无线温湿度监测系统在SPF级屏障系统动物设施的应用

陈鲲 王言之 秦珩,3*

（1，南京医科大学卫生分析检测中心 211166；2，南京医科大学第一临床医学院 211166；3，南京医科大学公共卫生学院 211166）

无线温湿度监测系统主要由监测终端、信息接收器、云服务器、手机软件等几大组件构成，通过多种传输技术（433M、WIFI、TCP/IP、GRRS)的联合应用可较好的对环境温湿度进行组网监测。依托无线温湿度监测系统搭建的软件平台功能强大，具有适用性强、操作简单等显著特点，被广泛应用于车间生产、档案管理、标本展览等处，逐步实现多行业多领域的全方位覆盖。

记录实验室环境数据的最为原始手段为安排专人定时定点借助温度计、湿度计等仪器进行测量与读取，一方面，常因仪器精度有限或人员操作不当产生误差，另一方面，存在滞后性及不延续性，已被淘汰。随着工程技术的发展，实验室器材走向自动化、系统化，温湿度检测系统、气压检测系统取缔了传统的测量仪器，在一定程度上克服了数据读取的不连续性缺陷，虽然大幅降低了人工成本，但实时监控的最佳实验要求与人员紧张的实际管理困境之间存在冲突矛盾，并未得到有实质意义的解决。互联网+是知识社会创新2.0推动下的互联网形态演进及其催生的经济社会发展新形态[1]，是互联网思维的进一步实践成果。在互联网时代全球信息化的趋势和背景下，检测技术与网络技术的有机融合应运而生，现以本中心作为实验试点，对无线温湿度监测系统在SPF级屏障系统动物设施的应用进行解读与评价。

1 无线温湿度监测系统的应用前提

为维持内环境稳态，实验动物可通过调节代谢、改变行为等种种方式对外在环境变化进行一定限度的适应。异常的环境条件会诱发机体一系列生化及免疫指标出现波动，不仅干扰实验结果，更违背了动物福利原则。基于对严谨科研精神的继承与发扬、对实验动物尊严的重视与维护，不管是在小型实验室还是在大型实验基地的建设中都把温湿度及气压等环境条件的监测与控制作为重要因素纳入考虑范畴。虽然恒温恒湿系统已逐步得到普及，但出于防范意外及最小化经济损失的考量，定时监测仍然具有重要意义。

1.1 温度控制的必要性

温度是生态系统中最为重要的因子之一，对恒温动物而言，越偏离最适生存温度，生命质量越易受到损害[2]。在低温环境中，机体供能被热量调节消耗而使生长发育过程减缓，甚至诱发水肿、呼吸道疾病等病理损伤。高温环境阻碍了机体表面的水分蒸发，或诱导部分实验动物水和电解质代谢紊乱，出现肝肾肿胀。此外，环境温度亦与实验动物的体内生物酶活性及生殖功能息息相关[3]。当温度过高（达到30℃以上)时，雄性动物产生精子的能力出现显著下降；雌性动物性周期紊乱，妊娠率降低[4]。

1.2 湿度控制的必要性

一般相对湿度以40%～70%为宜。高湿环境为微生物的滋生繁殖提供了有利条件[5]，实验动物接触霉变的饲料或垫料时可通过经口/透皮/呼吸等途径暴露于各类病原体，同时过高的环境湿度可通过干扰体表水分蒸发进而影响机体代谢与调节，降低实验动物抵抗力，内外因素的联合导致发生机会性感染。相对湿度过低易引发多种温血动物皮肤黏膜出现干燥、干裂乃至坏死。湿度和温度均与动物情绪状态存在一定联系，在非适宜环境中动物或出现狂躁表现，以哺乳母鼠咬仔为代表的异常现象往往对实验结果产生较大干扰。

2 无线温湿度监测系统的优势分析

2.1 网络智能

通过“监测终端——管理主机——云服务平台”的多级传输，无线温湿度监测系统实现数据网络化。当数据异常（如超出设定范围)时，系统可进行线上线下联合示警，通过警示灯闪烁、报警器响鸣、云平台提醒等多种手段传呼人员进行处理，经过简单的程序设计，平台可实现针对不同的异常情况在示警时给出相应的提示及备注，如应着重注意检修何处、是否应进行开窗处理等。基于网络技术的智能设计减轻了人工压力，降低人力成本，符合“互联网+”的时代潮流。

2.2 便捷高效

采集区域内温湿度的监测终端可直接将读取的数值投递到液晶屏上，增强可视性，也规避传统借助温度计测量时因估读带来的测量误差。借助最基础的数学模型，监测系统可直观展现各参数曲线变化，对指定时段参数的极值、均值等进行高效识别或快速运算。利用信息技术，可在手机端或云服务平台上对历史记录及实况进行查询，直观大方的设计界面方便操作及检索，可显著缩短数据处理时间、提升整体工作效率。

2.3 安全可靠

系统设定了较为严格的密码授权和用户分级制度，并配备有较新的网络防火墙。项目核心人员拥有最高权限，临时工作人员只有最初级的权限，防范实验设计遭到泄露、实验环境遭到恶意或意外破坏的可能。在通信中断情况下，终端数据可补传中转站（无线管理主机)，进而上传云服务器平台。多级存储和补传机制确保了数据安全，可最大程度降低实验意外损失。

2.4 兼容多元

监测终端可根据实际需求的不同配置相应的探头，如以低功耗为优先考虑因素时选择单电源探头，以抗干扰为优先考虑因素时选择双路探头。随着冷冻消融等新技术的提出，以超低温探头为代表的辅助器材得到更新，无线温湿度监测系统在设计时对不同类型的探头均有一定的兼容性。此外，为方便管理人员进行查看和处理，系统输出数据报表时可根据选定时间段输出TXTPDF等格式的文件，避免单一格式文件因需进行格式转化时数据损失的潜在问题。

3 中心SPF级屏障系统动物设施安装与使用经验

中心实验室安装方案是采取在各个SPF级屏障系统动物实验室内分别安放无线温湿度采集器（监测终端)，在屏障系统外安放接收管理主机（接收器)。出于安全性及稳定性考量，设定以下安装要求：（1)安放位置应满足无线温湿度采集器可准确收集实验室内无线温湿度状况，接收管理主机可准确清晰地进行信号收发；（2)安放位置附近要有稳定的电源插口；（3)放置位置不能干扰实验进行；（4)在SPF级屏障系统动物实验室内安放固定无线温湿度采集器施工时的一切操作要遵守中心实验室相关SOP要求。

依据中心工作安排，利用密码授权，把用户分成不同的等级，依据不同权限可获取不同服务。管理人员通过采用云服务器技术，利用安装在电脑上的云服务器监测软件或手机APP可以查询历史及当前数据、报警记录、统计分析等。普通工作人员可以在手机收到短信息提示，在环境温湿度超过预设值时收到预警，提醒我中心值班人员及时采取措施。无线温湿度采集器的整体设计及工作流程如附图所示。

附图 无线温湿度采集器的整体设计及工作流程

4 结语

经过一段时期的实践和检验，无线温湿度传感器在数据采集方面展示出较高的精度和准确度。无线传输技术的使用避免了在中心SPF级动物实验室重新布线，降低工程成本的同时最大化的缩短了改装时间，没有影响正常的生产进程。总结来看，无线温湿度传感器最大的应用优势在于提供一种无线远程监测解决方案，实现了工作人员在远离监控室的情况下依然可以用手机、平板电脑等便携电子设备的远程终端随时查询历史、当前数据、报警记录及统计分析，并可通过系统的线上线下联动提醒及时对异常情况进行处理，为中心SPF级屏障系统动物设施的监护与管控提供了有力保障。此外，原先只有处在监控室的人员能及时了解所有实验室温湿度实况，现在可以根据需要把数据读取的权限开放给维护人员、实验人员及中心管理层，提高管理效率。

随着网络信息技术的高速发展，工程管理与数据处理逐步走向“网络化”“无纸化”“互联网+”思维已融入生活、科研的方方面面。虽然无线温湿度监测系统在SPF级屏障系统动物设施中的应用已展现出显著优势，但仍存在一定的上升空间，如人工智能技术有望融入监测系统中，在环境参数异常时直接遣派机器人进行处理，真正走向实验室管理的自动化。作为互联网+思维的实践典例，无线温湿度监测系统在SPF级屏障系统动物设施的应用亦可类推到其他传统设施中，如何利用云计算[6]、大数据分析[7]等新兴技术，把数据采集、计算、储存、处理和数据共享、辅助决策运用到动物实验室监控和管理中，有待进一步探索和挖掘。