DeepTech+2023實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化行業(yè)研究報(bào)告

關(guān)鍵結(jié)論2生命科學(xué)行業(yè)迫切需要一場(chǎng)工業(yè)革命，實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化的變革即將帶來(lái)曙光作使科研人員疲憊不堪，384孔板3實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化的核心技術(shù)來(lái)源于工業(yè)自動(dòng)化耗材形態(tài)做材料選型等。實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化的底層技術(shù)路線主要包括以下幾個(gè)方面：4國(guó)外實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化已發(fā)展40多年，機(jī)械臂和工作站率先工作站商業(yè)化原型工作站商業(yè)化原型Biomek1000，由垂直機(jī)械臂、移液工具、洗板機(jī)單元、Masterflex泵、定位平臺(tái)和附件組成。具有單軸的機(jī)械臂，能夠以圓周方式室自動(dòng)化機(jī)械臂系統(tǒng)。該設(shè)備成功銷Beckman、Hamilton、Tecan，都是以移液工作站為核心的整合方式。51.0階段：?jiǎn)我辉O(shè)備1.0階段：?jiǎn)我辉O(shè)備分實(shí)驗(yàn)室仍處在這一階段。不同的實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景處在自動(dòng)化的不同階段2.0階段：工作站2.0階段：工作站量實(shí)驗(yàn)室采用工作站形式自動(dòng)化。TTA完整任務(wù)目標(biāo)自動(dòng)化與TLA全實(shí)驗(yàn)的模式。這種形式目前使用最多的是醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)場(chǎng)景，如醫(yī)院檢驗(yàn)科和第三方檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室（ICL常見(jiàn)生化檢測(cè)4.0階段：智能化復(fù)地進(jìn)行。目前利物浦大學(xué)、伊利諾伊大學(xué)、GinkgoBioworks等已有案例應(yīng)用。6替代的需求疊加工業(yè)自動(dòng)化的人才供給需求端：國(guó)產(chǎn)替代是生命科學(xué)上游行業(yè)的長(zhǎng)期需求供給端：實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化適合中國(guó)的工業(yè)自動(dòng)化人才結(jié)構(gòu)7限制自動(dòng)化發(fā)展的因素主要包括投資回報(bào)率不足、產(chǎn)品難以滿足需求、需求非標(biāo)準(zhǔn)化、市場(chǎng)教育不夠充分等?中國(guó)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)的自動(dòng)化程度最高，其他場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化水平仍然較低大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化的程度還停留在單一設(shè)備階段，只有藥企、疾控中心、合成生物學(xué)公司等場(chǎng)景的少數(shù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了工作站形式的自動(dòng)化。對(duì)于大多數(shù)普通實(shí)驗(yàn)室?目前限制自動(dòng)化發(fā)展的因素包括長(zhǎng)期因素和短期因素（1）長(zhǎng)期因素：人力成本低使得投資回報(bào)率不足據(jù)受訪者透露，多項(xiàng)目整合的流水線TLA一般1000萬(wàn)以上，單項(xiàng)目的TTA一般在一千萬(wàn)以內(nèi)，一個(gè)工作站的價(jià)格一般在100-300萬(wàn)之間8限制自動(dòng)化發(fā)展的因素主要包括投資回報(bào)率不足、產(chǎn)品難以滿足需求、需求非標(biāo)準(zhǔn)化、市場(chǎng)教育不夠充分等（2）長(zhǎng)期因素：自動(dòng)化產(chǎn)品在部分領(lǐng)域還無(wú)法滿足需求液體處理是自動(dòng)化相對(duì)成熟的產(chǎn)品，市場(chǎng)上國(guó)內(nèi)外廠商品的操作則相對(duì)較少。而固體處理方面定制性高，價(jià)格昂貴，購(gòu)買力不足。由于不同（3）長(zhǎng)期因素：客戶需求非標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的前提是要先實(shí)現(xiàn)流程的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化。但由于生物和化學(xué)實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜（4）短期因素：市場(chǎng)教育不夠充分9實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化讓實(shí)驗(yàn)人員專注于科學(xué)研究本身而非重復(fù)性實(shí)驗(yàn)操作可重復(fù)性實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化讓實(shí)驗(yàn)人員專注于科學(xué)研究本身而非重復(fù)性實(shí)驗(yàn)操作數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性可追溯性效率安全企業(yè)圖譜：從商業(yè)模式看，中游的實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化廠商可大致分為產(chǎn)品商、系統(tǒng)集成商和細(xì)分場(chǎng)景應(yīng)用商，目前國(guó)內(nèi)自動(dòng)化領(lǐng)域主要的創(chuàng)業(yè)公司屬于系統(tǒng)集成商實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)鏈代表公司進(jìn)口廠商國(guó)產(chǎn)廠商上游中游：標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品中游：系統(tǒng)集成商中游：細(xì)分場(chǎng)景解決方案核心競(jìng)爭(zhēng)要素：產(chǎn)品商比拼性價(jià)比，系統(tǒng)集成商比拼掌握的核心設(shè)備多少，細(xì)分場(chǎng)景應(yīng)用商比拼客戶群體數(shù)量某種特定的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。這類廠商專注于打磨技術(shù)和產(chǎn)品，進(jìn)行儀器的同質(zhì)化標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)室自動(dòng)化領(lǐng)域多數(shù)創(chuàng)業(yè)公司，如匯像科技、鎂伽科技、奔曜科技、晶泰科技等子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、多組學(xué)等等。對(duì)于集成系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，掌握更多核心設(shè)備的廠商更有話語(yǔ)權(quán)和定價(jià)權(quán)。群體數(shù)量大的廠商會(huì)更占據(jù)優(yōu)勢(shì)。核心競(jìng)爭(zhēng)要素：產(chǎn)品商比拼性價(jià)比，系統(tǒng)集成商比拼掌握的核心設(shè)備多少，細(xì)分場(chǎng)景應(yīng)用商比拼客戶群體數(shù)量本自動(dòng)化低溫存儲(chǔ)，青軟智控、明度智慧等公司做自動(dòng)化相關(guān)軟件，管理實(shí)驗(yàn)室的在一些非高端技術(shù)領(lǐng)域，如自動(dòng)化移液工作站、生物樣本存儲(chǔ)等，國(guó)產(chǎn)品牌相對(duì)進(jìn)口來(lái)說(shuō)具有價(jià)格和售后服務(wù)的優(yōu)勢(shì)，未來(lái)有望率先實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。分子實(shí)驗(yàn)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)檢測(cè)檢驗(yàn)檢測(cè)是主流，軟件領(lǐng)域與國(guó)外差距大硬件領(lǐng)域：液體工作站和機(jī)械臂整合系統(tǒng)是主流產(chǎn)品統(tǒng)高通量樣品分析，以及各種實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)前司也多數(shù)集中在液體處理工作站基礎(chǔ)上進(jìn)行整合和應(yīng)用開(kāi)發(fā)。雖然有不少國(guó)產(chǎn)廠商提供自動(dòng)化移液工作站，但在實(shí)際使用中，代替移液槍使用沒(méi)有問(wèn)題，但由于穩(wěn)定性和開(kāi)放性的原因還不能很好的集成到整套自動(dòng)化流程計(jì)死角比較多，在功能完備性和靈活是主流，軟件領(lǐng)域與國(guó)外差距大軟件領(lǐng)域與國(guó)外差距較大生物樣本系統(tǒng)：產(chǎn)品的性能和滲透率有待提高自動(dòng)化生物樣本系統(tǒng)涉及樣本存儲(chǔ)庫(kù)、轉(zhuǎn)運(yùn)與配閉性、溫差控制、斷電解決方案這幾個(gè)關(guān)鍵性能應(yīng)用場(chǎng)景：分子和細(xì)胞層面的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)自動(dòng)化相對(duì)比較成熟，動(dòng)物層面實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)化仍是空白分子層面實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)以標(biāo)準(zhǔn)化的樣品前處理為主，適合做標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品細(xì)胞層面實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)涉及各種流程性實(shí)驗(yàn)，適合做定制化整合系統(tǒng)動(dòng)物層面實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)動(dòng)物個(gè)體差異大，適合做人機(jī)結(jié)合的輔助性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)終端用戶：具有高通量篩選需求的藥物研發(fā)和合成生物學(xué)公司是近期可以較快商業(yè)化的發(fā)力方向從終端用戶看，實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化最快能夠落地的方在多組學(xué)測(cè)序服務(wù)公司、大型CRO、藥企、平臺(tái)類合成生物學(xué)公司、部分進(jìn)行高通量藥物篩選和合成生物學(xué)研究的科研機(jī)構(gòu)、疾控中心、質(zhì)監(jiān)藥監(jiān)等部門以及部分政府買單的標(biāo)桿實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目等。單個(gè)實(shí)驗(yàn)室平均花費(fèi)1000萬(wàn)人民幣來(lái)預(yù)估測(cè)算，市場(chǎng)規(guī)模在百億人民幣以上（此外，在具有高通量藥物篩選需求的藥企和CRO企業(yè)中已有實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化應(yīng)用案例晶泰科技與禮來(lái)簽署藥物發(fā)現(xiàn)合作，以AI+實(shí)驗(yàn)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)首創(chuàng)新藥研發(fā)鎂伽科技與義翹神州達(dá)成深度戰(zhàn)略合作匯像科技交付為英矽智能搭建的“AI+機(jī)器人全自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室”經(jīng)6個(gè)月建成的由AI輔助決策的全自動(dòng)化機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室。該智能機(jī)器人在具有高通量細(xì)胞株篩選需求的合成生物學(xué)研發(fā)機(jī)構(gòu)中已有實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化應(yīng)用案例深圳合成生物學(xué)創(chuàng)新研究院的“合成生物研究重大科技基礎(chǔ)設(shè)施”（大設(shè)施）性化集成；關(guān)鍵技術(shù)裝備研制遵循紅藍(lán)軍路線，兼顧自主創(chuàng)新與吸收國(guó)外先進(jìn)技浙江大學(xué)生物與分子智造研究院的“合成生物學(xué)自動(dòng)化科學(xué)裝置”（iBioFoundry）細(xì)胞培養(yǎng)和生化測(cè)試等的各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)合成生物學(xué)研究中從樣本智能存取、未來(lái)在微量反應(yīng)體系的高通量實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化進(jìn)程中，微流控芯片技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用是重要的發(fā)展趨勢(shì)微流控芯片可在微納尺度進(jìn)行自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)微流控芯片具有縮短反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)通量、降低反應(yīng)消耗的優(yōu)勢(shì)主要運(yùn)用于細(xì)胞樣品的流式細(xì)胞儀技術(shù)（LuorescenceActivatedCellSorting,FACS）以及主要運(yùn)用于組織切片樣品的熒光捕獲顯微切割（LaserCapture未來(lái)在微量反應(yīng)體系的高通量實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化進(jìn)程中，微流控芯片技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用是重要的發(fā)展趨勢(shì)基于微流控芯片的自動(dòng)化需求仍未被充分滿足，多步法微流控技術(shù)是微流控自動(dòng)化大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。當(dāng)前主流的微流控技術(shù)是一步法，而實(shí)際上部分實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性未來(lái)在微量反應(yīng)體系的高通量實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化進(jìn)程中，微流控芯片技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用是重要的發(fā)展趨勢(shì)高通量單細(xì)胞微生物基因組學(xué)是多步法微流控技術(shù)的典型案例養(yǎng)即可從復(fù)雜微生物群落中獲取成千上萬(wàn)個(gè)單細(xì)胞微生物的基因組信息，并組裝出高質(zhì)量的菌株水平基因組，從而能夠在不損失分辨率或廣泛物種適用性的基appliedtoahumangutmicrobiome，Science）微流控芯片的應(yīng)用受限于傳感器技術(shù)合成生物學(xué)、抗體開(kāi)發(fā)等實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化需求迫切的領(lǐng)域，也亟待微流控技術(shù)賦能合成生物學(xué)的DBTL循環(huán)需要構(gòu)建工程化平臺(tái)以滿足高通量實(shí)驗(yàn)需求合成生物學(xué)、抗體開(kāi)發(fā)等實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化需求迫切的領(lǐng)域，也亟待微流控技術(shù)賦能微流控技術(shù)亦可用于高通量抗體篩選，提升篩選效率以上的抗體研發(fā)用戶都希望提升抗體篩選效率，并芯片自動(dòng)化與機(jī)械自動(dòng)化的結(jié)合或是實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化的終極形態(tài)芯片自動(dòng)化與機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)形成高效互補(bǔ)技術(shù)機(jī)械臂、工作站自動(dòng)化微流控芯片自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)適合場(chǎng)景具體實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)芯片自動(dòng)化與機(jī)械自動(dòng)化的結(jié)合或是實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化的終極形態(tài)合成生物學(xué)公司自動(dòng)化改造的策略是，能夠用微流基于液滴微流控技術(shù)的“小設(shè)施”平臺(tái)基于液滴微流控技術(shù)的“小設(shè)施”平臺(tái)流式細(xì)胞儀8/天6/天3/天2/天基于自動(dòng)化