學院儀器共享平臺場發(fā)射掃描電鏡的開放與管理實踐

黃艷萍

四川大學化學工程學院工程實驗教學中心（四川成都 610064）

掃描電子顯微鏡（以下簡稱“掃描電鏡”）是一種用于高分辨率微區(qū)形貌分析的高端大型精密儀器，具有分辨率高、成像直觀、景深大、立體感強等優(yōu)點，在材料、醫(yī)學和化學等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用[1]。四川大學化學工程學院（以下簡稱“我院”）科研方向有電池能源材料、膜材料、催化劑和納米尺度化學傳感器等，對掃描電鏡有很大測試需求[2-4]。為了提升和擴展在能源材料等領(lǐng)域的硬件水平和研究深度，提高在研究領(lǐng)域的科研競爭力和影響力，我院于2016年引進了一臺日本電子JSM-7610熱場發(fā)射掃描電鏡，目前由工程實驗教學中心進行管理。JSM-7610是一款半浸沒式高分辨場發(fā)射掃描電鏡，具有低真空模式。后期配備了等離子清洗機、透射電子檢測器和樣品臺導航系統(tǒng)等附件。其價值244萬元，最高加速電壓30 kv，點分辨率最高1 nm，可實現(xiàn)微區(qū)形貌分析、微區(qū)能譜檢測分析和等離子清洗等功能。

熱場發(fā)射掃描電鏡自完成安裝調(diào)試以來，服務(wù)于校內(nèi)外廣大師生的科研需求，參與多項課題的研究，取得了一些成果。如何將掃描電鏡這種大型精密儀器管好、用好，更好地服務(wù)于教學科研，加大開放共享使用力度，是儀器管理人員需要探索和思考的問題[5]。根據(jù)我院掃描電鏡在近5年的使用情況，就場發(fā)射掃描電鏡的開放和管理進行總結(jié)和探討。

1 學院掃描電鏡實驗室現(xiàn)狀

我院場發(fā)射掃描電鏡放置于江安校區(qū)。江安校區(qū)目前大部分學生為本科生和文科學院的碩博研究生，而需要用到掃描電鏡的理工科學院的碩博研究生大多在望江校區(qū)，本院也只有少量課題組在江安校區(qū)常駐。望江校區(qū)有多個單位有掃描電鏡，測試等待時間并不長，學生更愿意往望江校區(qū)有掃描電鏡的單位送樣，地域上的不便限制了我院掃描電鏡的使用率。由于掃描電鏡的操作需要較高的專業(yè)知識和操作水平，而儀器管理員通?！吧砑鏀?shù)職”，還需要上課、批改實驗報告和管理其他龐雜事務(wù)，無法在測試技術(shù)上進行專研，導致掃描電鏡的利用水平并不高。此外，專業(yè)技術(shù)管理人員人數(shù)和時間的缺乏，也無法滿足普遍的測試需求。針對以上問題，為了提高掃描電鏡的利用率和學院科研水平，同時培養(yǎng)學生的動手能力，學院和工程實驗教學中心進行了一系列的探索。

2 掃描電鏡實驗室管理和共享開放制度

制度是管理工作的基礎(chǔ)和保障[6]。我院工程實驗教學中心嚴格遵守《四川大學實驗室安全和環(huán)保管理條例》、《四川大學實驗室安全管理條例（修訂）》和《實驗儀器開放共享管理辦法（試行）》，并相應(yīng)地制定了《化學工程學院工程實驗教學中心共享設(shè)備預(yù)約使用規(guī)則（試行）》和《掃描電鏡送樣及制樣管理辦法（試行）》等相關(guān)制度。在掃描電鏡實驗室門口掛有安全信息牌，對危險源張貼警示標識，室內(nèi)裝有監(jiān)控，對第一次進入實驗室的各類實驗人員進行安全知識教育，并定期進行安全檢查。

為了加強儀器設(shè)備的開放共享，我院利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)搭建了化學工程學院數(shù)據(jù)服務(wù)中心。用戶可在該平臺上進行儀器設(shè)備的查詢和預(yù)約，設(shè)備管理員也可以通過平臺了解儀器的預(yù)約情況，從而合理安排實驗時間和儀器維護保養(yǎng)計劃。以院內(nèi)用戶為例，數(shù)據(jù)服務(wù)中心的掃描電鏡預(yù)約測試流程如圖1所示。院內(nèi)用戶登錄數(shù)據(jù)服務(wù)中心平臺，檢索到場發(fā)射掃描電鏡，提交預(yù)約申請，依次通過導師審核、中心審核和儀器管理員審核后，才能預(yù)約成功。各級審核人將駁回不符合要求的測試申請并給出駁回理由。用戶按預(yù)約時間進行實驗，測試結(jié)束后，自行拷貝數(shù)據(jù)，并填寫儀器使用記錄。校內(nèi)院外用戶和校外用戶通過直接聯(lián)系設(shè)備管理員的方式來進行測試預(yù)約，目前有電話預(yù)約、QQ預(yù)約、微信預(yù)約和建立外學院測試賬戶自行預(yù)約4種方式。由于我院的數(shù)據(jù)服務(wù)中心用戶數(shù)接近飽和，無法為每個校內(nèi)院外和校外用戶建立測試賬戶。因而，針對臨時的校內(nèi)用戶和校外用戶，電話、QQ和微信為主要預(yù)約途徑；對于長期在我院進行測試的校內(nèi)院外用戶和校外用戶，則建立測試賬戶，用戶自行預(yù)約儀器測試，預(yù)約流程參照院內(nèi)用戶，最大限度地保障預(yù)約渠道的通暢。

圖1 院內(nèi)用戶掃描電鏡預(yù)約流程

3 儀器管理方法探討

3.1 科研教師兼職儀器管理與測試

剛引進掃描電鏡時，由于學院沒有設(shè)置儀器管理員的崗位，因而由對掃描電鏡有興趣的年輕科研教師兼職儀器管理與測試。科研教師兼職儀器管理的優(yōu)勢在于，教師有較好的科研基礎(chǔ)和科學素養(yǎng)，且有一定的測試基礎(chǔ)，能夠很快上手儀器的使用，可更好地把握測試樣品的條件，提出更好的測試建議[7]。然而，由于教師的科研任務(wù)較重，且還有其他雜事纏身，不能保證足夠的測試服務(wù)時間。掃描電鏡操作的熟悉需要時間，而能付出足夠時間的教師并不多，只有少量課題組能使用掃描電鏡進行測試。種種原因?qū)е虑捌趯W院的掃描電鏡使用率并不高，大部分時間處于閑置狀態(tài)。此外，掃描電鏡日常需要諸多維護，而科研教師的服務(wù)時間不固定，無法兼顧儀器的使用和維護。

3.2 專人管理與有限度的開放

針對科研教師時間上不足的情況，我院隨后將儀器管理與測試分開，由學院實驗中心的實驗教師進行儀器的日常管理與維護，同時對學院教師開放自行操作儀器的權(quán)限。當然，教師需要通過培訓后才能上崗測試。這樣，掃描電鏡的日常維護得到了解決，而且教師也可以專心于測試。然而這種管理方法并沒有解決掃描電鏡使用率低的問題，僅有少量的教師能參加培訓，且基本只接收本課題組的樣品，大部分課題組并沒有受益。此外，雖然掃描電鏡由實驗中心的老師進行日常管理和維護，但由于實驗老師還需要承擔大量的實驗課，對儀器的管理也只能做到基礎(chǔ)維護，并沒有太多精力來研究如何提高掃描電鏡的使用率。

3.3 專人專崗管理與分層次開放并行

為了解決掃描電鏡使用率低的問題，我院在掃描電鏡的管理方式上進行了兩方面的改革：一是設(shè)置大型設(shè)備管理員崗位，由專人專崗來負責掃描電鏡的管理與維護；二是采取分層次開放并行的管理方式，即設(shè)備管理員、科研教師和學生助教共同承擔測試任務(wù)。針對掃描電鏡需求較大的課題組，重點培訓3～4名研究生擔任儀器助理管理員，進行儀器的測試操作培訓?？己撕细窈?，由學生助教來主要提供測試服務(wù)。目前，已有多個高校聘用學生助教來協(xié)助管理儀器，且效果良好[8]。一方面，設(shè)備管理員不承擔大量的其他實驗課程，有足夠的時間對掃描電鏡進行維護，也不用將全部精力用于測試服務(wù)，可以對掃描電鏡進行一些開發(fā)和管理工作，保障儀器的順利運行。另外一方面，讓學生參與到大型儀器的使用和管理工作中來，可以培養(yǎng)學生的自主探究、自主研學和自主創(chuàng)新的思維，也可以提升學生的動手能力和發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，符合當代研究生的培養(yǎng)要求，也有益于學生的就業(yè)和進一步深造[9-10]。此外，科研教師可根據(jù)自己的科研興趣和需求來進行測試，不再承擔繁雜的管理和維護工作，可以更專心地、深入地做好科研。如此，學院所有的學生都可以送樣測試，極大地提高了掃描電鏡的使用率和服務(wù)范圍。2020年開始設(shè)立專職大型儀器管理員，通過培養(yǎng)學生助教來進行測試后，申請掃描電鏡測試的課題組從8個增加至28個，測試年均時長也從300 h左右增加至900 h。

4 未來掃描電鏡管理的一些探索思路

我院一直致力于加大掃描電鏡等大型儀器的共享開放力度，在定價比校內(nèi)其他單位優(yōu)惠的基礎(chǔ)上，實行專人專崗管理與分層次開放并行的模式，已取得了一定的成績。然而，還存在著技術(shù)水平不高等問題。隨著近年來國家科研經(jīng)費投入的加大，越來越多的單位有能力購買掃描電鏡，如何更好地提供測試服務(wù)，吸引更多院內(nèi)、校內(nèi)院外以及社會上更多的測試需求，也是需要考慮的問題。

4.1 多方面提升技術(shù)水平

加大掃描電鏡的培訓力度，從儀器工程師、熟練的掃描電鏡操作員身上學習更多的樣品前處理、樣品制備，以及儀器操作、維護等相關(guān)知識；掃描電鏡的操作也是一個經(jīng)驗累積的過程，在測試樣品數(shù)量累積的過程中，不斷總結(jié)、積累經(jīng)驗；將邀請電鏡領(lǐng)域中硬件、應(yīng)用方面的專家進行講座，使相關(guān)人員進一步熟悉掃描電鏡的結(jié)構(gòu)和使用。將掃描電鏡用好，也不僅限于熟練掌握儀器操作技術(shù)，對使用掃描電鏡進行測試的領(lǐng)域也要有一定的了解。在今后，也將鼓勵相關(guān)人員多方面地聽取各領(lǐng)域的講座，加深對使用掃描電鏡測試的材料的認識，了解掃描電鏡在最前沿的科學研究中可以扮演什么角色，能作什么新的嘗試。

4.2 結(jié)合本單位平臺打造特色技術(shù)優(yōu)勢

我院配置的掃描電鏡型號已經(jīng)算不上先進，在測試效果上和其他單位相比并沒有顯著的優(yōu)勢，而且我院樣品種類較為單一，大多為納米材料，只有少量的金屬塊體材料，想要實現(xiàn)對各類樣品的測試技術(shù)水平提升難度太大，也沒有足夠的測試需求來支撐。因此，要想脫穎而出，需要另辟蹊徑。我院公用儀器平臺有帶光電復(fù)導型（MCT）檢測器的紅外光譜儀、電子順磁共振波譜儀、透射電子顯微鏡、IGA智能重量法吸附儀、納米粒度及Zeta電位分析儀和拉曼光譜儀等測試儀器，以我院樣品測試需求為基礎(chǔ)，結(jié)合平臺中的測試儀器，深耕納米材料樣品的特性，拓展平臺中測試儀器對此類樣品的測試能力，探索出特定樣品的全面檢測服務(wù)，打造平臺特色技術(shù)優(yōu)勢，可能將成為我院今后考慮的一個發(fā)展方向。

5 結(jié)語

掃描電鏡作為材料領(lǐng)域不可或缺的“眼睛”，測試需求量在我院、我校都是很大的。為了將掃描電鏡用好、管好，更好地服務(wù)學校、學院“雙一流建設(shè)”，充分發(fā)揮其在人才培養(yǎng)、科研和社會服務(wù)等方面的作用，我院在開放共享和管理方法上進行了一系列探究和實踐，也提出了未來掃描電鏡管理的一些探索思路，為學院其他大型儀器管理提供了一些經(jīng)驗和參考。