大多数做过实验的人都逃不掉这些:没完没了的实验报告、复杂的实验仪器、繁琐的实验数据处理、难以复制的实验结果……可以说，这个“实验”已经艰难了很长时间。

      近年来，这些痛点已逐渐被克服。2019年，利物浦大学的一个研究团队发明了人工智能机器人化学家，并于2022年初独立发现了一种高活性催化剂，标志着实验室的“智能”进入了一个新阶段。把这个观点带回中国。同时，新冠肺炎疫情使大规模核酸检测成为疫情防控的迫切需求，生物医药创新企业的大量涌现也使相关研发实验需求显著上升。正因如此，实验室自动化这个“冷”行业正在迅速升温。

       资金投入的强度是行业火爆程度最直观的反映。总结过去两年投资实验室自动化行业的机构，包括红杉中国、高瓴创投、IDG、启明创投、北极光创投、创新工厂、经纬中国、字节跳动、顺为资本等明星风投和战投，包括TMT基金、医药产业基金，以及CXO(药明康德)、生化分析(珀金埃尔默)、自动化(博世)等行业龙头;每个人都嗅到了机会。
 

一、新场景和旧技术的风口

      通过对近两年融资数据的统计，我们可以直观地了解到，实验室自动化已经成为一个“看得见”的出口。除了需求的上升，这也是投资者在创新药物和器械领域“磕磕绊绊”后急于寻找出路的一次探索。总结为以下6点:①疫情是一个非常直接的“催化剂”。常规临床诊断不仅需要更快、更准确的检测结果，而且更加重视人员安全;病毒的高传染性和致病性对样品处理、检测和储存全过程的自动化提出了最直接的要求。生命科学领域的自动化需求再次得到验证，相关人员对自动化的刚性需求不再可逆，随着生命科学下游应用的快速发展，实验室领域也面临着巨大的挑战，如药物研究筛选、基因测序等热门技术对海量实时数据和先进技术方法的需求日益增加。是国内以实验室仪器为代表的生命科学支撑产业的一个换代窗口期。由于行业特点，生命科学支撑行业的客户粘性较高，本土药企长期依赖进口产品——但交货期往往长达数月，部分产品甚至断货，再加上医保谈判和集中采购带来的降价压力。为了保证供应链的安全、稳定和低成本，上游产品的国内替代是必然趋势，这种细分的轨道由于具有相当的跨学科性和较高的准入门槛，可以形成对技术或专利的垄断。此外，它可以在早期产生相对稳定的现金流。在整个创投圈避险意识增强、极度渴望“创收”的当下，实验室自动化成为“宠儿”。⑤鉴于工业、3C等行业自动化相对成熟，大家都渴望在新的垂直领域寻找机会落地。由于自动化水平低，产业天花板和附加值高，生命科学领域已成为双方共同锁定的新轨道。⑥增量方面，为提高对重大疫情的快速反应能力，中国迎来了生物安全P2、P3实验室的建设热潮，可能带动数万个大型实验室的建设。对于实验室自动化和智能化厂商来说，也蕴藏着巨大的商机。
 

实验室自动化领域近两年的投融资概览（根据公开信息整理）
 

       目前，实验室自动化是一项“存量变动+增量上涨”的业务。一方面，自动化的形式在不断升级，需要更新。目前主要应用于药物研发、临床检测、基因组解决方案等领域——以上市场份额仅为10%左右;另一方面，一些新的场景正在被探索和应用，形成了涉及生命科学研究、分子诊断、合成生物学、细胞培养等的增量市场。因此，对于实验室自动化的潜在规模，市场没有权威和统一的计算口径。根据对投资者和企业家的访谈，以及市场需求反转，总结了三种主要的测量方法，都指向了数十亿美元的市场:首先，目前全国有近1.3万个实验室(包括高校及科研院所、医院及第三方医学检测中心、新药研发企业、CRO公司等)，按单笔成本1000万元计算，总金额达1200亿元;此外，国内实验室分析仪器市场规模为700亿元，如果要进行全面的自动化转型升级，也将带来100亿元的市场。其次，中国生命科学研究市场的潜在市场空间近6500亿元。参考其他成熟行业，自动化技术通过质量和效率的提升，预计将为市场带来20%的产值增量，即1300亿元;如果结合对传统人类研究服务近500亿元市场规模的充分替代，将是下游产业应用带动的近2000亿元潜在需求的未满足市场。最后，由于实验室自动化行业的特殊性，在商业化实施的过程中会涉及到科学仪器、试剂耗材、自动化设备、信息软件等不同的业态，都处于快速成长阶段。总的来说，全球市场规模接近2000亿美元。但由于市场发展较早，缺乏典型的标杆案例，尚无法讨论大规模应用。因此，一些投资者开玩笑说:“现在谈规模没有意义。只有经营更多的客户，开拓市场，才是切实可行的。

进化逻辑:对“智能实验室”的渴望

       虽然引起了习惯于“逐新”的创投圈的关注，但实验室自动化并不是一个新鲜事物，而且由于其内涵丰富、场景多样，至今还没有形成统一的概念。一般来说，实验室自动化是指利用各种自动化测试仪器和计算机来实现实验和数据处理，从而减少实验室人员的手工操作，提高工作效率。疫情产生的全自动核酸检测仪器和自动配送系统就是典型的例子。技术在进步，功能在完善，应用场景在扩展。实验室自动化已经成为一个随时迭代的动态概念。

镁伽科技绘制

       实验室自动化起源于临床检验领域，1981年由日本提出。20世纪90年代，商业化的实验室自动化系统进入劳动力稀缺的日本和欧美市场，并自此培养出日立、贝克曼、天灿等多个行业知名品牌;这些品牌设备紧随其后进入中国市场，慢慢扩散开来，本土品牌也随之崛起。工业的发展也伴随着实验室自动化的成熟演进，带来了检测通量的提高、场景的延伸、实验闭环的逐步开启、灵活性和易用性的提高、单位成本的逐步降低。目前，根据自动化程度和规模，实验室自动化大致可分为四个层次:单模块形式自动化、工作站形式自动化、流水线形式自动化、智能机器人形式。它们不是纯粹全面的替代演化关系，而是基于成本需求、吞吐量需求、研究和临床客户需求匹配不同的产品形态。从功能上看，实验室自动化作为一个整体从辅助人向替代人发展。
       
       在国内，大部分实验室自动化仍以单模块形式存在;只有少数现场实验室实施了工作站格式，集成有限。在国内市场，价格大多在百万人民币级别。客户包括制药公司、疾病控制中心、第三方检测中心，代表公司有Thermofly、Beckman、Agilent、Tecan、Hamilton等。此外，还以装配线的形式部分实施全实验室自动化(TLA)，通过导轨将相邻的功能区域连接起来，实现整个系统统一的质量控制，有效减少实验过程中的人为失误和生物污染率。常见于实验室，以生化免疫为主要重点。代表性企业有贝克曼、罗氏、西门子等，本土厂商安图生物科技正面临着与上述公司的激烈竞争。机器人的智能形态在国内尚处于早期发展阶段，尚未形成大规模应用，与国内外没有明显差距。
        
       最终，所有人的愿景都指向了一个无人的“智能实验室”，研究人员只要利用这个平台编程和表达自己的想法，就可以高效地完成这个系统。但这往往需要满足多种要求:引入先进技术，如机械臂、机器视觉和人工智能决策模型;对实验室和重点检测设备进行最小限度的修改，实现系统级联和闭环连接;取代人工重复性工作或人力无法企及的工作，读取和判断过程结果，自动试错，过滤输出最终结果。

       目前，礼来制药和英思智能都在这方面进行尝试。据悉，礼来公司已累计投资超过3亿美元，利用机器人云平台提升生物能力，实现自动化化学合成周期;英思智能斥资数百万美元，旨在将其经过验证的人工智能平台应用于机器人实验室场景，通过“大脑(人工智能)”和“手(机器人)”的结合，进一步增强其自动化药物发现的能力。

镁伽实验室自动化系统

       目前，大多数创业公司都在机器人智能方向努力，如麦格纳科技、汇祥科技等尚未达到规模化生产阶段;另一种类型是在特定的小众场景中开发自动化应用，如华大智能制造(分子诊断)、基础生物(生物深度低温保存)、Innoville(细胞培养)和根源科技(合成生物学);有的为TLA的国内替代品或完全开放的TLA系统，如安图生物、迈瑞医疗、迈克生物，或赛诺米德、瑞之洁等;另一类是自动化软件应用，如亮度智能和斑马鱼，主要解决无纸化实验室场景的需求，并最终确保合规性和数据安全。

       其中，第一类承载着大家对无人智能实验室的期待——大部分还处于早期探索阶段。如上所述，需求已经达到了前所未有的高度。再加上以“AI+机器人”为基础的第三代自动化技术的广泛探索，结合设备、LAS、LIS/LIMS，生命科学实验室自动化成为大家在技术、场景、最终规模上竞争的又一竞技场。

      第二类发展主要是基于下游产业的快速发展。以分子诊断为例，是目前体外诊断领域技术要求最高、发展最快、最具挑战性的一个分支。但由于高通量、高灵敏度和相对较低的单位成本等优势，随着PCR、NGS等技术的发展，其应用范围迅速扩大，对上游服务提出了更高的要求。第三类利用了县级医疗市场的发展和核酸检测的常态化。COVID-19的爆发和连续性，繁重的检测工作和耗时的检测时间，实验室存在假阳性(阴性)和可能的传染性，使检测实验室自动化逐渐成为一个行业词汇;此外，基层医学实验室市场的增长与县级医疗集中化带来的人力供给不匹配的矛盾，进一步推动了行业的发展。

      据金宇医学检验集团某区域实验室负责人介绍，目前中国有1500条医学检验实验室自动化生产线，整体市场容量约7000条。现在，已安装机器的数量正以每年300多台的速度增长。此外，基层服务提供者通常对价格敏感，这给了当地制造商更大的机会。然而，这个市场竞争激烈，加上可预见的天花板，并没有得到资本市场的广泛关注，因此本文将不进行讨论

二、当本土制造商突破时

      严格来说，国内市场仍处于发展初期。产品形态如此之多，落地场景如此之多，我们应该在哪里找到突破口?必须满足三个基本要求:首先，从目标出发，充分了解自动化的要求和结果;其次，技术可实现，工艺相对固定，满足实施的前提;最后，系统/产品成熟可靠，有客户付费，形成商业闭环。

结果导向:再现实验结果，探索新机制

      以结果为导向的方法，我们首先应该知道实验室自动化的需求在哪里。如果我们提到工业自动化，关键是降低成本和提高效率，最终的结果是加工或组装的产品。

       相比之下，实验室自动化的最终结果可分为两类:第一，完成重复性动作以获得准确的数据，主要用于测试实验室;其次，通过设计的实验流程获取数据，探索和理解新的机制，或筛选目标化合物，这主要针对研发实验室。

      上述两个过程所涉及的操作步骤和过程主要是为了再现实验。目前，检测场景的应用已经比较成熟，研发场景往往需要实验数据来反馈和分析实验步骤和实验的具体细节，以优化实验。从这个角度看，实验室自动化不仅是动作执行层的操作，还包括样品流、信息流、操作流。除了完成实验仪器的操作外，还需要对实验仪器产生的结果或实验过程的数据结果进行整合和处理。

      上述功能的实现一般需要满足四个要求:AI引擎、移动平台、多模态传感器等，实现对实验室的全面数据采集;通过中控系统连接第三方仪器，优化工作模式;通过视觉传感器、机械传感器等采集整个实验过程数据，通过日常生活中无法观察和分析的步骤，不断优化实验过程;引入AGV机器人，确保灵活性，连接物理上更分段的“独立功能区”。实施前提:技术可以实现，面向过程。

      对于测试实验室的自动化探索，技术门槛略低。目前，行业应用规模较大或较为成熟，主要针对独立检测、标准项目临床诊断、因疫情“翻倍”的核酸检测。它们通常具有较大的市场规模，但这些领域中的大多数已成为竞争激烈的红海。

       对于研发实验室的探索，企业家普遍反映上述技术分离并不难。难点在于如何将它们整合起来，实现全面自动化，并应对好生命科学场景的“复杂性”和“非标性”——这些都需要高度的灵活性和精确性，以及一些新兴技术领域需求的上升。

      典型的新技术包括基因组编辑技术和IPS细胞培养技术，它们将给人类的健康和生活带来巨大的变化。在这个过程中，自动化和智能化将极大地促进行业的发展。以基因测序行业为例，目前自动化测序技术的流量比20年前增长了千万倍以上，其发展速度远远超过半导体行业的摩尔定律。同样，一些新兴领域得以大规模应用的前提是，许多方面所涉及的自动化技术得到突破，使得以前困难的任务可以通过程序化、标准化的方法来解决。

      如Alphafold2破解氨基酸序列预测蛋白质分子折叠问题、AI在晶体形态预测方面的进展、mRNA治疗技术的大规模应用等，都将生物学问题转化为计算问题;以及半导体技术的演进带来的计算能力的突破，打开了从计算能力到肿瘤药物研发的通道。如果这些分散的技术可以逐渐连接起来，整个生物制药系统的大量试错行为可以转化为机器的重复工作。

      以大分子药物的自动化开发为例，目前，深度学习对蛋白质结构预测的改进效果显著，可以准确预测大多数蛋白质在三维空间中的近似形状，帮助生物技术专家识别和生产蛋白质，从而使大分子创新药物的研发变得可预测和可编程。改善药物研发的整体流程。然而，大多数细分方向仍处于早期探索阶段，实际实施案例较少。

商业化:寻找买家，形成标杆案例

     在技术实现和应用之后，寻找基准客户是连接业务循环的最后一步。理想丰满，现实消瘦。由于整体实验室自动化建设成本较高(以进口为主)，有需求和支付能力的客户主要集中在大型CRO、CDMO公司、制药公司，以及大型医院的实验室和第三方医学实验室，以及部分政府支付的标杆实验室项目。但这些消费者通常对本土品牌缺乏兴趣。

      某生物制药CDMO公司创新生物制药研发与制药中心IT部门负责人告诉我们，“目前，由于国产机器人的设计存在很多盲点，除了国产替代品和更便宜的，没有其他理由使用它们，更何况大型工厂也不差钱。”遗憾的是，他也表示:“如果不涉及核心GMP部分(一些精度要求较高的设备)，应该本地化，逐步渗透。

     据说，在一些非高端技术领域，中国品牌优势明显，如自动移液工作站、生物样品储存、检测探头等，不仅价格便宜很多，而且实用性强;然而，在一些高端自动化设备方面，涉及生物、计算机科学、医学、机械工业等多个领域的专利和技术。部分上游零部件尚未国产化，国产品牌处于被“卡住”的状态。未来，他们可能会在供应链上面临挑战，这将成为国内品牌突破的重要关卡。

      此外，生产线从研发阶段走向实验室应用的一个必要条件是生产线的标准化和可复制性。但在生命科学实验室自动化领域，客户偏小、分散、不成熟。“非标、小批量、多品种”和“无需求”成为行业的“通病”。一家初创公司不情愿地表示，一位客户曾经直言不讳地说:“我不知道自己的需求是什么。你的团队应该先留在现场，和各个部门、各个环节的人聊天，帮助我们转型。

       为此，本土实验室自动化厂商往往扮演客户解决方案规划和行业领导者的角色，需要通过标杆客户/案例打磨自己的产品，为后续的大规模应用做准备。一个典型的例子是麦格纳科技建设的鲲鹏实验室，通过探索生命科学的前沿研究，逐步积累标杆客户。当被问及为什么他们需要建立自己的实验室时，麦格纳科技首席执行官黄玉清说:“建立这样一个实验室需要大 量的投资和运营难度。与客户合作所需的周期太长，所以最好自己做。

       汇祥科技正与AI制药公司英思智能合作，打造智能机器人药物研发实验室，探索无人场景下的全自动应用。据悉，目前已有6家同类型企业前来竞标该订单，不少业内人士评价称:“即使不得不亏本接单，前期的投入也是值得的。”

         至于什么是真正的好产品，也有一个基本的共识:生产线可以赚钱，模式可以复制，“别人还做不到”(IP)，在后续成本降低、部署周期缩短后，可以扩展到其他类型的客户，改变市场格局。在这方面，一个典型的案例是诺和致远开发的猎鹰系列小型柔性智能配送系统。

三、值得投资吗?

       早期商业化的困难是每个创业者必须面对的挑战，投资者也在押注“智能生命科学实验室”的未来。那它什么时候会来?

在未来5-10年内集中暴发

      张科领易创投管理合伙人刘伟表示，与CRO行业类似，这一行业的发展将分为三个周期:第一波，行业从无到有，“公司会专门做这个”，就像近年来，专注于机器人智能产品的宣健科技、本耀科技等公司相继涌现;在第二次浪潮中，一批公司开始愿意支付，不断调整试错，一些公司在此过程中发展壮大，导致市场洗牌;最后，明确第一批企业的需求，解决通用性问题，然后为快速复制提供标准产品。

      第一波浪潮才刚刚开始，机会也是最大的。未来5-10年，将是一个加速甚至集中爆发的阶段，届时市场将出现具有普适性、高性价比、自主知识产权的产品。而且，对于投资者来说，生物制药行业的上游估值也是比较合理的，这是时代给予的一个投资主题。

      基于未来公司的实际业务属性，创新工场合伙人杨晓龙指出，估值可以基于几个行业:第一，如果能够成为一家以劳动为导向的公司，估值可以与明康药业等CRO公司相比较;其次，它可以产生生物结果，例如具有相应资产价值的特定药物或化合物，并且可以为标准制药公司估值，通常使用贴现现金流量的方法;第三，自动化设备可以参照Beckman、PE、Agilent等海外上市公司进行估值。但他也强调，由于这是一个高度交叉的领域，可以综合参考上述三个行业进行估值，可以产生一定的优势溢价，与行业的发展潜力相匹配。

“好目标”的出现

       投资市场的好标的是什么?杨晓龙认为，系统要么是由超临界组件驱动，要么是被培养成一个“大脑”——一个具有人类判断能力的系统，可以概括为三个要素:“瓶颈”点、自主知识产权、特殊结构。

       从产业链来看，与其他行业一样，下游客户普遍追求高性价比和“以用户为中心”的解决方案，跨国大型工厂普遍难以满足需求，这给本土厂商留下了机会。但这种模式的缺点是难以模块化和标准化——这是利基市场与蓝海市场最大的差距，市场估值往往低于标准产品。对于自动化开发人员来说，实现平衡的关键是将针对具体项目开发的协议逐步优化为标准模块，通过标准化模块的组装来满足定制需求，从根本上降低研发成本。

       至于落地形式，当被问及是选择软件还是硬件时，大多数企业家、投资者甚至客户都选择硬件还是软件硬件集成。通用场景借鉴国外成功经验，达索BIOVIA(小分子药物)、Benchling(大分子药物)等公司已通过自主开发的软件进入实验室数据记录市场。后者估值60亿美元，也可以通过轻资产软件系统形成商业壁垒。但业内人士普遍认为，基础设施是生命应用科学的入口，设备是形成数据的载体;单纯依靠软件工具很难拓展市场，尤其是在国内市场。

       一些投资者告诉我们，标杆管理很有价值，因为它已经从一种差异化的数字工具演变为科学界和工业界数十万专业人士的沟通工具。它会积累越来越多的模板和数据库，“这是非常有价值的”;然而，在中国，制造这样的工具可能极其困难。我们不仅要在价格、服务和客户关系上竞争，而且第一方也习惯于定制。大多数制造商可能还没有进入PLG(产品驱动增长)模式。

可见的障碍

      这种业态的障碍主要体现在技术与团队、客户口碑、行业认知与积累等多个方面。首先，实验室自动化也被视为生命科学的支撑产业，涉及生物、化学、材料、电子、机械等诸多专业领域。各个子行业的产品也经常需要在多个学科中交叉应用。开发制造成熟的产品通常需要复合材料团队长期的技术积累。其次，存在客户选择惯性。一般来说，下游客户在产品选择上非常谨慎，倾向于购买品牌认知度高、市场美誉度好的工具产品。一旦确定了供应商，就很难替代他们。最后，从长远来看，真正稳定的护城河，除了“技术壁垒”之外，还来自于行业意识、成本优势、产品矩阵。这就要求企业扎根场景，不断积累数据打磨产品，快速启动生产，有机会实现成本优势;此外，为了抵御下游客户的周期性风险，公司还应该选择正确的轨道，不断完善产品矩阵。
       随着中国进入ICH，我们需要从全球的角度来看待这个行业，“为什么是中国”也成为了一个重要的话题——在市场化程度更高的全球市场中，能够充分发挥中国智能制造基础设施优势的领域将以更快的速度崛起，这其中就包括实验室自动化。在全球市场的培育下，未来实验室智能化也将更快成为现实。 

汇光生物，是一家实验室产品，医疗器械和科研技术服务为一体的综合服务商，致力于生命科学和临床医疗领域前沿技术的引进与推广，主要提供以免疫学和基因技术为特色的服务解决方案。汇光生物始终以为客户解决困难为努力目标，坚持不断提高服务质量，提供科学技术，助力生命科学和医疗卫生事业的蓬勃发展。

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