LIMS中物联网技术应用研究

陈力帅

摘要：近年来，实验室信息管理系统（LIMS，Laboratory Information Management System，以下简称LIMS）被广泛应用于各类实验室和检测机构。随着物联网等新一代信息技术革命的浪潮袭来，LIMS的发展也迎来了新的契机，开放式互联、更智能的服务、多维度实时监控等新的特征陆续出现。文章通过对关键物联网技术的应用分析，展望LIMS和物联网集成的共赢前景。

关键词：物联网；实验室信息管理系统；RFID

中图分类号：TP392 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）16-0051-03

1 概述

信息技术的不断进步引领了第三次工业革命，决定了未来的实验室一定是数字化的，不仅实验室的业务、技术是数字化的，实验室的运行和管理也是数字化的。LIMS迎合了这个需求，同时也是实验室发展的必由之路。

物联网的诞生，让物理世界和信息世界更加紧密地联系在一起，它按照一定的协议，把实物与网络连接进行信息的交换和互通，实现智能识别、定位、监控和管理。

本文将介绍LIMS的历史与发展现状，研究分析基于物联网的下一代LIMS，讨论其体系架构和热门技术，并通过技术的优劣比较，展望物联网技术在LIMS中的应用前景。

2 LIMS的历史与发展

20世纪60年代，美国的一部分高等院校、研究所以及化学公司开始研究和使用计算机和局域网系统处理和分析化学数据，可以认作是LIMS的雏形。到80年代，出现了商品化的LIMS产品，这标志着LIMS研究开始走出理论和小范围的应用，有了更为广泛的空间和商业价值。进入90年代，LIMS由封闭的商品化的软件转向开始强调用户灵活配置的开放性系统，先后出现基于C/S架构和B/S架构的系统，从最初仅仅完成数据的存储和有限的网络功能，发展到现在可以处理海量的数据并具备较为完善的管理功能。

在以“云计算”和“物联网”为代表的新一轮技术变革的推动下，LIMS的未来发展将呈现以下三个特点：

2.1 LIMS与仪器设备的集成

如何同时在统一的远程控制的界面下直接采集并处理各种仪器设备的数据将是LIMS技术研究的重要内容。近年来，许多仪器厂商提供了数据的标准输出格式（CSV），也出现了一些由第三方厂商研制的LIMS与仪器联接的标准接口技术，采用内部采集软件与各种分析设备实现双向的通讯，为实现LIMS与仪器设备的无缝集成增加了可能性。

2.2 基于物联网技术的LIMS

物联网包括了多项信息技术，它们都是利用各种信号传感设备，通过基础网络实现人与物、物与物的互联。借助物联网的射频技术和传感网络检测技术，LIMS能够自动快速识别物资对象并获取相关数据，实现实验室范围内物品的实时跟踪与信息共享，从而为实验室提供智能、全面的管理。

2.3 基于云计算模式的LIMS

在使用基于云计算SaaS平台的LIMS时，用户只需为自己需要功能付费，不必再在硬件、软件、专业技能以及系统的升级维护方面进行任何投资，以低廉的成本获取较高的应用价值。但云计算模式下，用户的所有数据在云端托管，显然，如何提供机制保证用户数据安全性是云计算未来发展需解决的重要问题。

3 物联网技术在LIMS中的应用

“The Internet of things”是物联网的英文名称。物联网最重要的特征之一就是开放，它的分层理论，把系统分成了数据获取层、数据传输层、管理与计算层、应用和服务层，而物联网的主要应用体现在了数据获取层。下面将针对几项较为热门的物联网技术进行应用分析。

目前在LIMS中应用最为广泛的技术是条形码技术。接收样品的时候，在LIMS系统中输入样品的各种信息，打印条形码，在检测的各个环节中，检验人员通过条码枪扫描样品的条形码，即可完成信息的录入，提高检测工作的效率和数据的准确度，现条形码技术主要用于样品的录入、流转、保存、处置等。

虽然条形码技术快捷有效，且成本低，但也存在着一些显而易见的缺点：

（1）条形码的信息容量较小，目前主流的条形码信息容量在三十个字符左右，通常的办法是建立信息数据库，通过数据关联来获取样品的信息。所以一旦失去数据库的支持或是网络限制，条形码的功能将大大局限。

（2）样品的条形码可能在检测、流转发生磨损，导致条形码的无法识读，从而影响数据的录入。

二维码技术是在传统条形码基础上发展起来的一种新的编码技术，它将条形码的信息空间从线性的一维扩展到平面的二维，相比条形码具有以下优点：

（1）信息容量更大，二维码可以存储1000多个字符，且能够存储中文。

（2）抗损性强，二维码采用了故障纠正的技术，使得其遭受污染及破损后数据仍保持完整，即使受损程度高达50%，仍能够读出原数据。一维条形码在经过传真和影印之后便无法识别，而二维码不受影响，在手机屏幕上都能使用，大大提高了使用的便捷性。

在LIMS系统中二维码的应用并不是很多，大多数的LIMS系统对样品的数据量要求并不是很高，主要是利用二维码技术的可靠性，在打印报告的时候，对相关信息二维码化，保证报告的权威性和可追溯性。

RFID的全称是Radio Frequency Identification，中文名称叫射频识别，也称做电子标签，在门禁安防系统、车辆管理、物流系统等领域有着广泛的应用。

RFID技术实现了同时识别多个标签，标签的抗污染能力和耐久性强，射频具有穿透性和无屏障阅读的特点，相对于二维码更加的方便。此外，RFID标签上的数据还可反复编辑修改，在实验室可进行循环使用，将一次性成本转化为长期摊销的成本。RFID的弊端则在于价格的昂贵，以及系统建设的复杂。在LISM中采用RFID技术替代条形码，可以给每个样品发放电子标签，能实现多个样品信息的一次性读取，电子标签数据可以反复修改，降低损耗。也可以给每个检验人员放电子标签，可以实现检验过程中对人员信息快速录入与身份验证等功能。

室内定位是指在室内环境中实现位置定位。例如苹果公司通过低功耗蓝牙技术开发出一个十分精确的微定位技术命名为iBeacons。通过此技术，设备可以接收一定范围由其他iBeacons发出来的信号，同时也可以把你的信息在一定范围内传给其他用户。它不需要认证配对，信号可以精确到毫米级别，并且最大可支持到50m的范围，功耗低。运用该技术，LIMS将实现对样品、仪器设备、人员等因素的物理信息管理，可以知道跟踪样品流转的轨迹和存放的位置，定位仪器设备摆放的位置并可以对贵重设备现实防盗预警，可以知道人员的即时位置，对人力资源进行更好地调配等等。

LIMS作为一种先进的管理工具，引入物联网技术后，功能将更加强大，性能显著提高，特别是在大型的实验室管理中，RFID等技术将大大减少手工录入的工作量，而iBeacons技术将在LIMS系统中实现地理信息的集成，实验室管理将更为全面和有效。

4 挑战和展望

（1）标准的统一。在LIMS系统的设计中必须遵循物联网相关技术的标准，才能在集成的过程中实现预期的目的。但目前如何使得行业标准与物联网标准兼容互通是亟需解决的问题。

（2）技术的更新换代。物联网概念下的新技术层出不穷，很多技术还没实现真正的应用，就被更新的技术所取代，LIMS建设中必须结合实验室的实际情况，选择最适合自己的技术，切实提高效率，达到建设目的，同时也要计算成本，量入为出，如RFID技术虽然先进，但投资成本高，且各个品牌产品的性能不尽相同，并不是每个实验室都真正需要。

（3）制度管理和信息系统的更高要求。物联网技术的引入，将实现人、设备、样品等物理要素的信息化，系统的数据量将明显增加，对软件系统和数据库以及服务器的性能都提出了更高的要求。同时电子标签的发放或是室内定位的实现，将曝露人员工作的状态、位置甚至一些敏感的信息，这也需要管理制度的不断完善，保证人员对技术的接纳和对LIMS的认可，这也是系统有效运行的关键。

参考文献

[1] 王伟，毛文君.基于物联网的新一代实验室信息管

理系统探讨[A].第三届全国医学科研管理论坛暨江苏省医学科研管理学术年会论文集[C].2011.

[2] 牛小娟，李亚东.基于条形码技术的实验室信息管理系统设计与实现[J].实验室科学，2013，（4）：112-114.

[3] 张丽敏.实验室信息管理系统（LIMS）在第三方检测实验室的实施及应用[D].中国海洋大学.

[4] 肖作贵.基于LabVIEW与RFID技术的实验室信息管理系统[D].哈尔滨工业大学.

[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.

室内定位是指在室内环境中实现位置定位。例如苹果公司通过低功耗蓝牙技术开发出一个十分精确的微定位技术命名为iBeacons。通过此技术，设备可以接收一定范围由其他iBeacons发出来的信号，同时也可以把你的信息在一定范围内传给其他用户。它不需要认证配对，信号可以精确到毫米级别，并且最大可支持到50m的范围，功耗低。运用该技术，LIMS将实现对样品、仪器设备、人员等因素的物理信息管理，可以知道跟踪样品流转的轨迹和存放的位置，定位仪器设备摆放的位置并可以对贵重设备现实防盗预警，可以知道人员的即时位置，对人力资源进行更好地调配等等。

LIMS作为一种先进的管理工具，引入物联网技术后，功能将更加强大，性能显著提高，特别是在大型的实验室管理中，RFID等技术将大大减少手工录入的工作量，而iBeacons技术将在LIMS系统中实现地理信息的集成，实验室管理将更为全面和有效。

4 挑战和展望

（1）标准的统一。在LIMS系统的设计中必须遵循物联网相关技术的标准，才能在集成的过程中实现预期的目的。但目前如何使得行业标准与物联网标准兼容互通是亟需解决的问题。

（2）技术的更新换代。物联网概念下的新技术层出不穷，很多技术还没实现真正的应用，就被更新的技术所取代，LIMS建设中必须结合实验室的实际情况，选择最适合自己的技术，切实提高效率，达到建设目的，同时也要计算成本，量入为出，如RFID技术虽然先进，但投资成本高，且各个品牌产品的性能不尽相同，并不是每个实验室都真正需要。

（3）制度管理和信息系统的更高要求。物联网技术的引入，将实现人、设备、样品等物理要素的信息化，系统的数据量将明显增加，对软件系统和数据库以及服务器的性能都提出了更高的要求。同时电子标签的发放或是室内定位的实现，将曝露人员工作的状态、位置甚至一些敏感的信息，这也需要管理制度的不断完善，保证人员对技术的接纳和对LIMS的认可，这也是系统有效运行的关键。

参考文献

[1] 王伟，毛文君.基于物联网的新一代实验室信息管

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[2] 牛小娟，李亚东.基于条形码技术的实验室信息管理系统设计与实现[J].实验室科学，2013，（4）：112-114.

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[4] 肖作贵.基于LabVIEW与RFID技术的实验室信息管理系统[D].哈尔滨工业大学.

[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.

室内定位是指在室内环境中实现位置定位。例如苹果公司通过低功耗蓝牙技术开发出一个十分精确的微定位技术命名为iBeacons。通过此技术，设备可以接收一定范围由其他iBeacons发出来的信号，同时也可以把你的信息在一定范围内传给其他用户。它不需要认证配对，信号可以精确到毫米级别，并且最大可支持到50m的范围，功耗低。运用该技术，LIMS将实现对样品、仪器设备、人员等因素的物理信息管理，可以知道跟踪样品流转的轨迹和存放的位置，定位仪器设备摆放的位置并可以对贵重设备现实防盗预警，可以知道人员的即时位置，对人力资源进行更好地调配等等。

LIMS作为一种先进的管理工具，引入物联网技术后，功能将更加强大，性能显著提高，特别是在大型的实验室管理中，RFID等技术将大大减少手工录入的工作量，而iBeacons技术将在LIMS系统中实现地理信息的集成，实验室管理将更为全面和有效。

4 挑战和展望

（1）标准的统一。在LIMS系统的设计中必须遵循物联网相关技术的标准，才能在集成的过程中实现预期的目的。但目前如何使得行业标准与物联网标准兼容互通是亟需解决的问题。

（2）技术的更新换代。物联网概念下的新技术层出不穷，很多技术还没实现真正的应用，就被更新的技术所取代，LIMS建设中必须结合实验室的实际情况，选择最适合自己的技术，切实提高效率，达到建设目的，同时也要计算成本，量入为出，如RFID技术虽然先进，但投资成本高，且各个品牌产品的性能不尽相同，并不是每个实验室都真正需要。

（3）制度管理和信息系统的更高要求。物联网技术的引入，将实现人、设备、样品等物理要素的信息化，系统的数据量将明显增加，对软件系统和数据库以及服务器的性能都提出了更高的要求。同时电子标签的发放或是室内定位的实现，将曝露人员工作的状态、位置甚至一些敏感的信息，这也需要管理制度的不断完善，保证人员对技术的接纳和对LIMS的认可，这也是系统有效运行的关键。

参考文献

[1] 王伟，毛文君.基于物联网的新一代实验室信息管

理系统探讨[A].第三届全国医学科研管理论坛暨江苏省医学科研管理学术年会论文集[C].2011.

[2] 牛小娟，李亚东.基于条形码技术的实验室信息管理系统设计与实现[J].实验室科学，2013，（4）：112-114.

[3] 张丽敏.实验室信息管理系统（LIMS）在第三方检测实验室的实施及应用[D].中国海洋大学.

[4] 肖作贵.基于LabVIEW与RFID技术的实验室信息管理系统[D].哈尔滨工业大学.

[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.