如何建立生物安全实验室

生物安全在全球已经受到越来越多的重视,特别是非典型肺炎(SARS)和高致病性禽流感爆发以来,国内从专家学者到普通百姓都认识到我国在生物安全领域面临的严峻形势,而在此以前,我国没有一家P4级实验室,P3级实验室也不够规范,这种情况严重制约了我国对生物安全领域的研究及相关产品的开发应用。卫生部已经颁布了针对生物安全实验室的行业标准《微生物和生物医学实验室生物安全通用准则》(WS233-2002),其主要内容基本上是参照美国国立卫生研究院 (NIH)及美国疾病控制中心(CDC)的标准制订的,用于指导各级生物安全实验室的设计、建造及使用。本文简单介绍了建立全球用于SARS等研究普遍采用的P3实验室的一些主要注意事项,并例举了一些符合P3/P4生物安全实验室要求的专用仪器设备的特点和性能,同时将美国疾病控制中心实验室生物安全级别标准(三级和四级)附在文后,以供参考。
      P3实验室用于内源性和外源性病源(若因暴露而吸入该病源会引发严重的、可能致死的疾病)的研究工作。总体来看,实验人员应在处理致病性的和可能使人致死的病源方面受过专业训练,并由对该病源工作有经验的、有资格的科学工作者监督。所有与传染源操作有关的步骤,都应在生物安全柜或其他物理防范装置中进行,或由穿戴合适防护服及设施的实验人员进行。实验室须经过特殊设计和施工。以下来看看实验室的几个具体要求:
      首先,P3实验室的地点选择要离开建筑物内的行走区,禁止随便进入实验室。进入走道后,至少要经过两道自动门,才能进入实验室。所有的门都应有锁,过道里可以设计一个更衣室便于实验人员更换实验防护服。实验人员除了要穿上实验防护服外,在处理传染源、感染动物及被污染的仪器时,必须戴手套。进入内有感染动物的房间时,还应采取呼吸和面部保护措施。
      实验室内,门口附近应安装一个全自动洗手池。在处理病源的区域,墙面、地面、天花板表面应光滑防水,接缝密封,对实验室常用化学试剂和消毒剂具有耐腐蚀性,易于清洗、消毒。地板注意整体性及防滑,建议在地板凹处使用掩蔽罩。实验桌应能承受预期的重量,其表面材料应能防水、耐热、耐有机溶剂、耐酸碱及其它消毒的化学物质。整体布局时要注意,实验桌、安全柜以及各设备间的空间应便于打扫。
      实验室应有管道排气系统,风向从“洁净区”到“污染区”。排出的空气不再循环至建筑物内的任何其他区域。
外部排气口要远离有人区、进风口,否则需经过HEPA过滤。实验人员必须证实进入实验室的风向是正确的。建议在实验室的入口处设置可视的监视装置,表明和证实进风的风向。要考虑安装HVAC控制系统,防止实验室持续正向增压。同时应安装声音报警装置,警告实验人员HVAC系统出了问题。并且至少每年要测试HEPA系统,确保工作正常。
.      有关传染源的所有操作、感染动物的验尸、从感染动物或胚胎卵采集组织或液体等,都应在二级或三级生物安全柜中进行。生物安全柜的放置地点应远离门、房间通风百叶窗和实验室内行走区。应至少每年都通过测试和认证,保证由安全柜排出的、经HEPA过滤器过滤的空气,可进入实验室循环。当二级生物安全柜通过建筑物排气系统排出空气时,安全柜的排气管路的连接应避免对安全柜的空气平衡或建筑物排气系统的空气平衡产生干扰。当使用III级生物安全柜时,要和排气系统直接连接。若三级安全柜和供气系统相连,应避免安全柜正向增压。
      当操作不能在生物安全柜中进行时,应使用个人防护设施如口罩、面罩等防范装备。而实验室中的其它配套仪器也以配有安全罩,密闭设备或其它物理防范设施为宜。如带安全罩或密封转头的离心机,带安全罩的生物反应系统等,详见本文后面的相关描述。
      处理实验垃圾的设施最好放在实验室内(即高压锅、化学消毒剂、焚烧炉和其他可行的消毒方法)。垃圾运出实验室时应当密封,不应通过公共通道运送。
此外,实验室的光线应适于开展所有的工作,避免反光和闪光,以免妨碍视觉。实验室还应当配有眼睛冲洗装置。
      关于建立P3/P4生物安全实验室所需的设备都有一些特殊要求,现将一些主要的和常用的设备列举如下:
1) 二级/三级生物安全柜
       P3/P4实验室的二级安全柜须有外排系统,要求外排空气经过彻底有效过滤后排入大气。基因公司代理的丹麦Heto-Holten A/S的MaxiSafe 2010型二级生物安全柜和MSC III三级生物安全柜是美国NIH(国立卫生院)等权威机构广泛采用的理想安全柜。其中,MaxiSafe 2010型二级生物安全柜于2000年获得DIN 12950和EN 12469认证。与其它品牌不同的是,该系统配备了三个HEPA过滤器,工作台上方两个,下方一个,过滤效率高达99.999%,保证了工作区的最小污染以及过滤器的使用寿命,是SARS期间世界卫生组织(WHO)推荐使用的病毒操作必备设备。
2) 离心机
P3/P4实验室的离心设备要求应该带有防气溶胶的密封盖或在安全罩里操作。这方面,德国EPPENDORF公司的5804/5810系列高速离心机符合最严格的IEC 1010-2-020安全标准,确保离心操作的高度安全,而市面上其它离心机普遍只达到的一般强制性IEC1010-2标准。
3) 高压灭菌锅
日本Tomy的程控式自动蒸汽消毒柜全部采用程序自动控制,有低水位报警装置,不仅满足实验室标准化操作要求,而且为上盖式设计,不锈钢材质,易于消毒及清洗。最重要的是当压力上升时有自动硅条封门,更加安全。
4) 超低温冰箱
丹麦Heto-Holten A/S的-85℃立式超低温冰箱具有独特的层板冷却功能,能更好的保护样品。
法国Jouan Robotics的全自动冰箱Molbank(4℃或-20℃)/Biobank(-80℃)可通过电脑软件控制内置的机械手实现把样本从自动开启的小门放到指定位置,或从指定位置取样本等操作,同时,样本的身份也被机械手所配的条码阅读器所识别,从而实现操作的可追踪性。该冰箱内部规划科学,可用于微孔板、深孔板和试管架等多种样品存储,并由计算机自动编码,识别位置及保存信息,还可与Thermo CRS机械手联用实现外部转移,与别的仪器联机,实现全自动操作,最大限度地避免人为失误。
5) 冻干设备
其主要设备冻干机要求所有接口密闭良好,推荐全不锈钢无缝冷阱,有效捕捉水蒸气,易于消毒,经久耐用。丹麦Heto-Holten A/S是一家在冷冻干燥设备生产方面有40多年历史的知名公司,他们一直致力于开发和生产满足现代化实验室要求的高质量、安全、使用舒适的实验室设备,尤其在温度控制、真空和洁净技术方面始终处于领先地位。他们推出的真空浓缩及冻干系列产品,选材考究,经久耐用。其匠心独具的模块设计,结构紧凑、操作简便、灵活的组合可以完全满足用户各种使用需求。因而在众多冻干机生产厂家中,以灵活多用和优异的性价比被用户首肯,广泛应用于实验室、中试车间及工业生产。
6) 其它常规设备
此外,还有一些实验室常规设备:如匀浆器、混匀器、搅拌器、超声破碎仪、组织研磨器和微量加样器等,都需要根据生物安全实验室的要求进行定期消毒,清洗,因此除了性能稳定,防泄漏,易于消毒和清洗是主要的考查指标。例如,德国Eppendorf公司的Reference型微量加样器系列可以整支高压灭菌,被全球许多生物安全实验室广泛采用。
7) 核酸检测专用设备-定量PCR系统
对于病原体核酸的检测,定量PCR是近年来广泛采用的技术,尤其针对SARS,禽流感病毒,登革热等主体为核酸的病毒致病源,定量PCR灵敏度高,操作简便、快速,无论在疾病研究或检测方面都有很好的应用。基因有限公司提供从其上游血样保存及全自动病毒核酸纯化,到全自动PCR, 反应体系配制(自动加样),到多通道定量PCR反应及检测全套设备和一些相关试剂。
       附:美国疾病控制中心实验室生物安全级别标准:生物安全实验室分级
美国国立卫生研究所 美国疾病管理中心 病源 操作 一级屏障 二级屏障 
P1 BSL—1 不会经常引发健康成人疾病 标准的微生物操作 不要求 开放实验台、洗手池
P2 BSL—2 人类病源菌,因皮肤伤口、吸入、黏膜曝露而发生危险 BSL—1操作外加:1、限制进入2、有生物危险警告标志3、“锐器”安全措施4、生物安全手册,其中规定废物消毒和医疗观察 1级、2级生物安全柜 实验服、手套、若需要则采取面部保护措施 BSL-1外加:高压灭菌锅
P3 BSL—3 内源性和外源性病源,可通过气溶胶传播,能导致严重后果或生命危险 BSL-3 BSL-2操作外加:1、控制进入2、所有废物消毒3、洗涤前,实验服消毒4、有基础血清 1级、2级生物安全柜保护性实验服、手套、若需要则采取呼吸保护措施 BSL-2外加:1、和进入走廊隔开2、双门进入,门自动关闭3、排出的空气不循环4、实验室内负压
P4 BSL—4 对生命有高度危险的危险性病源或外源性病源:致命、通过气溶胶而致实验室感染:或未知传播风险的有关病源 BSL3操作外加:1、进入前换衣服2、出实验室前淋浴3、带出设施的所有材料消毒 3级生物安全柜或1级、2级生物安全柜加全身的、供应空气的正压防护服 BSL3外加:1、单独建筑或隔离区域2、有供气系统、排气系统、真空系统、消毒系统3、其他有关要求

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