無特定病原體級實驗動物屏障環(huán)境設(shè)施獨立通風(fēng)籠系統(tǒng)的運行與維護(hù)

李秀榮 黃治朝 李妍涵 顧 潔*

生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的不斷發(fā)展與進(jìn)步，實驗動物在科學(xué)研究中起到不可或缺的作用，被稱為“活的精密儀器”，實驗動物是醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)和藥物研究的基礎(chǔ)和重要支撐[1-2]。實驗動物的質(zhì)量直接關(guān)系到研究結(jié)果的準(zhǔn)確性和權(quán)威性，確保以實驗動物為實驗材料的生命科學(xué)及醫(yī)學(xué)研究結(jié)果的科學(xué)性、可靠性及穩(wěn)定性是當(dāng)前實驗動物學(xué)科研究的重點。根據(jù)實驗學(xué)科的發(fā)展要求，無特定病原體(special pathogen free，SPF)級實驗動物在科學(xué)研究實驗動物的使用中占據(jù)主流。實驗動物生長繁育環(huán)境是實驗動物質(zhì)量的關(guān)鍵影響因素，獨立通風(fēng)籠(individual ventilated cages，IVC)系統(tǒng)的產(chǎn)生和應(yīng)用使得實驗動物質(zhì)量得以保證，科學(xué)有效的標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程(standard operating procedure，SOP)是保障IVC系統(tǒng)良好運行的關(guān)鍵。

1 SPF級實驗動物與屏障環(huán)境

原國家科委制定頒布的《實驗動物管理條例》[3]將實驗動物定義為：經(jīng)人工飼育，對其攜帶的微生物實行控制，遺傳背景明確或者來源清楚的，用于科學(xué)研究、教學(xué)、生產(chǎn)、檢定以及其他科學(xué)實驗的動物。根據(jù)微生物和寄生蟲控制程度，將實驗動物劃分為4個等級，即普通級動物(conventional animal)、清潔級動物(clean animal)、SPF級動物和無菌級動物(germ free animal，GF)[4]。目前，SPF級實驗動物在科學(xué)研究實驗動物使用中占據(jù)主流。SPF級實驗動物指除清潔級動物應(yīng)排除的病原體外，不攜帶主要潛在或條件致病以及對科學(xué)實驗干擾大的病原體[4]。

屏障環(huán)境設(shè)施用于飼育清潔級實驗動物和SPF級實驗動物[5]。屏障環(huán)境可保證實驗動物的生存環(huán)境與外界相對隔離，對進(jìn)入屏障內(nèi)的空氣進(jìn)行初效、中效和高效3級過濾，潔凈度可達(dá)到萬級。所有進(jìn)入屏障系統(tǒng)內(nèi)的人員、物品(實驗用品、飼料及墊料等)和實驗動物必須嚴(yán)格執(zhí)行微生物控制標(biāo)準(zhǔn)[5]。所有在屏障環(huán)境飼養(yǎng)的實驗動物均能較好地控制微生物指標(biāo)，為實驗結(jié)果的可靠性和規(guī)范性提供了基礎(chǔ)。

2 IVC系統(tǒng)及工作原理

2.1 系統(tǒng)組成

IVC系統(tǒng)指在密閉獨立的籠盒內(nèi)，高換氣頻率(20～60次/h)的潔凈氣流獨立流通，廢氣集中排放，并可在超凈工作臺或生物安全柜內(nèi)操作和實驗的微型SPF級實驗動物飼養(yǎng)和實驗的設(shè)備[6]。IVC是一種微環(huán)境凈化籠具，通過空氣隔離凈化技術(shù)，把每個飼養(yǎng)單元縮小到最小程度，使每個單元相互隔離，避免交叉感染，提高空氣潔凈度[7]。

IVC系統(tǒng)與傳統(tǒng)的層流架系統(tǒng)相比具有節(jié)能高效、操作簡便、防止交叉感染及保證動物福利等優(yōu)點，已被愈來愈多的高校及研究院所的實驗動物中心使用[8]。

IVC設(shè)備主要包括中央控制系統(tǒng)、IVC主機、IVC籠架、IVC籠盒、送排風(fēng)系統(tǒng)和超凈工作臺6大模塊：①中央控制系統(tǒng)主要對IVC系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)制定及監(jiān)測的控制和顯示；②IVC主機內(nèi)部主要包括送風(fēng)機、初中高效過濾器、排風(fēng)機、壓力表、溫濕度表、排風(fēng)壓力表、風(fēng)量控制器及報警器等；③IVC籠架材質(zhì)為不銹鋼，設(shè)計有籠盒安插軌道、送風(fēng)管和排風(fēng)管；④IVC籠盒主要材質(zhì)包括聚碳酸酯(polycarbonate，PC)和聚砜(polysulfone，PSU)2種，PSU材質(zhì)籠盒是一種新型的高溫聚砜材料，呈琥珀色透明狀，硬度強，可耐高溫(最高可達(dá)150 ℃)，耐酸堿腐蝕，使用壽命長，PC材質(zhì)籠盒是聚碳酸酯，全透明，IVC籠盒內(nèi)置不銹鋼金屬網(wǎng)篦，用于盛放食料和飲水瓶；⑤籠蓋上帶有送風(fēng)和排風(fēng)口，頂部有硅膠蓋內(nèi)含過濾膜防止斷電窒息；⑥超凈工作臺是實驗操作、更換籠盒等工作進(jìn)行的操作空間。

2.2 系統(tǒng)工作原理

外界空氣經(jīng)IVC系統(tǒng)主機的初效、中效和高效過濾系統(tǒng)進(jìn)行過濾，達(dá)到萬級凈化標(biāo)準(zhǔn)，按照設(shè)置參數(shù)(溫度、濕度、換氣次數(shù)及壓力等)優(yōu)化后，進(jìn)入送風(fēng)管道，由籠架上的導(dǎo)風(fēng)通道輸送到每個獨立通氣的籠盒內(nèi)，凈化氣流在籠盒內(nèi)運行后，連同動物排出的廢氣一起經(jīng)排風(fēng)導(dǎo)管進(jìn)入排風(fēng)管道，進(jìn)入機箱內(nèi)的排風(fēng)機，由排風(fēng)機過濾后排出室外[6]。獨立的送排風(fēng)設(shè)計極大地降低了交叉感染的可能性，可確保實驗動物質(zhì)量。將實驗動物放置于特定空間，給予適合其生長、繁殖的生活條件，可保證實驗動物福利。

2.3 系統(tǒng)優(yōu)勢

IVC系統(tǒng)具有獨特的優(yōu)勢。①空氣經(jīng)初效、中效和高效過濾后能達(dá)到萬級及以上水平，符合實驗動物標(biāo)準(zhǔn)化要求；②將人與動物隔離開，降低生物安全事件發(fā)生，有效保護(hù)工作人員及科研工作者免受致敏源侵害；③提高實驗動物質(zhì)量，減少實驗誤差，保證實驗結(jié)果的可靠性和有效性；④空間利用率極大提升；⑤換氣次數(shù)較高，減少工作人員工作量；⑥對免疫缺陷動物、轉(zhuǎn)基因動物的飼育有絕對優(yōu)勢等。

3 IVC系統(tǒng)運行與管理

3.1 系統(tǒng)檢測參數(shù)設(shè)置

目前，國家對實驗動物設(shè)施與環(huán)境有明確管理規(guī)定，按照國家標(biāo)準(zhǔn)《實驗動物環(huán)境及設(shè)施》(GB14925-2010)[9]對實驗動物環(huán)境技術(shù)指標(biāo)要求，實驗動物中心對屏障環(huán)境及IVC系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)做了設(shè)定，見表1。

表1 屏障環(huán)境及IVC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)設(shè)定

3.2 系統(tǒng)運行SOP

IVC系統(tǒng)使用目的是為更好地保障實驗動物質(zhì)量，確保實驗結(jié)果的可靠性和穩(wěn)定性。因此，對IVC系統(tǒng)的運行和管理是實驗動物屏障環(huán)境運行管理的重點，制定實施科學(xué)化和有效性的SOP是保障IVC系統(tǒng)良好運行的關(guān)鍵。

IVC系統(tǒng)運行SOP。①崗前培訓(xùn)SOP：所有工作人員上崗前要進(jìn)行規(guī)范化培訓(xùn)，包括對IVC系統(tǒng)的構(gòu)造、運行原理及使用手冊等方面進(jìn)行全面學(xué)習(xí)培訓(xùn)；②政策學(xué)習(xí)及解讀SOP：對國家及地方和行業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)和執(zhí)行；③實驗人員使用IVC籠盒培訓(xùn)SOP：對動物實驗人員進(jìn)行IVC籠盒使用培訓(xùn)，對IVC系統(tǒng)的籠盒構(gòu)造和使用注意事項對研究人員進(jìn)行簡要介紹，IVC籠盒的使用必須在超凈工作臺內(nèi)進(jìn)行；④飼養(yǎng)人員IVC籠盒使用SOP：飼養(yǎng)人員需每周對IVC籠盒進(jìn)行更換，包括墊料、飼料及飲用水的更換，對操作過程中應(yīng)注意事項進(jìn)行專業(yè)化培訓(xùn)，飼養(yǎng)人員更換籠盒時應(yīng)注意標(biāo)簽信息，要對實驗動物的死亡情況作登記，并及時通知相關(guān)實驗人員，以便實驗人員統(tǒng)計實驗動物生存狀況；⑤IVC籠盒消毒SOP：每周進(jìn)行一次消毒，高壓滅菌(121 ℃，30 min)；⑥設(shè)施巡查登記SOP：各工作人員要對屏障環(huán)境內(nèi)的IVC系統(tǒng)主機面板上的各項參數(shù)每日進(jìn)行例行檢查，并做好登記工作(濕度、溫度、換氣次數(shù)和壓差)；⑦故障排查和登記SOP：對每次出現(xiàn)的屏顯故障要及時詳細(xì)記錄；⑧IVC系統(tǒng)維修與維護(hù)登記SOP：當(dāng)IVC系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，要及時聯(lián)系廠商進(jìn)行維修，并做好維修記錄；⑨超凈工作臺使用SOP。

4 IVC系統(tǒng)的維護(hù)管理

4.1 維護(hù)方法

IVC系統(tǒng)常年不間斷運行，負(fù)荷過大難免出現(xiàn)故障問題，為減少運行故障，IVC系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)顯得尤為重要。要做到專人管理、定期保養(yǎng)和定期校驗。其主要工作包括清潔、潤滑、防腐蝕、緊固及更換配件等[6]。

制定科學(xué)化和專業(yè)化的維護(hù)和保養(yǎng)制度是保障IVC系統(tǒng)良好運行的前提條件，做好維護(hù)與保養(yǎng)也能延長系統(tǒng)使用壽命。①每日巡視運行參數(shù)，對IVC機組顯示屏上的各項參數(shù)(溫度、濕度、壓差、換氣次數(shù)及進(jìn)出風(fēng)量等)進(jìn)行檢查，確認(rèn)是否符合運行標(biāo)準(zhǔn)，尤其要注意電壓和壓差，送風(fēng)電壓為220 V，回風(fēng)電壓為150 V，壓差為20 Pa；②定期更換IVC機箱內(nèi)過濾膜，即初效、中效和高效過濾膜，原則上屏障環(huán)境3個月更換一次初效過濾膜，9個月更換一次中效過濾膜，1.5年更換一次高效過濾膜；③定期更換籠盒終端過濾膜，更換頻率根據(jù)過濾膜狀態(tài)而定，由于濾膜在出風(fēng)口處，容易聚集粉塵造成堵塞，嚴(yán)重影響通風(fēng)，當(dāng)濾膜顏色變黃時表明聚集的粉塵較多要及時更換；④控制噪音(＜60 dB)，噪音過高易影響動物生長繁育，造成機組噪音的主要原因有風(fēng)機老化或有異物進(jìn)入風(fēng)機，要及時與廠商聯(lián)系做好維護(hù)；⑤設(shè)置雙回路電源或備用發(fā)電機，防止斷電機組停止運行。

4.2 維護(hù)管理效果

制定實驗動物屏障環(huán)境設(shè)施IVC系統(tǒng)運行SOP，建立了定期維護(hù)保養(yǎng)制度后，系統(tǒng)故障率明顯下降；運行1年來，實驗動物檢測合格率100%，全部符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)語

實驗動物科學(xué)已發(fā)展成一門獨立的、綜合性學(xué)科，這一學(xué)科的發(fā)展直接影響各實驗學(xué)科的發(fā)展[10]。實驗動物在生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)揮著基礎(chǔ)支撐作用，實驗動物質(zhì)量直接影響實驗結(jié)果的可靠性和真實性，提高實驗動物質(zhì)量是各高校和研究院所實驗動物中心的重點工作任務(wù)[11]。屏障環(huán)境的建設(shè)和IVC系統(tǒng)的使用能極大減少微生物污染，保障實驗動物質(zhì)量的可靠性和有效性[12]。屏障環(huán)境IVC系統(tǒng)使用和維護(hù)是一項系統(tǒng)工程，工作人員要嚴(yán)格執(zhí)行SOP制度，確保IVC系統(tǒng)良好運行。