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花架子还是真有料,实验室自动化的价值和趋

来源:自动化 时间:2024/8/30

每天早晨进实验室的第一件事,是到细胞室看看细胞长的怎么样了;

然后把做细胞的工具都摆上,开启紫外消杀超净台,从CO2培养箱拿出我的细胞,显微镜下看看它们的长势;

紫外消毒结束,开始做细胞,通常用时1~3小时,消化、吹打、传代、铺板、加药……

超净台的风是从里向外吹的,所以细胞是无菌了,但我每天不知道吸了多少;

试验台上摆满各种化学试剂和药品,很多是有腐蚀性和毒性的;

每做一步,都要写好实验记录,因为不知道最终结果是什么,如果失败了,要追溯失败的原因,要一步步来排除;

午饭时间到了,到食堂匆匆吃完饭回来继续做实验;

不是每次都有条带的,甚至更多的时候是白片,失败的沮丧感像潮水一样淹没了我的心;

实在困了,趴在实验台上咪一会儿;

经过跑胶、变性、中和、转膜、预杂交、杂交、洗膜、封闭、孵育二抗、洗膜等众多繁琐的步骤,最后一步是在暗室里曝光出片;

晚饭基本上都是叫外卖;

做完了一天的实验,夜色已晚,如果十一点半之前能结束实验,还可以有地铁坐,……

图文来源:鸟趣视界

这是一个医科研究生记录的,她在实验室一天的真实生活。

虽然很辛苦,但在大多数人看来,能在明亮的实验室里工作,意味着前途光明、收入稳定,已经是令人羡慕不已,况且,辛苦本就是奋斗者的人生底色;

实验室,尤其是偏研发性质的实验室,是高科技领域里典型的“劳动密集型”阵地,大多都停留在人力+单机设备+熬时间的状态,没有真正实现跟实验相匹配的自动化。

实验室自动化

通俗的讲,实验室自动化是指利用各种自动检测仪器、设备、计算机软硬件系统等手段,实现样品制备、前处理、反应、测量等实验过程以及数据处理的集成式自动化;

狭义的层面,实验室自动化是指,将通过实验获取数据、数据处理和取得实验结果的过程,进行自动化;广义的层面,包括仿真预测、计算机辅助设计、实验设备的控制、科学实验、图像处理、自动测量、自动检查、文献专利情报的管理、各种数据库、专家系统等。

初级阶段的实验室自动化主要集中在实验数据的自动“测量”环节。在生命科学和化学等领域,实验室自动化借助人工智能,已经涉及研究计划的制定、研究调查、仿真预测、实验样品的准备、实验数据的搜集整理、研究成果的提炼与整理、数据库的建立等各项研究分析活动。

它可以为基因测序、临床诊断、生物医药、细胞分子生物学、药物筛选、食品、环境、化学化工、医疗卫生与检验检疫、教育科研、工业生产等行业提供更先进更智能的实验解决方案;

对很多没有亲身体验过的人来说,实验室自动化就是用机器人代替人干活、只适合高通量;

这些认识其实有些片面,在人工智能大热的今天,当设备系统具备感知、眼睛和大脑后,它已经不单单是一坨铁了;

对于具有顶层视角的实验实科学家来说,实验室自动化意味着重新设计流程—从繁琐,重复的体力劳动到机器人—以便熟练的人力可以执行更多增值工作,例如质量监控,评估以及思考科学假设和协作实验研究。

(本文凡未特意说明,默认指向非医疗诊断实验室自动化)

实验室自动化的背景

实验室自动化始于上世纪五十年代,彼时,微处理器的出现,给当时以简易装置+手工为主的实验室,带来了一些自动化的可能性;

20世纪中叶清华大学化工系化学实验室,来源:清华校友袁帆老师

六十年代,纽约洛克菲勒大学的生物化学家布鲁斯·梅里菲尔德(BruceMerrifield)和约翰·斯图尔特(JohnStewart)提出了第一个固相肽合成自动化系统,并和尼尔斯·詹伯格(NilsJernberg)制造了一台自动化学反应的机器。成功地减少了逐步添加和纯化样品所需的时间,降低了材料的损失,大大提高了产量,为科学家合成更多种类的蛋白质打开了大门;

Merrifield教授和两位伙伴一起开发的多肽合成仪,来源:美国历史

七十年代,实验室信息管理系统开始广受

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