實驗室連上物聯網 研究人員或能平衡工作與生活

圖片來源：The Project Twins

外出度假的Kyle Turner收到了一個任何實驗室管理員都不想聽到的消息：他的冰櫃快不行了。

「收到這些通知時，我正在馬薩諸塞州西邊，」管理著哈佛大學一間演化生物學實驗室的Turner說。冰櫃是生命科學實驗室保存研究成果的工具：失去它等於失去一切。Turner給哈佛大學運維中心的技術人員打了電話，並請一位仍在哈佛大學所在的劍橋市的實驗室成員趕到現場，以便一些寶貴的樣本需要移動。之後，他利用手機，實時觀察技術人員的進度。

「我遠程對他們修復的東西提出意見。『試試重新排下盒子促進空氣流動吧；再試試換個恆溫器吧。』我看著手機說，『嗯，這樣可以，那樣不行。』」

而這樣的遠程監控都得益於一項風靡消費市場，現在又進入了實驗室的技術創新：物聯網（IoT）。

遇上物聯網

IoT的理念是，不僅計算機可以連網，日常物品也可以。瑞士聖加侖大學博世物聯網實驗室科學主管Felix Wortmann說，這樣，日常物品就獲得了新功能。他主要研究物聯網及其對商業的影響。Wortmann提到，給電燈泡加上Wi-Fi和運動感測器，你就有了一個遠程報警系統；給音箱系統加上Wi-Fi，你就能通過手機控制音樂。

在消費市場中，這一概念被應用在了恆溫器、電視機和汽車等聯網設備上。但直到幾年前，實驗室設備仍然無法連接入網。而聯網儀器和設備的出現，有望把研究人員從實驗室中解放出來――讓他們能夠遠程微調實驗、分析數據。它們能讓實驗室管理員監測儀器的使用，提前發現潛在的設備故障。然而，出於安全和經濟方面的考慮，以及任何成長中的技術都在所難免的痛苦磨合期，讓人們對它的熱情略有降溫。

實際上，遠程冰櫃監測和數據自動記錄功能已經出現了數年。但德國Eppendorf AG公司新興技術負責人Andreas Hochberger說，IoT支持將不同供應商的不同設備整合進一個單一的集成平台中。2015年，Eppendorf成為了十餘個參與smartLAB項目（一個基於物聯網的未來實驗室原型）的德國公司之一。

smartLAB項目領導人、萊布尼茲大學工藝化學研究所的Sascha Beutel表示，smartLAB的核心是實驗室信息系統，所有實驗室組件都與它連接，受它控制，從自我清潔的「智能」實驗台，到可以投射化學品安全信息、支持AR（增強現實）顯示的智能護目鏡皆包括在內。「據我們所知，這是為打造整個數字支持交互性實驗室而做的首次嘗試。」Beutel說。

智能實驗室

Tetra Science公司首席執行官兼聯合創始人Alok Tayi表示，現有的商業性IoT應用並沒有這麼全面。成立於2014年的Tetra Science擁有60家學術和產業客戶。

哈佛大學可持續發展辦公室綠色實驗室項目高級協調員Quentin Gilly指出，哈佛大學有19個實驗室使用Tetra Science提供的將設備連接到在線控制面板的服務。這些實驗室已經將100多個設備連接入網，主要是保溫箱和冰櫃，例如Turner的實驗室就使用該系統連接了11個儀器。

而哈佛大學深海生物學家Peter Girguis有5台連接到Tetra Science平台的冰櫃和冰箱。這些設備里保存的是大西洋中部到南太平洋間各地的考察船收集的樣本，都是無可取代的。「我們花了幾百萬美元才得到這些樣本。」他說。

該實驗室里許多最寶貴的樣本存儲在零下80 °C的冰櫃里，受系統監測，如有冰櫃超溫，系統會自動通知哈佛運維中心。但實驗室里零下20 °C的冰櫃和冰箱與該系統不兼容，即使它們發生故障，也不會有人收到通知。一有測試Tetra Science系統的機會，Girguis實驗室就立刻抓住了它，實驗室管理員Jennifer Delaney說，「不需要怎麼說服，實驗室成員就接受了這套系統。」

Tetra Science利用了一個紙牌大小的Wi-Fi模 塊，它可以連接到外部感測器，也可以通過儀器的數據埠連接。感測器可以監測溫度、濕度、二氧化碳和氧氣水平，以及振動、光強度和空氣流量。這類設備還可 以作為內部感測器的補充，確保保溫箱和低氧艙等關鍵硬體按預期運行。通過儀器的數據埠直接連接，研究者就能監側天平、酸度計，甚至還有高效液相色譜系統 等設備，在某些情況下還能控制設備。

Tayi表示，科學家不僅能監測這些儀器，還能將數據傳至電子實驗記錄本，跟蹤設備的使用和負載情況，控制實驗工作流程。「我們的目標是構建一個能將人員、數據和設備連接在一起的綜合軟體平台。」

Tetra Science的用戶可以通過網頁訪問這些數據。網頁會列出所有已連接的設備及其狀態，實驗室管理員還能設置溫度閾值和警報選項。不過，多位用戶表達了對Wi-Fi連接掉線的沮喪之情，掉線後有時需要手動重新設置。Tayi表示，公司已經更新硬體，使其「連接性更可靠」，並增加了通過網線和移動網路發送數據的選項。

成本較高

對於Girguis來說不幸的是，他的實驗室有20台冰箱和零下20 °C冰櫃，但只有5個感測器。其中一台沒有被監測的設備是一台小型台底冰櫃，裡面保存了水樣本和DNA測序庫等大量樣本。

Delaney說，幾個月前，一名學生經過該冰櫃時，「聞到一股異味」。「冰櫃化凍了，東西都長了霉，特別噁心。沒錯，裡面的一切都沒了。」據Girguis估計，單是DNA測序庫的價值就在4000美元左右。

Girguis確實考慮過購買更多的Tetra Science感測器，但報價（每年每台設備約為400美元）超過了實驗室的預算。同樣，Turner的實驗室也決定放棄Tetra Science，而選擇威斯康星州LaCrosse Technology公司的一個消費級物聯網系統，成本為每年每冰櫃12美元。

但Tayi表示，Tetra Science無法就定價做出評論。

此外，規模較大的公司也在涉足IoT技術。美國生物科技公司Illumina研發了BaseSpace Sequence Hub系統，它允許研究人員遠程監測新一代DNA測序的運行。而實驗設備公司ThermoFisher Scientific 則推出了ThermoFisher Connect，可以追蹤和處理來自6種不同類型設備的數據，包括實時和數字聚合酶鏈反應（PCR）熱循環儀和質譜儀。

目前，ThermoFisher系統是免費的（但平台上的部分分析應用是付費的），用戶遍及1萬多家機構。他們可以通過Web頁面訪問系統，也可以使用名為蘋果或安卓應用監測設備。

Jared Farrar是弗吉尼亞聯邦大學的一名博士生，他使用ThermoFisher系統監測他的實時PCR運行，這使他有更多時間陪伴家人。Farrar提到，在周末，他會順便去一趟實驗室，設置幾項反應，然後通過手機監測它們的進度，了解自己應該什麼時候回實驗室換工具。「這種系統最大的好處是把我從實驗室解放出來了。」他說。

波士頓Aldatu Biosciences公司聯合創始人兼首席科學官Iain MacLeod表示，該公司在開發監測HIV藥物抗性的化驗方法，他使用ThermoFisher Connect監測在波士頓開展的PCR實時運行、排解故障，也將其用于波札那的田野工作。MacLeod說，自己在通勤途中也能分析數據，在回家的路上與合作夥伴共享分析截圖。「它很快，也很方便。」他說。

但是，安全隱患也隨之而來。例如，通過訪問聯入IoT的恆溫器，黑客或許就能推測出某人何時在休假，這可能使實驗室更容易遭受入侵。再比如，在實驗室中，黑客可以通過調整冰櫃或保溫箱設置破壞硬體或樣本。Girguis表示，在將IoT設備用於保護存在誤用危險的設備前，他可能需要考慮一下。

儘管如此，對於許多研究人員來說，比起冰櫃意外故障帶來的實際威脅，這些理論上的風險實在算不上什麼。在酒店房間里，Turner看著同事努力修理出故障的冰櫃，很快意識到他們的努力無濟於事。於是，他安排將實驗樣本轉移到了一台備用冰櫃中，避免了一場災難的發生。「如果沒有這些設備，周二早上回到實驗室時，我們就會看到地上一片狼藉，一冰櫃的樣品都化了。」

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