作者:宗华 来源:中国科学报 发布时间:2014/12/11 11:11:54
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解放科学家的双手
自动化实验室望显著提高研究效率及可靠性

图片来源:Project Twins

Max Hodak将自己学业中的大部分时间都用在修正科学家收集数据的方式。作为一名曾在杜克大学学习生物医学工程的学生,他对实验室在纸质笔记本上记录试验数据的做法非常沮丧,因为这会使研究人员不得不翻阅数页,才能找到相关数据。于是,2008年Hodak把笔记本上的所有数据在电脑上作了索引,并且写了一个程序供使用者查阅资料。“当时人们都在问我,为何要在这上面浪费时间?”Hodak回忆说。不过,一年半后,当Hodak从硅谷重回实验室时却发现,很多当初的质疑者都在使用他的系统。对于Hodak而言,这是一个信号,鼓舞他在提高实验室效率问题上继续探索。

位于加利福尼亚的一间仓库成了Hodak梦想的寄托。他打算在那里建一个自动化实验室,用于开展实验和记录结果。用他的话来说,这是一个“生物数据中心”。2012年,Hodak的公司Transcriptic成立,并成为一批同类初创公司的“先驱”。这些公司对外宣称的口号基本相同:软件和机器人技术方面的进步将帮助研究人员从手工的苦差事中解放出来,让他们的数据更容易储存和查询,最终使得科研成本更低、工作更高效且重现性提高。

Transcriptic和另一家位于加利福尼亚的公司Emerald Therapeutics寄希望于通过远程计算机为科学家控制生物实验室提供便利。很多大型生物实验室已经利用自动化机器测序或复制DNA片段。不过,它们还想将自动化技术用于其他常规实验,如通过凝胶来移动、分离蛋白质或DNA片段。Transcriptic和Emerald为各种大大小小的实验室提供这种功能。

顾客首先利用Transcriptic的应用程序接口对实验进行编程,从而将实验方案的每一步转为机器可读的代码。随后,顾客指令和所有实物样本到达Transcriptic位于门洛帕克的仓库。实验在一个由树脂玻璃密封而成的工作站内进行。里面的台子上摆满了仪器,均由一台接收工作指令和操控各种机器的电脑“指挥”。台架上的机械手与工作站的长度一致,将培养皿在聚合酶链反应装置、酶标仪、移液器、冷藏箱、恒温恒湿箱等不同机器间传送,以此开展实验。用户可实时接收来自每个实验步骤的数据。

Emerald则正在测试所谓的云实验室。在这个一站式网上商店里,顾客可定购实验项目、分析数据并同他人开展合作。从明年年初开始,测试用户能从40种常用实验方法清单中自主选择任何一种,比如用于蛋白质分析的免疫印迹法或分离混合物成分的高效液相色谱法。

在某种意义上,这些公司类似于传统的研究外包机构,但自动化系统和数据采集为科学家提供了更加细微的细节以及对实验设计的控制。或许有人认为,如此复杂的设备会让实验成本变高。

但Hodak表示,Transcriptic提供的诸如克隆、诱发突变等实验项目和在学术实验室开展的成本几乎相同,甚至还要更少一些,并且约为传统研究外包公司开价的一半。部分原因在于Transcriptic的工作站无须人工操作员便能运行,而且很多硬件都是公司自制的。

不过,在旧金山投资公司O’Reilly AlphaTech Ventures合伙人Roger Chen看来,尽管这些实验室是强有力的科研助手,但远程用户要受限于一系列标准化的实验和仪器。“我很难相信一个集中管理的自动化实验室,会为你提供足够的自由和灵活度,满足你在做一些创新性实验时所需的全部要素。”

于是,Chen投资了另一家位于奥克兰市的初创公司Riffyn。该公司正在建立一个云计算软件平台,融合各种传送实验室仪器数据流的设备。其共同创始人Timothy Gardner表示,该软件可让用户设计工作流程、分析存储在远程服务器上的实验数据,并且根据对实验表现的分析改变相关参数。

现有的科学仪器通过多种形式接受指令和记录数据。Emerald共同创始人Brian Frezza认为,同建立自动控制设备相比,协调这些软件是一个更为艰难的技术挑战。Gardner赞同该说法,但表示公司正努力打造一系列通用开放的标准和软件。同时,他希望Riffyn提供的软件能让实验室设备之间以及各种设备与科学家之间更为顺畅地对话。

最终,Gardner和其他自动化实验室的支持者认为,他们所做工作的直接回报或许在于促进研究整体质量的提高。那些让科学家更简单地监控和记录实验每个细节的工具,可能有助于解决一些人所争议的研究“重现危机”。这是指很多实验完成得过于草率,或者实验方法和数据记录不够精确,从而导致其他人很难重现研究成果。

Gardner最强有力的支持者之一、加州量化生命药学研究院副主任Douglas Crawford表示,改变现状需要技术和观念上的双重转变。Gardner对此表示赞同,但希望包括Riffyn在内的公司将从消除其中一个障碍开始。“如果你没有让事情变得更加简单的工具,我不认为那些文化和教育上的改变将会坚持下去。”(宗华)

《中国科学报》 (2014-12-11 第3版 国际)
 
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2014/12/11 11:55:22 jpx720
自动化就是垃圾专业,明明是软件和机器人等专业的技术,非要包装来忽悠人!
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