基于三重四級桿液質聯用的大型儀器管理方法探討

王雪穎， 焦玉佩， 許麗娜， 王昱淞， 劉曉蕙

（清華大學蛋白質研究技術中心，北京100084）

0 引 言

隨著生命科學的快速發展和國家雙一流建設項目的不斷推進，公共設備設施平臺的基礎作用日益凸顯。大型儀器設備作為平臺建設的基礎，在科學研究，人才引進和培養、社會服務和貢獻等方面發揮著舉足輕重的作用［1-3］。公共平臺建設儼然成為高校擴大知名度的一個重要門戶，而大型儀器設備作為平臺建設的核心，自然而然成為高校提高社會影響力之“重器”。如何打好這張“王牌”，使其在眾多科研單位中脫穎而出，成為行業中佼佼者是每個單位須深思熟慮的難題。探索大型儀器設備的有效管理方法，提高儀器利用率，充分發揮儀器設備在科研以及社會服務等方面的作用，已成為高校的一項十分重要工作。

三重四級桿液相色譜與質譜聯用的大型儀器由于其靈敏度高、線性范圍寬、抗污染能力強等獨特的優勢，在學術研究領域尤其是生物醫學基礎研究之重器。蛋白質研究技術中心代謝組學平臺的三重四級桿液相質譜聯用儀是面對國內外科研人員開放的大型儀器［4-5］。該儀器購置于2014 年，截至2019 年6 月已承擔了20 664 個樣本的測試，總機時數共計17 168 h，是校級平臺中儀器使用率較高的儀器之一。現以代謝組學平臺的三重四級桿液相質譜聯用儀為例，通過分析探討目前大型儀器設備管理中常見的問題，提出并分享了在儀器管理、使用效率、服務項目開放、機器維護等方面的一些管理措施及經驗，以供其他儀器管理者參考。

1 目前大型儀器管理中普遍存在的問題

目前大型儀器管理常用的模式為平臺上配備專職的老師或技術員負責儀器的日常使用和維護，學生按要求制備樣品后可由專職人員負責上機操作或經培訓考核通過的學生獨立自主上機操作，最后將數據結果以報告的形式給學生。在這種常規管理模式下，平臺運行可能遇到的問題有［6-9］：①大型儀器設備配備了專職人員管理，只能夠保證儀器正確的操作和維護，不能滿足高校科研人員對科學前沿項目的支撐工作。專職人員的專業和經驗不足，缺少方法開發能力，不能根據最新的科學研究熱點，開發相應的儀器方法來發揮儀器的優勢，直接影響儀器的利用率。②學生對儀器原理、功能和數據后處理等不了解，或導致前期制備的樣品與儀器不兼容，或后期拿到數據后無從下手，進而浪費了實驗成本，延長了實驗周期。③關于儀器運行維護等問題，一旦儀器設備損壞，維修價格昂貴，機組往往無力承擔，造成了儀器故障或停用等現象。④難以平衡大型儀器設備資源共享，我校的儀器對校內、校外科研院所和社會機構等單位開放使用，協調平衡用戶共享使用機時難的問題。

此外，儀器管理員與學生之間溝通不暢，平臺服務的滿意度，平臺儀器管理員的專業技能和人員的穩定性等，直接影響測試的結果。由此可見，依據儀器本身的特點，整合現有三重四級桿液相質譜聯用儀器的運行和管理經驗，解決遇到的實際問題，探討大型儀器的普適性、尋找行之有效的管理方法迫在眉睫。

2 現有經驗和管理方法的探討

2.1 配備專業技術員，推行規范化管理

工欲善其事必先利其器，大型儀器設備技術含量高，需要有高水平的實驗技術人員管理和操作才能充分發揮作用。對于大型儀器設備管理崗位要求，不能滿足于簡單地開機關機，而是要能夠充分利用儀器優勢和性能，開展相關的科研項目和實驗服務，進而保證儀器的利用率［10-11］。機組管理人員需要一定的專業知識背景和實踐能力。代謝組學平臺的三重四級桿液相質譜聯用儀，配備了1 名事業編高級工程師主管和1 名專職技術員。該儀器主要是以目標物檢測為主，因此大量工作都是根據特定化合物的特定性質進行不同的方法優化。針對代謝物的不同性質，建立和優化相應的儀器方法以供測試服務。這就要求專職技術員不僅要熟悉儀器原理，能熟練地掌握測試技能和技巧，同時也要適時參加專項技術培訓，深入科研領域，對生命學科前沿動向有所了解，與時俱進，及時開發相應的測試方法來滿足科研需要。同樣，為了加強校級科研平臺的技術支撐與測試服務能力，鼓勵平臺技術人員鉆研技術、樂于服務、專心工作，平臺制定了內部職級評定制度，學校設立了“清華大學實驗室創新基金”等獎勵機制。

無規矩不成方圓，代謝組學平臺建立了一系列的大型儀器設備管理制度，包括“樣品的制備方法”“儀器使用管理制度”“實驗室安全管理制度”“平臺儀器收費管理辦法”等［12］，涵蓋從樣品制備，到機時預約，再到數據后處理，以及費用結算等整套工作規則和流程。對于進入實驗室進行實驗的學生，須接受實驗室安全培訓。學生需要先觀看學院發布的安全視頻，再通過安全問卷測試，最后簽訂實驗室安全責任書。經過合格培訓，才能進入實驗室做相關實驗。由于三重四級桿液相質譜聯用儀的因其專業技能要求較高，該儀器未開放學生獨立操作的權限，由專職技術員負責樣品上機和后續數據處理。為對儀器規范化管理，中心建立和健全切實可行的儀器管理規章制度，保證儀器的使用和運行有章可循、有規可守。

2.2 開發新的測試方法，擴大服務群體

代謝組學的出現是生命科學研究的必然。在20世紀90 年代中期發展起來的代謝組學，是對某一生物或細胞中相對分子量小于1 000 的小分子代謝產物進行定性和定量分析的一門新學科。代謝組作為系統生物學的重要組成部分，在臨床醫學領域具有廣泛的應用前景［13-15］。代謝小分子種類繁多，化合物的性質從極性到非極性跨度較大，小分子的含量差異也比較大，很難實現一個儀器方法囊括所有的代謝物。基于三重四級桿質譜儀的靶向分析特性，從核心碳代謝通路出發，利用標準品建立了集中在能量代謝的靶向代謝組學分析方法，這為非靶向代謝組學分析提供了一個有力的補充，該方法已經為校內外50 多個實驗室提供了技術服務。基于三重四級桿質譜儀的高靈敏度的優勢，建立了一系列低豐度代謝產物的分析方法，該方法有助于痕量代謝產物的檢測，可以代替昂貴的試劑盒。基于生命學科新的研究熱點，如腸道菌群與宿主的相互作用研究，建立了針對腸道菌群代謝產物的高通量靶向分析方法。該方法建立后短短幾個月時間，已經為石河子大學和四川大學以及校內多個實驗室提供了相關的技術服務，分析樣本多達上千例。圖1 是2014～2018 年度三重四級桿液質聯用儀的測試樣本數和機時數的匯總，從圖中明顯看出，2014 ～2015 年是該儀器測試項目發展的快速期，2016 ～2018 年已經進入了樣本數和機時數的穩定期，在不斷開發項目的基礎上，這幾年穩中有進。

圖1 2014 ～2018年度三重四級桿液質聯用儀的測試樣本數和機時數

利用儀器的本身的特性，根據客戶需求和最新的科研動向，技術人員需要不斷的開發新方法，增加儀器的新功能，保證儀器的使用效率，擴大儀器的應用范圍，進而促進代謝組學平臺的快速發展。

2.3 跟進測試項目，提高服務質量

三重四級桿質譜儀的服務項目很多，儀器管理員需要在測樣之初就了解清楚學生的實驗目的，推薦合適的檢測項目，跟進相應的數據結果，幫助學生高效完成測試目的。在用戶使用大型儀器時，要求用戶填寫樣品信息登記表，以便追蹤整個測試項目。關于數據分析的結果，如果學生有疑問的地方可以與儀器管理員討論，以便找到出錯點或者新的思路。對于致謝該儀器參與的科研類文章，中心設立了獎勵機制，學生可以用文章相應的影響因子來抵消一部分測試費用。這不僅方便中心統計每年平臺儀器支撐的文章總數，同時也有利于與客戶建立良好的合作關系，口口相傳，從而吸引到更多用戶。

為了進一步提高平臺的服務能力與水平，每年學校舉辦一次校級平臺儀器年度調查問卷。根據問卷反映出來的問題，積極主動地去改善，以實現大型儀器設備的良性運轉和可持續的發展。

2.4 建立維保機制，保證有效機時

儀器的維護是儀器管理的重要內容，是一項技術性較強的工作。儀器只有在精心管理維護下，才能保證有效運行機時，進而延長儀器的使用壽命。日常維護包括儀器的定期校正、清洗等，由儀器管理員完成。而儀器的故障需要由專業的廠家維修工程師來負責。學校充分運用儀器廠家的售后維護服務，儀器發生故障時，及時按照售后協議對其進行維修或更換配件，保證儀器設備連續完好運轉。所以平臺的三重四級桿液質聯用儀，在儀器購置階段就與廠家建立了長期儀器保修協議。大型儀器需要穩定充足的運行經費來支撐。除了專項維修基金外，本著公平、公開、透明的原則，以非營利為目的，在核算了大型儀器的實際的運行成本和調研了同行業收費標準的情況下，建立了收費機制。有償服務是核算大型儀器設備機組投入產出績效的必要前提，也是防止大型儀器設備被過度濫用的調控手段［16］。

2.5 建立全時段運行體系，縮短預約周期

基于互聯網的自動化信息管理系統，中心建立了儀器共享服務平臺。該平臺具有共享大型儀器設備的機時查詢和預約、費用結算等功能，方便校內外用戶關注儀器使用狀態。另外，用戶還可通過電話、郵件以及現場預約等方式與儀器管理員確認儀器上機時間。三重四級桿液質聯用儀由于檢測項目種類較多，用戶自主約樣經常遇到機時預約過多或過少等問題。為了保證儀器的利用率和縮短用戶的預約周期，儀器管理員需要將相同的檢測項目安排在同一時段，并準確計算出需要的機時。如有遇到特殊情況，用戶可以提前與儀器管理員聯系溝通。如果取消預約，用戶需要提前48 h電話聯系儀器管理員。

作為國家級蛋白質科學研究平臺和清華大學校級科研與公共服務平臺的中的一臺共享儀器，三重四級桿液相色譜與質譜聯用的大型儀器承載著很多校內外科學研究和社會服務的工作。為了保證充足的機時，該儀器實行7 d × 24 h 全時段運行機制。為此，該儀器配備了24 h監控攝像頭，儀器管理員可以在手機上實時看到儀器的狀態。如在非工作時間段發現儀器有問題，可第一時間聯系校內助管人員到現場解決問題，實現遠程控制。不僅提高了儀器的使用效率，同時還減輕了儀器管理員的工作量，為共享大型儀器設備實現全時段運行模式提供了有力的保障。

3 結 語

基于三重四級桿液質聯用儀的質譜法是一種非常靈敏和特異性的分析方法，可以精確地對樣品進行定性和定量分析，超越了許多傳統分析技術。它作為領先的分析技術，幫助科研人員應對最具挑戰性的科學問題，而三重四級桿液質聯用儀作為基礎科學研究中最常見和常用的大型儀器之一，它的管理方法和經驗具有很強的代表性和借鑒性，可為其他大型儀器的管理和應用提供相關思路。