先进的实验室自动化和LIMS实现了COVID-19快速检测

在过去的十年中，实验室自动化已被证明是至关重要的，它的好处，如提高吞吐量，标准化和可重复性，已被世界各地的组织所认可。在COVID-19大流行期间，自动化的重要性尤其凸显出来，它使实验室能够在充满挑战的环境中高效运作。首先，它可以最大限度地减少现场人员数量，有助于降低传播风险，克服训练有素的技术人员短缺的问题;其次，它有助于快速扩大诊断检测的规模。本文回顾了自动化的重要性和数字解决方案在自动化科学中的作用。报告还探讨了以实验室信息管理系统(LIMS)软件为特色的自动化流程如何最大限度地减少大流行造成的干扰，并使COVID-19检测迅速扩大规模以满足需求。

自动化的优势

自动化对实验室有很多好处。最被广泛认可的优点之一是能够实现手工方法无法实现的高水平吞吐量和处理。然而，还有一些重要的额外好处需要注意，例如，最大限度地减少人类交互可以降低错误的风险，从而提高数据质量、完整性和可重复性。通过减少基本重复性任务所需的动手时间，自动化还将科学家解放出来，不受干扰地从事更高价值的活动。betway88体育官网此外，自动化为实验室扩展操作提供了灵活性，以满足当前的工作流程和未来的能力需求。
自动化还有其他一些最初可能被忽视的优点。例如，更高的吞吐量和更少的错误所带来的积极影响意味着实验室可以减少重新测试样品所花费的时间，从而缩短研究时间和迭代周期。此外，生成的高质量数据可以更容易地用于人工智能(AI)和机器学习(ML)应用程序，以推动进一步的洞察。
自动化可以发生在任何层面，从简单的任务到复杂的系统。自动化最初用于药物发现中的高通量筛选，现在在其他领域也得到了认可，例如QA/QC、生产环境和精准医疗。它在制药业的不同阶段有许多应用，最近，在COVID-19诊断检测中的应用越来越多。
尽管它有许多优点，但到目前为止，进入自动化的主要障碍之一是它可能会在实施过程中造成中断。然而，好处超过了实现的时间和努力，因为没有自动化，发现和进展可能会被扼杀，实验室将无法跟上竞争并继续满足客户的期望。在大流行之前采用自动化的实验室能够更好地应对所带来的挑战，并更快地恢复全面生产力。事实上，在COVID-19大流行期间，实验室自动化越来越多地被视为确保业务连续性的战略方式。

数字系统的重要性

自动化科学通常被认为是建立在三个基本支柱上的:
1.物理自动化，硬件，包括工具，如分析仪器，机器人样品处理和自动试剂供应。
2.数据基础设施，包括用于管理样品和数据的实验室信息管理系统(LIMS)、电子实验室笔记本(ELNs)、用于双向数据传输的专用软件连接工具以及具有互联网功能的设备(物联网，IoT)。从本质上讲，整个基础设施能够生成可标准化、可共享的数据，并使其可用于更广泛的使用。
3.AI和ML，深度学习技术，获取大量数据，并将其转化为推动发现和推动科学向前发展的见解[1,2]。
图1:自动化的三个支柱。
当结合上述三个要素时，实验室自动化的全部好处就完全实现了。在这里，数字化是这些支柱之间的关键纽带，数字工具将物理仪器与先进的分析工具连接起来。LIMS在收集、集中和管理数据、自动化流程以及提供连接性和数据完整性方面发挥着关键作用，为AI和ML提供强大的基础。例如，LIMS管理分析仪器的标准操作流程，并收集大量高质量的实验和操作数据，以可管理的方式存储，以便在深度学习中进行分析。
LIMS软件对数据进行安全全面的处理，确保数据的完整性和可追溯性，这对于遵守法规和保证产品/结果质量至关重要。LIMS还可以使实验室自动化处理，例如在需要维护仪器时进行试剂重新储存或标记。实验室自动化特定软件解决方案，如Thermo Scientific Momentum工作流软件，可以连接到LIMS、eln和其他平台等外部应用程序，以简化数据管理和跟踪。这种连通性还允许用户跨多个不同的实验室站点连接和同步应用程序。
数字化转型的基础是FAIR数据的概念，这是当今实验室环境的关键。FAIR数据是可发现、可访问、可互操作和可重用的，正是这些关键属性使其如此有价值。这个概念不仅仅是仪器之间的简单对话。这意味着数据必须在系统和科学家之间可以找到和访问，并且具有足够的质量，以便有信心地重新使用。betway88体育官网通过数字化进行数据管理有助于实现公平数据。
毫无疑问，数字化是实现自动化科学的关键。物联网提供了生成大量研究数据和元数据的工具，包括操作、环境和库存。由于删除了数据转录等手动步骤，流程得到了完善，完整性也得到了提高。集成的物理和数字自动化使设施能够在标准化条件下协作。当这一目标实现时，科学家可以获得可靠的高质量数betway88体育官网据，这些数据可以在不同平台上被所有需要的人共享和访问，同时为机器学习应用程序提供支持。

迎接COVID-19的挑战

COVID-19大流行给世界各地的实验室带来了巨大挑战，因为它们必须维持社交距离准则，并在现场人员更少的情况下保持持续运营。
此外，诊断实验室还面临进一步的挑战，因为它们面临着提高能力和扩大服务以适应COVID-19检测的巨大压力。反过来，这对数据管理系统提出了额外的要求，因为科学家需要在跟踪样本的旅程和准确报告结果的同时提高吞吐量。betway88体育官网
使用自动化工具的实验室已经能够应对这些挑战。一项名为“使用小型化共培养结合高含量筛选从临床样本中高速大规模自动分离SARS-CoV-2”的研究[3]已经证明，自动化确实能够在最小的人类互动下实现快速检测，从而降低了污染风险。这篇论文描述了科学家如何利用新技术开发出一种新的betway88体育官网高通量隔离策略，用于快速和自动隔离SARS-CoV-2。

自动化在行动

实现高通量工作流程以及数据完整性和可追溯性对于使诊断实验室能够扩大服务并扩大检测能力以应对COVID-19尤为重要。然而，在没有扩展数字领域工作流程的情况下扩展高吞吐量测试功能可能会限制自动化提供的效率，并可能损害结果的完整性。在全球大流行期间，需要加强考虑，特别是在开发强有力的检测系统方面。
已经开发了高度自动化的分子诊断测试系统，如赛默飞世尔科学振幅解决方案，能够在24小时内分析多达8000个COVID-19样本，且用户交互最少。通过使用这样的新系统，包括通过LIMS的高级数据跟踪在内的所有三大自动化支柱，实验室可以迅速将COVID-19检测工作流程扩大到所需的高容量。这最终有助于减少疾病的传播，恢复经济和社区。
自动化解决方案提供的灵活性使具有前瞻性的实验室能够迅速恢复到接近充分的生产力，同时按照社会距离要求和保护人员的要求运作。对数据的远程访问也使团队之间的协作更加容易。而且，当限制取消，工作人员可以返回时，这些实验室将理想地使用其自动化工作流程来进一步扩展其能力。

对自动化的持续兴趣和投资

实验室自动化已被证明可以提高实验室的吞吐量，并最终提高实验室的生产力。COVID-19大流行导致更广泛地采用自动化，因为实验室管理人员认识到迫切需要自动化带来的好处，包括提高标准化、可重复性和数据质量。
诊断实验室也认识到自动化在可扩展性和灵活性方面所提供的机会。betway88体育官网科学家们通过实施新的工具和工作方式，应对了COVID-19大流行带来的许多挑战。他们不仅能够迅速扩大和增加COVID-19检测量;他们已经能够最大限度地减少现场用户互动，以便在社交距离限制期间可靠地运行。随着越来越多的实验室采用自动化，这些解决方案将在未来几年加快分析测试的步伐。
2020年，由于COVID-19对测试和研究的短期需求，自动化大幅增长，但由于业务连续性驱动的更广泛的自动化转变，人们对前瞻性项目的兴趣也在持续。公司见证了自动化实验室如何继续比人工实验室更有效地运行，这加速了关于实验室如何充分利用数字化转型和自动化的重大好处的讨论。

参考文献

1.《机器学习:实验室应用入门》。赛默飞世尔科技博客。作者:Ajay Shrestha
https://www.thermofisher.com/blog/connectedlab/machine-learning-a-primer-to-laboratory-applications/
2.人工智能在药物研发中的力量。赛默飞世尔科技博客。劳拉·马洛兹桑著
https://www.thermofisher.com/blog/connectedlab/the-power-of-ai-in-drug-discovery-and-development/
3.Francis, R.， Le Bideau, M.， Jardot, P.， Grimaldier, C.， Raoult, D.， Bou Khalil, J. Y.和La Scola, B.，“使用小型化共培养结合高含量筛选从临床样本中高速大规模自动分离SARS-CoV-2”，《临床微生物学与感染》(第27卷，第1期，p128.E1-128.E7)， 2021年1月02日