綠色生物實驗室建設的探索與實踐

樊 佳，王茂林，林宏輝

（四川大學 生物科學實驗教學中心，四川 成都 610065）

綠色生物實驗室建設的探索與實踐

樊 佳，王茂林，林宏輝

（四川大學 生物科學實驗教學中心，四川 成都 610065）

建設綠色生物實驗室已成為實驗室管理和改革的重要內容。該文結合生物實驗室的具體特點，以綠色環(huán)保理論為指導，從綠色生物實驗室的內涵、實驗教學過程中實施綠色化教學、重視實驗室廢棄物處理和完善實驗室管理等4個方面探索建設綠色生物實驗室的途徑與方法，取得了較好的效果。

生物實驗室；綠色化；廢物處理；環(huán)境保護

生物實驗室是開展實驗教學活動，提高學生實踐能力，培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神的重要場所。近年來，隨著高等教育事業(yè)的快速發(fā)展，生物實驗室的建設和發(fā)展得到穩(wěn)步提升，實驗室的種類及數量不斷加大，化學類試劑用量和實驗污染物也相應地迅速增長［1］。有數據顯示，生物學專業(yè)的學生在校期間用到的化學試劑高達上百種，排放廢棄物的成分相當復雜，累積效果不容忽視［1－3］。這些污染物如果處理不當，勢必會對環(huán)境造成污染，對人類的健康產生威脅。因此，在保障實驗教學任務和質量的前提下，采取切實可行的有效措施防止和消除實驗室造成的環(huán)境污染，建設“綠色化”生物實驗室進行具有重要的現實意義［2］。本文從綠色生物實驗室內涵、實驗教學過程中實施綠色化教學、重視實驗室廢棄物處理和完善實驗室管理等4個方面探究建設綠色生物實驗室的途徑與方法，為高校建設節(jié)能降耗、安全環(huán)保的綠色實驗室提供參考。

1 綠色生物實驗室的內涵

“綠色”已成為21世紀的一個重要詞語，它不僅是一種顏色的表述，更具有廣泛的社會、經濟內涵。綠色生物實驗室是將綠色環(huán)保教育理念貫穿于生物實驗室管理的全過程中，努力創(chuàng)建安全、節(jié)能、對環(huán)境無顯著毒副作用的實驗室［5］。隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，綠色生物實驗室建設已越來越受到人們的重視，已經成為今后實驗室建設與發(fā)展的必然趨勢。建設綠色生物實驗室，應以環(huán)境保護為出發(fā)點，堅持預防為主的指導思想，綜合考慮實驗內容、實驗方法、實驗污染物等各種因素對環(huán)境的影響［3－4］。四川大學生物實驗教學中心通過增強學生的環(huán)保意識、優(yōu)化實驗內容、開發(fā)虛擬仿真實驗、妥善處理實驗廢棄物和健全實驗室管理制度等措施，將綠色生物貫穿到整個實驗教學管理中，為師生提供一個低碳、環(huán)保、無污染的綠色實驗教學活動場所。

2 在實驗教學中實施綠色化教學

2.1 增強學生的環(huán)保意識，創(chuàng)建綠色實驗室

2.1.1 對學生進行安全環(huán)保教育

高校教師是實驗室的使用者和管理者，學生是實驗室的主體，因此培養(yǎng)學生的綠色環(huán)保意識非常重要［5］。本實驗中心專門引入了“實驗室安全與考試系統(tǒng)”，為學生開設了“實驗室安全教育”課程，要求學生必須要學習掌握實驗安全知識、實驗室基本儀器操作方法，同時要掌握廢棄物的危害及處理方法。課程結束后，利用“實驗室安全與考試系統(tǒng)”在線考核，成績合格者才能允許進入實驗室。通過建立實驗室安全準入制度，有效地減少安全隱患，為創(chuàng)建綠色生物實驗室奠定了基礎［6］。

同時，在學生第一次進入實驗室時，教師和實驗技術人員針對本實驗室的特點，向學生介紹國家環(huán)保法規(guī)、環(huán)境污染的危害、實驗室主要污染物等，同時對他們進行綠色生物的宣傳教育。讓學生充分認識到實驗室污染物中有些含有易燃易爆物質，有些致癌物質，這些廢棄物如果不經處理直接排放到自然界，不僅會嚴重損害人的身體健康，而且會對生態(tài)環(huán)境造成不良的影響［7］。通過對學生進行安全環(huán)保教育，使學生牢固樹立“綠色生物實驗”和環(huán)境保護意識。

2.1.2 利用課堂教育，培養(yǎng)綠色實驗意識

綠色實驗意識的培養(yǎng)是讓學生作為主體，在實驗過程中主動預防和降低實驗廢物。教師在講授實驗原理的同時，也要講授相關化學試劑的性能、危害及注意事項，實驗過程中可能產生的廢棄物以及處理有毒有害物質的方法。同時還要強化學生的節(jié)約思想，在實驗過程中使用化學試劑、生物材料時要避免浪費。

2.2 實驗教學綠色化，阻斷污染物的產生

2.2.1 優(yōu)化實驗內容，全面推行綠色實驗

實驗內容的選擇是構建綠色生物實驗室的核心問題，也是實驗室污染物產生的源頭［5］。教師在實驗教學中要時刻體現綠色生物原則，精心設計實驗方案：1）優(yōu)選方法可靠，毒性小，污染少的實驗項目；2）對實驗進行合理的改進，盡可能做到原材料廉價易得，盡量選擇無毒性或低毒性試劑和藥品（實驗過程綠色化），且反應物無毒或易處理等［3］，最大限度地減少實驗室污染。如在亞硝酸鹽含量測定實驗中多版教材中均采用Griss法，需要用到a－萘胺，鹽酸萘乙二胺等試劑，均為強致癌試劑，對環(huán)境污染較嚴重，通過查閱文獻，本文選用堿性品紅紫外分光光度法，該方法快速、簡便，精密度不低于Griss法，試劑穩(wěn)定無毒，對環(huán)境污染較?。辉诘鞍踪|定量測定中，剩余的Folin－酚試劑將其回收，加入液態(tài)溴還原，通過蒸餾、標定后可重新使用；在實驗過程中，將濃鹽酸、濃氨水、酒精、冰醋酸等揮發(fā)性較高、取用次數較少的試劑統(tǒng)一放在通風櫥內，避免出現有毒有害氣體到處彌漫的現象；一些飽和溶液、不能長期放置的試劑，不進行分裝，統(tǒng)一放置在公共實驗臺上供全班同學使用。這樣不僅能減少高濃度廢液的排放量，同時避免大批試劑失效，體現了實驗綠色化的思想。

2.2.2 縮小實驗規(guī)模，選擇微型實驗

1982年，文獻［8］提出了微量實驗法，該方法污染小，用藥少。既節(jié)約了經費，縮短了實驗時間，又使實驗過程產生的廢棄物減少，是改善實驗室環(huán)境問題、推行綠色化實驗教學比較理想的途徑之一。如在聚丙烯酰胺電泳實驗中選用迷你化規(guī)格的蛋白質垂直板電泳系統(tǒng)，重復使用電極緩沖液，能夠明顯地減少丙烯酰胺、四甲基乙二胺等污染性試劑的用量，從而大幅度地減少實驗廢膠等；又如，在滴定實驗中將原有的50 ml滴定管改為25 m l滴定管，100 m l容量瓶改為25 m l容量瓶，必要時可采用微量移液器，實驗結果表明更換小容量儀器后，仍然可以保證測定結果的精確度，在完成了對學生基本操作技能訓練的同時，實驗試劑、輔助材料等用量大大減少，降低了實驗成本。微型實驗的開設對操作復雜、試劑毒性大、污染嚴重的實驗尤為必要。在保證培養(yǎng)學生所需的實驗技能的前提下，推行了微型化實驗，能夠有效地減少實驗室廢棄物。

2.2.3 積極開發(fā)生物虛擬仿真實驗

虛擬仿真實驗是指運用虛擬現實、多媒體以及網絡通信等技術模擬、仿真各種實驗過程。對于那些藥品消耗量大或必須使用有毒有害試劑的實驗，可采用虛擬生物仿真實驗進行替代，以達到節(jié)能減耗、減少實驗室污染的目的［8］。本實驗中心建立了虛擬實驗平臺，利用示圖、聲音、視頻等形式，對實驗原理、儀器和實驗過程做了詳細的描述，學生只需通過鼠標操作就能完成整個實驗過程。虛擬實驗軟件還具有反復操作等特點，學生可以通過軟件對實驗內容進行提前預習或者實驗結束后進行復習。目前已建成虛擬工廠實踐訓練平臺，綜合實驗技能學習平臺等，其中包括自主創(chuàng)新實驗、生理、藥理實驗、病生實驗及人體實驗等，既很好的鍛煉了學生的操作能力，又不會有任何危險或有毒的廢棄物產生，符合綠色實驗室理念。

2.2.4 探索實驗室廢棄物處理綜合實驗

為了進一步激發(fā)學生的學習積極性，教師可將一些廢棄物處理問題，轉化為自主、探究性實驗項目，鼓勵有生物知識背景的學生參加。在綠色生物的理念指導下，學生根據所學知識和查閱的資料，自行設計實驗方案，通過討論的方式探索最佳處理方案，經教師審核即可實施方案，回收的產品教師鑒定后可循環(huán)再利用。這類創(chuàng)新實驗項目，既處理了實驗室污染物，又讓學生學會了污染物處理方法，更重要的是讓學生直觀地了解到處理實驗室污染物的不易，進一步提高了學生的環(huán)保意識和社會責任感［9］。

3 重視實驗廢棄物的處理

建設綠色生物實驗室必須重視實驗室廢棄物處理。根據廢棄物的性質，可將其分為液體廢棄物、固體廢棄物和廢氣（簡稱“三廢”）。生物實驗室“三廢”雖然總量小，但濃度大，且種類繁多、成分復雜，如果處理不當，將會造成嚴重的后果［9］。為了進一步加強實驗室廢棄物管理，我們采取了以下措施：1）建立嚴格的實驗室廢棄物存放及回收管理制度，根據分類收集、集中處理等原則，按廢棄物的特性進行分類收納，盡最大可能回收利用廢棄物；2）對于無法循環(huán)利用的廢棄物，用特定的收集裝置密閉貯存，標簽上注明廢棄物名稱、時間等，學校劃定專門區(qū)域集中存放、專人管理，委托具有處理資質的公司定期回收。對生物實驗中有毒有害廢棄物分類收集、處理，既消除了它們對環(huán)境和人體造成的損害，又節(jié)約了資源，值得大力推廣。

3.1 液體廢棄物

生物實驗室產生的液體廢棄物包括標準曲線及樣品分析液、過期失效的試劑、儲藏液以及洗液等，按照廢液中所含污染物的主要成分，可將其分重金屬廢液、酸堿性廢液、生物廢液等。

3.1.1 含有Gr離子的廢液

生物實驗室經常使用鉻酸洗液來浸泡像移液管、酸堿滴定管等。多次重復使用后，其中的Gr6＋逐步被還原為Gr3＋，洗液液氧化能力也逐步變弱，此時用KMnO4氧化后即可循環(huán)使用；其他含鉻化合物廢液，用FeSO4還原后，再用NaOH將其轉化為Cr（OH）3沉淀，倒入專用的廢液缸里，送到學校指定的廢液收集區(qū)域［10］。

3.1.2 酸堿廢液

實驗室常見的強酸廢液主要有鹽酸、硫酸、硝酸等，強堿廢液有氫氧化鈉、氫氧化鉀等，這些廢液如果隨意傾倒均會對局部環(huán)境造成很大的危害。本實驗中心主要采取分類收集的方式，將其儲存在密封性好的專用廢液桶內，在標簽上注明溶液的名稱、濃度等。廢液達到一定數量后，酸堿中和至pH值6～9之間后才能排放。

3.1.3 生物廢液

細胞、微生物培養(yǎng)液、發(fā)酵液等如果處理不當，就可能產生有毒代謝物，對周圍環(huán)境、河流及水域造成污染。因此具有生物活性的廢液，必須通過高壓消毒滅菌處理；無致病性培養(yǎng)物可使用次氯酸鈉消毒液、漂白粉等處理后排放。

3.2 固體廢棄物處理

生物實驗室的固體廢棄物主要有消耗或破損的實驗用品（如玻璃器皿、紗布）、過期的固體化學藥品等。這些固體廢棄物成分復雜，處理稍有不慎很容易導致嚴重的污染事故。

3.2.1 消耗或破損的實驗用品

槍頭、吸管、離心管、注射器等直接接觸類試劑和實驗材料，是有毒物質和病原體的傳播載體，同時可能會對人體造成直接的機械性傷害。受到有毒、有害化學試劑污染的物品必須存放到指定的塑料垃圾袋內，定期統(tǒng)一運走；用過的手套、口罩等塑料制品要用特制塑料容器收集起來，定期滅菌處理。

3.2.2 過期的固體藥品

部分實驗室存放有廢舊、過期藥品，長期放置對師生的健康造成一定的危害。我們通過對實驗中心進行全面排查、清理，有效地改善了實驗室環(huán)境，過期的固體藥品應按化學性質分類貯存，標簽上標明過期藥品的名稱、貯存時間等信息，交由學校統(tǒng)一處理。

3.2.3 廢棄生物材料的處理

實驗結束后，必須及時處置動、植物尸體或被解剖的動、植物器官，統(tǒng)一消毒處理后，用專用塑料袋密封，貼上生物廢棄物標志，在冷藏條件下集中保存，統(tǒng)一由相關部門定期消毒、焚燒處理。

3.3 廢氣處理

實驗室產生的廢氣包括有刺激性、有毒或易揮發(fā)的藥品、試劑和樣品的揮發(fā)物等［7］。本實驗中心對實驗室整體排風系統(tǒng)進行改造，通過增大通風管道，加設空氣過濾器，提高排風效率等措施，保證實驗室內通風換氣。此外，每間實驗室都安裝有通風櫥，凡涉及有毒有害或有異味氣體產生的實驗，必須做好相應的防護措施，始終在通風櫥中進行操作。

4 完善實驗室管理，推進綠色生物實驗室建設

4.1 健全管理制度，制定綠色實驗室建設的相關標準

綠色生物實驗室建設需要一系列科學完善、切實可行的實驗室規(guī)章制度來保障。有關部門應制定一系列建設綠色實驗室的標準，包括試劑藥品管理、廢棄物處理、實驗室安全防護措施等內容，用實驗管理制度來保證綠色實驗室的運行。同時，在科學評價的基礎上，出臺配套的獎懲辦法與監(jiān)督管理制度，完善各種記錄檔案，形成真正利于建設綠色生物實驗室的良性機制［9］。

4.2 規(guī)范實驗室基礎設施建設

本實驗中心在建設初期就倡導綠色環(huán)保設計、綠色環(huán)保施工，所有的實驗操作臺和防腐臺面的材質均選用耐酸堿的環(huán)保材質；實驗室規(guī)劃合理，專室專用，將儀器室、準備室、藥品室分開，為實驗管理人員配備專用辦公室；所有實驗室均配備功能良好的通風櫥、排氣扇，有毒有害、揮發(fā)性的藥品分類存放在專用的毒害品儲存柜、酸堿柜、化學品安全柜中，由專人負責管理。此外，中心還特別規(guī)劃了實驗動物尸體暫存間等，為師生營造了一個健康、綠色、環(huán)保的實驗教學環(huán)境。

4.3 建立必要的防護措施

學校為實驗中心安裝了符合國家防火要求的滅火器，所有教學實驗室均配備了急救箱和洗眼器，緊急噴淋裝置等；專門對實驗室通風系統(tǒng)和水，電線路進行擴容和改造，從根本上杜絕了實驗室安全隱患；中心還為實驗人員配備防酸堿的手套、防護目鏡、防毒口罩等保護品，也為學生配備了防護手套、口罩等，確保師生的健康和生命安全。

5 結束語

綠色生物實驗室建設是綠色教育的重要組成部分，是素質教育不可缺少的重要環(huán)節(jié)，也是關系到子孫后代的長遠問題［10－12］。建設綠色生物實驗室，采取有效措施防止和消除實驗室污染是一個長期的、不斷完善的過程，需要實驗室管理人員、實驗教師和學生的共同努力。在日常的實驗教學與管理中，我們應該注重綠色生物學理論的應用，增強學生的環(huán)保意識，改革實驗內容，加強實驗室污染物管理，為師生創(chuàng)造綠色、環(huán)保的實驗教學氛圍。

［1］由繼紅.創(chuàng)建綠色化生物實驗室的探討［J］.實驗科學與技術，2014，12（2）：167－169.

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［10］曹蓬勃.談低碳時代生物化學實驗的綠色化［J］.實驗科學與技術，2010，8（6）：186－188.

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［12］黨勝男，秦昌榮.高校綠色化學實驗室建設研究［C］／／第五屆“全國公共安全領域中的化學問題”暨第三屆危險物質與安全應急技術研討會論文集.北京：公安大學出版社，2015.

Exploration and Practice of Construction of Green Biology Laboratory

Fan Jia，Wang Maolin，Lin Honghui
（Experimental Teaching Center of Biological Sciences，Sichuan University，Chengdu 610065，China）

With the growing awareness of environmental protection，the establishment of green biological laboratory has become an important part in laboratory management and reform.According to the realities of the biological laboratory in the universities，guided by the theory of green environmental protection，the ways and methods for“green biology laboratory”were explored from the green biological laboratory ideas，constructing the green environmental teaching，attaching importance to the collection and treatment of the wastes，strengthening laboratory management.These work achieve good effect.

biology laboratory；greening；waste treatment；environment protection

G482

A

10.3969／j.issn.1672－4550.2016.06.053

2015－10－10；修改日期：2016－11－22

樊 佳（1988－），女，碩士，助理實驗師，主要從事生物化學實驗與分子生物學實驗的教輔工作。