机动侦检平台的研制（三）——防护性能评价研究

赵 明，郝丽梅，张宗兴，衣 颖，吴金辉，林 松，祁建城

机动侦检平台的研制（三）
——防护性能评价研究

赵 明，郝丽梅，张宗兴，衣 颖，吴金辉，林 松，祁建城

目的：对机动侦检平台实验室防护性能进行评价。方法：通过物理气溶胶和生物气溶胶2种实验方法，分别在正、负压模式下，对送、排风高效空气过滤器上、下游进行采样，并进行比照，计算过滤效率，从而验证其防护能力的有效性。结果：在负压状态下（-40 Pa），排风过滤器下游未采集到物理和生物气溶胶；在正压状态下（+100 Pa），实验室洁净度达到6级，实验室内未采集到生物粒子。结论：机动侦检平台实验室可实现正压和负压2种状态。在负压状态下可对实验室内产生的气溶胶进行有效拦截，其正压的建立可保证外部空气不污染实验室内部环境，使实验室防护系统安全有效，可为新发突发传染病防控工作提供安全保证。

机动侦检平台；实验室防护；物理检测；生物检测

0 引言

近年来，世界各地传染病疫情愈演愈烈，SARS、禽流感、H1N1甲型流感、埃博拉等疫情相继发生，传染病防控形势日益严峻。特别是我国幅员辽阔，人口众多，一旦爆发大规模烈性传染性疾病，后果将不堪设想。因此各个国家投入了巨大的财力、物力和人力来预防和应对传染病疫情的发生。欧美国家相继研发了一系列移动实验室装备传染病防控队伍，其装备研究起步早，技术先进，防护能力强，并形成了系列化[1]。我国传染病防控装备起步较晚，在“十二五”传染病防治重大专项课题“新发突发传染病现场应急防控系列机动装备研发技术平台”的资助下，军事医学科学院卫生装备研究所研发了新发突发传染病机动侦检平台，该平台是具备正、负压防护能力的病原体快速检测实验室，是传染病防控现场检测的快速前伸装备。

安全防护是实验室开展传染病检测的首要任务，其装备防护能力的强弱直接影响传染病防控工作的水平和效果，因此分析与评价实验室防护能力对检测工作的开展具有重要意义[2]。本文通过实验室防护性能实验，考察机动侦检平台实验室生物安全防护效能，验证机动侦检平台净化系统对实验室内产生气溶胶的拦截效果，为构建安全稳定、人机和谐、先进实用的传染病现场检验平台提供实验支撑。

1 材料和方法

1.1 主要实验仪器设备

实验仪器设备主要有气溶胶发生器（美国ATI公司），它以聚α-烯烃（poly alpha olefin，PAO）发生物理气溶胶；Collison气溶胶发生器（美国TSI公司），能发生微生物气溶胶；FA-2型筛孔撞击式微生物采样器（辽阳康洁仪器研究所），用于采集微生物气溶胶，采样流量为28.3 L/min；激光粒子计数器（美国METone公司），用于测量发生物理气溶胶的浓度，采样流量为2.83 L/min。

1.2 菌株和试剂

菌株采用黏质沙雷菌（Serratia marcescens ATCC 8039），购自中国工业微生物菌种保藏中心，在30℃条件下培养24 h后显红色，具有较好的特异性和识别性。培养基为营养肉汤培养基，稀释液为1%蛋白胨的溶液。

1.3 微生物的培养

黏质沙雷菌的培养：从4℃冰箱中取出保存的黏质沙雷菌斜面，用无菌接种环刮取后放入营养肉汤培养基中，于37℃培养18～24 h，用分光光度计测试细菌的600 nm OD（光密度）值，然后用稀释液将其浓度调整为5×107cfu/ml左右备用，每次配好的溶液只限当天使用。

1.4 负压防护系统性能评价

为了验证机动侦检平台在负压状态下实验室排风系统对气溶胶的防护能力，本文设计了2种方案对实验室防护能力进行评估，采用交互验证的方式保证实验室系统防护能力的有效性和稳定性。实验室压力为-40 Pa，温度为18℃，湿度为40%～60%[3-4]。

1.4.1 物理气溶胶负压防护性能实验

采用扫描检测法对实验室排风系统进行物理气溶胶过滤性能实验。扫描检测法是一种通过气溶胶采样探头捕捉穿透高效空气过滤器的气溶胶颗粒，进而判断所检过滤器是否发生泄漏的检测方法[5]。将扫描检漏装置的采样探头设置在距被测高效空气过滤器下游表面20～30 mm处，采用粒子计数器对高效空气过滤器直接进行扫描检漏，过滤器上游含尘浓度不小于4 000 pc/L（0.5 μm）。气溶胶采样探头设置在高效空气过滤器出风侧，对高效空气过滤器整个平面及其附属安装边框以不超过5 cm/s的速度进行平移扫描，探头捕捉透过高效空气过滤器的气溶胶颗粒，进而对检测的过滤器进行效率评价，实验重复3次。

1.4.2 生物气溶胶负压防护性能实验

将生物气溶胶发生器放在侦检平台内部的排风口处，并放置6级微生物采样器，用于上游气溶胶的采样，采样时间为10 s。在侦检平台外部的排风口放置6级安德森采样器，采样时间为10 min。当气溶胶发生10 min时同时启动上游采样器和下游采样器，采样结束后，停止发生气溶胶，实验重复3次。

1.5 正压防护系统性能评价

为了验证机动侦检平台在正压状态下实验室送风系统对外部气溶胶的防护能力，本文设计了2种方案对实验室送风净化系统进行评估，保证实验室系统防护能力的有效性和稳定性。实验室压力为+100 Pa，温度为18℃，湿度为40%～60%。

1.5.1 物理气溶胶正压防护性能实验

当实验室处于正压正常运行状态时，采用测量实验室洁净度的方法对实验室送风系统进行物理气溶胶过滤性能实验。通过对实验室内洁净度进行实验测试，以验证正压环境下送风净化系统对送入车厢内部空气的过滤效果。依据GB 50346—2011标准要求，在实验间内均匀布置2个采样点，距离实验室地板高度为0.8 m，采样流量为2.83 L/min。用激光粒子计数器在实验间内各测点上测量含尘浓度，根据洁净度评定标准评定实验室空气洁净度级别[6]。

1.5.2 生物气溶胶正压防护性能实验

将生物气溶胶发生器放在侦检平台外部上方的排风口处，并放置6级微生物采样器，用于上游气溶胶的采样，采样时间为10 min。鉴于平台内部面积仅为12 m2，故只设置一个采样点，高度为0.8 m，采样时间为10 min。当气溶胶发生10 min时同时启动上游采样器和下游采样器，采样结束后，停止发生气溶胶，实验重复3次。

1.6 数据分析

1.6.1 物理气溶胶防护性能评价采用多次测量平均值的方法进行评定。

式中：M为平均值的均值，即机动侦检平台实验室内平均粒子浓度，单位为粒/m3；AL为机动侦检平台实验室内采样点平均粒子浓度，单位为粒/m3；L为机动侦检平台实验室内的总采样点数，单位为个。

机动侦检平台实验室内各采样点平均值的最大值≤级别浓度上限，实验室内各点平均值≤级别浓度上限，即可判断达到该级别，见表1。

表1 级别浓度上限粒/m3

1.6.2 生物气溶胶防护性能评价

用安德森采样器对上、下游的黏质沙雷菌进行采样，采样结束后，取出平皿，放于30℃培养箱中培养18～24 h，然后计数红色的菌落数。按照菌落数对照表将计数的菌落数进行修正，并将每一级修正后的菌落数相加，作为每次实验上下游采集到的菌落总数。

微生物气溶胶浓度的计算公式为：

2 结果

2.1 负压防护效果评价

负压防护效果评价见表2。

表2 物理气溶胶负压防护性能实验结果粒/2.83 L

从表2可以看出，上游气溶胶浓度超过4000pc/L（0.5 μm），达到检测条件要求。过滤器下游通过扫描检测未采集到颗粒物（0.5 μm），说明高效空气过滤器对物理颗粒气溶胶防护效果良好，达到预期值。为了进一步验证车辆负压状态下的防护性能，我们分别用气溶胶发生器发生了黏质沙雷菌气溶胶，用于模拟实际使用过程中的生物污染物。负压防护系统过滤效率分别为＞99.99%、＞99.99%、＞99.99%，平均过滤效率为＞99.99%，详见表3。

表3 生物气溶胶负压防护性能实验结果

2.2 正压防护效果评价

正压防护效果评价见表4。

表4 物理气溶胶正压防护性能实验结果粒/2.83 L

由表4可见，正压防护系统上游0.5 μm粒子浓度达到347 871粒/2.83 L，实验室内下游2个采样点0.5 μm粒子浓度分别为19和25粒/2.83 L，实验间洁净度达到6级，达到相关指标要求。同负压模式一样，在正压模式下，我们依然采用黏质沙雷菌气溶胶进行实验室生物气溶胶防护性能测试，结果见表5。正压防护系统过滤效率分别为＞99.99%、＞99.99%、＞99.99%，平均过滤效率＞99.99%。通过物理气溶胶和生物气溶胶对车辆正压状态下的测试表明，车辆的正压功能可以有效地起到保护车内人员及设施的作用。

表5 生物气溶胶正压防护性能实验结果

3 防护能力分析

车辆处于污染区边缘或洁净区域时，在实验室内开展病原微生物检测实验需着重考虑对实验室周围的环境进行保护，以防有害气溶胶颗粒通过实验室排风系统直接排出车外[7]，给疫病防控工作带来新的隐患，因此车厢内部处于负压工作模式。此种状态下，实验室压力低于车厢外部大气压力，气流呈现一种单向性，即车厢外部空气只能向实验室内部渗漏，而实验室悬浮的气溶胶颗粒不会通过密封不严的门窗、孔口、缝隙等向外界环境逸散。实验室内空气通过排风处理系统净化处理后排放[8]，保证外部环境不受实验室污染。本文通过物理气溶胶和生物气溶胶对车辆负压状态下的测试表明，机动平台的负压功能可起到有效保护周围环境的作用。

机动侦检平台为新发突发传染病现场应急防控前伸装备，车辆可处于污染区开展相关实验活动，该状态下需着重考虑对实验室内部环境、人员设备进行保护，防止车厢外部有害气溶胶颗粒通过实验室送风系统进入车厢内部，给实验人员、车厢内部实验环境及仪器设备设施带来隐患，因此车厢内部处于正压工作模式。此种状态下，实验室压力高于车厢外部大气压力，气流呈现单向性，即车厢外部空气只能通过实验室送风净化系统送入实验室内，而实验室外部悬浮的气溶胶颗粒不会通过密封不严的门窗、孔口、缝隙等扩散进入实验室内，进而保证实验室内部整体环境的洁净[9-10]。

4 结论

本文通过物理和生物2种方法对机动侦检平台防护能力开展评价研究，2种实验结果均表明：在负压状态下，排风过滤器下游未采集到物理和生物气溶胶；在正压状态下，实验室洁净度达到6级，实验室内未发现生物粒子。由此可见，机动侦检平台负压状态下对实验室内产生的气溶胶可进行有效拦截，正压的建立可保证外部空气不污染实验室内部环境，实验室防护系统安全有效，可为新发突发传染病防控工作提供安全保证。机动平台的研制对提高我国疾控机构应对新发突发传染病具有重要意义。

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[1]赵明，张宗兴，牛福，等.微生物检验车的研制[J].医疗卫生装备，2014，35（3）：101-105.

[2]袁秋霞.移动式生物安全实验舱室内人机环境的研究[D].天津：天津大学环境学院，2006.

[3]GB 19489—2008 实验室 生物安全通用要求[S].

[4]GB 50346—2011 生物安全实验室 建筑技术规范[S].

[5]GB/T 6165—2008 高效空气过滤器性能试验标准 效率和阻力[S].

[6]张宗兴，赵明，衣颖，等.生物安全实验室气密性围护结构的空气渗透特性研究[J].暖通空调，2013，43（5）：82-86.

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

[8]谢景欣，王欢，王建锋，等.负压二级生物安全实验室设计关键控制点分析[J].暖通空调，2013，43（5）：38-42.

[9]张宗兴，赵明，衣颖，等.生物安全实验室效率检漏型高效空气过滤装置的研制[J].医疗卫生装备，2013，34（7）：18-20.

[10]张宗兴，李艳菊，祁建城，等.气密性高等级生物安全实验室的负压控制[J].中国安全科学学报，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

国家科技重大专项课题（2012ZX10004801002）；863计划课题（SS2014AA021405）

赵 明（1981—），男，副主任，助理研究员，主要从事移动实验室防护关键技术与装备研究工作，E-mail：zhaom@npec.org.cn。

300161天津，军事医学科学院卫生装备研究所（赵 明，郝丽梅，张宗兴，衣 颖，吴金辉，林 松，祁建城）；300161天津，国家生物防护装备工程技术研究中心（赵 明，郝丽梅，张宗兴，衣 颖，吴金辉，林松，祁建城）

祁建城，E-mail：qijc@npec.org.cn