高通量金屬催化劑篩選實(shí)驗室設(shè)計中的安全因素分析

李俊君

（上海愛森肉食品有限公司，上海200090）

隨著越來越多加速項目（尤其是來自腫瘤學(xué)的項目）的出現(xiàn)，需要更廣泛的篩選活動來快速確定最佳反應(yīng)條件，尤其是重金屬催化、氫化或有時非常有效的生物催化。由于相關(guān)的高通量金屬催化劑篩選實(shí)驗室大都在美國或歐洲，導(dǎo)致國內(nèi)的響應(yīng)時間過長，因此目前迫切需要新建自己的高通量金屬篩選實(shí)驗室來服務(wù)日益增長的實(shí)驗需求。

1 高通量篩選實(shí)驗室介紹

高通量篩選技術(shù)是指以分子水平和細(xì)胞水平的實(shí)驗方法為基礎(chǔ)，微板形式作為實(shí)驗工具載體，自動化操作系統(tǒng)執(zhí)行試驗過程，用靈敏快速的檢測儀器采集實(shí)驗結(jié)果數(shù)據(jù)，通過計算機(jī)分析處理實(shí)驗數(shù)據(jù)，在同一時間檢測數(shù)以千萬的樣品并用得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)庫支持運(yùn)轉(zhuǎn)的技術(shù)體系，它具有微量、快速、靈敏和準(zhǔn)確等特點(diǎn)。簡言而之就是可以通過一次實(shí)驗獲得大量的信息并從中找到有價值的信息。高通量篩選時每天要對數(shù)以千萬的樣品進(jìn)行檢測，工作枯燥，步驟單一，操作人員容易疲勞、出錯。自動化操作系統(tǒng)由計算機(jī)及其操作軟件、自動化加樣設(shè)備、溫孵離心設(shè)備和堆棧4 個部分組成。自動化操作系統(tǒng)代替人工操作顯然有諸多優(yōu)勢，利用計算機(jī)通過操作軟件控制整個實(shí)驗過程，編程過程簡潔明了。充分利用數(shù)量龐大的樣品庫，實(shí)現(xiàn)了藥物篩選的規(guī)模化，較大限度地利用了藥用物質(zhì)資源，提高了藥物發(fā)現(xiàn)的幾率，同時提高了發(fā)現(xiàn)新藥的質(zhì)量。

由于高通量篩選采用的是細(xì)胞、分子水平的篩選模型。樣品用量一般在微克級（μg），節(jié)省了樣品資源，奠定了“一藥多篩”的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時節(jié)省了實(shí)驗材料，降低了單藥篩選成本。

在高通量篩選過程中不僅應(yīng)用了普通的藥理學(xué)技術(shù)和理論，而且與藥物化學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、數(shù)學(xué)、微生物學(xué)、計算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科緊密結(jié)合。這種多學(xué)科的有機(jī)結(jié)合，在藥物篩選領(lǐng)域產(chǎn)生大量新的課題和發(fā)展機(jī)會，促進(jìn)了藥物篩選理論和技術(shù)的發(fā)展。

2 項目概況

隨著高通量金屬篩選新技術(shù)應(yīng)用需求的增加和相關(guān)項目團(tuán)隊的迫切需求，需要更多的篩選活動來支持實(shí)驗運(yùn)行，目前主要通過外部供應(yīng)商進(jìn)行項目管理工作。然而，大多數(shù)實(shí)驗是在供應(yīng)商的總部歐洲或者美國實(shí)驗室進(jìn)行的，反饋通常很慢（大致要4-6 周），并有額外的樣品裝運(yùn)及高昂的費(fèi)用產(chǎn)生。而在中國又找不到合格的本地供應(yīng)商提供相應(yīng)的服務(wù)，為此諾華制藥總部決定在蘇州諾華中國研發(fā)中心實(shí)驗室改建部分有機(jī)合成實(shí)驗室區(qū)域，引進(jìn)一流篩選設(shè)備，完成自有團(tuán)隊的建設(shè)，服務(wù)日益增長的項目需求。

3 實(shí)驗室區(qū)域劃分

由于高通量篩選實(shí)驗室功能區(qū)域為利用舊區(qū)域改造而非新建，因此要在現(xiàn)有實(shí)驗室區(qū)域合理規(guī)劃，同時考慮改建的整體布局協(xié)調(diào)性，不能與現(xiàn)有常規(guī)合成實(shí)驗室的布局差異過大，又要保證該實(shí)驗室區(qū)域的特殊性，在公用工程使用方面又要考慮系統(tǒng)的使用容量及能耗要求（如電力系統(tǒng)、氮?dú)庀到y(tǒng)、送排風(fēng)系統(tǒng)等），必須將現(xiàn)有的公用工程系統(tǒng)進(jìn)行再分配來保證該實(shí)驗室區(qū)域的相對獨(dú)立性。

圖1 改造前實(shí)驗室局部布局示意

高通量篩選實(shí)驗室主要由實(shí)驗溶劑配置及存放區(qū)域、高通量篩選手套箱設(shè)備（主設(shè)備進(jìn)行高通量篩選實(shí)驗）、實(shí)驗結(jié)果分析區(qū)域、輔助設(shè)備區(qū)域、預(yù)留二期建設(shè)區(qū)域組成。項目考慮將原有的實(shí)驗區(qū)進(jìn)行物理隔斷，整體分割成兩大功能實(shí)驗區(qū)域：第一部分為高通量篩選實(shí)驗室；第二部分為常規(guī)合成化學(xué)實(shí)驗室。利用原有通風(fēng)櫥作為自然物理隔斷的功能，這樣可以保證實(shí)驗室的總體協(xié)調(diào)性而不突兀，又突顯改造后的美觀完整。

改造從空間、電力、公用工程、安全等方面進(jìn)行。空間方面要拆除原有合成實(shí)驗室的4 組桌上型通風(fēng)櫥及相應(yīng)的風(fēng)量控制閥門，對于拆除后整體區(qū)域的風(fēng)量控制系統(tǒng)進(jìn)行再平衡；電力方面，原有實(shí)驗室區(qū)域的電力系統(tǒng)為統(tǒng)一規(guī)劃使用，本次改建中考慮在不擴(kuò)容電力系統(tǒng)的情況下將高通量篩選實(shí)驗室區(qū)域的電力配置與普通合成實(shí)驗室區(qū)域的電力配置區(qū)分并分箱供電，同時做到主設(shè)備與其他設(shè)備進(jìn)行分箱供電，在緊急突發(fā)電力系統(tǒng)異常情況下盡量避免主設(shè)備的斷電，并將主設(shè)備的動力電纜接入大樓的不間斷電源系統(tǒng)，保證設(shè)備的使用；公用工程方面，氮?dú)庀到y(tǒng)為主要設(shè)備供氣系統(tǒng)，而且設(shè)備所需的氮?dú)鈮毫?.6MPa，目前普通實(shí)驗室區(qū)域的氮?dú)夤簝H為0.3MPa，因此需要氮?dú)饩植吭鰤骸６O(shè)計中并沒有設(shè)計檢修旁路，故在此次改造中要新增檢修旁路。新篩選設(shè)備在使用及待機(jī)狀態(tài)下要連續(xù)不斷的氮?dú)庵С郑虼嗽诎踩矫嬉瑫r考慮前端供氣的容量、壓力及純度。后端排氣口，由于氮?dú)鉃橹舷⑿詺怏w，直排室內(nèi)有窒息風(fēng)險，還要考慮設(shè)備排放口的合理設(shè)置，并在設(shè)備尾端及功能區(qū)域加裝窒息性氣體探頭進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，同時在實(shí)驗區(qū)域明顯位置增設(shè)聲光報警終端，保障實(shí)驗人員安全。

圖2 改建后高通量篩選實(shí)驗室布局

4 設(shè)計安全因素分析

4.1 動力電纜配置

由于高通量篩選實(shí)驗室需增加兩套新的手套操作箱（主要實(shí)驗設(shè)備），改變原有的實(shí)驗室工作平臺布局，并將手套箱區(qū)域重新隔離出來，原有的實(shí)驗室四個配電箱電路回路重新排列，一個區(qū)域一個配電箱控制回路，主設(shè)備單獨(dú)一個配電箱控制。新增加5 孔萬能插座，根據(jù)實(shí)際要求分布。

為了保證現(xiàn)有實(shí)驗室正常運(yùn)行并將改造的影響降到最低，經(jīng)過討論，常規(guī)工作日將不允許施工，施工時間只放在周末休息日或?qū)嶒炇以O(shè)備停用期間，因此具有施工周期長，施工成本高的特點(diǎn)。

所有高于水平墜落高度1.8 米（含1.8 米）的作業(yè)均為登高作業(yè)，施工人員必須全稱佩戴五點(diǎn)式安全帶并系掛已施工區(qū)域牢固的錨點(diǎn)。材料不堆積于高空，避免墜落造成人員及設(shè)備傷害。現(xiàn)場公用服務(wù)站管道移位安裝采用移動腳手架架設(shè)護(hù)欄形式，加工棚預(yù)制，現(xiàn)場安裝的形式，杜絕材料在高空的風(fēng)險。所有施工工具存放于工具包內(nèi)，施工人員佩戴工具包。

現(xiàn)場施工中人員墜落面與地面距離為1.75 米，所以施工作業(yè)面選用標(biāo)準(zhǔn)式移動式腳手架施工，所有作業(yè)辦理相關(guān)的作業(yè)許可證，改造項目涉及到危害能源隔離、腳手架搭設(shè)、動火作業(yè)，必須辦理動火作業(yè)票，腳手架搭設(shè)作業(yè)票，危害能源隔離作業(yè)票、及一般工作許可證。由于將對實(shí)驗室原有的開關(guān)、插座、電箱進(jìn)行移位、更換，對實(shí)驗室的氮?dú)夤苓M(jìn)行拆除、封堵，牽涉到危害能源隔離工作，先辦理危害能源隔離工作票，掛牌上鎖，作業(yè)票辦理完成且隔離完成后再更換開關(guān)、插座、電箱移位，以及氮?dú)夤芫€的拆除封堵。

4.2 氮?dú)夤芫€設(shè)計

由于主設(shè)備要0.6MPa 的氮?dú)馐褂脡毫Γ鑼η岸溯斎雺毫M(jìn)行增壓，由目前的0.3MPa 提升至0.6MPa，但同時考慮常規(guī)合成實(shí)驗室的氮?dú)鈮毫Σ灰诉^高，如果同時調(diào)至0.6MPa 存在使用風(fēng)險，為此在實(shí)驗室外部氮?dú)庹具M(jìn)行分管供氣。考慮到使用的氮?dú)鉃閮蓿昧坎挥每紤]，只需在氮?dú)饨尤雽?shí)驗室處分管控制即可解決問題。將原有氮?dú)夤苈非懈睿黾尤ǎ谠芯€路上設(shè)置截止閥控制；新管線上增設(shè)增壓設(shè)備及截止閥，這樣單獨(dú)控制高通量篩選實(shí)驗室的氮?dú)饩€路，保障了氮?dú)饬康膯栴}。該主設(shè)備的氮?dú)馀艢馔瑯有枰鉀Q，由于是24 小時不間斷直排氮?dú)猓矚馓幚硗瑯右扇?yán)格措施。經(jīng)討論將尾氣通過不銹鋼管路直接接入?yún)^(qū)域排風(fēng)系統(tǒng)，通過電腦測算及整個區(qū)域排風(fēng)系統(tǒng)的測試，可以保證尾氣安全排放。

為了更好保證實(shí)驗人員的安全，在現(xiàn)場加裝了一套實(shí)時監(jiān)測可燃?xì)怏w報警系統(tǒng)，吊頂內(nèi)部氮?dú)夤芫€走向、氮?dú)夤芫€接入主設(shè)備處、氮?dú)馀欧殴芴幍任恢枚荚O(shè)有可燃?xì)怏w報警探頭，而在高通量篩選實(shí)驗室區(qū)域的明細(xì)位置有主控設(shè)備的聲光報警器，保護(hù)實(shí)驗室人員的安全。

氮?dú)夤芫€施工涉及到焊接工作為動火作業(yè)且為高風(fēng)險作業(yè)，施工區(qū)域又為防爆區(qū)域，所以需開具動火作業(yè)許可證。施工的動火區(qū)域采取全方位的維護(hù)，維護(hù)采用三防布圍繞施工區(qū)域四周，使動火區(qū)域與外界隔離，在動火作業(yè)的下方滿鋪防火毯，并在動火作業(yè)區(qū)域放置干粉滅火器2 個。現(xiàn)場放置LEL 氣體檢測儀，不間斷檢測動火作業(yè)施工區(qū)域的可燃?xì)怏w含量是否達(dá)標(biāo)。施工作業(yè)區(qū)域維護(hù)完成后，現(xiàn)場檢查完畢，開具動火作業(yè)許可證，得到動火作業(yè)許可證確認(rèn)單后方可進(jìn)行動火作業(yè)，并派遣專業(yè)安全監(jiān)護(hù)人員在現(xiàn)場實(shí)時安全監(jiān)護(hù)，防止動火作業(yè)途中產(chǎn)生的火花飛濺掉落到地面或不安全因素而造成的火災(zāi)及爆炸和人員傷害。

5 結(jié)論

該高通量篩選實(shí)驗室的建成很好的詮釋了在“新設(shè)備、新工藝、新技術(shù)、新材料”以及安全“三同時”制度在改擴(kuò)建工程中的運(yùn)用，使用了相當(dāng)多的安全措施保障了該工程安全有序的運(yùn)行（如掛牌上鎖LOTO 方法、電器安全、登高作業(yè)、安全防護(hù)、工作票制度等）從人、機(jī)、料、法、環(huán)全面有效的滲入到工程的各個方面，使得本項目能夠在規(guī)定的進(jìn)度內(nèi)完成。目前高通量篩選實(shí)驗室正在有序高效的為項目服務(wù)并成功完成了多個諾華明星項目。