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自動(dòng)化技術(shù)已非未來(lái)——分析實(shí)驗(yàn)室的根本性變革

從分析實(shí)驗(yàn)室到每個(gè)人的職場(chǎng)，再擴(kuò)展至我們的個(gè)人生活，提升生產(chǎn)力始終是大勢(shì)所趨。新興技術(shù)正在助力我們達(dá)成愈發(fā)雄心勃勃的目標(biāo)。在這些技術(shù)中，自動(dòng)化因其能夠滿足更高效率、可重復(fù)性及整體準(zhǔn)確性的需求，已然成為一大趨勢(shì)。事實(shí)上，自動(dòng)化正在與人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)一起，從根本上重塑了實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀。

自動(dòng)化使科學(xué)家能夠?qū)⒕性跀?shù)據(jù)分析、解釋和規(guī)劃下一步行動(dòng)上，而不是將時(shí)間浪費(fèi)在重復(fù)的手動(dòng)任務(wù)上。另一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是減少了與危險(xiǎn)化學(xué)品和潛在危險(xiǎn)樣本的接觸。自動(dòng)化還允許科學(xué)家有更多的“離開時(shí)間”，畢竟人類需要休息，而機(jī)器人則不知疲倦。

例如在移液操作時(shí)，人類難免存在細(xì)微差異，或者有時(shí)會(huì)讓樣本多放置一會(huì)兒。這些差異在單個(gè)操作中可能并不顯著，但在大規(guī)模操作中，如CRO中有20人同時(shí)參與的研究，人為引起的變異就會(huì)累積起來(lái)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)解釋困難。自動(dòng)化消除了大部分這種變異性。通過使用相同的設(shè)備和遵循預(yù)設(shè)流程，每個(gè)步驟都保持高度一致，從而產(chǎn)生更精確、更可重復(fù)的數(shù)據(jù)。自動(dòng)化系統(tǒng)還確保了設(shè)備的正確校準(zhǔn)和流程的標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)一步減少了變異性。由此產(chǎn)生的高質(zhì)量數(shù)據(jù)更容易分析、解釋和用于決策。

自動(dòng)化的另一個(gè)顯著好處是減少了返工。在手動(dòng)操作中，由于錯(cuò)誤和不一致性，返工幾乎不可避免。這不僅浪費(fèi)消耗品和技術(shù)人員的時(shí)間，還會(huì)延長(zhǎng)項(xiàng)目時(shí)間表并給其他資源帶來(lái)壓力。通過消除返工，自動(dòng)化加速了項(xiàng)目時(shí)間表，為組織創(chuàng)造了額外的容量以處理更多項(xiàng)目，并使科學(xué)家能夠提出更廣泛、更復(fù)雜的問題。

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自動(dòng)化現(xiàn)狀：

制藥與生物制藥領(lǐng)域的先鋒實(shí)踐

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多年來(lái)，色譜數(shù)據(jù)系統(tǒng)在管理儀器、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和提高效率方面取得了顯著進(jìn)步。然而，當(dāng)前技術(shù)采用的趨勢(shì)在于解決瓶頸問題：是在樣品制備階段（在制備好的樣品到達(dá)高效液相色譜儀（HPLC）之前）？還是在數(shù)據(jù)分析階段——審查追蹤文件和解釋結(jié)果？這因?qū)嶒?yàn)室而異，取決于他們擁有的設(shè)備。換句話說(shuō)，該領(lǐng)域正在經(jīng)歷轉(zhuǎn)型。

盡管許多實(shí)驗(yàn)室希望轉(zhuǎn)向自動(dòng)化，但如今許多（如果不是大多數(shù)）HPLC系統(tǒng)仍然是手動(dòng)操作的。較新的HPLC系統(tǒng)，如賽默飛世爾科技的Thermo Scientific™ Vanquish™ HPLC系統(tǒng)，設(shè)計(jì)為可與自動(dòng)化集成。這些系統(tǒng)可以與機(jī)器人系統(tǒng)配對(duì)，以自動(dòng)加載樣品板或小瓶架。賽默飛世爾科技實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化團(tuán)隊(duì)已經(jīng)集成了各種各樣的設(shè)備，包括專用的臺(tái)式機(jī)器人、分配器、清洗器、液體處理器、封口器、開封器和剝皮器，以創(chuàng)建全面的解決方案。這些機(jī)器人系統(tǒng)可以自動(dòng)化加載預(yù)先準(zhǔn)備好的樣品板或小瓶架到HPLC儀器加載口，直至完成從樣品制備到檢測(cè)的整個(gè)端到端工作流程。

我們?cè)谥扑幒蜕镏扑帉?shí)驗(yàn)室中看到了自動(dòng)化的顯著增長(zhǎng)，特別是在大分子工作流程中。這些領(lǐng)域需要高通量工作流程，結(jié)合樣品制備和檢測(cè)。對(duì)于它們來(lái)說(shuō)，自動(dòng)化就是最大化儀器利用率——讓HPLC和質(zhì)譜儀全天候運(yùn)行，以最大化投資回報(bào)率。數(shù)據(jù)分析是另一個(gè)主要焦點(diǎn)。許多實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)利用AI來(lái)協(xié)助審查追蹤文件和理解大型數(shù)據(jù)集。AI在數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和分析中的重要性不容忽視，因?yàn)樗@著提高了數(shù)據(jù)解釋的準(zhǔn)確性和效率。目前，AI工具和數(shù)字助手正在開發(fā)中，以幫助用戶更有效地操作儀器。預(yù)計(jì)這些進(jìn)展將在未來(lái)兩到三年內(nèi)被廣泛采用，為實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員提供實(shí)時(shí)指導(dǎo)，優(yōu)化設(shè)備使用，并簡(jiǎn)化工作流程。這將最終提高生產(chǎn)力并降低人為錯(cuò)誤的可能性。

這將帶來(lái)巨大收益。例如，一家制藥實(shí)驗(yàn)室集成了賽默飛世爾科技的機(jī)器人樣品處理和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，使他們能夠?qū)悠诽幚頃r(shí)間減少約50%。這種顯著的效率提升確實(shí)可以加速創(chuàng)新和發(fā)現(xiàn)。另一家實(shí)驗(yàn)室的吞吐量增加了約30%，同時(shí)人為錯(cuò)誤顯著減少——這些改進(jìn)不僅提高了生產(chǎn)力，還增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的可靠性。對(duì)于其他實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)，合規(guī)性是一個(gè)關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。例如，一家實(shí)驗(yàn)室專門實(shí)施了自動(dòng)化以簡(jiǎn)化法規(guī)合規(guī)性；該系統(tǒng)提供了詳細(xì)的審計(jì)記錄和可追溯性，顯著減輕了他們向監(jiān)管機(jī)構(gòu)提交申請(qǐng)的過程。

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自動(dòng)化：

不僅僅是大型實(shí)驗(yàn)室的專屬

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實(shí)際上，小型實(shí)驗(yàn)室在自動(dòng)化采用方面往往滯后，初始成本和對(duì)復(fù)雜性的擔(dān)憂使得投資難以證明其合理性。但這些不僅是小型實(shí)驗(yàn)室的擔(dān)憂。自動(dòng)化往往會(huì)在長(zhǎng)期內(nèi)降低成本——有時(shí)甚至在短期內(nèi)就能降低成本！我們與一位客戶合作，他們最初計(jì)劃在四年內(nèi)完成一項(xiàng)研究，并雇傭六到七名額外人員來(lái)處理工作量。在評(píng)估了自動(dòng)化之后，他們意識(shí)到可以保留現(xiàn)有員工，實(shí)施自動(dòng)化系統(tǒng)，并在大約18個(gè)月內(nèi)完成研究。該團(tuán)隊(duì)實(shí)際上僅用了14個(gè)月就完成了研究，這在很大程度上是因?yàn)樽詣?dòng)化幫助他們消除了預(yù)期中的返工。

一些實(shí)驗(yàn)室經(jīng)理可能擔(dān)心自動(dòng)化會(huì)降低靈活性和適應(yīng)性。但這取決于解決方案。在與自動(dòng)化提供商交談時(shí)，提出正確的問題以更好地了解系統(tǒng)的能力、靈活性和可擴(kuò)展性至關(guān)重要。該系統(tǒng)能否重新用于其他工作流程？以后能否添加新儀器？

最后，還有人的因素——對(duì)變革的抵觸。這就是為什么教育和培訓(xùn)至關(guān)重要。讓員工成為轉(zhuǎn)型過程的一部分有助于建立信心，并確保他們對(duì)新技術(shù)感到舒適。員工參與度越高，自動(dòng)化在實(shí)驗(yàn)室工作流程中的采用就越順利。

賽默飛對(duì)于邁出第一步的建議是：清晰、客觀地審視實(shí)驗(yàn)室當(dāng)前的工作流程。確定哪些領(lǐng)域?qū)淖詣?dòng)化中受益最多。瓶頸在哪里？請(qǐng)記住，引入自動(dòng)化可能會(huì)轉(zhuǎn)移瓶頸而不是消除它，因此考慮整個(gè)工作流程很重要。從增量改進(jìn)開始——“快速勝利”。例如，你可以從為HPLC系統(tǒng)添加一個(gè)自動(dòng)加載器開始。一旦安裝到位并帶來(lái)好處，你可以逐漸集成更多的自動(dòng)化組件。分階段的方法有助于為進(jìn)一步的采用建立動(dòng)力——但也使實(shí)驗(yàn)室更容易轉(zhuǎn)移注意力并將自動(dòng)化與更廣泛的組織目標(biāo)保持一致。

每個(gè)實(shí)驗(yàn)室的需求都是不同的。這就是為什么我們采用咨詢式方法——與實(shí)驗(yàn)室經(jīng)理合作，了解具體的瓶頸，并確定自動(dòng)化如何提供幫助。無(wú)論是改進(jìn)樣品處理、確保合規(guī)性還是增強(qiáng)數(shù)據(jù)分析，我們都能提供工具和專業(yè)知識(shí)，幫助實(shí)驗(yàn)室有效地推進(jìn)自動(dòng)化。

對(duì)于許多實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)，自動(dòng)化是一個(gè)逐步推進(jìn)的旅程，幫助它們進(jìn)化以滿足現(xiàn)代需求。但鑒于分析化學(xué)的未來(lái)是自動(dòng)化的，難道當(dāng)下不是您開啟這段旅程的最佳時(shí)刻嗎？

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