生命科学类仪器发展趋势

巴西木

[导读] 生命科学的认知变化迅速。“新的认知产生新的技术，新的技术产生新的仪器和测量方法，”Solomon说，“这意味着生命科学研究者研究的问题在不断变化。这个快速的变化对仪器的发展挑战也是机遇。”

　　生命科学研究者使用操作简单、反应快速、自动化和集成化程度高的专用平台，从而获益良多。这些平台将硬件、软件和试剂集成为一个综合的、一键式分析系统，可将原先需要几天的工作在几分钟内完成。为了提高效率，这些平台在分析时间、能力、通量和人工学方面不断改进。因此，研究者可以有更多时间进行结果分析，而不是耗费时间在样品分析过程中。这也促使生命科学仪器生产厂商的研发能力全面提升。

　　随着样品量的增加，用户更喜欢自动化程度高的平台，因为高自动化水平代表了高通量。而有些用户追求高自动化水平，是因为自动化水平的提高可以提高数据的精度和重现性。

　　空间对生命科学实验室也很重要。随着测试工作量的增加，实验室需要更多的实验设备，因此为了充分利用空间，仪器大小也成为用户关心的重要因素。

　　对于蛋白鉴定的常用仪器——质谱仪，灵敏度依然很重要。但安捷伦的低噪高效系统采用了一个比信噪比更好更有意义的标准——仪器检测限，这个标准被EPA、国际纯粹与应用化学联合会、药典等机构接受并采用。

　　发展与挑战

　　随着样品越来越复杂，对样品需要了解得越来越多，简单的解决方案显得越来越重要。因此供应商更注重仪器的简单、便捷，以使研究者可以更快的学会使用这些设备。对于常规方法，界面友好的系统和软件可以使研究者不需专业的分析化学知识而能得到分析结果。尽管上述的便利经常是通过软件来实现，现在简化/自动化样品前处理也在推动这方面的发展和应用。

　　实验室也一直在寻求改善自己设备的成本和使用效能。随着仪器灵敏度和分辨率的提高，分析结果也越来越多越复杂。因此开发处理数据的生物信息学方法变得更加重要。而且，数据压缩、文件大小和文件结构也需改进。因此，云存储和云计算在未来几年将变得更加重要。

　　工效学也是开发商持续关注的重点。与几年前相比，科研仪器的功能在增加，但是用户经常没有时间去查看综合性用户手册。因此，控制面板需要更智能更直观，以使用户在五分钟之内可以掌握仪器90%的使用功能。

　　目前生命科学研发的最大挑战之一是培训研究人员新的样品前处理技术。“如果你参观生命科学实验室，就会发现像UHPLC、超快速质谱仪等仪器已变得更加可靠、快速和灵敏”，岛津生命科学业务部门经理Scott Kuzdzal说。“而且，自从公元前1400年埃及人发明静脉穿刺技术以来，血液前处理几乎没有改变。我们可以在几毫秒之内完成多重、高灵敏度的质谱实验，但却需要几个小时甚至是几天来收集、离心、冷冻和运输血浆样品。” Novilytic Labs的Noviplex 血浆收集卡可以在几分钟内从手指或者小鼠尾穿刺出血产生血浆，而不需抽血医师、注射器、离心管、离心机或冰箱。诸如此类的技术可以简化前处理。

　　“为了推出创新可靠的产品，生命科学厂商需要创建和保持稳健的研发团队，这个团队中既要有经验丰富的资深人士，也要有充满想象力的、才华横溢的年轻人”，Protea Biosciences首席战略官马修·鲍威尔如是说。尽管三维建模和快速成型大大降低了原型机的制造成本，但是研发仍需不少的费用，主要花费在开发工具和从研发地点到生产工厂之间的交通费。

　　安捷伦首席技术官Darlene Solomon说，另一个挑战在于生物学比化学的定义模糊得多，小分子可以被精确的表征，但是生物大分子会有自然变异和随着细胞环境的变化而出现的差异。因此生命科学研究者的样品经常量少且复杂。为了保证复杂样品数据的重现性，样品制备和处理方法以及设备都至关重要。

　　此外，生命科学的认知变化迅速。“新的认知产生新的技术，新的技术产生新的仪器和测量方法，”Solomon说，“这意味着生命科学研究者研究的问题在不断变化。这个快速的变化对仪器的发展是一个挑战，但同时对新的高效的产品也是一个巨大的机遇。”因此仪器平台需要能不断更新升级以适应更广泛的应用。

　　支持生命科学研究

　　随着样品量的增加以及从一个样品中需要得到的信息量的增加，生命科学研究者的工作量在不断增大，因此像快速质谱这样的技术越来越受欢迎。比如岛津LCMS-8050三重四级杆质谱仪可实现30,000u/sec的扫描速度和超高速正负极切换。无论是进行目标化合物的痕量检测还是同时进行定量和定性分析，高扫描速度都有助于单次运行检测出更多的化合物。

　　质谱仪可以直接分析样品，Protea Biosciences也关注此领域。对于生命科学研究者，Protea Biosciences提供了多种解决方案来实现快速、无需预处理的生物样品分析，包括质谱成像、微生物样品的体内分析和生物流式分析。Protea Biosciences的LAESI-MS技术可帮助得到一些样品的分子标记或分子轮廓，而这些样品可以帮助更好的理解生化路径、生物动力学和疾病的机制。

　　目前，生命科学研究不再只着眼于传统医学领域，利用诸如合成生物学这样的细胞编程技术，生命科学已经进入到工业领域中。利用DNA编程细胞形成细胞工厂，从而生产具有很高价值的化工原料及中间体。“利用液质联用代谢谱图，杠杆系统，集成的生物学功能等合成生物学方法，生命科学研究仪器开始应用于能源，化学，食品和其他工业领域。” Solomon说。

　　发展方向

　　所有被调查的生产商都认为生命科学研究的未来是光明的，无论经济发展程度如何，各个洲无论是发达国家或是发展中国家都会优先考虑发展生命科学。从人们需要理解大量生物学的角度看，事实确实如此。

　　正如上文提到的，生命科学仪器将继续朝着更好、更快、更小、更灵敏的方向发展。纳米技术和微流控技术的进步是这一趋势的潮头，按照Powell的说法。检测器、光学器件和样品处理的发展促进了仪器的发展。科研实验室正在越来越多地促进技术进步，而这些技术被生物技术公司单独或是与其他平台联合申请专利以用于商业发展。Powell说：“此类生物技术的发展将促进生命科学设备的创新。”

　　“在我们领域，市场全球化还没有结束，”赛默飞离心产品总监Maurizio Merli，“除了已在商业领域存在些年头的历史品牌外，我们看到越来越多的新公司的产品生产和市场份额在不断增加，而这些新公司都有自己的知识产权。”交通和信息技术的发展大大缩短了人与人之间的距离，同时也使用户可以接触到更多的产品和品牌，这将促进竞争，也将保证用户有更多的机会以更合适的价格找到他们需要的产品。

　　未来仪器将更加灵敏和快速，实验平台的集成度也将更高，这一切都将使以前重复性差和繁琐的过程通过自动化来完成。通过借助像超高速质谱仪、强大的新样品制备策略和自动化的处理工作站，未来将出现更强大的多元系统，据Kuzdzal介绍。随着云数据处理和分享技术的发展，研究者将从更快的分析和处理速度中受益。“科学发现的基础，即实验数据的全球分享，将变得无限简单和快速，生命科学研究将进入云时代。” Kuzdzal说。

　　调查结论

　　目前市场上的生命科学仪器是如何实现高效、经济和简单易用的？ R&D杂志对它的读者进行了调查。

　　被调查者最常用的生命科学仪器是什么呢?排名靠前的分别是试剂(64%)、冷冻机(60%)、样品制备工具(59%)、混合/搅拌器(53%)和温控装置(51%)。很多被调查者说他们使用生命科学仪器用于生物样品分析、DNA分析、蛋白质组学和疾病研究、药物设计和开发。

　　在被调查者中，大多数(36%)使用赛默飞的生命科学仪器，接下来是安捷伦(17%)和贝克曼库尔特(10%)。也有一些其他公司的产品被提到，如Bio-Rad Laboratories、默克密理博、岛津、Eppendorf和Integra Bioscience。

　　被调查者认为过去三年生命科学仪器有哪些重要的发展趋势呢?大多数人(60%)认为是准确度。其他比较重要的趋势有灵敏度(58%)、自动化程度(56%)、速度(51%)和分辨率(50%)。也有些调查者选择了易用性(42%)和成本增加(42%)。随着设备灵敏度的提高，使用者能检测微量的DNA和样品，能得到准确度和再现性更好的结果。随着技术通量的增加，生命科学实验室的成本降低了，项目规模变大了。自动化的提高使工作可以完成得更快，也帮助解决了专业人员短缺和高成本的问题。

　　在上面提到的重要进展中，被调查者希望未来三年哪些方面可以更快得到提高呢?尽管价格已经下降，但45%的被调查者仍然希望价格可以降低。其次是易用性和灵敏度，分别有43%和40%的被调查者选择。这些数据表明，生命科学行业正在快速变化，因此设备也必须跟上步伐，从而能够以更高的效率分析更小的样品。这也反映了研究者对仪器自动化需求更高，希望能实现远程操作，以节省宝贵的时间。简单的操作系统和程序可以使所有员工甚至非专业人士也能正确的操作仪器。

　　被调查者对生命科学仪器支持未来研究这个问题是如何看待的呢?一些被调查者认为随着自动化水平的提高，未来将会有更多的数据。生命科学设备将会更好地支持实验室对这些数据的分析解释，从而产生更多的期刊论文和引用。还有一些人认为生命科学设备可以帮助疾病的诊断和治疗，比如说癌症和艾滋病。（译自R&D）　　

---转自仪器信息网

镇海铁狮

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syhorchid

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