基于三重四级杆液质联用的大型仪器管理方法探讨

王雪颖， 焦玉佩， 许丽娜， 王昱淞， 刘晓蕙

（清华大学蛋白质研究技术中心，北京100084）

0 引 言

随着生命科学的快速发展和国家双一流建设项目的不断推进，公共设备设施平台的基础作用日益凸显。大型仪器设备作为平台建设的基础，在科学研究，人才引进和培养、社会服务和贡献等方面发挥着举足轻重的作用［1-3］。公共平台建设俨然成为高校扩大知名度的一个重要门户，而大型仪器设备作为平台建设的核心，自然而然成为高校提高社会影响力之“重器”。如何打好这张“王牌”，使其在众多科研单位中脱颖而出，成为行业中佼佼者是每个单位须深思熟虑的难题。探索大型仪器设备的有效管理方法，提高仪器利用率，充分发挥仪器设备在科研以及社会服务等方面的作用，已成为高校的一项十分重要工作。

三重四级杆液相色谱与质谱联用的大型仪器由于其灵敏度高、线性范围宽、抗污染能力强等独特的优势，在学术研究领域尤其是生物医学基础研究之重器。蛋白质研究技术中心代谢组学平台的三重四级杆液相质谱联用仪是面对国内外科研人员开放的大型仪器［4-5］。该仪器购置于2014 年，截至2019 年6 月已承担了20 664 个样本的测试，总机时数共计17 168 h，是校级平台中仪器使用率较高的仪器之一。现以代谢组学平台的三重四级杆液相质谱联用仪为例，通过分析探讨目前大型仪器设备管理中常见的问题，提出并分享了在仪器管理、使用效率、服务项目开放、机器维护等方面的一些管理措施及经验，以供其他仪器管理者参考。

1 目前大型仪器管理中普遍存在的问题

目前大型仪器管理常用的模式为平台上配备专职的老师或技术员负责仪器的日常使用和维护，学生按要求制备样品后可由专职人员负责上机操作或经培训考核通过的学生独立自主上机操作，最后将数据结果以报告的形式给学生。在这种常规管理模式下，平台运行可能遇到的问题有［6-9］：①大型仪器设备配备了专职人员管理，只能够保证仪器正确的操作和维护，不能满足高校科研人员对科学前沿项目的支撑工作。专职人员的专业和经验不足，缺少方法开发能力，不能根据最新的科学研究热点，开发相应的仪器方法来发挥仪器的优势，直接影响仪器的利用率。②学生对仪器原理、功能和数据后处理等不了解，或导致前期制备的样品与仪器不兼容，或后期拿到数据后无从下手，进而浪费了实验成本，延长了实验周期。③关于仪器运行维护等问题，一旦仪器设备损坏，维修价格昂贵，机组往往无力承担，造成了仪器故障或停用等现象。④难以平衡大型仪器设备资源共享，我校的仪器对校内、校外科研院所和社会机构等单位开放使用，协调平衡用户共享使用机时难的问题。

此外，仪器管理员与学生之间沟通不畅，平台服务的满意度，平台仪器管理员的专业技能和人员的稳定性等，直接影响测试的结果。由此可见，依据仪器本身的特点，整合现有三重四级杆液相质谱联用仪器的运行和管理经验，解决遇到的实际问题，探讨大型仪器的普适性、寻找行之有效的管理方法迫在眉睫。

2 现有经验和管理方法的探讨

2.1 配备专业技术员，推行规范化管理

工欲善其事必先利其器，大型仪器设备技术含量高，需要有高水平的实验技术人员管理和操作才能充分发挥作用。对于大型仪器设备管理岗位要求，不能满足于简单地开机关机，而是要能够充分利用仪器优势和性能，开展相关的科研项目和实验服务，进而保证仪器的利用率［10-11］。机组管理人员需要一定的专业知识背景和实践能力。代谢组学平台的三重四级杆液相质谱联用仪，配备了1 名事业编高级工程师主管和1 名专职技术员。该仪器主要是以目标物检测为主，因此大量工作都是根据特定化合物的特定性质进行不同的方法优化。针对代谢物的不同性质，建立和优化相应的仪器方法以供测试服务。这就要求专职技术员不仅要熟悉仪器原理，能熟练地掌握测试技能和技巧，同时也要适时参加专项技术培训，深入科研领域，对生命学科前沿动向有所了解，与时俱进，及时开发相应的测试方法来满足科研需要。同样，为了加强校级科研平台的技术支撑与测试服务能力，鼓励平台技术人员钻研技术、乐于服务、专心工作，平台制定了内部职级评定制度，学校设立了“清华大学实验室创新基金”等奖励机制。

无规矩不成方圆，代谢组学平台建立了一系列的大型仪器设备管理制度，包括“样品的制备方法”“仪器使用管理制度”“实验室安全管理制度”“平台仪器收费管理办法”等［12］，涵盖从样品制备，到机时预约，再到数据后处理，以及费用结算等整套工作规则和流程。对于进入实验室进行实验的学生，须接受实验室安全培训。学生需要先观看学院发布的安全视频，再通过安全问卷测试，最后签订实验室安全责任书。经过合格培训，才能进入实验室做相关实验。由于三重四级杆液相质谱联用仪的因其专业技能要求较高，该仪器未开放学生独立操作的权限，由专职技术员负责样品上机和后续数据处理。为对仪器规范化管理，中心建立和健全切实可行的仪器管理规章制度，保证仪器的使用和运行有章可循、有规可守。

2.2 开发新的测试方法，扩大服务群体

代谢组学的出现是生命科学研究的必然。在20世纪90 年代中期发展起来的代谢组学，是对某一生物或细胞中相对分子量小于1 000 的小分子代谢产物进行定性和定量分析的一门新学科。代谢组作为系统生物学的重要组成部分，在临床医学领域具有广泛的应用前景［13-15］。代谢小分子种类繁多，化合物的性质从极性到非极性跨度较大，小分子的含量差异也比较大，很难实现一个仪器方法囊括所有的代谢物。基于三重四级杆质谱仪的靶向分析特性，从核心碳代谢通路出发，利用标准品建立了集中在能量代谢的靶向代谢组学分析方法，这为非靶向代谢组学分析提供了一个有力的补充，该方法已经为校内外50 多个实验室提供了技术服务。基于三重四级杆质谱仪的高灵敏度的优势，建立了一系列低丰度代谢产物的分析方法，该方法有助于痕量代谢产物的检测，可以代替昂贵的试剂盒。基于生命学科新的研究热点，如肠道菌群与宿主的相互作用研究，建立了针对肠道菌群代谢产物的高通量靶向分析方法。该方法建立后短短几个月时间，已经为石河子大学和四川大学以及校内多个实验室提供了相关的技术服务，分析样本多达上千例。图1 是2014～2018 年度三重四级杆液质联用仪的测试样本数和机时数的汇总，从图中明显看出，2014 ～2015 年是该仪器测试项目发展的快速期，2016 ～2018 年已经进入了样本数和机时数的稳定期，在不断开发项目的基础上，这几年稳中有进。

图1 2014 ～2018年度三重四级杆液质联用仪的测试样本数和机时数

利用仪器的本身的特性，根据客户需求和最新的科研动向，技术人员需要不断的开发新方法，增加仪器的新功能，保证仪器的使用效率，扩大仪器的应用范围，进而促进代谢组学平台的快速发展。

2.3 跟进测试项目，提高服务质量

三重四级杆质谱仪的服务项目很多，仪器管理员需要在测样之初就了解清楚学生的实验目的，推荐合适的检测项目，跟进相应的数据结果，帮助学生高效完成测试目的。在用户使用大型仪器时，要求用户填写样品信息登记表，以便追踪整个测试项目。关于数据分析的结果，如果学生有疑问的地方可以与仪器管理员讨论，以便找到出错点或者新的思路。对于致谢该仪器参与的科研类文章，中心设立了奖励机制，学生可以用文章相应的影响因子来抵消一部分测试费用。这不仅方便中心统计每年平台仪器支撑的文章总数，同时也有利于与客户建立良好的合作关系，口口相传，从而吸引到更多用户。

为了进一步提高平台的服务能力与水平，每年学校举办一次校级平台仪器年度调查问卷。根据问卷反映出来的问题，积极主动地去改善，以实现大型仪器设备的良性运转和可持续的发展。

2.4 建立维保机制，保证有效机时

仪器的维护是仪器管理的重要内容，是一项技术性较强的工作。仪器只有在精心管理维护下，才能保证有效运行机时，进而延长仪器的使用寿命。日常维护包括仪器的定期校正、清洗等，由仪器管理员完成。而仪器的故障需要由专业的厂家维修工程师来负责。学校充分运用仪器厂家的售后维护服务，仪器发生故障时，及时按照售后协议对其进行维修或更换配件，保证仪器设备连续完好运转。所以平台的三重四级杆液质联用仪，在仪器购置阶段就与厂家建立了长期仪器保修协议。大型仪器需要稳定充足的运行经费来支撑。除了专项维修基金外，本着公平、公开、透明的原则，以非营利为目的，在核算了大型仪器的实际的运行成本和调研了同行业收费标准的情况下，建立了收费机制。有偿服务是核算大型仪器设备机组投入产出绩效的必要前提，也是防止大型仪器设备被过度滥用的调控手段［16］。

2.5 建立全时段运行体系，缩短预约周期

基于互联网的自动化信息管理系统，中心建立了仪器共享服务平台。该平台具有共享大型仪器设备的机时查询和预约、费用结算等功能，方便校内外用户关注仪器使用状态。另外，用户还可通过电话、邮件以及现场预约等方式与仪器管理员确认仪器上机时间。三重四级杆液质联用仪由于检测项目种类较多，用户自主约样经常遇到机时预约过多或过少等问题。为了保证仪器的利用率和缩短用户的预约周期，仪器管理员需要将相同的检测项目安排在同一时段，并准确计算出需要的机时。如有遇到特殊情况，用户可以提前与仪器管理员联系沟通。如果取消预约，用户需要提前48 h电话联系仪器管理员。

作为国家级蛋白质科学研究平台和清华大学校级科研与公共服务平台的中的一台共享仪器，三重四级杆液相色谱与质谱联用的大型仪器承载着很多校内外科学研究和社会服务的工作。为了保证充足的机时，该仪器实行7 d × 24 h 全时段运行机制。为此，该仪器配备了24 h监控摄像头，仪器管理员可以在手机上实时看到仪器的状态。如在非工作时间段发现仪器有问题，可第一时间联系校内助管人员到现场解决问题，实现远程控制。不仅提高了仪器的使用效率，同时还减轻了仪器管理员的工作量，为共享大型仪器设备实现全时段运行模式提供了有力的保障。

3 结 语

基于三重四级杆液质联用仪的质谱法是一种非常灵敏和特异性的分析方法，可以精确地对样品进行定性和定量分析，超越了许多传统分析技术。它作为领先的分析技术，帮助科研人员应对最具挑战性的科学问题，而三重四级杆液质联用仪作为基础科学研究中最常见和常用的大型仪器之一，它的管理方法和经验具有很强的代表性和借鉴性，可为其他大型仪器的管理和应用提供相关思路。