RFID技术在实验动物行业中的应用的探讨

2016-04-08陈懿斐魏晓锋史光华上海实验动物研究中心上海003中国合格评定国家认可委员会北京0006

实验动物与比较医学 2016年1期

陈懿斐，魏晓锋，高诚，史光华（. 上海实验动物研究中心，上海 003； . 中国合格评定国家认可委员会，北京 0006）

陈懿斐1，魏晓锋1，高诚1，史光华2
（1. 上海实验动物研究中心，上海 201203； 2. 中国合格评定国家认可委员会，北京 100062）

简述了射频识别（RFID）的基本概念及其应用的发展过程，同时根据实验动物的生物学特性、数据采集的需求特性，从RFID技术在实验动物领域的应用概况、应用的意义及优势、应用发展的方向等方面综述了RFID在实验动物领域的应用前景，表明随着RFID技术的不断发展，必将提高实验动物的管理水平和福利水平。

射频识别（RFID）；实验动物；应用

射频识别（Ratio Frequency Identification， RFID），俗称电子标签。RFID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获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术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。RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或标签）组成，它是自动识别领域的一个重要分支［1］。

实验动物是生命科学和医药创新研究“活的试剂”，实验动物科学对于生命基本规律和机理的阐明，对于人类的发病机理、治疗、药物研发，以及相关领域的科技创新所起的作用越来越凸显。人们使用的药物、食物、化妆品以及生产生活环境等的安全问题，都需要利用实验动物进行评价。

1 RFID技术在动物管理领域应用起源

RFID技术在动物管理领域的应用最早起源于对宠物的识别，随后逐渐扩展应用于畜牧业、赛马等领域及宠物、野生动物跟踪，可以用于追溯动物品种、来源、免疫、治疗和用药情况，以及健康状况等重要信息，从而为动物防疫和兽药残留监控工作服务［2］。

国际、国内已就RFID技术在动物身份标识和技术制定了相关的标准：GB/T 20563-2006是我国于2006年制定的标准，它规定了动物RFID过程二进制动物代码的结构［3］。本标准适用于动物个体的识别，也适用于动物管理相关信息的处理与交换。ISO 11784和11785分别规定了动物识别的代码结构和技术准则。其中11785技术标准规定了动物电子标识的数据传输方法和读写器规范，其目的是使不同制造商的动物电子标识电子标签能够使用一个共同的读写器来查询［4］。

2 RFID技术在实验动物领域应用概况

虽然RFID技术在动物领域已有成熟的标准，但目前应用主要集中于畜牧业和宠物管理。而实验动物由于其特殊性，在RFID的应用中有着与其它动物不同的特点。近两年来，国内外都在进行着相关研究和实验应用。美国开发了基于RFID移动实验室动物普查解决方案，利用设备扫描所有实验室的动物笼盒RFID标识，并将所收集的数据纳入实验动物管理软件，这种基于RFID的笼盒普查方案，可使研究设备扫描大量的动物笼盒名片，而且在几秒钟内便可获得并核实相应实验动物的普查数据；美国佛罗里达大学实验室通过对动物笼盒进行标识，应用RFID系统溯源管理近5万只小鼠；台湾麦德凯生命科学研究所正探索将RFID用于实验动物饲育管理流程，对所有的饲育室、饲育笼架及饲育笼盒分别建立RFID标识，也尝试在实验动物上植入RFID标识，以建立身份识别系统，并了解动物对体内标识的适应状况，在单一动物身上植入主动式标识，可进行全时间溯源；国内苏州“国家实验灵长类种子中心西山分中心”采用RFID管理灵长类动物个体档案。

3 RFID技术在实验动物领域应用意义及优势

RFID技术在实验动物行业推广应用，对建立高质量实验动物数据采集和跟踪体系，加强对实验动物管理和动物实验过程中监控具有显著意义［5］，主要体现在: （1）通过高效身份识别与数据采集，为科研提供实验动物在生命周期内准确的饲养、培育、实验信息；同时从实验动物福利角度看，由于生命周期清晰，可以最大限度地提高实验动物的利用率；（2）提高实验动物科研成果数据的科学性和准确性，为生物医学科研提供数据质量和研究条件的保证；（3）RFID技术在实验动物中应用模式探索，在全国实验动物管理、资源共享建设中具有示范效益，可为其他实验动物机构提供有益借鉴；（4）促进实验动物数据管理规格化、标准化和产业化，提高我国自然科技资源的综合竞争能力。

RFID技术用于实验动物管理［6］有以下优势：（1） RFID标识的信息准确，可快速无接触识别，适应各种动物饲育环境；（2） RFID标识的信息容量大，方便的动态信息更新保证动物饲养、培育、科研实验过程等信息标记和跟踪的需要；（3） RFID标识可根据实验动物的体型大小采用不同的规格和形式的标识。

由于实验动物生产使用过程中描述的特殊性，主要包括实验动物物种分类（如小鼠、大鼠、犬、猴等）、品种和品系、不同实验动物的生物学特性（如基本数据、遗传数据、生理数据、生化数据、解剖数据等）、实验动物生长发育和繁殖方式（包括饲养食物、日常活动等）、培育环境和应用特性（包括外部环境和内部环境、设施内部大环境的各种环境控制指标标定范围等）；进行各类动物实验所需的器材，器材的标准等。因此区别于其他动物管理，其特殊性主要表现在：（1）由于实验动物的生物医学实验的特殊需求，如果在生命周期内佩戴电子标识，对其某些生理特性产生影响，导致动物实验结果的不准确性，则该方案不能实际应用；（2）实验动物除了个体身份外、还有饲养种群、实验项目等多种其他身份，这些在目前的RFID编码体系还没有得到相应的体现；（3）在实验动物生命周期中，由于生物医学实验的要求，培育、饲养方法具有多样性，需要进行身份识别的场景相对于畜牧业和宠物管理更为严格复杂。因此可能需要根据不同的应用场景设计相应的读写设备，并解决在实际应用中的可视化、数据碰撞等问题，保证数据读写的准确性。

4 RFID技术在实验动物领域的推广应用和未来发展

4.1 RFID技术在实验动物行业推广应用的体现

主要包括以下几个方面：（1）利用RFID管理实验动物的生长、繁育等整个生命周期过程，包括可能的实验动物利用过程如动物实验等。可以分别对饲育室、饲育笼架及饲育笼盒建立RFID标签，这样管理人员可以很方便地完成各组实验动物饲育记录。管理人员只需依次、依序近距离扫描，便能够在较短时间内掌握实验动物的情况，同时结合远程控制系统可方便的将相关资料及影像上传到数据库。同时从另一方面来说，可以提供实验动物的利用率，从而有相当大的经济效益并可以达到实验动物行业所提倡的“3R”精神。（2）在实验动物体内植入RFID标识，可以很方便地对实验动物个体进行全面的时间跟踪记录和身份识别，可以应用于动物行为学有关的研究。但也需解决相关的技术关键，并了解实验动物对机体内标识的适应状况。

4.2 RFID技术在实验动物行业推广应用需要解决问题

主要包括: （1）在满足实验动物医学实验需求的前提下，探索使用电子标识对实验动物带来的影响和作用，为实验动物使用电子标识的方式提供实验论证。RFID系统中使用的电子标识由天线和标识两部分组成。目前常用的电子标识根据不同的标准可以分为多类: 按供电方式分为有源标识和无源标识；按载波频率分为低频（134 kHz）、高频（13.56 MHz）和超高频（840～960 MHz）标识；按作用原理可分为密耦合标识、遥耦合标识和背散射标识［7］；依据封装形式的不同可以分为环圈式标识、耳标（钉）式标识、可植入式标识以及药丸式标识等。由于实验动物涉及多种动物种类、品系，个体外型大小不一，饲养培育方式多样（例如不同动物种群饲育条件不同、饲养周期不同，由于饲育区光照不均匀，小鼠笼在饲育区需要定期调换位置等），实验动物的去向，也需要向用户提供身份和溯源信息等。因此需要根据不同的物种、饲育管理和应用方式为动物群体、个体寻找合适的标识形式，以及可用的载波频率、调制方法、作用距离。在理论分析的基础上，制作各种标识并利用实验动物进行充分实验，形成按照动物种类、种群、个体等分类的电子标识指标参考，最终确定适用的电子标识。（2）提出在实验动物管理中RFID技术的适用体系，研制RFID的移动智能终端；制定实验动物电子标识的编码内容和规则。目前关于动物的电子标识的编码体系主要有: 国家颁布的动物射频识别标准GB/T 20563-2006以及国际标准化组织（ISO）颁布的11784标准，均采用8字节数，规定了动物射频识别过程中的二进制动物代码的结构。实验动物生产和动物实验需要对实验动物的饲养、培育过程、科研实验过程，进行全程数据跟踪记录，在动物实验的服务平台的数据库中记录的数据信息相当繁杂。在这些环节中，电子标识需要对实验动物的所属群体（繁殖群体、生长群体和实验群体等）、项目协议和项目组、个体等多种身份进行识别和记录。因此，需要在支持ISO和GB标准的基础上，合理的设置自定义标志位，使得其能满足各种不同所属身份识别的需求。同时，不同的电子标识能够携带的信息量不同。在选定适用的标识后，应在各种过程记录信息中筛选出必要的信息项随身份标识记录在电子标识中，以便于整个生命周期数据的快速采集和应用。另外，实验动物的培育、饲养方式、实验环境的多样性，决定了在不同的应用场景中需要使用不同的读写器，来完成实验动物身份的识别，如普通手持式的读写器、特定环境下的门禁式读写器等。这些不同应用场景中读写器都存在着可视化问题、防碰撞问题和安全性问题。特别是对于个体小、大量群养的啮齿类实验动物如何应用特殊的读写方式在ISO11785技术规范框架内实现RFID标识群体识别将是关键问题。实验动物进入科学实验的跟踪周期一般会比较长，安全可靠的身份标识和全面的跟踪信息对防止实验动物的误用或冒用，保证科学实验的一致性和准确性至关重要，同时也从一方面决定了数据采集应用方式。（3）提出基于RFDI技术的实验动物管理、服务流程，开发动物种群管理与实验个体跟踪的示范管理系统，为科学化地管理实验动物，更好地为医学、医药领域服务奠定基础。实验动物设施和动物实验过程采用RFID技术后，其工作模式、数据采集记录方式必将跟着发生变化。如何更好地利用RFID技术带来的便利，需制定相适应的工作流程、服务平台实现流程规范，充分发挥RFID的优越性，更及时、全面地记录实验动物的各种数据，在动物的生命周期各环节中有效地跟踪、溯源群体、个体信息，进而为公共的服务平台运行和服务模式打下坚实的基础。同时可以纳入当地政府实验动物信息公共服务平台。（4）对于植入式的标识需评估标识植入后对于实验动物正常生理状态的影响，为后续推广实验动物标识的应用和相关伦理研究提供科学依据。常用的啮齿类实验动物体形较小，适用电子标识前，需要经过理论分析和大量实验验证，佩戴电子标识后对其动物福利和生理特性产生的影响。最终从适用的标识种类，植入方式，植入部位和植入标准规程等方面确定高效可行的电子标记模式。