生物樣本庫的規(guī)劃與籌建工作一般多由醫(yī)學、生物學背景的專家承擔，然而由于在建庫過程中往往會涉及到多專業(yè)的知識和復雜的決策流程，一旦某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)疏漏就會造成更廣泛的影響。自動化樣本庫的建設所涉及的信息和界面則更是紛繁復雜。

在此背景下，我們將基于以往經(jīng)驗，梳理整個建設流程的邏輯思路，拋磚引玉，供有建庫需求的行業(yè)人士參考。

邏輯思路將分為一個前提+四個步驟，以下一一展開：

 

一個前提

 

統(tǒng)一認識：（自動化）生物樣本庫的建設是牽一發(fā)而動全身的系統(tǒng)工程，涉及環(huán)節(jié)繁多，且各環(huán)節(jié)之間廣泛存在對接界面，在界面上各個環(huán)節(jié)間均可相互影響。所以明確此認識非常有必要，它能夠時刻提醒我們在調整了一個特定環(huán)節(jié)后再去審視其它環(huán)節(jié)是否也會受到影響，需要做相應調整。
 

 

四個步驟

 

設置理想目標 > 將理想目標裝進現(xiàn)實框架 > 核心產品選型與方案打造 > 明確配套要求
 

一、 設置理想目標
 

a. 功能目標

我們可以將樣本庫功能的完善度分為三個級別，每個項目的目標級別都會有所不同：希望建立全流程可封閉化運行的樣本庫偏向選擇功能級別3；而已經(jīng)建有中心實驗室的負責人會偏向選擇功能級別1（如下圖）。確定所需級別，即確定了新建樣本庫的功能目標。
 

b. 選址目標

選址邏輯中首先應考慮的是樣本提供者、樣本使用者、樣本管理者，三方需要明確。同時，這三方并不總是集中在一起，那么樣本庫與其中哪方距離最近所帶來的最大收益或最小不便？有了答案，就能帶有傾向性的挑選或爭取場地。

之后，結合思考場地最佳面積、大型設備的通過性（如電梯條件、門寬）、承重條件、樓層、層高、是否靠近路邊（更加方便建設液氮補給系統(tǒng)）等來定義理想的場地目標。
 

c. 規(guī)模及溫區(qū)目標

規(guī)模和溫區(qū)選擇同樣是需要定義的核心目標。規(guī)模的決策邏輯主要考慮以下幾點：年度樣本提供者的數(shù)量預期、涉及樣本的種類、單個樣本可用于下游檢測的最小體積、每種樣本的復份數(shù)量、規(guī)劃使用年限等；溫區(qū)的選擇則具有相對更加復雜的決策邏輯：需要綜合考量下游應用目標、微環(huán)境純凈度、分子在微環(huán)境中的穩(wěn)定性、存儲年限等。

世界知名樣本庫機構UK biobank，其決策路徑非常具有參考意義，針對其保藏1500萬份血液組分和尿液樣本，最終選擇了每3份樣本中的2份存于-80°C，1份存于液氮。

（如下圖,具體決策邏輯參見：Paul Elliott, et al. The UK Biobank sample handling and storage protocol for the collection, processing and archiving of human blood and urine. International Journal of Epidemiology 2008;37:234–244）。

 

d. 品質建設目標

品質建設目標包含但不限于樣本質量標準化、合規(guī)性、生物安全等目標。在近一年中，行業(yè)發(fā)生了許多變化，樣本庫行業(yè)的關注點由規(guī)模化建設向品質化建設轉移的趨勢十分明顯。

◽新《人類遺傳資源管理辦法》對樣本庫管理合規(guī)設立運營及法人責任制進行了更加明確的定義；

◽ISO20387(GB/T37864)發(fā)布，成為行業(yè)標準化及合作互認的基石；

◽生物安全法呼之欲出，將明確上升到國家安全戰(zhàn)略地位，樣本庫顯然也是重點相關領域。

如何打造和實現(xiàn)高品質樣本庫，如何針對新趨勢進行提前布局？我們需要綜合多角度進行考慮：以標準化建設主體，以高度的信息化和自動化來保駕護航，同時輔以風險管理系統(tǒng)來使整個體系更加完善，最終為樣本質量、生物安全等品質建設目標構建出牢不可破的堡壘。
 

二、 將理想目標裝進現(xiàn)實框架
 

理想目標會受到實際條件的約束。

a. 場地實際情況

場地是常見的約束條件之一，理想目標中的功能目標、選址目標、規(guī)模目標都會受到實際場地的限制。

b. 資金資源情況

資金是另外一個常見的約束條件，往往直接影響規(guī)模、品質（如自動化水平）、溫區(qū)選擇（一般而言液氮溫區(qū)的設備平均成本會更高）等。

實際操作中，現(xiàn)實框架的范圍可能會遠遠超過上述兩項主要約束。當無法滿足全部理想目標時，我們則需要在理想和實際條件之間尋找折中點，盡量滿足優(yōu)先級更高的目標。

三、 核心產品選型與方案打造
 

當理想目標被納入現(xiàn)實框架，實際需求就產生了，根據(jù)實際需求我們可以進行核心產品的選型和項目方案的打造。
 

a. 確定準入門檻

確定準入門檻本質上是明確項目核心利益所在，每個項目皆可不同：例如涉及生產級細胞樣本的保藏可能會要求樣本存取時溫度波動應小于某個固定值；又如涉及生物安全風險的樣本保藏可能會要求所有樣本都可進行自動權限管理和信息追溯；液氮價格低廉地區(qū)的項目可能會要求全部盡量避免采用壓縮機制冷。設置好明確的準入門檻，能夠篩選掉大多數(shù)無效選項以節(jié)省精力。

b. 市場信息收集

參加行業(yè)會議會是較好的全面信息收集途徑，咨詢先行者以獲取經(jīng)驗或聯(lián)系行業(yè)領先的供應商也是獲得市場全景的重要選項。
 

c. 建立客觀評價體系

復雜產品（如自動化系統(tǒng)）要求建立更加客觀全面的評價體系。決策者不宜完全基于供應商參數(shù)來架構評價體系，相反應優(yōu)先考慮目標產品在自身應用場景中能夠提供的核心價值，再將候選供應商的參數(shù)置入此價值體系中進行考核評判
 

（下圖展示了一個液氮自動化樣本存儲系統(tǒng)的評價體系）

一個實踐中的案例可以作為參考：在自動化超低溫冷庫項目中，絕大多數(shù)用戶都會非常關注單個樣本（凍存管）出入庫時間。然而，經(jīng)常被忽略的一點是使用自動化超低溫冷庫的用戶一般面對的卻都是一次多個樣本出入庫的場景，單個樣本操作的機會少之又少；另外，多個樣本出入庫的時間也并非由單個時間簡單累加而成。所以對這些用戶而言，關注批量樣本的出入庫效率會比關注單個樣本出入庫效率更有價值。
 

d. 打造配置方案

選型完成后即可結合實際需求打造完整的配置方案，該配置方案可以是多元的，能夠分層滿足對樣本溫區(qū)、品質建設的要求。

這里以一個中等規(guī)模的疾控保藏中心為例，其保藏需求一般分為三塊：高致病性微生物保藏、非高致病性微生物保藏、人類及動物源樣本。

這三塊需求對溫區(qū)和品質建設的需求存在區(qū)別：

▫微生物保藏要求更長期穩(wěn)定的環(huán)境故而對液氮偏好更高；

▫人類及動物源樣本以體液為主故而對超低溫偏好更高；

▫高致病性微生物保藏對生物安全保護和信息追溯的要求相對更高。
 

基于此區(qū)別，我們匹配的核心存儲產品方案如下（產品功能說明見后）：

Hatch™ 生物樣本深低溫全自動存儲系統(tǒng)
 

氣相液氮環(huán)境，樣本存儲區(qū)低于-180度

全自動挑管，挑管環(huán)境低于-150度

1mL 凍存管容量 > 40,000根

支持分級權限管理，支持信息追溯

支持預約取樣、碎片整理等功能

軟件系統(tǒng)對接完成，Ready to use

聯(lián)機時可作為無人液氮庫中的挑管工作站

Hatch™-Lite 生物樣本深低溫自動化存儲系統(tǒng)

榮獲ISBER2019杰出新品獎

氣相液氮環(huán)境，樣本存儲區(qū)低于-180度

自動挑盒，自帶樣本轉運桶

1mL 凍存管容量 > 40,000根

支持分級權限管理，支持信息追溯

軟件系統(tǒng)對接完成，Ready to use

聯(lián)機時可作為無人液氮庫中的存儲單元

Pelican™ 樣本庫柔性機器人
 

整合無人駕駛系統(tǒng)和自動行走底盤

在無人值守樣本庫中轉運樣本

實現(xiàn)人機界面上的樣本交接

保證轉運中深低溫環(huán)境的維持

潛在的上下游自動化設備串聯(lián)能力

Kiosk™ 超低溫自動化冷庫
 

-80度環(huán)境，機械制冷

替代超低溫冰箱的高密度低能耗方案

全自動挑管，樣本操作全流程低于-70度

1mL 凍存管容量 > 1,000,000根

支持分級權限管理，支持信息追溯

支持預約取樣、碎片整理等功能

軟件系統(tǒng)對接完成，Ready to use

四、 明確配套要求
 

正如開篇我們提到的，樣本庫系統(tǒng)化建設會牽一發(fā)而動全身，所以我們在確定了核心產品方案之后需要審視配套要素，以使得之后發(fā)生的裝機、使用流程較為順暢。核心產品必須能夠運入目標場地并順利裝機，這就產生了基建對接要求；核心產品的正常使用會同時涉及到凍存耗材和樣本信息管理軟件的使用，這就產生了耗材和軟件的對接要求，這一點對自動化產品尤為重要。

a. 基建要求

基建與裝修考慮的出發(fā)點主要包含以下幾點：通過性（所有必經(jīng)的通道、電梯、房間門的寬度與高度）、安裝可行性（層高、面積、承重、強弱電、通風與氧氣濃度監(jiān)控、空調、上下水等）、使用便利性（樓層、場地周邊是否適合建設液氮貯槽、是否方便液氮槽車運輸?shù)龋�。成熟的供應商會針對每一款設備提供完整的基建需求方案，也可要求供應商進行現(xiàn)場勘測。

b. 耗材要求

自動化的耗材包容性低于人工，所以耗材的標準化是自動化應用的前提。選擇自動化適配的耗材一般建議考慮以下內容：可批量識別（使用帶有底部二維碼的凍存管，且凍存盒孔底鏤空）、規(guī)格統(tǒng)一（系統(tǒng)內多種規(guī)格會降低空間使用效率并增加用戶操作步驟）、高均一度（凍存管尺寸容差率不高于0.2mm，且無明顯毛刺）、可抓取性高（凍存管與凍存盒間無鎖扣，凍存管不用調整方向即可自由落入孔底，且在孔中無明顯晃動）。事實上，上述的幾點要求也只是基本需求，最有保障仍是選用供應商已經(jīng)過全面測試的耗材。

另外很重要的一點是，如果用戶有不符合上述要求的耗材（如部分存量樣本或第三方來源的樣本）也希望能夠存入自動化系統(tǒng)，也并非不可實現(xiàn)。在此情況下，我們需要降低自動化的級別，將非標凍存管盡量存入標準化的凍存盒中，然后以盒為單位進行自動化管理，從而達成折中方案。

 

非標準化耗材

（凍存盒級自動化）

c. 軟件要求

在人工為主的樣本庫中，樣本信息管理軟件只提供與人的交互界面即可，因為非自動化設備內部結構十分近似；而在自動化樣本庫中，樣本信息管理軟件除了人的界面之外，還需要提供與自動化設備的交互界面，此界面無法完成自動化設備就無法正常投入使用。目前，大多自動化設備標配的軟件不足以對全庫樣本進行管理，所以這個界面就需要由硬件供應商和軟件供應商來對接完成。這個對接過程往往是對兩方供應商的考驗，因為其中會更加深入的理解用戶的使用流程、復雜情況處理等場景，這既需要大量專業(yè)經(jīng)驗積累，也需要細致了解每一個用戶的流程細節(jié)。所以，如果自動化設備和樣本信息管理軟件若非一個供應商提供，我們建議決策者為兩方供應商均提供預期：他們需要進行具有一定挑戰(zhàn)性的對接工作。
 

基點生物目前已具備了多家自動化樣本存儲系統(tǒng)的裝機經(jīng)驗，并已與行業(yè)內具有豐富經(jīng)驗的使用者們進行過大量的關于使用場景的深度討論。基于這些積累，基點已聯(lián)合合作伙伴共同開發(fā)了兼容基點自動化產品的樣本信息管理軟件（已在多處投入使用）；同時基點也已具備與多家主流軟件供應商對接的經(jīng)驗，并可提供接口協(xié)議，隨時準備與用戶指定的軟件供應商進行對接。

 

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昊諾斯生物為基點生物北區(qū)代理，現(xiàn)已正常開工營業(yè)，我們將全程為科學研究領域服務，為中國公共衛(wèi)生系統(tǒng)的發(fā)展及傳染病防治領域的進步貢獻綿薄之力�。�！

 

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