SPF级实验动物房的设计与建设

分享发布时间：2020/4/30

SPF级实验动物房的设计与建设

实验动物广泛应用于医学、药学生物学、兽医学胚胎学、遗传学等众多研究领域,对生命科学的研究,特别是对生物医学的研究有着重大意义。近年来,我国实验动物科学发展迅速，医学实验特别是药效及药物安全性评价必须依赖于高品质的实验动物。SPF( specific pathogen free) 动物,即无特定病原体实验动物,能排除病原体的千扰,保证实验结果的准确性,已成为生命科学研究中广泛认可的标准实验动物。

众所周知,实验动物房设施的规范建设和顺利运行,是有效应用实验动物的前提条件。因此，我们借鉴国外先进的实验动物房设计方案,吸纳国内高品质实验动物房设施的优点和实验动物科学专家的建议,并经过充分的调研论证,最终确定适合本所科学研究工作发展实际需要的SPF级实验动物房建设方案。我们期望该实验动物房的建立，能有效促进医学实验动物模型及药物筛选体系的研究成果利用经典的小鼠人类疾病模型向高等哺乳动物进行转化。为了增进国家重点实验室的开放合作机制,本文介绍SPF级实验动物房的设计与建设规划，与业界同行共探讨。

1 SPF 级实验动物房总体布局和设计依据

实验动物房位于新建的西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室大楼负一楼,总面积288. 89m'”。按照实用、经济的原则进行设计规划,严格按照高质量、高性能进行建设,确保内部设施达到国家标准。在整个实验动物房的设计和施工过程中,合理布置各种设施,利于各种设备功能的实现。总体布局的原则是:有利于防治疾病的传播, 避免动物之间的相互干扰和交叉感染,方便实验人员操作,人员、实验动物、实验物品、空气等均按单向流动，实现人员流.动物流、物品流的分离,确保实验动物不会感染外来微生物。实验动物房的工艺设计依据国标CB/T 14925- -2001 《实验动物环境及设施》"、GB/T 50447- -2008《实验动物设施建筑技术规范》日以及相关文件规定。

2SPF级实验动物房建筑与基础设施设计概况

2.1平面结构

根据所需实验动物的种类数量、密度、饲养目标及方法的不同对动物房进行分区,确定饲养室的数量及其面积。动物饲养室面积总计154.75 m',可满足动物的饲养和繁育工作。动物房内功能分区:动物饲养室4间,其中小白鼠饲养室3间，面积分别为33.83.33. 59.33.61 m2 ,兔饲养室I间，面积为53.72m2,小白鼠饲养室和兔饲养室进行分隔，并保证一定的空间距离;检疫室1间,用于实验动物进入前的检疫;解剖室1间,用于各项动物实验;洁物暂存室和清洗间各1间,分别用于洁净物品的储存和实验用品的洗刷、消毒、高压灭菌等处理工作;库房2间,用于实验室常规耗材的储存;空调机房1间,用于空调机组和风机设备的安装等;监控室1间,用于对环境系统及设备机组各项参数进行监测和控制。动物房的平面布局如图I所示。

2.2装饰材料

实验动物房的装修材料如门窗、墙体和地面材料的选择非常重要,用于动物实验室的建筑材料和表面涂料均要达到生物安全要求“”。因此,本实验动物房严格按国家标准,选择环保耐用便于清洁维护的建筑材料。墙顶和门均采用δ=50 mm厚度的优质彩钢夹芯保温板和专用电泳铝合金型材。要求材料的表面平整性好，隔音量≥28 dB(A);保温性能好,保温板传热系数为2.5 W/m2 .K。室内墙与墙墙与顶板、墙与地面均由专用铝合金型材圆弧过渡连接,无积尘死角，以达到净化要求。无菌区及相关区域选用防静电PVC地板,具有不吸尘、不产尘、耐酸碱腐蚀及耐冲洗等特点。

2.3环境控制系统

2.3.1温湿度、噪音及照度控制系统

实验动物的健康生长和繁育极易受到环境的影响，温度变化对实验动物的健康影响较大。按照国标的要求,动物房对不同区域的温湿度分别进行控制.结合重庆市气候潮湿的特点,温湿度控制的具体参数设置如下:万级区的温度为20-26 C ,最大日温差3 C,相对湿度40%~ 70% ;10万级的温度为18~27 C,相对湿度30%~70%。噪音能引起实验动物的躁动、恐慌,对实验动物的健康生长和繁育产生负面影响,啮齿类动物对噪音尤为敏感。为使实验动物健康生长,保证噪音≤60 dB( A) ,同时在送回风管相应位

置装有微孔板消声器,以减少噪音的产生。根据功能需要,并保证动物的正常生长,动物照度和工作照度分别控制在15~20 lx和150 -300 lx,明暗交替，时间为12/12 h。净化系统内采用吸顶式净化灯,该灯具有不吸尘、不产尘、防静电等特点,可满足净化系统照明的要求。

2.3.2给水和排水系统。

用水不能低于自来水规定的清洁标准。屏障区内的用水，应全部进行消毒过滤。饮水和用水分别采用不同的消毒药液进行消毒。隔离系统内的动物饮用水，应设置独立的饮用水装置。动物室的废弃水，要有统一的污水系统，经处理后排除。并非所有的实验动物饲育室皆需具备地面排水，一般而言，仅饲养囓齿类等小型动物的饲育室即无此需。在没有地面排水的饲育室应用湿式吸尘器或拖把；配合适当的清洁或消毒剂，即可维持地面的洁净。

泄水坡：在实验动物设施有地面排水的区室，地面应作泄水坡处理，而使清洗后之环境湿度能迅速降低。

存水弯：排水管应具有存水弯(Drain trap)。

排水管直径：一般而言，排水管之直径至少应有10 cm，饲育犬、经济动物等大型动物设施则采用口径更大的排水管为佳。

排除污物的增强设备：为增强排除固型污物的能力，可考虑在排水管口设计冲水装置或其它污物处理设备。

排水孔盖：实验动物设施的排水孔应为可加盖密封者，用以避免在长期不使用时，不会成为蟑螂等物之交通路径。

2.3.3洁净度换气次数及压差控制系统

为避免实验动物受到污染,减少不必要的损失,严格要求动物房及其设施的洁净度。饲养室、洁净走道和洁物暂存室等空气洁净度为万级(粒径≥0.5 μm的粒子密度≤35.31万颗/m' );污物走道、更衣室和缓冲区等空气洁净度为10万级(粒径≥0.5 μm的粒子密度≤351.31万颗/m')。沉降菌最大平均浓度为:万级区0.10个/min、φ90皿,10万级区0.33个/ min、φ90皿。净化过滤系统分初、中、高3级过滤,有效阻止外源性病原体的进人，保证动物房不被外界环境污染。高效过滤器采用无隔板形式,使其具有效率高、容尘量大、使用寿命长初阻力小的特点,降低系统运行能耗。由于实验动物自身及其代谢产物散发的气味,会影响动物的健康生长,其中尿液散发的氨气危害最大,所以需通过换气系统排出动物代谢所产生的二氧化碳、氨等有害气体,净化实验窒空气,确保实验动物的正常生活条件。换气次数影响温度和相对湿度,且实验动物对气流速度及其声音十分敏感)],因此换气次数并不是越多越好,而是需要合理控制。设计方案要求:万级区换气次数≥20次;10万级区换气次数≥I5次,并可调节。为防止动物饲养室内空气交叉污染、有害气体扩散及饲.养室与污物通道间逆向污染,使空气保持固定的流向,避免空气对流。洁净走道、饲养室、污物走道及室外之间的压力梯度应该是逐渐递减的关系,具体压力参数设置如下:洁净走道35Pa,饲养室25Pa,污物走道15 Pa,室外0 Pa。

2.3.4空调通风系统

良好的空调通风系统是实验动物房温度、湿度及洁净度的重要保障。本实验动物房采用全新通风系统,其中:小鼠饲养系统选用JK.1系统,风量I0 000 m'/h,冷量93 kW,排风6 000 m2/h;兔饲养系统选用X-1系统,风量2500m'/h,冷量15 kW,排风2 500 m'/h;清洗间、库房室解剖室各配1台500 m'/h的风机盘管。要求该系统气流均匀柔和,送风气流设计采用顶送风,墙壁下侧排风;组合式净化空调器冷热源由风冷热泵机组提供,实现冷、热量回收,回收率大于70% ,减少能耗;送排风管表面采用保温材料覆盖,有效防止气流运行过程中冷热量损失。考虑到对环境的保护，排风系统装有活性碳过滤器,并配有喷淋除臭处理装置,在排入大气前对排风进行除臭处理。
动物房的空调和空气净化系统设计宜采用集中式。空调系统须长年运行，否则将带来灾难性后果，因此，必须设有备用的空调机组。

2.3.5自控系统

自控系统对保证实验动物房的长期、安全及正常运行起关键作用。本实验动物房采用一套完善的自控系统。风冷热泵机组自带电脑,自动控制水温、设定参数、设置时间、显示报警，实现功能保护、记忆、状态显示和密码保护等多种功能。饲养间温湿度由传感器自动设定,温控器改变冷冻水的流量,实现自动控制温度。在组合式空调器内,安装有电极式加湿器,该加湿器带有控制器，可以实现湿度控制自动化。自控系统的变频器自动调节空调通风系统使送风量恒定,压差传感器自动调整排风量,达到各房间的压力要求。另外设有故障报警和初、中、高效过滤器堵塞报警。

3 SPF 级实验动物房的运行与管理方案

3.1规章制度与人员培训

制定《SPF级实验动物房管理规范细则》、《人员进人SPF级实验动物房操作规范》、《动物进人SPF级实验动物房操作规范》《物品进人SPF级实验动物房操作规范》、《物品消毒标准化流程》《动物饲养标准化流程》等科学的管理制度和标准化的实验操作规范，确保SPF级实验动物房的正常运行。所有进入动物房的实验人员和工作人员必须通过岗前专业培训,学习动物房内主要设施的特点、动物房管理制度、实验操作标准化规范及注意事项;并定期体检。所有人员在患病期间,尤其是感染人畜共患病的,不得进人实验动物房。

3.2内部设施的维护与管理

实验动物房内部设施的安装、调试由专业技术人员完成，任何人不得随意变动设置参数。工作人员定期保养空调通风系统;每天监测温湿度、照度、压差及各设备参数是否正常并进行记录。

3.3实验动物与物品流向的规范化管理

人员、动物和物品的进出严格按照单向流动的原则。

人员流向:外环境→更衣室→缓冲区→洁净走道→实验室→洁净走道→缓冲区→外环境。(屏障环境更衣应为:换鞋→一更→淋浴→二更)

动物流向:购买实验动物→检疫室→饲养室→洁净走道→缓冲区→解剖室。

物品流向:洗消间→高压灭菌/传递窗/渡槽→洁物暂存室→实验室→缓冲区→外环境。

3.4保证屏障环境内的洁净度

保证屏障环境内的清洁卫生,定期对饲养室饲养笼架进行消毒处理。所有进人动物房的物品都要进行消毒灭菌。根据各种物品的不同特性,合理选择相应的消毒灭菌试剂及方式、方法。

合理选择消毒方法
根据进入SPF级动物房的各种物品的不同特性，选择不同的消毒方法。饲养笼盒、饮水瓶、垫料、衣服和各种实验用具采用高压蒸汽灭菌器消毒；动物食用饲料采用放射性照射(60co)的消毒方法；工作人员用的拖鞋等采用渡槽浸泡的方法(0．5％灭菌净溶液)消毒；对于不耐热、不耐水、不耐酸碱和不能进行放射性照射的物品采用传递窗紫外线消毒。

3.5合理安排日常的管理工作

安排专人做好日常管理工作,负责《人员进出登记册》、《动物进出登记册》、《物品进出登记册》、《动物实验登记册》、《动物房环境指标记录本》的登记和管理。建立实验动物数据库,对每次购进的动物的来源、品系、数量和体质量进行登记造册。实验动物进人饲养室之前必须在检疫室进行检疫,并做好检疫情况记录。

3.6妥善处理动物尸体

动物实验结束后,依照实验动物手册的相关规定处死动物,动物尸体暂时存放-20℃冰箱，由专业人员统一送到处理厂焚烧处理。

4讨论

一、功能作业区(Functional areas)探讨
一实验动物设施的特征取决于其所属研究单位在应用实验动物上之需求。下列所述的各种功能区，为一般功能完备的实验动物设施所应具备者。然对于规模小或仅需特定饲育环境条件者；如无菌动物(Gnotobiotics)、无特定病原(Specific pathogen free; SPF) 动物或仅以户外型饲育栏舍进行饲养的动物等，可能就不需要有完整的下列功能区，或者，可将下列部份区域合并。
(一)一般而言，标准化实验动物设施应具下列基本功能作业区域

1. 一般动物饲育及依物种或特定试验所需而分隔的独立饲育区，

2. 动物接收、检疫及隔离饲育区，

3. 笼具清洁消毒区，

4. 储存区。

(二)功能完备的实验动物设施则应具备下列功能作业区

1. 邻近动物饲育区的特殊实验功能区室，例如：尸体解剖房、基因转殖程序区室、无菌手术设施、X光摄影室、特殊饲料制备室、动物试验操作区室、临床诊疗室、实验诊断室等。

2. 避免发生生物、物理或化学性公害的动物试验隔离饲育区域与设备。

3. 饲育设备与饲育材料之清洗、消毒与灭菌区。此区空间之大小应依工作量；用以清洗与消毒饲育笼、笼架、饮水瓶、废弃物容器、所具备之清洗与灭菌机械机型与水槽之大小与维修空间、暂存污秽待洗与洗净及/或灭菌后待用笼具的空间等加以订定。

4. 饲料、垫料、药品、生物制剂及耗材之接收及储存区。

5. 待丢弃或待处理之废弃物暂存区。

6. 冷藏及冷冻之尸体存放库。

7. 办公区包括行政办公室、主管办公室以及可进行教育训练之空间。

8. 工作人员休息区应包括浴室、厕所与更衣室等。

9. 门禁的刷卡系统、电子摄影监控等保全警报系统所需的区室。

二、动物房|动物实验室|动物研究室平面布局和设计探讨
案例一:实验动物房一般由饲养室、健康观察室、隔离检疫室、各种实验室（外科手术、实验处理解剖、术后管理、疾病诊断、治疗、生理生化检查、微生物检疫、饲料营养分析和特殊饲料的调制室等），以及贮藏室、清洁准备室、洗涤消毒室、工作人员用房（包括办公室、淋浴室、更衣室等）、走廊(清洁区和污染区)、废弃物处理设施、机房和变电所等组成。其平面布置，应使人、动物和物品的流动路线合理，作业方便。严格区分清洁区域和污染区域，以保证人和动物的健康，确保实验的准确性（人、动物和物品的流动路线见图）。

案例二

该该实验室位于建筑的首层
三走廊，两侧为污物走廊，中间为清洁走廊。有一个缓冲室——后室。
实验室在两翼布置，中间为公用清洁消毒场所，对利用面积有利。
没有明确解剖、病理分析等用房。
人出入路线上共用一次更衣室，节省了面积
人、物路线分开。

三、节能设计浅谈

1、减少冷热负荷消耗

在建筑和实验室室内装修选材上，加强了围护结构的绝热，选用较好的隔热材料，成为节能理念思考的第一步。

实验室室内的高度也成为直接影响到风量和冷负荷的问题，为此，在满足的正常工作的前提下，尽量降低了每层洁净室的层高。

本工程的空调机组均采用变频风机，采用了自动控制的变频调速技术，精确调节将气流速度控制在标准下限运行，同时当有的实验室不使用时，降低该实验室的送回风量，以只满足与相邻房间的压力即可。

根据《实验动物设施建筑技术规范》gb50447-2008规定，屏障环境室内温度范围为20~26°。那么将温度设定成冬季为标准的下限，夏季为标准的上限，而不是冬夏季都达到一个共同的标准，在符合规范的大前提下，经过计算本工程单台机组要节省15kw/h的冷热负荷。

2能源的再次回收利用

为了达到净化目的、排除室内实验动物排泄物等散发的污浊气体，防止空气的交叉污染，本工程实验室内的回风都采用了过滤处理后直排的形式，为了将这部分的负荷再利用，在净化空调机组中增加了热管式余热回收段。

热管式热回收是利用热管元件作为能量回收芯体，对通过的新风和排风进行能量交换，从而实现能量的回收利用。热管是在真空的管子内充入工质，依靠毛细结构的抽吸作用来驱动工质循环流动的蒸发、冷凝传热元件。