“雙一流”建設背景下高校生物實驗室安全管理現狀與對策

孫書洪， 李 華， 亓樹艷， 孔 宇， 龍建綱

(西安交通大學 生命科學與技術學院，西安 710049)

0 引 言

隨著一流大學和一流學科建設高校名單的公布，雙一流大學建設的序幕正式拉開。雙一流大學建設過程，提高高校教學水平和科研創新能力是關鍵。高校實驗室是開展實踐教學和科學研究的重要基地，是培養學生動手能力、實驗技能、創新思維能力的必要場所。

近年來，隨著人們對自身健康的重視，對生命世界探索的增多，生命科學呈現出蓬勃發展的態勢。高校也逐漸加強對生物實驗室的建設，生物實驗室數目逐年增加；隨著學科交叉越來越頻繁、實驗室開放程度逐漸增加，生物實驗室的安全隱患日益凸顯。國內生物實驗室的發展也很迅速，但實驗室工作人員的安全意識、高校生物實驗室安全管理制度和管理機構的建設，與西方發達國家相比差距非常明顯[1]。近年我國高校生物實驗室火災、危險化學品爆炸和中毒事件、生物安全事故時有發生，提高高校生物實驗室安全管理水平刻不容緩[2-3]。

1 生物實驗室安全隱患分類

與其他學科的實驗室相比，生物實驗室安全隱患更為復雜和多元化。生物實驗室包含多種危險化學品(易燃易爆化學品、易制毒化學品和劇毒化學品)、致病性微生物、實驗動物、特種設備、玻璃器皿等[4-5]。現根據生命科學與技術學院生物實驗室的實際情況，將生物實驗室的安全隱患分為4類：生物安全、化學品使用安全、實驗設備使用安全和消防安全。

1.1 生物安全

生物安全(Bio-Safety)，是指為了避免危險生物因子造成實驗人員暴露、向實驗室外擴散并導致危害的綜合措施。生物安全實驗室(Bio-Safety Laboratory)，是指通過一級隔離設施和二級隔離設施，達到生物安全要求的生物實驗室。我國根據實驗室所處理對象的危害程度和所采取的防護措施，采用國際通行標準，將實驗室生物安全防護水平分為4個等級，1～4級防護水平依次升高，以BSL-1、BSL-2、BSL-3、BSL-4表示僅從事體外操作的實驗室的生物安全防護水平，以ABSL-1、ABSL-2、ABSL-3、ABSL-4表示從事在體實驗的實驗室的生物安全防護水平。一、二級實驗室為基礎實驗室，三、四級實驗室為高等級生物安全實驗室。我國在《病原微生物實驗室生物安全管理條例》(國務院令第424號)，世界衛生組織(World Health Organization, WHO)在《實驗室生物安全手冊》中對病原微生物危險度進行了等級劃分。我國依據病原微生物的傳染性、感染后對個體或者群體的危害程度，將病原微生物分為4類：第1類、第2類、第3類和第4類，危險度等級依次降低。其中第1類、第2類病原微生物統稱為高致病性病原微生物。WHO將感染性微生物的危險度等級也劃分為4級：1、2、3和4級，危險度水平依次升高。按照我國《人間傳染的病原微生物名錄》的要求，涉及不同危險度等級的病原微生物的實驗活動需要在不同防護水平的生物安全實驗室進行。

高校的生物實驗室多為BSL-1、BSL-2實驗室。即便如此，高校生物實驗室的實驗活動大多涉及多種致病微生物，實驗室常年保存致病微生物菌種，若操作管理不當，即可能造成實驗室人員感染，甚至導致致病微生物外泄，對校園甚至社會造成嚴重的危害。隨著生物實驗室數目增加、實驗人員變多、實驗項目增多、實驗室開放程度的加大和學科交叉的頻繁，實驗室生物安全問題日益凸顯。近年來生物實驗室生物安全事故時有發生[6]，如2011年東北農業大學教學實驗室發生28名師生感染布魯氏菌的事故。因此生物安全問題也逐漸受到政府部門的重視，特別是在2003～2004年，新加坡、我國臺灣和大陸的3個實驗室接連發生SARS病毒感染事故后，我國相關部門頒布了一系列法規條例，以規范我國生物安全實驗室的運行，確保實驗室生物安全[7]。但我國的實驗室生物安全管理水平，與西方發達國家相比還有很大的差距[1, 8]。

1.2 化學品使用安全

生物實驗室化學試劑種類繁多，其中不乏各種危險化學品，如劇毒化學品、易制毒化學品、易燃易爆化學品等[5]。在這些化學品的保存和使用過程中，稍有不慎即可能對實驗人員造成傷害[9]。如易燃易爆化學品很容易造成火災和爆炸，強酸強堿(如濃硫酸和濃鹽酸，均屬于易制毒化學品)操作不當很容易對皮膚造成灼傷。劇毒化學品更是危害巨大，若不嚴格按照規定進行“5雙”管理(即雙把鎖、雙本帳、雙人保管、雙人收發、雙人領用)，造成試劑泄漏或外流，會對實驗室和社會人員的生命安全造成極大的威脅。在使用劇毒化學品時缺乏有效的防護措施，也易對操作者的健康甚至生命造成危害。生物實驗室常見的危險化學試劑包括：濃硫酸、濃鹽酸、三羥甲基氨基甲烷、氯仿、甲醛、疊氮化鈉、多聚甲醛、丙烯酰胺、溴化乙錠等。

1.3 儀器設備使用安全

高校實驗室儀器設備是教學和科學研究正常開展的物質基礎，近年來隨著國家對高等教育經費投入的增加，實驗室儀器設備的種類和數量也逐年增加，各類先進儀器設備被用于生物教學和科學研究中。而其中多種儀器在操作過程中具有危險性，操作不當極易造成安全事故[10-11]。如貝克曼庫爾特Optima系列超速離心機，最高轉速能到達150 000 r/min，離心力超過100 000g，操作稍有不當就可能導致人員傷亡；高壓蒸汽滅菌器，工作狀態時的高溫高壓也極易給操作人員造成傷害。生物實驗室其他危險儀器設備還包括：涉及激光使用的設備(如激光共聚焦顯微鏡和流式細胞儀等)、液氮罐、超低溫冰箱、高壓氣瓶等。

1.4 消防及其他常規安全

生物實驗室除了以上安全隱患外，還存在消防安全等常規安全隱患。火災是高校實驗室事故中發生頻率最高、造成損失最大的安全事故[12]。主要由易燃易爆化學品、電路老化、大功率電器的使用等引起。

實驗室用水安全。主要由暖氣管道破裂、水龍頭老化、停水后再次來水前忘記關水龍頭等引起。造成水資源浪費的同時，更可能導致實驗室眾多貴重儀器設備遭到浸泡而損壞。

實驗室用氣安全。生物實驗室中存在各種氣體鋼瓶：高壓氣體鋼瓶、易燃氣體鋼瓶、助燃氣體鋼瓶、劇毒氣體鋼瓶和惰性氣體鋼瓶等。這些氣體鋼瓶均具有不同的危險特性，如易燃氣體和助燃氣體操作不當容易發生爆炸，劇毒氣體和惰性氣體的泄漏容易造成操作人員中毒或窒息[13]。

2 生物實驗室安全現狀與問題

2.1 生物實驗室安全的認知現狀調查

為了解在校學生對生物實驗室安全的認知現狀，為實驗室安全體系的建設和實驗室安全管理工作的開展提供依據，將100名生物和醫學專業的在校生作為調查對象(其中本科生28名，研究生68名，其他人員4名)，對其進行生物實驗室安全知識問卷調查。問卷的內容包括生物安全、化學品使用安全及消防安全3個方面。對調查結果統計分析發現，知道生物安全概念的學生占79.8%(其中25.3%的學生確切清楚生物安全的概念)。本科生對生物安全概念的知曉率稍低于研究生(71.4%和83.3%)。研究生中確切清楚生物安全概念的人數占到了30.5%，而本科生中只占到10.7%；有29.3%的學生不清楚自己所在實驗室的生物安全防護水平；有30.3%的人不清楚生物安全柜的使用方法；僅19.2%的學生非常清楚生物實驗室常用化學品的危害；31.0%的人從未參加過實驗室安全培訓；而98.0%的人認為有必要開設實驗室安全相關課程或舉辦實驗室安全培訓。根據調查問卷的統計結果，發現生物和醫學專業學生對生物實驗室安全知識的了解程度較低，學生對實驗室安全教育的需求較大。

2.2 生物實驗室安全管理問題分析

生物實驗室安全管理工作中，存在很多問題，主要表現在以下幾個方面。

(1) 生物安全培訓不足。李運書等[14]針對某醫學院學生對實驗室生物安全的認知現狀進行的調查發現，僅8.2%的學生接受過實驗室生物安全培訓，僅32.2%的學生對實驗室生物安全法規具體內容有所了解，實驗室生物安全概念的總體知曉率為58.7%。我院針對生物和醫學專業在校學生的調查也發現，學生對生物實驗室安全相關知識的知曉率較低，學生的安全認知水平和安全意識亟待提高。不僅如此，實驗室教師過度看中科研成果，而對生物實驗室安全工作沒有足夠的重視，更加重了實驗室重科研輕安全的氛圍。實驗室工作人員缺乏安全防護意識和不規范操作是安全事故發生的主要原因，因此開展生物實驗室安全教育是做好實驗室安全工作的關鍵[15]。

(2) 生物安全實驗室建設不規范。我國《生物安全實驗室建筑技術規范》(GB 50346-2011)中明確規定，微生物學、生物醫學、動物實驗、基因重組以及生物制品等使用的新建、改建、擴建的生物安全實驗室的設計、施工和驗收應該嚴格按照規范執行[16]。例如：生物安全實驗室空調凈化系統應采取有效措施避免污染和交叉污染；生物安全實驗室送、排風系統的設計應考慮所用生物安全柜、動物隔離器等設備的使用條件等。

我國高校基礎生物安全實驗室(特別是一些建于老校區的實驗室)不少是在原老舊房屋的基礎上改建擴建的，并未嚴格按照《生物安全實驗室建筑技術規范》建造，導致實驗室空間布局、空調凈化系統、送排風系統都不利于致病性微生物實驗活動的開展，安全隱患突出。

(3) 實驗室人員流動性大，人員安全素養參差不齊。高校實驗室一般分為教學實驗室和科研實驗室，但為了節省空間和提高儀器的利用率，也存在教學科研共用實驗室的情況。因此實驗室需要對研究生教學實驗、本科生教學實驗、研究生科研項目、本科生畢業設計、開放實驗、創新項目等同時開放，實驗室人員流動性大[7]。實驗室人員的實驗操作水平和對實驗室安全知識的了解相差甚大。這些因素也導致實驗室生物安全管理更加困難，安全隱患更易產生。

3 高校生物實驗室安全管理體系的建設與思考

3.1 國外生物實驗室安全管理先進經驗

美國是最早提出生物安全概念的國家，生物實驗室安全管理水平超前，很多經驗值得借鑒學習。①美國高校設有專門負責校園環境健康與安全的部門，統籌管理全校各類環境保護及安全工作，生物實驗室安全作為職業健康和環境保護的重要內容是其工作的重要組成部分；②具有完善的生物安全管理體系。體系中每一個部分的職責非常清晰明確，互相聯系緊密，高效協調運轉。如錫拉丘茲大學的生物安全管理體系包括：生物安全管理委員會、生物安全管理官、系主任、實驗室首席調查員及各實驗室成員5個部分，各自具有不同職責，以保證校園和實驗室生物安全[1]；③校級管理機構設有專職負責生物安全的專業人員，其作為全校生物安全事務的具體負責人和執行者，負責及時更新政府部門對生物安全的規范要求，并隨時對實驗室進行安全評估，有權授予或取消實驗室進行生物安全操作的資格；④具有細致完備的生物安全管理政策。主要包括研究活動的管理政策、病原微生物菌(毒)種管理政策、實驗室人員管理政策等。⑤安全教育培訓制度嚴格、內容全面、形式多樣。

3.2 我校生物學科安全管理體系的建設

建設世界一流大學，實驗室安全建設管理也要與世界一流大學看齊，主動借鑒西方高校的先進管理經驗，盡快使我校生物實驗室安全管理達到世界一流水平。全校上下要更加關注生物實驗室安全工作，形成重視安全的校園氛圍；學校管理層面逐漸設立專門負責校園環境健康與安全的管理的部門和聘請專業的管理人員；逐步完善生物安全管理體系，明確各部分的安全工作職責；根據國家安全法律法規制定可操作性強的生物實驗室安全管理政策；開展多樣和全面的生物實驗室安全教育培訓，制定嚴格的安全培訓制度。

為了達到我校生物實驗室安全建設的目標，結合我校生物實驗室的實際情況，逐步建立生物學科安全管理體系。

(1) 建立實驗室安全考試系統。實驗室與資產管理處為了增強學生的實驗室安全意識，使其具備基本的實驗室安全知識，確保教學科研工作的順利進行，開發了西安交通大學實驗室安全考試系統。根據學校專業的設置，系統擁有6類題庫：醫學生物類、化學類、機械建筑類、電器類、輻射類和通識類安全題庫。各專業學生，必須通過相應類別的實驗室安全考試，獲得成績合格證書，才被準許進入實驗室進行實驗。參加安全考試之前，學生通過學校發放的“西安交通大學實驗室安全教育手冊”進行實驗室安全知識的學習。其內容包括在實驗室工作中可能遇到的主要危害、事故及其規避與排除的方法等。“實驗室安全教育手冊”是實驗室安全的基礎讀物，通過學校實驗室安全考試系統的考試不足以讓學生掌握專業的實驗室安全知識和技能，更專業和系統的安全培訓必不可少。

(2) 開展校級實驗室安全培訓。為了提高在校學生和教師的安全意識，增長安全知識，學校每年邀請校內外專家針對相關學科開展生物安全、化學品使用安全、消防安全和危險廢棄物處理等的專題講座，取得了不錯的效果，逐漸形成重視安全的良好校園氛圍。

(3) 完善的生物實驗室安全制度。要做好生物實驗室安全管理工作，完善的實驗室安全制度必不可少。學校和實驗室制定和完善了生物實驗室安全相關制度，主要包括：“生物實驗室安全事故應急預案”“儀器設備操作規程”“實驗室冰箱安全管理規定”“實驗室氣瓶安全管理規定”“實驗室加熱設備管理規定”“實驗室易制毒化學品管理制度”“西安交通大學危險化學品管理細則”“西安交通大學放射安全和防護管理細則”“西安交通大學實驗動物管理細則”等。

(4) 建立動物實驗中心。動物實驗安全是生物實驗室安全的重要組成部分，生命科學與技術學院于2017年建造了適合無特殊病原體動物(SPF級)飼養和實驗的動物中心。實驗動物中心的建立，極大地降低了由實驗動物咬傷、抓傷、人畜共患病原體感染、動物組織和尸體處理等造成的風險。

(5) 開設生命科學儀器操作與實驗室安全課程。針對在校生物和醫學類學生關于生物實驗室安全的調查問卷結果顯示，實驗室安全培訓迫在眉睫。因此，生命學院生物工程系2016年首先在學院內針對生物學研究生一年級學生開設了生命科學儀器操作與實驗室安全的課程，主要目的是為了幫助學生構建系統的生物實驗室安全知識體系，掌握必要的實驗室安全操作技能。課程中，根據生物實驗室的特點，將實驗室安全的內容分為：生物安全、化學品使用安全、儀器設備使用安全和消防安全4個部分進行講解。課程采用課堂理論教學和現場實際操作教學相結合，由教師首先進行關于實驗室安全理論知識的課堂講解，再進行現場的操作和演練。考核采取筆試和實際操作考試相結合，這極大地避免了學生通過死記硬背應付考試的現象，體現了課程注重增強學生安全意識、提升學生安全防護技能等特點。

(6) 實行“實驗室安全承諾書”制度。正式進入實驗室前，學生必須與實驗室簽訂“西安交通大學生物實驗室安全承諾書”，承諾書必須同時具有導師和學生簽字。學生需承諾在今后的實驗室工作過程中，遵守國家的相關法規，遵守學校和學院制定的實驗室安全制度，如因本人違反國家法規和學校學院的制度而造成的事故，需要承擔事故的責任，導師也需負相應的責任。此舉目的在于防止重科研輕安全實驗室氛圍的出現，促使師生對安全隱患時刻保持高度警惕，杜絕一切實驗室安全事故的發生。

(7) 建立學生實驗室安全檔案。實驗室給每一個學生建立個人實驗室安全檔案，如學生因未按要求操作導致安全事故發生，或者操作具有明顯的安全隱患，則計入安全檔案，檔案在該生獎學金評定和優秀畢業論文評定過程中作為參考。此舉將實驗室安全與學生切身利益掛鉤，將極大地提高學生在思想上對實驗室安全的重視程度，利于安全隱患的消除。

(8) 建立實驗室安全管理系統。隨著人工智能和大數據時代的來臨，各項先進技術迅速發展，為各行各業帶來更大便利。現代信息技術的應用也將為實驗室安全管理工作提供幫助。①2014年我校建立了危險化學品管理信息系統。所有化學品采購進行入庫登記，使用過程中進行出庫記錄，定期進行盤庫整理。對化學品進行信息化監控和管理，較好地保證了化學品在實驗室各個環節的安全；②實驗室監控和報警系統。實時監控實驗室危險實驗活動、危險廢棄物處理、危險化學品儲存和使用；③籌備建立虛擬仿真生物安全實驗室。虛擬仿真生物安全實驗室能夠非常真實模擬實驗室危險發生時的場景，讓學生身臨其境，學會各種安全問題的應對。

4 實施成效

通過對生物實驗室安全體系的建設，成效已初步顯現。生物實驗室學生對實驗室安全各方面的認知水平都有明顯提升，安全意識有很大增強，安全實驗操作和安全防護能力有很大提高。生命科學儀器操作與實驗室安全課程開設2年，生物實驗室的研究生，整體對生物安全概念的知曉率從65.0%升高到83.3%，對危險化學品、易制毒化學品、劇毒化學品的分類和概念的了解率從56.3%提升到74.0%，熟悉使用滅火器的學生，從62.5%升高到84.0%。

5 結 語

生物實驗室安全管理是一項長期和持續的工作，需要在實踐中不斷總結、探索和改進。我校生命學院生物實驗室在不斷的探索中，總結出了一套較為完善的生物實驗室安全體系，經過一段時間的運行，取得了一定的成果。

在這樣一個現代信息技術迅猛發展的時代，運用數據庫對生物實驗室各類安全數據進行管理是大勢所趨，信息化建設能大大地提高生物實驗室安全管理的效率，最大可能地減少實驗室安全隱患的出現，將安全事故扼殺在搖籃之中。