探秘四級生物安全實驗室

同樣的操作流程，高安全實驗室較普通實驗室有著更加嚴格的安全規范。在此規范下的工作和環境有何不同？不妨讓我們走進菲利普斯大學病毒學研究所的高安全實驗室做番了解。

位于德國馬爾堡市的菲利普斯大學高安全實驗室，又稱“四級生物安全實驗室”（BSL4），工程耗資1.14千萬歐元，歷時一年半（2005年11月~2007年6月）竣工，總面積達700m2，實驗面積約280m2（見圖2）。該實驗室于2007年12月投入使用，其核心任務是研究高致病性病毒，包括研究病毒致病機理以及病毒疾病的診斷。診斷研究的對象主要是各種輸入性病毒（如馬爾堡、伊波拉、尼帕及拉沙）和新型病毒（如薩斯冠狀）以及已滅絕病毒（如天花）引發的疾病。此外,實驗室也開發一些候選疫苗的初級產品，以應對一些有潛在致病性的病毒。2009年H1N1（甲流）病毒流行初期，在諾華疫苗公司的合作下，該實驗室成功研制出首株甲流疫苗。

可靠的密閉設計

菲利普斯高安全實驗室是德國首家獲得四級安全建造和經營許可的實驗室。建筑的設計運用了最新的科技理念，實驗室的密閉度和空調系統十分關鍵，必須保證杜絕一切高危操作對環境和人員的危害，尤為重要的是該密閉設計的核心——隔離區，即實驗人員研究高致病性病毒相關工作的場所。隔離區的四壁是不銹鋼面板，通過螺絲固定在不銹鋼骨架上（見圖3、圖4），聚四氟乙烯密封材料保障其密閉性。該設計經正、負壓測試后，確證完全可靠，適于建造密閉實驗室。

圖2. 菲利普斯大學高安全實驗室（BSL4）。

多重保險的安全設施

實驗室安全的相關設施眾多，如：用于維持隔離區負壓的空調系統、高壓滅菌器、閘門、（病毒）滅活設備、水電熱設施、壓縮空氣呼吸設備、消毒劑配制臺、蒸汽發生器及防火設施等。為最大程度地保障人員和環境的安全，這些設施不僅要作為獨立單元正常運行，其整體協調狀況更要隨時受到檢查和監控。因此，精準的測量和調節技術顯得尤為重要。早在項目規劃期，相關人員就花了大量時間討論可能出現的各種狀況，并制定相應的應急措施，確保設備能在任何情況下正常運行。

所有安全相關設備都備有一個或多個備用件。若工作時突然停電，安全供電層級系統便會開啟。由于隔離區可同時容納4人工作，因此系統必須保證在停電后，4個人都有足夠的時間安全、規范地撤離。

一旦停電，實驗大樓里的應急發電機率先啟動，只需幾秒便能恢復對所有安全設備的供電。如果該發電機無法啟動，則采取第二應急方案：啟動隔壁樓的應急發電機。若此方案也無效，則用蓄電池保障所有安全設施的運行，實驗室的供電足以堅持到外部應急電源接入大樓。停電時，實驗室內的工作人員會接收到報警系統的提示，然后根據安全規范里的操作規定結束工作，撤離現場。萬一這套多重保險的供電方案也完全失靈，壓縮空氣呼吸設備儲備了足夠的空氣，可保障實驗室人員的安全、規范撤離。

圖3. 少量螺絲釘和聚四氟乙烯密封材料就實現了全防護區與環境的隔絕。

全身正壓防護服

實驗室的工作人員約有14名，其中有4人可同時身著全身正壓防護服在實驗室工作（見圖1）。最初工作人員還熱衷于身著防護服的工作，一段時間過后，多數人都意識到其種種不便。即便僅在防護服內穿著消毒褲和罩衫，也會感到穿上防護服比較熱。此外，防護服的通氣噪音還會帶來干擾——為維持防護服的正壓，每分鐘有340L空氣通過防護服，產生的噪音量相當于鬧市街頭，且十分單調。為此，防護服設有防噪耳機以避免工作人員受到噪音傷害。防護服的正壓通風既保障了足夠的新鮮空氣，又利用氣流帶走了體熱，但濕氣會集結在防護服的內側，讓人感到不適。

工作人員需借助耳機上的麥克風與與隔離區的同事、安全保障人員以及利用視頻全程跟蹤他們的大樓技術人員保持聯絡，這對保障工作人員的安全尤為重要，能夠快速地識別出人員所處的特殊狀況。為做好各種狀況的應對準備，隔離區一般都是4人在場，1人操作。小組成員均要接受培訓，學習將同事救離隔離區的技能，并進行定期演練。

繁瑣的操作程序

在二級生物安全實驗室里對一個病毒培養基消毒耗時約1.5h，在BSL4里則需要3h。隔離區的工作則更加費時。工作人員要在第一道閘門換上消毒服，然后穿過第二閘門，在第三閘門仔細檢查完防護服后才能穿上。同時要開啟防護服的頭部裝置和無線設備，與安全保障人取得聯絡，確保通訊的正常。檢查完防護服的正壓后，經消毒淋浴才能進入隔離區。

圖4. 隔離區人員可透過不銹鋼面板看到窗外的風景。

由于在安全工作臺的所有操作都要按照消毒計劃執行，因此隔離區的工作更加費時，所有的實驗廢料需在隔離墻進行化學滅活處理和高壓滅菌處理，才能拿到室外廢棄。隔離區沒有電話，同事間只在必要的時候才進行交流。工作結束后，要對所有儀器進行消毒，并妥善收藏所有材料后，工作人員才能進入消毒淋房對防護服進行6min的處理，洗澡后才能離開防護區。

BSL4的未來發展趨勢

通過上述情況不難得出結論：高安全實驗室的工作環境并不十分舒適，工作程序也相當繁瑣而單調。為此，實驗人員希望將工作流程自動化，目前正在嘗試使用的滴定機器人，即可執行頻繁而枯燥工作。滴定機器人不僅廣受工作人員的青睞，也與實驗室貫徹的安全理念相一致。至于較復雜的操作，目前實驗室在嘗試應用可遙控的活體細胞顯微鏡。該方案的可行性也很強，無需時刻身著防護服工作，也為科學家節省不少時間。自動化及遠程遙控是高安全實驗室的未來發展趨勢，但由于成本高昂，目前還難以實現。

繁瑣耗時的工作

在高安全實驗室里身著全身正壓防護服工作需要進行細致的準備工作。由于操作不便，繁瑣的進入和撤離程序（更衣、防護服檢查、消毒和清潔等）耗費了大量時間，因此四級安全實驗室的工作時長通常是是二級實驗室的兩倍。