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让机器人做生物学实验

发布时间:2019-10-12 19:53:41 编辑:笔名

自动化和流水线早就成为现代工业生产的主要模式,但是科学实验在自动化方面并不是那么“先进”,许多实验操作都必须是人工操作,人工操作一方面效率比较低,另一方面也容易导致误差,客观上自动化实验有存在的必要,另外随着计算机和机器人技术水平的快速提升,也给自动化实验提供了技术可能。现在美国一些公司已经给科学家提供这种自动化或半自动化实验技术的服务,相信随着这种服务技术的提高,未来科学家完全有可能从具体的实验操作中解放出来。只要有研究经费和思路,机器人帮助科学家完成所有的实验工作,甚至数据分析。你只要将设计方案作好,然后倒杯咖啡,等待者机器人给你完成实验和分析报告,这对科学家来说,这是多么美好的事情。

Max Hodak的研究主要是帮助科学家更方便收集研究数据,当在杜克大学学习生物医学工程专业的时候,他就感到使用纸质实验记录本非常不方便,研究人员需要通过页面搜索才能找到相关数据。2008年,他将所有实验记录检索输入计算机,并编写了一个计算机软件,用户可方便地检索到所需要的内容。当时有人认为这是浪费时间,因为这个工作不能发表论文。但是18个月后当他回到这个实验室发现大家都非常喜欢使用他的软件。这件事告诉他一个信息,实验室工作也需要一些提高工作效率的技术。他本人一直对如何快速有效分析实验数据有兴趣,于是考虑能不能在这方面做一些工作?

Hodak的梦想是建立一个自动化实验室,这种实验室能自动开展实验、记录实验数据。他将这种实验室命名未生物数据中心。2012年他创办了一个公司Transcriptic。这个公司成立的目的是利用先进的计算机软件和机器人代替科学家开展繁琐的重复实验操作,让他们更容易获得和分析研究数据,最终建立更经济更有效率也更具有重复性的研究模式。

Transcriptic 和EmeraldTherapeutics两家公司共同致力于给科学家提供远程实验操作,许多大型生物实验室已经具有自动化实验设备,例如自动化测序仪等。他们希望能走的更远,是将更多常规实验如电泳和分离核酸蛋白分子,并将这种服务提供给各类生物实验室。

在Transcriptic的协助下,用户可以使用实验软件操作系统将所有实验步骤转变成机器识别语言,用户订单和任何样本都可送到Transcriptic,实验根据用户要求在计算机控制下自动完成,在不同机器之间机器人协助完成PCR、读去数据、溶液添加、冰冻和孵育等常规操作。用户可在线实时获得实验数据。

这种服务让科学家从乏味的实验操作中解放出来,节省的时间可以专心用于阅读文献、撰写论文和申请经费。加州大学戴维斯分校合成生物学家JustinSiegel正在设计制造一些新的酶,Transcriptic现在能开展分子生物学实验,让他的学生节省了大约1/3的时间,尤其是反复进行的DNA克隆和突变方面的工作。

Siegel利用Transcriptic的服务完成了一种检测橄榄油的生物传感器的工作,完成这一工作的学生2014年11月3日获得2014年国际基因工程机器竞赛大奖,由于效率提高,让他们有勇气尝试更多设计。

Emerald公司正在检验Emerald云实验室,该技术将给科学家用户提供一站式在线服务,用户通过该系统能下实验订单、分析数据和建立合作关系。最早于2015年,试用用户可以对40多种常规实验技术下订单,这些实验包括westernblots蛋白分析、高压液相分离目标成分等。当实验订单下好后,技术人员将在公司的自动化工作站设计实验,操作样本盘在机器之间按照程序传递并按照程序完成实验操作,用户从云实验室直接获得研究数据。利用云实验室,用户可以试用文本功能分析实验结果,也可以回顾所有的实验过程,包括所有的机器和试剂等信息,以及其他用户授权公开的研究数据。

这种服务和传统的实验类似,但是数据采集可更精确,可控性更强。也许有科学家担心费用会不会很高,Hodak说他们提供的基因克隆和突变和普通实验室的费用相当,甚至更便宜,考虑到稳定性和人工费用,最终可以减少50%的费用。

当然作为新生事物,有不少人观望和怀疑,而且由于目前技术的限制,也不是所有的实验操作都能实现自动化。另外一个大的问题室设备之间的兼容性和通讯障碍问题

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