从移液工作站80年进化史看国产崛起路

第十一届慕尼黑上海分析生化展落下帷幕，展会的人气和天气一样，非常热烈；

慕尼黑分析生化展围绕实验室场景为主题，涉及行业非常广，实验室相关的，从原材料、耗材，到生产装备，在这里都能看到；

有IVD行业里熟悉的雅睿、博日、汇松、安誉等；还有一众移液工作站的厂家，除了欧美老牌帝肯、哈美顿，国产品牌也基本来齐了，佛山德淙、上海汉赞迪、上海汇像、广州睿科等十几家都展出了自己的移液工作站；

苏州中析因为率先拉起价格战而破圈，￥9999一套工作站，一问才知道，吸头是绑定的，这是把IVD的精髓学到了；

虽然十年前就有国产厂家推出移液工作站，但直到今天，大部分科研实验室都是清一色的进口移液工作站；

我们具备移液工作站技术，不过大多是以酶免工作站、血型分析工作站、分杯系统、NGS建库工作站的“衍生形态”应用在IVD领域，平台型的移液工作站面向科研口和B端企业为主，除了是市场总量小，技术门槛也是一个原因，毕竟，帝肯和哈美顿也是经过几十年的专注、迭代和积累才有了今天；

郎中象曾参与多款工作站和“衍生产品”的开发，从单通道到八通道，从等间距到非等间距，切身感受到做出来容易，做好不易；

移液工作站

全自动移液工作站是一种自动化液体处理平台系统，可取代传统的移液工具，自动完成梯度稀释、移液以及合并液体等高精度的液体处理任务，并可与检测仪器联用，实现对目标物的高效精确的检测。

全自动移液工作站全自动化操作过程不仅可以使实验人员摆脱复杂的实验操作，有效减少人为误差，提高实验的重复性，降低成本,还可进行过程控制与追溯，广泛应用于生物工程、DNA质粒纯化、药物筛选、ELISA酶免反应、PCR前处理、DNA测序前处理、临床检验样品处理、血站系统高通量样品分析，以及各种实验室检测前处理。

标准的全自动移液工作站包括移液模块、夹爪模块、工作台及软件四个重要单元；

移液模块是移液工作站的核心之一，主要功能是完成样品移液等液体处理任务，包括梯度稀释、液体合并等。移液模块内包括监测模块，可以监测吸吐液、移液过程中的状态，保证移液的可靠性、精确度和准确性。

开放式工作台上可放置实验所需的容器、试剂、耗材、单功能模组和检测仪器。

夹爪模块用做移板，包括各种孔板、微板，基于这个功能，各厂家的夹爪的设计各不相同，比如哈美顿是利用移液模块来移板。

软件也是重要的核心之一，不但可控制全自动移液工作站，精准的实现转移液体、添加试剂、配比稀释等移液动作外，还可以整合的相关功能模组和检测仪器，这也是国产厂家差距比较大的地方。

移液工作站简史

1947年哈美顿的缔造者克拉克·汉密尔顿ClarkHamilton在加州大学伯克利分校的辐射实验室工作时研发出了微升注射器，为后来基于注射原理的移液技术埋下了伏笔；

1955年，美国哈美顿成立。1968年克拉克·汉密尔顿在瑞士博纳杜兹（Bonaduz）成立了一家相同的公司瑞士哈美顿（Hamilton），以便为欧洲科学界生产这些注射器；

1971年，汉密尔顿公司（Hamilton）推出了数字稀释器，一种半自动直流电动机驱动的可调式移液装置，其使用了两个注射器作为移液活塞。

1974年，克拉克·汉密尔顿（ClarkHamilton）将哈美顿交棒给儿子史蒂夫·汉密尔顿（SteveHamilton），史蒂夫·汉密尔顿在兄弟的支持下，销售额呈指数级增长，同时还进入化学品的自动化液体处理领域；

到了70年代年代后期，微处理器技术发展迅猛，工程师可以对马达和阀门功能序列进行编程，加上已经成熟的微量注射器技术，直接推动了全自动移液装置的发展。

1980年4名工程师在瑞士乡村Hombrechtikon创立了Tecan（帝肯），目标是开发测量、分析和实验室自动化设备。创立之初的办公场所是CEO兼联合创始人海因茨•阿普拉纳普（HeinzAbplanalp）家的乡村酒窖。

1980年，哈美顿推出第一台全自动的样本制备工作站Microlab2000；

1985帝肯加样器Samplers500系列上市，这是第一款集过程控制的全自动移液工作站。

同样是1985年，哈美顿（HAMILTON）Microlab2200上市，这是一款基于机械臂运动和具有管路系统的稀释分配器（Diluter）原理，采用8或12根固定距离的涂覆特氟龙钢针，由单任务的BASIC程序控制的样本处理系统；

1986年，美国加州Cetus公司推出Propette，一种小型的12通道、多微滴板液体转移装置，它具有在微量滴定板上操纵少量液体的能力，主要用于微板转移和洗板。最初是由Cetus工程师为白细胞介素-2自动化检测的需求而设计的，后来被改装为第一台PCR机器“”的一部分，非常受PCR工作者们的欢迎；

它由一个单轴定位平台组成，用于固定微孔板、移液器吸头和储液器，以及安装在z轴上方的移液头和清洗头。随后，Cetus与PerkinElmer（珀金埃尔默）的合作，将移液装置推广到生物技术的其他领域。

也是1986年，得益于一年前收购了液体处理设备公司Infinitek，贝克曼·库尔特(BeckmanCoulter)推出Biomek1000，它由垂直机械臂、移液工具、洗板机单元、Masterflex®泵、定位平台和附件组成。是基于移液吸头的液体处理工作站。

1987年汉密尔顿推出了MicroLabAT，用于批量检测艾滋病和肝炎病毒。MicroLabAT具有可变跨度，12通道，并且摒弃了管路，采用可抛式一次性吸头的移液设计。

1987年帝肯也没闲着，并购了几家公司，包括美国的Cavro科学仪器公司，这家成立于1972年的加利福尼亚公司，以研发生产注射器/稀释器见长，被收购后开发了多款经典泵与阀(例如注射泵和ADP空气泵），为帝肯的液体处理技术夯实了根基。

1988帝肯收购了奥地利SLTLaborinstrumenteGmbH实验仪器公司。其产品组合包括读取器、清洗机和微阵列仪器，奠定了日后帝肯的检测业务。

1990年，TomTec公司开发了第一个96通道的液体处理工作站Quadra96，它有一个定位台底座，用于放置微板、移液吸头和储液槽，在z轴上安装了一个96通道的移液头。

1992年哈美顿推出

是一种全自动微孔板处理系统，可执行ELISA测试的所有必要步骤。同时它也是一个开放的系统。

该产品由插入和取出载玻片的两个主要部分组成。可以添加各种功能和实验步骤：孵育、洗涤和添加反应物、读取和解释临床结果。

1993年，海因茨•阿普拉纳普（HeinzAbplanalp）离开Tecan并创立了RosysInstruments，5年后，Rosys被德国凯杰收购；

1994年帝肯推出管式和板式样本跟踪仪器。以及8通道机械臂（独立的Z轴和可移动的Y轴）。

同年，哈美顿推出紧凑型移液器单探头和多探头液体处理工作站Microlab4000（下图），可选固定探头或一次性吸头，出色的低体积准确度和精密度，高效清洗系统，大容量范围，液体置换式移液技术，灵活配置和集成多种应用；

1997帝肯推出REMPLarge-SizeStore™。

哈美顿MicroLabAT系列的最新版本MicrolabATplus2问世（下图），MicrolabATplus2具有全面的标本质量系统、加样质量保障系统，获得了美国FDA许可，用于血液筛查实验室。

2000年哈美顿推出MicrolabSTAR，STAR系列自动化液体处理工作站使用了空气置换、压缩导入-O形环扩张CO-RE、液体双传感（△C-△P）、任意加样程序可同时使用不同的TIP头等技术。

2001年帝肯发布了GenesisFreedom液体处理工作站；

GenesisFreedom工作站是一个模块化，可扩展，高通量的系统，独特之处在于它能够接受多达三个机械臂，它还拥有业界最广泛的机器人机械手和配件选择，可以组合成多达九种不同的手臂配置。

2001年帝肯，卖掉Rosys后的第三年，海因茨•阿普拉纳普（HeinzAbplanalp）第三次创业，创立了中低端自动化液体处理工作站品牌Xiril；

2003帝肯成功推出新的FreedomEVO®平台。

FreedomEVO拥有高速高通量、灵活的载体模块配置、条码读取、每个Z轴独立液位探测的优点；

另外，Genesis两年累计售出5,000多套。

2005年帝肯庆祝成立25周年。推出压力探测移液器。

2011年，AndrewAlliance在瑞士日内瓦成立，开发的AndrewRobot是一种新颖的移液机器人，真正符合大众所认为的“机器人”形态，2020年，AndrewAlliance被沃特世收购；

2013年，广东佛山德淙科学仪器推出半自动高通量小型移液工作站Medusa96系列；

Medusa96系列体积小巧，方便搬动，可以放于超净工作台中使用；可以自由更换3种量程的移液活塞，3种吸喷液高度和速度可随意调整，同时兼容于各种微孔板和管子。

2013年帝肯推出了CavroOmni机器人，这是一款灵活且可定制的液体处理组件。它可轻松集成到大多数仪器设计中，为各种应用平台提供可靠的移液流程。同年还推出了Cavro空气置换式移液器，一款紧凑而且完全可以编程的气动移液解决方案，它可以集成到紧凑的空间中，且几乎不需要维护。

2015年，丹麦哥本哈根IT大学衍生了一家液体处理机器人公司FlowRobotics，背后的技术flowbot®ONE可实现各种移液任务的用户友好自动化。

2015年，帝肯收购瑞士Sias公司，这家成立于2000年的公司专为实验室设计自动化液体处理系统；

2018年帝肯推出了Fluent®Gx自动化工作站，具有增强的过程安全性，可满足受监管环境的需求。

从2018年起，国内厂家陆续推出自研的移液工作站，国外厂家则不断增加了实验室各种应用需求、载体模块，以及软件的多功能兼容性。

而无论液体处理工作站技术如何发展和更新，移液模块始终是工作站的核心之一，目前主要的移液方式主要有以下三类:

空气置换式

例如Epporf和Hamilton的自动化移液工作站，这个移液原理和实验室用的移液枪是一样的；

哈美顿空气置换移液泵工作示意

利用空气置换原理来实现的吸液工作，使用活塞的方式进行移液时，需要设置一定的体积V1，通过压缩活塞将空气排出，并将移液枪头插入到溶液的液面以下，从而使得活塞与液面之间形成一个密封的空间，此时将活塞恢复原位，在大气压的作用下，溶液被吸入到移液枪头中，其溶液的体积V2=排出的空气体积V1。

液路置换式

如Tecan、Beckman和PE的一些老型号的机器，通过细长的管路，配合注射泵（国内也有用柱塞泵），通过管路内的液体液压来控制吸排液体。

上述哈美顿（HAMILTON）Microlab2200就是采用这种方式。

液路式的好处在于可以通过吸排液来清洗吸头，钢针能重复使用，降低了耗材使用成本，但可能会导致样本间污染。

同时，相比空气，液体具有不可压缩的特性，可以更好的控制移液精确度和准确度。

微量制滴式

可实现纳升/皮升体积的移液范围，包括阀门分配技术、压电喷墨技术、超声波移液技术、微流控芯片移液技术等，其中压电喷墨技术是从打印领域借鉴而来，微量制滴技术现在已成为体外诊断、生命科学领域微阵列和“芯片实验室”系统的重要组成部分。

另外一个核心是软件系统，进口移液工作站的软件系统，非常健壮，比如，扩增仪、孵育模块、振荡模块、酶标仪等载体模块，装上工作站后，能够轻松被软件系统识别和兼容。精密电子天平联接上工作站，通过移液到电子天平上称量，就能自动校准工作站移液精度；

当然，此次慕尼黑展会上，也看到了国产厂家展示了类似技术[奋斗]

以下摘录哈美顿（Hamilton）移液工作站的部分软件介绍

从商业上讲，移液工作站作为平台型的自动化产品，主要应用在科研领域，没有配套试剂，无法和根正苗红的IVD仪器相比；

但在各行业的实验室场景中，单套技术，十来个亿的盘口，加上衍生出的系列产品，也算是小而美的桃花源。