學(xué)科交叉型實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行與管理

樸 瑩, 唐建斌, 劉祥瑞, 周珠賢, 段 真, 申有青

(浙江大學(xué) 化學(xué)工程與生物工程學(xué)院, 浙江 杭州 310012)

學(xué)科間知識(shí)體系的交叉融合是科技創(chuàng)新的重要途徑,已經(jīng)成為科學(xué)發(fā)展的必然趨勢[1]。在近百年的諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)中跨學(xué)科交叉的研究成果有近半之多,近年來的許多重大科技突破發(fā)生在學(xué)科交叉領(lǐng)域。基于此,許多國家都在積極布局學(xué)科交叉型研究,美國國家科學(xué)院協(xié)會(huì)2004年發(fā)表了《促進(jìn)交叉學(xué)科研究》的報(bào)告[2]。哈佛大學(xué)在2006年成立的大學(xué)科學(xué)與工程規(guī)劃委員會(huì)指出:“塑造一個(gè)激勵(lì)和推進(jìn)跨學(xué)科研究與合作的環(huán)境對于保持哈佛大學(xué)在科學(xué)技術(shù)研究與教學(xué)中的領(lǐng)先地位極其重要”[3],并于2007年成立了建校以來第一個(gè)跨學(xué)科院系—干細(xì)胞與再生生物學(xué)系來推動(dòng)跨學(xué)科院系的發(fā)展。與此同時(shí),麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、劍橋大學(xué)等世界著名學(xué)府也相繼成立了跨學(xué)科研究中心和研究組織。

交叉學(xué)科研究的多學(xué)科融合性往往需要建立較大的研究團(tuán)隊(duì),以浙江大學(xué)生物納米工程中心(簡稱中心)為例,團(tuán)隊(duì)有近50人的規(guī)模,在人員、設(shè)施、儀器等方面的數(shù)量與復(fù)雜程度是單一學(xué)科實(shí)驗(yàn)室無法比擬的。交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)室比起傳統(tǒng)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室在管理上存在共性也存在其特殊性。本文結(jié)合該中心在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),從安全管理、實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營成本、儀器管理三方面加以闡述,總結(jié)學(xué)科交叉型實(shí)驗(yàn)室管理現(xiàn)狀以及面臨的問題與挑戰(zhàn),為更多新興的交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)室的管理提供借鑒。

1 生物納米工程中心組成與特點(diǎn)

(1) 研究方向。中心的主要研究內(nèi)容是以新功能材料的設(shè)計(jì)與合成為基礎(chǔ)的生物納米材料在生物、醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用,研究方向包括納米藥物載體的設(shè)計(jì)與合成、高效非病毒基因輸送載體的設(shè)計(jì)、腫瘤微環(huán)境響應(yīng)材料、用于腫瘤早期診斷的MRI造影劑、生物熒光成像、分子藥劑學(xué)等。這些研究工作無疑是需要研究者具有化學(xué)、材料、高分子、化學(xué)工程、生物工程、細(xì)胞生物學(xué)、藥學(xué)、腫瘤醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等學(xué)科知識(shí),是典型的多學(xué)科交叉研究。

(2) 人員與合作團(tuán)隊(duì)的學(xué)科背景。中心擁有一支包括教授、副教授、講師和技術(shù)員的不同職級、不同知識(shí)背景結(jié)構(gòu)的教師隊(duì)伍。他們的教育背景包含化學(xué)工程、化學(xué)、材料、高分子、生物工程、藥學(xué)和醫(yī)學(xué)。中心在讀學(xué)生的學(xué)科專業(yè)也各不相同,來自于化工、生物化工、化學(xué)、高分子、藥劑、制藥工程、藥理等。中心同時(shí)與相關(guān)學(xué)院、系及多家醫(yī)院的不同科室開展合作,這些合作團(tuán)隊(duì)有藥學(xué)院、醫(yī)學(xué)院、高分子系以及附屬醫(yī)院肝膽科、腫瘤科、呼吸科、血液科、影像科、眼科、藥劑科等科室。因此,其人員學(xué)科背景具有多樣性。

(3) 人才培養(yǎng)理念。中心的人才培養(yǎng)理念是在尊重學(xué)生原學(xué)科背景的基礎(chǔ)上,培養(yǎng)其跨學(xué)科的綜合能力,使學(xué)生成為能夠融會(huì)貫通本研究領(lǐng)域所需要的多學(xué)科知識(shí)的復(fù)合交叉型人才。例如,化學(xué)專業(yè)背景學(xué)生的研究工作以本專業(yè)為主、重點(diǎn)培養(yǎng)其材料合成的能力,但同時(shí)也要做生物或醫(yī)學(xué)相關(guān)的性能評價(jià)實(shí)驗(yàn)；生物或醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生主要以生物醫(yī)學(xué)研究為主,但也要求做一些材料的設(shè)計(jì)并從事化學(xué)合成方面的實(shí)驗(yàn)。

(4) 實(shí)驗(yàn)室區(qū)域。實(shí)驗(yàn)室主要由生物實(shí)驗(yàn)區(qū)域與化學(xué)實(shí)驗(yàn)區(qū)域組成。生物實(shí)驗(yàn)區(qū)域包括細(xì)胞操作室、動(dòng)物操作室、大型生物儀器操作室、光學(xué)儀器使用區(qū)和普通實(shí)驗(yàn)區(qū)；化學(xué)實(shí)驗(yàn)區(qū)域包括通風(fēng)操作區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)、藥品區(qū)、廢棄物放置區(qū)構(gòu)成。這些區(qū)域的設(shè)置目的是避免實(shí)驗(yàn)干擾。

(5) 儀器設(shè)施。中心用到的實(shí)驗(yàn)儀器包括攪拌器、旋蒸儀、冷凍干燥機(jī)、酶標(biāo)儀、細(xì)胞培養(yǎng)箱等一系列化學(xué)合成及生物實(shí)驗(yàn)相關(guān)儀器,以及一些大型精密儀器,如激光共聚焦顯微鏡、小動(dòng)物活體成像儀、流式細(xì)胞儀等,多樣的儀器基本滿足了交叉學(xué)科研究需求。同時(shí),中心正聯(lián)手其他儀器平臺(tái)展開更深入的交叉合作研究。

2 交叉型研究實(shí)驗(yàn)室及團(tuán)隊(duì)的特點(diǎn)

將該中心與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室相比較可以發(fā)現(xiàn),交叉型研究實(shí)驗(yàn)室及團(tuán)隊(duì)有以下特點(diǎn):

(1) 研究方向的多樣性?？蒲腥藛T會(huì)結(jié)合自己學(xué)科背景提出自己的研究課題,因此,研究人員學(xué)科背景多樣性決定了學(xué)科交叉型實(shí)驗(yàn)室研究方向多樣性。

(2) 研究人員學(xué)科背景的多樣性。從團(tuán)隊(duì)及合作團(tuán)隊(duì)的人員所受培養(yǎng)(本科、博士)的學(xué)科上看,中心人員的學(xué)科非常多元化、跨度也非常大。不同專業(yè)背景的人員所學(xué)專業(yè)知識(shí)不同,其學(xué)術(shù)思維方式、甚至學(xué)術(shù)表達(dá)方式也有很大不同,合作工作期間的有效溝通是一大挑戰(zhàn)。

(3) 實(shí)驗(yàn)室設(shè)施與儀器的多樣性。為滿足不同研究方向研究的需求,中心相繼購置了化學(xué)、生物及醫(yī)學(xué)方面的多種實(shí)驗(yàn)儀器。隨著儀器使用頻率增加,儀器布局混亂、零部件故障等一系列問題涌現(xiàn),這對交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)室的儀器管理提出了更高的要求[4]。

(4) 實(shí)驗(yàn)室安全防護(hù)的多樣性。各個(gè)學(xué)科對安全的定義和要求上存在差異。以本中心為例,生物與化學(xué)安全的定義、特點(diǎn)、安全要點(diǎn)不同。實(shí)驗(yàn)室的生物危害主要指微生物和生物因子對人、環(huán)境和社會(huì)造成的危害或潛在危害[4-5],具有潛在性和累加性；化學(xué)危害一般是化學(xué)品的毒性、易燃和易爆性、易制毒等[6],具有即時(shí)性與突發(fā)性。這些特點(diǎn)要求實(shí)驗(yàn)人員在安全學(xué)習(xí)上填補(bǔ)跨學(xué)科安全知識(shí)的盲點(diǎn),進(jìn)行多種實(shí)驗(yàn)安全培訓(xùn),從而做好對不同危險(xiǎn)因子的防護(hù)。在安全設(shè)施上,學(xué)科交叉型實(shí)驗(yàn)室應(yīng)兼顧交叉學(xué)科需求，調(diào)整實(shí)驗(yàn)室設(shè)施,在做好基礎(chǔ)防護(hù)如排風(fēng)系統(tǒng)、區(qū)域隔斷、溫濕度調(diào)控、防火、防爆、防腐蝕、應(yīng)急噴淋等設(shè)施的基礎(chǔ)上,完善安全設(shè)施[7]。

(5) 實(shí)驗(yàn)耗材和藥品多樣性。中心的實(shí)驗(yàn)室有生物和化學(xué)相關(guān)試劑藥品,其種類、性質(zhì)、用途、保存方法各不相同,很容易在儲(chǔ)存、取用上出現(xiàn)問題。特別是藥品的管理上,在傳統(tǒng)單一學(xué)科或體量較小的實(shí)驗(yàn)室,試劑藥品數(shù)量少、種類有限,尚可做到人工記錄、專人專管。交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)決定了藥品試劑的種類更加繁雜,人工管理已經(jīng)不能滿足便捷高效的試劑管理需求[6, 8]。除此之外,實(shí)驗(yàn)相關(guān)試劑耗材的采購數(shù)量多、成本高、經(jīng)費(fèi)壓力大的問題日漸凸顯,由此可見,交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)室在藥品管理方式和運(yùn)行成本控制上的問題亟待解決。

3 學(xué)科交叉型實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行管理

交叉實(shí)驗(yàn)室管理的關(guān)鍵在于溝通效率。在中心,所有相關(guān)實(shí)驗(yàn)人員都納入實(shí)驗(yàn)室微信群,以方便信息溝通。微信群的存在打破了地域與時(shí)間的限制,提高了溝通效率,但對于長期適用的規(guī)定性文件則沒有很好的分類保存和便于查閱的功能。學(xué)科交叉型實(shí)驗(yàn)室在儀器、耗材等方面的多樣性特別要求管理者對大量繁雜的相關(guān)信息可以分門別類地歸納整理和查閱。企業(yè)微信平臺(tái)擁有適合實(shí)驗(yàn)室管理的多種應(yīng)用,其個(gè)性化設(shè)置可實(shí)現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)室量身打造管理方案,能夠很好地適應(yīng)交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)室不斷發(fā)展的廣度與深度需求。企業(yè)微信在隱私保護(hù)方面的安全性大大優(yōu)于同類的訂閱號與服務(wù)號,免費(fèi)注冊的優(yōu)勢也讓其與實(shí)驗(yàn)室管理方法相結(jié)合變得更加便捷[9-10]。以本中心為例,其實(shí)驗(yàn)室管理圍繞化學(xué)與生物交叉研究的核心展開,主要包括三個(gè)方面,即安全、試劑耗材與儀器,其分支組成如下圖所示:

圖1 生物納米工程中心實(shí)驗(yàn)室管理構(gòu)架圖

3.1 安全管理

學(xué)科交叉型實(shí)驗(yàn)室的特性決定了其在安全管理的內(nèi)容與形式上比傳統(tǒng)學(xué)科要更加豐富、全面。本中心實(shí)驗(yàn)室管理人員以人工教授與網(wǎng)絡(luò)工具相結(jié)合的方法傳達(dá)安全知識(shí)、執(zhí)行安全監(jiān)督。在安全學(xué)習(xí)的初始階段,人工教授的方式易于達(dá)到啟發(fā)、警醒的效果,引起學(xué)習(xí)者對安全問題的重視,這種方式必不可少，也無法被替代。網(wǎng)絡(luò)工具提高了信息傳達(dá)效率和學(xué)習(xí)者的接受度,也便于將安全問題制度化、規(guī)范化,在安全秩序的鞏固與完善階段能夠發(fā)揮持久長效的效果,是安全監(jiān)管日?；闹匾o助手段[11]。我們將安全學(xué)習(xí)分為安全知識(shí)學(xué)習(xí)和安全操作培訓(xùn)兩方面內(nèi)容。

(1) 安全知識(shí)學(xué)習(xí)模塊。通過普及法律法規(guī)和急救常識(shí)來說明安全問題的嚴(yán)肅性和遇到危險(xiǎn)時(shí)的自救措施,強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)人員有義務(wù)配合學(xué)校、學(xué)院做好實(shí)驗(yàn)廢棄物的處理和實(shí)驗(yàn)室安全值班工作。

(2) 安全操作模塊。實(shí)驗(yàn)人員須通過實(shí)踐操作培訓(xùn)來加深對安全知識(shí)的理解,切身體會(huì)不同學(xué)科安全防護(hù)要點(diǎn)及儀器安全操作規(guī)范,同時(shí)可在軟件客戶端復(fù)習(xí)培訓(xùn)內(nèi)容,鞏固和加強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)。

以上兩個(gè)安全模塊詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)室安全相關(guān)要求,在學(xué)習(xí)過后經(jīng)過管理員考核才可以獲得實(shí)驗(yàn)操作資格。此外,微信端安全模塊的相應(yīng)資料也方便了全體中心相關(guān)科研人員隨時(shí)隨地進(jìn)行查閱學(xué)習(xí)。

3.2 實(shí)驗(yàn)用試劑耗材管理

在面臨學(xué)科交叉型實(shí)驗(yàn)室試劑耗材多樣性的情況下,如果按照詳細(xì)的試劑藥品分類法來一一對應(yīng)人工管理試劑藥品,顯然是低效落后的。中心管理員將采購的試劑、耗材及藥品的庫存數(shù)量整理成為電子版并不斷更新,對其中危險(xiǎn)試劑藥品加以標(biāo)注,發(fā)布于本中心企業(yè)微信平臺(tái)上,方便了實(shí)驗(yàn)人員查詢相關(guān)信息。這種方式極大提高了信息同步化效率,也有效杜絕了重復(fù)采購的浪費(fèi)現(xiàn)象。將試劑藥品按照價(jià)格和危險(xiǎn)性分為兩個(gè)區(qū)間,對價(jià)格高的(例如蛋白質(zhì)免疫印跡等免疫相關(guān)實(shí)驗(yàn)用抗體)和危險(xiǎn)性大的由技術(shù)員統(tǒng)一管理,對價(jià)格低、無毒無害的普通試劑藥品實(shí)行個(gè)人管理或團(tuán)體管理方式,個(gè)人管理即實(shí)驗(yàn)者自行存放使用,團(tuán)體管理是指由若干小課題組的組長監(jiān)督組員管理。這種復(fù)合管理模式在方便使用者隨時(shí)取用藥品的同時(shí)有利于管理員把精力主要放在昂貴和危險(xiǎn)試劑的管理上來,在實(shí)踐中取得了較好的效果。

盡管如此,在對試劑藥品的管理過程中,還是會(huì)時(shí)常發(fā)生記錄與實(shí)際不相符的現(xiàn)象,導(dǎo)致人力、物力與時(shí)間的浪費(fèi)。對于這種現(xiàn)象,可以考慮改善實(shí)驗(yàn)室設(shè)施,設(shè)置專門的房間作為重點(diǎn)試劑藥品倉庫,設(shè)有動(dòng)態(tài)密碼門禁,同時(shí)在房間內(nèi)配備一臺(tái)登記試劑領(lǐng)取相關(guān)信息的電腦,實(shí)驗(yàn)者只需在電腦上按要求掃描,藥品相關(guān)信息便可自動(dòng)錄入系統(tǒng),同時(shí)實(shí)驗(yàn)者可獲取動(dòng)態(tài)密碼走出門禁。這樣能夠在一定程度上保障藥品信息與實(shí)際庫存的同步更新,也能夠在很大程度上節(jié)省管理人員的時(shí)間精力。這種管理系統(tǒng)一旦實(shí)現(xiàn)并與學(xué)校平臺(tái)對接,有望進(jìn)一步提高生化試劑藥品的管理效率。

3.3 交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行成本的控制

學(xué)科交叉型實(shí)驗(yàn)室的采購費(fèi)用占整個(gè)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營成本的絕大部分。為控制采購成本,大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室一般采取審批采購的制度。傳統(tǒng)人工審批模式在地域與時(shí)間上存在局限性,企業(yè)微信平臺(tái)上的采購審批模塊有效規(guī)避了這些因素對采購的影響,實(shí)驗(yàn)人員只需在審批模塊當(dāng)中的采購審批菜單里填寫相應(yīng)需求,并注明價(jià)格與危險(xiǎn)性等關(guān)鍵信息,提交后由負(fù)責(zé)人進(jìn)行審批,審批結(jié)果由系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送給采購負(fù)責(zé)人和申請人(見圖2)。中心在采購審批上實(shí)行多人合作式審批,這樣做可以提高質(zhì)量、加快效率,能夠有效節(jié)約采購成本。

圖2 采購審批模塊示意圖

采購供應(yīng)鏈的管理應(yīng)遵循6R(right product, right time, right quantity, right quality, right status, right place)原則來達(dá)到成本最小化的目的,即做好市場供應(yīng)鏈的調(diào)研[12]。生物實(shí)驗(yàn)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)所用耗材大致分為普通級耗材和高級耗材,普通級耗材使用要求相對較低,一般不做無菌要求,采購?fù)緩絾我?方式為批發(fā)零售；高級耗材多用于生物實(shí)驗(yàn),使用要求較高,多數(shù)要求無菌,且不被建議重復(fù)使用。采購者應(yīng)整合供應(yīng)商資源,減少供應(yīng)環(huán)節(jié)[13],尤其對于價(jià)格昂貴利潤高的高級耗材,更要做到多家比價(jià),選擇性價(jià)比高、信譽(yù)度好的供應(yīng)商,保證質(zhì)量并有效節(jié)約采購成本。合理的實(shí)驗(yàn)規(guī)劃是控制科研成本的根本,在學(xué)科交叉型實(shí)驗(yàn)室則更是要在全面考慮交叉領(lǐng)域研究內(nèi)容的前提下完善實(shí)驗(yàn)計(jì)劃,少走彎路,節(jié)約科研成本。

3.4 儀器管理

企業(yè)微信平臺(tái)支持添加個(gè)性化應(yīng)用,這個(gè)功能為儀器的使用管理提供了很大幫助,管理員可以在平臺(tái)上設(shè)置實(shí)驗(yàn)應(yīng)用模塊,在其中設(shè)置主菜單與子菜單,按照儀器大小和貴重程度分為大型儀器和中小型儀器。在子菜單中添加鏈接來預(yù)約及查看各臺(tái)儀器在學(xué)校大儀平臺(tái)的信息,還可以添加圖文注明該儀器的開關(guān)機(jī)順序及操作注意事項(xiàng)(見圖3)。這方便了儀器操作者隨時(shí)隨地查看規(guī)范,有助于降低儀器故障率。企業(yè)微信平臺(tái)的信息存儲(chǔ)容量大、方式多樣的特點(diǎn)，便于發(fā)布交叉學(xué)科儀器相關(guān)各項(xiàng)規(guī)章、培訓(xùn)考核要求、操作經(jīng)驗(yàn)等各種素材,其菜單分類層次清晰、內(nèi)容易懂、操作便捷，能夠很好地整合學(xué)科交叉型實(shí)驗(yàn)室儀器相關(guān)信息。

圖3 儀器模塊示意圖

學(xué)科交叉型實(shí)驗(yàn)室人員復(fù)雜且流動(dòng)性大,操作儀器不規(guī)范、忘記登記使用信息的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,不利于明確儀器故障責(zé)任,是交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)室儀器管理的一大弊病。

儀器使用登錄系統(tǒng)的應(yīng)用能夠在很大程度上改善這個(gè)問題,使用儀器前使用者必須通過登錄認(rèn)證才能進(jìn)入操作界面,使用人信息自動(dòng)被保存下來。這種方式能夠有效督促使用者愛惜儀器,養(yǎng)成規(guī)范化操作儀器的科研習(xí)慣,提高責(zé)任心,也方便管理者規(guī)范儀器使用秩序[14]。交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)室相關(guān)合作團(tuán)隊(duì)的人員也應(yīng)被納入規(guī)范化使用儀器的行列,一同接受培訓(xùn)考核,這對保障交叉研究相關(guān)儀器的長期運(yùn)行有重要意義。

4 結(jié)語

學(xué)科交叉型實(shí)驗(yàn)室大團(tuán)隊(duì)的管理主要是從安全、儀器、試劑耗材三個(gè)方面入手，針對交叉學(xué)科特點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)規(guī)范化的過程,具有復(fù)雜性、多樣性的特點(diǎn)。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)代通信手段,探索交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)室高效監(jiān)管的方法,已在實(shí)踐中初現(xiàn)成效。但交叉學(xué)科本身具有復(fù)雜性,在不斷發(fā)展中產(chǎn)生的新的問題還需要我們繼續(xù)探討。越來越多的交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)研究機(jī)構(gòu)的建立,需要實(shí)驗(yàn)室管理者不斷探索更加科學(xué)的管理制度和先進(jìn)的管理理念。