细胞银行变活 共同打造的5G定制网在医疗器械领域的最佳实践

人拥有最多的资产是什么?细胞!

每个人体内大约有40-60亿个细胞在游动，然而，你知道吗?细胞是人类健康的战略资源，细胞治疗(干细胞治疗、免疫细胞治疗)已经迈入临床大门。大规模、商业化、长期高质量的细胞存储，具有迫切的现实意义。

在浦东张江原能细胞产业园区，《IT时报》记者邂逅一个“活”的“细胞银行”，在5G网络加持下，经过制备的细胞试管在-196℃的深低温存储样本库中安静地存放着，一旦需要存取、转运，机器人会自动完成所有过程，不仅样本信息全程可追踪，存储设备内部视频也可无延时传输……

这是全球首个临床级5G全自动无人值守细胞样本库，也是原能细胞科技集团(以下简称原能细胞)和中国电信上海公司(以下简称上海电信)共同打造的5G定制网在医疗器械领域的最佳实践。

2021年3月，原能全自动5G生物样本库作为医疗器械行业唯一入选案例，被工信部评选为全国44项“移动物联网”应用优秀案例之一。

这里的“银行”静悄悄

信号灯闪烁，墙壁上的黑色窗口打开，蓝色的智能转运罐被“吐”了出来。一台双臂式机器人迅速驶来，轻舒猿臂，将盒子从托盘上取下，随后自动行驶到长长的轨道前，另一个单臂机器人“接力”后，沿轨道行至某个方形设备前，这里的另一个黑色窗口早已张开了“嘴”，吐出托盘，然后慢慢将转运罐“吞”入腹中。

不一会，蓝色的转运罐再度被“吐”出，并原路返回至一墙之隔的中控室，罐里装满细胞的试管，已稳稳存放于-196℃的细胞样本存储设备中。

透过原能5G全自动无人值守细胞样本库外的玻璃窗向里望去，仿佛在看科幻电影，白色的墙壁、银黑相间的设备、蓝色的指示光，没有人，只有机器之间在无声“对话”，每个动作精准到毫厘，即使重复数十万次，也不会有丝毫偏差。

“全球范围内，我们是首个通过5G网络实现无人值守临床级的‘细胞银行’，”在长达5年的研发过程中，原能细胞库副总经理刘惠明也曾尝试过WiFi或者4G连接方式，但WiFi容易受到干扰，而机器人对室内导航连续性的要求非常高。另外，WiFi安全性无法满足工业级需求，4G带宽较窄，时延太长，也不能满足细胞样本库实时反馈设备内现状的要求。

大带宽、低时延、广连接5G的出现，让刘惠明看到新的可能。2019年9月，原能细胞与中国电信合作开始共建“5G生命科学联合创新中心”，尝试用5G解决痛点。

经过16个月的反复测试，2021年1月，基于5G-IoT(物联网)、大数据、人工智能、AR远程诊断、数字孪生、视觉检测、边缘计算等创新技术的全国首个临床级千万级细胞样本存储库正式启用，真正实现了样本库的智能、安全、高效运营，让“生物样本更安全”。

5年方得始终

建一座“无人值守”的细胞样本库，是原能人心里的执念，“否则医疗事故一发生，便是人命关天。”刘惠明对此深有感触。

细胞样本存储的制冷剂通常采用液氮，优点是可以保持恒温-196℃，但缺点是极易挥发。众所周知，空气中的氮氧比例是78:21，超过这个比例，人很容易进入缺氧状态。传统的细胞样本库通常采用液氧罐储存，由人工值守，实验区的氧气含量在18%-19%，实验人员相当于长期在海拔5000米以上的高原工作。更危险的是，提取样本时，如果不慎过度靠近液氮罐，实验人员很容易因突发性缺氧昏迷，甚至造成更严重后果。

2014年成立伊始，原能细胞便希望将“细胞银行”打造成无人值守的样本库。彼时，细胞库自动化存储设备领域基本被国外品牌垄断，价格居高不下，一台设备超过千万元。原能也曾采购过某国外品牌的高端设备，但使用时遭遇各种bug，根本无法实现真正的全自动无人值守。

“我们也是‘被迫’走上自主研发之路。”经过5年的科研攻关、产品研发内测，原能全自动细胞样本库以“中国智造”打破了国际公司的垄断，旗舰产品BSN系列全自动深低温生物样本存储设备，采用独创专利的蜂巢式存储结构，可为样本提供-196℃气相液氮的无氧存储环境，有效保障样本的安全和质量。刘惠明坦言，如果没有5G，这条路不会走得这么顺利。

库区下载速率900M

在原能细胞样本库，《IT时报》记者看到，5G-IoT、大数据、人工智能、AR远程诊断、数字孪生、视觉检测、边缘计算等前沿技术，被悉数应用到细胞转运的各个环节，整座“细胞银行”被5G无缝覆盖，下载速率超过900Mbps。

除了此前看到的机器人自动运输智能转运罐，在看不见的深低温存储设备内部，也是“科技感”满满。

据原能细胞科技集团副总裁韦嘉介绍，装有细胞的试管在进入存储设备后，需要有机械臂将其精准放入蜂巢式样本架上，还得保证试管外观无任何瑕疵，因此设备内部装有三个高清摄像头，它们深入设备“肌理”，时刻监控设备内的结构状态，并且定位样本位置。利用5G的大带宽高速率，2秒内可以将样本试管照片上传至边缘服务器处理，3~4秒便可以完成整个检测流程，从而确保了样本库的高效运行。

负责项目实施的上海电信浦东局相关负责人路颖，在这个项目上整整“泡”了两年。他告诉记者，室内覆盖通常是移动网络建设难点，原能细胞样本库里采用了将近30个5G小基站，经过近半年反复调试，才做到无

入选“移动物联网”应用优秀案例之前，原能5G全自动无人值守样本库已经获得由工业和信息化部主办的第三届“绽放杯”5G应用征集大赛上海赛区三等奖和全国智慧医疗赛区三等奖“双料”奖项。

评委们对这个项目赞誉有加，认为它对提升生物样本采集、运输、存储、制备全流程数字化服务过程中的生物样本安全等级，形成国家生物安全标准和体系有着极其重要的意义。

更重要的是，这是一个极具前瞻性的项目。

路颖告诉《IT时报》记者，与其他同类方案相比，原能项目各项技术的创新度至少领先半年，是5G定制网逐步进化的绝佳样本。

2020年11月，中国电信发布“致远”“比邻”“如翼”三类5G定制网服务模式。所谓5G定制网，是以5G网络为基础，将连接、计算和智能等全部数字化能力集合起来，为用户“融合定制”。

简单理解，“致远”强调的是广域接入，通过DNN定制或者切片等技术，在5G公网内便能满足用户需求，性价比较高。“比邻”则更强调MEC边缘计算，本地处理，属于云边协同的专有网络，比较适合对时延和带宽比较敏感的客户。

原能目前属于“比邻”阶段，端到端的网络时延只有7毫秒，也就是说，中控室的每个指令，7毫秒后便能得到机器人的反馈。

不过，“如翼”更适合未来的原能，这种定制网可以通过定制基站、频率、园区级UPF等专用网络设备及网络服务，全面匹配MEC、云、行业能力、行业应用等关键组件，为行业客户提供端到端的、定制化的专属解决方案。“届时，原能甚至可以在自己的园区内成为一个小运营商，在产业链上下游间实现无缝覆盖。”路颖解释。

数据打造“孪生兄弟”

从安静的细胞样本库移步到中控室，是另外一幅场景。

温度1：21℃，湿度1：44%，氧浓度：19.5%……原能的“细胞银行”不仅是“活”的，还有一个“孪生兄弟”。

中控室的大屏幕上，通过数字孪生技术，细胞库内装备、环境系统过去和目前的状态与流程，都映射为实时动态的1：1全真三维虚拟模型，它可以智能模拟实体库的运行情况，监测、诊断其健康状态，并且对存储设备的关键性零部件提前感知并预测未来状态。“通过数据孪生，哪怕是千里之外的细胞样本库，我们也可以在上海看到其中存在的安全隐患，并远程消除，从而避免因样本库发生故障而对生物样本造成无法用经济衡量的、不可逆的伤害。”韦嘉告诉记者，作为一种生物资源，细胞具有不可恢复性，国家生物安全水平标准目前正在逐步建立，而科技可以防患于未然。

另两个屏幕上呈现的则是原能细胞IoT远程管理平台，在一张中国地图上，可以看到原能在全国部署和服务的样本库实时状况，每个样本库的样本总量、运行设备数量、液氮塔的容量……一目了然。

这个平台是“5G生命科学联合创新中心”的另一成果。无论是原能自营，还是为客户搭建的样本库，各级储存中心之间通过5G传输技术实现不间断管理，所有细胞样本数据在IoT云上进行管理。它不仅可以远程为设备进行周期性“体检”，远程反馈设备报警信息，还能通过VR/AR支持工程师远程排障，帮助用户了解设备运行的各类数据，追溯细胞银行的“前世今生”。

可全国复制的“细胞银行”

随着生物安全被纳入国家安全体系，加上突如其来的这场疫情，建设生物安全实验室、生物样本存储逐渐变得更加重要。

正式运行4个月后，原能的5G全自动细胞样本库已经形成一整套成熟的、可复制的解决方案，无人值守的“细胞银行”模式正在全国复制。

据了解，在浙江丽水和山东青岛，原能正筹建新的自营细胞样本库。同时，原能与上海仁济、北京协和等知名三甲医院和山东济南等地的细胞存储单位合作，协助他们建立自己的全自动细胞样本库。“未来，我们想做一个细胞银行的网络，上海的中控室作为平台，了解并控制每个单独‘银行’的设备实时运行状况、样本存储温度等情况，甚至提供远程服务。”韦嘉透露，已建网络的响应速度从以往的数小时变为实时，而服务成本可降低30%以上。

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