实验室发展

如需查看原文献/补充资料 请关注曼森生物公众号编者按目前的各类实验室基本上都是属于非常消耗人力和时间的劳动密集型场所，而且还容易出现人工操作产生的差错。这种现状决定了需要由低通量的人工操作向高通量的自动化操作模式转变，实验室自动化无疑解决了这个问题。曼森生物是一家为生命科学领域实验室自动化建设提供高品质创新产品、技术支撑和全实验室自动化解决方案的高新技术企业，拥有自主知识产权和实力强大的技术研发团队，始终坚持将生命科学实验和AI及高通量自动化实验相结合，致力于为合成生物学、生物医药、医疗医学检测及食品安全检验检测实验室提供全方位全流程自动化和智能化综合解决方案，产品涵盖从食品安全、药品安全到生命科学领域智能机器人自动化工作站系统、全流程检验检测实验室自动化以及配套自动化和智能化仪器设备及相关耗材等。曼森无人化实验室局部实验室自动化发展史实验室自动化是通过“机器人换人”、“人工智能替代人类智能”的现代技术，对传统劳动密集型实验室进行技术改革，实现无人化、精准化和高效化的效果，其技术特点是自动化、智能化和云端化。实验室自动化的应用市场包括医药研发、生物学、医学检验、食品药品安全检验检测、环境和水质监测等领域，这些领域都是目前全世界各国关注的热点问题。实验室自动化和智能化正在成为一种趋势，就像工厂的自动流水线一样，实验室机器人会按照标准化的工作流程完成实验操作。未来我们把这类融合了自动化、实验室机器人、人工智能、大数据、物联网、云计算等信息技术以及现代化学和生物基础知识的实验室称为智慧实验室。实验室自动化发展大体上经历4个主要阶段。实验室自动化1.0阶段实验室自动化1.0是指单一设备自动化，属于设备自动化范畴，功能比较单一，一个自动化设备往往只有一种或一两种功能，需要人来操作使用，只解决了检测工艺流程中的一步或一两步。例如自动化配液，自动化称量，自动化离心，自动化消解以及自动化测试等操作，如乳品质量检测中使用的乳品分析仪（图1）、功能食品检测电子舌（图2）等，这些设备在乳品质量安全检测中执行比较单一的地特定功能检测。图1乳品分析仪图2功能食品检测电子舌这些单个设备零散分布在实验室的不同地方，人工操作单个设备仪器，功能单一，国内相当多的实验室处于该实验室自动化1.0阶段。实验室自动化2.0阶段实验室自动化2.0是指工作站形式的自动化，仍然属于设备自动化范畴。一台设备整合了多种功能，一个批次可以处理一定数量的样品，一个批次内可以做到无人值守，批次之间需要人工补料和下料。例如，液体处理工作站（图3）图3 液体处理工作站实验室自动化3.0阶段 实验室自动化3.0是指流水线形式的自动化，自动化设备与设备之间自动传输样品，实现了全实验室自动化，多以流水线形式呈现，类似于工业自动化，包括自动化样本运输、自动化开盖压盖、自动化离心、自动化混合、自动化过滤以及自动化上机检测等。流水线形式自动化应用最多的是医学检验，如生化检测自动化流水线、免疫检测自动化流水线、血液检测自动化流水线、微生物检测自动化流水线等（图4）。图4 生化免疫自动化流水线 实验室自动化3.0的出现大多是在医学检验和生物医药等领域，主要是由于这些特殊领域检验时效性要求和工作重复繁重特点，这种社会需求使该领域成为实验室自动化3.0的排头兵，目前国内在医学检验领域基本普遍采用该流水线自动化工作方式。实验室自动化4.0阶段实验室自动化4.0是指智能化自动化的实验室，属于流程自动化，在全实验室自动化3.0基础上，加入人工智能，实验室自动化4.0技术，不仅仅代替劳动力，而且还代替了一部分脑力劳动，具有机器学习、自动判断、自我决策能力，这里自动化实验室多用在研究型实验室领域，特别是解决多品种、小批量、多批次、高时效的检测需求，在全实验室自动化基础上，融入机器深度学习等人工智能，即实验室智能化操作和管理，通过对智能实验室机器人发出指令，进行所有的实验室操作，包括样品前处理、分析检测和实验数据的处理，并可以循环往复地进行，如利物浦大学的案例（图5）、伊利诺伊大学的案例、zymergen、ginkgo等公司的应用。曼森生物正在为合成生物学、医药、食品领域开发实验室自动化4.0的技术解决方案（图6、图7）。图5 人工智能机器人科学家图6 曼森生物合成生物学自动化实验室图7 曼森生物食品药品检验实验室 实验室自动化4.0已成为未来实验室建设的趋势，将引领现代化高效低碳实验室自动化建设的方向。云端实验室云端实验室是指科学家可以通过网络浏览器登录在线云实验室平台，在一张空白画板上，画出想要制造的分子化合物框架结构，平台使用机器学习来预测所需的成分和混合的顺序，然后将指令发送到远程实验室的机器人去执行。云端实验室结合有自动化仪器设备、实验室机器人、人工智能和云计算平台的集成化实验室，实验人员只需远程设定好实验步骤，远程实验室机器人就可以在云端实验室接受指令负责解决下游的实验操作过程，并将实验数据反馈给实验技术人员。在全球目前比较成规模的商业化云端实验室有Emerald Cloud Lab和Strateos等公司。国际商业机器公司IBM也建立了一个名为RoboRXN的云端制药实验室（图8），该实验室能使科学家足不出户就能设计并合成新分子。科学家只需在浏览器上登录便可进入实验室，在服务器上画出需要制造的分子骨架结构，平台会将指令发送给远程实验室里的机器人来执行这个过程，实验完成后平台就会将结果报告发送给科学家。图8 RoboRXN化学实验室机器人科学家

p 　　为加强业内人士之间的相互交流与合作，及时了解中国实验室发展的资讯动态，促进行业健康发展， strong 以智慧· 安全· 绿色为主题的第二届中国实验室发展大会(CLC 2020)将于2020年12月8日-9日在北京· 国家会议中心召开。此次大会由中国仪器仪表行业协会主办，中国出入境检验检疫协会协办，中国仪器仪表学会分析仪器分会等单位承办。 /strong /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 271px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/77f794c2-8de9-4a01-87d1-a2e735c4fcbf.jpg" title=" 中国实验室发展大会.png" alt=" 中国实验室发展大会.png" width=" 600" height=" 271" border=" 0" vspace=" 0" / /p p 　　 strong 论坛形式多样 垂直行业各领域 /strong /p p 　　据大会官网消息，此次大会将以主题报告、专题报告、嘉宾论坛和壁报交流等4类形式进行，各论坛垂直行业不同领域。其中主题报告，将邀请国家市场监督管理总局、海关总署、认监委、认可委等政府主管部门负责人、两院院士、行业知名专家、企业家等就我国实验室管理及检测技术宏观市场环境、发展趋势、政策解读等内容作特约报告 专题报告将邀请医疗、食品、环境、材料等业内专家作精彩演讲 而嘉宾论坛将邀请重点实验室负责人、国内外知名第三方检测机构负责人等作为嘉宾进行探讨 此外壁报交流拟从此次大会征集的论文中评选出优秀论文做成展报，供参会代表交流学习。 /p p 　　 strong 专家学者云集 共促难点热点问题解析 /strong /p p 　　十四五”新规划对实验室发展的启示、我国检验检测及认证产业的现状和发展趋势、当前形势下我国实验室的发展方向、医疗实验室建设与管理、实验室创新管理理念与新技术的探讨& #8230 & #8230 为期2天的中国实验室发展大会，28项议程，干货满满。中国工程院院士庞国芳，中国计量科学研究院方向院长，国家市场监督管理总局认可检测司乔东一级巡视员等专家学者与企业管理人员将出席论坛，就我国实验室建设与管理、实验室安全、智慧实验室、认可认证、比对与质量控制等话题以及广大实验室科研、管理人员所关注的热点、难点问题展开讨论，为中国实验室发展带来前沿资讯和科学解决方案。 /p p 　　作为科技创新体系的重要组成部分，实验室是原始创新的摇篮，是科技发展的重要支撑，在国家基础研究、科技创新和技术攻关中承担着重要使命，在科学前沿探索和解决国家重大需求方面发挥着重要作用，此次以第十八届中国国际科学仪器及实验室装备展览会(CISILE 2020)的隆重召开为契机，第二届中国实验室发展大会(CLC 2020)积极筹备，同期举行，必将给实验圈人士带来一场集信息分享、技术探讨、最新政策解读于一体的饕餮盛宴。 /p p 　　 strong 相关资料 /strong /p p 　　首届中国实验室发展大会于2019年3月在京成功举办，为期两天的会议，进行了近60场报告，吸引了600余位全国各地实验室从业者参与。会议就实验室认证认可及标准、环境实验室、互联网+、高校实验室、医学实验室、食品安全、高级别实验室及仪器校准方面等相关议题进行了深入探讨。虽然刚刚走过一个年头，但大会以其专业性高、覆盖领域广、针对性强的特点，成为业内人士高度关注的盛会，对我国实验室发展起到了促进作用。 /p p br/ /p

加强科研试剂生产企业自主创新能力建设，对于提升基础科研条件供给质量，助力关键核心技术攻关，提高国产品牌试剂核心竞争力，具有十分重大的意义。“实验室试剂是我们科学研究、产业发展必不可少的基础物资，试剂的质量直接影响科研成果、产出及油料产业发展。”中国工程院院士李培武表示。需求带动市场高速增长近日，由中国检验检测学会和湖北省科学技术协会主办的首届“实验室试剂发展论坛”在湖北省武汉市举办。本届论坛以“实验试剂自主创新助力科学研究和检验检测高质量发展”为主题，聚焦国内外试剂前沿技术及发展趋势，分享国内外试剂研发最新成果，促进科研试剂上下游研发、生产、应用主体开展相关领域合作，为解决试剂自主创新、成果转化、人才培育、规范管理等问题群策群力，营造阳光、透明的公平竞争环境，促进实验室试剂产业高质量发展。据介绍，科研试剂是科技基础条件资源的重要内容，广泛服务于科学研究和国民经济发展，在科技创新中占有重要地位。近年来，我国基础科研的快速发展带动上游实验室试剂需求高速增长，大量科研试剂随之涌现。以生物试剂为例，来自弗若斯特沙利文公司的数据显示，全球科研市场生物试剂规模预计于2025年达到272亿美元规模。中国生物试剂科研市场规模自2016年以来，以16.51%的年复合增长率增长，至2020年达151亿元人民币，若以目前的年复合增长率计算，我国科研市场生物试剂规模将于2031年增至千亿元人民币。差距导致高度依赖进口据介绍，目前我国科研试剂行业集中度较低，与跨国公司仍存在较大差距。原因在于，一方面，20世纪前，欧美国家已经诞生了一批试剂领域的国际巨头，而国内试剂企业多成立在2005年之后，技术积累存在实际差距；另一方面，国内试剂行业诞生初期，一些小厂商售卖假冒伪劣试剂耗材，严重挫伤了科研人员的信心，影响了国产试剂行业的发展。其结果是，我国实验室试剂产品，尤其是生命科学、医学领域研究所用的试剂和消耗品高度依赖进口，形成科学研究被实验室试剂“卡脖子”的风险。据科研采购管理平台喀斯玛数据显示，部分重要项目进口试剂依赖度达90%以上。“国产试剂发展主要面临的问题是其可靠性、可重复性等至今仍未获得使用者的信任。”中国检验检测学会科研试剂分会副会长兼秘书长、喀斯玛（北京）科技有限公司总经理李红林表示。一位不愿透露姓名的科研人员说，在科研期刊发表文章时，需要作者对于实验过程所使用的试剂耗材等信息进行详细的描述，以保证其实验结果的可重复性。而在国际期刊审稿过程中，如果实验者使用的是国产试剂，实验结果可能会受到审稿人的质疑，要求实验者用知名企业的试剂产品再重复一次实验结果。“在某些情况下，我们在研究阶段使用国产试剂做实验，等到实验成功后，我们会用进口知名品牌的重复一遍，再用重复的数据投稿。”发展需要良好交流平台为了确保自主创新品牌试剂产品具有良好的市场氛围和发展空间，为我国实现高水平科技自立自强奠定基础，2022年12月，中国检验检测学会设立科研试剂分会。该分会联合科研试剂相关科研、教育、产业机构及专家学者，组织开展政策、技术、标准、产业研究，并利用科研试剂产业平台和信息资源库，提供智力、技术、信息和数据支撑，服务国家基础科研条件建设和检验检测科研（学科）发展。经过近1年的发展，科研试剂分会已经完成首批76家会员单位的招募，会员由相关企业、高等院校、科研院所等组成，基本覆盖试剂行业的全产业链。同时，搭建了科研试剂信息服务平台，收录146个行业信息、83个试剂企业、63个仪器维修企业，涵盖112个品牌、272万余条商品。分会现有行业专家105人，并初步筛选出331家有研发能力的国产试剂生产商，其中上市企业17家。“分会各项工作还处于起步阶段，未来还有很长的路要走。”中国检验检测协会科研试剂分会会长、喀斯玛控股有限公司董事长郭强说。据了解，科研试剂分会将通过“实验室试剂发展论坛”等活动开展系列工作，包括充分调动和整合“政产学检研用”各方面优势力量构建自主创新合作平台；研究建立统一规范的质量控制、监管和评价体系，筛选具有自主创新能力的企业和产品；引导一批本土企业树立自主创新品牌形象，提升自主创新企业品牌意识，创新合作机制，做强做大实验室试剂中国品牌；充分发挥信息技术与互联网平台在生产要素配置中的优化和集成作用，为自主创新企业营造公平竞争的市场环境，促进供应链的稳定与安全。