文|動(dòng)脈網(wǎng)
哪怕是十年，亦或是五十年后，重新來(lái)回顧智慧實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，2021年無(wú)疑都是一個(gè)重要的坐標(biāo)，而2022年將成為一個(gè)新的起點(diǎn)。
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(chǎng)對(duì)藥物研發(fā)、生物實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)相關(guān)的需求猛增，智慧實(shí)驗(yàn)室也開始顯露鋒芒。賽道風(fēng)起，眾多的實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目聚焦在鎂光燈下。
最為出名的莫過于為科學(xué)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(jì)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(dú)角獸。將目光移至國(guó)內(nèi)，據(jù)動(dòng)脈網(wǎng)的不完全統(tǒng)計(jì)，2021年是智慧實(shí)驗(yàn)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(yuǎn)超以往總和。
正在醞釀的市場(chǎng)背后，是我國(guó)智慧實(shí)驗(yàn)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(jí)。動(dòng)脈網(wǎng)大致將智慧實(shí)驗(yàn)室劃分為數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室和自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室，并將分別進(jìn)行盤點(diǎn)分析，此篇為數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室細(xì)分領(lǐng)域的分享，希望與讀者共同探討國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)室支持工具的發(fā)展情況，陪伴行業(yè)成長(zhǎng)。
實(shí)驗(yàn)室里的萬(wàn)億生意
根據(jù)全球咨詢公司Gartner的說法，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室是一種利用數(shù)字技術(shù)改變實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營(yíng)方式、優(yōu)化業(yè)務(wù)模式并最終提供新收入和創(chuàng)造價(jià)值機(jī)會(huì)的實(shí)驗(yàn)室，減少科學(xué)家的非科研工作時(shí)間，減輕科學(xué)家工作負(fù)擔(dān)。
得益于充分的經(jīng)濟(jì)環(huán)境，國(guó)外擁有更多的資源和條件去探索數(shù)字化實(shí)驗(yàn)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(yàn)積淀，都已經(jīng)形成了完成的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室布局。
釋普科技CEO李康表示，國(guó)外數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室經(jīng)歷了三個(gè)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(lái)幫助科學(xué)家高效、便利和精準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)；
第二，當(dāng)設(shè)備和耗材供應(yīng)無(wú)法解決越來(lái)越復(fù)雜的科研需求時(shí)，廠商推出專業(yè)駐場(chǎng)服務(wù)，幫助科學(xué)家完成實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的非實(shí)驗(yàn)工作，如賽默飛世爾科技的企業(yè)服務(wù)團(tuán)隊(duì)，能為科研實(shí)驗(yàn)室提供設(shè)備維護(hù)、供應(yīng)鏈管理、實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營(yíng)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?yán)眯畔⒒ぞ邅?lái)處理科研數(shù)據(jù)，進(jìn)一步解放科學(xué)家，提高實(shí)驗(yàn)室整體效率。如提供ELN服務(wù)的Benchling、從實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營(yíng)和業(yè)務(wù)角度切入市場(chǎng)的science exchange、專注庫(kù)存管理和供應(yīng)鏈的QUARTZY等。
2016年前后，巨頭們動(dòng)作頻頻，并一度將觸角延伸到了中國(guó)。
2016年，賽默飛在中國(guó)江西舉辦了首屆賽默飛實(shí)驗(yàn)室數(shù)字信息化解決方案用戶會(huì)，并發(fā)布了彼時(shí)最新的實(shí)驗(yàn)室數(shù)字信息化產(chǎn)品變色龍?jiān)鰪?qiáng)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(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)在亞太地區(qū)建立的首個(gè)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(gè)診斷試劑工廠落戶上海；雅培中國(guó)研發(fā)中心正式啟用。
行業(yè)巨頭的動(dòng)向總是頗具風(fēng)向標(biāo)意味，國(guó)內(nèi)的創(chuàng)新者也開始追隨探索。據(jù)動(dòng)脈網(wǎng)的觀察，國(guó)內(nèi)很多智慧實(shí)驗(yàn)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(lái)看，彼時(shí)，“互聯(lián)網(wǎng)+”概念、“在適度擴(kuò)大總需求的同時(shí)，著力加強(qiáng)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革”新改革目標(biāo)的出現(xiàn)，也讓制造業(yè)進(jìn)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(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，實(shí)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(lái)用武之地。
實(shí)驗(yàn)室數(shù)量的增加也為實(shí)驗(yàn)室支持工具產(chǎn)業(yè)帶來(lái)利好。根據(jù)智研咨詢發(fā)布的《2021-2027年中國(guó)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)狀及投資方向研究報(bào)告》數(shù)據(jù)，2015年，由中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)（CNAS）認(rèn)可的各類認(rèn)證機(jī)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)室及檢驗(yàn)機(jī)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(shí)驗(yàn)室等。
2022年1月1日，新修訂通過的《科學(xué)技術(shù)進(jìn)步法》正式實(shí)施。其中，國(guó)家實(shí)驗(yàn)室首次作為國(guó)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(jì)，截至2022年4月，全國(guó)各地已有近百家“省實(shí)驗(yàn)室”正式揭牌或啟動(dòng)籌建。一片全新的藍(lán)海，正在悄然蕩開漣漪。
直面實(shí)驗(yàn)室的安全、合規(guī)和效率問題
在同一個(gè)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(chǎng)活動(dòng)[1]上，安捷倫大中華區(qū)企業(yè)級(jí)服務(wù)銷售總監(jiān)王麗菊認(rèn)為實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景下具有以下幾項(xiàng)挑戰(zhàn)：首先是實(shí)驗(yàn)室管理合規(guī)的風(fēng)險(xiǎn)；其次，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室的效率。
安捷倫大中華區(qū)銷售拓展團(tuán)隊(duì)總監(jiān)朱穎新則針對(duì)不同行業(yè)類型的客戶細(xì)化了這些挑戰(zhàn)的區(qū)別：對(duì)于科研實(shí)驗(yàn)室客戶，最大挑戰(zhàn)是如何實(shí)現(xiàn)獨(dú)特性的研究型成果；對(duì)企業(yè)實(shí)驗(yàn)室而言，挑戰(zhàn)來(lái)源于如何在提高實(shí)驗(yàn)室效率的同時(shí)控制好成本；政府實(shí)驗(yàn)室則更加側(cè)重于穩(wěn)定可靠、滿足法規(guī)要求；第三方實(shí)驗(yàn)室則更加特殊，面臨著資本快速流動(dòng)，效率提升，以及是否有靈活的業(yè)務(wù)運(yùn)行方式的挑戰(zhàn)。
據(jù)李康介紹，他對(duì)全球TOP10的生物醫(yī)藥企業(yè)在中國(guó)的研發(fā)中心實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人調(diào)研后得知，當(dāng)前科學(xué)家平均每天花在手工記錄和統(tǒng)計(jì)上的時(shí)間超過2小時(shí)，8小時(shí)工作制里25%的時(shí)間被耗在紙質(zhì)手工記錄上。
李康表示，實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景下有非常嚴(yán)格的合規(guī)要求，對(duì)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(jì)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(shí)，提高實(shí)驗(yàn)效率。
斑馬魚數(shù)字智能創(chuàng)始人賈樹新認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)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(duì)數(shù)據(jù)價(jià)值的充分挖掘可以更根本地提升實(shí)驗(yàn)室效率。但目前，實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的使用面臨三個(gè)問題：數(shù)據(jù)分散且未數(shù)字化，無(wú)法有效獲?。粩?shù)據(jù)非結(jié)構(gòu)化無(wú)標(biāo)注，無(wú)法有效使用；數(shù)據(jù)所有權(quán)復(fù)雜，無(wú)法有效共享。
此外，實(shí)驗(yàn)室還有項(xiàng)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(huì)帶來(lái)實(shí)驗(yàn)室工作習(xí)慣的改變，這些都會(huì)成為數(shù)字化進(jìn)程中不可忽視的因素。
數(shù)字化技術(shù)解放了科學(xué)家雙手
在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景中，科研人員普遍使用紙質(zhì)筆記本和對(duì)照表來(lái)跟蹤記錄實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)化，會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的完整性和準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)和連接設(shè)備，科學(xué)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(duì)數(shù)據(jù)的分析更準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)室能夠使用正確的技能、工具和流程來(lái)預(yù)防、報(bào)告、管理和響應(yīng)數(shù)據(jù)泄露，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、共享和安全的保障，以及提高實(shí)驗(yàn)室資源、試劑、耗材、實(shí)驗(yàn)室用品和資產(chǎn)利用的效率。
總體而言，實(shí)驗(yàn)室數(shù)字化改進(jìn)了數(shù)據(jù)管理的方式，簡(jiǎn)化了工作流程并使研發(fā)更加高效 。除此之外，機(jī)器學(xué)習(xí)和AI的迅速進(jìn)步也在持續(xù)推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室數(shù)字化的進(jìn)程，而隨著實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字化場(chǎng)景的不斷豐富，研究環(huán)境的數(shù)據(jù)也將成為每個(gè)實(shí)驗(yàn)室不可或缺的一部分。
哪件工具更趁手，ELN還是LIMS？
20世紀(jì)60年代，美國(guó)一些高等院校、研究所和化學(xué)公司開始研究和使用計(jì)算機(jī)和局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)處理實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，LIMS（Laboratory Information Management System ）開始誕生，成為管理實(shí)驗(yàn)室生成的結(jié)構(gòu)化信息、搜索特定測(cè)試結(jié)果或收集樣本和研究信息的出色工具。
進(jìn)入新世紀(jì)后，我國(guó)的IT公司和實(shí)驗(yàn)室陸續(xù)開發(fā)和實(shí)施LIMS，從化學(xué)領(lǐng)域開始擴(kuò)展到食品安全、藥品檢測(cè)、疫控、疾控和第三方檢測(cè)等各個(gè)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(yè)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(kù)。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(jī)構(gòu)。
基于保護(hù)、保存和共享研發(fā)知識(shí)的需求，電子實(shí)驗(yàn)室筆記本 （Electronic Laboratory Notebook，以下簡(jiǎn)稱ELN）應(yīng)運(yùn)而生。
ELN作為紙質(zhì)實(shí)驗(yàn)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(bào)告能力。這些功能的實(shí)現(xiàn)都是為了提高實(shí)驗(yàn)室效率，同時(shí)也提高了機(jī)構(gòu)知識(shí)的杠桿作用，而且還加強(qiáng)了對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP) 的保護(hù)。
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(wú)法提供的訪問安全性、版本控制、記錄身份驗(yàn)證和自動(dòng)時(shí)間戳。ELN 提供了用于支持專利和保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)據(jù)和信息的最終存儲(chǔ)庫(kù)，并補(bǔ)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(lái)說，差異可以概括為L(zhǎng)IMS 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(shí)更勝一籌?？梢哉f，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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室的具體情況和工作特點(diǎn)，每項(xiàng)技術(shù)都有相應(yīng)的用武之地。
在國(guó)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(xué)研發(fā)數(shù)據(jù)平臺(tái)，已完成產(chǎn)品易覽筆記的搭建，具備項(xiàng)目管理、實(shí)驗(yàn)記錄、注冊(cè)中心及庫(kù)存等主體模塊，可以覆蓋生物實(shí)驗(yàn)室絕大多數(shù)使用場(chǎng)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(gè)模塊具有多種交互方式，并允許用戶根據(jù)各自需求進(jìn)行配置，友好靈活，可以適應(yīng)各類研發(fā)項(xiàng)目的需求。
AI，工具還是助手？
實(shí)驗(yàn)室數(shù)字化系統(tǒng)還可以通過機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)程序，提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性，將實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景中的工具與研究人員鏈接起來(lái)，創(chuàng)造一個(gè)智能、高效的研究環(huán)境。隨著實(shí)驗(yàn)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(shí)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(xué)文本、圖像和視頻，AI或能實(shí)現(xiàn)對(duì)比研究，讓科學(xué)家更容易建立假設(shè)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案或后續(xù)研究，科學(xué)家們將能夠利用AI優(yōu)勢(shì)來(lái)簡(jiǎn)化他們的工作流程并加快研究進(jìn)度。
2022年2月19日，安捷倫收購(gòu)了由Virtual Control開發(fā)的先進(jìn)AI技術(shù)ACIES。ACIES 自動(dòng)化了氣相色譜/質(zhì)譜數(shù)據(jù)分析的勞動(dòng)密集型任務(wù)，提高了從采樣到報(bào)告的實(shí)驗(yàn)室工作流程效率。
安捷倫將把這項(xiàng)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(shí)驗(yàn)室的生產(chǎn)力、效率和準(zhǔn)確性。
Virtual Control 是一家人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)軟件開發(fā)商，可在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中創(chuàng)建創(chuàng)新的分析解決方案。通過此次收購(gòu)，安捷倫獲得了與 ACIES 相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和其他資產(chǎn)。作為交易的一部分，ACIES 團(tuán)隊(duì)的核心成員也成為了安捷倫的員工。
此次收購(gòu)是安捷倫為提高實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)力而對(duì)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(shí)驗(yàn)室工作流程來(lái)推進(jìn)分析實(shí)驗(yàn)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(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室資產(chǎn)、設(shè)備、數(shù)據(jù)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境控制，對(duì)實(shí)驗(yàn)室資產(chǎn)使用和庫(kù)存進(jìn)行實(shí)時(shí)洞察。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)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(shí)隨地訪問。此外，通過傳感器將實(shí)驗(yàn)設(shè)備與后臺(tái)系統(tǒng)連接，科學(xué)家們可以更加高效實(shí)驗(yàn)，降低人員操作失誤的風(fēng)險(xiǎn)。
物聯(lián)網(wǎng)還可以將實(shí)驗(yàn)室設(shè)備集成到一個(gè)集成的工作流程中，從而自動(dòng)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(fèi)，并允許以后重復(fù)使用數(shù)據(jù)。
同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以拓展到多個(gè)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)收集并上傳到云端以進(jìn)行協(xié)作和高級(jí)分享，保證實(shí)驗(yàn)室始終處于安全合規(guī)、高效運(yùn)行的狀態(tài)中。國(guó)內(nèi)的釋普科技、邊無(wú)際、勢(shì)灣科技等企業(yè)便是以物聯(lián)網(wǎng)切入到了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)域。
釋普科技創(chuàng)始人兼CEO李康在參加動(dòng)脈網(wǎng)“智慧實(shí)驗(yàn)室”系列活動(dòng)中介紹，釋普科技專注于實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)域，利用AloT、物聯(lián)數(shù)智平臺(tái)以及人工智能技術(shù)，為客戶構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室數(shù)智化整體解決方案——實(shí)驗(yàn)室數(shù)智化管理平臺(tái)“實(shí)驗(yàn)?！?，幫助客戶在人、機(jī)、料、法、環(huán)五大環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化管理，全面提升運(yùn)營(yíng)效率。
創(chuàng)新的本質(zhì)是創(chuàng)造價(jià)值，任何創(chuàng)新的落腳點(diǎn)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(gè)過程無(wú)疑會(huì)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。