生物實驗室儀器操作與實驗安全系統(tǒng)性培訓(xùn)體系建設(shè)

亓樹艷， 李 華， 孫書洪， 孔 宇， 龍建綱

(西安交通大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，西安 710049)

0 引 言

學(xué)生進入研究生學(xué)習(xí)階段后，學(xué)習(xí)模式發(fā)生變化，由之前的集中學(xué)習(xí)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楠毩⑺伎己酮毩⒉僮鳎貏e是進入實驗室開展課題研究后，由于各個課題研究小組研究方向不同，學(xué)生需要單獨操作多種儀器設(shè)備，需要具備專業(yè)操作知識和技能。而生物實驗室實驗儀器種類繁多、操作復(fù)雜，且會涉及有毒有害、易燃易爆、強酸強堿、致病微生物等安全問題。因此，如何有效提高學(xué)生的動手能力，降低實驗儀器損壞率，確保實驗安全，是生物實驗室研究生科研訓(xùn)練階段面臨的主要問題，亟需建立一套實驗儀器與實驗安全系統(tǒng)性培訓(xùn)體系，使研究生能夠盡快熟悉實驗室儀器設(shè)備，掌握常用儀器設(shè)備的正確操作，提高其使用效率，同時確保學(xué)生人身、實驗設(shè)備以及實驗室環(huán)境安全。

1 生物實驗室儀器使用及實驗安全現(xiàn)狀

儀器設(shè)備是生物實驗室的重要技術(shù)裝備，是進行教學(xué)、科研和社會服務(wù)的基本條件[1-4]，近年來國家加大了對高等教育經(jīng)費的投入，使各高校對實驗室儀器的投入也有了大幅增長，實驗環(huán)境和硬件資源都有了很大改善，很多先進的儀器設(shè)備開始大量運用于教學(xué)科研[5-7]。隨著高等教育事業(yè)的蓬勃發(fā)展，高校實驗室的安全管理也面臨著隨之帶來的新問題，近來時有發(fā)生的高校實驗室安全事故引起了社會的強烈反響，也為實驗室的運行和管理敲響了警鐘[8-10]。

1.1 實驗室人員流動性大，基礎(chǔ)訓(xùn)練水平參差不齊

生物實驗室每學(xué)期都會接納新入學(xué)研究生，其中,有些學(xué)生是本校畢業(yè)，對實驗室的小型儀器設(shè)備有一定了解，有些來自外校，對實驗室的儀器設(shè)備完全沒有接觸。由于知識掌握及對實驗儀器了解程度不同，導(dǎo)致很多學(xué)生在實驗過程中損壞實驗儀器設(shè)備或因操作不當(dāng)導(dǎo)致實驗結(jié)果重復(fù)性差、偏差較大等。特別是有些學(xué)生由于安全意識淡薄，不注意操作規(guī)范，導(dǎo)致一些潛在的安全隱患，甚至威脅到人身財產(chǎn)安全。

1.2 儀器設(shè)備使用不規(guī)范

實踐經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，很多研究生理論水平很高，但是實踐動手能力和解決實際問題的能力相對較差[11]。在進入生物實驗室開始獨立操作時，不會使用大型儀器，甚至都不能熟練正確使用常規(guī)儀器。比如移液槍使用完畢之后未調(diào)回最大量程、離心機使用結(jié)束之后未清潔腔體；不會設(shè)置PCR儀程序、甚至從未使用過酶標(biāo)儀、激光共聚焦等。這些生物實驗室儀器設(shè)備使用技能的欠缺必然會影響研究生科研工作的順利進行。

對于小型的儀器設(shè)備，如移液槍、離心機、高壓滅菌鍋等，大部分學(xué)生都會使用，但是很少能按標(biāo)準流程進行操作，尤其是忽視儀器的維護保養(yǎng)，導(dǎo)致儀器出現(xiàn)不必要的故障及損傷，影響實驗結(jié)果的準確性。

對于大型的儀器設(shè)備，如酶標(biāo)儀、激光共聚焦儀等，由于操作流程比較復(fù)雜，基本上每臺儀器可能只有幾個學(xué)生能夠熟練掌握操作，其他學(xué)生需要使用的時候就只能通過指導(dǎo)或是通過自己的理解進行操作，導(dǎo)致設(shè)備容易出現(xiàn)人為損壞問題。大型儀器設(shè)備維修成本高，造成科研經(jīng)費不必要的浪費；維修所需時間長，影響實驗的順利開展。

另外，在儀器設(shè)備的使用過程中存在著重使用、輕維修和保養(yǎng)的現(xiàn)象，只要設(shè)備還能運行就一直使用，以至于小故障變大故障，最終影響科研工作的進行[12]。還有些儀器設(shè)備由于使用頻率不高，出現(xiàn)故障之后使用者沒有及時報修，導(dǎo)致很長時間之后才會被下一個使用者發(fā)現(xiàn)；如果有代用設(shè)備，則該損壞設(shè)備就沒人理會，導(dǎo)致故障愈來愈嚴重。儀器設(shè)備的故障一般都是由直接使用者最先發(fā)現(xiàn)，如果使用者在發(fā)現(xiàn)故障后馬上進行處理就大大地減小損失，簡化維修過程。否則微小故障沒有被消除而繼續(xù)強行運轉(zhuǎn)，就會導(dǎo)致更大的損壞，從而加大維修難度，造成更大的經(jīng)濟損失[13]。

1.3 實驗安全意識淡薄，培訓(xùn)不足

儀器設(shè)備的使用安全問題關(guān)系到儀器本身安全、操作者及實驗室環(huán)境安全[14]。同時，針對生物學(xué)實驗室的特殊性，除了儀器設(shè)備導(dǎo)致的一些安全問題外，還存在一些特殊的安全問題，包括物理、化學(xué)和生物因素[15]。目前對壓力容器、生化試劑、病原微生物等的使用、處理，很多學(xué)生沒有經(jīng)過系統(tǒng)學(xué)習(xí)，包括不清楚?；沸枰獜奶囟◤S家購買、不知道如何處理實驗過程中產(chǎn)生的廢棄物等。無論哪一問題出現(xiàn)，都可能對實驗操作人員健康、實驗環(huán)境甚至室外造成威脅[16]。

此外，實驗操作水平的高低不僅直接關(guān)系到實驗結(jié)果準確性與科研項目的進度，也與實驗室安全密切相關(guān)。研究生實驗操作水平參差不齊，也會增加實驗安全隱患的產(chǎn)生幾率。如何提高研究生的實驗動手能力、強化研究生的科研素質(zhì)、培養(yǎng)研究生的實驗安全意識是研究生培養(yǎng)初期中急需解決的問題。

2 生物實驗室針對研究生儀器操作及實驗安全培訓(xùn)體系建設(shè)

針對以上問題，為了提高學(xué)生在實驗過程中的動手操作能力，減少儀器設(shè)備操作事故的發(fā)生，降低儀器損壞率，維護實驗室安全，生命學(xué)院生物工程系實驗室經(jīng)過多年的實踐積累，探索建立了培訓(xùn)體系和保障體系相結(jié)合的研究生實驗儀器操作及實驗安全系統(tǒng)性培訓(xùn)體系：①學(xué)校專門設(shè)置實驗室網(wǎng)上安全培訓(xùn)，要求學(xué)生通過實驗室安全準入在線考核,培訓(xùn)研究生安全理論知識；②學(xué)院設(shè)置實驗課助教崗位，要求每位研究生擔(dān)任實驗課助教，進行半獨立操作訓(xùn)練,提升研究生獨立、安全操作能力；③生物工程系開設(shè)“生命科學(xué)儀器操作及實驗安全”課程，對研究生進行理論及實踐操作培訓(xùn),使研究生掌握實驗儀器正確使用和保養(yǎng)維護技能，以及實驗安全操作技能；④導(dǎo)師對研究生進行針對性教育——查漏補缺，完善操作技能并進一步提升實驗安全意識。而在研究生的日常科研工作中，嚴格貫徹儀器設(shè)備使用預(yù)約制度，使實驗儀器使用制度化、規(guī)范化，并促使學(xué)生養(yǎng)成良好的科研習(xí)慣，同時經(jīng)常舉辦前沿實驗技術(shù)和大型儀器設(shè)備培訓(xùn)講座，以隨時鞏固、更新研究生所學(xué)知識。通過建立學(xué)校、學(xué)院、系所和導(dǎo)師的培訓(xùn)體系，提升學(xué)生實驗儀器操作技能和實驗安全操作能力；通過建立儀器設(shè)備預(yù)約制度和經(jīng)常性的培訓(xùn)講座，敦促學(xué)生養(yǎng)成良好的科研習(xí)慣并鞏固、更新實驗理論知識和操作技能。

2.1 實驗安全在線考試系統(tǒng)的應(yīng)用

實驗室是進行實驗教學(xué)和科學(xué)研究的重要場所。實驗室安全對整個學(xué)校的安全和穩(wěn)定至關(guān)重要，是建設(shè)平安校園、構(gòu)建和諧社會的重要內(nèi)容。實驗室安全工作的重點在于預(yù)防事故的發(fā)生。在師生進入實驗室學(xué)習(xí)和工作前，有必要學(xué)習(xí)實驗室安全知識，掌握實驗室安全操作技能，將安全隱患消滅在萌芽狀態(tài)，防患于未然。實驗室與資產(chǎn)管理處早在2013年就建立了實驗室安全考試系統(tǒng)，生命學(xué)院生物工程系積極成為第一批參與單位。凡新入校需要進入實驗室的人員，必須先在在線題庫中學(xué)習(xí)安全知識，認真學(xué)習(xí)“實驗室安全教育手冊”，并通過在線的實驗室安全考試，取得合格證書，才有資格開通門禁并獲準進入實驗室。目的在于使廣大師生員工增強實驗室安全意識，自覺遵守學(xué)校和實驗室的各項規(guī)章制度，具備基本的實驗室安全知識，規(guī)范科學(xué)地進行實驗，確保教學(xué)科研工作的順利進行。所有學(xué)生在進入實驗室工作和學(xué)習(xí)之前，必須仔細閱讀該手冊，并簽“實驗室安全責(zé)任書”。

2.2 設(shè)置實驗課助教崗位

實驗準備工作在整個實驗中占有舉足輕重的地位[17]。實驗準備過程是一個繁瑣的復(fù)雜的過程，參與實驗課的準備除了能更進一步掌握實驗儀器的操作之外，還能訓(xùn)練學(xué)生對實驗的耐心和理解，提高學(xué)生的動手能力，在親自動手過程中使自己得到鍛煉、綜合素質(zhì)得到提升，對研究生以后的科研有很大的幫助。

研一學(xué)習(xí)階段除日常上課學(xué)習(xí)外，主要是查閱文獻、確定研究方向，并不一定會進入實驗室開展具體科研工作，為了使學(xué)生能夠有更多機會參與操作實驗儀器，鞏固所學(xué)知識，我系探索建立了實驗課助教模式，給實驗課設(shè)置助教崗位。積極鼓勵研究生一年級學(xué)生報名擔(dān)任實驗課程助教，參與實驗準備工作。這個過程是個半獨立操作的過程，如果過程中遇到什么問題還可以請實驗技術(shù)人員進行指導(dǎo)，對這些學(xué)生而言是一個很好鞏固學(xué)習(xí)的機會。通過幾年的摸索和實踐，實驗課助教的形式較好地鍛煉了參與者的獨立操作能力,實際動手能力和科研素質(zhì)，使之成為研究生培養(yǎng)過程中由理論向?qū)嵺`轉(zhuǎn)變的踏板。

2.3 開設(shè)生命科學(xué)儀器操作及實驗安全課程

實驗室安全知識在線學(xué)習(xí)、考核制度的建立，使研究生具備了一定的理論知識，但在實驗過程中如何進行正確、安全操作仍存在缺失。為了彌補這一缺失，生命學(xué)院生物工程系針對研究生新生開設(shè)了生命科學(xué)儀器操作及實驗安全課程。該課程包含了生物學(xué)實驗室主要儀器設(shè)備的操作培訓(xùn)、實驗室安全培訓(xùn)和安全應(yīng)急情況處理的演練。

課程采用講用結(jié)合的模式，使學(xué)生在學(xué)習(xí)各實驗儀器原理、操作方法及注意事項的同時，能親自操作和使用課程中涉及的所有實驗儀器。在課程學(xué)習(xí)過程中，先通過PPT講解，以生動的形式向?qū)W生介紹儀器設(shè)備的工作原理、使用注意事項及維護保養(yǎng)方法，提高了學(xué)生對實驗儀器設(shè)備的使用及日常維護意識，為確保學(xué)生都能對儀器設(shè)備進行實際操作，將學(xué)生分成若干組，由多位指導(dǎo)老師分別帶領(lǐng)各組學(xué)生進行相關(guān)儀器的實際操作，并隨堂解決學(xué)生在操作過程中遇到的具體問題。對于大型儀器設(shè)備，必須要取得相應(yīng)證書才能在以后的實驗過程中自己動手操作。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生基本掌握實驗室常用儀器設(shè)備的正確操作，同時也逐步加強學(xué)生對實驗儀器的日常保養(yǎng)維護意識。該課程還針對危險化學(xué)品的使用、生物安全、用水用電用火安全、實驗室廢棄物處理、儀器的安全操作以及發(fā)生突發(fā)事件的應(yīng)急處理進行培訓(xùn)和演練，使學(xué)生進一步提高實驗室安全意識并掌握相關(guān)技能。

2.4 導(dǎo)師針對性教育

由于各個課題研究小組研究方向不同，所需用到的儀器設(shè)備以及涉及實驗室的安全問題的側(cè)重點也會不同。因此，由導(dǎo)師進行研究生獨立科研之前的最后針對性教育是十分必要的，有查漏補缺，畫龍點睛之功效。研究生導(dǎo)師會根據(jù)所從事科研方向在學(xué)生開展課題之前有側(cè)重點的對學(xué)生進行針對性安全教育，邀請課題組學(xué)生廣泛討論，以前車為鑒，以實際操作為來源，將自身經(jīng)驗和教訓(xùn)傳授給即將從事科研工作的新生。同時每個導(dǎo)師門下設(shè)置專門的督察人員，負責(zé)課題組學(xué)生的實驗規(guī)范指導(dǎo)。

“凡事預(yù)則立，不預(yù)則廢”，在研究生獨立科研之前盡可能地做好各項培訓(xùn)、預(yù)防工作，對保證研究生科研工作的順利開展具有重要意義。

2.5 儀器設(shè)備預(yù)約和經(jīng)常性培訓(xùn)講座的開展

為了保障生物實驗室長期良好運轉(zhuǎn)，生物工程系還建立儀器設(shè)備預(yù)約制度和經(jīng)常性的培訓(xùn)講座，培養(yǎng)學(xué)生良好的科研習(xí)慣并鞏固、更新實驗理論知識和操作技能。儀器設(shè)備的網(wǎng)上預(yù)約制度可借助計算機技術(shù)較好地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和規(guī)范化管理，研究生隨時通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽實驗室中各項儀器設(shè)備的使用情況，預(yù)約情況，從而更科學(xué)合理地安排自己的科研工作。儀器設(shè)備預(yù)約制度在保證實驗室有序運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，很大程度提高了儀器設(shè)備的使用效率和學(xué)生的科研效率。

大型儀器的操作熟練程度直接影響研究生的科研工作[18]，為了提高研究生大型儀器的使用技術(shù)和使用效率，除了在上述課程中對研究生進行大型儀器的培訓(xùn)之外，還會還不定期聘請儀器公司的技術(shù)人員來校為學(xué)生開設(shè)講座培訓(xùn)，講解相關(guān)儀器設(shè)備的具體操作、最新技術(shù)進展和應(yīng)用領(lǐng)域等。通過儀器設(shè)備培訓(xùn)講座，開拓了學(xué)生的視野，使學(xué)生了解到各種大型儀器最前沿的科學(xué)動態(tài)，使其掌握的相關(guān)儀器知識得到及時的更新與補充，也有利于學(xué)生在科研工作中開發(fā)儀器新功能。

3 建設(shè)成效及存在問題

3.1 建設(shè)成效

生物實驗室針對研究生儀器操作與實驗安全系統(tǒng)性培訓(xùn)體系建立1年多以來，取得了一定的成效。目前生物實驗室研究生全員通過實驗安全在線考試系統(tǒng)，取得了合格證書；通過“生命科學(xué)儀器操作及實驗安全”課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生實驗儀器操作技能和實驗安全操作能力有了顯著提升，有2位研究生取得了操作激光共聚焦顯微鏡的合格證書，2位研究生取得了操作流式細胞儀的合格證書。1年多以來，實驗室儀器使用效率大幅提高，實驗儀器的損壞率逐漸降低，本年度儀器維修費用比上年度減少了近20%，同時實現(xiàn)了全年零事故，保證了實驗室的安全運轉(zhuǎn)。

3.2 存在主要問題

雖然培訓(xùn)體系取得了一定成效，但仍存在一些問題：①學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性及積極性有待進一步加強；②在實踐操作培訓(xùn)方面，由于部分大型儀器設(shè)備數(shù)量有限，無法保證在有限的課堂學(xué)習(xí)時間內(nèi)讓每一位學(xué)生都有獨立動手操作的機會；③規(guī)章制度尚不健全，仍缺乏有效的監(jiān)督管理措施。

在今后的工作中，應(yīng)充分調(diào)動學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)興趣，使其能主動參與到學(xué)習(xí)中來，并嘗試利用課余時間，對學(xué)生開展培訓(xùn)，爭取讓每一位學(xué)生都能掌握大型儀器設(shè)備操作，同時進一步建立完善的制度體系，保證實驗室規(guī)范運行，為培養(yǎng)出素質(zhì)高、動手能力強，勤于創(chuàng)新，適應(yīng)社會需求的應(yīng)用型人才而努力。

4 結(jié) 語

生命學(xué)院生物工程系多年來積極探索，采用集中學(xué)習(xí)和自學(xué)相結(jié)合、理論學(xué)習(xí)和實踐操作相結(jié)合、系所全面培訓(xùn)和導(dǎo)師針對性培訓(xùn)相結(jié)合，對研究生新生展開多層次、全方位和持續(xù)性的實驗儀器操作和實驗安全培訓(xùn)，并通過建立儀器設(shè)備預(yù)約制度來完善實驗室儀器設(shè)備管理，逐步構(gòu)建起了成熟的研究生實驗儀器與實驗安全系統(tǒng)性培訓(xùn)體系，使研究生的科研能力得到了較大提高，確保了實驗室高效穩(wěn)定地運行，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才和保障高水平科研成果提供了很好保障。但實驗儀器操作與實驗安全培訓(xùn)是一項不斷變化、復(fù)雜而艱巨的工作，還需要在長期實踐過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗并繼續(xù)改進。