提高顯微成像儀器使用效率服務科研教學的實踐

劉如明，繳 莉，龍加福

儀器設備購置與管理

提高顯微成像儀器使用效率服務科研教學的實踐

劉如明，繳 莉，龍加福

（南開大學 生命科學學院，天津 300071）

該文以南開大學生命科學學院公共實驗平臺下屬顯微成像平臺為例，不斷完善各項管理機制，大力培養專業技術人才，嚴格執行有效的培訓程序，運用網絡管理系統調配資源并合理規劃使用儀器設備。通過各種舉措，在保證儀器精密度的同時大大提高儀器的使用率，延長使用壽命，切實做到開放共享，充分發揮了顯微成像儀器對科研創新和教學的服務及支撐作用，促進了生命科學等相關學科研究的快速發展。

顯微成像儀器；儀器共享；網絡管理

顯微成像是生命科學研究中的重要研究手段，廣泛應用于細胞生物學、遺傳學、免疫學、分子生物學、生物化學等學科[1]。在生命科學日新月異的今天，顯微成像儀器對促進學科進步、培養高水平科研人才、提高教學水平起著不可替代的作用[2-3]。顯微成像平臺（以下簡稱平臺）是南開大學生命科學學院公共實驗平臺的重要組成部分，平臺的發展也是衡量學院學科建設和科研水平的重要指標，對培養學生的創新能力，提高科研水平起著重要作用[4-5]。顯微成像平臺自2008年成立以來，一直秉承著開放共享、服務科研教學的理念，不斷提高實驗技術水平，及時增添先進設備，以滿足日益增長的教學科研需求。本文結合多年來建設和管理顯微成像平臺的經驗，對如何管理好顯微成像儀器，提高儀器的使用效率，保證儀器性能等進行多方面思考和探索，以實現儀器設備的科研價值，更好地服務學校生命科學領域的教學與科研。

1 建立科學完善的管理機制，保證儀器的可持續運轉

近年來，隨著國家科研投入的不斷增強，各高校及科研機構的顯微成像儀器數量增長迅猛，在使用和管理上也出現了一些不盡如人意的現象[6]。有些儀器疏于管理，無法得到有效應用；有些儀器缺乏系統的培訓機制，極大地限制了儀器的使用率；有些儀器缺少維護導致儀器性能嚴重下降。當前科研對顯微成像的需求越來越大，為了提高顯微成像儀器的使用效率以滿足需求，平臺一直在探索合理的管理模式，在保證儀器性能的前提下，強化管理，開放共享，物盡其用，提高儀器使用效率。比如，平臺內一臺2007年購置的激光掃描共聚焦顯微鏡至今仍服務于科研第一線，圖像成果優異，為學院承擔的各類科研項目提 供強有力的技術支持，多年來一直保持年機時在1600 h 左右。

1.1 專業技術人才培養，提高顯微成像平臺軟實力

顯微成像平臺現有超高分辨活細胞顯微成像系統、激光掃描共聚焦顯微鏡、全自動活細胞工作站、高級正置熒光顯微鏡和顯微激光切割等共7臺儀器，這些都是光學精密儀器，價格昂貴，7臺儀器總價值超過1200萬元人民幣。儀器功能強大，應用廣泛，操作復雜，任何不當操作都會對儀器造成損傷，為此本平臺配備了專業技術人員，負責儀器的應用、開發、培訓和維護等工作。專業技術人員是科研人員和儀器之間的紐帶，儀器的開發使用情況與技術人員的業務水平相關。各課題組人員流動性大，無法保證固定的、能夠熟練操作儀器的使用者，這就需要儀器負責人提供技術支持來保證儀器使用的連續性。如何更好地使用儀器，儀器可以實現哪些功能和應用，技術人員起到了關鍵作用，特別是在研究中新開展的課題需要建立研究方法的時候。

顯微成像平臺專業技術人員每天都接觸各個課題組送來測試的樣品，測試內容和條件不一，這就需要技術支持人員有良好的生物學實驗背景，以解決各種樣品的實驗需求。為了提高設備技術人員專業素質和管理能力，我們采取了以下方案。第一，平臺會不定期邀請相關廠家的應用工程師開展顯微成像儀器應用及發展前沿講座；第二，技術人員積極參加顯微成像領域的各大會議，以便和業內人士進行技術上的交流和溝通；第三，技術人員定期與學院有豐富經驗的教授進行學術上的應用交流，充分了解他們的科研項目對儀器的需求和實驗目的；第四，收集儀器使用者的使用反饋，歸納整理反饋信息，總結儀器的使用情況并作出改進。如今生命科學發展迅速，技術支持人員在掌握現有實驗技術的同時，需要不斷學習新技術，充分開發儀器的應用，才能提高儀器使用率，跟上學科發展的步伐[7]。

1.2 有章可循，根據儀器特性制定規章制度

顯微成像儀器使用率高，正常工作時段不能滿足需求，為此，本平臺儀器全部24 h開放使用，為了保障實驗室安全，制定了《顯微成像平臺安全使用規范》《預約及嚴格使用儀器程序》《顯微成像儀器違規操作的具體處理辦法》等一系列的規章制度。要求進入儀器室的每個實驗人員遵守各項規定。

顯微成像儀器特別是高端顯微鏡，如激光掃描共聚焦顯微鏡、超高分辨顯微鏡等有嚴格的操作程序，如果不按規定使用儀器，往往得不到準確的結果，嚴重的還會損壞儀器。本平臺根據儀器特性和使用方法編寫圖文并茂的《簡明儀器操作規程》和使用規范，張貼在儀器旁邊顯著位置，以便指導學生按程序合理規范地使用儀器。

1.3 網絡化管理，提高工作效率

顯微成像類儀器應用非常廣泛，生命科學、醫學、藥學、化學等學科都會用到這類儀器。為了促進各學院學科的資源共享，本平臺所有儀器均加入學校大型儀器平臺，實行網絡化管理，使用者可以查詢到儀器型號、技術指標、應用范圍、管理員、收費標準等信息，實行網絡預約、管理、收費的機制。

由于網絡的便捷，科研工作者在需要使用儀器時即可快速地通過網絡搜索查詢相關儀器信息、聯系預約并最終使用，這大大地節約了科研工作的時間。網絡平臺上儀器使用預約一覽表可以直觀地查看儀器的預約使用情況，方便預約使用，極大地解決儀器空置、使用時間沖突、使用率低等問題。

此外，由于網絡的大數據功能，管理員可以通過網絡計費收費，統計儀器使用量和使用效率，提高了工作效率。

1.4 合理收費，?？顚Ｓ茫ＷC儀器的長期運行

眾所周知，顯微成像儀器價格昂貴，運行成本和維修保養的費用都很高。本平臺的儀器已運行多年，需要定期校正光路，更換部分老化部件，如果后期維修費用不能到位，儀器出了故障不能運行只能空置，將造成前期儀器購置經費的浪費。

本平臺統計核算儀器運行、維護、維修的成本，參考國內同類儀器的收費情況制定了儀器的收費標準，最后由學院學術委員會討論通過并公布執行。儀器費用由學校設備處收取管理，收入所得用于儀器日常運行及維修。

2 循序漸進的培訓程序，有效提升儀器的使用率

顯微成像儀器配置精密，結構復雜，電子集成化高，對人員操作要求極高，而專人操作儀器時間有限。為了延長儀器開機時間，實現儀器全天24 h開放，本平臺設置了循序漸進的培訓程序，既能保證儀器的規范操作以保證儀器性能，又能提高儀器的使用率。

2.1 送樣預約

初次使用或者未通過培訓的實驗人員，可以送樣，由專業技術人員安排時間進行測試。測試時，本平臺會根據各自實驗的具體要求為實驗人員分析樣品，確定實驗方法，調節儀器各實驗參數以達到最有效的圖像輸出。

2.2 開展實驗課程

顯微成像平臺每學年都有理論及實驗課程，每期課程18學時，學生大約60人，理論課負責講授顯微成像儀器的原理和應用部分，幫助全院學生了解顯微成像技術和掌握各種顯微鏡的應用，向他們展示利用本室儀器在各研究領域的研究成果，啟發他們在今后的實驗設計中加大對大型儀器的應用，深化研究成果，提高科研水平。實驗課分小組上機操作，首先講解儀器的組成和操作規范，再進行儀器演示操作，之后讓每位學生親自操作使用儀器；通過優化的實驗設計，讓學生們有獨自操作儀器的機會，并切身體會儀器的功能及應用。

2.3 定期舉行儀器技術培訓

對于需要頻繁使用儀器并具有良好科研素質和較強動手能力的學生，本平臺會定期舉行有針對性的儀器技術培訓。首先講解儀器實驗原理，然后每個培訓人員親自上機操作，重點掌握儀器的性能、使用技巧及注意事項。完成培訓后還需要技術人員帶領學生進行數次儀器操作，直到其通過嚴格的考核。考核通過后即開通儀器使用權限，可在任意時間自行預約儀器使用。

2.4 以老帶新，建立“一對一”的儀器使用機制

對于使用儀器較多的課題組，有獨立操作權限的學生或者教師，可以“一對一”地帶領同一課題組的學生使用儀器。有權限的學生需負責儀器的使用安全，在安全、規范的前提下幫助其他學生使用儀器進行實驗，這樣可以使同一課題組的實驗不受工作時間限制，顯著提高課題組的實驗效率。

另外，本平臺聘請了能夠熟練操作儀器的學生當助管，能在非工作時間幫助其他實驗人員使用儀器，大大提高了儀器的使用率，滿足了不同時間段的實驗 需求。

3 合理規劃購置儀器設備，打造高水平顯微成像平臺

近年來顯微成像技術發展迅猛，新技術層出不窮。除了了解各類顯微成像領域的新型儀器資訊，學習新技術，顯微成像平臺定期向學院各學科征集顯微成像儀器的購置意向，統一做好購置計劃。本平臺在采購新的儀器前會做好調研，充分論證儀器功能及性能并對同類儀器進行比對，避免重復購置，減少采購成 本[8-9]。目前，本平臺已購置一系列顯微成像儀器，從熒光顯微鏡到激光掃描共聚焦顯微鏡直至超高分辨顯微鏡，分辨率階梯式提高，滿足教學科研中不同階段、不同應用的需求。

3.1 高端顯微成像儀器

目前本平臺配置兩臺激光掃描共聚焦顯微鏡，分別是ZEISS LSM710和LEICA TCSSP5，一臺超高分辨活細胞顯微成像系統GE OMX SR，其中激光掃描共聚焦顯微鏡分辨率200 nm，結構光照明（SIM）超高分辨活細胞顯微成像系統分辨率110 nm，這類儀器設備價格昂貴，操作復雜，對樣品和環境要求極高，需要操作人員具備良好的理論基礎、科研素質及實驗技術。平臺在培訓上會加大力度，相關考核也會更加嚴格。

3.2 常規顯微成像儀器

本平臺配置了最高水平的熒光顯微鏡，包括兩臺高級正置熒光顯微鏡ZEISS AXIO IMAGER Z1和Z2、一臺倒置熒光顯微鏡及活細胞系統ZEISS OBSERVER Z1，分辨率大約為250 nm。這幾臺儀器皆為全自動顯微鏡，操作比較簡單，大大節約了實驗時間，有效提高了實驗效率。

3.3 顯微切割系統

本平臺配置了一臺激光顯微切割儀LEICA LMD6000，該儀器利用高能脈沖激光切割樣品，根據重力作用收集，可以實現對標記細胞或組織樣品的準確定位及提取。

3.4 保證顯微成像儀器運行環境，有效延長使用壽命

顯微成像儀器觀察樣品時放大倍數為1000倍，如果沒有做好防護，空氣中微米級別的粉塵顆粒會損害光學透鏡，影響成像質量。平臺在建立之初就設計配置了150 m2的萬級凈化實驗室，集中放置顯微成像儀器，并通過人工氣候系統控制溫度濕度，保證空間的恒溫潔凈和干燥。同時設置進出門禁及權限，保證儀器運行環境需求。

4 落實向社會開放，實現資源共享

結合互聯網技術的大型儀器設備共享管理系統能夠有效整合設備資源，打破科研單位界限，是儀器開放共享共用、提高儀器利用率的有效途徑[10-11]。顯微成像平臺的所有儀器自啟用時即加入我校大型儀器平臺，并接入“高等學校儀器設備和優質資源共享系統（CERS）”，把儀器設備相關信息發布在平臺上，校內外的科研工作者均可查看并預約使用，加大了儀器向社會開放共享的力度。網絡化管理模式一方面提高管理效率和管理水平，另一方面，解決了儀器使用者由于信息不通暢無法查詢和使用所需儀器等問題[12]。目前，有不少校外機構已經使用過本平臺儀器，并獲得滿意的實驗成果，如天津大學、武警醫學院、天津農科院、天津工業大學、環湖醫院等高校和研究機構。

5 結語

生命科學學院公共實驗平臺顯微成像平臺成立已有10年，目前運行良好，儀器使用率高，為本校的人才培養和科研工作做出了巨大貢獻。隨著我校生命科學的發展和日益壯大，顯微成像平臺也源源不斷地補充先進的儀器和技術。平臺在目前建設的條件下也將不斷完善管理機制，培養高素質技術人才，學習新的技術，保證儀器的開放共享，促進顯微成像平臺的可持續發展，為本學科的教學科研事業提供強有力的技術支持和保障。

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Practice of better service for scientific research and teaching by improving efficiency of microscopic imaging instruments

LIU Ruming, JIAO Li, LONG Jiafu

(College of Life Sciences, Nankai University, Tianjin 300071, China)

By taking the micro-imaging platform of the public experimental platform of the College of Life Sciences at Nankai University as an example, this paper continuously improves various management mechanisms, vigorously trains professional and technical personnel, strictly implements effective training procedures, uses the network management system to allocate resources and rationally plans the utilization of instruments and equipment. Through various measures, while ensuring the precision of the instrument, the utilization rate of the instruments is greatly improved, the service life is prolonged, and the open sharing is realized. The service and support function of the microscopic imaging instruments for scientific research, innovation and teaching is fully exerted, which promotes the rapid development of life sciences and other related disciplines.

microscopicimaging instrument; instrument sharing; network management

G642.423

B

1002-4956(2019)12-0282-04

10.16791/j.cnki.sjg.2019.12.067

2019-04-29

劉如明（1982—），女，海南儋州，碩士，實驗師，主要研究方向為顯微成像儀器管理與教學。E-mail: liurm@nankai.edu.cn