南开大学生物实验中心历来十分重视学生综合素质与创新能力的培养, 而先进的大型仪器设备又是培养创新全面人才的重要基础。在世行贷款、“211 工程”和“985 计划”的大力支持下, 生物实验中心的教学条件、仪器设备等都有了很大提高, 为本科生创新能力和综合素质的培养创造了良好的条件。然而随着大批先进仪器设备的引进, 如何高效地使用和维护这些仪器又成为摆在教师面前的首要问题。生物实验中心于2006 年成立公用仪器实验室,集中全中心内的大型先进仪器设备, 除承担本科生专业实验课和开放实验等教学任务外, 还作为仪器设备共享平台面向全院及全校开放, 提高了资源利用率的同时降低了维护运行的成本。本文主要阐述了公用实验室大型仪器的管理机制, 并从4 个方面进行探讨。

1 　情况简介

随着国家和学校对大型仪器的投入不断加大, 一批具有世界先进水平的仪器设备陆续进入实验中心,使中心仪器设备的整体水平大幅提高, 达到了全国领先水平, 如显微互动系统、膜片钳放大器系统、二维电泳分析系统、高效液相色谱、冰冻切片机、大型冷冻离心机、石蜡包埋机、石蜡切片机、凝胶成像系统、荧光显微镜及图像分析系统等。目前生物实验中心已有价值10 万元以上仪器设备20 余台, 仪器总价值超过1300万元, 为开展高水平的实验教学和培养创新人才提供了坚实的物质基础。随着大型仪器设备数量和价值的不断提高, 仪器运行环节中又出现了新的问题。这些问题总结为一句话即是:仪器设备使用效率较低, 运行维护成本高。例如:许多大型仪器使用频率较少, 个别设备的运行时间甚至达不到国家规定的年额定机时;有些仪器购置后缺少必要的维护运行经费, 致使长期闲置, 有些仪器缺乏必要的维护保养, 导致使用寿命大幅下降。另外, 由于中心按照二级学科下设5 个专业实验室, 各实验室分别购置所需仪器, 导致有些设备重复购置, 造成设备经费的浪费;还有些仪器缺少专门的技术人员管理, 在使用过程中造成损坏;又由于实验课程的限制,本科生直接接触和操作先进仪器的机会仍然较少, 未能充分发挥大型设备在实验教学及学科建设中的积极作用等。因此, 如何充分发挥和提高这些设备的使用效益, 使先进仪器充分为教学服务, 如何对仪器进行有效的维护和保养, 延长设备的使用寿命, 最终使之步入良性运行, 最大程度地发挥大型仪器在教学中的积极作用, 已成为了亟待解决的现实问题。南开大学生物实验教学中心自2006 年以来, 一直致力于公用仪器实验室的建设。基于以上问题, 教学中心对中心内部的大型仪器设备进行了规划重组:对于功能专一、使用范围针对性较强的设备, 放置在各专业实验室, 例如膜片钳放大器系统放置在动物生理学实验室;对于使用范围较广, 专业限制性不太强的设备, 如二维电泳分析系统、高效液相色谱、显微互动系统等, 则集中在公用仪器实验室。这样布局十分利于提高仪器的使用率, 各实验室不再需要重复购置设备,同时大型仪器的集中放置也便于技术人员管理, 有利于学生接触高端设备, 开展高水平实验课。

2 　整合公用仪器, 应用于基础实验教学

生物实验中心建立公用仪器实验室后, 整合5个专业实验室拥有的相同仪器或同类设备, 这样可提高仪器的使用率, 同时也有效提高了基础实验教学的效率。例如, 显微观察是生物学中多门学科形态结构观察的必备实验手段, 在植物学、动物学、细胞与遗传学、微生物学等基础实验课程中, 均可涉及到借助显微镜来观察细胞、组织或菌体的细微结构。我们在各专业实验室资源的基础上, 投资购买了显微互动系统, 每年可承担全校生科院、环科院、药学院以及哈尔滨医科大学、河北医科大学、天津医科大学、天津中医药大学和北京中医药大学医学预科班的植物学分类学、解剖学、生态学、细胞学实验和遗传学实验, 同时承担生科院生物科学、生物技术专业的部分微生物、动物学、细胞与遗传学的实验内容。累计为我校生物科学、生物技术、药学、临床医学、环境科学等5 个本科专业, 近1000名学生进行实验。在植物细胞观察、遗传学细胞分裂时期观察、微生物菌体观察及动物组织切片观察等实验中应用效果良好, 提升了教学水平, 同时也大大提高了仪器的使用效率。

3 　依托先进教学资源, 开设高水平专业实验课

仪器设备是实验教学的重要物质基础, 而贵重、先进的实验仪器又是培养学生创新能力和综合素质的先决条件。南开大学生物实验教学中心充分利用现有的先进教学条件, 为本科生开设生物科学综合实验、开放实验必修专题等综合性、研究型实验, 让学生掌握现代生物技术和生命科学研究新方法, 为培养学生的动手和创新能力奠定了基础。生物科学综合实验是遵循生物科学本科专业, 主要培养基础研究型人才的目标而设置的专业性质的综合大实验。该实验下设多个实验项目组, 每组包含2个不同专业, 涉及多种生命科学前沿技术和方法, 以及由生科院教师的科研成果转化而来的子实验。这些实验使用到多种先进仪器, 使学生在本科阶段即可接触到免疫组化、冰冻切片、表达产物免疫方法检测等最先进的实验内容和实验方法, 充分发挥了先进设备在提升本科实验教学水平中的作用。例如, 中心利用膜片钳放大器系统开设“膜片钳四种记录模式的建立, 以及神经细胞通道电流信号的采集及影响因素观察”实验项目, 使本科生不仅在感官上, 更重要的是在实际操作上接触到了神经细胞培养、膜片钳放大系统信号采集等技术, 这在全国乃至世界上都是很难得的。如果没有先进教学仪器设备作基础,这样高水平的实验课程是无法开展的。开放实验必修专题是生物科学学院为生物技术专业开设的, 以培养应用型人才为目标的设计型实验。该实验的实验项目大多数是学院教师科研课题中的一部分, 学生在一个学期的时间内, 根据查得的资料自行安排时间, 独立或在研究生帮助下设计实验流程, 并完成实验。该课程涵盖植物生物学、动物生物学、细胞生物学、遗传学、生物化学与分子生物学等多学科的相关实验内容和方法, 需要多种不同层次和种类的仪器设备作基础。生物实验中心依托雄厚的设备基础, 将以往要在各教师科研实验室完成的开放实验必修专题,引入实验中心公用仪器实验室, 既方便了学生实验, 又利于教师统一监督管理;既在实验中开拓了学生的思路, 又提高了仪器的使用效率。此外, 百项工程等竞赛性的实验项目也陆续在公用仪器实验室开展, 大幅提高了资源利用率, 充分发挥了先进仪器设备在培养学生创新能力和综合素质中的作用。

4 　结束语

仪器共享平台自建立以来, 运行良好, 为学院、学校的科研提供了便利, 节约了资源, 同时也进一步提高了中心大型仪器的使用率, 降低了维护费用, 使先进设备的优势发挥得更好。鉴于大型仪器设备增加所出现的使用率较低、维护费用较高的问题, 南开大学生物实验中心成立科技创新实验室集中管理大型仪器, 通过开设高水平专业实验课、建立仪器共享平台等措施提高仪器使用频率和使用效益, 同时通过制定有效的管理规章制度, 规范了大型仪器的使用, 降低设备维护成本, 延长使用寿命, 更加充分地发挥了学校仪器设备的投资效能, 为教学、科研及学科整体水平的提升提供了强有力的支持。2007 年, 南开大学生物实验中心已成功申报成为国家级生物实验教学示范中心。为了进一步管好、用好中心的大型仪器设备, 中心将进一步提高设备管理技术人员的理论和实践水平, 建设一支技术力量雄厚的专业人才队伍, 并深化设备资源的共享和健全维护费用管理制度, 借助良好的教学资源, 更好地发展教育事业, 为培养创新型、综合型人才贡献力量。