自动化试管条形码标记功能在实验室中起到的重要作用

文|Florence Collins

Scinomix公司成立于2001年，为众多生命科学应用领域提供试管和反应板标记定制化解决方案。我们借机采访了Scinomix的Nigel Malterer (CEO)和Jonathan King（自动化软件工程师），了解自动化条形码标记解决方案如何帮助提升生产效率、减少成本，增强实验室工作流程可控性。

在实验室自动化应用中，你们如何帮助科学家实施条形码标记？

条形码标记已成为维持实验室流程可控性的关键要素。

“我们的首批客户是波士顿博德研究所(Broad Institute)，他们每天要处理数千份送来的96孔管架形式样品。逐个贴标，确保标签位置、朝向无误并牢牢粘住，这些工作对于那些受过教育的员工来说会非常无聊。保持标签方形是他们遇到的挑战之一，尤其是必须通过自动化在线读取条形码时。如果试管上的一维条形码出现卷曲，会造成之后临床系统无法读取条码，从而拒收试管。引入自动化功能确实可帮助他们提高贴标效率，为他们的员工腾出更多时间，减少重复性工作带来的问题。”

“对于很多实验室，包括药物研发实验室，样品贴标只是众多流程的一部分，不应占据太多的空间。因此，很多自动化解决方案都是台式规格。小巧的贴标系统适合需要在多个站点实现标准化和自动化的小型试验室。在他们眼里，它就像一名擅长贴标的实验室技术人员。用户确信，采用自动化贴标替代经过培训的人员，可以全方位精简实验室各角落空间，并可迅速获得回报。”

“自动化还提供了一种现成的扩展方法。手动贴标时，要处理更多样品，唯一的方法就是安排更多的人手。而采用自动化技术时，您可以添置一个可将试管放入进料器的系统。我们还有部分Tecan客户将Vacutainer™试剂瓶放入到漏斗装置中。随后，将这些试剂瓶进料到贴标机中，并按照正确的条形码朝向放入Tecan管架中，即可直接进入各自的Tecan实验室自动化系统。因此，繁琐的人工操作被重复性好且可靠的自动化系统代替。”

你们如何与Tecan合作？

“我们与Tecan的合作方式是，针对进入Tecan系统前的试管或反应板提供可预贴标的全自动贴标机，或者提供可与Tecan系统整合以实时贴标的自动化贴标功能。之后，这些试管可通过Tecan机械臂转移到我们的系统，由Tecan仪器控制自动贴标机。”

条形码贴标和读取的速度有多快？

“自动化贴标机通量可高达约400 试管/小时，也就是每根试管需9秒钟。根据条码的可读性，读取时间可能不到1秒。在自动化贴标系统之中，首先抓取试管——如果条形码不像Code 128那样，非常规地卷绕在试管上——试管会旋转不到1秒，随后几乎瞬时读取出条形码。因此，这一技术在实验室中几乎不存在任何瓶颈问题。读取所花的时间，大部分源自从管架上抓取试管、放到滚筒机械装置上、夹持并旋转等操作。

自动化贴标如何减少错误率？

“良好维护的贴标系统具有较低的出错率。如果纳入了确认步骤——包括在印刷和贴附在试管上后读取条形码——则能够进一步增加可靠性。减少错误的方法之一，就是依照基于算法的顺序或者客户指定的顺序放置试管。随后，可加入特定的检查项目，以确认标签含有正确的信息并正确贴附。

“采用OCR（光学字符读取）新开发的技术还可捕获大量错误，在标签印刷和贴附到试管上后帮助检查标签的质量和正确性，然后采集一份图像存储在数据库中以备今后参考。”

目前存在很多种条形码编码方法，Code 128 是否是临床实验室和药物研发未来的应用方向？

“许多血液分析系统使用Code 128。这种编码方法采用小巧的直线条形码，是最可靠的一维条形码。我们目前印刷的条形码，90%为Code 128直线条形码 。我们还发现，部分客户正在向二维条形码过渡转型。

使用一维或二维条形码的优劣之处各有哪些？

“二维条形码的单位面积效率要比一维条形码高一个数量级。二维条形码的冗余性可允许订正部分错误，以应付条形码刮擦、脏污或沾染墨迹的情况。而使用Code 128等直线条形码时，必须读取所有条码内容。

“然而，在读取曲面上的二维条形码时（如在试管上），可能存在变形问题。扫描仪希望能遇到理想的平面，因此一维条形码沿着试管向下贴附。这类条形码非常适合圆形物体，试管越小——由于大量标签信息处在侧面和背面——这一问题就越明显。因此，在处理小直径试管时，如8 mm，一维条形码非常适合。问题是，有些小试管的长度可能小到10mm，在直线条形码上仅有四个字符的空间，而直径小又意味着条形码要卷绕在侧面。因此，一维条形码的小型应用存在诸多难题。小型二维条形码也可用作底读标签，通过底读阅读器快速读取。使用较大的试管时，如含有血液样品的Vacutainer™试剂瓶，则采用一维条形码效果更好。因为使用 Code 128时，条形码上具有可容纳12-16位数字或字母组合的空间。”

标签尺寸是不是很具灵活性？

“标签可以定制成客户期望的任何形状或尺寸，但通常为矩形。目前在临床实验室推行的标准是Auto12-A，其规定了标签自身尺寸：1” x 2”。其中的2”为试管纵向长度，而1”为卷绕试管部分的长度。此设计既为试管留下了观察样品的部分透明视窗，又确保标签大小足以容下众多类型的条形码和人工读取数据。

标签可承受哪些条件？

“标签和粘合剂可应付广泛的条件，包括乙醇、甲醇、DMSO和二甲苯等溶剂，以及气相液氮 (-196 °C)。我们的部分客户会层压处理文字内容，以确保标签能够部分清晰显示，而尾部则卷绕在印刷部分周围，以保护文字的印刷部分不会刮擦。

再贴标的前景如何？

“未来可能采用的方法之一，就是读取预先贴在试管上的标签，然后制作一份可直接覆盖在旧标签上的新标签。基于OCR的系统将都够读取试管上的既有信息，然后选择采用新信息替换旧信息，或者额外提供参照条形码。随着相应技术的发展，这类基于视觉的系统将能够提供这一类功能。”

如何看待条形码自动化贴标未来的发展？

“系统将会变得更加智能和灵活。OCR和摄像机技术的发展，将能通过比对文本和条形码验证标签。系统将来还可能检测所用的标签是否错误，甚至可根据试管尺寸自行选择正确的标签。自动化配置的发展进步，必定会让选择这一方向的用户受益。”

“越来越多的实验室希望贴标技术标准化。在生产过程中制定标准的可能性非常小，因为很多企业一开始都是自行摸索，因而与标准的偏离越来越大。我觉得未来标准化的趋势主要在以下几个方面：贴在试管上的信息内容、所用条形码编码以及标签的位置。”

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