RFID技术是一种成熟的非接触式的自动识别技术, 通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID标签中载有关于目标物的各类相关信息, 该技术能够利用射频信号将信息由RFID标签传送至RFID阅读器。远距离、无线非接触的读写方式, 使RFID在菌种资源应用中显示出明显的优势。

RFID技术原理为阅读器通过天线发射电磁波, 电磁波有其辐射范围, 当射频标签进入此电磁波辐射范围内时, 射频标签将天线所发射的微小电磁波能量存储起来, 进而转换成电路所需的电能, 将存储的识别资料以无线电波的方式通过天线传送给阅读器, 并进行后续操作与控制, 见图1。

图1

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	图1 RFID技术的工作原理

该系统的组成包括软件部分与硬件部分。

1. 硬件 (1)作业人员权限操作卡和样本抽屉卡:使用权限和定位管理; (2)样本电子标签:保存菌种样本的所有信息和样本存放位置; (3)标签发放读头:读取/写入标签或卡的UID信息, 并与系统软件进行信息通讯; (4)手持式读写器:存放特定软件, 对各类卡和样本标签进行读写操作, 以确认样本并更改相关的样本信息, 通过通讯线与计算机的相连可以与系统软件进行通讯, 上传和下载数据记录; (5) 样本定位、追踪、报警管理模块组成:定位追踪专用读头、天线分配器、阵列天线控制板、抽屉通信控制器、主控制器; (6)数据处理备份及工作用电脑:商务电脑、外置数据备份设备、HP磁带机。

2. 软件 软件包括手持式读写设备软件和样本管理系统软件。(1)手持式设备软件:主要功能包括手持设备的功能设置, 与系统软件的通讯, 实现信息的传递, 实现对样本的查询、定位的确认; (2)管理系统软件:管理系统软件主要有4大功能模块。①系统管理模块:系统管理模块主要分为用户管理、抽屉管理、样本管理3个功能。其中用户管理主要负责对工作人员进入系统的权限设置管理, 包括操作卡的生成。抽屉管理是针对每一个抽屉里的固定菌种样本数量变化和位置变化的管理。样本管理是指对每一个菌种的UID号相对应的信息修改(包括Excel报表的导入); ②查询功能模块:查询功能模块里有抽屉、菌种的即时查询, 最主要可以根据菌种信息的输入即时查询存放的精确位置, 同时也可以生成报表导出; ③统计功能模块:该软件模块可随时统计菌种总量或某种类量, 并能统计某柜某抽屉有多少空位可存放菌种; ④日常操作模块:日常操作模块有发卡、移除、日常监视3大功能。其中发卡是对新菌种进行标识并导入相应信息与标签的UID相关联。移除功能是在系统中标识要移除菌种的位置和信息并定义了移除时间段, 这时系统会认为这个或多个菌种是待移除状态。所有移除的信息导入手持式读写器, 以便于工作人员操作后的确认。日常监视是指每个抽屉都有个监视界面, 工作人员的所有操作都可在此界面显现出来。因为每一个菌种都在样本定位硬件模块的监控中, 所以相对应的整个系统都处在24 h实时的系统软件控制中, 杜绝了工作人员违规操作、非法取用、错拿样本的可能, 如果发生这些情况系统自动即时发出错误警报。

系统管理操作流程见图2。

图2

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	图2 系统管理操作流程

1. ID发卡制作 (1)样本电子标签的发卡:通过标签发放读头对没标识的标签菌种进行认证与信息录入, 并登入系统的数据库中。因每一个样本相对应的电子标签的UID码是全球惟一的, 所以保证了每一个菌种样本的信息惟一性; (2)样本抽屉卡:本系统中设计固定菌种样本存放在一个抽屉里, 并每个抽屉都安装一套样本定位、追踪、报警模块。所以每个抽屉为一个样本储存管理单元, 内置一张抽屉ID卡, 准确记录抽屉内样本的信息以便于系统的统一管理; (3)工作人员系统操作卡:通过ID发卡器定义制作工作人员的操作卡, 卡内储存相关工作人员的基本信息, 并有密码设置, 更可在系统中设置人员权限管理操作。

2. 日常操作 (1)存放及定位:在本系统中每个发过卡的菌种存放是非常智能化的, 无需先记录存放的位置。可以随意存放任何一个发过卡的抽屉里的任何一个位置, 系统通过定位模块在后台软件定位界面里自动显现位置。相应的信息也同时登入系统, 整个过程高度自动化、安全化、智能化; (2)移除操作:首先在软件系统中定义待移除菌种, 并设置移除的时间。系统会在这个时间段授权移除, 如果超过这个时间段, 移除系统照样会以非法操作而报警; (3)误取、多取、少取、窃取安全报警:系统能够全程监督操作流程, 在错取、多取、少取、窃取的情况下, 系统会实时报警, 保证了工作人员工作的准确性及安全性。

3. 查询与统计 通过输入菌种信息如菌名、菌号、来源地等来查询具体存放的位置及数量。当然在软件定位界面中点击位置可以反映相对应位置菌种的所有信息。还可以对存放菌种的位置及各菌种类型、数量进行查询统计。查询统计的结果可以以Excel标准报表导出并打印, 相关信息也可以随时以Excel表的形式导入系统。

4. 移动PDA读写器的操作 方便工作人员携带, 每次取用菌种的操作确认以及读卡信息的查询、统计, 并可操作信息数据上传与下载。

1. 菌种库样本跟踪安全管理系统的实际效果 (1)样本监控:样本出入库和保藏整个管理过程中达到自动化监控和自动化管理; (2)防止盗窃:通过配置工作人员权限操作卡, 对样本出入库实施严格的安全管理, 只有当管理人员下达指令时才能正常取出样本, 任何其他人员擅自提取样本将触发系统自动报警。这样能够有效防止外来和内部人员的窃取菌种, 提高了安全性; (3)自动定位:通过X、Y、Z轴三点立体自动定位, 样本可以在任何空档随意存放, 样本一旦放入, 抽屉底部定位器即能自动识别并记录样本的所有信息; (4)样本跟踪:跟踪样本出库后去向, 样本在运输途中如有意外能够及时追查到, 便于管理。本系统目前仅上海市疾病预防控制中心使用, 将来可推广到全市各区县疾控系统, 达到全市联网跟踪的效果; (5)自动纠错:当工作人员在取出样本时, 在误取、多取、少取等操作失误的情况下, 系统会报警提示; 在样本取出后, 需由阅读器再次扫描, 防止工作人员指令差错, 确认无误后发菌种; (6)自动记录:进出样本系统自动记录工作情况, 并随时备份到单位中央服务器数据库, 确保数据资料的安全存档; (7)自动样本统计:自动样本统计、结果分析、自动生成菌种目录。根据设置不同级别的授权, 管理人员能方便及时查询到库存样本情况; (8)远程样本时效情况提示:长时期保藏后及时提示样本时效情况, 如50年后某菌种的管理时间到了失效期限, 系统会自动提醒工作人员及时传代。上述效果符合实验室生物安全管理要求, 该系统是比较理想和安全的菌种库日常管理系统。

2. 菌种库日常信息管理 随着疾病防控和研究开发工作的开展, 新的信息不断增加, 旧的资料也要不断的更新。在原来没有菌种数据库的情况下, 菌种的存取、资料的整理统计、新信息的追加都需要消耗许多人力、时间才能完成, 并会因人为因素出现差错, 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^{[1, 2]}。而该系统的应用使菌种管理工作效率大大提高。

3. 加强实验室生物安全管理 近年来, 从国家到地方各级卫生医疗部门在工作中均加强了实验室生物安全管理力度。此安全管理系统的研发能有效的防盗, 能完善和加强安全管理, 确保了菌种保藏工作领域的严密性和安全性。

4. 编辑菌种目录 采用传统方法将保藏的菌种内容编辑成“ 菌种目录” , 人工编排将是一项繁重的工作, 而使用该系统的“ 输出目录” 功能, 可即时自动选出信息完整的记录, 按照规范要求的《菌种目录》(第3版)的格式输出有关菌种信息。

5. 服务于菌种的科研开发 由于在科研工作中需要针对不同的研究目的和方向选用与此相关的菌种, 应用该系统为研究工作提供了快速、准确、完整的菌种信息, 而今后的研究进展也能及时地录入到管理系统中, 又可作为未来进一步研究工作的资料。该系统的研发不仅为菌种资源库的管理提供了方便, 也为有关疾病防控、科研工作及应用服务提供科学、规范、准确的资料。

该系统国内先进、安全性好, 目前仅为本单位使用的单机版本, 应用范围受到限制, 若能向全国各地推广, 建成网络连接, 便可使全国的同行共享信息。另外, 随将来业务的开展, 菌种数据库还可以扩展需要, 增加相应的功能, 使系统能得到更广泛的应用。