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复杂深邃的生命科学产业因技术壁垒高、验证周期长等特点长期被视为“慢产业”,摩尔定律在这一领域几乎“失灵”,但其内在的变革潜能正伴随新兴技术的革新而加速释放。通过自动化升级与数据智能的深度赋能,实验室科研效率获得快速提升,海量生物信息中蕴藏的规律与价值也正在被逐步解锁,为产业突破临界点积蓄能量。尽管实验室自动化与数智化发展仍处于早期阶段,距离实现“黑灯实验室”的终极愿景尚有长路,但已展现出非凡潜力,成为推动产业跨越式升级的核心驱动力。为了解医学实验室在自动化和数智化建设上的最新进程,国内企业当下在商业模式上的摸索与沉淀,实验室自动化与数智化产品在各个领域和场景的发展成熟度、应用深度、产业优势解决方案、未满足的需求以及未来趋势,动脉智库撰写了《2025实验室自动化行业研究报告》。核心观点实验室自动化赛道多数企业仍处于发展相对早期阶段:龙头企业仍未出现,本土企业在与国外相关企业抢占市场份额的道路上仍有诸多挑战待突破。2024年初至今,赛道13家新一轮融资总额20.9亿元。其中,以软硬结合、定制化业务为特色,提供实验室自动化整体解决方案的企业最受市场关注。不局限特定商业模式,软硬结合、标准品+定制化双策略满足市场客户需求,丰富自研产品,横向拓展多领域应用场景或纵深深耕,孵化投资初创企业与灵活开展各类商务合作策略并举。AI或是决胜软件产品未来竞争力的核心要素。资本寒冬下,实验室自动化设备国产替代率逆势上升。本土解决方案受海外市场认可,产品溢价空间高于国内,出海路径火热。小型通用设备出海进程快于大型复杂设备,出海目的地从欧洲到亚太,包括印度、中东等市场。医院检验科自动化程度高,竞争处于红海,第三方检测仍有较多可切入机会。全自动质谱一体机发展必然趋势下包含多重机遇,诸多环节亟待自动化升级。生物医药领域期待自动化设备更为灵活、精细、稳定、合规,基于AI、机器视觉等前沿技术降低运行错误率和操作门槛。合成生物学自动化程度相对较高,菌株测试自动化平台等开发面临较大挑战。不同用户群体对自动化需求存在显著差异,围绕测序应用的“最后一公里”,诸多环节自动化升级仍待优化,产业多方可深入协作形成共赢。01实验室自动化行业概述尽管仍处资本寒冬下,实验室自动化赛道却显得生机勃勃。2024年初至今,共计13家实验室自动化相关企业完成新一轮融资,融资总额20.9亿元。其中,晶泰科技于2024年年中完成IPO,英矽智能于2025年3月完成1.1亿美元E轮融资。其他完成大额融资的实验室自动化企业包括明度智云、奔曜科技、艾迪迈科技等。2024年初-至今实验室自动化赛道融资情况一览 数据来源:动脉智库,动脉智库制图从整体融资情况来看,除了部分细分领域龙头企业基于整体业务竞争优势和体量,本身发展较为成熟的因素(实验室自动化仅是其布局的一环或体现业务优势的一个方面),国内实验室自动化赛道多数企业仍处于发展相对早期阶段:实验室自动化龙头企业仍未出现,在与国外实验室自动化企业抢占市场份额的道路上仍有诸多挑战待突破。实验室自动化赛道近50家企业最新融资情况一览数据来源:动脉智库,动脉智库制图具体来看,布局临床或第三方检验检测类实验室自动化建设的企业整体融资轮次偏后期,并跑出如安图生物和华大智造等上市企业。尤其是在经历了疫情之后这一赛道的成熟度更是迅速上升,赛道竞争激烈。而在生物医药、合成生物学等生命科学研究研发领域,部分企业发展步入后期(如晶泰科技、英矽智能),其主要是自动化设备的使用方而非提供方,相关领域实验室自动化企业竞争格局并不算明朗。以软硬结合、定制化业务为特色,提供实验室自动化整体解决方案的企业最受市场关注,部分企业融资节奏步入中后期,如镁伽科技、汇像科技等。部分在细分场景提供特色解决方案的企业,如明度智云、瑞图生物等也步入融资的中后期阶段。部分以实验室自动化设备硬件开发为核心的企业,如耐优生物、汉赞迪、中析生物、艾迪迈等,尽管处于早期融资阶段,但是是实现国产设备与进口设备从跟随到超越的主力军,随着国内对于本土供应设备的需求进一步增高,其业务能力进一步凸显,未来可期。资本寒冬影响下,仍有不少企业在近两年收获不错业绩。一级市场方面,英矽智能基于第六代智能机器人实验室展开AI+新药研发的高效率,配合“自研管线+license out”商业模式,在2021-2023年,公司收入复合年化增长率达到230%。镁伽科技亦公开披露,从2019-2024年,公司整体营收增长20倍。二级市场方面,2024年,晶泰科技智能自动化业务营收(1.62亿元)超过药物研发(1.04亿元),同比增长87.8%。华大智造2024年财报也指出,实验室自动化及新业务板块的常规业务保持稳中有升的增长态势。报告期内,实验室自动化产品新增销售装机212台,二季度环比增长40.91%。02实验室自动化商业化现状与演变趋势● 产业图谱+主流商业模式分析根据核心产品与商业模式的不同,动脉智库将开发实验室自动化+数智化产品的相关企业分为软件开发商、硬件设备开发商和推出软硬一体整体解决方案的系统集成商,并绘制了相关产业图谱。实验室自动化产业图谱 数据来源:各公司官网及公众号,动脉智库制图实验室自动化+数智化产品落地领域及具细场景 数据来源:公开资料,调研访谈,动脉智库制图软硬一体整体解决方案存在诸多优势受市场青睐,资本热度高。主要原因在于,国内各领域实验室自动化建设尤其是生命科学领域客户,有较高定制化需求。软硬一体整体自动化解决方案的优势 数据来源:调研访谈,动脉智库制图对于珀金埃尔默、西门子、赛默飞等海外提供软硬一体整体解决方案的巨头企业而言,国内相较分散的订单,海外远程布局面临的阻力和难度等客观因素的存在使得其在从投入收益比的考量下难以提供该类定制化业务。这一存在旺盛需求的市场为国内诸多企业布局软硬一体解决方案提供了发展动力及发展沃土。● 不局限特定商业模式,软硬结合、标准品+定制化多策略满足市场客户需求软硬一体整体解决方案并不是集成商的标配,硬件开发商同样会以提供配套软件或打包标准品设备形成整体解决方案的形式进行产品交付。这是由于实验室自动化赛道尚处发展早期,企业商业模式并未形成清晰发展路径,各家企业灵活根据自身团队优势,在能力范围内同时提供标准品与定制化解决方案。软硬结合、标准品+定制化多策略满足市场客户需求 数据来源:调研访谈,动脉智库制图实验室自动化企业通过横向拓展多领域应用场景或纵深深耕,维持领域内的强竞争力。实验室自动化企业或横向拓展多领域应用场景或纵深深耕 数据来源:调研访谈,动脉智库制图侧重不同领域(如检验检测或研究研发)的自动化厂商也纷纷跨场景双向布局,各自从相似的底层操作模块切入,通过对场景的深入理解和未满足的市场需求切入,进一步丰富产品矩阵以抢占更多市场份额。长期来看,自研能力是核心竞争力和护城河所在,对厂商的软硬件自主研发能力均提出了要求。软件方面,决定实验室自动化中控软件差异化和竞争力的是厂商对于自动化设备和应用场景的深刻理解,在一线与众多客户进行密切的交流互动与协作。AI或是决胜未来竞争力的核心要素。硬件方面,底层模块自研的平台化开发能力是必需,需要根据客户的不同需求快速搭配出定制化自动化产品,在自动化设备落地后需要根据实验室的实际情况快速地通过调整设备参数或进行其他“因地制宜”的设计保证设备的稳定和精准运行。● 资本寒冬下,国产替代需求逆势上升,国家政策支持及地缘政治影响进一步促进国产替代疫情后的产能出清及生命科学等领域下游需求减少影响上游制造端,但国产替代进程在稳步加速。尽管部分高端实验室自动化相关仪器仍然以外资企业为主,但从市场格局发展的角度看,部分国产仪器品牌的市场占有率有相对上升趋势。详情分析此处限于篇幅不再展开。国产自动化仪器部分品类市场占有率上升的主要原因分析 数据来源:公开资料,调研访谈,动脉智库制图对于某些对实验室自动化设备不够了解的客户而言,本土自动化厂商还扮演着客户方案规划咨询的角色。对于检验检测领域自动化实验室的建设,基层服务商普遍对价格敏感,这也给了本土厂商较大的机会。目前像英矽智能等搭建了大型全自动实验室的企业目前对优秀国产实验室自动化相关设备的关注度很高,尤其是一些能够做到高精度的国产检测设备。广州生物岛实验室项目团队也公开指出,下一步工作重点聚焦在自主研发和搭建自动化实验设备,主要目标实现国产设备替代,从方案设计、软件开发到硬件设备的搭建和调试,实现全部国产化,并在此基础上进行国产自主创新和技术更新迭代。实验室自动化企业业务拓展策略 数据来源:公开资料,调研访谈,动脉智库制图● 寻求业务新增长点,出海路径火热随着国产自动化设备实力的进一步提升,为寻求更大市场增量,诸多实验室自动化企业密集出海,收获不错业绩,部分企业主要营收甚至已经由海外市场贡献。比如,2024年上半年华大智造基因测序仪业务在海外实现收入3.2亿元,并签约了首个非测序方向自动化产品客户Appolon Biotek。奔曜科技也公开披露,其业务已覆盖欧洲、北美、亚太等多个地区。自动化仪器开发厂商耐优生物近两年的主要营收目前已经由海外客户贡献。据调研,同款自动化设备在海外的售价比国内更为可观,产品溢价空间高于国内,企业因此也具备更大动力进行研发创新。对于实验室自动化厂商而言,出海既是突破国内市场瓶颈的必然选择,也是抓住全球产业链重构、政策红利和技术升级机遇的战略举措。从实验室自动化设备的出海品类来看,小型通用自动化仪器及基础设备的出海进程相对较快,大型复杂设备相对较慢。小型通用设备出海进程相对快于大型复杂设备 数据来源:公开资料,调研访谈,动脉智库制图出海目的地丰富多样,从欧洲到亚太,包括印度、中东等国家和地区。对于处于出海起步期的本土自动化厂商而言,欧美市场并不一定需要列为主要出海目的地。东南亚、印度等市场承接了部分中国产业的转移,科学仪器需求呈现上升趋势,当地市场还处于自动化需求培育阶段,需同步推进客户教育与产品优化。另外,中东等国家对产品价格敏感性也较低,具有当地资源的企业同样可将这片市场作为不错的参考目的地。对于软硬一体的整体解决方案,俄罗斯等国家有较大市场需求。拉美、非洲等区域对廉价科学仪器的需求也呈现上升趋势。在商业模式上,不同于欧美市场,中东、东南亚等市场对于渠道资源要求更高,企业需要根据自身资源积累进行合理布局。实验室自动化产品出海目的地市场特点分析 数据来源:公开资料,调研访谈,动脉智库制图不同国家和地区的法规政策、市场需求、文化背景等存在较大差异,对企业的产品研发、注册认证、市场营销等方面的能力提出较高要求。基于调研访谈,动脉智库总结出海成功经验主要包括以下几条:首先,产品的扎实稳定是出海的前提,降低售后问题发生概率。其次,明确首推产品类型和出海目的地格外重要,需避免广撒网式布局:应基于市场需求分析,明确市场定位以确定首推产品,明确简单设备与复杂设备的出海路径。与此同时,企业需要同步构建物流与优秀售后体系:结合企业实际考虑建立当地团队还是建立一支精干队伍外派进行管理;产品售后维护方案需配套,设备配件更换机制要提前规划。最后,关于合规的认知是落地关键,对目标市场的法规政策必须透彻理解,积极准备相关资料,确保产品能够顺利通过注册审批。自动化产品出海策略与建议 数据来源:调研访谈,动脉智库制图如何把握出海的节奏至关重要——企业不能操之过急,“为了出海而出海”,每家企业需根据自身资源与产品特性谨慎制定策略,降低运营风险,实现可持续的海外业务拓展。在研发投入仅次于美国的国内市场建立起核心竞争优势仍然是优秀企业布局长远发展路径的基础。03实验室自动化+数智化各领域建设需求及解决方案1、体外诊断领域现有痛点、市场需求及产业解决方案医院检验科自动化程度高,竞争处于红海,第三方检测有较多可切入机会。从需求来看,三级医院检验科为流水线主要用户,但二级医院及ICL装机需求逐渐兴起。目前,国内目前诸多县级人民医院、二级医院经过扩建和改建都在积极引入流水线,二级医院将成为未来3~5年国产流水线装机的主战场。除了医院市场,从实验室自动化发展成熟程度来看,国内临床检验检测实验室实现完全自动化流水线的实验室不到20%,疾控中心、企业质检药监部门、海关、司法鉴定中心等检验检测单位市场还有很大的发展机会点。临床质谱由“半自动”向“全自动”过渡,多项环节亟待自动化升级。质谱前处理自动化难度大,导致市场现有能满足客户自动化需求的产品不多,全自动质谱检测一体机难度大。不同类型的临床样本涉及不同的前处理方法,不同前处理方法对应操作步骤不同,繁琐程度不同,面临不同自动化难度。不同质谱前处理方法对应自动化难度数据来源:公开资料整理,调研访谈,动脉智库制图此外,由于前处理和质谱检测的“步调”不一致,发展全自动质谱检测一体机难度大。液质联用技术本身的局限性是目前影响临床质谱自动化发展进程的重要原因。目前市场质谱自动化仪器以半自动化产品为主,以移液工作站和自动化样本前处理系统为代表。市场自动化产品开发亦不够完善,仍有诸多需求未满足,如主流外(临床应用占比相对较低)的质谱技术(MALDI-TOF MS、ICP-MS等)仍然缺乏前自动处理仪器。为实现发展全自动质谱一体机的终极目标,产业正在探索许多思路和解决方案,诸如发展更合适发展自动化的前处理方法或者开发新的分离技术。磁珠法作为质谱前处理方法里的新起之秀,为实现高水平的质谱自动化开辟了崭新路径。罗氏、华大吉比爱推出的全自动质谱一体机均基于磁珠法实现 图片来源:公开资料通过升级前处理方法使更适用于自动化设备,除了使用磁珠法代替固相萃取法,目前还通过发展通过载体液液萃取法(SLE)代替传统液液萃取、用正压过滤来代替上清液移取等。一些新的分离技术的出现,如离子淌度技术,效率更高、也更为稳定,有望取代色谱技术解决色谱技术目前面临的制约,加速质谱自动化发展。此外,通过简化或放弃液相色谱分离过程(LC-MS/MS系统检测层面)也可以提高系统的自动化程度,从而提高稳定性和检测通量。除了发展更高集成度(即一体化设备),质谱前处理自动化技术也在朝着更广泛兼容性(多技术融合)和智能化升级(AI驱动)方向发展。除了样品前处理自动化技术的突破,还有诸多环节待进一步满足自动化需求。如新型仪器维护技术的开发,例如自动清洗离子源、自动更换色谱柱等,以实现仪器维护的自动化;数据分析自动化技术的突破——开发新型数据分析技术,结合AI以实现数据分析的自动化等。2、药物研发领域现有痛点、市场需求及产业解决方案● 传统药物研发实验操作存在的诸多问题制约行业快速发展,自动化优势显著传统制药实验室操作繁琐、样本处理耗时,实验结果重复性差,实验室数据管理混乱、分析困难。自动化实验室可以避免资源密集型劳动,减少人为误差,提高实验可重复性,助力药物研发效率大幅提升。基于信息软件和智能硬件的技术赋能,能够提高实验数据生成质量并进行分析管理,提高药物研发成功率。通过融合自动化系统与高级数据分析能力、机器学习能力,可实现实验室流程持续优化的目标。最新一代自动化实验室可以实现在人类和动物模型上同步进行试验,在一定程度上解决部分细分子领域相关研发数据极度缺乏的痛点。基于实验室源源不断产生的批量高质量研发数据,结合经过清洗的源于公开数据库的大批量研究数据,可以通过AI技术实现快速发现新分子结构和作用靶点的目标,即人工智能药物研发(AIDD)。AI在药物研发各阶段的应用数据来源:公开资料,调研访谈,动脉智库制图固体自动称量加样仪器研发难度大,针对未满足的市场需求,包括优思泰科、正从科技、广州标智未来等在内的国内企业结合其在精密机械设计、AI机器视觉等技术方面的能力,已经打造出多款国产自动化固体称量设备并且打破国外垄断与专利封锁。然而,尽管国内外目前都研发出了不同称量范围和使用场景的自动化固体加样设备,但依然面临很多挑战,未来产业仍需要围绕未满足的市场需求开发出更为丰富的自动化固体药剂称量产品。固体处理方面亦存在定制性高,价格昂贵,购买力不足的问题。另外,在化学合成领域自动化程度也相对较低,合成涉及的样品条件比较复杂,需要更加复杂的集成能力。自动化固体称量设备的开发仍面临诸多挑战及较大升级空间 数据来源:公开资料整理,动脉智库制图● 自动化技术高效赋能纳米抗体的筛选、合成与改造纳米抗体(Nanobody, Nb)作为一种新型抗体分子,因其独特的结构和性质,在药物研发、疾病诊断和治疗等领域展现出巨大的应用潜力。然而,传统的纳米抗体研究方法存在周期长、操作繁琐、成本高等局限性,限制了纳米抗体的研发和应用。结合AI技术,自动化为纳米抗体的高效筛选、合成、改造和检测提供了有力支持,不仅帮助纳米抗体筛选更为高效准确,也使纳米抗体的合成与改造亦更加高效、便捷,在纳米抗体研究中的应用日益广泛。智能自动化高通量纳米抗体筛选与研究研发 数据来源:公开资料但自动化系统在纳米抗体研究中的应用还需要进一步探索和优化,以更好地满足实际需求,自动化系统的复杂性和高成本亦需产业提供更优的解决方案。● 自动化+AI赋能类器官药筛,解决传统构建非标化和质控问题类器官(Organoids)与器官芯片(Organ-on-a-Chip)由于能够高度模拟和再现人体生理环境和复杂反应,被视为颠覆药物研发的核心仿生模型。这些技术不仅能有效提升药物临床疗效预测准确度,加速实验进程,以及降低药物开发成本,更为AI模型提供了近乎人体真实环境的训练数据,解决了传统细胞模型(仅反映单层细胞特性)与动物实验(种属差异导致80%以上药物毒性误判)的“数据失真”瓶颈。然而,传统的类器官构建方法需要实验室手工操作,耗时费力,且由于类器官本身的异质性和随机性,类器官的培养还面临着标准化和质控方面的挑战。为了更大规模化和高效地培养类器官,包括黑玉科学、嘉士腾等在内的企业,充分融合AI、微流控与自动化技术,陆续推出多款类器官自动培养设备,实现类器官实验全流程自动化,一键式开展3D体外模型(类器官/类组装体/血管化微组织器官)智能孵育、均一化构建、实时成像观测、AI辅助高通量药物检测与数据输出等复杂操作流程。整体而言,自动化、高通量的类器官培养设备能够推动类器官培养的标准化、提升产品重现性和一致性、提升通量并降低成本,而自动化的器官芯片操作设备则能够大幅降低下游客户使用器官芯片的复杂程度以便于实现快速的推广应用。类器官与器官芯片领域目前整体自动化程度仍然偏低,成型、实用且在价格上表现亲民的相关仪器设备仍待进一步开发。● 期待更灵活、精细、稳定、合规,AI、机器视觉等降低运行错误率和操作门槛目前实验室自动化行业尚未出现龙头公司,原因之一在于实验室需求过于多样化,单一一家公司很难开发出全套自动化设备满足各领域各场景的实验室自动化设备。对于生物药物研发领域的自动化设备,产业提出了一些优化希冀:包括加速推进自动化实验室行业标准的制定、提升产品的稳定性、灵活性及精细操作能力,基于机器视觉等前沿技术升级自动化流程控制与设备监控、故障排除等功能,降低设备运行错误率,AI赋能提升设备与研究员的高效互动,降低操作者门槛,或者更加符合操作人员的思维和习惯等等。基于开源API和文档,使用RAG通过特定知识库调整GPT语言模型,输出精准Protocol 图片来源:opentrons其他待升级的功能,包括目前大部分的自动化工作还在微升级别,如何基于新技术路径满足客户在纳升操作层面的需求;如何补齐在设备数据合规方面与进口产品的差异等等,都是国产设备需要提升和努力的方向。总体而言,对于实验室自动化企业,基于商业化的考虑,必然优先满足使用场景更为广泛和使用频次更高的大单品需求,其次才是细分场景下要求更具细的品类。AI发展同样道阻且长。生成式AI目前主要集中在人机交互层面的应用,要想在实验室自动化领域实现更复杂的应用和功能无疑需要产业投入更多的精力,资源以及时间去开发。对于资源和精力有限的初创公司而言,需要根据自身优势特点选择布局前沿技术的节奏和力度。部分有软件/AI基因优势的团队,在AI方面的发力更多,以及一些体量较大的企业对AI有更为深度和积极的尝试。对于大部分国内自动化设备研发企业而言,客户在设备的稳定性、一致性、易用性等方面的需求,是他们的第一目标。● 合成生物学领域现有痛点、市场需求及产业解决方案由于合成生物学领域的研究对反应条件要求相对温和,且主要涉及在液体内的反应,目前我国在移液领域的工业技术已经能够很好适配实验室相关需求,从不同实验通量到不同试剂计量配比。针对分子克隆、细胞培养、基因合成、菌株的筛选测试等可标准化的实验环节目前产业已经形成了相关自动化解决方案,备受好评的产品系列包括培养基分装、微生物检测前处理、菌种分离、菌落挑选系统或设备。包括镁伽科技、玄刃科技、汉赞迪、迪比尔、曼森生物等在内的企业都围绕合成生物学场景,推出了一系列优势解决方案,以适配合成生物学研究的各种需求。合成生物学中“设计-构建-测试-学习”的循环迭代,天然适配自动化与AI技术 图片来源:公开资料整体而言,在合成生物学的Build环节,因为能找到很多共同点,实现自动化相对容易;而Test环节由于测试/表征方法的不同,则具有极大的不确定性,因此菌株测试自动化平台的开发面临更多挑战。● 基因测序领域现有痛点、市场需求及产业解决方案近年来,NGS技术广泛应用于临床,但由于NGS检测流程复杂,目前能够完成相应复杂操作的训练有素的人员实际上很短缺,自动化技术为NGS广泛应用注入了新的活力。制约NGS成熟应用和普及的关键因素之一是自动化程度低 数据来源:《临床下一代测序的自动化与常规化专家共识》,动脉智库制图从单机到流水线,近年来NGS自动化解决方案日益多元化。早年多以进口品牌为主,包括Hamilton、Beckman、Tecan等,后来国产品牌开始切入。在NGS检测流程中,建库是NGS检测流程中不可缺少但又最为复杂繁琐的环节,建库结果的好坏也直接影响测序质量。为实现建库的自动化,国外诸如Tecan、贝克曼、罗氏、安捷伦、Opentrons都推出了自动建库仪,国内诸如奥美泰克、耐优生物、奥盛、汉赞迪、麦迪克等在内的本土企业也都推出了优秀的自动建库仪器。面对不同场景客户的“最后一公里”,各家企业则基于自身对于场景的深刻理解开发了各有优势的自动建库产品。如卡盒式自动建库满足灵活性需求。诸如思路迪、杰毅生物、迈基诺基因、华大智造等在内的企业都陆续推出了卡盒式自动建库仪。已上市的部分代表性卡盒式自动建库仪 图片来源:公开资料整理,动脉智库制图NGS实验流程 数据来源:健康守望角,动脉智库制图在建库后、上机测序前,通常还需要完成定量、均一化和pooling等关键步骤,若将建库仪处理后的文库转移到其他设备上进行,会增加流程的复杂性,并可能引入新的误差。围绕这一需求,包括柏炬科技、耐优生物、汉赞迪、奥美泰克等在内的企业陆续推出了集成核酸定量功能的自动化建库仪器。已上市的部分具有核酸定量功能的代表性自动建库仪 图片来源:公开资料整理,动脉智库制图测序最理想的形态:“样本进、结果出”,即实现核酸提取、建库、测序和分析一体,国内外亦有不少厂商已经实现了这一点,未来的发展趋势是进一步微型化。不过,由于NGS的应用极为广泛/复杂,不同的应用领域和用户群体对于自动化的需求存在着显著的差异,不同的使用者群体和业务需求对自动化技术的应用提出了各自独特的要求和期望,因此在NGS迈向最终理想形态的路上,必然会衍生一系列丰富的自动化测序产品。诸多环节自动化升级仍待优化,如自动化建库仪在灵活性与高兼容性适应多项目之间的平衡;自动建库仪荧光定量模块的准确度提升以及与控制系统的无缝集成;核酸提取纯化和建库方面,进一步提高在质检、杂交和洗脱试剂及耗材准备等方面的自动化水平;pooling环节进一步满足时效性,多样本混样,多体积、乱序移液;对样本采集、处理、文库制备到测序过程中的各环节交叉污染率的控制等等。国产厂商基于与国内客户本土高效协作的优势可抢占市场机遇。最终,一款优秀自动化设备的开发,不单单是仪器开发商扮演主要角色,涉及产业多方的配合,比如与上游供应商、下游客户以及试剂耗材软件等领域的企业的共同协作与努力。唯有深入洞察客户的需求,才能确保技术的应用最大限度地契合客户的实际需要。不同自动化设备企业之间,可以探索合作,迈向共赢。以上为报告主要内容节选,若获取报告全文请扫描二维码添加小助手,添加后主动询问。报告将在动脉网“2025VBEF未来医疗医药百强展会”医疗器械设计与制造大会论坛做现场发布。报告特别鸣谢(按调研访谈顺序):程浩-盛山资本合伙人,孔令赫-中平资本投资副总裁,曲志虎-英矽智能自动化实验室负责人,张娜-汉赞迪首席运营官,骆俊魁-耐优生物创始人以及其他未具名的企业及投资人*封面图片来源:123rf如果您认同文章中的观点、信息,或想进一步讨论,请与我们联系;也可加入动脉网行业社群,结交更多志同道合的好友。近期推荐声明:动脉网所刊载内容之知识产权为动脉网及相关权利人专属所有或持有。未经许可,禁止进行转载、摘编、复制及建立镜像等任何使用。文中如果涉及企业信息和数据,均由受访者向分析师提供并确认。动脉网,未来医疗服务平台
实验室自动化(Lab Automation),是指利用现代技术和设备来自动化实验室的各种操作和流程,解放人力、简化实验流程、智能设计实验、降低人为误差,以及提高实验通量、速度、准确性和可重复性等。其包括样品处理、仪器操作、数据采集和分析等方面。实验室自动化的实现需要依靠各种自动化设备和软件,如自动进样器、液体处理系统、机器人系统、温度控制系统、自动化分析仪器、数据处理软件等。这些设备和软件可以协同工作,完成实验室中的各种任务,从而实现实验室的自动化。
其核心技术来源于工业自动化,工业自动化于 20 世纪 60 年代就已发展出现代综合自动化工厂的雏形,在制造工业中出现了许多自动生产线。国外实验室自动化已发展 40 多年,机械臂和工作站率先出现,不同的实验室场景处在自动化的不同阶段。中国实验室自动化的兴起,源于生命科学上游行业国产替代的需求,叠加中国工业自动化的人才供给的能力。它的核心价值体现在,实验室自动化让实验人员专注于科学研究本身而非重复性实验操作。
近年来,随着自动化实验平台的快速发展,更多生物制造企业通过自动化实验室解决方案来弥补手动实验带来的成本压力。以制药公司为例,根据麦肯锡数据显示,当制药公司研发实验室达到数字化实验室水平后,药物化学研发成本降低25%至45%,自动化微生物药物实验室潜在研发成本降低15%至35%之间。另外,一家大型全球制药公司利用模块化和可伸缩的数字双平台实现实验室自动化转型,可以使其药物生产率提高30%,实验偏差减少80%,甚至完全消除重复出现偏差。此外,数字化和自动化还可以让药物交付周期缩短60%到70%,并且让生产力提高至少50%。
作为实验室自动化先驱以及细分龙头,Tecan(帝肯)早在1985年便推出了全球第一款过程控制的自动化液体处理设备—Tecan Sampler 500系列液体处理工作站,是自动化实验室发展的重要里程碑事件。随后近40年,Tecan对其产品不断进行优化和迭代,发展至今,Tecan在欧洲和北美均设有制造、研发基地,并在 70 多个国家/地区拥有销售和服务网络。仅在中国,Tecan的酶标仪市占率排名第二(高达18.92%),在中国拥有最多的公安系统法医用户及最大的装机量。
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自动化工作站已发展到第五代
Tecan最初诞生于瑞士的一个乡村。
1980年,4名工程师在瑞士乡村Hombrechtikon创立了Tecan(1987年上市,瑞士证券交易所:TECN),当时创业的目标是开发测量、分析和实验室自动化设备。创立之初,公司的办公场所是CEO兼联合创始人Heinz Abplanalp家的乡村酒窖,生产场所则散布在村庄周围的翻新谷仓、房屋和仓库。
Tecan的CEO是Achim von Leoprechting博士。Achim von Leoprechting拥有德国弗莱堡大学生物专业博士学位,拥有多年丰富的生命科学产业管理经验。在加入Tecan前,他曾供职于Packard Bioscience,在那里他担任多项技术、销售和市场管理工作。2002年,珀金埃尔默收购了Packard Bioscience,他随之也加入珀金埃尔默,并先后担任分子医学欧洲销售总监、细胞成像及解决方案副总裁兼总经理、成像及检测业务副总裁兼总经理、体外解决方案副总裁兼总经理、生命科学与技术业务欧洲、中东、非洲和印度地区副总裁兼总经理。
相较于大多数“人设”较为严谨的生命科学领域CEO,Achim von Leoprechting有些许独特。他不仅喜欢跑步、网球、山地自行车、远足和北欧滑雪等运动,还特别热爱音乐,并从20岁起就开始在摇滚、英式流行和R&B乐队中演奏。2015 年,Achim von Leoprechting还在Tecan 组建了一支名为 Dilutorz 的员工乐队,这支乐队由来自公司各个职能部门和不同国家的杰出音乐家组成,会在公司活动中演出,也在欧洲和美国的大型行业会议上演出。
领导团队的活力与激情也映射在了公司的发展上,四十几年来,Tecan不断优化和迭代技术与产品,发布了一款又一款引领实验室自动化领域“潮流”的新品。以Tecan的自动化工作站为例,其产品目前已经更新至第五代:
五代自动化工作站,图源Tecan官网
早在1985年,Tecan便推出了全球第一代集过程控制的全自动移液工作站Samplers 500,是后续几代自动化工作站的雏形。
在此基础上,1995年Tecan推出了现代化自动化工作站Genesis。该工作站基于Gemini自动化控制软件作为过程控制,采用模块化系统进行设计,可增加前端处理的灵活性,实现样本储存、样本前处理和核酸提取,兼具液体处理、孔板转移和其他设备联合使用的功能
随后,Tecan在2003年又推出了经典自动化工作站Freedom EVO,该工作站采用三臂独立控制或并行运行,安装有简单易学的EVOWare/plus图形化自动化软件系统,可支持样基因组学、蛋白组学、药物开发、样本库与医学诊断等工作,具有快速灵活、高通量、可扩展且易整合等特点。
2014年,Tecan推出了新一代自动化工作站Fluent,该工作站具有四种独立运行机械臂、双层台面、合规自动化控制软件、触摸屏式交互界面等新板块和功能,具有通量更大,灵活整合,节省空间、程序简洁等特点,可提供药物开发与评价、合成生物学、基因组学、细胞研究等多种成熟方案。
Tecan的最新一代自动化工作站Fluent® Gx于2018年推出,是在上一代Fluent工作站基础上进行优化与迭代而来。该工作站具有更强的流程安全性,其运行由 FluentControl Gx 合规软件驱动,该软件依据 FDA 21 CFR Part 11、《药品记录与数据管理要求(试行)》等法规要求,满足严苛的监管合规要求。
不难看出,Tecan在自动化工作站领域的更新迭代并不算快,早期基本是每十年进行一次迭代,但每次迭代相较于上一次都有较大的突破,其新一代产品的功能针对的也都是当下生命科学领域痛点。
值得一提的是,Tecan还曾带着自己的新产品两度参加进博会,为实验室自动化带来了系列新品。2022年进博会,Tecan新品MagicPrep NGS受邀亮相展馆。这是一款专为小通量NGS建库实验室设计的MagicPrep NGS系统,能够满足从低通量到高通量的自动化文库制备需求,可靠性超过97%。2023年进博会,Tecan新品Uno单细胞分液仪受邀亮相展馆。Uno单细胞分液仪专为提高单细胞工作流程的易用性、高效和精密性而设计,支持“组学”领域广泛的单细胞应用,包括基于MS的单细胞分析、iPSC库、3D细胞研究、细胞系开发等。
好的产品自然能够获得市场的认可。根据徽特公司资料显示,近年来,众多世界著名制药公司(如罗氏,辉瑞,诺华,礼来,安玛西亚,勃林格殷格翰等)的研发中心都选择了Tecan的全自动工作平台。全世界的大型全自动工作站,超过80%是Tecan生产。国内多所著名高校、研究中心、法医系统以及医院、血站同样采用了Tecan 的自动化平台(国内有Tecan工作站约2000 台,其中血站系统Tecan自动化平台的市场占有率超过85%,法医系统(全自动核酸提取及PCR加样)Tecan自动化平台的市场占有率超过60%。
02
三大业务板块,一年营收88亿
发展到如今,Tecan可提供成熟的生命科学和体外诊断产业和服务,以及OEM合作业务,广泛服务于科研、制药、公安刑侦、医院、血站、疾病控制与预防中心和出入境检验检疫等诸多领域。
整体来看,生命科学业务、体外诊断业务、OEM业务之间相辅相成。Tecan 既可以为不同的客户群提供完整的产品,从用于基础研究的台式设备到体外诊断公司的样本到结果解决方案,再到用于手术机器人的模块和系统以及医疗技术公司的个人测试设备,也可以根据客户不同的需求,将基础研究与常规临床各自的使用解决方案,按照需求相结合。
据不完全统计,Tecan产品布局,图源官网和年报
具体来看,在生命科学和体外诊断板块,Tecan拥有自动化工作站、多功能液体处理平台、超微量加样仪、酶标仪、洗板机、各种配套耗材等产品。根据2023年财报显示,Tecan在生命科学研究领域中的潜在市场价值为 40-50 亿美元,并以每年 3% 至 5% 的速度增长。在体外诊断板块,Tecan 的潜在市场总价值约为 40 亿美元,就平均年增长率而言,与生命科学研究市场相当。
在OEM合作方面,Tecan的产品和服务包括OEM系统开发、液体处理组件与模块的开发与生产、消耗品和备件的开发与生产、精密加工和装配服务,可为客户提供规模化的合同设计、开发和制造服务,也可为OEM客户提供定制化服务,承担从设计到制造的整个项目。
丰富的产品和全面的服务为Tecan带来了可观的营收,根据财报显示,2023年Tecan 的营业收入为10.744亿瑞士法郎(约合人民币88.37亿)。其中,在生命科学和体外诊断板块,Tecan的销售额达到4.518亿瑞士法郎。在OEM合作业务板块,Tecan销售额达到6.226亿瑞士法郎。
2023年Tecan营收数据,图源Tecan财报
尽管Tecan去年的营收相较于2022年略有下滑,不过在疫情褪去和大环境动态波动的双重作用下,这点波动倒也不算很大。另一方面,Tecan还在2023年财报中透露,未来将特别关注基因组学、蛋白质分析、细胞和组织分析、医疗机电一体化这四个细分领域。随着这些下游新兴细分领域的崛起,产业链上游产品和服务的需求也将被拉高,Tecan也将迎来新的增长点。
03
已完成8次收购,分公司遍布70多个国家/地区
并购,是企业逐步成长为行业巨头的常用手段。据不完全统计,根据公开资料显示,Tecan成立至今已完成过八次收购。
不完全统计,成立以来Tecan收购过的企业,数据来源公开资料
Tecan最近一次收购在2021年6月,以 10 亿美元(9.2 亿瑞士法郎)的总收购代价,收购了医疗器械和生命科学仪器的OEM开发商和制造商Paramit Corporation 及其关联公司。Paramit 成立于 1990 年,总部位于美国硅谷,专注于开发、制造多种 FDA 批准的医疗设备,包括手术器械、用于手术机器人的关键模块和系统、即时护理和个人测试设备以及诊断系统。
Paramit在摩根山(加利福尼亚州)和马来西亚槟城设有工厂,可与生命科学公司合作开发和制造高精度仪器。在OEM合作方面,其客户主要是基因组学、蛋白质组学和细胞分析等领域的美国公司,产品和服务包括合作开发和生产流式细胞仪、微流体仪器以及电泳、成像、高灵敏度生物标志物检测、微阵列和样品制备系统。
不难看出,Paramit的专注领域包括研发和生产生命科学领域的各类仪器,以及为客户提供OEM服务,与 Tecan 的布局稍显雷同。不过,Paramit 的 OEM 产品及其多元化和差异化的产品和服务组合,跟Tecan是完全互补的,进一步扩大了Tecan 在生命科学和体外诊断解决方案中的地位。
发展壮大至今,Tecan目前在欧洲、北美和亚洲均设有制造、研发基地,并在 70 多个国家/地区拥有销售和服务网络。
对于中国市场,Tecan早在1999年就通过代理商开始布局,为各行各业的广大用户提供了从高通量检测到自动化移液,从个性化定制到OEM服务的全方位解决方案。2004 年,Tecan在北京设立代表处,2008 年在上海正式成立外商独资企业。目前帝肯中国总部位于上海,下设北京、广州、重庆三个分公司或办事处。其在中国的发展已经经历了三个阶段:
1999-2004年(从无到有阶段),Tecan主要由代理商进行产品的推广、销售和服务。凭借领先的技术和过硬的质量,在初次接触实验室自动化的中国市场,Tecan的产品迅速打开市场,实现从无到有的飞速发展。
2005-2009 年(飞速发展阶段),Tecan产品在中国的销售额年复合增长率超过 50%,远超全球其他市场的增速。设立Tecan中国子公司也体现了总部对中国市场的重视。然而在增长同时,竞争加剧、利润率降低、代理商库存增加等问题也逐渐积累。
2010年至今(共同竞争阶段),Tecan中国的销售额增速开始放缓,一部分原因是市场趋于饱和以及替代技术的出现,更主要的还是国内外同类产品进入市场,质量也得以提升并具有明显的价格优势。Tecan中国通过调整销售渠道、加强市场品牌管理和售后服务能力等多项措施,维持了逐年的销售增长。
根据公开资料显示,目前Tecan在中国拥有最多的法医用户及最大的装机量。Tecan 自动化工作站获得了海南省公安厅、南宁市公安局、广州市公安局 、珠海市公安局、中科院药物所、药明康德、康龙化成、南开大学、北京大学、中山大学等公安、科研机构、制药公司研发部门、医院等客户的认可和使用。
为了满足中国旺盛的市场需求,2022年11月,帝肯(上海)实验器材有限公司上海工厂正式建成,用于生产各类自动化产品。其中国工厂也将严格按照瑞士工厂的质量标准,在Tecan集团统一的质量管理体系的要求下,进行生产和测试,产品经检验合格后,由质量及法规部签发合格证,才准许产品放行。
除了中国本土化生产外,未来帝肯将逐步在本土研发、本土服务、本土供应链和本土生态四个方面扩大投资。如今,帝肯上海工厂已经实现了 Infinite 系列多功能酶标仪、Fluent 系列液体处理工作站、Freedom Evo 系列液体处理工作站及 Labwerx 实验室自动化定制项目的本土化生产,已经成功交付数百台酶标仪及工作站至国内各大医院、高校、生物医药企业、科研单位及政府检测实验室。
04
国内市场增速6.6%,政府、企业协同发力
事实上,在生命科学领域的设备和耗材,长期以来都被国外巨头所垄断,实验室自动化领域的现状也是如此。仅以其中一个小小的仪器“酶标仪”举例,根据生命科学产业观察数据显示,从中标金额来看,2023年酶标仪的市场占有率Top5品牌皆为进口,依次是Molecular Devices(美国)、Tecan(瑞士)、Agilent(美国)、Thermo Scientific(美国)和Revvity(美国),市占分别为28.97%、18.92%、18.33%、10.11%和5.27%。前3品牌合计占比达66.22%,品牌集中度较高。
为什么国外巨头可以在这个领域处于垄断地位?这是因为实验室自动化系统是一个多专业、多技术复杂的密极型系统工程,复杂的技术系统需要的是均衡、可靠和稳定的综合技术,不同于单机产品,有亮点和突出的某一方面优势,复杂的自动化和智能化系统和航天系统、高铁系统类似,强调的是多科学交叉、均衡、稳定、成熟的技术。
这也是为什么国内布局这类系统产品的公司并没有出现扎堆的重要原因:技术壁垒高、研发周期长。所以国外布局历史较长的大企业,目前在该领域的产业化更为成熟,也旁边更具有品牌影响力。
不过,中国的实验室自动化市场目前处于萌芽和高速发展阶段,对于新老玩家都十分欢迎,国内企业未来在该赛道超车的机会很大。根据研智瞻产业研究院数据显示,2021年,中国实验室自动化市场规模达到89.25亿人民币,同时,2021年全球实验室自动化市场规模则达到了524.67亿人民币。预计到2027年,我国实验室自动化市场将保持增长态势,复合年增长率预计将达到6.6%。
高速发展的市场催生出供不应求的产品和服务,我国政府和企业也在积极布局,共同促进产业链上游企业发展,让其能够及时满足下游企业的动态需求。
近年来,我国政府高度重视医疗健康和科技发展,出台了一系列政策来推动实验室自动化行业的发展。例如,“十三五”国家科技创新规划中明确提出要加快推进医疗器械的智能化和自动化,提高医疗服务质量和效率。此外,“十四五”规划也提出了要加强医疗健康领域的科技创新,推动医疗器械向智能化、高端化、集成化方向发展。
同时,我国还出台了《关于促进医疗器械产业发展的若干意见》等文件,旨在进一步优化医疗器械产业发展环境,鼓励企业加大研发投入,推动产业升级。这些政策的出台无疑为实验室自动化行业的发展提供了有力的政策支持和良好的市场环境。然而,虽然TLA技术能够有效提升医疗机构的检测效率,但在实际应用中还需要考虑到设备的成本、操作的复杂性等因素。因此,如何在保证检测质量的同时,降低设备和使用成本,提高操作便利性,将是实验室自动化行业发展面临的重要挑战。
在产业端,镁伽科技,汉赞迪, 汇像,耐优生物,同腾睿杰,曼森生物,莫纳生物,睿科生化,奔曜科技、玄刃科技等国产企业正在积极布局实验室自动化赛道。期待在时间的验证下,国内外企业能够在实验室自动化赛道同台竞技,为客户带来更多降本增效的产品和服务。
参考文献:1.英矽智能、亿欧智库,《2023年药物研发自动化实验室行业发展报告》
2.上海交通大学,《专业设备制造商帝肯公司的服务化转型研究》
*封面图片来源:123rf
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加利福尼亚州圣迭戈(2024年7月11日)—— Element Biosciences,赋能科学的开拓性技术的开发商,今天宣布获得超过2.77亿美元的D轮投资,以在未来几年通过颠覆性的DNA测序和多组学技术支持其不断增长的全球客户群。本轮超额认购由Wellington Management领投,新老投资者参投,其中包括三星电子(Samsung Electronics)、Fidelity、Foresite Capital、T. Rowe Price Associates, Inc和Venrock等基金和账户。这使得Element的累计融资额超过6.8亿美元。
“在观望Element取得令人印象深刻的进展几年后,我们很激动能够支持其开启新的增长和发展篇章。”Wellington Management私募投资医疗保健行业负责人Joshua Sommerfeld表示。“他们的平台结合了质量、成本和灵活性的优势,颠覆了现有的价格曲线。通过将端到端的集成多组学工作流程引入单一系统,Element具有加速生物发现的潜力。”
“Molly和Element的团队正在竞争激烈的环境中巩固自己的地位,”三星电子副董事长兼首席执行官Jong-Hee (JH) Han先生说。“他们的产品树立了新的行业标准,是下一波生物创新浪潮的基础,将帮助全球的研究人员和企业实现精准医疗和人工智能的愿景。我们对Element让精准医疗更加可负担的愿景感到非常兴奋,并对他们共同建立的团队印象深刻。”
这笔资金将进一步支持Element的台式DNA测序仪AVITI™的商业化,并支持即将推出的AVITI24™,这是第一款将最先进的测序和细胞图谱分析(描绘细胞特征)结合到一个单一集成生物学平台中的仪器。AVITI24可在单个细胞内同时检测DNA、RNA、蛋白质、磷酸化蛋白和细胞结构,这为研究带来了彻底的变革,使研究人员能够以前所未有的轻松方式获得对生物系统的无与伦比的洞察力。
“在行业巨头统治生态系统十几年之后,很荣幸能够帮助卓越的Element团队提供以客户为中心的产品,从而提高基因组分析的质量、可负担性和大众化。” Venrock合伙人及Element的早期投资者Bryan Roberts与Foresite Capital的Jim Tananbaum共同表示。
“我们基于一个简单的信念共同创立了 Element,即尖端科学应该提供给整个研究界。Element已经迈出了测序大众化的第一步,并将继续通过高质量、灵活、快速迭代和负担得起的工具帮助研究者揭开生物学的奥秘,让更多的科学家能够使用我们的技术。”Element Biosciences的CEO Molly He博士表示。“得益于我们的创新产品和一支始终致力于 Element使命的协作、坚韧的团队,Element 已经发展了越来越广泛、热情和忠诚的客户群。在充满挑战的宏观经济环境的背景下,此轮超额认购证明了我们的使命。在新老投资者的支持下,Element正在巩固其作为下一个知名品牌生物工具公司的未来——真正的独角兽。”
在过去的12个月中,Element的AVITI装机量已从大约40台增长到超过190台。Element的客户遍布超过25个国家或地区的多个行业,包括学术界、生物技术、癌症研究和农业科学,其技术被Cerba Research、康奈尔大学、Garvan Institute、Revvity、Stowers Institute、VIB等先进机构采用。
明尼苏达大学基因组学中心(University of Minnesota Genomics Center ,UMGC)在2023年中旬安装了他们的第一台AVITI系统。在过去的一年中,他们又购买了四台AVITI。UMGC主任Kenny Beckman博士对其表现非常满意。“从数据角度来看,AVITI的操作简单,且易于集成,其测序质量高于我们之前的NGS仪器。”Beckman博士说。“AVITI的通量非常适合我们的客户,他们中的大多数都需要快速的周转时间和低成本。”
“尖端基因组学和多组学技术正在解锁精准医疗的巨大潜力。Element的突破性测序技术正在推动关键疾病领域精准诊断研究的重大进展。”HALO Precision Diagnostics的首席科学官Thomas P. Slavin表示,该公司在2023年安装了四台AVITI测序仪,而不是NGS竞争对手的替代高通量仪器。
回顾Element的旅程,Molly补充道:“如果没有最初的先驱者和冒险者,我们根本不会走到这个非凡的阶段,他们构成了我们最早的客户群。Element尤其感谢他们的支持。”
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