底部預(yù)置二維碼凍存管在生物樣本存儲(chǔ)中的應(yīng)用方法

張姍姍，彭宏威，鄒聰，劉南

·技術(shù)與方法·

底部預(yù)置二維碼凍存管在生物樣本存儲(chǔ)中的應(yīng)用方法

張姍姍，彭宏威，鄒聰，劉南

430071 武漢，湖北省人類遺傳資源保藏中心/武漢大學(xué)中南醫(yī)院生物樣本庫(kù)/武漢大學(xué)人類遺傳資源保藏中心

隨著轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)和健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)快速成為醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)[1-3]，越來越多的研究者認(rèn)識(shí)到人類遺傳資源與信息是醫(yī)學(xué)研究的寶貴資源，是精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的基石[4]。醫(yī)學(xué)研究對(duì)生物樣本的收集、保存和應(yīng)用需求日益增加，高質(zhì)量大規(guī)模生物樣本庫(kù)的建立對(duì)探索人類疾病新治療途徑和提高科研效率極具幫助[5-6]。生物樣本庫(kù)一般使用凍存管儲(chǔ)存生物樣本，每個(gè)凍存管必須有明確的信息化標(biāo)識(shí)。由于樣本待標(biāo)注信息很多，傳統(tǒng)的手寫標(biāo)記已經(jīng)無法滿足樣本庫(kù)大批量樣本的需求，使用條形碼標(biāo)識(shí)成為必須。常用的條形碼有一維碼、二維碼和無線射頻識(shí)別。其中，二維碼有明顯優(yōu)勢(shì)，且底部預(yù)置的方式是大勢(shì)所趨。目前關(guān)于底部預(yù)置二維碼凍存管在樣本存儲(chǔ)過程中的應(yīng)用方法在各項(xiàng)操作指南和最佳實(shí)踐中均沒有詳細(xì)的說明，相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道也很少[7-9]。本文就此應(yīng)用進(jìn)行介紹，以期為綜合型樣本庫(kù)的初期運(yùn)行提供參考。

1 凍存管的信息化標(biāo)識(shí)

一維碼信息錄入速度快，具有校驗(yàn)功能以防止錯(cuò)讀，但其數(shù)據(jù)容量?jī)H能達(dá)到 30 個(gè)字符左右，只能用數(shù)字、字母和符號(hào)在水平方向上表達(dá)信息，空間利用率較低且一旦發(fā)生污損將被拒讀。二維碼始于 20 世紀(jì) 80 年代末，比一維碼更高級(jí)，數(shù)據(jù)容量升級(jí)至 250 倍儲(chǔ)存量，能額外使用聲音、文字、圖形和指紋等在橫向和縱向同時(shí)表達(dá)信息，空間利用率高，成本低，易制作，持久耐用[10]。此外，它有強(qiáng)大的糾錯(cuò)和加密功能，因穿孔、污損等引起局部損毀時(shí)，損毀面積達(dá)30% 仍可讀取完整信息，只是需要使用專用的圖像式閱讀器[11]。

鑒于二維碼的優(yōu)勢(shì)，早期大多數(shù)樣本庫(kù)通過對(duì)不同類型的樣本設(shè)置相應(yīng)的編碼規(guī)則進(jìn)行樣本管理。如，郭愛華等[12]根據(jù)血液樣本編碼規(guī)則生成以下編碼SCMC2012KSCIN80245654LX2D3G1，表示上海兒童醫(yī)學(xué)中心 2012 年心內(nèi)科采集門診號(hào)為 80245654 患兒父親血漿第 3 管樣本。然后使用條碼打印機(jī)將編碼信息生成的標(biāo)簽貼到凍存管上。這種方法屬于后印方式，可適用于多種材質(zhì)儲(chǔ)存容器（如聚丙烯管、聚碳酸酯管、玻璃管等），而且成本低廉，但存在以下缺點(diǎn)：編碼規(guī)則不一致且復(fù)雜冗長(zhǎng)，需自行編碼、打印并粘貼，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤；存儲(chǔ)過程中存在標(biāo)簽掉落的風(fēng)險(xiǎn)，造成樣本信息缺失甚至混亂；對(duì)于需要低溫冷凍的樣本，標(biāo)簽還必須有良好的防凍性（如防液氮標(biāo)簽），這提高了使用成本。為了優(yōu)化這些問題，底部預(yù)置二維碼凍存管（簡(jiǎn)稱二維碼預(yù)置管）應(yīng)運(yùn)而生。

底部預(yù)置二維碼是通過激光蝕刻在凍存管的底部，有以下優(yōu)勢(shì)：統(tǒng)一編碼，每支凍存管都有唯一編號(hào)；機(jī)械化嵌入底部，脫落可能性低；批量制作，成本低；可靈活適應(yīng)多種工作環(huán)境，量少時(shí)單支掃描人工操作，量多時(shí)整板掃碼匹配自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行批量分裝樣本，可以大幅度提高識(shí)別效率，縮短樣本出入庫(kù)時(shí)長(zhǎng)[13]。然而二維碼預(yù)置管存在以下問題：預(yù)印碼沒有任何樣本相關(guān)信息，使用前需根據(jù)樣本處理的要求設(shè)置相應(yīng)規(guī)則以保證信息一一對(duì)應(yīng)，核對(duì)無誤后才能入庫(kù)；樣本出庫(kù)時(shí)無法直觀地進(jìn)行樣本識(shí)別和查找，需結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)匹配；在深低溫環(huán)境或環(huán)境溫度變化時(shí)，可能會(huì)引起底部條碼嚴(yán)重結(jié)霜，干擾識(shí)別準(zhǔn)確度和效率[8]。針對(duì)這些問題，本文總結(jié)了二維碼預(yù)置管在血液、尿液及組織樣本的存儲(chǔ)過程中的應(yīng)用方法。

2 應(yīng)用舉例

2.1 血尿樣本的存儲(chǔ)

2.1.1 血尿樣本的采集及臨床信息對(duì)應(yīng) 樣本采集前需要制定研究方案確定保留成分、體積及數(shù)量，從而選擇采集容器的類型和規(guī)格[14]。常規(guī)采集的每例血液樣本為一支 2 ml 的 EDTA 抗凝全血，每例尿液樣本為一支 10 ml 的晨間中段尿。血液及尿液樣本采集后，在 4 h 內(nèi)完成交接、轉(zhuǎn)運(yùn)和處理，樣本分裝至二維碼預(yù)置管后盡快入庫(kù)（圖 1）。

處理血尿樣本前，首先對(duì)樣本進(jìn)行編號(hào)以便與臨床信息對(duì)應(yīng)[15]。樣本采集對(duì)象一般為獲知并簽署樣本捐贈(zèng)知情同意書的住院患者，其入院信息可以從醫(yī)院信息系統(tǒng)（hospital information system，HIS）導(dǎo)出。每天將有樣本的病區(qū)的入院信息導(dǎo)出，按入院時(shí)間降序排序后提取前一天信息合并至入院信息總表，查找住院號(hào)或姓名分別對(duì)血尿樣本自然編號(hào)，將已編號(hào)的樣本信息提取至當(dāng)日信息表。在入院信息總表中，血尿樣本均采集后可刪除整行，其余編號(hào)全部改為√。未取樣的入院信息保留 2 個(gè)月，若有重復(fù)入院，保留最新一次。

2.1.2 血液樣本處理及其凍存管的編號(hào)、掃碼、使用和信息對(duì)應(yīng) 血樣離心條件：4 ℃，2500 ×，10 min。2 ml 血樣分層后分裝 3 管 250 μl 上層血漿和 3 管 120 μl 中間白膜層（先留取 500 μl 至中間管，充分混勻再分裝）。凍存管選用 0.5 ml 二維碼預(yù)置管，每盒 96 管。若血樣體積不足 2 ml，每種成分盡量保證第 1 管體積。不足 6 管的，仍按 6 管分裝，空管體積為 0 μl。批量成分分裝由自動(dòng)化液體工作站完成，其余血樣按同樣規(guī)則手動(dòng)處理。

圖 1 底部預(yù)置二維碼凍存管在樣本全流程中的應(yīng)用和信息對(duì)應(yīng)

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分裝血樣的空凍存管根據(jù)需求整盒編號(hào)、掃碼并放入–20 ℃冰箱預(yù)冷待用。自動(dòng)化液體工作站使用的凍存管無需提前掃碼，為方便使用，在盒蓋正前方左側(cè)用凍存盒側(cè)面一維碼后兩位進(jìn)行自然編號(hào)，如 LVL100043351，記為 51（整箱連號(hào)使用，圖 2A）。手動(dòng)處理的凍存管則需要用整板掃碼儀提前掃碼。盒蓋自然編號(hào)左邊加上“手”字，標(biāo)記此盒為手動(dòng)處理用（圖 2A）。將掃碼表命名為 S-盒子一維碼后五位，如 S-43351。

每例樣本的 3 管血漿和 3 管白膜層分別放入 P①~ ③和 Bc④~ ⑥（圖 2B），–80 ℃冰箱暫存，滿盒后入庫(kù)至 3 個(gè)氣相液氮罐。每個(gè)液氮罐有 6 個(gè)分區(qū)，分別可放8 ~ 14 個(gè)凍存架，每個(gè)凍存架有 15 層，每層可放一個(gè) 2 英寸的 10 × 10 凍存盒，從下往上依次使用。凍存盒位置編號(hào)的規(guī)則如下：N02-02-06-05，表示 2 號(hào)液氮罐 2 區(qū)第 6 架從下往上第 5 層。每個(gè)凍存架滿 5 盒后啟用下一架。如 N02-02-06-05 入庫(kù)后啟用 N02-02-07-01。

當(dāng)日處理完血樣，在血樣存儲(chǔ)位置表錄入每一管樣本的臨床信息、處理過程及凍存管號(hào)。分裝后暫存于–80 ℃的血樣，每滿 6 盒掃碼入庫(kù)。掃碼前充分除霜以保證 96 孔都完成識(shí)別。為避免樣本凍融，此過程越快越好。目前效果較好的除霜方法如下：先用布擦除大部分表面的霜，再噴灑少量純酒精到凍存管底部可使二維碼完全顯示（經(jīng)過試驗(yàn)，凍存管浸泡在純酒精 3 天后，底部二維碼仍可完全識(shí)別，沒有任何損害），若仍有少量冰渣，再用布擦拭除冰后即可掃碼。掃碼表命名為位置編號(hào)+ 盒子一維碼后5 位，如 1435(N01-04-03-05)-43272。將掃碼表和血樣存儲(chǔ)位置表中的凍存管號(hào)核對(duì)，確保分裝正確。核對(duì)無誤后，將樣本按位置編號(hào)放入液氮罐并錄入每管樣本的位置信息和入庫(kù)信息。

2.1.3 尿液樣本處理及其凍存管的編號(hào)、掃碼、使用和信息對(duì)應(yīng) 尿樣離心條件：常溫，4000 r/min，10 min。10 ml 尿樣分層后手動(dòng)分裝 4 管 1.5 ml 尿上清和 3 管 1 ml 尿沉渣（棄多余上清，留 3 ml 含沉渣的液體，充分混勻再分裝）。凍存管選用 1.5 ml 二維碼預(yù)置管（IBIO-GENE IBG-V9151，管側(cè)有數(shù)字編碼）。若尿樣 < 9 ml，調(diào)整各成分?jǐn)?shù)量體積并記錄。若尿樣< 3 ml，為不合格樣本，需重新采集樣本。

每例尿樣分裝后，按順序放入已編號(hào)的 10 × 10 凍存盒，未裝滿時(shí)放入–80 ℃冰箱暫存，滿盒后根據(jù)位置編號(hào)入庫(kù)至–80 ℃超低溫水冷冰箱。每臺(tái)冰箱有三層，每層可放 4 個(gè)凍存架，每個(gè)凍存架有 6 行，每行可放 5 個(gè) 2 英寸的 10 × 10 凍存盒，每層共 120 盒。將 6 行從上到下依次編號(hào)為 A、B、C、D、E、F，每行從里到外編號(hào)為 1、2、3、4、5 列。如，R04-02-03-A2 表示 4 號(hào)冰箱第 2 層第3 架第 1 行第 2 列。為方便使用，在盒子一維碼右邊和盒蓋右下角按順序?qū)懽匀恍蛱?hào) 1-120，依次對(duì)應(yīng)每層的位置編號(hào)（寫在盒子一維碼左邊和盒蓋上，圖 3A）。

分裝尿液的凍存管，每盒裝滿 100 支，整盒編號(hào)后掃碼。打開掃碼軟件 ScanDM 10 × 10，盒子一維碼側(cè)朝外，右上角對(duì)齊設(shè)備 Epson Perfection V600 Photo 掃描區(qū)右上角。掃碼后，顯示圖會(huì)閃爍一次并將成功掃描的凍存管圈出來（圖3B），確保全部掃描成功。掃碼表命名為 1-120，保存至每層相應(yīng)文件夾并將一維碼錄入統(tǒng)計(jì)表。當(dāng)日處理完尿樣，在尿樣存儲(chǔ)位置表中錄入每一管樣本的臨床信息、處理過程、凍存管號(hào)及存儲(chǔ)位置。

2.2 組織樣本的存儲(chǔ)

2.2.1 組織樣本的采集及臨床信息對(duì)應(yīng) 取樣員從 HIS 導(dǎo)出當(dāng)日需取樣本的手術(shù)信息，在手術(shù)室隨時(shí)注意手術(shù)進(jìn)展動(dòng)態(tài)，記錄樣本熱缺血及冷缺血時(shí)間等。樣本交接后盡快4 ℃轉(zhuǎn)運(yùn)至病理科取材室。

2.2.2 組織樣本的處理及其凍存管的編號(hào)、掃碼、使用和信息對(duì)應(yīng) 取樣員對(duì)標(biāo)本拍照后由病理醫(yī)生按照正常組織（如有）、癌旁組織、癌組織依次取材。取樣員使用無菌器械切分標(biāo)本約 0.5 cm × 0.5 cm × 0.5 cm大小。切分后的新鮮組織一半放入 0.5 ml 二維碼預(yù)置管（IBIO-GENE IBG-V1052，管側(cè)有數(shù)字編碼），迅速轉(zhuǎn)入暫存液氮罐；另一半放入加了 1 ml 的 RNAlater 溶液的 1.5 ml 二維碼預(yù)置管（IBIO-GENE IBG-V1150，管側(cè)有數(shù)字編碼），4 ℃過夜充分浸潤(rùn)組織，盡可能地棄上清后入庫(kù)至液氮罐[16]。組織取材使用的二維碼預(yù)置管已提前整盒掃碼并在管蓋和管側(cè)對(duì)應(yīng)寫上自然編號(hào)，取樣時(shí)按順序取用，對(duì)應(yīng)登記樣本信息。若因樣本過小等問題導(dǎo)致無法取到相應(yīng)樣本，則凍存管不會(huì)被使用，可用于留取下一例樣本。處理完組織樣本，在組織存儲(chǔ)位置表中錄入每一管樣本的基本信息、處理過程及凍存管號(hào)。

組織樣本的收集時(shí)間較分散，雖然使用的凍存管不僅底部有二維碼，管側(cè)有一維碼及數(shù)字編碼，但是一般至少有8 位數(shù)字且編碼不連續(xù)，在組織樣本分裝時(shí)不易肉眼識(shí)別。為優(yōu)化此問題，每盒裝滿 100 支后，在每支管的管蓋上方和管側(cè)空白處用防液氮記號(hào)筆寫自然編號(hào) 1 ~ 100（10 ×10 盒缺角處從左往右，從上往下）。其中，為了避免管蓋上 6 和 9 等序號(hào)顛倒后混淆，將包含 6 的 1 行和 1 列數(shù)字、18 和 81 下方均加下劃線（圖 4）。使用時(shí)注意管蓋和管子一一對(duì)應(yīng)，避免樣本信息錯(cuò)亂。編號(hào)后整盒掃碼，掃碼表命名為備用盒自然序號(hào)+ 凍存管規(guī)格+ 盒子一維碼+ 科室+ 領(lǐng)用日期+ 用完日期，如，備 1 紅 1.5-B065659骨科領(lǐng)用 190415-190523。使用完的空盒回收再用，已用完的掃碼表移入已用完凍存盒文件夾中。

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圖 4 底部預(yù)置二維碼凍存管分裝組織樣本的自然編號(hào)規(guī)則

暫存罐中新鮮凍存的組織每周入庫(kù)一次，分配至 3 個(gè)氣相液氮罐。同一樣本的復(fù)份數(shù)除以 3，整數(shù)為每個(gè)罐子至少分配的量，余數(shù)根據(jù)實(shí)際空間均勻分配。（如，1 號(hào)樣本有 7 支，51 ~ 57 號(hào)，則 51 ~ 53 入 N07，54 ~ 55 入 N08，56 ~ 57 入N09）。位置分配可提前算好列出來，盡可能縮短分裝時(shí)間。組織數(shù)量較多時(shí)，可先分裝到 3 個(gè)中轉(zhuǎn)低溫凍存盒，再轉(zhuǎn)移入液氮罐的相應(yīng)凍存盒，拍照后錄入樣本位置。當(dāng)組織樣本滿盒時(shí)，不采取整盒掃碼核對(duì)，而是將管蓋上的自然編號(hào)拍照后核對(duì)位置信息，以縮短樣本在室溫中暴露的時(shí)間，盡量避免樣本凍融。

2.3 二維碼預(yù)置管樣本的出庫(kù)流程

二維碼預(yù)置管樣本的出庫(kù)需要結(jié)合完善的入庫(kù)信息表。首先根據(jù)出庫(kù)申請(qǐng)查詢樣本存儲(chǔ)情況，將符合條件的樣本標(biāo)記為預(yù)出庫(kù)。申請(qǐng)得到批準(zhǔn)后，篩選必要信息生成預(yù)出庫(kù)單，其中位置信息包括：凍存盒及凍存管位置、凍存管二維碼、管號(hào)（自然編號(hào)，適用于組織樣本）。將位置信息排序，方便快速取出凍存管。根據(jù)打印好的預(yù)出庫(kù)單依次快速取出樣本，按順序放入預(yù)冷凍的空凍存盒。為了盡可能減少樣本凍融的風(fēng)險(xiǎn)，整個(gè)過程在冰板上完成，控制在 15 min 左右，否則分批出庫(kù)。將取出的樣本快速底部除霜掃碼后暫存至–80 ℃冰箱。將實(shí)際出庫(kù)掃碼與預(yù)出庫(kù)單上的二維碼信息通過 if 函數(shù)快速核對(duì)。若有不一致，分析并找出原因，如原始信息表錄入有誤、出庫(kù)時(shí)拿錯(cuò)位置等。若核對(duì)有誤，決定不出庫(kù)時(shí)，將樣本歸回原位并標(biāo)記清楚。樣本出庫(kù)的準(zhǔn)確度依賴于入庫(kù)信息的準(zhǔn)確度，因此入庫(kù)信息需定期核對(duì)，盡可能地避免信息錄入錯(cuò)誤導(dǎo)致樣本無法識(shí)別。

3 小結(jié)

生物樣本庫(kù)中使用的凍存管容積較小，大多為 0.3 ~2 ml，標(biāo)簽可用空間有限。在凍存管底部設(shè)置二維碼充分體現(xiàn)了二維碼可以根據(jù)空間調(diào)節(jié)大小的優(yōu)勢(shì)。此外，底部預(yù)置結(jié)合整板掃碼可以提高識(shí)別效率，促進(jìn)樣本的快速出入庫(kù)，也能匹配自動(dòng)化設(shè)備。因此，底部預(yù)置二維碼凍存管是目前在樣本庫(kù)中應(yīng)用最廣泛的存儲(chǔ)容器。然而預(yù)置二維碼與樣本信息沒有關(guān)聯(lián)且不能肉眼識(shí)別，如何提高使用效率及準(zhǔn)確率是實(shí)際應(yīng)用過程中需要不斷克服的難題。

二維碼預(yù)置管的使用核心在于樣本信息的整合。本研究中涉及的樣本主要來源于醫(yī)院的臨床樣本，包括血液、尿液及組織。首先通過醫(yī)院信息系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)有效抓取正確的樣本來源信息及相關(guān)檢測(cè)結(jié)果，有助于后期的跟進(jìn)隨訪。其次，樣本自收集到出庫(kù)使用的整個(gè)生命周期的全流程管理非常重要。樣本的存儲(chǔ)最終以投入使用為目的，因此針對(duì)不同項(xiàng)目的樣本需要設(shè)計(jì)合理高效的預(yù)處理、分裝、入庫(kù)及出庫(kù)流程，每個(gè)過程都涉及到凍存管的信息識(shí)別。最后，有必要定期核檢已入庫(kù)的樣本的凍存管信息與存儲(chǔ)位置是否對(duì)應(yīng)。本研究總結(jié)發(fā)現(xiàn)，預(yù)置二維碼的前提下，若規(guī)格允許（≥ 0.5 ml），批量生產(chǎn)時(shí)可以在管側(cè)增加數(shù)字編碼，增強(qiáng)實(shí)際操作中的肉眼識(shí)別度。尤其是信息核對(duì)有誤時(shí)，自然編號(hào)的使用在組織樣本存儲(chǔ)過程中進(jìn)一步增強(qiáng)了凍存管肉眼識(shí)別度，從而提高了使用正確率，也為樣本的出庫(kù)提供了便捷，縮短出庫(kù)時(shí)間，減少樣本凍融風(fēng)險(xiǎn)。另外，開發(fā)成熟的樣本庫(kù)管理系統(tǒng)來匹配自動(dòng)化處理及存儲(chǔ)設(shè)備，可進(jìn)一步體現(xiàn)二維碼預(yù)置管整板掃碼的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也能很好地解決信息對(duì)應(yīng)的問題。

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湖北省衛(wèi)生健康委員會(huì)聯(lián)合基金（WJ2019H080）

劉南，Email：liunan427@126.com

2020-08-06

10.3969/j.issn.1673-713X.2021.01.013