當生命科學產(chǎn)業(yè)下游應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴延，檢測的需求勢必不斷增加，實驗室自動化已經(jīng)成為了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。然而，目前多數(shù)的實驗室自動化場景只停留在零散模塊階段，并沒有真正實現(xiàn)全鏈條的覆蓋。未來，我們是否有機會減少人工操作，更好地實現(xiàn)全方位的實驗室自動化？不妨與華興資本醫(yī)療與生命科技團隊一起展開探索。

1實驗室自動化是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢

生命科學產(chǎn)業(yè)大多數(shù)領(lǐng)域都經(jīng)歷了規(guī)模驅(qū)動的發(fā)展階段，尤其是以實驗室作為生產(chǎn)中心的檢測服務(wù)型業(yè)務(wù)，檢測量的增加往往會直接導(dǎo)致人力投入的加大，并不可避免地增加管理成本、人為錯誤和實驗數(shù)據(jù)追溯難度。

隨著下游應(yīng)用領(lǐng)域的需求持續(xù)快速增長，檢測服務(wù)方開始不斷擴大產(chǎn)能和人員規(guī)模，最終使得實驗室行業(yè)成為了非常典型的“勞動密集型”場景。

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其背后的主要因素往往包括實驗室設(shè)備全鏈條覆蓋的缺失及現(xiàn)有人機交互對于人員投入的過多依賴。具體表現(xiàn)為：一方面，現(xiàn)有實驗室設(shè)備無法全鏈條覆蓋實驗室場景下的全部應(yīng)用，另一方面，基于現(xiàn)有人機交互的產(chǎn)品形態(tài)，更多的設(shè)備往往意味著更多的人員投入。目前以常見單體設(shè)備為代表的實驗室“簡單自動化”已經(jīng)很難滿足行業(yè)發(fā)展的進一步要求。如何利用機器和機器之前的協(xié)作來實現(xiàn)設(shè)備間的相互勾稽，最大程度減少對人的依賴，形成“系統(tǒng)化的實驗室自動化”已經(jīng)成為了行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

資料來源：Unsplash，玄刃科技

系統(tǒng)化的實驗室自動化，可以減少實驗室人員投入以及人為錯誤的產(chǎn)生，并可以24*7的不間斷工作完成既定任務(wù)；硬件平臺同時配合LIMS和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)全流程的實驗室管理，從根本上達到降本增效。

2 生命科學需要什么樣的自動化

實驗室自動化最核心的價值并非在于替代人，而是減少實驗流程對人的依賴。

在汽車和3C行業(yè)的自動化生產(chǎn)線，人機接口更多用來監(jiān)控自動化系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，而非需要生產(chǎn)人員親身參與到生產(chǎn)流程。同樣，生命科學自動化的終局為“關(guān)燈實驗室”，目前市場上各類參與者所做出的努力也正是為了實現(xiàn)這一過程。

工業(yè)領(lǐng)域自動化產(chǎn)線

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現(xiàn)階段實驗室內(nèi)的自動化仍然是以單體設(shè)備的人力串聯(lián)為最主要的表現(xiàn)形式，從簡單的搖床培養(yǎng)、移液分杯，到復(fù)雜的單B細胞篩選，儀器設(shè)備都是以實現(xiàn)單一功能為核心的單體自動化，同時這些設(shè)備均以“人機交互”的方式運作。如果需要實現(xiàn)全鏈路的自動化，除了用機器操縱機器，還需要對底層邏輯進行有針對性的設(shè)計和改造。

正如特斯拉實現(xiàn)自動駕駛并非依靠機器人開車，汽車行業(yè)的自動化并非由機器人來操縱設(shè)備，生命科學的自動化不是簡單的擬人化。系統(tǒng)化的實驗室自動化通過視覺、移動、執(zhí)行、數(shù)字四大技術(shù)平臺，實現(xiàn)類比眼、手、腦的完整自動化體系，各個功能模塊在各個功能單元都會有體現(xiàn)，實現(xiàn)全鏈路的感知、執(zhí)行和數(shù)據(jù)拾取。未來實驗室將在無人值守的情況下完成實驗、由人發(fā)起實驗并搭建實驗SOP模型，運用APS排程軟件最高效地布局硬件流程，后由機器完成樣本庫管理、預(yù)處理、實驗分析、后處理、檢測及數(shù)據(jù)采集五大步驟。

資料來源：華興資料整理

我們認為，成熟的實驗室自動化，需要的是由下而上的系統(tǒng)化革新，從底層邏輯的角度，由人機交互變成機器之間的動作交互和數(shù)據(jù)鏈接，實現(xiàn)無人值守的“樣本進、結(jié)果出”式的系統(tǒng)化實驗室自動化。

3 千億級規(guī)模的市場

與成熟的自動化應(yīng)用場景相比，生命科學是典型的自動化應(yīng)用“洼地”。

自動化的價值核心即為工具的價值，即復(fù)雜冗長的實驗流程可以更簡單、更高效、更高質(zhì)量地落地，最大化減少人為因素帶來的各類干擾。

以典型的腫瘤NGS商業(yè)臨檢實驗室為例，從樣本接收、前處理、核酸提取、NGS建庫到測序上機，如果僅依靠手工操作，很難支撐每年上萬份的檢測需求，最大的瓶頸在于單人的產(chǎn)出限制以及人力投入增加后邊際收益的降低。

如果在關(guān)鍵的步驟采用單體自動化設(shè)備（如前處理分液、核酸提取、建庫等），滿編100人的實驗室可以實現(xiàn)5萬樣本/年的檢測需求和報告的及時交付，其中絕大部分的人員仍集中分布在樣本的前處理以及建庫兩大環(huán)節(jié)，人工參與的主要環(huán)節(jié)包括樣本在各個實驗步驟間的轉(zhuǎn)移，實驗流程的監(jiān)控，部分手工流程的執(zhí)行等，而這些環(huán)節(jié)往往是機械式的重復(fù)操作。目前已經(jīng)有企業(yè)開始探索NGS場景下的深度自動化改造，例如諾禾致源在中心實驗室的全鏈條自動化系統(tǒng)Falcon，以及近期科技部的“十四五課題”也在啟動臨床高通量NGS的一體化方案項目。

CXO場景中存在大量自動化留白。由于生產(chǎn)場景中涉及的設(shè)備更多、流程更復(fù)雜，從樣本進入實驗室到按需完成檢測，以及在整個流程各個環(huán)節(jié)符合GLP、GMP法規(guī)，對實驗室的管理都提出了更高的要求。因此CXO是系統(tǒng)化實驗室自動化部署的巨大潛力應(yīng)用市場。目前國內(nèi)頭部CXO企業(yè)，如藥明康德、凱萊英等，均開始進行自動化產(chǎn)線的開發(fā)和應(yīng)用。

除了上述提到的具體應(yīng)用場景，在臨檢、病理、政府、食品、AI制藥、合成生物學等領(lǐng)域，系統(tǒng)化的實驗室自動化也大有用武之地。隨著行業(yè)向標準化、智能化、柔性化的方向發(fā)展，我們相信這將會是個千億級人民幣規(guī)模的市場。

4 群雄逐鹿

目前進入到系統(tǒng)化實驗室自動化的企業(yè)基本可分為三類：

第一類是以數(shù)字化為切入點且有計劃向硬件或耗材轉(zhuǎn)型的企業(yè)；

第二類包括生產(chǎn)單體自動化設(shè)備的廠商；

第三類為跨行業(yè)進入生命科學領(lǐng)域的新勢力。

我們認為，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)化實驗室自動化的團隊，需要具備以下的畫像：

見證過自動化的高級形態(tài)，如參與建設(shè)過汽車行業(yè)或3C行業(yè)的自動化流水線，對工業(yè)自動化有著深入的了解和認知；

具備系統(tǒng)落地經(jīng)驗，團隊具備對客戶需求的感知、理解、轉(zhuǎn)化以及產(chǎn)品落地的全套成功經(jīng)驗，以上經(jīng)驗可以被快速復(fù)制到新的應(yīng)用場景；

硬件和軟件的開發(fā)及整合能力，即實現(xiàn)系統(tǒng)自動化“手、腦、眼”的功能模塊的開發(fā)和協(xié)調(diào)，針對客戶進行操作的優(yōu)化，體現(xiàn)出系統(tǒng)的智能和柔性；

具備自動化和生命科學復(fù)合背景團隊，可以實現(xiàn)對客戶特定應(yīng)用場景的需求準確把握、升華、通過標準產(chǎn)品和定制化產(chǎn)品的組合來實現(xiàn)客戶的需求。

以賽默飛為代表的國際巨頭，在技術(shù)能力上具備了進行全流程自動化整合的能力，但由于成本、供應(yīng)鏈、本地化等因素，在中國為客戶提供整體解決方案的難度大、成本高，也為國內(nèi)優(yōu)秀企業(yè)提供了發(fā)展機會。具備跨行業(yè)經(jīng)驗的團隊可提供更具想象力的新型解決方案，比如基于磁懸浮技術(shù)新型桌面轉(zhuǎn)運平臺，增加了在工作站場景下的“維度+1”的運動體系，提升了實驗排程柔性的同時進一步提高了實驗效率；這一品類的產(chǎn)品已經(jīng)超出了生命科學設(shè)備類型的傳統(tǒng)范疇，顯示了跨行業(yè)團隊為創(chuàng)新技術(shù)帶來新鮮血液。目前國內(nèi)玄刃科技已經(jīng)實現(xiàn)了桌面?zhèn)鬏斊脚_的開發(fā)并準備進入商業(yè)部署。

根據(jù)對行業(yè)的觀察結(jié)合上述畫像描述，我們認為鎂伽機器人、玄刃科技、耐優(yōu)生物等企業(yè)都具備高度的發(fā)展?jié)摿ΑＨA興資本也在持續(xù)關(guān)注“系統(tǒng)化實驗室自動化”方向并與國內(nèi)外優(yōu)秀企業(yè)保持溝通，共同探討這一新方向在國內(nèi)的發(fā)展和落地前景。

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