美国大学实验室安全管理对我国建设安全“双一流”实验室的启示——以密西根大学安娜堡分校为例

鹿现永

（北京航空航天大学 化学学院，北京 100191）

习近平总书记在十九大报告中指出，中国要加快一流大学和一流学科的建设。2019 年中共中央和国务院颁布的《中国教育现代化2035》指出，完善教育质量标准体系，制定覆盖全学段、体现世界先进水平、符合不同层次类型教育特点的教育质量标准。实验室承担着高校人才培养和基础科学研究的双重作用，其建设管理水平与高校的教学、科研的综合实力密切相关[1]。世界一流的大学和一流的学科及世界一流水平的教育质量标准建设与一流的实验室安全管理紧密关联。为了确保实验室在教学、科研等方面的正常运行，必须重视实验室安全。近年来，高校实验室安全事故时有发生，造成比较严重的人员伤亡和国家财产损失。由于实验室的特殊属性，必然存在诸如辐射、高温、高压、易燃、易爆等危险因素，容易引发实验安全事故。因此实验室安全管理是高校“双一流”建设的关键[2]。一流的实验室安全管理制度、管理理念和专业管理人员是我国建设安全一流的高校实验室的重点建设内容。本文以美国密西根大学安娜堡分校为例，通过分析美国高校对实验室管理的顶层设计、管理层级制度、化学危险、生物危险、物理危险等管理的分析，为我国的安全“双一流”实验室的建设提供借鉴。

1 美国大学实验室安全管理的顶层设计

美国是世界高等教育水平最发达的国家，这与一流的研究生教育和一流的实验室管理密切相关。美国高校实验室管理制度主要基于美国劳工部的职业安全与健康管理局发布的《实验室安全指南》（以下简称《指南》）[3]。《指南》首先确定了职业安全健康的具体标准：实验室危险化学品职业暴露标准、实验室危险信息交流标准、血源性病原体标准、个人防护设备标准、有害能源控制标准等；其次对于实验室安全隐患处置的分级管理制度进行最低标准规定；此外，《指南》对化学危害、生物危害、物理危害和其他危害等主要安全问题进行了详细规定。《指南》还确定了高压灭菌 器、消毒器、离心机、压缩气体、冷冻液、电、火、工作作业标识、高空坠物或滑倒损伤等一系列安全隐患及对应控制的美国国家标准。美国高校根据各自的具体情况，对实验室的管理制度进行细化。笔者着重介绍美国高校实验室管理部门、首席研究员、实验室工作人员三级管理体系及其具体运行策略，并结合我国实验室安全管理现状，探讨目前实验室安全管理问题，对我国建设一流安全实验室提出相应对策。

2 美国大学实验室安全的层级管理

2.1 实验室安全管理部门

环境安全与健康处（Environment，Safety and Health，ESH）是美国高校实验室安全的管理部门。美国公立大学密西根大学安娜堡分校的 ESH 部门有执行董事、商业运行、环境保护与许可、消防安全服务、危险品管理、辐射安全管理、研究与运行安全、生物安全、研究健康与安全等10 个部门，共有近百名职员[4]。ESH 工作目的是为学校职员、固定职员、学生和访问学者制定具有良好操作性的安全和健康的规章制度，为教学科研提供一个健康安全工作环境。凡是有储存和使用化学品、生物品、放射材料、研究型动物和设备应用于教学、研究、观察和测量为目的的房间或空间均属于ESH 管辖的实验室区域。ESH 负责制定和修订化学安全健康手册，并负责评估和评价当年度安全手册使用的有效性。此外，ESH 部门对于化学药品的购买、使用、储存和处理进行闭环式管理。ESH 部门帮助首席研究员对于实验室存在潜在的安全隐患评估、个人防护设施安装使用等问题提供培训。同时ESH 部门检查实验室安全记录，对于出现的安全隐患问题提醒实验人员，并提供科学合理的建议。ESH 在实验室建设前对通风橱、生物实验柜、新风系统设点等提供科学指导，对建设后实验室上述装置的运行、维护等提供建议。ESH 部门还负责实验室安全培训课程的开设与考核，并承担化学及物理有害废弃物的处理、化学物质泄漏无害化处理等责任。ESH 部门相当于中国高校的实验室建设与管理处，其职责高于我国高校的对应部门。

2.2 首席研究员/实验室负责人的责任

首席研究员（principal investigators，PIs）和实验室负责人（lab directors，LDs）要确保每一位工作人员安全健康的工作环境。PIs/LDs 要熟识实验室存在的各种安全隐患与相对应的处理策略，负责撰写实验室化学药品和实验仪器操作的标准操作程序（standard operating procedures，SOP），确保每位实验人员接受安全培训和考核，提供必备的个人防护产品，张贴具有安全标识和宣传画，建立实验室安全文化，负责实验室常规的安全检查，批准实验人员进行高危、极端条件下化学药品的使用，及时向ESH 部门汇报实验室化学药品遗洒及处理情况和实验室安全问题引起的人员伤亡，还要负责对实验室外来人员的安全告知等工作。总之，PIs/LDs 要对所管理的科研实验室、教学实验室负直接责任。

2.3 实验室所有工作人员的责任与义务

实验室的所有工作人员（职员、志愿者、学生、访问学者等）均须遵守实验室规章制度，主动接受ESH 部门的安全培训，确保自己工作区域的安全。实验前要熟知实验材料的安全隐患，对实验材料存在的安全隐患做科学合理的个人防护，对高危、极端环境下化学药品的使用需要经过 PIs/LDs 的同意，对实验室存在的安全隐患要及时向 PIs/LDs 汇报等。此外，实验工作人员也有配合 PIs/LDs 进行日常实验室安全检查的责任。实验室所有工作人员和 PIs/LDs 一起确保安全健康的实验室工作环境。

3 密西根大学安娜堡分校实验室安全操作流程

密西根大学安娜堡分校实验室管理有指导性的手册供实验人员参考，主要有《化学健康手册》（Chemical Hygiene Plan，CHP）[5]、《生物安全手册》（Biosafety Manual，BM）[6]和《血液病原体暴露控制手册》（Bloodborne Pathogens Exposure Control Plan，BPECP）[7]。下面笔者结合上述三种手册的相关要求，介绍密西根大学安娜堡分校实验室安全操作的整体流程。

3.1 密西根大学安娜堡分校实验室的安全隐患及控制

实验安全隐患包括化学、生物、设备与辐射等。化学试剂的使用和储存过程均可以产生对人身健康产生伤害。腐蚀性试剂、氧化剂、过氧化物、易爆物、超冷液体、压缩气体、引发剂、辐射材料、生物试剂、有毒气体、实验动物、超导磁体等均是引起的安全隐患的重要因素。对化学试剂的储存，ESH 规定使用者必须标注试剂开始使用日期。另外，对一般化学试剂的使用，使用者须严格遵守SOP 流程，对产生的隐患要有提前预防。对高腐蚀性液体如王水、氢氟酸等，实验人员须经过PIs/LDs 同意并经过ESH 相关的培训方可使用。此外对于化学试剂、生物试剂在实验室的存放，须按照性质不同进行分类存放，而且须随时更新台账以便查询。ESH 要求高压气瓶的储放需要直立放置，并且挂有使用状态标牌，气瓶储藏室要有ESH相对应的部门连接气体传感报警器。对高毒性、可燃性气体如 CO、氢气、氯气、氟气等的购买和使用也须经过ESH 相关部门的批准和隐患监控。对血液病原体（艾滋病病毒 HBV 等）和其他生物隐患的控制，要求实验人员按照学校《生物安全手册》和《血液病原体手册》进行操作。

3.2 密西根大学安娜堡分校实验室人员的安全防护要求

ESH 要求实验室内所有的有害物质都必须控制在可暴露的标准之下。对血源体相关的有害物质，必须在排放前进行无害处理，以免造成二次污染。ESH 要求对实验人员根据有害物质的特性和身体吸收有害物质的途径进行针对性的防护，使其尽可能减少各种隐患对于人体的损害。工程控制、管理控制和个人防护设备是减少有害物质隐患的三种控制途径。其中通风橱、手套箱、局部排风通风系统是最基本的工程控制方式。实验室内的生物实验区域还须配置不同级别的生物安全柜。管理控制主要包括标准操作手册、安全培训设计、实验室安全政策、隐患处置手册等。通过这些管理制度落实，实验人员可以做到如何避免或减少安全隐患，也可以做到遇到安全问题处置可以有章可循。工程控制和管理控制无法确保实验人员避免暴露在有害物质的环境中，这就要求实验人员必须采用有效的个人防护装置和实验着装。眼睛、脸部、头部、手部、皮肤、呼吸系统和听力系统均是实验人员重点保护的部位。该校ESH 部门要求实验人员要根据不同的安全隐患进行有目的性的人体部位防护。如在生物材料、粉末氛围、易燃液体等条件下，ESH 要求实验人员分别穿着棉花/聚酯复合纺丝材料、纯棉和防火材质的实验服、不同材质的手套、不同功能的防毒面罩、不同类型的护目镜进行针对性的防护。总之，实验室安全防护不但要有工程控制的硬件支撑，而且要有安全制度和操作流程的软件保障。

3.3 密西根大学安娜堡分校实验室基本安全规范

实验人员操作化学、放射和生物材料时候，必须遵守实验室安全基本规范。该校ESH 要求食物饮料的制备、储存和使用必须与实验区域严格分开。实验室的玻璃仪器、冰箱、自来水和去离子水均不能用于食物制备和储存。实验人员严禁品尝化学药品，实验结束后用肥皂将手洗净并用水冲洗干净后方可离开实验区域。ESH 要求化学实验人员严格执行美国化学会要求“严禁独自一人在实验室内工作”以降低在实验过程的发生安全隐患的概率[8]。此外，该校要求严禁实验人员进行未经PIs/LDs 或ESH 批准的物理、化学与生物实验。此外在实验过程中，实验人员不但要求利用PPE 保护自身重点部位，而且要熟知实验区域的洗眼器、淋浴装置、灭火器、灭火毯、火警报警装置等安全设置。实验人员也有义务将一切安全实验隐患汇报给PIs/LDs 或ESH 相关部门。正确处理化学和生物废弃物将在下面实验室废弃物管理详细介绍。对于实验参观者，PIs/LDs 有义务告知实验室相关规定并提供相关的个人防护装置后方可进入实验区域，并派专门人员陪同，而且要告知参观者存在的安全隐患。对于无须照料的化学反应，实验人员首先要得到PIs/LDs同意，而且要标注实验者姓名和联系电话、化学试剂、反应时间段及相关用电、用水和用气提示，以避免安全问题的发生。实验室包含各种电动设备，包括搅拌器、振荡器、泵、加热板、加热器、烘箱和电泳设备等。在实验室环境中使用的这些及所有电气设备可能会因电击，因安装或维护不当而引起的火灾。实验人员可以通过遵循一些基本准则来保护自己免受电危害。该准则包括保持对实验室设备状况的认识，正确使用实验室设备和安全的工作流程。

3.4 密西根大学安娜堡分校实验室标准操作程序

密西根大学安娜堡分校ESH 部门要求PIs/LDs 负责实验室试剂的管理和SOP 的撰写与修订。SOP 范围包括众多特定的化学物质、化学物质的分类、物理（放射）隐患和实验室设备等。SOP 也提供了对于实验室安全隐患的评估和处理。对于常规的实验室设备操作流程、健康安全隐患和物理安全隐患，实验人员在学校ESH 官网相关栏进行查询[4]。SOP 对实验人员在化学实验过程中遇到的众多问题进行引导思考，以便帮助实验人员掌握在实验隐患发生时采取有效的处置方式。此外，SOP 也列出了管制药品目录和使用批准流程，同时对于高毒和辐射性的试剂的使用的流程也进行了详细的规定。此外ESH 也有试剂的购买、运输、标识、储存、使用和废弃物实施闭环式管理的标准操作程序。ESH 和PIs/LDs 共同参与上述过程的监管，并且将监管过程产生的文件列入实验室管理文档。总之，SOP 为实验人员和管理者提供了实验室安全运行的强有力的保障。

3.5 密西根大学安娜堡分校实验室废弃物管理

密西根大学安娜堡分校实验室废弃物的处理由ESH 专门部门负责。实验室废弃物主要包括化学废弃物、生物有害废弃物、电池废弃物、低辐射材料废弃物等。PIs/LDs 任命的实验室废弃物处理管理员负责订购有害废弃物的器皿和标签，同时指导实验工作人员按照水溶液、油溶液、酸、碱、剧毒物质、易爆废弃物、化学污染玻璃、汞、针头、刀片、生物废弃物等种类进行分类包装，而且每个废弃物的器皿须标注具体成分、废液器皿使用时间、制造废弃物的实验者姓名、联系电话等重要信息。废弃物管理员每周组织实验室工作人员进行废弃物的包装和密封，然后通知ESH 废弃物部门进行收集。ESH 专业部门按照标签标注的废弃物成分，自己或委托专业公司进行废弃物的无害化处理。ESH 部门也经常性地深入实验室对废弃物的分类进行专门的技术指导，负责化学试剂遗撒的清除等常规业务。在此要特别指出的是，处理实验室所有废弃物的费用不是由 PIs/LDs 管理的实验室承担，而是由学校预算经费全额支出。

3.6 密西根大学安娜堡分校实验室安全的培训

密西根大学安娜堡分校具有完善的实验室安全教育体系。实验人员和学生在进入实验室工作区域前，均须接受严格的实验室安全培训和考核。只有考核合格人员方可进入实验室进行科研和教学。ESH 部门负责实验室安全培训，以密西根大学安娜堡分校ESH 为例，其在线培训内容包括常规实验室安全、生物安全、辐射激光安全、生物和化学试剂运输、病原体实验室安全、用电安全等课程。这些在线课程涵盖了实验室安全的众多方面。在线课程的内容以文字、图片、视频等方式展现了各种实验室安全隐患和处置方法，也展示了美国其他高校出现的安全事故和分析，涉及化学试剂的购买和试剂废弃物处置，也同时对于特殊实验条件比如生物病原体实验室、激光实验室、X 射线实验室等给予专门培训。培训结束后，实验人员通过在线考试得到合格证，此时才具备进入实验室的资格。ESH 部门对 PIs/LDs 在实验室安全方面进行专门培训，其中包括实验室的建设与改造指导，实验室运行、应急、化学试剂目录等，也包括实验室化学试剂闭环管理、设备管理、废弃物管理、生物病原体管理、放射物的闭环管理、管制药品的管理等。此外，ESH 部门对 PIs/LDs 在实验室安全检查和安全定级方面进行针对性培训。

4 密西根大学安娜堡分校实验室安全管理对我国高校建设安全一流实验室的启示

4.1 健全我国实验室安全管理体制

我国高校实验室管理体制为学校、二级单位、实验室组成的三级联动的实验室安全管理责任体系[9]。笔者调研了十几所中国重点高校的实验室安全负责部门，大部分高校的实验室建设与管理处负责学校层面的管理，甚至有些高校的实验室安全管理工作隶属保卫处下面的一个科室。目前，这些管理部门存在人员少（一般少于5 人）、管理人员专业性不强、学校对实验室安全管理经费投入少等问题[10]。这样会造成非专业人员管理专业的实验安全工作。当全国某所高校发生安全事故时，学校层面虽然也高度重视实验室安全的巡查和整改，但是不能从专业角度指导实验室的课题组长、实验室主任发现问题和整改安全隐患。在这一方面，我们可以借鉴美国密西根大学安娜堡分校实验室安全管理经验，增加实验室安全专业管理人员，让专业的人管理专业的事。高校也要为实验安全人员提供良好的晋升通道，让其具有与教研系列教师同样的职称和薪资上升的渠道，鼓励更多的专业人员乐于从事实验室安全工作。相比美国重点大学每年投入几千万美元的实验室安全运行经费，我国高校对于实验室安全的投入也应加大。我国大学实验室课题组组长往往重视科研成果的产出，轻视科研过程中存在的安全隐患，并且缺少对学生在实验过程发生安全问题的及时处置的指导。高校也要确保必要的安全防范设施和装备齐全有效，配齐配强实验室安全队伍，并切实保证实验室安全经费投入，确保安全责任逐级落实到岗位、落实到人头、贯穿全部环节。

4.2 加强我国高校实验室的安全教育与培训

近年来，我国高校开始重视安全教育，实施实验室准入制度。清华大学、北京大学、中国科技大学等国内重点高校也对实验室安全教育列入本科生必修课。中国科技大学、东北大学等高校也开展了国家级虚拟仿真课程对实验室安全教育进行信息化的建设[11]。但是许多高校的安全教育仅局限于安全讲座，向下属单位下发上级主管部门有关实验室安全的文件、规章制度等。这些被动式的安全教育虽然对实验室安全运行起到一定的提示作用，但是很难从根本上提高实验人员和学生的安全意识。因此，笔者建议我国高校实验室安全教育要从各专业的培养计划入手列入必修课程，而且需要在学生刚入学时就开设此类安全教育课程。实验室安全准入证书仅是教师和学生进入实验室工作区域最基本的要求。对化学类、材料类、生物类、物理类等相关专业的学生，须进行深入、专业性的实验室安全方面的培训和考核，考核合格后颁发准入实验室证书[12]。准入证书要有有效期，这就需要教师和学生每学年进行最新的实验室安全培训才能获得新的准入许可。此外，高校要通过慕课、微信公众号、虚拟仿真实验平台、大数据云平台等信息化手段通过案例式教学、规范性培训，提高安全教育的针对性和实效性，按照“全员、全程、全面”的要求，不断强化教师和学生的安全意识，建设实验室安全文化。

4.3 建立实验室安全运行长效机制

安全“双一流”实验室建设的关键在于建立实验室安全长效运行机制。教育部科技司于2019 年颁发了《关于开展 2019 年度高校科研实验室自查自纠工作的通知》（教技司〔2019〕136 号）。通知中的实验室安全检查项目表包括：组织体系、规章制度、安全教育、实验场所、化学安全、生物安全、机电安全等12大类，目前已成为我国高校实验室安全长期运行的管理标准和安全检查依据。我国高校实验室安全检查应借鉴美国高校经验从基层实验室主任、研究生导师为主的实验室常规检查到校级管理部门的专业现场巡查，形成有效的安全检查体系，此外，要加强安全技术专家组专项检查。

对危化品、病原微生物、辐射源等，须建立采购、运输、存储、使用、处置等全周期管理，避免通过消极封存或控制购买来控制安全隐患，这将影响正常的实验教学和科学研究工作。实验室废弃物的处理要科学分类，并交由专业公司进行无害化处理。实验室在开展新增实验项目前必须进行风险评估，明确安全隐患和应对措施。在新建、改建、扩建实验室时，应当把安全风险评估作为建设立项的必要条件。教育部即将编制《高校实验室安全管理操作手册》，为高校日常安全管理、自查自纠、实验室现场安全检查等提供规范、专业且细化的指导[13]。此外，实验教材也需要进行优化设计。以美国大学的化学实验教材为例，对每个化学实验均标明实验安全注意事项，提示每一位实验教师和学生在实验过程中存在的主要化学品、玻璃器皿、设备、用电等的安全隐患[14]，这也是我国实验教材编写或再版修订时可借鉴的内容。总之，实验室安全运行长效机制的建立，是建设安全“双一流”实验室的关键内容。

5 我国高校建设安全“双一流”实验室的展望

我国高校“双一流”建设的开展，必然会促进安全“双一流”实验室的管理体系建设。安全“双一流”实验室管理的现代化也必将随着中国教育现代化的目标而实现。每位教师和学生都应意识到实验室安全的重要性，每位实验工作人员和管理者都应更好地意识到安全的责任。科学的实验室安全管理制度、完善的实验室安全教育、有效的安全防范设施和装备、强有力的专业实验室安全队伍、充足的实验安全经费投入等是实验室安全建设的基础，也是建设安全“双一流”实验室的必要条件。世界一流大学和一流学科建设有利于提升我国高等教育综合实力和国际竞争力，也必然促进安全“双一流”实验室的建设与发展。