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实验室动物房的设计施工规划

发布时间:2021-09-28 10:26:41 文章作者:geermo

一、序言

为了提高动物的福利,人类应该对应用动物达到科学目的:替代、减量和化。换句话说,这是当今世界公认的3Rs原则,也就是从事动物实验的研究者们应有的基本道德观。使动物实验标准化,除了增加重复试验外,它是遵循3Rs原理的基本的减量和性策略。对实验动物场地设施进行标准化,则是使实验动物易于实施标准化的基本的硬件设备。在过去的20年里,国内不少科研单位逐渐发现动物实验室设计施工标准化不足所带来的问题,然后陆续兴建此类设施,但截至目前,国内已有成功的案例并不多。

(一)仔细规划乃至于建造实验动物房设施,方可进行适当的作业管理,确保利用动物用于科学目的的意义,并较容易避免公害。因此,在实验动物设施规划时,应首先确定。

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1.所设研究和或教学目的,

2.拟饲养的物种符合环境清洁要求,

3.有关外设设备和人力,以维持实验动物设施的运作;

4.地理位置,建造设施等。

(二)必须有有效的实验动物设施规划小组。

1.有相关经验的建筑师;

2.实验动物设施经营人

3.以科学为目的,使用实验动物设施,例如研究教学;

4.营级实验动物机构所属单位的代表。

(三)设施设计乃至于建筑,当然必须遵从颁发的有关条例。另外,常用于现代建筑设计的模块化设计及流体动力学概念模拟,对实验动物设施之动线、隔间、人工环境控制等设计,及相关饲育笼具,均具确保功能与提升作业效率,并降低实验动物设施之动线、隔间、人工环境控制等相关作业。

(四)实验动物在其所属单位内的地理位置和区隔。

1.为了同时要求提供良好的动物福利和管理;考虑到人的舒适和健康,实验动物设施必须与人活动的空间进行适当的区隔(例如办公室、会议室),把独立建筑作为实验动物设施;或者规划建筑物中一处侧异、楼层;或者,用严格的隔间等等,都是常见的区隔。

2.动物设施和经常进行动物实验的实验室,应尽可能靠近它们,然而,这些研究场所和动物设施之间也应有适当的障碍物,常见的障碍法包括:设备入口上锁、缓冲隔间、走廊、楼层等。除了实验动物的空间外,还要有适宜的环境条件,并应便于给予适当的照顾。

3.如果一种动物试验必须在实验室才能进行动物饲育,则该实验室必须具备饲养动物的软、硬件条件,此外,还应同时要求采取与公害有关的预防措施。

(五)建筑材料的选择原则:实验动物房内所用各种建筑材料,采有利于饲养业之工作效率及合乎卫生要求者,如:理想的室内建材应兼备耐用、防潮、防火、无缝隙、光滑、耐酸碱等清洁消毒剂之刷洗与冲洗、抗碰撞等条件;使用表面涂料于动物可直接接触处,应确保其没有毒性。室外区域内设置饲养区的实验动物设施、室外建筑材料应更符合上述原则。

二、功能性工作区域。

一种实验动物设施的特点,取决于所属研究单位对应用实验动物的需求。下述各功能区,为一般具有完整实验动物设施所应有之功能。尽管是小型的,或只要求提供特定的环境条件的,如无菌动物、无病原动物或只在家庭外型饲育栏舍饲养的动物,则可能并不要求有以下功能段的完整,或者,可以把以下部分合并。

(一)一般来说,标准化实验动物设施应具有下列基本功能的操作区域。

1.按物种或特殊试验要求对普通动物进行饲养和分开的单独饲养区,

2.饲养区域的动物接受、检疫和隔离;

3.笼具清洁消毒区域;

4.储存区域。

(二)功能完备的动物实验室设计施工设施,应具有下列功能的工作区域。

1.邻近动物饲养区的特殊实验功能区,如:尸体解剖室、基因转殖程序室、无菌手术设施、X光摄影室、特殊饲料处理车间、动物试验操作区、临床诊疗室、实验诊断室等。

2.避免进行生物学、物理或化学公害的动物隔离饲养区和设备。

3.饲养设备和饲养材料的清洁、消毒和消毒区域。该区域的面积应依工作量而定;用于清洗和消毒饲养笼、笼架、饮水瓶、废物容器、所具备的清洗和机械型号与水槽之大小和维修空间、暂存污秽待洗与洗净及/或后待用笼具的空间等订定。

4.接收和储存饲料、垫料、药物、生物制剂和耗材的区域。

5.待丢弃或待处理的废物暂存区。

6.冷藏和冷冻尸体储存室。

7.办公区域包括行政办公室、主管办公室和可以进行教育培训的空间。

8.工作人员休息区应包括浴室、厕所和更衣室等。

9.门禁刷卡系统、电子照相监视等保全警报系统所需的区室。

三、施工规范。

(一)内部墙。

1.实验动物设施内的墙面应采易平整、防潮、无吸水、防撞击、无缝隙的隔间建筑材料。所述的与门框、天花、地面连接处应采用能施作成平整的接缝材进行密合。

2.表面涂料则应采耐清洁、能承受高压冲洗的消毒剂者。容易受到搬运笼架、推车等设备撞击部位的墙壁及凸起的墙角,应适当加加强防撞板。

3.墙壁暴露管道、风道或其他线路不适当,因为表面不易清理。

(二)地面。

1.基本上,实验动物设施的地面建筑材料应多要求防潮、不吸收化学物质、耐重压、平整等。普通实验动物设施的地面多为一体成型或接合点较少的建材,如:高分子聚酯材料、高硬度混凝土接合剂、含橡胶成份之聚合物等。正确的施工法当然也是保证地面达到要求的另一个因素。

2.对于常湿或有栏饲动物(例如经济动物)的区域地面应较粗糙,以避免工作人员或动物滑倒;不得采用此类区域内的地面材料,如粪、尿等排泄物或其他生物物质产生化学作用;且应是能够抗热水或清洁剂侵蚀者。

3.如果地面有门坎,应采不妨碍搬运笼架、推车等设备通过者。

4.地面和墙面的接角应考虑采用易于保持清洁的办法,如弧形接角。

(三)排水:

并不是所有的实验动物饲养室都要求具备地面排水设施,一般来说,仅饲养像小兽的饲养室就没有这方面的要求。将湿吸尘器或拖把放在没有地面排水的饲养室,与适当的清洁或消毒剂配合,可以保持地清洁。

1.放水坡:实验动物设施有地面排水的区域,地面应作泄水坡处理,使清洁后的环境湿度能迅速降低。

2.存水弯道:排水管应设置排水弯。

3.排水管直径:一般来说,排水管直径至少10厘米,是饲养犬、经济动物等大型动物设施的排水管口径较大。

4.排除污物的增强型设备:为了提高排除固体污物的能力,可以考虑在排水口设计冲刷装置或其他污物处理设备。

5.排水孔盖:实验动物设施的排水孔应加密封装置,以避免在长时间不使用时,不成为蟑螂等物的交通路径。

(四)天花板。

1.天花也应采气密、光滑、耐湿且无不平之接缝。面漆则应注意其是否耐清洁,以及消毒剂清洗。由石膏板或防火板组成的缝隙用耐洗填缝剂密封的人;或经适当修平、密封或粉刷处理的混凝土,在实验动

物设施中都是常见的建筑天花板材料。

2.一般情况下,除非材料具有防水性,且无不平整的接合处,悬吊之轻钢天花板不适于用作实验动物设施天花板。

3.与墙面一样,天花板下的管道不应出现明管。

(五)空调系统。

动物实验室设计施工设施中,为了使饲养室内温度、湿度、空气洁净度等环境因子,均不随室外气候或动物的多寡与种类变化而变化,应设计可靠、易于维护且节约能源的空调设备进行人工环境控制是无法避免的。换句话说,标准化实验动物设施的空调系统主要用于恒温、湿度,以及藉换气过滤和空气过滤,以保持空气洁净度。为了能有效地控制特定品种的环境温、湿度,故将环境要求类似物种的饲养室设在同一区域,有利于空调技术人员进行设计。

1.温度、湿度:一般来说,标准化实验动物设施所需要的空调系统应能将设计之室内温度控制在±1℃以内;相对湿度应保持在30-70%之间。另外,HVAC只能作为大面积的温控,个别饲养室因动物多寡,或风道内空气温度的变化,使部分饲育室温度失控,故在每一饲育室内均可因动物多寡而变热,因此在每一饲育室内都可因动物多寡而改变;

2.换气:一般说来,实验性动物设施多采用全换气空调系统,完全换气即不循环使用经排出饲养环境的空气,这是因为采用部份循环空气节约能源,通常不易确保长期低臭气与高洁净净度要求。而且,整个空调系统的换气速率需要达到10次/小时以上,才能达到上述要求。如果循环使用排出的空气,在保持空气的质和量方面,应符合第参章之推荐标准。

3.污染控制,如空气过滤、压差等设计:在需要高度洁净的功能区房间,应采用高效能的微粒过滤器过滤进气,例如:SPF动物饲养室,试验应用免疫不全动物的操作室、外科手术区等。份间相邻的手术区、操作区、饲育区及工作区等部份区室,应具有气压差,例如:检疫区、生物危害隔离饲育与试验操作区、灵长类动物饲养区等应维持阴压状态,而手术区、SPF动物饲育区、清洁之器械储存区等应维持阴压状态。应用控制风量和风量所引起的区间大气压差,在门扇打开到关闭的短暂时间内,由于产生局部气旋乱流,可能导致污染源从阴压处向阳压处扩散,因此不应仅以压差作为控制污染之或主要策略。作为控制污染的主要方法,应采用具有生物安全性的保育柜和操作柜、有独立排风的双门缓冲空间以及其它相关设备。此外,还应根据污染源的种类、产生量及可能造成的危害程度,规划合适的排放处理方式。

4.监测:定期对HVAC进行监测是必要的,能在每个饲养室进行监测。

5.未受控制的应变设计:普通实验动物种,偶然在环境温、湿度发生短暂变化(超出了一般建议饲养这些物种的范围)时,不会对其生理功能产生剧烈变化。通常在HVAC设计时,通常会根据实验动物设施位置的气候变化,使其控制能力能够满足±5%的平均温、湿度误差。在出现极端异常情况时,HVAC应具备适度的温度、湿度调节,HVAC应具备适度的温度、湿度调节,以尽可能保持所需的温度、湿度,如:启动额外的空调主机、转换全换气转换成部分循环、改变换气率等常见的设计,使系统仍能暂时地以较低的输出量维持饲育室的需要,如:启动额外的空调主机、换气转换成部份循环、改变换气率等常见的设计,使系统仍能暂时地以较低的输出量维持饲育室的需求,避免室内温、湿度异常的变化。除进行具生物危害试验的隔离饲养区外,不一定要求在同一地区全部设置多套重复空调系统。另外,对于棚舍型实验动物设施,当排风系统出现故障时,可以使用电风扇等辅助设备,以达到暂时维持通风的目的。

标准实验动物设施的空调系统通常占设备总成本的三分之一以上,而在运行过程中消耗的能源,可达整个设施之五分之四;故对日常维修所需投入的注意,并不亚于实验动物的常规饲养工作;再者,其成本、维护与折旧之昂贵程度,远高于大型笼具清洗与机械。台湾一年四季的高温、多湿、空气质量差,实验动物设施的规划及营运人员,对此人工环境控制系统的设备有一定程度的了解。

(六)电和照明。

1.在规划电力系统时,应注意电力系统的安全,并提供适当的照明和足够的电源插座;此外,在设计细部时,使用单位应提供特殊仪器、设备所需电源的正确安培数,以利建筑师之设计作业。

2.为应付停电时所需的能源,应计划能够提供足够的备用电力供应系统或紧急发电机,以便在饲养室、手术室和其他功能区的关键设备,如HVAC及其辅助系统、冰柜、强制换气笼架、隔离操作箱等并不能完全停止运转。

3.饲养室内的灯具、定时器、电灯开关、插座等应适当密封,避免蟑螂等昆虫躲藏其中。在动物设施中,常用的灯具是内藏式省电日光灯。当光照时间不变时,饲养室的照明应采用计时器控制。定时器也应包括常规检查项目,以保证其正常工作。为了保证动物和人员的安全,照明灯具应配备密封式灯罩。容易潮湿的区域,如:清洁消毒区、水生和两栖动物饲养区,所用的开关和插座要有防潮盖、断电跳脱等安全装置。

(七)饲养室的门扇。

1.开放方向:出于安全考虑,饲养室的门扇多由走廊向育婴室打开,若饲养室的门扇必须向外打开,应在饲养室与走廊之间设计缓冲空间;例如,设玄关或前室。

2.门扇:门扇上可以设置窗口,但窗户应是气密的,并设置遮光装置,才能真正避免外界干扰并控制饲养室内的光照期。

3.尺寸:为方便饲喂工作时,工作车与笼架等设备进出,普通饲养室门扇为宽105cm、高210cm。

4.材料及配件:为避免蟑螂等污物的进出或隐藏,门与门框应能气密且无死角。另外,门扇应选用抗撞击、防腐蚀材料。内藏式的门把比较好。为了避免不必要的进出和安全,饲育室的门扇应配备门锁,并应选择门扇只在门扇侧使用钥匙,而饲养室可随时打开。另外,饲育室中的门弓器或门锁、防撞板、踢脚板、保持气密的下门坎等均是完善饲育室门扇功能时应谨慎选用的附属五金。

(八)饲养室与室外相连的窗户。

有窗户常常被认为是一种促进人道饲养环境的方法,用于灵长类、狗、经济动物或其它大型动物的饲养室。当窗户影响到室温和光照的恒定,进而造成实验动物之生理不能持恒,或,有安全顾虑时,不应设定。

(九)饲育室

1.饲育室之大小应依拟使用的饲育笼具规格与拟放置的方法,加以订定。一般而言,制式的笼架多为长180-200cm,深度则不定,再者,笼架皆具有轮子以利推动,故可运用模块设计的观念规划饲育室大小。

2.空调进风口与回风口在饲育室的位置与进风口的扩散装置形式,决定新鲜空气在室内的分布,进而影响换气效率,且影响笼具之放置位置,在规划时应与建筑诗友恰当之沟通。此外,回风口应具过滤网,以免动物之毛削等物进入回风管。

3.若拟采用自动饮水系统,应在规划时即提出设计,饲育室中并不一定需要装设水槽,但若拟装设,则应妥善规划其在饲育室中的位置,再者,水槽之排水管应不落地而应由墙内排出。

4.有些饲育笼具需要电源,故应规划插座于恰当之位置,且明确告知水电技师所需电源之伏特数与安培数。

(十)走廊

1.饲养室的大小应根据拟使用的饲养笼规格和拟放置的方法进行定义。一般来说,标准笼大多长180-200cm,深度不确定。而且笼子都有轮子推动,可以用模块设计的概念来规划饲养室的大小。

2.空调进风口和回风口在饲养室的位置和进风口的扩散装置的形式决定了新鲜空气在室内的分布,进而影响通风效率和笼子的位置。规划时要和建筑诗人适当沟通。另外,回风口应有过滤器,以免动物毛削等物体进入回风管。

3.如果拟采用自动饮用水系统,规划时应提出设计。饲养室不一定需要安装水槽,但如果拟安装,应妥善规划其在饲养室的位置。此外,水槽的排水管不应落地,而应从墙内排出。

4.一些饲养笼需要电源,因此应规划插座在合适的位置,并明确告知水电技术人员所需电源的伏特数和安培数。

5.饲养室的各种其他要求请参考本节(1)-(8)。

(十)走廊。

1.宽度:实验动物设施内部连接各区室的走廊宽度应以满足常规人员交通、移动笼等设备的尺寸和频率为设计原则。一般来说,走廊宽度不小于180厘米(常见的走廊宽度为180-240厘米)。

2.噪声与污染的阻隔:连接会产生大量噪声或有污染源的走廊,如通往饲养犬、猪等大型动物的走廊,以及清洁、消毒、区的走廊,应考虑在出入口的走廊内设置双层门,在两个门之间形成缓冲区,或采用其他可阻隔噪声或污染源的方法。

3.管道维修口的位置:各种管道的维修口;如电源保险丝开关箱、水管和排水管的清洁口、空调管道的维修猫道入口等。如果必须设置在动物设施内部,应尽量避免设置在饲养室内,并设置在走廊内。此外

警铃、消防栓、灭火器箱、电话等设备经常设置在走廊墙壁上,应设置在较高或可避免因例行搬动笼子等设备时损坏的位置。

(十一)清洁消毒设施。

规划一个功能齐全的共享区域作为饲养设备和饲养材料的清洗、消毒和是必要的。一般来说,该区域需要配备合适的机械设备进行清洗、消毒和/或。因此,在规划中,应同时考虑以下因素。

1.该区域在实验动物设施中的地理位置与饲养室、废物储存区和储存区之间的动线有关。

2.为了方便进出,门应该足够宽。

3.有足够的空间进行清洗和清洗,以及机械设备的操作和维护。

4.适当安全的垫料丢弃和笼子清洗前的工作程序。

5.将动物和笼子设备分开在清洁区和待清洁区之间。

6.适当处理必要的隔热墙和天花板。

7.适当降低噪音。

8.设计足够的冷、热水和蒸汽管道及来源、地面排水系统及电源。

9.通风(排气)设备还包括清洗、消毒和机械中需要排除的蒸汽和/或其他气体的排气设备。

(十二)储藏区域

1.应规划足够的空间来存放设备、消耗品、饲料、垫料和各种废弃物。如果日常运营所需物品的供应来源稳定,则无需预留过大的储存空间。

2.饲料和垫料仓库应与存放有毒危险品的空间适当隔离。废弃物也应与其他物品分开存放。

3.动物尸体和器官残骸应存放在7℃以下的冷藏或冷冻库中,以减缓腐烂;而且不应该和其他物品一起存放。

4.人员和设备使用的走廊和通道不应作为存放物品的场所。

(十三)噪声控制。

1.噪声控制也是实验动物设施规划的重要组成部分。规划时应考虑会产生噪音的设备。例如,放置笼子清洗机械的区域应与饲养区和实验室适当隔音。一般来说,混凝土墙在隔音效果上远优于金属或石膏板

墙。在实验动物设施中,很少使用隔音材料直接涂在养殖室天花板上,因为卫生和害虫难以控制。但是,采用可清洗消毒的隔音建筑材料直接砌在墙上或天花板上是可行的。

2.从经验可以看出,如果走廊上的门扇采用合适的隔音门或双层门缓冲空间,只要施工良好,噪音就可以通过走廊有效控制。

(十四)报警系统。

在规划中,还应仔细选择火灾报警、环境监测等报警系统、播音系统等设备,并适当设计安装位置,以减少对动物的干扰。对于会发出超高频声音的设备,应考虑其位置,以免干扰特定类型的动物。

四、无菌手术设施和基因工程动物试验程序设施。

(一)手术设施。

1.手术区应与实验动物设施的其他功能区分开,以减少不必要的人员进出,从而降低污染的可能性。

2.在规划实验动物设施中的手术设施时,应根据拟应用该设施进行手术步骤的动物类型和手术试验的复杂性。大多数牙齿动物的手术只需要精简的空间和设备。例如,应用实验室中的特定空间和适当的管理系统,可以减少手术过程中其他室内活动可能对动物的感染。

3.一般来说,手术设施所需的空间大小和设备取决于动物的类型、数量和手术程序的复杂性,如使用大量啮齿动物的手术试验程序、特殊保定或其他设备、液压升降手术操作台、经济动物手术所需的排水系统、因需要大量人力配合仪器设备的手术程序而增加的空间需求等。

4.因此,在规划复杂的手术设施时,首先要考虑手术设施和其他支持单位,如诊断实验室、x光照相室、工作人员办公室、饲养室等。

5.手术区所需的笼子和支持仪器取决于动物和手术的类型。基本上,其设计理念除了易于保持清洁外,还应足以支持动物的生理功能,如维持正常的体温和呼吸调节。

6.如何有效控制污染源,易于清理,是设计手术设施的两个主要考虑因素。手术区内应采用一体成型且不吸水的表面建筑材料。通过通风系统提供过滤处理的空气并使其呈阳压状态,可以显著降低术后感染的机会。此外,进风口和排气管口的位置与适当的通风率相匹配,也可以减少污染的发生。

7.在规划无菌手术作业区的区室时,应尽量减少人员动向的交错,将相关但与手术无直接关系的功能区室隔离在手术室外。砌墙隔间是隔离的方式,但也可以应用缓冲空间;或者在操作各种相关程序之间的时间,通过清洗消毒来分隔。一般来说,细菌污染程度与术后伤口感染病例数与参与手术的人数和活动频率呈正相关,因此可以通过设置窗口、通讯系统(如通话机)、将门扇设计在合适的位置等方式,减少不必要人员进出手术室。

8.为了节省各种设备的投资、所需空间、人力、减少动物运输,加强对手术设施和程序的专业监督,手术设施应集中管理。

(二)完整的动物无菌手术实验区。

一般来说,完整的实验动物无菌手术作业区应包括以下几个区室,在规划这些区室时,应注意的原则如下。

1.手术设备的准备和供应室:该室应设计成易于清洗、消毒和的设备,并包括储存消耗品和手术设备的空间。高压炉通常放置这个空间。

2.动物术前准备室:此室应设置大型水槽,方便动物术部的清洁。

3.更衣室和刷手室:更衣室用于更换刷手衣和存放参与手术的个人物品。在刷手间则应配置合适的外科刷手水槽,为避免因刷手过程而产生飞沫,刷手间应设置在手术室外。

4.手术室:为了便于清洗,手术室内的各种设备应尽量避免固定,而应以可移动为原则。适当的手术灯和足够的电源插座方便辅助仪器的使用,适当的气体麻醉剂废气处理设备等。,这也是规划手术设施时应该仔细考虑的问题。

5.恢复室:术后恢复室应规划提供动物在麻醉状态下顺利醒来所需的设备,动物应易于充分观察和照顾。因此,监控和支持仪器所需的电力等需求也应在规划中详细考虑。对于经济动物包括手术的研究,如果在牧场般的实验动物设施中进行,手术恢复区可能根本不存在;在这种情况下,工作人员应该更加小心地照顾动物,以促进动物的恢复。

(三)基因工程动物程序设施。

近几年来,基因工程技术在胚行基因转殖和剔除方面的各种研究,如雨后春笋般遍布全球。虽然啮齿动物被广泛使用,但经过基因处理的动物往往成为一种新的动物模式,并且是的。因此,应用于基因转殖的实验动物在试验前、试验中或试验后应尽可能保持清洁,以避免病原体入侵。因此,应用于此类试验的饲养室与基因转殖程序实验室之间的动线关系必须特别注意避免污染。虽然这种测试所需的手术并不复杂,但如果在程序中造成污染,不仅会降低这种测试的成功率,还会增加这种测试的复杂性。在规划一个实验动物设施时,如果确立必须定期进行这种动物试验,应考虑将基因转殖程序所需的实验室空间规划成无菌手术设施,或者两者合并。此外,可以实施冷冻胚胎的实验室通常包含在这种设施中。基因转化程序实验室也应集中管理,由专人负责。

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