集成化實驗室(iLAB)的益處

Robert PAVLIS

集成化實驗室(iLAB)是一種新型實驗室信息化系統(tǒng)——一種全面自動化控制系統(tǒng)。其最大的價值是探索并解決了當今實驗室信息化過程中面臨的四個主要難題：

1. 缺乏用戶的實時控制——在日常測試中，通常要求分析者依照標準操作流程(SOPs)來進行，但卻沒有辦法強迫他們。例如，分析者往往需要對一種試劑是否適用于該運行中的測試體系進行核實，但系統(tǒng)卻無法確認這種核實的存在。分析者的責任是既要堅持SOP的要求，又要決定過程中的每個步驟。而針對后者，要求他們做出的決定過多。

2. 工作流程管理有限——當其中一臺設備發(fā)生故障，整個集成化系統(tǒng)該如何調整自己？首先，系統(tǒng)應該查找是否存在其他設備可以應用于相同的測試。如果無法實現(xiàn)，接下來便需要重新制定測試計劃，使得其他分析樣品可以被先行測試。系統(tǒng)一方面要保證故障設備得以盡快維修，一方面需將數(shù)據(jù)延遲的信息及時通知實驗室外部。所有的這些過程都應該自動完成，并且兼顧實驗室的各種可用信息及資源。而當今的實驗室信息化系統(tǒng)離這種能提供真正工作流程控制的要求還相距甚遠。

3. 大部分過程由人驅動或者文件驅動，而不是事件驅動——如果一個過程基于文件，那它是人驅動，而不是事件驅動。通常分析者需要做出很多決定，包括核對結果，事件安排，確認測試的順利進行等。事實上，這些過程都應由自動化系統(tǒng)來完成。系統(tǒng)將確保所有的流程每次均按正確的方式進行，而這些決定將以發(fā)生的事件為基礎。事件可以是一個分析者的行為，例如從列表中選擇一臺設備；也可以是系統(tǒng)的某個行為，例如校驗運行記錄。

4. 信息整合有限——任何一個在實驗室中操作一種以上軟件的分析者均會遇到類似的問題，比如在軟件系統(tǒng)之間及設備與軟件之間缺乏整合。恰當?shù)男畔⒄象w系具有兩個突出的優(yōu)勢：信息只保存在一個地方，并且無論何時何地都可以被立即獲取。

這四個主要難題往往使流程控制喪失自動化。如果不將分析者的決策權解除，而系統(tǒng)之間又沒有得以集成，自動化工作流程控制的實現(xiàn)將面臨挑戰(zhàn)。

1 iLAB的描述

iLAB系統(tǒng)配置如圖1所示。圖1中各模塊均是主要的實驗室應用系統(tǒng)，例如實驗室信息管理系統(tǒng)(LIMS)、電子實驗記錄本(ELN)、儀器軟件等。它們各自實施特定的功能，且獨立運行。

每個應用模塊與其他應用模塊之間利用實時整合層來完成交互連接，而非線性連接。這在系統(tǒng)的設計中極為關鍵。無論何時何地，任何應用模塊中的任何信息均可被其他應用模塊獲取。如果ELN需要關于儀器校準的信息，通過實時整合層便可從校準應用模塊中輕松獲得。

上文提到的實時整合層，是一種工作流程控制層，可以從所有應用模塊中獲取信息，并利用業(yè)務規(guī)則最大限度地控制工作流。如果一臺設備停止運行，整合層將實時地重新調整，使整個實驗室系統(tǒng)找到最佳的解決途徑。

由于實時整合和工作流程控制在iLAB的設計中至關重要，下文將對它們分別進行討論。

1.1 實時整合

實時整合意味著無論何時何地，所需要的信息都可以被及時獲取。系統(tǒng)可以因此執(zhí)行多個自動化校驗過程來避免錯誤的產生，同時替用戶做出決定。

數(shù)據(jù)和事件可以被實時、自動地校驗。每個新產生的數(shù)據(jù)依次被評估、核對、最后保存到正確的位置。而本次事件只有被回顧和核對后，才可以繼續(xù)發(fā)動后續(xù)事件。由于對自動化系統(tǒng)而言，將信息存放在多個位置極為不利，所以在iLAB系統(tǒng)中數(shù)據(jù)將只保存在一個正確的位置。

1.2 工作流程控制

一個事件會自動引發(fā)其他事件。它們之中的一部分需要分析者來完成，而另一部分將自動運行。由于一些事件可能會影響當前的進度，這將使得接下來的事件被重新安排。例如，在iLAB中選擇一個平衡將自動觸發(fā)以下一系列事件：

檢查校準

檢查平衡是否適當

檢查運行記錄

將平衡的使用記入儀器記錄簿重新獲得校準信息

重新獲得指導性的SOP

在這個例子中，選擇一個平衡的單一事件觸發(fā)了多達5個應用模塊之間的相互作用。

2 Nexxis iLAB 的描述

Nexxis iLAB (Labtronics Inc., Guelph, Ontario, Canada)為iLAB提供了一定的附加功能(見圖2)。這些將在下文中進行介紹。

2.1 即插即用的應用系統(tǒng)

應用模塊與實時整合層連接的設計對于iLAB最佳應用選擇功能的發(fā)揮是必不可少的。Labtronics開發(fā)了一套應用運行界面(API)標準用于應用模塊與整合層之間的信息交流。這表明應用模塊之間是可以互換的。例如，Nexxis科學數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(SDMS)可以被NuGenesis(Waters Corp.，Milford，MA)或者Open-LAB ECM(Agilent Technologies, Palo Alto, CA)所替代卻不喪失任何功能(圖3)。由于API針對SDMS的設計與其他應用模塊完全相同，使得將一個應用模塊替換為另一個僅需要一個簡單的屏幕配置。一旦配置完成，實時整合層便無法分辨是哪一個SDMS被連接。

Nexxis iLAB API非常通用，目前已獲廣泛應用的文件系統(tǒng)都可以被用來替代SDMS。這種即插即用的特點對于將iLAB應用于一個已存在信息化系統(tǒng)的實驗室來說很重要，因為它不需要更換任何現(xiàn)有系統(tǒng)。

2.2 開箱即用配置

目前大量的Nexxis iLAB都可以提供簡單配置用以代替腳本和編程定制方案。例如，Nexxis ELN中的ReDITM技術允許用戶使用單擊拖動功能來產生自動化工作列表。將ELN工作表與儀器校準信息、運行記錄、儀器記錄簿相連接只需要利用簡單的配置便可在一到兩分鐘內完成。而與現(xiàn)有LIMS的連接則是通過標準的單屏配置的LIMS模塊來完成。

3 小結

iLAB是一種新型的實驗室信息化系統(tǒng)，它是通過實時整合層和工作流程控制來解決當今實驗室信息化過程中面臨的四個主要問題：1)缺乏用戶的實時控制；2)工作流程管理有限；3)大部分過程由人驅動或者文件驅動，而不是事件驅動；4)信息整合有限。通過這些問題的解決，iLAB將LIMS與其他現(xiàn)有體系集成至一個完整的實驗室系統(tǒng)當中，從而提高了它們各自的價值。而在這個系統(tǒng)中：

不論何時何地，所有的數(shù)據(jù)均可被實時獲取。

數(shù)據(jù)和事件一旦發(fā)生便即時生效。

錯誤可以被避免——例如，iLAB可以執(zhí)行操作，并且在運行結束后避免分析者的任何操作，而不是簡單的跟蹤運行記錄。

程序被高度控制以確保它們的正確運行。

資源被實時處理——化學試劑的有效期總是當前，且儀器總是被實時校準。

這樣一種iLAB環(huán)境有利于簡化核實過程和加快產品發(fā)布。