隨著樣品量的增加，用戶更喜歡自動化程度高的平臺，因為高自動化水平代表了高通量。而有些用戶追求高自動化水平，是因為自動化水平的提高可以提高數(shù)據(jù)的精度和重現(xiàn)性。
空間對生命科學(xué)實驗室也很重要。隨著測試工作量的增加，實驗室需要更多的實驗設(shè)備，因此為了充分利用空間，儀器大小也成為用戶關(guān)心的重要因素。
對于蛋白鑒定的常用儀器——質(zhì)譜儀，靈敏度依然很重要。但安捷倫的低噪高效系統(tǒng)采用了一個比信噪比更好更有意義的標(biāo)準(zhǔn)——儀器檢測限，這個標(biāo)準(zhǔn)被EPA、國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會、藥典等機(jī)構(gòu)接受并采用。
發(fā)展與挑戰(zhàn)
隨著樣品越來越復(fù)雜，對樣品需要了解得越來越多，簡單的解決方案顯得越來越重要。因此供應(yīng)商更注重儀器的簡單、便捷，以使研究者可以更快的學(xué)會使用這些設(shè)備。對于常規(guī)方法，界面友好的系統(tǒng)和軟件可以使研究者不需專業(yè)的分析化學(xué)知識而能得到分析結(jié)果。盡管上述的便利經(jīng)常是通過軟件來實現(xiàn)，現(xiàn)在簡化/自動化樣品前處理也在推動這方面的發(fā)展和應(yīng)用。
實驗室也一直在尋求改善自己設(shè)備的成本和使用效能。隨著儀器靈敏度和分辨率的提高，分析結(jié)果也越來越多越復(fù)雜。因此開發(fā)處理數(shù)據(jù)的生物信息學(xué)方法變得更加重要。而且，數(shù)據(jù)壓縮、文件大小和文件結(jié)構(gòu)也需改進(jìn)。因此，云存儲和云計算在未來幾年將變得更加重要。
工效學(xué)也是開發(fā)商持續(xù)關(guān)注的重點。與幾年前相比，科研儀器的功能在增加，但是用戶經(jīng)常沒有時間去查看綜合性用戶手冊。因此，控制面板需要更智能更直觀，以使用戶在五分鐘之內(nèi)可以掌握儀器90%的使用功能。
目前生命科學(xué)研發(fā)的最大挑戰(zhàn)之一是培訓(xùn)研究人員新的樣品前處理技術(shù)?！叭绻銋⒂^生命科學(xué)實驗室，就會發(fā)現(xiàn)像UHPLC、超快速質(zhì)譜儀等儀器已變得更加可靠、快速和靈敏”，島津生命科學(xué)業(yè)務(wù)部門經(jīng)理Scott Kuzdzal說。“而且，自從公元前1400年埃及人發(fā)明靜脈穿刺技術(shù)以來，血液前處理幾乎沒有改變。我們可以在幾毫秒之內(nèi)完成多重、高靈敏度的質(zhì)譜實驗，但卻需要幾個小時甚至是幾天來收集、離心、冷凍和運輸血漿樣品?！?Novilytic Labs的Noviplex 血漿收集卡可以在幾分鐘內(nèi)從手指或者小鼠尾穿刺出血產(chǎn)生血漿，而不需抽血醫(yī)師、注射器、離心管、離心機(jī)或冰箱。諸如此類的技術(shù)可以簡化前處理。
“為了推出創(chuàng)新可靠的產(chǎn)品，生命科學(xué)廠商需要創(chuàng)建和保持穩(wěn)健的研發(fā)團(tuán)隊，這個團(tuán)隊中既要有經(jīng)驗豐富的資深人士，也要有充滿想象力的、才華橫溢的年輕人”，Protea Biosciences首席戰(zhàn)略官馬修·鮑威爾如是說。盡管三維建模和快速成型大大降低了原型機(jī)的制造成本，但是研發(fā)仍需不少的費用，主要花費在開發(fā)工具和從研發(fā)地點到生產(chǎn)工廠之間的交通費。
安捷倫首席技術(shù)官Darlene Solomon說，另一個挑戰(zhàn)在于生物學(xué)比化學(xué)的定義模糊得多，小分子可以被精確的表征，但是生物大分子會有自然變異和隨著細(xì)胞環(huán)境的變化而出現(xiàn)的差異。因此生命科學(xué)研究者的樣品經(jīng)常量少且復(fù)雜。為了保證復(fù)雜樣品數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性，樣品制備和處理方法以及設(shè)備都至關(guān)重要。
此外，生命科學(xué)的認(rèn)知變化迅速。“新的認(rèn)知產(chǎn)生新的技術(shù)，新的技術(shù)產(chǎn)生新的儀器和測量方法，”Solomon說，“這意味著生命科學(xué)研究者研究的問題在不斷變化。這個快速的變化對儀器的發(fā)展是一個挑戰(zhàn)，但同時對新的高效的產(chǎn)品也是一個巨大的機(jī)遇。”因此儀器平臺需要能不斷更新升級以適應(yīng)更廣泛的應(yīng)用。
支持生命科學(xué)研究
隨著樣品量的增加以及從一個樣品中需要得到的信息量的增加，生命科學(xué)研究者的工作量在不斷增大，因此像快速質(zhì)譜這樣的技術(shù)越來越受歡迎。比如島津LCMS-8050三重四級桿質(zhì)譜儀可實現(xiàn)30,000u/sec的掃描速度和超高速正負(fù)極切換。無論是進(jìn)行目標(biāo)化合物的痕量檢測還是同時進(jìn)行定量和定性分析，高掃描速度都有助于單次運行檢測出更多的化合物。
質(zhì)譜儀可以直接分析樣品，Protea Biosciences也關(guān)注此領(lǐng)域。對于生命科學(xué)研究者，Protea Biosciences提供了多種解決方案來實現(xiàn)快速、無需預(yù)處理的生物樣品分析，包括質(zhì)譜成像、微生物樣品的體內(nèi)分析和生物流式分析。Protea Biosciences的LAESI-MS技術(shù)可幫助得到一些樣品的分子標(biāo)記或分子輪廓，而這些樣品可以幫助更好的理解生化路徑、生物動力學(xué)和疾病的機(jī)制。
目前，生命科學(xué)研究不再只著眼于傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，利用諸如合成生物學(xué)這樣的細(xì)胞編程技術(shù)，生命科學(xué)已經(jīng)進(jìn)入到工業(yè)領(lǐng)域中。利用DNA編程細(xì)胞形成細(xì)胞工廠，從而生產(chǎn)具有很高價值的化工原料及中間體?！袄靡嘿|(zhì)聯(lián)用代謝譜圖，杠桿系統(tǒng)，集成的生物學(xué)功能等合成生物學(xué)方法，生命科學(xué)研究儀器開始應(yīng)用于能源，化學(xué)，食品和其他工業(yè)領(lǐng)域。” Solomon說。
發(fā)展方向
所有被調(diào)查的生產(chǎn)商都認(rèn)為生命科學(xué)研究的未來是光明的，無論經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度如何，各個洲無論是發(fā)達(dá)國家或是發(fā)展中國家都會優(yōu)先考慮發(fā)展生命科學(xué)。從人們需要理解大量生物學(xué)的角度看，事實確實如此。
正如上文提到的，生命科學(xué)儀器將繼續(xù)朝著更好、更快、更小、更靈敏的方向發(fā)展。納米技術(shù)和微流控技術(shù)的進(jìn)步是這一趨勢的潮頭，按照Powell的說法。檢測器、光學(xué)器件和樣品處理的發(fā)展促進(jìn)了儀器的發(fā)展?？蒲袑嶒炇艺谠絹碓蕉嗟卮龠M(jìn)技術(shù)進(jìn)步，而這些技術(shù)被生物技術(shù)公司單獨或是與其他平臺聯(lián)合申請專利以用于商業(yè)發(fā)展。Powell說：“此類生物技術(shù)的發(fā)展將促進(jìn)生命科學(xué)設(shè)備的創(chuàng)新?！?/P>
“在我們領(lǐng)域，市場全球化還沒有結(jié)束，”賽默飛離心產(chǎn)品總監(jiān)Maurizio Merli，“除了已在商業(yè)領(lǐng)域存在些年頭的歷史品牌外，我們看到越來越多的新公司的產(chǎn)品生產(chǎn)和市場份額在不斷增加，而這些新公司都有自己的知識產(chǎn)權(quán)?！苯煌ê托畔⒓夹g(shù)的發(fā)展大大縮短了人與人之間的距離，同時也使用戶可以接觸到更多的產(chǎn)品和品牌，這將促進(jìn)競爭，也將保證用戶有更多的機(jī)會以更合適的價格找到他們需要的產(chǎn)品。
未來儀器將更加靈敏和快速，實驗平臺的集成度也將更高，這一切都將使以前重復(fù)性差和繁瑣的過程通過自動化來完成。通過借助像超高速質(zhì)譜儀、強大的新樣品制備策略和自動化的處理工作站，未來將出現(xiàn)更強大的多元系統(tǒng)，據(jù)Kuzdzal介紹。隨著云數(shù)據(jù)處理和分享技術(shù)的發(fā)展，研究者將從更快的分析和處理速度中受益。“科學(xué)發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)，即實驗數(shù)據(jù)的全球分享，將變得無限簡單和快速，生命科學(xué)研究將進(jìn)入云時代?！?Kuzdzal說。
調(diào)查結(jié)論
目前市場上的生命科學(xué)儀器是如何實現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)和簡單易用的?R&D雜志對它的讀者進(jìn)行了調(diào)查。
被調(diào)查者最常用的生命科學(xué)儀器是什么呢?排名靠前的分別是試劑(64%)、冷凍機(jī)(60%)、樣品制備工具(59%)、混合/攪拌器(53%)和溫控裝置(51%)。很多被調(diào)查者說他們使用生命科學(xué)儀器用于生物樣品分析、DNA分析、蛋白質(zhì)組學(xué)和疾病研究、藥物設(shè)計和開發(fā)。
在被調(diào)查者中，大多數(shù)(36%)使用賽默飛的生命科學(xué)儀器，接下來是安捷倫(17%)和貝克曼庫爾特(10%)。也有一些其他公司的產(chǎn)品被提到，如Bio-Rad Laboratories、默克密理博、島津、Eppendorf和Integra Bioscience。
被調(diào)查者認(rèn)為過去三年生命科學(xué)儀器有哪些重要的發(fā)展趨勢呢?大多數(shù)人(60%)認(rèn)為是準(zhǔn)確度。其他比較重要的趨勢有靈敏度(58%)、自動化程度(56%)、速度(51%)和分辨率(50%)。也有些調(diào)查者選擇了易用性(42%)和成本增加(42%)。隨著設(shè)備靈敏度的提高，使用者能檢測微量的DNA和樣品，能得到準(zhǔn)確度和再現(xiàn)性更好的結(jié)果。隨著技術(shù)通量的增加，生命科學(xué)實驗室的成本降低了，項目規(guī)模變大了。自動化的提高使工作可以完成得更快，也幫助解決了專業(yè)人員短缺和高成本的問題。
在上面提到的重要進(jìn)展中，被調(diào)查者希望未來三年哪些方面可以更快得到提高呢?盡管價格已經(jīng)下降，但45%的被調(diào)查者仍然希望價格可以降低。其次是易用性和靈敏度，分別有43%和40%的被調(diào)查者選擇。這些數(shù)據(jù)表明，生命科學(xué)行業(yè)正在快速變化，因此設(shè)備也必須跟上步伐，從而能夠以更高的效率分析更小的樣品。這也反映了研究者對儀器自動化需求更高，希望能實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，以節(jié)省寶貴的時間。簡單的操作系統(tǒng)和程序可以使所有員工甚至非專業(yè)人士也能正確的操作儀器。
被調(diào)查者對生命科學(xué)儀器支持未來研究這個問題是如何看待的呢?一些被調(diào)查者認(rèn)為隨著自動化水平的提高，未來將會有更多的數(shù)據(jù)。生命科學(xué)設(shè)備將會更好地支持實驗室對這些數(shù)據(jù)的分析解釋，從而產(chǎn)生更多的期刊論文和引用。還有一些人認(rèn)為生命科學(xué)設(shè)備可以幫助疾病的診斷和治療，比如說癌癥和艾滋病。
