研究人员期望在工作与生活中找到平衡

照片来源:双胞胎项目

正在度假的凯尔·特纳收到了一条实验室经理不想听到的消息:他的冰箱快坏了。

"当我收到这些通知时，我在马萨诸塞州的西部。"哈佛大学进化生物学实验室的负责人特纳说。冰箱是生命科学实验室保存研究成果的工具:失去它就意味着失去一切。特纳给哈佛大学运营中心的技术人员打了电话，并请一名仍在哈佛大学所在地剑桥的实验室成员到现场转移一些有价值的样本。之后，他用手机实时观察技术人员的进度。

“我对他们已经修复的东西提出了遥不可及的意见。试着重新排列盒子来促进空气流动；请再次尝试更换恒温器。”我看着我的手机说，‘好吧，没关系，没关系。’"

然而，这种远程监控已经受益于一个流行的消费市场，现在它已经进入了实验室的技术创新:物联网。

认识物联网

物联网的理念是，不仅计算机可以连接到互联网，日常用品也可以。瑞士圣加仑大学博世物联网实验室的科学主任费利克斯·沃特曼说，这将赋予日常用品新的功能。他主要研究物联网及其对商业的影响。沃特曼提到，通过在灯泡上增加无线网络和运动传感器，你就有了一个远程报警系统。将WiFi添加到扬声器系统，您可以通过手机控制音乐。

在消费市场，这一概念已经应用于网络设备，如恒温器、电视和汽车。但是直到几年前，实验室设备仍然无法连接到网络。网络化仪器和设备的出现有望将研究人员从实验室中解放出来——允许他们远程微调实验和分析数据。它们使实验室管理员能够监控仪器的使用，并提前发现潜在的设备故障。然而，出于安全和经济方面的考虑，以及任何不断发展的技术不可避免的痛苦，人们对它的热情已经略有冷却。

事实上，远程冷冻监控和自动数据记录已经有好几年了。但德国埃彭多夫公司(Eppendorf AG)新兴技术负责人安德烈亚斯·霍克伯格(Andreas Hochberger)表示，物联网支持将不同供应商的不同设备集成到一个单一的集成平台上。2015年，埃彭多夫成为参与智能实验室项目(基于物联网的未来实验室原型)的10多家德国公司之一。

莱布尼茨大学智能实验室项目和技术化学研究所的负责人Sascha Beutel说，智能实验室的核心是实验室信息系统。所有的实验室部件都与它相连，并受它控制，从自清洁“智能”测试台到能够投射化学安全信息并支持ar(增强现实)显示的智能护目镜。"据我们所知，这是建立交互式数字支持实验室的首次尝试."比特尔说。

智能实验室

据TetraScience首席执行官兼联合创始人Alok Tayi称，现有的商业物联网应用并不全面。成立于2014年的TetraScience拥有60个学术和工业客户。

哈佛大学可持续发展办公室绿色实验室项目的高级协调员昆廷·吉利指出，哈佛大学的19个实验室使用了TetraScience将设备连接到在线控制面板的服务。这些实验室已经将100多台设备接入网络，主要是保温箱和冰柜。例如，特纳的实验室已经使用该系统连接了11台仪器。

哈佛大学深海生物学家Peter Girguis有五个冰柜和冰箱与TetraScience平台相连。该设备包含从大西洋中部到南太平洋的研究船收集的样本，这些样本是不可替代的。"我们花了数百万美元才得到这些样品。"他说。

实验室中许多最有价值的样品储存在-80℃的冰柜中，由系统监控。如果冰柜过热，系统会自动通知哈佛运行维护中心。然而，实验室中-20℃的冰柜和冰箱与该系统不兼容。即使他们失败了，也不会通知任何人。一有机会测试四分法系统，吉吉斯实验室就立即抓住了它。实验室管理员珍妮弗·德莱尼说，“没有太多的劝说，实验室成员接受了这个系统。”

TetraScience使用卡大小的WiFi模块，可以连接到外部传感器或通过仪器的数据端口。传感器可以监测温度、湿度、二氧化碳和氧气水平，以及振动、光强和空气流量。这种设备也可以作为内部传感器的补充，以确保关键硬件如培养箱和缺氧室按预期运行。通过直接连接仪器的数据端口，研究人员可以监控天平、酸度计，甚至高效液相色谱系统等设备，并且在某些情况下可以控制这些设备。

塔伊说，科学家不仅可以监控这些仪器，还可以将数据传输到电子实验笔记本，以跟踪设备的使用和负载，并控制实验工作流程。"我们的目标是建立一个连接人员、数据和设备的综合软件平台."

TetraScience的用户可以通过网页访问这些数据。该网页列出了所有连接的设备及其状态，实验室管理员还可以设置温度阈值和报警选项。然而，许多用户对无线连接中断表示失望，这有时需要手动重置。Tayi表示，公司已经更新了硬件，使其“连接更加可靠”，并增加了通过网络电缆和移动网络发送数据的选项。

成本更高

不幸的是，吉吉斯的实验室有20台冰箱和-20℃的冰柜，但只有5个传感器。没有被监控的设备是一个小的台式冷冻机，里面装有大量的样本，如水样和DNA测序库。

德莱尼说，几个月前，一名学生在通过冰箱时“闻到一股异味”。“冰箱解冻了，一切都发霉了，特别恶心。是的，里面的一切都没了。”根据吉吉斯的估计，仅DNA测序文库的价值就约为4000美元。

吉吉斯确实考虑购买更多的TetraScience传感器，但是出价(每年每台设备大约400美元)超过了实验室的预算。同样，特纳的实验室已经决定放弃TetraScience，选择威斯康星君越科技公司的消费级物联网系统，每台冰箱每年收费12美元。

但Tayi表示，TetraScience无法对定价发表评论。

此外，大型公司也参与了物联网技术。美国生物技术公司Illumina开发了基础空间序列中枢系统，该系统允许研究人员远程监控下一代DNA测序的操作。实验设备公司ThermoFisher Scientific推出了ThermoFisher Connect，它可以跟踪和处理来自六种不同类型设备的数据，包括实时和数字聚合酶链式反应热循环仪和质谱仪。

目前，ThermoFisher系统是免费的(但平台上的一些分析应用是付费的)，用户遍布10，000多个机构。他们可以通过网页访问系统，也可以使用苹果或安卓应用监控设备。

杰瑞德·法勒是弗吉尼亚联邦大学的博士生。他使用热鱼系统来监控他的实时聚合酶链反应操作，这让他有更多的时间和家人在一起。法勒提到，周末的时候，他会去实验室，建立一些反应，然后通过他的手机监控他们的进度，看看他什么时候应该回实验室换工具。"这个系统最大的优点是把我从实验室里解放出来."他说。

波士顿奥尔达图生物科学公司的联合创始人兼首席科学官伊恩·麦克劳德说，该公司正在开发一种检测方法来监测艾滋病毒耐药性。他使用热电偶套管在波士顿监控聚合酶链反应的实时操作和故障排除，并在博茨瓦纳进行现场工作。麦克劳德说，他还可以在上下班途中分析数据，并在回家的路上与伙伴分享分析截图。"它又快又方便。"他说。

但是安全风险也随之而来。例如，通过访问连接到物联网的恒温器，黑客可能能够猜测某人何时休假，这可能使实验室更容易受到入侵。例如，在实验室中，黑客可以通过调整冰箱或恒温箱的设置来损坏硬件或样本。吉吉斯说，在使用IoT设备保护有误用风险的设备之前，他可能需要考虑一下。

然而，对许多研究人员来说，这些理论上的风险与冰柜意外故障造成的实际威胁相比微不足道。在酒店房间里，特纳看到他的同事们努力修理有故障的冰箱，很快意识到他们的努力是徒劳的。因此，他安排将实验样本转移到备用冰箱，从而避免了一场灾难。“如果没有这些设备，当我们周二早上回到实验室时，我们会看到地上一片狼藉，冰箱里的样本都融化了。”(唐毅宸编译)

中国科学新闻(2017-03-06第三版国际版)