P3、P4级生物安全实验室
P3、P4 Biosafety lab

信息产业电子第十一设计研究院有限公司生物工程院
李波* 曹辉友
By LI Bo *and CAO Huiyou

摘要
Abstract

    介绍了生物安全实验室的重要性和级别划分，着重比较P3、P4级生物安全实验室的各种安全措施及一、二级屏障，并就中国相关标准中的一些条款进行探讨。

    Introduces the importance and level dividing of biosafety lab，stresses comparing the safety measurements， primary and secondary barriers of P3 and P4 lab．Probes into some items of relevan t Chi—nese standard．

关键词
Keywords

生物安全 实验室 一级屏障 二级屏障 高效过滤器
Biosafety lab,Primary barriers,Secondary barriers,HEPA filte

正文：

    生物安全实验室应用于涉及具有传染可能性的微生物实验。生物安全操作规程是结合了实验室操作、工艺流程、实验设施、安全设备的综合安全操作规程。实行生物安全的目的是，在研究各种对人或动物有致病或生命危险的病源微生物时，保护工作者、合作者和实验室支持人员不受传染，同时保护产品和环境不受污染。

    生物安全在全球已经受到越来越多的重视，特别是非典型肺炎爆发以来，国内从专家学者到普通百姓都认识到我国在生物安全领域面临的严峻形势，卫生部当时也紧急发布了“传染性非典型肺炎病毒研究实验室暂行管理办法”，对非典型肺炎病毒的研究作了详细的规定。此前，卫生部已经颁布了针对生物安全实验室的行业标准《微生物和生物医学实验室生物安全通用准则》(W8233-2002)，其主要内容基本上是参照美国国立卫生研究院(NIH) 及美国疾病控制中心(CDC)的标准制订的，用于指导各级生物安全实验室的设计、建造及使用。而在此以前，我国没有一家P4级实验室，P3级实验室也不够规范，这种情况严重制约了我国对生物安全领域的研究及相关产品的开发应用。

    我国生物安全实验室根据所处理的微生物及其毒素的危险程度分为四个级别，分别对应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 、Ⅳ 级生物安全标准。一至四级安全水平逐级提高。具体内容与NIH和CDC的规定基本一致，见表1。

[表1 生物安全实验室分级]

    P3、P4实验室是操作危险等级较高的病源微生物时实现生物安全的手段， 目的是为了保护人员、产品及环境等不受污染，因此体现在具体的措施上，“安全” 是第一位，几乎所有的措施都是围绕“安全” 而制订的。

[表2 P3、P4实验安全措施]

    表2列出了WS233标准中P3、P4实验室从各个方面采取的安全措施，从中我们可以看出，这些措施从多方面、多角度来保证实验室的安全性，它既不仅仅是常规的紫外灯和熏蒸消毒，也不仅仅是靠空气洁净技术或一些灭菌设备，而是综合了土建、暖通、给排水、电气、工艺等各专业、各方面技术的硬件，以及实验室操作规程等软件措施而形成的综合安全保障体系，集中体现了生物安全实验室与众不同的特点。

    在P3、P4实验室众多的安全措施中，最主要的措施还是一级屏障和二级屏障。一级屏障为生物安全柜和实验服(或正压防护服)，二级屏障主要为实验室气流控制及灭菌设施。

    生物安全柜是生物安全实验室中极为重要的设备，其主要原理是使安全柜内保持负压，气流只能从外部进入安全柜，使柜内的病源微生物不能逸出，从而保护工作者；同时其循环风和排风经过高效过滤器(HEPA)过滤，又能保护产品和环境。我国的生物安全柜分类标准见表3。

[表3 生物安全柜分类]

    其中Ⅲ级生物安全柜还没有国产产品。国际上通用的标准是美国卫生基金会(NSF)制订的，也分为三级，但是第Ⅱ级比中国标准更细，见表4。

[表4 NSFⅡ及生物安全柜]

    正压防护服用在正压服型P4实验室。P4实验室分为安全柜型和正压服型两种。前者指实验室中所有微生物操作均在Ⅲ 级生物安全柜中进行，后一种实验室中的工作人员必须穿着正压服，并有完备的生命支持系统，生物安全柜可采用Ⅱ级。进口正压服一般采用管道输送压缩空气，造价昂贵，国产正压服采用工作人员携带氧气罐，造价相对便宜，但不能长时间工作。

    实验室通风系统是P3、P4实验室最重要的机械系统。不论是中国卫生部的标准还是美国NIH、CDC的标准，都对此作了严格的规定。核心实验室的压力必须最低，气流必须是由清洁区流向半污染区或污染区。在实验室入口处须安装压差、气流流向显示和声光报警装置。为确保安全，至少核心实验室的排风系统应设备用装置，如果条件许可，送风系统也应设备用装置。

    实验室的气流组织形式一般为上送下侧回的方式。为尽量减少室内气流死角，可以采用矢流的气流方式，送风口布置在一侧的顶棚，排风口布置在对面墙体的下部。如图1所示，在墙体的一侧高效送风口下布置半球型匀流孔板，在墙体的另一侧下部布置回风口，这种形式可以基本上保证室内气流均匀。实验室内的污染源应放置在气流的下游位置，以尽量避免给室内造成污染。

[图1 失流送风对侧排风]

    相对来说， 中国卫生部的标准比NIH/CDC的标准在空气处理上的要求更高(主要是在P3实验室)。WS233规定P3实验室净化级别为7～8级，送排风都必须经HEPA处理，且HEPA必须安装在实验室的围护结构上， 以避免污染风管。在HIH/CDC的标准中，P3实验室排风只要远离有人区，而进风口可以不需要高效过滤或其他处理，除非有特殊病源操作，或所处场所等较为特殊。实验室也没有洁净度的要求，因此除非实验对象很容易受到外来污染的影响，此时送风系统应设HEPA，否则85%~95%的过滤器就够了。对于P4实验室，WS233规定不论是安全柜型还是防护服型，其核心实验区的排风都必须经过两极HEPA处理，而NIH/CDC只对防护服型作此要求，安全柜型由于作使用了Ⅲ级生物安全柜，实验室的房间排风只要求一级HEPA处理。

    笔者认为WS233中的一些条款似乎值得商榷。如在P3实验室通风空调的规定中有一条“实验室的排风必须经过高效过滤或加其他方法处理后，以不低于12m/s的速度直接向空中排放”，而P4实验室却并没有12m/s的排放速度的规定。不知道为何P3的要求还比P4的要求更高，12m/s速度的制定也似乎不太明确。实际上排风已经经过高效过滤器处理，是否还有必要规定排放的速度?而如果房间排风都有此必要的话，那么生物安全柜的排风是否更有必要呢?

    另一条规定是“进风和排风高效过滤器必须安装在实验室设在维护结构上的风口里，以避免污染风管”。送风满足此规定没有问题，一般的高效过滤送风口均是安装在房间吊顶上的，排风在理论上讲也是可行的，但这要求有500mm宽度的夹道。在实际工程中，核心实验间能做到这点，但更衣、缓冲等房间面积本来就比较紧张，实施起来难度较大。另一方面，由于有了众多的安全措施，只要严格按规程操作，核心实验区之外的区域遭受污染的可能性极小。因此笔者认为，核心实验间应该遵照此条规定，在围护结构上的风口里安装HEPA，其余房间应该可以将排风HEPA装在风管上。

    P3、P4实验室内的HEPA与普通洁净室内的HEPA的不同之处在于，后者用于过滤空气中的尘埃粒子，前者则承担了阻断空气中的病源微生物通过气流途径传播出去的任务，其本身是很可能受到污染的，因此对HEPA的更换也就不像普通洁净室那么简单。有两种办法解决这一问题，一是更换前将HEPA进行就地消毒，这要求在设计时采取适当措施，能将其就地隔离并消毒；二是采用像瑞典CAMFIL公司生产的专用于生物污染的高效过滤器箱，其特殊的气密袋结构能在污染过滤器完全不接触外界的情况下进行更换，然后将其焚烧或消毒处理。

    P3、P4实验室是实现生物安全的有力保障，但除了上述硬件设施外，更为关键的是必须要严格遵守实验室的安全操作规程，才能真正发挥P3、P4实验室的功能，达到生产安全的效果。

参考文献：

1 微生物和生物医学实验室生物安全通用准则.中华人民共和国卫生部
2 美国疾病控制中心实验室生物安全级别标准
3 许钟麟.空气洁净技术原理.同济大学出版社
4 空气调节设计手册.中国建筑工业出版社

李波，男，工程师 2003-8-8收稿

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