电子标签(RFID)技术在医药微生物菌种保藏中的应用
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摘要：微生物在药品生产及医学研究中发挥重要作用，为了防止其退化，需要采取有效的方法进行保藏，对于样品的管理要遵守严格的规定，但传统的管理方法操作烦琐。将电子标签（rfid）技术引入微生物菌种保藏，利用现代化信息技术的突出特性，可以为技术人员带来极大方便，实现对微生物菌种的综合管理。
关键词：微生物；菌种保藏；管理；电子标签
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）17-0162-03
微生物资源由于其具有的极大地开发潜质与经济价值，已逐渐引起了越来越多的关注。掌握关键的微生物资源已成为企业，甚至是国家的重要战略储备，我国先后建立了中国普通微生物保藏管理中心（CGMCC）、工业微生物菌种保藏管理中心（CICC）、医学微生物菌种保藏管理中心（CMCC）等保藏机构。而微生物资源中，可用于药物研制及医学研究的微生物更有特殊价值与地位。随着现代生物技术如基因工程、蛋白质工程、组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现，传统的菌种保藏技术和管理方法逐渐显现出其局限性，这一形势迫切地要求我们提高工作效率。此外，我们还要考虑到微生物菌种保藏的特殊要求及管理安全，对操作人员有着极高的要求。而电子标签（RFID）技术的引入恰恰为解决当前困难提供了一条有效的途径。随着当今微电子技术的迅速发展，使设备得到小型化，可靠性大大提高。本文着重综述了RFID技术的工作原理，及其在微生物菌种保藏中的作用和优势，并进一步深入探讨该技术在这一领域的发展前景。
一、RFID技术
1.RFID技术介绍。Radio Frequency Identification（RFID）[1]，即射频识别技术，也就是电子标签技术的俗称，是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并能获取相关数据[2，3]。例如生产生活中使用到的IC卡（Integrated Circuit Card）就是这一技术的应用实例。其发展始于1937年U.S.Naval Research Laboratory（NRL）开发的敌我识别系统。1999年美国麻省理工学院MIT成立AUTOID CENTER（现发展为Auto-ID实验室，总部设于MIT，其余5个会员单位为英国剑桥大学、澳大利亚阿德莱德大学、日本庆应大学、中国复旦大学和瑞士圣加仑大学）[4]，提出EPC（Electronic Product Code）概念并以RFID电子标签为载体为每一物理实体提供唯一标识，使RFID技术得到极大发展。现今RFID系统在货物跟踪管理，医药管理，交通系统以及门禁系统等方面发挥了越来越重要的作用，为物流供应链管理提供了最便捷有效的实施方案。相较于以往解决方案，RFID技术具有可以识别单个具体的物体、可以透过外部材料读取数据、可以同时对多个物体进行识读、其识别工作无须人工干预，可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便等优势被公认为本世纪最有发展前途的10项技术之一。
2.RFID技术实现。基本电子标签系统由三部分组成：标签（Tag），阅读器（Reader）和天线（Antenna）。RFID基本工作原理：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量通过天线结构发送出存储在芯片中的产品信息即信号，或者是有源标签会主动发送某一频率的信号；解读器通过读取经过前级滤波器滤去噪音信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。再通过外设给予操作人员反馈[5]。
1.医药微生物菌种保藏的特殊要求[6]。药物开发和医学研究的微生物的菌种保藏有其特殊要求，由于我们是利用其特殊的代谢产物对特定疾病产生治疗作用，那么我们就会要求这些特殊的性状需要稳定的保存，才能进行大规模生产，或者供研究之用，即预防菌种退化的发生。一些特殊情况下，甚至需要一些极端条件去保存样品。并且实验人员因此还要经常性的关注菌种保藏中菌种的变化，防止其失去药用的价值。此外，处于公共安全的考虑，防止可能的有害微生物在实验室外的传播，实验室内外的物品也不应接触。
2.传统保藏技术和管理的不足。传统保藏中，主要采取人工的方式对样本进行观察和监控，而对于保存的大量样本，则单靠人力的方式，即使付出很多人员的代价也不易对所有样本的状态都有良好的把握。另外在实验室大量保存的样本中找到所需菌种就需要耗费大量时间。此外采取传统纸质，或者手工输入电脑对样本进行管理的方式，对样本信息的记录是有限的，因此有可能产生人为的疏忽，造成样品的损坏或者失效。和当今在其他行业广为使用的高效的信息化管理技术相比，会有时间上的滞后。
3.ID技术的引入。对传统药用微生物保藏和管理方法中的种种不足，RFID技术的引入提供了一系列的解决方案。①便捷：用RFID技术将给实验室中的每一个样品附上唯一编码，这种标签有独特的序列代码和足够的存储容量，存储的内容可以读出、修改和保存，配套上基于现代信息技术的硬件设备，实验人员可以随时了解任何一个样本存放的位置，是否需要进行定时的筛查等基本信息，现对样本的频繁常规监视，可以采集更多数据，改善样本质量，为样本的提取使用提供了极大地便利。设有防冲突逻辑的标签，可以一次同时读取多个标签，其读取率几乎达到100%。例如把托盘放在读取站附近，一百个标签的读取时间不会超过3秒钟。找出目标样本的位置易如反掌，为研究人员节省大量时间可想而知。使用RFID技术的方法直观易懂，不会给操作人员带来其技术上的麻烦。②安全：疗医药行业是一个不允许出错的行业。对于菌种的保管安全，有了RFID技术的帮助，实验人员只需使用读取设备，快速地对大量样品进行扫描即可确定，各样品是否都按规定摆放在正确的区域，保管条件是否妥当。同时若样品被人意图非法携带离开，电子标签信号也会被门禁拦截，以防意外的发生。此外，由于电子标签可存载大量信息，而纸质标签由于大小受限，承载的信息也是有限的，并且省去了人工书写读取的过程，避免了人为误操作的发生。③稳定：代的RFID标签尺寸小，可植入试管顶部，并承受得住大范围急速的温度变化，例如样本需要液氮保存的场合，标签仍然可以工作正常。这种标签也可以承受快速升温的考验。④系统：标签作为信息化管理系统的硬件载体，为实验室的全面信息化提供了良好的支持[7]。样品的数据完全可以摆脱纸张记载的束缚，在实验室的各个终端上无缝流转，实现无纸化，为工作效率的提高起到了良好的作用。此外，借助于信息的迅速传播，不同实验室甚至可以通过网络直接利用对方的设施进行研究，实现资源成果的共享，不仅是经济成本上的大大降低，也是生产效率上的极大提高。而这一理念也早已在世界范围内众多知名大学，研究机构在其他领域的开放实验室中开始实践。
三、用发展
1.内外的应用[8]。近全球领先的RFID基础设施供应商TAGSYS，宣布其RFID解决方案已经被四家法国著名医院的实验室（La Timone、Marseille Medical Faculty、Hospital La Conception、以及Paoli Calmettes Institute）所采用。专门为制药和医疗部门设计的RFID标签，满足了该行业严格的安全准确及时的要求，使用性能可靠高频RFID标签用于跟踪实验室生命攸关的样本。即使在样本日渐增多时，仍然可以保证数据的正确性和可靠性[9]。Paoli-Calmettes细胞医学中心的主任Dr Christian Chabannon，对RFID技术的引入表示了极大地肯定，他认为良好保藏的病理样本是相关病人的生命所系，也是医生和科学家的珍贵资源。相较于传统的管理方法，采用RFID识别技术后，生命科学领域可以说又一次取得突破性进展。与过去的条形码识别技术比较，RFID的优点非常明显。
2.前景。于RFID技术在医药微生物样本保存中的引入所取得的可喜成果，其应用前景也是颇令人期待的。随着微电子技术的不断发展，RFID芯片有望向更小，更强大，更经济的方向发展，使这一技术得到更大范围的普及。伴随自动化技术，人工智能技术的发展，我们更可以大大扩展其功能，与应用的范围。我们可以设想生成全封闭的实验室保藏环境，利用电子标签对特定样品定位，来自动控制样本的适宜环境，营养的补给。通过标签信息，如同在ATM机上存取操作一样，从而实现，以较低的人力代价，极高的安全系数下对实验样本进行便捷的管理监控。如今这一想法已不仅仅是停留在想象的阶段，RFID技术已经贯穿于整个医药产业链中，并换发着勃勃的生机。生物医药研发生产作为涉及社会公共卫生安全的行业之一，必将成为优先应用RFID技术的领域之一[10]。医药行业采用RFID带来的不仅仅是效率，更是对宝贵生命的保护。
参考文献：
[1]游战清，刘克胜，吴翔，林汉宏.无线射频识别（RFID）与条码技术[M].北京：机械工业出版社，2007.
[2]杜云明，周杨.无线射频识别技术与应用研究[J].自动化技术与应用，2010，（29）：52-55.
[3]付俊.无线射频识别技术研究[J].山西科技，2009，（1）：22-23.
[4]王俊宇，周锋，王天扬，闵昊.中国AUTO-ID应用情况调查报告[R].自动识别与应用技术，2004，（2）：38-40.
[5]Behzad Razavi.RF Microelectronics（2nd Edition）（Prentice Hall Communications Engineering and Emerging Technologies Series）.2011.
[6]王凤山.生物技术制药[M].北京：人民卫生出版社，2011.
[7]朱铭.实验室信息系统的日常管理与维护[J].国际检验医学杂志，2012，（2）：247-249.
[8]庄表微.法国生命科学实验室采用RFID系统[EB/OL].中国物品编码中心网站，2005-07.
[9]唐慈鑫，马爱霞.无线射频识别技术：实现药品安全监管的新宠儿[J].上海医药，2007，（28）：344-345.
[10]庄表微.专家预测：2011年医疗与药品RFID市场将增7倍[J].中国包装工业，2006，（3）：71.
作者简介：李宇哲，复旦大学信息学院微电子学系本科生。
通讯作者：叶丽，复旦大学药学院，副教授。