2025实验室自动化行业研究报告：资本寒冬下国产化率逆势提升出海创收火热

111前言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2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。3 1 6 6 9 18 22 26 35 36 41 44 45 47 52 61 4图表目录 6 7 9 12 13 14 18 20 21 25 27 30 37 38 43 53 55 56 57 57 6第一章实验室自动化行业概述实验室自动化建设是指在硬件（如自动化仪器设备、机械臂、传送带等）和软件（如数据处理软件、管理软件等）的支持下，综合运用机器视觉、物联网、人工智能、大数据分析和云计算等多种先进技术手段，实现从样本储存、处理、转移、检测到数据存储、管理与分析等实验各流程的自动化与数智化。其旨在提高实验通量、速度、准确性和可重复性，降低人为误差，简化实验流程，实现智能设计实验、解放人力的同时，加快科学研究进程，且实现数据的可追溯性，为生命科学、生物技术、化学分析、医药研发、环境监测等多领域的发展提供强有力支持。图表1实验室自动化建设优势数据来源：公开资料整理，调研访谈，动脉智库制图实验室自动化的数智化建设涵盖实验室自动化仪器设备、管理软件系统、集成系统、机器人及智能设备以及配套服务等多个方面，通过这些要素的有机结合，形成一个高效、精准、智能的实验室数智化系统，推动实验室工作向更高效、更科学的方向发展。根据自动化的程度和规模，实验室自动化可分为四个发展层级或形态：单模块形式自动化、工作站形式自动化、流水线形式自动化和机器人形式智能化。7四个发展层级之间并非纯粹的线性替代演进关系，而是根据客户在研究和临床的实际应用需求（如通量需求和灵活性需求等）、成本需求，匹配不同的产品形式。产品形态的演进逻辑是在少数场景下由提高人效到彻底取代人工，最终理想是达到无人值守的“黑灯实验室”。目前实验室自动化在大部分场景下依旧是为实验人员提供高效、安全的实验环境。图表2实验室自动化发展的四个层级数据来源：公开资料整理，动脉智库制图◆1.0阶段——单模块形式自动化主要针对实验室某一操作或步骤进行自动化和智能化，例如自动化样本运输，自动化样本存储，自动化配液，自动化称量、自动化离心、自动化消解以及自动化测试等，重点在于保证精准度的前提下提升其使用效率和运行通量，并实现单机层面的操作自动化和智能化。一个自动化设备往往只有一两种分析检测或者样品处理的功能，需要人来操作使用，包括以上的自动化操作以及混悬仪、离心机、细胞培养箱、PCR仪、质谱仪等仪器设备。目前大部分实验室仍处在这一阶段。除传统相对简单的自动化单机外，逐渐面世的实验室自动化设备领域包括分子、测序、质谱、微生物等。8◆2.0阶段——工作站形式自动化工作站形式自动化主要针对某些常用的流程，集成多个模块，以实现一系列连续的自动化，例如化学前处理流程自动化、病毒前处理流程自动化、微生物前处理流程自动化、核酸检测流程自动化等，并支持一定的功能拓展。从产品表现形式来看，一台设备集成多种功能，可以在一个批次内处理一定数量的样品，批次内可以实现无人值守，批次之间需要人工操作。如全自动液体处理工作站，可根据实际需求，整合常规液体处理、DNA定量、核酸浓度均一化处理、核酸提取与纯化、PCR反应体系制备、蛋白酶解、ELISA、小分子化合物筛选等实验，并支持与液体相关的PCR扩增、震荡和孵育等功能扩展。液体处理工作站是实验中最为基础且最为频繁的实验操作，也是目前自动化服务厂商进行定制和集成的主要交付物，目前部分高通量实验室采用工作站形式自动化。◆3.0阶段——流水线形式自动化流水线形式自动化即针对大量的样品，集成多种样品前处理及测试分析仪器，实现全流程自动化，包括自动化样本运输、自动化开盖压盖、自动化离心、自动化混合、自动化过滤以及自动化上机检测等，设备与设备之间自动传输数据和样品。这种形式目前使用最多的是医学检验场景，如医院检验科和第三方检测实验室（ICL），常见生化检测自动化流水线、免疫检测自动化流水线、血液检测自动化流水线、微生物检测自动化流水线等。以血液流水线为例，可将全自动血细胞分析仪、全自动特定蛋白仪、全自动血液形态学检验设备（推染片机、阅片机）、全自动糖化血红蛋白分析仪进行级联整合，提供全面的临床检验血液分析服务。◆4.0阶段——智能化形式自动化智能化形式自动化是实验室自动化的最高级别，让实验室自动化系统可以自主学习、自适应调整和智能决策。通过近距离或远程对智能机器人发出指令，即可实现实验室所有操作和管理的智能化，包括样品的储存、处理、转移、检测到数据存储、管理与分析，从辅助实验设9计、实验参数优化到进行故障诊断等，并可以循环往复地进行。研究人员只要利用平台将自己的思路编程表达出来，系统即可高效完成。这往往要满足以下多个要求：引入机械手、机器视觉、AI决策模型等先进技术，同时整合先进算法、软件、操作系统等实现系统级联和闭环打通，替代人工完成重复工作甚至人所不能及，过程结果读取判断，自动试错和最终结果筛选输出。通用人工智能技术的发展有可能在未来颠覆传统实验研究的工作习惯和业务形态。根据发展实验室自动化和数智化建设的医学实验室所涉及的实验领域，动脉智库将本报告关注的医学实验室主要分为三大主体：检验检测类实验室（医院临床诊断、第三方检测实验室、企业QC实验室等）、医药研发类实验室（药企、CXO等）和科研类实验室（高校、科研实验室等）。图表3医学实验室智慧化建设三大需求主体数据来源：公开资料整理，动脉智库制图从实验室应用领域来看，主要分为检验检测领域、医药研发领域及其他生命科学领域。◆检验检测领域在检验检测领域中，存在相关需求的实验室类型可进一步划分为生命科学类的检测实验室、化学检测实验室等等。从用户类型可划分为医院、第三方独立检测实验室、政府检测机构、企业质检部门等。这一类实验室类型无论从用途还是客户群体都非常广泛，尤其在疫情对于生命科学快速检验检测的大量需求下，自动化与数智化解决方案在检验检测类实验室的发展得到大力催化。实验室自动化旨在帮助该类实验室高效进行样本前处理、样本分析检测、样本后处理，通过自动化取代繁琐、重复性高的任务，来减少人力需求并大幅缩短出报告所需时间。在医院临床检测端，目前已经有一些非常成熟的产品，如生化、免疫流水线，检测通量、效率较传统AI等新兴技术亦逐渐实现对该领域的深入赋能，如安图生物等企业在医学实验室流水线引入智能标本管理系统简化工作流程，提高实验室效率，以打通自动化流水线“最后一公里”。通过引入AI智能识别判断系统，全流程AI智能识别标本信息、离心状态、血清量、血清质量等。◆医药研发领域在生物医药研发领域的研发实验室自动化更灵活，具有多品种、小批量、多批次的特点：在进行多种实验时，可能需要一个机器人进行多项任务或多个机器人协同做同项任务。在这之中变化的动作流程、个性化需求与共性化技术相结合等特点以及对机器人可靠性、精确性、柔性的要求，需要有强大的控制和调度能力。医药研发实验室自动化的使命在于提升研发实验室各项实验效率及精准度，如细胞培养、酶反应等。自动化设备还可以通过控制湿度、温度、光照等条件来确保实验结果的准确性和稳定性。近年来逐渐兴起的AI+新药研发实验室可借助实验室自动化实现干湿闭环，即平台基于干实验——利用AI模型进行虚拟计算，包括靶点预测、分子生成、性质预测等，湿实验——在实验室中通过自动化设备（如机械臂、高通量测序仪）验证干实验的预测结果，包括靶点验证、化学合成、分子活性测试等，湿实验产生的批量数据实时反馈至AI模型，优化算法参数并指导下一轮设计，形成“预测→验证→迭代”的循环，提升新药研发效率和成功率，以及大幅缩短新药开发周期。◆其他生命科学领域除了检验检测、医药研发领域，生命科学其他领域也涌现出一些新兴产业对实验室自动化产生迫切需求，如合成生物学领域。合成生命体有高度复杂性，目前缺乏可预测性设计（或理性设计）的指导。这决定了其需要海量的工程化试错性实验，即需要快速、低成本、多循环地完成这一闭环。自动化设备或系统可以成为合成生物企业的“加速器”，解决其通量问题、复杂长流程等实验流程痛点，具体的自动化应用场景包括不限于细胞/菌种的培养、筛选、分析等，已经形成了备受好评的产品系列如培养基分装、微生物检测前处理、菌种分离、菌落挑选系统或设备。生命科学之外，实验室自动化已经在化学、农业、食品、工业检验检测等初步体现其应用价值，未来在环境、材料等领域也存在广泛运用场景。总体而言，检验检测类实验室特点是样本类型比较单一、数量庞大、处理流程标准化、报告输出统一化。尤其在医学检验领域，由于自动化率先迈过收益平衡点，实验室自动化建设程度最高。在疫情对于生命科学快速检验检测的大量需求下，相关自动化解决方案在检验检测类实验室的发展得到大力催化。由于样本量大、实验流程标准化、预算充足，生化免疫等领域的自动化流水线，目前已经进化为非常成熟的产品形态。图表4检验检测与研究研发类实验室的自动化建设特点及结果数据来源：公开资料整理，动脉智库制图研究研发类实验室样本数量相对少、类型纷繁复杂、实验流程差异大、数据解读主观性强。尤其科研方向，需求零散、个性化程度高、流程多变，单一方向市场空间有限，相关研发厂家开发产品难度相对较大但回报不高。此类应用场景中，实验室自动化与数智化建设目前仅在局部环节实现效率提升，尚未能真正实现从方案设计到实验执行、结果判读与理解、实验优化的全流程自动化与数智化建设。国家出台一系列政策来推动实验室自动化行业的发展。原国家卫计委2016年印发的《医学检验实验室基本标准和管理规范(试行(国卫医发〔2016〕37号)》文中，对医学检验实验室的环境设施、设备自动化、数据管理三方面系统地提出了建设指引，对医学检测实验室自动化设备进行了细致罗列。图表5近年来国家支持实验室自动化行业发展的相关政策数据来源：动脉智库，动脉智库制图要加强高端科研企业设备研发制造，强调应用新兴的数字化技术推动实验室的自动化应用。比如“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；“十四五”规划提出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。在“十传统实验室智能化数字化升级将成为关键的一环。根据发改委《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》，实验室自动化设备属于战略性新兴产业中的生物医学工程产业（医用检查检验仪器及服务）。该战略旨在引导企业增加研发投入、加快建设国家实验室、重组国家重点实验室体系，以发展社会研发机构，加强关键核心技术攻关。2022年2月，为加快以质量标准为核心的质量技术创新及应用，推进产业基础高级化和产业链现代化，市场监管总局和工信部联合发布了《关于推进国家级质量标准实验室建设的指导意见》，其中提出到2025年，力争在高端制造、新材料、信息技术、生物医药等重点领域建设若干国家级质量标准实验室。2022年5月，国家发展改革委印发实施《“十四五”生物经济发展规划》，其中指出集约化建设生物安全基础设施。围绕人口健康、检验检疫、国防安全等重点领域，坚持总量调控、因需布局、动态调整，统筹布局建设高级别生物安全实验室。2022年7月29日，市场监管总局印发《“十四五”认证认可检验检测发展规划》，提到推动认证行业数字化发展，组织开展质量认证数字化评价模式研究，在重点行业领域推动质量认证数字化应用。可见，国家政策支持实验室向高质量、智能化、信息化方向发展；同时，检验检测数字化、智能化应用也增加了智慧实验室的建设需求。2023年2月，工业和信息化部、国家发展和改革委员会、教育部、财政部、国家市场监督管理总局、中国工程院、国家国防科技工业局等七部门联合印发《智能检测装备产业发展行动计划（2023-2025年）》强调面向重点行业需求，研制一批检测技术、方法等基础标准，开展智能检测装备功能、性能、安全、可靠性以及零部件等关键技术标准制修订，开发智能检测装备、制造装备、软件系统等互联互通标准。同时，提出加强智能检测数据的实时采集、分析与挖掘，鼓励基础和共性检测数据安全共享，提升数据资源的价值等，为实验室自动化与数智化发展提供了标准和数据支持。基于对实验室自动化发展前景的看好，大量资本亦纷纷涌入该赛道。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。图表62024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。图表7实验室自动化赛道近50家企业最新融资情况一览企业当前轮次/////D轮本C轮C轮B轮B轮B轮B轮企业当前轮次企业当前轮次数据来源：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，并已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相对最受市场关注，融资节奏相对步入后期，如镁伽科技、汇像科技等。其他提供整体解决方案有自身硬件特色（如机器人）的企业如奔曜科技、玄刃科技等融资节奏虽处早期，发展也较为快速，受到资本热切关注。部分在细分场景提供特色解决方案的企业，如为药企提供全场景智能体平台解决方案的软件开发商明度智云，聚焦AI与医学诊断的深度融合、提供智能分析系统的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，硬件自研能力与产品的高毛利是其核心竞争优势所在，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。生物医药寒冬影响传导下，不少优秀实验室自动化企业业绩实现逆势增长。生物医药领域的资本寒冬传导至产业链，实验室自动化赛道也不可避免受到客户由于业务和资金紧张从而对待支出尤为审慎的影响。尽管如此，仍有不少实验室自动化企业在近两年收获不错业绩。一级市场方面，打造了由AI驱动的全自动机器人药物发现标杆实验室的英矽智能，基于第在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，晶泰智能自动化业务营收超过药物研发。据其财报，公司智能机器人解决方案（主要包括固态研发服务及自动化化学合成服务）2024年收入为1.62亿元，同比增长87.8%；药物发现解决方案收入为1.04亿元，增长18.2%。晶泰指出，由于XtalPi研发解决方案（如中药及电解质机器人解决方案大幅相关业务推动增长。华大智造2024年财报也指出，其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%，截至报告期末累计销售装机超4200台。第二章实验室自动化商业化现状与演变趋势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如下。图表8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◆软件开发商基于软件产品完成对数据的收集、分析与智能管理，是实验室自动化向数智化进阶发展的重要一环。一方面，部分软件开发商研发重心在于管理实验流程和实验室数据，包括样品跟踪、工作流程管理、数据分析和耗材管理等，确保合规性和数据安全，如明度智云、青软智控等。另一方面，部分软件开发商开发中控软件完成对实验室多种复杂自动化仪器设备之间的无缝链接、智能互联与自动控制，实现高效协调实验流程、优化资源配置，简化操作流程，避免人工干预导致的误差，显著提升实验室自动化运营整体效率。开发此类软件的企业大多会拓展部分硬件研发或整合其他硬件开发商硬件产品发展为提供软硬一体整体解决方案的集成开发商。◆提供软硬一体整体解决方案的系统集成商推出定制化软硬一体整体解决方案的系统集成商主要针对客户的非标准化的需求，集成设备元件、仪器、工作站、机器人、软件、AI等技术进行定制化集成系统的开发，提供自动化整体解决方案。诸如海外企业赛默飞、珀金埃尔默、Biosero等，本土企业诸如镁伽科技、汇像科技、奔曜科技、玄刃科技等都是该类商业模式的代表企业。系统集成商通常提供多个领域的自动化整体解决方案，包括体外诊断、药物研发、合成生物学、基因测序及其他生命科学领域。◆硬件开发商硬件开发商主要针对市场相对标准化的实验室自动化需求，提供标准化硬件产品。根据所覆盖市场领域的广泛程度，可进一步分为覆盖广泛领域的硬件开发商和深耕某一细分领域的硬件开发商。覆盖广泛领域的硬件开发商所开发的核心产品多为多场景通用设备，如各类液体处理工作站，高精度分液器等，同时包括部分领域专用设备，如体外诊断领域的血液样本前处理自动化仪器、质谱前处理自动化仪器，药物研发和生命科学领域的细胞转染设备等。这一类企业的代表包括海外的Hamilton、Tecan、Beckman，本土企业包括耐优生物、汉赞迪、奥美泰克等。覆盖广泛领域的硬件开发商产品线覆盖从体外诊断、药物研发、合成生物学、基因测序到其他生命科学领域的多个场景，有不断丰富产品线的趋势。深耕某一细分领域的硬件开发商通常聚焦某细分领域，根据某一类下游客户的需求为客户提供专用产品，具备独特的产品开发能力。相比覆盖更广泛领域的硬件设备商，深耕某一细分领域的硬件开发商在产品开发和资源投入上相对更加聚焦，对客户的需求和理解更为充分，在应用场景开发的设备品类更为丰富和完整。专注测序设备开发的Illumina、提供单细胞测序整体解决方案的10XGenomics，开发细胞培养相关自动化设备的英诺维尔、华龛生物、专注做质谱仪和色谱仪的谱育科技、聚焦合成生物学领域的曼森生物、做生物样本自动化低温存储的基点生物、艾尔温等都是该类企业的代表。图表9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，动脉智库制图许多以软件开发为核心的企业通过自研硬件和整合硬件发展成为整合解决方案，部分在硬件开发上有优势的企业也同步切入软件研发形成整体解决方案，提供软硬一体实验室自动化整体解决方案的企业受到市场青睐，从历史融资情况来看，这类企业在国内资本市场得到的支持也相对更多。基于调研访谈，此类现象的主要原因在于，国内各领域实验室自动化建设尤其是生命科学领域客户，有着较高定制化需求。图表10软硬一体整体自动化解决方案的优势数据来源：调研访谈，动脉智库制图一方面，对于医院、疾控中心等寻求自动化建设解决方案的终端客户而言，他们的需求远不止于单一的一款自动化仪器，而是更为全面的自动化解决方案。软硬一体化解决方案不仅在采购方面更加顺畅，在部分产品出现问题联系责任方解决问题也更加便利，降低了客户与多方责任方沟通的工作量。另一方面，如液体处理工作站、基因测序前处理及文库构建等领域诸多本土企业都已开发出不错产品，在产品性能满意的前提下，引入国产硬件设备对于客户而言不仅在成本控制方面更加友好，本土厂商在售后服务上的优势也十分显著。从设备采购到系统集成、再到后期运维的一站式自动化服务，极大地契合了市场客户的需求。此外，由于不同学科领域实验室在自动化建设和数智化升级方面的需求差异大，软硬一体的个性化整体解决方案对于客户而言，使用体验更佳，基于软硬件的数据积累也有巨大应用潜力。比如，检验检测类和研究研发类实验室流程差异较大，对于实验室在自动化建设和数智化升级方面的需求也各不相同。即使同为检验检测类实验室，生化检测、基因检测等不同应用场景之间，流程也有差别，在细节的样本处理环节、设备管理环节等都会有所不同。相比检测检验类实验室，研究研发类实验室的定制化需求更甚，因为研究研发类实验室个性化强，需要根据实验目的设计实验动作，实验类型纷繁复杂，不同实验室在实验流程方面的需求差异大，对自动化设备的精度、稳定程度各不相同，因此在实验室自动化建设方面个性化需求强烈。即便是同一个实验室，实验流程也经常随实验阶段调整。这意味着各实验室在发展自动化以及推进数智化升级的过程中，定制化需求大。对于自动化设备研发而言，却很难做到柔性很高，一台设备满足各类差异化需求。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，使得这一类商业模式成为主流。实验室自动化领域诸多获得大额融资及标杆订单的企业如镁伽科技、汇像科技、奔曜科技以及玄刃科技等都是发展这类商业模式的代表企业。盛山资本合伙人程浩博士指出，随着本土集成商与客户合作的进一步拓宽，以及对于实验场景需求理解的愈发深入，未来国内很有可能在软硬一体业务上做出超越海外传统厂商的表现。由于市场发展尚处早期，企业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。目前，软硬一体整体解决方案不是集成商的标配，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。基于调研访谈，动脉智库认为，目前实验室自动化赛道尚处早期发展阶段，各家自动化企业体量相对较小，巨头企业尚未产生，商业模式并未形成清晰发展路径。各家企业结合市场需求，灵活结合自身团队优势，提供标准品与定制化解决方案。图表11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，动脉智库制图发挥优势的同时，补足短板，提升项目利润，增强产品市场竞争力。以软硬一体整体解决方案为主要商业模式的企业一方面是早期以开发实验室自动化控制软件为核心的企业转型，另一方面是部分早期在硬件开发方面具有技术优势的企业跑步进场。这类企业的业务相比硬件设备开发商的业务毛利率更低，因为这类企业业务工作难度大且工期长：需要解决不同品牌、种类仪器的兼容性问题，包括接口开放、数据处理、运动控制等复杂工作；多数根据客户的需求完成定制化的方案，产品可复制性差，成本高，利润薄；由于不掌握核心分析仪器的研发制造能力，无法截取优质产品的利润。海外提供整体解决方案的厂商如赛默飞、珀金埃尔默等在整套实验室自动化产品线中，除了集成创新能力外还提供传统的分析仪器业务，可以根据自动化的需要完成定制化的改造，能够确保项目的综合利润。因此，本土集成厂商通过自研等手段提升产品丰富度以提升整体产品业务毛利率和行业竞争力。具体表现上，以开发实验室自动化控制软件为核心的企业在精进软件方面功能提升的同时，会引入硬件相关人才团队开发一些应用场景多、研发难度相对较低的标准硬件设备，同时包括与OEM厂商形成紧密合作，推出自有品牌的配套硬件产品。在硬件开发方面相对更具有技术优势的软硬一体集成商在基于硬件优势开发或升级市场现有自动化设备的同时，会不断升级在自动化控制软件方面的研发能力，对整体产品形成更强赋能。如镁伽科技早期在硬件方面相比诸多软硬一体集成商更具优势，目前经过多年发展，其软件方面的产品已经形成同等竞争力，赋能硬件设备形成更强竞争优势。华大智造除了持续升级和开发新型基因测序设备打造全场景基因测序解决方案，其开发的自动化建库系列产品也齐全先进，同时也深入布局了智能软件。还有软硬一体集成商采用投资和孵化等方式掌握上游关键仪器、器件的供应链以及赋能更多下游细分领域的客户。如镁伽科技在上游投资了自动化关键零部件制造商，同时持续孵化和部分以提供标准品为主的硬件开发商也在部分设备中开发配套软件以满足客户使用需求，提升产品市场竞争力。如耐优生物开发的A96全自动液体工作站配套自主开发软件，让移液操作直观简便。实验列表不限数量，支持自主实验流程编辑及自动保存；内置的常用耗材数据库与多种移液模式，让用户能随时对新耗材进行添加或定义、对吸头精准定位及吸放液深度与角度进行精准计算、自由调整，大幅降低流程编辑时间。此外，软件的逻辑自检功能，对实验编辑过程中的错误提供实时提示和解决方案。针对不同应用场景，部分硬件开发商也会打包标准品设备形成整体解决方案，围绕产品应用领域做深做广。通过模块化设计灵活满足客户需求，大幅缩短产品交付周期。在打磨产品提升性能的同时，为了缩短产品交付周期，快速、灵活满足用户需求，诸多企业采用研发标准底层模块、灵活搭配底层模块快速完成自动化设备的组装和使用。基于对耐优生物的访谈，动脉智库了解到，实验室自动化设备的细致需求各异，但基础结构需求相似。传统的非标定制模式，从需求分析、方案设计、零部件加工、样机组装到最终交货验收，整个流程复杂且耗时。而模块化设计平台则采用有限的定制，缩短了交付周期，不仅可以根据客户需求进行模块组件的灵活组合和升级，显著缩短产品开发周期，而且能够快速适应市场变化及不同应用场景。比如，耐优生物通过丰富的机械臂种类、多样化on-deck功能模组与柔性化平台架构的创新“三明治”组合模式，为客户提供解决方案的时间从原来的3个月缩短至＜30天。提升核心模块国产化率，进一步保障供应链安全稳定以及降低设备开发成本。国产自动化设备开发商积极地通过各种方式实现上游部件的国产替代。如生命科学自动化仪器厂商迈迪克公开提到，在其寻求国产替代的过程中，发现部分国产配件在性能上无法直接达到国外同类产品的标准，最终通过优化算法，对国产配件的性能短板进行弥补，同时加强与国内供应链企业的合作，共同开展技术研发和质量提升工作，成功实现了从芯片到传感器、电机、导轨等关键零部件的全面国产化替代，不仅提升了产品供应的稳定性和自主性，还降低了60%~70%的产品成本。另一家生命科学自动化仪器厂商汉赞迪亦指出，本土上游零部件厂商不仅供货稳定和货期短，从成本和售后服务响应来看，亦有明显优势，能够配合团队快速基于市场需求做产品的调整和迭代，而与进口零部件厂商在合作方面则会面临诸多沟通上的阻碍。采用自主挖掘终端用户和OEM等模式，不同领域采用灵活多样化策略提升产品销量。尽管国内自动化设备产品市场远未饱和，但目前市场竞争也已经较为激烈。对于硬件设备开发商而言，除了提升产品本身竞争力之外，灵活多样的产品推广策略对于抢占市场份额也非常重要。基于调研访谈，动脉智库了解到，在生物医药和合成生物学领域，自动化设备初创企业通常会自主挖掘工业界和科研界产品用户。对于体外诊断这类已然形成较为固定推广渠道的领域，则更多是通过与IVD试剂厂商或检测设备厂商合作的形式完成产品的市场推广。在IVD领域，自动化仪器厂商与一家优秀试剂开发厂商的成功合作，其价值可能远超与几十家终端用户签订协议的总和。而销售一台自动化设备（终端）与销售一百台设备（试剂厂商）相比，挑战性并没有太大差别。对于覆盖多应用场景的软件商、软硬一体集成商和硬件设备商，目前的发展共性都是尽可能地横向覆盖更多场景——甚至拓展半导体、新材料等领域，提升产品丰富度，形成全面产品矩阵。覆盖细分场景的硬件设备商目前的发展趋势是更加专业化，会尽可能全地布局开发领域内的相关自动化产品，维持领域内的强竞争力。图表12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的自动化厂商跨场景双向布局。一方面，检测检验领域的相关自动化厂商，疫情之后，由于核酸检测需求的骤减导致相关领域自动化市场需求的快速萎缩，且检验检测市场自动化相对成熟竞争处于红海，亟需挖掘更多市场增量，于是逐步向生命科学领域进军。与此同时，通过布局下沉市场——发展二级及以下的医疗机构以及诸多实验室自动化程度较低的疾控中心和第三方检测中心。另一方面，研究研发领域的相关自动化厂商，随着资本寒冬影响下导致的生命科学下游市场客户需求减少，也在同步挖掘体外诊断和基因测序自动化相关市场。对于跨领域跨场景布局的难度，基于对汉赞迪的访谈，动脉智库认为，尽管不同领域不同场景实验差异存在，但是实验的底层需求接近。具体来讲，如生物学领域的不同实验分析的底层模块相近，不同实验设计仅是通量、流程、实验类型方面的区别，一套底层自动化工具的不同模块化组合可以回应不同的实验自动化需求。就通量而言，有些场景需要解决一定时间内大量样本的快速自动化处理，对应需要自动化高通量设备，有些场景则更关注少量样本的快速自动化处理，减少人的干预，能够满足灵活需求的低通量全流程无人值守的自动化设备就更为适配。侧重不同领域的自动化厂商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。尽管从短期来看，快速整合现有自动化相关产品形成整体解决方案契合市场需求，但长期来看，自研能力一定是实验室自动化企业的护城河和核心竞争力所在，对厂商的软硬件研发能力均提出了要求。软件方面，中平资本投资副总裁孔令赫指出，决定实验室自动化中控软件差异化和竞争力的一定是厂商对于自动化设备和应用场景的深刻理解。除了自身的专业性和硬技术实力外，实现这个目的需要企业常年深入一线，与众多客户进行密切的交流互动与协作。AI或是决胜软件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的，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自我造血和盈利能力在任何市场大环境下都至关重要，具备高护城河、强市场竞争力的自研产品为企业在市场上的长期博弈和不断投入创新留够了生存空间。核心产品自研能力不仅成本可控，并且能够最大化保证产品的灵活性和迭代速度，紧跟临床需求以及提供高质量服务，从而建立良好产品口碑，打造品牌的持久影响力。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。无论是检验检测还是研究研发类实验室在自动化上的发展都受到了大环境的影响：一方面是疫情行业过热导致的产能出清，另一方面是生物医药、生命科学相关领域面临的资本寒冬导致客户需求紧缩，使得实验室自动化企业的相关业绩呈现一定程度的下滑。但从国产、进口品牌在中国市场的表现看，国产仪器的降幅相对较小，进口品牌的降幅比国产仪器大。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。据调研访谈，国产仪器的部分品类的市场占有率上升的原因主要包括：1）政策端鼓励国产替代；2）在资本寒冬的影响下，客户消费更趋谨慎和理性，不再盲目追求极限指标、超高通量和超多功能，降低对性能冗余、价格高昂的进口品牌的追求，同时对于部分性价比高、性能稳定的国产科学仪器关注度和接受度上升；3）在过去几年巨量资本的支持下，大量资金被投入产品研发，叠加疫情期间由于海外供应链的不稳定倒逼国内产业链快速发展，本土产品性能、质量、稳定性提升明显，且本土企业在货期、售后服务响应方面具有显著优势。图表13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◆国家出台一系列政策支持国产替代，为产业发展提供坚实政策保障政策环境对于国产设备的倾斜和支持力度加大，持续利好大批优秀本土设备研发商。2021的关键领域，鼓励和支持国产生物制药设备的研发与创新，旨在提升生物制药产业链的完整性与竞争力，为国产替代指明方向，引导企业加大在高端设备、核心部件研发等方面的投入。2023年8月28日，为鼓励科学研究和技术开发、购买国产科学仪器，财政部、商务部、税务总局三部委联合发布《关于研发机构采购设备增值税政策的公告》，明确指出对内资研发机构和外资研发中心采购国产设备全额退还增值税。2024年12月5日，财政部发布《关于政府采购领域本国产品标准及实施政策有关事项的通知（征求意见稿）》，无疑为国产替代又注入一针强心剂。文件指出，在政府采购活动中，给予本国产品相对于非本国产品20%的价格评审优惠。这意味着在未来政策采购的评审过程中，本国产品的报价会被降低20%，本土产品竞争力显著提升。此外，财政部还表示，在《通知》出台后，将于3到5年内制定有关产品的中国境内生产组件成本比例要求，以及对特定产品的关键部件和关键工序要求。此外，国家及地方对生物医药产业链企业的财政支持还有专项资助和项目奖励，同时配备税收优惠、金融扶持等配套政策，使得企业能有更多资金用于国产设备耗材软件的研发、生产和升级，助力更快突破技术壁垒，形成我国自主创新技术。◆进口设备不确定性高，为保证供应链安全，企业尽可能寻求国产替代方案新冠疫情及地缘政治因素使得国际物流供应链受到较大影响，进口产品的供应稳定性受到一定影响，进口产品货期动辄几个月、部分产品甚至缺货。虽然部分头部供应链企业生产线纷纷入驻中国，以期达到本土化供应需求，但对于部分高端仪器，短期内跨国公司基于技术泄密、产业安全等考虑，不一定会把相关产品的生产基地搬到中国。为了避免因外部因素导致的供应中断风险，越来越多的企业尤其是生物医药领域，制造供应链的保供亦是对药品供应下游用药方的稳定保障，都在尽可能地寻求国产替代方案。◆不再盲目追求极限指标、超高通量和超多功能，提升对性能稳定的国产仪器关注度当下社会资金面整体偏紧，企业研发过程中更注重产品的成本和商业化可能性。客户消费更趋谨慎和理性，不再盲目追求极限指标、超高通量和超多功能。在保证性能的前提下，国产自动化设备不仅具有价格优势，同时提供响应快速的售后服务，能够快速基于使用需求进行产品的调整和迭代。此外，如前文所述，国内供应链企业的灵活生产模式能更好地服务于本土客户的需求，提供更贴合实际的定制化服务，从而满足不同客户的个性化需求。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。比如，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。英矽智能自动化实验室负责人曲志虎博士指出，目前国内已经涌现了很多优秀的实验室自动化设备厂商，比如基因测序领域，从样本的前处理到文库的构建，甚至一体机测序，搭配配套试剂耗材等，部分国产厂商已经贡献了相当不错的解决方案。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。总体而言，目前国内市场对于性价比高、性能稳定的国产自动化仪器关注度和接受度稳步上升。随着技术的不断进步和市场需求的变化，设备和仪器的更新换代速度较快，这为本土厂商提供了持续创新和拓展市场的机会。图表14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。据公开财报，华大智造在2024年上半年基因测序仪业务在海外实现收入3.2亿元。通过积极加强欧非区域的营销渠道建设和赋能，2024年上半年公司签约了首个非测序方向自动化产品客户AppolonBiotek。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。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。尽管实验室自动化赛道尚处于早期发展阶段，自动化设备国产替代率也在稳步提升，但目前国内竞争还是比较激烈，海外市场无疑是一个新的切入口和增长点。中平资本投资副总裁孔令赫指出，虽然海外客户验机周期长且企业需要根据海外客户的需求持续进行产品的升级迭代，以及出海路径上面临的诸多客观阻碍，但只要厂商设备质量过硬、性能稳定，能够得到海外客户的认可，海外市场一定是片待开垦的沃土。耐优生物创始人骆俊魁同样指出，海外用户专业性高，比较注重知识产权。因此公司出海的主要策略是创新，而产品性能的稳定同样是赢得海外客户认可度和复购率的关键。图表15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。基于对汉赞迪等企业的访谈，动脉智库了解到，由于海外售后的开展远不如国内便利，小型仪器售后服务较少、应用支持简单、产品技术相对成熟，海外客户接受度高，而更复杂的设备因为受到法规监管、应用多样化，当地售后支持团队条件的制约，出海挑战会更大。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。以上提到华大智造、耐优生物、奔曜科技等企业的相关自动化产品及业务均出口到欧洲国家，但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。就国内自动化厂商目前出海态势和出海经验而言，东南亚、印度等市场是较为理想和布局众多的出海目的地。图表16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，动脉智库制图关于出海目的地的选择，不一定非要瞄准欧美市场。基于调研访谈，动脉智库了解到，尽管欧美市场环境复苏明显，对产品价格敏感性相对较低，但同时对产品品质、品牌要求高，加上夹杂贸易摩擦、本土贸易保护等因素，国产品类想在欧美市场占有一席之地，挑战依旧很大。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。汉赞迪首席运营官张娜也指出，尽管欧美市场具有成熟的实验室自动化认知基础，企业无需承担过多用户教育成本，但对产品质量稳定性与售后响应要求确实严苛，需先以可靠产品建立口碑。如果初期推行产品质量不稳定，口碑一旦受损将极难修复。此外，欧美市场法规的复杂性也要求更长的筹备周期。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，正在成为新的海外业务增长点。随着共建“一带一路”倡议的进一步推进，越来越多的国产仪器企业将目光投向了东南亚市场。东南亚地区拥有优越的地理位置和巨大的市场潜力，从整体市场经济来看是个非常大的增量市场。类似于早些年的国内市场，新加坡、马来西亚、越南与印尼等国的政治局势相对稳定，展现出蓬勃发展的景象。随着整体东南亚国家经济活力的释放以及自身研发能力等限制，东南亚市场已然成为国产仪器厂商眼中充满机遇的海外“蓝海”。基于调研访谈，动脉智库认为，目前东南亚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：一方面，需要通过场景化培训提升用户接受度，另一方面，针对当地人力资源成本较低、技术适配能力较弱的特点，需要强化设备易用性设计——如简化操作流程、实现开机即用等，必要时还需要进行本地化功能调整。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。此外，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。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。一些国家对医疗器械的注册审批流程复杂、周期长，企业需要投入大量的时间和精力来满足当地的法规要求。不同地区的市场需求也各不相同，企业需要深入了解当地市场，针对性地开发产品和制定营销策略。根据调研访谈，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，企业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，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。图表17实验室自动化产品出海策略与建议数据来源：调研访谈，动脉智库制图此外，如何把握出海的节奏非常重要——每家公司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。盛山资本等机构向动脉智库指出，出海是优秀实验自动化厂商的必然发展路径，但不能操之过急。要逐一解决出海过程中面临的诸多挑战并不容易，因此企业不能“为了出海而出海”，每家企业要根据自己的特点找到适合的发展节奏和发展策略。企业出海一定是要围绕当地客户所处的发展现状和面临的发展需求去推出合适的自动化产品。中国目前在研发上的投入仅次于美国，已经是非常巨大的市场，在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。第三章实验室自动化+数智化各领域建设需求及解决方案检验检测类实验室从用户类型可划分为医院、第三方独立检测实验室、政府检测机构、企业质检部门等。其中，实验室自动化应用程度最高的是医院检验科，基本已经完成了自动化流水线（实验室自动化的3.0发展阶段）的布局。现阶段可以达到采血后放到机器，通过生化免疫流水线完成全部的前处理、检测、结果报告和后续样品存储等全检验过程自动化，极大程度地简化了工作流程，加强了质量管理，降低了人为误差和生物污染率等。同时，其他与医学检验相关的大型实验室，如疾控、血站、大型药企以及大型第三方医学检测实验室等的自动化程度也比较高，基本能够达到工作站形式自动化（实验室自动化的2.0发展阶段）。当前国内体外诊断领域的自动化程度已经走在了前列。国产替代是该领域实验室自动化发展的主要逻辑。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。凭借先发优势和封闭式设计，外资企业已占据众多三级医院市场，截至2023年末，国内TLA流水线存量约为3000条，其中80%以上品牌为罗氏、雅培、贝克曼、西门子、日立。但近些年随着国内厂商如迈瑞、新产业、安图在高速发光、高速生化、自研流水线的陆续突破，流水线的制作成本下降，以及国产IVD龙头企业在经过流水线方案的不断迭代与更新，已经初步具备了在高端市场与外资企业竞争的实力。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。以迈瑞为代表的国产IVD企业流水线装机已经开始提速，2023年国内新增流水线装机数量近一半为国产品牌。从装机存量来看，截至24H1，迈瑞已凭借MT8000跃升至国产品牌第一，市占率与雅培相当；安图生物、新产业、亚辉龙、迈克生物流水线装机数量紧随其后。确定的是，在自动化能力基础上，拥有全实验室自动化与数智化整体解决方案提供能力的企业，将在医院改建与新建中展现更强的竞争力。除了医院市场，从实验室自动化发展成熟程度来看，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。据《2020-2026年中国实验室自动化系统行业市场分析及投资前景研究预测报告》统计数据，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约15%，依然有不小的开发空间。质谱（massspectrometer，MS）技术正逐渐成为临床检验检测的重要工具，并广泛用于各个领域。但国内临床质谱的发展面临着多方面的挑战，自动化就是其中之一。国内体外诊断检验的特点是样本量巨大，对自动化要求高。与生化免疫学技术相比，质谱技术在自动化方面存在较大差距，需要人工进行样品处理、仪器维护、数据分析等工作，难以满足临床检验快速、高效的需求。质谱前处理存在时间成本高、误差大、批量化检测效率低等问题，自动化存在诸多优势。碍于现有质谱分析样品前处理流程方法多、步骤繁琐，需要反复地进行移液，混合、离心等过程，涉及涡旋混合器、离心机、氮吹仪等设备的使用，是整个质谱检测流程中耗时最长的一个环节，约占整个分析检测流程的65%左右。由于主要依赖人工操作，导致出现的操作问题非常多：在临床质谱分析中，30%左右的误差是来源于样本处理，已成为造成误差的首要因素。自动化样本前处理设备的使用可以显著降低手工操作的误差、提升分析精密度，还可以降低技术人员劳动强度，提升整体检测效率。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。◆不同样本需要的前处理方法不同，临床样本与质谱仪之间存在兼容性问题质谱自动化难度大原因之一是因为不同类型的临床样本涉及不同的前处理方式，很难通过设定固定程序对各种不同项目的样本进行处理。比如稀释法是最简单的样品前处理方法，兼容性比较强，目标分析物回收率高，具有操作简单快速、样本完整性好、成本低等优点，但缺点是选择性差，仅适用于基质效应小，浓度较高的目标分析物，且样品中不含或仅含很少大分子的简单液体基质，如尿液、泪液、脑脊液等。蛋白沉淀法是简单、快速和应用最广泛的生物样品前处理方法，适用于测定含有丰富可溶性蛋白的血清、血浆和全血样本里的小分子化合物，但是对于内源性的小分子无选择性。液液萃取灵活度高，对提取溶剂的类型、pH、离子强度均可选择，但操作繁琐，重现性较差，且不适用于亲水性化合物；如果多个目标分析物具有不同的亲脂性，液液萃取开发难度较大。整体而言，没有一种前处理方法能适用于不同的待测物和不同的样本类型；即使相同的待测物，不同的样本类型，可能也要采用不同的前处理方法。图表18质谱前处理中不同方法适用样品类型及优缺点汇总数据来源：《液相色谱-串联质谱法临床样品前处理专家共识》，动脉智库制图图表19常见临床质谱检测项目推荐的样品前处理方法数据来源：《液相色谱-串联质谱法临床样品前处理专家共识》，动脉智库制图不同前处理方法对应操作步骤不同，繁琐程度不同，面临的自动化难度也不相同。如蛋白沉淀法适用于自动化和半自动化操作，但一般只能用于含量较高的药物浓度监测。液液萃取要经过离心、取上清、氮吹等步骤，不易实现全自动化。固相萃取是最为复杂、耗时的质谱前处理方法，不利于实现完全自动化，对操作人员要求也较高，通常需要人工处理长达1-4小时，且存在着手动操作失误影响检测结果、生物安全风险等问题。图表20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，动脉智库制图全自动质谱仪技术壁垒高，开发难度大，导致质谱全自动发展缓慢。全自动质谱一体机参与者稀少的主要原因之一来自极高的技术壁垒，其技术壁垒体现在多个层面，包括前处理与质谱仪的对接、体积控制、随到随检功能的实现问题。以临床应用最为广泛的液相色谱串联质谱（LC-MS）技术为例，液相色谱（LC）分离的时间决定了其无法获得使人满意的检测通量，阻碍了质谱法的临床应用。其次，液相色谱技术存在过多的变量，如泵、流动相、色谱柱等等，特别是色谱柱，其产品本身性能、使用时间、串接方式等均会影响样本检测的结果，与LC相关的问题，如柱堵塞、携带污染、峰容量限制、高成本和逐渐的柱效损失，都可能导致临床质谱工作流程中出现数据质量问题或引起仪器故障，这些挑战在大规模样品分析中变得更加明显。这些变量因素很难让液质联用仪成为化学发光仪这种自动化的检测设备。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。前处理模块与液相色谱模块的对接同样需要企业对LC-MS仪器和进样接口有深入的了解。在实际产品开发中，还需要考虑前处理模块的体积大小，以及如何平衡前处理和检测的速度实现样本的随到随检等。基于质谱前处理自动化产品面临的较大的技术挑战，目前市场自动化仪器以半自动化产品为主。近年来，市场上推出了各式各样的半自动化的质谱前处理设备，以移液工作站和自动化样本前处理系统为代表，近两年质谱的自动化进展也主要集中在自动化样本前处理。移液工作站大部分是采用萃取、沉淀等传统前处理方法（能够兼容的方法学一般较少将前处理流程中涉及的移液器、离心机、氮吹仪、正压固相萃取仪中的部分或全部功能都集成在封闭的空间内（一些难整合的模块需要手动操作从而实现流水线式的自动化作业。相关的技术和供应链较为成熟，振荡、孵育、移液、离心、氮吹、正/负压、磁吸等模块都发展完备。需要在样本处理完之后将样本转移到质谱仪上。目前罗氏、华大吉比爱、镁伽科技、迪谱诊断、衡昇质谱等诸多企业都开发了自动化样品前处理系统。自动化产品开发不够完善，仍有诸多需求未满足。如主流外的质谱技术仍然缺乏前自动处理仪器。液相色谱串联质谱（LC-MS）技术是目前临床应用最多，也是国内医院采购最多的仪器类型，占比近60%，其次是基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪（MALDI-TOF占比近30%。电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）、气相色谱串联质谱仪（GC-MS）等其质谱技术中样品前处理要求较低的质谱，但市场上能满足其前处理要求的自动化加样系统研制仍然较为困难，绝大多数临床用MALDI-TOFMS都未配备自动化加样系统，大量样品前处理过程仍需手工或半自动化完成，这不仅耗费人力、降低效率，还可能因不当操作导致结果失真。对于ICP-MS等质谱前处理的市场自动化需求也长期被忽视，企业布局较少。尽管面临诸多挑战，但毋庸置疑的是，全自动质谱一体机是质谱技术发展的必然趋势。基于这一终极目标，产业已然贡献了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。全自动质谱一体机发展必然趋势下的多重机遇。全自动质谱一体机，能够实现“样本进，结果出”，全程无人值守，是质谱自动化终极方案。虽然目前全自动质谱一体机还存在仪器成本高、体积较大的不足，短期内无法广泛落地，但全自动质谱一体机是质谱行业发展的必然趋势。目前国内仅有极少数企业布局全自动化质谱一体机，在全自动质谱一体机发展的必然趋势下，存在多重机遇。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。加速实现全自动质谱一体机的开发，有多种路径。其一是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。质谱前处理方法有很多种，稀释、蛋白沉淀、液液萃取、固相萃取是最常用的样品前处理方法。传统前处理方法步骤繁琐，自动化难度大。作为质谱前处理方法里的新起之秀，磁珠法等为实现高水平的质谱自动化开辟了崭新路径。磁珠法是近两年出现的新技术，主要原理是在磁性材料表面包被固定相，在固定相上进行相应的官能团修饰，根据磁珠抓取物质的类别分为富集磁珠和净化磁珠法模拟了固相萃取的原理，但与固相萃取相比，磁性固相萃取技术是将传统固相萃取材料磁化，解决了筛板堵塞的问题，具有操作简单、取时间短、有机溶剂使用量少、固液相分离速度快等优点。由于操作简单，无需氮吹浓缩等复杂工序，磁珠法全自动化潜能最大，基于磁珠法开发的质谱自动化仪器更小，结构更简单，降成本空间更大。因此，磁珠法的出现，大大推动了临床质谱前处理的自动化进程。此外，磁珠法在检测重复性、回收率、效率上的表现也非常优异。图表21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：公开资料多家企业如罗氏（Cobasproi601）、华大吉比爱（LINE-MS2600）开发的集前处理和检测分析于一体的全自动质谱仪都是通过磁珠法实现。目前国内磁珠供应商发展快，定制化程度高，开发的磁珠种类也越来越多，都加速了磁珠法发展的步伐。不过磁珠法也存在一些待完善的地方，比如还没有相关的试剂获得二类证，原料工艺稳定性需提升、缺乏海外的成功经验等，接下来产业还需要对磁珠法进行大量的验证、优化工作。通过升级前处理方法使其更适用于自动化设备，除了使用磁珠法代替固相萃取法，还可以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。此外，随着质谱技术的发展，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。如安捷伦公司的RapidFire技术，采用通过式的固相萃取技术，可实现每个样本20秒的检测通量。由于该系统不含常规色谱柱，因此无需考虑色谱柱带来的各种变量，十分适合对灵敏度无极致要求的项目，如维生素A、E的监测，治疗药物监测等。除了样品前处理自动化技术的突破，在全自动质谱一体机的发展道路上，还有诸多环节待进一步满足市场自动化需求。如仪器维护自动化技术的突破——开发新型仪器维护技术，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——质谱数据分析复杂，需要人工进行峰识别、积分、定性定量等工作，可以通过开发新型数据分析技术，例如人工智能算法，以实现数据分析的自动化等。尽管还面临诸多挑战，临床质谱自动化无疑具有广阔的发展前景。众所周知，药物研发过程漫长而复杂，从药物研发到上市通常需要10年以上的时间，且面临高风险和高投入。药物研发阶段，需要进行药物靶点的鉴定和验证、化合物的设计和合成、活性化合物的筛选和优化等步骤，这些步骤至少耗时2-3年。随着药物研发的难度不断提高，研发人员面临着时间和资金成本的巨大压力。而传统药物研发实验室操作模式下，实验操作繁琐、样本处理耗时、数据管理混乱及实验结果重复性差等问题显然成为制约行业进步的瓶颈。药物研发与生产过程对效率、精度及数据管理的需求日益增高，制药界迫切需要寻找更为高效的研发方法和技术，制药实验室自动化解决方案应运而生。旨在通过集成最新自动化技术与智能化管理系统，全面提升实验室工作效率与数据质量，加速药物研发进程。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，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。传统制药实验室工作中，大量人力被耗费在样本的收集、制备、分配等前置环节，影响了核心实验的开展效率。随着药物研发项目的增加，需处理的分析测试种类和样本数量急剧上升，对实验室的资源配置提出严峻挑战。此外，繁琐的实验步骤，由于人为操作的不一致性及环境因素干扰，常导致实验结果难以复现、实验可信度不够，进而影响决策的科学性和有效性，甚至带来经济损失。应用自动化实验室，可以降低人工误差和样品操作时间，减少重复性劳动并提高准确性。通过高通量技术，可以提高分子多样性和合成路径的研究效率，优化实验参数，加快实验迭代周期，提高实验准确性和可重复性，从而加速先导化合物和候选药物的筛选和优化过程，大幅提高药物研发的效率和节省大量资金成本。例如，药物研发的DMTA（Design、Make、Test、Analyze）每一轮合成大约需要一名化学家3到6周的时间来制造、纯化、量化和鉴定所需化合物，再进行一系列生物分析。而在自动化实验室中，基于机器臂及链接系统工作站的应用，可以提供24小时处理、让反应在任何时间进行，极大减少上述情况下研究人员工作量，有可能将合成时间从3到6周缩短药物筛选环节，需要测试大量化合物、找出对特定生物靶标或表型有活性的候选药物。而高可以快速进行不同检测方法的药物筛选。在同一时间检测数以千万的样品，以灵敏快速的检测仪器采集实验结果数据，以计算机分析处理实验数据，并以得到的相应数据库支持体系运转。药物研发自动化不仅可以将技术人员从重复性操作中解放出来，将有限的精力投入更有创造性的工作中，更重要的是从根本上避免了人为误差的发生，最大程度上提高了实验重复性。据公开数据，数字化和自动化可增强药物质量控制实验室的灵活性和效率，使得药物交付周期缩短了60％到70％，并且让生产力至少提高了50%。一家全球大型制药公司传统实验室过渡到自动化实验室后，实验室生产力提高30%以上；此外其使用高级数据分析将实验偏差减少80%，完全消除重复出现的偏差，并将偏差关闭速度加快了90%。效率的提升意味着成本的降低：有公开数据显示，当制药公司的研发实验室达到数字化实验室的水平后，药物化学的研发成本能降低至25％至45自动化微生物药物实验室潜在的研发成本能降低传统制药实验室数据管理混乱、分析困难，自动化实验室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，实现更高效的药物研发，提高药物研发成功率。传统制药实验室由于缺乏统一的数据管理平台，如仍然依赖手工记录和手工操作，导致数据分散、易丢失，不能实现及时的互联互通，且难以进行高效整合与分析，增加了实验报告编写的难度。实验室的整体研发质量控制亦依赖于人工标准，离高质高效和完全满足监管的要求有一定的距离。自动化相关软件，通过管理实验室的“人机料法环”，确保数据的合规性和数据安全。与此同时，自动化实验室通过集成多种自动化设备（如移液系统平台高通量测序仪器、高内涵成像仪等能够实现多种生物样品的接收、预处理、质量控制、培养、筛选、分析和测序等功能。统一化的实验室操作流程提高了实验流程中数据生成的质量，稳定、标准化的数据成为在实验室中强化靶点发现及其他数据应用的基础。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：通过系统自动数据分析，判定某一步骤中的某一试剂是否导致了下一个步骤中的某些实验结果，并对操作方式或流程提供见解及优化；通过使用系统数据分析功能，挖掘特定设备的使用情况，挖掘其应用频率或高或低的原因，从而进行实验流程方案的优化，提高人员、设备和样本、材料的利用率。如自动化筛选设备在运行过程中会产生大量的实验数据，这些数据被实时传输给AI系统进行分析。AI根据分析结果，可以对自动化设备的运行参数进行优化调整，如调整筛选条件、优化实验流程等，进一步提高筛选的效率和准确性，这种协同工作模式使得高通量药物筛选更加智能化、高效化。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）——利用深度学习、神经网络和生成对抗网络（GANS）等算法技术，执行靶点验证、蛋白质结构和药理特性的预测、高通量苗头化合物筛选、识别未开发过的疾病治疗靶点和生成具有优化特性的新型药物分子乃至创建新化合物或具有潜力新应用的生物分子等高难度任务。图表22AI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ML、DL及生成式AI及其他AI技术，已经融入药物研发过程的各个阶段，帮助制药公司减少药物研发及开发所需的时间和资源，减少对湿实验及其他资源密集型方法的需求，同时提高临床试验的成功率，现已成为帮助新药开发提速增效的有力工具。ARKInvest分析，自动化实验室可以在药物发现过程中节省两年时间和数亿美元的成本，使得药物研发效率将提固体称量是药物研发实验工作中既核心又基础的步骤，不仅重要同时又大量存在。但由于固体试剂多种类、多形态（