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实验室自动化创数据完整性价值,“人机协同”是未来趋势

2021-11-17 14:15
亿欧网
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应用于早期制药研发阶段,单批次实验 48 项反应,一天内可完成相同人力一周的工作量——来自瑞士的 Chemspeed 高通量自动化平台 (FLEX ISYNTH)凭借全球首创的顶置式称重加样技术,能够实现边称重边加样,精确控制物料分配至毫克及亚毫克级别。当下,这套服务于默克、赛诺菲、诺华等国际顶尖药企的实验室自动化设备已通过力扬企业有限公司(以下简称力扬)引进国内,被多家创新药企和 CRO 企业使用。

在实验室自动化领域,力扬已经深耕了超过 20 年,主要在医药、石化、新材料等领域为企业研发中心、高校实验室、科研院所提供实验室自动化的解决方案。

实验室自动化与当下火热的实验室机器人概念略有区别,据力扬工作人员介绍,实验室自动化是结合 AI、云端计算、物联网等技术,整合软硬件,实现实验全流程的自动化、数据化、信息化运行和管理。实验流程与执行设备能够自由组合。而实验室机器人仅为执行层面的设备,可以代替人做重复而低价值的工作,属于方案中的构成部分之一。

据悉,力扬 80% 以上的业务来自医药模块。在这一领域,力扬是瑞士 SOTAX 药检仪器、荷兰 Technobis 高通量结晶系统、瑞士 CAMAG 薄层色谱仪、德国  Sepiatec 多通道二维液相色谱仪、瑞士 Chemspeed 高通量自动化平台等多个知名品牌产品的独家区域代理。

力扬CEO黄凯扬对其代理的产品充满自信,前文提到的 Chemspeed 高通量自动化平台是其中自动化最高的一款,被设计应用于化合物库管理中的化合物重新分配。据力扬工作人员介绍,这款自动化仪器不仅优于传统人工,与其他自动化解决方案相比也拥有独特优势,可实现高通量的样品制备,流程中包括难以克服的标准化固体试剂加药。

“市场上很多方案是利用机械臂代替人手,实现对试剂瓶和孔板等仪器在不同平台间的高效转移。但机械臂的问题在于难以在操作固体时实现标准化。液体性质比较单一,但固体它存在‘颗粒大小’、流动性,粉末蓬松程度等多项因素差别,一直以来难以保证实验的标准化。而固体夹药、控温搅拌等环节恰恰也是传统实验容易出错的环节,相当于没有完全解决核心痛点” 上述工作人员说。

在黄凯扬的观念中,利用自动化和智能化技术替代传统人工操作,并且解决实验室的核心痛点是大势所趋,自动化要把人从重复机械的劳动中解放,保障安全有效的前提下,漫长的药物开发周期也能因此大幅缩短。

而对于力扬而言,黄凯扬希望在通往实验室 “人机协同” 的道路上,能将欧洲较为先进的设备引入国内,不止于此 —— 还能为国内的机构提供研发服务,帮助其切实解决实验方法的开发和转移的难题,少走弯路。

实验室自动化不止于 “降本增效”

“让科学家把更多精力和时间投入到更有价值的工作中去。” 这是黄凯扬一直以来的观点。在他的设想中,当科学家们从机械繁琐的劳动中解放,他们就可以把更多的精力投入到实验设计、工作流程编辑和数据处理等更具创造性的工作中。

黄凯扬清楚,想达到这一目标,在提升速度之前,先要保证实验的重复性 (标准化)。“这正是当前实验室自动化主要解决的两个痛点,提升效率的同时提高质量。”他对亿欧大健康说道。

事实上,在以生物、化学为基础的制药行业,几乎所有成果都建立在大量的实验基础之上。制药行业也由于其高附加值的特点,在实验室自动化上一直走在最前列。当下,市场上已有在样品前处理、合成、纯化、分析,工艺放大等各个环节上相应的解决方案。

以样本前处理为例,是整体样品检测和研发过程中最耗时的一项,约占到整个流程的三分之二时间。力扬代理的 SOTAX TPW 样品前处理工作站便是针对这一环节所开发的自动化设备,可用于固体制剂和制粒中间体药物测试的全自动样品前处理和分析。

据介绍,SOTAX TPW 样品前处理系统的实验效率是专业技术人员的3 倍,且节省 8 成溶剂用量。更重要的是,其采用智能化模块可根据取样量的不同自动校正所添加的溶剂用量,使其产生的结果能够免受称量精密度的影响,降低错误率。

样品前处理只是整个实验室自动化的一个缩影,更低的实验错误率意味着更高的数据质量,高质量数据又可以进一步提升实验效率。

当前,提升实验效率的手段除了自动化高通量技术,还有建立 AI 模型的干预实验。以数据为桥梁,两种手段其实相辅相成:AI 需要大数据支撑机器深度学习,自动化实验则可以高效快速获取可靠的实验数据。

“实验效率低就不足以快速积累足够的数据训练,如果数据不可靠,那就毫无意义。” 黄凯扬解释说,“自动化不仅是降本增效,更体现了其带来数据完整性在研发过程中创造的价值。”

未来趋势是 “人机协同”

疫情过后,当实验室自动化的趋势逐渐被普遍认可,黄凯扬却在思考未来实验室自动化后该是怎样一种形态。

“在未来实验室中,即便有了尖端的技术和设备,科研人员也同样至关重要。相比之下,更值得深思的是人机之间要以何种工作模式才能效率最大化。” 黄凯扬说。而 “人机协同” 的前提则是机器设备的本土化。

基于这一思考,力扬的规划一直围绕在 “如何为国内企业提供欧洲设备本土化的技术服务” 之上。甚至在黄凯扬眼中,力扬提供的技术服务正是力扬不同于其他仪器代理商能够立足的根本。

“我们发现,实验方法开发和转移的市场需求特别大,尤其在药物开发和研究方面。” 这令黄凯扬很早就意识到,完善的技术服务能让国内用户在自动化实验室建设过程中少走很多弯路。

黄凯扬介绍自己的专家与工程师团队时表示,“他们是复合型人才,不仅懂仪器设备,还懂实验,并且要拥有真正的实验经验,因此他们能听懂客户专业的化学语言,解决用户最担心的本地化服务问题。”

2019 年,力扬在深圳成立了自己的智能型实验室,用于方法转移验证服务。实验室成立后,力扬的专家团队在这里为各种复杂的科学实验从手动操作转化为高通量自动化操作进行可行性方法验证,为高校实验室、企业研发中心提供个性化的、可落地的实验室自动化解决方案。

而在未来 “人机协同” 的背景下,力扬正着眼于如何进一步降低自动化设备的使用门槛。黄凯扬透露,他们目前正在进行将设备与 AR 技术相结合的尝试,希望未来能通过增强现实技术和智能眼镜为实验人员提供人机交互的使用体验。

对此,黄凯扬描述:“通过智能眼镜可以实时提醒用户当前的设备状态,每一步的操作流程和注意事项,甚至能够根据实验目标建议实验设计,准备物料。即使是没有经验,也可以正确地使用我们的自动化设备。”

本文来源于亿欧,原创文章,作者:魏江翰。转载或合作请点击转载说明,违规转载法律必究。            来源:          魏江翰          

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