屏障環境下換籠操作對局部潔凈度影響的動態研究*

暨南大學實驗動物管理中心 張建平 傅江南

0 引言

隨著我國生命醫藥學科領域的飛速發展，科研對實驗動物的需求量逐年攀升，據不完全統計，2018年的市場規模為24.4億元，并且未來5年內，有望以每年20%～25%的速度增長(1)智妍咨詢集團.2020—2026年中國實驗動物行業市場現狀分析及未來前景規劃報告，2020。實驗動物質量對生命醫藥科學而言，就是“活的天平”“分析純級試劑”，為保證實驗動物質量，科研數據排除非實驗施加因素的干擾，國家制定了實驗動物微生物學、遺傳學、環境及設施等質量系列標準。沒有合格的實驗動物，實驗數據的真實性、客觀性和可溯源性就無從談起。為保證實驗動物質量，實驗動物設施屏障環境質量是重要的前提，GB 14925—2010《實驗動物 環境及設施》標準對保證屏障環境潔凈度要素提出了相關環境參數[1]。這些環境指標是指導該類設施設計、建造、維保及相關裝備研發的重要依據，同時，也是制定屏障環境作業指導書(操作規程)的主要根據。由于屏障環境潔凈度參數在GB 14925—2010《實驗動物 環境及設施》中是靜態指標[1]，為了探索屏障環境內動物飼育區動態空氣潔凈度變化規律及屏障環境污染原因，為作業指導書提出理論依據，故進行本文實驗研究。

1 材料和方法

1.1 儀器與設備

被測設備：國產90籠位小鼠獨立通風籠系統(independent ventilation cage, IVC)設備放置于實驗動物屏障設施內，所在房間面積約40 m2，無其他潔凈度干擾設備。

檢測儀器：采用光散射粒子計數器[2]計量校準的參考程序標定的在線粒子計數器系統1套，粒子檢測設備5臺，采樣流量為2.83 L/min。

1.2 環境條件

檢測現場條件：大環境潔凈度滿足GB 14925—2010《實驗動物 環境及設施》要求。小環境條件：國產IVC籠盒系統，布滿籠盒，籠盒內飼養小鼠≤5只，設置換氣次數為45 h-1。IVC籠盒更換頻率為1次/7 d，檢測期間按照作業指導書換籠、清潔衛生等，滅菌后的籠盒放置IVC籠架旁，換籠操作人站于籠架前，按順序從上到下逐個更換，更換后所有臟籠盒均及時推至室外。

1.3 實驗方法

采用5臺粒子計數器和5個采樣口，通過接口板與計算機相連。監測結果生成數據和粒子濃度變化曲線。采樣點分布如圖1所示。

圖1 粒子數采樣點分布圖(單位：mm)

粒子計數器采樣點依據GB 14925—2010《實驗動物 環境及設施》附錄E設定。

1) 在IVC設備周圍1.4 m高度處設采樣點1、2：由于換籠操作打開籠盒，部分粒子擴散。

2) 依照人體工效學原理在1.4 m(人員操作界面)和2.2 m高度處(IVC籠架操作界面上方)分別設采樣點3、4。

3) 在遠離IVC操作界面的房間角落1.4 m高度處設采樣點5。

共設置5個采樣點，24 h實時記錄空氣粒子變化數據，選取48 h的檢測數據作為此次研究的基礎分析數據，對連續60 min內檢測的數據求平均值，并將單位換算為粒/m3，作為每小時的粒子濃度值。

2 實驗結果

圖2顯示了粒徑0.5 μm粒子的濃度變化。圖2結果表明：1) 設施內大部分時間0.5 μm的塵埃粒子濃度小于352 000粒/m3，滿足潔凈度7級的要求；2) 換籠操作期間，打開籠盒，籠盒內的墊料顆粒物隨換籠操作，不斷無組織地向周圍環境擴散，導致采樣點3、4的粒子濃度陡然升高，超過352 000粒/m3，潔凈度降低到8級；3) 達到峰值后約2 h恢復7級潔凈度要求；4) 其他采樣點的粒子濃度也有所增加；5) 空氣粒子呈規律性變化，從換籠開始到結束，潔凈度變化明顯。

圖2 粒徑0.5 μm粒子的濃度變化曲線

圖3顯示了粒徑0.3、0.5 μm粒子的濃度變化。由圖3可以看出，0.3 μm粒子濃度變化趨勢與0.5 μm粒子濃度變化趨勢一致，也進一步說明換籠操作時，各檢測點潔凈度均呈下降趨勢。

圖3 粒徑0.3、0.5 μm粒子的濃度變化曲線

背景潔凈度可以保持在ISO 7級狀態，當籠盒更換等操作時，引發塵量劇增，局部粒子濃度陡然升高，潔凈度等級降低至ISO 8級甚至更低，在此狀態下IVC設備室內取風，易導致IVC內污染。當操作截止2 h后，潔凈度恢復為ISO 7級。

3 討論

3.1 動態潔凈度是影響實驗動物質量的重要因素

屏障環境潔凈度是保證實驗動物質量的前提，進入大環境、小環境空氣顆粒物的變化，是影響實驗動物是否被污染的主要空氣要素。本研究結果顯示，非換籠期間，設施內0.5 μm粒子的濃度均保持在較低水平，可滿足ISO 7級潔凈度要求，此時可近似為靜態檢測。但在換籠期間，污染物從籠盒內擴散，并在一定距離內影響周圍環境，同時人員在不斷操作和移動過程中擾動空氣，也會加劇污染物的擴散，停止更換籠盒后，一段時間內，污染物逐漸隨氣流排至室外，此過程符合污染物擴散特性。因此，動態潔凈度指標對保證實驗動物質量尤其重要。

3.2 實驗動物屏障環境運行應重視“少產塵”機理

實驗動物屏障設施是特殊用途的潔凈室或相關受控環境，前提是必須保證在密閉空間內的潔凈度要求。潔凈室原理通俗理解為：大環境“不進入或少進入塵粒”、運行中“不產生或少產生塵粒”、產生后“快速排除塵粒”三原則。然而目前絕大多數實驗動物屏障設施都采用大環境全面通風的氣流組織模式，沒有對局部產生的大量粉塵顆粒采取有效措施，故在換籠操作期間，污染物不能被及時排走，而是不斷從籠盒內向大環境擴散，擴散出來的顆粒物受周圍大環境氣流的卷吸和局部操作的擾動，導致距污染物擴散點近的位置，粒子濃度高，隨著距離的增加，越來越低；但在停止操作后，污染物被不斷稀釋，粒子濃度逐漸降低，恢復潔凈狀態。因此，在制定作業指導書時，應把籠盒更換產生潔凈度降低的因素考慮在內，采取局部通風措施，解決被污染的危險。同時，設備研發應滿足局部通風和籠盒更換潔凈度問題。且在實驗動物屏障設施設計、建造、運行過程中，為了保證實驗動物不被污染，堅持以潔凈室原理為依據是十分必要的。

3.3 動態監測潔凈度對實驗動物屏障環境參數有指導意義

實驗動物屏障設施建成后，是按照靜態檢測并進行驗收的，但運行時，應考慮空氣潔凈度在不同作業狀態下的變化規律，建議在換籠操作期間或制定作業指導書時，考慮采取相應的措施，把污染空氣控制在較小的范圍內，并及時排至室外，減少空氣中塵埃粒子及細菌病毒積存的載體。本研究采用實時在線連續粒子數檢測系統進行粒子數檢測，排除了因人工及臨時擾動引起的誤差及檢測數據不連貫等缺陷。通過檢測數據預測污染物擴散規律，探討實驗動物設施管理及防感染、避免生物安全事故發生的措施。

4 結語

實驗動物屏障設施內IVC籠盒更換操作時空氣潔凈度發生明顯變化。污染物的主要來源、產生時間、原因及變化趨勢，可為實驗動物設施運行管理提供依據。