提高显微成像仪器使用效率服务科研教学的实践

刘如明，缴 莉，龙加福

仪器设备购置与管理

提高显微成像仪器使用效率服务科研教学的实践

刘如明，缴 莉，龙加福

（南开大学 生命科学学院，天津 300071）

该文以南开大学生命科学学院公共实验平台下属显微成像平台为例，不断完善各项管理机制，大力培养专业技术人才，严格执行有效的培训程序，运用网络管理系统调配资源并合理规划使用仪器设备。通过各种举措，在保证仪器精密度的同时大大提高仪器的使用率，延长使用寿命，切实做到开放共享，充分发挥了显微成像仪器对科研创新和教学的服务及支撑作用，促进了生命科学等相关学科研究的快速发展。

显微成像仪器；仪器共享；网络管理

显微成像是生命科学研究中的重要研究手段，广泛应用于细胞生物学、遗传学、免疫学、分子生物学、生物化学等学科[1]。在生命科学日新月异的今天，显微成像仪器对促进学科进步、培养高水平科研人才、提高教学水平起着不可替代的作用[2-3]。显微成像平台（以下简称平台）是南开大学生命科学学院公共实验平台的重要组成部分，平台的发展也是衡量学院学科建设和科研水平的重要指标，对培养学生的创新能力，提高科研水平起着重要作用[4-5]。显微成像平台自2008年成立以来，一直秉承着开放共享、服务科研教学的理念，不断提高实验技术水平，及时增添先进设备，以满足日益增长的教学科研需求。本文结合多年来建设和管理显微成像平台的经验，对如何管理好显微成像仪器，提高仪器的使用效率，保证仪器性能等进行多方面思考和探索，以实现仪器设备的科研价值，更好地服务学校生命科学领域的教学与科研。

1 建立科学完善的管理机制，保证仪器的可持续运转

近年来，随着国家科研投入的不断增强，各高校及科研机构的显微成像仪器数量增长迅猛，在使用和管理上也出现了一些不尽如人意的现象[6]。有些仪器疏于管理，无法得到有效应用；有些仪器缺乏系统的培训机制，极大地限制了仪器的使用率；有些仪器缺少维护导致仪器性能严重下降。当前科研对显微成像的需求越来越大，为了提高显微成像仪器的使用效率以满足需求，平台一直在探索合理的管理模式，在保证仪器性能的前提下，强化管理，开放共享，物尽其用，提高仪器使用效率。比如，平台内一台2007年购置的激光扫描共聚焦显微镜至今仍服务于科研第一线，图像成果优异，为学院承担的各类科研项目提 供强有力的技术支持，多年来一直保持年机时在1600 h 左右。

1.1 专业技术人才培养，提高显微成像平台软实力

显微成像平台现有超高分辨活细胞显微成像系统、激光扫描共聚焦显微镜、全自动活细胞工作站、高级正置荧光显微镜和显微激光切割等共7台仪器，这些都是光学精密仪器，价格昂贵，7台仪器总价值超过1200万元人民币。仪器功能强大，应用广泛，操作复杂，任何不当操作都会对仪器造成损伤，为此本平台配备了专业技术人员，负责仪器的应用、开发、培训和维护等工作。专业技术人员是科研人员和仪器之间的纽带，仪器的开发使用情况与技术人员的业务水平相关。各课题组人员流动性大，无法保证固定的、能够熟练操作仪器的使用者，这就需要仪器负责人提供技术支持来保证仪器使用的连续性。如何更好地使用仪器，仪器可以实现哪些功能和应用，技术人员起到了关键作用，特别是在研究中新开展的课题需要建立研究方法的时候。

显微成像平台专业技术人员每天都接触各个课题组送来测试的样品，测试内容和条件不一，这就需要技术支持人员有良好的生物学实验背景，以解决各种样品的实验需求。为了提高设备技术人员专业素质和管理能力，我们采取了以下方案。第一，平台会不定期邀请相关厂家的应用工程师开展显微成像仪器应用及发展前沿讲座；第二，技术人员积极参加显微成像领域的各大会议，以便和业内人士进行技术上的交流和沟通；第三，技术人员定期与学院有丰富经验的教授进行学术上的应用交流，充分了解他们的科研项目对仪器的需求和实验目的；第四，收集仪器使用者的使用反馈，归纳整理反馈信息，总结仪器的使用情况并作出改进。如今生命科学发展迅速，技术支持人员在掌握现有实验技术的同时，需要不断学习新技术，充分开发仪器的应用，才能提高仪器使用率，跟上学科发展的步伐[7]。

1.2 有章可循，根据仪器特性制定规章制度

显微成像仪器使用率高，正常工作时段不能满足需求，为此，本平台仪器全部24 h开放使用，为了保障实验室安全，制定了《显微成像平台安全使用规范》《预约及严格使用仪器程序》《显微成像仪器违规操作的具体处理办法》等一系列的规章制度。要求进入仪器室的每个实验人员遵守各项规定。

显微成像仪器特别是高端显微镜，如激光扫描共聚焦显微镜、超高分辨显微镜等有严格的操作程序，如果不按规定使用仪器，往往得不到准确的结果，严重的还会损坏仪器。本平台根据仪器特性和使用方法编写图文并茂的《简明仪器操作规程》和使用规范，张贴在仪器旁边显著位置，以便指导学生按程序合理规范地使用仪器。

1.3 网络化管理，提高工作效率

显微成像类仪器应用非常广泛，生命科学、医学、药学、化学等学科都会用到这类仪器。为了促进各学院学科的资源共享，本平台所有仪器均加入学校大型仪器平台，实行网络化管理，使用者可以查询到仪器型号、技术指标、应用范围、管理员、收费标准等信息，实行网络预约、管理、收费的机制。

由于网络的便捷，科研工作者在需要使用仪器时即可快速地通过网络搜索查询相关仪器信息、联系预约并最终使用，这大大地节约了科研工作的时间。网络平台上仪器使用预约一览表可以直观地查看仪器的预约使用情况，方便预约使用，极大地解决仪器空置、使用时间冲突、使用率低等问题。

此外，由于网络的大数据功能，管理员可以通过网络计费收费，统计仪器使用量和使用效率，提高了工作效率。

1.4 合理收费，专款专用，保证仪器的长期运行

众所周知，显微成像仪器价格昂贵，运行成本和维修保养的费用都很高。本平台的仪器已运行多年，需要定期校正光路，更换部分老化部件，如果后期维修费用不能到位，仪器出了故障不能运行只能空置，将造成前期仪器购置经费的浪费。

本平台统计核算仪器运行、维护、维修的成本，参考国内同类仪器的收费情况制定了仪器的收费标准，最后由学院学术委员会讨论通过并公布执行。仪器费用由学校设备处收取管理，收入所得用于仪器日常运行及维修。

2 循序渐进的培训程序，有效提升仪器的使用率

显微成像仪器配置精密，结构复杂，电子集成化高，对人员操作要求极高，而专人操作仪器时间有限。为了延长仪器开机时间，实现仪器全天24 h开放，本平台设置了循序渐进的培训程序，既能保证仪器的规范操作以保证仪器性能，又能提高仪器的使用率。

2.1 送样预约

初次使用或者未通过培训的实验人员，可以送样，由专业技术人员安排时间进行测试。测试时，本平台会根据各自实验的具体要求为实验人员分析样品，确定实验方法，调节仪器各实验参数以达到最有效的图像输出。

2.2 开展实验课程

显微成像平台每学年都有理论及实验课程，每期课程18学时，学生大约60人，理论课负责讲授显微成像仪器的原理和应用部分，帮助全院学生了解显微成像技术和掌握各种显微镜的应用，向他们展示利用本室仪器在各研究领域的研究成果，启发他们在今后的实验设计中加大对大型仪器的应用，深化研究成果，提高科研水平。实验课分小组上机操作，首先讲解仪器的组成和操作规范，再进行仪器演示操作，之后让每位学生亲自操作使用仪器；通过优化的实验设计，让学生们有独自操作仪器的机会，并切身体会仪器的功能及应用。

2.3 定期举行仪器技术培训

对于需要频繁使用仪器并具有良好科研素质和较强动手能力的学生，本平台会定期举行有针对性的仪器技术培训。首先讲解仪器实验原理，然后每个培训人员亲自上机操作，重点掌握仪器的性能、使用技巧及注意事项。完成培训后还需要技术人员带领学生进行数次仪器操作，直到其通过严格的考核。考核通过后即开通仪器使用权限，可在任意时间自行预约仪器使用。

2.4 以老带新，建立“一对一”的仪器使用机制

对于使用仪器较多的课题组，有独立操作权限的学生或者教师，可以“一对一”地带领同一课题组的学生使用仪器。有权限的学生需负责仪器的使用安全，在安全、规范的前提下帮助其他学生使用仪器进行实验，这样可以使同一课题组的实验不受工作时间限制，显著提高课题组的实验效率。

另外，本平台聘请了能够熟练操作仪器的学生当助管，能在非工作时间帮助其他实验人员使用仪器，大大提高了仪器的使用率，满足了不同时间段的实验 需求。

3 合理规划购置仪器设备，打造高水平显微成像平台

近年来显微成像技术发展迅猛，新技术层出不穷。除了了解各类显微成像领域的新型仪器资讯，学习新技术，显微成像平台定期向学院各学科征集显微成像仪器的购置意向，统一做好购置计划。本平台在采购新的仪器前会做好调研，充分论证仪器功能及性能并对同类仪器进行比对，避免重复购置，减少采购成 本[8-9]。目前，本平台已购置一系列显微成像仪器，从荧光显微镜到激光扫描共聚焦显微镜直至超高分辨显微镜，分辨率阶梯式提高，满足教学科研中不同阶段、不同应用的需求。

3.1 高端显微成像仪器

目前本平台配置两台激光扫描共聚焦显微镜，分别是ZEISS LSM710和LEICA TCSSP5，一台超高分辨活细胞显微成像系统GE OMX SR，其中激光扫描共聚焦显微镜分辨率200 nm，结构光照明（SIM）超高分辨活细胞显微成像系统分辨率110 nm，这类仪器设备价格昂贵，操作复杂，对样品和环境要求极高，需要操作人员具备良好的理论基础、科研素质及实验技术。平台在培训上会加大力度，相关考核也会更加严格。

3.2 常规显微成像仪器

本平台配置了最高水平的荧光显微镜，包括两台高级正置荧光显微镜ZEISS AXIO IMAGER Z1和Z2、一台倒置荧光显微镜及活细胞系统ZEISS OBSERVER Z1，分辨率大约为250 nm。这几台仪器皆为全自动显微镜，操作比较简单，大大节约了实验时间，有效提高了实验效率。

3.3 显微切割系统

本平台配置了一台激光显微切割仪LEICA LMD6000，该仪器利用高能脉冲激光切割样品，根据重力作用收集，可以实现对标记细胞或组织样品的准确定位及提取。

3.4 保证显微成像仪器运行环境，有效延长使用寿命

显微成像仪器观察样品时放大倍数为1000倍，如果没有做好防护，空气中微米级别的粉尘颗粒会损害光学透镜，影响成像质量。平台在建立之初就设计配置了150 m2的万级净化实验室，集中放置显微成像仪器，并通过人工气候系统控制温度湿度，保证空间的恒温洁净和干燥。同时设置进出门禁及权限，保证仪器运行环境需求。

4 落实向社会开放，实现资源共享

结合互联网技术的大型仪器设备共享管理系统能够有效整合设备资源，打破科研单位界限，是仪器开放共享共用、提高仪器利用率的有效途径[10-11]。显微成像平台的所有仪器自启用时即加入我校大型仪器平台，并接入“高等学校仪器设备和优质资源共享系统（CERS）”，把仪器设备相关信息发布在平台上，校内外的科研工作者均可查看并预约使用，加大了仪器向社会开放共享的力度。网络化管理模式一方面提高管理效率和管理水平，另一方面，解决了仪器使用者由于信息不通畅无法查询和使用所需仪器等问题[12]。目前，有不少校外机构已经使用过本平台仪器，并获得满意的实验成果，如天津大学、武警医学院、天津农科院、天津工业大学、环湖医院等高校和研究机构。

5 结语

生命科学学院公共实验平台显微成像平台成立已有10年，目前运行良好，仪器使用率高，为本校的人才培养和科研工作做出了巨大贡献。随着我校生命科学的发展和日益壮大，显微成像平台也源源不断地补充先进的仪器和技术。平台在目前建设的条件下也将不断完善管理机制，培养高素质技术人才，学习新的技术，保证仪器的开放共享，促进显微成像平台的可持续发展，为本学科的教学科研事业提供强有力的技术支持和保障。

[1] 杨子贤，王洪星，易小平. 激光扫描共聚焦显微镜在生物科学研究中的应用[J]. 热带生物学报，2013，4(1): 99–104.

[2] 周颖，田在宁，陈凌懿. 生命科学学院公共实验平台建设的探索与实践[J]. 实验技术与管理，2016, 33(1): 236–238, 246.

[3] 胡晓萍，钟叶龙，徐军明. 大型科学仪器设备共享管理方法的研究与实践[J]. 实验技术与管理，2012, 29(7): 215–217, 220.

[4] 陈容容，石雪芹，张金红，等. 提高大型仪器使用效益，提升教学科研整体水平[J]. 实验技术与管理，2011, 28(1): 200–202.

[5] 陈晨，陆乃彦，范大明，等. 大型精密贵重仪器培训体系重构的探索[J]. 实验技术与管理，2018, 35(8): 273–275.

[6] 林海旦，樊冰，俞丹亚. 大型仪器设备开放共享平台全生命周期管理研究[J]. 实验技术与管理，2014, 31(4): 240–242，247.

[7] 赵素然，王宏刚，张金红. 南开大学生物实验教学中心实验技术队伍的现状与建设[J]. 实验室科学，2009, 2(2): 179–181.

[8] 季立光. 高等院校仪器设备采购工作的规范化管理[J]. 实验技术与管理，2007，24(3): 151–154.

[9] 花永盛，徐春生，楚丹琪. 高校仪器设备招标采购的实践与探索[J]. 实验室研究与探索，2017, 36(10): 296–298, 307.

[10] 周颖，田在宁，龙加福，等. 融合多种管理模式完善仪器平台建设[J]. 实验技术与管理，2017，34(11): 241–243, 254.

[11] 魏春红，翟天任. 浅析高校大型仪器设备资源共享信息平台的构建及发展趋势[J]. 新西部（理论版），2012, 8(5): 26– 27.

[12] 邹月利，徐雅琴，白靖文，等. 化学实验中心仪器设备网络管理平台的建设与实践[J]. 实验室科学，2013, 16(4): 74–76, 79.

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

刘如明（1982—），女，海南儋州，硕士，实验师，主要研究方向为显微成像仪器管理与教学。E-mail: liurm@nankai.edu.cn