文|動脈網(wǎng)
哪怕是十年，亦或是五十年后，重新來回顧智慧實驗室產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，2021年無疑都是一個重要的坐標，而2022年將成為一個新的起點。
這是在于，隨著生物科技的發(fā)展、新冠疫情的常態(tài)化，市場對藥物研發(fā)、生物實驗和檢測相關(guān)的需求猛增，智慧實驗室也開始顯露鋒芒。賽道風起，眾多的實驗室創(chuàng)業(yè)項目聚焦在鎂光燈下。
最為出名的莫過于為科學家和藥物研發(fā)組織開發(fā)軟件工具的Benchling，相繼在2021年完成累計3億美元的E、F輪融資，從8.5億美元估值的公司直接躍升為61億美元的醫(yī)療獨角獸。將目光移至國內(nèi)，據(jù)動脈網(wǎng)的不完全統(tǒng)計，2021年是智慧實驗室的活躍期，共發(fā)生8起融資事件，融資金額超過10億元，遠超以往總和。
正在醞釀的市場背后，是我國智慧實驗室產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)建設(shè)的厚積薄發(fā)，是科研工作者的需求迭代，也是新供應(yīng)鏈、新技術(shù)能力的升級。動脈網(wǎng)大致將智慧實驗室劃分為數(shù)字化實驗室和自動化實驗室，并將分別進行盤點分析，此篇為數(shù)字化實驗室細分領(lǐng)域的分享，希望與讀者共同探討國內(nèi)外實驗室支持工具的發(fā)展情況，陪伴行業(yè)成長。
實驗室里的萬億生意
根據(jù)全球咨詢公司Gartner的說法，數(shù)字化實驗室是一種利用數(shù)字技術(shù)改變實驗室運營方式、優(yōu)化業(yè)務(wù)模式并最終提供新收入和創(chuàng)造價值機會的實驗室，減少科學家的非科研工作時間，減輕科學家工作負擔。
得益于充分的經(jīng)濟環(huán)境，國外擁有更多的資源和條件去探索數(shù)字化實驗室的發(fā)展路徑，比如安捷倫、賽默飛、羅氏、雅培、貝克曼和西門子等藥械巨頭基于自身數(shù)十年甚至上百年的經(jīng)驗積淀，都已經(jīng)形成了完成的數(shù)字化實驗室布局。
釋普科技CEO李康表示，國外數(shù)字化實驗室經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。
第一，起始階段，企業(yè)通過提供儀器設(shè)備和耗材來幫助科學家高效、便利和精準實驗；
第二，當設(shè)備和耗材供應(yīng)無法解決越來越復(fù)雜的科研需求時，廠商推出專業(yè)駐場服務(wù)，幫助科學家完成實驗室內(nèi)的非實驗工作，如賽默飛世爾科技的企業(yè)服務(wù)團隊，能為科研實驗室提供設(shè)備維護、供應(yīng)鏈管理、實驗室運營支撐等定制化綜合服務(wù)；
第三，基于人力服務(wù)模式，廠商開始嘗試利用信息化工具來處理科研數(shù)據(jù)，進一步解放科學家，提高實驗室整體效率。如提供ELN服務(wù)的Benchling、從實驗室運營和業(yè)務(wù)角度切入市場的science exchange、專注庫存管理和供應(yīng)鏈的QUARTZY等。
2016年前后，巨頭們動作頻頻，并一度將觸角延伸到了中國。
2016年，賽默飛在中國江西舉辦了首屆賽默飛實驗室數(shù)字信息化解決方案用戶會，并發(fā)布了彼時最新的實驗室數(shù)字信息化產(chǎn)品變色龍增強版Chromeleon XTR數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)；羅氏診斷產(chǎn)品（蘇州）有限公司成立，成為羅氏診斷全球運營網(wǎng)絡(luò)在亞太地區(qū)建立的首個生產(chǎn)基地和研發(fā)中心；西門子醫(yī)療宣布亞太區(qū)首個診斷試劑工廠落戶上海；雅培中國研發(fā)中心正式啟用。
行業(yè)巨頭的動向總是頗具風向標意味，國內(nèi)的創(chuàng)新者也開始追隨探索。據(jù)動脈網(wǎng)的觀察，國內(nèi)很多智慧實驗室領(lǐng)域的創(chuàng)新企業(yè)皆是在這一階段成立的。
而從宏觀角度來看，彼時，“互聯(lián)網(wǎng)+”概念、“在適度擴大總需求的同時，著力加強供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革”新改革目標的出現(xiàn)，也讓制造業(yè)進入大洗牌階段，各行業(yè)開始察覺到了“供求關(guān)系”的變化，企業(yè)家們需要在技術(shù)上實現(xiàn)創(chuàng)新，實現(xiàn)由量到質(zhì)的突圍，行業(yè)也開始從規(guī)模向效率轉(zhuǎn)變，數(shù)字化技術(shù)迎來用武之地。
實驗室數(shù)量的增加也為實驗室支持工具產(chǎn)業(yè)帶來利好。根據(jù)智研咨詢發(fā)布的《2021-2027年中國檢驗機構(gòu)產(chǎn)業(yè)競爭現(xiàn)狀及投資方向研究報告》數(shù)據(jù)，2015年，由中國合格評定國家認可委員會（CNAS）認可的各類認證機構(gòu)、實驗室及檢驗機構(gòu)數(shù)量為7592家，2020年這一數(shù)字已增至12381家。這還不包括極大數(shù)量的企業(yè)實驗室等。
2022年1月1日，新修訂通過的《科學技術(shù)進步法》正式實施。其中，國家實驗室首次作為國家戰(zhàn)略科技力量的重要組成部分被提到，且居于第一位。據(jù)青塔網(wǎng)統(tǒng)計，截至2022年4月，全國各地已有近百家“省實驗室”正式揭牌或啟動籌建。一片全新的藍海，正在悄然蕩開漣漪。
直面實驗室的安全、合規(guī)和效率問題
在同一個行業(yè)中，挑戰(zhàn)是具有普適性的。在安捷倫于2020年舉辦的一場活動[1]上，安捷倫大中華區(qū)企業(yè)級服務(wù)銷售總監(jiān)王麗菊認為實驗室場景下具有以下幾項挑戰(zhàn)：首先是實驗室管理合規(guī)的風險；其次，實驗室人員工作的穩(wěn)定性和發(fā)展路徑；最后也最重要的是提高實驗室的效率。
安捷倫大中華區(qū)銷售拓展團隊總監(jiān)朱穎新則針對不同行業(yè)類型的客戶細化了這些挑戰(zhàn)的區(qū)別：對于科研實驗室客戶，最大挑戰(zhàn)是如何實現(xiàn)獨特性的研究型成果；對企業(yè)實驗室而言，挑戰(zhàn)來源于如何在提高實驗室效率的同時控制好成本；政府實驗室則更加側(cè)重于穩(wěn)定可靠、滿足法規(guī)要求；第三方實驗室則更加特殊，面臨著資本快速流動，效率提升，以及是否有靈活的業(yè)務(wù)運行方式的挑戰(zhàn)。
據(jù)李康介紹，他對全球TOP10的生物醫(yī)藥企業(yè)在中國的研發(fā)中心實驗室負責人調(diào)研后得知，當前科學家平均每天花在手工記錄和統(tǒng)計上的時間超過2小時，8小時工作制里25%的時間被耗在紙質(zhì)手工記錄上。
李康表示，實驗室場景下有非常嚴格的合規(guī)要求，對數(shù)據(jù)的完整性、可追溯性都有非常多的規(guī)范要求，如記錄留痕、簽名、審計追蹤和歸檔備份等。而數(shù)字化技術(shù)最終要解決的，便是保障安全、合規(guī)的同時，提高實驗效率。
斑馬魚數(shù)字智能創(chuàng)始人賈樹新認為，實驗室數(shù)字化要解決的核心問題是“數(shù)據(jù)”的處理，數(shù)據(jù)的可導(dǎo)出性、完整性和可追溯性是科研用戶普遍關(guān)心的問題，對數(shù)據(jù)價值的充分挖掘可以更根本地提升實驗室效率。但目前，實驗室數(shù)據(jù)的使用面臨三個問題：數(shù)據(jù)分散且未數(shù)字化，無法有效獲??；數(shù)據(jù)非結(jié)構(gòu)化無標注，無法有效使用；數(shù)據(jù)所有權(quán)復(fù)雜，無法有效共享。
此外，實驗室還有項目協(xié)同、樣品管理和工具的使用等其他難題，這些都關(guān)系到數(shù)據(jù)能否很好的形成閉環(huán)，而數(shù)字化工具的使用不可避免會帶來實驗室工作習慣的改變，這些都會成為數(shù)字化進程中不可忽視的因素。
數(shù)字化技術(shù)解放了科學家雙手
在傳統(tǒng)的實驗室場景中，科研人員普遍使用紙質(zhì)筆記本和對照表來跟蹤記錄實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果。但是，紙質(zhì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)不容易共享、搜索和標準化，會影響實驗的完整性和準確性。
隨著數(shù)字技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，紙質(zhì)系統(tǒng)正在被數(shù)字化系統(tǒng)取代，借助數(shù)字化實驗室信息系統(tǒng)和連接設(shè)備，科學家可以更加清晰地看到數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，從而基于對數(shù)據(jù)的分析更準確有效地做出決策，取得研究成果。
此外，數(shù)字化技術(shù)使實驗室能夠使用正確的技能、工具和流程來預(yù)防、報告、管理和響應(yīng)數(shù)據(jù)泄露，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、共享和安全的保障，以及提高實驗室資源、試劑、耗材、實驗室用品和資產(chǎn)利用的效率。
總體而言，實驗室數(shù)字化改進了數(shù)據(jù)管理的方式，簡化了工作流程并使研發(fā)更加高效 。除此之外，機器學習和AI的迅速進步也在持續(xù)推動實驗室數(shù)字化的進程，而隨著實驗室的數(shù)字化場景的不斷豐富，研究環(huán)境的數(shù)據(jù)也將成為每個實驗室不可或缺的一部分。
哪件工具更趁手，ELN還是LIMS？
20世紀60年代，美國一些高等院校、研究所和化學公司開始研究和使用計算機和局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)處理實驗室數(shù)據(jù)，LIMS（Laboratory Information Management System ）開始誕生，成為管理實驗室生成的結(jié)構(gòu)化信息、搜索特定測試結(jié)果或收集樣本和研究信息的出色工具。
進入新世紀后，我國的IT公司和實驗室陸續(xù)開發(fā)和實施LIMS，從化學領(lǐng)域開始擴展到食品安全、藥品檢測、疫控、疾控和第三方檢測等各個領(lǐng)域。
但是，藥物發(fā)現(xiàn)和早期開發(fā)中記錄的大部分信息通常是非結(jié)構(gòu)化的，例如文檔、筆記本頁面、序列、分子模型、光譜和圖像。這些數(shù)據(jù)集通常不適合結(jié)構(gòu)化的LIMS數(shù)據(jù)庫。此外，許多 LIMS 的管理工作流程功能通常過于僵化，不適用一些專注早期發(fā)現(xiàn)的研究機構(gòu)。
基于保護、保存和共享研發(fā)知識的需求，電子實驗室筆記本 （Electronic Laboratory Notebook，以下簡稱ELN）應(yīng)運而生。
ELN作為紙質(zhì)實驗室筆記本的替代品而生，但功能不止于此，還包含復(fù)雜的工作流程支持、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、數(shù)字和電子簽名、分析和報告能力。這些功能的實現(xiàn)都是為了提高實驗室效率，同時也提高了機構(gòu)知識的杠桿作用，而且還加強了對知識產(chǎn)權(quán) (IP) 的保護。
基于管理底層電子記錄的技術(shù)，ELN 可以提供紙質(zhì)記錄無法提供的訪問安全性、版本控制、記錄身份驗證和自動時間戳。ELN 提供了用于支持專利和保護知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)據(jù)和信息的最終存儲庫，并補充了 LIMS 在研發(fā)中的傳統(tǒng)用途。
雖然 ELN 和 LIMS 之間仍然存在主要重疊領(lǐng)域，但總的來說，差異可以概括為LIMS 更適合管理結(jié)構(gòu)化信息，而 ELN 在處理更靈活分散的非結(jié)構(gòu)化信息時更勝一籌。可以說，ELN、LIMS、SDMS、企業(yè)內(nèi)容管理 (ECM) 或任何其他技術(shù)類別，并不是解決實驗室中所有數(shù)據(jù)管理挑戰(zhàn)的唯一最優(yōu)的解決方案。根據(jù)實驗室的具體情況和工作特點，每項技術(shù)都有相應(yīng)的用武之地。
在國內(nèi)，賽印信息、百奧利盟、斑馬魚、鷹谷信息、明度智慧、青軟青之軟件等企業(yè)專注或包含了ELN業(yè)務(wù)。
于2022年3月完成天使輪融資的斑馬魚聚焦打造生命科學研發(fā)數(shù)據(jù)平臺，已完成產(chǎn)品易覽筆記的搭建，具備項目管理、實驗記錄、注冊中心及庫存等主體模塊，可以覆蓋生物實驗室絕大多數(shù)使用場景，底層數(shù)據(jù)互聯(lián)打通，可以讓用戶很好的在系統(tǒng)中完成數(shù)據(jù)管理的閉環(huán)。系統(tǒng)的每個模塊具有多種交互方式，并允許用戶根據(jù)各自需求進行配置，友好靈活，可以適應(yīng)各類研發(fā)項目的需求。
AI，工具還是助手？
實驗室數(shù)字化系統(tǒng)還可以通過機器學習和人工智能技術(shù)簡化實驗程序，提高實驗準確性，將實驗室場景中的工具與研究人員鏈接起來，創(chuàng)造一個智能、高效的研究環(huán)境。隨著實驗室數(shù)字化系統(tǒng)取代了部分重復(fù)的工作，研究人員得以將時間和精力投入到核心研究工作中。
通過訪問大型數(shù)據(jù)集、科學文本、圖像和視頻，AI或能實現(xiàn)對比研究，讓科學家更容易建立假設(shè)和設(shè)計實驗方案或后續(xù)研究，科學家們將能夠利用AI優(yōu)勢來簡化他們的工作流程并加快研究進度。
2022年2月19日，安捷倫收購了由Virtual Control開發(fā)的先進AI技術(shù)ACIES。ACIES 自動化了氣相色譜/質(zhì)譜數(shù)據(jù)分析的勞動密集型任務(wù)，提高了從采樣到報告的實驗室工作流程效率。
安捷倫將把這項技術(shù)集成到其用于液相色譜/質(zhì)譜 (LC/MS) 以及氣相色譜和 MS (GS/MS)儀器的 MassHunter 軟件包中，以提高該公司在全球服務(wù)的高通量實驗室的生產(chǎn)力、效率和準確性。
Virtual Control 是一家人工智能和機器學習軟件開發(fā)商，可在實驗室測試中創(chuàng)建創(chuàng)新的分析解決方案。通過此次收購，安捷倫獲得了與 ACIES 相關(guān)的知識產(chǎn)權(quán)和其他資產(chǎn)。作為交易的一部分，ACIES 團隊的核心成員也成為了安捷倫的員工。
此次收購是安捷倫為提高實驗室生產(chǎn)力而對數(shù)字技術(shù)的最新投資。它以公司現(xiàn)有的投資和創(chuàng)新為基礎(chǔ)，通過新技術(shù)、更好的儀器和數(shù)據(jù)集成以及更高效的實驗室工作流程來推進分析實驗室并轉(zhuǎn)變其能力。
物聯(lián)網(wǎng)，聯(lián)接的僅僅是物么？
物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，能夠?qū)崟r監(jiān)測實驗室資產(chǎn)、設(shè)備、數(shù)據(jù)平臺和實驗室環(huán)境控制，對實驗室資產(chǎn)使用和庫存進行實時洞察。物聯(lián)網(wǎng)實驗室可由研究人員從外部控制，與云、本地服務(wù)器設(shè)備連接，隨時隨地訪問。此外，通過傳感器將實驗設(shè)備與后臺系統(tǒng)連接，科學家們可以更加高效實驗，降低人員操作失誤的風險。
物聯(lián)網(wǎng)還可以將實驗室設(shè)備集成到一個集成的工作流程中，從而自動捕獲工作的完整上下游流程和數(shù)據(jù)，再次降低成本和浪費，并允許以后重復(fù)使用數(shù)據(jù)。
同時，物聯(lián)網(wǎng)平臺可以拓展到多個實驗室，實現(xiàn)遠程實驗、數(shù)據(jù)收集并上傳到云端以進行協(xié)作和高級分享，保證實驗室始終處于安全合規(guī)、高效運行的狀態(tài)中。國內(nèi)的釋普科技、邊無際、勢灣科技等企業(yè)便是以物聯(lián)網(wǎng)切入到了數(shù)字化實驗室領(lǐng)域。
釋普科技創(chuàng)始人兼CEO李康在參加動脈網(wǎng)“智慧實驗室”系列活動中介紹，釋普科技專注于實驗室領(lǐng)域，利用AloT、物聯(lián)數(shù)智平臺以及人工智能技術(shù)，為客戶構(gòu)建實驗室數(shù)智化整體解決方案——實驗室數(shù)智化管理平臺“實驗?！?，幫助客戶在人、機、料、法、環(huán)五大環(huán)節(jié)，實現(xiàn)自動化、智能化管理，全面提升運營效率。
創(chuàng)新的本質(zhì)是創(chuàng)造價值，任何創(chuàng)新的落腳點都是人的需求。科技只是手段而非目的，只有“人性+科技”，才能打造出以人為本的好服務(wù)。這個過程無疑會很困難。但做正確的事情，不就應(yīng)該很難嗎？畢竟難行道也是易行道。