高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室消毒滅菌關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備

摘要：高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室主要研究和處理那些高度致病、傳播途徑不明或尚無(wú)有效治療方法的微生物，但研究過(guò)程中必須確保實(shí)驗(yàn)人員和環(huán)境的安全，防止病原體泄漏。因此，做好高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室的消毒滅菌工作至關(guān)重要。

而隨著科技的進(jìn)步和微生物學(xué)研究的深入，高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室的消毒滅菌技術(shù)和設(shè)備也在不斷發(fā)展和完善。本文就對(duì)現(xiàn)階段高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室消毒滅菌所使用的關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行研究分析，希望為消毒滅菌工作的開(kāi)展提供助力。

關(guān)鍵詞：高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室；消毒滅菌；關(guān)鍵技術(shù)

    高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室（如BSL-3、BSL-4）作為研究高致病性病原體的重要場(chǎng)所，對(duì)于疾病防控、疫苗開(kāi)發(fā)、生物安全策略制定有著重要作用，既承擔(dān)著科學(xué)探索的責(zé)任，也肩負(fù)著保護(hù)人類健康與生態(tài)平衡的重要使命。消毒滅菌是生物安全實(shí)驗(yàn)室管理中不可缺少的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，有助于防止實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生交叉感染，保障實(shí)驗(yàn)人員安全。有效的消毒措施能夠極大降低病毒、細(xì)菌等病原體的存活率，減少意外暴露的風(fēng)險(xiǎn)，從而為科學(xué)研究創(chuàng)造一個(gè)安全可控的環(huán)境。

一、高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室消毒滅菌關(guān)鍵技術(shù)

（一）物理消毒法

1.高溫滅菌

高溫滅菌是實(shí)驗(yàn)室極為常用的消毒滅菌技術(shù)，可分為濕熱滅菌與干熱滅菌兩種類型。壓力蒸汽滅菌利用加壓下的大量高溫蒸汽進(jìn)行殺菌，可摧毀微生物蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，能夠快速有效地使各類微生物滅活，包括細(xì)菌芽孢等頑固形態(tài)，是一種高效的生物去污手段。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，在0.1034MPa的壓力條件下，容器內(nèi)部可升溫至121℃，并在此溫度下持續(xù)30至60分鐘，以確保所有類型的微生物被徹底清除[1]。為了確保滅菌成功，需注意兩點(diǎn)：一是物料必須與蒸汽充分接觸，二是避免空氣殘留，這兩點(diǎn)對(duì)于達(dá)到無(wú)菌狀態(tài)至關(guān)重要。壓力蒸汽滅菌技術(shù)廣泛應(yīng)用于高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室，可用于設(shè)備消毒，也能處理生物危險(xiǎn)廢棄物，展現(xiàn)出強(qiáng)大的滅菌效果，但需注意的是，該技術(shù)只能清除生物性污染，無(wú)法解決化學(xué)污染問(wèn)題。

相比濕熱法而言，干熱滅菌需要更長(zhǎng)時(shí)間或更高溫度方能達(dá)到同等的滅菌效果，但也有自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在特定場(chǎng)景下發(fā)揮著重要作用，比如無(wú)需濕熱條件或是材質(zhì)不宜浸泡的情況下。干熱滅菌技術(shù)主要應(yīng)用于玻璃等非滲透性材質(zhì)上，可使表面微生物滅活。常規(guī)的玻璃器皿干熱滅菌一般在160℃至170℃之間，持續(xù)2至4小時(shí)[2]，這樣就能確保大部分微生物被有效清除，但如果環(huán)境中存在淺層的有機(jī)或無(wú)機(jī)物質(zhì)，由于這些物質(zhì)會(huì)起到保溫作用，干熱的效果就會(huì)大打折扣。焚燒則是另一種高效的干熱滅菌方式，尤其適合廢棄物的終末滅菌與處理，不僅能銷毀污染物，還適用于微生物培養(yǎng)過(guò)程中的接種針、接種環(huán)這類工具的瞬間滅菌，并具有操作簡(jiǎn)單快捷的優(yōu)勢(shì)，是局部滅菌的理想選擇。

2.電離輻射滅菌

輻射滅菌技術(shù)利用輻射破壞病原體的生物學(xué)活性，達(dá)到消毒滅菌效果，其中電離輻射滅菌技術(shù)常用到γ射線、X射線等，擁有強(qiáng)大的能量，能夠改變物質(zhì)原子結(jié)構(gòu)，尤其適用于小型實(shí)體、半實(shí)體或液態(tài)物體以及易受熱或化學(xué)試劑損害的材料。例如，對(duì)于溶劑、塑料制科研器械或特殊生物樣本，則適宜使用輻照滅菌方法，若采用其他滅菌方法會(huì)導(dǎo)致組織培養(yǎng)物等有機(jī)成分受損。電離輻照滅菌的效果好、效率高，但對(duì)于生物體具有較強(qiáng)的危害性，容易危害操作人員身體健康，因此通常并不作為實(shí)驗(yàn)室常規(guī)滅菌手段，通常只應(yīng)用于部分特殊場(chǎng)景下。實(shí)施電離輻照時(shí)，需先將待處理物質(zhì)安置于專門(mén)設(shè)計(jì)的屏蔽室內(nèi)，隨后將其暴露于特定時(shí)間內(nèi)、預(yù)設(shè)劑量的γ射線下。這些高能射線源自鈷-60等放射性元素，可穿過(guò)物質(zhì)，借由電子的移動(dòng)向分子傳遞強(qiáng)效能量，致使微生物生存機(jī)能遭受破壞[3]。判斷γ射線滅菌成效的標(biāo)準(zhǔn)在于構(gòu)建“致死曲線”，也就是“劑量響應(yīng)曲線”，讓病原體承受設(shè)定劑量的γ射線照射后，再觀察培養(yǎng)情況評(píng)估存活率，以此驗(yàn)證微生物是否已被有效滅活。

3.非電離輻射滅菌

    紫外線消毒是常用的非電離輻射滅菌技術(shù)之一，利用UV-C波段（波長(zhǎng)介于250至270納米之間）對(duì)微生物DNA/RNA分子產(chǎn)生破壞作用，阻止其復(fù)制，進(jìn)而達(dá)到殺菌效果。紫外線消毒可對(duì)空氣、水源及表面覆蓋的多數(shù)微生物產(chǎn)生強(qiáng)大滅殺效力，但其效果受光源強(qiáng)度、距離、照射時(shí)間等因素影響，同時(shí)塵埃、污垢或陰影的存在均能遮擋照射路徑，削弱UV燈光的效能，因此需合理布置光源，確保所有待消毒物品充分接受足夠劑量的輻射。在高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室中，紫外線消毒技術(shù)常用于空氣凈化系統(tǒng)，或?qū)?shí)驗(yàn)室設(shè)備、臺(tái)面進(jìn)行表面消毒，可滅活空氣中的懸浮微生物及器物表面附著的微生物和病原體，通常適用于日常清潔維護(hù)或突發(fā)狀況下的緊急消毒。在處理普通廢棄物時(shí)，也可采用UV光箱進(jìn)行照射，預(yù)先殺滅可能存在的活性微生物，減少后續(xù)處理風(fēng)險(xiǎn)。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需注意，UV光對(duì)固體障礙物穿透能力差，故只能作用于光線直射范圍內(nèi)物體表面，并且UV光對(duì)人體具有一定危害性，直接暴露于UV-C光下會(huì)對(duì)皮膚和眼睛造成傷害，使用時(shí)需嚴(yán)格遵守安全指南，避免直接照射。    

（二）化學(xué)消毒法

1.液體消毒劑

    采用化學(xué)藥劑對(duì)非生物對(duì)象進(jìn)行消毒滅菌是實(shí)驗(yàn)室常用的消毒手段，其效果受到多種因素影響，包括目標(biāo)微生物的類型與量、環(huán)境中的有機(jī)物含量、待消毒物質(zhì)屬性以及化學(xué)品的接觸時(shí)限、作業(yè)溫度和溶液濃度等。例如，過(guò)氧化氫溶液在3%～6%濃度時(shí)，達(dá)到中、高水平消毒效果，當(dāng)濃度達(dá)到6%～30%時(shí)，具有滅菌效果；甲醛溶液在1%～8%濃度時(shí)，具有中、低水平消毒效果，濃度達(dá)到6%～8%時(shí)，達(dá)到滅菌效果[4]。沒(méi)有任何一款液體消毒劑能在所有情況下對(duì)全部活體病原體展現(xiàn)一致的效力。為了提升效率，需評(píng)估化學(xué)制劑在非生物界面上的不同活性表現(xiàn)，精準(zhǔn)選用最適合當(dāng)前需求的消毒方案及其配比。在生物安全實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，化學(xué)溶液主要用于對(duì)防水材質(zhì)制成的固體物件進(jìn)行表面清潔消毒，當(dāng)采用恰當(dāng)濃度時(shí)，也可用作液態(tài)廢棄物在排放至污水系統(tǒng)前的初步處理措施。此外，液體消毒劑也用于化學(xué)淋浴系統(tǒng)中，身著正壓裝束的研究員在退出BSL-4等級(jí)區(qū)域前，須經(jīng)歷化學(xué)淋浴程序，借此對(duì)外部防護(hù)裝備實(shí)現(xiàn)有效消毒。實(shí)驗(yàn)室消毒后的廢液則通過(guò)排水設(shè)施流入特設(shè)的廢水凈化系統(tǒng)接受進(jìn)一步處理。在實(shí)驗(yàn)室日常運(yùn)作中，所選用的液體消毒劑需經(jīng)過(guò)有效性驗(yàn)證，確保其能夠?qū)鼓繕?biāo)生物體，以保障消毒流程的安全可靠。

2.氣體消毒劑

除了采用液體化學(xué)藥劑進(jìn)行消毒滅菌，高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室也常采用氣溶膠、蒸汽或氣體形式的化學(xué)藥劑，在特定溫濕環(huán)境下的封閉系統(tǒng)中，蒸汽與氣體消毒劑能夠展現(xiàn)出強(qiáng)大的滅菌效果，常用于對(duì)實(shí)驗(yàn)室空間、儀器設(shè)備進(jìn)行消毒滅菌，尤其適用于生物安全柜、動(dòng)物飼養(yǎng)區(qū)及相關(guān)設(shè)施；不宜浸潤(rùn)消毒的大型固置設(shè)備；對(duì)傳統(tǒng)消毒手段敏感的精密或光學(xué)器械；房間、建筑及其關(guān)聯(lián)的空氣循環(huán)系統(tǒng)等。在具體操作時(shí)，需要對(duì)消毒氣體設(shè)置一定的壓力、溫度和濕度，使其均勻散布于目標(biāo)區(qū)域，確保全方位覆蓋，繼而與空氣中的微生物充分反應(yīng)，達(dá)到破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)、抑制生長(zhǎng)繁殖的效果。氣體消毒劑能夠填充整個(gè)密閉空間，全面凈化空間內(nèi)所有區(qū)域，尤其是那些難于直觸的隱蔽處，如設(shè)備背面或復(fù)雜部件間隙。當(dāng)前，汽化過(guò)氧化氫已成為眾多高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室優(yōu)選的消毒滅菌手段之一，因其高效性與安全性獲得了廣泛認(rèn)可。

二、高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室消毒滅菌常用設(shè)備    

（一）壓力蒸汽滅菌器

壓力蒸汽滅菌器屬于濕熱滅菌技術(shù)，是生物安全實(shí)驗(yàn)室必備的消毒滅菌設(shè)備之一，而高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室對(duì)壓力蒸汽滅菌器的功能具有更高的要求。高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室的蒸汽滅菌器需內(nèi)置安全保障架構(gòu)，采用雙門(mén)設(shè)計(jì)，并配備互鎖機(jī)制，一扇門(mén)敞開(kāi)時(shí)，另一扇門(mén)會(huì)自動(dòng)鎖定，確保任意時(shí)刻僅有一扇門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)，形成物理隔離屏障，確保物品從污染區(qū)經(jīng)由滅菌器過(guò)渡到潔凈區(qū)，阻止微生物跨區(qū)傳播，而未經(jīng)充分滅菌的廢棄物嚴(yán)禁通過(guò)該雙門(mén)系統(tǒng)直接移出實(shí)驗(yàn)室。雙門(mén)設(shè)計(jì)可減少雙門(mén)同時(shí)開(kāi)放導(dǎo)致的空氣交換，有助于維系各室之間穩(wěn)定的氣流差，并且兩個(gè)門(mén)的互鎖采用機(jī)械結(jié)構(gòu)，無(wú)論遇到電力中斷還是水源供應(yīng)問(wèn)題，其安全性依舊得到維持。在運(yùn)行時(shí)，除非雙門(mén)皆已確認(rèn)關(guān)緊，否則滅菌循環(huán)不會(huì)啟動(dòng)。

蒸汽滅菌器嵌入兩室隔墻之中，其外殼與實(shí)驗(yàn)室墻體接縫處必須嚴(yán)密封閉。為滿足高等級(jí)生物安全需求，此類專用滅菌器裝配有生物密封組件，一般采用鋼質(zhì)或不銹鋼板材，四周經(jīng)連續(xù)焊接加固，壁體內(nèi)所有管路接口，無(wú)論是電纜還是管道，均需采用防滲設(shè)計(jì)，確保整體結(jié)構(gòu)無(wú)泄隙，嚴(yán)防空氣泄露，有效隔絕危險(xiǎn)區(qū)（封閉實(shí)驗(yàn)室方）與安全區(qū)（非封閉實(shí)驗(yàn)室方）。蒸汽滅菌器采取“被動(dòng)式”密封原理，通過(guò)門(mén)框閉合時(shí)對(duì)密封墊施加壓力實(shí)現(xiàn)緊密貼合，而非借助空氣或蒸汽壓力輔助。門(mén)密封圈一般采用固態(tài)硅橡膠材質(zhì)，標(biāo)準(zhǔn)厚度不低于6.35mm[5]。在排放蒸汽滅菌器產(chǎn)生的廢氣與廢水至外界前，必須實(shí)施封閉、過(guò)濾或凈化措施，比如在滅菌器內(nèi)部，即其工作艙室中安裝超高效HEPA過(guò)濾器，或在滅菌器艙室外另置超高效HEPA過(guò)濾器，作為二級(jí)防護(hù)層，進(jìn)一步攔截可能逃逸的微生物。

（二）氣體消毒系統(tǒng)

    氣體消毒技術(shù)在高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室消毒滅菌工作中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)相關(guān)法律法規(guī)要求，BSL-3和BSL-4級(jí)別實(shí)驗(yàn)室在遭遇意外泄漏事件或例行檢修之后，務(wù)必采取可信有效的全室消毒措施。當(dāng)前，用于生物安全實(shí)驗(yàn)室空氣凈化的主要?dú)怏w消毒劑包括甲醛、氣體二氧化氯（GCD）以及汽化過(guò)氧化氫（VHP）。相較于甲醛與GCD，VHP以其更低的毒性、非致癌性及環(huán)保特質(zhì)，逐漸成為高級(jí)別實(shí)驗(yàn)室首選的消毒媒介，特別適用于空間及大規(guī)模設(shè)備的消毒滅菌。目前，市場(chǎng)中過(guò)氧化氫蒸汽生成器供應(yīng)商主要是英國(guó)BIOQUELL與美國(guó)STERIS兩家公司。以STERIS公司的VHP 1000-ARD系統(tǒng)為例，該裝置運(yùn)用35%濃度的過(guò)氧化氫溶液開(kāi)展消毒作業(yè)，整個(gè)去污進(jìn)程分為干燥、調(diào)節(jié)、去污、通風(fēng)四個(gè)步驟，先利用內(nèi)置的吸濕系統(tǒng)降低房間濕度，然后將過(guò)氧化氫溶液蒸發(fā)后的氣體釋放入房?jī)?nèi)，快速達(dá)到所需濃度，并持續(xù)補(bǔ)充汽化過(guò)氧化氫，確保有效抑制微生物生存。消毒滅菌完成后，停止注入汽化過(guò)氧化氫，啟動(dòng)換氣機(jī)制，排除殘余氣體。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)企業(yè)也積極研發(fā)適用于生物安全實(shí)驗(yàn)室的便攜式VHP消毒裝置，并在特定領(lǐng)域得到一定應(yīng)用。

（三）污水處理系統(tǒng)

    污水處理系統(tǒng)是高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室必備的基礎(chǔ)設(shè)施，用于處理實(shí)驗(yàn)室各類廢水及生物防護(hù)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的污水，對(duì)污水進(jìn)行嚴(yán)格滅活處理，以消除潛在的病原體威脅。污水處理系統(tǒng)主要采用化學(xué)消毒滅菌技術(shù)或高溫消毒滅菌技術(shù)，大部分高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室采用后者，利用熱量與壓力作用，將污水中的有害微生物徹底滅活。例如，BSL-4實(shí)驗(yàn)室某一專用區(qū)域設(shè)有不銹鋼清洗池及浮水槽，專供常規(guī)實(shí)驗(yàn)室作業(yè)中生成的凈化溶液回收。這些容器與污水處理系統(tǒng)相連，其下方安置三個(gè)容積達(dá)5.685噸的液體處理罐，罐體裝備蒸汽加熱外套，能迅速提升內(nèi)室至適宜的滅菌溫度，執(zhí)行預(yù)設(shè)的消毒程序。待循環(huán)完畢，處理后的液體經(jīng)過(guò)降溫，再送入pH調(diào)節(jié)系統(tǒng)作最終處置。污水熱處理裝置主要包括兩種類型：序批式污水熱處理系統(tǒng)與連續(xù)流式污水熱處理系統(tǒng)，其主要區(qū)別在于前者先收集存儲(chǔ)廢水，而后進(jìn)行集中處理；后者則是即時(shí)收集即時(shí)處理，流水線般不間斷地處理污水，避免了中間環(huán)節(jié)的等待與累積。兩種設(shè)備各有特點(diǎn)，前者適合于處理批次性的大容量廢水，有利于管理與調(diào)度；后者則適用于持續(xù)產(chǎn)生小流量廢水的情況，強(qiáng)調(diào)即時(shí)性和效率。兩者均能有效地保障實(shí)驗(yàn)室廢水中的病原體得到有效控制，符合生物安全管理規(guī)定，但應(yīng)用場(chǎng)合略有不同，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求靈活選用。

三、結(jié)語(yǔ)

   強(qiáng)化消毒滅菌的安全有效性對(duì)于保證高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室運(yùn)作安全極為重要。我國(guó)在高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室，尤其是BSL-4實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面的起步相對(duì)較晚，許多技術(shù)、設(shè)備發(fā)展還不夠成熟，迫切需要在這一領(lǐng)域深化研究，攻克關(guān)鍵技術(shù)難題，激發(fā)自主創(chuàng)新動(dòng)力，以提升我們?cè)谙緶缇夹g(shù)上的熟練度與創(chuàng)新能力，加速技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)品優(yōu)化，打破長(zhǎng)期依賴外國(guó)技術(shù)與設(shè)備的局面。

文章來(lái)源：《產(chǎn)品可靠性報(bào)告》   http://www.00559.cn/w/kj/32519.html