应用型本科院校生物实验室发展性问题及应对措施研究

周明辉,张 雁,鲁红侠,朱小茜,耿 明

(合肥师范学院 生物与食品工程学院,安徽 合肥 230061)

我国高校经过二十余年的快速发展,办学规模与水平得到了明显的提升,同时也遇到了一些难点,诸如高校软硬件滞后、招生质量下降、专业建设同质化严重、社会应用性不强、就业困难等[1]。为了应对高等教育发展中的一系列问题,国家改变高等教育的发展思路,大力发展应用型本科院校,突出基础、特色、应用、技术,服务省域产业发展,为地方经济发展提供人才保障,构建高等学校应用型人才培养体系[2]。

应用型本科院校因开展本科教育时间短、教学科研积淀不够以及政府与社会支持不足,发展缓慢[3]。但随着高等教育发展模式的转变,这类院校迎来了发展契机。学校中的生物实验室作为实验教学、科研活动、试剂使用贮存、设备使用安放的集中场所,也得到大力扶持,迅速成长,但也存在随着学校的发展,基础较为薄弱和发展不协调的问题,因此应理清应用型本科院校生物实验室发展中存在的问题,探索相应的应对措施,保障其安全有效的运行。

1 生物实验室试剂耗材流通环节的问题及应对

1.1 生物实验室试剂耗材流通环节的问题

生物实验室的试剂耗材含有各种易燃易爆、有毒有害品[4],这些物品在购买、贮存、使用及实验残留物的处理等环节都会面临严峻的挑战。

1.1.1 采购试剂的质量与数量

生物试剂的采购一般由学校统一招标,采购标准是在同一参数下价低者中标,且对供货商缺乏有效的评价制度,易导致试剂质量参差不齐、实验结果不佳,甚至引起实验失败。采购试剂的种类与数量由授课教师提供,经院系审核,学校一次性统一招标,因此,教师往往以就高原则上报的试剂数量,易采购过量,导致试剂耗材积压时间过长而无法使用,造成大量浪费。积压的有毒、有害、强腐蚀试剂还需要专门地点存放以及专业人员管理,占用大量的人力物力资源。

1.1.2 试剂的贮存

生物实验室贮存的试剂主要有三种类型:一是未启用试剂,试剂密封性能好,安全性高,但贮存日期不宜过长,易逐渐挥发与变质;二是开封未使用完的试剂,该种试剂的密封性能降低,易氧化,安全性与保质期均下降;三是过期试剂,该种试剂有效性、稳定性减弱,不能随意处置,还占用贮存资源。因此,不同性质、不同来源的试剂需用不同的方法贮存,才能保证试剂的安全有效。而应用型本科院校实验室的原始设计无法满足种类如此庞杂的试剂贮存条件,存在安全隐患。

1.1.3 试剂耗材的配发使用

生物实验试剂耗材的使用主要在实验教学、毕业论文、教师科研三方面,但在实际配发中,三者界限模糊不清,科研试剂耗材往往混杂在实验教学与毕业论文中支出,影响试剂耗材的使用效率。实验教学中有的试剂用量较少,但在实验中都以整瓶为单位进行使用,剩余部分过期,既造成浪费,也增加试剂无害化处理的难度。

1.1.4 实验废弃物的处理

实验教学、毕业论文以及科研实验中都会有药品的过期过量、实验中间物的生成,有些生成物质有剧毒,会致畸和致癌,处理难度高。目前,拥有实验室污染物处理设施的高校较少,少数实验室没有任何污染控制措施,对环境的影响较大。而生物实验室更具有特殊性,一些生物检材、动物尸体以及微生物等废弃物会引起疾病的传播。应用型本科院校尚无实力建立相应的处理系统,控制上述环境污染问题。

1.2 生物实验室试剂耗材流通环节问题的应对

针对以上问题,在应用型本科院校中建立一套高效、节约、合理、环保的实验用品购买使用管理办法势在必行。

1.2.1 制定合理的试剂耗材购买机制

生物实验用品包括常规实验耗材和生化类试剂:常规实验耗材具有通用性、长期性,用量大且易于保存,可以增加订购量,避免该类耗材的短缺;而具有特异性与时效性的生化类试剂,需要实行严格的量化购买制度,遵循“用多少、买多少、先进先用”原则。授课与论文指导教师在保证实验正常开展的前提下,严格制定购买的种类与数量,由相关实验室人员进行审核,并盘点库存,最终制定药品的购买明细,上报学校采购部门,招标选取资质较优的供货商供货。每一年度由使用人员对供货商产品进行评价,评核优秀的才能列为下一年度的供货商。科研耗材采购要遵守学校制定的采购制度,实验员要仔细审核教师提供的实验教学试剂耗材采购清单,坚决制止将个人科研耗材混于教学材料中进行集中采购的行为,避免占用学校的教学资金。学期末,盘点实验室现存试剂药品的种类、数量与保质期,并进行公示,督促教师使用现有的试剂耗材,以充分利用资源,减少浪费,降低药品贮存的安全隐患与成本。

1.2.2 安全有效的试剂药品贮存

实验试剂的贮存要实行分类原则,贮存场所也需配备必要的安全设施,如排风系统、灭火设备等,实验管理人员要熟练使用相关设备。根据试剂药品的物化性质,科学设计贮存场所与药品柜,一些危险品应辟出独立的、有众多隔间且互不流通的场所进行存放,每个独立的空间应具有通风设备。药品柜从上至下依次存放易燃品、易爆品、碱性腐蚀品、酸性腐蚀品、氧化剂以及其他特殊试剂,一般试剂遵循固上液下的原则,防止液体从高层坠落后破碎溢出。进库贮存的药品应建立详细的档案,包含品种、CAS号、数量、用途、安全技术说明书、台账等信息。贮存的试剂药品应具备完整的标签,破损腐蚀的标签应及时补充完善。

1.2.3 严格的试剂耗材领用与回收制度

实验室管理人员需要制定严格的试剂耗材领取、使用和回收制度,并监督实验人员切实执行。安排专人管理试剂耗材的发放回收,严格实行登记制。领用人必须是相关教师,并登记领用试剂耗材种类数量、库存量、使用与归还时间等相关信息,领用后的试剂耗材也需按其性质分类存放,专人管理,并标记领用人姓名、试剂名称和开启时间等信息。一些危化品应严格按照其理化特性进行存放,并配备锁扣,使用人要进行相关的培训,严禁学生私下相互拆借。根据登记的相关信息,实验管理人员定期核查使用期限,调查相关试剂使用情况,使用到期的试剂耗材应进行回收,并集中贮存管理,在保质期内可循环使用。

1.2.4 科学环保地处理实验室废弃物

生物实验室废弃物包括实验的残余原材料、反应的中间产物、过期失效的试剂。依据原材料自身特点,进行相应的规范处理:微生物实验的各种培养物、培养基以及玻璃器皿等,需高压高温灭菌后再进行下一步的处理;动物检材需进行无害化处理,如交给专业部门进行焚毁和深埋;实验中的产物与过期失效的药品应根据其物化性质集中到废液缸,有环境污染的废液要进行中和、稀释、化反处理,以达到排放标准;处理难度大、实验室自身无法处理的废弃物应集中贮存于条件合适的容器,定期经专业机构进行无害化处理,禁止倾倒进下水道,以防废弃物通过渗透作用污染自然水体,引起严重的环境污染。

除了制定相应的规章制度与设施设备,还需建立一支理论知识扎实、实践经验丰富的实验技术队伍,并进行分级培训,以便更好地处理各种废弃物[5]。

2 生物实验资源的相对匮乏及应对

2.1 生物实验资源的不足

2.1.1 科研与教学相互竞争实验资源

在应用型本科院校中,教学一直占主导地位,对科研重视不够,生物实验室最初的设计目的也是满足实验教学。但是随着高校管理与政策导向的转变以及高校内在发展的要求,科研扮演的角色也愈发重要,而科研对于场地条件、试剂耗材、设备仪器的要求更高,势必与实验教学发生冲突,导致实验资源的紧张。

2.1.2 学生毕业论文与开放性实验的限制

应用型本科院校一般办学时间不长,很多由专科院校、成人教育院校改制而成,之前并无毕业论文的相关要求。当升格为本科教育后,毕业论文成为一项必需的任务,再加上招生规模的大幅增长,导致对实验场所、实验设备、试剂耗材的需求激增,造成实验资源的紧缺。此外,实验室还承担了其它开放性实验任务,如大学生创新创业项目、相关的生物竞赛、与中学合作的生物实验等,加剧了实验资源的紧张。

2.1.3 引进人才对实验资源的需求

目前,同类型的高校在师资、生源上存在着较大竞争,学校为了快速提升科研教学水平,大力引进一批博士及博士后,他们科研能力与积极性较高,对实验资源的需求较大,造成了资源的分配紧张,资源不充足也限制了他们科研能力的充分发挥。

2.2 生物实验资源不足的应对

2.2.1 多途径补充实验资源

高校应重点寻求政府财政上的支持,扩建现有实验室的规模,增加实验设备,最终使科研与教学场地相互独立;同时,加强校企合作,优势互补,以获取在实验资源上的协助;深挖现有实验资源,对实验室进行改造,科学设置,合理布局,释放闲置空间。

2.2.2 优化实验资源分配

在实验资源的分配上,要倾向科研任务较重的教师,重视团队建设,提高实验产出,同时设定科研量化指标,促进合理竞争与良性循环;将研究领域相近的教师安排在同一场所,提高试剂耗材、设备的利用率。

2.2.3 错峰利用实验室

合理利用实验室的空闲时间。在新生进校时就设立导师制,由教师指导多名学生从低年级开始相关的科学研究,将研究方向、学习兴趣、竞赛以及毕业论文结合起来,利用空余时间参与指导教师的课题组,进行数据的积累。学生既可以参加相关的学科竞赛,也可以锻炼实验技能,大四时即可以完成毕业论文的实验任务。这样,可以分时分地利用实验资源,避免毕业论文实验集中进行,造成实验资源的相对紧张。

3 实验设备安全管理的欠缺及应对

3.1 实验设备安全管理欠缺

为了达到高等教育办学的必要条件,在中央与地方财政的支持下,近几年内,应用型高校生物实验室实验仪器设备大幅增加。实验设备的增加,一方面丰富了实验教学的手段,提升了科研水平,但另一方面也增加了实验设备使用与安全管理的难度[6]。

3.1.1 实验设备的分配管理

对于操作简易、结构简单、价格低廉、易损率小以及维修成本低的小型仪器,可以分配到相关实验室由实验技术人员管理。但一些价格昂贵的大型设备,如流式细胞仪、HPLC、GC-MS、电子透射显微镜、原子吸收光谱、微生物发酵罐等,由于其结构复杂、操作烦琐、价格昂贵、存放要求苛刻以及维修成本较高等特点,需要更为细致的管理才能保证其正常运行。

3.1.2 实验设备的安全使用

有些实验设备的操作存在着较高的危险系数,如高压反应釜、大型高温高压灭菌器、GC-MS、原子吸收光谱、好氧发酵罐等,需用高温高压蒸汽、He、H2、C2H2、O2等易燃易爆的高压气体,使用不当就有可能引发灼伤、火灾、爆炸、中毒、触电、污染等各种灾难性事故。实验室事故不仅会造成财产损失,影响实验室的正常运行,甚至有可能造成多年的研究成果毁于一旦、研究人员伤亡等无法挽回的损失。

3.1.3 大型实验设备利用率低

在起始实验设备的采购中,由于缺少完备系统性的评估,购置了一些价格昂贵而利用率较低的大型设备,如电子透射显微镜需要特殊的环境及专人管理操作,后期维护保养成本也较高,增加了使用成本,造成资源的浪费。由于购置了大量昂贵的大型仪器,导致一些利用率较高的基础实验设备相对紧缺,如高压灭菌器、恒温振荡器、培养箱等,使一些基础实验难以开展,教学科研效率低。

3.1.4 实验设备的维修、保养、报废

实验设备有一定的使用期限,操作不当会加速设备的老化与故障,特别是一些大型精密仪器,后期维护保养成本较高,如果没有充分的后续保障,很多大型设备将沦为摆设;此外,设备的维修条件与报废缺少相应的标准,有的仪器维修成本较高,导致坏而不修,也不报废,长期搁置,占用实验场所。因此,实验设备的购买、使用、维修保养、报废等环节都要有完备的论证体系与后续保障。

3.2 实验设备安全管理欠缺的应对

3.2.1 严格评估需购买的实验设备

对于需要购置的实验设备要进行充分的调查论证,从教学科研的必要性、资金来源、管理人员配备、设备利用率、后期维修保养等方面进行严谨的科学评估,要专门设立大型仪器维修保养的资金池,以充分保障大型仪器设备正常运行,避免陷入买得起而用不起的境地。

3.2.2 专人管理大型实验设备

对已购置的大型仪器,实行专人负责制,对负责人员进行严格的培训,使其熟练掌握大型仪器设备的日常维护、操作规程与应急处理,确保仪器设备正常运行,更好地发挥大型仪器的科研教学平台作用。对于使用大型仪器设备的人员要实行严格登记制度,包括使用时间、使用状态等,并且记录涉及该仪器的科研成果,形成大型仪器使用成果的支撑材料。此外,院系以及实验资产主管部门要定期检查大型设备的使用及维护状态,结合设备的维护成本、产出比以及使用人员反馈等,对大型实验设备负责人进行考核,实行奖惩制度,以此促进大型设备的健康运行。

3.2.3 全面考核实验设备的使用情况

对使用大型仪器的教师与学生进行全面培训和考核,只有参加培训且考核通过的人员才能独立操作相关仪器,杜绝损坏仪器与实验事故的发生。学校相关职能部门要不定期进行安全巡查,遇到问题及时督促整改,并且进行突发事故应急处理的演练,增加预防事故、处理事故的能力,将安全隐患扼杀在萌芽中。对于超期服务且故障频发的设备,需从仪器的时代性、安全性、维修性价比、能耗等方面制定报废细则,形成科学细致的报废流程。

3.2.4 优化实验项目

实验内容的设置要依托现有的实验设备,特别是大型设备,精选实验项目,优化实验模块,使实验内容整体上具有系统性和创新性,以提高大型设备的利用率。一些利用率低的实验设备,可以加入高校实验设备共享平台,接收外源科研任务,盘活资产,提高设备使用率,反哺大型设备的后续保障。

4 实验室安全管理与应急机制的欠缺及应对

4.1 实验室安全管理与应急机制的欠缺

在实验室众多安全事故中,操作不慎或使用不当、违规操作是引发事故最多的两个主要原因[7]。但过硬的技术与完善的规章制度,并不能代替人自身的素质和责任心,在生物实验室安全管理中,对于人的管理是至关重要的。然而,目前在应用型本科院校中对于实验室安全管理存在以下三点不足:

4.1.1 实验技术人员缺少职称晋升的通道

实验技术人员承担着实验教学、准备与大型设备的维护保养工作,是实验教学科研顺利进行的主要基础,但长期以来弱化了实验技术人员的地位,形成了实验技术人员在培训、进修、职称晋升的障碍,导致实验技术人员学历偏低,责任心不高,队伍心态不稳,人员流失严重,对教学质量和科研成果的提升起到负面影响,降低了高校教学改革的成效,不利于实验室管理团队的稳定建设[8]。

4.1.2 缺少系统的安全教育培训

我国普遍存在重视教学科研、忽视安全的观念,做实验的研究人员、学生,安全意识淡漠,从而导致一系列安全管理问题[9]。此外,高校的资金有限,对实验室建设的经费只投入仪器设备、材料试剂,在安全方面投入不足[10]。这也是导致实验室安全设施不齐全,实验室安全管理滞后的重要因素。

4.1.3 应急机制不完善

生物实验中涉及一些危险的操作过程,如一些强酸的稀释、生化反应、大型仪器设备的高危操作等,具有一定的安全隐患,因此,应急处置措施非常重要。但大多数实验室没有意识到应急预案的重要性,应急设施不齐全、缺乏应急预案是普遍现象,几乎没有应急演练。

4.2 实验室安全管理与应急机制欠缺的应对

4.2.1 满足实验技术人员的合理诉求

在师资队伍建设方面,应提高实验技术人员的地位,给他们提供参加培训学习和学历进修的机会,使其学习最新实验技能与实验管理方法[11]。学校应鼓励实验技术人员申报、主持、参与各类教研科研课题,将实验人员培养成教学、科研、仪器维护和实验创新的多面手。在享受权利的同时,要对实验技术人员制定严格、公平、合理、科学的考核制度,以实验教学、准备工作、实验技术创新、实验仪器维护等作为评判标准,从而形成良性循环,打造稳定、综合能力强、踏实可靠的实验技术队伍。

4.2.2 严格考核实验室使用人员

对实验室的工作人员,要编制相应的实验室管理与生物安全手册,并且用发生过的安全事例进行警示教育,提高工作人员的安全意识,强化工作人员的安全观念[12]。实验室安全管理要以“安全第一,预防为主”为原则,落实责任层级制,将安全管理下放到每一个实验室的岗位。组织相关专家教师编写实验室规章制度与实验室相关试剂、设备的使用方法,并形成题库,要求学生进入学习并参加在线考试,考试通过者方可进入实验室,并定期考核,强化安全知识,了解学生安全意识的阶段性状况,及时调整实验室安全工作方向。

4.2.3 完善实验室安全应急机制

在安全应急机制方面,实验室要制定各种应急预案,储备充足应急物资,熟练使用应急设备。强化信息等方面的及时沟通,一旦出现紧急事件能够采取最有效的处置措施。定期进行应急预案的演练是非常必要的,在演练时教师与学生共同参与,让学生也了解实验的危险性以及相应的处理方式,做到不慌不乱、行动迅速、处置得当,尽最大可能降低危险发生的概率,保障师生的身体健康与学校的财产安全。

5 结语

生物实验室是人员、设备、试剂集中的场所,安全隐患高,易发生安全事故,如危险化学品腐蚀、燃烧、爆炸等,甚至会造成生物安全事故,轻则造成实验室人员感染,重则导致病原微生物的外泄而引发大范围的传染病流行,引发生物灾难。因此,生物实验室需要健全的安全管理规章制度、实验技术人员高度的责任心以及科学有效的应急机制,三者相辅相成,防患于未然[13]。此外,国家政府已经把生物实验室安全提高到国家安全层次,并提出立法,系统规划国家生物安全风险防控和治理体系建设,全面提高国家生物安全治理能力[14-15]。应用型本科院校应紧跟国家步伐,科学制定生物实验室的规章制度与安全管理措施,提高实验室运行效率,保障师生的人身安全,为师生提供一个安全、平稳、有效的实验平台,增强学生的动手能力,提高教师学生的教学科研水平,从而促进应用型本科院校生物学科的高速发展。