开放式动物实验室预约管理平台架构研究与实现

李会萍，陈梅丽

（广东省实验动物监测所/广东省实验动物重点实验室，广东广州 510663）

1 研究背景

实验动物是指经人工饲育，对其携带的微生物和寄生虫实行控制，遗传背景明确或来源清楚的，用于科学研究、教学、生产、检定及其他科学实验的一类动物。实验动物是现代生命科学研究的重要组成部分，是生物医学科研的基础和重要支撑条件，已被广泛地应用于医药卫生、食品安全、农业、环境保护、航天航空、化妆品、生物制品和生物安全等领域［1-2］。据统计，在生命科学领域里，以实验动物资源为基础，开展动物实验的课题占60%［3］，这充分说明在动物实验过程中所需的实验室及配套的仪器设施需求是极大的。

当前，各级从事生命科学、实验动物及动物实验、生物医药相关科学研究的高校、科研院所等机构都设立专业实验室并配备了相关仪器设施、设备。据2017 年出版的《中国实验动物资源调查与发展趋势》（国家科技基础条件平台著）数据统计显示，我国实验动物与动物实验相关领域拥有的仪器达238 156台，其中实验动物使用单位的仪器总数达93 129 台/套，实验动物生产单位的仪器总数达145 027 台/套，主要用于科研、检验、繁育、教学以及其它方面［4］。这些实验室及仪器设备的建设经费投入特别是高校、科研院所（事业单位）主要来自科研项目经费，是国家支持的重要对象［5］。

近年来随着科技部门科学仪器共享的不断推进实验室资源开放共享已经取得了较大进步，实验室的开放应用受到管理部门的普遍重视，如东北农业大学进行了教学与科研实验室协同开放的探索，大力倡导实验室开放，助力高校实验教育改革［6］。广东工业大学基于web 开发实验室在线预约系统，该系统重点支持校内师生之间自主、协作、研究性的学习服务，实现开放教学［7］。中国民航大学、中国石油大学、广西大学、解放军陆军工程大学、青岛农业大学理学与信息科学学院等高校为实行实验教学资源共享，以Android 移动端和PC 端应用的实验室智能预约平台，方便学生随时随地预约实验室以及查询实验室使用情况［8-12］。

基于实验动物领域，随着动物实验室软硬条件得到进一步改善，动物实验室管理工作水平不断提高，对动物实验室及其科学仪器开放共享的管理模式和运行机制已有相关探索和研究，如首都医科大学建立了本高校内应用的实验动物信息管理平台，该平台包括实验动物伦理审查申请、动物订购、实验室预约使用等功能，对校内实验动物管理工作发挥了应有的作用［13］。河南中医药大学实验动物中心对高校科研实验室有偿使用管理模式进行了探索，分析了实验室有偿使用策略，提出科研实验室有偿使用的具体思路和方法［14］。长春科技学院针对开放式实验教学模式下动物医学实验室管理的问题进行分析，提出要善用信息技术，使开放式实验教学的优势充分发挥，实验室的管理更专业化、标准化［15］。

综合上述文献分析，各高等院校实验室开放共享进步明显，但从信息技术发展和动物实验室开放以及管理现状来看，实验动物及动物实验室开放性方面仍存在系列问题，主要存在：实验室资源分散、实验室仪器设备的利用率没有得到充分发挥、实验室开放共享程度低等。目前，各区域单位由于学科发展水平限制导致实验室资源（仪器设施、设备）也不均衡，即使同一高校内实验动物中心建设实验室均存在教学与科研用实验室分设、分管的现象，实验室及仪器设备资源分散的这些问题制约了科学研究的效率以及科研成果的产出。高校开发的实验室预约系统大多以本校内自主开展教学、科研实验开放，没有做到真正意义上的全方位开放，实验室的利用率没有得到充分发挥，共享程度仍然比较低。以作者单位2020 年实验室仪器设施共享情况调查数据显示，高价值设备使用次数仅为2～3 次/年，实验室闲置以及仪器设备使用率不高。

新时代下，实验室协同开放的管理思路是面向全社会及行业开放，加强充分共享的发展理念，实现各级单位、各实验室之间的资源（仪器设施、设备）互补，提升实验室开放共享格局。为此，通过以上分析，应用“互联网+”的信息技术，以实验动物行业领域的动物实验室为研究对象，构建动物实验室开放预约管理平台，整合实验动物行业内科研院所、高等院校、相关企业中可对外开放共享的实验室资源，加入到实验室在线预约平台，目的在于为实验动物行业内实验人员、科研工作者等提供实验室的开放共享服务，从而打破动物实验室功能单一、处于封闭状态的局面，实现实验室管理的科学化、信息化运行，以使实验动物与动物实验室资源利用率最大化，节约重复购买高额实验设备的科学成本，进一步提高业内实验室的资源共享程度。

2 平台设计与实现

2.1 开发工具

平台采用B/S 分布式多层结构、php 开源脚本语言、MySQL5.0 数据库等开发工具，以OAI 开放式访问技术理念的突出优势，基于不同的环境，在数据库应用过程中，使用不同的数据库的访问方法，从数据库调取各类数据，从而加速实验室数据整合、数据管理。平台以apache、phpstudy 运行环境、用户以web 界面进行浏览访问，通过终端实现动物实验室开放共享、在线预约服务。

2.1.1 php 开发语言

PHP 作为一种脚本语言，具有跨平台和丰富的函数库特点，它利用编译不同的函数与MySQL 数据库建立连接，实现实验室资源数据的传送处理和输出。当入驻平台实验室资源数据量大时，该语言通过拓宽链接面，连通各种数据库，将数据分类储存，缓解数据存储的压力，有利于提高平台运行效率。尤其是PHP 解释器源代码的公开，在程序设计中与通用开发语言相似程度很高，因此平台编程过程中操作性强、易于理解，非常适合在Windows 系统和Web 服务器应用，实现实验室平台界面的友好访问［16］。

2.1.2 thinkphp 框架

ThinkPHP 开发框架自身具备底层架构、数据访问层、基类库、缓存机制、插件机制等常用组件，所以对于在跨版本、跨平台和跨数据库移植方面有突出优势。此外，ThinkPHP 模拟实现了数据库视图模型，提供了一种灵活、便捷的数据操作方式，包括创建、删除、读取和更新数据，因此，对平台用户获取实验室资源提供了极大的帮助［16］。

2.1.3 phpStudy 程序集成包

phpStudy 是一个包括PHP 程序要运行的相关软件以及Apache、nginx 的web 服务和PHP、MySQL数据库系统运行环境配置，运行布署中系统设置、配置文件等的环境调试集成包，实现实验室预约管理平台的一次性安装，对平台后续运行环境调试也非常方便。

2.2 平台设计

2.2.1 平台结构设计

以实验动物行业内的动物实验室为研究对象，通过实验室对外开放、预约需求分析，基于PC 端开发一套以B/S 体系结构模式设计的应用平台。平台主要由业务层、数据层、应用层三层结构组成［17］。其中业务层是平台的主要功能；数据层是整个平台的数据聚集中心，整合实验室资源，是对外提供实验室开放共享、预约服务的核心数据来源；应用层则是由Web Service 访问服务器端提供应用服务。用户通过浏览器工作界面与后台数据库交互传递数据需求来支持前端用户的请求，满足平台良好的开放性和扩展性，实现系统稳定运行。平台结构设计如图1 所示。

图1 平台总体结构

2.2.2 功能模块

平台主要由实验室分类、实验室权限管理、实验室预约、实验室审批、实验室查询等功能模块组成，每个功能模块包括不同的子功能模块。各功能模块之间通过三层结构相互作用和依赖，使实验室的开放预约管理更具规范化、便捷化以及实现更高效的调配和管理。实验室管理员通过后台管理系统进行注册、添加实验室数据到数据库；前端用户以Web浏览器界面访问该平台，平台功能模块如图2 所示。

2.2.3 数据库设计

数据库是实验室预约管理平台的核心基础，是数据收录、整合、管理的仓库。实验动物预约管理平台数据库设计重点是实验室分类库、实验室基本信息库、实验室状态库（图3）。实验室分类库根据实验室属性及业务范围，构建精密仪器室、病理检测室、临床检验室、分子影像室等；实验室基本信息库收录各实验室名称、所在单位、实验室介绍、开放时间、联系人等数据；实验室状态库包括实验室当前占用或空闲、实验室预约通过审批或未审批状态记录。各数据库设置相匹配的数据字段以及数据结构形成数据表，每个数据表包括若干子数据项，为业务逻辑功能提供重要的数据支撑作用，满足用户实验室查询、实验室预约以及实验室科学、规范管理要求。数据表结构设计详见表1。

图3 数据库设计

2.3 平台实现

2.3.1 用户及权限管理

包括实验室所在单位、实验室管理员、用户、平台管理员等不同对象的注册和登录管理，并针对不同用户角色设置不同的权限。实验室所在单位注册表示同意加入到实验室预约平台，授权该单位实验室可对外开放共享；实验室管理员注册则进行对所管辖实验室入库上线、实验室分配管理、系统预约后审批，同一家单位可以多个实验室管理员注册；用户则是实验室预约平台的具体使用者，经注册后用户才可在平台上进行实验室预约服务。

2.3.2 实验室分类

平台按不同的实验室类型对入驻的实验室进行分类。由平台管理员在后台添加实验室类别，实验室管理员添加入库上线时选择对应的分类，用户在前端页面可按实验室类型精准搜索，实现快速预约。目前平台上实验室分类包括病毒、分子生物学、遗传检测、细菌、病理、血液分析、临床检验、精密仪器、生物安全（感染）等实验室。随着应用深入，将根据实际情况继续扩展分类。

2.3.3 实验室上线

实验室管理员通过平台后台添加实验室详细信息，包括实验室名称、归属单位、选择实验室分类、实验室简介、地址、编号、实验室价格、计费标准、开放时间、联系人、电话等，用户通过前端查看实验室详情后可发起预约。

2.3.4 实验室查询

平台设置以简单检索、高级检索两种方式，简单检索即输入实验室关键词查询；高级检索以不同区域、不同实验室分类、关键词等多个筛选条件，采用布尔逻辑，输入检索词与逻辑运算符连接，完成逻辑运算后，检索出不同条件相符的实验室，实现实验室快速、精准预约。

2.3.5 实验室管理

实验室管理员通过平台后台可对实验室进行编辑、删除、上架、下架处理，当实验室基本信息调整可及时对相应信息的变更，并查看实验室预订状态，从而做好所管辖实验室的分配，使实验室管理员能更有效的进行线上线下相结合的开放实验室运行管理。

2.3.6 实验室预约

用户以Web 客户端访问平台并经过身份认证登录界面（必须是已注册平台用户方可进行预约操作），进行实验室查询、预约、取消预约等功能操作，用户可以在实验室管理员设置的可开放实验室中选择预约的时间，填写期望时间、经费预算、实验方案、使用要求、所需耗材、联系方式等，确认预约后，提交申请，等待实验室管理员批准。

2.3.7 实验室审批

当用户发起预约单后，实验室管理员进入平台后台查看预约订单列表，根据预约需求，比对实验室闲置状态给予审批，避免时间冲突。审批状态包括已审批预约、未审批预约、已退回的预约。审批过程中可标明实际使用费用、实际使用时间、实验室管理要求等，用户可在前端查看最终审批结果，通过后方可使用该实验室。

3 讨论

平台源于“互联网+”思维，以开放策略管理线上预约流程，以期满足更多用户的需求，提高现有实验动物行业实验室资源的使用率，为从事科学研究的科技工作者提供更好的支撑。而如何通过该平台使实验室资源最大化共享，还有必要对动物实验室开放预约平台的开放管理模式及运行共享机制等方面进行不断探索和实践，使平台运行更具规范化、科学化。

3.1 开放管理模式

动物实验室开放管理首先需要各级机构及实验室管理员转变思想观念，解决传统实验室封闭管理、资源分散导致的资源共享程度低、实验室及配套的高额仪器设施重复建设、实验成本高等问题，重视“互联网+实验室”的应用，依托以第三方搭建的动物实验室开放预约平台，整合行业内的实验室资源，以信息技术手段加强实验室资源的统一管理和创新共享，把闲置的实验室设备得到充分利用，进而也使得实验室通过开放服务获得最大效益。

3.2 监督管理机制

实验室单位根据自愿原则申请加入平台，提交实验室资质件并同意和接受平台规定的共享约定条件，平台方严格审核入驻实验室资质，符合条件方可加入预约平台，并由实验室单位配置管理员开展日常的线上预约服务。在平台运行过程中，设立实验室服务评价机制、信誉保障制度，以公开透明的形式接受被服务对象的评价并公布于界面，平台记录实验室预约、服务效果等信息，加强实验室开放预约平台的监督管理。

3.3 运行共享机制

动物实验室开放预约管理平台是作者所在单位以第三方机构开发、运营和管理的行业应用平台，目前平台以公益性面向行业单位开放使用。为保障该平台未来可持续运营，在平台稳定运行后将主要以收取平台使用费以及服务佣金等模式产生盈利，实现互惠共赢。当前还需不断探索线上线下实验室协同开放的管理策略和运行共享机制，逐步提高实验动物行业领域的实验室开放效益［18］。

4 结论

平台自2019 年上线运行以来，20 家可开放共享实验室单位入驻动物实验室平台并对外提供预约服务。该平台具有：（1）良好的开放性和扩展性；（2）平台以Web 界面访问，提供了强大的交互性、可操作性；（3）打破实验室在时间上和空间上的局限性，提升实验室开放格局；（4）平台整合实验动物行业领域实验室资源，向全行业以及社会开放共享，为行业间高效率配置实验室资源提供了现实条件，填补了当前行业内实验室在线预约以及信息化管理的空白。但目前平台主要以PC 端为载体应用，随着信息技术和移动互联网的发展，平台以手机移动终端开展应用将是必然的趋势。为此，作者团队后续将加快布署基于移动互联网平台的微信、APP 为应用终端的动物实验室开放预约平台功能上线，为实验室管理员、实验人员及科研工作者提供更高效、便捷的科学研究工具，也有助于提高各单位动物实验室的利用率和实验室信息化综合管理水平。