自動化實驗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，他對實驗室在紙質(zhì)筆記本上記錄試驗數(shù)據(jù)的做法非常沮喪，因為這會使研究人員不得不翻閱數(shù)頁，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，并且寫了一個程序供使用者查閱資料。“當(dāng)時人們都在問我，為何要在這上面浪費時間？”Hodak回憶說。不過，一年半后，當(dāng)Hodak從硅谷重回實驗室時卻發(fā)現(xiàn)，很多當(dāng)初的質(zhì)疑者都在使用他的系統(tǒng)。對于Hodak而言，這是一個信號，鼓舞他在提高實驗室效率問題上繼續(xù)探索。
位于加利福尼亞的一間倉庫成了Hodak夢想的寄托。他打算在那里建一個自動化實驗室，用于開展實驗和記錄結(jié)果。用他的話來說，這是一個“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)”。這些公司對外宣稱的口號基本相同：軟件和機器人技術(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，讓他們的數(shù)據(jù)更容易儲存和查詢，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寄希望于通過遠(yuǎn)程計算機為科學(xué)家控制生物實驗室提供便利。很多大型生物實驗室已經(jīng)利用自動化機器測序或復(fù)制DNA片段。不過，它們還想將自動化技術(shù)用于其他常規(guī)實驗，如通過凝膠來移動、分離蛋白質(zhì)或DNA片段。Transcriptic和Emerald為各種大大小小的實驗室提供這種功能。
顧客首先利用Transcriptic的應(yīng)用程序接口對實驗進(jìn)行編程，從而將實驗方案的每一步轉(zhuǎn)為機器可讀的代碼。隨后，顧客指令和所有實物樣本到達(dá)Transcriptic位于門洛帕克的倉庫。實驗在一個由樹脂玻璃密封而成的工作站內(nèi)進(jìn)行。里面的臺子上擺滿了儀器，均由一臺接收工作指令和操控各種機器的電腦“指揮”。臺架上的機械手與工作站的長度一致，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器間傳送，以此開展實驗。用戶可實時接收來自每個實驗步驟的數(shù)據(jù)。
Emerald則正在測試所謂的云實驗室。在這個一站式網(wǎng)上商店里，顧客可定購實驗項目、分析數(shù)據(jù)并同他人開展合作。從明年年初開始，測試用戶能從40種常用實驗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)的研究外包機構(gòu)，但自動化系統(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)以及對實驗設(shè)計的控制?；蛟S有人認(rèn)為，如此復(fù)雜的設(shè)備會讓實驗成本變高。
但Hodak表示，Transcriptic提供的諸如克隆、誘發(fā)突變等實驗項目和在學(xué)術(shù)實驗室開展的成本幾乎相同，甚至還要更少一些，并且約為傳統(tǒng)研究外包公司開價的一半。部分原因在于Transcriptic的工作站無須人工操作員便能運行，而且很多硬件都是公司自制的。
不過，在舊金山投資公司O’Reilly AlphaTech Ventures合伙人Roger Chen看來，盡管這些實驗室是強有力的科研助手，但遠(yuǎn)程用戶要受限于一系列標(biāo)準(zhǔn)化的實驗和儀器。“我很難相信一個集中管理的自動化實驗室，會為你提供足夠的自由和靈活度，滿足你在做一些創(chuàng)新性實驗時所需的全部要素。”
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云計算軟件平臺，融合各種傳送實驗室儀器數(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)計工作流程、分析存儲在遠(yuǎn)程服務(wù)器上的實驗數(shù)據(jù)，并且根據(jù)對實驗表現(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，同建立自動控制設(shè)備相比，協(xié)調(diào)這些軟件是一個更為艱難的技術(shù)挑戰(zhàn)。Gardner贊同該說法，但表示公司正努力打造一系列通用開放的標(biāo)準(zhǔn)和軟件。同時，他希望Riffyn提供的軟件能讓實驗室設(shè)備之間以及各種設(shè)備與科學(xué)家之間更為順暢地對話。
最終，Gardner和其他自動化實驗室的支持者認(rèn)為，他們所做工作的直接回報或許在于促進(jìn)研究整體質(zhì)量的提高。那些讓科學(xué)家更簡單地監(jiān)控和記錄實驗每個細(xì)節(jié)的工具，可能有助于解決一些人所爭議的研究“重現(xiàn)危機”。這是指很多實驗完成得過于草率，或者實驗方法和數(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障礙開始。“如果你沒有讓事情變得更加簡單的工具，我不認(rèn)為那些文化和教育上的改變將會堅持下去。”
