕耘数载的老兵，也来谈谈国内实验室自动化的现状和与国外的差距。 　　实验室自动化，顾名思义，就是指利用各种自动检测仪器和计算机等手段实现测量、实验和数据处理的自动化，借以减轻实验人员的手工操作，提高科研工作效率。笔者认为，根据自动化的规模及程度，现代实验室自动化可以分为三级。 　　一级，实验室自动化的初级阶段，主要目的是实验数据的自动测量。涉及研究计划的制定、研究调查、实验设备的定向设计和整合、实验样品的准备、实验数据的搜集整理、数据库的建立等各项研究分析活动，从而为研究论文的发表、实验数据的快速准确输出打下基础。 　　目前不少实验室已经走入这一步了，但是大家可以仔细看下，在生物科技几百个细分领域中，95%以上的细分领域实验仪器的前三名，都是外资。举例来说：在质谱仪、光谱仪、酶标仪、自动化冰箱、离心机、旋盖器等领域都是。极少数的有国内品牌进入，如在深低温冰箱，离心机，核酸提取仪等某些领域，国产品牌确实已经占据了不少份额，有的甚至超过50%。 　　但正因为大多数的仪器都是外资占据，所以一旦老师们希望把仪器整合起来，更加便捷的操作时，首先想到的是向外资提出需求，因为这方面外资*在实验室自动化领域创新是有先天优势的。 　　纵观中大型实验室自动化，基本外资全包了。为什么会这样?其实理由很简单，仪器设备前五甲的外资*，早就成立了自动化整合部门，专门处理这类需求。而纵观大一些的中资仪器厂商，基本是没有这个部门的。那难道是中资没想到要成立这个部门吗?非也!成立类似的部门，要有客户基础，要有需求，更要有雄厚的资金支持。但是，又有多少实验室会向中资提出自动化需求呢?导致这样的现状，也是非常正常。 　　我们的基础工业、加工工艺、加工精度、I/O接口整合、整体设计水平，离世界水平相差甚远。孔子曰: “知己知彼,百战不殆;不知彼而知己，一胜一负;不知彼，不知己，每战必殆”。举例来说：某医学转化中心要建设一套药物筛选平台，它要整合的机器包括自动移液工作站、洗板机、撕膜机、涡旋震荡器、条码扫描仪、微孔板离心机、细胞培养箱、多功能酶标仪、高内涵细胞成像分析系统、微孔板架、自动化机械臂，总共十一套产品，整合在一起，试问国内有哪家仪器厂商对十一台跨专业的机器都很了解?就算了解，如果平时没有整合的经验，敢于为客户整合所有机器吗?而外资*通过一系列的并购整合，对大多数的产品都已经了然于心，操作自然得心应手。所以这方面的差距，不是一点点，我们必须清醒的认识到。 　　实验室自动化的第二级，是在一级的基础上，增加了计算机辅助处理系统、运输自动化系统、无尘无菌控制系统。 　　实验室自动化的高级，即实验室智能化操作和管理，是在第二级的基础上，采用了计算机设计专家系统，具有逻辑运算和推理功能。能远程自我测量、自我检查、自我控制实验设备，对于文献情报的管理、各种数据云的检索、存储、翻译等，都能智能化，并且有智能机器人24小时辅助人类来管理实验室。 　　到了实验室智能化时代，我们可以想象一下，不管是近距离，还是远程，我们都可以对智能机器人发出指令，进行所有的实验室操作;我们亦可以通过VR技术，身临其境的与机器人沟通，交流，指导他们做好实验，检验实验数据的合理性和准确性;我们将不再担心病毒的传染和实验数据的误差;我们将不需要在突发事件时的三班倒。这些，我们终将在不久的未来可以看到。 　　举例说明：生物样本库自动化 　　通过工作流程对生物样本进行收集、存储、信息扫描、输入、进库、存档;需要取样的时候，在计算机输入指令检索、调取管理、取样分装或移液分装、自动化检测;检测结果又会传回信息系统进行结果分析及后处理。整个操作一气呵成，大幅减少人工参与。所涉及的仪器有自动化冰箱或自动化液氮罐、2D扫描仪、自动旋盖器、移液工作站、核酸提取仪、机械臂、样本库管理软件、成分分析软件等诸多自动化设备和软件。一般如果样本收集量在50万个/年，存储量保持200万的话，根据实验室自动化程度的高低，总体费用估计在500-5000万左右。在这方面，上海鑫蓝海自动化科技有限公司已经做了诸多有成效的方案。 　　一个理想的实验室自动化，工作人员应结合实际工作流程进行设计，既能满足工作需要，又不在短期内过度增加实验室的运营成本。实验室自动化的建设是一项综合性的系统工程，涉及面广，部门众多。所以实验室应根据自身的实际情况和业务发展，结合投入经费、存储标本量、分析项目种类、科室工作流程、场地等具体情况进行总体规划，再分阶段逐步落实建设，还要注意系统的兼容与扩展，终实现大规模的实验室自动化。分阶段实施有利于降低投资风险，并可在建设和发展过程中充分发现缺点和不足之处，从而在后阶段通过调整补充得以修改和完善。在这方面，国内的实验室从业者还有很长的路要走，任重而道远。