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更新時間：2019-01-18, 來源：國家實驗動物專家委員會簡報 2019年第5期2281

編者：1988年《實驗動物管理條例》發布實施，在實驗動物工作規范化、法制化管理，保障實驗動物和動物實驗的質量，推動我國科技發展和民生保障等方面發揮了重要作用。特別是在實驗動物資源標準化、新品種/品系開發和動物模型創制方面，取得了令人矚目的成果。

隨著國家科技創新對實驗動物工作提出的新要求，以及實驗動物科技自身發展的需要，實驗動物環境設施和運行管理水平有了顯著的提升。一些新材料和新裝備的出現和在實驗動物設施建設中的應用，使其質量和功能有了顯著的改善和提升，并逐步向著機械化、節能化、自動化、智能化和網絡化方向發展。與此同時，環境設施更加注重節能化，由僅僅滿足實驗動物生活基本需求逐步轉向最大限度地滿足實驗動物健康和福利的需求。而環境設施的運行管理，朝著規范化和專業化方向發展。但我們也應該看到，我國實驗動物設施建設和裝備研發中還存在不少的問題，如何正確把握其發展思路、發展方向、發展戰略，以及產品定位和行業配套等問題，是需要我們共同面臨的挑戰。

為此，借“科技資訊”之窗，也將陸續邀請有關專家，結合科技創新與發展對實驗動物科技工作提出的新要求，探討在新的發展態勢和新的發展模式下，如何推進實驗動物設施和裝備的發展，以滿足生命科學研究的需要。

實驗動物設施配套設備的現狀與展望

劉毅1,2，康生2，陳浩2，周彥2，師潤澤2

（1.西安培華學院醫學院，陜西西安；2.西安富康空氣凈化設備工程有限公司，陜西西安）

實驗動物設施是以研究、試驗、教學、生物制品、藥品生產等為目的進行實驗動物飼育、試驗的建筑物、設備的總和。設施應當同時滿足舒適性、一致性、安全性、便利性的要求，需要一系列設備作為輔助和支撐。實驗動物設施配套設備包括環境控制設備、微生物控制設備、動物飼養設備、后勤保障設備、安全控制設備，等等。近年來，為了順應國家在環境保護、動物福利、職業防護的政策趨勢，實驗動物設施配套設備也朝著專業化、自動化、系統化的方向發展。本文試以實驗動物設施配套設備為主題，系統化地介紹現有設備和研發進展，并對行業發展趨勢進行綜述。

一、實驗動物設施配套設備概述

當前的實驗動物設施配套設備可以分為環境控制設備、微生物控制設備、動物飼養設備、后勤保障設備、安全控制設備等五大類。

（一）環境控制設備

環境控制設備應滿足實驗動物設施的舒適性要求，控制實驗室內的氣體污染物濃度，保證潔凈度、房間壓差、溫度、濕度等環境參數，并對實驗室廢氣、廢水進行處理，減少設施對周邊環境影響。

1.通風空調

實驗動物設施通風空調具有全新風、風量大、控制要求高的特點。采用全新風直流式通風空調系統，保證實驗室內空氣中的污染物濃度不超標；通風空調必須具備足夠風量，保證實驗室內部一定的換氣次數，以達到屏障環境和隔離環境的不同潔凈度要求；控制系統須根據外部環境條件和內部工作負荷快速、準確調整通風空調的風量、冷熱量，使實驗室環境參數的變化保持在規范允許的范圍內。

2.空氣過濾器

普通動物實驗室須在空調機組中設置初效、中效兩級空氣過濾器；屏障和隔離環境須在空調機組中設置初效、中效、亞高效三級空氣過濾器，在送風口設置高效空氣過濾器。

3.排風處理設備

實驗動物設施排風中含有一定量惡臭氣體，其中氨、臭氣濃度可能超過國家和地方大氣污染物排放標準限值，因此必須處理后排放。常用的廢氣處理方法有活性炭吸附、化學溶液噴淋塔吸收、UV光分解、臭氧氧化等。

4.排水處理設備

實驗動物設施排水中含有動物排泄物、毛發、洗滌劑、實驗試劑、動物組織等，可能引起化學需氧量、生物需氧量、懸浮物、氨氮等指標超標，因此須經過預處理，達到城鎮污水處理廠受納水質標準后排放。常用的為地埋式處理設備，排水量較少的設施也可采用地面式一體化污水處理設備，實驗室廢液須經過專用的廢液分解裝置處理。

（二）微生物控制設備

1.高壓滅菌器

高壓滅菌器安裝在物料進入潔凈區的通道內，利用壓力飽和蒸汽對物料進行迅速而可靠的滅菌，主要用于飼料、墊料、籠具、敷料、器械、器皿等的滅菌及無害化處理。

2.低溫滅菌器

精密儀器、塑料制品等物料無法耐受高溫，需要經過低溫滅菌設備。常用的有環氧乙烷（EO）低溫滅菌器、過氧化氫等離子體（plasma）滅菌器、低溫蒸汽甲醛滅菌器（LTSF）。

3.渡槽

不耐高溫的物料也可經過渡槽進入潔凈區。渡槽是內部充滿消毒藥業的水槽，跨在非潔凈區和潔凈區之間。物料從非潔凈區一側放入，浸泡消毒后從潔凈區取出使用。

4.傳遞窗（艙，柜）

傳遞窗（艙，柜）是跨過非潔凈區與潔凈區的金屬箱，內外開有兩個互鎖的門，通過紫外光、汽化過氧化氫等對不耐高溫高壓、也不能浸水的物品進行表面消毒。

5.消毒機

消毒機是對設施內部空間及表面進行消毒的設備，動態消毒可以維持和加強屏障設施內的微生物控制效果，靜態消毒用于對（重）新啟用的設施進行徹底滅菌。常用的動態消毒設備有汽化過氧化氫消毒機、紫外線消毒機、次氯酸消毒機、過氧乙酸消毒機，靜態消毒設備有臭氧消毒機、甲醛熏蒸機等。

（三）動物飼養設備

1.開放式籠具

開放式籠具用于普通級動物飼養，也可放置在屏障環境下作為SPF級動物籠具。籠具應便于統一生產管理、統一清洗消毒、統一分發運送。

2.層流架

層流架是個小型的屏障單元，根據動物種類，籠箱大小、數量和使用要求確定柜體尺寸，以風機為動力通過濾材凈化空氣形成層流，用于SPF動物的飼養繁殖或實驗，也可用于感染實驗。

3.獨立通風籠盒

獨立通風籠具（individually ventilated cages，IVC）是指在封閉獨立單元（籠盒或籠具）內，送入清潔空氣，將廢氣集中排放出去的，可在超凈工作臺內操作和飼養SPF實驗動物的飼養和實驗設備。

4.隔離器

隔離器是由隔離包、通風凈化和控制電器系統組成的隔離環境動物飼育設備。按照壓力形式，可分成正壓型和負壓型兩種。正壓隔離器用以防止設備外的空氣污染設備內環境，通常用于SPF級以上動物的生產、檢疫與常規實驗；負壓隔離器用以防止設備內的空氣污染設備外環境，通常用于SPF級以上動物的檢疫與感染性實驗。

（四）后勤保障設備

1.清洗設備

清洗設備用于對臟的、可再利用的動物護理設施，如籠具、籠架、污物盤、水瓶等，進行徹底清洗、消毒和干燥。常見的清洗設備有隧道式洗籠機、柜式洗籠機、籠具清洗機、水瓶清洗機等。

2.墊料添加設備

墊料添加設備將墊料定量添加到籠具內的自動化設備，可以與墊料存儲待發站之間通過真空管道或者螺旋式推進器相連，實現墊料運輸、分裝的自動化；還可以與隧道式洗籠機通過傳送帶對接，實現籠具清洗、供應的自動化。

3.廢棄墊料收集設備

廢棄墊料收集設備是對更換下來的廢棄墊料進行全自動收集的設備，一般包括墊料傾倒臺、運輸管道、暫存罐、動力系統等，將廢棄墊料的傾倒、運輸過程置于負壓環境，避免墊料對樓宇內部的污染，并節省墊料更換的人工投入。

二、實驗動物設施配套設備的研發進展

（一）實驗動物設施專用尾氣處理設備

實驗動物正常代謝會產生廢氣，通過實驗動物設施的通風系統排出，主要成分是氨、硫化氫、甲基硫醇、三甲胺、苯乙烯、乙醛、二硫化甲基等臭味氣體，污染周圍環境，威脅周邊人群健康。多個實驗動物設施監測表明，未經處理的廢氣排放濃度超過《惡臭污染物排放標準》（GB14554-93）規定。此外實驗室動物設施廢氣中還可能包含病原微生物、可懸浮顆粒物、臭氧等空氣污染物。對于實驗動物設施排出的高風量、多成份廢氣，通常的活性炭吸附、水噴淋吸收、紫外光分解等技術都有一定局限性。

當前研究報名，采用納米半導體光催化與氣液擾流凈化相結合的處理技術可以有效清除實驗動物設施。納米半導體光催化技術是采用MnOx-TiO2復合物作為催化劑，主波長380nm的真空紫外燈管作為催化光源，通過光催化作用產生電子-空穴對，氧化分解氣流中的大分子有機物，從而清除病原微生物，使部分難溶于水的臭味分子分解為可溶性小分子。氣液擾流凈化技術是采用微電解的原理獲得噴淋液，通過擾流球的擾動作用形成微渦旋，與向下散布霧化噴淋液充分交融，將廢氣中的可懸浮顆粒物、光催化分解產物、臭氧、氨、硫化氫等空氣污染物由氣相轉入液相，從而達到凈化空氣的目的。

工藝流程為：將設施排風口排出的廢氣導入設備，先經過納米半導體光催化分解，殺滅病原微生物及其氣溶膠、分解大分子有機物和臭味氣體分子；然后經過氣液擾流凈化技術，將小分子氣體、分解后的有機物和臭氣分子、微生物殘體、VOCs降解產物、顆粒物等溶解在噴淋液里，徹底清除目標污染物。在充分吸收廢氣中目標污染物且低于相關廢水排放限值時，噴淋液排入市政管網。

（二）實驗動物廢舊墊料收集系統

廢舊墊料吸收和混雜了實驗動物的尿液、糞便、毛發、皮屑、微生物、寄生蟲等，是實驗動物設施內外污染的主要來源，也嚴重危害了實驗動物及一線工作人員的健康。更換墊料的過程，會導致氨、臭味氣體、顆粒物、過敏原的擴散，引起設施內部環境失控。這些污染物通過通風系統排出室外，還會導致外部污染、風管腐蝕、過濾板堵塞等問題。廢舊墊料靠人工搬運工作量極大，需要耗費大量的人力資源，而且在運輸過程中非常容易污染運輸通道或者電梯間，造成污染區域擴大，影響整個樓宇和周邊環境。因此，實驗動物設施需要設計、安裝墊料收集系統，在設施內通過負壓屏障傾倒臺收集墊料，然后通過管道輸送至一樓適當位置或者樓外。按照運輸方式的不同，可以分為真空管道墊料收集系統和螺栓式廢舊墊料輸送系統。

真空管道墊料收集系統是一種實驗動物廢舊墊料傾倒、運輸、暫存、打包的全套解決方案及設備，實現了廢舊墊料收集的自動化和封閉化。真空管道墊料收集系統包括屏障設施內的負壓投料臺、布置在樓層間的輸送管道和安裝在樓外地面的儲料桶、動力裝置等。還可選配壓縮打包系統，將收集的廢舊墊料自動投放入壓縮打包機，壓縮后裝袋密封大大減少了墊料所占體積，方便暫存和運輸。該系統減輕了人員的勞動強度,杜絕了粉塵和氣體污染,保證生產符合GMP要求。系統采用了多重防堵措施和智能化控制系統，確保設備穩定運行。

螺栓式廢舊墊料輸送系統是一種利用電機帶動螺旋回轉，推移物料以實現輸送目的的機械。能夠水平、傾斜或垂螺栓式廢舊墊料輸送系統直輸送，具有結構簡單、橫截面積小、密封性好、操作方便、維修容易、便于封閉運輸等優點。螺栓式廢舊墊料輸送系統的工作原理是旋轉的螺旋葉片將物料推移而進行螺旋輸送機輸送，使墊料不與螺旋輸送機葉片一起旋轉的力是物料自身重量和螺旋輸送機機殼對物料的摩擦阻力。

（三）低溫滅菌器

實驗動物設施屏障內各種精密儀器和設備往往因無法耐受高溫而不能進行高溫滅菌。為了解決這一問題 ,需要低溫滅菌器。

環氧乙烷低溫滅菌器的滅菌機制是與細菌蛋白質分子、酶、核酸中的氨基、羥基、羧基或巰基相結合,對菌體細胞的代謝產生不可逆的破壞 ,從而達到滅菌作用。優點是，環氧乙烷被認為是目前滅菌效果最好的化學滅菌劑 ,可殺滅包括細菌芽孢在內的所有微生物；穿透性強 ,可用于各種難通透部位的滅菌 ,如有些較細、較長的導管；對物品損壞小,對不耐熱精密儀器滅菌有著非常廣泛的用途；有完善的化學、生物監測手段，從而可以有效地控制滅菌質量,及時發現滅菌失敗的包裹。缺點是由于需要較長的通風時間,以去除環氧乙烷的殘留,整個滅菌循環時間較長,一般需要10h以上；環氧乙烷有毒,是可疑致癌物, 應將室內空氣中的濃度控制在國家規定的標準之內,而且需要定期對周圍環境進行檢測,對工作人員進行查體與跟蹤記錄；環氧乙烷易燃易爆,儲存和滅菌時絕不能泄漏,必須選擇安全的滅菌器,進行安全操作和儲存。

過氧化氫等離子體滅菌器是通過過氧化氫等離子體的殺菌作用是綜合因素所致 ,主要包括溫度、紫外光、高能粒子和活性自由基等，其中最主要的可能是活性自由基的作用,即等離子團中的過氧化氫基、羥基等活性物質 ,易與細菌體內的蛋白質和核酸結合 ,破壞其新陳代謝 ,從而起到消毒滅菌作用。優點是系統滅菌速度快,只需55 min左右,不需要解毒時間；可通過氣體循環系統將殺死的微生物及殘留物帶走,不殘留毒性物質；最終分解為水和氧氣,對環境和醫務人員安全。缺點是，過氧化氫等離子體屬于氧化性滅菌劑,對物品損傷相對較大，造成醫用腔鏡的鏡頭鈍化；穿透性弱，吸收性材料,如纖維素、紙、布等均能阻止其穿透，不能用于布、液體、亞麻及銅合金等物品的滅菌；對復雜物品及細長管狀物品滅菌的有效性尚不能肯定，部分研究表明，等離子滅菌合格率僅有26.7%。

活性氧氧滅菌器通過活性氧發生器產生臭氧、氧自由基等活性氧成分，利用真空原理以提活性氧氣體分布和穿透，同時降低活性氧使用濃度以避免對器械的損壞性，采用活性氧分解系統以便在滅菌后徹底消除殘留臭氧。臭氧、氧自由基屬于強氧化性氣體，引入活性氧殺菌因子進行低溫滅菌裝置設計原理是利用低濃度活性氧氣體，在適當真空條件下提高臭氧氣體的穿透性和擴散性，通過略高于常溫的協同因素進一步加強臭氧氣體的殺菌能力，達到對滅菌包內復雜結構的怕熱怕濕醫療器械的滅菌作用。該滅菌器基本結構簡單，主要組件包括滅菌柜室、真空系統、臭氧發生注入系統、加溫加濕系統、臭氧分解系統和程序控制系統。優點是，該系統滅菌速度快 ,只需50 min左右；具備氣體分解系統，可快速分解活性氧 ,不殘留毒性物質；穿透能力強，殺菌效率高；可用于醫用腔鏡、布品的滅菌，對物品損傷小；設備能耗低，無需耗材。缺點是，具有脫色、氧化的作用，不能用于帶色布料、彩色塑料的消毒，不能對鋁制、銀質物品滅菌；需要安裝排氣裝置，且對設備耐腐蝕能力要求高。

實驗動物設施具有常年連續運行、內部環境控制精度高的特點，因此對配套設備提出了更高的要求。隨著醫藥、生物科技和產業的發展，實驗動物設備配套設備越來越專業化、智能化、定制化，結合當前的人工智能、VR技術、5G，將會大大改善實驗動物操作人員的福利，維持設施內環境的均一性和穩定性。實驗動物設施配套設備研發是一個交叉領域，需要多學科協作，多專業配合，更需要學術界和產業界攜手，共同開發更多、更好、更實用的創新設備。