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解放科學家的雙手 讓機器人做實驗_0

未知 2019-06-19 14:08

  Max Hodak將自己學業中的大部分時間都用在修正科學家收集數據的方式。作為一名曾在杜克大學學習生物醫學工程的學生,他對實驗室在紙質筆記本上記錄試驗數據的做法非常沮喪,因為這會使研究人員不得不翻閱數頁,才能找到相關數據。于是,2008年Hodak把筆記本上的所有數據在電腦上作了索引,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Hodak從硅谷重回實驗室時卻發現,很多當初的質疑者都在使用他的系統。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果。用他的話來說,這是一個生物數據中心。2012年,Hodak的公司Transcriptic成立,并成為一批同類初創公司的先驅。這些公司對外宣稱的口號基本相同:軟件和機器人技術方面的進步將幫助研究人員從手工的苦差事中解放出來,讓他們的數據更容易儲存和查詢,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寄希望于通過遠程計算機為科學家控制生物實驗室提供便利。很多大型生物實驗室已經利用自動化機器測序或復制DNA片段。不過,它們還想將自動化技術用于其他常規實驗,如通過凝膠來移動、分離蛋白質或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的應用程序接口對實驗進行編程,從而將實驗方案的每一步轉為機器可讀的代碼。隨后,顧客指令和所有實物樣本到達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進行。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,將培養皿在聚合酶鏈反應裝置、酶標儀、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據。

  Emerald則正在測試所謂的云實驗室。在這個一站式網上商店里,顧客可定購實驗項目、分析數據并同他人開展合作。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的研究外包機構,但自動化系統和數據采集為科學家提供了更加細微的細節以及對實驗設計的控制。或許有人認為,如此復雜的設備會讓實驗成本變高。

  但Hodak表示,Transcriptic提供的諸如克隆、誘發突變等實驗項目和在學術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OReilly 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,但遠程用戶要受限于一系列標準化的實驗和儀器。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據流的設備。其共同創始人Timothy Gardner表示,該軟件可讓用戶設計工作流程、分析存儲在遠程服務器上的實驗數據,并且根據對實驗表現的分析改變相關參數。


  現有的科學儀器通過多種形式接受指令和記錄數據。Emerald共同創始人Brian Frezza認為,同建立自動控制設備相比,協調這些軟件是一個更為艱難的技術挑戰。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準和軟件。同時,他希望Riffyn提供的軟件能讓實驗室設備之間以及各種設備與科學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為,他們所做工作的直接回報或許在于促進研究整體質量的提高。那些讓科學家更簡單地監控和記錄實驗每個細節的工具,可能有助于解決一些人所爭議的研究重現危機。這是指很多實驗完成得過于草率,或者實驗方法和數據記錄不夠精確,從而導致其他人很難重現研究成果。

  Gardner最強有力的支持者之一、加州量化生命藥學研究院副主任Douglas Crawford表示,改變現狀需要技術和觀念上的雙重轉變。Gardner對此表示贊同,但希望包括Riffyn在內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,我不認為那些文化和教育上的改變將會堅持下去。

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