天津工业生物技术研究所合成生物学自动化全流程快闪视频

作为有望在未来几年为世界提供变革性的生命科学领域技术，合成生物学的发展深度依赖于高通量实验流程产生数据的精 准性、可重复性。为了保持科学的高度严谨性，合成生物学将工程学原理引入生命科学，通过搭建实验室自动化设施（如生物铸造厂和云实验室），有望大大提高“设计-构建-测试-学习”循环的效率。繁琐和重复的任务对于手工操作来说非常容易出错，但自动化设施不存在这一问题。自动化系统使用精 准和明确的指令进行实验方法运行，并且实验方法可以在世界各地的实验室之间广泛传播和验证，极大地保证实验研究和成果转化的可重复性。自动化系统整合的关键在于如何连接来自不同制造商的设备，通过自动化系统软件对复杂的设备进行深度整合，实现高效协同控制，而非简单堆叠。这就需要工程师团队具有丰富的整合经验，能够快速搭建起实验室自动化设施，并结合成熟的软件实现测试运行，而非从零开始进行冗长的现场测试和优化。贝克曼库尔特生命科学整合团队平均具有15年以上整合经验，每年成功为国内外用户搭建超过400套整合系统。国内整合团队可独立完成系统的设计、搭建和售后支持，保证系统落地后的稳定运行和及时响应。经过精心的准备，小贝挑选出一套在天津工业生物技术研究所搭建的合成生物学整合系统——高通量自动化菌种构建平台，将合成生物学自动化全流程快闪视频推给大家。

高通量自动化菌种构建平台由3个功能岛组成：自动化生物元件处理系统、高通量基因组编辑系统和多组学样本前处理系统；除了硬件方面，整合系统软件成功与LIMS整合，可进行数据上传下达的双向传输，实现真正无人值守的自动化工作流：用户通过LIMS派单，自动化冰箱进行样品出库，随后AGV小车传递样品至自动化整合系统。与此同时，各个功能岛之间可通过AGV小车进行耗材搬运，实现系统间耗材自动化传输。

自动化生物元件处理系统由Biomek i7自动化移液工作站，一维条码扫描仪，二维条码扫描仪，自动化保菌管开关盖机，自动化耗材供给站，台面离心机组成，可自动化完成挑菌、转菌、保菌等工作。

高通量基因组编辑系统是由2套SCARA外置机械臂及2米轨道整合23件独立外周设备组合而成：Biomek i7和Biomek i5两台自动化移液工作站，3条自动化传输轨道，大体积分液仪，4台自动化PCR仪，一维条码扫描仪，二维条码扫描仪，自动化冰箱，温控培养箱，温控振荡培养箱，2台耗材供给站，自动化开关盖机，高通量微生物克隆筛选系统，纳升级移液工作站，片段分析仪，封膜机，撕膜机， 台面离心机，高速冷冻离心机，荧光定量PCR仪和酶标仪。该系统具有Docking/Undocking 功能，既可以作为一套完整的大系统运行；又可以拆分为2套独立运行的小系统，同时处理不同的任务；保证了系统的灵活高效。系统可自动化完成不同菌种的基因组改造、点突变质粒构建等工作。

多组学样本前处理系统由Biomek i7，一维条码扫描仪，酶标仪，台面离心机，自动化PCR仪和PPA正压抽滤模块组成，可自动化完成质谱样本前处理和NGS文库构建等工作。

作为工作流程的核心，移液工作站的精 准性和整合系统软件的可靠性非常关键。Biomek和Echo的高效协同工作实现纳升~微升~毫升级高通量移液，在提高移液准确度和重复性的同时，将反应体系降低至原来的十分之一，极大降低了试剂成本。而SAMI整合系统软件能够清晰地知晓各工作站设备的运行情况，不但能够自动时序优化保证系统高效运行；而且能够实时获取实验过程中产生的数据，根据实验数据指导下一步操作，实现深度整合。

高通量自动化菌种构建平台的成功运行，全面覆盖了合成生物学的上下游应用，真正实现了高通量自动化无人值守，保证了实验的高效性、精 准性和重复性。

● 特别鸣谢：中国科学院天津工业生物技术研究所