打造实验室自动化“PC”

今天的生命科学实验室自动化与 20 世纪 70 年代的计算机处于同一位置：即将从小众新奇事物转变为主流无处不在。 这是关于计算机民主化如何发生的故事，以及当今实验室自动化如何经历同样的转变。

“个人电脑”(PC) 的概念于 1977 年首次进入主流，即 Apple II 推出的那一年。 在 Apple II 之前，人们与计算机交互的主要方式是通过集中式“大型机”机器上的“分时”。 人们面前不再有自己的计算机，而是拥有一个连接到中央主机的终端，多个人可以共享一台计算机的运行时间。 大多数人甚至从未见过真正的计算机，它是如此复杂和神秘，以至于只有非常专业的工程师才被允许进入存放它的房间。

在早期，这种模式对于使用计算机处理工资和税收等大型工作的大型企业和政府组织来说效果很好。 事实上，它的效果非常好，以至于 20 世纪上半叶 IBM 董事长兼首席执行官托马斯·沃森 (Thomas Watson) 曾表示：“我认为世界市场可能需要五台计算机。” 大型组织之外的任何人都需要使用计算机——更不用说自己拥有一台（或多台！）计算机——的想法被认为是不可能且不可取的。

典型的大型机式机房

如今，这与许多人对实验室自动化的看法大致相同。 当今的实验室机器人是真正的“大型机”式机器——体积大、价格昂贵，并且需要专业的自动化工程师在中央设施中运行它们。 它们非常适合批量处理高通量实验，但世界上 90% 的实验室仍然无法使用它们。

典型的大型机式实验室自动化设施

对于足够幸运能够使用实验室自动化的生物学家来说，通常只是采用“分时”方式，让人想起集中式大型机。 无论您是在学术实验室还是在工业界，研究人员通常通过其机构的“核心实验室”访问自动化，而不是自己操作。 而且，就像过去大型机的操作员一样，核心实验室将分配研究人员交给他们的工作，并进行“批处理”，以在工作之间有效地分配核心的自动化功能。 提交作业后的几天（或几周，如果您不太幸运和/或资金充足），您将从核心实验室取回数据。

Opentrons 的使命是改变这种范式。 虽然大型机非常适合高通量工作，但它们不应该是自动化实验室工作的唯一选择。 科学家应该能够自动化他们自己的工作。 我们需要一个个人实验室机器人，一个“实验室自动化电脑”，这样人们就可以直接体验实验室机器人提供的加速工作流程。 这就是我们制造世界上最实惠的高精度实验室机器人 OT-2 的原因。

我们认为打造真正的“个人”实验室自动化平台需要三个关键。

1.机器人必须价格实惠，以便中小型实验室可以自己购买。
2.它们需要易于使用，以便普通研究科学家可以操作它们。
3.他们需要保持灵活性，以便在科学家动态、协作的工作流程中工作。

OT-2 可安装在半个实验室工作台上

OT-2 满足了所有这些要求。 它的起价为 5,000 美元，低于大多数实验室的可自由支配支出预算，这意味着在大多数情况下他们甚至不需要官僚批准即可购买机器人。 我们整合了消费技术公司的用户体验 (UX) 流程，遵循与 Apple 和 Google 相同的易用性标准。 我们的机器是市场上唯一一个完全模块化的实验室自动化平台——可以根据研究人员工作流程的需要轻松添加或删除功能——并允许人们轻松与合作者共享他们的自动化协议。

但仅仅因为我们将个人实验室自动化推向市场并不意味着它会成为每个生命科学实验室的主力。 计算机从默默无闻到无处不在的道路并没有发生，因为每个人都是书呆子，都想玩 BASIC 编程； 它的发生是因为人们可以使用他们的电脑来做一些强大的事情。 这就是“杀手级应用”的理念——一种技术的应用，导致主流人群（而不是早期采用者的技术爱好者）使用它。 对于 Apple II，杀手级应用程序是 VisiCalc，第一个电子表格程序。 安装 VisiCalc 后，Apple II 成为企业管理财务的颠覆性工具。 突然之间，世界发生了变化； 不仅是最大的企业需要计算机，而是每个企业都需要计算机。

这就是为什么 Opentrons 协议库如此重要。 它使人们可以访问可下载并在 OT-2 实验室机器人上运行的应用程序。 这些应用程序（PCR 设置、NGS 文库制备、核酸提取、连续稀释等）每天或每周在世界各地的生命科学实验室中完成，每次科学家手动运行它们可能需要数小时 。 此外，这些应用程序是与我们的用户和合作伙伴社区一起开发的，这意味着它们“为科学家服务，由科学家开发”。

虽然个人实验室自动化仍处于早期阶段，但我们已经开始看到它如何改变人们进行实验室工作的方式。 斯坦福大学的 Keoni Gandall 每周都能用他的 OT-2 产生 100 倍以上的基因设计； 贝勒医学院的 Aiden 实验室能够摆脱 NGS 文库准备工作，专注于数据分析，而不是花费大部分时间进行移液； 陈-扎克伯格生物中心的研究人员已经自动化了繁琐的细胞培养步骤，因此他们的研究人员再也不用担心手动胰蛋白酶消化——这样的例子不胜枚举。 全球 45 个国家/地区的科学家，从大型制药公司到小型初创公司，从麻省理工学院、斯坦福大学到社区大学，正在不断提高生产力，并以超乎想象的速度朝着科学目标迈进。

五年或十年后，当每个科学家都拥有自己的实验室机器人，就像我们都有自己的计算机一样时，我们会在哪里？ 正如个人计算机的兴起改变了信息处理和媒体的可能性一样，个人实验室自动化也将改变生命科学的可能性。 当这种情况发生时，我们生命科学研究的全球带宽将会有何变化？ 我们的新发现速度会加快 10 倍吗？ 100 倍？ 1000 倍？ 我们将利用如今遥不可及的无处不在的自动化创造什么？ 当生物学家终于摆脱单调的移液操作并获得创造梦想的工具时，我对看到我们可以创造的世界感到无比兴奋——我们可以创造所有令人惊叹的治疗方法、产品和生态系统。