今天的生命科學實驗室自動化與 20 世紀 70 年代的計算機處于同一位置：即將從小眾新奇事物轉(zhuǎn)變?yōu)橹髁鳠o處不在。 這是關(guān)于計算機民主化如何發(fā)生的故事，以及當今實驗室自動化如何經(jīng)歷同樣的轉(zhuǎn)變。

“個人電腦”(PC) 的概念于 1977 年首次進入主流，即 Apple II 推出的那一年。 在 Apple II 之前，人們與計算機交互的主要方式是通過集中式“大型機”機器上的“分時”。 人們面前不再有自己的計算機，而是擁有一個連接到中央主機的終端，多個人可以共享一臺計算機的運行時間。 大多數(shù)人甚至從未見過真正的計算機，它是如此復雜和神秘，以至于只有非常專業(yè)的工程師才被允許進入存放它的房間。

在早期，這種模式對于使用計算機處理工資和稅收等大型工作的大型企業(yè)和政府組織來說效果很好。 事實上，它的效果非常好，以至于 20 世紀上半葉 IBM 董事長兼首席執(zhí)行官托馬斯·沃森 (Thomas Watson) 曾表示：“我認為世界市場可能需要五臺計算機?！?大型組織之外的任何人都需要使用計算機——更不用說自己擁有一臺（或多臺！）計算機——的想法被認為是不可能且不可取的。

典型的大型機式機房

如今，這與許多人對實驗室自動化的看法大致相同。 當今的實驗室機器人是真正的“大型機”式機器——體積大、價格昂貴，并且需要專業(yè)的自動化工程師在中央設施中運行它們。 它們非常適合批量處理高通量實驗，但世界上 90% 的實驗室仍然無法使用它們。

典型的大型機式實驗室自動化設施

對于足夠幸運能夠使用實驗室自動化的生物學家來說，通常只是采用“分時”方式，讓人想起集中式大型機。 無論您是在學術(shù)實驗室還是在工業(yè)界，研究人員通常通過其機構(gòu)的“核心實驗室”訪問自動化，而不是自己操作。 而且，就像過去大型機的操作員一樣，核心實驗室將分配研究人員交給他們的工作，并進行“批處理”，以在工作之間有效地分配核心的自動化功能。 提交作業(yè)后的幾天（或幾周，如果您不太幸運和/或資金充足），您將從核心實驗室取回數(shù)據(jù)。

Opentrons 的使命是改變這種范式。 雖然大型機非常適合高通量工作，但它們不應該是自動化實驗室工作的唯一選擇。 科學家應該能夠自動化他們自己的工作。 我們需要一個個人實驗室機器人，一個“實驗室自動化電腦”，這樣人們就可以直接體驗實驗室機器人提供的加速工作流程。 這就是我們制造世界上最實惠的高精度實驗室機器人 OT-2 的原因。

我們認為打造真正的“個人”實驗室自動化平臺需要三個關(guān)鍵。

1.機器人必須價格實惠，以便中小型實驗室可以自己購買。
2.它們需要易于使用，以便普通研究科學家可以操作它們。
3.他們需要保持靈活性，以便在科學家動態(tài)、協(xié)作的工作流程中工作。

OT-2 可安裝在半個實驗室工作臺上

OT-2 滿足了所有這些要求。 它的起價為 5,000 美元，低于大多數(shù)實驗室的可自由支配支出預算，這意味著在大多數(shù)情況下他們甚至不需要官僚批準即可購買機器人。 我們整合了消費技術(shù)公司的用戶體驗 (UX) 流程，遵循與 Apple 和 Google 相同的易用性標準。 我們的機器是市場上唯一一個完全模塊化的實驗室自動化平臺——可以根據(jù)研究人員工作流程的需要輕松添加或刪除功能——并允許人們輕松與合作者共享他們的自動化協(xié)議。

但僅僅因為我們將個人實驗室自動化推向市場并不意味著它會成為每個生命科學實驗室的主力。 計算機從默默無聞到無處不在的道路并沒有發(fā)生，因為每個人都是書呆子，都想玩 BASIC 編程； 它的發(fā)生是因為人們可以使用他們的電腦來做一些強大的事情。 這就是“殺手級應用”的理念——一種技術(shù)的應用，導致主流人群（而不是早期采用者的技術(shù)愛好者）使用它。 對于 Apple II，殺手級應用程序是 VisiCalc，第一個電子表格程序。 安裝 VisiCalc 后，Apple II 成為企業(yè)管理財務的顛覆性工具。 突然之間，世界發(fā)生了變化； 不僅是最大的企業(yè)需要計算機，而是每個企業(yè)都需要計算機。

這就是為什么 Opentrons 協(xié)議庫如此重要。 它使人們可以訪問可下載并在 OT-2 實驗室機器人上運行的應用程序。 這些應用程序（PCR 設置、NGS 文庫制備、核酸提取、連續(xù)稀釋等）每天或每周在世界各地的生命科學實驗室中完成，每次科學家手動運行它們可能需要數(shù)小時 。 此外，這些應用程序是與我們的用戶和合作伙伴社區(qū)一起開發(fā)的，這意味著它們“為科學家服務，由科學家開發(fā)”。

雖然個人實驗室自動化仍處于早期階段，但我們已經(jīng)開始看到它如何改變?nèi)藗冞M行實驗室工作的方式。 斯坦福大學的 Keoni Gandall 每周都能用他的 OT-2 產(chǎn)生 100 倍以上的基因設計； 貝勒醫(yī)學院的 Aiden 實驗室能夠擺脫 NGS 文庫準備工作，專注于數(shù)據(jù)分析，而不是花費大部分時間進行移液； 陳-扎克伯格生物中心的研究人員已經(jīng)自動化了繁瑣的細胞培養(yǎng)步驟，因此他們的研究人員再也不用擔心手動胰蛋白酶消化——這樣的例子不勝枚舉。 全球 45 個國家/地區(qū)的科學家，從大型制藥公司到小型初創(chuàng)公司，從麻省理工學院、斯坦福大學到社區(qū)大學，正在不斷提高生產(chǎn)力，并以超乎想象的速度朝著科學目標邁進。

五年或十年后，當每個科學家都擁有自己的實驗室機器人，就像我們都有自己的計算機一樣時，我們會在哪里？ 正如個人計算機的興起改變了信息處理和媒體的可能性一樣，個人實驗室自動化也將改變生命科學的可能性。 當這種情況發(fā)生時，我們生命科學研究的全球帶寬將會有何變化？ 我們的新發(fā)現(xiàn)速度會加快 10 倍嗎？ 100 倍？ 1000 倍？ 我們將利用如今遙不可及的無處不在的自動化創(chuàng)造什么？ 當生物學家終于擺脫單調(diào)的移液操作并獲得創(chuàng)造夢想的工具時，我對看到我們可以創(chuàng)造的世界感到無比興奮——我們可以創(chuàng)造所有令人驚嘆的治療方法、產(chǎn)品和生態(tài)系統(tǒng)。