高校大型儀器有效維護(hù)保養(yǎng)方法的探索*

黃瑩瑩

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院公共技術(shù)平臺 浙江 杭州 310058

引言

大型儀器是高校及科研院所賴以生存的基礎(chǔ)，是開展知識創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新的必要工具，是建設(shè)“雙一流”、培養(yǎng)高水平科研人才、服務(wù)社會的重要條件[1]。隨著高校教育水平和科研水平的提升，教學(xué)與科研對高水平分析測試的依賴性在不斷加大，大型儀器在科研中的支撐作用也日益增強(qiáng)[2-3]。但大型儀器一般價格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、專業(yè)性強(qiáng)，目前高校實(shí)驗(yàn)室普遍面臨著儀器管理制度滯后、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)難等諸多問題[4-5]。同時，隨著實(shí)驗(yàn)室大型儀器數(shù)量的迅速增長，如何做好設(shè)備的日常管理與維護(hù)，提高實(shí)驗(yàn)室儀器使用壽命和效率，讓大型儀器在高校的教學(xué)、科研和社會服務(wù)中充分發(fā)揮作用等問題日益突出[6-8]。

大型儀器主要應(yīng)用于知識創(chuàng)新這一科技創(chuàng)新的上游環(huán)節(jié)[9]，要最大化儀器的作用，必須探索有效的大型儀器維修保養(yǎng)方法，降低儀器故障率，充分發(fā)揮其最大使用效益，提升儀器在科學(xué)試驗(yàn)研究與科技創(chuàng)新中的作用，這對進(jìn)一步推動“雙一流”建設(shè)，有著重要意義。浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院公共技術(shù)平臺（以下簡稱“醫(yī)學(xué)院平臺”）成立于2010 年，經(jīng)過十余年發(fā)展，目前擁有大型儀器150余臺，服務(wù)用戶數(shù)4400多個，服務(wù)總機(jī)時數(shù)60余萬小時，分析測試任務(wù)非常繁忙，因此，本文以醫(yī)學(xué)院平臺為例，研究探討如何做好高校這些大型設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)工作的問題，從而保證大型儀器正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)其高效率低故障的優(yōu)質(zhì)共享模式，期望可以為其他單位大型儀器的開放提供借鑒和參考。

1 大型儀器維護(hù)保養(yǎng)中存在的問題

大型儀器保修期限短，配件價格高，不僅需要按照正確的步驟操作，還要定期對儀器進(jìn)行保養(yǎng)和維護(hù)。但多數(shù)實(shí)驗(yàn)室只管使用，卻不重視儀器的保養(yǎng)，維護(hù)工作嚴(yán)重不到位。

1.1 實(shí)驗(yàn)室布局不合理

大型儀器設(shè)計精密，運(yùn)行條件苛刻，設(shè)備放置環(huán)境要求高。但很多實(shí)驗(yàn)室在放置大型儀器前并沒有預(yù)先設(shè)計合適的位置，看著哪里空放哪里，儀器多了，散熱不好，就臨時在墻上打孔裝空調(diào)，既影響美觀也影響整個實(shí)驗(yàn)間的密閉性；覺得房間濕度太大了，購買除濕機(jī)，但由于沒有預(yù)先設(shè)計地漏，除濕機(jī)無法持續(xù)排水，很容易水箱滿了，人工傾倒給試驗(yàn)工作造成很多煩擾。

1.2 缺乏專業(yè)的操作維護(hù)人員

近年來高?？蒲薪虒W(xué)的建設(shè)和發(fā)展，大型儀器的數(shù)量有了穩(wěn)步的增長，但缺乏設(shè)備相關(guān)的專業(yè)技術(shù)操作人員仍舊是普遍問題[10]。有些儀器分散在課題組，只有學(xué)生操作，沒有專職管理人員；有些儀器雖然集中在共享平臺，有全職的技術(shù)人員負(fù)責(zé)，但由于人員短缺、知識水平有限等原因，技術(shù)員僅忙于管理儀器的使用，在自我維修維護(hù)方面工作不到位，不能有效地維護(hù)保養(yǎng)好大型儀器。

1.3 不注重儀器的維護(hù)

隨著科研的發(fā)展，大型儀器尤其是共享平臺的分析測試任務(wù)日益繁忙，如圖1所示，醫(yī)學(xué)院平臺2020年機(jī)時數(shù)超過2500小時（遠(yuǎn)大于科技部年機(jī)時數(shù)800小時的考核要求[11]）的就有10余臺。多數(shù)用戶為了方便省事，平時忽略儀器的維護(hù)保養(yǎng)，能用則用，不能用了就找廠家維修。比如平臺的流式細(xì)胞儀進(jìn)樣針經(jīng)常堵塞，主要原因是部分學(xué)生樣品準(zhǔn)備不符合要求，未經(jīng)過細(xì)胞篩過濾，樣品團(tuán)塊進(jìn)入上樣針從而使管道堵塞，影響當(dāng)次試驗(yàn)甚至后續(xù)同學(xué)的試驗(yàn)。

圖1 醫(yī)學(xué)院平臺部分儀器2020年使用情況

1.4 維護(hù)管理制度不完善、缺乏維修資金

國內(nèi)實(shí)驗(yàn)室普遍缺少大型儀器維護(hù)保養(yǎng)制度，或者現(xiàn)有的規(guī)章制度不夠細(xì)化、合理，執(zhí)行不到位等。有些實(shí)驗(yàn)室雖然建立了部分的儀器使用制度，但缺乏統(tǒng)一的設(shè)備維修制度，沒有相應(yīng)的儀器維護(hù)檔案管理，記錄混亂，不利于儀器的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，大型儀器多是進(jìn)口設(shè)備，工程師上門服務(wù)費(fèi)均在2000元左右，若有配件更換的，費(fèi)用相當(dāng)昂貴，比如共聚焦顯微鏡的激光器至少十幾萬元一根，使用壽命僅3～4年，很多單位出現(xiàn)維修資金匱乏、“維修不起”的現(xiàn)象。

2 如何高效地維護(hù)保養(yǎng)好大型儀器

大型儀器的維護(hù)保養(yǎng)工作是做好高校實(shí)驗(yàn)室管理的重要環(huán)節(jié)，直接影響大型設(shè)備的使用壽命和運(yùn)行效益。鑒于上述問題，如何高效地維護(hù)保養(yǎng)好大型儀器，是實(shí)驗(yàn)室亟待解決的問題。結(jié)合醫(yī)學(xué)院平臺的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，筆者研究和探索了如下對策。

2.1 合理布局大型儀器實(shí)驗(yàn)室

實(shí)驗(yàn)室安裝大型儀器設(shè)備之前，應(yīng)提前設(shè)計，合理布局。不同儀器對工作環(huán)境要求不同。比如流式細(xì)胞分選儀需要細(xì)胞培養(yǎng)室級別的潔凈獨(dú)立空間（具體級別按試驗(yàn)樣本要求分別定義）[12]，且儀器需要配置氣溶膠抽吸系統(tǒng)，過濾試驗(yàn)中產(chǎn)生的可能有潛在生物危害性的氣溶膠；另外，為保證樣本活性，還需要配置4℃冷凝水循環(huán)裝置；同時，分選室應(yīng)設(shè)計放置超凈臺，以便無菌分選試驗(yàn)進(jìn)行；配備足夠功率的空調(diào)，使室溫符合儀器最佳運(yùn)行溫度（20℃～25℃）。共聚焦顯微鏡需要避光的環(huán)境，加裝防震臺，防震臺主要作用是減少振動對試驗(yàn)的影響。離心機(jī)的安裝位置要避開陽光直曬、灰塵、通風(fēng)不良、熱輻射、振動、腐蝕性化學(xué)物質(zhì)、洗刷池等；附近不應(yīng)放置天平、顯微鏡等精密儀器[13]。高功率的儀器應(yīng)單獨(dú)設(shè)計電路供電。為避免臨時停電造成的意外損傷，大型儀器還應(yīng)配備具有一定蓄電能力的穩(wěn)壓電源，如醫(yī)學(xué)院平臺安裝了14300瓦的智能化工頻UPS（不間斷電源）機(jī)組，既可作為維持儀器平時正常工作的穩(wěn)壓電源，又能用于平臺突發(fā)停電情況下的臨時供電，該機(jī)組可供五臺大型流式細(xì)胞儀在停電后繼續(xù)工作0.5小時，工作人員可在這0.5小時內(nèi)執(zhí)行正常的清洗關(guān)機(jī)程序，減少儀器損傷。另外，精密儀器對工作環(huán)境的濕度有一定要求，空氣濕度大時（尤其中國南方有梅雨季節(jié)），實(shí)驗(yàn)室需要安裝除濕機(jī)，避免大型儀器配件因受潮而故障。安放除濕機(jī)的位置最好預(yù)先設(shè)計地漏，以便除濕機(jī)排水管排水，從而使除濕機(jī)自主不間斷工作。

2.2 完善儀器的維修維護(hù)管理制度

大型儀器除基本的使用管理條例，應(yīng)建立健全完善的維修保養(yǎng)制度，使維護(hù)工作規(guī)范化、科學(xué)化[14]。建立大型儀器的檔案管理，內(nèi)容包含基本信息、采購信息、驗(yàn)收信息、維修記錄、報廢記錄等，比如醫(yī)學(xué)院平臺除了保存紙質(zhì)材料外，擬籌建儀器共享管理系統(tǒng)中的在線檔案模塊，充分利用網(wǎng)站信息化，使儀器檔案隨時備案，有據(jù)可查。表1展示了一臺流式細(xì)胞分選儀2020年度的整體維修情況，從表中可知，該儀器什么時候做過大保養(yǎng)了，什么配件容易損耗應(yīng)提前預(yù)備，有助于確保儀器高效地正常運(yùn)行。

表1 流式細(xì)胞分選儀（BD FACS SORP ARIA II）2020年維護(hù)保養(yǎng)記錄

在儀器的維護(hù)管理中，人是主要的因素。首先，建立AB角管理制度，平時A角為主，B角為輔，當(dāng)A角臨時缺崗時，B角負(fù)責(zé)儀器的維護(hù)管理，使儀器不會因?yàn)闊o人管理而出問題。其次，建立適當(dāng)?shù)募顧C(jī)制，留住熟知儀器的高層次人才。

另外，有部分儀器是學(xué)生自主使用的。因此，平臺應(yīng)建立培訓(xùn)相關(guān)制度，比如《培訓(xùn)與考核制度》、《獨(dú)立操作資格管理條例》等，規(guī)范對用戶的培訓(xùn)，并在運(yùn)行中不斷優(yōu)化、完善。同時，在學(xué)生獲得獨(dú)立操作資格前，再進(jìn)行一場安全培訓(xùn)，簽訂《醫(yī)學(xué)院公共技術(shù)平臺獨(dú)立操作資格申請》，明確安全事項，規(guī)范試驗(yàn)操作，消除安全隱患。

2.3 做好大型儀器的日常維護(hù)

大型儀器設(shè)備故障大多數(shù)都是由于操作不規(guī)范引起的，因此，良好的日常維護(hù)可延長大型儀器的使用壽命[15]。如流式細(xì)胞分析儀，每日開機(jī)前先清空廢液桶，加滿鞘液；開機(jī)后需要執(zhí)行排氣泡、管道清洗工作；清洗結(jié)束用質(zhì)控微球進(jìn)行儀器的追蹤、校準(zhǔn)，根據(jù)質(zhì)控報告判定儀器當(dāng)天狀態(tài)是否適合試驗(yàn)，若有問題，可及時處理，從而保證每日試驗(yàn)順利進(jìn)行，所得數(shù)據(jù)客觀有效；試驗(yàn)后，需要按操作規(guī)程清洗、關(guān)閉儀器；對于假期儀器較長時間不試驗(yàn)的，也應(yīng)定期開機(jī)清洗，否則鞘液會在儀器內(nèi)部結(jié)晶，致使很多配件損壞。流式細(xì)胞分析儀有個主要部件是激光器，激光器不宜頻繁的反復(fù)開關(guān)，因此，該儀器一般一天只開機(jī)一次，關(guān)機(jī)一次，從而延長激光器使用時長，降低儀器維修成本（如更換一個流式355nm激光器約需50萬人民幣）。

另外，日常試驗(yàn)中，樣品制備也很關(guān)鍵，如流式、液相色譜儀檢測的樣本，上樣前均需要選擇合適的濾膜過濾，以免樣本團(tuán)塊堵塞儀器，造成儀器故障。

2.4 大型儀器設(shè)備的特殊維護(hù)

大型儀器多為進(jìn)口設(shè)備，一旦發(fā)生故障，維修費(fèi)用較高。因此，儀器除了每日常規(guī)維護(hù)外，需要技術(shù)人員做好一些特殊維護(hù)，比如流式細(xì)胞分選儀上的管道接頭因頻繁拔插，接口處的O圈容易老化，從圖2可以看出，新的鞘液桶液流管接口O圈表面光滑整潔（圖2B），但老化的O圈表面凹凸不平，甚至出現(xiàn)許多毛刺（圖2C箭頭指示處）；分選用的噴嘴常因頻繁使用而耗損上面的紅色小O圈，圖2E是熒光倒置顯微鏡下觀察的脫落的噴嘴O圈（直徑70～130μm，肉眼看不清，因此需用顯微鏡查看），從圖可知，其磨損嚴(yán)重，四周已不平整；工作人員應(yīng)定期檢查儀器上的這些部件，若發(fā)現(xiàn)老化的O圈則及時更換，避免儀器出現(xiàn)更大的故障。多功能酶標(biāo)儀、紅外激光圖像成像系統(tǒng)等需要定期除塵以確保其檢測靈敏度。使用率高的儀器，還應(yīng)定期進(jìn)行數(shù)據(jù)清理與備份，以保證工作站的正常速度。

圖2 流式細(xì)胞分選儀O圈老化情況

針對大型儀器配件維修昂貴的問題，可以與原廠家商討購買相應(yīng)的維修保養(yǎng)合同。為節(jié)約維護(hù)成本，分三類處理：①不容易故障的儀器，如醫(yī)學(xué)院平臺的紅外激光圖像成像系統(tǒng)，2011年購置，運(yùn)行十年，總共故障一次，維修費(fèi)幾千元，這類儀器可不買任何維保合同，有問題及時報修即可。②儀器只有某些配件容易老化損壞，則購買年度保養(yǎng)包或配件維保，費(fèi)用相對較低，亦能保障儀器的正常運(yùn)行。③購置五年以上，且多個配件均可能老化的儀器，建議購買整機(jī)維保。這種方式維修效率高，能促進(jìn)儀器高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.5 注重設(shè)備的升級改造、功能拓展

正所謂儀器“不怕用壞”“就怕放壞”，一些使用率低下的大型儀器若長時間不開機(jī)，種種原因最終導(dǎo)致儀器無法工作，大大降低了儀器的使用效益[16]。工作人員應(yīng)對此類儀器進(jìn)行功能拓展，使其服務(wù)于更多科研方向，從而提高其利用率。一些使用率較高但因購置年代較久的儀器則需要及時升級改造，使其適應(yīng)日新月異發(fā)展的科學(xué)研究的需要，老驥伏櫪，志在服務(wù)，充分發(fā)揮大型儀器的內(nèi)涵價值，比如十年前，實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)染細(xì)胞系一般多用GFP，那時候購置的流式細(xì)胞分析儀僅配備了檢測GFP的激光器，隨著科研的發(fā)展，熒光蛋白家族逐漸豐富，需要儀器升級激光器種類才能檢測到更多的靶信號。單細(xì)胞組學(xué)研究亦是近年來發(fā)展起來的研究熱點(diǎn)，這也需要舊的流式細(xì)胞分選儀升級孔板分選模塊，從而滿足單細(xì)胞研究的需求，提高儀器運(yùn)行效率，使大型儀器繼續(xù)發(fā)揮余光余熱。如Jia等[17]對流式細(xì)胞分選儀Aria SORP型設(shè)備進(jìn)行了拓展研究，建立了國際前沿技術(shù)——染色體分選技術(shù)，不僅填補(bǔ)了國內(nèi)該技術(shù)項目的空白，而且成為國際上首次以“石英杯中激發(fā)原理型設(shè)備”實(shí)現(xiàn)這項技術(shù)的單位，測試水平已達(dá)國際前沿，大大提升了儀器的應(yīng)用價值。

2.6 建立合理的收費(fèi)體系，形成“以機(jī)養(yǎng)機(jī)”良性循環(huán)

大型儀器運(yùn)行成本包含設(shè)備折舊費(fèi)、維修費(fèi)或維保費(fèi)、試劑耗材費(fèi)、水電房租費(fèi)、人員勞務(wù)費(fèi)等。有些單位僅注重儀器的建設(shè)，卻忽視了后面的維護(hù)保養(yǎng)，缺乏維修資金的投入，使很多大型儀器一旦故障了，無法及時維修，影響后續(xù)試驗(yàn)的開展。部分大型儀器貴重配件損壞后，得不到維修，成了待報廢設(shè)備。因此，大型儀器持有單位，尤其像公共技術(shù)平臺，應(yīng)按儀器運(yùn)行成本進(jìn)行定價核算，兼顧參考國內(nèi)兄弟單位收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，制定合理、可行收費(fèi)體系，從而解決大型儀器運(yùn)行過程中的經(jīng)費(fèi)不足等問題，形成“以機(jī)養(yǎng)機(jī)”、“優(yōu)質(zhì)共享”的良性循環(huán)。

3 結(jié)束語

綜上所述，做好高校大型儀器的維護(hù)保養(yǎng)工作對提高設(shè)備利用率有著至關(guān)重要的作用。只有重視維護(hù)這一項工作，降低儀器故障率及維修成本，才能促進(jìn)儀器的共享使用，提高科研產(chǎn)出比，為一流的科學(xué)、教學(xué)與學(xué)科建設(shè)提供高效優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。本文通過借鑒國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)室經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自身情況，從實(shí)驗(yàn)室布局，制度建設(shè)，大型儀器日常和特殊維護(hù)，設(shè)備升級改造等方面進(jìn)行了探索，相關(guān)實(shí)踐方法可為大型儀器的管理維護(hù)提供一定的參考。工欲善其事必先利其器，只有有效地維護(hù)保養(yǎng)好大型儀器，才能用好大型儀器，充分發(fā)揮大型設(shè)備的科研價值與社會效益。