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动物实验室设备布局设计

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产品分类:动物实验标准

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  • 产品介绍

 一、布局考虑

  实验动物饲养机构通常是独立的机构,饲养设施是建筑主体,根据需要配有相关的实验室。而实验动物使用机构则不同,实验室通常是建筑主体,动物饲养设施的面积相对较小,饲养动物是实验过程的一部分,但是在一些安全性评价机构(GLP实验室)动物饲养设施是最重要的组成部分。

  在考虑实验动物设施的布局时,从大的方面讲,包括三个防护区和四条控制路线。所谓三个防护区是指:外围防护区、建筑防护区和饲养防护区。四条控制路线是指:人员控制路线、动物控制路线、物料控制路线和废物控制路线(见图1),通过个体防护、包装等措施人、动物、物料的流动路线可共用。

 

  工艺布局主要是规范工作流程和人员、动物、物品等的相互关系和移动,并确保安全,此外,对形成屏障结构意义重要。

  二、外围防护区

  主要指建筑外围的区域。鉴于实验动物饲养的特殊性,外围可能需要设监控设备、人员进出的控制、卫生防护带等。如果设施内从事涉及高致病性病原微生物的动物实验活动,须考虑设施的安保要求,以及一旦发生意外事故后对周围控制区域的需求、疏散和救援需求。外围的防护主要通过设置栅栏、围墙等方式实现。鉴于景观的需求,使用栅栏更显人性化。栅栏不应低于2米,栏杆的间距不大于10厘米,栏杆要坚固、易于清洁。此外,需要设置照明系统、报警系统和视频监控系统,更高级别的防护包括地下的电磁场报警、红外线报警和运动物体报警、低压电击等措施。防护区内一般不布置绿化,以免影响监控,同时也可减少昆虫、老鼠等。为保证正常的外来服务,如邮件、送货、访客等,通过风险评估决定是否需要安检、特殊通道、中转站等措施。对控制区域应设置警示牌,避免无意闯入。对防护要求高的设施,应保证外来车辆不能靠近设施,离开至少30米远。在外围防护区,宜设专用的外部人员和车辆入口。

  三、建筑防护区

  建筑防护区主要指实验动物设施所在的建筑。建筑内有动物设施和其它设施,其它设施可能与动物设施有关,也可能无关;动物设施可能就是建筑的主体,也可以是其部分。需要考虑的主要问题是动物设施环境与建筑物内其它区域环境的相互隔离与相互关系,人员、动物、物料和废物的进出路线。适用时,动物设施及其相关的设施宜集中布置,从事感染动物活动的设施需要单独布置。建筑除主入口外,要考虑设置动物、大型设备和废物的出口/入口。出于安全考虑,必须评估和明确对门窗的性能要求。在合理控制数量的前提下,对门窗的大小、形状、耐冲击能力、耐火性、保温性、光学特性等均要有要求。可能的风险来自于异常的气候、自然灾害、人为破坏、设备异常等,如,通风系统的异常可造成室内压力急剧变化,造成门窗损坏。在竖向布局方面,动物设施宜布置在低层,以方便运输动物和物料。较大型的实验动物设施通常有相对复杂的通风空调系统和污水处理系统,常采用所谓三明治结构(见图2)。这种结构的特点是设备维护方便,如果设计有备份系统,可以实现真正意义上的连续工作,避免

影响实验活动。国内一些设施,将管道等放入设备夹层(吊顶),虽可以降低总层高和节省建设费用,但狭小的空间不利于维护设备和进行性能检测,从长期来看,增加的维护费用、改造费用等可能会远远大于当初节省的费用。此外,这类设施的可变性小,一旦相关的要求发生变化,可能面临难以改造的风险。

   

  图2 澳大利亚实验动物设施竖向布局示意图

  四、饲养防护区

  一个设施基本的形态是由入口、走廊(或通道)、功能间和出口组成,如图3所示。

 

 

  走廊是连接各功能区的纽带,各种通道发挥快捷、隔离、消毒等作用。实验动物设施的特点是不相容的因素多,需要利用走廊和通道对不相容的因素作合理的安排。走廊的形式包括双走廊、单走廊等、U型走廊、环廊等,示意图如下(4)

  

 

  图4 设施内部走廊的设计

  设施内部的安排应根据工作流程和利于控制风险的原则确定,此外,还要考虑工程可行性和日常维护的方便性,可以组成相对独立的单元,示意图如下(5)

  

 

  五、动物的进出

  动物进出的基本原则是尽量保持单向流。设计人员应充分了解实验动物机构的特定之工作流程。动物生产设施和动物实验设施应分开设置。对动物生产设施而言,需要将所生产的实验动物发送至合同机构,需要考虑动物输出的问题。而在动物实验设施,动物最终多以尸体的形式或经过处理的固态和液态等形式运出,但是,无论从动物福利或实验需求角度,也有可能需要将存活的动物运出动物实验设施。

  实验动物是工作对象,其在设施内的流转(见图67)应根据工作流程合理设置。从控制污染的角度,单向流是基本原则,如果在某些环节做不到,需要考虑特殊的设计,如使用隔离传递装置等。在动物流动的过程中,应该始终考虑如何清洁和处置动物的排泄物、分泌物、毛发等。生物安全动物设施出入的设计需要重点关注病原控制问题,运入或运出设施的动物/尸体可能是已经被感染的动物。生物安全动物设施应单独设置。

 

  六、人员的进出

  进出实验动物设施的人员主要包括动物管理人员、动物实验人员和清洁人员。此外,还有送货人员、维护人员、来访人员、检查人员、安保人员等。为保证各类人员的进出有序,需要合理设计路线和设置不同级别的物理限制。人员的移动具有主动性,可以到达任何区域,要通过SOP和物理控制措施管理人员的移动。

  合理的设计基于对工作类型、流程以及控制要求的了解程度。理想的情况是不同工作类型的人员之间没有交叉,这可以通过区域划分、时间顺序、设置通道(传递窗)等方式实现。

  从控制理念讲,设施应明确区分控制区和非控制区。控制的内容包括环境、卫生、安全、安保、隐私等,并要在控制程度上进行分级。通常,核心工作区设置在内圈。设计人员可以先了解一些复杂的大型动物设施,包括动物生物安全设施,以获得感性的认识,仅满足标准的设施不一定是好用的设施。

  人员进出可以走同一路线。穿越控制要求不同的区域时,可以通过缓冲间/气锁,并更换个体防护装备或消毒,而达到控制要求。

  更衣室和淋浴间是人员进出的关键房间。其大小除考虑性别的特殊要求外,还要考虑同时进出人员的数量,过长的等待时间会影响正常开展实验,或造成人员急躁。

  关键节点的缓冲间/气锁和走廊构成人员移动的路线。根据情况,可以考虑采用单走廊、双走廊、多走廊等。

  人员进出管理的基本原则是分级/分层管理、分区管理、分时管理。

  七、物料/废物的进出

  物料可分为清洁物料和危险物料物料、大型物料和小型物料等,通常可随人带入设施或经过传递窗、渡槽、双扉高压灭菌器等通道进入设施。对于大型的动物设施,应考虑设置物料进口和/或出口。

  传递窗、渡槽、双扉高压灭菌器等通道对物料的进出有重要意义,需综合考虑,合理设置。要考虑大型物品的进出,设置设备门是一个有效的解决方案。走廊的宽度、门的宽度均要根据工作的特点设计。

  废物可分为危险废物和普通废物。风险等级为12级的感染性废物可以按要求包装后运出动物设施委托专业机构处理,风险等级为34级的感染性废物须在设施内消毒灭菌后运出实验室处理。

  废物的形态包括固态、液态和气态。如果涉及大动物,动物尸体是可能的大型废物。如果其不含有害因子,可以运出机构处置。如果其含风险等级为34级的病原体,需要先在设施内消毒灭菌。动物的尸体处理也是大中型动物实验的难点和高风险环节之一。我国由于缺乏专用的大中型动物尸体消毒灭菌装置,通常采用肢解后进行高压处理的方式灭菌。有实验证明,如此处理后的尸体,仍可能检出芽胞杆菌。用高压锅处理,还面临巨大工作量的压力,此外,产生的气味也令人难以忍受。如果处理能力不足,势必导致工作效率降低,或需要暂存尸体而带来另外的风险。对动物尸体消毒灭菌的方法须经过严格验证,切不可轻率处之。目前,国际上已经有较成熟的大动物尸体灭菌装置,但费用较高。图8所示为实验室内大动物处理装置,机理为高温高压加上氧化、碱消解等生物化学反应,在灭菌的同时,消解动物组织和骨骼,最终形成无生物危险的少量碳化或软化的骨残余物。欲使用大动物从事感染实验的人员应事先进行充分的风险评估和资源评估,否则将会导致意想不到的结局。

  

 

  液态废物是湿式饲养动物的主要废物。可以通过地面或专用管道收集,也可使用可移动的废液收集装置收集。低危险废液可以按普通的实验室废水收集和处理,达到环保要求后排放。高危险废液应在风险评估的基础上,单独处理,可能涉及生物、放射、化学等危害,要按法规和标准的要求,无害化后按普通的实验室废水收集和处理。饲养动物离不开用水,排水系统是实验动物设施的关键系统,其比供水系统更复杂,特别是处理高危险废液的系统。

  气态废物主要通过换气排放。其可能含有生物、放射、化学等危害或异味,有些需要处理后排放。对于生物因子,可以通过HEPA过滤器处理后排放。为控制污染,应充分利用局部通风和气体过滤装置,安装的局部通风和气体过滤装置应与系统通风匹配,互不影响各自发挥正常功能。

  设施内应有储藏室或储藏空间,包括对清洁物料、危险物料、危险废物和普通废物的存放,但不允许长期储存废物。

  八、信息的进出

  在数码时代,信息传递的方式发生了根本的变革。现代化的动物实验设施的重要标志之一就是信息化技术。涉及信息传递的包括(不限于) 以下方面:

  - 门禁系统

  - 通话/传真系统

  - 局域网

  - 互联网

  - 报警系统

  - 自控系统

  - 监视系统

  - 监测系统

  - LIS系统

  - 物流系统

  - 实验数据采集与传送

  除电子化的信息外,还有大量的以纸等为载体的信息进出实验室。从控制污染和节约资源的角度,要尽可能减少纸质等文件的出入。信息化的手段还可以实现监控、指导工作人员操作,观察和记录动物的活动,以及组成网络系统,实现资源共享平台(见图9)

  

 

  图9 网络平台示意图

  对实验设施和设备的远程监控、维护等技术已经广泛应用,现代化的物流系统和芯片ID系统也运用到实验动物相关的活动,实验动物设施的设计不能不考虑数码信息的进出问题。

  信息化的效率和便捷性毋庸置疑,但需要特别关注的是安全问题,如互联网的安全、访问权限、机密信息、个人隐私等。

  九、设施内不同的功能区

  () 入口

  在设计动物入口和出口时,应考虑装卸区。若饲养大型动物,装卸区异常重要,是一个动物设施设计成功与否的重要标志之一。设计人员应充分了解动物的特征,通过对门、围栏/过道、地面、空间、特殊机关等进行适宜设计,使动物可以顺利地进入动物设施,并减少动物的焦虑情绪、反抗行为和身体伤害,利于污染控制。需要考虑的因素包括:

 

  动物出入口一般应考虑设计为双门、缓冲间或气锁。对于生物安全二级、三级和四级的动物设施,在动物饲养间的出入口设置缓冲间是强制性要求。双门、缓冲间或气锁对于减少气流交换、降低噪音、防止动物逃脱和野外动物进入等均有关键作用。将设施的出入口设计为正压有助于防止环境有害因素进入设施。

  走廊的宽度应达到1.83-2.44米,以允许各种设备通过。在一些区域要加装保护栏杆,防止被撞击。走廊不能作为储存物品之用。墙上的开关、按钮、电话、管线、配电盒、灭火报警和水龙头等设置在合理位置,并加装保护。大型动物/尸体的转运可能需要吊装、传送带、轨道车等装置的帮助,需要预先设计。

  通道指传递窗、渡槽和传输管道等,双扉高压锅也可以发挥通道的功能。这些通道具有捷径和避免开关门的作用,应根据工作要求和污染控制要求选择功能和大小合适的传递窗、渡槽、传输管道和双扉高压锅等。

  应考虑防止昆虫等野外动物进入和实验动物外逃的设计,并保证有效。由于动物设施的特殊气味和适宜环境,很容易吸引蚂蚁、蟑螂、苍蝇、野鼠,如果围护结构不严密则防不胜防。认为正压设施有气体屏障而对围护结构的要求不需很高的观念是片面的认识。

  人员入口通常会考虑和淋浴、更衣间等结合设置。如果设施较大,男女人员的入口宜分别设置,可以减少等待时间。图10是较常见的一种入口设计。

  

 

  () 缓冲间

  根据GB19489 《实验室 生物安全通用要求》,缓冲间的定义是设置在被污染概率不同的实验室区域间的密闭室,需要时,设置机械通风系统,其门具有互锁功能,不能同时处于开启状态,即机械通风可以视情况设置。双门互锁的房间是一个最基本的缓冲间,缓冲间的面积不宜过大,可结合更衣、淋浴、消毒等功能。缓冲间的机械通风方式可以包括以下几种方式(见图11)

  a:机械排风和机械送风;

  b:机械排风,自然送风(漏风)

  c:机械送风,自然排风(漏风)

  

 

  在上述第一种情况,如果围护结构和门达到气密性要求,即是所谓的气锁(air lock)。实践证明,缓冲间是隔离或降低两个不同空间之空气相互交叉的有效方式,也有隔离噪声、冷热、防止蚊虫进入和动物逃逸、节能等作用。缓冲间可以连接两个区域或多个区域,何时需要设置缓冲间取决于其相邻区域是否有不相容的因子需要相互隔离。为降低意外事故带来的风险,GB1489 要求,饲养携带病原微生物动物的饲养间(ABSL-2ABSL-4防护水平)的出入口应设置缓冲间。隔离检疫室应设置缓冲间。密封性良好的门并不能代替缓冲间的作用,几十帕斯卡或上百帕斯卡的压力实际很小,如果没有缓冲间,在开门的时候会出现明显的双边气体交换和压力变化。传递窗、渡槽等作用类似于缓冲间。如果进入到缓冲间的空气中含有不可接受的危险因子,缓冲间需要具备自净化或消毒条件。物品出入口处设置缓冲间/气锁,可以对一些大型设备/物品进行消毒,以符合出入要求。

  在入口处可以设置风淋室并兼缓冲间,如果有条件,宜采用地面回风系统(见图12),或采取其它的措施如粘性地面等,以捕获被吹落的各种微小物质。

  

 

  ()洗消间

  洗消间在动物设施中占有重要的地位。污染物可分为普通污染物和危险污染物,普通的污染物可以清洁后或进一步消毒后再次使用,危险污染物须去除危险因子使之成为普通污染物后在进行清洁和消毒。GB19489《实验室 生物安全通用要求》规定,涉及高致病性病原微生物的污物或其包装的表面须可靠消毒灭菌后运出饲养间。意味着,一种布局方案是饲养间或风险水平相同的通道等功能区与双扉高压锅直接相连(见图13),另一种方案是对污物进行包装,并对包装的表面进行可靠的消毒灭菌,然后运出饲养间,但是,还须在防护区域内进行消毒灭菌处理,之后按普通的污物处理(见图14)。当动物笼具较多或较大的情况下,采取第一种方案更切合实际需求。近年来,洗消设备发展的趋势是自动化和多功能化,如换笼工作站(见图15),这些设备的安装和对空间的要求要遵循制造商的建议,应在设施的规划期就要考虑,或预留出发展空间。

  图15 换笼工作站

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