LIMS中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究

陳力帥

摘要：近年來(lái)，實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)（LIMS，Laboratory Information Management System，以下簡(jiǎn)稱LIMS）被廣泛應(yīng)用于各類實(shí)驗(yàn)室和檢測(cè)機(jī)構(gòu)。隨著物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)革命的浪潮襲來(lái)，LIMS的發(fā)展也迎來(lái)了新的契機(jī)，開(kāi)放式互聯(lián)、更智能的服務(wù)、多維度實(shí)時(shí)監(jiān)控等新的特征陸續(xù)出現(xiàn)。文章通過(guò)對(duì)關(guān)鍵物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用分析，展望LIMS和物聯(lián)網(wǎng)集成的共贏前景。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)；RFID

中圖分類號(hào)：TP392 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）16-0051-03

1 概述

信息技術(shù)的不斷進(jìn)步引領(lǐng)了第三次工業(yè)革命，決定了未來(lái)的實(shí)驗(yàn)室一定是數(shù)字化的，不僅實(shí)驗(yàn)室的業(yè)務(wù)、技術(shù)是數(shù)字化的，實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行和管理也是數(shù)字化的。LIMS迎合了這個(gè)需求，同時(shí)也是實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的必由之路。

物聯(lián)網(wǎng)的誕生，讓物理世界和信息世界更加緊密地聯(lián)系在一起，它按照一定的協(xié)議，把實(shí)物與網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行信息的交換和互通，實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別、定位、監(jiān)控和管理。

本文將介紹LIMS的歷史與發(fā)展現(xiàn)狀，研究分析基于物聯(lián)網(wǎng)的下一代LIMS，討論其體系架構(gòu)和熱門技術(shù)，并通過(guò)技術(shù)的優(yōu)劣比較，展望物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在LIMS中的應(yīng)用前景。

2 LIMS的歷史與發(fā)展

20世紀(jì)60年代，美國(guó)的一部分高等院校、研究所以及化學(xué)公司開(kāi)始研究和使用計(jì)算機(jī)和局域網(wǎng)系統(tǒng)處理和分析化學(xué)數(shù)據(jù)，可以認(rèn)作是LIMS的雛形。到80年代，出現(xiàn)了商品化的LIMS產(chǎn)品，這標(biāo)志著LIMS研究開(kāi)始走出理論和小范圍的應(yīng)用，有了更為廣泛的空間和商業(yè)價(jià)值。進(jìn)入90年代，LIMS由封閉的商品化的軟件轉(zhuǎn)向開(kāi)始強(qiáng)調(diào)用戶靈活配置的開(kāi)放性系統(tǒng)，先后出現(xiàn)基于C/S架構(gòu)和B/S架構(gòu)的系統(tǒng)，從最初僅僅完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和有限的網(wǎng)絡(luò)功能，發(fā)展到現(xiàn)在可以處理海量的數(shù)據(jù)并具備較為完善的管理功能。

在以“云計(jì)算”和“物聯(lián)網(wǎng)”為代表的新一輪技術(shù)變革的推動(dòng)下，LIMS的未來(lái)發(fā)展將呈現(xiàn)以下三個(gè)特點(diǎn)：

2.1 LIMS與儀器設(shè)備的集成

如何同時(shí)在統(tǒng)一的遠(yuǎn)程控制的界面下直接采集并處理各種儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)將是LIMS技術(shù)研究的重要內(nèi)容。近年來(lái)，許多儀器廠商提供了數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)輸出格式（CSV），也出現(xiàn)了一些由第三方廠商研制的LIMS與儀器聯(lián)接的標(biāo)準(zhǔn)接口技術(shù)，采用內(nèi)部采集軟件與各種分析設(shè)備實(shí)現(xiàn)雙向的通訊，為實(shí)現(xiàn)LIMS與儀器設(shè)備的無(wú)縫集成增加了可能性。

2.2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的LIMS

物聯(lián)網(wǎng)包括了多項(xiàng)信息技術(shù)，它們都是利用各種信號(hào)傳感設(shè)備，通過(guò)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)人與物、物與物的互聯(lián)。借助物聯(lián)網(wǎng)的射頻技術(shù)和傳感網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)技術(shù)，LIMS能夠自動(dòng)快速識(shí)別物資對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)物品的實(shí)時(shí)跟蹤與信息共享，從而為實(shí)驗(yàn)室提供智能、全面的管理。

2.3 基于云計(jì)算模式的LIMS

在使用基于云計(jì)算SaaS平臺(tái)的LIMS時(shí)，用戶只需為自己需要功能付費(fèi)，不必再在硬件、軟件、專業(yè)技能以及系統(tǒng)的升級(jí)維護(hù)方面進(jìn)行任何投資，以低廉的成本獲取較高的應(yīng)用價(jià)值。但云計(jì)算模式下，用戶的所有數(shù)據(jù)在云端托管，顯然，如何提供機(jī)制保證用戶數(shù)據(jù)安全性是云計(jì)算未來(lái)發(fā)展需解決的重要問(wèn)題。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在LIMS中的應(yīng)用

“The Internet of things”是物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱。物聯(lián)網(wǎng)最重要的特征之一就是開(kāi)放，它的分層理論，把系統(tǒng)分成了數(shù)據(jù)獲取層、數(shù)據(jù)傳輸層、管理與計(jì)算層、應(yīng)用和服務(wù)層，而物聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用體現(xiàn)在了數(shù)據(jù)獲取層。下面將針對(duì)幾項(xiàng)較為熱門的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用分析。

目前在LIMS中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)是條形碼技術(shù)。接收樣品的時(shí)候，在LIMS系統(tǒng)中輸入樣品的各種信息，打印條形碼，在檢測(cè)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，檢驗(yàn)人員通過(guò)條碼槍掃描樣品的條形碼，即可完成信息的錄入，提高檢測(cè)工作的效率和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，現(xiàn)條形碼技術(shù)主要用于樣品的錄入、流轉(zhuǎn)、保存、處置等。

雖然條形碼技術(shù)快捷有效，且成本低，但也存在著一些顯而易見(jiàn)的缺點(diǎn)：

（1）條形碼的信息容量較小，目前主流的條形碼信息容量在三十個(gè)字符左右，通常的辦法是建立信息數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)來(lái)獲取樣品的信息。所以一旦失去數(shù)據(jù)庫(kù)的支持或是網(wǎng)絡(luò)限制，條形碼的功能將大大局限。

（2）樣品的條形碼可能在檢測(cè)、流轉(zhuǎn)發(fā)生磨損，導(dǎo)致條形碼的無(wú)法識(shí)讀，從而影響數(shù)據(jù)的錄入。

二維碼技術(shù)是在傳統(tǒng)條形碼基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的編碼技術(shù)，它將條形碼的信息空間從線性的一維擴(kuò)展到平面的二維，相比條形碼具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）信息容量更大，二維碼可以存儲(chǔ)1000多個(gè)字符，且能夠存儲(chǔ)中文。

（2）抗損性強(qiáng)，二維碼采用了故障糾正的技術(shù)，使得其遭受污染及破損后數(shù)據(jù)仍保持完整，即使受損程度高達(dá)50%，仍能夠讀出原數(shù)據(jù)。一維條形碼在經(jīng)過(guò)傳真和影印之后便無(wú)法識(shí)別，而二維碼不受影響，在手機(jī)屏幕上都能使用，大大提高了使用的便捷性。

在LIMS系統(tǒng)中二維碼的應(yīng)用并不是很多，大多數(shù)的LIMS系統(tǒng)對(duì)樣品的數(shù)據(jù)量要求并不是很高，主要是利用二維碼技術(shù)的可靠性，在打印報(bào)告的時(shí)候，對(duì)相關(guān)信息二維碼化，保證報(bào)告的權(quán)威性和可追溯性。

RFID的全稱是Radio Frequency Identification，中文名稱叫射頻識(shí)別，也稱做電子標(biāo)簽，在門禁安防系統(tǒng)、車輛管理、物流系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)了同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，標(biāo)簽的抗污染能力和耐久性強(qiáng)，射頻具有穿透性和無(wú)屏障閱讀的特點(diǎn)，相對(duì)于二維碼更加的方便。此外，RFID標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)還可反復(fù)編輯修改，在實(shí)驗(yàn)室可進(jìn)行循環(huán)使用，將一次性成本轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)期攤銷的成本。RFID的弊端則在于價(jià)格的昂貴，以及系統(tǒng)建設(shè)的復(fù)雜。在LISM中采用RFID技術(shù)替代條形碼，可以給每個(gè)樣品發(fā)放電子標(biāo)簽，能實(shí)現(xiàn)多個(gè)樣品信息的一次性讀取，電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)可以反復(fù)修改，降低損耗。也可以給每個(gè)檢驗(yàn)人員放電子標(biāo)簽，可以實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)過(guò)程中對(duì)人員信息快速錄入與身份驗(yàn)證等功能。

室內(nèi)定位是指在室內(nèi)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)位置定位。例如蘋果公司通過(guò)低功耗藍(lán)牙技術(shù)開(kāi)發(fā)出一個(gè)十分精確的微定位技術(shù)命名為iBeacons。通過(guò)此技術(shù)，設(shè)備可以接收一定范圍由其他iBeacons發(fā)出來(lái)的信號(hào)，同時(shí)也可以把你的信息在一定范圍內(nèi)傳給其他用戶。它不需要認(rèn)證配對(duì)，信號(hào)可以精確到毫米級(jí)別，并且最大可支持到50m的范圍，功耗低。運(yùn)用該技術(shù)，LIMS將實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品、儀器設(shè)備、人員等因素的物理信息管理，可以知道跟蹤樣品流轉(zhuǎn)的軌跡和存放的位置，定位儀器設(shè)備擺放的位置并可以對(duì)貴重設(shè)備現(xiàn)實(shí)防盜預(yù)警，可以知道人員的即時(shí)位置，對(duì)人力資源進(jìn)行更好地調(diào)配等等。

LIMS作為一種先進(jìn)的管理工具，引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后，功能將更加強(qiáng)大，性能顯著提高，特別是在大型的實(shí)驗(yàn)室管理中，RFID等技術(shù)將大大減少手工錄入的工作量，而iBeacons技術(shù)將在LIMS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)地理信息的集成，實(shí)驗(yàn)室管理將更為全面和有效。

4 挑戰(zhàn)和展望

（1）標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。在LIMS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中必須遵循物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，才能在集成的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目的。但目前如何使得行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)兼容互通是亟需解決的問(wèn)題。

（2）技術(shù)的更新?lián)Q代。物聯(lián)網(wǎng)概念下的新技術(shù)層出不窮，很多技術(shù)還沒(méi)實(shí)現(xiàn)真正的應(yīng)用，就被更新的技術(shù)所取代，LIMS建設(shè)中必須結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況，選擇最適合自己的技術(shù)，切實(shí)提高效率，達(dá)到建設(shè)目的，同時(shí)也要計(jì)算成本，量入為出，如RFID技術(shù)雖然先進(jìn)，但投資成本高，且各個(gè)品牌產(chǎn)品的性能不盡相同，并不是每個(gè)實(shí)驗(yàn)室都真正需要。

（3）制度管理和信息系統(tǒng)的更高要求。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入，將實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備、樣品等物理要素的信息化，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量將明顯增加，對(duì)軟件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)以及服務(wù)器的性能都提出了更高的要求。同時(shí)電子標(biāo)簽的發(fā)放或是室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)，將曝露人員工作的狀態(tài)、位置甚至一些敏感的信息，這也需要管理制度的不斷完善，保證人員對(duì)技術(shù)的接納和對(duì)LIMS的認(rèn)可，這也是系統(tǒng)有效運(yùn)行的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

[1] 王偉，毛文君.基于物聯(lián)網(wǎng)的新一代實(shí)驗(yàn)室信息管

理系統(tǒng)探討[A].第三屆全國(guó)醫(yī)學(xué)科研管理論壇暨江蘇省醫(yī)學(xué)科研管理學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].2011.

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[3] 張麗敏.實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)（LIMS）在第三方檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)施及應(yīng)用[D].中國(guó)海洋大學(xué).

[4] 肖作貴.基于LabVIEW與RFID技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué).

[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.

室內(nèi)定位是指在室內(nèi)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)位置定位。例如蘋果公司通過(guò)低功耗藍(lán)牙技術(shù)開(kāi)發(fā)出一個(gè)十分精確的微定位技術(shù)命名為iBeacons。通過(guò)此技術(shù)，設(shè)備可以接收一定范圍由其他iBeacons發(fā)出來(lái)的信號(hào)，同時(shí)也可以把你的信息在一定范圍內(nèi)傳給其他用戶。它不需要認(rèn)證配對(duì)，信號(hào)可以精確到毫米級(jí)別，并且最大可支持到50m的范圍，功耗低。運(yùn)用該技術(shù)，LIMS將實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品、儀器設(shè)備、人員等因素的物理信息管理，可以知道跟蹤樣品流轉(zhuǎn)的軌跡和存放的位置，定位儀器設(shè)備擺放的位置并可以對(duì)貴重設(shè)備現(xiàn)實(shí)防盜預(yù)警，可以知道人員的即時(shí)位置，對(duì)人力資源進(jìn)行更好地調(diào)配等等。

LIMS作為一種先進(jìn)的管理工具，引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后，功能將更加強(qiáng)大，性能顯著提高，特別是在大型的實(shí)驗(yàn)室管理中，RFID等技術(shù)將大大減少手工錄入的工作量，而iBeacons技術(shù)將在LIMS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)地理信息的集成，實(shí)驗(yàn)室管理將更為全面和有效。

4 挑戰(zhàn)和展望

（1）標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。在LIMS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中必須遵循物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，才能在集成的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目的。但目前如何使得行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)兼容互通是亟需解決的問(wèn)題。

（2）技術(shù)的更新?lián)Q代。物聯(lián)網(wǎng)概念下的新技術(shù)層出不窮，很多技術(shù)還沒(méi)實(shí)現(xiàn)真正的應(yīng)用，就被更新的技術(shù)所取代，LIMS建設(shè)中必須結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況，選擇最適合自己的技術(shù)，切實(shí)提高效率，達(dá)到建設(shè)目的，同時(shí)也要計(jì)算成本，量入為出，如RFID技術(shù)雖然先進(jìn)，但投資成本高，且各個(gè)品牌產(chǎn)品的性能不盡相同，并不是每個(gè)實(shí)驗(yàn)室都真正需要。

（3）制度管理和信息系統(tǒng)的更高要求。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入，將實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備、樣品等物理要素的信息化，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量將明顯增加，對(duì)軟件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)以及服務(wù)器的性能都提出了更高的要求。同時(shí)電子標(biāo)簽的發(fā)放或是室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)，將曝露人員工作的狀態(tài)、位置甚至一些敏感的信息，這也需要管理制度的不斷完善，保證人員對(duì)技術(shù)的接納和對(duì)LIMS的認(rèn)可，這也是系統(tǒng)有效運(yùn)行的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

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[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.

室內(nèi)定位是指在室內(nèi)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)位置定位。例如蘋果公司通過(guò)低功耗藍(lán)牙技術(shù)開(kāi)發(fā)出一個(gè)十分精確的微定位技術(shù)命名為iBeacons。通過(guò)此技術(shù)，設(shè)備可以接收一定范圍由其他iBeacons發(fā)出來(lái)的信號(hào)，同時(shí)也可以把你的信息在一定范圍內(nèi)傳給其他用戶。它不需要認(rèn)證配對(duì)，信號(hào)可以精確到毫米級(jí)別，并且最大可支持到50m的范圍，功耗低。運(yùn)用該技術(shù)，LIMS將實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品、儀器設(shè)備、人員等因素的物理信息管理，可以知道跟蹤樣品流轉(zhuǎn)的軌跡和存放的位置，定位儀器設(shè)備擺放的位置并可以對(duì)貴重設(shè)備現(xiàn)實(shí)防盜預(yù)警，可以知道人員的即時(shí)位置，對(duì)人力資源進(jìn)行更好地調(diào)配等等。

LIMS作為一種先進(jìn)的管理工具，引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后，功能將更加強(qiáng)大，性能顯著提高，特別是在大型的實(shí)驗(yàn)室管理中，RFID等技術(shù)將大大減少手工錄入的工作量，而iBeacons技術(shù)將在LIMS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)地理信息的集成，實(shí)驗(yàn)室管理將更為全面和有效。

4 挑戰(zhàn)和展望

（1）標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。在LIMS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中必須遵循物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，才能在集成的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目的。但目前如何使得行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)兼容互通是亟需解決的問(wèn)題。

（2）技術(shù)的更新?lián)Q代。物聯(lián)網(wǎng)概念下的新技術(shù)層出不窮，很多技術(shù)還沒(méi)實(shí)現(xiàn)真正的應(yīng)用，就被更新的技術(shù)所取代，LIMS建設(shè)中必須結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況，選擇最適合自己的技術(shù)，切實(shí)提高效率，達(dá)到建設(shè)目的，同時(shí)也要計(jì)算成本，量入為出，如RFID技術(shù)雖然先進(jìn)，但投資成本高，且各個(gè)品牌產(chǎn)品的性能不盡相同，并不是每個(gè)實(shí)驗(yàn)室都真正需要。

（3）制度管理和信息系統(tǒng)的更高要求。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入，將實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備、樣品等物理要素的信息化，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量將明顯增加，對(duì)軟件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)以及服務(wù)器的性能都提出了更高的要求。同時(shí)電子標(biāo)簽的發(fā)放或是室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)，將曝露人員工作的狀態(tài)、位置甚至一些敏感的信息，這也需要管理制度的不斷完善，保證人員對(duì)技術(shù)的接納和對(duì)LIMS的認(rèn)可，這也是系統(tǒng)有效運(yùn)行的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

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