電子標簽（RFID）技術在醫藥微生物菌種保藏中的應用

摘要：微生物在藥品生產及醫學研究中發揮重要作用，為了防止其退化，需要采取有效的方法進行保藏，對于樣品的管理要遵守嚴格的規定，但傳統的管理方法操作煩瑣。將電子標簽（RFID）技術引入微生物菌種保藏，利用現代化信息技術的突出特性，可以為技術人員帶來極大方便，實現對微生物菌種的綜合管理。

關鍵詞：微生物；菌種保藏；管理；電子標簽

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）17-0162-03

微生物資源由于其具有的極大地開發潛質與經濟價值，已逐漸引起了越來越多的關注。掌握關鍵的微生物資源已成為企業，甚至是國家的重要戰略儲備，我國先后建立了中國普通微生物保藏管理中心（CGMCC）、工業微生物菌種保藏管理中心（CICC）、醫學微生物菌種保藏管理中心（CMCC）等保藏機構。而微生物資源中，可用于藥物研制及醫學研究的微生物更有特殊價值與地位。隨著現代生物技術如基因工程、蛋白質工程、組合生物合成在微生物研究中的深入，及大量新的病原微生物的出現，傳統的菌種保藏技術和管理方法逐漸顯現出其局限性，這一形勢迫切地要求我們提高工作效率。此外，我們還要考慮到微生物菌種保藏的特殊要求及管理安全，對操作人員有著極高的要求。而電子標簽（RFID）技術的引入恰恰為解決當前困難提供了一條有效的途徑。隨著當今微電子技術的迅速發展，使設備得到小型化，可靠性大大提高。本文著重綜述了RFID技術的工作原理，及其在微生物菌種保藏中的作用和優勢，并進一步深入探討該技術在這一領域的發展前景。

一、RFID技術

1.RFID技術介紹。Radio Frequency Identification（RFID）[1]，即射頻識別技術，也就是電子標簽技術的俗稱，是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并能獲取相關數據[2，3]。例如生產生活中使用到的IC卡（Integrated Circuit Card）就是這一技術的應用實例。其發展始于1937年U.S.Naval Research Laboratory（NRL）開發的敵我識別系統。1999年美國麻省理工學院MIT成立AUTOID CENTER（現發展為Auto-ID實驗室，總部設于MIT，其余5個會員單位為英國劍橋大學、澳大利亞阿德萊德大學、日本慶應大學、中國復旦大學和瑞士圣加侖大學）[4]，提出EPC（Electronic Product Code）概念并以RFID電子標簽為載體為每一物理實體提供唯一標識，使RFID技術得到極大發展。現今RFID系統在貨物跟蹤管理，醫藥管理，交通系統以及門禁系統等方面發揮了越來越重要的作用，為物流供應鏈管理提供了最便捷有效的實施方案。相較于以往解決方案，RFID技術具有可以識別單個具體的物體、可以透過外部材料讀取數據、可以同時對多個物體進行識讀、其識別工作無須人工干預，可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便等優勢被公認為本世紀最有發展前途的10項技術之一。

2.RFID技術實現。基本電子標簽系統由三部分組成：標簽（Tag），閱讀器（Reader）和天線（Antenna）。RFID基本工作原理：標簽進入磁場后，接收解讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量通過天線結構發送出存儲在芯片中的產品信息即信號，或者是有源標簽會主動發送某一頻率的信號；解讀器通過讀取經過前級濾波器濾去噪音信息并解碼后，送至中央信息系統進行有關數據處理。再通過外設給予操作人員反饋[5]。

二、醫藥微生物菌種保藏管理

1.醫藥微生物菌種保藏的特殊要求[6]。藥物開發和醫學研究的微生物的菌種保藏有其特殊要求，由于我們是利用其特殊的代謝產物對特定疾病產生治療作用，那么我們就會要求這些特殊的性狀需要穩定的保存，才能進行大規模生產，或者供研究之用，即預防菌種退化的發生。一些特殊情況下，甚至需要一些極端條件去保存樣品。并且實驗人員因此還要經常性的關注菌種保藏中菌種的變化，防止其失去藥用的價值。此外，處于公共安全的考慮，防止可能的有害微生物在實驗室外的傳播，實驗室內外的物品也不應接觸。

2.傳統保藏技術和管理的不足。傳統保藏中，主要采取人工的方式對樣本進行觀察和監控，而對于保存的大量樣本，則單靠人力的方式，即使付出很多人員的代價也不易對所有樣本的狀態都有良好的把握。另外在實驗室大量保存的樣本中找到所需菌種就需要耗費大量時間。此外采取傳統紙質，或者手工輸入電腦對樣本進行管理的方式，對樣本信息的記錄是有限的，因此有可能產生人為的疏忽，造成樣品的損壞或者失效。和當今在其他行業廣為使用的高效的信息化管理技術相比，會有時間上的滯后。

3.ID技術的引入。對傳統藥用微生物保藏和管理方法中的種種不足，RFID技術的引入提供了一系列的解決方案。①便捷：用RFID技術將給實驗室中的每一個樣品附上唯一編碼，這種標簽有獨特的序列代碼和足夠的存儲容量，存儲的內容可以讀出、修改和保存，配套上基于現代信息技術的硬件設備，實驗人員可以隨時了解任何一個樣本存放的位置，是否需要進行定時的篩查等基本信息，現對樣本的頻繁常規監視，可以采集更多數據，改善樣本質量，為樣本的提取使用提供了極大地便利。設有防沖突邏輯的標簽，可以一次同時讀取多個標簽，其讀取率幾乎達到100%。例如把托盤放在讀取站附近，一百個標簽的讀取時間不會超過3秒鐘。找出目標樣本的位置易如反掌，為研究人員節省大量時間可想而知。使用RFID技術的方法直觀易懂，不會給操作人員帶來其技術上的麻煩。②安全：療醫藥行業是一個不允許出錯的行業。對于菌種的保管安全，有了RFID技術的幫助，實驗人員只需使用讀取設備，快速地對大量樣品進行掃描即可確定，各樣品是否都按規定擺放在正確的區域，保管條件是否妥當。同時若樣品被人意圖非法攜帶離開，電子標簽信號也會被門禁攔截，以防意外的發生。此外，由于電子標簽可存載大量信息，而紙質標簽由于大小受限，承載的信息也是有限的，并且省去了人工書寫讀取的過程，避免了人為誤操作的發生。③穩定：代的RFID標簽尺寸小，可植入試管頂部，并承受得住大范圍急速的溫度變化，例如樣本需要液氮保存的場合，標簽仍然可以工作正常。這種標簽也可以承受快速升溫的考驗。④系統：標簽作為信息化管理系統的硬件載體，為實驗室的全面信息化提供了良好的支持[7]。樣品的數據完全可以擺脫紙張記載的束縛，在實驗室的各個終端上無縫流轉，實現無紙化，為工作效率的提高起到了良好的作用。此外，借助于信息的迅速傳播，不同實驗室甚至可以通過網絡直接利用對方的設施進行研究，實現資源成果的共享，不僅是經濟成本上的大大降低，也是生產效率上的極大提高。而這一理念也早已在世界范圍內眾多知名大學，研究機構在其他領域的開放實驗室中開始實踐。

三、用發展

1.內外的應用[8]。近全球領先的RFID基礎設施供應商TAGSYS，宣布其RFID解決方案已經被四家法國著名醫院的實驗室（La Timone、Marseille Medical Faculty、Hospital La Conception、以及Paoli Calmettes Institute）所采用。專門為制藥和醫療部門設計的RFID標簽，滿足了該行業嚴格的安全準確及時的要求，使用性能可靠高頻RFID標簽用于跟蹤實驗室生命攸關的樣本。即使在樣本日漸增多時，仍然可以保證數據的正確性和可靠性[9]。Paoli-Calmettes細胞醫學中心的主任Dr Christian Chabannon，對RFID技術的引入表示了極大地肯定，他認為良好保藏的病理樣本是相關病人的生命所系，也是醫生和科學家的珍貴資源。相較于傳統的管理方法，采用RFID識別技術后，生命科學領域可以說又一次取得突破性進展。與過去的條形碼識別技術比較，RFID的優點非常明顯。

2.前景。于RFID技術在醫藥微生物樣本保存中的引入所取得的可喜成果，其應用前景也是頗令人期待的。隨著微電子技術的不斷發展，RFID芯片有望向更小，更強大，更經濟的方向發展，使這一技術得到更大范圍的普及。伴隨自動化技術，人工智能技術的發展，我們更可以大大擴展其功能，與應用的范圍。我們可以設想生成全封閉的實驗室保藏環境，利用電子標簽對特定樣品定位，來自動控制樣本的適宜環境，營養的補給。通過標簽信息，如同在ATM機上存取操作一樣，從而實現，以較低的人力代價，極高的安全系數下對實驗樣本進行便捷的管理監控。如今這一想法已不僅僅是停留在想象的階段，RFID技術已經貫穿于整個醫藥產業鏈中，并換發著勃勃的生機。生物醫藥研發生產作為涉及社會公共衛生安全的行業之一，必將成為優先應用RFID技術的領域之一[10]。醫藥行業采用RFID帶來的不僅僅是效率，更是對寶貴生命的保護。

參考文獻：

[1]游戰清，劉克勝，吳翔，林漢宏.無線射頻識別（RFID）與條碼技術[M].北京：機械工業出版社，2007.

[2]杜云明，周楊.無線射頻識別技術與應用研究[J].自動化技術與應用，2010，（29）：52-55.

[3]付俊.無線射頻識別技術研究[J].山西科技，2009，（1）：22-23.

[4]王俊宇，周鋒，王天揚，閔昊.中國AUTO-ID應用情況調查報告[R].自動識別與應用技術，2004，（2）：38-40.

[5]Behzad Razavi.RF Microelectronics（2nd Edition）（Prentice Hall Communications Engineering and Emerging Technologies Series）.2011.

[6]王鳳山.生物技術制藥[M].北京：人民衛生出版社，2011.

[7]朱銘.實驗室信息系統的日常管理與維護[J].國際檢驗醫學雜志，2012，（2）：247-249.

[8]莊表微.法國生命科學實驗室采用RFID系統[EB/OL].中國物品編碼中心網站，2005-07.

[9]唐慈鑫，馬愛霞.無線射頻識別技術：實現藥品安全監管的新寵兒[J].上海醫藥，2007，（28）：344-345.

[10]莊表微.專家預測：2011年醫療與藥品RFID市場將增7倍[J].中國包裝工業，2006，（3）：71.

作者簡介：李宇哲，復旦大學信息學院微電子學系本科生。

通訊作者：葉麗，復旦大學藥學院，副教授。