崔慶新， 彭佳敏， 李巖君， 陶 瑾， 高 磊， 孫經(jīng)緯

（南開大學(xué)a.藥學(xué)院；b.實驗室設(shè)備處，天津300071）

0 引 言

核磁共振波譜儀（簡稱核磁）屬于高端精密的大型儀器，它在醫(yī)學(xué)，藥物化學(xué)，中藥學(xué)，有機化學(xué)，材料化學(xué)和環(huán)境化學(xué)等許多研究領(lǐng)域中發(fā)揮著極其重要的作用。2015年，藥學(xué)院將位于八里臺校區(qū)的核磁（型號：Bruker 400M AVANCEⅢ）搬到津南校區(qū)，安置在藥學(xué)院儀器平臺核磁共振室，成為津南校區(qū)首臺也是唯一的一臺核磁。2018年，藥學(xué)院和設(shè)備處又利用“雙一流”經(jīng)費購置了一臺核磁（型號：Bruker 400M AVANCE NEO）。這臺新核磁具有雙通道采集數(shù)據(jù)的功能，彌補了原有核磁逐個采集數(shù)據(jù)的不足，標(biāo)志著我院的核磁平臺邁上了新臺階。核磁的購置費昂貴，維護、維修成本高。因此，本文對核磁實驗室的管理模式進(jìn)行了總結(jié)，從設(shè)備管理，安全管理，培訓(xùn)管理和技術(shù)服務(wù)等4個方面進(jìn)行詳細(xì)介紹，以期為今后的相關(guān)工作提供參考。最后，對于核磁的硬件升級和拓展應(yīng)用范圍進(jìn)行了展望。

1 核磁的設(shè)備管理

核磁的主要部件包括磁體、機柜、自動進(jìn)樣器。另外，還包括操作電腦，數(shù)據(jù)備份電腦，UPS不間斷電源和空氣壓縮機等輔助設(shè)備。

1.1 核磁室的環(huán)境管理

核磁是高度精密的科研儀器，粉塵，有機溶劑，水蒸氣，高熱，震動，磁場干擾都會對測試結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。因此，核磁室要保持窗戶關(guān)閉，進(jìn)行每日的吸塵，空調(diào)除濕，始終保持21℃，嚴(yán)禁帶手機，磁卡等磁性設(shè)備接近核磁，嚴(yán)禁用未消磁的工具進(jìn)行核磁的維修和維護。為此，安裝了不間斷的攝像，能夠?qū)崟r監(jiān)控核磁室的狀態(tài)。核磁室的整體排列情況，如圖1所示。

1.2 機柜的維護管理

機柜是核磁設(shè)備的信號接收和發(fā)射，數(shù)據(jù)采集和傳輸中心，所以其正常運轉(zhuǎn)對于核磁至關(guān)重要。管理員需要每日觀察機柜示數(shù)（98或94為正常），發(fā)現(xiàn)故障代碼要及時處理。每7～10 d進(jìn)行一次核磁調(diào)諧，使其磁場的頻率恢復(fù)最佳狀態(tài)。每月進(jìn)行1次內(nèi)部除塵，保證機柜內(nèi)部的清潔和探頭的干燥，使得核磁能夠良好運轉(zhuǎn)［2］。

1.3 磁體的維護管理

超導(dǎo)磁體是核磁的核心部件，必須精心維護。當(dāng)核磁運行時，必須使用液氦來維持超導(dǎo)狀態(tài)。液氮是液氦的低溫補償，通過自身減少來保持液氦的水平，如果液氮不足，會加大液氦的消耗，這會導(dǎo)致超導(dǎo)線圈的磁場漂移并增加維護成本，因此必須時刻關(guān)注液氮和液氦的水平，定期添加液氮和液氦［3］。通過學(xué)校網(wǎng)上商城，與商城認(rèn)定的有資質(zhì)的氣體供應(yīng)商訂立了購銷合同，每周定時補充液氮，每5個月補充一次液氦。

1.4 規(guī)范電腦和數(shù)據(jù)備份管理

每天都要檢查操作電腦和數(shù)據(jù)備份電腦的計費網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，而且要每周重啟一次，保持電腦運行的流暢狀態(tài)。在核磁測試過程中，操作人員要嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，不允許電腦連接校外網(wǎng)，亂點光標(biāo)，隨意中止測試，防止死機，以保證電腦和Topspin軟件的正常運行。

1.5 輔助設(shè)備的管理

UPS不間斷電源需要經(jīng)常檢查其充放電狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)電源負(fù)載過高（超過50%）或者電池衰減過快就要及時更換，必須保證可以維持核磁連續(xù)使用4～6 h。要經(jīng)常檢查空氣壓縮機的干燥塔和輸氣管，當(dāng)發(fā)現(xiàn)干燥塔水分超標(biāo)時，要及時更換，以免水分進(jìn)入磁體，凝結(jié)后使得磁場混亂。輸氣管有輕微漏氣就要更換，以免給空壓機帶來額外的負(fù)荷。將空壓機設(shè)定為達(dá)到輸出氣壓后，就要自動關(guān)閉，以此來延長其電機的使用壽命［4］。此外，空壓機要安置在隔離的房間內(nèi)，① 避免其噪聲影響其他儀器，② 要保持空調(diào)制冷，保證其干燥涼爽的運行狀態(tài)。

1.6 建立完整的核磁維護記錄

核磁每次調(diào)諧，維修或者充液氮液氦之后，都要詳細(xì)的記錄時間、核磁狀態(tài)和輔助設(shè)備的運行情況，并且維護人員簽字。這樣，當(dāng)管理員再次維護核磁時，看記錄本便可知曉先前的狀態(tài)。另外，當(dāng)核磁管理員出現(xiàn)變化時，對于核磁以前的狀態(tài)和養(yǎng)護記錄，也有據(jù)可查。這就有效防止由人員變動引起的儀器管理脫節(jié)狀態(tài)，并且有助于溯源追查儀器故障。

2 核磁的安全管理

2.1 設(shè)備安全管理

建立核磁安全管理制度（包括磁場警示，低溫警示，缺氧警示等），并將其懸掛于核磁室醒目的位置。測試樣品時，必須有操作人員在現(xiàn)場，以便及時處理突發(fā)狀態(tài)。因為核磁正常工作時有著超強的磁場，所以必須保持核磁室內(nèi)的清潔，避免鐵磁性物質(zhì)的吸入。同時，我們設(shè)立了醒目的標(biāo)識，嚴(yán)禁攜帶磁性物品接近核磁，嚴(yán)禁測定有磁性的樣品［5］。

2.2 維護安全管理

在核磁維護中提到，核磁腔體內(nèi)包含大量的低溫的液氦和液氮，在充裝液氮、液氦以及進(jìn)行核磁維修時，必須要佩戴護目鏡、防護手套、穿隔離衣，避免直接接觸低溫的液態(tài)氣體而被凍傷［6］。同時，長時間在核磁室維護儀器或者測試樣品時，要注意室內(nèi)的氧氣濃度，保證通風(fēng)，避免缺氧和窒息的危險。

3 實驗室人員管理

核磁屬于昂貴的大型科學(xué)分析儀器，它需要精心維護、養(yǎng)護，而參與核磁管理和使用的人員是維護核磁正常運行的最關(guān)鍵一環(huán)，須采取以下管理模式。

3.1 制度管理

（1）制定普適性的工作守則和水、電、氣、溫濕度管理制度。

（2）特定的核磁共振實驗室的準(zhǔn)入規(guī)章制度和實驗室物品管理制度；嚴(yán)格管理設(shè)備的使用，未經(jīng)儀器管理員授權(quán)，一律不準(zhǔn)獨自操作儀器。

（3）液氮、液氦的充裝和液面監(jiān)控，以及其他輔助設(shè)備（如空壓機等）的維護、維修記錄管理制度。

（4）核磁日常維護的標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程及負(fù)責(zé)人。

（5）設(shè)備異常情況的處理及報告程序，聯(lián)系電話。

（6）測試預(yù)約、樣品的標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)識，取送樣的放置區(qū)域及排序規(guī)則。

（7）測試記錄和數(shù)據(jù)存儲制度；包含課題組名稱、測樣日期、樣品管、樣品名稱等的詳細(xì)信息、數(shù)據(jù)存儲路徑和數(shù)據(jù)備份。

3.2 培訓(xùn)管理

在每個學(xué)期的前3周，核磁管理員要對申請使用核磁的用戶進(jìn)行一次全面培訓(xùn)，內(nèi)容為核磁的原理和標(biāo)準(zhǔn)操作。用戶應(yīng)為碩士、博士研究生或者博士后，修完波譜分析等相關(guān)課程。培訓(xùn)完成后，用戶進(jìn)行理論考試和上機考試，每人獨立測試1～2個樣品。經(jīng)過嚴(yán)格考核后，管理員開通用戶的使用權(quán)限，并按照畢業(yè)年限來設(shè)定使用期限［7］。用戶在此期間必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，不得擅自違規(guī)操作，違反操作規(guī)程將按照情節(jié)的嚴(yán)重程度封禁一段時間的賬號，并根據(jù)損害程度處以罰款。未經(jīng)培訓(xùn)或培訓(xùn)不合格的人員一律不準(zhǔn)操作儀器。

3.3 核磁開放共享管理

隨著各個學(xué)科的發(fā)展，對于核磁測試的需求越來越多，僅靠白天的工作時間很難滿足測試需求，所以實驗室采用24 h核磁開放，充分利用晚上和假日時間，成倍地增加了可用時間。為了保證核磁室的安全，采用門禁、監(jiān)控和測試賬號的綜合管理，即使用課題組賬號才能進(jìn)入核磁室，使用培訓(xùn)通過的測試賬戶進(jìn)行測試，并確保整個測試過程都在監(jiān)控之下。

近年來，學(xué)校儀器平臺具有包括用戶注冊、靈活預(yù)約、授權(quán)使用、自動計費、財務(wù)管理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，為使用者提供了一個方便、快捷、透明的服務(wù)平臺，實現(xiàn)了儀器信息公開、管理權(quán)限明確、預(yù)約收費方便、報表統(tǒng)計簡捷的智能化管理系統(tǒng)。津南校區(qū)的藥學(xué)，環(huán)境，材料等相關(guān)學(xué)科快速發(fā)展，運用核磁的科研項目也日益增多，因此，客戶必須至少提前1 d預(yù)約，根據(jù)預(yù)約的時間來及時準(zhǔn)備樣品，從而提高測試效率，避免搶機時或者機時空閑，有效利用核磁機時。最近3年來，核磁基本上處于全年無空閑狀態(tài)。

4 服務(wù)管理

核磁共振室服務(wù)的對象是天津市海河教育園區(qū)的各所大學(xué)和京津冀地區(qū)的化學(xué)公司，客戶繁多（見圖2），樣品種類和測試類型也是多種多樣。因此，在測試服務(wù)管理方面，采取以下方面來保證測試服務(wù)的高精度，高準(zhǔn)度。

圖2 藥學(xué)院核磁服務(wù)的課題組數(shù)

4.1 樣品分類管理

核磁測試的樣品主要是小分子化合物，還有少量高分子材料或蛋白質(zhì)樣品。由于樣品的種類復(fù)雜，經(jīng)過前處理后只有微小的顏色區(qū)別，所以樣品應(yīng)合理分類，做好標(biāo)簽［8］。另外，應(yīng)根據(jù)樣品測試時間和測試類型分別存儲，以便客戶在測試后快速調(diào)出測試結(jié)果，取回樣品。

4.2 測試樣品登記

所有測試數(shù)據(jù)在完成后自動備份到數(shù)據(jù)電腦，用戶通過FTP或者郵箱發(fā)送的方式來傳輸數(shù)據(jù)，嚴(yán)禁使用U盤等可移動設(shè)備。對于所有的測試數(shù)據(jù)，每3個月用核磁室專用的移動硬盤拷貝備份。

核磁管理員為每個長期測試的研究組設(shè)置了專門的賬戶，有著確定的權(quán)限和數(shù)據(jù)存儲路徑，這種管理方法對研究組和平臺都很方便。研究組查看測試結(jié)果時，只需找出自己的賬戶，按照時間點來查找測試樣品即可，大大節(jié)約了研究組查找數(shù)據(jù)的時間。

4.3 測試樣品數(shù)據(jù)管理

校內(nèi)課題組采用FTP或者電子郵件來獲得數(shù)據(jù)，校外用戶可以使用核磁專用的移動硬盤來復(fù)制數(shù)據(jù)，或由管理員通過電子郵件將測試結(jié)果發(fā)送給用戶。核磁設(shè)備和電腦系統(tǒng)絕不允許將用戶的USB閃存盤插入到操作計算機和數(shù)據(jù)計算機中。

5 核磁管理效果及效益

5.1 用戶和課題組快速增長

自2015年12月在津南校區(qū)建立核磁室以來，前來測試的研究組和用戶數(shù)量大幅增加，現(xiàn)在已從2015年的13個研究組增加到52個。每年的新增用戶從2015年的93人增加到132人。2015年大多數(shù)用戶是藥學(xué)院的用戶，現(xiàn)在用戶逐漸從藥學(xué)院擴展到其他院系，下一步將擴展到更多的校外用戶。

5.2 核磁機時持續(xù)高位運行

隨著使用核磁的課題組和用戶的逐年增加，核磁的機時也連續(xù)3年保持滿負(fù)荷狀態(tài)，年機時數(shù)達(dá)到5 000 h，2016年和2017年幾乎沒有任何故障?？茖W(xué)，合理，規(guī)范的管理確保了核磁的正常運行，提高了核磁的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，確保了核磁開放式共享服務(wù)的質(zhì)量。

5.3 服務(wù)各類基金項目

各個學(xué)科使用核磁的研究項目逐年增加，獲得資助的項目從2015年的7項，2017年達(dá)35項，增長了4倍，如圖3所示。這表明核磁已經(jīng)成為許多科研項目的重要支撐，在科研項目的申請和完成中發(fā)揮著越來越重要的作用。

圖3 核磁所服務(wù)的科研項目變化

6 特色與展望

6.1 核磁的固件升級，功能擴大

購置超低溫探頭，使用超低溫探頭對原有的核磁進(jìn)行升級后，將具有最新的功能，能以正常和反向方式進(jìn)行檢測的全頻段接收通道?？梢詧?zhí)行氘核鎖定場和氘梯度梯度自動勻場，Z脈沖梯度場，具有高精度的變溫實驗功能，提高數(shù)據(jù)處理速度和存儲容量，可獲得最佳的一維和二維圖譜，并可以進(jìn)一步將應(yīng)用范圍擴大到核酸，蛋白質(zhì)等大分子樣品［9］。

6.2 核磁的應(yīng)用擴大到代謝組學(xué)

核磁共振技術(shù)具有簡便、快速、無選擇性等特點，可以最大程度還原體現(xiàn)機體整體的代謝變化，非常符合傳統(tǒng)中醫(yī)藥研究對于研究對象整體性的要求。作為代謝組學(xué)中新興的分析方法，核磁分析方式靈活多樣，既能滿足代謝組學(xué)的需要，同時檢測盡可能多的化合物，又可提供完整的代謝物圖譜，無須過度處理樣品并提前設(shè)置復(fù)雜的儀器測量參數(shù)。更重要的是，可很好地避免質(zhì)譜檢測中一些隨參數(shù)設(shè)定變化的因素如樣品霧化、離子化等問題。目前，許多學(xué)者利用核磁對中醫(yī)證候、中藥藥效及毒性機理等從代謝組學(xué)研究中取得了大量成果，值得深入研究［10-12］。

6.3 創(chuàng)新的管理方式

采用完備的管理制度，核磁管理人員可以緩解繁重的常規(guī)測試任務(wù)，利用其他時間來自我學(xué)習(xí)和充電，查閱前沿的文獻(xiàn)或者從事相關(guān)領(lǐng)域的科研工作來擴展核磁的使用范圍，提高自己在核磁領(lǐng)域的專業(yè)知識與技能［13-14］。核磁管理員還可以組織核磁的用戶定期開討論會，交流自己在測試過程中遇到的問題和心得。此外，核磁管理員可以通過郵件和微信了解研究組的研究需求，并通過自身的專業(yè)知識與技能為科研項目的申請和執(zhí)行提出有效的技術(shù)解決方案，發(fā)揮必要或新的支持作用［15-16］。

7 結(jié) 語

津南校區(qū)儀器平臺的2臺核磁共振波譜儀的購置成本較高，設(shè)備精密并且易于出現(xiàn)故障，維修費高昂。因此，核磁管理員必須認(rèn)真負(fù)責(zé)，掌握相關(guān)的儀器原理和維護知識，嚴(yán)格執(zhí)行核磁實驗室管理制度。管理員精心的維護核磁及其附屬設(shè)備，可以有效降低核磁的故障率，提高測樣的準(zhǔn)確性和精密度，使其在多領(lǐng)域的科研工作中發(fā)揮越來越大的作用。此外，管理員還要不斷學(xué)習(xí)，提高自身的知識和技能水平，拓寬核磁的應(yīng)用領(lǐng)域，以滿足更深入的科研需求。