更新時(shí)間：2019-01-18, 來源：國家實(shí)驗(yàn)動物專家委員會簡報(bào) 2019年第5期2281
編者：1988年《實(shí)驗(yàn)動物管理?xiàng)l例》發(fā)布實(shí)施，在實(shí)驗(yàn)動物工作規(guī)范化、法制化管理，保障實(shí)驗(yàn)動物和動物實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量，推動我國科技發(fā)展和民生保障等方面發(fā)揮了重要作用。特別是在實(shí)驗(yàn)動物資源標(biāo)準(zhǔn)化、新品種/品系開發(fā)和動物模型創(chuàng)制方面，取得了令人矚目的成果。
隨著國家科技創(chuàng)新對實(shí)驗(yàn)動物工作提出的新要求，以及實(shí)驗(yàn)動物科技自身發(fā)展的需要，實(shí)驗(yàn)動物環(huán)境設(shè)施和運(yùn)行管理水平有了顯著的提升。一些新材料和新裝備的出現(xiàn)和在實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施建設(shè)中的應(yīng)用，使其質(zhì)量和功能有了顯著的改善和提升，并逐步向著機(jī)械化、節(jié)能化、自動化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。與此同時(shí)，環(huán)境設(shè)施更加注重節(jié)能化，由僅僅滿足實(shí)驗(yàn)動物生活基本需求逐步轉(zhuǎn)向最大限度地滿足實(shí)驗(yàn)動物健康和福利的需求。而環(huán)境設(shè)施的運(yùn)行管理，朝著規(guī)范化和專業(yè)化方向發(fā)展。但我們也應(yīng)該看到，我國實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施建設(shè)和裝備研發(fā)中還存在不少的問題，如何正確把握其發(fā)展思路、發(fā)展方向、發(fā)展戰(zhàn)略，以及產(chǎn)品定位和行業(yè)配套等問題，是需要我們共同面臨的挑戰(zhàn)。
為此，借“科技資訊”之窗，也將陸續(xù)邀請有關(guān)專家，結(jié)合科技創(chuàng)新與發(fā)展對實(shí)驗(yàn)動物科技工作提出的新要求，探討在新的發(fā)展態(tài)勢和新的發(fā)展模式下，如何推進(jìn)實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施和裝備的發(fā)展，以滿足生命科學(xué)研究的需要。
實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施配套設(shè)備的現(xiàn)狀與展望
劉毅1,2，康生2，陳浩2，周彥2，師潤澤2
（1.西安培華學(xué)院醫(yī)學(xué)院，陜西西安；2.西安富康空氣凈化設(shè)備工程有限公司，陜西西安）
實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施是以研究、試驗(yàn)、教學(xué)、生物制品、藥品生產(chǎn)等為目的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)動物飼育、試驗(yàn)的建筑物、設(shè)備的總和。設(shè)施應(yīng)當(dāng)同時(shí)滿足舒適性、一致性、安全性、便利性的要求，需要一系列設(shè)備作為輔助和支撐。實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施配套設(shè)備包括環(huán)境控制設(shè)備、微生物控制設(shè)備、動物飼養(yǎng)設(shè)備、后勤保障設(shè)備、安全控制設(shè)備，等等。近年來，為了順應(yīng)國家在環(huán)境保護(hù)、動物福利、職業(yè)防護(hù)的政策趨勢，實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施配套設(shè)備也朝著專業(yè)化、自動化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。本文試以實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施配套設(shè)備為主題，系統(tǒng)化地介紹現(xiàn)有設(shè)備和研發(fā)進(jìn)展，并對行業(yè)發(fā)展趨勢進(jìn)行綜述。
一、實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施配套設(shè)備概述
當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施配套設(shè)備可以分為環(huán)境控制設(shè)備、微生物控制設(shè)備、動物飼養(yǎng)設(shè)備、后勤保障設(shè)備、安全控制設(shè)備等五大類。
（一）環(huán)境控制設(shè)備
環(huán)境控制設(shè)備應(yīng)滿足實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施的舒適性要求，控制實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的氣體污染物濃度，保證潔凈度、房間壓差、溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)，并對實(shí)驗(yàn)室廢氣、廢水進(jìn)行處理，減少設(shè)施對周邊環(huán)境影響。
1.通風(fēng)空調(diào)
實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施通風(fēng)空調(diào)具有全新風(fēng)、風(fēng)量大、控制要求高的特點(diǎn)。采用全新風(fēng)直流式通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，保證實(shí)驗(yàn)室內(nèi)空氣中的污染物濃度不超標(biāo)；通風(fēng)空調(diào)必須具備足夠風(fēng)量，保證實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部一定的換氣次數(shù)，以達(dá)到屏障環(huán)境和隔離環(huán)境的不同潔凈度要求；控制系統(tǒng)須根據(jù)外部環(huán)境條件和內(nèi)部工作負(fù)荷快速、準(zhǔn)確調(diào)整通風(fēng)空調(diào)的風(fēng)量、冷熱量，使實(shí)驗(yàn)室環(huán)境參數(shù)的變化保持在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。
2.空氣過濾器
普通動物實(shí)驗(yàn)室須在空調(diào)機(jī)組中設(shè)置初效、中效兩級空氣過濾器；屏障和隔離環(huán)境須在空調(diào)機(jī)組中設(shè)置初效、中效、亞高效三級空氣過濾器，在送風(fēng)口設(shè)置高效空氣過濾器。
3.排風(fēng)處理設(shè)備
實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施排風(fēng)中含有一定量惡臭氣體，其中氨、臭氣濃度可能超過國家和地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)限值，因此必須處理后排放。常用的廢氣處理方法有活性炭吸附、化學(xué)溶液噴淋塔吸收、UV光分解、臭氧氧化等。
4.排水處理設(shè)備
實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施排水中含有動物排泄物、毛發(fā)、洗滌劑、實(shí)驗(yàn)試劑、動物組織等，可能引起化學(xué)需氧量、生物需氧量、懸浮物、氨氮等指標(biāo)超標(biāo)，因此須經(jīng)過預(yù)處理，達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠受納水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后排放。常用的為地埋式處理設(shè)備，排水量較少的設(shè)施也可采用地面式一體化污水處理設(shè)備，實(shí)驗(yàn)室廢液須經(jīng)過專用的廢液分解裝置處理。
（二）微生物控制設(shè)備
1.高壓滅菌器
高壓滅菌器安裝在物料進(jìn)入潔凈區(qū)的通道內(nèi)，利用壓力飽和蒸汽對物料進(jìn)行迅速而可靠的滅菌，主要用于飼料、墊料、籠具、敷料、器械、器皿等的滅菌及無害化處理。
2.低溫滅菌器
精密儀器、塑料制品等物料無法耐受高溫，需要經(jīng)過低溫滅菌設(shè)備。常用的有環(huán)氧乙烷（EO）低溫滅菌器、過氧化氫等離子體（plasma）滅菌器、低溫蒸汽甲醛滅菌器（LTSF）。
3.渡槽
不耐高溫的物料也可經(jīng)過渡槽進(jìn)入潔凈區(qū)。渡槽是內(nèi)部充滿消毒藥業(yè)的水槽，跨在非潔凈區(qū)和潔凈區(qū)之間。物料從非潔凈區(qū)一側(cè)放入，浸泡消毒后從潔凈區(qū)取出使用。
4.傳遞窗（艙，柜）
傳遞窗（艙，柜）是跨過非潔凈區(qū)與潔凈區(qū)的金屬箱，內(nèi)外開有兩個(gè)互鎖的門，通過紫外光、汽化過氧化氫等對不耐高溫高壓、也不能浸水的物品進(jìn)行表面消毒。
5.消毒機(jī)
消毒機(jī)是對設(shè)施內(nèi)部空間及表面進(jìn)行消毒的設(shè)備，動態(tài)消毒可以維持和加強(qiáng)屏障設(shè)施內(nèi)的微生物控制效果，靜態(tài)消毒用于對（重）新啟用的設(shè)施進(jìn)行徹底滅菌。常用的動態(tài)消毒設(shè)備有汽化過氧化氫消毒機(jī)、紫外線消毒機(jī)、次氯酸消毒機(jī)、過氧乙酸消毒機(jī)，靜態(tài)消毒設(shè)備有臭氧消毒機(jī)、甲醛熏蒸機(jī)等。
（三）動物飼養(yǎng)設(shè)備
1.開放式籠具
開放式籠具用于普通級動物飼養(yǎng)，也可放置在屏障環(huán)境下作為SPF級動物籠具?；\具應(yīng)便于統(tǒng)一生產(chǎn)管理、統(tǒng)一清洗消毒、統(tǒng)一分發(fā)運(yùn)送。
2.層流架
層流架是個(gè)小型的屏障單元，根據(jù)動物種類，籠箱大小、數(shù)量和使用要求確定柜體尺寸，以風(fēng)機(jī)為動力通過濾材凈化空氣形成層流，用于SPF動物的飼養(yǎng)繁殖或?qū)嶒?yàn)，也可用于感染實(shí)驗(yàn)。
3.獨(dú)立通風(fēng)籠盒
獨(dú)立通風(fēng)籠具（individually ventilated cages，IVC）是指在封閉獨(dú)立單元（籠盒或籠具）內(nèi)，送入清潔空氣，將廢氣集中排放出去的，可在超凈工作臺內(nèi)操作和飼養(yǎng)SPF實(shí)驗(yàn)動物的飼養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
4.隔離器
隔離器是由隔離包、通風(fēng)凈化和控制電器系統(tǒng)組成的隔離環(huán)境動物飼育設(shè)備。按照壓力形式，可分成正壓型和負(fù)壓型兩種。正壓隔離器用以防止設(shè)備外的空氣污染設(shè)備內(nèi)環(huán)境，通常用于SPF級以上動物的生產(chǎn)、檢疫與常規(guī)實(shí)驗(yàn)；負(fù)壓隔離器用以防止設(shè)備內(nèi)的空氣污染設(shè)備外環(huán)境，通常用于SPF級以上動物的檢疫與感染性實(shí)驗(yàn)。
（四）后勤保障設(shè)備
1.清洗設(shè)備
清洗設(shè)備用于對臟的、可再利用的動物護(hù)理設(shè)施，如籠具、籠架、污物盤、水瓶等，進(jìn)行徹底清洗、消毒和干燥。常見的清洗設(shè)備有隧道式洗籠機(jī)、柜式洗籠機(jī)、籠具清洗機(jī)、水瓶清洗機(jī)等。
2.墊料添加設(shè)備
墊料添加設(shè)備將墊料定量添加到籠具內(nèi)的自動化設(shè)備，可以與墊料存儲待發(fā)站之間通過真空管道或者螺旋式推進(jìn)器相連，實(shí)現(xiàn)墊料運(yùn)輸、分裝的自動化；還可以與隧道式洗籠機(jī)通過傳送帶對接，實(shí)現(xiàn)籠具清洗、供應(yīng)的自動化。
3.廢棄墊料收集設(shè)備
廢棄墊料收集設(shè)備是對更換下來的廢棄墊料進(jìn)行全自動收集的設(shè)備，一般包括墊料傾倒臺、運(yùn)輸管道、暫存罐、動力系統(tǒng)等，將廢棄墊料的傾倒、運(yùn)輸過程置于負(fù)壓環(huán)境，避免墊料對樓宇內(nèi)部的污染，并節(jié)省墊料更換的人工投入。
二、實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施配套設(shè)備的研發(fā)進(jìn)展
（一）實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施專用尾氣處理設(shè)備
實(shí)驗(yàn)動物正常代謝會產(chǎn)生廢氣，通過實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施的通風(fēng)系統(tǒng)排出，主要成分是氨、硫化氫、甲基硫醇、三甲胺、苯乙烯、乙醛、二硫化甲基等臭味氣體，污染周圍環(huán)境，威脅周邊人群健康。多個(gè)實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施監(jiān)測表明，未經(jīng)處理的廢氣排放濃度超過《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB14554-93）規(guī)定。此外實(shí)驗(yàn)室動物設(shè)施廢氣中還可能包含病原微生物、可懸浮顆粒物、臭氧等空氣污染物。對于實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施排出的高風(fēng)量、多成份廢氣，通常的活性炭吸附、水噴淋吸收、紫外光分解等技術(shù)都有一定局限性。
當(dāng)前研究報(bào)名，采用納米半導(dǎo)體光催化與氣液擾流凈化相結(jié)合的處理技術(shù)可以有效清除實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施。納米半導(dǎo)體光催化技術(shù)是采用MnOx-TiO2復(fù)合物作為催化劑，主波長380nm的真空紫外燈管作為催化光源，通過光催化作用產(chǎn)生電子-空穴對，氧化分解氣流中的大分子有機(jī)物，從而清除病原微生物，使部分難溶于水的臭味分子分解為可溶性小分子。氣液擾流凈化技術(shù)是采用微電解的原理獲得噴淋液，通過擾流球的擾動作用形成微渦旋，與向下散布霧化噴淋液充分交融，將廢氣中的可懸浮顆粒物、光催化分解產(chǎn)物、臭氧、氨、硫化氫等空氣污染物由氣相轉(zhuǎn)入液相，從而達(dá)到凈化空氣的目的。
工藝流程為：將設(shè)施排風(fēng)口排出的廢氣導(dǎo)入設(shè)備，先經(jīng)過納米半導(dǎo)體光催化分解，殺滅病原微生物及其氣溶膠、分解大分子有機(jī)物和臭味氣體分子；然后經(jīng)過氣液擾流凈化技術(shù)，將小分子氣體、分解后的有機(jī)物和臭氣分子、微生物殘?bào)w、VOCs降解產(chǎn)物、顆粒物等溶解在噴淋液里，徹底清除目標(biāo)污染物。在充分吸收廢氣中目標(biāo)污染物且低于相關(guān)廢水排放限值時(shí)，噴淋液排入市政管網(wǎng)。
（二）實(shí)驗(yàn)動物廢舊墊料收集系統(tǒng)
廢舊墊料吸收和混雜了實(shí)驗(yàn)動物的尿液、糞便、毛發(fā)、皮屑、微生物、寄生蟲等，是實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施內(nèi)外污染的主要來源，也嚴(yán)重危害了實(shí)驗(yàn)動物及一線工作人員的健康。更換墊料的過程，會導(dǎo)致氨、臭味氣體、顆粒物、過敏原的擴(kuò)散，引起設(shè)施內(nèi)部環(huán)境失控。這些污染物通過通風(fēng)系統(tǒng)排出室外，還會導(dǎo)致外部污染、風(fēng)管腐蝕、過濾板堵塞等問題。廢舊墊料靠人工搬運(yùn)工作量極大，需要耗費(fèi)大量的人力資源，而且在運(yùn)輸過程中非常容易污染運(yùn)輸通道或者電梯間，造成污染區(qū)域擴(kuò)大，影響整個(gè)樓宇和周邊環(huán)境。因此，實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施需要設(shè)計(jì)、安裝墊料收集系統(tǒng)，在設(shè)施內(nèi)通過負(fù)壓屏障傾倒臺收集墊料，然后通過管道輸送至一樓適當(dāng)位置或者樓外。按照運(yùn)輸方式的不同，可以分為真空管道墊料收集系統(tǒng)和螺栓式廢舊墊料輸送系統(tǒng)。
真空管道墊料收集系統(tǒng)是一種實(shí)驗(yàn)動物廢舊墊料傾倒、運(yùn)輸、暫存、打包的全套解決方案及設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了廢舊墊料收集的自動化和封閉化。真空管道墊料收集系統(tǒng)包括屏障設(shè)施內(nèi)的負(fù)壓投料臺、布置在樓層間的輸送管道和安裝在樓外地面的儲料桶、動力裝置等。還可選配壓縮打包系統(tǒng)，將收集的廢舊墊料自動投放入壓縮打包機(jī)，壓縮后裝袋密封大大減少了墊料所占體積，方便暫存和運(yùn)輸。該系統(tǒng)減輕了人員的勞動強(qiáng)度,杜絕了粉塵和氣體污染,保證生產(chǎn)符合GMP要求。系統(tǒng)采用了多重防堵措施和智能化控制系統(tǒng)，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。
螺栓式廢舊墊料輸送系統(tǒng)是一種利用電機(jī)帶動螺旋回轉(zhuǎn)，推移物料以實(shí)現(xiàn)輸送目的的機(jī)械。能夠水平、傾斜或垂螺栓式廢舊墊料輸送系統(tǒng)直輸送，具有結(jié)構(gòu)簡單、橫截面積小、密封性好、操作方便、維修容易、便于封閉運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。螺栓式廢舊墊料輸送系統(tǒng)的工作原理是旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片將物料推移而進(jìn)行螺旋輸送機(jī)輸送，使墊料不與螺旋輸送機(jī)葉片一起旋轉(zhuǎn)的力是物料自身重量和螺旋輸送機(jī)機(jī)殼對物料的摩擦阻力。
（三）低溫滅菌器
實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施屏障內(nèi)各種精密儀器和設(shè)備往往因無法耐受高溫而不能進(jìn)行高溫滅菌。為了解決這一問題 ,需要低溫滅菌器。
環(huán)氧乙烷低溫滅菌器的滅菌機(jī)制是與細(xì)菌蛋白質(zhì)分子、酶、核酸中的氨基、羥基、羧基或巰基相結(jié)合,對菌體細(xì)胞的代謝產(chǎn)生不可逆的破壞 ,從而達(dá)到滅菌作用。優(yōu)點(diǎn)是，環(huán)氧乙烷被認(rèn)為是目前滅菌效果最好的化學(xué)滅菌劑 ,可殺滅包括細(xì)菌芽孢在內(nèi)的所有微生物；穿透性強(qiáng) ,可用于各種難通透部位的滅菌 ,如有些較細(xì)、較長的導(dǎo)管；對物品損壞小,對不耐熱精密儀器滅菌有著非常廣泛的用途；有完善的化學(xué)、生物監(jiān)測手段，從而可以有效地控制滅菌質(zhì)量,及時(shí)發(fā)現(xiàn)滅菌失敗的包裹。缺點(diǎn)是由于需要較長的通風(fēng)時(shí)間,以去除環(huán)氧乙烷的殘留,整個(gè)滅菌循環(huán)時(shí)間較長,一般需要10h以上；環(huán)氧乙烷有毒,是可疑致癌物, 應(yīng)將室內(nèi)空氣中的濃度控制在國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi),而且需要定期對周圍環(huán)境進(jìn)行檢測,對工作人員進(jìn)行查體與跟蹤記錄；環(huán)氧乙烷易燃易爆,儲存和滅菌時(shí)絕不能泄漏,必須選擇安全的滅菌器,進(jìn)行安全操作和儲存。
過氧化氫等離子體滅菌器是通過過氧化氫等離子體的殺菌作用是綜合因素所致 ,主要包括溫度、紫外光、高能粒子和活性自由基等，其中最主要的可能是活性自由基的作用,即等離子團(tuán)中的過氧化氫基、羥基等活性物質(zhì) ,易與細(xì)菌體內(nèi)的蛋白質(zhì)和核酸結(jié)合 ,破壞其新陳代謝 ,從而起到消毒滅菌作用。優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)滅菌速度快,只需55 min左右,不需要解毒時(shí)間；可通過氣體循環(huán)系統(tǒng)將殺死的微生物及殘留物帶走,不殘留毒性物質(zhì)；最終分解為水和氧氣,對環(huán)境和醫(yī)務(wù)人員安全。缺點(diǎn)是，過氧化氫等離子體屬于氧化性滅菌劑,對物品損傷相對較大，造成醫(yī)用腔鏡的鏡頭鈍化；穿透性弱，吸收性材料,如纖維素、紙、布等均能阻止其穿透，不能用于布、液體、亞麻及銅合金等物品的滅菌；對復(fù)雜物品及細(xì)長管狀物品滅菌的有效性尚不能肯定，部分研究表明，等離子滅菌合格率僅有26.7%。
活性氧氧滅菌器通過活性氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧、氧自由基等活性氧成分，利用真空原理以提活性氧氣體分布和穿透，同時(shí)降低活性氧使用濃度以避免對器械的損壞性，采用活性氧分解系統(tǒng)以便在滅菌后徹底消除殘留臭氧。臭氧、氧自由基屬于強(qiáng)氧化性氣體，引入活性氧殺菌因子進(jìn)行低溫滅菌裝置設(shè)計(jì)原理是利用低濃度活性氧氣體，在適當(dāng)真空條件下提高臭氧氣體的穿透性和擴(kuò)散性，通過略高于常溫的協(xié)同因素進(jìn)一步加強(qiáng)臭氧氣體的殺菌能力，達(dá)到對滅菌包內(nèi)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的怕熱怕濕醫(yī)療器械的滅菌作用。該滅菌器基本結(jié)構(gòu)簡單，主要組件包括滅菌柜室、真空系統(tǒng)、臭氧發(fā)生注入系統(tǒng)、加溫加濕系統(tǒng)、臭氧分解系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)是，該系統(tǒng)滅菌速度快 ,只需50 min左右；具備氣體分解系統(tǒng)，可快速分解活性氧 ,不殘留毒性物質(zhì)；穿透能力強(qiáng)，殺菌效率高；可用于醫(yī)用腔鏡、布品的滅菌，對物品損傷?。辉O(shè)備能耗低，無需耗材。缺點(diǎn)是，具有脫色、氧化的作用，不能用于帶色布料、彩色塑料的消毒，不能對鋁制、銀質(zhì)物品滅菌；需要安裝排氣裝置，且對設(shè)備耐腐蝕能力要求高。
實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施具有常年連續(xù)運(yùn)行、內(nèi)部環(huán)境控制精度高的特點(diǎn)，因此對配套設(shè)備提出了更高的要求。隨著醫(yī)藥、生物科技和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)動物設(shè)備配套設(shè)備越來越專業(yè)化、智能化、定制化，結(jié)合當(dāng)前的人工智能、VR技術(shù)、5G，將會大大改善實(shí)驗(yàn)動物操作人員的福利，維持設(shè)施內(nèi)環(huán)境的均一性和穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施配套設(shè)備研發(fā)是一個(gè)交叉領(lǐng)域，需要多學(xué)科協(xié)作，多專業(yè)配合，更需要學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界攜手，共同開發(fā)更多、更好、更實(shí)用的創(chuàng)新設(shè)備。
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