趙 明，郝麗梅，張宗興，衣 穎，吳金輝，林 松，祁建城

機動偵檢平臺的研制（三）
——防護性能評價研究

趙 明，郝麗梅，張宗興，衣 穎，吳金輝，林 松，祁建城

目的：對機動偵檢平臺實驗室防護性能進行評價。方法：通過物理氣溶膠和生物氣溶膠2種實驗方法，分別在正、負(fù)壓模式下，對送、排風(fēng)高效空氣過濾器上、下游進行采樣，并進行比照，計算過濾效率，從而驗證其防護能力的有效性。結(jié)果：在負(fù)壓狀態(tài)下（-40 Pa），排風(fēng)過濾器下游未采集到物理和生物氣溶膠；在正壓狀態(tài)下（+100 Pa），實驗室潔凈度達到6級，實驗室內(nèi)未采集到生物粒子。結(jié)論：機動偵檢平臺實驗室可實現(xiàn)正壓和負(fù)壓2種狀態(tài)。在負(fù)壓狀態(tài)下可對實驗室內(nèi)產(chǎn)生的氣溶膠進行有效攔截，其正壓的建立可保證外部空氣不污染實驗室內(nèi)部環(huán)境，使實驗室防護系統(tǒng)安全有效，可為新發(fā)突發(fā)傳染病防控工作提供安全保證。

機動偵檢平臺；實驗室防護；物理檢測；生物檢測

0 引言

近年來，世界各地傳染病疫情愈演愈烈，SARS、禽流感、H1N1甲型流感、埃博拉等疫情相繼發(fā)生，傳染病防控形勢日益嚴(yán)峻。特別是我國幅員遼闊，人口眾多，一旦爆發(fā)大規(guī)模烈性傳染性疾病，后果將不堪設(shè)想。因此各個國家投入了巨大的財力、物力和人力來預(yù)防和應(yīng)對傳染病疫情的發(fā)生。歐美國家相繼研發(fā)了一系列移動實驗室裝備傳染病防控隊伍，其裝備研究起步早，技術(shù)先進，防護能力強，并形成了系列化[1]。我國傳染病防控裝備起步較晚，在“十二五”傳染病防治重大專項課題“新發(fā)突發(fā)傳染病現(xiàn)場應(yīng)急防控系列機動裝備研發(fā)技術(shù)平臺”的資助下，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所研發(fā)了新發(fā)突發(fā)傳染病機動偵檢平臺，該平臺是具備正、負(fù)壓防護能力的病原體快速檢測實驗室，是傳染病防控現(xiàn)場檢測的快速前伸裝備。

安全防護是實驗室開展傳染病檢測的首要任務(wù)，其裝備防護能力的強弱直接影響傳染病防控工作的水平和效果，因此分析與評價實驗室防護能力對檢測工作的開展具有重要意義[2]。本文通過實驗室防護性能實驗，考察機動偵檢平臺實驗室生物安全防護效能，驗證機動偵檢平臺凈化系統(tǒng)對實驗室內(nèi)產(chǎn)生氣溶膠的攔截效果，為構(gòu)建安全穩(wěn)定、人機和諧、先進實用的傳染病現(xiàn)場檢驗平臺提供實驗支撐。

1 材料和方法

1.1 主要實驗儀器設(shè)備

實驗儀器設(shè)備主要有氣溶膠發(fā)生器（美國ATI公司），它以聚α-烯烴（poly alpha olefin，PAO）發(fā)生物理氣溶膠；Collison氣溶膠發(fā)生器（美國TSI公司），能發(fā)生微生物氣溶膠；FA-2型篩孔撞擊式微生物采樣器（遼陽康潔儀器研究所），用于采集微生物氣溶膠，采樣流量為28.3 L/min；激光粒子計數(shù)器（美國METone公司），用于測量發(fā)生物理氣溶膠的濃度，采樣流量為2.83 L/min。

1.2 菌株和試劑

菌株采用黏質(zhì)沙雷菌（Serratia marcescens ATCC 8039），購自中國工業(yè)微生物菌種保藏中心，在30℃條件下培養(yǎng)24 h后顯紅色，具有較好的特異性和識別性。培養(yǎng)基為營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基，稀釋液為1%蛋白胨的溶液。

1.3 微生物的培養(yǎng)

黏質(zhì)沙雷菌的培養(yǎng)：從4℃冰箱中取出保存的黏質(zhì)沙雷菌斜面，用無菌接種環(huán)刮取后放入營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基中，于37℃培養(yǎng)18～24 h，用分光光度計測試細(xì)菌的600 nm OD（光密度）值，然后用稀釋液將其濃度調(diào)整為5×107cfu/ml左右備用，每次配好的溶液只限當(dāng)天使用。

1.4 負(fù)壓防護系統(tǒng)性能評價

為了驗證機動偵檢平臺在負(fù)壓狀態(tài)下實驗室排風(fēng)系統(tǒng)對氣溶膠的防護能力，本文設(shè)計了2種方案對實驗室防護能力進行評估，采用交互驗證的方式保證實驗室系統(tǒng)防護能力的有效性和穩(wěn)定性。實驗室壓力為-40 Pa，溫度為18℃，濕度為40%～60%[3-4]。

1.4.1 物理氣溶膠負(fù)壓防護性能實驗

采用掃描檢測法對實驗室排風(fēng)系統(tǒng)進行物理氣溶膠過濾性能實驗。掃描檢測法是一種通過氣溶膠采樣探頭捕捉穿透高效空氣過濾器的氣溶膠顆粒，進而判斷所檢過濾器是否發(fā)生泄漏的檢測方法[5]。將掃描檢漏裝置的采樣探頭設(shè)置在距被測高效空氣過濾器下游表面20～30 mm處，采用粒子計數(shù)器對高效空氣過濾器直接進行掃描檢漏，過濾器上游含塵濃度不小于4 000 pc/L（0.5 μm）。氣溶膠采樣探頭設(shè)置在高效空氣過濾器出風(fēng)側(cè)，對高效空氣過濾器整個平面及其附屬安裝邊框以不超過5 cm/s的速度進行平移掃描，探頭捕捉透過高效空氣過濾器的氣溶膠顆粒，進而對檢測的過濾器進行效率評價，實驗重復(fù)3次。

1.4.2 生物氣溶膠負(fù)壓防護性能實驗

將生物氣溶膠發(fā)生器放在偵檢平臺內(nèi)部的排風(fēng)口處，并放置6級微生物采樣器，用于上游氣溶膠的采樣，采樣時間為10 s。在偵檢平臺外部的排風(fēng)口放置6級安德森采樣器，采樣時間為10 min。當(dāng)氣溶膠發(fā)生10 min時同時啟動上游采樣器和下游采樣器，采樣結(jié)束后，停止發(fā)生氣溶膠，實驗重復(fù)3次。

1.5 正壓防護系統(tǒng)性能評價

為了驗證機動偵檢平臺在正壓狀態(tài)下實驗室送風(fēng)系統(tǒng)對外部氣溶膠的防護能力，本文設(shè)計了2種方案對實驗室送風(fēng)凈化系統(tǒng)進行評估，保證實驗室系統(tǒng)防護能力的有效性和穩(wěn)定性。實驗室壓力為+100 Pa，溫度為18℃，濕度為40%～60%。

1.5.1 物理氣溶膠正壓防護性能實驗

當(dāng)實驗室處于正壓正常運行狀態(tài)時，采用測量實驗室潔凈度的方法對實驗室送風(fēng)系統(tǒng)進行物理氣溶膠過濾性能實驗。通過對實驗室內(nèi)潔凈度進行實驗測試，以驗證正壓環(huán)境下送風(fēng)凈化系統(tǒng)對送入車廂內(nèi)部空氣的過濾效果。依據(jù)GB 50346—2011標(biāo)準(zhǔn)要求，在實驗間內(nèi)均勻布置2個采樣點，距離實驗室地板高度為0.8 m，采樣流量為2.83 L/min。用激光粒子計數(shù)器在實驗間內(nèi)各測點上測量含塵濃度，根據(jù)潔凈度評定標(biāo)準(zhǔn)評定實驗室空氣潔凈度級別[6]。

1.5.2 生物氣溶膠正壓防護性能實驗

將生物氣溶膠發(fā)生器放在偵檢平臺外部上方的排風(fēng)口處，并放置6級微生物采樣器，用于上游氣溶膠的采樣，采樣時間為10 min。鑒于平臺內(nèi)部面積僅為12 m2，故只設(shè)置一個采樣點，高度為0.8 m，采樣時間為10 min。當(dāng)氣溶膠發(fā)生10 min時同時啟動上游采樣器和下游采樣器，采樣結(jié)束后，停止發(fā)生氣溶膠，實驗重復(fù)3次。

1.6 數(shù)據(jù)分析

1.6.1 物理氣溶膠防護性能評價采用多次測量平均值的方法進行評定。

式中：M為平均值的均值，即機動偵檢平臺實驗室內(nèi)平均粒子濃度，單位為粒/m3；AL為機動偵檢平臺實驗室內(nèi)采樣點平均粒子濃度，單位為粒/m3；L為機動偵檢平臺實驗室內(nèi)的總采樣點數(shù)，單位為個。

機動偵檢平臺實驗室內(nèi)各采樣點平均值的最大值≤級別濃度上限，實驗室內(nèi)各點平均值≤級別濃度上限，即可判斷達到該級別，見表1。

表1 級別濃度上限粒/m3

1.6.2 生物氣溶膠防護性能評價

用安德森采樣器對上、下游的黏質(zhì)沙雷菌進行采樣，采樣結(jié)束后，取出平皿，放于30℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)18～24 h，然后計數(shù)紅色的菌落數(shù)。按照菌落數(shù)對照表將計數(shù)的菌落數(shù)進行修正，并將每一級修正后的菌落數(shù)相加，作為每次實驗上下游采集到的菌落總數(shù)。

微生物氣溶膠濃度的計算公式為：

2 結(jié)果

2.1 負(fù)壓防護效果評價

負(fù)壓防護效果評價見表2。

表2 物理氣溶膠負(fù)壓防護性能實驗結(jié)果粒/2.83 L

從表2可以看出，上游氣溶膠濃度超過4000pc/L（0.5 μm），達到檢測條件要求。過濾器下游通過掃描檢測未采集到顆粒物（0.5 μm），說明高效空氣過濾器對物理顆粒氣溶膠防護效果良好，達到預(yù)期值。為了進一步驗證車輛負(fù)壓狀態(tài)下的防護性能，我們分別用氣溶膠發(fā)生器發(fā)生了黏質(zhì)沙雷菌氣溶膠，用于模擬實際使用過程中的生物污染物。負(fù)壓防護系統(tǒng)過濾效率分別為＞99.99%、＞99.99%、＞99.99%，平均過濾效率為＞99.99%，詳見表3。

表3 生物氣溶膠負(fù)壓防護性能實驗結(jié)果

2.2 正壓防護效果評價

正壓防護效果評價見表4。

表4 物理氣溶膠正壓防護性能實驗結(jié)果粒/2.83 L

由表4可見，正壓防護系統(tǒng)上游0.5 μm粒子濃度達到347 871粒/2.83 L，實驗室內(nèi)下游2個采樣點0.5 μm粒子濃度分別為19和25粒/2.83 L，實驗間潔凈度達到6級，達到相關(guān)指標(biāo)要求。同負(fù)壓模式一樣，在正壓模式下，我們依然采用黏質(zhì)沙雷菌氣溶膠進行實驗室生物氣溶膠防護性能測試，結(jié)果見表5。正壓防護系統(tǒng)過濾效率分別為＞99.99%、＞99.99%、＞99.99%，平均過濾效率＞99.99%。通過物理氣溶膠和生物氣溶膠對車輛正壓狀態(tài)下的測試表明，車輛的正壓功能可以有效地起到保護車內(nèi)人員及設(shè)施的作用。

表5 生物氣溶膠正壓防護性能實驗結(jié)果

3 防護能力分析

車輛處于污染區(qū)邊緣或潔凈區(qū)域時，在實驗室內(nèi)開展病原微生物檢測實驗需著重考慮對實驗室周圍的環(huán)境進行保護，以防有害氣溶膠顆粒通過實驗室排風(fēng)系統(tǒng)直接排出車外[7]，給疫病防控工作帶來新的隱患，因此車廂內(nèi)部處于負(fù)壓工作模式。此種狀態(tài)下，實驗室壓力低于車廂外部大氣壓力，氣流呈現(xiàn)一種單向性，即車廂外部空氣只能向?qū)嶒炇覂?nèi)部滲漏，而實驗室懸浮的氣溶膠顆粒不會通過密封不嚴(yán)的門窗、孔口、縫隙等向外界環(huán)境逸散。實驗室內(nèi)空氣通過排風(fēng)處理系統(tǒng)凈化處理后排放[8]，保證外部環(huán)境不受實驗室污染。本文通過物理氣溶膠和生物氣溶膠對車輛負(fù)壓狀態(tài)下的測試表明，機動平臺的負(fù)壓功能可起到有效保護周圍環(huán)境的作用。

機動偵檢平臺為新發(fā)突發(fā)傳染病現(xiàn)場應(yīng)急防控前伸裝備，車輛可處于污染區(qū)開展相關(guān)實驗活動，該狀態(tài)下需著重考慮對實驗室內(nèi)部環(huán)境、人員設(shè)備進行保護，防止車廂外部有害氣溶膠顆粒通過實驗室送風(fēng)系統(tǒng)進入車廂內(nèi)部，給實驗人員、車廂內(nèi)部實驗環(huán)境及儀器設(shè)備設(shè)施帶來隱患，因此車廂內(nèi)部處于正壓工作模式。此種狀態(tài)下，實驗室壓力高于車廂外部大氣壓力，氣流呈現(xiàn)單向性，即車廂外部空氣只能通過實驗室送風(fēng)凈化系統(tǒng)送入實驗室內(nèi)，而實驗室外部懸浮的氣溶膠顆粒不會通過密封不嚴(yán)的門窗、孔口、縫隙等擴散進入實驗室內(nèi)，進而保證實驗室內(nèi)部整體環(huán)境的潔凈[9-10]。

4 結(jié)論

本文通過物理和生物2種方法對機動偵檢平臺防護能力開展評價研究，2種實驗結(jié)果均表明：在負(fù)壓狀態(tài)下，排風(fēng)過濾器下游未采集到物理和生物氣溶膠；在正壓狀態(tài)下，實驗室潔凈度達到6級，實驗室內(nèi)未發(fā)現(xiàn)生物粒子。由此可見，機動偵檢平臺負(fù)壓狀態(tài)下對實驗室內(nèi)產(chǎn)生的氣溶膠可進行有效攔截，正壓的建立可保證外部空氣不污染實驗室內(nèi)部環(huán)境，實驗室防護系統(tǒng)安全有效，可為新發(fā)突發(fā)傳染病防控工作提供安全保證。機動平臺的研制對提高我國疾控機構(gòu)應(yīng)對新發(fā)突發(fā)傳染病具有重要意義。

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[1]趙明，張宗興，牛福，等.微生物檢驗車的研制[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2014，35（3）：101-105.

[2]袁秋霞.移動式生物安全實驗艙室內(nèi)人機環(huán)境的研究[D].天津：天津大學(xué)環(huán)境學(xué)院，2006.

[3]GB 19489—2008 實驗室 生物安全通用要求[S].

[4]GB 50346—2011 生物安全實驗室 建筑技術(shù)規(guī)范[S].

[5]GB/T 6165—2008 高效空氣過濾器性能試驗標(biāo)準(zhǔn) 效率和阻力[S].

[6]張宗興，趙明，衣穎，等.生物安全實驗室氣密性圍護結(jié)構(gòu)的空氣滲透特性研究[J].暖通空調(diào)，2013，43（5）：82-86.

[7]Word Health Organization.Laboratory biosafety manual[M].3rd ed. Malta：Publications of the World Health Organization，2004.

[8]謝景欣，王歡，王建鋒，等.負(fù)壓二級生物安全實驗室設(shè)計關(guān)鍵控制點分析[J].暖通空調(diào)，2013，43（5）：38-42.

[9]張宗興，趙明，衣穎，等.生物安全實驗室效率檢漏型高效空氣過濾裝置的研制[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2013，34（7）：18-20.

[10]張宗興，李艷菊，祁建城，等.氣密性高等級生物安全實驗室的負(fù)壓控制[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2010，20（6）：116-124.

（收稿：2015-06-01 修回：2015-09-15）

Development of mobile detection platform:research on protection efficiency evaluation

ZHAO Ming1,2,HAO Li-mei1,2,ZHANG Zong-xing1,2,YI Ying1,2,WU Jin-hui1,2,LIN Song1,2,QI Jian-cheng1,2
（1.Institute of Medical Equipment,Academy of Military Medical Sciences,Tianjin 300161,China; 2.National Bio-Protection Engineering Center,Tianjin 300161,China）

Objective To evaluate the protection performance of the mobile detection platform.Methods Two methods of physical aerosol and bio aerosol were involved in the research.Sampling was carried out at the upstream and downstream of the high efficiency particulate air filter under the modes of positive-and negative pressure.The filtration efficiency was calculated to determine the protection performance.Results Under negative pressure mode(-40 Pa),there was no physical and bio aerosol collected at the downstream of the filter;under positive pressure mode (+100 Pa),the laboratory cleanliness reached the 6th level and there was no biological particles collected.Conclusion The mobile detection platform can be set as positive mode and negative mode,which can prevent the aerosol generated in the laboratory from leaking out under negative pressure mode while restrain the aerosol outside from penetrating into the laboratory under positive pressure mode.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（12）：22-24，96]

mobile detection platform;laboratory protection;physical detection;biological detection

R318；Q-338

A

1003-8868（2015）12-0022-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.12.022

國家科技重大專項課題（2012ZX10004801002）；863計劃課題（SS2014AA021405）

趙 明（1981—），男，副主任，助理研究員，主要從事移動實驗室防護關(guān)鍵技術(shù)與裝備研究工作，E-mail：zhaom@npec.org.cn。

300161天津，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所（趙 明，郝麗梅，張宗興，衣 穎，吳金輝，林 松，祁建城）；300161天津，國家生物防護裝備工程技術(shù)研究中心（趙 明，郝麗梅，張宗興，衣 穎，吳金輝，林松，祁建城）

祁建城，E-mail：qijc@npec.org.cn