生物安全三級實驗室的防護原理與運行維護

孟憲宇

[摘要] 生物安全三級實驗室（Bio-safely level-3，BSL-3）是目前從事感染性病原微生物研究的主要實驗活動場所，相應的生物安全防護措施也有其獨特的特點，為了降低生物危害風險，提高生物安全意識，該文通過對BSL-3實驗室的防護原理及運行維護要求進行闡述，為實驗室工作的開展提供有益的支持。

[關鍵詞] 生物安全三級實驗室；防護；維護

[中圖分類號] R19 [文獻標識碼] A [文章編號] 1672-5654（2018）02（b）-0157-02

實驗室生物安全防護水平分為一級、二級、三級、四級，其中生物安全防護水平為三級的實驗室（BSL-3實驗室）適用于操作能夠引起人類或者動物嚴重疾病，比較容易直接或者間接在人與人、動物與人、動物與動物之間傳播的微生物，是研究感染性病原微生物的主要實驗活動場所。操作這些高致病性病原微生物存在很高的生物安全風險，一旦發(fā)生生物安全事件或事故，不僅涉及實驗室工作人員的個人健康及人身安全，更有可能會給人群、動物、植物帶來不可預計的危害。目前我國通過國家認可委認證的BSL-3實驗室有30余家，承擔著多項國家級、省級科研項目，為我國的傳染病預防及治療研究工作提供了強有力的技術支持，因此做好生物安全防護工作不僅是BSL-3實驗室正常運行的前提條件，也是科研工作順利開展的有力保障。該文通過結合現(xiàn)行的國家標準《實驗室生物安全通用要求》（GB19489-2008），重點對生物安全三級實驗室的防護原理及運行維護方面進行分析闡述。

1 BSL-3實驗室的防護原理

由于BSL-3實驗室操作的對象為感染性很強的病原微生物，因此做好實驗室的內、外部防護工作至關重要。在操作感染性病原微生物的過程中，避免不了的會產(chǎn)生一定的有害氣溶膠（懸浮于氣體介質中的粒徑一般為0.01～100 μm的固態(tài)或液態(tài)微小粒子形成的相對穩(wěn)定的分散體系），除了要保障操作人員的人身安全，避免職業(yè)暴露事件的發(fā)生，還要防止病原微生物氣溶膠向外界環(huán)境的擴散。

概括的說，BSL-3實驗室的防護是利用實驗室內部的負壓條件，形成由外向內的定向氣流，定向氣流帶走感染性病原微生物氣溶膠，并通過高效空氣過濾裝置過濾后，將無害的空氣排出。BSL-3實驗室的防護原理主要體現(xiàn)在防護用品用具、防護設備、防護設施及防護意識4個方面，具體如下。

1.1 防護用品用具方面

實驗人員在BSL-3實驗室操作感染性病原微生物時應做好自身防護，穿著防護服，同時佩戴護目鏡、口罩、手套等必要防護用具用品，通過有效的個人防護，避免與病原微生物發(fā)生直接接觸。

1.2 實驗防護設備方面

實驗室應當配置有專業(yè)的防護設備，例如生物安全柜。生物安全柜是具備氣流控制及高效空氣過濾裝置的操作柜，可有效降低實驗過程中產(chǎn)生的有害氣溶膠對操作者和環(huán)境的危害，通過氣流的定向流動避免了病原微生物與實驗人員的接觸，阻止了氣溶膠向安全柜之外擴散，同時利用內部高效空氣過濾裝置的過濾作用去除有害顆粒。

為進一步確保實驗室的潔凈，應根據(jù)操作的感染性病原微生物的特性，通過雙扉高壓滅菌器、過氧化氫消毒機等消毒裝置進行有針對性的消毒處理，包括：空氣、表面、儀器設備、廢物、廢液等。

1.3 實驗室防護設施方面

BSL-3實驗室設計建造時應考慮與建筑物中其他區(qū)域隔離，或為獨立建筑物，形成一個相對封閉的空間。實驗室內部則應設置有緩沖間，設置在被污染概率不同的實驗區(qū)域間的緩沖間既可避免工作人員直接進出實驗室核心工作區(qū)域，又可以在核心工作區(qū)出現(xiàn)正壓的情況下，減緩病原微生物氣溶膠的進一步擴散。緩沖間也可根據(jù)實際需要設置機械通風系統(tǒng)，且雙門應具有互鎖功能，不能同時處于開啟狀態(tài)。緩沖間的設置和實驗室相對獨立的構造形成了兩道防線，起到了雙重防護的重要作用，能夠切實有效地降低病原微生物氣溶膠外泄所帶來的風險。

由于BSL-3實驗室具有獨立的排風系統(tǒng)，實驗室與外界環(huán)境形成了氣壓差（差值不小于-30Pa），產(chǎn)生了由小污染概率區(qū)域流向大污染概率區(qū)域的受控制氣流，保證了核心區(qū)域病原微生物氣溶膠的定向排放。實驗室內部的定向氣流在排風系統(tǒng)中高效空氣過濾器（HEPA）的過篩、沉降、慣性撞擊、離子擴散等作用下，可有效地濾除氣溶膠顆粒，將安全的空氣排放到外界環(huán)境。

1.4 個人防護意識方面

BSL-3實驗室從設計建造到設備設施的配置都在最大程度上的保障了對生物危害的防護，但作為實驗活動的主體，實驗室工作人員不應僅僅依賴實驗室設施、設備來保證實驗活動的安全，還需加強必要的生物安全知識學習，提高生物安全防護意識，要了解BSL-3實驗室的運行原理，掌握相關設備的操作使用及應急處理技能，并嚴格遵守BSL-3實驗室運行管理規(guī)定，規(guī)范操作。實驗室工作人員應事先對操作的病原微生物及實驗活動進行評估，了解實驗活動的潛在風險，進一步制定合理的實驗方案，確保在生物安全風險可控制狀態(tài)下開展相關實驗活動。

BSL-3實驗室的防護原理是以硬件設備、設施為基礎，結合實驗室工作人員的自身安全防護意識，形成全方位的有效保護屏障，實現(xiàn)了最大限度的防護作用[1]。

2 BSL-3實驗室的運行維護

BSL-3實驗室由通風、供電、供水、滅菌等多個相對獨立的系統(tǒng)單元整合而成，每個功能部分都發(fā)揮著自己關鍵的作用，各系統(tǒng)的正常運行是BSL-3實驗室順利運轉的重要保障。目前國家現(xiàn)行實驗室管理標準為《實驗室生物安全通用要求》GB9489-2008，BSL-3實驗室運行維護相關工作應依此開展、實施，主要有以下幾個方面。

2.1 生物安全柜的維護保養(yǎng)

生物安全柜是BSL-3實驗室的主要操作平臺，是實驗室生物安全防護的一道重要屏障。日常維護工作應注意檢測送排風連鎖匹配情況，避免生物安全柜啟停時出現(xiàn)壓力波動過大；檢測窗口高度報警及氣流組織報警，防止窗口過高、過低對氣流產(chǎn)生影響，避免氣流出現(xiàn)紊亂；監(jiān)測高效空氣過濾裝置的過濾效果，并及時對不符合要求的過濾器進行更換；檢測內部照明裝置，保障實驗操的作順利進行。

2.2 通風及HEPA壓力監(jiān)測系統(tǒng)維護

BSL-3實驗室內部負壓環(huán)境是通過通風系統(tǒng)的排風量大于進風量得以實現(xiàn)，為實驗室提供了穩(wěn)定的定向氣流。通風系統(tǒng)主要由送排風機組、空調、管路、閥門等構成。應定期對送排風機組進行維護保養(yǎng)，保證機組啟停及切換順暢，避免出現(xiàn)風機故障；注意監(jiān)測空調制冷、制熱、加濕、除濕能力（溫度范圍：18～26℃；濕度范圍：30%～70%），為實驗室提供適宜的工作環(huán)境，并及時排出加濕管道中產(chǎn)生的凝水；檢查管道密閉情況，檢查不同工況時閥門的指令接收、開度執(zhí)行等情況，保證閥門開閉靈活；監(jiān)測HEPA壓力變化，通過對風速、風壓的檢測，了解HEPA的工作狀況，對不符合過濾及送排風要求的過濾器應及時更換。

2.3 供水、供氣方面

要確保實驗室核心區(qū)、緩沖間等用水正常；保證高壓滅菌器所用軟水處理系統(tǒng)運轉正常；定期檢查管道及儲水系統(tǒng)。另外，如實驗室配置有二氧化碳孵育設備，還應檢查二氧化碳的供氣壓力及儲氣情況，做好補給工作。

2.4 雙扉高壓滅菌器維護

應對其所使用的壓力表、壓力閥定期送相關部門進行檢測，檢測合格后方可使用，未通過檢測的，應及時更換。除此之外，還需檢測雙門密封及雙門互鎖等情況，確保其能夠安全運行。由于高壓滅菌器屬于特種設備，還應注意設備的設計使用年限，做好對高壓滅菌器的整體檢測安排[2]。

2.5 電力供應設施的檢查

BSL-3實驗室的運行完全依靠電力能源，為避免斷電情況的發(fā)生，BSL-3實驗室多數(shù)采用了雙路市電供電方式，同時配置有UPS（不間斷電源）供電系統(tǒng)。應定期檢查雙路市電間及市電與UPS供電切換情況，確保切換順利，避免發(fā)生斷電事故。還應定期檢查供電線路，對老化破損線路進行更換；定期檢查UPS蓄電池充放電、負載工作狀況，發(fā)現(xiàn)觸點腐蝕、電池膨脹等情況，應及時進行相應更換。

2.6 照明系統(tǒng)維護

定期檢查實驗室內各照明設施的工作情況，包括日常照明及應急照明系統(tǒng)，保證實驗室核心工作區(qū)域的照度不低于350 lx，其他區(qū)域照度不低于200 lx；應急照明系統(tǒng)應滿足在應急情況下持續(xù)照明能力不少于30 min。

2.7 通訊、監(jiān)視系統(tǒng)

該部分設施是實驗室內外聯(lián)系的重要保障，應確保相關線路的暢通，保障電話、傳真及其他電子設備應能夠正常使用，通話質量清晰，實驗室內部資料及數(shù)據(jù)能夠順利的通過傳真設備傳出。監(jiān)視系統(tǒng)是觀察實驗室內部工作情況的主要途徑，應確保相關線路的暢通，保證視頻清晰，可以實時監(jiān)視內部狀態(tài)，并存儲相關視頻資料。監(jiān)視范圍不應出現(xiàn)死角，尤其是在核心工作區(qū)域。

2.8 自控、監(jiān)測及報警系統(tǒng)維護

定期檢查實驗室的門禁系統(tǒng)，保證只有獲得授權的人員才能進入，檢測實驗室互鎖門的互鎖情況及緊急手動解除互鎖開關，保障互鎖系統(tǒng)的正常工作，同時，在應急情況下，可以通過緊急手動開關開啟互鎖門；保證能夠實時監(jiān)測實驗室內壓力及氣流變化，保障在設備啟停時壓力呈有序梯度變化，避免造成瞬間壓力變化過大及氣流紊亂的情況，對實時監(jiān)測的實驗室及內部設備、設施的運行參數(shù)、數(shù)據(jù)能夠進行記錄及存儲；測試一般報警及緊急報警系統(tǒng)，確保緊急情況發(fā)生時報警系統(tǒng)能夠向實驗室內外同時發(fā)出報警信號，確保實驗室內緊急報警觸發(fā)按鈕正常工作。

2.9 中央控制設備維護

中央控制區(qū)主要承擔著監(jiān)測BSL-3實驗室運行狀況、觀察實驗室內部情況、聯(lián)系內部人員、管理提示內部活動等職責，完全掌握著BSL-3實驗室整體情況，是BSL-3實驗室正常運行的核心樞紐。應定期測試中央控制區(qū)的軟、硬件設備運行情況，導出存儲實驗室運行相關數(shù)據(jù)。

2.10 換季巡檢

季節(jié)的變換對各系統(tǒng)的工作情況影響較大，特別是對溫濕度比較敏感的管道系統(tǒng)，應注意按時對BSL-3實驗室進行全面的檢查測試，發(fā)現(xiàn)問題應及時解決，確保實驗室正常、穩(wěn)定的運行[3]。

3 總結

BSL-3實驗室各組成系統(tǒng)間聯(lián)系較為復雜，對其運行防護基本原理的充分了解是保障實驗室正常運轉的前提條件，同時通過日常良好的、全面的維護工作，也能使實驗室運行得更加穩(wěn)定、持續(xù)，既有利于實驗室工作的管理，又有效地為科研工作的開展提供了持續(xù)穩(wěn)定的支持。

[參考文獻]

[1] 李勇，趙衛(wèi)，邢文革，等.生物安全三級實驗室原理與應用[J].中國家禽，2010，32（11）：37-39.

[2] 李嬋，翁景清.Wincc 監(jiān)控系統(tǒng)在生物安全三級實驗室的應用[J].浙江預防醫(yī)學，2015（5）：532-534.

[3] 蔣晉生，盧金星，王小勇，等.生物安全三級實驗室監(jiān)控系統(tǒng)應用研究[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2013，34（3）：19-22.

（收稿日期：2017-11-19）