乔乔，杨华富，傅明慧



RFID智能定位信息管理系统在菌（毒）种保藏中的应用

乔乔，杨华富，傅明慧

210009 南京，江苏省疾病预防控制中心病原微生物研究所

近年来，随着传染病防治、科研及医药生产活动的规模不断扩大，病原微生物的使用机会也大大增加。病原微生物菌（毒）种是国家重要的生物资源，其保藏具有特殊要求。菌种和病毒都需要保持稳定性状和基因，以便于日后的科学研究[1-2]。对于公共卫生事业来说，生物安全是重中之重，出于对生物安全方面的考虑，应该对实验室人员、菌（毒）种保藏、操作规范、个人防护、消毒设施、销毁等方面严格把控，国家出台的相关法律法规也明确规定菌（毒）种保藏必须合乎规范，避免生物武器、生物恐怖和重大传染病暴发流行等生物安全问题的发生。但目前，国内大量病原微生物有无序使用和保存的情况，存在巨大的实验室生物安全隐患，因此，病原微生物的规范保藏迫在眉睫。当前，物联网技术飞速发展，各行各业都已进入信息化时代[3-6]，但我国大部分实验室仍采用传统人工方式来管理和保藏病原微生物，不仅效率低下，且耗费大量人力，资源浪费的同时准确度也得不到保证。菌（毒）种资源数量庞大，而人工管理方法误差大，样本信息容易混乱，远达不到规定的要求。即使是在实验室内保存的菌（毒）种，也因年代久远或样本杂乱无章，实验时需要耗费大量时间和精力才能找出所需样本。另外，纸质记录信息是有限的，且实验室人员流动性较大，很多资源信息就在流动中丢失，影响了菌（毒）种的信息完整性。人工保存管理菌（毒）种时，没有监控和报警设备，不仅仅是微生物的活性得不到保障，且一旦外泄，生物安全也无法保证，这就需要智能技术和规范的方法来统一管理。在此背景下，我们依靠无线射频识别（RFID）技术探索出了一套菌（毒）种智能定位信息管理系统，以期建立一套标准化、规范化的数据库平台，为菌（毒）种的规范管理和科研开发奠定基础。

1 RFID 技术应用在菌（毒）种保藏中的优势

随着信息化的不断普及，有很多机构已经意识到信息化在菌（毒）种保藏中的重要作用，但也多采用二维码储存信息的方式，而本系统采用的 RFID 技术与二维码相比具有很多优势，如体积小、不易磨损、无需人机面对、不怕结霜等，因此，RFID 智能定位信息管理系统的广泛应用是必然的。

在实际操作中，RFID 智能定位信息系统主要分为信息录入、绑定签发、入库、出库、销毁等流程。在系统中录入即将入库的菌（毒）种信息后，将准备好的菌（毒）种贴上标签放进芯片管中，利用与系统匹配的签发器将菌（毒）种绑定签发后，放入机柜或超低温冰箱完成入库。入库后，可在系统中查询已入库的菌（毒）种信息，及时判断信息完整性和准确性。出库时，只需在系统中生成出库订单，搜索查找所需菌（毒）种的位置，打开相应的机柜抽屉或超低温冰箱，拿出菌（毒）种，完成出库。若发现菌（毒）种失去应用价值或者死亡，即可在系统中进行销毁步骤，过程与出库类似，取出后销毁即可。

基于传统菌种保藏管理方式的局限和不足，RFID 技术的出现可以很好地弥补这些缺陷。

⑴管理更便捷：人工管理方法耗时耗力，RFID 技术可以存储大量文本信息，保藏的菌（毒）种信息全部通过电子标签信号录入到菌种信息管理系统中，无需通过纸质记录，大大方便了管理者。实验人员可以在系统中随时查找菌种存放位置和信息，时刻监控微生物的状态，为菌（毒）种的存放、提取和使用都提供了极大的便利，也为科研人员节约了大量时间。

⑵管理更高效：RFID 技术存储信息时，可以快速读出、修改、保存菌（毒）种信息，读取效率非常高，易于识别，一个电子标签可以存储大量内容，真正做到高效管理。实验人员在读取菌（毒）种信息时，只需一个读卡器，识别电子标签后，菌（毒）种的唯一编码就会和信息绑定，整个过程不超过 3 秒钟。

⑶安全性更高：整套信息系统具有视频监控、防盗装置、报警装置、温湿度监控等，可有效防止资源丢失或因温度变化而造成菌（毒）种死亡，最大程度地保证了微生物的安全性和活性，防止资源浪费。另外，RFID 标签体积小，可以装载在保存管中，并且耐低温高温，不受结霜影响，可以长期使用，保证信息的完整性。

2 RFID 系统在菌（毒）种保藏中的实际应用

开展疾病防控、科研开发等工作后，势必会积累大量病原微生物的数据资料，且会不断增添新信息。随着科学研究的深入，原有的信息也需要不断更新。在没有数据库的情况下，菌（毒）种的存取、资料的整理统计、新信息的追加都需要许多人力、消耗许多时间才能完成，且人为因素出现差错的几率较大，造成资料保存不完整。长此以往，许多研究开发工作也将被延误。

该系统整体上包括智能定位信息管理系统、移动平台、温湿度监控系统和视频监控系统四个部分，极大地保障了资源的信息安全、样本温湿度控制及生物安全。其中，智能定位信息管理系统采用网页版的模式，又可以细分为多个模块，包括系统管理、菌种管理、病毒管理、样本管理和查询统计。进入信息系统后可以实现多种功能，如自动生成菌（毒）种目录、信息录入、签发、入库、取用和销毁等。

2.1 菌种管理

该系统具备自动生成菌（毒）种目录管理功能，使得保藏的菌（毒）种的种类一目了然，查找方便快捷，不易出错。实际操作时，在菌种信息管理目录下，可以直接导入已登记的菌种信息，也可在系统中利用菌种信息登记表直接编辑录入菌种信息，且每个菌种被赋予唯一编号。网页版的优势在于远程操作的便捷，且可以满足多个账号同时登录操作，可以做到一人一机，快速录入信息，提高工作效率。菌种信息录入系统后，即可进行菌种签发功能，将冻干菌种放进底部嵌入 RFID 智能芯片的菌种管中，在签发器上进行签发绑定操作，只有经过签发后的菌种才可进入菌种库中。菌种签发完成后，在管理系统中打开菌种库机柜抽屉，将签发后的菌种保藏于机柜中，菌种入库才算完成。

2.2 病毒和生物样本管理

病毒和生物样本的信息管理与细菌稍有不同，信息输入过程仍在网页版的信息管理系统中实现，但病毒和生物样本存放于样本盒中，为满足批量签发的需求，我们将病毒和生物样本的入库过程放在了客户端版本的移动平台上，该客户端与网页版信息管理系统无缝对接，可以相同的账号登录。在客户端上搜索到录入系统的病毒或生物样本信息后，选中该条信息，录入即将入库的冰箱编号和具体位置，利用套在标准管外的 RFID 套管，即可进行扫描签发，未签发的样本在屏幕上显示为黄色，已签发的显示为红色，通过颜色的辨别，及时纠正错误，减少数据信息的误差。

2.3 保藏的多样化和可溯源性

网页版信息管理系统和移动平台的成功对接，完美解决了菌（毒）种、病毒和生物样本需要不同保存条件的矛盾，利用一个系统实现了资源保藏的多样化。菌（毒）种和生物样本入库之后，我们仍然可以对其信息进行实时管理，若资源出库被有效利用后，有科研成果产出，我们可以随时将相关信息录入系统中，使得保藏库中的资源信息更完善更系统。被编号的菌（毒）种一旦被销毁，该编号也不会存在，这可以保证未来科研工作中菌（毒）种来源的可靠性和唯一性。除此之外，在系统中设有管理员，只有管理员开放相应权限，各用户才可以实现具体功能，而每个操作过程都会在系统中形成记录，这就使得资源的入库、出库、使用或销毁等各个操作过程都有据可查，可以了解资源的利用途径，也为保障生物安全加了一道防线。

2.4 微生物资源的使用及销毁管理

菌（毒）种信息管理系统最主要的应用目的是保证病原微生物资源能安全合理的使用和开发，而本套基于 RFID 技术的信息管理系统可以很好地保证此功能。传统的方法是在纸质版或者利用 Excel 表格的形式，人工记录菌种的名称、实验室编号、来源、分离日期、形态特征、生化特性、流行病特征等信息，繁琐又耗时，且容易出错。而利用 RFID 标签技术之后，可以将信息一次性导入菌种信息管理系统中，便可随时调取菌种信息进行查看，存放的位置也一目了然。若科研人员想查询菌（毒）种库中是否保藏有所需的病原微生物时，只需保藏人员在信息管理系统中输入主要信息，便可查询。菌（毒）株需要出库时，可在该系统中创建出库订单，自动生成订单编号后，填上领取人信息，按照指定存放位置，即可取出菌（毒）株，在保障生物安全的情况下，移交给客户。此外，若保藏人员发现保藏的菌（毒）种死亡或者失去保藏价值的话应立即销毁，此时只需在系统中创建销毁订单，查询到需销毁菌（毒）种的编号和存放位置，取出后即可销毁，此编号也不会再赋予其他菌（毒）种，保证编号唯一性。

3 讨论

3.1 菌（毒）种保藏发展趋势

近年来，生物安全越来越受到国家的重视，已经将其纳入国家安全战略中，因此，病原微生物资源的妥善保藏和利用就凸显出重要地位。菌（毒）种保藏的核心就是将一定区域内的病原微生物资源收集、整理、保存起来，建立完整的菌（毒）种资源库，一方面可以防止外泄引发生物恐怖袭击、重大传染病暴发等生物安全事故，另外可以整合资源，作为科学研究的支撑，实现资源价值的最大化[7-8]。

3.2 资源信息追根溯源

基础科研的主要目的在于实用产品的开发和应用，生产出具有使用价值的医药产品，也是为疾病防控做出一定贡献[9-11]。在医学科研工作中，菌（毒）种作为主要研究对象，其背景资料完整清晰，信息准确是基本要求，该系统的应用正是整合了微生物资源，信息完整，保存条件规范统一，且具备可追溯性，通过系统查询提供的菌（毒）种是科研工作的最佳选择。一旦从系统中出库后的菌（毒）种有任何科研产出成果，都可以及时补录到系统中，可作为未来进一步的研究资料，大大方便后续科研人员。

3.3 实现病原微生物的资源共享

菌（毒）种信息管理系统建立后，能够系统化地完成对菌（毒）种的信息收集、鉴定、入库、出库、销毁等一系列流程，更能让资源在不同实验室之间形成无缝对接。无纸化办公已成为必然趋势，且网页版系统比单机版能更好地在全国实现资源信息共享。目前，在电子标签技术和其他信息科技技术的不断发展下，大数据时代已悄然而至，菌种资源信息共享也在不断实现。这为科研人员的工作提供了极大的便利，更加促进了传染病防治、教学、科研、药品和生物制品生产等医药卫生事业的发展[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)

杨胜远, 韦锦, 李卓文, 等. 副溶血性弧菌保藏条件研究. 湖北农业科学, 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)

罗国富, 杨文超, 王凯歌. 基于无线射频识别技术的在制品管理系统的设计与实现. 郑州轻工业学院学报(自然科学版), 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)

于丽萍, 王玉霞, 甄涛, 等. 黑龙江省微生物菌种保藏中心的现状及展望. 黑龙江科学, 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)

魏强, 武桂珍, 侯培森. 医学病原微生物菌(毒)种的保藏管理. 中华预防医学杂志, 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)

邓波, 葛杰, 王建, 等. 实验室信息管理系统(LIMS)在动物微生物菌种资源保藏方面的应用. 上海畜牧兽医通讯, 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)

吴梦莹, 李刚, 马丽, 等. 临床微生物实验室菌种保存管理平台的建立及应用. 临床检验杂志, 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, 叶丽. 电子标签(RFID)技术在医药微生物菌种保藏中的应用. 教育教学论坛, 2013, (17):162-164.

傅明慧，Email：465020061@qq.com

2018-05-04

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