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《广州日报》:“大白”来做实验!

发布时间 2018-06-13 09:36点击次数 336次

/广州日报全媒体记者王纳

/广州日报全媒体记者轩慧

 

 

一个机械臂在做实验。


在电影钢铁侠系列里,男主人公托尼给智能系统布置了机甲和方舟反应炉的研发方向,然后去参加party和享受生活了,所有的研发都由机器人自主完成。

如今,这种场景正在变为现实。

  近日,广州日报全媒体记者走进了中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所(筹)(以下简称合成所),看到了国内屈指可数的几套自动化研究设备之一。

机器人能自动完成各类生物实验

当广州日报全媒体记者走进中科院深圳先进院合成所的实验室时,瞬间就被实验室左右两边的对比所震撼了。实验室的右侧是传统的生物研究人员工作场景,研究人员是清一色的一身白色实验服,专注地摆弄着各种试剂,小心翼翼地使用着各种仪器。实验室的左侧是一个机器人研究人员,只见一个机械臂在轨道上来回走动,穿梭在各种设备中间,一边摆弄试剂,一边操作各种检测仪器,整个过程完全没有人类研究员在旁边操控。


 

合成所的实验室右侧是传统的生物研究人员工作场景。


 

一个“机器人研究人员”在做合成生物学实验。

 

  合成所所长助理、研究员傅雄飞向记者介绍称,这一套小型的自动化研究设备是属于自动化实验室的一部分,也是近两年国际开始流行的科研方式。当研究人员设计好整个实验的流程,机器人就可以自动化地进行合成生物学实验了。

  傅雄飞举例说,它目前已实现了自动化地做DNA的提取、编辑、拼接和转化实验,还可以做细胞的培养、细胞生物学特性测定等。

高通量让更多的自动化实验成为可能

  机器人代替了研究人员?这话听起来有点吓人,但在傅雄飞看来,使用机器人的好处就是能解放研究人员——让机器人代替研究人员完成一些重复性的科研实验,从而解放出了研究人员的双手。研究人员应该是脑力劳动者,而不是体力劳动者。

那使用自动化研究设备有哪些优势?

  一方面是效率高。傅雄飞介绍说,自动化研究的效率高是表现在它的通量(单位时间内的产量)大,可以在同一时间操作数以百计的样品。你看它一根针一根针下去,就在那边加试剂、测试反应。传统上这个工作由研究人员来做,只能每次一根针或数根针来加。而用机器人来做,这种小型的试验一次就能加96根,甚至更多的是一次384根。

  记者了解到,作为合成生物学的研究对象——“人工合成生命体,对它的系统研究需要通过大量的设计-合成-测试-学习闭环的循环研发过程。不断重复的实验、海量的分析数据非常浪费人力和时间,这被称为生物学研究中不必要的必需,也让生物学实验室被戏称为劳动密集型工作。而自动化研究设备正是解决这个痛点。

  数据显示,美国工程院院士基斯林的数十人研究团队花了10年时间研发了人工改造微生物合成生产青蒿素的前体青蒿酸;而由该团队转化的公司Amyris利用全自动化研究设备研发微生物合成精油分子,仅两人的研究团队只花了一年左右就完成了人工改造菌株的研发。

  另外一个优势是标准化。因为人工操作往往因为诸多不可避免的系统误差,往往导致合成生物学研究中的可重复性比较差。傅雄飞告诉记者:自动化机器操作就可以通过标准化的流程、精确的操作、统一的测试,提高实验的可重复性。

云端实验室让研究员变成托尼

  前文提到的那种仿佛跟钢铁侠托尼一样的实验室场景——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设计,然后由机器人自动地完成所有的实验流程——什么时候能实现呢?

  傅雄飞告诉记者,这就是他们主导设计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设计,研究人员可以在世界各地登陆我们的云端实验室,把实验的流程设计好之后,让实验室里的机器人自主完成合成生物的合成测试实验,然后得到结果。在这个实验室里,合成生物学可以高通量标准化地完成设计-合成-测试-学习闭环的循环研发过程。所以, “在这个云端实验室里,将不仅仅是你看到的这个机器人,后面还包括人工智能、大数据等。傅雄飞说。

  据了解,由深圳合作所牵头打造的合成生物研究重大科技基础设施(简称大设施)已经获深圳发改委批复立项,该项目计划投资约10亿元,预计今年年底开始动工。大设施将是目前世界上理念前瞻、启动最快的合成生物学科研基础设施,其中就包括了全自动化实验室、云端实验室这些概念。

将为科研机器人弯道超车提供契机

  傅雄飞还告诉记者,全自动化实验室的发展将会为国内科研机器人打破国际垄断,实现弯道超车提供契机。

  傅雄飞指着实验室里这套自动化研究设备说,如今这套是全进口的。人们会问,为什么我们不能做自己国产化的自动化实验室?所以,这也会是我们建大设施的一个重点方向。

  他说:传统设备在工艺上大都是给人用的,但自动化实验室是首先实现机器人来操作和整合各种设备,这方面是一个新兴发展的方向,可以说国内外处在同一起跑线。尤其是合成生物学领域,该学科的特征需要海量工程试错,极需自动化实验室的辅助。在即将启动的十三五合成生物学重点研发计划,科技部与深圳科创委首次尝试以部市联动的模式,布局了多个项目来攻关合成生物自动化装备的关键技术,推进高端生物研究仪器的国产化。

  而我们大湾区有大量的生物医药研发需求,也有完整的智能制造业体系,结合起来会有我们的优势,所以我们就有了弯道超车的机会。傅雄飞说。

 

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