生命科學新基建——系統(tǒng)化實驗室自動化，機會在哪里？

當生命科學產(chǎn)業(yè)下游應用領域不斷擴延，檢測的需求勢必不斷增加，實驗室自動化已經(jīng)成為了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。然而，目前多數(shù)的實驗室自動化場景只停留在零散模塊階段，并沒有真正實現(xiàn)全鏈條的覆蓋。未來，我們是否有機會減少人工操作，更好地實現(xiàn)全方位的實驗室自動化？不妨與華興資本醫(yī)療與生命科技團隊一起展開探索。

1實驗室自動化是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢

生命科學產(chǎn)業(yè)大多數(shù)領域都經(jīng)歷了規(guī)模驅(qū)動的發(fā)展階段，尤其是以實驗室作為生產(chǎn)中心的檢測服務型業(yè)務，檢測量的增加往往會直接導致人力投入的加大，并不可避免地增加管理成本、人為錯誤和實驗數(shù)據(jù)追溯難度。

隨著下游應用領域的需求持續(xù)快速增長，檢測服務方開始不斷擴大產(chǎn)能和人員規(guī)模，最終使得實驗室行業(yè)成為了非常典型的“勞動密集型”場景。

資料來源：Wind

其背后的主要因素往往包括實驗室設備全鏈條覆蓋的缺失及現(xiàn)有人機交互對于人員投入的過多依賴。具體表現(xiàn)為：一方面，現(xiàn)有實驗室設備無法全鏈條覆蓋實驗室場景下的全部應用，另一方面，基于現(xiàn)有人機交互的產(chǎn)品形態(tài)，更多的設備往往意味著更多的人員投入。目前以常見單體設備為代表的實驗室“簡單自動化”已經(jīng)很難滿足行業(yè)發(fā)展的進一步要求。如何利用機器和機器之前的協(xié)作來實現(xiàn)設備間的相互勾稽，最大程度減少對人的依賴，形成“系統(tǒng)化的實驗室自動化”已經(jīng)成為了行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

資料來源：Unsplash，玄刃科技

系統(tǒng)化的實驗室自動化，可以減少實驗室人員投入以及人為錯誤的產(chǎn)生，并可以24*7的不間斷工作完成既定任務；硬件平臺同時配合LIMS和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)全流程的實驗室管理，從根本上達到降本增效。

2 生命科學需要什么樣的自動化

實驗室自動化最核心的價值并非在于替代人，而是減少實驗流程對人的依賴。

在汽車和3C行業(yè)的自動化生產(chǎn)線，人機接口更多用來監(jiān)控自動化系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，而非需要生產(chǎn)人員親身參與到生產(chǎn)流程。同樣，生命科學自動化的終局為“關燈實驗室”，目前市場上各類參與者所做出的努力也正是為了實現(xiàn)這一過程。

工業(yè)領域自動化產(chǎn)線

Source：Unsplash

現(xiàn)階段實驗室內(nèi)的自動化仍然是以單體設備的人力串聯(lián)為最主要的表現(xiàn)形式，從簡單的搖床培養(yǎng)、移液分杯，到復雜的單B細胞篩選，儀器設備都是以實現(xiàn)單一功能為核心的單體自動化，同時這些設備均以“人機交互”的方式運作。如果需要實現(xiàn)全鏈路的自動化，除了用機器操縱機器，還需要對底層邏輯進行有針對性的設計和改造。

正如特斯拉實現(xiàn)自動駕駛并非依靠機器人開車，汽車行業(yè)的自動化并非由機器人來操縱設備，生命科學的自動化不是簡單的擬人化。系統(tǒng)化的實驗室自動化通過視覺、移動、執(zhí)行、數(shù)字四大技術平臺，實現(xiàn)類比眼、手、腦的完整自動化體系，各個功能模塊在各個功能單元都會有體現(xiàn)，實現(xiàn)全鏈路的感知、執(zhí)行和數(shù)據(jù)拾取。未來實驗室將在無人值守的情況下完成實驗、由人發(fā)起實驗并搭建實驗SOP模型，運用APS排程軟件最高效地布局硬件流程，后由機器完成樣本庫管理、預處理、實驗分析、后處理、檢測及數(shù)據(jù)采集五大步驟。

資料來源：華興資料整理

我們認為，成熟的實驗室自動化，需要的是由下而上的系統(tǒng)化革新，從底層邏輯的角度，由人機交互變成機器之間的動作交互和數(shù)據(jù)鏈接，實現(xiàn)無人值守的“樣本進、結(jié)果出”式的系統(tǒng)化實驗室自動化。

3 千億級規(guī)模的市場

與成熟的自動化應用場景相比，生命科學是典型的自動化應用“洼地”。

自動化的價值核心即為工具的價值，即復雜冗長的實驗流程可以更簡單、更高效、更高質(zhì)量地落地，最大化減少人為因素帶來的各類干擾。

以典型的腫瘤NGS商業(yè)臨檢實驗室為例，從樣本接收、前處理、核酸提取、NGS建庫到測序上機，如果僅依靠手工操作，很難支撐每年上萬份的檢測需求，最大的瓶頸在于單人的產(chǎn)出限制以及人力投入增加后邊際收益的降低。

如果在關鍵的步驟采用單體自動化設備（如前處理分液、核酸提取、建庫等），滿編100人的實驗室可以實現(xiàn)5萬樣本/年的檢測需求和報告的及時交付，其中絕大部分的人員仍集中分布在樣本的前處理以及建庫兩大環(huán)節(jié)，人工參與的主要環(huán)節(jié)包括樣本在各個實驗步驟間的轉(zhuǎn)移，實驗流程的監(jiān)控，部分手工流程的執(zhí)行等，而這些環(huán)節(jié)往往是機械式的重復操作。目前已經(jīng)有企業(yè)開始探索NGS場景下的深度自動化改造，例如諾禾致源在中心實驗室的全鏈條自動化系統(tǒng)Falcon，以及近期科技部的“十四五課題”也在啟動臨床高通量NGS的一體化方案項目。

CXO場景中存在大量自動化留白。由于生產(chǎn)場景中涉及的設備更多、流程更復雜，從樣本進入實驗室到按需完成檢測，以及在整個流程各個環(huán)節(jié)符合GLP、GMP法規(guī)，對實驗室的管理都提出了更高的要求。因此CXO是系統(tǒng)化實驗室自動化部署的巨大潛力應用市場。目前國內(nèi)頭部CXO企業(yè)，如藥明康德、凱萊英等，均開始進行自動化產(chǎn)線的開發(fā)和應用。

除了上述提到的具體應用場景，在臨檢、病理、政府、食品、AI制藥、合成生物學等領域，系統(tǒng)化的實驗室自動化也大有用武之地。隨著行業(yè)向標準化、智能化、柔性化的方向發(fā)展，我們相信這將會是個千億級人民幣規(guī)模的市場。

4 群雄逐鹿

目前進入到系統(tǒng)化實驗室自動化的企業(yè)基本可分為三類：

第一類是以數(shù)字化為切入點且有計劃向硬件或耗材轉(zhuǎn)型的企業(yè)；

第二類包括生產(chǎn)單體自動化設備的廠商；

第三類為跨行業(yè)進入生命科學領域的新勢力。

我們認為，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)化實驗室自動化的團隊，需要具備以下的畫像：

見證過自動化的高級形態(tài)，如參與建設過汽車行業(yè)或3C行業(yè)的自動化流水線，對工業(yè)自動化有著深入的了解和認知；

具備系統(tǒng)落地經(jīng)驗，團隊具備對客戶需求的感知、理解、轉(zhuǎn)化以及產(chǎn)品落地的全套成功經(jīng)驗，以上經(jīng)驗可以被快速復制到新的應用場景；

硬件和軟件的開發(fā)及整合能力，即實現(xiàn)系統(tǒng)自動化“手、腦、眼”的功能模塊的開發(fā)和協(xié)調(diào)，針對客戶進行操作的優(yōu)化，體現(xiàn)出系統(tǒng)的智能和柔性；

具備自動化和生命科學復合背景團隊，可以實現(xiàn)對客戶特定應用場景的需求準確把握、升華、通過標準產(chǎn)品和定制化產(chǎn)品的組合來實現(xiàn)客戶的需求。

以賽默飛為代表的國際巨頭，在技術能力上具備了進行全流程自動化整合的能力，但由于成本、供應鏈、本地化等因素，在中國為客戶提供整體解決方案的難度大、成本高，也為國內(nèi)優(yōu)秀企業(yè)提供了發(fā)展機會。具備跨行業(yè)經(jīng)驗的團隊可提供更具想象力的新型解決方案，比如基于磁懸浮技術新型桌面轉(zhuǎn)運平臺，增加了在工作站場景下的“維度+1”的運動體系，提升了實驗排程柔性的同時進一步提高了實驗效率；這一品類的產(chǎn)品已經(jīng)超出了生命科學設備類型的傳統(tǒng)范疇，顯示了跨行業(yè)團隊為創(chuàng)新技術帶來新鮮血液。目前國內(nèi)玄刃科技已經(jīng)實現(xiàn)了桌面?zhèn)鬏斊脚_的開發(fā)并準備進入商業(yè)部署。

根據(jù)對行業(yè)的觀察結(jié)合上述畫像描述，我們認為鎂伽機器人、玄刃科技、耐優(yōu)生物等企業(yè)都具備高度的發(fā)展?jié)摿?。華興資本也在持續(xù)關注“系統(tǒng)化實驗室自動化”方向并與國內(nèi)外優(yōu)秀企業(yè)保持溝通，共同探討這一新方向在國內(nèi)的發(fā)展和落地前景。

免責聲明

本文謹供接收方作參考用途，并非作為或被視為在任何地區(qū)對任何證券的研究報告，亦非作為或被視為出售或購買或認購證券的邀請或向任何特定人士作出邀請。本文所提及的上市公司僅為示例，不代表任何投資分析或投資建議。接收方不應僅依靠本文、而應按照自己的判斷作出投資決定，并在作出任何投資行動前，咨詢專業(yè)意見。

本文所載的資料由華興資本集團（連同其關聯(lián)公司，統(tǒng)稱“華興資本”）編寫。本文件所載資料的來源皆被華興資本認為可靠，但華興資本不能擔保本文件所有信息之準確性與完整性。本文件所載的見解、分析、預測、推斷和期望只反映華興資本于最初發(fā)布本文件當日的判斷，可隨時更改而毋須另行通知接收方。華興資本有可能在未來向本文提及的任何企業(yè)或個人提供服務。因使用本文材料而承受的直接或間接或相關之損失，華興資本均不會對此等損失負上任何責任。本文受到版權的全面保護。華興資本保留一切權利。