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AI智能体攻入湿实验室!登上Nature头条:上海交大团队构建AI原生实验室,自主设计并执行生物学…
生物世界 2026-11-05 17:34:18

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文


人工智能(AI)在科学领域已发挥出巨大作用,但大多数时候,它被用于计算任务,例如数据分析、预测和文献检索,即所谓的“干实验”。然而,开展“湿实验”——涉及处理液体、生物材料和化学品——则完全是另一回事。AI 系统或许能在几分钟内设计出一种有潜力的生物活性分子,但测试该分子可能需要数周甚至数月,并需要大量的人力投入。

2026 年 11 月 4 日,上海交通大学陈海波、樊春海、王飞、王肇国、吴明瑜及嘉善祥符实验室王佳斌等,在国际顶尖学术期刊 Nature 上发表了题为:An AI-native experimental laboratory for autonomous biomolecular operations 的研究论文。

该研究开发了一个 AI 原生自主生物分子实验平台——AutoDNA。这是一个由 AI 智能体(AI Agent)规划并执行涉及 DNA 的分子生物学实验的实验室,其通过将将自然语言需求转化为可执行的实验流程,自主协调 20 余种仪器,在超过 11000 个步骤中执行核酸的合成、扩增、转录与测序等核心操作,并能根据实验反馈自主调整方案,整个过程中,人工干预仅限于试剂和实验耗材补充等硬件维护任务。

研究团队展示了 AutoDNA 在四项代表性应用中的能力,包括核酸检测、酶促 DNA 合成优化、DNA 数据存储和读取,以及肿瘤相关突变检测,研究团队表示,AutoDNA 为“科学即服务”树立了蓝图,能够加速生物发现,并推动合成生物学和信息存储等领域的多种应用发展。


在分子生物学实验室里,说一个人“手巧”是极高的赞誉,因为研究人员必须灵巧地操作精密玻璃器皿、移液样本等。而现在,在上海交通大学的一间不同寻常的遗传学实验室里,一支由 AI 驱动的机器人团队正在自主设计并开展分子生物学实验,而这些机器人几乎谈不上有什么“手”。


这个名为 AutoDNA 的 AI 原生自主实验室,不仅具有很高的自主程度,还整合了各种实验室仪器设备,其借助机械臂搬运样本,自主操作 20 多种仪器设备,在单个项目中完成数千步操作,并开展包括 DNA 合成与测序在内的分子生物学实验,这也是迈向由 AI 指导、人类科学家只需极少介入的“自动驾驶”实验室的最新进展——只需人类操作员的简单提示,一组 AI 智能体从头到尾设计并执行实验。此后,只需人工补充试剂并维护硬件。


长期以来,自动化早已融入实验室工作流程,利用机器执行实验方案中的特定环节,例如混合和加热化学品。如今,一些研究人员希望借助日益先进的 AI 工具打造“自动驾驶实验室”(self-driving lab),在其中,AI 系统能够设计并执行复杂实验,排查并调整实验方案,并统筹整个实验室的活动


论文通讯作者、上海交通大学计算机科学家陈海波教授表示,为分子生物学设计这样的“自动驾驶实验室”颇具挑战,因为分子生物学实验流程复杂,需要协调多种仪器设备,且对精度要求很高。在许多现有系统中,仍需要人类专家来配置仪器,AI 大多只是被用来处理实验流程中的某一个环节。


为了打造更加完全自主的实验室,研究团队决定从一开始就围绕 AI 来构建实验室,而不是在现有系统上添加 AI 功能。传统架构将 AI 模型作为工具来使用,整个实验过程仍由人类科学家主导,该研究提出的 AI 原生自主实验室 AutoDNA,采用多智能体(multi-agent)架构,由专用智能体协同执行闭环的“设计-实验-优化”工作流,AutoDNA 与底层自动化硬件平台协同设计,集成核酸实验操作中的常用仪器。


AI 原生自主实验室 AutoDNA 的架构


接下来,研究团队在多种不同类型的任务中验证了 AutoDNA 的能力,包括核酸检测、酶促 DNA 合成优化、DNA 数据存储和读取,以及肿瘤相关突变检测。


在 DNA 数据存储和读取实验中,研究团队选择了一句广为流传的名言——Intelligence is the ability to adapt to change(智慧是适应变化的能力),只需使用自然语言进行简单提示,要求 AutoDNA 将这句话写入 DNA 序列,再从 DNA 序列中读取这句话。这项实验共进行了 11382 步操作,耗时约八天。整个过程中,人类科学家几乎完全置身事外,他们只需要为机器补充缓冲液和试管,并补充了 108 个移液枪头。


AutoDNA 支持的端到端 DNA 数据存储


值得一提的是,Nature 同期发表了来自斯坦福大学 James Zou 教授的题为:AI agents enter the 'wet lab' 的评论文章,文章指出,AutoDNA 该研究展示了 AI 系统如何开始缩小“提出实验”与“执行实验”之间的鸿沟,也标志着 AI 智能体开始进入“湿实验室”。


Nature 还在官网头条报道了这项研究,报道指出,来自中国的 AI 智能体驱动的自主生物学实验室,可进行 DNA 序列相关实验,例如,只需一个简单提示,就能将信息编码进 DNA 并读取出来。


论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-026-11228-6

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发布时间:2026-11-05 12:01:26


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