當前位置: 首頁>科普文章

張欣妍 實驗室里的病毒會跑到外面來嗎?

發布時間:2020-02-07

  作者:中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心  張欣妍 

  新型冠狀病毒的快速傳播將病毒又一次帶入人們的視線,不光醫務和救援工作者在前線全力救治,科研人員也在緊鑼密鼓地進行病毒研究以及藥物實驗。那你可能想知道,進行烈性病毒實驗的實驗室是什么樣子?實驗室里的病毒會跑到外面來嗎?接下來我們一起認識一下生物安全實驗室。     

  1.什么是生物安全實驗室? 

  實驗室是進行科研工作的必需場所,根據危險度等級,包括傳染病原的傳染性和危害性,國際上將生物實驗室按照生物安全水平(Biosafety levelBSL)分為P1Protection level 1),P2P3P4四個等級。 

  P1-P4實驗室可以承擔的工作也根據安全等級進行劃分,其嚴格等級從低到高。 

  P1實驗室:基礎實驗室,對人體、動植物或環境危害較低,不具有對健康成人,動植物致病的因子。 

  P2實驗室:基礎實驗室,適用于對人體、動植物或環境具有中等危害或具有潛在危險的致病因子,對健康成人、動物和環境不會造成嚴重危害,有有效的預防和治療措施。 

  P3實驗室:防護實驗室,適用于處理對人體、動植物或環境具有高度危害性,通過直接接觸或氣溶膠使人傳染上嚴重甚至是致命的疾病,或對動植物和環境具有高度危害的致病因子。通常有預防和治療措施。 

  P4實驗室:最高級別防護實驗室,適用于對人體、動植物或環境具有高度危害性,通過氣溶膠途徑傳播或傳播途徑不明,或未知的、高度危險的致病因子。沒有預防和治療措施。比如埃博拉病毒。   

  生物安全實驗室的建設需要遵照已發布的《生物安全實驗室建筑技術規范》。根據規范,P2實驗室宜實施一級屏障和二級屏障,而P3P4實驗室需要設置一級屏障和二級屏障。這兩種屏障是什么呢?一級屏障保障了實驗操作者與被操作對象之間的隔離,包括生物安全柜和正壓防護服等;二級屏障則是保障了生物安全實驗室與外部環境的隔離,其中就包括換氣系統,因此,一級屏障和二級屏障分別是實驗人員和外界環境的保護傘。建筑技術規范中也詳細制定了P3P4等級實驗室的主要房間,包括主實驗室,主實驗室緩沖間,隔離走廊,防護服更換間,準備間,淋浴區等的技術指標。超高的清潔級別,恒定范圍的溫度、濕度以及壓差都是實驗安全的保證。 

  

生物安全實驗室二級屏障的主要技術指標 ,來源: 生物安全實驗室建筑技術規范 GB 50346-2011 

  你可能會好奇,最高級別的實驗室具體是怎樣的呢?我們有這樣的實驗室嗎? 

  P4實驗室作為最高級別的生物安全實驗室,是應對高危險性、且無法預防和治療的烈性病毒的利器。P4實驗室一般為一棟獨立的建筑物,如與其他級別生物實驗室共用建筑物,也需要在建筑物中占據獨立的隔離區域,并與附近的其他建筑物完全隔離。在常見的四層結構中,一層為污水處理與保障設備,二層為核心實驗區,三層為排風管道過濾層,四層為空調設備與送排風管道。    

  

P4實驗室的基本特征,來源National Institutes of Health, part of the United States Department of Health and Human Services     

  早在2003SARS爆發之時,我們的國家就將建成高等級生物安全實驗室提上了日程,更是不斷更新制定了實驗室生物安全通用要求(GB 19489-2008)和生物安全實驗室建筑技術規范(GB 50346-2011)。經過十余年的努力,在引進法國里昂P4實驗室的技術和裝備的基礎上,由兩國科學家和技術人員共同設計,中國科學院武漢國家生物安全實驗室(BSL-4P4實驗室)于2015年順利建成。武漢P4實驗室包括3個細胞實驗室,2個動物實驗室(動物生物安全實驗室,ABSLAAnimal),解剖室和菌毒種保存室,并于20181月正式投入使用,成為我國首個生物安全四級實驗室。     

  除了武漢,位于哈爾濱,依托于中國農業科學院哈爾濱獸醫研究所的大動物生物安全四級實驗室也已經完成建設。這些超高級別實驗室的建成對于傳染病的預防與控制研究,突發傳染病的應對以及科研技術性支撐等具有關鍵性作用。     

  2. 生物安全實驗室中的人員保護 

  在普通實驗室中,實驗人員僅需做到實驗服,手套和面部防護就可以進入。而高等級實驗中有潛在的危險致病因子,研究人員要怎樣保護自身呢?     

  我們前面提到了,一級屏障保障了實驗人員與潛在毒菌的隔離。在進入實驗室前,人員需要經過多道程序,包括外更衣間,淋浴間,內更衣間,緩沖間等,從外面進到實驗室內部可能需要20-30分鐘。因此,實驗室工作人員在上崗前都受到了嚴格的培訓,以確保使用流程。為了使科研人員與潛在的病原隔離,進入實驗室需要穿著獨立供氧的正壓防護服。在防護服中,實驗人員所呼吸的空氣來源于獨立的空氣系統,并且在實驗室中活動需要更換呼吸管,這也是為什么實驗室中會吊著很多螺旋狀管子。     

  對于P2級別及以上的實驗室,按照規定須配備有生物安全柜(Biosafety cabinetBSC),操作有危險的病原都需要在柜內完成。生物安全柜是一種負壓式裝備,根據循環風和排風比例也分為不同的級別,其通過將柜內空氣不斷抽出,以保證柜內的負壓,來防止實驗操作中產生的氣溶膠向外擴散。實驗完成后,人員在離開實驗室時,要進行化學淋浴消毒,消滅一切可能沾染到的病毒,最終才能層層脫掉防護裝置。       

  

電影《傳染病》中,身著防護服進行實驗的場景。 來源:電影《傳染病》 2011 

[video:P4]

  電影《傳染病》中,進入P4實驗室的片段。     

  3. 無法出逃的病毒 

  首先,所有生物實驗都要按照國家規定的微生物安全等級在相應安全等級的實驗室中進行(詳細參考《人間傳染的病原微生物名錄http://www.nhc.gov.cn/wjw/gfxwj/201304/64601962954745c1929e814462d0746c.shtml)。普通實驗室接觸不到也不具有致病性病毒的實驗權限,但需要在操作中遵循微生物學操作技術規范(GMT),并且與非致病性病毒接觸的器械和耗材需要經過酒精或高壓消毒,廢棄物放入專用的醫療廢物垃圾袋,以保證生物安全。                                    

  各級生物安全實驗室的二級屏障保障了致病因子無法出逃。實驗人員在從緩沖間進出實驗室內部需要經過層層關卡。對于P3P4實驗室來說,進入方向的每一道門氣壓都會逐漸降低,即定向負壓系統,同時設有多道安裝連鎖裝置的門,保證無法同時打開兩道門,以防止空氣流通。實驗室內部的空氣必須經由高效過濾器過濾后才可向外排放;實驗產生的固體廢棄物,必須經過徹底的滅菌消毒,才可以進行無害化焚燒處理;實驗室產生的污水也經由污水處理系統進行了完善的處理;至于實驗人員穿著的防護服則更加不會被放過,嚴格的化學淋浴消毒可以消滅一切沾染到的病原。總之,沒有經過處理的氣體,物體和液體是不會離開實驗室的,確保了實驗室內部的病毒不向外擴散。 

  那你可能想問,如果斷電了怎么辦?排風系統出故障了怎么辦?不用擔心!高等級的生物安全實驗室都遵照了其建設標準,設置了備用電源和備用排風機,不間斷地保障實驗室內的負壓環境,維護實驗室安全。我們的實驗室有著如此嚴密的防護設施,病毒是不會從中泄露的。 

    

    

附件下載: 
    彩神网