应用区块链技术指导实验动物管理模式建立的应用研究

李昀泽 陈 红

(1.江苏省中医院 南京中医药大学附属医院，南京 210029)(2.连云港市食品药品检验检测中心，连云港 222000)

实验动物是药品检验检测工作的基础和重要支撑条件，其应用几乎涉及到医药科学的各个研究领域[1-2]。据报道，1901—2010年67.5%的诺贝尔生理学或医学奖的获奖成果是通过实验动物或动物实验获得的[3-4]。因此，实验动物管理工作具有十分重要的意义。连云港市食品药品检验检测中心的药品检验检测中，50%以上的研究需要使用实验动物或者进行动物实验；江苏省中医院基础药理室主要从事中药复方制剂、新药临床前药理研究及医院承担的国家级、省部级药理学相关研究工作，近5年完成动物实验近200项。实验动物管理水平不仅直接影响科研数据和结果的准确性，同时直接关系到工作人员的健康安全和环境安全[5-7]。

区块链是近年来出现的新技术，由一个共享的，容错的分布式数据库和多节点网络组成。它是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式，是多种网络技术组合来解决一个核心问题的新算法。它的本质是作为一个去中心化的数据库，是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一批次的信息，用于验证其信息的有效性和生成下一个区块[8]。本文讨论拟在连云港市食品药品检验检测中心应用区块链技术，提升实验动物管理水平，更新实验动物管理模式，并根据区块链技术的特性，设计方案，评价应用后的实际效果。

1 目前实验动物管理工作中存在的短板

实验动物工作不仅对专业知识要求较高，其涉及的应用领域和监管环节也较广泛，在实验动物管理中，专业型管理人才相对较为缺乏，严重制约了实验动物管理水平和质量。我国实验动物行业起步较晚，实验动物设施投入相对有限，监管和法制宣传不足，造成实验动物管理中设施标准无法得到统一。另外，部分实验动物的购买、检疫、处置等较为随意。这些问题带来严峻的生物安全隐患，这也是实验动物管理工作需要持之以恒常抓不懈的基本内容。

实验动物科学作为药品检验检测工作发展的基础和支撑条件是提升药品检验检测领域创新能力的关键因素之一[9]，同时在医学实验中，实验动物也常用来复制多种人类疾病，如江苏省中医院脑病中心常使用的阿尔茨海默病模型及缺血性脑血管病模型等，甚至是感染或者传染性病原体实验，如猴痘模型及禽流感模型等，废弃的实验动物或者实验器具可能带有大量致病菌或病毒，若处置不当，极易引发生物安全事故[10]。在一些实验动物生物安全检查中，部分实验动物尸体被随意丢弃或进入市场，同时存在部分动物实验器具未经消毒带入动物房，实验废弃物随意放置等问题。对实验动物尸体及废弃物的管理仍是实验动物管理工作的薄弱环节，以上现状也说明了，目前的实验动物管理模式存在漏洞，必须引入新的技术改进管理模式，才能避免出现安全隐患。

2 区块链技术的源流和理论基础

区块链概念较早出现在中本聪的白皮书中，2015年，《经济学人》刊发了一篇题为《区块链的承诺：信任机器》的封面文章[11]，认为区块链技术是创造信任的技术，拥有改变人们之间合作模式以及商业合作模式的巨大影响力。有研究[12]提出，区块链技术是一种去中心化的数据库，兼具公开性和透明性特征。中国工业和信息化部在其白皮书中提出，区块链是一种基于计算机分布式数据存储、点对点传输、加密算法、共识机制等技术的新型应用范式[13]。

区块链本质上是一种以现代数据库技术、互联网技术、现代密码学技术为基础，集合分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等的应用模式[14-15]。区块链技术也为即将到来的元宇宙奠定坚实的基础。

3 区块链特色技术

3.1 分布式文本技术

管理文本由分布在不同地方的多个节点共同完成，且每个节点记录的都是完整文本，均可用于监督实验动物管理的合法性和有效性。运用区块链技术的“免信任”特性，能让实验动物管理机构创建全民认同的智能身份认证系统。例如，连云港市食品药品检验检测中心通过开发利用区块链记录实验动物的购买、饲养、使用、退出的完整情况，生成智能条码，在每个动物的身上放置标签；无论是管理检查，或是科研设计，只需要提供条码，就可以借助区块链技术完成信息的认证。同时，实验动物处理也可以使用区块链技术，智能条码可以最终记录该实验动物被处理地点以及处理人等信息；如出现实验动物尸体被随意丢弃、实验废弃物随意放置等问题，便会因执行流程出现缺漏，而做到实时提醒操作者及管理者。不仅能为上级管理部门节省宝贵的人力物力，也可以让科研成果更加值得信任。

3.2 非对称加密和授权技术

存储在区块链上的文本信息都是公开的，但身份信息是高度加密的，只有在数据拥有者授权的情况下方可访问，能够保证数据安全与个人隐私。可以给管理者设置身份信息，加密安全的情况下随时随地调取数据。实验人员具有免信任特性的档案身份认证系统作为智能“身份证”，让每个实验人员的区块链身份证显示姓名、照片、在线头像、联系方式等，同时可让身份证嵌入一个不可更改的密钥，其中包括创建日期、密钥 ID、签名栏、专属二维码、交易编号和哈希算法证明等区块链的独特标记。同时，在发出实验报告时，区块链的非对称加密术，也可以维护报告的权威性和知识产权，还能有效地增强私密档案信息的安全性，全国推广后可作为科研成果的有力背景资料。

3.3 共识机制

实验动物处理节点通过何种方式达成共识并认定一个处理去向的有效性，这既是认定的手段，也是防止篡改的手段。运用区块链技术的“时间戳”特性，能够生成一定时间段的信息区块和区块之间首尾相连的数据链。它既能形成可追本溯源、可遂笔验证、不可篡改、不可伪造的档案信息数据，又可让每个参与者在生成信息区块时都能自动加盖“时间戳”，以利有效证明归档信息的原创性和所有权归属。区块链技术的时间戳特性，能够有效地解决档案信息防伪与数据追踪难题。通过考察可以发现，借助区块链系统开源的程序、开放的规则和高参与度、高透明度等技术优势，不仅能让区块链档案数据记录和运行规则进行全网节点审查与追溯，而且用户信息与操作记录一旦被确认后便不受任何人为干预，若想篡改区块链上的档案数据，成本将高到无法接受。例如，利用区块链技术，记录每一次动物实验操作，使科研工作流程和科研数据等可溯源。因此，区块链系统中的档案信息数据具有极高的稳定性和可靠性。如果在实验动物处理不完善后出现了社会问题，政府的监管将会变得非常容易，因为数据无法更改，也就更能明确责任人。

3.4 智能合约

基于这些可信的、不可篡改的数据，可以自动化地执行一些预先设定好的规则和条款。通过考察可以发现，借助区块链技术的智能合约功能，能够自动执行合约条款的计算机程序，特别是区块链可为智能合约提供可信执行环境。它可改变原有的办事流程，无需事前审查、签订委托书和支付预付成本，且各项流程都被“程序化”和“数字化”，申请动物实验的用户可以智能提交，迅速审批，享受到更加及时、优质的服务。“智能合约”一旦启动即会自动执行，可为科研申请者及科研机构自动完成签约执行工作，既无需双方任何一方的干预，也不用完全依赖双方对彼此的信任。若出现违约，如实验动物处理部门的疏漏，或因违约，拒绝处理实验动物，“智能合约”能够确保另一方规避违约方造成的损失，按照之前设定好的规则自动执行。这一技术优势，大大消除了因不履行合约而产生冲突的可能。

4 讨论

新冠肺炎疫情的冠状病毒发生，将人们的视觉转移到了野生动物或实验动物的身上。实验动物是指经人工饲育，对其携带的微生物实行控制，遗传背景明确或者来源清楚的动物，从古至今，科学的发展和实验动物的贡献密不可分。由于动物和人类的基因相似度较高，科学家们前期通常会用动物来作为实验对象，为人类探索生命的奥秘，攻克癌症的堡垒，研究各种疾病与衰老的机制，也有进行危害性生物因子科研活动所必需的感染性动物实验，如研发埃博拉病毒疫苗、甲、乙肝疫苗、新冠病毒疫苗、流感疫苗的实验室；研究人员可以观察药物对实验动物的影响，发现药物的毒副作用，包括致癌、致畸、致毒、致突变等。在安全的情况下再应用到人类身上，可以说实验动物们为人类的用药安全筑起一道防护墙，被誉为“活的试剂”“最精密的仪器”。动物实验在许多研究中仍然无可替代。

当前，全球正在兴起新科技革命和产业变革[16]，中国2015年政府工作报告确定行动计划，2月也启动了十大中关村产业创新工程，网络技术的跨界融合正在改变各行业发展形态和全球竟争格局，将物体属性纳入到互联网信息共享中[17-18]，利用区块链技术，打造“智慧实验动物中心”，是实验动物中心平台生态化发展的必由之路。使用区块链技术管理对于实验动物信息的标准性、保密性、数据的及时性、操作的灵活性，比传统管理得到了很大的提高。

实验动物管理模式是实验动物行业发展的风向标。目前实验动物的管理还是传统的方法，笔者探讨以区块链技术更新实验动物管理模式，进一步提高实验动物管理水平，同时初步应用后，将实验动物质量合格证、品系、购入单位、饲料质量合格证、垫料、实验动物废弃物处理、笼器具，以及实验人员上岗证、许可证、有资质提供实验动物及饲料管理的公司、实验动物福利伦理审查管理、动物实验管理等纳入区块链管理模式，建立“互联网+”工程，为实验动物生产环节与使用环节中的数据统计和提供精准的数据支撑。提高传统管理模式的效能，实现创造出更好的经济效益和社会效益，优化实验动物的学科优势，提高实验动物中心社会中的地位与作用，充分发挥实验动物的公共服务职能。

经过文献分析及初步实践可以发现，目前关于区块链应用的研究大多集中在技术应用层面和经济社会等领域的宏观效应层面，包括数字货币、智能合约、信任机制，或政府治理、社会公共服务、文化出版等[19-21]，以及目前热门的元宇宙打造。共享才能共进，共创才能共赢。在“互联网+”的思维下，利用区块链技术，实现实验动物资源整合、数据利用、成果分享，也将使药品检验检测中心的研究开发、科研转化更加简便。