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实验室

P1、P2、P3、P4实验室的区别

来源:分析化学 阅读数:98 时间:2020-07-15 08:58:37

新型冠状病毒的快速传播将病毒又一次带入人们的视线,不光医务和救援工作者在前线全力救治,科研人员也在紧锣密鼓地进行病毒研究以及药物实验。


那你可能想知道,进行病毒实验的实验室是什么样子?与学校里的生物实验室、医院里的检测实验室有什么不同呢?接下来,让我们一起认识一下生物安全实验室。


什么是生物安全实验室?


实验室是进行科研工作的必需场所,根据危险度等级,包括传染病原的传染性和危害性,国际上将生物实验室按照生物安全水平(Biosafety level,BSL)分为P1(Protection level 1),P2,P3和P4四个等级。


P1-P4实验室可以承担的工作也根据安全等级进行划分,其严格等级从低到高。



P1实验室:基础实验室,适合对人体、动植物或环境危害较低,不具有对健康成人,动植物致病的因子。 



P2实验室:基础实验室,适用于对人体、动植物或环境具有中等危害或具有潜在危险的致病因子,对健康成人、动物和环境不会造成严重危害,有有效的预防和治疗措施。 



P3实验室:防护实验室,适用于处理对人体、动植物或环境具有高度危害性,通过直接接触或气溶胶使人传染上严重甚至是致命的疾病,或对动植物和环境具有高度危害的致病因子,通常有预防和治疗措施。 



P4实验室:最高级别防护实验室,适用于对人体、动植物或环境具有高度危害性,通过气溶胶途径传播或传播途径不明,或未知的、高度危险的致病因子。没有预防和治疗措施。比如埃博拉病毒。   


我国首个P4实验室


生物安全实验室的建设需要遵照已发布的《生物安全实验室建筑技术规范》。根据规范,P2实验室宜实施一级屏障和二级屏障,而P3和P4实验室需要设置一级屏障和二级屏障。


一级屏障保障了实验操作者与被操作对象之间的隔离,包括生物安全柜和正压防护服等;二级屏障则是保障了生物安全实验室与外部环境的隔离,其中就包括换气系统,因此,一级屏障和二级屏障分别是实验人员和外界环境的保护伞。建筑技术规范中也详细制定了P3和P4等级实验室的主要房间,包括主实验室,主实验室缓冲间,隔离走廊,防护服更换间,准备间,淋浴区等的技术指标。超高的清洁级别,恒定范围的温度、湿度以及压差都是实验安全的保证。 


生物安全实验室一级屏障的主要技术指标 来源: 生物安全实验室建筑技术规范 GB 50346-2011 


生物安全实验室二级屏障的主要技术指标 来源: 生物安全实验室建筑技术规范 GB 50346-2011 


最高级别的P4实验室具体是怎样的?


P4实验室作为最高级别的生物安全实验室,是应对高危险性、且无法预防和治疗的烈性病毒的利器。P4实验室一般为一栋独立的建筑物,如与其他级别生物实验室共用建筑物,也需要在建筑物中占据独立的隔离区域,并与附近的其他建筑物完全隔离。在常见的四层结构中,一层为污水处理与保障设备,二层为核心实验区,三层为排风管道过滤层,四层为空调设备与送排风管道。  


P4实验室的基本特征 来源:National Institutes of Health, part of the United States Department of Health and Human Services     


生物安全实验室中的人员保护


进入普通实验室时,实验人员仅需实验服,手套和面部防护等装备。而高等级实验中有潜在的危险致病因子,研究人员要怎样保护自身呢?    


我们前面提到了,一级屏障保障了实验人员与潜在毒菌的隔离。在进入高等级实验室前,人员需要经过多道程序,包括外更衣间,淋浴间,内更衣间,缓冲间等,从外面进到实验室内部可能需要20-30分钟。因此,实验室工作人员在上岗前都需要接受严格的培训,上岗后必须确保遵守使用流程。为了使科研人员与潜在的病原隔离,进入实验室需要穿着独立供氧的正压防护服。在防护服中,实验人员所呼吸的空气来源于独立的空气系统,并且在实验室中活动需要更换呼吸管,这也是为什么实验室中会吊着很多螺旋状管子。  

对于P2级别及以上的实验室,按照规定须配备有生物安全柜(Biosafety cabinet,BSC),操作有危险的病原都需要在柜内完成。生物安全柜是一种负压式装备,根据循环风和排风比例也分为不同的级别,其通过将柜内空气不断抽出,以保证柜内的负压,来防止实验操作中产生的气溶胶向外扩散。实验完成后,人员在离开实验室时,要进行化学淋浴消毒,消灭一切可能沾染到的病毒,最终才能层层脱掉防护装置。


关病原的盒子


科学家们可能会在实验室中研究危险的致病因子,而实验室是如何确保了实验室内部的病原不向外扩散的呢?


首先,所有生物实验都要按照国家规定的微生物安全等级在相应安全等级的实验室中进行(详细参考《人间传染的病原微生物名录》http://www.nhc.gov.cn/wjw/gfxwj/201304/64601962954745c1929e814462d0746c.shtml)。普通实验室接触不到也不具有致病性病毒的实验权限,但需要在操作中遵循微生物学操作技术规范(GMT),并且与非致病性病毒接触的器械和耗材需要经过酒精或高压消毒,废弃物放入专用的医疗废物垃圾袋,以保证生物安全。      


各级生物安全实验室的二级屏障保障了致病因子无法出逃。实验人员在从缓冲间进出实验室内部需要经过层层关卡。对于P3和P4实验室来说,进入方向的每一道门气压都会逐渐降低,即定向负压系统,同时设有多道安装连锁装置的门,保证无法同时打开两道门,以防止空气流通。实验室内部的空气必须经由高效过滤器过滤后才可向外排放;实验产生的固体废弃物,必须经过彻底的灭菌消毒,才可以进行无害化焚烧处理;实验室产生的污水也经由污水处理系统进行了完善的处理;至于实验人员穿着的防护服则更加不会被放过,严格的化学淋浴消毒可以消灭一切沾染到的病原。总之,没有经过处理的气体,固体和液体是不会离开实验室的。


那你可能想问,如果断电了怎么办?排风系统出故障了怎么办?不用担心!高等级的生物安全实验室都遵照了其建设标准,设置了备用电源和备用排风机,不间断地保障实验室内的负压环境,维护实验室安全。也就是说,生物安全实验室就像一个盒子,用各种手段把病原“关”在里面。


武汉P4实验室,层层消毒,进入需花费半小时


武汉P4实验室


武汉P4实验室全称是中国科学院武汉国家生物安全实验室,建成于2015年01月31日,是中国大陆地区首个运行的P4实验室。标志着我国已经具有开展高级别高致病性病原微生物实验活动的能力和条件。武汉P4实验室是“中法新发传染病防治合作项目”重要内容之一,是国家投资建设的大科学工程装置之一。

武汉P4实验室承担三大功能,我国传染病预防与控制的研究和开发中心、烈性病原的保藏中心和联合国烈性传染病参考实验室、我国生物安全实验室平台体系中的重要区域节点,在国家公共卫生应急反应体系和生物防范体系中发挥核心作用和生物安全平台支撑作用。


武汉P4实验室位于武汉市江夏区的中科院武汉病毒所郑店园区内。整个实验室呈悬挂式结构,共分为4层。从下自上,底层是污水处理和生命维持系统;第二层是核心实验室;第三层是过滤器系统;二层和三层之间的夹层是管道系统;最上一层是空调系统。


所有一层、三层、四层、夹层均是为了保证二层核心实验室的正常运行,保证实验室里面是单向气流,是一个负压状态。300多平米的二楼核心实验室区域大致分为3个细胞实验室、2个动物实验室、1个动物解剖室、消毒室等。进入P4实验室要花费至少半小时进行层层消毒,包括沐浴、二更、缓冲等步骤,才能入内。


来源:Labs科技文摘