陳懿斐， 魏曉鋒， 高 誠， 史光華（. 上海實驗動物研究中心， 上海 003； . 中國合格評定國家認(rèn)可委員會， 北京 0006）

RFID技術(shù)在實驗動物行業(yè)中的應(yīng)用的探討

陳懿斐1， 魏曉鋒1， 高 誠1， 史光華2
（1. 上海實驗動物研究中心， 上海 201203； 2. 中國合格評定國家認(rèn)可委員會， 北京 100062）

簡述了射頻識別（RFID）的基本概念及其應(yīng)用的發(fā)展過程，同時根據(jù)實驗動物的生物學(xué)特性、數(shù)據(jù)采集的需求特性，從RFID技術(shù)在實驗動物領(lǐng)域的應(yīng)用概況、應(yīng)用的意義及優(yōu)勢、應(yīng)用發(fā)展的方向等方面綜述了RFID在實驗動物領(lǐng)域的應(yīng)用前景，表明隨著RFID技術(shù)的不斷發(fā)展，必將提高實驗動物的管理水平和福利水平。

射頻識別（RFID）； 實驗動物； 應(yīng)用

射頻識別（Ratio Frequency Identification， RFID），俗稱電子標(biāo)簽。RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運(yùn)動物體并可同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。RFID是一種簡單的無線系統(tǒng)，只有兩個基本器件，該系統(tǒng)用于控制、檢測和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個詢問器（或閱讀器）和很多應(yīng)答器（或標(biāo)簽）組成，它是自動識別領(lǐng)域的一個重要分支［1］。

實驗動物是生命科學(xué)和醫(yī)藥創(chuàng)新研究“活的試劑”，實驗動物科學(xué)對于生命基本規(guī)律和機(jī)理的闡明，對于人類的發(fā)病機(jī)理、治療、藥物研發(fā)，以及相關(guān)領(lǐng)域的科技創(chuàng)新所起的作用越來越凸顯。人們使用的藥物、食物、化妝品以及生產(chǎn)生活環(huán)境等的安全問題，都需要利用實驗動物進(jìn)行評價。

1 RFID技術(shù)在動物管理領(lǐng)域應(yīng)用起源

RFID技術(shù)在動物管理領(lǐng)域的應(yīng)用最早起源于對寵物的識別，隨后逐漸擴(kuò)展應(yīng)用于畜牧業(yè)、賽馬等領(lǐng)域及寵物、野生動物跟蹤，可以用于追溯動物品種、來源、免疫、治療和用藥情況，以及健康狀況等重要信息， 從而為動物防疫和獸藥殘留監(jiān)控工作服務(wù)［2］。

國際、國內(nèi)已就RFID技術(shù)在動物身份標(biāo)識和技術(shù)制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 20563-2006是我國于2006年制定的標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了動物RFID過程二進(jìn)制動物代碼的結(jié)構(gòu)［3］。 本標(biāo)準(zhǔn)適用于動物個體的識別，也適用于動物管理相關(guān)信息的處理與交換。ISO 11784和11785分別規(guī)定了動物識別的代碼結(jié)構(gòu)和技術(shù)準(zhǔn)則。其中11785技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了動物電子標(biāo)識的數(shù)據(jù)傳輸方法和讀寫器規(guī)范，其目的是使不同制造商的動物電子標(biāo)識電子標(biāo)簽?zāi)軌蚴褂靡粋€共同的讀寫器來查詢［4］。

2 RFID技術(shù)在實驗動物領(lǐng)域應(yīng)用概況

雖然RFID技術(shù)在動物領(lǐng)域已有成熟的標(biāo)準(zhǔn)，但目前應(yīng)用主要集中于畜牧業(yè)和寵物管理。而實驗動物由于其特殊性，在RFID的應(yīng)用中有著與其它動物不同的特點(diǎn)。近兩年來，國內(nèi)外都在進(jìn)行著相關(guān)研究和實驗應(yīng)用。美國開發(fā)了基于RFID移動實驗室動物普查解決方案，利用設(shè)備掃描所有實驗室的動物籠盒RFID標(biāo)識，并將所收集的數(shù)據(jù)納入實驗動物管理軟件，這種基于RFID的籠盒普查方案，可使研究設(shè)備掃描大量的動物籠盒名片，而且在幾秒鐘內(nèi)便可獲得并核實相應(yīng)實驗動物的普查數(shù)據(jù)；美國佛羅里達(dá)大學(xué)實驗室通過對動物籠盒進(jìn)行標(biāo)識，應(yīng)用RFID系統(tǒng)溯源管理近5萬只小鼠；臺灣麥德凱生命科學(xué)研究所正探索將RFID用于實驗動物飼育管理流程，對所有的飼育室、飼育籠架及飼育籠盒分別建立RFID標(biāo)識，也嘗試在實驗動物上植入RFID標(biāo)識，以建立身份識別系統(tǒng)，并了解動物對體內(nèi)標(biāo)識的適應(yīng)狀況，在單一動物身上植入主動式標(biāo)識，可進(jìn)行全時間溯源； 國內(nèi)蘇州“國家實驗靈長類種子中心西山分中心”采用RFID管理靈長類動物個體檔案。

3 RFID技術(shù)在實驗動物領(lǐng)域應(yīng)用意義及優(yōu)勢

RFID技術(shù)在實驗動物行業(yè)推廣應(yīng)用，對建立高質(zhì)量實驗動物數(shù)據(jù)采集和跟蹤體系，加強(qiáng)對實驗動物管理和動物實驗過程中監(jiān)控具有顯著意義［5］，主要體現(xiàn)在: （1）通過高效身份識別與數(shù)據(jù)采集，為科研提供實驗動物在生命周期內(nèi)準(zhǔn)確的飼養(yǎng)、培育、實驗信息； 同時從實驗動物福利角度看，由于生命周期清晰，可以最大限度地提高實驗動物的利用率； （2）提高實驗動物科研成果數(shù)據(jù)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，為生物醫(yī)學(xué)科研提供數(shù)據(jù)質(zhì)量和研究條件的保證； （3）RFID技術(shù)在實驗動物中應(yīng)用模式探索，在全國實驗動物管理、資源共享建設(shè)中具有示范效益，可為其他實驗動物機(jī)構(gòu)提供有益借鑒； （4）促進(jìn)實驗動物數(shù)據(jù)管理規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化，提高我國自然科技資源的綜合競爭能力。

RFID技術(shù)用于實驗動物管理［6］有以下優(yōu)勢：（1） RFID標(biāo)識的信息準(zhǔn)確，可快速無接觸識別，適應(yīng)各種動物飼育環(huán)境； （2） RFID標(biāo)識的信息容量大，方便的動態(tài)信息更新保證動物飼養(yǎng)、培育、科研實驗過程等信息標(biāo)記和跟蹤的需要； （3） RFID標(biāo)識可根據(jù)實驗動物的體型大小采用不同的規(guī)格和形式的標(biāo)識。

由于實驗動物生產(chǎn)使用過程中描述的特殊性，主要包括實驗動物物種分類（如小鼠、大鼠、犬、猴等）、品種和品系、不同實驗動物的生物學(xué)特性（如基本數(shù)據(jù)、遺傳數(shù)據(jù)、生理數(shù)據(jù)、生化數(shù)據(jù)、解剖數(shù)據(jù)等）、實驗動物生長發(fā)育和繁殖方式（包括飼養(yǎng)食物、日?；顒拥龋⑴嘤h(huán)境和應(yīng)用特性（包括外部環(huán)境和內(nèi)部環(huán)境、設(shè)施內(nèi)部大環(huán)境的各種環(huán)境控制指標(biāo)標(biāo)定范圍等）； 進(jìn)行各類動物實驗所需的器材，器材的標(biāo)準(zhǔn)等。因此區(qū)別于其他動物管理，其特殊性主要表現(xiàn)在：（1）由于實驗動物的生物醫(yī)學(xué)實驗的特殊需求，如果在生命周期內(nèi)佩戴電子標(biāo)識，對其某些生理特性產(chǎn)生影響，導(dǎo)致動物實驗結(jié)果的不準(zhǔn)確性，則該方案不能實際應(yīng)用；（2）實驗動物除了個體身份外、還有飼養(yǎng)種群、實驗項目等多種其他身份，這些在目前的RFID編碼體系還沒有得到相應(yīng)的體現(xiàn)； （3）在實驗動物生命周期中，由于生物醫(yī)學(xué)實驗的要求，培育、飼養(yǎng)方法具有多樣性，需要進(jìn)行身份識別的場景相對于畜牧業(yè)和寵物管理更為嚴(yán)格復(fù)雜。因此可能需要根據(jù)不同的應(yīng)用場景設(shè)計相應(yīng)的讀寫設(shè)備，并解決在實際應(yīng)用中的可視化、數(shù)據(jù)碰撞等問題，保證數(shù)據(jù)讀寫的準(zhǔn)確性。

4 RFID技術(shù)在實驗動物領(lǐng)域的推廣應(yīng)用和未來發(fā)展

4.1 RFID技術(shù)在實驗動物行業(yè)推廣應(yīng)用的體現(xiàn)

主要包括以下幾個方面：（1）利用RFID管理實驗動物的生長、繁育等整個生命周期過程，包括可能的實驗動物利用過程如動物實驗等?？梢苑謩e對飼育室、飼育籠架及飼育籠盒建立RFID標(biāo)簽，這樣管理人員可以很方便地完成各組實驗動物飼育記錄。管理人員只需依次、依序近距離掃描，便能夠在較短時間內(nèi)掌握實驗動物的情況，同時結(jié)合遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可方便的將相關(guān)資料及影像上傳到數(shù)據(jù)庫。同時從另一方面來說，可以提供實驗動物的利用率，從而有相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)效益并可以達(dá)到實驗動物行業(yè)所提倡的“3R”精神。（2）在實驗動物體內(nèi)植入RFID標(biāo)識，可以很方便地對實驗動物個體進(jìn)行全面的時間跟蹤記錄和身份識別，可以應(yīng)用于動物行為學(xué)有關(guān)的研究。但也需解決相關(guān)的技術(shù)關(guān)鍵，并了解實驗動物對機(jī)體內(nèi)標(biāo)識的適應(yīng)狀況。

4.2 RFID技術(shù)在實驗動物行業(yè)推廣應(yīng)用需要解決問題

主要包括: （1）在滿足實驗動物醫(yī)學(xué)實驗需求的前提下，探索使用電子標(biāo)識對實驗動物帶來的影響和作用， 為實驗動物使用電子標(biāo)識的方式提供實驗論證。RFID系統(tǒng)中使用的電子標(biāo)識由天線和標(biāo)識兩部分組成。目前常用的電子標(biāo)識根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)可以分為多類: 按供電方式分為有源標(biāo)識和無源標(biāo)識；按載波頻率分為低頻（134 kHz）、高頻（13.56 MHz）和超高頻 （840～960 MHz） 標(biāo)識； 按作用原理可分為密耦合標(biāo)識、遙耦合標(biāo)識和背散射標(biāo)識［7］； 依據(jù)封裝形式的不同可以分為環(huán)圈式標(biāo)識、耳標(biāo)（釘） 式標(biāo)識、可植入式標(biāo)識以及藥丸式標(biāo)識等。由于實驗動物涉及多種動物種類、品系，個體外型大小不一，飼養(yǎng)培育方式多樣（例如不同動物種群飼育條件不同、飼養(yǎng)周期不同，由于飼育區(qū)光照不均勻，小鼠籠在飼育區(qū)需要定期調(diào)換位置等），實驗動物的去向，也需要向用戶提供身份和溯源信息等。因此需要根據(jù)不同的物種、飼育管理和應(yīng)用方式為動物群體、個體尋找合適的標(biāo)識形式，以及可用的載波頻率、調(diào)制方法、作用距離。在理論分析的基礎(chǔ)上，制作各種標(biāo)識并利用實驗動物進(jìn)行充分實驗，形成按照動物種類、種群、個體等分類的電子標(biāo)識指標(biāo)參考，最終確定適用的電子標(biāo)識。（2）提出在實驗動物管理中RFID技術(shù)的適用體系，研制RFID的移動智能終端； 制定實驗動物電子標(biāo)識的編碼內(nèi)容和規(guī)則。目前關(guān)于動物的電子標(biāo)識的編碼體系主要有: 國家頒布的動物射頻識別標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20563-2006以及國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）頒布的11784標(biāo)準(zhǔn)，均采用8字節(jié)數(shù)，規(guī)定了動物射頻識別過程中的二進(jìn)制動物代碼的結(jié)構(gòu)。實驗動物生產(chǎn)和動物實驗需要對實驗動物的飼養(yǎng)、培育過程、科研實驗過程，進(jìn)行全程數(shù)據(jù)跟蹤記錄，在動物實驗的服務(wù)平臺的數(shù)據(jù)庫中記錄的數(shù)據(jù)信息相當(dāng)繁雜。在這些環(huán)節(jié)中，電子標(biāo)識需要對實驗動物的所屬群體（繁殖群體、生長群體和實驗群體等）、項目協(xié)議和項目組、個體等多種身份進(jìn)行識別和記錄。因此，需要在支持ISO和GB標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，合理的設(shè)置自定義標(biāo)志位，使得其能滿足各種不同所屬身份識別的需求。同時，不同的電子標(biāo)識能夠攜帶的信息量不同。在選定適用的標(biāo)識后，應(yīng)在各種過程記錄信息中篩選出必要的信息項隨身份標(biāo)識記錄在電子標(biāo)識中，以便于整個生命周期數(shù)據(jù)的快速采集和應(yīng)用。另外，實驗動物的培育、飼養(yǎng)方式、實驗環(huán)境的多樣性，決定了在不同的應(yīng)用場景中需要使用不同的讀寫器，來完成實驗動物身份的識別，如普通手持式的讀寫器、特定環(huán)境下的門禁式讀寫器等。這些不同應(yīng)用場景中讀寫器都存在著可視化問題、防碰撞問題和安全性問題。特別是對于個體小、大量群養(yǎng)的嚙齒類實驗動物如何應(yīng)用特殊的讀寫方式在ISO11785技術(shù)規(guī)范框架內(nèi)實現(xiàn)RFID標(biāo)識群體識別將是關(guān)鍵問題。實驗動物進(jìn)入科學(xué)實驗的跟蹤周期一般會比較長，安全可靠的身份標(biāo)識和全面的跟蹤信息對防止實驗動物的誤用或冒用，保證科學(xué)實驗的一致性和準(zhǔn)確性至關(guān)重要，同時也從一方面決定了數(shù)據(jù)采集應(yīng)用方式。（3）提出基于RFDI技術(shù)的實驗動物管理、服務(wù)流程，開發(fā)動物種群管理與實驗個體跟蹤的示范管理系統(tǒng)，為科學(xué)化地管理實驗動物，更好地為醫(yī)學(xué)、醫(yī)藥領(lǐng)域服務(wù)奠定基礎(chǔ)。實驗動物設(shè)施和動物實驗過程采用RFID技術(shù)后，其工作模式、數(shù)據(jù)采集記錄方式必將跟著發(fā)生變化。如何更好地利用RFID技術(shù)帶來的便利，需制定相適應(yīng)的工作流程、服務(wù)平臺實現(xiàn)流程規(guī)范，充分發(fā)揮RFID的優(yōu)越性，更及時、全面地記錄實驗動物的各種數(shù)據(jù)，在動物的生命周期各環(huán)節(jié)中有效地跟蹤、溯源群體、個體信息，進(jìn)而為公共的服務(wù)平臺運(yùn)行和服務(wù)模式打下堅實的基礎(chǔ)。同時可以納入當(dāng)?shù)卣畬嶒瀯游镄畔⒐卜?wù)平臺。（4）對于植入式的標(biāo)識需評估標(biāo)識植入后對于實驗動物正常生理狀態(tài)的影響，為后續(xù)推廣實驗動物標(biāo)識的應(yīng)用和相關(guān)倫理研究提供科學(xué)依據(jù)。常用的嚙齒類實驗動物體形較小，適用電子標(biāo)識前，需要經(jīng)過理論分析和大量實驗驗證，佩戴電子標(biāo)識后對其動物福利和生理特性產(chǎn)生的影響。 最終從適用的標(biāo)識種類，植入方式，植入部位和植入標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程等方面確定高效可行的電子標(biāo)記模式。

5 結(jié)論

隨著RFID技術(shù)的不斷發(fā)展，必將有利于建立一套有效的從實驗動物飼養(yǎng)管理到動物實驗管理的跟蹤系統(tǒng)，以便對實驗動物的繁育、飼養(yǎng)、試驗等各個環(huán)節(jié)實施全過程、全方位的管理和控制，從而保證動物實驗的準(zhǔn)確性和可靠性，并在一定程度上提高動物的福利水平。

［1］ 陳欣， 馬秀麗. EM4469在畜牧管理系統(tǒng)總的應(yīng)用［J］. 金卡工程， 2007， 11（2）:38-42.

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［3］ GB/T 20563-2006 動物射頻識別 代碼結(jié)構(gòu)［S］. 2006.

［4］ 王勁松， 黃鋼， 胡建華， 等. 基于RFID的實驗鼠種群溯源的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計［J］. 計算機(jī)應(yīng)用與軟件， 2013， 8（30）:214-216.

［5］ 白殿卿， 鄭穎. RFID技術(shù)在實驗動物領(lǐng)域的應(yīng)用［J］. 實驗動物與比較醫(yī)學(xué)， 2012， 32（1）:28-29.

［6］ 溫澤峰， 夏龍， 齊長龍， 等. 淺談無線射頻識別技術(shù)（RFID）在SPF級實驗動物管理上的應(yīng)用［J］. 實驗動物科學(xué)， 2010 （3）:32-36.

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Q95-33

A

1674-5817（2016）01-0051-03

10.3969/j.issn.1674-5817.2016.01.010

2014-12-24

2015-09-14

國家科技支撐計劃子課題（2011BAI15B03）

陳懿斐（1985-）， 女， 實驗師。chenyifei@slarc.org.cn

魏曉鋒（1980-）， 男， 副研究員， 主要從事實驗動物質(zhì)量控制。E-mail: wei.xf@outlook.com史光華（1967-）， 男， 博士， 副研究員， 研究方向: 實驗動物質(zhì)量認(rèn)證。E-mail: shigh@cnas.org.cn