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shRNA表达克隆

实验室用品循环再用可节约能源

Feb 27, 2018 No Comments

 

回收剩余的化学品和设备可以削减能源费用并改善研究预算管理。

进化生物学家Hopi Hoekstra和她的团队研究鹿鼠的遗传和行为已有十年了。十年里,他们积攒了大量的样本,实验室冰箱不堪重负:冰柜被塞满了,架子上覆满冰,所有的样本盒上都有一层薄薄的雪。

美国马萨诸塞州剑桥哈佛大学(Harvard University)实验室经理Kyle Turner准备花1万美元购置一台新的超低温(ultra-low-temperature, ULT)冷冻机。随后他听说了一个名为“北美实验室冷冻机挑战赛”(North American Laboratory Freezer Challenge)的竞赛。于2017年1月开始的这个竞赛由两个非营利组织——加州的“My Green Lab”和弗吉尼亚州的国际可持续实验室(International Institute for Sustainable Laboratories, I2SL)——发起。

这项挑战现已在全球范围内推广开来,旨在鼓励实验室通过各种措施减少能源消耗和提高设备寿命。其中一些措施包括冷冻机化霜,以消除结冰的冰块,并腾出空间,并将ULT冷冻机的温度设定值从-80℃提高到-70℃,以减少电力消耗。

Hoekstra实验室在该竞赛中获得了个人实验室类别的第一名。他们实验室清理了两台现有的超低温冰箱,释放了很大空间。尽管他们实验室有很多新的生物样本,但由于旧冰箱腾出了空间,他们就不需要再购置第三台ULT冰箱了。

根据“My Green Lab”的数据,该活动使得哈佛大学(Harvard University)每年电费减少约2500美元,同时每年减少4.1吨的二氧化碳排放——大约是三台汽车的排放量。这也意味着Hoekstra的实验室可以将用于购置新的冷冻机的资金转用于其它与科学有关的项目。

Hoekstra将其比作“免费的1万美元基金”,并利用这笔钱送一些学生去参加今年8月在法国蒙彼利埃举行的进化生物学联合会议(Joint Congress on Evolutionary Biology)。多余的钱将用于对两个鹿鼠的大脑细胞进行高通量基因表达分析。

校园可持续发展倡议通常被定义为“科学家减少碳足迹,降低能源成本”(Nature 546,565-567; 2017)。但是Hoekstra实验室的经验表明,还有其它方法可以集中多余的试剂,共享设备,或者对实验室化学品进行更好的标记,以避免重复购买。英国伦敦S-Lab倡议——一项促进可持续实验室实践——的负责人Peter James表示,这些经验可以助力科学,同时保护地球。这些实践释放了资源,而这些资源又可以重用于科学研究。

 

资源交换

现在流行的一种减少实验室浪费和运营成本的方式是交换剩余资源。例如,在密歇根大学安娜堡分校(University of Michigan, Ann Arbor),有超过230个研究和教学实验室现在通过校园范围内的回收和再利用举措,共享剩余的化学品、设备和材料。

Sudhakar Reddy指出,在此计划之前,这些剩余的化学品都会被扔进垃圾桶,或被作为危险废物进行处置。Reddy在去年12月退休之前,一直负责协调大学的可持续发展工作。他估计,现在超过三分之一的未利用和未使用的实验室资源被交换到其它实验室。通过这种共享,全校研究人员每年共节省超过25万美元。

密歇根大学的新人、肺健康研究人员Benjamin Singer免费获得了两台高端显微镜 ——价值超过6000美元。Singer用它来研究人脑标本,以寻找危重病后的分子损伤迹象。细胞生物学家Anthony Vecchiarelli通过使用免费的蠕动泵、循环水浴、切片加热器和耗材,从而为实验室节省了一万多美元。Vecchiarelli表示,他几乎每周都会查看资源交换网站上有啥好东西。对于刚起步的研究人员来说,这是一个宝贵的资源。

然而,并不是所有的学校都有这样的资源交换网站。Garry Cooper在西北大学费因伯格医学院(Northwestern University Feinberg School of Medicine)做神经生理学博士后时就没有这样的网站。2015年的某一天,他在清理实验室冷冻库时,突然意识到实验室需要这样一个平台:学生们扔掉了一袋抗体——一种常见而又昂贵的、用于鉴定蛋白质的研究工具,(也许其他实验室需要这些抗体)。

鉴于此,他决定创建一个公司来减少浪费,并促进同事之间的资源交换。Cooper设想这个网站把eBay、Craigslist和Ask.com的功能合而为一,在科研经费越来越难以获得的时代,为实验室科学家提供有价值的服务。他给这家初创公司取名为Rheaply(更多介绍请见文末),也即由“research”(研究)和“cheaply”(便宜)两个单词结合演化而成。

在开发了一个基于网络的平台之后,Cooper和他的公司去年在西北大学医学院启动了一个试点项目。在前6个月里,约有300位研究人员——接近医学院校所有实验科学家的三分之一——创建了Rheaply账户。根据Cooper的说法,这些用户共发布了大约200个项目,从移液器和玻璃器皿到化学品和生物探针,至少有55个项目获得通过,在校园内共为实验室节省超过25000美元,并使这些资源免于被丢弃。

Khalid Alam是一位Rheaply用户。虽然他认为,总的来说,Rheaply上的东西不多,但就在上个月,他还是为他的博后研究项目——RNA工程——获得了一个价值800美元的真空泵。西北大学研究安全办公室(Office for Research Safety)执行主任Michael Blayney表示,任何针对科学家的环保计划的主要问题之一是你如何鼓励和激励研究者积极参与到其中?

 

有形的好处

Amorette Getty参与了一些减少废弃物的活动。其中一个活动是加州大学圣塔芭芭拉分校(University of California, Santa Barbara)开展的、她负责共同指导的,名为“验室资源、倡导者和可持续性团队合作(Laboratory Resources, Advocates and Teamwork for Sustainability, LabRATS)”计划。该计划鼓励共享多余的化学品和仪器。Getty表示,科学家们最有可能为那些能为他们带来实际利益的项目出力,尽管这些利益不一定是直接的经济利益。Getty觉得最大的成功是,在完成自己项目的同时,提高研究安全和效率,或者改善存储,保护样本。

 

 

实验室用品循环再用可节约能源

 

 

英国阿伯丁大学(University of Aberdeen)的三所研究所也采取了同样的行动,以集中管理ULT冷冻机,并将操作温度提高到-70℃。以前领导该大学冷冻协议组的大脑研究员Peter McCafferey指出,这个倡议不仅关乎能源效率,还关乎研究弹性和样本保存的可靠性。他们把所有的冷冻箱放在一起,这样更容易照看。

但Cooper认为,人们需要更多的激励来共享资源。为了帮助Rheaply推广,他设计了一个奖励活动。到目前为止,Cooper已经说服了一些大型学术和私人客户注册,他希望很快能够与包括NIH在内的几个著名大学和政府研究机构达成交易。

扩大集体行动的想法为削减成本提供了额外的机会。大多数大学已经拥有专门设备、技术和服务的核心设施,但是现在有一些大学正在进一步采取这种集中的方式来建立实验室。

以细胞培养工作为例。这类研究需要很多基本的设备——层流罩、培养箱、细胞计数器、显微镜、离心机、低温储存罐——所有这些都是在典型实验室的预算内定价的。根据美国大学协会(Association of American Universities)成员机构对生物安全官员的调查,86%的细胞培养空间是私有的,只能由个别实验室使用。

但是在科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado Boulder),生物化学细胞培养中心(Biochemistry Cell Culture Facility)则由来自16个实验室的70名用户共享,所有用户共同支付中心的管理费用。今年早些时候发表的合作研究空间案例研究,将该中心的方法与各个实验室独立研究细胞培养的假设情况进行了比较。研究发现,集中进行细胞培养工作,相比于让每个小组的研究生和博士后独立从事这些工作,每周约可节省每个实验室9小时。

同时,集中培养也能节约成本。例如,分析显示,通过大量采购和使用再循环乙醇实现的其它成本节约,每年能减少195,000美元的费用。同时,中心通过减少能源费用和降低通风和实验室维护成本,每年为科罗拉多大学节省了71,000美元。该大学绿色实验室计划(Green Labs Program)的项目经理Kathy Ramirez-Aguilar就认为,能节省的成本非常多。事实上,这个合作研究空间案例分析就是Ramirez-Aguilar与她的助理Christina Greever合作开展的。

在该中心培养细胞的酶学家Robert Kuchta指出,共享系统对环境的保护效益也不应该被忽视。它能大大减少液氮的使用。这是因为用于储存液氮的容器通常是圆柱形的,而小型实验室使用的小圆柱体的表面积就比较大,氮蒸发率较高,单个大的具有相同体积的超低温保存罐的液氮蒸发率则会小很多。

即使没有联合中心,小型实验室仍然可以利用实验室管理软件来获得这些益处。一个自动化的库存系统可以减少开支,而且不再需要让专人为成本上千只化学试剂贴标签。同时,这样可以避免由于在货架上找不到试剂而重复购买。

更重要的是,正如科罗拉多大学共享中心的成员可以将他们的危险垃圾集中处理一样——减少高压灭菌器的运行次数,从而减少废物处理公司的交易次数——各个独立实验室也可以共享一套化学追踪系统。

都柏林三一学院(Trinity College Dublin)的首席技术官兼危险品安全顾问Marcus Phelan指出,你可以想方法把同种化学废品放在一起:化学废物处理是按照次数和包装收费的,这样做可以减少开支。在三一学院,化学实验室都运用了名为LabCup的云端库存系统。

 

曙光初现

科学家不仅可以从校内的资源交换中受益,还可以采取个人行动,节省资金,保护环境,并维持研究的完整性。

例如,拥有荧光显微镜的实验室可以用发光二极管(LED)代替汞灯,LED毒性较低,能源效率更高。根据My Green Lab的执行总监Allison Paradise的说法,LED更适用于科学研究,因为它们提供的光源一致性比汞灯高,而汞灯会随着时间的推移而老化,并且难以定量比较实验中不同时间点的图像。由于冰箱挑战的成功,Paradise表示,她正在与赞助商讨论开展类似的活动,来鼓励各个实验室换掉显微镜中的汞灯。如果拉到赞助,那么这个活动将在今年晚些时候推出。

最终,这将需要整个学界更多地关注可持续性和效率,以获得财务和环境方面最大的收益——在这种情况下,科学家和基金会必须联合起来将该目标作为优先事项。

个人实验室可能不需要从自己的研究经费中支付能源费用,但是设施费用是基金的一部分,通常被称为“间接成本”。降低这些成本可以将更多的资金用于薪水、差旅、设备和其它更直接支持科学家及其研究项目的开支。

到目前为止,小型科学家还没有动力去发挥他们的作用。然而,由于许多资助机构强调,需要证明一项研究提出的更广泛的影响,Ramirez-Aguilar认为,实施高能效和环境可持续的实验室做法对研究人员来说可能是一个聪明的办法,它可以帮助研究人员提高基金申请的中标率。这看起来只是一个小细节,但如果实施到位,对基金申请其实大有好处。如果它让你的标书看起来更好,那么你拿到基金的概率就会高一些。

 


Rheaply
在Rheaply平台上,科学家可以购买、出售、交易或捐赠剩余的实验室用具和用品。Garry Cooper在Rheaply平台上线之前,采访了西北大学(Northwestern University)120名学术研究人员,以了解为什么试剂和设备未被使用,以及科学家是否愿意捐出剩余的物资。大多数受访者表示他们有多余的资源,并乐意提供给同事。以下是Cooper调查结果的总结:

试剂和设备未使用或剩余的主要原因:
•初始/试点实验失败(71.6%)
•最初的实验需求发生了变化(63.6%)
•原始购买者离开实验室(56.8%)
•起始量太大(54.5%)
•物品存放在偏僻地区(18.2%)
•重复订购(15.9%)

未使用或多余的试剂和设备类型:
•化学品(80.2%)
•抗体/生物制剂(38.4%)
•试剂盒试剂(37.2%)
•玻璃器皿(27.9%)
•成像染料/试剂(25.6%)
•工具(16.3%)
•组织/细胞培养物品(15.1%)
•试管(12.8%)
•显微镜设备/配件(10.5%)
•电脑软件(8.1%)

 


原文检索:
Elie Dolgin. (2018) How going green can raise cash for your lab. Nature, 554:265-266.
张洁/编译

 

 

 

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