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必看!实验室分类与P4实验室详细解读

2022-02-25 14:00:11

实验室内部图

新型冠状病毒的爆发再次将武汉P4实验室带入大众的视线中,作为生物安全等级超高的P4实验室与高校科研的生物实验室、医疗系统的常规检测实验室又有什么不一样呢?首先我们由一张思维导图了解一下实验室的基本分类:

实验室分类思维导图

那么我们了解了实验室的分类,P1-P4实验室是病原微生物实验室的一类,根据危险度等级,包括传染病原的传染性和危害性,国际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

P4不仅安全等级超高,造价和费用消耗也极大,这限制了很多国家的研究和建造。据不完全统计,全球拥有超过50家P4实验室,除中国之外,分布在法国、加拿大、日本、德国、澳大利亚、美国、英国、加蓬(法国巴斯德所)、瑞典和南非等国家和地区。


那么什么是P4实验室呢?


实验室是进行科研工作的必需场所,根据危险度等级,包括传染病原的传染性和危害性,国际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,有有效的预防和治疗措施。

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传染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,通常有预防和治疗措施。

P4实验室:超高级别防护实验室,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,没有预防和治疗措施。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。

一级屏障保障了实验操作者与被操作对象之间的隔离,包括生物安全柜和正压防护服等;二级屏障则是保障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。超高的清洁级别,恒定范围的温度、湿度以及压差都是实验安全的保证。


P4实验室作为超高级别的生物安全实验室,是应对高危险性、且无法预防和治疗的烈性病毒的利器。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,一层为污水处理与保障设备,二层为核心实验区,三层为排风管道过滤层,四层为空调设备与送排风管道。 


P4实验室需要哪些防护?


实验室内部

“P4实验室”在安全等级方面有极高极高极高的特殊要求。工作人员在P4实验室,类似宇航员在太空舱里。

根据百度百科的介绍,各个国家“P4实验室”设计不尽相同。典型的“P4实验室”由更衣区、过滤区、缓冲区、消毒区、核心区组成。此外,在实验室的四周装有高效空气过滤器。进入实验室的研究人员都必须换上隔离正压防护服。这种防护服头部是透明的充气罩,下端连接着一条蓝色的呼吸带,呼吸带另一端悬挂连接在屋顶的管道上,这样保证研究人员在防护服内进行呼吸循环,和外界空气不发生任何接触。工作人员离开实验室时也必须经过化学淋浴消毒正压防护服表面。


到达实验室的核心区,总共有10道门。没错!你没看错,是十道门!而且,里面的7道门是互锁的,如果一道门没有关好,另一道门肯定打不开,这样避免空气的流通。P4实验室拥有更为严格的人员进出制度。进入P3实验室可能需要花费10分钟,而进入P4实验室就要花费至少半小时进行层层消毒,包括沐浴、二更、缓冲等步骤,才能入内。

更衣区依次为外更衣室、淋浴室和内更衣室。消毒区为化学淋浴室,工作人员离开主实验室时首先经过化学淋浴消毒正压防护服表面。核心区任何相邻的门之间都有自动连锁装置,防止两个相邻的门被同时打开。对于不能从更衣室携带进出主实验室的材料、物品和器材,应在主实验室墙上设置具有双门结构的高压灭菌锅、浸泡消毒槽、熏蒸室或带有消毒装置的通风传递窗,以便进行传递或消毒。


在核心区里配有生物安全柜、超低温冰箱、离心机、电热细胞培养柜、显微镜和实验台、小型动物实验室等。生物安全柜顶上有一个直径0.5米左右的粗管子,直接通到房顶,它也是负压状态的,一些主要的操作都需要在生物安全柜中进行。

从BSL-4实验室拿出的相关的物品必须通过高压灭菌锅消毒后,再用洁净袋充分包装,然后通过传递窗传到准备间。

离开BSL-4时,核心区的工作人员要相互把全身从上到下消毒一遍才能走到缓冲间,在缓冲间除去外层防护服、口罩、外层手套,然后将这些放入灭菌容器或消毒袋内。

关闭实验室门之后,再取下防护眼镜,将其放入传递窗进行消毒。然后,工作人员经过另外一个缓冲间,退到准备间。

在这里,他们才可以取下身上所有的防护器具,立即在沐浴室洗澡,之后才可离开实验室。


P4实验室有严格、复杂的管理程序,为了确保BSL-4实验室的安全,只有得到批准和持有磁卡通行证的人才能进入有的通过指纹门禁系统进入,而且所有出入的人员都由电脑记录在案。

“P4实验室”必须要有严格安全流程,因为实验室里的病原体一旦泄露,将造成大范围的传染病甚至被恐怖分子用作生化武器,好莱坞拍摄的生化危机大片将会上演。

据了解,日本的头一个BSL-4实验室建于1981年,但建成后一直操作的是低风险病原体,直到2015年安全问题才得到解决。


中国大陆的P4实验室


中国大陆有两个P4级别的生物安全实验室:中国科学院武汉国家生物安全实验室和位于哈尔滨的国家动物疫病防控高级别生物安全实验室

在2003年SARS爆发之后,中科院就决定启动P4实验室建设。武汉P4实验室2005年获国家发展和改革委员会批准立项,成为中法两国在人口健康、卫生和科技领域非常重要的合作项目之一。

该实验室引进了法国里昂P4实验室技术和装备,建设内容包括细胞水平生物安全四级实验室在内的烈性病原试验设施、新生疾病研究设施以及烈性疾病病原保藏设施(即包括BSL-4、BSL-3以及BSL-2、普通实验室和动物饲养室等辅助性设施及相关配套设施)。


武汉P4实验室位于武汉市江夏区的中科院武汉病毒所郑店园区内。整个实验室呈悬挂式结构,共分为4层。从下自上,底层是污水处理和生命维持系统;第二层是核心实验室;第三层是过滤器系统;二层和三层之间的夹层是管道系统;顶上一层是空调系统。所有一层、三层、四层、夹层均是为了保证二层核心实验室的正常运行,保证实验室里面是单向气流,是一个负压状态。300多平米的二楼核心实验室区域大致分为3个细胞实验室、2个动物实验室、1个动物解剖室、消毒室等。

2018年11月27日,武汉P4实验室建设项目通过验收,成为我国头一个P4等级生物安全实验室。

▼中国科学院武汉国家生物安全实验室

中国科学院武汉国家生物安全实验室

根据湖北日报记者实地探访介绍,验室的设计采用类似法国里昂P4实验室“盒中盒”(boxinbox)的理念,负责实验室施工建设的工程部技术人员向记者介绍,整个P4实验室为悬挂式结构,共分4层。

从下至上,底层是污水处理和生命维持系统;二层是核心实验室;二层和三层间的夹层是管道系统;三层是过滤器系统;顶上层是空调系统。所有空气将经过两级高效过滤器处理后进行排放,固体污染物要经过高压灭菌锅处理,液体污染物要经过污水处理设备处理,以保证彻底杀灭病原,确保实验室里的病原不会泄露。


“盒子”内部是300多平米的二楼核心实验室区域,整个二层大致分为3个细胞实验室、2个动物实验室、1个动物解剖室、消毒室等。

实验室实验装置安全运行稳定,在运行期间经受了武汉极端冷、热环境检验,供热与供冷系统均是一用一备,在零下10℃到连续40℃高温的环境中,均能实现稳定的供冷供热。

据媒体介绍,人员进入实验室需要耗费大概15到20分钟时间。

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工作人员P4实验室的防护

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▲武汉P4实验室组织架构图


另外一个,位于哈尔滨的国家动物疫病防控高级别生物安全实验室是全球已建成的4个大动物生物安全四级设施之一。该实验室2004年立项,2012年完成施工设计并开工建设,2015年12月建成并通过工程验收,2018年7月获得中国合格评定国家认可委员会(CNAS)认可。

该实验室可开展包括马、牛、羊、猪、禽类及鼠、猴等常规实验动物在内的所有动物感染试验。实验室依托单位为中国农业科学院哈尔滨兽医研究所。

根据媒体报道,该实验室是我国头一个完全自主设计、建设和管理运行的生物安全四级实验室。但该实验室向外披露的信息不多。


文章转载自网络

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