CN113962569A - 一种基于云服务的生物实验室综合管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于云服务的生物实验室综合管理系统。本发明包括用于管理实验室内各房间的环境数据的实验室生产环境监控系统、用于管理实验室内试验设备的状态信息的设备管理系统、用于管理样品的出入库以及样本的转移及操作信息的样本管理系统、用于管理试剂耗材的出入库以及操作信息的试剂耗材管理系统、用于管理细胞培养过程中的参数以及培养细胞的状态的细胞工程管理系统。本发明针对现在生物实验室存在的缺点，通过综合管理系统，整合细胞培养过程中所有的环节，提高培养过程中的品质，保证细胞培养业务流程及细胞培养实验室能够正常运行。本发明能够详尽记录试验过程中对于物料、设备的使用情况，实时监控生产人员的操作情况。
Description
技术领域
本发明涉及实验室管理系统技术领域，尤其涉及一种基于云服务的生物实验室综合管理系统。
背景技术
微生物实验室是指进行微生物研究的场所。微生物实验室的安全要求和使用要求不同于一般的实验室工程或净化工程。主要应用于微生物学、生物医学、生物化学、动物实验、基因重组以及生物制品等研究使用的实验室统称生物安全实验室。生物安全实验室由主功能实验室与其他实验室及辅助功能用房组成。生物安全实验室必须保证人身安全、环境安全、废弃物安全和样本安全，能长期而安全地运行，同时还需要为实验室工作人员提供一个舒适、良好的工作环境。
实验室可以分为基础实验室——一级生物安全水平、基础实验室——二级生物安全水平、防护实验室——三级生物安全水平和最高防护实验室——四级生物安全水平。根据操作不同危险度等级微生物，所需的实验室设计特点、建筑构造、防护设施、仪器、操作以及操作程序来决定实验室的生物安全水平。
然而，仅仅考虑这些实体基础设施建设是不够的，实验室的环境监控、设备管理、样本管理、试剂耗材管理、细胞工程管理等组成部分的管理系统是需要提高的。
细胞培养作为现代医学乃至整个生命科学研究不可或缺的实验技术手段，是各类实验技术平台的重要组成部分。细胞培养除了需要娴熟的操作技术外，更多体现在培养技术过程的复杂，无菌的要求严格。影响细胞培养成败的因素很多，任何一个环节出现问题，会直接导致细胞培养产品不合格。
如果生物安全实验室需要正常运转，则需要保证实验室的运行环境处于正常状态，并且实验室内的实验设备也需要处于正常运行状态。因此，对实验室的环境运行情况、实验室设备的管理、设备运行情况以及设备中保存的样本情况等的监测是非常有必要的。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种基于云服务的生物实验室综合管理系统。本发明采用的技术手段如下：
一种基于云服务的生物实验室综合管理系统，包括：
实验室生产环境监控系统，用于管理实验室内各房间的环境数据；
设备管理系统，用于管理实验室内试验设备的状态信息；
样本管理系统，用于管理样品的出入库以及样本的转移及操作信息；
试剂耗材管理系统，用于管理试剂耗材的出入库以及操作信息；
细胞工程管理系统，用于管理细胞培养过程中的参数以及培养细胞的状态。
进一步地，所述实验室生产环境监控系统包括实验室总览模块、环境检测模块、监测设备管理模块、监测数据统计模块、监测设备智能警告模块和监测数据分析模块，所述实验室总览模块用于通过图像展示实验室环境检测点的测量状态和空间坐标位置，所述环境检测模块用于获取各房间的环境数据；所述监测设备管理模块用于管理实验室内环境调节设备和基础设施的设备信息；所述监测数据统计模块用于对环境检测模块获取的数据进行统计并绘制成可视化图形；所述监测设备智能警告模块用于在环境检测模块采集的数据与预设值不符时发出警告；所述监测数据分析模块用于对环境检测模块采集的数据进行数据分析。
进一步地，所述设备管理系统包括设备管理模块、设备状态模块、设备控制模块、设备数据统计模块、警告管理模块和智能售后模块，所述设备管理模块用于管理试验设备的运行状态；所述设备状态模块用于记录试验设备的使用状态；所述设备控制模块用于控制试验设备的运行状态；所述设备数据统计模块用于对试验设备的运行状态数据进行统计；所述警告管理模块用于在设备控制使用中出现误操作或者越权时发出警告；所述智能售后模块用于在试验设备的运行状态数据与预设值不符时发出智能售后信息。
进一步地，所述样本管理系统包括样本智能出入库模块、储存容器管理模块、数据统计查询模块、品质控制模块和捐赠者管理模块，所述样本智能出入库模块用于采集样本的出入库以及样本的转移及操作信息；所述储存容器管理模块用于采集储存容器信息；所述数据统计查询模块用于在查询数据时，基于智能出入库模块采集的数据快速准确标注出样本所在位置；所述品质控制模块用于存储人员对样本的评价信息；所述捐赠者管理模块用于记录捐赠者对试验的贡献记录。
进一步地，所述试剂耗材管理系统包括耗材出入库模块、数据统计模块、流程控制模块和供应商管理模块，所述耗材出入库模块用于采集耗材的出入库以及耗材的转移及操作信息；所述数据统计模块用于统计试剂耗材存储信息；所述流程控制模块用于控制试剂耗材的使用信息；所述供应商管理模块用于提供各试剂耗材对应的供应商信息。
进一步地，所述细胞工程管理系统包括病例信息模块、培养计划模块、物料管理模块、培养任务安排模块、过程记录模块、智能警告模块、品质管控模块和数据分析模块，所述病例信息模块用于获取细胞培养的病例信息；所述培养计划模块用于获取细胞培养的培养计划信息；所述物料管理模块用于存储细胞培养过程中的物料使用信息；所述培养任务安排模块用于将培养计划模块构筑的培养计划信息分配给子服务端；所述过程记录模块用于记录细胞培养过程中的细胞状态信息；所述智能警告模块用于在细胞培养过程中参数与预设值不符时，发出警告；所述品质管控模块用于通过大数据对培养细胞状态做出系统评价；所述数据分析模块用于通过培养细胞的环境参数及细胞状态进行分析。
进一步地，还包括电力、空调、安保设备监测系统，分别用于管理实验室的电力、空调、安保信息。
进一步地，基于云服务的生物实验室综合管理系统采用JAVA语言编写，部署在LINUX服务器上，采用时序数据库Influx及关系型MySQL，后台与前台UI通讯采用HTTPS，设备网关与后台系统通讯采用MQTT协议，系统部署在云服务器上为所有用户提供后台系统服务；用户端通过边缘计算服务器将传感器及设备采集到监控数据上传到云服务器上。
进一步地，所述实验室生产环境监控系统的环境监测模块监测的数据包括实验室内各房间的温度、湿度、风速、压差数据以及提供了数据接口的智能实验室设备的温度、湿度、洁净度、氧气浓度、二氧化碳浓度、风速、压差的设备参数。
进一步地，所述样本智能出入库模块通过采集样本上的电子标签，数据共享至样本库，样本库电子扫描快速入库，样本信息从进入到系统每一次的转移及操作都有记录可追溯，样本的存储环境同时有记录可查询，如果样本出现质量问题，有可追溯数据查询。
本发明针对现在生物实验室存在的缺点，通过综合管理系统，整合细胞培养过程中所有的环节，提高培养过程中的品质，保证细胞培养业务流程及细胞培养实验室能够正常运行。通过细胞培养实验室综合管理系统，能够详尽记录试验过程中对于物料、设备的使用情况，实时监控生产人员的操作情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明系统图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例公开了一种基于云服务的生物实验室综合管理系统，包括：
实验室生产环境监控系统，用于管理实验室内各房间的环境数据；
设备管理系统，用于管理实验室内试验设备的状态信息；
样本管理系统，用于管理样品的出入库以及样本的转移及操作信息；
试剂耗材管理系统，用于管理试剂耗材的出入库以及操作信息；
细胞工程管理系统，用于管理细胞培养过程中的参数以及培养细胞的状态。
所述实验室生产环境监控系统包括实验室总览模块、环境检测模块、监测设备管理模块、监测数据统计模块、监测设备智能警告模块和监测数据分析模块，所述实验室总览模块用于通过图像展示实验室环境检测点的测量状态和空间坐标位置，所述环境检测模块用于获取各房间的环境数据；所述监测设备管理模块用于管理实验室内环境调节设备(如加湿器，空气调节等)和基础设施(如空调)的设备信息，包括产品型号、产品性能适用范围、供应商等信息；所述监测数据统计模块用于对环境检测模块获取的数据进行统计并绘制成可视化图形；所述监测设备智能警告模块用于在环境检测模块采集的数据与预设值不符时发出警告；所述监测数据分析模块用于对环境检测模块采集的数据进行数据分析。实验室总览是通过图像展示实验室环境检测点的测量状态和空间坐标位置，实验室图片可以导入系统，从而添加测试点，测试点的传感器信息包括名称、类型、供应商、报警值、阈值、绑定设备，运行模式能够编辑到系统，编辑操作包括增加和删除，一旦进行增加和删除的编辑操作，需要追加理由，其中删除操作，对于产生了数据的测点，不能删除智能禁用，记录将形成追溯性。
所述设备管理系统包括设备管理模块、设备状态模块、设备控制模块、设备数据统计模块、警告管理模块和智能售后模块，所述设备管理模块用于管理试验设备的运行状态；所述设备状态模块用于记录试验设备的使用状态；所述设备控制模块用于控制试验设备的运行状态；所述设备数据统计模块用于对试验设备的运行状态数据进行统计；所述警告管理模块用于在设备控制使用中出现误操作或者越权时发出警告；所述智能售后模块用于在试验设备的运行状态数据与预设值不符时发出智能售后信息。设备管理主要记录服务于试验的试验设备，包括超低温冰箱、灭菌器、二氧化碳培养箱、生物安全柜、细胞调节试验设备等；记录这类设备使用状态，样本储存信息，进出库信息，管理员可以随时跟踪查看，并进行信息确认。设备控制将设置严谨的审批流程，后台统计数据，形成数据库。一旦出现误操作或者越权，系统将进行警告，通过微信等便利平台通知到管理人员。
所述样本管理系统包括样本智能出入库模块、储存容器管理模块、数据统计查询模块、品质控制模块和捐赠者管理模块，所述样本智能出入库模块用于采集样本的出入库以及样本的转移及操作信息；所述储存容器管理模块用于采集储存容器信息；所述数据统计查询模块用于在查询数据时，基于智能出入库模块采集的数据快速准确标注出样本所在位置；所述品质控制模块用于存储人员对样本的评价信息；所述捐赠者管理模块用于记录捐赠者对试验的贡献记录。样本管理系统的特点在于设置了样本智能出入库模块，快速入库：电子标签，采集端一次录入信息，数据共享至样本库，样本库电子扫描快速入库，不用再进行繁琐的信息录入样本出库：迅速定位样本位置，客户输入样本的关键字或患者信息，系统快速准确标注出样本所在位置，防止因拿取样本时因为查找时间过长而引起其它样本质量损坏样本追溯：样本信息从进入到系统每一次的转移及操作都有记录可追溯，样本的存储环境同时有记录可查询，如果样本出现质量问题，有可追溯数据查询。在其他可选的实施方式中，自动出库也是可行的，需要搭配多个自动化硬件，客户查询出样本，然后选择出库，由机械臂或者自动化的设备运作直接将样本放到样本出口，该种手段成本比较高，而且存储空间也会减少挺多。并且增设品质管控模块，样本进出入库将嵌入人员对样本状态，时间，储存设备规格等关键信息进行评价。捐赠者对试验的贡献一直是被大家忽视的一部分群体，增设该管理模块将提升捐赠者的公益价值，同时做好需要保密工作人群。
样本管理系统和设备管理系统，是相互相容的两个平行系统，样本管理系统是根据储存设备的功能性，划分温度带，由不同样本的储存条件的差异，录入样本的进出信息。一旦实验室储存设备发生异常现象，该系统会将设备信息及样本信息、报警信息等统一以微信小程序或者短信等方式发送到所有管理平台及管理者手里。并将如何应紧急事件的方案，事件的结果，样本最终状态维护到系统中，实现过程及结果的追溯。
所述试剂耗材管理系统包括耗材出入库模块、数据统计模块、流程控制模块和供应商管理模块，所述耗材出入库模块用于采集耗材的出入库以及耗材的转移及操作信息；所述数据统计模块用于统计试剂耗材存储信息；所述流程控制模块用于控制试剂耗材的使用信息；所述供应商管理模块用于提供各试剂耗材对应的供应商信息。嵌入试剂耗材管理监控系统，这个系统的难点为整合计算，通过人工扫描耗材的电子标签信息，对进出实验室状态实现追溯。
所述细胞工程管理系统包括病例信息模块、培养计划模块、物料管理模块、培养任务安排模块、过程记录模块、智能警告模块、品质管控模块和数据分析模块，所述病例信息模块用于获取细胞培养的病例信息；所述培养计划模块用于获取细胞培养的培养计划信息；所述物料管理模块用于存储细胞培养过程中的物料使用信息；所述培养任务安排模块用于将培养计划模块构筑的培养计划信息分配给子服务端；所述过程记录模块用于记录细胞培养过程中的细胞状态信息；所述智能警告模块用于在细胞培养过程中参数与预设值不符时，发出警告；所述品质管控模块用于通过大数据对培养细胞状态做出系统评价；所述数据分析模块用于通过培养细胞的环境参数及细胞状态进行分析，具体可包括环境温湿度，PH值等参数。细胞工程管理系统，不仅能够检测培养细胞的环境温湿度，PH值等参数，还能实时检测到培养细胞的状态，并通过大数据对培养细胞状态做出系统评价，反馈到终端客户。
还包括电力、空调、安保设备监测系统，分别用于管理实验室的电力、空调、安保信息。
基于云服务的生物实验室综合管理系统采用JAVA语言编写，部署在LINUX服务器上，采用时序数据库Influx及关系型MySQL，后台与前台UI通讯采用HTTPS(Hyper TextTransfer Protocol over Secure Socket Layer)，设备网关(边缘计算)与后台系统通讯采用MQTT协议(消息队列传输)，MQTT协议是ISO标准(ISO/IEC PRF 20922)下基于发布/订阅范式的消息协议。它工作在TCP/IP协议族上，是为硬件性能低下的远程设备以及网络状况糟糕的情况下而设计的发布/订阅型消息协议。系统部署在云服务器上为所有用户提供后台系统服务；用户端通过边缘计算服务器(mqtt网关)将传感器及设备采集到监控数据上传到云服务器上。从而保证实验室的实验环境，设备，人员及网络等整体的完善性，统合大数据，完善现有技术的不足。
所述实验室生产环境监控系统的环境监测模块监测的数据包括实验室内各房间的温度、湿度、风速、压差数据以及提供了数据接口的智能实验室设备的温度、湿度、洁净度、氧气浓度、二氧化碳浓度、风速、压差的设备参数。测点采集的数据为实时数据，实时显示在操作界面，显示具有过滤功能。实时数据累积后，将通过后台，编辑成曲线数据，曲线预览能够实现按照时间段查询，可以通过输入初始时间和截止时间，即自定义查看曲线数据。并且曲线数据能够以Excel和pdf格式导出系统，并且导出文件可以添加数字签名。导出数据能够连接打印机，打印设置提供多种选择，包括数据打印的时间段，采集间隔时间等。当实验室生产环境一旦发生异常，将会触发智能报警功能，报警信息会按照警告等级，报警类型通知到不同的用户端,并以微信小程序或者短息等方式发送到所以管理平台及管理者手里。并将如何应紧急事件的方案，事件的结果，样本最终状态维护到系统中，实现过程及结果的追溯。多种报警，将数据向上传送云平台，为客户提供云服务。
所述样本智能出入库模块通过采集样本上的电子标签，数据共享至样本库，样本库电子扫描快速入库，样本信息从进入到系统每一次的转移及操作都有记录可追溯，样本的存储环境同时有记录可查询，如果样本出现质量问题，有可追溯数据查询。
目前大多数实验室监控系统，仅仅对实验室运行状态进行检测，然而这些并不能满足对一个生物实验室的监控，本发明专利将通过结合细胞工程管理系统、实验生产环境监控系统、试剂耗材管理系统、设备管理系统、样本管理系统五个管理子系统，及电力、空调、安保等基础设施系统，统合检测参数，完善现有技术的不足。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种基于云服务的生物实验室综合管理系统，其特征在于，包括：
实验室生产环境监控系统，用于管理实验室内各房间的环境数据；
设备管理系统，用于管理实验室内试验设备的状态信息；
样本管理系统，用于管理样品的出入库以及样本的转移及操作信息；
试剂耗材管理系统，用于管理试剂耗材的出入库以及操作信息；
细胞工程管理系统，用于管理细胞培养过程中的参数以及培养细胞的状态。
2.根据权利要求1所述的基于云服务的生物实验室综合管理系统，其特征在于，所述实验室生产环境监控系统包括实验室总览模块、环境检测模块、监测设备管理模块、监测数据统计模块、监测设备智能警告模块和监测数据分析模块，所述实验室总览模块用于通过图像展示实验室环境检测点的测量状态和空间坐标位置，所述环境检测模块用于获取各房间的环境数据；所述监测设备管理模块用于管理实验室内环境调节设备和基础设施的设备信息；所述监测数据统计模块用于对环境检测模块获取的数据进行统计并绘制成可视化图形；所述监测设备智能警告模块用于在环境检测模块采集的数据与预设值不符时发出警告；所述监测数据分析模块用于对环境检测模块采集的数据进行数据分析。
3.根据权利要求1所述的基于云服务的生物实验室综合管理系统，其特征在于，所述设备管理系统包括设备管理模块、设备状态模块、设备控制模块、设备数据统计模块、警告管理模块和智能售后模块，所述设备管理模块用于管理试验设备的运行状态；所述设备状态模块用于记录试验设备的使用状态；所述设备控制模块用于控制试验设备的运行状态；所述设备数据统计模块用于对试验设备的运行状态数据进行统计；所述警告管理模块用于在设备控制使用中出现误操作或者越权时发出警告；所述智能售后模块用于在试验设备的运行状态数据与预设值不符时发出智能售后信息。
4.根据权利要求1所述的基于云服务的生物实验室综合管理系统，其特征在于，所述样本管理系统包括样本智能出入库模块、储存容器管理模块、数据统计查询模块、品质控制模块和捐赠者管理模块，所述样本智能出入库模块用于采集样本的出入库以及样本的转移及操作信息；所述储存容器管理模块用于采集储存容器信息；所述数据统计查询模块用于在查询数据时，基于智能出入库模块采集的数据快速准确标注出样本所在位置；所述品质控制模块用于存储人员对样本的评价信息；所述捐赠者管理模块用于记录捐赠者对试验的贡献记录。
5.根据权利要求1所述的基于云服务的生物实验室综合管理系统，其特征在于，所述试剂耗材管理系统包括耗材出入库模块、数据统计模块、流程控制模块和供应商管理模块，所述耗材出入库模块用于采集耗材的出入库以及耗材的转移及操作信息；所述数据统计模块用于统计试剂耗材存储信息；所述流程控制模块用于控制试剂耗材的使用信息；所述供应商管理模块用于提供各试剂耗材对应的供应商信息。
6.根据权利要求1所述的基于云服务的生物实验室综合管理系统，其特征在于，所述细胞工程管理系统包括病例信息模块、培养计划模块、物料管理模块、培养任务安排模块、过程记录模块、智能警告模块、品质管控模块和数据分析模块，所述病例信息模块用于获取细胞培养的病例信息；所述培养计划模块用于获取细胞培养的培养计划信息；所述物料管理模块用于存储细胞培养过程中的物料使用信息；所述培养任务安排模块用于将培养计划模块构筑的培养计划信息分配给子服务端；所述过程记录模块用于记录细胞培养过程中的细胞状态信息；所述智能警告模块用于在细胞培养过程中参数与预设值不符时，发出警告；所述品质管控模块用于通过大数据对培养细胞状态做出系统评价；所述数据分析模块用于通过培养细胞的环境参数及细胞状态进行分析。
7.根据权利要求3或4所述的基于云服务的生物实验室综合管理系统，其特征在于，实验室储存设备发生异常现象时，系统将设备信息及样本信息、报警信息以微信小程序或者短信方式发送到所有管理平台及管理者手里，并将如何应紧急事件的方案，事件的结果，样本最终状态维护到系统中，实现过程及结果的追溯。
8.根据权利要求1所述的基于云服务的生物实验室综合管理系统，其特征在于，还包括电力、空调、安保设备监测系统，分别用于管理实验室的电力、空调、安保信息；
基于云服务的生物实验室综合管理系统采用JAVA语言编写，部署在LINUX服务器上，采用时序数据库Influx及关系型MySQL，后台与前台UI通讯采用HTTPS，设备网关与后台系统通讯采用MQTT协议，系统部署在云服务器上为所有用户提供后台系统服务；用户端通过边缘计算服务器将传感器及设备采集到监控数据上传到云服务器上。
9.根据权利要求1所述的基于云服务的生物实验室综合管理系统，其特征在于，所述实验室生产环境监控系统的环境监测模块监测的数据包括实验室内各房间的温度、湿度、风速、压差数据以及提供了数据接口的智能实验室设备的温度、湿度、洁净度、氧气浓度、二氧化碳浓度、风速、压差的设备参数。
10.根据权利要求4所述的基于云服务的生物实验室综合管理系统，其特征在于，所述样本智能出入库模块通过采集样本上的电子标签，数据共享至样本库，样本库电子扫描快速入库，样本信息从进入到系统每一次的转移及操作都有记录可追溯，样本的存储环境同时有记录可查询，如果样本出现质量问题，有可追溯数据查询。
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