RFID智能定位信息管理系統(tǒng)在菌（毒）種保藏中的應用

喬喬，楊華富，傅明慧

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RFID智能定位信息管理系統(tǒng)在菌（毒）種保藏中的應用

喬喬，楊華富，傅明慧

210009 南京，江蘇省疾病預防控制中心病原微生物研究所

近年來，隨著傳染病防治、科研及醫(yī)藥生產活動的規(guī)模不斷擴大，病原微生物的使用機會也大大增加。病原微生物菌（毒）種是國家重要的生物資源，其保藏具有特殊要求。菌種和病毒都需要保持穩(wěn)定性狀和基因，以便于日后的科學研究[1-2]。對于公共衛(wèi)生事業(yè)來說，生物安全是重中之重，出于對生物安全方面的考慮，應該對實驗室人員、菌（毒）種保藏、操作規(guī)范、個人防護、消毒設施、銷毀等方面嚴格把控，國家出臺的相關法律法規(guī)也明確規(guī)定菌（毒）種保藏必須合乎規(guī)范，避免生物武器、生物恐怖和重大傳染病暴發(fā)流行等生物安全問題的發(fā)生。但目前，國內大量病原微生物有無序使用和保存的情況，存在巨大的實驗室生物安全隱患，因此，病原微生物的規(guī)范保藏迫在眉睫。當前，物聯(lián)網(wǎng)技術飛速發(fā)展，各行各業(yè)都已進入信息化時代[3-6]，但我國大部分實驗室仍采用傳統(tǒng)人工方式來管理和保藏病原微生物，不僅效率低下，且耗費大量人力，資源浪費的同時準確度也得不到保證。菌（毒）種資源數(shù)量龐大，而人工管理方法誤差大，樣本信息容易混亂，遠達不到規(guī)定的要求。即使是在實驗室內保存的菌（毒）種，也因年代久遠或樣本雜亂無章，實驗時需要耗費大量時間和精力才能找出所需樣本。另外，紙質記錄信息是有限的，且實驗室人員流動性較大，很多資源信息就在流動中丟失，影響了菌（毒）種的信息完整性。人工保存管理菌（毒）種時，沒有監(jiān)控和報警設備，不僅僅是微生物的活性得不到保障，且一旦外泄，生物安全也無法保證，這就需要智能技術和規(guī)范的方法來統(tǒng)一管理。在此背景下，我們依靠無線射頻識別（RFID）技術探索出了一套菌（毒）種智能定位信息管理系統(tǒng)，以期建立一套標準化、規(guī)范化的數(shù)據(jù)庫平臺，為菌（毒）種的規(guī)范管理和科研開發(fā)奠定基礎。

1 RFID 技術應用在菌（毒）種保藏中的優(yōu)勢

隨著信息化的不斷普及，有很多機構已經(jīng)意識到信息化在菌（毒）種保藏中的重要作用，但也多采用二維碼儲存信息的方式，而本系統(tǒng)采用的 RFID 技術與二維碼相比具有很多優(yōu)勢，如體積小、不易磨損、無需人機面對、不怕結霜等，因此，RFID 智能定位信息管理系統(tǒng)的廣泛應用是必然的。

在實際操作中，RFID 智能定位信息系統(tǒng)主要分為信息錄入、綁定簽發(fā)、入庫、出庫、銷毀等流程。在系統(tǒng)中錄入即將入庫的菌（毒）種信息后，將準備好的菌（毒）種貼上標簽放進芯片管中，利用與系統(tǒng)匹配的簽發(fā)器將菌（毒）種綁定簽發(fā)后，放入機柜或超低溫冰箱完成入庫。入庫后，可在系統(tǒng)中查詢已入庫的菌（毒）種信息，及時判斷信息完整性和準確性。出庫時，只需在系統(tǒng)中生成出庫訂單，搜索查找所需菌（毒）種的位置，打開相應的機柜抽屜或超低溫冰箱，拿出菌（毒）種，完成出庫。若發(fā)現(xiàn)菌（毒）種失去應用價值或者死亡，即可在系統(tǒng)中進行銷毀步驟，過程與出庫類似，取出后銷毀即可。

基于傳統(tǒng)菌種保藏管理方式的局限和不足，RFID 技術的出現(xiàn)可以很好地彌補這些缺陷。

⑴管理更便捷：人工管理方法耗時耗力，RFID 技術可以存儲大量文本信息，保藏的菌（毒）種信息全部通過電子標簽信號錄入到菌種信息管理系統(tǒng)中，無需通過紙質記錄，大大方便了管理者。實驗人員可以在系統(tǒng)中隨時查找菌種存放位置和信息，時刻監(jiān)控微生物的狀態(tài)，為菌（毒）種的存放、提取和使用都提供了極大的便利，也為科研人員節(jié)約了大量時間。

⑵管理更高效：RFID 技術存儲信息時，可以快速讀出、修改、保存菌（毒）種信息，讀取效率非常高，易于識別，一個電子標簽可以存儲大量內容，真正做到高效管理。實驗人員在讀取菌（毒）種信息時，只需一個讀卡器，識別電子標簽后，菌（毒）種的唯一編碼就會和信息綁定，整個過程不超過 3 秒鐘。

⑶安全性更高：整套信息系統(tǒng)具有視頻監(jiān)控、防盜裝置、報警裝置、溫濕度監(jiān)控等，可有效防止資源丟失或因溫度變化而造成菌（毒）種死亡，最大程度地保證了微生物的安全性和活性，防止資源浪費。另外，RFID 標簽體積小，可以裝載在保存管中，并且耐低溫高溫，不受結霜影響，可以長期使用，保證信息的完整性。

2 RFID 系統(tǒng)在菌（毒）種保藏中的實際應用

開展疾病防控、科研開發(fā)等工作后，勢必會積累大量病原微生物的數(shù)據(jù)資料，且會不斷增添新信息。隨著科學研究的深入，原有的信息也需要不斷更新。在沒有數(shù)據(jù)庫的情況下，菌（毒）種的存取、資料的整理統(tǒng)計、新信息的追加都需要許多人力、消耗許多時間才能完成，且人為因素出現(xiàn)差錯的幾率較大，造成資料保存不完整。長此以往，許多研究開發(fā)工作也將被延誤。

該系統(tǒng)整體上包括智能定位信息管理系統(tǒng)、移動平臺、溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)四個部分，極大地保障了資源的信息安全、樣本溫濕度控制及生物安全。其中，智能定位信息管理系統(tǒng)采用網(wǎng)頁版的模式，又可以細分為多個模塊，包括系統(tǒng)管理、菌種管理、病毒管理、樣本管理和查詢統(tǒng)計。進入信息系統(tǒng)后可以實現(xiàn)多種功能，如自動生成菌（毒）種目錄、信息錄入、簽發(fā)、入庫、取用和銷毀等。

2.1 菌種管理

該系統(tǒng)具備自動生成菌（毒）種目錄管理功能，使得保藏的菌（毒）種的種類一目了然，查找方便快捷，不易出錯。實際操作時，在菌種信息管理目錄下，可以直接導入已登記的菌種信息，也可在系統(tǒng)中利用菌種信息登記表直接編輯錄入菌種信息，且每個菌種被賦予唯一編號。網(wǎng)頁版的優(yōu)勢在于遠程操作的便捷，且可以滿足多個賬號同時登錄操作，可以做到一人一機，快速錄入信息，提高工作效率。菌種信息錄入系統(tǒng)后，即可進行菌種簽發(fā)功能，將凍干菌種放進底部嵌入 RFID 智能芯片的菌種管中，在簽發(fā)器上進行簽發(fā)綁定操作，只有經(jīng)過簽發(fā)后的菌種才可進入菌種庫中。菌種簽發(fā)完成后，在管理系統(tǒng)中打開菌種庫機柜抽屜，將簽發(fā)后的菌種保藏于機柜中，菌種入庫才算完成。

2.2 病毒和生物樣本管理

病毒和生物樣本的信息管理與細菌稍有不同，信息輸入過程仍在網(wǎng)頁版的信息管理系統(tǒng)中實現(xiàn)，但病毒和生物樣本存放于樣本盒中，為滿足批量簽發(fā)的需求，我們將病毒和生物樣本的入庫過程放在了客戶端版本的移動平臺上，該客戶端與網(wǎng)頁版信息管理系統(tǒng)無縫對接，可以相同的賬號登錄。在客戶端上搜索到錄入系統(tǒng)的病毒或生物樣本信息后，選中該條信息，錄入即將入庫的冰箱編號和具體位置，利用套在標準管外的 RFID 套管，即可進行掃描簽發(fā)，未簽發(fā)的樣本在屏幕上顯示為黃色，已簽發(fā)的顯示為紅色，通過顏色的辨別，及時糾正錯誤，減少數(shù)據(jù)信息的誤差。

2.3 保藏的多樣化和可溯源性

網(wǎng)頁版信息管理系統(tǒng)和移動平臺的成功對接，完美解決了菌（毒）種、病毒和生物樣本需要不同保存條件的矛盾，利用一個系統(tǒng)實現(xiàn)了資源保藏的多樣化。菌（毒）種和生物樣本入庫之后，我們仍然可以對其信息進行實時管理，若資源出庫被有效利用后，有科研成果產出，我們可以隨時將相關信息錄入系統(tǒng)中，使得保藏庫中的資源信息更完善更系統(tǒng)。被編號的菌（毒）種一旦被銷毀，該編號也不會存在，這可以保證未來科研工作中菌（毒）種來源的可靠性和唯一性。除此之外，在系統(tǒng)中設有管理員，只有管理員開放相應權限，各用戶才可以實現(xiàn)具體功能，而每個操作過程都會在系統(tǒng)中形成記錄，這就使得資源的入庫、出庫、使用或銷毀等各個操作過程都有據(jù)可查，可以了解資源的利用途徑，也為保障生物安全加了一道防線。

2.4 微生物資源的使用及銷毀管理

菌（毒）種信息管理系統(tǒng)最主要的應用目的是保證病原微生物資源能安全合理的使用和開發(fā)，而本套基于 RFID 技術的信息管理系統(tǒng)可以很好地保證此功能。傳統(tǒng)的方法是在紙質版或者利用 Excel 表格的形式，人工記錄菌種的名稱、實驗室編號、來源、分離日期、形態(tài)特征、生化特性、流行病特征等信息，繁瑣又耗時，且容易出錯。而利用 RFID 標簽技術之后，可以將信息一次性導入菌種信息管理系統(tǒng)中，便可隨時調取菌種信息進行查看，存放的位置也一目了然。若科研人員想查詢菌（毒）種庫中是否保藏有所需的病原微生物時，只需保藏人員在信息管理系統(tǒng)中輸入主要信息，便可查詢。菌（毒）株需要出庫時，可在該系統(tǒng)中創(chuàng)建出庫訂單，自動生成訂單編號后，填上領取人信息，按照指定存放位置，即可取出菌（毒）株，在保障生物安全的情況下，移交給客戶。此外，若保藏人員發(fā)現(xiàn)保藏的菌（毒）種死亡或者失去保藏價值的話應立即銷毀，此時只需在系統(tǒng)中創(chuàng)建銷毀訂單，查詢到需銷毀菌（毒）種的編號和存放位置，取出后即可銷毀，此編號也不會再賦予其他菌（毒）種，保證編號唯一性。

3 討論

3.1 菌（毒）種保藏發(fā)展趨勢

近年來，生物安全越來越受到國家的重視，已經(jīng)將其納入國家安全戰(zhàn)略中，因此，病原微生物資源的妥善保藏和利用就凸顯出重要地位。菌（毒）種保藏的核心就是將一定區(qū)域內的病原微生物資源收集、整理、保存起來，建立完整的菌（毒）種資源庫，一方面可以防止外泄引發(fā)生物恐怖襲擊、重大傳染病暴發(fā)等生物安全事故，另外可以整合資源，作為科學研究的支撐，實現(xiàn)資源價值的最大化[7-8]。

3.2 資源信息追根溯源

基礎科研的主要目的在于實用產品的開發(fā)和應用，生產出具有使用價值的醫(yī)藥產品，也是為疾病防控做出一定貢獻[9-11]。在醫(yī)學科研工作中，菌（毒）種作為主要研究對象，其背景資料完整清晰，信息準確是基本要求，該系統(tǒng)的應用正是整合了微生物資源，信息完整，保存條件規(guī)范統(tǒng)一，且具備可追溯性，通過系統(tǒng)查詢提供的菌（毒）種是科研工作的最佳選擇。一旦從系統(tǒng)中出庫后的菌（毒）種有任何科研產出成果，都可以及時補錄到系統(tǒng)中，可作為未來進一步的研究資料，大大方便后續(xù)科研人員。

3.3 實現(xiàn)病原微生物的資源共享

菌（毒）種信息管理系統(tǒng)建立后，能夠系統(tǒng)化地完成對菌（毒）種的信息收集、鑒定、入庫、出庫、銷毀等一系列流程，更能讓資源在不同實驗室之間形成無縫對接。無紙化辦公已成為必然趨勢，且網(wǎng)頁版系統(tǒng)比單機版能更好地在全國實現(xiàn)資源信息共享。目前，在電子標簽技術和其他信息科技技術的不斷發(fā)展下，大數(shù)據(jù)時代已悄然而至，菌種資源信息共享也在不斷實現(xiàn)。這為科研人員的工作提供了極大的便利，更加促進了傳染病防治、教學、科研、藥品和生物制品生產等醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展[12]。

[1] Sakurai K, Kawasaki H. Genetic variation during long-term preservation of bacteria in public culture collections. Int J Syst Evol Microbiol, 2018, 68(5):1815-1821.

[2] Yang SY, Wei J, Li ZW, et al. Preservation conditions of vibrio parahaemolyticus. Hubei Agric Sci, 2014, 53(18):4395-4398. (in Chinese)

楊勝遠, 韋錦, 李卓文, 等. 副溶血性弧菌保藏條件研究. 湖北農業(yè)科學, 2014, 53(18):4395-4398.

[3] Pichorim SF, Gomes NJ, Batchelor JC. Two solutions of soil moisture sensing with RFID for landslide monitoring. Sensors (Basel), 2018, 18(2):E452.

[4] Seco F, Jiménez AR. Smartphone-based cooperative indoor localization with RFID technology. Sensors (Basel), 2018, 18(1): E266.

[5] Hsiao RS, Kao CH, Chen TX, et al. A passive RFID-based location system for personnel and asset monitoring. Technol Health Care, 2018, 26(1):11-16.

[6] Luo GF, Yang WC, Wang KG. Design and implementation of work-in-process management system based on RFID technology.

J Zhengzhou Univ Light Industry (Nat Sci Ed), 2015, 30(1):40-45. (in Chinese)

羅國富, 楊文超, 王凱歌. 基于無線射頻識別技術的在制品管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn). 鄭州輕工業(yè)學院學報(自然科學版), 2015, 30(1): 40-45.

[7] Yu LP, Wang YX, Zhen T, et al. Current situation and prospects of heilongjiang culture collection center. Heilongjiang Sci, 2015, 6(13): 17-19. (in Chinese)

于麗萍, 王玉霞, 甄濤, 等. 黑龍江省微生物菌種保藏中心的現(xiàn)狀及展望. 黑龍江科學, 2015, 6(13):17-19.

[8] Wei Q, Wu GZ, Hou PS. Preservation and management of pathogenic microorganism (virus) species in medicine. Chin J Prev Med, 2009, 43(4):331-332. (in Chinese)

魏強, 武桂珍, 侯培森. 醫(yī)學病原微生物菌(毒)種的保藏管理. 中華預防醫(yī)學雜志, 2009, 43(4):331-332.

[9] Deng B, Ge J, Wang J, et al. The application of laboratory information management system (LIMS) in the conservation of animal microbial seed resources. Shanghai J Anim Husbandry Vet Med, 2015, (3):52-54, 57. (in Chinese)

鄧波, 葛杰, 王建, 等. 實驗室信息管理系統(tǒng)(LIMS)在動物微生物菌種資源保藏方面的應用. 上海畜牧獸醫(yī)通訊, 2015, (3):52-54, 57.

[10] Wu MY, Li G, Ma L, et al. Establishment and application of the seed preservation management platform in clinical microbiology laboratory. Chin J Clin Lab Sci, 2017, 35(6):427-428. (in Chinese)

吳夢瑩, 李剛, 馬麗, 等. 臨床微生物實驗室菌種保存管理平臺的建立及應用. 臨床檢驗雜志, 2017, 35(6):427-428.

[11] Wu L, Sun Q, Desmeth P, et al. World data centre for microorganisms: an information infrastructure to explore and utilize preserved microbial strains worldwide. Nucleic Acids Res, 2017, 45(D1):D611- D618.

[12] Li YZ, Ye L. Application of electronic label (RFID) technology in the preservation of pharmaceutical microorganisms. Educ Teaching Forum, 2013, (17):162-164. (in Chinese)

李宇哲, 葉麗. 電子標簽(RFID)技術在醫(yī)藥微生物菌種保藏中的應用. 教育教學論壇, 2013, (17):162-164.

傅明慧，Email：465020061@qq.com

2018-05-04

10.3969/j.issn.1673-713X.2018.05.016