打造實驗室自動化“PC”

今天的生命科學實驗室自動化與 20 世紀 70 年代的電腦處於同一位置：即將從小眾新奇事物轉變為主流無所不在。 這是關於電腦民主化如何發生的故事，以及當今實驗室自動化如何經歷同樣的轉變。

「個人電腦」(PC) 的概念於 1977 年首次進入主流，也就是 Apple II 推出的那一年。 在 Apple II 之前，人們與電腦互動的主要方式是透過集中式「大型主機」機器上的「分時」。 人們面前不再有自己的計算機，而是擁有一個連接到中央主機的終端，多個人可以共享一台計算機的運行時間。 大多數人甚至從未見過真正的計算機，它是如此複雜和神秘，以至於只有非常專業的工程師才被允許進入存放它的房間。

在早期，這種模式對於使用電腦處理工資和稅收等大型工作的大型企業和政府組織來說效果很好。 事實上，它的效果非常好，以至於20 世紀上半葉IBM 董事長兼首席執行官托馬斯·沃森(Thomas Watson) 曾表示：“我認為世界市場可能需要五台計算機。” 大型組織之外的任何人都需要使用計算機——更不用說自己擁有一台（或多台！）計算機——的想法被認為是不可能且不可取的。

典型的大型機式機房

如今，這與許多人對實驗室自動化的看法大致相同。 當今的實驗室機器人是真正的「大型主機」式機器——體積大、價格昂貴，並且需要專業的自動化工程師在中央設施中運行它們。 它們非常適合批量處理高通量實驗，但世界上 90% 的實驗室仍然無法使用它們。

典型的大型機式實驗室自動化設施

對於夠幸運能夠使用實驗室自動化的生物學家來說，通常只是採用「分時」方式，讓人想起集中式大型主機。 無論您是在學術實驗室還是在工業界，研究人員通常透過其機構的「核心實驗室」存取自動化，而不是自行操作。 而且，就像過去大型主機的操作員一樣，核心實驗室將分配研究人員交給他們的工作，並進行“批次”，以在工作之間有效地分配核心的自動化功能。 提交作業後的幾天（或幾週，如果您不太幸運和/或資金充足），您將從核心實驗室取回資料。

Opentrons 的使命是改變這種範式。 雖然大型主機非常適合高通量工作，但它們不應該是自動化實驗室工作的唯一選擇。 科學家應該能夠自動化他們自己的工作。 我們需要一個個人實驗室機器人，一個“實驗室自動化電腦”，這樣人們就可以直接體驗實驗室機器人提供的加速工作流程。 這就是我們製造世界上最實惠的高精度實驗室機器人 OT-2 的原因。

我們認為打造真正的「個人」實驗室自動化平台需要三個關鍵。

1.機器人必須價格實惠，以便中小型實驗室可以自己購買。 2.它們需要易於使用，以便普通研究科學家可以操作它們。 3.他們需要保持靈活性，以便在科學家動態、協作的工作流程中工作。

OT-2 可安裝在半個實驗室工作台上

OT-2 滿足了所有這些要求。 它的起價為 5,000 美元，低於大多數實驗室的可自由支配支出預算，這意味著在大多數情況下他們甚至不需要官僚批准即可購買機器人。 我們整合了消費性科技公司的使用者體驗 (UX) 流程，遵循與 Apple 和 Google 相同的易用性標準。 我們的機器是市場上唯一一個完全模組化的實驗室自動化平台——可以根據研究人員工作流程的需要輕鬆添加或刪除功能——並允許人們輕鬆與合作者共享他們的自動化協議。

但僅僅因為我們將個人實驗室自動化推向市場並不意味著它會成為每個生命科學實驗室的主力。 電腦從默默無聞到無所不在的道路並沒有發生，因為每個人都是書呆子，都想玩 BASIC 程式設計； 它的發生是因為人們可以使用他們的電腦來做一些強大的事情。 這就是「殺手級應用」的理念——一種技術的應用，導致主流人群（而不是早期採用者的技術愛好者）使用它。 對於 Apple II，殺手級應用程式是 VisiCalc，第一個電子表格程式。 安裝 VisiCalc 後，Apple II 成為企業管理財務的顛覆性工具。 突然之間，世界發生了變化； 不僅是最大的企業需要計算機，而是每個企業都需要計算機。

這就是為什麼 Opentrons 協定庫如此重要。 它使人們可以訪問可下載並在 OT-2 實驗室機器人上運行的應用程式。 這些應用程式（PCR 設置、NGS 文庫製備、核酸提取、連續稀釋等）每天或每週在世界各地的生命科學實驗室中完成，每次科學家手動運行它們可能需要數小時 。 此外，這些應用程式是與我們的用戶和合作夥伴社群一起開發的，這意味著它們「為科學家服務，由科學家開發」。

雖然個人實驗室自動化仍處於早期階段，但我們已經開始看到它如何改變人們進行實驗室工作的方式。 史丹佛大學的Keoni Gandall 每週都能用他的OT-2 產生100 倍以上的基因設計； 貝勒醫學院的Aiden 實驗室能夠擺脫NGS 文庫準備工作，專注於數據分析，而不是花費大部分時間進行移液； 陳-祖克柏生物中心的研究人員已經自動化了繁瑣的細胞培養步驟，因此他們的研究人員再也不用擔心手動胰蛋白酶消化－這樣的例子不勝枚舉。 全球 45 個國家的科學家，從大型製藥公司到小型新創公司，從麻省理工學院、史丹佛大學到社區大學，正在不斷提高生產力，並以超乎想像的速度朝著科學目標邁進。

五年或十年後，當每個科學家都擁有自己的實驗室機器人，就像我們都有自己的電腦一樣時，我們會在哪裡？ 正如個人電腦的興起改變了資訊處理和媒體的可能性一樣，個人實驗室自動化也將改變生命科學的可能性。 當這種情況發生時，我們生命科學研究的全球頻寬將會有何變化？ 我們的新發現速度會加快 10 倍嗎？ 100 倍？ 1000 倍？ 我們將利用如今遙不可及的無所不在的自動化創造什麼？ 當生物學家終於擺脫單調的移液操作並獲得創造夢想的工具時，我對看到我們可以創造的世界感到無比興奮——我們可以創造所有令人驚嘆的治療方法、產品和生態系統。