新冠肺炎疫情如何徹底改變了生命科學

2020 年連續幾個月，新聞報道都報道人們排隊等待數小時接受 SARS-CoV-2（導致 COVID-19 的新型冠狀病毒）檢測。數百萬人想知道自己是否感染了病毒，但檢測結果很難取得，許多人因此落選。而那些能夠接受檢測的人往往要等待幾天或幾週才能得到結果，這使得整個過程對於阻止疾病傳播的努力幾乎毫無用處。檢測混亂的原因很複雜——需求量大、供應稀缺、人員配置問題——但一個主要瓶頸很明顯：處理臨床檢測的實驗室根本無法滿足需求。大多數實驗室根本沒有足夠的能力來處理大量測試樣本。

事實上，COVID-19 疫情暴露了傳統實驗室的一個重大缺陷：大多數實驗室無法迅速從常規運作中轉變，以滿足全球衛生危機迅速升級的需求。他們的設計和程序（設備、供應鏈、工作流程等）無法擴展以滿足診斷測試的迫切需求。但一些創新實驗室能夠迅速提高以滿足需求。到年中，曼哈頓的疫情應對實驗室、歐洲的許多醫院診所以及世界各地的許多其他實驗室已經徹底改革了他們的運作方式，每天處理數千個測試樣本，有些甚至從頭開始。他們是如何做到的？他們採用了最新一代的實驗室自動化技術，其基石是 Opentrons 的液體處理機器人，這些機器人易於使用、開源，也許最重要的是價格實惠。

為我們其他人服務的機器人幾十年來，機器人一直被用於實現生命科學實驗室流程的自動化。但它們通常不太易於使用。大多數都是使用專有軟體的複雜機器。它們需要陡峭的學習曲線，並將用戶鎖定在一個供應商上。它們沒有提供科學合作的選擇，因此協議和結果很少共享，從而延遲了科學進步。而且它們價格昂貴。相反，Opentrons 的移液機器人是生命科學領域的真正的革命。小型診所和研究計畫、生物技術新創公司、DIY 研究人員和許多其他人都可以使用它們，它們正在幫助世界各地的科學家快速解決冠狀病毒檢測瓶頸等重大問題，並合作探索氣候變遷和全球糧食短缺等其他重要問題。

「生命科學將成為 21 世紀最重要的技術，」Opentrons 聯合創始人兼首席產品長 Will Canine 說。 「我們正在建立一家讓每個人都能更輕鬆地使用生命科學工具的公司。」想像一下你的實驗室可以用機器人做什麼？

以使用者為中心的設計：為科學家打造的工具

現在您不應該使用專為自己而非供應商的技術人員打造的工具嗎？

大多數實驗室科學家都經歷過手工吸取數百或數千個液體樣本的枯燥乏味。這項工作可能需要數小時甚至數天的時間。一次失誤、一次計算錯誤都可能意味著整個實驗都受到影響。重複性壓力損傷很常見。

標準實驗室自動化系統承諾可以減輕這種痛苦。但它們在時間和金錢上都付出了高昂的代價。大多數這樣的系統都很複雜，操作起來很難。僅僅訂購一個系統就意味著需要幾個月的時間進行規範和客製化建造過程。然後，一旦交付和安裝，它們通常需要數週的用戶培訓。一名工作人員可能需要數月的時間才能學會如何使用它——而且他們是唯一可以操作它的人。如果出現問題，通常意味著關閉機器，直到供應商可以派編程專家到現場排除故障。

此外，標準機器人通常是封閉系統，由供應商編程為僅使用供應商的試劑完成一項特定任務。他們很難適應其他工作——例如處理數以萬計的冠狀病毒檢測樣本。

極為簡單的機器人Opentrons 的實驗室機器人與眾不同。它們是極其簡單的開源即插即用系統，無需任何編碼知識即可開始使用。與購買個人電腦類似，一旦拆箱並放在實驗台上，這些機器人就可以開始工作。有了 Opentrons 機器人，設計和運行實驗變得非常簡單。可以使用無程式碼的拖放模組開發協議，也可以從免費協議庫（其中包括 Opentrons 開發的協議以及世界各地科學家共享的協議）下載協議。那些想要發揮創意的人可以調整現有程式或使用開源 Python API 編寫自己的程式。 Opentrons 技術人員也可以在線上協助開發工作流程。將協定上傳到 Opentrons 應用程式後，機器將完成剩下的工作。以前手工完成的實驗室工作（移液、連續稀釋、NGS 文庫製備、PCR 樣品製備、qPCR 製備等）需要花費數小時，現在已完全自動化，讓您和您的同事可以專注於研究，而不是移液。

「COVID-19 是 Opentrons 為應對的挑戰。」— Opentrons 共同創辦人兼首席產品長 Will Canine

應對 COVID-19 危機正如世界各地的實驗室在 2020 年發現的那樣，Opentrons 機器人的用戶友好功能也使許多實驗室能夠快速轉向應對全球公共衛生危機。 2020 年初，Opentrons 發表了一篇部落格文章，解釋瞭如何快速部署一組八個Opentrons 機器人來自動執行冠狀病毒測試的幾個步驟——樣品接種、RNA 提取和qPCR 設定——並每天運行2,400 次測試。幾週之內，新開發的 Opentrons COVID-19 測試系統（包括硬體和開源協議）已被全球數十個臨床站點訂購並部署。

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