百万级气动式自动化生物样本存储系统

生物样本在管道中“穿梭”，从放到取全程“脱手”；每块地板都能感知步态，病人摔倒会自动报警；每秒呼出的二氧化碳量后台全知道，80多项参数精确监测人体代谢……在转化医学国家重大科技基础设施（上海）（以下简称“转化医学上海设施”），“未来医疗”触手可及。

转化医学上海设施是继上海光源、上海蛋白质中心后第三家落户上海的国家级大科学设施，也是我国在生物医药领域首个国家级大科学设施。从去年12月19日落成投运，到今年2月研究型病房全面启用，历经十年打磨的转化医学“国之重器”正在掀开它的神秘面纱。

转化医学就是要打破基础医学与药物研发、临床诊治之间的固有屏障，在其间建立起直接关联，打通“从实验室到病床、从病床到实验室”的双向过程。据透露，该国家级大设施将推行一批全新体制机制，计划在“十四五”期间实现“三个1000”：即累计开展临床研究1000项、新增科学家及培养人才1000名、受试药品及医疗器械产值1000亿元以上。

在看不见的地方，临床生物样本“忙得飞起”

在瑞金医院转化医学大楼地下一、二层，“深藏”着一座千万数量级的生物样本库——人体组织、血液、代谢物等被分门别类地放置在-80℃的“生物冰箱”中。

样本是生物医药研究的基石与关键，有了它，诊断标志物、药物靶点开发等才能成为“有源之水”。躺在冰箱里的生物样本并非在“沉睡”，事实上，它们每天都“忙得飞起”，只不过人们无法察觉这里的忙碌——通过转化医学大楼内的气动物流系统，样本经由四通八达的管道被科研人员取用，甚至无需打开“冰箱”大门。

“这是全球首家实现全气动传输、深低温存储、可扩展的生物样本自动化存储运送体系。”瑞金医院学科规划与大设施管理处副处长林靖生说，一开始，与他们合作的外国设备供应商只能做到单台“冰箱”的气动传输，转化医学上海设施的科研人员根据样本库建设要求，与对方一同攻克技术难关，从一台推进到三台，最终实现了10台冰箱的气动联网，“我们还预留了接口，未来增加的冰箱也能连入整个气动体系中”。

有了这套气动物流系统，科研人员只要将处理好的样本放入桌上一个打印机大小的机器中，在计算机控制下，临床生物样本就可方便快捷地在实验室与样本库之间自动传输、存取和整理。存取之间，转化医学研究也随之“提速”。

这批样本产出的“科研利息”不容小觑。据悉，该样本库将支持高通量基因组学、转录组学、蛋白组学等生物研究，助力新药研发。

“入仓”两小时，80多个代谢指标全掌握

人体代谢仓又称“人类生存实验室”，可对人体在静息、日常、运动等各种状态下进行精确的能量代谢监测。目前，全球共有50台人体数字化代谢检测仓，其中10台在瑞金医院转化医学大楼内。不久前，这里接收了一批患有二型糖尿病的受试者。科研人员将利用传感器与深度学习算法，分析生活方式与疾病之间的关联，在此基础上，未来可为患者定制个性化饮食、运动、精神等健康处方。

科幻片爱好者应该对代谢仓并不陌生，这是一个精密而温馨的空间。当仓门关上后，受试者便进入一个完全气闭的空间，由瑞金医院与斯坦福大学计算机视觉实验室合作研发的人工智能系统，将精确记录受试者在代谢仓内的一举一动，精确到每一口呼出的二氧化碳量。“入仓”两小时后，代谢仓就能收集80多个精确代谢指标，从中或许能找到行为与相关疾病的关系。

代谢仓还引来了宇航员、深海探测队员等特殊职业人群的关注。10个代谢仓中，有一间是环境模拟代谢仓，它可测试低压、低氧、噪音等极端条件下人类的生存状态。林靖生形象地解释说：“如果想要知道自己能不能爬得了珠穆朗玛峰，到这里来体验一下，心里就有底了。”

在打造世界最大的代谢仓群过程中，转化医学上海设施积累了大量关于医疗人工智能的经验。比如，衡量代谢仓好坏的最重要指标是测量二氧化碳的精确度，空间越大，精确测量越难实现，因此国外的代谢仓基本是舱体。利用精密传感设备和人工智能算法，“上海设施”将代谢仓做到了“屋”的大小，却仍能保持对二氧化碳浓度的精确测量，达到国际领先水平。

文章来源：《医学食疗与健康》 网址: http://www.yxslyjkbjb.cn/zonghexinwen/2021/0513/1232.html