高校大型仪器有效维护保养方法的探索*

黄莹莹

浙江大学医学院公共技术平台 浙江 杭州 310058

引言

大型仪器是高校及科研院所赖以生存的基础，是开展知识创新、技术创新的必要工具，是建设“双一流”、培养高水平科研人才、服务社会的重要条件[1]。随着高校教育水平和科研水平的提升，教学与科研对高水平分析测试的依赖性在不断加大，大型仪器在科研中的支撑作用也日益增强[2-3]。但大型仪器一般价格昂贵、结构复杂、专业性强，目前高校实验室普遍面临着仪器管理制度滞后、设备维护保养难等诸多问题[4-5]。同时，随着实验室大型仪器数量的迅速增长，如何做好设备的日常管理与维护，提高实验室仪器使用寿命和效率，让大型仪器在高校的教学、科研和社会服务中充分发挥作用等问题日益突出[6-8]。

大型仪器主要应用于知识创新这一科技创新的上游环节[9]，要最大化仪器的作用，必须探索有效的大型仪器维修保养方法，降低仪器故障率，充分发挥其最大使用效益，提升仪器在科学试验研究与科技创新中的作用，这对进一步推动“双一流”建设，有着重要意义。浙江大学医学院公共技术平台（以下简称“医学院平台”）成立于2010 年，经过十余年发展，目前拥有大型仪器150余台，服务用户数4400多个，服务总机时数60余万小时，分析测试任务非常繁忙，因此，本文以医学院平台为例，研究探讨如何做好高校这些大型设备的维护保养工作的问题，从而保证大型仪器正常运行，实现其高效率低故障的优质共享模式，期望可以为其他单位大型仪器的开放提供借鉴和参考。

1 大型仪器维护保养中存在的问题

大型仪器保修期限短，配件价格高，不仅需要按照正确的步骤操作，还要定期对仪器进行保养和维护。但多数实验室只管使用，却不重视仪器的保养，维护工作严重不到位。

1.1 实验室布局不合理

大型仪器设计精密，运行条件苛刻，设备放置环境要求高。但很多实验室在放置大型仪器前并没有预先设计合适的位置，看着哪里空放哪里，仪器多了，散热不好，就临时在墙上打孔装空调，既影响美观也影响整个实验间的密闭性；觉得房间湿度太大了，购买除湿机，但由于没有预先设计地漏，除湿机无法持续排水，很容易水箱满了，人工倾倒给试验工作造成很多烦扰。

1.2 缺乏专业的操作维护人员

近年来高校科研教学的建设和发展，大型仪器的数量有了稳步的增长，但缺乏设备相关的专业技术操作人员仍旧是普遍问题[10]。有些仪器分散在课题组，只有学生操作，没有专职管理人员；有些仪器虽然集中在共享平台，有全职的技术人员负责，但由于人员短缺、知识水平有限等原因，技术员仅忙于管理仪器的使用，在自我维修维护方面工作不到位，不能有效地维护保养好大型仪器。

1.3 不注重仪器的维护

随着科研的发展，大型仪器尤其是共享平台的分析测试任务日益繁忙，如图1所示，医学院平台2020年机时数超过2500小时（远大于科技部年机时数800小时的考核要求[11]）的就有10余台。多数用户为了方便省事，平时忽略仪器的维护保养，能用则用，不能用了就找厂家维修。比如平台的流式细胞仪进样针经常堵塞，主要原因是部分学生样品准备不符合要求，未经过细胞筛过滤，样品团块进入上样针从而使管道堵塞，影响当次试验甚至后续同学的试验。

图1 医学院平台部分仪器2020年使用情况

1.4 维护管理制度不完善、缺乏维修资金

国内实验室普遍缺少大型仪器维护保养制度，或者现有的规章制度不够细化、合理，执行不到位等。有些实验室虽然建立了部分的仪器使用制度，但缺乏统一的设备维修制度，没有相应的仪器维护档案管理，记录混乱，不利于仪器的高效运转。另外，大型仪器多是进口设备，工程师上门服务费均在2000元左右，若有配件更换的，费用相当昂贵，比如共聚焦显微镜的激光器至少十几万元一根，使用寿命仅3～4年，很多单位出现维修资金匮乏、“维修不起”的现象。

2 如何高效地维护保养好大型仪器

大型仪器的维护保养工作是做好高校实验室管理的重要环节，直接影响大型设备的使用寿命和运行效益。鉴于上述问题，如何高效地维护保养好大型仪器，是实验室亟待解决的问题。结合医学院平台的运行经验，笔者研究和探索了如下对策。

2.1 合理布局大型仪器实验室

实验室安装大型仪器设备之前，应提前设计，合理布局。不同仪器对工作环境要求不同。比如流式细胞分选仪需要细胞培养室级别的洁净独立空间（具体级别按试验样本要求分别定义）[12]，且仪器需要配置气溶胶抽吸系统，过滤试验中产生的可能有潜在生物危害性的气溶胶；另外，为保证样本活性，还需要配置4℃冷凝水循环装置；同时，分选室应设计放置超净台，以便无菌分选试验进行；配备足够功率的空调，使室温符合仪器最佳运行温度（20℃～25℃）。共聚焦显微镜需要避光的环境，加装防震台，防震台主要作用是减少振动对试验的影响。离心机的安装位置要避开阳光直晒、灰尘、通风不良、热辐射、振动、腐蚀性化学物质、洗刷池等；附近不应放置天平、显微镜等精密仪器[13]。高功率的仪器应单独设计电路供电。为避免临时停电造成的意外损伤，大型仪器还应配备具有一定蓄电能力的稳压电源，如医学院平台安装了14300瓦的智能化工频UPS（不间断电源）机组，既可作为维持仪器平时正常工作的稳压电源，又能用于平台突发停电情况下的临时供电，该机组可供五台大型流式细胞仪在停电后继续工作0.5小时，工作人员可在这0.5小时内执行正常的清洗关机程序，减少仪器损伤。另外，精密仪器对工作环境的湿度有一定要求，空气湿度大时（尤其中国南方有梅雨季节），实验室需要安装除湿机，避免大型仪器配件因受潮而故障。安放除湿机的位置最好预先设计地漏，以便除湿机排水管排水，从而使除湿机自主不间断工作。

2.2 完善仪器的维修维护管理制度

大型仪器除基本的使用管理条例，应建立健全完善的维修保养制度，使维护工作规范化、科学化[14]。建立大型仪器的档案管理，内容包含基本信息、采购信息、验收信息、维修记录、报废记录等，比如医学院平台除了保存纸质材料外，拟筹建仪器共享管理系统中的在线档案模块，充分利用网站信息化，使仪器档案随时备案，有据可查。表1展示了一台流式细胞分选仪2020年度的整体维修情况，从表中可知，该仪器什么时候做过大保养了，什么配件容易损耗应提前预备，有助于确保仪器高效地正常运行。

表1 流式细胞分选仪（BD FACS SORP ARIA II）2020年维护保养记录

在仪器的维护管理中，人是主要的因素。首先，建立AB角管理制度，平时A角为主，B角为辅，当A角临时缺岗时，B角负责仪器的维护管理，使仪器不会因为无人管理而出问题。其次，建立适当的激励机制，留住熟知仪器的高层次人才。

另外，有部分仪器是学生自主使用的。因此，平台应建立培训相关制度，比如《培训与考核制度》、《独立操作资格管理条例》等，规范对用户的培训，并在运行中不断优化、完善。同时，在学生获得独立操作资格前，再进行一场安全培训，签订《医学院公共技术平台独立操作资格申请》，明确安全事项，规范试验操作，消除安全隐患。

2.3 做好大型仪器的日常维护

大型仪器设备故障大多数都是由于操作不规范引起的，因此，良好的日常维护可延长大型仪器的使用寿命[15]。如流式细胞分析仪，每日开机前先清空废液桶，加满鞘液；开机后需要执行排气泡、管道清洗工作；清洗结束用质控微球进行仪器的追踪、校准，根据质控报告判定仪器当天状态是否适合试验，若有问题，可及时处理，从而保证每日试验顺利进行，所得数据客观有效；试验后，需要按操作规程清洗、关闭仪器；对于假期仪器较长时间不试验的，也应定期开机清洗，否则鞘液会在仪器内部结晶，致使很多配件损坏。流式细胞分析仪有个主要部件是激光器，激光器不宜频繁的反复开关，因此，该仪器一般一天只开机一次，关机一次，从而延长激光器使用时长，降低仪器维修成本（如更换一个流式355nm激光器约需50万人民币）。

另外，日常试验中，样品制备也很关键，如流式、液相色谱仪检测的样本，上样前均需要选择合适的滤膜过滤，以免样本团块堵塞仪器，造成仪器故障。

2.4 大型仪器设备的特殊维护

大型仪器多为进口设备，一旦发生故障，维修费用较高。因此，仪器除了每日常规维护外，需要技术人员做好一些特殊维护，比如流式细胞分选仪上的管道接头因频繁拔插，接口处的O圈容易老化，从图2可以看出，新的鞘液桶液流管接口O圈表面光滑整洁（图2B），但老化的O圈表面凹凸不平，甚至出现许多毛刺（图2C箭头指示处）；分选用的喷嘴常因频繁使用而耗损上面的红色小O圈，图2E是荧光倒置显微镜下观察的脱落的喷嘴O圈（直径70～130μm，肉眼看不清，因此需用显微镜查看），从图可知，其磨损严重，四周已不平整；工作人员应定期检查仪器上的这些部件，若发现老化的O圈则及时更换，避免仪器出现更大的故障。多功能酶标仪、红外激光图像成像系统等需要定期除尘以确保其检测灵敏度。使用率高的仪器，还应定期进行数据清理与备份，以保证工作站的正常速度。

图2 流式细胞分选仪O圈老化情况

针对大型仪器配件维修昂贵的问题，可以与原厂家商讨购买相应的维修保养合同。为节约维护成本，分三类处理：①不容易故障的仪器，如医学院平台的红外激光图像成像系统，2011年购置，运行十年，总共故障一次，维修费几千元，这类仪器可不买任何维保合同，有问题及时报修即可。②仪器只有某些配件容易老化损坏，则购买年度保养包或配件维保，费用相对较低，亦能保障仪器的正常运行。③购置五年以上，且多个配件均可能老化的仪器，建议购买整机维保。这种方式维修效率高，能促进仪器高效运转。

2.5 注重设备的升级改造、功能拓展

正所谓仪器“不怕用坏”“就怕放坏”，一些使用率低下的大型仪器若长时间不开机，种种原因最终导致仪器无法工作，大大降低了仪器的使用效益[16]。工作人员应对此类仪器进行功能拓展，使其服务于更多科研方向，从而提高其利用率。一些使用率较高但因购置年代较久的仪器则需要及时升级改造，使其适应日新月异发展的科学研究的需要，老骥伏枥，志在服务，充分发挥大型仪器的内涵价值，比如十年前，实验室转染细胞系一般多用GFP，那时候购置的流式细胞分析仪仅配备了检测GFP的激光器，随着科研的发展，荧光蛋白家族逐渐丰富，需要仪器升级激光器种类才能检测到更多的靶信号。单细胞组学研究亦是近年来发展起来的研究热点，这也需要旧的流式细胞分选仪升级孔板分选模块，从而满足单细胞研究的需求，提高仪器运行效率，使大型仪器继续发挥余光余热。如Jia等[17]对流式细胞分选仪Aria SORP型设备进行了拓展研究，建立了国际前沿技术——染色体分选技术，不仅填补了国内该技术项目的空白，而且成为国际上首次以“石英杯中激发原理型设备”实现这项技术的单位，测试水平已达国际前沿，大大提升了仪器的应用价值。

2.6 建立合理的收费体系，形成“以机养机”良性循环

大型仪器运行成本包含设备折旧费、维修费或维保费、试剂耗材费、水电房租费、人员劳务费等。有些单位仅注重仪器的建设，却忽视了后面的维护保养，缺乏维修资金的投入，使很多大型仪器一旦故障了，无法及时维修，影响后续试验的开展。部分大型仪器贵重配件损坏后，得不到维修，成了待报废设备。因此，大型仪器持有单位，尤其像公共技术平台，应按仪器运行成本进行定价核算，兼顾参考国内兄弟单位收费标准，制定合理、可行收费体系，从而解决大型仪器运行过程中的经费不足等问题，形成“以机养机”、“优质共享”的良性循环。

3 结束语

综上所述，做好高校大型仪器的维护保养工作对提高设备利用率有着至关重要的作用。只有重视维护这一项工作，降低仪器故障率及维修成本，才能促进仪器的共享使用，提高科研产出比，为一流的科学、教学与学科建设提供高效优质的服务。本文通过借鉴国内外实验室经验，结合自身情况，从实验室布局，制度建设，大型仪器日常和特殊维护，设备升级改造等方面进行了探索，相关实践方法可为大型仪器的管理维护提供一定的参考。工欲善其事必先利其器，只有有效地维护保养好大型仪器，才能用好大型仪器，充分发挥大型设备的科研价值与社会效益。