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《廣州日報》:“大白”來做實驗!

发布时间 2018-06-13 09:36点击次数 1192次

/廣州日報全媒體記者王納

/廣州日報全媒體記者軒慧

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一個機械臂在做實驗。


在電影鋼鐵俠系列裏,男主人公托尼給智能系統布置了機甲和方舟反應爐的研發方向,然後去參加party和享受生活了,所有的研發都由機器人自主完成。

如今,這種場景正在變爲現實。

  近日,廣州日報全媒體記者走進了中國科學院深圳先進技術研究院合成生物學研究所(籌)(以下簡稱合成所),看到了國內屈指可數的幾套自動化研究設備之一。

機器人能自動完成各類生物實驗

當廣州日報全媒體記者走進中科院深圳先進院合成所的實驗室時,瞬間就被實驗室左右兩邊的對比所震撼了。實驗室的右側是傳統的生物研究人員工作場景,研究人員是清一色的一身白色實驗服,專注地擺弄著各種試劑,小心翼翼地使用著各種儀器。實驗室的左側是一個機器人研究人員,只見一個機械臂在軌道上來回走動,穿梭在各種設備中間,一邊擺弄試劑,一邊操作各種檢測儀器,整個過程完全沒有人類研究員在旁邊操控。


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合成所的實驗室右側是傳統的生物研究人員工作場景。


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一个“機器人研究人員”在做合成生物学实验。

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  合成所所長助理、研究員傅雄飛向記者介紹稱,這一套小型的自動化研究設備是屬于自動化實驗室的一部分,也是近兩年國際開始流行的科研方式。當研究人員設計好整個實驗的流程,機器人就可以自動化地進行合成生物學實驗了。

  傅雄飛舉例說,它目前已實現了自動化地做DNA的提取、編輯、拼接和轉化實驗,還可以做細胞的培養、細胞生物學特性測定等。

高通量讓更多的自動化實驗成爲可能

  機器人代替了研究人員?這話聽起來有點嚇人,但在傅雄飛看來,使用機器人的好處就是能解放研究人員——讓機器人代替研究人員完成一些重複性的科研實驗,從而解放出了研究人員的雙手。研究人員應該是腦力勞動者,而不是體力勞動者。

那使用自動化研究設備有哪些優勢?

  一方面是效率高。傅雄飛介紹說,自動化研究的效率高是表現在它的通量(單位時間內的産量)大,可以在同一時間操作數以百計的樣品。你看它一根針一根針下去,就在那邊加試劑、測試反應。傳統上這個工作由研究人員來做,只能每次一根針或數根針來加。而用機器人來做,這種小型的試驗一次就能加96根,甚至更多的是一次384根。

  記者了解到,作爲合成生物學的研究對象——“人工合成生命體,對它的系統研究需要通過大量的設計-合成-測試-學習閉環的循環研發過程。不斷重複的實驗、海量的分析數據非常浪費人力和時間,這被稱爲生物學研究中不必要的必需,也讓生物學實驗室被戲稱爲勞動密集型工作。而自動化研究設備正是解決這個痛點。

  數據顯示,美國工程院院士基斯林的數十人研究團隊花了10年時間研發了人工改造微生物合成生産青蒿素的前體青蒿酸;而由該團隊轉化的公司Amyris利用全自動化研究設備研發微生物合成精油分子,僅兩人的研究團隊只花了一年左右就完成了人工改造菌株的研發。

  另外一個優勢是標准化。因爲人工操作往往因爲諸多不可避免的系統誤差,往往導致合成生物學研究中的可重複性比較差。傅雄飛告訴記者:自动化机器操作就可以通过标准化的流程、精确的操作、统一的測試,提高实验的可重复性。

雲端實驗室讓研究員變成托尼

  前文提到的那種仿佛跟鋼鐵俠托尼一樣的實驗室場景——研究人员通过线上可以在世界的任何角落给网络提交实验設計,然后由机器人自动地完成所有的实验流程——什麽時候能實現呢?

  傅雄飞告诉记者,这就是他们主导設計的云端实验室的场景。在云端实验室里,我们可以用算法、软件、数据库来辅助研究员的設計,研究人员可以在世界各地登陆我们的云端实验室,把实验的流程設計好之后,让实验室里的机器人自主完成合成生物的合成測試实验,然后得到结果。在這個實驗室裏,合成生物學可以高通量標准化地完成設計-合成-測試-學習閉環的循環研發過程。所以,?“在這個雲端實驗室裏,將不僅僅是你看到的這個機器人,後面還包括人工智能、大數據等。傅雄飛說。

  據了解,由深圳合作所牽頭打造的合成生物研究重大科技基礎設施(簡稱大設施)已經獲深圳發改委批複立項,該項目計劃投資約10億元,預計今年年底開始動工。大設施將是目前世界上理念前瞻、啓動最快的合成生物學科研基礎設施,其中就包括了全自動化實驗室、雲端實驗室這些概念。

將爲科研機器人彎道超車提供契機

  傅雄飛還告訴記者,全自動化實驗室的發展將會爲國內科研機器人打破國際壟斷,實現彎道超車提供契機。

  傅雄飛指著實驗室裏這套自動化研究設備說,如今這套是全進口的。人們會問,爲什麽我們不能做自己國産化的自動化實驗室?所以,這也會是我們建大設施的一個重點方向。

  他說:傳統設備在工藝上大都是給人用的,但自動化實驗室是首先實現機器人來操作和整合各種設備,這方面是一個新興發展的方向,可以說國內外處在同一起跑線。尤其是合成生物學領域,該學科的特征需要海量工程試錯,極需自動化實驗室的輔助。在即將啓動的十三五合成生物學重點研發計劃,科技部與深圳科創委首次嘗試以部市聯動的模式,布局了多個項目來攻關合成生物自動化裝備的關鍵技術,推進高端生物研究儀器的國産化。

  而我們大灣區有大量的生物醫藥研發需求,也有完整的智能制造業體系,結合起來會有我們的優勢,所以我們就有了彎道超車的機會。傅雄飛說。

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《廣州日報》2018612日報道 http://gzdaily.dayoo.com/pc/html/2018-06/12/content_12_1.htm?v=5B