自動化和流水線早就成為現代工業生產的主要模式,但是科學實驗在自動化方面并不是那么“先進”,許多實驗操作都必須是人工操作,人工操作一方面效率比較低,另一方面也容易導致誤差,客觀上自動化實驗有存在的必要,另外隨著計算機和機器人技術水平的快速提升,也給自動化實驗提供了技術可能。現在美國一些公司已經給科學家提供這種自動化或半自動化實驗技術的服務,相信隨著這種服務技術的提高,未來科學家完全有可能從具體的實驗操作中解放出來。只要有研究經費和思路,機器人幫助科學家完成所有的實驗工作,甚至數據分析。你只要將設計方案作好,然后倒杯咖啡,等待者機器人給你完成實驗和分析報告,這對科學家來說,這是多么美好的事情。
Max Hodak的研究主要是幫助科學家更方便收集研究數據,當在杜克大學學習生物醫學工程專業的時候,他就感到使用紙質實驗記錄本非常不方便,研究人員需要通過頁面搜索才能找到相關數據。2008年,他將所有實驗記錄檢索輸入計算機,并編寫了一個計算機軟件,用戶可方便地檢索到所需要的內容。當時有人認為這是浪費時間,因為這個工作不能發表論文。但是18個月后當他回到這個實驗室發現大家都非常喜歡使用他的軟件。這件事告訴他一個信息,實驗室工作也需要一些提高工作效率的技術。他本人一直對如何快速有效分析實驗數據有興趣,于是考慮能不能在這方面做一些工作?
Hodak的夢想是建立一個自動化實驗室,這種實驗室能自動開展實驗、記錄實驗數據。他將這種實驗室命名未生物數據中心。2012年他創辦了一個公司Transcriptic。這個公司成立的目的是利用先進的計算機軟件和機器人代替科學家開展繁瑣的重復實驗操作,讓他們更容易獲得和分析研究數據,最終建立更經濟更有效率也更具有重復性的研究模式。
Transcriptic 和EmeraldTherapeutics兩家公司共同致力于給科學家提供遠程實驗操作,許多大型生物實驗室已經具有自動化實驗設備,例如自動化測序儀等。他們希望能走的更遠,是將更多常規實驗如電泳和分離核酸蛋白分子,并將這種服務提供給各類生物實驗室。
在Transcriptic的協助下,用戶可以使用實驗軟件操作系統將所有實驗步驟轉變成機器識別語言,用戶訂單和任何樣本都可送到Transcriptic,實驗根據用戶要求在計算機控制下自動完成,在不同機器之間機器人協助完成PCR、讀去數據、溶液添加、冰凍和孵育等常規操作。用戶可在線實時獲得實驗數據。
這種服務讓科學家從乏味的實驗操作中解放出來,節省的時間可以專心用于閱讀文獻、撰寫論文和申請經費。加州大學戴維斯分校合成生物學家JustinSiegel正在設計制造一些新的酶,Transcriptic現在能開展分子生物學實驗,讓他的學生節省了大約1/3的時間,尤其是反復進行的DNA克隆和突變方面的工作。
Siegel利用Transcriptic的服務完成了一種檢測橄欖油的生物傳感器的工作,完成這一工作的學生2014年11月3日獲得2014年國際基因工程機器競賽大獎,由于效率提高,讓他們有勇氣嘗試更多設計。
Emerald公司正在檢驗Emerald云實驗室,該技術將給科學家用戶提供一站式在線服務,用戶通過該系統能下實驗訂單、分析數據和建立合作關系。最早于2015年,試用用戶可以對40多種常規實驗技術下訂單,這些實驗包括westernblots蛋白分析、高壓液相分離目標成分等。當實驗訂單下好后,技術人員將在公司的自動化工作站設計實驗,操作樣本盤在機器之間按照程序傳遞并按照程序完成實驗操作,用戶從云實驗室直接獲得研究數據。利用云實驗室,用戶可以試用文本功能分析實驗結果,也可以回顧所有的實驗過程,包括所有的機器和試劑等信息,以及其他用戶授權公開的研究數據。
這種服務和傳統的實驗類似,但是數據采集可更精確,可控性更強。也許有科學家擔心費用會不會很高,Hodak說他們提供的基因克隆和突變和普通實驗室的費用相當,甚至更便宜,考慮到穩定性和人工費用,最終可以減少50%的費用。
當然作為新生事物,有不少人觀望和懷疑,而且由于目前技術的限制,也不是所有的實驗操作都能實現自動化。另外一個大的問題室設備之間的兼容性和通訊障礙問題。