LIMS中物聯網技術應用研究

陳力帥

摘要：近年來，實驗室信息管理系統（LIMS，Laboratory Information Management System，以下簡稱LIMS）被廣泛應用于各類實驗室和檢測機構。隨著物聯網等新一代信息技術革命的浪潮襲來，LIMS的發展也迎來了新的契機，開放式互聯、更智能的服務、多維度實時監控等新的特征陸續出現。文章通過對關鍵物聯網技術的應用分析，展望LIMS和物聯網集成的共贏前景。

關鍵詞：物聯網；實驗室信息管理系統；RFID

中圖分類號：TP392 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）16-0051-03

1 概述

信息技術的不斷進步引領了第三次工業革命，決定了未來的實驗室一定是數字化的，不僅實驗室的業務、技術是數字化的，實驗室的運行和管理也是數字化的。LIMS迎合了這個需求，同時也是實驗室發展的必由之路。

物聯網的誕生，讓物理世界和信息世界更加緊密地聯系在一起，它按照一定的協議，把實物與網絡連接進行信息的交換和互通，實現智能識別、定位、監控和管理。

本文將介紹LIMS的歷史與發展現狀，研究分析基于物聯網的下一代LIMS，討論其體系架構和熱門技術，并通過技術的優劣比較，展望物聯網技術在LIMS中的應用前景。

2 LIMS的歷史與發展

20世紀60年代，美國的一部分高等院校、研究所以及化學公司開始研究和使用計算機和局域網系統處理和分析化學數據，可以認作是LIMS的雛形。到80年代，出現了商品化的LIMS產品，這標志著LIMS研究開始走出理論和小范圍的應用，有了更為廣泛的空間和商業價值。進入90年代，LIMS由封閉的商品化的軟件轉向開始強調用戶靈活配置的開放性系統，先后出現基于C/S架構和B/S架構的系統，從最初僅僅完成數據的存儲和有限的網絡功能，發展到現在可以處理海量的數據并具備較為完善的管理功能。

在以“云計算”和“物聯網”為代表的新一輪技術變革的推動下，LIMS的未來發展將呈現以下三個特點：

2.1 LIMS與儀器設備的集成

如何同時在統一的遠程控制的界面下直接采集并處理各種儀器設備的數據將是LIMS技術研究的重要內容。近年來，許多儀器廠商提供了數據的標準輸出格式（CSV），也出現了一些由第三方廠商研制的LIMS與儀器聯接的標準接口技術，采用內部采集軟件與各種分析設備實現雙向的通訊，為實現LIMS與儀器設備的無縫集成增加了可能性。

2.2 基于物聯網技術的LIMS

物聯網包括了多項信息技術，它們都是利用各種信號傳感設備，通過基礎網絡實現人與物、物與物的互聯。借助物聯網的射頻技術和傳感網絡檢測技術，LIMS能夠自動快速識別物資對象并獲取相關數據，實現實驗室范圍內物品的實時跟蹤與信息共享，從而為實驗室提供智能、全面的管理。

2.3 基于云計算模式的LIMS

在使用基于云計算SaaS平臺的LIMS時，用戶只需為自己需要功能付費，不必再在硬件、軟件、專業技能以及系統的升級維護方面進行任何投資，以低廉的成本獲取較高的應用價值。但云計算模式下，用戶的所有數據在云端托管，顯然，如何提供機制保證用戶數據安全性是云計算未來發展需解決的重要問題。

3 物聯網技術在LIMS中的應用

“The Internet of things”是物聯網的英文名稱。物聯網最重要的特征之一就是開放，它的分層理論，把系統分成了數據獲取層、數據傳輸層、管理與計算層、應用和服務層，而物聯網的主要應用體現在了數據獲取層。下面將針對幾項較為熱門的物聯網技術進行應用分析。

目前在LIMS中應用最為廣泛的技術是條形碼技術。接收樣品的時候，在LIMS系統中輸入樣品的各種信息，打印條形碼，在檢測的各個環節中，檢驗人員通過條碼槍掃描樣品的條形碼，即可完成信息的錄入，提高檢測工作的效率和數據的準確度，現條形碼技術主要用于樣品的錄入、流轉、保存、處置等。

雖然條形碼技術快捷有效，且成本低，但也存在著一些顯而易見的缺點：

（1）條形碼的信息容量較小，目前主流的條形碼信息容量在三十個字符左右，通常的辦法是建立信息數據庫，通過數據關聯來獲取樣品的信息。所以一旦失去數據庫的支持或是網絡限制，條形碼的功能將大大局限。

（2）樣品的條形碼可能在檢測、流轉發生磨損，導致條形碼的無法識讀，從而影響數據的錄入。

二維碼技術是在傳統條形碼基礎上發展起來的一種新的編碼技術，它將條形碼的信息空間從線性的一維擴展到平面的二維，相比條形碼具有以下優點：

（1）信息容量更大，二維碼可以存儲1000多個字符，且能夠存儲中文。

（2）抗損性強，二維碼采用了故障糾正的技術，使得其遭受污染及破損后數據仍保持完整，即使受損程度高達50%，仍能夠讀出原數據。一維條形碼在經過傳真和影印之后便無法識別，而二維碼不受影響，在手機屏幕上都能使用，大大提高了使用的便捷性。

在LIMS系統中二維碼的應用并不是很多，大多數的LIMS系統對樣品的數據量要求并不是很高，主要是利用二維碼技術的可靠性，在打印報告的時候，對相關信息二維碼化，保證報告的權威性和可追溯性。

RFID的全稱是Radio Frequency Identification，中文名稱叫射頻識別，也稱做電子標簽，在門禁安防系統、車輛管理、物流系統等領域有著廣泛的應用。

RFID技術實現了同時識別多個標簽，標簽的抗污染能力和耐久性強，射頻具有穿透性和無屏障閱讀的特點，相對于二維碼更加的方便。此外，RFID標簽上的數據還可反復編輯修改，在實驗室可進行循環使用，將一次性成本轉化為長期攤銷的成本。RFID的弊端則在于價格的昂貴，以及系統建設的復雜。在LISM中采用RFID技術替代條形碼，可以給每個樣品發放電子標簽，能實現多個樣品信息的一次性讀取，電子標簽數據可以反復修改，降低損耗。也可以給每個檢驗人員放電子標簽，可以實現檢驗過程中對人員信息快速錄入與身份驗證等功能。

室內定位是指在室內環境中實現位置定位。例如蘋果公司通過低功耗藍牙技術開發出一個十分精確的微定位技術命名為iBeacons。通過此技術，設備可以接收一定范圍由其他iBeacons發出來的信號，同時也可以把你的信息在一定范圍內傳給其他用戶。它不需要認證配對，信號可以精確到毫米級別，并且最大可支持到50m的范圍，功耗低。運用該技術，LIMS將實現對樣品、儀器設備、人員等因素的物理信息管理，可以知道跟蹤樣品流轉的軌跡和存放的位置，定位儀器設備擺放的位置并可以對貴重設備現實防盜預警，可以知道人員的即時位置，對人力資源進行更好地調配等等。

LIMS作為一種先進的管理工具，引入物聯網技術后，功能將更加強大，性能顯著提高，特別是在大型的實驗室管理中，RFID等技術將大大減少手工錄入的工作量，而iBeacons技術將在LIMS系統中實現地理信息的集成，實驗室管理將更為全面和有效。

4 挑戰和展望

（1）標準的統一。在LIMS系統的設計中必須遵循物聯網相關技術的標準，才能在集成的過程中實現預期的目的。但目前如何使得行業標準與物聯網標準兼容互通是亟需解決的問題。

（2）技術的更新換代。物聯網概念下的新技術層出不窮，很多技術還沒實現真正的應用，就被更新的技術所取代，LIMS建設中必須結合實驗室的實際情況，選擇最適合自己的技術，切實提高效率，達到建設目的，同時也要計算成本，量入為出，如RFID技術雖然先進，但投資成本高，且各個品牌產品的性能不盡相同，并不是每個實驗室都真正需要。

（3）制度管理和信息系統的更高要求。物聯網技術的引入，將實現人、設備、樣品等物理要素的信息化，系統的數據量將明顯增加，對軟件系統和數據庫以及服務器的性能都提出了更高的要求。同時電子標簽的發放或是室內定位的實現，將曝露人員工作的狀態、位置甚至一些敏感的信息，這也需要管理制度的不斷完善，保證人員對技術的接納和對LIMS的認可，這也是系統有效運行的關鍵。

參考文獻

[1] 王偉，毛文君.基于物聯網的新一代實驗室信息管

理系統探討[A].第三屆全國醫學科研管理論壇暨江蘇省醫學科研管理學術年會論文集[C].2011.

[2] 牛小娟，李亞東.基于條形碼技術的實驗室信息管理系統設計與實現[J].實驗室科學，2013，（4）：112-114.

[3] 張麗敏.實驗室信息管理系統（LIMS）在第三方檢測實驗室的實施及應用[D].中國海洋大學.

[4] 肖作貴.基于LabVIEW與RFID技術的實驗室信息管理系統[D].哈爾濱工業大學.

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[6] Ron Kasnaer.Determining LIMS Functionality，Cost，and ROI：System Architect ure Strengths and Limitations.ANALYTICAL CHEMISTRY，1990.

[7] Simon Wood.Comprehensive Laboratory Information：A Multilayer Approach.American Laboratory，2007.

室內定位是指在室內環境中實現位置定位。例如蘋果公司通過低功耗藍牙技術開發出一個十分精確的微定位技術命名為iBeacons。通過此技術，設備可以接收一定范圍由其他iBeacons發出來的信號，同時也可以把你的信息在一定范圍內傳給其他用戶。它不需要認證配對，信號可以精確到毫米級別，并且最大可支持到50m的范圍，功耗低。運用該技術，LIMS將實現對樣品、儀器設備、人員等因素的物理信息管理，可以知道跟蹤樣品流轉的軌跡和存放的位置，定位儀器設備擺放的位置并可以對貴重設備現實防盜預警，可以知道人員的即時位置，對人力資源進行更好地調配等等。

LIMS作為一種先進的管理工具，引入物聯網技術后，功能將更加強大，性能顯著提高，特別是在大型的實驗室管理中，RFID等技術將大大減少手工錄入的工作量，而iBeacons技術將在LIMS系統中實現地理信息的集成，實驗室管理將更為全面和有效。

4 挑戰和展望

（1）標準的統一。在LIMS系統的設計中必須遵循物聯網相關技術的標準，才能在集成的過程中實現預期的目的。但目前如何使得行業標準與物聯網標準兼容互通是亟需解決的問題。

（2）技術的更新換代。物聯網概念下的新技術層出不窮，很多技術還沒實現真正的應用，就被更新的技術所取代，LIMS建設中必須結合實驗室的實際情況，選擇最適合自己的技術，切實提高效率，達到建設目的，同時也要計算成本，量入為出，如RFID技術雖然先進，但投資成本高，且各個品牌產品的性能不盡相同，并不是每個實驗室都真正需要。

（3）制度管理和信息系統的更高要求。物聯網技術的引入，將實現人、設備、樣品等物理要素的信息化，系統的數據量將明顯增加，對軟件系統和數據庫以及服務器的性能都提出了更高的要求。同時電子標簽的發放或是室內定位的實現，將曝露人員工作的狀態、位置甚至一些敏感的信息，這也需要管理制度的不斷完善，保證人員對技術的接納和對LIMS的認可，這也是系統有效運行的關鍵。

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室內定位是指在室內環境中實現位置定位。例如蘋果公司通過低功耗藍牙技術開發出一個十分精確的微定位技術命名為iBeacons。通過此技術，設備可以接收一定范圍由其他iBeacons發出來的信號，同時也可以把你的信息在一定范圍內傳給其他用戶。它不需要認證配對，信號可以精確到毫米級別，并且最大可支持到50m的范圍，功耗低。運用該技術，LIMS將實現對樣品、儀器設備、人員等因素的物理信息管理，可以知道跟蹤樣品流轉的軌跡和存放的位置，定位儀器設備擺放的位置并可以對貴重設備現實防盜預警，可以知道人員的即時位置，對人力資源進行更好地調配等等。

LIMS作為一種先進的管理工具，引入物聯網技術后，功能將更加強大，性能顯著提高，特別是在大型的實驗室管理中，RFID等技術將大大減少手工錄入的工作量，而iBeacons技術將在LIMS系統中實現地理信息的集成，實驗室管理將更為全面和有效。

4 挑戰和展望

（1）標準的統一。在LIMS系統的設計中必須遵循物聯網相關技術的標準，才能在集成的過程中實現預期的目的。但目前如何使得行業標準與物聯網標準兼容互通是亟需解決的問題。

（2）技術的更新換代。物聯網概念下的新技術層出不窮，很多技術還沒實現真正的應用，就被更新的技術所取代，LIMS建設中必須結合實驗室的實際情況，選擇最適合自己的技術，切實提高效率，達到建設目的，同時也要計算成本，量入為出，如RFID技術雖然先進，但投資成本高，且各個品牌產品的性能不盡相同，并不是每個實驗室都真正需要。

（3）制度管理和信息系統的更高要求。物聯網技術的引入，將實現人、設備、樣品等物理要素的信息化，系統的數據量將明顯增加，對軟件系統和數據庫以及服務器的性能都提出了更高的要求。同時電子標簽的發放或是室內定位的實現，將曝露人員工作的狀態、位置甚至一些敏感的信息，這也需要管理制度的不斷完善，保證人員對技術的接納和對LIMS的認可，這也是系統有效運行的關鍵。

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