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什么是數字化實驗室

發表于:2020/9/28 11:18:54 來源:北侖機械

近年來,高通量和高內涵分析成為數字化實驗室分析方法的大趨勢,而這必然導致產生相較于以前幾倍甚至幾十倍的數據,但要知道大量的數據并非就是所謂的大數據。幾乎每個行業都會產生大量的數據,且隨著時間呈快速增長趨勢。

什么是大數據

的數據本身并非就是大數據:只有當這些數據能夠按照一定的格式保存,并能有效的被查詢、進行綜合分析后可以獲取某種新的相互關系,并從中得到更有用的信息時,這樣的‘大量數據’才能被稱之為大數據。


能夠使人易于理解的大數據實際上都是經由實驗得到的,猶如亂麻般的大量過程、結果數據。過去,雖然已經進行了測試,但得到的這些所謂的源數據卻不能被有效的利用起來。此時,非常簡單的大數據應用就能讓您節約時間、金錢和資源。成熟的高通量和高內涵分析方法,都會融入互聯網技術加以使用。加上和研究機構、藥品生產企業以及小型實驗室之間越來越多的合作都使得數據量大幅增加。不斷增長的數據量不僅僅對實驗室的IT系統提出了挑戰,而且也給數據的處理分析,提供了更多的新可能性,以及與此有關的價值增值過程,這些都可以概括到大數據這一概念中去。要把積累的大量數據到變成大數據還有很多工作要做。許多實驗室數據和信息都被存儲在本地的數據庫中,更多的是記錄在紙張報告、記錄表中,被分散在一個個文件夾中,這都使得它們不能用于大數據分析。

      數字化實驗室面臨的挑戰多年來,實驗室數據的數字化就是對實驗室日常工作中的一個嚴峻挑戰。目前已經有許多不同類型的電子實驗室記錄(ELNs)和實驗室信息管理系統LIMS)可供使用,但不是所有的實驗室都使用統一的系統管理數字化文件。某些移動輸入設備,例如平板電腦和智能手機的不同發展趨勢都有利于數字化系統的應用和推廣。許多數字化實驗室都有這樣的要求:使用數據格式完全不同的數據。其中不乏一些像Word、Excel、PDF和圖像格式的通用數據格式,但也常常要用到一些特殊格式的數據。為了能夠在更大范圍內使用這些數據,根據數據產生的過程來管理組織數據這種方法很有必要。例如:光譜的圖譜數據可作為數字化檢測報告。圖像數據其實也能和其他格式的數據相互比較,而無需把所有的圖譜并排進行對比,只把具有可比性的譜圖文件相互比較就可以了。這一例子告訴我們,要利用大數據首先要解決小數據的問題,但大多數實驗室都存在有太多難以關聯的小數據存在的難題。在利用大數據的過程中,首先要制定標準,利用制定的標準可以把實驗過程中的數據輕松的匯總到一起,進行整理分類,實現相互比較。但迄今為止還沒有能夠將跨學科實驗室過程進行統一的數據格式。

          實驗室中大數據的應用大數據的應用條件首先是要把實驗室中所有的數據都保存在統一的數字化平臺上。這種平臺允許對所有數據進行分類,而且還有統一的、結構化的數據采集過程,從而能夠在過程層面上對數據進行比較。為了能夠處理越來越大的數據量,從長期發展的角度看,把分析用和生產用的儀器設備與IT系統直接連接起來就是必不可少的了,這樣可以確保在任何時間都能連續跟蹤數據,根據這些數據可以看出很多被隱藏的影響因素,對這些影響因素進行仔細分析后,可以搞清楚它們對過程的影響關聯從而做出調整。

       數據設備連接標準的建立很多成功的案例都可以實現實驗室各儀器設備間的連接了,例如,與數字化試驗記錄、實驗室管理系統LIMS之間的連接,但這種連接常常是復雜的,且成本高。在未來,或許實驗室儀器設備即插即用的連接是可以實現的。而把數字化試驗記錄集成到與實驗室自動化標準SiLA兼容的過程管理系統中去,正如弗勞恩霍夫研究所協會與Labfolder公司合作開發的方案那樣,可以極大地簡化大量實驗室儀器設備的常規連接。

       下一個必要的方案就是:制定統一的連接協議標準,有了標準才能將在儀器設備上檢測的數據和填寫的數字化試驗記錄之間建立起相互關聯。這一標準的目的應是:建立一個基礎平臺,并能夠以最大的自由度的看清基礎平臺中保存的數據。當過去的數據自動在新過程優化中得到了應用時,使用集成、靈活的實驗室就變得易如反掌了,這才可以說是真正實現了大數據應用。

       儀器設備與IT系統的聯網試驗設備和檢測儀器都算是實驗室的數據采集設備,它們可以記錄生成大量數據。這些數據常常都被保存在聯網的計算機中,沒有聯網接口的話,可以保存在網絡驅動器中。除了因分散式的設備配置帶來的缺點,限制了暢通無阻的數據傳輸,不同工作組之間除了分散式的數據結構缺點之外,即使使用U盤也很難自動把儀器的結果數據與實驗室報告文檔數據一一建立起對應的聯系。為了填補實驗室儀器設備與IT系統間的空白,儀器設備制造商、數字化實驗室用品生產廠、科研機構和制藥企業合作成立了一個名為‘SiLA快速集成’的國際性組織,制定了實驗室儀器設備控制的統一標準。這一標準的目的是:不同生產廠家生產的設備有著統一的接口,即所謂的PMS過程管理系統接口。這一PMS過程管理系統可以通過網絡服務器或者經互聯網的安全連接來登錄、訪問。這樣以來,同一實驗室的同事就可以在不同的計算機上通過安全訪問登錄這一網絡了,而登陸的計算機可以是在同一大樓內的不同計算機,也可以是另一個地區的任一計算機,登陸后可以任意訪問一臺儀器設備,進行過程參數的輸入,同時接收設備數據。在自動化控制環境中,還可以對整個檢測過程或文件錄入過程進行遠程遙控或監控。SiLA實驗室的自動化標準中有用以集成各儀器設備的不同途徑。例如:通過與SiLA實驗室自動化兼容的驅動器,它能把不符合標準規定的設備通訊納入到網絡服務器的管理之中。SiLA接口轉換器能夠為儀器的操作提供一個兼容的平臺,經網絡服務器與過程管理系統建立通訊。在第三層方案里,SILA兼容的儀器設備通過它的網絡服務器把第三方與過程管理系統連接起來。有助于各種設備的兼容,且能把實驗室中已經安裝的儀器設備與實驗室中的IT網系統連接起來。

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