生物安全实验室的防护有哪些独特性?

11:07 - 20/06/2020 | 来自: 医疗建筑师联盟

分享到:







       生物安全学科早在100多年前就已出现,这是一门安全处理和控制传染性微生物和有害生物材料的学科。人类研究微生物的同时不断地受到微生物的危害,甚至感染严重疾病、危及生命安全。整个世界也不时出现不明微生物,研究人员往往难以预料对此类微生物进行实验的危害程度。为此,建造生物安全实验室就是要在封闭的实验室环境中隔离危险的病原体所需的一套生物安全防护措施。




如何保障实验室的生物安全



保障实验室的生物安全是首要任务,主要表现为4个方面:实验室的生物安保措施;标准化操作;培训与管理;实验室防护设施。
第一,实验室的生物安保措施是指保护生物的物质和信息的设施,可有效防止健康或经济上的损失,避免出现如恶意释放、故意丢失、偷窃或挪用等现象。病原体不仅需要良好的生物安全操作程序,更要有生物安全保障措施。
第二,严格遵守微生物安全处理技术与标准化操作规程是最重要的因素。每个实验室应制定并遵守生物安全操作手册,识别有可能遇到的风险,最大限度地减少或消除有危害风险的管理程序。只有良好的管理才能实现科学化、规范化、效率化、连续化的运行控制。
第三,提供生物安全基础培训被认为是最佳做法,每位使用感性材料或潜在感性材料的人员都必须接受培训,做到可以识别潜在的危险,并能正确、熟练地操作实验。还须要专门培训实验室员工接触人血或人血制品的工作。通常,生物安全专家还要为生物实验室的访问学者、学生和相关操作工人提供培训。
第四,实验室防护设施就是本文探索的重点。


乔治·梅森大学的生物医学研究实验室(BRL)





生物安全实验室的防护思路



生物安全实验室防护设施中的“防护(Containment)”是我国标准的术语。其实Containment的词意是“围堵”或“遏制”。实验室生物安全的思路、技术设施和实施细则应该对传染性微生物和有害生物材料采用围堵或遏制,即用一层屏障套一层屏障的措施来围堵传染性微生物和有害生物材料,防止意外暴露、泄露或逃逸。与平时熟悉的洁净实验室、洁净室控制思路与技术完全不同。“生物危害”途径是有害微生物或生物材料“由内向外”地对工作人员与周围环境的释放,而“生物安全”的控制思路是“由外向内”,一层又一层遏制或围堵有害微生物或生物材料的暴露、泄露或逃逸。因此建造生物安全防护实验室绝不能套用工业洁净或制药GMP理念与控制技术。生物安全实验室的环境控制思路与措施和洁净室技术的差异,见表1。






与洁净室技术不同,生物安全的一些原则和方法具有其独特性,主要采用以下原则:风险评估;生物遏制;操作集中和封闭;接触最小化;物理遏制;危害最小化。


*风险评估

风险评估通常是根据一个特定生物危害事件发生的可能性和后果进行风险分类。可能性是指特定生物危害事件发生的机率,而后果则代表生物危害影响的严重性。并以低可能性/低后果-高可能性/高后果-风险的连续性(表2)对风险进行可视化。由于不可能消除所有风险,这种类型的分析使利益相关者确定可接受的风险级别,并将缓解风险的工作重点放在较高风险的活动上。


*生物遏制

生物遏制是指通过使用低复制能力、低感染性、低传播性和低毒力的减毒微生物(转基因或非转基因),来减少人员暴露的风险及后果,从而尽可能地减少人员和环境的风险。


*操作集中和封闭

操作集中和封闭,虽然简单且经常被忽视,但这显然是构成提供生物安全的最重要的途径之一,即尽可能地“锁定”微生物,限制微生物负荷,并将其集中限制在最少的工作地点。例如,如果能将有害微生物相关的工作限制在一个生物安全柜,那么与放在两个生物安全柜中的工作相比,风险将会降低。通过核酸增殖检测微生物要比通过培养检测的风险小。


*接触最小化

接触(暴露)最小化是指当围堵层必须受到干扰时,可以通过一组统称为安全微生物技术的行为来最小化暴露,包括佩戴手套,佩戴面罩和眼罩等有序的工作方式,防止气溶胶和液滴产生、防止皮肤破裂等。

*物理遏制

物理遏制是在保护实验室工作人员的基础上,对实验环境也进行保护,提供物理屏障防止微生物从工作场所和实验室逃逸。这包括一系列的建筑设备与设施,如密闭门、气闸,以及各种物理安全设备,再如生物安全柜、隔离器、空气过滤,废水废物管理系统等。物理障碍一般分为一级屏障和二级屏障。一级屏障是操作对象和操作者之间的隔离。二级隔离,是生物安全实验室和外部环境的隔离。显然,这种物理遏制要与上述的方法有机结合才完善。


*危害最小化

危害最小化是指一系列减少暴露后果的活动,主要包括:应急程序的可用性、应急计划、健康和医疗监督以及减少无意暴露后果的疫苗接种等。

将实验室内可能发生的生物危害和风险降低到最低限度和缩小到最小范围成了生物安全实验室防护建设的最重要的考虑。一个好的生物安全实验室应该是安全因素得到最充分考虑的实验室。


堪萨斯州立大学生物安全研究所(BRI)





生物安全实验室的分级与措施


生物安全实验室的设计要依据所进行的实验和操作对象而进行。设计者应该针对实验室各类操作对象所引起的疾病的严重性、感染途径、感染性与毒性、对抗生素抗性范围、有效的治疗与疫苗、传媒(如节肢动物)是否存在、病原是否为本土性及对动植物的影响等来进行生物危害评估。针对不同生物危害级别的操作对象、人员受感染而引起疾病的严重性、感染途径和感染性等,选择相应级别的生物安全实验室以及控制措施。


最早涉及生物安全措施的是1976年美国国立卫生研究院(NIH)关于DNA分子研究的指南。1983年世界卫生组织出版的《实验室生物安全手册》以及1984年美国国立卫生研究院(NIH)和疾病控制与预防中心(CDC)制定的第一版《微生物学和生物医学实验室的生物安全性》指南,奠定了现代生物安全实验室标准。生物安全实验室根据实验室所处理对象的生物危害程度和采取的防护措施分为4级,其中一级对生物安全隔离的要求最低,四级最高。生物安全实验室一般以BSL-1、BSL-2、BSL-3、BSL-4表示相应级别;动物生物安全实验室以ABSL-1、ABSL-2、ABSL-3、ABSL-4表示相应级别。
我国的《实验室生物安全通用要求》《生物安全实验室建筑技术规范》《病原微生物实验室生物安全通用准则》和《生物安全实验室建筑技术规范》均有相应规定。生物安全实验室的分级,见表2。另外,生物安全实验室根据所操作致病性生物因子的传播途径可分为 a 类和 b 类。a 类指操作非经空气传播生物因子的实验室;b 类指操作经空气传播生物因子的实验室。b1类生物安全实验室指可有效利用安全隔离装置进行操作的实验室;b2类生物安全实验室指不能有效利用安全隔离装置进行操作的实验室。





从建筑设计角度来讲,为了保障生物安全实验室的工作人员不受危险微生物的感染以及实验室周遭环境不受污染,在有生物危害的实验室内必须采取严格的物理隔离措施。
生物安全的围堵防护层是依据风险评估,一般围堵层为两级,即一级屏障和二级屏障。
一级屏障是操作对象和操作者之间的隔离。如生物安全柜、个人防护用品(PPE)以及实验室技术人员在处理生物危害时使用的其他技术设备(图1)。一级屏障是将危险微生物有效隔离在最小空间内防止操作人员被感染的最主要的防护手段。
二级屏障是指生物安全实验室和外部环境的隔离。通过建筑技术(如气密的建筑结构、平面布局,通风空调和空气净化系统、污染空气及污染物的过滤除菌和消毒灭菌直至无害排放)达到防止有害生物微粒从实验室散逸到外部环境的目的(图2)。是防止病原体从实验室漏到外部环境中而对实验室和外界的隔断,是以防止实验室外的人被感染为目的的。二级屏障是设施保障,被视为遏制措施的重要组成部分。

生物安全实验室的发展已有100多年,WHO的发布《实验室生物安全手册》也快近40年了,相关标准以及设施系统的控制措施已经日趋完善。



图1     一次屏障




图2    二次屏障

原文作者:

刘燕敏  沈晋明 同济大学上海  200092

本文引自chae杂志,因版面有限,特略去参考文献,有需要者请联系秘书处。


版权声明诚聘英才联盟秘书处

Copyright ©2018 CHAA, All rights reserved. 京ICP备18054870号-1  技术支持:九州科创

关注微信

服务热线:15910526896