卡爾斯沃市KIT工藝技術研究所的科學家們打算提供新的、可以自由使用的合成實驗室儀器設備控制和信息處理技術。這一技術中把實驗室信息和管理系統LIMS與電子實驗室工作日志ELN技術組合到一起了。
Chemotion是有機化學研究所(Stefan Br?se教授)和Steibuch計算機中心(Bernhard Neumair教授)合作的項目，為實驗室設備控制技術引進開放式的源代碼技術是此合作項目的唯一目標。實驗室信息管理系統(LIMS)以及電子實驗室工作日志(ELN)兩項技術已經在工業企業實驗室的日常工作中得到了應用，且已成為企業實驗室工作中不可或缺的重要組成部分。借此想讓人們知道，即使在研究機構和小型企業的實驗室中信息處理和自動化技術也有著廣闊的應用天地。在我們的Chemotion項目中，合成實驗室這一概念指的是項目研發的智能化實驗室;在這一智能化實驗室中，實驗設備和分析設備都使用現代化的技術進行整合，在中央實驗室的控制系統下完成各自的工作和任務。
現如今，雖然化學實驗室的許多實驗操作都實現了半自動化，但對實驗數據的處理上還沒有實現暢通無阻的自動化。手工輸入一個個實驗數據和對實驗過程的詳細記錄仍屬于實驗室日常工作的重要內容，同時也是會對實驗結果產生不容忽視影響的錯誤源。
這主要是由不規范的實驗操作和非結構化的實驗數據保存造成的。尤其是大學中的化學實驗室，不健全的IT基礎設施，會造成時間上的浪費和工作質量的大打折扣。因此，高等院校、小型企業要想實現實驗室自動化，不應該只是以實驗操作的標準化和盡可能多的實驗次數為目標。所謂的自動化首先應該有實現專業化實驗工作流程和獲取已保存好的精確并經得起檢驗核查的實驗數據的可能性。
微型自動化控制系統
目前，市場上的實驗室自動化控制系統價格昂貴，而大多數的中小企業和高等院校，都沒有開發自身實驗室自動化控制系統的可能性。例如，具有開放式源代碼的自動化實驗室(www.osadl.org)能夠幫助許多化學實驗室經濟節省地完成現代化學實驗室的配置，開辟小型實驗室自動化的新天地。但遺憾的是，迄今為止這種開放的源代碼還太少。
大多數實驗室設備的控制程序都非常有針對性，這種情況增加了把不同實驗室儀器和操作系統統一整合到一起的難度。Chemotion項目就是為解決這一難題而設立的項目。
開放式源代碼把事情簡單化
當一個軟件項目的開發是在開放式源代碼基礎上進行的，就可以組成能夠共享使用的軟件組件，并在許多單個用戶的參與下逐步得到完善。所有參與者都認同的軟件授權形式(通用公共授權，GNU，GPL)保證了這一軟件的進一步開發不僅不會終結現有的應用，還有可能開發出更多新應用。目前Chemotion項目已經進入試用階段。
GPL的軟件授權形式是研發人員進一步開發其它可用實驗室設備控制的必備前提。軟件設計時，可以順利的使用開發源代碼軟件組件。GPL包含了使用Ruby on Rails和Javasript編程語言編寫的實驗室信息和管理系統LIMS、應用‘撥號上網連接設備(Dial-a-Device)’電子實驗室工作日志ELN，以及以Linux操作系統為基礎的網絡服務器和實驗室儀器設備控制系統。由于放棄了有ZL權的運行環境，以開發源代碼平臺為基礎的網絡服務器，允許用戶操作使用所有的軟件組件。
通用的儀器設備接口
實驗室集成硬件-Embedded-Linux計算機(Beaglebone)，經濟實惠，很容易買到。這種尺寸只有86mmx53mm的計算機雖然小了點，但耗電也少，功率只有幾瓦，但卻支撐了整個PC機的所有功能。使用這種計算機可以通過USB接口或者RS232接口與實驗室儀器設備聯網，成為‘互聯網中的一員’(見圖1)。
圖1.利用Beaglebone計算機作為實驗室儀器設備與網絡之間的連接樞紐(左圖)和小型實驗室信息和管理系統的應用實例(右圖)。
Chemotion項目用這種微型計算機作為橋梁把一臺臺的實驗室設備連接起來，構成了用戶可按照自己要求進行配置的LIMS實驗室信息和管理系統。每一臺Beaglebone計算機都能與網絡服務器連接起來，這樣以來，通過網絡服務器對實驗室儀器設備實時發送工作指令、顯示儀器設備的工作數據都已經不再是問題了。而且在連接實驗室設備時可以利用開放源代碼的優勢，在與實驗室儀器設備的連接中如果優先選擇開發源代碼的應用，這樣一來，一個設備驅動程序僅允許一個參與者創建一次，然后可以在整個用戶社區站點上立即使用。
網絡化的設備控制
我們以只有三臺實驗設備的小型實驗室的網絡化信息和管理系統為例，這也涉及到KNF、Heidolph或者Kern這樣的實驗室設備生產商。LIMS實驗室信息和管理系統經Beaglebone計算機和小型實驗室的三臺實驗設備進行連接，來對實驗設備的工作情況和實驗記錄進行優化，針對每臺儀器設備都可以進行單獨選用和單獨控制。這也保證了實驗室研究人員能夠隨時得到所需信息，必要時還可以對實驗設備的工作情況進行干預。當然，在這一網絡中增加其它實驗設備也是允許的。
秤量過程中的應用
在合成實驗室，稱量設備的使用必不可少。實驗之前，具有資格的實驗員可以在Chemotion項目平臺的網頁(dial-a-device.com)中編制實驗計劃，在秤量網頁中選擇需要秤量的物質名稱(見圖2)和與稱量物質有關的數值，這些都可以自動被寫入并且被保存到實驗室工作日志中去。
圖2.稱量過程的文件記錄自動化：在實驗室電子平臺中選擇適用操作過程即可自動秤量(Kern ABJ-NM)。
利用Webcam跟蹤識別樣本
使用現代化的實驗室條碼識別技術或射頻識別技術來進行的樣本的跟蹤識別實驗，證明了這些技術是文件記錄和分類的可靠方法，對Chemotion項目的樣本的跟蹤識別時無需使用價格高昂的硬件設備。許多平板電腦的標準化配置中都經常會用到的Webcom，在瀏覽器中可以直接顯示網絡的TRC格式圖像，所以可以毫無困難的完成2D碼(QR-代碼)的掃描識別，無需再使用額外的硬件設備。用戶只需將帶有條碼標簽的器皿放到與控制計算機連接的設備前方就可以自動開始識別跟蹤。實驗儀器也可以準確的執行規定的實驗分析任務，并把得到的有關數據按照樣本歸類。同樣可以按照此法建立各個實驗室之間的化學品數據庫。
數據云或企業預制型工作方式
在Chemotion項目中，跨實驗室的數據庫的管理和使用是在數據云中進行的。若干用戶提供了無償服務的應用管理(虛擬主機)，這樣就可以在短短的幾分鐘時間內構建一個適合于測試應用目的的整套實驗室自動化系統了。這樣做的一個最大優點就是：用戶可以隨時轉換到傳統的企業預裝型工作方式中去。當進行日常實驗分析工作時，或者是在要求對生產條件的數據要求保密時，就必然要回到企業自己的計算機系統中進行操作。
集成實驗室平臺
Chemotion項目把LIMS實驗室信息和管理系統與ELN電子實驗室日志系統都集成到一起了。根據具體的應用情況，無需構建新的、可重復使用的實驗平臺。借助于具有網絡服務功能的控制軟件，每一個化學分析人員都可以構建自己的化學信息系統;也可以根據自己工作的需要對集成的化學信息系統進行調整和擴充。
參與這一項目的用戶越多，就會構成更多的集成實驗室平臺。隨著參與者的每一次開發，軟件都會有新功能的加入，就這樣逐步形成覆蓋所有應用的集成實驗室系統。與其它多種集中控制的網絡平臺不同的是這一系統允許用戶按照自己的喜好設計使用界面，提供了更高的靈活性和開放性。在此，我們誠心歡迎新的合作伙伴加入我們的隊伍。
撥號上網連接設備Dial-a-Device應用
德國卡爾斯魯爾技術研究院(KIT)的跨學科合作項目開發了一種新的、基于互聯網基礎的實驗室IT平臺。有了這一平臺，未來高等院校的實驗室分析研究也能夠達到現代化的數據處理水平了，從而實現互聯網支持的實驗分析過程。在這個項目中，實驗室設備信息管理系統(LIMS)以及實驗室電子格式的文件記錄(ELN)的信息傳遞都得到了優化和融合。開放源代碼促進會倡議：所有的撥號上網連接設備Dial-a-Device應用都最好用開放的源代碼編寫，并且無償地提供給用戶使用。