應用型本科院校生物實驗室發展性問題及應對措施研究

周明輝,張 雁,魯紅俠,朱小茜,耿 明

(合肥師范學院 生物與食品工程學院,安徽 合肥 230061)

我國高校經過二十余年的快速發展,辦學規模與水平得到了明顯的提升,同時也遇到了一些難點,諸如高校軟硬件滯后、招生質量下降、專業建設同質化嚴重、社會應用性不強、就業困難等[1]。為了應對高等教育發展中的一系列問題,國家改變高等教育的發展思路,大力發展應用型本科院校,突出基礎、特色、應用、技術,服務省域產業發展,為地方經濟發展提供人才保障,構建高等學校應用型人才培養體系[2]。

應用型本科院校因開展本科教育時間短、教學科研積淀不夠以及政府與社會支持不足,發展緩慢[3]。但隨著高等教育發展模式的轉變,這類院校迎來了發展契機。學校中的生物實驗室作為實驗教學、科研活動、試劑使用貯存、設備使用安放的集中場所,也得到大力扶持,迅速成長,但也存在隨著學校的發展,基礎較為薄弱和發展不協調的問題,因此應理清應用型本科院校生物實驗室發展中存在的問題,探索相應的應對措施,保障其安全有效的運行。

1 生物實驗室試劑耗材流通環節的問題及應對

1.1 生物實驗室試劑耗材流通環節的問題

生物實驗室的試劑耗材含有各種易燃易爆、有毒有害品[4],這些物品在購買、貯存、使用及實驗殘留物的處理等環節都會面臨嚴峻的挑戰。

1.1.1 采購試劑的質量與數量

生物試劑的采購一般由學校統一招標,采購標準是在同一參數下價低者中標,且對供貨商缺乏有效的評價制度,易導致試劑質量參差不齊、實驗結果不佳,甚至引起實驗失敗。采購試劑的種類與數量由授課教師提供,經院系審核,學校一次性統一招標,因此,教師往往以就高原則上報的試劑數量,易采購過量,導致試劑耗材積壓時間過長而無法使用,造成大量浪費。積壓的有毒、有害、強腐蝕試劑還需要專門地點存放以及專業人員管理,占用大量的人力物力資源。

1.1.2 試劑的貯存

生物實驗室貯存的試劑主要有三種類型:一是未啟用試劑,試劑密封性能好,安全性高,但貯存日期不宜過長,易逐漸揮發與變質;二是開封未使用完的試劑,該種試劑的密封性能降低,易氧化,安全性與保質期均下降;三是過期試劑,該種試劑有效性、穩定性減弱,不能隨意處置,還占用貯存資源。因此,不同性質、不同來源的試劑需用不同的方法貯存,才能保證試劑的安全有效。而應用型本科院校實驗室的原始設計無法滿足種類如此龐雜的試劑貯存條件,存在安全隱患。

1.1.3 試劑耗材的配發使用

生物實驗試劑耗材的使用主要在實驗教學、畢業論文、教師科研三方面,但在實際配發中,三者界限模糊不清,科研試劑耗材往往混雜在實驗教學與畢業論文中支出,影響試劑耗材的使用效率。實驗教學中有的試劑用量較少,但在實驗中都以整瓶為單位進行使用,剩余部分過期,既造成浪費,也增加試劑無害化處理的難度。

1.1.4 實驗廢棄物的處理

實驗教學、畢業論文以及科研實驗中都會有藥品的過期過量、實驗中間物的生成,有些生成物質有劇毒,會致畸和致癌,處理難度高。目前,擁有實驗室污染物處理設施的高校較少,少數實驗室沒有任何污染控制措施,對環境的影響較大。而生物實驗室更具有特殊性,一些生物檢材、動物尸體以及微生物等廢棄物會引起疾病的傳播。應用型本科院校尚無實力建立相應的處理系統,控制上述環境污染問題。

1.2 生物實驗室試劑耗材流通環節問題的應對

針對以上問題,在應用型本科院校中建立一套高效、節約、合理、環保的實驗用品購買使用管理辦法勢在必行。

1.2.1 制定合理的試劑耗材購買機制

生物實驗用品包括常規實驗耗材和生化類試劑:常規實驗耗材具有通用性、長期性,用量大且易于保存,可以增加訂購量,避免該類耗材的短缺;而具有特異性與時效性的生化類試劑,需要實行嚴格的量化購買制度,遵循“用多少、買多少、先進先用”原則。授課與論文指導教師在保證實驗正常開展的前提下,嚴格制定購買的種類與數量,由相關實驗室人員進行審核,并盤點庫存,最終制定藥品的購買明細,上報學校采購部門,招標選取資質較優的供貨商供貨。每一年度由使用人員對供貨商產品進行評價,評核優秀的才能列為下一年度的供貨商。科研耗材采購要遵守學校制定的采購制度,實驗員要仔細審核教師提供的實驗教學試劑耗材采購清單,堅決制止將個人科研耗材混于教學材料中進行集中采購的行為,避免占用學校的教學資金。學期末,盤點實驗室現存試劑藥品的種類、數量與保質期,并進行公示,督促教師使用現有的試劑耗材,以充分利用資源,減少浪費,降低藥品貯存的安全隱患與成本。

1.2.2 安全有效的試劑藥品貯存

實驗試劑的貯存要實行分類原則,貯存場所也需配備必要的安全設施,如排風系統、滅火設備等,實驗管理人員要熟練使用相關設備。根據試劑藥品的物化性質,科學設計貯存場所與藥品柜,一些危險品應辟出獨立的、有眾多隔間且互不流通的場所進行存放,每個獨立的空間應具有通風設備。藥品柜從上至下依次存放易燃品、易爆品、堿性腐蝕品、酸性腐蝕品、氧化劑以及其他特殊試劑,一般試劑遵循固上液下的原則,防止液體從高層墜落后破碎溢出。進庫貯存的藥品應建立詳細的檔案,包含品種、CAS號、數量、用途、安全技術說明書、臺賬等信息。貯存的試劑藥品應具備完整的標簽,破損腐蝕的標簽應及時補充完善。

1.2.3 嚴格的試劑耗材領用與回收制度

實驗室管理人員需要制定嚴格的試劑耗材領取、使用和回收制度,并監督實驗人員切實執行。安排專人管理試劑耗材的發放回收,嚴格實行登記制。領用人必須是相關教師,并登記領用試劑耗材種類數量、庫存量、使用與歸還時間等相關信息,領用后的試劑耗材也需按其性質分類存放,專人管理,并標記領用人姓名、試劑名稱和開啟時間等信息。一些危化品應嚴格按照其理化特性進行存放,并配備鎖扣,使用人要進行相關的培訓,嚴禁學生私下相互拆借。根據登記的相關信息,實驗管理人員定期核查使用期限,調查相關試劑使用情況,使用到期的試劑耗材應進行回收,并集中貯存管理,在保質期內可循環使用。

1.2.4 科學環保地處理實驗室廢棄物

生物實驗室廢棄物包括實驗的殘余原材料、反應的中間產物、過期失效的試劑。依據原材料自身特點,進行相應的規范處理:微生物實驗的各種培養物、培養基以及玻璃器皿等,需高壓高溫滅菌后再進行下一步的處理;動物檢材需進行無害化處理,如交給專業部門進行焚毀和深埋;實驗中的產物與過期失效的藥品應根據其物化性質集中到廢液缸,有環境污染的廢液要進行中和、稀釋、化反處理,以達到排放標準;處理難度大、實驗室自身無法處理的廢棄物應集中貯存于條件合適的容器,定期經專業機構進行無害化處理,禁止傾倒進下水道,以防廢棄物通過滲透作用污染自然水體,引起嚴重的環境污染。

除了制定相應的規章制度與設施設備,還需建立一支理論知識扎實、實踐經驗豐富的實驗技術隊伍,并進行分級培訓,以便更好地處理各種廢棄物[5]。

2 生物實驗資源的相對匱乏及應對

2.1 生物實驗資源的不足

2.1.1 科研與教學相互競爭實驗資源

在應用型本科院校中,教學一直占主導地位,對科研重視不夠,生物實驗室最初的設計目的也是滿足實驗教學。但是隨著高校管理與政策導向的轉變以及高校內在發展的要求,科研扮演的角色也愈發重要,而科研對于場地條件、試劑耗材、設備儀器的要求更高,勢必與實驗教學發生沖突,導致實驗資源的緊張。

2.1.2 學生畢業論文與開放性實驗的限制

應用型本科院校一般辦學時間不長,很多由專科院校、成人教育院校改制而成,之前并無畢業論文的相關要求。當升格為本科教育后,畢業論文成為一項必需的任務,再加上招生規模的大幅增長,導致對實驗場所、實驗設備、試劑耗材的需求激增,造成實驗資源的緊缺。此外,實驗室還承擔了其它開放性實驗任務,如大學生創新創業項目、相關的生物競賽、與中學合作的生物實驗等,加劇了實驗資源的緊張。

2.1.3 引進人才對實驗資源的需求

目前,同類型的高校在師資、生源上存在著較大競爭,學校為了快速提升科研教學水平,大力引進一批博士及博士后,他們科研能力與積極性較高,對實驗資源的需求較大,造成了資源的分配緊張,資源不充足也限制了他們科研能力的充分發揮。

2.2 生物實驗資源不足的應對

2.2.1 多途徑補充實驗資源

高校應重點尋求政府財政上的支持,擴建現有實驗室的規模,增加實驗設備,最終使科研與教學場地相互獨立;同時,加強校企合作,優勢互補,以獲取在實驗資源上的協助;深挖現有實驗資源,對實驗室進行改造,科學設置,合理布局,釋放閑置空間。

2.2.2 優化實驗資源分配

在實驗資源的分配上,要傾向科研任務較重的教師,重視團隊建設,提高實驗產出,同時設定科研量化指標,促進合理競爭與良性循環;將研究領域相近的教師安排在同一場所,提高試劑耗材、設備的利用率。

2.2.3 錯峰利用實驗室

合理利用實驗室的空閑時間。在新生進校時就設立導師制,由教師指導多名學生從低年級開始相關的科學研究,將研究方向、學習興趣、競賽以及畢業論文結合起來,利用空余時間參與指導教師的課題組,進行數據的積累。學生既可以參加相關的學科競賽,也可以鍛煉實驗技能,大四時即可以完成畢業論文的實驗任務。這樣,可以分時分地利用實驗資源,避免畢業論文實驗集中進行,造成實驗資源的相對緊張。

3 實驗設備安全管理的欠缺及應對

3.1 實驗設備安全管理欠缺

為了達到高等教育辦學的必要條件,在中央與地方財政的支持下,近幾年內,應用型高校生物實驗室實驗儀器設備大幅增加。實驗設備的增加,一方面豐富了實驗教學的手段,提升了科研水平,但另一方面也增加了實驗設備使用與安全管理的難度[6]。

3.1.1 實驗設備的分配管理

對于操作簡易、結構簡單、價格低廉、易損率小以及維修成本低的小型儀器,可以分配到相關實驗室由實驗技術人員管理。但一些價格昂貴的大型設備,如流式細胞儀、HPLC、GC-MS、電子透射顯微鏡、原子吸收光譜、微生物發酵罐等,由于其結構復雜、操作煩瑣、價格昂貴、存放要求苛刻以及維修成本較高等特點,需要更為細致的管理才能保證其正常運行。

3.1.2 實驗設備的安全使用

有些實驗設備的操作存在著較高的危險系數,如高壓反應釜、大型高溫高壓滅菌器、GC-MS、原子吸收光譜、好氧發酵罐等,需用高溫高壓蒸汽、He、H2、C2H2、O2等易燃易爆的高壓氣體,使用不當就有可能引發灼傷、火災、爆炸、中毒、觸電、污染等各種災難性事故。實驗室事故不僅會造成財產損失,影響實驗室的正常運行,甚至有可能造成多年的研究成果毀于一旦、研究人員傷亡等無法挽回的損失。

3.1.3 大型實驗設備利用率低

在起始實驗設備的采購中,由于缺少完備系統性的評估,購置了一些價格昂貴而利用率較低的大型設備,如電子透射顯微鏡需要特殊的環境及專人管理操作,后期維護保養成本也較高,增加了使用成本,造成資源的浪費。由于購置了大量昂貴的大型儀器,導致一些利用率較高的基礎實驗設備相對緊缺,如高壓滅菌器、恒溫振蕩器、培養箱等,使一些基礎實驗難以開展,教學科研效率低。

3.1.4 實驗設備的維修、保養、報廢

實驗設備有一定的使用期限,操作不當會加速設備的老化與故障,特別是一些大型精密儀器,后期維護保養成本較高,如果沒有充分的后續保障,很多大型設備將淪為擺設;此外,設備的維修條件與報廢缺少相應的標準,有的儀器維修成本較高,導致壞而不修,也不報廢,長期擱置,占用實驗場所。因此,實驗設備的購買、使用、維修保養、報廢等環節都要有完備的論證體系與后續保障。

3.2 實驗設備安全管理欠缺的應對

3.2.1 嚴格評估需購買的實驗設備

對于需要購置的實驗設備要進行充分的調查論證,從教學科研的必要性、資金來源、管理人員配備、設備利用率、后期維修保養等方面進行嚴謹的科學評估,要專門設立大型儀器維修保養的資金池,以充分保障大型儀器設備正常運行,避免陷入買得起而用不起的境地。

3.2.2 專人管理大型實驗設備

對已購置的大型儀器,實行專人負責制,對負責人員進行嚴格的培訓,使其熟練掌握大型儀器設備的日常維護、操作規程與應急處理,確保儀器設備正常運行,更好地發揮大型儀器的科研教學平臺作用。對于使用大型儀器設備的人員要實行嚴格登記制度,包括使用時間、使用狀態等,并且記錄涉及該儀器的科研成果,形成大型儀器使用成果的支撐材料。此外,院系以及實驗資產主管部門要定期檢查大型設備的使用及維護狀態,結合設備的維護成本、產出比以及使用人員反饋等,對大型實驗設備負責人進行考核,實行獎懲制度,以此促進大型設備的健康運行。

3.2.3 全面考核實驗設備的使用情況

對使用大型儀器的教師與學生進行全面培訓和考核,只有參加培訓且考核通過的人員才能獨立操作相關儀器,杜絕損壞儀器與實驗事故的發生。學校相關職能部門要不定期進行安全巡查,遇到問題及時督促整改,并且進行突發事故應急處理的演練,增加預防事故、處理事故的能力,將安全隱患扼殺在萌芽中。對于超期服務且故障頻發的設備,需從儀器的時代性、安全性、維修性價比、能耗等方面制定報廢細則,形成科學細致的報廢流程。

3.2.4 優化實驗項目

實驗內容的設置要依托現有的實驗設備,特別是大型設備,精選實驗項目,優化實驗模塊,使實驗內容整體上具有系統性和創新性,以提高大型設備的利用率。一些利用率低的實驗設備,可以加入高校實驗設備共享平臺,接收外源科研任務,盤活資產,提高設備使用率,反哺大型設備的后續保障。

4 實驗室安全管理與應急機制的欠缺及應對

4.1 實驗室安全管理與應急機制的欠缺

在實驗室眾多安全事故中,操作不慎或使用不當、違規操作是引發事故最多的兩個主要原因[7]。但過硬的技術與完善的規章制度,并不能代替人自身的素質和責任心,在生物實驗室安全管理中,對于人的管理是至關重要的。然而,目前在應用型本科院校中對于實驗室安全管理存在以下三點不足:

4.1.1 實驗技術人員缺少職稱晉升的通道

實驗技術人員承擔著實驗教學、準備與大型設備的維護保養工作,是實驗教學科研順利進行的主要基礎,但長期以來弱化了實驗技術人員的地位,形成了實驗技術人員在培訓、進修、職稱晉升的障礙,導致實驗技術人員學歷偏低,責任心不高,隊伍心態不穩,人員流失嚴重,對教學質量和科研成果的提升起到負面影響,降低了高校教學改革的成效,不利于實驗室管理團隊的穩定建設[8]。

4.1.2 缺少系統的安全教育培訓

我國普遍存在重視教學科研、忽視安全的觀念,做實驗的研究人員、學生,安全意識淡漠,從而導致一系列安全管理問題[9]。此外,高校的資金有限,對實驗室建設的經費只投入儀器設備、材料試劑,在安全方面投入不足[10]。這也是導致實驗室安全設施不齊全,實驗室安全管理滯后的重要因素。

4.1.3 應急機制不完善

生物實驗中涉及一些危險的操作過程,如一些強酸的稀釋、生化反應、大型儀器設備的高危操作等,具有一定的安全隱患,因此,應急處置措施非常重要。但大多數實驗室沒有意識到應急預案的重要性,應急設施不齊全、缺乏應急預案是普遍現象,幾乎沒有應急演練。

4.2 實驗室安全管理與應急機制欠缺的應對

4.2.1 滿足實驗技術人員的合理訴求

在師資隊伍建設方面,應提高實驗技術人員的地位,給他們提供參加培訓學習和學歷進修的機會,使其學習最新實驗技能與實驗管理方法[11]。學校應鼓勵實驗技術人員申報、主持、參與各類教研科研課題,將實驗人員培養成教學、科研、儀器維護和實驗創新的多面手。在享受權利的同時,要對實驗技術人員制定嚴格、公平、合理、科學的考核制度,以實驗教學、準備工作、實驗技術創新、實驗儀器維護等作為評判標準,從而形成良性循環,打造穩定、綜合能力強、踏實可靠的實驗技術隊伍。

4.2.2 嚴格考核實驗室使用人員

對實驗室的工作人員,要編制相應的實驗室管理與生物安全手冊,并且用發生過的安全事例進行警示教育,提高工作人員的安全意識,強化工作人員的安全觀念[12]。實驗室安全管理要以“安全第一,預防為主”為原則,落實責任層級制,將安全管理下放到每一個實驗室的崗位。組織相關專家教師編寫實驗室規章制度與實驗室相關試劑、設備的使用方法,并形成題庫,要求學生進入學習并參加在線考試,考試通過者方可進入實驗室,并定期考核,強化安全知識,了解學生安全意識的階段性狀況,及時調整實驗室安全工作方向。

4.2.3 完善實驗室安全應急機制

在安全應急機制方面,實驗室要制定各種應急預案,儲備充足應急物資,熟練使用應急設備。強化信息等方面的及時溝通,一旦出現緊急事件能夠采取最有效的處置措施。定期進行應急預案的演練是非常必要的,在演練時教師與學生共同參與,讓學生也了解實驗的危險性以及相應的處理方式,做到不慌不亂、行動迅速、處置得當,盡最大可能降低危險發生的概率,保障師生的身體健康與學校的財產安全。

5 結語

生物實驗室是人員、設備、試劑集中的場所,安全隱患高,易發生安全事故,如危險化學品腐蝕、燃燒、爆炸等,甚至會造成生物安全事故,輕則造成實驗室人員感染,重則導致病原微生物的外泄而引發大范圍的傳染病流行,引發生物災難。因此,生物實驗室需要健全的安全管理規章制度、實驗技術人員高度的責任心以及科學有效的應急機制,三者相輔相成,防患于未然[13]。此外,國家政府已經把生物實驗室安全提高到國家安全層次,并提出立法,系統規劃國家生物安全風險防控和治理體系建設,全面提高國家生物安全治理能力[14-15]。應用型本科院校應緊跟國家步伐,科學制定生物實驗室的規章制度與安全管理措施,提高實驗室運行效率,保障師生的人身安全,為師生提供一個安全、平穩、有效的實驗平臺,增強學生的動手能力,提高教師學生的教學科研水平,從而促進應用型本科院校生物學科的高速發展。