數,智,未來-安捷倫智能化創新賦能未來分析實驗室
瀏覽次數:2403 發布日期:2023-8-4
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調諧、條件優化、跑基線、污染、雜峰、定量分析……十多年前,這些都曾是困擾實驗室分析人員的難題。隨著工程與信息技術的不斷發展,先進的自動化設備與軟件已經能夠幫助我們解決其中的大部分。2023年以來,人工智能(AI)技術的崛起和普及已經給社會各界帶來了前所未有的沖擊。那么,如此革命性的浪潮將如何塑造未來的分析實驗室呢?
2023年7月11日-13日,第十一屆慕尼黑上海分析生化展(analytica China)在國家會展中心(上海)順利召開。作為領先的分析儀器供應商,安捷倫面向中國市場正式發布了Agilent 6495 三重四極桿 LC/MS(LC/TQ)系統和Agilent Revident四極桿飛行時間LC/MS(LC/QTOF)系統。值得關注的是,除了性能的升級,兩款新品都集成了多種實用的智能/自動化功能,旨在深層次地提升用戶的實驗室效率與產出能力。另外,在軟件方面,安捷倫也發布了多款新品,包括具有AI峰積分功能的Agilent MassHunter軟件套裝,可借助深度學習和持續學習不斷地改善儀器性能。

安捷倫展臺
展會首日,安捷倫科技以“數·智·未來”為主題舉辦了未來實驗室媒體圓桌會,安捷倫大中華區高級市場總監鄭欣、安捷倫大中華區液相液質自動化產品業務拓展團隊經理賴叢芳、安捷倫大中華區實驗室信息系統產品經理郭亮出席了活動,并邀請了晶泰科技分析總監張健、微譜先進制造事業群總經理劉昌進和明捷醫藥副總經理朱子豐作為重要的用戶嘉賓,分享了各自對未來實驗室的訴求和暢想。
近年來,實驗室領域的數字化和自動化發展迅速,大量繁雜、易錯的工作流程被自動化的解決方案所取代,在解放生產力的同時,大幅提高了結果的一致性和可靠性。同時,以機器學習為代表的各類智能化技術,也得到了較為廣泛的應用。然而不可否認的是,目前的解決方案大多仍然停留在單向的指令輸入-完成,還未達到真正智能的反饋、處置及交互。
圓桌會現場嘉賓
(由左至右分別為:安捷倫大中華區高級市場總監 鄭欣,晶泰科技分析總監 張健,微譜先進制造事業群總經理 劉昌進,安捷倫大中華區液相液質自動化產品業務拓展團隊經理 賴叢芳,明捷醫藥副總經理 朱子豐,安捷倫大中華區實驗室信息系統產品經理 郭亮)
隨著AI技術的突破性進展,實驗室領域的AI實現也成為了未來必然的趨勢。對此,鄭欣先生表示,從分析測試領域的角度來講,AI的應用才剛剛起步,未來的訴求和進步空間可能出現在遠程化、自動化、智能化和綠色化這幾個主要的方面。而在發展的過程中,軟件與硬件同樣重要,如何利用高智能數據讓AI變得更加的智能,提升整個實驗室的效率和運營能力,推動行業的持續進步,將是未來所面臨的主要挑戰。
本次圓桌會的三位受邀嘉賓代表了分析檢測領域中幾大典型的應用場景,包括新藥發現與靶點篩選、第三方非標檢測以及質量標準與控制。盡管業務領域各不相同,但對于自動化、智能化在當前分析實驗室中的應用,三位嘉賓都給出了相似的關鍵詞,可以總結為效率、可靠性和靈活性。
聚焦效率提升
晶泰科技是一家以AI+自動化驅動的公司,主要業務包括兩個方面,一是基于AI算法和云端算力來解決新化合物發現和新靶點發現的智能制藥板塊,二則是智能制造板塊,即針對合成、檢測、材料以及生物等多個領域,研發和生產一系列能夠替代人工且具備合規性的自動化平臺。該公司分析部門的負責人張健先生解釋說:“總的來說,效率可以直觀地體現在投入產出比上,成熟、可靠的自動化能夠有效地降低成本,提高投入產出比。”
晶泰科技分析總監 張健
關于效率,在成本上有一定的節約,在效率上有一定的提升。一個案例是疫情期間,我們在上海場地用40位駐場同事加自動化工作站同時進行項目推進,并進行遠程工站控制,有效保證了任務的順利交付。這其中就依靠了我們的自動化平臺的技術優勢。從質量角度看,一方面是準確性、精確性、穩定性,另一方面就是合規,用最簡單的定容來舉例,我們通過一系列自動化操作以及監控手段,來保證合規和可溯源性。
“就效率而言,我認為任何的改善,結合到企業,都要回歸到整個財務報表上。”微譜先進制造事業群總經理劉昌進先生補充說:“第三方檢測行業的凈利率其實是比較低的,大概也就10~20%,其中的人工成本率往往占大頭,一般在40~50%。可想而知,如果自動化和智能化能夠成功地應用,把我們的效率提升哪怕10%,可能整個凈利率提升4~5個點,相對于公司1個億或者10個億的體量來說,也是非常可觀的。”
雙向延伸的可靠性
質量,可以說是所有企業的立身之本,張健先生也提到了這一關鍵詞。全流程的標準化、數據和操作的可追溯性、偏差的有效控制等方面都是質量控制的基礎,數字化、自動化很好地解決了這些問題,未來的智能化也將為此帶來更多的可能性。
微譜先進制造事業群總經理 劉昌進
同樣是從可靠性的角度出發,與“質量”遙相呼應的,是微譜向客戶端延伸的關鍵詞“效果”。作為業界知名的第三方檢測機構,微譜的定位是一家大型研究型檢測機構,也就是不僅可以告知客戶Yes or No,還能解決客戶的Why and How。基于這樣的理念,微譜目前已擁有近3000名員工,業務覆蓋了先進制造、生物醫藥、美麗健康、生態環保、食品及農產品五大產業,。其中先進制造事業群主要服務領域包含新材料及化學品、光伏、半導體、新能源汽車、通訊及電子電器、航空航天、先進裝備等產業鏈,“所有的所謂效率,我認為一定是基于效果之上的。效果核心是客戶的滿意度,能不能更快,能不能更準,讓客戶更暖心。如何通過我們的自動化、智能化、信息化,能夠讓客戶感覺到暖心,是非常重要的一點。”劉昌進先生他解釋說。
強監管下的痛點和機遇
相比于晶泰和微譜,明捷醫藥所處的藥品質賽道則屬于強監管領域。該公司于2016年籌建,并于2020年成為藥明康德的子公司。作為中國進入全球一致質量標準的有力推動者,該公司一直致力于幫助客戶提升藥品的質量標準。據明捷醫藥副總經理朱子豐先生介紹,醫藥賽道中所使用的其實是最保守的模型,法規規范的要求是最苛刻的,對數據完整性的要求也是最高的,正因如此,該領域可以說是分析測試行業中自動化程度最低的,但同時也是最有發展潛力的。然而,突破種種限制并不容易,無論是觀念、認識的層面,還是法規、標準層面,都需要用大量的工作,并在合適的時機來推進。“相較而言,藥學領域可能是最難啃的目標。”朱子豐先生評價說。
明捷醫藥副總經理 朱子豐
在以上幾點的基礎上,朱子豐先生還提到了可預見性、適應性以及可持續性,在關注儀器穩定性的同時,著重強調了人是工作流程的根本,引入AI、實現智能化的目的一定不是“消滅”人,而是讓人更舒適地在GMP標準下工作,能夠更專注地實現目標。在這些方面,未來能做的還有很多。
未來的分析實驗室
要設想未來的分析實驗室,首先要考慮的就是解決眼下的問題,三位嘉賓也各自的角度進行了探討,對于晶泰、微譜來說,所處的領域相對監管較弱,但非標的需求非常廣泛,更多的是期待通過日益完善的AI算法更好的解決個性化、碎片化的客戶需求。進一步降低成本,提高人均收益,確保可靠性,并借助AI的發散性加快非標方法的開發、驗證以及后期的數據處理與解析。同時,張健先生也提到了業界普遍關注的在線檢測,希望未來的分析實驗室能夠給出更好的解決方案。而在相對強監管的醫藥領域,朱子豐先生則更多地聚焦于如何在GMP規范下的QC過程中,通過更為合規的實驗流程自動化、物料管理以及數據管理來減輕人的負擔,打破傳統模式中的反復復核、錯誤驗證等痛點,讓實驗室人員能夠真正專心解決科研問題,而不是疲于應對繁瑣、重復的驗證工作。
當談及AI未來的應用前景時,張健先生分享了其在藥物發現領域的見解。多年以來,在新化合物發現領域的雙十定律是廣為人知的,也就是10年10億美金,其實對于現在的藥物發現來講,成本已經遠遠不止如此了。在化合物結構上大概有1060種可能,而以人類現有的探索極限,只發現了約1010種可能。這樣龐大的數量,靠人腦去探索幾乎是不可能實現的。AI已經發展出了大數據模型,可以在更廣闊的空間里去計算、去解決、去尋找潛在的化合物。當前全球的算力已經足以支撐化合物的計算,但真正的障礙是如何構建專業、可靠的數據模型。在1060面前,即使是頭部醫藥公司的數據集,也是微不足道的,而廠商之間形成的數據孤島也是難以解決的問題。
“所以,我們現在有兩個方向,一個是自動化地快速收集合成數據,第二個就是從業內監管部門入手,盡可能地促成數據的共享。那么如何去共享?當然不能是以損失利益為前提的,這是非常值得探討的一個問題。從企業的角度來講,這些數據是生存競爭的核心,絕不會拿出來共享。但對于科研端的老師們來說,往往是愿意分享數據來構建大數據模型的,如果加上省市乃至國家層面官方機構牽頭,就更有希望實現了,雖然也會碰到各種阻礙,但通過靈活調整信息釋放比例等手段,還是可能實現的。”張健先生補充說。
安捷倫的探索與進展
自動化與智能化,始終是安捷倫創新的重點之一。本次展會上,安捷倫在LC/MS上的兩款新產品也為用戶帶來了智能化的功能和升級。“我們LC/MS產品的口號是Intelligence that Inspires,核心是提供智能化的質譜方案。首先一定是在硬件層面上帶來更多的改進,打造更具耐用性的儀器,減少所需的維護和維修,更好地保證7×24小時工作。”安捷倫大中華區液相液質自動化產品業務拓展團隊經理賴叢芳介紹說:“第二點則是軟件方面。例如,幾年前我們引入了SWARM Auto-tune算法,實際上就是利用算法,同時調整質譜儀中數十個電子元件的參數以找到最佳的組合,而不是逐個地調整,調完入口電壓,再調碰撞電壓、出口電壓等等。在今年的兩款新品上,我們在延續算法的基礎上,同時配備了全新一代的數據采集和處理芯片,可實現更快速、更高質量的計算。”
安捷倫大中華區液相液質自動化產品業務拓展團隊經理 賴叢芳
在自動化領域,安捷倫開始在軟件中應用自動反饋+干預的故障排除機制,便于在大批量序列樣品的分析過程中,自動識別常見問題,并進行有效處置,例如可在需要時自動進行在線樣品稀釋、清洗進樣口、降低本底以及消除交叉污染等,為7×23小時或7×24小時的工作提供更多保障,同時減少人員對儀器狀態的關注和擔憂。盡管目前與人相比,該功能可以解決的問題還相對有限,但隨著逐步的迭代,加上新興AI技術的融入,安捷倫在這方面的探索和實現將會越來越快。
在與用戶的合作中,安捷倫還在做的一件事就是行為分析,這里的行為不單指人,還包括儀器本身的狀態、維護記錄、現場環境溫度、壓力以及濕度等等各種參數,由這些數據所構成的大數據模型可以為用戶提供非常清晰的信號,指示偏差或異常的來源,甚至可以在問題出現之前給出明確的預警。安捷倫大中華區實驗室信息系統產品經理郭亮介紹介紹說:“數據處理在很多領域中都是痛點問題。在這方面,安捷倫的AI模型是一種專項模型,通過持續學習,它能夠提供準確的反饋,并不斷優化。”
安捷倫大中華區實驗室信息系統產品經理 郭亮
心諳所需,敏銳洞察
作為分析儀器的領先供應商,安捷倫的創新始終是以滿足客戶的需求為目標的。對于如何面對未來的挑戰,鄭欣先生表示:“在過去的20年里,我們主要聚焦在儀器和軟件研發,圍繞讓儀器更加穩定、更易操作等等,但這種交互仍然是單向的,這是未來發展的一個方向。另一方面,從客戶的角度出發,實驗室生態的重要性越來越明顯,如何讓整個方案對用戶更加友好,這也是安捷倫想要去做的。”
安捷倫Agilent的英文詞根是Agile,意為敏捷,而安捷倫對自動化與智能化領域的洞察也是相當敏銳的。“我們的理念是customer-centric,也就是以客戶為中心,我們會根據客戶的需求快速地調整,包括在AI方面的研發。我們在產品以及智能化協同上投入了大量的資源,相信未來的進展也會非常快,我們對分析實驗室的市場是充滿信心的。”郭亮先生總結道。
會后合影