生物安全是指國家有效應(yīng)對(duì)生物因子及相關(guān)因素的威脅，維護(hù)自身安全與利益的狀態(tài)和能力，主要涵蓋防控人與動(dòng)物、植物等新發(fā)、突發(fā)傳染病疫情，防范生物恐怖襲擊、防御生物武器攻擊、防止生物技術(shù)謬用、防控外來入侵生物威脅、保障實(shí)驗(yàn)室生物安全、保護(hù)特殊生物資源安全等多個(gè)方面。生物安全實(shí)驗(yàn)室是指通過防護(hù)屏障和管理措施，達(dá)到生物安全要求的生物實(shí)驗(yàn)室和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室，按其危害程度逐漸加重的順序共分為四級(jí)。四級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室（BSL-4）是最高級(jí)別的生物安全實(shí)驗(yàn)室，是指對(duì)人體、動(dòng)植物或環(huán)境具有高度危害性，通過氣溶膠途徑傳播或傳播途徑不明，或未知的、高度危險(xiǎn)的致病因子，沒有預(yù)防和治療措施的微生物開展研究的場(chǎng)所。
近年來，全球生物安全問題日益突出，它攸關(guān)政權(quán)穩(wěn)定、社會(huì)安定、公眾健康、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)，是國家安全不可或缺的組成部分。為保證國家生物安全戰(zhàn)略的實(shí)施和可持續(xù)發(fā)展，提高我國生物安全防護(hù)水平，以及降低生物恐怖和生物武器的威脅，打破西方國家的技術(shù)封鎖，解決我國最高等級(jí)病原微生物實(shí)驗(yàn)室關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備完全依賴進(jìn)口、受制于人的問題，開展生物安全實(shí)驗(yàn)室相關(guān)設(shè)備設(shè)施的國產(chǎn)化研究，建設(shè)國產(chǎn)化生物安全四級(jí)實(shí)驗(yàn)室具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
- 奇幻的探索，正式開始 -
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-01-
| 國內(nèi)外生物安全四級(jí)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界上已建成的生物安全四級(jí)實(shí)驗(yàn)室60座以上，美國從上個(gè)世紀(jì) 60年代就開展了高級(jí)別生物安全實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，迄今為止已擁有生物安全四級(jí)實(shí)驗(yàn)室 20座以上，澳大利亞、加拿大、法國、德國、日本、英國等發(fā)達(dá)國家上個(gè)世紀(jì) 70~80年代以來也陸續(xù)建設(shè)了生物安全四級(jí)實(shí)驗(yàn)室。在亞洲地區(qū)，日本、蒙古、印度尼西亞、印度等國家都建有生物安全四級(jí)實(shí)驗(yàn)室，在非洲，加蓬和南非也分別建有1座生物安全四級(jí)實(shí)驗(yàn)室。
世界生物安全四級(jí)實(shí)驗(yàn)室分布詳見表1。SARS 病毒肆虐后，國家高度重視高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和發(fā)展，2004年經(jīng)國家發(fā)改委批復(fù)，經(jīng)十余年的努力，我國（除臺(tái)灣?。┮呀ǔ煞鲜澜缧l(wèi)生組織《生物安全手冊(cè)》和《實(shí)驗(yàn)室生物安全通用要求》GB19489-2008要求的生物安全四級(jí)實(shí)驗(yàn)室 3 家，分別是中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫(yī)研究所國家動(dòng)物疫病防控高級(jí)別生物安全實(shí)驗(yàn)室、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究所國家昆明高等級(jí)生物安全靈長類動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心和中國科學(xué)院武漢國家生物安全四級(jí)實(shí)驗(yàn)室。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫(yī)研究所國家動(dòng)物疫病防控高級(jí)別生物安全實(shí)驗(yàn)室為我國首個(gè)完全自主設(shè)計(jì)、建設(shè)的大動(dòng)物生物安全實(shí)驗(yàn)室（見圖 1），是目前世界上已建成運(yùn)行的 4 個(gè)大動(dòng)物生物安全實(shí)驗(yàn)室之一，是我國大動(dòng)物生物安全實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的里程碑。該實(shí)驗(yàn)室建筑面積約20000m2，防護(hù)區(qū)面積約 4000 m2。建有獨(dú)立運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)室（BSL-4）和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室（ABSL-4），獨(dú)立運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)室（BSL-3）和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室（ABSL-3）及解剖室。
-02-
| 國產(chǎn)化生物安全四級(jí)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)與建造
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫(yī)研究所承擔(dān)了科技部“十三五”“生物安全關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”重點(diǎn)專項(xiàng)“國產(chǎn)化高等級(jí)病原微生物模式實(shí)驗(yàn)室”典型應(yīng)用示范項(xiàng)目，項(xiàng)目應(yīng)用國際生物安全實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)原理和理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用了全部國產(chǎn)化生物安全四級(jí)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)設(shè)備進(jìn)行建設(shè)，建成了具有生物安全四級(jí)實(shí)驗(yàn)室操作、生物安全管理、設(shè)備運(yùn)行保障管理、相關(guān)驗(yàn)證等培訓(xùn)、新型設(shè)備驗(yàn)證和檢測(cè)等功能的四級(jí)模式實(shí)驗(yàn)室綜合技術(shù)平臺(tái)。生物安全四級(jí)模式實(shí)驗(yàn)室主要應(yīng)用了以下原理：
（1）建筑隔離原理：獨(dú)立建筑，內(nèi)部采用 3層立體結(jié)構(gòu)和合理的平面布局，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化生物安全四級(jí)模式實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部與周圍環(huán)境的隔離。
（2）氣密防護(hù)原理：核心區(qū)采用不銹鋼板焊接的圍護(hù)結(jié)構(gòu)及管線穿墻密封裝置、充氣式氣密門、機(jī)械壓緊式氣密門、氣密傳遞窗等氣密防護(hù)設(shè)備，國產(chǎn)化生物安全四級(jí)模式實(shí)驗(yàn)室核心工作間圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性達(dá)到《實(shí)驗(yàn)室生物安全通用要求》GB 19489-2008規(guī)定的壓力衰減指標(biāo)要求。
（3）空氣負(fù)壓隔離原理：國產(chǎn)化生物安全四級(jí)模式實(shí)驗(yàn)室核心工作間及其功能間的空氣壓力相對(duì)外環(huán)境為負(fù)壓，通過建立有效的壓力梯度，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)空氣的負(fù)壓隔離。
（4）空氣高效過濾原理：送風(fēng)采用單級(jí)高效空氣過濾器過濾，排風(fēng)采用雙級(jí)高效空氣過濾器過濾，高效空氣過濾器對(duì) 0.3 μm 以上粒徑粒子的過濾效率>99.99%。
（5）個(gè)人防護(hù)原理：采用全身正壓生物防護(hù)服及其配套的生命支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)最高級(jí)別的人員全身防護(hù)。
（6）消毒滅菌原理：采用雙扉高壓滅菌器、壓力蒸汽污水處理系統(tǒng)、化學(xué)淋浴設(shè)備、汽化過氧化氫消毒裝置實(shí)現(xiàn)全身正壓生物防護(hù)服表面、固體和液體廢棄物、實(shí)驗(yàn)室空間的消毒滅菌。
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫(yī)研究所國產(chǎn)化生物安全四級(jí)模式實(shí)驗(yàn)室依據(jù)《實(shí)驗(yàn)室生物安全通用要求》GB 19489-2008 和《生物安全實(shí)驗(yàn)室建設(shè)技術(shù)規(guī)范》GB 50346-2011 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，模式實(shí)驗(yàn)室建筑面積約 1000 m2，高度 10m。模式實(shí)驗(yàn)室主體采用鋼結(jié)構(gòu)形式，實(shí)驗(yàn)室一層為設(shè)備層，層高3.1m，主要為污水處理間、生命支持系統(tǒng)、配電間、UPS電源設(shè)備間、培訓(xùn)間；二層為實(shí)驗(yàn)室層（層高4.10m，其中實(shí)驗(yàn)室層高 2.8m）（見圖 2），設(shè)有 ABSL-4 核心實(shí)驗(yàn)室及輔助房間；三層為設(shè)備層，用于敷設(shè)管道及布置 BIBO 高效過濾單元、凈化空調(diào)機(jī)組、排風(fēng)機(jī)組、化學(xué)淋浴加藥裝置等（層高2.80m）。國產(chǎn)化生物安全四級(jí)模式實(shí)驗(yàn)室平面布局設(shè)計(jì)滿足《實(shí)驗(yàn)室生物安全通用要求》GB 19489-2008 關(guān)于生物安全四級(jí)實(shí)驗(yàn)室平面布局的要求（見圖3），由教學(xué)區(qū)、更衣室、環(huán)形走廊、更衣間、淋浴間、防護(hù)服更換間、化學(xué)淋浴間、核心工作間組成。國產(chǎn)化生物安全四級(jí)模式實(shí)驗(yàn)室分別對(duì)初級(jí)防護(hù)屏障設(shè)計(jì)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、消毒滅菌系統(tǒng)設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行集中整合和優(yōu)化。
（1）初級(jí)防護(hù)屏障設(shè)計(jì)：利用具有生命支持系統(tǒng)的正壓防護(hù)服進(jìn)行人員防護(hù)，利用二級(jí)生物安全柜進(jìn)行病原微生物操作。
（2）通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：采用獨(dú)立的全新風(fēng)直流式通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，在設(shè)備層安裝箱式高效空氣過濾器單元，具備原位對(duì)高效空氣過濾器進(jìn)行消毒滅菌和檢漏的條件，實(shí)驗(yàn)室防護(hù)區(qū)的送風(fēng)采用單級(jí)高效空氣過濾器過濾，排風(fēng)采用雙級(jí)高效空氣過濾器過濾，室內(nèi)送風(fēng)口和排風(fēng)口的布置符合定向氣流的原則。
（3）消毒滅菌系統(tǒng)設(shè)計(jì)：采用雙扉壓力蒸汽滅菌器、壓力蒸汽污水處理系統(tǒng)、汽化過氧化氫消毒裝置實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室排放物、空間的徹底消毒滅菌。
（4）自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：采用送風(fēng)機(jī)變頻與文丘里變風(fēng)量閥門相結(jié)合的壓力控制方式，保證實(shí)驗(yàn)室的換氣次數(shù)及壓力、壓力梯度的穩(wěn)定。溫度通過調(diào)節(jié)表冷器冷動(dòng)水流量實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，濕度通過調(diào)節(jié)電極加濕器的加濕量來保證實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部濕度恒定。通過工控機(jī)和PLC 相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室整體系統(tǒng)的自動(dòng)控制和操作。采用Siemense 的 WINCC 組態(tài)軟件編制了用戶界面友好、易于使用和維護(hù)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)界面，實(shí)時(shí)監(jiān)控、記錄和存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)室防護(hù)區(qū)內(nèi)有控制要求的參數(shù)、關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)以上設(shè)計(jì)，采用 solidworks 軟件構(gòu)建國產(chǎn)化生物安全四級(jí)模式實(shí)驗(yàn)室的建筑結(jié)構(gòu)、平面布局、關(guān)鍵生物安全裝備的三維可視化模型，并準(zhǔn)確表達(dá)建筑結(jié)構(gòu)及其與生物安全裝備間的配合關(guān)系，利用三維可視化模型研究實(shí)驗(yàn)室圍護(hù)結(jié)構(gòu)氣密防護(hù)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、自動(dòng)控制 系統(tǒng)及水、電、氣綜合保障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工藝，檢查各系統(tǒng)立體布置及穿線、穿孔和管線交叉、干涉情況，減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤以及提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。
保證實(shí)驗(yàn)室的換氣次數(shù)及壓力、壓力梯度的穩(wěn)定。溫度通過調(diào)節(jié)表冷器冷動(dòng)水流量實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，濕度通過調(diào)節(jié)電極加濕器的加濕量來保證實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部濕度恒定。通過工控機(jī)和PLC 相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室整體系統(tǒng)的自動(dòng)控制和操作。采用Siemense 的 WINCC 組態(tài)軟件編制了用戶界面友好、易于使用和維護(hù)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)界面，實(shí)時(shí)監(jiān)控、記錄和存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)室防護(hù)區(qū)內(nèi)有控制要求的參數(shù)、關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)以上設(shè)計(jì)，采用solidworks 軟件構(gòu)建國產(chǎn)化生物安全四級(jí)模式實(shí)驗(yàn)室的建筑結(jié)構(gòu)、平面布局、關(guān)鍵生物安全裝備的三維可視化模型，并準(zhǔn)確表達(dá)建筑結(jié)構(gòu)及其與生物安全裝備間的配合關(guān)系，利用三維可視化模型研究實(shí)驗(yàn)室圍護(hù)結(jié)構(gòu)氣密防護(hù)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、自動(dòng)控制 系統(tǒng)及水、電、氣綜合保障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工藝，檢查各系統(tǒng)立體布置及穿線、穿孔和管線交叉、干涉情況，減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤以及提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。-03-
| 國產(chǎn)化設(shè)備的應(yīng)用情況
國產(chǎn)化生物安全四級(jí)模式實(shí)驗(yàn)室集成生命支持系統(tǒng)、化學(xué)淋浴、生物安全型雙扉高壓滅菌器、BIBO高效過濾單元、污水處理系統(tǒng)等關(guān)鍵國產(chǎn)化生物安全設(shè)備，建成1套國產(chǎn)化生物安全四級(jí)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。
（1）BIBO高效過濾單元 國產(chǎn)化生物安全四級(jí)模式實(shí)驗(yàn)室采用軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院衛(wèi)勤保障技術(shù)研究所研發(fā)、天津市昌特凈化工程有限公司生產(chǎn)的 BIBO 高效過濾單元（見圖4），送風(fēng)采用單級(jí)高效空氣過濾器過濾，排風(fēng)采用雙級(jí)高效空氣過濾器過濾，高效空氣過濾器對(duì)0.3 μm以上粒徑粒子的過濾效率>99.99%，并采用自主研發(fā)的線掃描技術(shù)，實(shí)現(xiàn)過濾器的原位檢漏，確?？諝馀欧虐踩?/span>
（2）生物安全型雙扉高壓滅菌器、污水處理系統(tǒng) 國產(chǎn)化生物安全四級(jí)模式實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用山東新華醫(yī)療器械股份有限公司研發(fā)生產(chǎn)的生物安全型雙扉高壓滅菌器（見圖6）、污水處理系統(tǒng)（見圖5）改進(jìn)了蒸汽發(fā)生器、穿墻生物密封性能及廢棄蒸汽冷凝、水冷、溫度控制功能，提升微處理器程序控制的穩(wěn)定性和可靠性。
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| 結(jié)語
我國首個(gè)國產(chǎn)化生物安全四級(jí)模式實(shí)驗(yàn)室完全按照《實(shí)驗(yàn)室生物安全通用要求》GB 19489-2008、《生物安全實(shí)驗(yàn)室建設(shè)技術(shù)規(guī)范》GB 50346-2011設(shè)計(jì)建設(shè)，為通過真實(shí)生物安全四級(jí)環(huán)境評(píng)價(jià)驗(yàn)證國產(chǎn)防護(hù)設(shè)備性能，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)可信創(chuàng)造了重要的平臺(tái)條件。同時(shí)生物安全四級(jí)模式實(shí)驗(yàn)室將開展生物安全四級(jí)實(shí)驗(yàn)室使用、生物安全管理和維護(hù)人員培訓(xùn)工作，成為國家生物安全四級(jí)實(shí)驗(yàn)室體系重要的人才培養(yǎng)示范基地，為我國國家高級(jí)別生物安全實(shí)驗(yàn)室體系建設(shè)發(fā)揮指導(dǎo)和借鑒作用。
