RFID技術在實驗動物行業中的應用的探討

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可委員會， 北京 0006）

RFID技術在實驗動物行業中的應用的探討

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可委員會， 北京 100062）

簡述了射頻識別（RFID）的基本概念及其應用的發展過程，同時根據實驗動物的生物學特性、數據采集的需求特性，從RFID技術在實驗動物領域的應用概況、應用的意義及優勢、應用發展的方向等方面綜述了RFID在實驗動物領域的應用前景，表明隨著RFID技術的不斷發展，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； 應用

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

實驗動物是生命科學和醫藥創新研究“活的試劑”，實驗動物科學對于生命基本規律和機理的闡明，對于人類的發病機理、治療、藥物研發，以及相關領域的科技創新所起的作用越來越凸顯。人們使用的藥物、食物、化妝品以及生產生活環境等的安全問題，都需要利用實驗動物進行評價。

1 RFID技術在動物管理領域應用起源

RFID技術在動物管理領域的應用最早起源于對寵物的識別，隨后逐漸擴展應用于畜牧業、賽馬等領域及寵物、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控工作服務［2］。

國際、國內已就RFID技術在動物身份標識和技術制定了相關的標準：GB/T 20563-2006是我國于2006年制定的標準，它規定了動物RFID過程二進制動物代碼的結構［3］。 本標準適用于動物個體的識別，也適用于動物管理相關信息的處理與交換。ISO 11784和11785分別規定了動物識別的代碼結構和技術準則。其中11785技術標準規定了動物電子標識的數據傳輸方法和讀寫器規范，其目的是使不同制造商的動物電子標識電子標簽能夠使用一個共同的讀寫器來查詢［4］。

2 RFID技術在實驗動物領域應用概況

雖然RFID技術在動物領域已有成熟的標準，但目前應用主要集中于畜牧業和寵物管理。而實驗動物由于其特殊性，在RFID的應用中有著與其它動物不同的特點。近兩年來，國內外都在進行著相關研究和實驗應用。美國開發了基于RFID移動實驗室動物普查解決方案，利用設備掃描所有實驗室的動物籠盒RFID標識，并將所收集的數據納入實驗動物管理軟件，這種基于RFID的籠盒普查方案，可使研究設備掃描大量的動物籠盒名片，而且在幾秒鐘內便可獲得并核實相應實驗動物的普查數據；美國佛羅里達大學實驗室通過對動物籠盒進行標識，應用RFID系統溯源管理近5萬只小鼠；臺灣麥德凱生命科學研究所正探索將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標識，也嘗試在實驗動物上植入RFID標識，以建立身份識別系統，并了解動物對體內標識的適應狀況，在單一動物身上植入主動式標識，可進行全時間溯源； 國內蘇州“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技術在實驗動物領域應用意義及優勢

RFID技術在實驗動物行業推廣應用，對建立高質量實驗動物數據采集和跟蹤體系，加強對實驗動物管理和動物實驗過程中監控具有顯著意義［5］，主要體現在: （1）通過高效身份識別與數據采集，為科研提供實驗動物在生命周期內準確的飼養、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據的科學性和準確性，為生物醫學科研提供數據質量和研究條件的保證； （3）RFID技術在實驗動物中應用模式探索，在全國實驗動物管理、資源共享建設中具有示范效益，可為其他實驗動物機構提供有益借鑒； （4）促進實驗動物數據管理規格化、標準化和產業化，提高我國自然科技資源的綜合競爭能力。

RFID技術用于實驗動物管理［6］有以下優勢：（1） RFID標識的信息準確，可快速無接觸識別，適應各種動物飼育環境； （2） RFID標識的信息容量大，方便的動態信息更新保證動物飼養、培育、科研實驗過程等信息標記和跟蹤的需要； （3） RFID標識可根據實驗動物的體型大小采用不同的規格和形式的標識。

由于實驗動物生產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特性（如基本數據、遺傳數據、生理數據、生化數據、解剖數據等）、實驗動物生長發育和繁殖方式（包括飼養食物、日?；顒拥龋?、培育環境和應用特性（包括外部環境和內部環境、設施內部大環境的各種環境控制指標標定范圍等）； 進行各類動物實驗所需的器材，器材的標準等。因此區別于其他動物管理，其特殊性主要表現在：（1）由于實驗動物的生物醫學實驗的特殊需求，如果在生命周期內佩戴電子標識，對其某些生理特性產生影響，導致動物實驗結果的不準確性，則該方案不能實際應用；（2）實驗動物除了個體身份外、還有飼養種群、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的體現； （3）在實驗動物生命周期中，由于生物醫學實驗的要求，培育、飼養方法具有多樣性，需要進行身份識別的場景相對于畜牧業和寵物管理更為嚴格復雜。因此可能需要根據不同的應用場景設計相應的讀寫設備，并解決在實際應用中的可視化、數據碰撞等問題，保證數據讀寫的準確性。

4 RFID技術在實驗動物領域的推廣應用和未來發展

4.1 RFID技術在實驗動物行業推廣應用的體現

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掌握實驗動物的情況，同時結合遠程控制系統可方便的將相關資料及影像上傳到數據庫。同時從另一方面來說，可以提供實驗動物的利用率，從而有相當大的經濟效益并可以達到實驗動物行業所提倡的“3R”精神。（2）在實驗動物體內植入RFID標識，可以很方便地對實驗動物個體進行全面的時間跟蹤記錄和身份識別，可以應用于動物行為學有關的研究。但也需解決相關的技術關鍵，并了解實驗動物對機體內標識的適應狀況。

4.2 RFID技術在實驗動物行業推廣應用需要解決問題

主要包括: （1）在滿足實驗動物醫學實驗需求的前提下，探索使用電子標識對實驗動物帶來的影響和作用， 為實驗動物使用電子標識的方式提供實驗論證。RFID系統中使用的電子標識由天線和標識兩部分組成。目前常用的電子標識根據不同的標準可以分為多類: 按供電方式分為有源標識和無源標識；按載波頻率分為低頻（134 kHz）、高頻（13.56 MHz）和超高頻 （840～960 MHz） 標識； 按作用原理可分為密耦合標識、遙耦合標識和背散射標識［7］； 依據封裝形式的不同可以分為環圈式標識、耳標（釘） 式標識、可植入式標識以及藥丸式標識等。由于實驗動物涉及多種動物種類、品系，個體外型大小不一，飼養培育方式多樣（例如不同動物種群飼育條件不同、飼養周期不同，由于飼育區光照不均勻，小鼠籠在飼育區需要定期調換位置等），實驗動物的去向，也需要向用戶提供身份和溯源信息等。因此需要根據不同的物種、飼育管理和應用方式為動物群體、個體尋找合適的標識形式，以及可用的載波頻率、調制方法、作用距離。在理論分析的基礎上，制作各種標識并利用實驗動物進行充分實驗，形成按照動物種類、種群、個體等分類的電子標識指標參考，最終確定適用的電子標識。（2）提出在實驗動物管理中RFID技術的適用體系，研制RFID的移動智能終端； 制定實驗動物電子標識的編碼內容和規則。目前關于動物的電子標識的編碼體系主要有: 國家頒布的動物射頻識別標準GB/T 20563-2006以及國際標準化組織（ISO）頒布的11784標準，均采用8字節數，規定了動物射頻識別過程中的二進制動物代碼的結構。實驗動物生產和動物實驗需要對實驗動物的飼養、培育過程、科研實驗過程，進行全程數據跟蹤記錄，在動物實驗的服務平臺的數據庫中記錄的數據信息相當繁雜。在這些環節中，電子標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）、項目協議和項目組、個體等多種身份進行識別和記錄。因此，需要在支持ISO和GB標準的基礎上，合理的設置自定義標志位，使得其能滿足各種不同所屬身份識別的需求。同時，不同的電子標識能夠攜帶的信息量不同。在選定適用的標識后，應在各種過程記錄信息中篩選出必要的信息項隨身份標識記錄在電子標識中，以便于整個生命周期數據的快速采集和應用。另外，實驗動物的培育、飼養方式、實驗環境的多樣性，決定了在不同的應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、特定環境下的門禁式讀寫器等。這些不同應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、大量群養的嚙齒類實驗動物如何應用特殊的讀寫方式在ISO11785技術規范框架內實現RFID標識群體識別將是關鍵問題。實驗動物進入科學實驗的跟蹤周期一般會比較長，安全可靠的身份標識和全面的跟蹤信息對防止實驗動物的誤用或冒用，保證科學實驗的一致性和準確性至關重要，同時也從一方面決定了數據采集應用方式。（3）提出基于RFDI技術的實驗動物管理、服務流程，開發動物種群管理與實驗個體跟蹤的示范管理系統，為科學化地管理實驗動物，更好地為醫學、醫藥領域服務奠定基礎。實驗動物設施和動物實驗過程采用RFID技術后，其工作模式、數據采集記錄方式必將跟著發生變化。如何更好地利用RFID技術帶來的便利，需制定相適應的工作流程、服務平臺實現流程規范，充分發揮RFID的優越性，更及時、全面地記錄實驗動物的各種數據，在動物的生命周期各環節中有效地跟蹤、溯源群體、個體信息，進而為公共的服務平臺運行和服務模式打下堅實的基礎。同時可以納入當地政府實驗動物信息公共服務平臺。（4）對于植入式的標識需評估標識植入后對于實驗動物正常生理狀態的影響，為后續推廣實驗動物標識的應用和相關倫理研究提供科學依據。常用的嚙齒類實驗動物體形較小，適用電子標識前，需要經過理論分析和大量實驗驗證，佩戴電子標識后對其動物福利和生理特性產生的影響。 最終從適用的標識種類，植入方式，植入部位和植入標準規程等方面確定高效可行的電子標記模式。

5 結論

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

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

［2］ 陳一天. RFID及其在動物識別與跟蹤中的應用［J］. 金卡工程， 2005， 9（7）:39-42.

［3］ GB/T 20563-2006 動物射頻識別 代碼結構［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據結構與算法設計［J］. 計算機應用與軟件， 2013， 8（30）:214-216.

［5］ 白殿卿， 鄭穎. RFID技術在實驗動物領域的應用［J］. 實驗動物與比較醫學， 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（RFID）在SPF級實驗動物管理上的應用［J］. 實驗動物科學， 2010 （3）:32-36.

［7］ Dirk Henrici， RFID Security and Privacy-Concepts，Protocols， and Architectures［M］. Berlin， Heidelberg: Springer-Verlag， 2008.

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: 實驗動物質量認證。E-mail: shigh@cnas.org.cn