高校大型儀器有效維護保養方法的探索*

黃瑩瑩

浙江大學醫學院公共技術平臺 浙江 杭州 310058

引言

大型儀器是高校及科研院所賴以生存的基礎，是開展知識創新、技術創新的必要工具，是建設“雙一流”、培養高水平科研人才、服務社會的重要條件[1]。隨著高校教育水平和科研水平的提升，教學與科研對高水平分析測試的依賴性在不斷加大，大型儀器在科研中的支撐作用也日益增強[2-3]。但大型儀器一般價格昂貴、結構復雜、專業性強，目前高校實驗室普遍面臨著儀器管理制度滯后、設備維護保養難等諸多問題[4-5]。同時，隨著實驗室大型儀器數量的迅速增長，如何做好設備的日常管理與維護，提高實驗室儀器使用壽命和效率，讓大型儀器在高校的教學、科研和社會服務中充分發揮作用等問題日益突出[6-8]。

大型儀器主要應用于知識創新這一科技創新的上游環節[9]，要最大化儀器的作用，必須探索有效的大型儀器維修保養方法，降低儀器故障率，充分發揮其最大使用效益，提升儀器在科學試驗研究與科技創新中的作用，這對進一步推動“雙一流”建設，有著重要意義。浙江大學醫學院公共技術平臺（以下簡稱“醫學院平臺”）成立于2010 年，經過十余年發展，目前擁有大型儀器150余臺，服務用戶數4400多個，服務總機時數60余萬小時，分析測試任務非常繁忙，因此，本文以醫學院平臺為例，研究探討如何做好高校這些大型設備的維護保養工作的問題，從而保證大型儀器正常運行，實現其高效率低故障的優質共享模式，期望可以為其他單位大型儀器的開放提供借鑒和參考。

1 大型儀器維護保養中存在的問題

大型儀器保修期限短，配件價格高，不僅需要按照正確的步驟操作，還要定期對儀器進行保養和維護。但多數實驗室只管使用，卻不重視儀器的保養，維護工作嚴重不到位。

1.1 實驗室布局不合理

大型儀器設計精密，運行條件苛刻，設備放置環境要求高。但很多實驗室在放置大型儀器前并沒有預先設計合適的位置，看著哪里空放哪里，儀器多了，散熱不好，就臨時在墻上打孔裝空調，既影響美觀也影響整個實驗間的密閉性；覺得房間濕度太大了，購買除濕機，但由于沒有預先設計地漏，除濕機無法持續排水，很容易水箱滿了，人工傾倒給試驗工作造成很多煩擾。

1.2 缺乏專業的操作維護人員

近年來高?？蒲薪虒W的建設和發展，大型儀器的數量有了穩步的增長，但缺乏設備相關的專業技術操作人員仍舊是普遍問題[10]。有些儀器分散在課題組，只有學生操作，沒有專職管理人員；有些儀器雖然集中在共享平臺，有全職的技術人員負責，但由于人員短缺、知識水平有限等原因，技術員僅忙于管理儀器的使用，在自我維修維護方面工作不到位，不能有效地維護保養好大型儀器。

1.3 不注重儀器的維護

隨著科研的發展，大型儀器尤其是共享平臺的分析測試任務日益繁忙，如圖1所示，醫學院平臺2020年機時數超過2500小時（遠大于科技部年機時數800小時的考核要求[11]）的就有10余臺。多數用戶為了方便省事，平時忽略儀器的維護保養，能用則用，不能用了就找廠家維修。比如平臺的流式細胞儀進樣針經常堵塞，主要原因是部分學生樣品準備不符合要求，未經過細胞篩過濾，樣品團塊進入上樣針從而使管道堵塞，影響當次試驗甚至后續同學的試驗。

圖1 醫學院平臺部分儀器2020年使用情況

1.4 維護管理制度不完善、缺乏維修資金

國內實驗室普遍缺少大型儀器維護保養制度，或者現有的規章制度不夠細化、合理，執行不到位等。有些實驗室雖然建立了部分的儀器使用制度，但缺乏統一的設備維修制度，沒有相應的儀器維護檔案管理，記錄混亂，不利于儀器的高效運轉。另外，大型儀器多是進口設備，工程師上門服務費均在2000元左右，若有配件更換的，費用相當昂貴，比如共聚焦顯微鏡的激光器至少十幾萬元一根，使用壽命僅3～4年，很多單位出現維修資金匱乏、“維修不起”的現象。

2 如何高效地維護保養好大型儀器

大型儀器的維護保養工作是做好高校實驗室管理的重要環節，直接影響大型設備的使用壽命和運行效益。鑒于上述問題，如何高效地維護保養好大型儀器，是實驗室亟待解決的問題。結合醫學院平臺的運行經驗，筆者研究和探索了如下對策。

2.1 合理布局大型儀器實驗室

實驗室安裝大型儀器設備之前，應提前設計，合理布局。不同儀器對工作環境要求不同。比如流式細胞分選儀需要細胞培養室級別的潔凈獨立空間（具體級別按試驗樣本要求分別定義）[12]，且儀器需要配置氣溶膠抽吸系統，過濾試驗中產生的可能有潛在生物危害性的氣溶膠；另外，為保證樣本活性，還需要配置4℃冷凝水循環裝置；同時，分選室應設計放置超凈臺，以便無菌分選試驗進行；配備足夠功率的空調，使室溫符合儀器最佳運行溫度（20℃～25℃）。共聚焦顯微鏡需要避光的環境，加裝防震臺，防震臺主要作用是減少振動對試驗的影響。離心機的安裝位置要避開陽光直曬、灰塵、通風不良、熱輻射、振動、腐蝕性化學物質、洗刷池等；附近不應放置天平、顯微鏡等精密儀器[13]。高功率的儀器應單獨設計電路供電。為避免臨時停電造成的意外損傷，大型儀器還應配備具有一定蓄電能力的穩壓電源，如醫學院平臺安裝了14300瓦的智能化工頻UPS（不間斷電源）機組，既可作為維持儀器平時正常工作的穩壓電源，又能用于平臺突發停電情況下的臨時供電，該機組可供五臺大型流式細胞儀在停電后繼續工作0.5小時，工作人員可在這0.5小時內執行正常的清洗關機程序，減少儀器損傷。另外，精密儀器對工作環境的濕度有一定要求，空氣濕度大時（尤其中國南方有梅雨季節），實驗室需要安裝除濕機，避免大型儀器配件因受潮而故障。安放除濕機的位置最好預先設計地漏，以便除濕機排水管排水，從而使除濕機自主不間斷工作。

2.2 完善儀器的維修維護管理制度

大型儀器除基本的使用管理條例，應建立健全完善的維修保養制度，使維護工作規范化、科學化[14]。建立大型儀器的檔案管理，內容包含基本信息、采購信息、驗收信息、維修記錄、報廢記錄等，比如醫學院平臺除了保存紙質材料外，擬籌建儀器共享管理系統中的在線檔案模塊，充分利用網站信息化，使儀器檔案隨時備案，有據可查。表1展示了一臺流式細胞分選儀2020年度的整體維修情況，從表中可知，該儀器什么時候做過大保養了，什么配件容易損耗應提前預備，有助于確保儀器高效地正常運行。

表1 流式細胞分選儀（BD FACS SORP ARIA II）2020年維護保養記錄

在儀器的維護管理中，人是主要的因素。首先，建立AB角管理制度，平時A角為主，B角為輔，當A角臨時缺崗時，B角負責儀器的維護管理，使儀器不會因為無人管理而出問題。其次，建立適當的激勵機制，留住熟知儀器的高層次人才。

另外，有部分儀器是學生自主使用的。因此，平臺應建立培訓相關制度，比如《培訓與考核制度》、《獨立操作資格管理條例》等，規范對用戶的培訓，并在運行中不斷優化、完善。同時，在學生獲得獨立操作資格前，再進行一場安全培訓，簽訂《醫學院公共技術平臺獨立操作資格申請》，明確安全事項，規范試驗操作，消除安全隱患。

2.3 做好大型儀器的日常維護

大型儀器設備故障大多數都是由于操作不規范引起的，因此，良好的日常維護可延長大型儀器的使用壽命[15]。如流式細胞分析儀，每日開機前先清空廢液桶，加滿鞘液；開機后需要執行排氣泡、管道清洗工作；清洗結束用質控微球進行儀器的追蹤、校準，根據質控報告判定儀器當天狀態是否適合試驗，若有問題，可及時處理，從而保證每日試驗順利進行，所得數據客觀有效；試驗后，需要按操作規程清洗、關閉儀器；對于假期儀器較長時間不試驗的，也應定期開機清洗，否則鞘液會在儀器內部結晶，致使很多配件損壞。流式細胞分析儀有個主要部件是激光器，激光器不宜頻繁的反復開關，因此，該儀器一般一天只開機一次，關機一次，從而延長激光器使用時長，降低儀器維修成本（如更換一個流式355nm激光器約需50萬人民幣）。

另外，日常試驗中，樣品制備也很關鍵，如流式、液相色譜儀檢測的樣本，上樣前均需要選擇合適的濾膜過濾，以免樣本團塊堵塞儀器，造成儀器故障。

2.4 大型儀器設備的特殊維護

大型儀器多為進口設備，一旦發生故障，維修費用較高。因此，儀器除了每日常規維護外，需要技術人員做好一些特殊維護，比如流式細胞分選儀上的管道接頭因頻繁拔插，接口處的O圈容易老化，從圖2可以看出，新的鞘液桶液流管接口O圈表面光滑整潔（圖2B），但老化的O圈表面凹凸不平，甚至出現許多毛刺（圖2C箭頭指示處）；分選用的噴嘴常因頻繁使用而耗損上面的紅色小O圈，圖2E是熒光倒置顯微鏡下觀察的脫落的噴嘴O圈（直徑70～130μm，肉眼看不清，因此需用顯微鏡查看），從圖可知，其磨損嚴重，四周已不平整；工作人員應定期檢查儀器上的這些部件，若發現老化的O圈則及時更換，避免儀器出現更大的故障。多功能酶標儀、紅外激光圖像成像系統等需要定期除塵以確保其檢測靈敏度。使用率高的儀器，還應定期進行數據清理與備份，以保證工作站的正常速度。

圖2 流式細胞分選儀O圈老化情況

針對大型儀器配件維修昂貴的問題，可以與原廠家商討購買相應的維修保養合同。為節約維護成本，分三類處理：①不容易故障的儀器，如醫學院平臺的紅外激光圖像成像系統，2011年購置，運行十年，總共故障一次，維修費幾千元，這類儀器可不買任何維保合同，有問題及時報修即可。②儀器只有某些配件容易老化損壞，則購買年度保養包或配件維保，費用相對較低，亦能保障儀器的正常運行。③購置五年以上，且多個配件均可能老化的儀器，建議購買整機維保。這種方式維修效率高，能促進儀器高效運轉。

2.5 注重設備的升級改造、功能拓展

正所謂儀器“不怕用壞”“就怕放壞”，一些使用率低下的大型儀器若長時間不開機，種種原因最終導致儀器無法工作，大大降低了儀器的使用效益[16]。工作人員應對此類儀器進行功能拓展，使其服務于更多科研方向，從而提高其利用率。一些使用率較高但因購置年代較久的儀器則需要及時升級改造，使其適應日新月異發展的科學研究的需要，老驥伏櫪，志在服務，充分發揮大型儀器的內涵價值，比如十年前，實驗室轉染細胞系一般多用GFP，那時候購置的流式細胞分析儀僅配備了檢測GFP的激光器，隨著科研的發展，熒光蛋白家族逐漸豐富，需要儀器升級激光器種類才能檢測到更多的靶信號。單細胞組學研究亦是近年來發展起來的研究熱點，這也需要舊的流式細胞分選儀升級孔板分選模塊，從而滿足單細胞研究的需求，提高儀器運行效率，使大型儀器繼續發揮余光余熱。如Jia等[17]對流式細胞分選儀Aria SORP型設備進行了拓展研究，建立了國際前沿技術——染色體分選技術，不僅填補了國內該技術項目的空白，而且成為國際上首次以“石英杯中激發原理型設備”實現這項技術的單位，測試水平已達國際前沿，大大提升了儀器的應用價值。

2.6 建立合理的收費體系，形成“以機養機”良性循環

大型儀器運行成本包含設備折舊費、維修費或維保費、試劑耗材費、水電房租費、人員勞務費等。有些單位僅注重儀器的建設，卻忽視了后面的維護保養，缺乏維修資金的投入，使很多大型儀器一旦故障了，無法及時維修，影響后續試驗的開展。部分大型儀器貴重配件損壞后，得不到維修，成了待報廢設備。因此，大型儀器持有單位，尤其像公共技術平臺，應按儀器運行成本進行定價核算，兼顧參考國內兄弟單位收費標準，制定合理、可行收費體系，從而解決大型儀器運行過程中的經費不足等問題，形成“以機養機”、“優質共享”的良性循環。

3 結束語

綜上所述，做好高校大型儀器的維護保養工作對提高設備利用率有著至關重要的作用。只有重視維護這一項工作，降低儀器故障率及維修成本，才能促進儀器的共享使用，提高科研產出比，為一流的科學、教學與學科建設提供高效優質的服務。本文通過借鑒國內外實驗室經驗，結合自身情況，從實驗室布局，制度建設，大型儀器日常和特殊維護，設備升級改造等方面進行了探索，相關實踐方法可為大型儀器的管理維護提供一定的參考。工欲善其事必先利其器，只有有效地維護保養好大型儀器，才能用好大型儀器，充分發揮大型設備的科研價值與社會效益。