“双一流”建设背景下高校生物实验室安全管理现状与对策

孙书洪， 李 华， 亓树艳， 孔 宇， 龙建纲

(西安交通大学 生命科学与技术学院，西安 710049)

0 引 言

随着一流大学和一流学科建设高校名单的公布，双一流大学建设的序幕正式拉开。双一流大学建设过程，提高高校教学水平和科研创新能力是关键。高校实验室是开展实践教学和科学研究的重要基地，是培养学生动手能力、实验技能、创新思维能力的必要场所。

近年来，随着人们对自身健康的重视，对生命世界探索的增多，生命科学呈现出蓬勃发展的态势。高校也逐渐加强对生物实验室的建设，生物实验室数目逐年增加；随着学科交叉越来越频繁、实验室开放程度逐渐增加，生物实验室的安全隐患日益凸显。国内生物实验室的发展也很迅速，但实验室工作人员的安全意识、高校生物实验室安全管理制度和管理机构的建设，与西方发达国家相比差距非常明显[1]。近年我国高校生物实验室火灾、危险化学品爆炸和中毒事件、生物安全事故时有发生，提高高校生物实验室安全管理水平刻不容缓[2-3]。

1 生物实验室安全隐患分类

与其他学科的实验室相比，生物实验室安全隐患更为复杂和多元化。生物实验室包含多种危险化学品(易燃易爆化学品、易制毒化学品和剧毒化学品)、致病性微生物、实验动物、特种设备、玻璃器皿等[4-5]。现根据生命科学与技术学院生物实验室的实际情况，将生物实验室的安全隐患分为4类：生物安全、化学品使用安全、实验设备使用安全和消防安全。

1.1 生物安全

生物安全(Bio-Safety)，是指为了避免危险生物因子造成实验人员暴露、向实验室外扩散并导致危害的综合措施。生物安全实验室(Bio-Safety Laboratory)，是指通过一级隔离设施和二级隔离设施，达到生物安全要求的生物实验室。我国根据实验室所处理对象的危害程度和所采取的防护措施，采用国际通行标准，将实验室生物安全防护水平分为4个等级，1～4级防护水平依次升高，以BSL-1、BSL-2、BSL-3、BSL-4表示仅从事体外操作的实验室的生物安全防护水平，以ABSL-1、ABSL-2、ABSL-3、ABSL-4表示从事在体实验的实验室的生物安全防护水平。一、二级实验室为基础实验室，三、四级实验室为高等级生物安全实验室。我国在《病原微生物实验室生物安全管理条例》(国务院令第424号)，世界卫生组织(World Health Organization, WHO)在《实验室生物安全手册》中对病原微生物危险度进行了等级划分。我国依据病原微生物的传染性、感染后对个体或者群体的危害程度，将病原微生物分为4类：第1类、第2类、第3类和第4类，危险度等级依次降低。其中第1类、第2类病原微生物统称为高致病性病原微生物。WHO将感染性微生物的危险度等级也划分为4级：1、2、3和4级，危险度水平依次升高。按照我国《人间传染的病原微生物名录》的要求，涉及不同危险度等级的病原微生物的实验活动需要在不同防护水平的生物安全实验室进行。

高校的生物实验室多为BSL-1、BSL-2实验室。即便如此，高校生物实验室的实验活动大多涉及多种致病微生物，实验室常年保存致病微生物菌种，若操作管理不当，即可能造成实验室人员感染，甚至导致致病微生物外泄，对校园甚至社会造成严重的危害。随着生物实验室数目增加、实验人员变多、实验项目增多、实验室开放程度的加大和学科交叉的频繁，实验室生物安全问题日益凸显。近年来生物实验室生物安全事故时有发生[6]，如2011年东北农业大学教学实验室发生28名师生感染布鲁氏菌的事故。因此生物安全问题也逐渐受到政府部门的重视，特别是在2003～2004年，新加坡、我国台湾和大陆的3个实验室接连发生SARS病毒感染事故后，我国相关部门颁布了一系列法规条例，以规范我国生物安全实验室的运行，确保实验室生物安全[7]。但我国的实验室生物安全管理水平，与西方发达国家相比还有很大的差距[1, 8]。

1.2 化学品使用安全

生物实验室化学试剂种类繁多，其中不乏各种危险化学品，如剧毒化学品、易制毒化学品、易燃易爆化学品等[5]。在这些化学品的保存和使用过程中，稍有不慎即可能对实验人员造成伤害[9]。如易燃易爆化学品很容易造成火灾和爆炸，强酸强碱(如浓硫酸和浓盐酸，均属于易制毒化学品)操作不当很容易对皮肤造成灼伤。剧毒化学品更是危害巨大，若不严格按照规定进行“5双”管理(即双把锁、双本帐、双人保管、双人收发、双人领用)，造成试剂泄漏或外流，会对实验室和社会人员的生命安全造成极大的威胁。在使用剧毒化学品时缺乏有效的防护措施，也易对操作者的健康甚至生命造成危害。生物实验室常见的危险化学试剂包括：浓硫酸、浓盐酸、三羟甲基氨基甲烷、氯仿、甲醛、叠氮化钠、多聚甲醛、丙烯酰胺、溴化乙锭等。

1.3 仪器设备使用安全

高校实验室仪器设备是教学和科学研究正常开展的物质基础，近年来随着国家对高等教育经费投入的增加，实验室仪器设备的种类和数量也逐年增加，各类先进仪器设备被用于生物教学和科学研究中。而其中多种仪器在操作过程中具有危险性，操作不当极易造成安全事故[10-11]。如贝克曼库尔特Optima系列超速离心机，最高转速能到达150 000 r/min，离心力超过100 000g，操作稍有不当就可能导致人员伤亡；高压蒸汽灭菌器，工作状态时的高温高压也极易给操作人员造成伤害。生物实验室其他危险仪器设备还包括：涉及激光使用的设备(如激光共聚焦显微镜和流式细胞仪等)、液氮罐、超低温冰箱、高压气瓶等。

1.4 消防及其他常规安全

生物实验室除了以上安全隐患外，还存在消防安全等常规安全隐患。火灾是高校实验室事故中发生频率最高、造成损失最大的安全事故[12]。主要由易燃易爆化学品、电路老化、大功率电器的使用等引起。

实验室用水安全。主要由暖气管道破裂、水龙头老化、停水后再次来水前忘记关水龙头等引起。造成水资源浪费的同时，更可能导致实验室众多贵重仪器设备遭到浸泡而损坏。

实验室用气安全。生物实验室中存在各种气体钢瓶：高压气体钢瓶、易燃气体钢瓶、助燃气体钢瓶、剧毒气体钢瓶和惰性气体钢瓶等。这些气体钢瓶均具有不同的危险特性，如易燃气体和助燃气体操作不当容易发生爆炸，剧毒气体和惰性气体的泄漏容易造成操作人员中毒或窒息[13]。

2 生物实验室安全现状与问题

2.1 生物实验室安全的认知现状调查

为了解在校学生对生物实验室安全的认知现状，为实验室安全体系的建设和实验室安全管理工作的开展提供依据，将100名生物和医学专业的在校生作为调查对象(其中本科生28名，研究生68名，其他人员4名)，对其进行生物实验室安全知识问卷调查。问卷的内容包括生物安全、化学品使用安全及消防安全3个方面。对调查结果统计分析发现，知道生物安全概念的学生占79.8%(其中25.3%的学生确切清楚生物安全的概念)。本科生对生物安全概念的知晓率稍低于研究生(71.4%和83.3%)。研究生中确切清楚生物安全概念的人数占到了30.5%，而本科生中只占到10.7%；有29.3%的学生不清楚自己所在实验室的生物安全防护水平；有30.3%的人不清楚生物安全柜的使用方法；仅19.2%的学生非常清楚生物实验室常用化学品的危害；31.0%的人从未参加过实验室安全培训；而98.0%的人认为有必要开设实验室安全相关课程或举办实验室安全培训。根据调查问卷的统计结果，发现生物和医学专业学生对生物实验室安全知识的了解程度较低，学生对实验室安全教育的需求较大。

2.2 生物实验室安全管理问题分析

生物实验室安全管理工作中，存在很多问题，主要表现在以下几个方面。

(1) 生物安全培训不足。李运书等[14]针对某医学院学生对实验室生物安全的认知现状进行的调查发现，仅8.2%的学生接受过实验室生物安全培训，仅32.2%的学生对实验室生物安全法规具体内容有所了解，实验室生物安全概念的总体知晓率为58.7%。我院针对生物和医学专业在校学生的调查也发现，学生对生物实验室安全相关知识的知晓率较低，学生的安全认知水平和安全意识亟待提高。不仅如此，实验室教师过度看中科研成果，而对生物实验室安全工作没有足够的重视，更加重了实验室重科研轻安全的氛围。实验室工作人员缺乏安全防护意识和不规范操作是安全事故发生的主要原因，因此开展生物实验室安全教育是做好实验室安全工作的关键[15]。

(2) 生物安全实验室建设不规范。我国《生物安全实验室建筑技术规范》(GB 50346-2011)中明确规定，微生物学、生物医学、动物实验、基因重组以及生物制品等使用的新建、改建、扩建的生物安全实验室的设计、施工和验收应该严格按照规范执行[16]。例如：生物安全实验室空调净化系统应采取有效措施避免污染和交叉污染；生物安全实验室送、排风系统的设计应考虑所用生物安全柜、动物隔离器等设备的使用条件等。

我国高校基础生物安全实验室(特别是一些建于老校区的实验室)不少是在原老旧房屋的基础上改建扩建的，并未严格按照《生物安全实验室建筑技术规范》建造，导致实验室空间布局、空调净化系统、送排风系统都不利于致病性微生物实验活动的开展，安全隐患突出。

(3) 实验室人员流动性大，人员安全素养参差不齐。高校实验室一般分为教学实验室和科研实验室，但为了节省空间和提高仪器的利用率，也存在教学科研共用实验室的情况。因此实验室需要对研究生教学实验、本科生教学实验、研究生科研项目、本科生毕业设计、开放实验、创新项目等同时开放，实验室人员流动性大[7]。实验室人员的实验操作水平和对实验室安全知识的了解相差甚大。这些因素也导致实验室生物安全管理更加困难，安全隐患更易产生。

3 高校生物实验室安全管理体系的建设与思考

3.1 国外生物实验室安全管理先进经验

美国是最早提出生物安全概念的国家，生物实验室安全管理水平超前，很多经验值得借鉴学习。①美国高校设有专门负责校园环境健康与安全的部门，统筹管理全校各类环境保护及安全工作，生物实验室安全作为职业健康和环境保护的重要内容是其工作的重要组成部分；②具有完善的生物安全管理体系。体系中每一个部分的职责非常清晰明确，互相联系紧密，高效协调运转。如锡拉丘兹大学的生物安全管理体系包括：生物安全管理委员会、生物安全管理官、系主任、实验室首席调查员及各实验室成员5个部分，各自具有不同职责，以保证校园和实验室生物安全[1]；③校级管理机构设有专职负责生物安全的专业人员，其作为全校生物安全事务的具体负责人和执行者，负责及时更新政府部门对生物安全的规范要求，并随时对实验室进行安全评估，有权授予或取消实验室进行生物安全操作的资格；④具有细致完备的生物安全管理政策。主要包括研究活动的管理政策、病原微生物菌(毒)种管理政策、实验室人员管理政策等。⑤安全教育培训制度严格、内容全面、形式多样。

3.2 我校生物学科安全管理体系的建设

建设世界一流大学，实验室安全建设管理也要与世界一流大学看齐，主动借鉴西方高校的先进管理经验，尽快使我校生物实验室安全管理达到世界一流水平。全校上下要更加关注生物实验室安全工作，形成重视安全的校园氛围；学校管理层面逐渐设立专门负责校园环境健康与安全的管理的部门和聘请专业的管理人员；逐步完善生物安全管理体系，明确各部分的安全工作职责；根据国家安全法律法规制定可操作性强的生物实验室安全管理政策；开展多样和全面的生物实验室安全教育培训，制定严格的安全培训制度。

为了达到我校生物实验室安全建设的目标，结合我校生物实验室的实际情况，逐步建立生物学科安全管理体系。

(1) 建立实验室安全考试系统。实验室与资产管理处为了增强学生的实验室安全意识，使其具备基本的实验室安全知识，确保教学科研工作的顺利进行，开发了西安交通大学实验室安全考试系统。根据学校专业的设置，系统拥有6类题库：医学生物类、化学类、机械建筑类、电器类、辐射类和通识类安全题库。各专业学生，必须通过相应类别的实验室安全考试，获得成绩合格证书，才被准许进入实验室进行实验。参加安全考试之前，学生通过学校发放的“西安交通大学实验室安全教育手册”进行实验室安全知识的学习。其内容包括在实验室工作中可能遇到的主要危害、事故及其规避与排除的方法等。“实验室安全教育手册”是实验室安全的基础读物，通过学校实验室安全考试系统的考试不足以让学生掌握专业的实验室安全知识和技能，更专业和系统的安全培训必不可少。

(2) 开展校级实验室安全培训。为了提高在校学生和教师的安全意识，增长安全知识，学校每年邀请校内外专家针对相关学科开展生物安全、化学品使用安全、消防安全和危险废弃物处理等的专题讲座，取得了不错的效果，逐渐形成重视安全的良好校园氛围。

(3) 完善的生物实验室安全制度。要做好生物实验室安全管理工作，完善的实验室安全制度必不可少。学校和实验室制定和完善了生物实验室安全相关制度，主要包括：“生物实验室安全事故应急预案”“仪器设备操作规程”“实验室冰箱安全管理规定”“实验室气瓶安全管理规定”“实验室加热设备管理规定”“实验室易制毒化学品管理制度”“西安交通大学危险化学品管理细则”“西安交通大学放射安全和防护管理细则”“西安交通大学实验动物管理细则”等。

(4) 建立动物实验中心。动物实验安全是生物实验室安全的重要组成部分，生命科学与技术学院于2017年建造了适合无特殊病原体动物(SPF级)饲养和实验的动物中心。实验动物中心的建立，极大地降低了由实验动物咬伤、抓伤、人畜共患病原体感染、动物组织和尸体处理等造成的风险。

(5) 开设生命科学仪器操作与实验室安全课程。针对在校生物和医学类学生关于生物实验室安全的调查问卷结果显示，实验室安全培训迫在眉睫。因此，生命学院生物工程系2016年首先在学院内针对生物学研究生一年级学生开设了生命科学仪器操作与实验室安全的课程，主要目的是为了帮助学生构建系统的生物实验室安全知识体系，掌握必要的实验室安全操作技能。课程中，根据生物实验室的特点，将实验室安全的内容分为：生物安全、化学品使用安全、仪器设备使用安全和消防安全4个部分进行讲解。课程采用课堂理论教学和现场实际操作教学相结合，由教师首先进行关于实验室安全理论知识的课堂讲解，再进行现场的操作和演练。考核采取笔试和实际操作考试相结合，这极大地避免了学生通过死记硬背应付考试的现象，体现了课程注重增强学生安全意识、提升学生安全防护技能等特点。

(6) 实行“实验室安全承诺书”制度。正式进入实验室前，学生必须与实验室签订“西安交通大学生物实验室安全承诺书”，承诺书必须同时具有导师和学生签字。学生需承诺在今后的实验室工作过程中，遵守国家的相关法规，遵守学校和学院制定的实验室安全制度，如因本人违反国家法规和学校学院的制度而造成的事故，需要承担事故的责任，导师也需负相应的责任。此举目的在于防止重科研轻安全实验室氛围的出现，促使师生对安全隐患时刻保持高度警惕，杜绝一切实验室安全事故的发生。

(7) 建立学生实验室安全档案。实验室给每一个学生建立个人实验室安全档案，如学生因未按要求操作导致安全事故发生，或者操作具有明显的安全隐患，则计入安全档案，档案在该生奖学金评定和优秀毕业论文评定过程中作为参考。此举将实验室安全与学生切身利益挂钩，将极大地提高学生在思想上对实验室安全的重视程度，利于安全隐患的消除。

(8) 建立实验室安全管理系统。随着人工智能和大数据时代的来临，各项先进技术迅速发展，为各行各业带来更大便利。现代信息技术的应用也将为实验室安全管理工作提供帮助。①2014年我校建立了危险化学品管理信息系统。所有化学品采购进行入库登记，使用过程中进行出库记录，定期进行盘库整理。对化学品进行信息化监控和管理，较好地保证了化学品在实验室各个环节的安全；②实验室监控和报警系统。实时监控实验室危险实验活动、危险废弃物处理、危险化学品储存和使用；③筹备建立虚拟仿真生物安全实验室。虚拟仿真生物安全实验室能够非常真实模拟实验室危险发生时的场景，让学生身临其境，学会各种安全问题的应对。

4 实施成效

通过对生物实验室安全体系的建设，成效已初步显现。生物实验室学生对实验室安全各方面的认知水平都有明显提升，安全意识有很大增强，安全实验操作和安全防护能力有很大提高。生命科学仪器操作与实验室安全课程开设2年，生物实验室的研究生，整体对生物安全概念的知晓率从65.0%升高到83.3%，对危险化学品、易制毒化学品、剧毒化学品的分类和概念的了解率从56.3%提升到74.0%，熟悉使用灭火器的学生，从62.5%升高到84.0%。

5 结 语

生物实验室安全管理是一项长期和持续的工作，需要在实践中不断总结、探索和改进。我校生命学院生物实验室在不断的探索中，总结出了一套较为完善的生物实验室安全体系，经过一段时间的运行，取得了一定的成果。

在这样一个现代信息技术迅猛发展的时代，运用数据库对生物实验室各类安全数据进行管理是大势所趋，信息化建设能大大地提高生物实验室安全管理的效率，最大可能地减少实验室安全隐患的出现，将安全事故扼杀在摇篮之中。