让机器人来承担压力吧

在药物发现方面，先进的配方开发系统可以在推动医学进步方面发挥关键作用。管理咨询公司CRA International表示，一家公司可能需要花费16亿美元(13亿英镑)来将一种含有新活性成分的药物推向市场。开发过程可能需要12年，时间和成本效率是将盈利能力推向市场的关键因素。

一家制药公司可能会评估多达200万种化合物，以找到一种有效成分，使其成为最终配方。因此，化学和制药实验室的自动化始于20世纪80年代的活性成分研究，这并不奇怪，但它已经扩展到配方开发和各种其他实验室任务。

几十年来，化学和制药实验室的技术人员在无数的手工试验中开发和研究了他们的样品。自动化简化了操作，显著提高了重现性。体力劳动所需的苦差事和时间可以完全减少或减少，数百万的反应和实验设置在自动驾驶仪上。

跨越许多领域

“临床实验室是采用实验室自动化的先驱。“法医、食品和农业、基因组学和蛋白质组学是有望推动这一市场增长的应用领域，”未来市场洞察的研究分析师Nikhil Kaitwade解释说，该公司将很快发布一份关于实验室自动化领域的报告。目前，制药、临床、生物技术和化工等行业的公司是主要客户。市场上的知名公司包括Bosch, Anton Paar, Thermo Fisher Scientific，Labman, Siemens Healthcare, Synchron Lab Automation, Hamilton Robotics和PAA Automation说。

PerkinElmer的微流体和自动化投资组合总监Mark Dupal表示，药物发现工作流程需要能够支持当前和未来广泛应用的技术，例如多种微孔板格式、液体转移和基于检测的读出方法。他强调，珀金埃尔默的自动化集成业务是一个旨在帮助客户自动化各种科学流程的平台。

Dupal解释说，一个例子是在高含量筛选领域，他们的一个系统每天可以获取20万张图像，这需要在仪器中加载大量的底片。单是这项任务就需要一名全职员工来加载仪器。在珀金埃尔默的系统中，这一步骤为全职员工省去了一项任务，使他们能够进行更相关的科学实验。”

该仪器还可以同时培养细胞、分配化合物和重新排列化合物。杜帕尔说:“在某些工作流程中，一个部门可以完成两名全职员工的工作。”

加快进程

北美和欧洲在实验室自动化市场上处于领先地位，因为制药和生物技术公司、临床诊断、临床研究机构和合同研究组织的参与度不断增加。西门子医疗实验室诊断总裁Franz Walt最近指出，全面的实验室自动化解决方案在欧洲实验室更为普遍，许多实验室正在转向第二代甚至第三代系统。作为一个例子，他讨论了巴塞罗那医院诊所及其生物医学诊断中心，该中心每年处理来自医院病人的50万份订单。对自动化的投资使实验室能够支持5%的年增长率，同时保持试剂预算不变。

对诊断测试的需求不断增长，加上实验室专业人员的劳动力不断减少，正在推动自动化的进一步采用。这一趋势预计将持续下去:估计60%至70%的诊断和治疗决定、住院和患者出院都是基于实验室检测结果。

“客户正在寻求完整的工作流程解决方案，”Dupal说。他说，自动化机器人产品可以在多个研究学科中实现复杂的工作流程，例如Crispr分析、合成生物学、高通量筛选、基因组DNA提取、生活方式DNA分析和长期干细胞分化分析。

但配方开发的实验室自动化也转移到了涂料和油漆，然后是化妆品、作物科学和粘合剂，涉及清漆、农药或胶水等产品。博世(Bosch)的托马斯•布林茨(Thomas Brinz)表示，最近，药物配方开发也加入了进来。他补充说，与客户的研究表明，化工行业的实验室过程自动化可以使实验室效率提高一倍以上，从而节省时间和成本。

您可以选择模块化系统或完整的机器人平台，以适应各种简单或复杂的开发过程。阿赫玛趋势报告强调了Chemspeed技术如何提供完整的模块化系统套件。该公司的液相和固相机器人将合成速度提高了1000倍。其在化工行业的专利创新包括固体，液体，糊状物和蜡的高架重量分配，结合高精度反应器，配方容器，应用和测试技术。

Kaitwade说:“小型实验室和研究机构更喜欢模块化设备，而大型公司——拥有大量资本的公司，如化学、制药和生命科学公司——更喜欢完整的自动化服务。”化学、制药和生命科学行业在实验室自动化方面进行了大量投资。”

固体、液体和凝胶的精确定量现在是可行的，这是制备医疗保健或化学工业所需的许多混合物所必需的特征。布林茨是博世公司研究新材料的化学家，10多年前就开始了一个研究新配方和新材料开发的项目。他说:“当时可用的自动化设备主要来自药物研究，无法处理材料配方和油漆。”博世实验室系统最初是博世风险投资公司的一家初创公司，于2006年被博世包装技术公司收购。

粘性的解决方案

随着实验室不断实现流程自动化，对个性化解决方案和复杂专用机械的需求正在上升。博世包装技术目前开发和销售高通量技术和实验室自动化，用于快速高效地开发新材料和配方。实验室自动化市场的其他主要参与者包括雅培诊断、Biotek仪器、安捷伦科技、珀金埃尔默、西门子医疗和费雪科学。

“近年来，高通量技术的一个趋势是试图想出一个黄金配方。安东帕流变学产品经理Steve Goodyer解释说:“通过对所有成分进行小比例的调整，你就能得到更好的配方。”安东帕提供高通量流变仪(HTR)。“通过使用流变学，你还可以将成本降至最低，因为改变流变学所需的一些化学物质非常昂贵。”

流变学是研究物质的流动和变形，测量材料的弹性行为，即物质有多粘稠。例如，调整冰淇淋的流变性可以使它融化得更慢，在你嘴里感觉不那么冷。安东帕流变仪和粘度计的典型客户包括联合利华(unilever)和宝洁(Proctor & Gamble)，产品包括洗涤剂、洗发水、涂料、油漆、油墨、石化产品和农用化学品。巴斯夫、壳牌和先正达都是我们的客户。客户可以选择更基本的预设高通量流变仪或定制版本，他们可以去公司的自动化部门加入不同的仪器。

对于博世包装技术，客户可以选择一个集成的实验室站，这是对高通量实验和筛选感兴趣的公司，或一个紧凑的实验室站，适合进入高通量实验。一个关键的组成部分是它的BLS注射器，它允许剂量范围广泛的液体，面霜和膏状。根据博世的说法，传统的加药系统依赖于高粘度和低粘度的单个设备，需要定期清洗。它的注射器可以处理各种液体和膏状配方，从油漆到粘合剂到化妆品和农药。可在线测定配方物料的密度。

2006年，涂料公司Wörwag采用了博世系统的原型。这家家族企业销售涂料，但在涂层板上定义了客户的规格。“所以我们总是要在测试板上检查涂层的性能，”萨宾·安索尔解释说。安索尔说，这台机器在24小时的运行时间内可以生产128种不同的配方，“而传统实验室的一个工人每天只能生产10种配方”。

制定改变

博世表示，最初是为化工行业开发的，它可以为制药实验室带来好处，并与粉末配方一起构成其配方技术的基础。传统的加药技术是通过吸进物料来加液的，这对高粘度介质提出了挑战。BLS注射器简化了这一过程，因为它的气缸可以吸收不同质地的介质，并使用具有单独流出的活塞。

“这是我们高通量配方技术的核心，”布林茨说，该公司在其紧凑型实验室工作站的工作视频中展示了这一点。配方站有一个注射器，在加入溶剂、膏状物和一定质量的粉末之前，用注射器将不同剂量的基础涂料混合在一起。搅拌器确保充分混合。布林茨解释说:“在这个系统中，正确安排搅拌时间也很重要，否则液体或粉末混合物可能会结块。”“你可以得到非常完美的配方，没有任何大颗粒，你可以做流变学测量和调整粘度，同时在搅拌下给药。”这种紧凑的实验室系统经常被中小型企业使用。

然后将配方转移到单独的应用站，机械臂将配方移动到喷涂室并取出基材，基材可以是纸，木材，金属或陶瓷。“喷雾的雾化程度可以改变，喷雾的次数和速度也可以改变。”布林茨说:“每一步之间的干燥时间可以调整。”然后将基材移动到热烘箱中进行固化，并将注射器取出以进行处理。“你只需把材料加载进去，把一个类似excel的文件发送到系统，它就会在夜间运行。到了早晨，所有的样品都准备好了。”

博世与一所德国大学进行了测试，并从几个人做的50个实验中收集了数据。比起训练有素的实验室技术人员，这个小型工作站在一天内处理的样本要多50倍，但一致性和质量才是机器人真正胜出的地方。布林茨说:“就色彩质量而言，一个人的差异是30到50倍，而20个人的差异高达800倍。”“有了这些自动化工作站，你只需要更少的时间、更少的材料，就能得到更高的结果。”

实验是用油漆完成的，但无论什么酿造，技术问题都是一样的。“配方是一个非常通用的过程，这是这些技术的一大优势。布林茨说:“你给粉末、液体加药，所以这与你准备的是粘合剂、涂料还是作物化学品完全无关。”他的公司的综合实验站是一个更大的野兽，特别是大型化学公司使用。它可以由多达50个模块组成，长度可达2米²喷淋站或22m长站。紧凑的实验室站为公司的能力提供了模块化构建的优势。

自动化节省了时间，并将实验室从典型的朝九晚五的工作中解放出来。Goodyer说，联合利华每天有三名实验室工作人员在流变学仪器上工作，但现在40个样品可以简单地放入一个仪器中，或者在周五晚上排队等待自动化的300个样品，周一早上准备好。宝洁公司(Procter & Gamble)在2010年夏天安装了一台HTR，并将其描述为一台带有机器人的独立流变仪。装好样品后，机械臂在样品库、流变仪和清洗装置之间摆动。它会运行一整夜，并在早上为实验室工作人员准备好96个洗涤剂或其他样品。在比利时的宝洁(Procter & Gamble)创新中心，其测量小组的负责人对其灵活性和可测试的温度范围(低至-5°C)印象特别深刻。

“自动化允许公司24小时运行，而机器人做同样的事情，所以你得到了很好的再现性和可靠性，”古迪耶说。安东帕的HTR承诺缩短开发时间，并腾出熟练的员工进行研究。固特异说:“有些人使用我们的自动化部门来制造定制仪器，其中不包括我们自己的任何设备。”他以橡胶轮胎测试为例。

美国信息学咨询公司LabAnswer的约翰•康威(John Conway)表示:“变化总是存在的，有新技术、新的参与者和供应商。”他说，模块化和混合方法通常效果最好，并强调了能够取出过时部件并在出现更好的部件时替换它们的重要性。“关键是要整合它，让它以稳定、高效的方式工作。但是，无论是硬件还是软件解决方案，在需要时灵活地替换它的能力都很重要。他的咨询业务主要涉及生命科学，但也涉及石油和天然气、材料科学以及消费品包装和商品。他经常看到的一个大错误是“人们忘记了在安装过程中会涉及到哪些支持和维护”。

最近的一份分析报告预测，由于发达国家缺乏熟练的实验室人员、人工实验室程序的成本效益、监管机构对研究活动的日益严格的控制等驱动因素，全球自动化市场有望进一步增长。报告的摘要指出，一些行业专家还强调了低错误率。

”实验室自动化设备市场目前正在巩固，因此为了获得主要份额，市场参与者专注于制定有效的战略以获得竞争优势。产品创新、提供定制解决方案和提供强大的售后服务是市场上主要参与者采用的主要策略，”凯特韦德说。硬件和软件技术的进步已成为市场上产品差异化的主要因素。

然而，康威表示，自动化的缺点也值得反思。“自动化带来的一件事是人类的消失，然后你不得不问创新将来自哪里。”他建议说:“捕捉人类的直觉和反应是发现过程中非常重要的一部分，这应该作为我们自动化方法的一部分进行讨论。”

安东尼·金是一位居住在爱尔兰都柏林的科学作家