ห้องปฏิบัติการคลาวด์เป็น ห้องปฏิบัติการวิจัยแบบรวมศูนย์ที่มี ระบบอัตโนมัติ สูง ซึ่งนักวิทยาศาสตร์สามารถทำการทดลองจากคอมพิวเตอร์ในสถานที่ห่างไกลได้^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}ห้องปฏิบัติการคลาวด์นำเสนอการดำเนินการทดลองวิจัย ด้าน วิทยาศาสตร์ชีวภาพ ภายใต้ รูปแบบบริการคลาวด์คอมพิวติ้งทำให้ผู้วิจัยสามารถควบคุมการออกแบบการทดลองได้อย่างเต็มที่^{[ 4 ] [ 5 ]} ผู้ใช้สร้างโปรโตคอลการทดลองผ่าน APIระดับสูงและการทดลองจะถูกดำเนินการในห้องปฏิบัติการคลาวด์ โดยไม่จำเป็นต้องให้ผู้ใช้เข้ามาเกี่ยวข้อง^{[ 1 ] [ 5 ]}

ห้องปฏิบัติการบนคลาวด์ช่วยลดความแปรปรวนในการดำเนินการทดลอง เนื่องจากสามารถตรวจสอบ วิเคราะห์ และเรียกใช้โค้ดซ้ำได้^{[ 2 ]} ห้อง ปฏิบัติการบนคลาวด์ช่วยให้เข้าถึงอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการราคาแพงได้ง่ายขึ้น ในขณะเดียวกันก็สร้างมาตรฐานในการดำเนินการทดลอง ซึ่งอาจช่วยแก้ไขวิกฤตการทำซ้ำได้^{[ 4 ] [ 6 ] [ 7 ]} — สิ่งที่ก่อนหน้านี้อาจอธิบายในเอกสารว่า "ผสมตัวอย่าง" จะถูกแทนที่ด้วยคำสั่งสำหรับเครื่องจักรที่ระบุให้ผสมที่ อัตรา rpm ที่กำหนด เป็นเวลาที่กำหนด โดยมีการบันทึกปัจจัยที่เกี่ยวข้อง เช่น อุณหภูมิแวดล้อม^{[ 8 ]}นอกจากนี้ยังช่วยลดต้นทุนโดยการแบ่งปันต้นทุนด้านทุนระหว่างผู้ใช้จำนวนมาก โดยการทำการทดลองแบบขนาน และลดเวลาหยุดทำงานของเครื่องมือ^{[ 7 ]}สุดท้าย ห้องปฏิบัติการบนคลาวด์ช่วยอำนวยความสะดวกในการทำงานร่วมกันโดยทำให้การแบ่งปันโปรโตคอล ข้อมูล และวิธีการประมวลผลข้อมูลผ่านคลาวด์ง่ายขึ้น^{[ 6 ]}

ห้องปฏิบัติการคลาวด์ใช้เทคนิคทางวิทยาศาสตร์ทั่วไป ได้แก่การจัดลำดับดีเอ็นเอและจีโนไทป์ โครมาโทกราฟี ของเหลวประสิทธิภาพสูง (HPLC) การสกัดโปรตีนการอ่านเพลทการประมวลผลทางชีวภาพต้นน้ำและเวสเทิร์นบลอตติ้ง [ ^{3 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] ผู้}ใช้เริ่มต้นด้วยการลงทะเบียนและเข้าสู่ระบบผ่านอินเทอร์เฟซซอฟต์แวร์บนเว็บ^{[ 5 ]}นักวิจัยส่งโปรโตคอลผ่านแอปพลิเคชันเว็บเฉพาะหรือผ่าน API และเมื่อคำสั่งมาถึงห้องปฏิบัติการ ผู้ปฏิบัติงานจะตั้งค่าการทดลองและย้ายเพลทจากเครื่องหนึ่งไปยังอีกเครื่องหนึ่ง ข้อมูลจะถูกอัปโหลดไปยังห้องปฏิบัติการคลาวด์โดยอัตโนมัติผ่าน API ซึ่งผู้ใช้สามารถเข้าถึงและวิเคราะห์ได้ ผู้ใช้สามารถตรวจสอบตัวควบคุม การตั้งค่าเครื่อง และสารเคมีที่ใช้^{[ 10 ]}สามารถทำการทดลองหลายรายการพร้อมกันได้ตลอด 24 ชั่วโมง^{[ 9 ] [ 12 ] [ 13 ]}

ห้องปฏิบัติการคลาวด์ที่แท้จริงถูกกำหนดโดยเกณฑ์ห้าประการ: ^{[ 14 ] [ 15 ]}

1. ผู้ใช้จะต้องสามารถทำการทดลองได้ตามต้องการ ทุกเวลา จากทุกสถานที่ ผ่านทางอินเทอร์เฟซคอมพิวเตอร์
2. ห้องปฏิบัติการบนระบบคลาวด์ต้องช่วยให้ผู้ใช้สามารถจำลองประสบการณ์การยืนอยู่ในห้องปฏิบัติการแบบดั้งเดิมและใช้งานเครื่องมือด้วยตนเองได้ในรูปแบบดิจิทัล ต้องอนุญาตให้ผู้ใช้กำหนดรายละเอียดทุกด้านของการทดลองจากระยะไกลได้โดยไม่ต้องรอเวลา ไม่ต้องใช้ซอฟต์แวร์เพิ่มเติม หรือผู้เชี่ยวชาญภายนอก
3. ผู้ใช้ต้องสามารถเข้าถึงอุปกรณ์ทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการทำการทดลองได้ตามต้องการ ทำให้ไม่จำเป็นต้อง มี ห้อง ปฏิบัติการจริง
4. ผู้ใช้ต้องสามารถเตรียมตัว อย่าง รวมถึงการจัดเก็บและการจัดการ ตัวอย่างจากระยะไกลได้
5. ผู้ใช้จะต้องสามารถเขียนสคริปต์และเชื่อมต่อการทดลองหลายรายการ รวมถึงทำการวิเคราะห์ข้อมูล โดยใช้ส่วนต่อประสานคอมพิวเตอร์มาตรฐานเพียงส่วนเดียว

การทดลองที่มีปริมาณงานสูงเกี่ยวข้องกับการเพิ่มปริมาณงานโดยการขยายขนาดจำนวนการทดลองที่สามารถดำเนินการพร้อมกันได้โดยใช้รูปแบบตัวอย่างและเทคนิคทั่วไป^{[ 16 ] [ 17 ]}เมื่อพื้นที่หรือวัสดุมีจำกัด ปัจจัยเล็กน้อยจะต้องถูกกำหนดให้กับเศษส่วนที่เล็กลงเรื่อยๆ เพื่อเพิ่มจำนวนการทำซ้ำ^{[ 18 ]}ในทางกลับกัน ห้องปฏิบัติการบนคลาวด์ไม่ได้ขยายขนาดการทดลองเดียวโดยพื้นฐาน แต่จะเพิ่มจำนวนประเภทของการทดลองที่สามารถดำเนินการพร้อมกันได้^{[ 19 ]}ตัวอย่างเช่น ด้วยห้องปฏิบัติการบนคลาวด์ นักวิทยาศาสตร์สามารถทดลองวิธีการทำให้บริสุทธิ์ที่แตกต่างกันหลายสิบวิธีพร้อมกัน ซึ่งแต่ละวิธีใช้ชุดอุปกรณ์ที่ไม่ซ้ำกันโดยสิ้นเชิง^{[ 15 ]}

บางครั้งสามารถเข้าถึงเวิร์กเซลล์ HTE จากระยะไกลเพื่อเรียกใช้งานไลบรารีหรือตรวจสอบการทำงานแบบดิจิทัลได้ อย่างไรก็ตาม การตรวจสอบจากระยะไกลหรือการเรียกใช้งานหน้าจอนี้ไม่มีผลกระทบต่อการพัฒนาที่ต้องเกิดขึ้นก่อนการทำงาน^{[ 16 ]}บ่อยครั้งที่นักวิทยาศาสตร์ต้องจัดกลุ่มตัวอย่างลงในไลบรารีที่ใช้คอนเทนเนอร์รูปแบบเดียวกันหรือคล้ายกันมาก เพื่อให้เวิร์กเซลล์สามารถจัดการและระบุตัวอย่างแต่ละตัวได้ง่ายขึ้นในลักษณะบูรณาการ^{[ 16 ]}ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงจำเป็นต้องกำหนดมาตรฐานรูปแบบของตัวอย่างและจัดการการเตรียมตัวอย่างแบบออฟไลน์ของเวิร์กเซลล์ ห้องปฏิบัติการบนคลาวด์สามารถทำงานกับตัวอย่างในคอนเทนเนอร์ที่ไม่ซ้ำกันหลายร้อยหรือหลายพันชิ้น ซึ่งให้ความยืดหยุ่นเพิ่มเติมเมื่อเทียบกับห้องปฏิบัติการแบบดั้งเดิม (แม้แต่ห้องปฏิบัติการที่ใช้ HTE) และช่วยให้สามารถประมวลผลตัวอย่างจำนวนมากขึ้นได้^{[ 15 ]}

ห้องปฏิบัติการคลาวด์มีจุดประสงค์เพื่อทดแทนตัวขับเคลื่อนงานห้องปฏิบัติการแบบดั้งเดิม โดยมอบความสามารถให้นักวิทยาศาสตร์สามารถดำเนินงานประเภทเดียวกันกับที่พวกเขามักจะทำในห้องปฏิบัติการแบบดั้งเดิมได้ ยกเว้นว่าไม่มีข้อจำกัดด้านเวลาและพื้นที่ห้องปฏิบัติการ^{[ 20 ] [ 21 ]}

ห้องปฏิบัติการคลาวด์ถูกสร้างขึ้นบนความก้าวหน้าในการทำงานอัตโนมัติของห้องปฏิบัติการในช่วงทศวรรษ 1990 ในช่วงต้นทศวรรษ 1990 โครงการโมดูลาร์ของ Consortium of Automated Analytical Laboratory Systems ได้ทำงานเพื่อกำหนดมาตรฐานที่ผู้ผลิตเทคโนโลยีชีวภาพสามารถผลิตผลิตภัณฑ์ที่สามารถบูรณาการเข้ากับระบบอัตโนมัติได้^{[ 22 ]}ในปี 1996 คณะกรรมการแห่งชาติเพื่อมาตรฐานห้องปฏิบัติการทางคลินิก (ปัจจุบันคือสถาบันมาตรฐานทางคลินิกและห้องปฏิบัติการ ) ได้เสนอมาตรฐานการทำงานอัตโนมัติของห้องปฏิบัติการซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อให้ผู้บริโภคเทคโนโลยีห้องปฏิบัติการสามารถซื้อฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์จากผู้ขายที่แตกต่างกันและเชื่อมต่อเข้าด้วยกันได้อย่างราบรื่น^{[ 23 ]}คณะกรรมการได้จัดตั้งคณะอนุกรรมการ 5 คณะในปี 1997 และเผยแพร่โปรโตคอลการกำหนดมาตรฐานเพื่อเป็นแนวทางในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 ^{[ 24 ] [ 25 ]}

การพัฒนาในช่วงแรกๆ ในด้านการทำงานร่วมกันได้นำไปสู่ตัวอย่างแรกๆ ของระบบอัตโนมัติในห้องปฏิบัติการโดยใช้โครงสร้างพื้นฐานคลาวด์ เช่น หุ่นยนต์นักวิทยาศาสตร์ " Adam " ในปี 2552 หุ่นยนต์ตัวนี้ได้รวบรวมและเชื่อมต่ออุปกรณ์ห้องปฏิบัติการทั้งหมดที่จำเป็นในการทำการทดลองจุลินทรีย์แบบกลุ่ม^{[ 26 ]}

ในปี 2010 D.  J. Kleinbaum และ Brian Frezza ได้ก่อตั้ง Emerald Therapeutics ซึ่งเป็นบริษัทพัฒนายาต้านไวรัส เพื่อลดความซับซ้อนของการทดสอบในห้องปฏิบัติการ กลุ่มดังกล่าวได้เขียนซอฟต์แวร์การจัดการส่วนกลางสำหรับชุดเครื่องมือวิทยาศาสตร์และฐานข้อมูลเพื่อจัดเก็บข้อมูลเมตาและผลลัพธ์ทั้งหมด^{[ 27 ] [ 3 ]}

ในปี 2555 Transcriptic ได้ก่อตั้งห้องปฏิบัติการคลาวด์หุ่นยนต์สำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ตามความต้องการ ซึ่งดำเนินการงานที่เลือกไว้ รวมถึงการโคลนนิ่ง DNA จากระยะไกล^{[ 28 ]}

ในปี 2557 Emerald Therapeutics ได้แยกEmerald Cloud Lab ออกมา เพื่อทดแทนความจำเป็นของสภาพแวดล้อมห้องปฏิบัติการแบบดั้งเดิมอย่างสมบูรณ์ ทำให้เหล่านักวิทยาศาสตร์จากทั่วโลกสามารถดำเนินกิจกรรมที่จำเป็นทั้งหมดได้ ตั้งแต่การออกแบบการทดลองไปจนถึง การรวบรวม และวิเคราะห์ข้อมูล^{[ 29 ]}

วิทยาลัยวิทยาศาสตร์เมลลอน มหาวิทยาลัยคาร์เนกีเมล ลอน กำลังสร้างห้องปฏิบัติการคลาวด์เชิงวิชาการแห่งแรกของโลกในวิทยาเขตของตน^{[ 30 ]}ห้องปฏิบัติการขนาด 20,000 ตารางฟุตนี้จะแล้วเสร็จในปี 2023 และจะเปิดโอกาสให้นักวิจัยของ CMU และในที่สุดก็จะเปิดโอกาสให้โรงเรียนอื่นๆ และบริษัทสตาร์ทอัพด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพในพิตต์สเบิร์กได้เข้าถึง^{[ 31 ] [ 3 ]}

การเข้าถึงห้องปฏิบัติการที่ทันสมัยได้ง่ายอาจเป็นภัย คุกคามต่อความมั่นคงทางชีวภาพหรือการก่อการร้าย ทางชีวภาพฟิลิปปา เลนทซอสผู้เชี่ยวชาญด้านความเสี่ยงทางชีวภาพและความมั่นคงทางชีวภาพ กล่าวว่า "มีคนบ้าๆ อยู่มากมาย... อุปสรรคกำลังลดลงหากคุณต้องการทำสิ่งที่เป็นอันตรายโดยเจตนา" ห้องปฏิบัติการบนคลาวด์กล่าวว่าพวกเขาทบทวนการทดลองที่กำหนดไว้ทั้งหมด และสามารถระบุหรือปฏิเสธการทดลองใดๆ ที่ดูเหมือนผิดกฎหมายหรืออันตราย และการบันทึกข้อมูลอย่างละเอียดทำให้การตรวจสอบสิ่งที่ทำได้ง่ายกว่าในห้องปฏิบัติการแบบดั้งเดิม^{[ 8 ]}