屏障環(huán)境下?lián)Q籠操作對(duì)局部潔凈度影響的動(dòng)態(tài)研究*

暨南大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理中心 張建平 傅江南

0 引言

隨著我國(guó)生命醫(yī)藥學(xué)科領(lǐng)域的飛速發(fā)展，科研對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的需求量逐年攀升，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2018年的市場(chǎng)規(guī)模為24.4億元，并且未來(lái)5年內(nèi)，有望以每年20%～25%的速度增長(zhǎng)(1)智妍咨詢集團(tuán).2020—2026年中國(guó)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀分析及未來(lái)前景規(guī)劃報(bào)告，2020。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量對(duì)生命醫(yī)藥科學(xué)而言，就是“活的天平”“分析純級(jí)試劑”，為保證實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量，科研數(shù)據(jù)排除非實(shí)驗(yàn)施加因素的干擾，國(guó)家制定了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物微生物學(xué)、遺傳學(xué)、環(huán)境及設(shè)施等質(zhì)量系列標(biāo)準(zhǔn)。沒(méi)有合格的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性、客觀性和可溯源性就無(wú)從談起。為保證實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施屏障環(huán)境質(zhì)量是重要的前提，GB 14925—2010《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 環(huán)境及設(shè)施》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)保證屏障環(huán)境潔凈度要素提出了相關(guān)環(huán)境參數(shù)[1]。這些環(huán)境指標(biāo)是指導(dǎo)該類設(shè)施設(shè)計(jì)、建造、維保及相關(guān)裝備研發(fā)的重要依據(jù)，同時(shí)，也是制定屏障環(huán)境作業(yè)指導(dǎo)書(shū)(操作規(guī)程)的主要根據(jù)。由于屏障環(huán)境潔凈度參數(shù)在GB 14925—2010《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 環(huán)境及設(shè)施》中是靜態(tài)指標(biāo)[1]，為了探索屏障環(huán)境內(nèi)動(dòng)物飼育區(qū)動(dòng)態(tài)空氣潔凈度變化規(guī)律及屏障環(huán)境污染原因，為作業(yè)指導(dǎo)書(shū)提出理論依據(jù)，故進(jìn)行本文實(shí)驗(yàn)研究。

1 材料和方法

1.1 儀器與設(shè)備

被測(cè)設(shè)備：國(guó)產(chǎn)90籠位小鼠獨(dú)立通風(fēng)籠系統(tǒng)(independent ventilation cage, IVC)設(shè)備放置于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施內(nèi)，所在房間面積約40 m2，無(wú)其他潔凈度干擾設(shè)備。

檢測(cè)儀器：采用光散射粒子計(jì)數(shù)器[2]計(jì)量校準(zhǔn)的參考程序標(biāo)定的在線粒子計(jì)數(shù)器系統(tǒng)1套，粒子檢測(cè)設(shè)備5臺(tái)，采樣流量為2.83 L/min。

1.2 環(huán)境條件

檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)條件：大環(huán)境潔凈度滿足GB 14925—2010《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 環(huán)境及設(shè)施》要求。小環(huán)境條件：國(guó)產(chǎn)IVC籠盒系統(tǒng)，布滿籠盒，籠盒內(nèi)飼養(yǎng)小鼠≤5只，設(shè)置換氣次數(shù)為45 h-1。IVC籠盒更換頻率為1次/7 d，檢測(cè)期間按照作業(yè)指導(dǎo)書(shū)換籠、清潔衛(wèi)生等，滅菌后的籠盒放置IVC籠架旁，換籠操作人站于籠架前，按順序從上到下逐個(gè)更換，更換后所有臟籠盒均及時(shí)推至室外。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

采用5臺(tái)粒子計(jì)數(shù)器和5個(gè)采樣口，通過(guò)接口板與計(jì)算機(jī)相連。監(jiān)測(cè)結(jié)果生成數(shù)據(jù)和粒子濃度變化曲線。采樣點(diǎn)分布如圖1所示。

圖1 粒子數(shù)采樣點(diǎn)分布圖(單位：mm)

粒子計(jì)數(shù)器采樣點(diǎn)依據(jù)GB 14925—2010《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 環(huán)境及設(shè)施》附錄E設(shè)定。

1) 在IVC設(shè)備周圍1.4 m高度處設(shè)采樣點(diǎn)1、2：由于換籠操作打開(kāi)籠盒，部分粒子擴(kuò)散。

2) 依照人體工效學(xué)原理在1.4 m(人員操作界面)和2.2 m高度處(IVC籠架操作界面上方)分別設(shè)采樣點(diǎn)3、4。

3) 在遠(yuǎn)離IVC操作界面的房間角落1.4 m高度處設(shè)采樣點(diǎn)5。

共設(shè)置5個(gè)采樣點(diǎn)，24 h實(shí)時(shí)記錄空氣粒子變化數(shù)據(jù)，選取48 h的檢測(cè)數(shù)據(jù)作為此次研究的基礎(chǔ)分析數(shù)據(jù)，對(duì)連續(xù)60 min內(nèi)檢測(cè)的數(shù)據(jù)求平均值，并將單位換算為粒/m3，作為每小時(shí)的粒子濃度值。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖2顯示了粒徑0.5 μm粒子的濃度變化。圖2結(jié)果表明：1) 設(shè)施內(nèi)大部分時(shí)間0.5 μm的塵埃粒子濃度小于352 000粒/m3，滿足潔凈度7級(jí)的要求；2) 換籠操作期間，打開(kāi)籠盒，籠盒內(nèi)的墊料顆粒物隨換籠操作，不斷無(wú)組織地向周圍環(huán)境擴(kuò)散，導(dǎo)致采樣點(diǎn)3、4的粒子濃度陡然升高，超過(guò)352 000粒/m3，潔凈度降低到8級(jí)；3) 達(dá)到峰值后約2 h恢復(fù)7級(jí)潔凈度要求；4) 其他采樣點(diǎn)的粒子濃度也有所增加；5) 空氣粒子呈規(guī)律性變化，從換籠開(kāi)始到結(jié)束，潔凈度變化明顯。

圖2 粒徑0.5 μm粒子的濃度變化曲線

圖3顯示了粒徑0.3、0.5 μm粒子的濃度變化。由圖3可以看出，0.3 μm粒子濃度變化趨勢(shì)與0.5 μm粒子濃度變化趨勢(shì)一致，也進(jìn)一步說(shuō)明換籠操作時(shí)，各檢測(cè)點(diǎn)潔凈度均呈下降趨勢(shì)。

圖3 粒徑0.3、0.5 μm粒子的濃度變化曲線

背景潔凈度可以保持在ISO 7級(jí)狀態(tài)，當(dāng)籠盒更換等操作時(shí)，引發(fā)塵量劇增，局部粒子濃度陡然升高，潔凈度等級(jí)降低至ISO 8級(jí)甚至更低，在此狀態(tài)下IVC設(shè)備室內(nèi)取風(fēng)，易導(dǎo)致IVC內(nèi)污染。當(dāng)操作截止2 h后，潔凈度恢復(fù)為ISO 7級(jí)。

3 討論

3.1 動(dòng)態(tài)潔凈度是影響實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量的重要因素

屏障環(huán)境潔凈度是保證實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量的前提，進(jìn)入大環(huán)境、小環(huán)境空氣顆粒物的變化，是影響實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是否被污染的主要空氣要素。本研究結(jié)果顯示，非換籠期間，設(shè)施內(nèi)0.5 μm粒子的濃度均保持在較低水平，可滿足ISO 7級(jí)潔凈度要求，此時(shí)可近似為靜態(tài)檢測(cè)。但在換籠期間，污染物從籠盒內(nèi)擴(kuò)散，并在一定距離內(nèi)影響周圍環(huán)境，同時(shí)人員在不斷操作和移動(dòng)過(guò)程中擾動(dòng)空氣，也會(huì)加劇污染物的擴(kuò)散，停止更換籠盒后，一段時(shí)間內(nèi)，污染物逐漸隨氣流排至室外，此過(guò)程符合污染物擴(kuò)散特性。因此，動(dòng)態(tài)潔凈度指標(biāo)對(duì)保證實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量尤其重要。

3.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障環(huán)境運(yùn)行應(yīng)重視“少產(chǎn)塵”機(jī)理

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施是特殊用途的潔凈室或相關(guān)受控環(huán)境，前提是必須保證在密閉空間內(nèi)的潔凈度要求。潔凈室原理通俗理解為：大環(huán)境“不進(jìn)入或少進(jìn)入塵?！?、運(yùn)行中“不產(chǎn)生或少產(chǎn)生塵粒”、產(chǎn)生后“快速排除塵粒”三原則。然而目前絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施都采用大環(huán)境全面通風(fēng)的氣流組織模式，沒(méi)有對(duì)局部產(chǎn)生的大量粉塵顆粒采取有效措施，故在換籠操作期間，污染物不能被及時(shí)排走，而是不斷從籠盒內(nèi)向大環(huán)境擴(kuò)散，擴(kuò)散出來(lái)的顆粒物受周圍大環(huán)境氣流的卷吸和局部操作的擾動(dòng)，導(dǎo)致距污染物擴(kuò)散點(diǎn)近的位置，粒子濃度高，隨著距離的增加，越來(lái)越低；但在停止操作后，污染物被不斷稀釋，粒子濃度逐漸降低，恢復(fù)潔凈狀態(tài)。因此，在制定作業(yè)指導(dǎo)書(shū)時(shí)，應(yīng)把籠盒更換產(chǎn)生潔凈度降低的因素考慮在內(nèi)，采取局部通風(fēng)措施，解決被污染的危險(xiǎn)。同時(shí)，設(shè)備研發(fā)應(yīng)滿足局部通風(fēng)和籠盒更換潔凈度問(wèn)題。且在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行過(guò)程中，為了保證實(shí)驗(yàn)動(dòng)物不被污染，堅(jiān)持以潔凈室原理為依據(jù)是十分必要的。

3.3 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)潔凈度對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障環(huán)境參數(shù)有指導(dǎo)意義

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施建成后，是按照靜態(tài)檢測(cè)并進(jìn)行驗(yàn)收的，但運(yùn)行時(shí)，應(yīng)考慮空氣潔凈度在不同作業(yè)狀態(tài)下的變化規(guī)律，建議在換籠操作期間或制定作業(yè)指導(dǎo)書(shū)時(shí)，考慮采取相應(yīng)的措施，把污染空氣控制在較小的范圍內(nèi)，并及時(shí)排至室外，減少空氣中塵埃粒子及細(xì)菌病毒積存的載體。本研究采用實(shí)時(shí)在線連續(xù)粒子數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行粒子數(shù)檢測(cè)，排除了因人工及臨時(shí)擾動(dòng)引起的誤差及檢測(cè)數(shù)據(jù)不連貫等缺陷。通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)污染物擴(kuò)散規(guī)律，探討實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施管理及防感染、避免生物安全事故發(fā)生的措施。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施內(nèi)IVC籠盒更換操作時(shí)空氣潔凈度發(fā)生明顯變化。污染物的主要來(lái)源、產(chǎn)生時(shí)間、原因及變化趨勢(shì)，可為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施運(yùn)行管理提供依據(jù)。