二级生物安全实验室(以下称BSL-2实验室和ABSL-2实验室,分别表示“二级生物安全防护水平”和“动物二级生物安全防护水平”实验室)是涉及致病性生物因子实验活动的常用实验室,在各级生物安全实验室中适用面最广、使用量最大。来源于工业技术的气压控制和空气净化技术与医学(指病原微生物实验领域)结合产生了新的特点,设计理念有了新的内涵。现就全国各地在负压状态BSL-2/ABSL-2实验室工程设计中集中存在的关键性问题进行分析评价,提出合理化的意见。

核心工作间是直接操作生物因子活动的唯一区域,为提高室内气流的均匀性,减少气流死角和涡流,同时易于实验设施的布置与实验活动的进行,核心工作间的平面结构(几何形状)应尽量规整^〔1〕。由于核心工作间有气压等环境参数的控制要求,为了减少参数的丢失,其出入口应设置缓冲间^〔1〕。 结合上述情况,负压状态BSL-2实验室的最基本结构应由核心工作间和缓冲间构成,并且,缓冲间宜设于核心工作间外侧,以保持核心工作间的完整性。对于负压状态ABSL-2实验室,可以设置独立的动物室,也可以根据需要将动物室与核心工作间合并^〔2〕。更衣是进行实验活动的必要程序,设置专用更衣室有利于洁污分离,避免交叉污染。当实验室设置于大实验区域内,如设于某实验楼层的一隅时,由于人员在进入大区域前已进行一次更衣,所以实验室不应生搬硬套“一更、 二更”模式,仅设一间更衣室即可。人员在更衣室穿戴防护用品后通过缓冲间进入核心工作间,形成合理的人流程序。 通常,为了建立合理的实验工艺流程,还需要在清洁区域设置准备/洗消间,并与核心工作间之间设置双扉传递窗,形成合理的物流程序。根据生物安全的基本理念,所有污染物在离开核心工作间前必须进行安全处理,因此无需设污物专用走廊。

目前,一些单位在建设负压状态BSL-2/ABSL-2实验室时希望配置样品库和淋浴间。对于样品库和淋浴间,建设单位可以另外独立设置,与每一个实验室捆绑建设应该不是提倡的方向,否则会使实验室建设复杂化,同时也会造成资源浪费,特别是样品库,分散设置会给病原微生物的管理增加难度。

对于地市级以下的单位,基于职能与能力定位,以及经济条件等因素,通常是建设很少量的负压状态实验室,在这种情况下,将整个单位的样品库与某个实验室一体化建设也是可行的,但必须处理好人流与物流的关系,平面布局的设计应保证样品库处于公用并安全的状态,不能受实验室的自身状态 (如正在操作实验活动、处于污染状态等)所牵制^〔2〕。至于淋浴间,建设单位也可根据具体情况适量设置,但需要合理处理人流与相应区域之间的关系。配置淋浴间的实验室,平面布局的设计宜满足下列要求:人员进入时可不经过淋浴间,按更衣室)缓冲间)核心工作间的途径进入;离开时可实现先进淋浴间,后进更衣室,按核心工作间)缓冲间)淋浴间)更衣室的途径离开。

由于在设置样品库和淋浴间的同时也增加了人流、物流的复杂程度,特别是在给定的、局限的建筑条件下,要兼顾各方面的逻辑关系,合理处理平面布局,往往会遇到较大的困难。样品库的设计还需考虑夏季通风降温的措施。

既然选择了负压状态的BSL-2/ABSL-2实验室,其前提是实验室空气中有病原微生物污染的隐患,因此不应采用循环空气,即应采用全新风系统^〔3〕。

在实验室整体区域内,为防止有害因子无序或逆向扩散,污染相对清洁的区域和外部环境,气流方向应由清洁区流向污染区,形成定向的气流组织,如:清洁区^→缓冲间^→核心工作间^→排出至室外。

核心工作间是污染风险最高的区域,为降低实验操作人员遭受污染的几率,气流应从相对清洁处(生安柜对侧)送入,流经工作人员后流向污染源,从污染源方向排出,保证工作人员处于上风向。送、排风口的布置方式直接决定气流组织的形式。气流组织应遵循使室内气流死角和涡流降至最小程度的原则。风口布置可采用对侧上送下排或对侧上送上排方式,无论采用哪种方式,送风口应尽量贴近相对清洁侧顶棚边缘处,排风口应设于对侧下方墙体或上方顶棚边缘处,形成相对均匀的定向气流。局部排风装置操作窗口的吸入气流方向应与房间气流方向一致,避免房间气流对局部排风气流造成横向干扰。送风口不得设置于生物安全柜等局部排风装置的上方以及顶棚中央,一是避免送风气流对局部排风气流造成纵向干扰;二是避免形成较大的死角和涡流^〔4〕。

为保证相邻相通区域之间的空气由洁净区流向污染区,形成比较可靠和稳定的定向气流,区域之间应保持一定的压力梯度(负压)。通常,可靠的压力梯度应≥10 Pa^〔5〕,由于室内气压的正常漂移值允许在±5 Pa 之间^〔1〕,因此,实际设计和调试值宜≥15 Pa。

BSL-2实验室核心工作间的气压宜相应减少一级梯度,即为40 Pa-15 Pa=25 Pa,结合±5 Pa的正常漂移值,实际相对压强宜控制在-20~-30 Pa^〔6〕;当对缓冲间采取机械通风时,缓冲间的相对压强应低一个梯度,即宜控制在-10~ -20 Pa^〔1〕2。按照上述情况进行逆向推算验证,从核心工作间至缓冲间再至清洁区(外部环境),各相邻相通区域之间的压力梯度可保证≥10 Pa,符合生物安全的一般要求。

《通用要求》规定ABSL- 2实验室动物饲养间的室内气压应控制为负压。对于负压状态ABSL-2实验室,若设独立动物饲养间,其负压自然应大于核心工作间一个梯度。由于动物饲养间有压力控制,因此独立动物饲养间的出入口应设置缓冲间,其负压应低于饲养间一个梯度。独立动物饲养间宜控制在-30~-40 Pa,其缓冲间宜控制在-20~-30 Pa;若动物饲养间与核心工作间合并使用,室内环境指标应满足最高防护要求^〔3〕,即符合动物饲养间的防护要求,核心工作间气压宜控制在-30~-40 Pa。

BSL-3实验室要求在正常情况下相对湿度宜控制在30%~70%范围内,在消毒状态下相对湿度应能满足消毒灭菌的技术要求;实验室的温度宜控制在18~26 e范围内;在安全柜开启情况下,核心工作间的噪声应≤68 dB (A);实验室防护区的静态洁净度应≥8级水平^〔2〕。上述要求是针对病原微生物实验活动以及职业卫生提出的通用要求,也是基本要求,于对完全密闭并采用人工气候的负压状态 BSL-2/ABSL-2实验室应同样适用^〔6〕。需要特别说明的是洁净度问题:(1)现有相关标准和规范对于BSL-2/ABSL-2实验室没有洁净度要求,同时,实行空气净化需要增加投资和运行费用;(2)8级洁净度即日常所称的10万级(旧标准中的分级名称)洁净度,是较低的洁净水平,较容易实现;(3)洁净环境有利于延长生物安全柜的使用寿命,也有利于保护样品和保证实验质量;(4)缓冲间的作用是减少相邻相通区域之间环境参数的丢失,若采取净化措施将有利于其功能的发挥,但会增加相应费用。是否采取净化措施,建设单位可根据自身情况进行选择。

BSL-2/ABSL-2实验室可以呈常压状态,也可以呈负压状态,但不得呈正压状态。是否建设负压状态的实验室,建设单位可根据实验内容、经济条件等因素作出选择。

《通用要求》对常压状态BSL-2/ABSL-2实验室的建设要求作出了比较明确的规定,并且易于理解,实施难度较小,但对负压状态BSL-2/ABSL-2实验室没有作出规定。从各地实验室建设情况看,常压状态实验室基本符合标准要求,负压状态实验室存在的问题比较多。实验室建设在没有单一标准或规范支持的情况下,可以运用多领域的标准与规范,以及相关学科的知识进行工程分析与设计。相对于常压状态,负压状态实验室的基本要求更为复杂,其功能分区、气流组织、人流物流、环境参数等,不仅应符合生物安全理念和实验工艺要求,而且应符合暖通工程、建筑工程等基本原理与要求。