無特定病原體級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障環(huán)境設(shè)施獨(dú)立通風(fēng)籠系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)

李秀榮 黃治朝 李妍涵 顧 潔*

生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的不斷發(fā)展與進(jìn)步，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在科學(xué)研究中起到不可或缺的作用，被稱為“活的精密儀器”，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)和藥物研究的基礎(chǔ)和重要支撐[1-2]。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的質(zhì)量直接關(guān)系到研究結(jié)果的準(zhǔn)確性和權(quán)威性，確保以實(shí)驗(yàn)動(dòng)物為實(shí)驗(yàn)材料的生命科學(xué)及醫(yī)學(xué)研究結(jié)果的科學(xué)性、可靠性及穩(wěn)定性是當(dāng)前實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)科研究的重點(diǎn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)學(xué)科的發(fā)展要求，無特定病原體(special pathogen free，SPF)級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的使用中占據(jù)主流。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生長繁育環(huán)境是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量的關(guān)鍵影響因素，獨(dú)立通風(fēng)籠(individual ventilated cages，IVC)系統(tǒng)的產(chǎn)生和應(yīng)用使得實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量得以保證，科學(xué)有效的標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程(standard operating procedure，SOP)是保障IVC系統(tǒng)良好運(yùn)行的關(guān)鍵。

1 SPF級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與屏障環(huán)境

原國家科委制定頒布的《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理?xiàng)l例》[3]將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物定義為：經(jīng)人工飼育，對(duì)其攜帶的微生物實(shí)行控制，遺傳背景明確或者來源清楚的，用于科學(xué)研究、教學(xué)、生產(chǎn)、檢定以及其他科學(xué)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物。根據(jù)微生物和寄生蟲控制程度，將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物劃分為4個(gè)等級(jí)，即普通級(jí)動(dòng)物(conventional animal)、清潔級(jí)動(dòng)物(clean animal)、SPF級(jí)動(dòng)物和無菌級(jí)動(dòng)物(germ free animal，GF)[4]。目前，SPF級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)動(dòng)物使用中占據(jù)主流。SPF級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物指除清潔級(jí)動(dòng)物應(yīng)排除的病原體外，不攜帶主要潛在或條件致病以及對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)干擾大的病原體[4]。

屏障環(huán)境設(shè)施用于飼育清潔級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和SPF級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物[5]。屏障環(huán)境可保證實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的生存環(huán)境與外界相對(duì)隔離，對(duì)進(jìn)入屏障內(nèi)的空氣進(jìn)行初效、中效和高效3級(jí)過濾，潔凈度可達(dá)到萬級(jí)。所有進(jìn)入屏障系統(tǒng)內(nèi)的人員、物品(實(shí)驗(yàn)用品、飼料及墊料等)和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物必須嚴(yán)格執(zhí)行微生物控制標(biāo)準(zhǔn)[5]。所有在屏障環(huán)境飼養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物均能較好地控制微生物指標(biāo)，為實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性和規(guī)范性提供了基礎(chǔ)。

2 IVC系統(tǒng)及工作原理

2.1 系統(tǒng)組成

IVC系統(tǒng)指在密閉獨(dú)立的籠盒內(nèi)，高換氣頻率(20～60次/h)的潔凈氣流獨(dú)立流通，廢氣集中排放，并可在超凈工作臺(tái)或生物安全柜內(nèi)操作和實(shí)驗(yàn)的微型SPF級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物飼養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)的設(shè)備[6]。IVC是一種微環(huán)境凈化籠具，通過空氣隔離凈化技術(shù)，把每個(gè)飼養(yǎng)單元縮小到最小程度，使每個(gè)單元相互隔離，避免交叉感染，提高空氣潔凈度[7]。

IVC系統(tǒng)與傳統(tǒng)的層流架系統(tǒng)相比具有節(jié)能高效、操作簡(jiǎn)便、防止交叉感染及保證動(dòng)物福利等優(yōu)點(diǎn)，已被愈來愈多的高校及研究院所的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心使用[8]。

IVC設(shè)備主要包括中央控制系統(tǒng)、IVC主機(jī)、IVC籠架、IVC籠盒、送排風(fēng)系統(tǒng)和超凈工作臺(tái)6大模塊：①中央控制系統(tǒng)主要對(duì)IVC系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)制定及監(jiān)測(cè)的控制和顯示；②IVC主機(jī)內(nèi)部主要包括送風(fēng)機(jī)、初中高效過濾器、排風(fēng)機(jī)、壓力表、溫濕度表、排風(fēng)壓力表、風(fēng)量控制器及報(bào)警器等；③IVC籠架材質(zhì)為不銹鋼，設(shè)計(jì)有籠盒安插軌道、送風(fēng)管和排風(fēng)管；④IVC籠盒主要材質(zhì)包括聚碳酸酯(polycarbonate，PC)和聚砜(polysulfone，PSU)2種，PSU材質(zhì)籠盒是一種新型的高溫聚砜材料，呈琥珀色透明狀，硬度強(qiáng)，可耐高溫(最高可達(dá)150 ℃)，耐酸堿腐蝕，使用壽命長，PC材質(zhì)籠盒是聚碳酸酯，全透明，IVC籠盒內(nèi)置不銹鋼金屬網(wǎng)篦，用于盛放食料和飲水瓶；⑤籠蓋上帶有送風(fēng)和排風(fēng)口，頂部有硅膠蓋內(nèi)含過濾膜防止斷電窒息；⑥超凈工作臺(tái)是實(shí)驗(yàn)操作、更換籠盒等工作進(jìn)行的操作空間。

2.2 系統(tǒng)工作原理

外界空氣經(jīng)IVC系統(tǒng)主機(jī)的初效、中效和高效過濾系統(tǒng)進(jìn)行過濾，達(dá)到萬級(jí)凈化標(biāo)準(zhǔn)，按照設(shè)置參數(shù)(溫度、濕度、換氣次數(shù)及壓力等)優(yōu)化后，進(jìn)入送風(fēng)管道，由籠架上的導(dǎo)風(fēng)通道輸送到每個(gè)獨(dú)立通氣的籠盒內(nèi)，凈化氣流在籠盒內(nèi)運(yùn)行后，連同動(dòng)物排出的廢氣一起經(jīng)排風(fēng)導(dǎo)管進(jìn)入排風(fēng)管道，進(jìn)入機(jī)箱內(nèi)的排風(fēng)機(jī)，由排風(fēng)機(jī)過濾后排出室外[6]。獨(dú)立的送排風(fēng)設(shè)計(jì)極大地降低了交叉感染的可能性，可確保實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量。將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物放置于特定空間，給予適合其生長、繁殖的生活條件，可保證實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利。

2.3 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

IVC系統(tǒng)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。①空氣經(jīng)初效、中效和高效過濾后能達(dá)到萬級(jí)及以上水平，符合實(shí)驗(yàn)動(dòng)物標(biāo)準(zhǔn)化要求；②將人與動(dòng)物隔離開，降低生物安全事件發(fā)生，有效保護(hù)工作人員及科研工作者免受致敏源侵害；③提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量，減少實(shí)驗(yàn)誤差，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性和有效性；④空間利用率極大提升；⑤換氣次數(shù)較高，減少工作人員工作量；⑥對(duì)免疫缺陷動(dòng)物、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的飼育有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)等。

3 IVC系統(tǒng)運(yùn)行與管理

3.1 系統(tǒng)檢測(cè)參數(shù)設(shè)置

目前，國家對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施與環(huán)境有明確管理規(guī)定，按照國家標(biāo)準(zhǔn)《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境及設(shè)施》(GB14925-2010)[9]對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境技術(shù)指標(biāo)要求，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心對(duì)屏障環(huán)境及IVC系統(tǒng)監(jiān)測(cè)參數(shù)做了設(shè)定，見表1。

表1 屏障環(huán)境及IVC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)設(shè)定

3.2 系統(tǒng)運(yùn)行SOP

IVC系統(tǒng)使用目的是為更好地保障實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性和穩(wěn)定性。因此，對(duì)IVC系統(tǒng)的運(yùn)行和管理是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障環(huán)境運(yùn)行管理的重點(diǎn)，制定實(shí)施科學(xué)化和有效性的SOP是保障IVC系統(tǒng)良好運(yùn)行的關(guān)鍵。

IVC系統(tǒng)運(yùn)行SOP。①崗前培訓(xùn)SOP：所有工作人員上崗前要進(jìn)行規(guī)范化培訓(xùn)，包括對(duì)IVC系統(tǒng)的構(gòu)造、運(yùn)行原理及使用手冊(cè)等方面進(jìn)行全面學(xué)習(xí)培訓(xùn)；②政策學(xué)習(xí)及解讀SOP：對(duì)國家及地方和行業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)和執(zhí)行；③實(shí)驗(yàn)人員使用IVC籠盒培訓(xùn)SOP：對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行IVC籠盒使用培訓(xùn)，對(duì)IVC系統(tǒng)的籠盒構(gòu)造和使用注意事項(xiàng)對(duì)研究人員進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，IVC籠盒的使用必須在超凈工作臺(tái)內(nèi)進(jìn)行；④飼養(yǎng)人員IVC籠盒使用SOP：飼養(yǎng)人員需每周對(duì)IVC籠盒進(jìn)行更換，包括墊料、飼料及飲用水的更換，對(duì)操作過程中應(yīng)注意事項(xiàng)進(jìn)行專業(yè)化培訓(xùn)，飼養(yǎng)人員更換籠盒時(shí)應(yīng)注意標(biāo)簽信息，要對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的死亡情況作登記，并及時(shí)通知相關(guān)實(shí)驗(yàn)人員，以便實(shí)驗(yàn)人員統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生存狀況；⑤IVC籠盒消毒SOP：每周進(jìn)行一次消毒，高壓滅菌(121 ℃，30 min)；⑥設(shè)施巡查登記SOP：各工作人員要對(duì)屏障環(huán)境內(nèi)的IVC系統(tǒng)主機(jī)面板上的各項(xiàng)參數(shù)每日進(jìn)行例行檢查，并做好登記工作(濕度、溫度、換氣次數(shù)和壓差)；⑦故障排查和登記SOP：對(duì)每次出現(xiàn)的屏顯故障要及時(shí)詳細(xì)記錄；⑧IVC系統(tǒng)維修與維護(hù)登記SOP：當(dāng)IVC系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，要及時(shí)聯(lián)系廠商進(jìn)行維修，并做好維修記錄；⑨超凈工作臺(tái)使用SOP。

4 IVC系統(tǒng)的維護(hù)管理

4.1 維護(hù)方法

IVC系統(tǒng)常年不間斷運(yùn)行，負(fù)荷過大難免出現(xiàn)故障問題，為減少運(yùn)行故障，IVC系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)顯得尤為重要。要做到專人管理、定期保養(yǎng)和定期校驗(yàn)。其主要工作包括清潔、潤滑、防腐蝕、緊固及更換配件等[6]。

制定科學(xué)化和專業(yè)化的維護(hù)和保養(yǎng)制度是保障IVC系統(tǒng)良好運(yùn)行的前提條件，做好維護(hù)與保養(yǎng)也能延長系統(tǒng)使用壽命。①每日巡視運(yùn)行參數(shù)，對(duì)IVC機(jī)組顯示屏上的各項(xiàng)參數(shù)(溫度、濕度、壓差、換氣次數(shù)及進(jìn)出風(fēng)量等)進(jìn)行檢查，確認(rèn)是否符合運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，尤其要注意電壓和壓差，送風(fēng)電壓為220 V，回風(fēng)電壓為150 V，壓差為20 Pa；②定期更換IVC機(jī)箱內(nèi)過濾膜，即初效、中效和高效過濾膜，原則上屏障環(huán)境3個(gè)月更換一次初效過濾膜，9個(gè)月更換一次中效過濾膜，1.5年更換一次高效過濾膜；③定期更換籠盒終端過濾膜，更換頻率根據(jù)過濾膜狀態(tài)而定，由于濾膜在出風(fēng)口處，容易聚集粉塵造成堵塞，嚴(yán)重影響通風(fēng)，當(dāng)濾膜顏色變黃時(shí)表明聚集的粉塵較多要及時(shí)更換；④控制噪音(＜60 dB)，噪音過高易影響動(dòng)物生長繁育，造成機(jī)組噪音的主要原因有風(fēng)機(jī)老化或有異物進(jìn)入風(fēng)機(jī)，要及時(shí)與廠商聯(lián)系做好維護(hù)；⑤設(shè)置雙回路電源或備用發(fā)電機(jī)，防止斷電機(jī)組停止運(yùn)行。

4.2 維護(hù)管理效果

制定實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障環(huán)境設(shè)施IVC系統(tǒng)運(yùn)行SOP，建立了定期維護(hù)保養(yǎng)制度后，系統(tǒng)故障率明顯下降；運(yùn)行1年來，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物檢測(cè)合格率100%，全部符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科學(xué)已發(fā)展成一門獨(dú)立的、綜合性學(xué)科，這一學(xué)科的發(fā)展直接影響各實(shí)驗(yàn)學(xué)科的發(fā)展[10]。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)揮著基礎(chǔ)支撐作用，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性和真實(shí)性，提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量是各高校和研究院所實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心的重點(diǎn)工作任務(wù)[11]。屏障環(huán)境的建設(shè)和IVC系統(tǒng)的使用能極大減少微生物污染，保障實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量的可靠性和有效性[12]。屏障環(huán)境IVC系統(tǒng)使用和維護(hù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，工作人員要嚴(yán)格執(zhí)行SOP制度，確保IVC系統(tǒng)良好運(yùn)行。