實驗室設計,實驗室規劃,實驗室裝修,實驗室建設,實驗室改造

  一、布局考慮

  實驗動物飼養機構通常是獨立的機構,飼養設施是建筑主體,根據需要配有相關的實驗室。而實驗動物使用機構則不同,實驗室通常是建筑主體,動物飼養設施的面積相對較小,飼養動物是實驗過程的一部分,但是在一些安全性評價機構(GLP實驗室)動物飼養設施是最重要的組成部分。

  在考慮實驗動物設施的布局時,從大的方面講,包括三個防護區和四條控制路線。所謂三個防護區是指:外圍防護區、建筑防護區和飼養防護區。四條控制路線是指:人員控制路線、動物控制路線、物料控制路線和廢物控制路線(見圖1),通過個體防護、包裝等措施人、動物、物料的流動路線可共用。

  

 

  工藝布局主要是規范工作流程和人員、動物、物品等的相互關系和移動,并確保安全,此外,對形成屏障結構意義重要。

  二、外圍防護區

  主要指建筑外圍的區域。鑒于實驗動物飼養的特殊性,外圍可能需要設監控設備、人員進出的控制、衛生防護帶等。如果設施內從事涉及高致病性病原微生物的動物實驗活動,須考慮設施的安保要求,以及一旦發生意外事故后對周圍控制區域的需求、疏散和救援需求。外圍的防護主要通過設置柵欄、圍墻等方式實現。鑒于景觀的需求,使用柵欄更顯人性化。柵欄不應低于2米,欄桿的間距不大于10厘米,欄桿要堅固、易于清潔。此外,需要設置照明系統、報警系統和視頻監控系統,更高級別的防護包括地下的電磁場報警、紅外線報警和運動物體報警、低壓電擊等措施。防護區內一般不布置綠化,以免影響監控,同時也可減少昆蟲、老鼠等。為保證正常的外來服務,如郵件、送貨、訪客等,通過風險評估決定是否需要安檢、特殊通道、中轉站等措施。對控制區域應設置警示牌,避免無意闖入。對防護要求高的設施,應保證外來車輛不能靠近設施,離開至少30米遠。在外圍防護區,宜設專用的外部人員和車輛入口。

  三、建筑防護區

  建筑防護區主要指實驗動物設施所在的建筑。建筑內有動物設施和其它設施,其它設施可能與動物設施有關,也可能無關;動物設施可能就是建筑的主體,也可以是其部分。需要考慮的主要問題是動物設施環境與建筑物內其它區域環境的相互隔離與相互關系,人員、動物、物料和廢物的進出路線。適用時,動物設施及其相關的設施宜集中布置,從事感染動物活動的設施需要單獨布置。建筑除主入口外,要考慮設置動物、大型設備和廢物的出口/入口。出于安全考慮,必須評估和明確對門窗的性能要求。在合理控制數量的前提下,對門窗的大小、形狀、耐沖擊能力、耐火性、保溫性、光學特性等均要有要求。可能的風險來自于異常的氣候、自然災害、人為破壞、設備異常等,如,通風系統的異常可造成室內壓力急劇變化,造成門窗損壞。在豎向布局方面,動物設施宜布置在低層,以方便運輸動物和物料。較大型的實驗動物設施通常有相對復雜的通風空調系統和污水處理系統,常采用所謂“三明治”結構(見圖2)。這種結構的特點是設備維護方便,如果設計有備份系統,可以實現真正意義上的連續工作,避免影響實驗活動。國內一些設施,將管道等放入設備夾層(吊頂),雖可以降低總層高和節省建設費用,但狹小的空間不利于維護設備和進行性能檢測,從長期來看,增加的維護費用、改造費用等可能會遠遠大于當初節省的費用。此外,這類設施的可變性小,一旦相關的要求發生變化,可能面臨難以改造的風險。

  

圖片1

 

  圖2 澳大利亞實驗動物設施豎向布局示意圖

  四、飼養防護區

  一個設施基本的形態是由入口、走廊(或通道)、功能間和出口組成,如圖3所示。

 

 

  走廊是連接各功能區的紐帶,各種通道發揮快捷、隔離、消毒等作用。實驗動物設施的特點是不相容的因素多,需要利用走廊和通道對不相容的因素作合理的安排。走廊的形式包括雙走廊、單走廊等、U型走廊、環廊等,示意圖如下(圖4)。

  

 

  圖4 設施內部走廊的設計

  設施內部的安排應根據工作流程和利于控制風險的原則確定,此外,還要考慮工程可行性和日常維護的方便性,可以組成相對獨立的單元,示意圖如下(圖5)。

  

 

  五、動物的進出

  動物進出的基本原則是盡量保持單向流。設計人員應充分了解實驗動物機構的特定之工作流程。動物生產設施和動物實驗設施應分開設置。對動物生產設施而言,需要將所生產的實驗動物發送至合同機構,需要考慮動物輸出的問題。而在動物實驗設施,動物最終多以尸體的形式或經過處理的固態和液態等形式運出,但是,無論從動物福利或實驗需求角度,也有可能需要將存活的動物運出動物實驗設施。

  實驗動物是工作對象,其在設施內的流轉(見圖6和7)應根據工作流程合理設置。從控制污染的角度,單向流是基本原則,如果在某些環節做不到,需要考慮特殊的設計,如使用隔離傳遞裝置等。在動物流動的過程中,應該始終考慮如何清潔和處置動物的排泄物、分泌物、毛發等。生物安全動物設施出入的設計需要重點關注病原控制問題,運入或運出設施的動物/尸體可能是已經被感染的動物。生物安全動物設施應單獨設置。

  

 

  六、人員的進出

  進出實驗動物設施的人員主要包括動物管理人員、動物實驗人員和清潔人員。此外,還有送貨人員、維護人員、來訪人員、檢查人員、安保人員等。為保證各類人員的進出有序,需要合理設計路線和設置不同級別的物理限制。人員的移動具有主動性,可以到達任何區域,要通過SOP和物理控制措施管理人員的移動。

  合理的設計基于對工作類型、流程以及控制要求的了解程度。理想的情況是不同工作類型的人員之間沒有交叉,這可以通過區域劃分、時間順序、設置通道(如傳遞窗)等方式實現。

  從控制理念講,設施應明確區分控制區和非控制區。控制的內容包括環境、衛生、安全、安保、隱私等,并要在控制程度上進行分級。通常,核心工作區設置在內圈。設計人員可以先了解一些復雜的大型動物設施,包括動物生物安全設施,以獲得感性的認識,僅滿足標準的設施不一定是好用的設施。

  人員進出可以走同一路線。穿越控制要求不同的區域時,可以通過緩沖間/氣鎖,并更換個體防護裝備或消毒,而達到控制要求。

  更衣室和淋浴間是人員進出的關鍵房間。其大小除考慮性別的特殊要求外,還要考慮同時進出人員的數量,過長的等待時間會影響正常開展實驗,或造成人員急躁。

  關鍵節點的緩沖間/氣鎖和走廊構成人員移動的路線。根據情況,可以考慮采用單走廊、雙走廊、多走廊等。

  人員進出管理的基本原則是分級/分層管理、分區管理、分時管理。

  七、物料/廢物的進出

  物料可分為清潔物料和危險物料物料、大型物料和小型物料等,通常可隨人帶入設施或經過傳遞窗、渡槽、雙扉高壓滅菌器等通道進入設施。對于大型的動物設施,應考慮設置物料進口和/或出口。

  傳遞窗、渡槽、雙扉高壓滅菌器等通道對物料的進出有重要意義,需綜合考慮,合理設置。要考慮大型物品的進出,設置設備門是一個有效的解決方案。走廊的寬度、門的寬度均要根據工作的特點設計。

  廢物可分為危險廢物和普通廢物。風險等級為1和2級的感染性廢物可以按要求包裝后運出動物設施委托專業機構處理,風險等級為3和4級的感染性廢物須在設施內消毒滅菌后運出實驗室處理。

  廢物的形態包括固態、液態和氣態。如果涉及大動物,動物尸體是可能的大型廢物。如果其不含有害因子,可以運出機構處置。如果其含風險等級為3和4級的病原體,需要先在設施內消毒滅菌。動物的尸體處理也是大中型動物實驗的難點和高風險環節之一。我國由于缺乏專用的大中型動物尸體消毒滅菌裝置,通常采用肢解后進行高壓處理的方式滅菌。有實驗證明,如此處理后的尸體,仍可能檢出芽胞桿菌。用高壓鍋處理,還面臨巨大工作量的壓力,此外,產生的氣味也令人難以忍受。如果處理能力不足,勢必導致工作效率降低,或需要暫存尸體而帶來另外的風險。對動物尸體消毒滅菌的方法須經過嚴格驗證,切不可輕率處之。目前,國際上已經有較成熟的大動物尸體滅菌裝置,但費用較高。圖8所示為實驗室內大動物處理裝置,機理為高溫高壓加上氧化、堿消解等生物化學反應,在滅菌的同時,消解動物組織和骨骼,最終形成無生物危險的少量碳化或軟化的骨殘余物。欲使用大動物從事感染實驗的人員應事先進行充分的風險評估和資源評估,否則將會導致意想不到的結局。

  

 

  液態廢物是濕式飼養動物的主要廢物。可以通過地面或專用管道收集,也可使用可移動的廢液收集裝置收集。低危險廢液可以按普通的實驗室廢水收集和處理,達到環保要求后排放。高危險廢液應在風險評估的基礎上,單獨處理,可能涉及生物、放射、化學等危害,要按法規和標準的要求,無害化后按普通的實驗室廢水收集和處理。飼養動物離不開用水,排水系統是實驗動物設施的關鍵系統,其比供水系統更復雜,特別是處理高危險廢液的系統。

  氣態廢物主要通過換氣排放。其可能含有生物、放射、化學等危害或異味,有些需要處理后排放。對于生物因子,可以通過HEPA過濾器處理后排放。為控制污染,應充分利用局部通風和氣體過濾裝置,安裝的局部通風和氣體過濾裝置應與系統通風匹配,互不影響各自發揮正常功能。

  設施內應有儲藏室或儲藏空間,包括對清潔物料、危險物料、危險廢物和普通廢物的存放,但不允許長期儲存廢物。

  八、信息的進出

  在數碼時代,信息傳遞的方式發生了根本的變革。現代化的動物實驗設施的重要標志之一就是信息化技術。涉及信息傳遞的包括(不限于) 以下方面:

  - 門禁系統

  - 通話/傳真系統

  - 局域網

  - 互聯網

  - 報警系統

  - 自控系統

  - 監視系統

  - 監測系統

  - LIS系統

  - 物流系統

  - 實驗數據采集與傳送

  除電子化的信息外,還有大量的以紙等為載體的信息進出實驗室。從控制污染和節約資源的角度,要盡可能減少紙質等文件的出入。信息化的手段還可以實現監控、指導工作人員操作,觀察和記錄動物的活動,以及組成網絡系統,實現資源共享平臺(見圖9)。

  

 

  圖9 網絡平臺示意圖

  對實驗設施和設備的遠程監控、維護等技術已經廣泛應用,現代化的物流系統和芯片ID系統也運用到實驗動物相關的活動,實驗動物設施的設計不能不考慮數碼信息的進出問題。

  信息化的效率和便捷性毋庸置疑,但需要特別關注的是安全問題,如互聯網的安全、訪問權限、機密信息、個人隱私等。

  九、設施內不同的功能區

  (一) 入口

  在設計動物入口和出口時,應考慮裝卸區。若飼養大型動物,裝卸區異常重要,是一個動物設施設計成功與否的重要標志之一。設計人員應充分了解動物的特征,通過對門、圍欄/過道、地面、空間、特殊機關等進行適宜設計,使動物可以順利地進入動物設施,并減少動物的焦慮情緒、反抗行為和身體傷害,利于污染控制。需要考慮的因素包括:

 

  動物出入口一般應考慮設計為雙門、緩沖間或氣鎖。對于生物安全二級、三級和四級的動物設施,在動物飼養間的出入口設置緩沖間是強制性要求。雙門、緩沖間或氣鎖對于減少氣流交換、降低噪音、防止動物逃脫和野外動物進入等均有關鍵作用。將設施的出入口設計為正壓有助于防止環境有害因素進入設施。

  走廊的寬度應達到1.83-2.44米,以允許各種設備通過。在一些區域要加裝保護欄桿,防止被撞擊。走廊不能作為儲存物品之用。墻上的開關、按鈕、電話、管線、配電盒、滅火報警和水龍頭等設置在合理位置,并加裝保護。大型動物/尸體的轉運可能需要吊裝、傳送帶、軌道車等裝置的幫助,需要預先設計。

  通道指傳遞窗、渡槽和傳輸管道等,雙扉高壓鍋也可以發揮通道的功能。這些通道具有“捷徑”和避免開關門的作用,應根據工作要求和污染控制要求選擇功能和大小合適的傳遞窗、渡槽、傳輸管道和雙扉高壓鍋等。

  應考慮防止昆蟲等野外動物進入和實驗動物外逃的設計,并保證有效。由于動物設施的特殊氣味和適宜環境,很容易吸引螞蟻、蟑螂、蒼蠅、野鼠,如果圍護結構不嚴密則防不勝防。認為正壓設施有氣體屏障而對圍護結構的要求不需很高的觀念是片面的認識。

  人員入口通常會考慮和淋浴、更衣間等結合設置。如果設施較大,男女人員的入口宜分別設置,可以減少等待時間。圖10是較常見的一種入口設計。

  

 

  (二) 緩沖間

  根據GB19489 《實驗室 生物安全通用要求》,緩沖間的定義是“設置在被污染概率不同的實驗室區域間的密閉室,需要時,設置機械通風系統,其門具有互鎖功能,不能同時處于開啟狀態”,即機械通風可以視情況設置。雙門互鎖的房間是一個最基本的緩沖間,緩沖間的面積不宜過大,可結合更衣、淋浴、消毒等功能。緩沖間的機械通風方式可以包括以下幾種方式(見圖11):

  a:機械排風和機械送風;

  b:機械排風,自然送風(漏風)

  c:機械送風,自然排風(漏風)

  

 

  在上述第一種情況,如果圍護結構和門達到氣密性要求,即是所謂的氣鎖(air lock)。實踐證明,緩沖間是隔離或降低兩個不同空間之空氣相互交叉的有效方式,也有隔離噪聲、冷熱、防止蚊蟲進入和動物逃逸、節能等作用。緩沖間可以連接兩個區域或多個區域,何時需要設置緩沖間取決于其相鄰區域是否有不相容的因子需要相互隔離。為降低意外事故帶來的風險,GB1489 要求,飼養攜帶病原微生物動物的飼養間(ABSL-2至ABSL-4防護水平)的出入口應設置緩沖間。隔離檢疫室應設置緩沖間。密封性良好的門并不能代替緩沖間的作用,幾十帕斯卡或上百帕斯卡的壓力實際很小,如果沒有緩沖間,在開門的時候會出現明顯的雙邊氣體交換和壓力變化。傳遞窗、渡槽等作用類似于緩沖間。如果進入到緩沖間的空氣中含有不可接受的危險因子,緩沖間需要具備自凈化或消毒條件。物品出入口處設置緩沖間/氣鎖,可以對一些大型設備/物品進行消毒,以符合出入要求。

  在入口處可以設置風淋室并兼緩沖間,如果有條件,宜采用地面回風系統(見圖12),或采取其它的措施如“粘性”地面等,以捕獲被吹落的各種微小物質。

  

12.1

 

  (三)洗消間

  洗消間在動物設施中占有重要的地位。污染物可分為普通污染物和危險污染物,普通的污染物可以清潔后或進一步消毒后再次使用,危險污染物須去除危險因子使之成為普通污染物后在進行清潔和消毒。GB19489《實驗室 生物安全通用要求》規定,涉及高致病性病原微生物的污物或其包裝的表面須可靠消毒滅菌后運出飼養間。意味著,一種布局方案是飼養間或風險水平相同的通道等功能區與雙扉高壓鍋直接相連(見圖13),另一種方案是對污物進行包裝,并對包裝的表面進行可靠的消毒滅菌,然后運出飼養間,但是,還須在防護區域內進行消毒滅菌處理,之后按普通的污物處理(見圖14)。當動物籠具較多或較大的情況下,采取第一種方案更切合實際需求。近年來,洗消設備發展的趨勢是自動化和多功能化,如換籠工作站(見圖15),這些設備的安裝和對空間的要求要遵循制造商的建議,應在設施的規劃期就要考慮,或預留出發展空間。

  

 

  

 

  

 

  圖15 換籠工作站

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