LIMS中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用研究

陳力帥

摘要：近年來，實驗室信息管理系統(tǒng)（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(gòu)。隨著物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)革命的浪潮襲來，LIMS的發(fā)展也迎來了新的契機，開放式互聯(lián)、更智能的服務、多維度實時監(jiān)控等新的特征陸續(xù)出現(xiàn)。文章通過對關鍵物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用分析，展望LIMS和物聯(lián)網(wǎng)集成的共贏前景。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；實驗室信息管理系統(tǒng)；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(shù)的不斷進步引領了第三次工業(yè)革命，決定了未來的實驗室一定是數(shù)字化的，不僅實驗室的業(yè)務、技術(shù)是數(shù)字化的，實驗室的運行和管理也是數(shù)字化的。LIMS迎合了這個需求，同時也是實驗室發(fā)展的必由之路。

物聯(lián)網(wǎng)的誕生，讓物理世界和信息世界更加緊密地聯(lián)系在一起，它按照一定的協(xié)議，把實物與網(wǎng)絡連接進行信息的交換和互通，實現(xiàn)智能識別、定位、監(jiān)控和管理。

本文將介紹LIMS的歷史與發(fā)展現(xiàn)狀，研究分析基于物聯(lián)網(wǎng)的下一代LIMS，討論其體系架構(gòu)和熱門技術(shù)，并通過技術(shù)的優(yōu)劣比較，展望物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在LIMS中的應用前景。

2 LIMS的歷史與發(fā)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(wǎng)系統(tǒng)處理和分析化學數(shù)據(jù)，可以認作是LIMS的雛形。到80年代，出現(xiàn)了商品化的LIMS產(chǎn)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(yè)價值。進入90年代，LIMS由封閉的商品化的軟件轉(zhuǎn)向開始強調(diào)用戶靈活配置的開放性系統(tǒng)，先后出現(xiàn)基于C/S架構(gòu)和B/S架構(gòu)的系統(tǒng)，從最初僅僅完成數(shù)據(jù)的存儲和有限的網(wǎng)絡功能，發(fā)展到現(xiàn)在可以處理海量的數(shù)據(jù)并具備較為完善的管理功能。

在以“云計算”和“物聯(lián)網(wǎng)”為代表的新一輪技術(shù)變革的推動下，LIMS的未來發(fā)展將呈現(xiàn)以下三個特點：

2.1 LIMS與儀器設備的集成

如何同時在統(tǒng)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(shù)據(jù)將是LIMS技術(shù)研究的重要內(nèi)容。近年來，許多儀器廠商提供了數(shù)據(jù)的標準輸出格式（CSV），也出現(xiàn)了一些由第三方廠商研制的LIMS與儀器聯(lián)接的標準接口技術(shù)，采用內(nèi)部采集軟件與各種分析設備實現(xiàn)雙向的通訊，為實現(xiàn)LIMS與儀器設備的無縫集成增加了可能性。

2.2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的LIMS

物聯(lián)網(wǎng)包括了多項信息技術(shù)，它們都是利用各種信號傳感設備，通過基礎網(wǎng)絡實現(xiàn)人與物、物與物的互聯(lián)。借助物聯(lián)網(wǎng)的射頻技術(shù)和傳感網(wǎng)絡檢測技術(shù)，LIMS能夠自動快速識別物資對象并獲取相關數(shù)據(jù)，實現(xiàn)實驗室范圍內(nèi)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(yè)技能以及系統(tǒng)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(shù)據(jù)在云端托管，顯然，如何提供機制保證用戶數(shù)據(jù)安全性是云計算未來發(fā)展需解決的重要問題。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在LIMS中的應用

“The Internet of things”是物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱。物聯(lián)網(wǎng)最重要的特征之一就是開放，它的分層理論，把系統(tǒng)分成了數(shù)據(jù)獲取層、數(shù)據(jù)傳輸層、管理與計算層、應用和服務層，而物聯(lián)網(wǎng)的主要應用體現(xiàn)在了數(shù)據(jù)獲取層。下面將針對幾項較為熱門的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行應用分析。

目前在LIMS中應用最為廣泛的技術(shù)是條形碼技術(shù)。接收樣品的時候，在LIMS系統(tǒng)中輸入樣品的各種信息，打印條形碼，在檢測的各個環(huán)節(jié)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(shù)據(jù)的準確度，現(xiàn)條形碼技術(shù)主要用于樣品的錄入、流轉(zhuǎn)、保存、處置等。

雖然條形碼技術(shù)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(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)關聯(lián)來獲取樣品的信息。所以一旦失去數(shù)據(jù)庫的支持或是網(wǎng)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(zhuǎn)發(fā)生磨損，導致條形碼的無法識讀，從而影響數(shù)據(jù)的錄入。

二維碼技術(shù)是在傳統(tǒng)條形碼基礎上發(fā)展起來的一種新的編碼技術(shù)，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(yōu)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(shù)，使得其遭受污染及破損后數(shù)據(jù)仍保持完整，即使受損程度高達50%，仍能夠讀出原數(shù)據(jù)。一維條形碼在經(jīng)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(tǒng)中二維碼的應用并不是很多，大多數(shù)的LIMS系統(tǒng)對樣品的數(shù)據(jù)量要求并不是很高，主要是利用二維碼技術(shù)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(quán)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(tǒng)、車輛管理、物流系統(tǒng)等領域有著廣泛的應用。

RFID技術(shù)實現(xiàn)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(shù)據(jù)還可反復編輯修改，在實驗室可進行循環(huán)使用，將一次性成本轉(zhuǎn)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(tǒng)建設的復雜。在LISM中采用RFID技術(shù)替代條形碼，可以給每個樣品發(fā)放電子標簽，能實現(xiàn)多個樣品信息的一次性讀取，電子標簽數(shù)據(jù)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(xiàn)檢驗過程中對人員信息快速錄入與身份驗證等功能。

室內(nèi)定位是指在室內(nèi)環(huán)境中實現(xiàn)位置定位。例如蘋果公司通過低功耗藍牙技術(shù)開發(fā)出一個十分精確的微定位技術(shù)命名為iBeacons。通過此技術(shù)，設備可以接收一定范圍由其他iBeacons發(fā)出來的信號，同時也可以把你的信息在一定范圍內(nèi)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(shù)，LIMS將實現(xiàn)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(zhuǎn)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(xiàn)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(diào)配等等。

LIMS作為一種先進的管理工具，引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(shù)將大大減少手工錄入的工作量，而iBeacons技術(shù)將在LIMS系統(tǒng)中實現(xiàn)地理信息的集成，實驗室管理將更為全面和有效。

4 挑戰(zhàn)和展望

（1）標準的統(tǒng)一。在LIMS系統(tǒng)的設計中必須遵循物聯(lián)網(wǎng)相關技術(shù)的標準，才能在集成的過程中實現(xiàn)預期的目的。但目前如何使得行業(yè)標準與物聯(lián)網(wǎng)標準兼容互通是亟需解決的問題。

（2）技術(shù)的更新?lián)Q代。物聯(lián)網(wǎng)概念下的新技術(shù)層出不窮，很多技術(shù)還沒實現(xiàn)真正的應用，就被更新的技術(shù)所取代，LIMS建設中必須結(jié)合實驗室的實際情況，選擇最適合自己的技術(shù)，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(shù)雖然先進，但投資成本高，且各個品牌產(chǎn)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(tǒng)的更高要求。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入，將實現(xiàn)人、設備、樣品等物理要素的信息化，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量將明顯增加，對軟件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)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(fā)放或是室內(nèi)定位的實現(xiàn)，將曝露人員工作的狀態(tài)、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(shù)的接納和對LIMS的認可，這也是系統(tǒng)有效運行的關鍵。

參考文獻

[1] 王偉，毛文君.基于物聯(lián)網(wǎng)的新一代實驗室信息管

理系統(tǒng)探討[A].第三屆全國醫(yī)學科研管理論壇暨江蘇省醫(yī)學科研管理學術(shù)年會論文集[C].2011.

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

[3] 張麗敏.實驗室信息管理系統(tǒng)（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(shù)的實驗室信息管理系統(tǒng)[D].哈爾濱工業(yè)大學.

[5] Brian Roemmele.what are some interesting applications that enabled by iBeacons techenology featured in ISO7[G/OL].https：//www.quora.com/iBeacons-iOS-SDK-Feature/，2014-3-19.

[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.

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LIMS作為一種先進的管理工具，引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(shù)將大大減少手工錄入的工作量，而iBeacons技術(shù)將在LIMS系統(tǒng)中實現(xiàn)地理信息的集成，實驗室管理將更為全面和有效。

4 挑戰(zhàn)和展望

（1）標準的統(tǒng)一。在LIMS系統(tǒng)的設計中必須遵循物聯(lián)網(wǎng)相關技術(shù)的標準，才能在集成的過程中實現(xiàn)預期的目的。但目前如何使得行業(yè)標準與物聯(lián)網(wǎng)標準兼容互通是亟需解決的問題。

（2）技術(shù)的更新?lián)Q代。物聯(lián)網(wǎng)概念下的新技術(shù)層出不窮，很多技術(shù)還沒實現(xiàn)真正的應用，就被更新的技術(shù)所取代，LIMS建設中必須結(jié)合實驗室的實際情況，選擇最適合自己的技術(shù)，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(shù)雖然先進，但投資成本高，且各個品牌產(chǎn)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(tǒng)的更高要求。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入，將實現(xiàn)人、設備、樣品等物理要素的信息化，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量將明顯增加，對軟件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)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(fā)放或是室內(nèi)定位的實現(xiàn)，將曝露人員工作的狀態(tài)、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(shù)的接納和對LIMS的認可，這也是系統(tǒng)有效運行的關鍵。

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LIMS作為一種先進的管理工具，引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(shù)將大大減少手工錄入的工作量，而iBeacons技術(shù)將在LIMS系統(tǒng)中實現(xiàn)地理信息的集成，實驗室管理將更為全面和有效。

4 挑戰(zhàn)和展望

（1）標準的統(tǒng)一。在LIMS系統(tǒng)的設計中必須遵循物聯(lián)網(wǎng)相關技術(shù)的標準，才能在集成的過程中實現(xiàn)預期的目的。但目前如何使得行業(yè)標準與物聯(lián)網(wǎng)標準兼容互通是亟需解決的問題。

（2）技術(shù)的更新?lián)Q代。物聯(lián)網(wǎng)概念下的新技術(shù)層出不窮，很多技術(shù)還沒實現(xiàn)真正的應用，就被更新的技術(shù)所取代，LIMS建設中必須結(jié)合實驗室的實際情況，選擇最適合自己的技術(shù)，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(shù)雖然先進，但投資成本高，且各個品牌產(chǎn)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(tǒng)的更高要求。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入，將實現(xiàn)人、設備、樣品等物理要素的信息化，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量將明顯增加，對軟件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)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(fā)放或是室內(nèi)定位的實現(xiàn)，將曝露人員工作的狀態(tài)、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(shù)的接納和對LIMS的認可，這也是系統(tǒng)有效運行的關鍵。

參考文獻

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