实验动物屏障设施工艺布局设计思路探讨
时间：2023-06-13 14:45:29 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
曾晓虹
（中国电子系统工程第二建设有限公司，江苏 无锡 214135）
实验动物是人类进行科学研究的重要工具，其作为人类的替身被广泛应用于药品的有效性、安全性评价及其他目的的实验中。随着人类社会文明的进步，动物福利已成为规范动物实验行为的重要指导原则，同时，为了保证研究结果的准确性，保证实验数据的真实、可靠、可重现性，必须为实验动物提供一个最适宜的生态环境。近些年，随着科研工作的开展，国内许多科研机构逐渐意识到缺乏科学合理的设施规划所衍生的问题。构建一个良好的实验动物屏障设施需要进行有效的筹划和构思，才能设计出实用、高效的设施。
一般而言，标准化实验动物屏障设施应具有下列基本功能[1]：
（1）动物饲养区
由繁殖、生产和饲养、观察的房间组成。
（2）动物实验区
靠近或邻近饲养室布置，原则上要和动物饲养区分开。主要是进行实验药物的配制及给药、外科手术、术后护理观察、医疗诊断等的操作实验。实验做完后，活的动物需返回到饲养室，因此，动物实验区要尽可能接近动物饲养区并避免交叉污染。
（3）动物接收检疫区
对运入的动物进行检查、检疫，保持适当观察期间的区域。由接收室、检疫室、检查室组成。接收区域内设立的饲养间，主要用于在确定动物健康状态前临时的隔离饲养。常见的无特定病原体啮齿类动物的接收流程包括：拆箱、检疫（隔离包等层流工作站）、更换清洁笼具。接受区域内设有相应功能的区域如：层流工作站、清洁笼具的存储区域等。
（4）物品运入、储存区
为满足笼架等的循环使用，通常在消毒前室和消毒后室设置双扉设备，如高压灭菌器、渡槽、传递窗（舱）等满足屏障及清洁级动物房的饲料、垫料、设备等进入的需要。少量实验用物品也可在实验人员更衣邻近处设置传递窗等方式传入。
（5）废弃物处理区
一般包含污物库、尸体库、化粪池、污水处理设备等。
固体废物：尸体暂存间根据动物尸体的存量、处理周期确定，可采用-18 ℃冰柜或者-18 ℃拼装冷库。与解剖间邻近设置。一般固体废物存放于污物库，如果存在放射性等其他危险物品，需根据专项环评要求实施严格管理。所有尸体及废弃物需经有资质的专业公司运走处理。
污水处理：实验动物设施的生产区和实验区排水宜分开，与其他生活排水需分开设置。动物设施排水需考虑单独设置化粪池或消毒池，如有活毒废水，需考虑灭活处理后方可排放。
（6）库房
一般包含饲料、垫料、笼架、笼盒、实验耗材库、污废库、尸体库等。
饲料、垫料的存储库应保持房间的清洁、干燥，控制好室内的温、湿度，注意防蛀防潮防异味。
（7）管理办公区
包括实验人员办公、会议，运营工作管理人员休息、办公、淋浴室、卫生间等。
（8）清洗、消毒、灭菌区（洗消区域）
洗消区与动物饲养区的输送联系应当便利，如果存在垂直交通需要，则清洗区域应靠近运输通道设置。清洗区域操作室产生的噪声较大，清洗区域若与动物实验室较近，应考虑采取减噪措施。
一般来说，洗消区可以分为清洗消毒前室和消毒后室，两个区域用墙体隔开。消毒前室温度和湿度均较高，且由于处理清洗污染的笼器具，房间异味较大，应注意通风换气的问题，为了控制房间气味，建议洗消前室做负压。消毒前室工作人员较密集，同时应考虑房间补新风，增加操作人员的舒适度。空间上消毒前室需考虑：① 未洗消的设备存放；
② 人员操作；
③ 打开笼盒、取出污染的垫料等前处理区域、人工洗刷的洗刷区等；
④ 工作人员衣物清洗烘干区域等；
⑤ 清洗消毒设备放置、操作、检修空间等，确保流程顺畅，空间大小位置规划合理。消毒后室则需考虑洗消后笼器具的接收、清洁物品的暂存等。消毒后室设置在洁净屏障区内，按屏障区的洁净要求设计。
需要特别指出的是：清洗消毒设备均为大型设备，需考虑设备安装要求及搬运要求、生产能力不同，耗电、耗水、耗气等用量也有差异。选择什么规格的设备对消毒前室的布局会有很大影响，因此在早期规划就应对大型设备进行选型计算，确定数量，同时，需规划好大型设备的搬运路径。选用人工洗消还是设备洗消需要结合实际运营能力、投入成本和人工成本比较等一系列因素确定。
（9）动力站房等
包括变配电站，空调机房、冷冻站、给水制备间、空压动力站等。
（10）其他
包括走廊（清洁、污染、一般）、缓冲、楼梯、电梯等。
科学布局动物屏障设施，要充分考虑辅助区的配置设计，尤其是洗消间、储存间及设备机房的面积，辅助区的需求面积与设施的体量大小及工作操作流程相关。实际设计中，辅助区的设置往往被忽视，盲目放大动物饲养（实验）区，导致后续使用造成诸多不便。根据美国、日本等先进国家的经验，以及国内许多设施的实例，各功能区域占总面积比例分配可参考表1 的数据[2]。
表 1 实验动物设施各功能区域所占面积比例Tab.1 The proportion of the area occupied by each functional area of the laboratory animal facility
2.1 平面布局
实验动物屏障设施一般可划分为：
（1）屏障受控区（核心区）包括：更衣、缓冲、动物饲养室、前室、实验室、清洁物存放室、清、污走廊、隔离检疫室、。
（2）屏障辅助区包括：洗消间、饲料、垫料间、笼器具暂存间、耗材暂存间、废弃物处理存放间、机械设备室、淋浴间、工作人员休息室、动物尸体存放间、一般走廊、办公室、维护室、库房。
屏障辅助区设计的一个重要原则就是就近原则，但可以较为灵活机动地调整，而屏障受控区有洁净度要求，且需兼顾各种工艺操作流线的设计，要求尽可能避免交叉污染，因此，以下主要讨论屏障受控区的工艺平面设计。实验动物屏障设施的布局有单走廊型、双走廊型及多走廊型或无走廊的布局。无走廊型的布局一般是只有一到两间饲养间的小规模饲养设施，规模一般在两百平以下；
如规模稍大且空间有限的情况下，为了放大饲养量，一般采用单走廊型的布局；
但如果空间允许的话，双走廊型的布局更有利于实现人、物单向流，较为有效地避免洁、污交叉污染，但空间利用率较低；
如果饲养规模更大且要实现人、物单向流控制，受空间纵深的限制，则可能需要采用多走廊型的布局。
单走廊型是实验动物生产、实验的布局方法中，一种使可利用空间最大化的做法（如图1 所示）。缺点也很明显：人流、物流、污物流不可避免地产生交叉。这种设计对动物设施的运营管理提出了较高要 求。
图1 实验动物屏障区单走廊布局方块示意图Fig.1 Schematic diagram of the single corridor layout in SPF area
双走廊型是一种常用的实验动物屏障设施的做法。将清洁走廊和污染走廊分开，分设在饲养室两侧的形式，在微生物控制方面有其优点（如图2 所示）。但是对布局造成限制，使得有效利用面积减小。
图2 实验动物屏障区双走廊布局方块示意图Fig.2 Schematic diagram of the double corridor layout in SPF area
多走廊型是一种比较理想化的设计概念，人员、动物、物品由专门的通道进入，可有效避免交叉流向（如图3 所示）。如果长期大量饲养动物，这种设施设计可以更为可靠地避免污染，但是空间利用率低、设施运营费用高等成为了限制这种设施发展的瓶颈。
图3 实验动物屏障区多走廊布局方块示意图Fig.3 Schematic diagram of the multiple corridor layout in SPF area
2.2 工艺流线规划
实验动物屏障设施的工艺流线的规划包括有人员进出线、物料进出线、动物进出线，其中，物料包括清洁物料、污废物料及大型仪器、设备。
（1）人员流线
进出动物实验室的人员主要包括动物饲养管理人员、动物实验人员和保洁人员。此外，还会有送货人员、维护人员、来访人员、检查人员、安保人员等。为保证各类人员的进出有序，需要合理设计路线和设置不同级别的物理限制。合理的设计需要基于对工作类型、流程以及控制要求深入了解。对于不同工作类型的人员之间尽量避免交叉，可以通过区域划分、时间顺序、不同通道，如传递窗、双扉灭菌设备等方式实现。通常，核心工作区设置在整个设施的内圈，人员进出可以走同一路线，穿越控制要求不同的区域时，可以通过缓冲间/气锁，并更换个体防护装备或消毒，来达到控制要求。更衣室和淋浴间是人员进出的关键房间。控制区域内主要通过设置缓冲间/气锁和走廊来规划人员移动的路线，根据场地情况，可以考虑采用单走廊、双走廊、多走廊等。人员进出管理的基本原则有分级/分层管理、分区管理或分时管理。
一般非高等级生物安全动物屏障设施的人员流线如下：
如图1 所示，单走廊屏障区人员流向：外环境→换鞋→更衣→风淋→混合走廊→饲养、实验室→混合走廊→缓冲间→外环境。
如图2，3 所示，双走廊或多走廊屏障区人员流向：外环境→换鞋→更衣→风淋→洁净走廊→实验室→污物走廊→缓冲间→外环境。
（2）动物流线
动物的进出，基本原则是尽量保持单向流。实验动物是工作对象，其在设施内的流转应根据工作流程合理设置。从控制污染的角度，单向流是最好的控制方法，但如果在某些环节做不到，需要考虑特殊的设计，如使用隔离传递装置等。在动物流动的过程中，应该始终考虑如何清洁和处置动物的排泄物、分泌物、毛发等。涉及高等级生物安全动物设施出入的设计需要重点关注病原微生物的控制问题，运入或运出设施的动物/尸体可能存在被感染的风险，需按照生物安全动物设施设计要求[3，4]执行，应分开单独设置，感染的动物需灭活处理后方可送出屏障区。
一般非高等级生物安全动物屏障设施的动物流线如下：
如图1 所示，单走廊屏障区动物流向：外购来的小动物→动物传递柜→检疫间（经检疫合格）→混合走廊→动物饲养室（实验后的动物错峰送出）→混合走廊→缓冲→解剖室→尸体间；
如图2，3 所示，双走廊或多走廊屏障区动物流向：外购来的小动物→动物传递柜→检疫间（经检疫合格）→清洁走廊→动物饲养室（实验后的动物）→污物走廊→缓冲→解剖室→尸体间。
（3）物料进出路线
物料可分为清洁物料、污染物料以及大型设备搬运路线（进场或检修）等。进入洁净屏障区的物料，需根据物料特性，考虑高温灭菌或非高温灭菌两种形式，应同时考虑设置物料进口和出口。传递窗、渡槽、双扉高压灭菌器、双扉VHP 传递舱等通道对物料的进出控制有重要意义，设计时需综合考虑，尤其是大型双扉灭菌设备和传递舱需考虑足够的安装、操作及检修空间，且其中一侧操作面应与洁净区相通。
屏障设施内需考虑大型设备的进出（如灭菌设备、洗笼机等），设备进出通道的宽度（如走廊宽度、电梯开门宽度或吊装孔尺寸）均需根据搬运要求设计，如大型设备的外形尺寸、推车的大小等。
废物可分为危险废物和普通废物。风险等级为生物安全二级（ABSL-2）以下的感染性废物可以按要求包装后运出动物设施委托专业机构处理，风险等级为生物安全二级（ABSL-2）以上（包括ABSL-2）的感染性废物须在设施内消毒灭菌后运出实验室处理。废物的形态包括固态、液态和气态。如果涉及大动物，其不含有害因子可以运出，由有资质的专业机构处置，如果其含有害因子，需要先在设施内消毒灭菌，动物尸体的处理也是大中型动物实验的难点和高风险环节之一。
一般非高等级生物安全动物屏障设施的物料进出路线如下：
如图1 所示，单走廊屏障区物料流向：物料暂存室（如饲料/垫料、笼具）→消毒室→传递窗（辐照灭菌）或双扉灭菌器→洁存室→混合走廊→动物饲养室（污废错峰送出）→混合走廊→缓冲→洗消间（密封打包或真空输送）→垃圾房；
如图2 ～ 3 所示，双走廊或多走廊屏障区物料流向：物料暂存室（如饲料/垫料、笼具）→消毒室→传递窗（辐照灭菌）或双扉灭菌器→洁存室→清洁走廊→动物饲养室（污废错峰送出）→污物走廊→缓冲→洗消间（密封打包或真空输送）→垃圾房。
综上，实验动物屏障设施工艺布局设计，首先需考虑配置哪些功能区域，功能区面积如何分配，然后对功能区进行防护等级划分，对受控核心区要进行合理的人物流线规划，包括人员流线、动物流线、物料流线三条控制路线，结合场地情况，最终确定工艺平面布局，本文列举分析了三种布局形式：单走廊型、双走廊型及多走廊型形式的优缺点以及相应的流线设计，期望有助于设计同行共同探讨。
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