在生物醫(yī)藥研發(fā)領(lǐng)域，一場由AI驅(qū)動的自動化革命正在加速滲透。近日，全球開源實(shí)驗(yàn)室自動化領(lǐng)導(dǎo)者Opentrons正式推出AI智能控制平臺，通過自然語言交互徹底消除編程門檻，讓科學(xué)家通過語音指令直接操控移液工作站等高精度設(shè)備。該技術(shù)已在卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、浙江大學(xué)等頂尖機(jī)構(gòu)的藥物遞送、高通量篩選中實(shí)現(xiàn)規(guī)模化落地。
一、破局自動化“高門檻”痛點(diǎn)
據(jù)行業(yè)調(diào)研顯示，全球科學(xué)家與自動化設(shè)備比例僅為10:1，傳統(tǒng)移液工作站等設(shè)備長期受困于兩大瓶頸：一是依賴專業(yè)編程人員配置復(fù)雜實(shí)驗(yàn)協(xié)議，二是封閉式硬件系統(tǒng)難以適配創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)場景。“當(dāng)團(tuán)隊(duì)需要優(yōu)化光催化反應(yīng)條件時，往往要耗費(fèi)數(shù)周編寫設(shè)備控制代碼。”浙江大學(xué)某合成生物學(xué)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人指出。這種現(xiàn)象直接導(dǎo)致近70%的實(shí)驗(yàn)室仍依賴人工操作，嚴(yán)重制約了藥物遞送、抗體篩選、蛋白組學(xué)分析、類器官構(gòu)建等關(guān)鍵研究的進(jìn)程。
二、三大技術(shù)重構(gòu)自動化范式
Opentrons AI的突破性在于構(gòu)建了深度適配實(shí)驗(yàn)場景的智能中樞：
1、自然語言協(xié)議生成：科學(xué)家直接輸入“將A板樣品轉(zhuǎn)移至B板，37℃震蕩孵育30分鐘”等指令，系統(tǒng)自動生成可執(zhí)行代碼，并完成移液工作站路徑規(guī)劃
2、云端仿真預(yù)演：通過數(shù)字孿生技術(shù)預(yù)測試驗(yàn)沖突，將實(shí)驗(yàn)失敗率降低60%
3、模塊化硬件生態(tài)：開源API支持無縫擴(kuò)展PCR熱循環(huán)、磁力架等模塊，滿足合成生物學(xué)、高通量蛋白組學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)化類器官構(gòu)建等復(fù)雜工作流需求。
值得關(guān)注的是，其底層算法基于實(shí)驗(yàn)室場景專項(xiàng)訓(xùn)練的Claude3.7大模型，已覆蓋基因組學(xué)、蛋白組學(xué)、類器官培養(yǎng)與分析等8大領(lǐng)域的協(xié)議庫，預(yù)置超千種高通量篩選方案，包括復(fù)雜樣本的蛋白組學(xué)預(yù)處理和高通量類器官構(gòu)建。
三、頂尖實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證效能躍升
在卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的實(shí)證研究中，該平臺僅用4分鐘就精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)了諾獎級實(shí)驗(yàn)流程，成果榮登《Nature》封面。“我們現(xiàn)在每天通過語音指令調(diào)度移液工作站完成3000 次精準(zhǔn)移液。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Gabe Gomes表示。
同樣取得突破的還有德克薩斯大學(xué)醫(yī)學(xué)分校的疫苗研發(fā)團(tuán)隊(duì)。通過Opentrons Flex設(shè)備與AI系統(tǒng)的深度耦合，其藥物遞送實(shí)驗(yàn)通量提升3倍，研發(fā)周期壓縮50%以上。
國內(nèi)標(biāo)桿案例來自浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院。據(jù)《Nature Communications》最新論文顯示，該校利用GPT-4框架驅(qū)動Opentrons移液工作站，為自動化化學(xué)合成樹立新范式。
四、開放生態(tài)加速產(chǎn)業(yè)滲透
“讓每個科學(xué)家擁有10臺機(jī)器人不是愿景，而是可量化的技術(shù)演進(jìn)路徑。”O(jiān)pentrons全國銷售總監(jiān)原菲在近期研討會上透露，其開源硬件生態(tài)已覆蓋全球超10,000臺設(shè)備。
當(dāng)“零代碼”操作成為科研基礎(chǔ)設(shè)施，那些曾被編程門檻阻擋的創(chuàng)新力量，正在打開精準(zhǔn)醫(yī)療、深度蛋白組學(xué)研究、規(guī)模化類器官應(yīng)用與合成生物學(xué)的新可能。
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