実験室自動化

ラボオートメーションとは、ラボにおける新しいプロセスや改良されたプロセスを可能にする技術を研究、開発、最適化、活用するための、学際的な戦略です。ラボオートメーションの専門家は、学術機関、企業、政府機関の研究者、科学者、エンジニアであり、生産性の向上、実験データ品質の向上、ラボプロセスのサイクルタイムの短縮、あるいは従来不可能だった実験を可能にするための新技術の研究開発を行っています。

実験室自動化技術の最もよく知られた応用例は、実験室ロボットです。より一般的に言えば、実験室自動化の分野は、実験室における科学研究を可能にし、迅速化し、効率と有効性を高めるために使用される、さまざまな自動化された実験機器、装置（最も一般的なのはオートサンプラー）、ソフトウェアアルゴリズム、および方法論から構成されます。

今日の研究室において、技術の活用は、タイムリーな進歩を遂げ、競争力を維持するために不可欠です。ハイスループットスクリーニング、コンビナトリアルケミストリー、自動化された臨床・分析検査、診断、大規模バイオリポジトリなど、様々な活動を行う研究室は、研究室の自動化技術の進歩なくしては存在し得ません。

大学によっては、実験技術に特化したプログラムを提供しているところもあります。例えば、インディアナ大学パデュー大学インディアナポリス校では、実験情報学を専門とする大学院プログラムを提供しています。また、カリフォルニア州のケック大学院大学では、臨床診断、ハイスループットスクリーニング、遺伝子型判定、マイクロアレイ技術、プロテオミクス、イメージングなどの用途に必要なアッセイ、計測機器、データ解析ツールの開発に重点を置いた大学院学位プログラムを提供しています。

少なくとも1875年以来、科学調査のための自動化装置に関する報告がある。^{[ 1 ]}これらの最初の装置は、主に科学者自身が実験室の問題を解決するために作ったものであった。第二次世界大戦後、企業はますます複雑な自動化装置を提供し始めた。

20世紀を通じて研究所では自動化が着実に広まりましたが、その後革命が起こりました。1980年代初頭、佐々木正英博士によって最初の完全自動化された研究所が開設されました。^{[ 2 ] [ 3 ]} 1993年、ネブラスカ大学医療センターのロッド・マーキン博士は、世界初の臨床自動化された検査室管理システムの1つを作成しました。^{[ 4 ]} 1990年代半ば、彼は米国臨床化学協会の臨床検査自動化標準運営委員会（CTASSC）と呼ばれる標準化グループの議長を務めました。^{[ 5 ] [ 6 ]}この委員会は後に臨床検査標準協会の地域委員会に発展しました。^{[ 7 ]} 2004年、国立衛生研究所（NIH）と、学術界、産業界、政府、および一般市民の300人以上の全国的に認められたリーダーが、健康を改善するための医学的発見を加速するためのNIHロードマップを完成させました。 NIHロードマップでは、分子ライブラリーおよびイメージング実装グループにおいて、技術開発がミッションクリティカルな要素として明確に位置づけられています（最初のテーマ「発見への新たな道筋」については、https ://web.archive.org/web/20100611171315/http: //nihroadmap.nih.gov/ を参照）。

佐々木博士の研究室やその他同様の研究室の成功にもかかわらず、こうした研究室の数百万ドルに及ぶ費用が、小規模なグループによる採用を妨げてきた。^{[ 8 ]}異なるメーカーのデバイスは互いに通信できないことが多いため、これはさらに困難である。しかし、Autoitのようなスクリプト言語の使用に基づく最近の進歩により、異なるメーカーの機器の統合が可能になった。^{[ 9 ]}このアプローチを使用すると、オープンソースデバイスを含む多くの低コストの電子機器が、一般的な実験機器と互換性を持つようになる。^{[ 10 ]}

Emerald Cloud LabやStrateosなどのスタートアップ企業は、オンデマンドで遠隔のラボアクセスを商用規模で提供している。2017年の調査によると、これらの商用規模の完全に統合された自動化ラボは、基礎的な生物医学実験の再現性と透明性を向上させることができ、生物医学論文の10件中9件以上が、現在これらのグループを通じて利用可能な方法を使用していることが示されている。^{[ 11 ]}

実験室での自動化の導入における大きな障害は、その高コストである。多くの実験機器は非常に高価である。このような機器は最先端技術を用いて非常に特殊なタスクを実行できるため、多くの場合、これは正当化される。しかし、実験室で使用されている機器の中には、高度な技術ではないにもかかわらず非常に高価なものもある。これは、単純なロボットアーム^[12 ] [ ^{13 ] [ 14 ] 、汎用（}オープンソース）電子モジュール^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [18] [ 19 ]} 、レゴマインドストーム^{[ 20 ]} 、または^3Dプリンターなどのシンプルで低コストの機器で簡単に実行できるタスクを実行する多くの自動化機器の^{場合である}。

これまで、このような低コストのデバイスを実験装置と併用することは非常に困難だと考えられていました。しかし、このような低コストのデバイスは、実験室で使用される標準的な機械を問題なく代替できることが実証されています。^{[ 12 ] [ 21 ] [ 22 ]}低コストの自動化は実験室にとって非常に魅力的であるため、より多くの実験室がこの新しい現実を活用することが期待されます。

メーカーを問わずあらゆるマシンを統合できる技術はスクリプトであり、より具体的には、AutoItのようにマウスのクリックやキーボード入力の制御を含むスクリプトです。クリックやキーボード入力のタイミングを調整することで、異なるデバイスを制御するさまざまなソフトウェアインターフェイスを完全に同期させることができます。^{[ 9 ] [ 23 ]}

• カッツ、アラン（2009年5月1日）「ラボオートメーションプロトコルと仮想ワークセル」、Genetic Engineering & Biotechnology News、OMICS、第 29巻、第9号、メアリー・アン・リーバート、 40～ 41 ページ、 ISSN 1935-472X、OCLC 77706455 、 2012年2月25日にオリジナルからアーカイブ、 2009年7月25日取得