實驗室自動化近年來已成為深受科研機構

、產業領域、檢驗檢測行業關注的熱點技術。以2020年初爆發的新冠肺炎疫情為例
，麵對突然激增的檢測樣本數量，以及對樣品檢測效率和準確性的高要求，催生了大量的自動化儀器設備和集成化的手段
，例如全自動移液工作站


、全自動核酸檢測儀器等。

本ben文wen旨zhi在zai基ji於yu調tiao研yan的de基ji礎chu上shang，對dui當dang前qian國guo內nei實shi驗yan室shi自zi動dong化hua的de普pu及ji廣guang度du及ji深shen度du做zuo一yi些xie初chu步bu的de論lun述shu，探tan討tao一yi下xia實shi驗yan室shi自zi動dong化hua未wei來lai的de發fa展zhan方fang向xiang及ji其qi重zhong點dian。限xian於yu作zuo者zhe水shui平ping，文wen中zhong觀guan點dian可ke能neng有you偏pian頗po之zhi處chu，歡huan迎ying在zai評ping論lun區qu批pi評ping指zhi正zheng。

對於實驗室自動化，到目前為止並沒有一個普遍的定義，通常是指利用各種自動檢測儀器、設備和計算機等手段實現測量、實驗（包括樣品製備、前處理等）和數據處理的自動化，借以減輕實驗人員的手工操作，提高科研工作效率。一般來說，根據自動化的程度和規模，現代實驗室自動化大致可分為以下四個層級：

一
、單模塊形式自動化，也就是針對實驗室某一操作或步驟進行自動化和智能化

，例如自動化樣本運輸，自動化樣本存儲

，自動化配液
，自動化稱量
、自動化離心、自動化消解以及自動化測試等操作。

二、工作站形式自動化，主要針對某些常用的流程，集成多個模塊
，以實現一序列連續的自動化，例如化學前處理流程自動化、病毒前處理流程自動化
、微生物前處理流程自動化
、核酸檢測流程自動化等。

三、流水線形式自動化

，即針對大量的樣品，集成多種樣品前處理及測試分析儀器

，實現全流程自動化，包括自動化樣本運輸
、自動化開蓋壓蓋、自動化離心、自動化混合
、自動化過濾以及自動化上機檢測等。

四、機器人形式智能化
，yejiushishiyanshizidonghuadezuigaojibie
，jishiyanshizhinenghuacaozuoheguanli，tongguojinjulihuoyuanchengduizhinengjiqirenfachuzhiling

，jinxingsuoyoudeshiyanshicaozuo
，baokuoyangpinqianchuli、分析檢測和實驗數據的處理，並可以循環往複地進行。

就中國目前的實驗室自動化發展水平而言，有一種說法認為中國的實驗室自動化發展水平相比歐美發達國家有大約20餘年的時間差。據2020年7月8日Nature期刊封麵報道，英國利物浦大學的研究人員建造了世界上第一台自主移動機器人科學家，可進行7×24小時連續工作並自行進行實驗
，從而首次實現了從實驗設備自動化向操作人員‘自動化’的突躍。

實驗室自動化的另一個發展方向在於集成化。在這方麵，Automated Science係xi列lie公gong眾zhong號hao曾zeng報bao道dao，美mei國guo在zai生sheng化hua領ling域yu已yi經jing有you集ji成cheng化hua雲yun端duan實shi驗yan室shi投tou入ru市shi場chang
，科ke技ji工gong作zuo者zhe客ke戶hu隻zhi負fu責ze設she計ji具ju體ti的de實shi驗yan框kuang架jia和he各ge項xiang參can數shu
，以yi及ji郵you寄ji一yi些xie特te別bie的de原yuan始shi材cai料liao，就jiu可ke以yi由you機ji器qi遠yuan程cheng在zai雲yun端duan實shi驗yan室shi負fu責ze解jie決jue下xia遊you的de所suo有you實shi驗yan過guo程cheng，並bing反fan饋kui實shi驗yan數shu據ju

，幫bang助zhu客ke戶hu分fen析xi數shu據ju。

可ke以yi說shuo，歐ou美mei發fa達da國guo家jia的de實shi驗yan室shi自zi動dong化hua已yi開kai始shi向xiang智zhi能neng形xing式shi機ji器qi人ren邁mai進jin

，而er在zai中zhong國guo，大da多duo數shu實shi驗yan室shi自zi動dong化hua的de程cheng度du還hai主zhu要yao停ting留liu在zai單dan模mo塊kuai形xing式shi上shang。個ge別bie領ling域yu的de實shi驗yan室shi實shi現xian了le工gong作zuo站zhan形xing式shi以yi及ji部bu分fen實shi現xian流liu水shui線xian形xing式shi自zi動dong化hua。

在國內，目前實驗室自動化應用程度最高的是醫院檢驗科，現階段可以達到采血後放到機器，通過生化免疫流水線完成全部的前處理
、檢測、結果報告和後續樣品存儲等全檢驗過程自動化，極大程度地簡化了工作流程，加強了質量管理，降低了人為誤差和生物汙染率等。

流水線全稱為全自動實驗室軌道連接係統(Total laboratory automation

，TLA)，簡稱TLA，根據檢測項目可分為生化免疫流水線、血球流水線、尿液流水線等。目前國內90%的用戶群體為中大型醫院檢驗科
，當前國內保有量約為1500套。TLA是全方位的自動化實驗室係統
，由輸入/輸出、離心、脫蓋、分杯、分析、加蓋、存儲及數據管理8大基本功能模塊組成，具體環節主要包括：自動掃碼、樣本分揀、離心、脫蓋、分析
、加蓋
、存儲、傳輸結果
、確認和樣本複檢等，是檢驗實驗室高度自動化的極致體現。目前中國TLA流水線基本為進口品牌所壟斷，其中貝克曼和羅氏表現最為突出，國產品牌具備流水線平台的廠家主要有邁瑞、安圖和邁克等，但終端用戶對於國產品牌接受度尚不太理想。

同時
，其他與醫學檢驗相關的大型實驗室，如疾控、血站、大型藥企、以及大型第三方醫學檢測實驗室等的自動化程度也非常高，基本能夠達到工作站形式自動化。例如，某血站機構近年引進的MDC-QIA全自動標本處理係統，借助軌道將各自動化功能模塊銜接，可實現從血液試管標本接收
、信息錄入和數量核對、離心
、冷藏、挑選、開蓋、轉移載架等的全自動化檢測前過程。

此外，國內多家醫院和第三方檢測平台（如華銀）等也在近幾年陸續引進BD Kiestra InoqulA全自動標本處理係統，通過該係統能實現自動識別標本類型

、自動選擇培養皿種類、自動貼標簽
、自動取樣，並通過磁珠在磁場的作用下進行劃線接種，甚至還包含了自動孵育係統和數字成像係統，實現了微生物檢驗全程自動監測。

雖然說當前國內體外診斷領域的自動化程度已經走在了前列，但其他領域的實驗室自動化水平仍然相對較低。對於大多數普通實驗室來說


，盡管有眾多的分析檢測儀器可以實現自動化的檢測
，但shiqianduandeyangpinchulifangmian，zidonghuachengduxiangduieryanyiranfeichangdi，xuyaoxiaohaodaliangderengong，yijibukebimianxuduozhongfuxingfansuoxingdegongzuo。piru，zaiyetichulifangmian，suiranshichangshangyetuichuleyixiebiaozhunhuadezidongyiyexitong，danshizheleishebeiyibanzhijizhongzaiyiyepeiyefangmian，綜合性處理不夠，針對生物領域的96孔板操作較多
，而對於像384孔板、1536孔(kong)板(ban)等(deng)更(geng)精(jing)細(xi)樣(yang)品(pin)的(de)操(cao)作(zuo)則(ze)相(xiang)對(dui)較(jiao)少(shao)。此(ci)外(wai)
，實(shi)驗(yan)室(shi)中(zhong)粉(fen)末(mo)及(ji)固(gu)體(ti)顆(ke)粒(li)的(de)稱(cheng)量(liang)也(ye)基(ji)本(ben)是(shi)通(tong)過(guo)人(ren)工(gong)操(cao)作(zuo)完(wan)成(cheng)，在(zai)樣(yang)本(ben)量(liang)比(bi)較(jiao)大(da)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，就(jiu)很(hen)繁(fan)瑣(suo)，急(ji)需(xu)要(yao)自(zi)動(dong)化(hua)的(de)稱(cheng)量(liang)，如(ru)果(guo)與(yu)後(hou)續(xu)樣(yang)品(pin)溶(rong)解(jie)轉(zhuan)移(yi)相(xiang)結(jie)合(he)的(de)話(hua)，就(jiu)還(hai)需(xu)要(yao)稱(cheng)量(liang)校(xiao)準(zhun)和(he)樣(yang)品(pin)處(chu)理(li)的(de)集(ji)成(cheng)。另(ling)外(wai)，在(zai)合(he)成(cheng)領(ling)域(yu)自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)度(du)也(ye)相(xiang)對(dui)較(jiao)低(di)，合(he)成(cheng)涉(she)及(ji)的(de)樣(yang)品(pin)條(tiao)件(jian)比(bi)較(jiao)複(fu)雜(za)，需(xu)要(yao)更(geng)加(jia)複(fu)雜(za)的(de)集(ji)成(cheng)能(neng)力(li)。

據了解，目前國內對於實驗室自動化集成技術的需求主要集中在生物醫藥、化工合成
、食品安全和環境監測等領域
，具體應用包括液體處理
、樣品處理（包括存儲、拿取）、化合物篩選、樣品檢測和自動包裝等方麵。例如，生物醫藥領域中用於HPLC、LCMS
、GC、GCMS和NMR的自動化樣品製備

，用於預篩選和多晶型物篩選研究的自動化液體和粉末處理平台
，用於製藥行業全麵質量管理的GMP認證過程的自動化以及用於檢測合成代謝劑、麻醉劑、抗雌激素物質、大麻素和興奮劑的樣品製備用自動化液體處理平台等
；食品安全領域食品汙染物分析中自動化高通量的固相萃取
，農藥殘留分析中QuEChERS樣品製備過程的完全自動化

，3-MCPD樣品製備自動化/食品及油中汙染物分析的樣品製備等；化工合成領域中用於ICP分(fen)析(xi)的(de)潤(run)滑(hua)油(you)樣(yang)品(pin)製(zhi)備(bei)自(zi)動(dong)化(hua)平(ping)台(tai)，自(zi)動(dong)化(hua)固(gu)相(xiang)或(huo)液(ye)相(xiang)合(he)成(cheng)的(de)化(hua)合(he)物(wu)合(he)成(cheng)平(ping)台(tai)，自(zi)動(dong)化(hua)肽(tai)合(he)成(cheng)以(yi)及(ji)惰(duo)性(xing)條(tiao)件(jian)下(xia)自(zi)動(dong)化(hua)的(de)催(cui)化(hua)劑(ji)合(he)成(cheng)
，催(cui)化(hua)劑(ji)樣(yang)品(pin)製(zhi)備(bei)的(de)造(zao)粒(li)
、研磨和篩分工具等。

那麼，一個理想的實驗室自動化係統應當具備哪些特性呢？根據相關調研反饋

，未來的實驗室自動化係統主要需要在以下幾個方麵實現突破：

a
、開放性，並不局限於本廠家儀器的連接
，而是可以與其他任何廠家的分析儀器進行連接
；

b、完整性，具有完整的“分析前-分析中-分析後”硬件及軟件支持
，信息係統完整；

c、靈活性，整個係統可以根據場地要求

，進行多種擺放方式；

d
、獨立性，各個單元既相互協作又相對獨立，各單元均可獨立運作

；

e、完備性，具有冷藏儲存後處理自動化的係統。實驗室自動化係統是一個多專業、多技術綜合的密集型係統工程，強調的是多科學均衡
，成熟、穩定的技術集成
，需要多專業、多學科的技術人員緊密配合，更需要有長期穩定的團隊建設和資金投入
，以不斷地進行探索、改進與發展。因此，國內能夠做好這類係統產品的廠商還不太多。

除此之外，實驗室自動化雖然在解放人力
、提高工作效率和檢測溯源性等方麵的優勢非常明顯，但其在眾多國內實驗室的應用推廣上仍受到不少的限製，主要的限製因素包括：

A、經費有限，難以購買自動化平台或無法維持後續使用成本；

B、樣本數量不夠
，沒有必要使用自動化；

C
、對實驗室自動化的認識存在誤區，很多科研人員對自動化的認識還簡單地停留在“比人工快”derenzhishuipingshang，shijishangzidonghuadeyiyigengduodizaiyushiyanjieguodegaodukezhongfuxing，jiangdirenweicaozuodechucuojilv，shixianwurenzhishou，jiangshiyanrenyuancongjixiexingzhongfuxingdedijishuhanlianglaodongzhongjiefangchulai，jiangyouxiandeshijiantourudaogenggaojiazhidelaodongzhongqu。shiyanshizidonghuadejiansheshiyixiangzonghexingdexitonggongcheng，shejimianguang
，bumenzhongduo。

所以

，各實驗室應根據自身的實際情況和業務發展，結合投入經費、存儲標本量、分析項目種類、科室工作流程
、場地等具體情況進行總體規劃，再分階段逐步落實建設，還要注意係統的兼容與擴展


，最終實現大規模的實驗室自動化。

根據相關機構估測，國內智能化實驗室市場規模可能高達萬億級
，譬如，上海規劃三年內建設100+智能工廠，而智能實驗室則是智能工廠的重要組成部分。此外，未來幾年內我國生物安全P2、P3實驗室建設熱潮或將實現上萬個規模實驗室的投入建設
，對於實驗室自動化
、智能化廠家而言，其中的商機也必將是巨大的。