如何设计合理、合规的生物安全实验室

引 言

生物安全实验室设计合理、合适、合规

• 生物安全实验室设计绝不能掉以轻心，也不是越严格越好。尤其要防止控制设施擅自加码、层层加码。要强调设计合理、合适、合规。
• 生物安全实验室的设计要依据所进行的实验和操作对象。
• 设计者应该针对实验室各类操作对象所引起的疾病的严重性、感染途径、感染性与毒性、对抗生素抗性范围、有效的治疗与疫苗、传媒（如节肢动物）是否存在、病原是否为本土性及对动植物的影响等来进行生物危害评估。
• 针对不同生物危害级别的操作对象，人员受感染所引起的疾病的严重性、感染途径和感染性选择相应级别的生物安全实验室以及控制措施。
• 确保试验者不受实验对象侵染；确保实验室其他工作人员不受实验对象侵染；确保周围环境不受实验对象的污染。

保障实验室的生物安全包括：

实验室生物安全的防护思路及环控技术与普通洁净实验室、洁净室完全不同；

“生物危害”途径

有害微生物或生物材料“由内向外”地对工作人员与周围环境的释放；

“生物安全”的控制思路

“由外向内”一层又一层遏制或围堵有害微生物或生物材料的暴露、泄露或逃逸。

实验室的生物安全问题及对策

正确理解防护隔离（separate，isolate，contain）要求，采用合适的对策，并具一定的冗余度

设施围堵策略：

• 气流一次性通过
• 气锁、负压与气密
• 多级防护（围堵）
• 人流、物流控制
• 送风、给水、物料
• 排风、排水、废弃物有效处理、可验证
• 在线监测、可验证
• 安全维护与更换

生物安全实验室环控思路及措施与洁净室技术的差异

与洁净室技术不同，生物安全的独特原则及方法：

1.风险评估

根据一个特定生物危害事件发生的可能性和后果对风险进行分类，并以低可能性/低后果-高可能性/高后果-风险的连续性对风险进行可视化；

不可能消除所有风险，这种类型的分析使利益相关者确定可接受的风险级别，并将缓解风险的工作重点放在较高风险上。

2.生物遏制

通过使用降低复制能力、感染性、传播性和毒力的减毒微生物（转基因或非转基因），来减少暴露潜在风险及其后果，从而尽可能减少对人员和环境的风险。

3.集中和封闭

简单却常被忽视，是提供生物安全的最重要途径之一。即尽可能“锁定”微生物，限制微生物负荷，并将其集中在尽可能少的工作地点。

4.接触(暴露)最小化

当围堵层必须受到干扰时，可通过一组统称为安全微生物技术的行为来最小化暴露，(如佩戴手套，佩戴面罩和眼罩，有序与有纪律的工作方式，防止气溶胶和液滴产生，无嘴移液，防止皮肤破裂等)。

5.物理遏制

为实验室工作人员及实验环境提供保护。提供物理屏障防止微生物从工作场所和实验室逃逸，包括建筑设备与设施(密闭门、气闸)以及各种物理安全设备(生物安全设备，隔离器，空气过滤，废水废物管理系统等)。

6.危害最小化

包括系列减少暴露后果的措施；可能包括应急程序的可用性，应急计划，健康和医疗监督，以及减少无意暴露后果的疫苗接种等。

生物安全防护实验室防护思路：将实验室内可能发生的生物危害和风险，降低到最低限度，缩小到最小范围。

针对实验室各类操作对象所引起的疾病的严重性、感染途径、感染性与毒性、对抗生素抗性范围、有效的治疗与疫苗、传媒（如节肢动物）是否存在、病原是否为本土性及对动植物的影响等来进行生物危害评估。

针对不同生物危害级别的操作对象，人员受感染所引起的疾病的严重性、感染途径和感染性选择相应级别的生物安全实验室以及控制措施。

生物安全实验室的分级

生物安全实验室的分类

四级生物安全实验室根据使用生物安全柜的类型和穿着防护服的不同，可分为生物安全柜型和正压服型两类。

• BSL-1、BSL-2、BSL-3、BSL-4表示仅从事体外操作生物因子的实验室的相应生物安全防护水平。
• ABSL-1、ABSL-2、ABSL-3、ABSL-4表示包括从事动物活体操作的实验室的相应生物安全防护水平。

生物安全实验室的分级与措施

物理隔离措施

依据风险评估，生物安全的围堵防护层：

一级屏障

• 操作对象和操作者之间的隔离。如生物安全柜、个人防护用品（PPE）以及实验室技术人员在处理生物危害时使用的其他技术设备。
• 将危险微生物有效隔离在最小空间内是防止操作人员被感染的最主要的防护手段。

二级屏障

• 生物安全实验室和外部环境的隔离。通过建筑技术（如气密的建筑结构、平面布局，通风空调和空气净化系统、污染空气及污染物的过滤除菌和消毒灭菌直至无害排放）达到防止有害生物微粒从实验室散逸到外部环境的目的。
• 防止病原体从实验室漏到外部环境中而对实验室和外界产生隔断， 防止实验室外的人被感染。
• 是设施保障，被视为遏制措施的重要组成部分。

生物安全实验室的循证设计

循证设计重要性

• 生物安全防护的基点是绝对安全，控制措施有效。近年来实验室内造成或出现生物危害多半是因实验人员操作失误、不良实验技术和试验仪器使用或处理不当造成。很少是由于实验室设施问题而引起的
• 因为要求绝对受控，相关标准的条文要求以及设施中许多措施是过度的、冗余的
• 目前国内外许多标准以及大多实验室控制措施的制订都是以专家经验和判断为基础的；
• 控制措施是否真正对生物安全防护有效，需要通过国际合作以循证为基础，探讨生物安全实验室的最低的安全标准；
• 降低生物安全实验室的建造成本与运行能耗的根本所在。

实验室设施与实验环境设施循证

实验室设施模式沿革1

美国梅岛动物疾病中心

孤独、封闭的实验室建筑给人神秘甚至恐怖的感觉

实验室设施模式沿革2

建筑使人感到沉重、严实与安全

近年来生物安全相应的法规与条例中的防护要求与设施已逐步完善

现代生物安全实验室建筑完全改变了过去沉闷、压抑与封闭的外观，大开口、大空间、大玻璃，浅色调，呈现出开放、明快、轻盈。建筑对人与环境更友善。实验区内隔墙上的玻璃窗多了，即使是最高等级的BSL-4 主实验室也配置外窗。使实验区更加通透，减轻了内部工作人员的压力。

对生物安全环境控制措施提出新的挑战，要求内部的控制设施更为严格、更为完善。围护结构热负荷增加，不利于空调系统节能降耗。由于技术进步，控制模式有了相应转变。更加注重采用先进的自控系统降低运行能耗、

实验室设施模式沿革3

开放、明快、轻盈、通透的实验室建筑

FLI 生物安全实验室的循证设计

循证基础上应理性理解生物安全环境控制措施

• 我国 GB50346《生物安全实验室建筑技术规范》有相应规定。对 BSL-3 和 BSL-4生物安全实验室的主实验室与辅助用房，如内走廊、准备间、内外更衣室，均有洁净度级别要求。部分上是由于我国的室外空气质量不如国外，有雾霾天气；
• 高级别生物安全实验室都采用全新风的直流系统，尘埃浓度较高的新风在一定程度上会损害昂贵的生物安全柜等设备，减短设备内置高效过滤器的寿命，而生物安全防护实验室的维护检修又是相当昂贵的；
• 我国生物安全实验室的主实验室与辅助用房采用 7-8级洁净度，但也要防范在实际工程设计时为了确保达到洁净度级别，盲目加大换气次数来提高实验室洁净度、繁琐的进出流程与缓冲间等，不利于生物安全实验室建设与节能降耗。

结 语

• 保障实验室的生物安全是首要任务，其核心技术就是层层“围堵”，以实现安全处理和控制传染性微生物和有害生物材料。生物安全实验室就是能在封闭的实验室环境中隔离危险的病原体所需的生物安全防护的整体措施。
• 理性看待生物安全实验室的相关标准与规范。提倡用实验室获得性感染（LAI）来循证生物安全性的有效性，通过国际合作以循证为基础，探讨生物安全实验室的最低的安全标准，这是降低生物安全实验室的建造成本与运行能耗的根本。
• 标准与规范规定的“控制设施与模式”也可改进完善。如今生物安全的新理念、新技术、新设备、新系统不断涌现，以及国外许多成功实施的经验值得我国借鉴，也是对我国现有的标准、规范与工程实践提出新的挑战。
• 循证设计就是明确的，明智地利用当前研究与实践中最佳循证过程，以及与知情的客户一起制定特定项目的设计的关键决策，不应层层加码，才能设计出合理、合适、合规的生物安全环境。
• 建筑工程界应以更开放、更积极的心态主动地参与循证设计，改变过去经验型的设计方法，合理使用循证设计不仅会带来更佳的设计结果，也会引领出更多样化的优秀设计概念，才能有利于生物安全实验室的健康发展，有效地降低建设成本与运行能耗。