自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室有望顯著提高研究效率及可靠性

 

　　Max Hodak將自己學(xué)業(yè)中的大部分時(shí)間都用在修正科學(xué)家收集數(shù)據(jù)的方式。作為一名曾在杜克大學(xué)學(xué)習(xí)生物醫(yī)學(xué)工程的學(xué)生，他對(duì)實(shí)驗(yàn)室在紙質(zhì)筆記本上記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)的做法非常沮喪，因?yàn)檫@會(huì)使研究人員不得不翻閱數(shù)頁(yè)，才能找到相關(guān)數(shù)據(jù)。于是，2008年Hodak把筆記本上的所有數(shù)據(jù)在電腦上作了索引，并且寫了一個(gè)程序供使用者查閱資料。“當(dāng)時(shí)人們都在問(wèn)我，為何要在這上面浪費(fèi)時(shí)間？”Hodak回憶說(shuō)。不過(guò)，一年半后，當(dāng)Hodak從硅谷重回實(shí)驗(yàn)室時(shí)卻發(fā)現(xiàn)，很多當(dāng)初的質(zhì)疑者都在使用他的系統(tǒng)。對(duì)于Hodak而言，這是一個(gè)信號(hào)，鼓舞他在提高實(shí)驗(yàn)室效率問(wèn)題上繼續(xù)探索。

 

　　位于加利福尼亞的一間倉(cāng)庫(kù)成了Hodak夢(mèng)想的寄托。他打算在那里建一個(gè)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室，用于開(kāi)展實(shí)驗(yàn)和記錄結(jié)果。用他的話來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)“生物數(shù)據(jù)中心”。2012年，Hodak的公司Transcriptic成立，并成為一批同類初創(chuàng)公司的“先驅(qū)”。這些公司對(duì)外宣稱的口號(hào)基本相同：軟件和機(jī)器人技術(shù)方面的進(jìn)步將幫助研究人員從手工的苦差事中解放出來(lái)，讓他們的數(shù)據(jù)更容易儲(chǔ)存和查詢，最終使得科研成本更低、工作更高效且重現(xiàn)性提高。

 

　　Transcriptic和另一家位于加利福尼亞的公司Emerald Therapeutics寄希望于通過(guò)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)為科學(xué)家控制生物實(shí)驗(yàn)室提供便利。很多大型生物實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)利用自動(dòng)化機(jī)器測(cè)序或復(fù)制DNA片段。不過(guò)，它們還想將自動(dòng)化技術(shù)用于其他常規(guī)實(shí)驗(yàn)，如通過(guò)凝膠來(lái)移動(dòng)、分離蛋白質(zhì)或DNA片段。Transcriptic和Emerald為各種大大小小的實(shí)驗(yàn)室提供這種功能。

 

　　顧客首先利用Transcriptic的應(yīng)用程序接口對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行編程，從而將實(shí)驗(yàn)方案的每一步轉(zhuǎn)為機(jī)器可讀的代碼。隨后，顧客指令和所有實(shí)物樣本到達(dá)Transcriptic位于門洛帕克的倉(cāng)庫(kù)。實(shí)驗(yàn)在一個(gè)由樹脂玻璃密封而成的工作站內(nèi)進(jìn)行。里面的臺(tái)子上擺滿了儀器，均由一臺(tái)接收工作指令和操控各種機(jī)器的電腦“指揮”。臺(tái)架上的機(jī)械手與工作站的長(zhǎng)度一致，將培養(yǎng)皿在聚合酶鏈反應(yīng)裝置、酶標(biāo)儀、移液器、冷藏箱、恒溫恒濕箱等不同機(jī)器間傳送，以此開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。用戶可實(shí)時(shí)接收來(lái)自每個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟的數(shù)據(jù)。

 

　　Emerald則正在測(cè)試所謂的云實(shí)驗(yàn)室。在這個(gè)一站式網(wǎng)上商店里，顧客可定購(gòu)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、分析數(shù)據(jù)并同他人開(kāi)展合作。從明年年初開(kāi)始，測(cè)試用戶能從40種常用實(shí)驗(yàn)方法清單中自主選擇任何一種，比如用于蛋白質(zhì)分析的免疫印跡法或分離混合物成分的高效液相色譜法。

 

　　在某種意義上，這些公司類似于傳統(tǒng)的研究外包機(jī)構(gòu)，但自動(dòng)化系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集為科學(xué)家提供了更加細(xì)微的細(xì)節(jié)以及對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的控制?；蛟S有人認(rèn)為，如此復(fù)雜的設(shè)備會(huì)讓實(shí)驗(yàn)成本變高。

 

　　但Hodak表示，Transcriptic提供的諸如克隆、誘發(fā)突變等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和在學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展的成本幾乎相同，甚至還要更少一些，并且約為傳統(tǒng)研究外包公司開(kāi)價(jià)的一半。部分原因在于Transcriptic的工作站無(wú)須人工操作員便能運(yùn)行，而且很多硬件都是公司自制的。

 

　　不過(guò)，在舊金山投資公司O’Reilly AlphaTech Ventures合伙人Roger Chen看來(lái)，盡管這些實(shí)驗(yàn)室是強(qiáng)有力的科研助手，但遠(yuǎn)程用戶要受限于一系列標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)和儀器。“我很難相信一個(gè)集中管理的自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室，會(huì)為你提供足夠的自由和靈活度，滿足你在做一些創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)時(shí)所需的全部要素。”

 

　　于是，Chen投資了另一家位于奧克蘭市的初創(chuàng)公司Riffyn。該公司正在建立一個(gè)云計(jì)算軟件平臺(tái)，融合各種傳送實(shí)驗(yàn)室儀器數(shù)據(jù)流的設(shè)備。其共同創(chuàng)始人Timothy Gardner表示，該軟件可讓用戶設(shè)計(jì)工作流程、分析存儲(chǔ)在遠(yuǎn)程服務(wù)器上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)的分析改變相關(guān)參數(shù)。

 

　　現(xiàn)有的科學(xué)儀器通過(guò)多種形式接受指令和記錄數(shù)據(jù)。Emerald共同創(chuàng)始人Brian Frezza認(rèn)為，同建立自動(dòng)控制設(shè)備相比，協(xié)調(diào)這些軟件是一個(gè)更為艱難的技術(shù)挑戰(zhàn)。Gardner贊同該說(shuō)法，但表示公司正努力打造一系列通用開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)和軟件。同時(shí)，他希望Riffyn提供的軟件能讓實(shí)驗(yàn)室設(shè)備之間以及各種設(shè)備與科學(xué)家之間更為順暢地對(duì)話。

 

　　最終，Gardner和其他自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的支持者認(rèn)為，他們所做工作的直接回報(bào)或許在于促進(jìn)研究整體質(zhì)量的提高。那些讓科學(xué)家更簡(jiǎn)單地監(jiān)控和記錄實(shí)驗(yàn)每個(gè)細(xì)節(jié)的工具，可能有助于解決一些人所爭(zhēng)議的研究“重現(xiàn)危機(jī)”。這是指很多實(shí)驗(yàn)完成得過(guò)于草率，或者實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)記錄不夠精確，從而導(dǎo)致其他人很難重現(xiàn)研究成果。

 

　　Gardner最強(qiáng)有力的支持者之一、加州量化生命藥學(xué)研究院副主任Douglas Crawford表示，改變現(xiàn)狀需要技術(shù)和觀念上的雙重轉(zhuǎn)變。Gardner對(duì)此表示贊同，但希望包括Riffyn在內(nèi)的公司將從消除其中一個(gè)障礙開(kāi)始。“如果你沒(méi)有讓事情變得更加簡(jiǎn)單的工具，我不認(rèn)為那些文化和教育上的改變將會(huì)堅(jiān)持下去。”