新型冠状病毒的快速传播将病毒又一次带入人们的视线,不光医务和救援工作者在**全力救治,科研人员也在紧锣密鼓地进行病毒研究以及药物实验。
那你可能想知道,进行病毒实验的实验室是什么样子?与学校里的生物实验室、医院里的检测实验室有什么不同呢?接下来,让我们一起认识一下生物安全实验室。
什么是生物安全实验室?
实验室是进行科研工作的必需场所,根据危险度等级,包括病原的性和危害性,**上将生物实验室按照生物安全水平(Biosafety level,BSL) 分为P1(Protection level 1),P2,P3和P4四个等级。
P1-P4实验室可以承担的工作也根据安全等级进行划分,其严格等级从低到高。
P1实验室:基础实验室,适合对人体、动植物或环境 危害较低,不具有对健康成人,动植物致病的因子。
P2实验室:基础实验室,适用于对人体、动植物或环境具有 中等危害或具有潜在危险的致病因子,对健康成人、动物和环境不会造成严重危害,有有效的预防和**措施。
P3实验室:防护实验室,适用于处理对人体、动植物或环境 具有高度危害性,通过直接接触或气溶胶使人上严重甚至是致命的疾病,或对动植物和环境具有高度危害的致病因子, 通常有预防和**措施。
P4实验室:别防护实验室,适用于对人体、动植物或环境 具有高度危害性,通过气溶胶途径传播或传播途径不明,或未知的、高度危险的致病因子。 没有预防和**措施。比如埃博拉病毒。
生物安全实验室的建设需要遵照已发布的《 生物安全实验室建筑技术规范》。根据规范,P2实验室宜实施一级屏障和二级屏障,而P3和P4实验室需要设置一级屏障和二级屏障。
一级屏障**了 实验操作者与作对象之间的隔离,包括 生物安全柜和正压防护服等;二级屏障则是 **了生物安全实验室与外部环境的隔离,其中就包括 换气系统,因此,一级屏障和二级屏障分别是实验人员和外界环境的保护伞。建筑技术规范中也详细制定了P3和P4等级实验室的主要房间, 包括主实验室,主实验室缓冲间,隔离走廊,防护服更换间,准备间,淋浴区等的技术指标。**高的清洁级别,恒定范围的温度、湿度以及压差都是实验安全的保证。
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生物安全实验室二级屏障的主要技术指标
来源: 生物安全实验室建筑技术规范 GB 50346-2011
你可能会好奇,别的P4实验室具体是怎样的呢?
P4实验室作为别的生物安全实验室,是应对高危险性、且无法预防和**的烈毒的利器。P4实验室 一般为一栋独立的建筑物,如与其他级别生物实验室共用建筑物,也需要在建筑物中占据独立的隔离区域,并与附近的其他建筑物完全隔离。 在常见的四层结构中,一层为污水处理与**设备,二层为**实验区,三层为排风管道过滤层,四层为空调设备与送排风管道。
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P4实验室的基本特征
来源:National Institutes of Health, part of the United States Department of Health and Human Services
生物安全实验室中的人员保护
进入普通实验室时,实验人员仅需实验服,手套和面部防护等装备。而高等级实验中有潜在的危险致病因子,研究人员要怎样保护自身呢?
我们**提到了,一级屏障**了实验人员与潜在毒菌的隔离。 在进入高等级实验室前,人员需要经过多道程序,包括外较衣间,淋浴间,内较衣间,缓冲间等,从外面进到实验室内部可能需要20-30分钟。因此,实验室工作人员在上岗前都需要接受严格的培训,上岗后必须确保遵守使用流程。为了使科研人员与潜在的病原隔离,进入实验室需要穿着 独立供氧的正压防护服。在防护服中,实验人员所呼吸的空气来源于独立的空气系统,并且在实验室中活动需要更换呼吸管,这也是为什么实验室中会吊着很多螺旋状管子。
对于P2级别及以上的实验室,按照规定须配备有生物安全柜(Biosafety cabinet,BSC),操作有危险的病原都需要在柜内完成。生物安全柜是一种负压式装备,根据循环风和排风比例也分为不同的级别,其通过将柜内空气不断抽出,以保证柜内的负压,来防止实验操作中产生的气溶胶向外扩散。实验完成后,人员在离开实验室时,要进行化学淋浴消毒,消灭一切可能沾染到的病毒,终才能层层脱掉防护装置。
洁净手术室集中送风装置重要性
众所周知,手术室内集中送风装置的性能决定了手术区域环境控制(control)质量,较大地影响了手术质量与感染风险控制。手术是开放性的医疗过程,手术区域无菌无尘程度直接影响进入机体内部空气的质量,研究表明,除了悬浮菌浓度,尘埃浓度也影响术后感染率。主刀医生操作手与手术器械上的落菌、落尘几率,也会加大感染的风险。特别对于那些器官移植、关节置换、整形手术等高风险深部手术尤为重要。Ⅰ级洁净手术室送风装置性能较要引起重视,因为这类手术风险太高,术后感染会危及生命。
《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2002(以下简称原《规范》)实施以来很长一段时间内,无论院方、设计方还是施工方对手术室集中送风装置不是特别重视。一旦集中送风装置不合格、末端空气过滤器或安装边框发生漏泄,手术区内污染控制的效果就无法保证。目前洁净手术室集中送风装置大多是工程公司自产、现场制作的,质量难以保证。有些工程公司送风装置的结构不符合净化送风口的基本要求,在过滤器安装框架上直接打螺栓孔(图1),易发生泄漏;有的仅靠胶密封,在空气过滤器边框上涂上厚厚的密封胶,因堵漏不理想一再涂胶,不仅影响拆换,也产生污染;有的送风装置中间无影灯罩过大(图2),影响了送风气流均匀(jūn yún)性;有的送风装置甚至采用油槽密封,结果因油融化而滴落在手术床头。据国家建工质检中心在2006、2008、2009年三年对部分**医院手术室抽检发现,泄漏的约占40%。
洁净手术室送风装置新要求
针对洁净手术室送风装置重要性与现状,新版《规范》对其性能提出如下要求:
1.应**选用工厂化、装配化、安装简便的成品,避免现场加工;
2.无影灯立柱和底罩占用送风面的,送风盲区不宜大于0.25m×0.25m;
3.送风装置应方便更换或能在手术室外更换其中的末级过滤器(作用:过滤杂质等);可采用有阻漏功能的成品装置,过滤器箱应设在附近的设备层内;
4.检漏应按《标准》的规定执行;
5.集中送风装置送风洁净气流满布比应大于0.9,并应由下列公式进行计算:
6.当在Ⅰ级手术室手术区地面以上1.2m截面、按《标准》要求布置测点,其风速不均匀度应小于等于0.24,应按下式计算:
式中:?D每个测点的速度(m/s);
?D各测点平均速度(m/s);
k?D测点数。
对此新版《规范》认为:
手术室送风装置应和现行国家标准(批准发布:国家标准化主管机构)《洁净室施工及验收规范》GB50591要求的风管一样宜工业化生产,应该**选用工厂化、装配化的送风装置产品,既可保证产品性能,又能提高安装进度和质量,避免现场制作、钻孔、焊接等带来脏乱与尘埃污染。
新版《规范》再次强调集中送风装置送风洁净气流的满布比,并将满布比从原《规范》要求大于0.85提高到大于0.9。因为送风洁净气流满布比是影响送风气流速度不均匀(jūn yún)度的重要因素,可以提高送风气流动态排污性能。
新版《规范》从大量的工程调研与现场检测得出:将Ⅰ级手术室手术区在地面以上1.2m截面的风速不均匀度从原《规范》小于等于0.25提高到小于0.24是可行的。ICU病房ICU即重症加强护理病房(Intensive Care Unit),又称加强监护病房综合**室,**、护理、康复均可同步进行,为重症或昏迷患者提供隔离场所和设备,提供护理、综合**、医养结合,术后早期康复、关节护理运动**等服务。只要集中送风装置中心盲区小于0.25m×0.25m,送风洁净气流满布比大于0.9,采用合适的阻尼层材料,截面的风速不均匀度完**够满足小于等于0.24的要求。
原《标准》对Ⅱ、Ⅲ级手术室集中送风装置要求不高,只是要求满足相应的送风面积与换气量。针对目前洁净手术室出现的送风装置不良现状,有的甚至仿制国外公司送风装置,尽管送风面积与换气量符合《规范》要求,但无法形成主流区,仍造成手术环境控制不佳。为此新版《规范》特别要求“在Ⅱ、Ⅲ级手术室集中送风装置送风面以下0.1m的截面上的送风速度应能均匀分布,宜在0.1m/s~0.4m/s之间,不得出现无速度的盲区(blind spot)”。虽然要求不高,对风速不均匀度也没提出要求,但这将促使工程公司自产、现场制作的送风装置必须改进,否则将不能通过验收。
相对于原《标准》,新版《规范》出于节能考虑减少了手术室换气量、降低了送风装置送风风速。这些节能措施(指针对问题的解决办法)当然基于手术环境控制的有效性,但同时不得不考虑风速降低,送风气流的空气动力减弱,热(冷)动力相应增强,当送风温度**室温,送风热气流可能(maybe)有问题。洁净手术室在冬季工况送热风就难以送下来,尤其是冬季台手术时,这种现象可能较明显。为此规范要求“在手术进行过程中,Ⅰ级~Ⅲ级洁净手术室净化空调系统宜能够在送风温度**室温状况下运行”。
洁净手术室集中送风装置新措施
鉴于洁净手术室集中送风装置对手术环境控制(control)的重要性,新版《规范》对其提出了新的要求,应该引起院方、设计方和施工方的重视。特别是工程公司自产、现场制作的结构不合理、质量难以保证的送风装置必须进行改进,否则终将会被市场淘汰。
目前集中送风装置外观的问题是盲区(blind spot)太大,无论是中间无影灯底罩,还是安装框架或导轨(图5?图6)。净化手术室各手术室空气净化系统在手术室墙面四角、净化机组、天花板、走廊、新风机、排风机都设有不同级别的过滤器,并对其进行定期清洁、维修和更换,严格保证室内空气的无菌。过去手术室内吊挂的装置不大,也不重,在集中送风装置下安装的导轨宽度也窄,似乎导轨问题不大。这几年出现的多功能复合手术室,因需要移动的吊挂式设备又大又重,往往在送风面下直接安有钢梁与吊轨,将原有的集中送风装置分隔成几块,导轨过宽。这种情况如何保证集中送风气流特性?在设计、施工与验收中经常会遇到这类问题。这就要求手术室净高不**3m,导轨宽度不宜大于0.25m,可以保证被分隔的气流在人头**以上搭接,保证了手术环境的控制要求。
新版《规范》要求**选用工厂化、装配(assemble)化的送风装置产品。手术室阻漏功能的集中送风装置就是工厂规模生产、可方便在现场快速装配的产品(图7、图8)。它拥有不渗漏、末端过滤器(作用:过滤杂质等)方便更换或能在手术室外更换等特点。
至于维持洁净手术室集中送风装置送冷风的问题,由于我国医院手术部大多数采用双走廊平面布局,手术室常处于空调内区,手术室是常年存在冷负荷的,送风温度(temperature)应该**室温。手术室装修确保手术台洁净度达标,一般多采用垂直层流式效果较好 层流手术室是一个"正压"环境,其空气压力根据其不同区域(如手术间、无菌准备间、刷手间、麻醉间和周围干净区域等)洁净度不同要求而不同。但是国内医院手术室大多在晚上关机,会在冬季形成建筑热负荷,第二天台手术就有可能出现送热风的问题。国外常用的对策是将手术室配置(deploy)带辐射板的围护,靠辐射热消除冬季建筑热负荷。当然也可在围护结构外夹墙中加设采暖散热装置,使手术室送风仅承担消除室内设备、灯光、人员等冷负荷,维持送风温度始终**室温。
目前在手术部实际运行中,常常采用提前开机的措施,这样不仅可以提前消除建筑热负荷,也可保持手术所需的无菌、无尘状态。在北方地区的冬季,手术部走廊在夜间可采用值班采暖,这也是消除冬季建筑热负荷的好办法。
结语
新版《规范》对洁净手术室内集中送风装置提出的新要求是合理的,是基于十多年来我国原《规范》实施的经验(experience)教训,并借鉴(jiè jiàn)了国外相关标准与实践,只要采用合适的措施是可以达到的。我们相信新版《规范》的实施、推广,一定会使我国洁净手术室建设较上一层楼。
PCR实验室
基因扩展实验室又称PCR实验室,其特点是能将微量的DNA大幅度增加,PCR是分子生物学研究和实验室的常规方法
1. PCR实验室平面布局图
实验室原则为四个单独的区域,前两区为扩增前区,后两区为扩增后区。扩增前区与扩增后去应该严格分开。实验材料、试剂、记录纸、笔、清洁材料等,只能从扩增前区流向扩增后区,为避免交叉污染,进入各个工作区域必须严格遵循单一方向进行,即只能从试剂准备区→标本制备区→扩扩增区→扩增产物分析区。各实验区之间的试剂及样品传递应通过传递窗进行。
2. 各区功能及主要设备
1. 试剂准备区:扩增试剂的配置、分装和保存。未设立缓冲间的试剂储存和准备区,工作区域为正压。用于扩增的试剂应冰冻储存。主要设备有天平、冰箱、离心机、加样器、振荡器、紫外灯。
2. 样品制备区:实验室样品的混样和测试样品的制备。未设立缓冲间时工作区域为负压或减压,可安装排风系统。所用的器具在使用前应经过彻底清洗并消毒,防止交叉污染。主要设备有冰箱,生物安全柜(洁净工作台,通风柜)离心机,加样器,振荡器,恒温水浴,上下水设备,废弃物容器,紫外灯。
3. 扩增区:PCR扩增反应体系的配置和模版的加入,核酸扩增。未设立缓冲间的扩增区,工作区域为负压或减压,可安装排风系统。加样应在**净工作台(生物安全柜)内进行。**净工作台的气流选择垂直流。
4. 扩增产物分析区:扩增产物的测定,未设立缓冲间的扩增产物区,工作区域为负压或减压,应安装排风系统。
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