實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中的應(yīng)用

鄭琳，周春瑩， 袁媛 ，謝利

(1.國(guó)家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 青島 266033； 2.國(guó)家海洋局海洋溢油鑒別與損害評(píng)估技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266033)

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實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中的應(yīng)用

鄭琳1,2，周春瑩1,2， 袁媛1,2，謝利1,2

(1.國(guó)家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 青島 266033； 2.國(guó)家海洋局海洋溢油鑒別與損害評(píng)估技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266033)

文章介紹了北海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)(LIMS)的實(shí)施與運(yùn)行情況，并根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)探討了實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)對(duì)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的促進(jìn)作用及其存在的問(wèn)題。

實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)；海洋監(jiān)測(cè)；質(zhì)量管理

海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)工作是海洋環(huán)境管理中最為重要的基礎(chǔ)工作，監(jiān)測(cè)工作的質(zhì)量和效率直接影響到海洋環(huán)境管理決策的科學(xué)性和有效性。長(zhǎng)期以來(lái)由于監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)工作缺少信息化手段，監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)信息的產(chǎn)生、處理、傳輸均采用人工、紙質(zhì)件方式，導(dǎo)致了工作效率低、數(shù)據(jù)質(zhì)量差、管理問(wèn)題多。實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)(Laboratory Information Management System， LIMS)是將現(xiàn)代管理思想與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、自動(dòng)化儀器分析技術(shù)有機(jī)結(jié)合為一體，用于實(shí)驗(yàn)室業(yè)務(wù)管理和控制的系統(tǒng)。它可以為實(shí)驗(yàn)室的高效和科學(xué)運(yùn)作以及信息的保存、交流和加工提供平臺(tái)，并可對(duì)實(shí)驗(yàn)工作的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行定量化的質(zhì)量管理，以達(dá)到提高實(shí)驗(yàn)室工作效率、工作水平、數(shù)據(jù)質(zhì)量和降低成本的目的。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格質(zhì)量認(rèn)證的LIMS的應(yīng)用，可保證實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)量體系在嚴(yán)格控制下運(yùn)行，從而使實(shí)驗(yàn)室的最終產(chǎn)品即所有的監(jiān)測(cè)和管理數(shù)據(jù)、信息均符合相關(guān)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范[1—3]。LIMS目前主要應(yīng)用在醫(yī)療、環(huán)境、質(zhì)檢等行業(yè)。

國(guó)家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心(以下簡(jiǎn)稱(chēng)：北海監(jiān)測(cè)中心)是承擔(dān)北海區(qū)近、遠(yuǎn)海海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)的主要監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)。為提高監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)信息化，提升綜合監(jiān)測(cè)能力和分析水平，于2010年啟動(dòng)了實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)實(shí)施工作。本研究探討實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)在海洋監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)中的實(shí)施運(yùn)用及其對(duì)海洋監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)、質(zhì)量管理的促進(jìn)作用。

1 LIMS實(shí)施計(jì)劃

LIMS實(shí)施過(guò)程中，采取了根據(jù)需求統(tǒng)一設(shè)計(jì)、分塊實(shí)施、逐步推進(jìn)的工作原則。① 進(jìn)行了詳細(xì)地需求調(diào)研：了解Lims系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程及技術(shù)特點(diǎn)、已實(shí)施Lims系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)的實(shí)施過(guò)程和存在的問(wèn)題。② 將目前的監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)、管理流程與系統(tǒng)流程進(jìn)行了分析研究，對(duì)不規(guī)范的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行了優(yōu)化。③ 在系統(tǒng)實(shí)施前明確了系統(tǒng)運(yùn)行的目標(biāo)與技術(shù)環(huán)節(jié)，并且制訂了分階段實(shí)施計(jì)劃，確定了各個(gè)階段的實(shí)施范圍。在此基礎(chǔ)上與系統(tǒng)研發(fā)公司共同完了成需求設(shè)計(jì)。④ 系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程中采用循序漸進(jìn)、逐步改進(jìn)、責(zé)任到人的方式。在整體項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，盡量縮短初始化的時(shí)間、延遲試運(yùn)行時(shí)間，對(duì)于出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)。⑤ 配備專(zhuān)業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，包括熟悉業(yè)務(wù)流程和軟件設(shè)計(jì)的人員，并在系統(tǒng)實(shí)施前對(duì)人員進(jìn)行崗位培訓(xùn)，使實(shí)施人員認(rèn)識(shí)到了實(shí)驗(yàn)室管理信息化的重要性，以逐步適應(yīng)新的工作模式。

經(jīng)過(guò)4年的調(diào)整與優(yōu)化，已實(shí)現(xiàn)了海洋斷面監(jiān)測(cè)、海洋趨勢(shì)性監(jiān)測(cè)、海洋生物多樣性監(jiān)測(cè)等10余項(xiàng)監(jiān)測(cè)任務(wù)，水文氣象、水質(zhì)、沉積物、生物等監(jiān)測(cè)領(lǐng)域內(nèi)99個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目的LIMS信息化平臺(tái)運(yùn)行。

2 LIMS系統(tǒng)架構(gòu)和功能設(shè)計(jì)

根據(jù)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)流程和管理要求，LIMS設(shè)計(jì)圍繞4個(gè)目標(biāo)構(gòu)建：① 有效利用人力和設(shè)備資源，減輕工作人員壓力；② 規(guī)范實(shí)驗(yàn)室業(yè)務(wù)流程，加強(qiáng)工作過(guò)程監(jiān)管，使管理體系運(yùn)行更趨規(guī)范；③ 數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、安全、集中式存儲(chǔ)和共享，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、時(shí)效性和可溯源性；④ 自動(dòng)計(jì)算、報(bào)表自動(dòng)生成。

LIMS功能設(shè)計(jì)主要包括實(shí)驗(yàn)室管理和業(yè)務(wù)流程控制。其中實(shí)驗(yàn)室管理包括儀器設(shè)備、人員、材料、客戶(hù)等管理功能。業(yè)務(wù)流程控制包括采樣管理、樣品管理、實(shí)驗(yàn)室分析管理、數(shù)據(jù)管理、報(bào)表管理、質(zhì)量管理等功能。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)研發(fā)；數(shù)據(jù)庫(kù)采用 Microsoft SQL Server 2008；服務(wù)器端為 Windows Server 2003操作系統(tǒng)；客戶(hù)端操作系統(tǒng)為Windows XP SP3或者更高版本。通過(guò)局域網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、終端PC、各類(lèi)分析儀器和監(jiān)控設(shè)備、路由器、安全隔離系統(tǒng)等軟硬件運(yùn)行環(huán)境構(gòu)成LIMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)(圖1)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 功能模塊

系統(tǒng)功能模塊包括任務(wù)管理、采樣管理、樣品管理、電子數(shù)據(jù)傳輸、質(zhì)量控制、文檔管理、儀器設(shè)備管理、物料管理、試劑制備管理、工作量統(tǒng)計(jì)管理、數(shù)據(jù)綜合查詢(xún)共11個(gè)功能模塊。

3 LIMS運(yùn)行情況

3.1 人員、儀器設(shè)備、監(jiān)測(cè)方法的管理

LIMS建立之初，對(duì)監(jiān)測(cè)人員持證項(xiàng)目、儀器設(shè)備檢定校準(zhǔn)、計(jì)量認(rèn)證項(xiàng)目等基礎(chǔ)條件進(jìn)行確認(rèn)，對(duì)人員所屬科室、工作角色等予以劃分。

3.2 工作流程管理

依據(jù)海洋監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)流程，LIMS運(yùn)行流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)運(yùn)行流程

(1)任務(wù)下達(dá)。由任務(wù)書(shū)編制人員在LIMS中下達(dá)任務(wù)，填寫(xiě)監(jiān)測(cè)任務(wù)名稱(chēng)、站位經(jīng)緯度、監(jiān)測(cè)時(shí)間、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及其方法等相關(guān)信息，LIMS自動(dòng)生成監(jiān)測(cè)任務(wù)編號(hào)。

只有管理層理解了內(nèi)部控制的重要意義，才能為單位各部門(mén)和全體員工做好表率作用，認(rèn)真對(duì)待行政事業(yè)單位的內(nèi)部控制建設(shè)工作，加大建設(shè)的投入并且嚴(yán)格遵守內(nèi)部控制管理制度中的各項(xiàng)規(guī)章，逐漸將內(nèi)部控制意識(shí)從管理層滲透到單位員工層面。為了使內(nèi)部控制的意識(shí)深入到員工內(nèi)部，行政事業(yè)單位需要定期舉辦相關(guān)的團(tuán)建活動(dòng)和知識(shí)講座，通過(guò)培訓(xùn)來(lái)強(qiáng)化內(nèi)部控制在行政事業(yè)單位工作中的重要性，并向員工嚴(yán)格明確內(nèi)部控制制度的權(quán)威性。行政事業(yè)單位應(yīng)該通過(guò)管理層指導(dǎo)各部門(mén)、各部門(mén)監(jiān)督員工落實(shí)的方式不斷完善內(nèi)部控制體系，同時(shí)強(qiáng)化全體員工的工作思維模式。

(2)海上外業(yè)監(jiān)測(cè)。由外業(yè)領(lǐng)隊(duì)到達(dá)采樣站位后組織相關(guān)人員在LIMS內(nèi)輸入采樣時(shí)間、采樣人、站位經(jīng)緯度等、水文氣象、沉積物、水質(zhì)、生物等采樣信息，并完成樣品瓶的編碼打印工作。

(3)樣品交接。由樣品交接人員通過(guò)條碼掃描槍掃描樣品編碼、簽署的方式完成樣品從外業(yè)到各分析實(shí)驗(yàn)室的交接。交接完成后LIMS流程進(jìn)入測(cè)試分析環(huán)節(jié)。

(4)分析測(cè)試。由分析測(cè)試人員將分析測(cè)試結(jié)果直接錄入LIMS內(nèi)，其中營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀、原子熒光光度儀、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀ICP-MS等大型分析測(cè)試儀器的結(jié)果文件可以由LIMS直接讀取。

(5)數(shù)據(jù)審核及提交。數(shù)據(jù)三級(jí)審核均在LIMS內(nèi)在線(xiàn)審核，審核后數(shù)據(jù)可以通過(guò)相關(guān)接口進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)或直接打印成紙質(zhì)文件歸檔。

(6)質(zhì)量管理。由質(zhì)控人員進(jìn)行平行樣、內(nèi)控樣、加標(biāo)樣等各類(lèi)質(zhì)控樣的添加，并實(shí)現(xiàn)平行樣相對(duì)偏差、回收率等評(píng)估計(jì)算。

(7)實(shí)驗(yàn)室管理。文檔管理、儀器設(shè)備管理、物料管理、試劑制備管理模塊實(shí)現(xiàn)分析測(cè)試工作的文檔類(lèi)文件、儀器設(shè)備、試劑藥品等信息記錄和管理。工作量統(tǒng)計(jì)管理、數(shù)據(jù)綜合查詢(xún)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)任務(wù)的信息查詢(xún)、工作量統(tǒng)計(jì)。

4 LIMS運(yùn)行效果

通過(guò)LIMS的實(shí)施，給北海監(jiān)測(cè)中心的監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)管理和實(shí)驗(yàn)室管理帶來(lái)了很大的變化，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)工作需要涉及不同的部門(mén)、人員，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)流程缺少統(tǒng)一信息平臺(tái)，各環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)操作均獨(dú)立開(kāi)展，相互間的銜接均需要人員面對(duì)面交接，因此共享信息的傳遞時(shí)效性差。同時(shí)，監(jiān)測(cè)工作中的采樣信息、樣品信息、數(shù)據(jù)結(jié)果信息均為手工錄入、紙質(zhì)介質(zhì)傳遞，各環(huán)節(jié)均需要大量的人力，工作內(nèi)容重復(fù)。在主要以人工完成的業(yè)務(wù)流程中，如果溝通不及時(shí)就會(huì)造成信息鏈傳遞斷開(kāi)，造成信息出錯(cuò)，同時(shí)工作效率、質(zhì)量較低。

通過(guò)LIMS信息平臺(tái)將海洋監(jiān)測(cè)的任務(wù)下發(fā)、樣品采集、樣品交接、實(shí)驗(yàn)室分析、數(shù)據(jù)審核與提交的業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)有效地進(jìn)行了銜接，信息共享程度高，人工工作量減少、環(huán)節(jié)優(yōu)化、出錯(cuò)率減少，工作效率大幅提高。其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在：① 外業(yè)監(jiān)測(cè)中對(duì)于多個(gè)任務(wù)書(shū)作業(yè)，在系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)不同任務(wù)中相同站位相關(guān)信息的自動(dòng)匹配，減少人工工作量，減少出錯(cuò)率。② 樣品管理中樣品編號(hào)自動(dòng)生成，信息采用唯一性可自動(dòng)識(shí)別條形碼，交接借助掃碼槍自動(dòng)交接，樣品管理規(guī)范、高效，漏樣、缺樣等問(wèn)題能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理。③ 監(jiān)測(cè)任務(wù)執(zhí)行中站位、樣品等相關(guān)信息的共享與傳遞，大型儀器分析結(jié)果可以自動(dòng)導(dǎo)入，減少了人為環(huán)節(jié)，提高了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。④ 現(xiàn)場(chǎng)分析與實(shí)驗(yàn)室分析記錄、工作曲線(xiàn)及總報(bào)表均能實(shí)時(shí)生成，解決了繁重的人工抄表工作，提高了數(shù)據(jù)時(shí)效性；系統(tǒng)內(nèi)置分析計(jì)算與審核設(shè)置能自動(dòng)校核或?qū)徍?，少了出錯(cuò)率、提高了工作效率。

4.2 監(jiān)測(cè)過(guò)程可全程溯源、提高了質(zhì)量管理水平

海洋監(jiān)測(cè)質(zhì)量管理工作需要對(duì)完整的海洋監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)流程環(huán)節(jié)進(jìn)行跟蹤、檢查，數(shù)據(jù)結(jié)果有異常時(shí)需要整個(gè)鏈條能及時(shí)進(jìn)行溯源。由于傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)流程以人工為主，各環(huán)節(jié)需要人工銜接，因此，給質(zhì)量管理工作帶來(lái)很大的困難。在海洋監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)量快速發(fā)展的形式下，人對(duì)人形式的監(jiān)督檢查根本無(wú)法達(dá)到質(zhì)量管理目標(biāo)，不僅時(shí)效性差，而且由于人員不到位，管理環(huán)節(jié)也容易缺失，從而無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)在的海洋管理需求。

通過(guò)LIMS建立起的快速高效的質(zhì)量監(jiān)督信息化平臺(tái)，將監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)全程納入統(tǒng)一的信息平臺(tái)中，各監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)均有記錄，各環(huán)節(jié)信息均能實(shí)時(shí)錄入、實(shí)時(shí)審核、實(shí)時(shí)追溯，數(shù)據(jù)質(zhì)量可以全程溯源。真正實(shí)現(xiàn)了借助信息化監(jiān)控體系實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理的信息化。

4.3 滿(mǎn)足不同管理者的需求，管理高效、便捷

通過(guò)LIMS對(duì)檢測(cè)項(xiàng)目、樣品數(shù)量、工作狀態(tài)、任務(wù)量等情況可以實(shí)時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、查詢(xún)，方便了不同管理者的管理需求，監(jiān)測(cè)管理更高效、便捷。同時(shí)，在LIMS中海洋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果能借助網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的異地高效傳輸，數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸入庫(kù)分析，提高了監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的時(shí)效性，有力地支撐了管理決策的制定。

5 存在的問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)LIMS在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用較少，主要原因是LIMS產(chǎn)生于某一特定的、單一功能的分析實(shí)驗(yàn)室，這些實(shí)驗(yàn)室客戶(hù)單一、數(shù)據(jù)類(lèi)別單一且固定，數(shù)據(jù)產(chǎn)生的場(chǎng)所絕大部分在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部，而海洋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程和管理模式與單一實(shí)驗(yàn)室相比，差異較大?？蛻?hù)或任務(wù)來(lái)源范圍廣、數(shù)據(jù)類(lèi)別包括海水、淡水、沉積物、生物、大氣等多種類(lèi)別；數(shù)據(jù)產(chǎn)生在海上或室外場(chǎng)所[4-6]。在系統(tǒng)運(yùn)行中，我們發(fā)現(xiàn)了LIMS在海洋監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中需要解決的一些問(wèn)題。

5.1 LIMS適用范圍直接影響到系統(tǒng)實(shí)施的效果

LIMS不是萬(wàn)能的，并不是實(shí)驗(yàn)室所有工作都是LIMS的管理對(duì)象。① LIMS是一個(gè)軟件管理系統(tǒng)，工作流程不清晰、不規(guī)范的業(yè)務(wù)將影響到系統(tǒng)設(shè)計(jì)和使用。② 由于LIMS流程的固定化，對(duì)于經(jīng)常需要變動(dòng)、靈活性較大的業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)無(wú)法提高工作效率，反而會(huì)影響工作進(jìn)程。③ 自動(dòng)化程度不夠高的實(shí)驗(yàn)室，將導(dǎo)致LIMS實(shí)施不暢，尤其是主體由人工分析的工作并不是LIMS的優(yōu)勢(shì)，運(yùn)行后工作效率反而會(huì)有所降低。對(duì)于特殊流程，LIMS需要研發(fā)新的模塊以滿(mǎn)足不同的需求。

5.2 LIMS數(shù)據(jù)采集功能未完善

目前國(guó)內(nèi)的LIMS與儀器設(shè)備的對(duì)接技術(shù)還有待提高，LIMS對(duì)于色譜、質(zhì)譜、原子吸收、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀等大型儀器上的原始數(shù)據(jù)，僅僅采集其工作站導(dǎo)出文件(txt，csv，xls等)中的結(jié)果，而不能實(shí)現(xiàn)儀器與LIMS的雙向通信。同時(shí)，LIMS系統(tǒng)對(duì)于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中海洋沉積物分析、海洋生物分析、放射性分析的專(zhuān)用儀器設(shè)備如激光粒度儀、流式細(xì)胞儀、γ劑量率儀等還無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)接。

5.3 LIMS與海洋監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)流程的適應(yīng)性需要進(jìn)一步完善

LIMS設(shè)計(jì)是基于委托檢測(cè)的任務(wù)設(shè)計(jì)的，因此系統(tǒng)對(duì)于確定的分析方法、確定的分析儀器的檢測(cè)任務(wù)有優(yōu)勢(shì)。而實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)只是海洋監(jiān)測(cè)的一部分工作，同時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)任務(wù)又有介質(zhì)多樣、項(xiàng)目多樣的特殊性。因此，海洋監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)的檢測(cè)有許多不確定性，需要根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行多次檢測(cè)或調(diào)整。這些業(yè)務(wù)、管理流程與LIMS固有的流程不兼容，LIMS的固定化流程就無(wú)法滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求。

6 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)(LIMS)作為現(xiàn)代的實(shí)驗(yàn)室管理工具，將海洋監(jiān)測(cè)的業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)納入信息化體系，解決了傳統(tǒng)手工作業(yè)中存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)信息化、動(dòng)態(tài)化、自動(dòng)化、規(guī)范化管理。當(dāng)前，我國(guó)的海洋環(huán)境保護(hù)工作進(jìn)入了一個(gè)新的歷史時(shí)期，海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)事業(yè)發(fā)展迅速，在新形勢(shì)下，LIMS必將成為促使中國(guó)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室管理水平提升、與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制接軌、與國(guó)際慣例接軌、與科學(xué)化管理體系接軌的重要手段和工具。

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2009年度海洋公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目(200905007-2).

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