关于病毒实验室生物安全风险的学习探讨

出处:制 药工程工艺之窗
日期:2020- 02-16
作者:郁 朝阳


病毒实验室生物安全防护极为重要,至少有以下3个目的:
1. 避免外来材料、人员、气流对样品和实验产生干扰,导致偏差
2. 避免实验
室工作人员被生物危害所感染
3. 避免生物污染扩散到外界

其实生物防护涉及方面非常多,笔者仅试图从风险控制角度对第3条污染扩散做一些定性的学习和整理,仅作为学习笔记用于探讨和提高。 

初步地看,带生物危害的实验室进出如下图所示,可能是单模块自成一套,也可能是一个区域多间相同等级的实验室分隔:



1: 基本的人物流

但是如果进一步细究的话,可以考虑:

1) 对于实验区内部也有污染控制的措施,例如设备的使用风险;

2) 人进出、物进出的过渡空间、空调风处理、废弃物处理等等;

3) 房间清扫、清场、消毒和维护时的风险

1. 设备风险

假设生物安全控制 区的设备有生物安全柜或隔离器、培养箱、试验台、冰箱,以及一些必要的试验品处理和检测仪器。



图2:控制区 房间内设备设施的风险

关键在于:样品的操作只能在生物安全柜内暴露打开。否则细菌或病毒的零星扩散将导致整个房间都潜在更大污染,有些设备可能意想不到地被污染,例如对讲装置、 计算机输入设备、气体管表面等很难清洁的死角中。当然实际上整个房间都是受控区,但污染尽可能限制在设备内(“疫区”)。

生物安全柜可分为一级、二级和三级三大类以满足不同的生物研究和防疫要求。二级生物安全柜是目前应用最 为广泛的柜型。按照美国国家标准学会NSF49的中的规定,二级生物安全柜依照入口气流风速、排气方式和循环方式可分为4个级别:A1型,A2型(原B3 型),B1型和 B2型,其中B2型生物安全柜可最好的提供工作人员、环境和产品的保护。三级生物安全柜用于3-4级实验室生物安全等级,带有手套箱和隔离传递舱,接近于 Isolator隔离器,这些设备还有内置的消毒灭菌装置,例如VHP。锁定烈性无解病毒的武汉病毒研究所的P4实验室,用的可能也会是那种3级生物安全 柜吧。


图3:里昂P4实验室(武汉P4实验室的模板)


图4:网络参考-微生物研究实验室(未考证是否是武汉所)

在使用了有效的设备之后,可以想到操作可能产生的风险在于,病毒在设备外必须是密闭的。例如,试验时如果器皿、试管外表面沾染了病毒, 可能无意中转 送到别处。

2. 过渡传输途径的风险

人和物品的进出需要过渡区域,这些区域并非潜在风险,而是也是高风险的。

2.1 更衣和退更风险

请允许虚构一个假想的人的更衣退更流程,作为假想敌:



图3:更衣和退更的风险

首先更衣和退更的主要工序应该是单向流,无交叉。如果脱衣的操作和穿衣操作在同一空间,将是明显的交叉污染风险。

在退更的开始,防护服消毒特别关键。如果防护服表面没有100%消毒,那么在后续脱衣环节将污染内部的洁净服,以至于一直污染到内 衣,N道门也不够了。据说有些实验室是采取人为的相互消毒操作,是否每次都到位。喷洒的化学药剂液体薄膜是否覆盖了全部防护服表面?是否需要停留多少分钟 时间?如果有证明的实验数据作为验证依据该多好。另一种策略是自动风淋若干分钟。当然,还有一些担心,风淋主要清除带走颗粒物质,例如粘附的菌斑。所以风 淋可以有多阶段,其中第一阶段可带有药剂喷雾。

2.2 物品传输的风险

送入物品通过带自净的传递窗,不过还似不够,需要带消毒,因为自净是通过空气循环,不足以克服接触传染时的手印和粘附性污染。再细看,紫外线消毒不覆盖阴影部分,VHP也只覆盖表面且周期长达1.5小时。

废弃物的传出通过灭菌柜灭活后从污物走廊取出,高压蒸汽湿热灭菌是消除细菌、病毒在内的微生物机体的首选方法。退更后的一次性使用的废 弃防护服和洁净服最好也应灭菌后带离污物走廊。

2.3 气流的风险

全新风全排放,避免循环风引起潜在交叉污染。HEPA过滤器已是气流过滤的最高措施,例如网传武汉所采用瑞典康菲尔品牌的高效过滤器,及其独创的顶送顶回风技术。估计这样的好处是更换滤芯不需在室内,并且避免了室内部分的回风管段潜在污染。

高效HEPA滤网是由复杂形状的纤维组成。纤维与微小的粉尘粒子之间产生的吸引力(范德华力)使粉尘粒子被阻挡粘附在纤维上,无法通过。HEPA滤网对 不同尺寸污染微粒的过滤效果是不一样的,最难拦住的微粒的直径为0.1-0.3微米。这种“最易透过粒径”(Most Penetrating Particle Size, MPPS) 的微粒最容易透过滤网。而小或大一点的微粒的过滤效率接近100%。例如冠状病毒是125纳米,即0.125微米,不过一般病毒会附着于尺寸更大的飞沫或 气溶胶。

由于滤网上附着了大量细小颗粒、细菌或病毒物质,对有污染风险的HEPA滤芯更换,有一种叫做Bag In Bag Out技术值得考虑。利用空调系统进行定期和不定期的房间熏蒸也应该是常用的措施。

2.4 废水的风险

废水最好直接用袋子收集,不使用下水管的输送方式。袋装废水也应进行灭菌后送至合格专业的处理商。

三. 清洁消毒和事故处理的风险

如果有意外事故,例如器皿在转移时非常意外地打碎了,病毒泄露,相信一定有特定的规程来处理。假如实验动物逃逸怎么办?洁净室漏了怎么办?意外停电了怎么办?

设备需要维护。维护人员也要特别地防护。

后记:
1. 病毒君不狡猾,只是每个物种都有顽强的求生本能。如果病毒长的像网球那么大就好了,这样我们见一个灭一个。
2. 为避免百密一疏的万一风险,实现万无一失,苛刻的矫枉过正的措施都不为过。
3. 每个环节都需要非常细致地分析,才能确保万无一失。
4. 防范措施分为硬件措施和软件措施。程序规程、管理及人为的因素都是软件措施。防控或监控的难度就更大了,人的意识大不相同,有些人特别谨慎,有些人比较粗枝大 叶,还有些人口头特别谨慎,实操时却不一致。有些人因为思虑其它事情,也可能犯下无意识的错误。软件方面的执行也是一大风险,不过这不在本文的范围了。

  参考阅读:
揭秘武汉病毒所:N道 门,能否把关致命新冠病毒?_搜狐研究