尽管研究人员通常了解生物安全等级1或2（BSL-1/2）实验所需的操作流程和安全预防措施，但他们可能不熟悉BSL-4防护服实验室中的实验操作流程。本文提供了BSL-4防护服实验室系统检查、进入实验室、在实验室内的活动以及离开实验室程序的详细可视化演示。
本文内容
摘要
摘要
生物安全等级4（BSL-4）防护服实验室专门用于研究那些尚无预防感染手段或治疗方案的高危害性病原体。此类实验室的主要特征包括：定制设计的气密门、独立的送风与排风系统、负压环境，以及必须使用正压防护服（“太空服”）。通过严格的培训以及遵守严格的安全规程和标准操作程序，可将实验室专业人员在操作高致病性病原体时面临的风险降至最低。研究人员通常在生物安全二级（BSL-2）实验室中开展大部分工作，仅在需要操作高危害性病原体时才转入BSL-4防护服实验室。计划开展BSL-4研究的合作者和科研人员应充分了解此类研究面临的挑战，包括BSL-4实验空间内实验技术上的限制以及实验周期的显著延长。与BSL-2和BSL-3实验室相比，进入和离开BSL-4防护服实验室的过程要复杂得多，且耗时更长。本文重点在于阐述基本的生物安全注意事项，并详细描述位于美国马里兰州德特里克堡的美国国立卫生研究院（NIH）/国家过敏与传染病研究所（NIAID）综合研究设施内的BSL-4实验室的进出流程。这些流程包括检查支持BSL-4实验室运行的外部系统，检查并穿戴正压防护服，进入实验室，通过抗气压差门，以及连接供气软管。我们还将讨论在BSL-4防护服实验室内移动及离开实验室的程序，包括使用化学淋浴装置、脱卸并存放正压防护服。
引言
近年来，人们对 exotic（外来）、高致病性病原体的科学兴趣持续增长。尤其受到关注的是被认定为新发或再发的、可能用作生物武器的病原体。根据研究优先级和风险程度，美国疾病控制与预防中心（Centers for Disease Control and Prevention, CDC）将这些病原体归类为生物恐怖主义 A-C 类病原体1。此外，高致病性病原体在进出口及获取权限的监管中被列为“特定病原体[及毒素]”（Select Agents [and Toxins]）。在美国，针对需要 BSL-2、BSL-3 或 BSL-4 级生物安全防护的特殊病原体研究，其必须遵守的生物安全规则和操作程序在《微生物和生物医学实验室生物安全》（Biosafety in Microbiological and Biomedical Laboratories，BMBL）中有明确规定2。那些被认为对人类和/或动物健康构成最严重威胁的病原体被划分为 BSL-4 级病原体。因此，BSL-4 级研究需要格外谨慎、高度专业化的培训，以及坚固且具备冗余设计的设施基础设施3。为了提高公众对 BSL-4 级研究相关挑战的认识，有必要了解高等级生物安全设施的运行要求、系统管理以及工程控制措施的常规验证测试。我们旨在通过直观展示 BSL-4 级防护中更高的操作标准和生物安全要求，以及由此带来的实验操作难度的显著增加，来促进这一领域的理解。
容纳BSL-4防护服实验室的设施必须满足严格的要求，包括但不限于专用的非循环通风系统、严格的废物处理系统和流程4,5，以及建筑自动化系统（BAS）2,6,7。实验室送风经过一次过滤，排风则通过高效微粒空气（HEPA）过滤器进行双重过滤，且HEPA过滤器每年重新认证一次。此外，《生物安全微生物和生物医学实验室指南》（BMBL）对固体废物的去污，以及所有流出物材料的收集和去污在排入普通废物系统前提出了严格要求。系统中设置了多重冗余措施，以防止任何类型的BSL-4病原体释放。建筑自动化系统可远程监控设施运行情况，并能准确定位问题区域。设施支持系统由工作人员每日检查，以确保最佳运行状态，并实现实时问题报警。所有系统均需定期重复测试，以符合美国疾病控制与预防中心（CDC）/选择性病原体和毒素部门对设施运行的要求。
除了上述物理设施标准外，操作特定病原体和毒素的实验室工作人员在接触或操作特定病原体之前，必须向司法部提交安全风险评估（SRA）。此外，操作第一层级特定病原体（e.g.，埃博拉病毒、Bacillus anthracis）的工作人员必须参加人员可靠性计划（PRP），该计划持续评估每位研究人员的身体和心理健康状况8。健康筛查旨在评估个体是否具备在BSL-4生物安全 containment 环境中安全开展工作的身体能力。心理健康筛查则评估员工的整体健康状况、心理福祉与抗压能力，以及安全意识。在美国国家过敏与传染病研究所（NIAID），操作特定病原体的科研人员还需接受额外审查，每位人员必须完成国家机构核查与问询（ANACI）背景调查，该调查涵盖教育与职业资历、犯罪记录、财务历史以及受外国影响的风险评估。
与BSL-2实验室进入相比，最高级别防护实验室的进入需要投入更多的资源、时间和培训。在获得SRA批准并完成选择性病原体和毒素部门的注册后，工作人员必须接受严格的实际操作培训，方可进入BSL-4防护服实验室。实验室工作人员将接受设施操作培训，包括对关键功能的每日检查以及进出程序9。此外，工作人员还需接受实验室生物安全、正压防护服的使用与维护培训。美国国立卫生研究院（NIH）/国家过敏与传染病研究所（NIAID）位于德特里克堡的综合研究设施使用由聚酯纤维制成、表面涂有聚氯乙烯的白色防护服。使用其他类型或商业品牌的正压防护服的设施，其进入和离开BSL-4实验室的操作程序可能与本文所述不同。使用本文内容的设施中的研究人员应在培训前充分考虑这些差异。在德特里克堡NIH/NIAID综合研究设施，防护服培训包括正确穿戴防护服的程序、确认防护服正常运行、防护服的维修与维护（在实验室内外）、以及在实验室内的行动规范。完成培训后，实验室工作人员方可开始在BSL-4防护服实验室中工作。最初，新培训合格的工作人员在前五次进入BSL-4防护服实验室期间，需由一名经验丰富的工作人员进行一对一指导。在德特里克堡NIH/NIAID综合研究设施独立工作的前提，是新培训人员必须完成至少40次有监督的BSL-4防护服实验室进入，并累计在实验室内实际工作不少于100小时。
方案
1. 每日外部检查清单
- 检查安全系统。核查呼吸空气系统、备用制动空气系统、废液去污系统（EDS）、化学淋浴系统、定向气流以及高压灭菌器的功能（图1）。
2. 实验室进入程序
- 实验室工作人员进入缓冲走廊的程序
- 在人员进出记录本中填写进入人员姓名、进入时间、实验室位置以及正在研究的病原体。在磁性板上标明实验室位置。
- 为确保BSL-4防护服实验室系统正常运行，请核实外部系统已完成检查，并已在《每日外部系统安全检查表》（图1）上确认实验室已获准进入。
- 为确保实验室房间压力处于维持正确定向气流的负压设定范围内，请检查外更衣室入口外的楼宇自动化系统（BAS）监控器。若房间压力不在正常范围内，应通知生物安全或设施管理人员，并延迟进入实验室，直至压力恢复至正常范围。
- 确保实验工作结束后，有高压灭菌器可用于生物废弃物和/或实验衣物的灭菌处理。
- 从靠近人员进出记录本的设施供应品储藏室中领取刷手服、袜子和毛巾。
- 实验室工作人员进入外更衣室的程序：
- 完成监管并记录生物防护实验室准入的安全要求，然后进入外更衣室。
- 脱下所有日常衣物、内衣、珠宝首饰和手表，穿上刷手服，随后前往防护服室。
- 防护服室内实验室工作人员对正压防护服进行检查与完整性测试：
- 领取合适尺寸的正压防护服后，进行目视检查，查看是否存在任何孔洞、撕裂、穿刺点、缝线开裂或薄弱部位。需彻底检查外层防护服手套，因为手套是最容易受损的部位。
- 至少每7个日历日更换一次手套，或在发现手套损坏时立即更换。
- 更换外层防护服手套时，先拆除现有手套上的胶带，将O型圈卷到袖口上，取下旧手套。
- 将新手套套在防护服袖口上，确保手套完全覆盖袖口且拇指位置正确。将O型圈套在手套上，将其嵌入袖口凹槽中，并用胶带固定外层防护服手套。
- 将手套袖口折回覆盖胶带和O型圈，再用一段胶带密封手套，并重新检查新安装的手套。
- 每周至少一次在拉链处涂抹一层薄薄的拉链润滑剂。
- 使用胶带或铝制压力测试帽，覆盖位于头罩后方内部及背部左侧的每个排气阀，并拉上拉链使防护服完全闭合。
- 将每根呼吸管末端的快速接头连接至防护服上的软管接口，充气使防护服的手臂和腿部变得坚实，然后将防护服直立放置。断开气源。
- 不得过度加压防护服，过高的压力可能导致防护服严重损坏。持续约5分钟全面检查防护服是否存在漏气迹象，并目视观察是否有泄气现象。确保防护服未被过度加压，否则可能造成严重损坏。
- 若防护服失去坚挺感，需重新充气以检查泄漏。通过听觉和触觉查找漏气点。如有需要，可用肥皂水喷洒防护服所有表面。常见漏气部位包括防护服缝合处、拉链区域以及面罩材料与防护服材料的连接处。注意观察是否形成气泡以判断漏气，特别关注缝合线和面罩区域。检查确认排气阀已完全密封。
- 对于小面积织物漏气，可临时使用胶带修补；永久性修复应使用防护服维修包中的材料完成。若防护服无法轻易修复，应使用含酒精消毒剂对其进行去污处理，并将其移出防护服室。若防护服已无法修复，则应停止使用并予以焚毁。
- 完整性测试完成后，拉开拉链，取下排气阀上的覆盖物。未取下排气阀覆盖物将导致过滤系统堵塞并严重损坏防护服。将测试与维修信息记录于《正压防护服完整性测试记录本》中。
- 在防护服室内穿戴正压防护服并进入BSL-4防护服实验室：
- 用胶带将袜子固定在刷手服裤腿上。戴上内层丁腈手套，并用胶带将其固定在刷手服袖口上。在外层再戴一副丁腈手套（不固定）。如有必要，使用玻璃清洁剂清洁内层面罩以提高视野清晰度。
- 穿上正压防护服，确保拉链完全闭合，并将防护服连接至呼吸供气管路。当BAS监控器无报警时，进入BSL-4防护服实验室。
- 进入BSL-4防护服实验室前，在防护服室内断开呼吸供气管路，按下化学淋浴间“请求进入”按钮。
- 当气密门（APR门）启动后，门框周围的密封气囊会放气，门磁脱开。化学淋浴间内的APR门为互锁设计，即一个APR门开启时另一个必须关闭，以始终维持密闭状态。通过化学淋浴间时，应先关闭通往防护服室的APR门，等待气囊重新充气并完全密封门框后，再开启通往实验室的第二个APR门。
- 进入BSL-4防护服实验室后，将防护服连接至可用的呼吸供气管路。
- 在继续操作前，关闭通往实验室的APR门，并确认化学淋浴系统已自动启动，对淋浴区域及防护服进行消毒。消毒完成后，防护服室一侧的化学淋浴间APR门可再次开启。若未启动消毒循环，请联系设施管理人员。
- 若防护服无内置靴子，应从出口门旁、化学淋浴APR门附近的架子上取用一双鞋套。为避免额外风险或危害，请检查鞋套是否贴合脚型且紧固。
3. BSL-4 防护服实验室内的活动
- 在实验室中移动时，可通过断开和重新连接实验室各处的供气管路实现自由活动。当需要弯腰或拾取靠近地面的物品时，应保持连接供气管路，以维持正压状态。
注意：断开供气管路时进行上述动作会消耗防护服内的呼吸空气，导致负压，可能使实验室空气进入防护服的任何破损处。 - 观察实验室各处的监控显示器，查看各类警报及当前防护服系统的状态。
4. BSL-4 防护服实验室的实验室退出程序
- 在水槽旁或内部走廊的塑料浸泡槽中，使用洗涤剂消毒清洁剂对戴手套的手进行去污。若无浸泡槽，需用消毒剂彻底喷洒戴手套的手。
- 检查鞋套或靴子底部是否有可见污染物。若鞋套干净，取下鞋套并放置在化学淋浴间空气净化呼吸器（APR）门旁的架子上。关闭实验室所有内部门，断开呼吸空气管路，然后进入化学淋浴间。
- 若鞋套有污物，需在水槽中用洗涤剂消毒清洁剂彻底清洗。
5. BSL-4 化学淋浴程序
- 按下请求进入按钮打开 APR 门，进入化学淋浴区后关闭门。在淋浴区内将防护服重新连接至呼吸空气管路。
- APR 门关闭后，化学淋浴程序将自动启动，释放适量的洗涤剂消毒清洁液混合物，以彻底对防护服及化学淋浴区域进行消毒。若程序未自动启动，请拉动喷淋手柄。对防护服进行约 1 分钟的刷洗，然后将喷淋手柄推回原位，以防止化学消毒剂储罐完全排空。该系统不提供手动淋浴模式。
- 通过将戴有手套的手和脚放入化学淋浴区内盛有洗涤剂消毒清洁液的塑料桶中，检查手套和脚部是否存在泄漏。观察外层手套下方是否有液体或潮湿现象，并检查外层手套是否有破损、撕裂或薄弱部位。若发现外层手套存在泄漏，请等待淋浴程序结束后，脱下外层防护服手套及最外层的内层手套，并将外层手套留在塑料桶内。
- 使用长柄刷或手对防护服及集成靴套进行刷洗，确保化学消毒剂覆盖防护服所有表面。在淋浴的水洗阶段，彻底冲洗掉防护服上的洗涤剂消毒清洁液。
- 在化学消毒和水洗过程中，断开曾暴露于实验室空气中的呼吸空气管路，以对防护服上的连接口进行消毒。冲洗掉空气管路接口处残留的洗涤剂消毒清洁液。如不进行断开操作，洗涤剂消毒清洁液将无法有效清洁空气管路接口。
- 打开通往防护服存放室的门，离开后立即关闭门。
- 如发生紧急情况（如非危及生命的割伤或火灾），请遵循 5.2 节所述相同程序处理。
6. 离开化学淋浴后更衣室操作规程
- 用大毛巾擦干防护服外部。拉开正压防护服的拉链，将一只手从外层防护手套中取出，仔细检查外层丁腈手套外部是否有湿气。
- 如果外层防护手套已有湿气渗入，应脱下外层防护手套和外层丁腈手套，并将其丢弃至指定的生物危害废物垃圾桶中。再将另一只手取出，并重复检查步骤。
- 脱下防护服，并继续擦干其外部，以防止干裂损坏。用玻璃清洁剂喷洒面罩内侧，然后擦干。将防护服悬挂晾干。从刷手服上取下胶带和内层丁腈手套，并将这些物品丢弃至指定的生物危害废物垃圾桶中。
- 在防护服使用记录本中记录任何泄漏或维修情况，并向设施管理部门报告。
- 进入内更衣室，脱下脏的刷手服和袜子，并将其放入指定的洗衣回收箱中。随后进入个人淋浴间进行淋浴。
7. 个人淋浴及外更衣室出口程序
- 启动淋浴，用肥皂和水彻底清洗头发和身体至少 3 分钟。离开个人淋浴间，前往外更衣室。
- 擦干身体并穿好日常衣物，离开外更衣室，将使用过的毛巾放入指定的洗衣箱中，然后前往缓冲走廊。
- 在人员进出记录本中注明离开时间，并在定位板上标明实验室已离开。
结果
工作人员已接受过这些技术的严格而全面的培训，以确保在生物安全四级（BSL-4）设施内实施安全且一致的操作。通过核查设施是否正常运行（如每日检查清单所示（图1）），我们能够确保所有必要的行政管理和工程控制措施均已到位并有效运行，从而维持一个安全且功能正常的环境。正压防护服为工作人员提供了额外的保护层。正确维护和使用这些防护服对于保障工作人员的个人安全至关重要。通过严格遵守这些操作规程，美国国立卫生研究院（NIH）/国家过敏与传染病研究所（NIAID）位于迪特里克堡的综合研究设施至今未发生任何实验室获得性感染记录。
图 1： BSL-4 支持系统与备用系统的每日目视检查清单。请点击此处查看此图的放大版本。
讨论
我们概述了美国国立卫生研究院（NIH）/美国国家过敏与传染病研究所（NIAID）位于德特里克堡的综合研究设施中，针对高危（生物安全等级4，BSL-4）病原体所采用的实验室进出程序。对BSL-4实验室进出流程进行可视化展示的目的之一，是强调在处理此类病原体时保障实验室工作人员安全的重要性，以避免发生实验室获得性感染。负压BSL-4实验室通过维持向内的定向气流，确保病原体被限制在实验室内。实验室工作人员穿戴带有独立供气系统的正压防护服，以防止空气传播的病原体与其接触。当工作人员离开BSL-4实验室后，需经过化学淋浴消毒，以清除可能被污染的防护服表面，从而防止建筑物其他区域以及脱卸防护服人员受到潜在污染。
由于正压防护服的完整性是防止潜在病原体暴露的若干重要初级屏障之一，工作人员在进入和离开生物安全四级（BSL-4）实验室前后均须检查防护服是否存在泄漏。一旦发生泄漏，工作人员需确定泄漏位置并立即通知设施管理人员。这些措施可确保对高致病性病原体暴露事件作出迅速响应。尽管已采取一切努力以消除对实验室人员的风险，但防护服仍可能因使用玻璃器皿、锐器、动物攻击或长期使用而发生破损。
尽管本文所述程序通常遵循美国疾病控制与预防中心（CDC）2 所列《生物安全微生物和生物医学实验室准则》（BMBL）的规定，但这些程序特指弗雷德里克免疫研究设施（IRF-Frederick）。每个生物安全四级实验室（BSL-4）的建筑设计规范各不相同，这会影响实验室操作的具体方法。进入和离开BSL-4实验室的替代程序在一定程度上取决于这些实验室的设计与运行方式。此外，不同国家的政府法规也可能影响各国BSL-4实验室的操作规程。然而，对BSL-4操作程序及其支持实验室人员安全的建筑监控系统的总体了解，将有助于正在规划类似设施的卫生管理人员以及参与高风险病原体研究的外部合作者。
随着更多实验室人员接受BSL-4实验室出入程序以及在BSL-4条件下开展实验的培训，工作效率将会提高。然而，在与外部合作者设计实验方案时，应充分预留时间以完成即使是基本的实验操作，并需根据BSL-4实验室工作固有的困难，合理调整对结果交付时间的预期。通常认为，在BSL-2条件下进行的任何实验例如，2小时）在BSL-4实验室中操作所需时间将增加一倍例如，4 小时。
披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本出版物的内容不一定反映美国卫生与公共服务部或与作者相关的机构和公司的观点或政策。KJ、MRH 和 LB 作为巴特尔政府服务公司（Battelle Government Services, Inc.）的雇员完成了此项工作；JHK 作为坦内尔政府服务公司（Tunnell Government Services, Inc.）的雇员完成了此项工作；MGL 作为洛夫莱斯呼吸系统研究所（Lovelace Respiratory Research Institute, Inc.）的雇员完成了此项工作。坦内尔政府服务公司和洛夫莱斯呼吸系统研究所是巴特尔纪念研究所（Battelle Memorial Institute）根据与美国国家过敏与传染病研究所（NIAID）签订的主合同 HHSN272200700016I 号下的分包商。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Micro-Chem Plus | 国家化学实验室 | 255 | |
| Windex | 固安捷 | 3U560 | |
| Sperian 铝制压力测试帽 | 霍尼韦尔 Sperian | CC0199649 | |
| Sperian 防护服维修包 | 霍尼韦尔 Sperian | CC0199621 | |
| Sperian 防护服完整性测试记录表 | 无 | 无 | 由各实验室自行制定 |
| Sperian 正压防护服 | 霍尼韦尔安全产品 | BSL 4-2 | |
| 肥皂水 | 无 | 无 | 由各实验室自行配制 |
| 外层防护手套（canners） | 费舍尔 | 19-019-601 | |
| 外层防护手套（MAPA） | 费舍尔 | 2MYU1 | |
| 内层丁腈防护手套 | 费舍尔 | 19-050-592 | |
| Zip Lube | 亚马逊 | B000GKBEJA | |
| 手术服 | 辛塔斯 | 60975/60976 | |
| 袜子 | 辛塔斯 | 944 | |
| 封箱胶带 | Pack-N-Tape | 51131069695 | |
| 毛巾 | 辛塔斯 | 2720 | |
| O型密封圈 | O型圈仓库 | AS568-343 | |
| 鞋套 | 亚马逊 | B0034KZE22 | |
| 塑料浸渍槽 | 费舍尔 | 14-831-113 | |
| 进出记录本 | 无 | 无 | 由各实验室自行制定 |
| 婴儿爽身粉 | 亚马逊 | 44230 | |
| 乙醇 | 费舍尔 | BP2818500 |
参考文献
- of Allergy and Infectious Diseases. NIAID Category A, B, and C Priority Pathogens. National Institute of Allergy and Infectious Diseases. , National Institute. Bethesda, MD, . http://www.niaid.nih.gov/topics/biodefenserelated/biodefense/pages/cata.aspx (2013).
- Chosewood, L. C., Wilson, D. E. Biosafety in Microbiological and Biomedical Laboratories. , 5th, U.S. Dept. of Health and Human Services, Public Health Service, Centers for Disease Control and Prevention, National Institutes of Health. Washington, D.C. http://www.cdc.gov/biosafety/publications/bmbl5 (2009).
- Shurtleff, A. C., et al. The impact of regulations, safety considerations and physical limitations on research progress at maximum biocontainment. Viruses. 4, 3932-3951 (2012).
- Walker, J., Stern, L. A Guide to the Biosolids Risk Assessments for the EPA Part 503 rule. , US Environmental Protection Agency, Office of Wastewater Management. Washington D.C. http://water.epa.gov/scitech/wastetech/biosolids/503rule_index.cfm (1995).
- Salkin, I. F., Krisiunas, E., Turnberg, W. L. Medical and infectious waste management. Appl. Biosaf. 5 (2), 54-69 (2000).
- de Kok-Mercado, F., Kutlak, F., Jahrling, P. B. The NIAID integrated research facility at Fort Detrick. Appl. Biosaf. 16 (2), 58-66 (2011).
- Jahrling, P. B., et al. The NIAID Integrated Research Facility at Frederick, Maryland: a unique international resource to facilitate medical countermeasure development for BSL-4 pathogens. Pathog. Dis. , (2014).
- Skvorc, C., Wilson, D. E. Developing a behavioral health screening program for BSL-4 laboratory workers at the National Institutes of Health. Biosecur. Bioterror. 9, 23-29 (2011).
- Le Duc, J. W., et al. Framework for leadership and training of Biosafety Level 4 laboratory workers. Emerg. Infect. Dis. 14 (11), 1685-1688 (2008).
重印与许可
标签
