无特定病原体级实验动物屏障环境设施独立通风笼系统的运行与维护

李秀荣 黄治朝 李妍涵 顾 洁*

生命科学和医学研究领域的不断发展与进步，实验动物在科学研究中起到不可或缺的作用，被称为“活的精密仪器”，实验动物是医学、生命科学和药物研究的基础和重要支撑[1-2]。实验动物的质量直接关系到研究结果的准确性和权威性，确保以实验动物为实验材料的生命科学及医学研究结果的科学性、可靠性及稳定性是当前实验动物学科研究的重点。根据实验学科的发展要求，无特定病原体(special pathogen free，SPF)级实验动物在科学研究实验动物的使用中占据主流。实验动物生长繁育环境是实验动物质量的关键影响因素，独立通风笼(individual ventilated cages，IVC)系统的产生和应用使得实验动物质量得以保证，科学有效的标准操作规程(standard operating procedure，SOP)是保障IVC系统良好运行的关键。

1 SPF级实验动物与屏障环境

原国家科委制定颁布的《实验动物管理条例》[3]将实验动物定义为：经人工饲育，对其携带的微生物实行控制，遗传背景明确或者来源清楚的，用于科学研究、教学、生产、检定以及其他科学实验的动物。根据微生物和寄生虫控制程度，将实验动物划分为4个等级，即普通级动物(conventional animal)、清洁级动物(clean animal)、SPF级动物和无菌级动物(germ free animal，GF)[4]。目前，SPF级实验动物在科学研究实验动物使用中占据主流。SPF级实验动物指除清洁级动物应排除的病原体外，不携带主要潜在或条件致病以及对科学实验干扰大的病原体[4]。

屏障环境设施用于饲育清洁级实验动物和SPF级实验动物[5]。屏障环境可保证实验动物的生存环境与外界相对隔离，对进入屏障内的空气进行初效、中效和高效3级过滤，洁净度可达到万级。所有进入屏障系统内的人员、物品(实验用品、饲料及垫料等)和实验动物必须严格执行微生物控制标准[5]。所有在屏障环境饲养的实验动物均能较好地控制微生物指标，为实验结果的可靠性和规范性提供了基础。

2 IVC系统及工作原理

2.1 系统组成

IVC系统指在密闭独立的笼盒内，高换气频率(20～60次/h)的洁净气流独立流通，废气集中排放，并可在超净工作台或生物安全柜内操作和实验的微型SPF级实验动物饲养和实验的设备[6]。IVC是一种微环境净化笼具，通过空气隔离净化技术，把每个饲养单元缩小到最小程度，使每个单元相互隔离，避免交叉感染，提高空气洁净度[7]。

IVC系统与传统的层流架系统相比具有节能高效、操作简便、防止交叉感染及保证动物福利等优点，已被愈来愈多的高校及研究院所的实验动物中心使用[8]。

IVC设备主要包括中央控制系统、IVC主机、IVC笼架、IVC笼盒、送排风系统和超净工作台6大模块：①中央控制系统主要对IVC系统进行参数制定及监测的控制和显示；②IVC主机内部主要包括送风机、初中高效过滤器、排风机、压力表、温湿度表、排风压力表、风量控制器及报警器等；③IVC笼架材质为不锈钢，设计有笼盒安插轨道、送风管和排风管；④IVC笼盒主要材质包括聚碳酸酯(polycarbonate，PC)和聚砜(polysulfone，PSU)2种，PSU材质笼盒是一种新型的高温聚砜材料，呈琥珀色透明状，硬度强，可耐高温(最高可达150 ℃)，耐酸碱腐蚀，使用寿命长，PC材质笼盒是聚碳酸酯，全透明，IVC笼盒内置不锈钢金属网篦，用于盛放食料和饮水瓶；⑤笼盖上带有送风和排风口，顶部有硅胶盖内含过滤膜防止断电窒息；⑥超净工作台是实验操作、更换笼盒等工作进行的操作空间。

2.2 系统工作原理

外界空气经IVC系统主机的初效、中效和高效过滤系统进行过滤，达到万级净化标准，按照设置参数(温度、湿度、换气次数及压力等)优化后，进入送风管道，由笼架上的导风通道输送到每个独立通气的笼盒内，净化气流在笼盒内运行后，连同动物排出的废气一起经排风导管进入排风管道，进入机箱内的排风机，由排风机过滤后排出室外[6]。独立的送排风设计极大地降低了交叉感染的可能性，可确保实验动物质量。将实验动物放置于特定空间，给予适合其生长、繁殖的生活条件，可保证实验动物福利。

2.3 系统优势

IVC系统具有独特的优势。①空气经初效、中效和高效过滤后能达到万级及以上水平，符合实验动物标准化要求；②将人与动物隔离开，降低生物安全事件发生，有效保护工作人员及科研工作者免受致敏源侵害；③提高实验动物质量，减少实验误差，保证实验结果的可靠性和有效性；④空间利用率极大提升；⑤换气次数较高，减少工作人员工作量；⑥对免疫缺陷动物、转基因动物的饲育有绝对优势等。

3 IVC系统运行与管理

3.1 系统检测参数设置

目前，国家对实验动物设施与环境有明确管理规定，按照国家标准《实验动物环境及设施》(GB14925-2010)[9]对实验动物环境技术指标要求，实验动物中心对屏障环境及IVC系统监测参数做了设定，见表1。

表1 屏障环境及IVC系统标准参数设定

3.2 系统运行SOP

IVC系统使用目的是为更好地保障实验动物质量，确保实验结果的可靠性和稳定性。因此，对IVC系统的运行和管理是实验动物屏障环境运行管理的重点，制定实施科学化和有效性的SOP是保障IVC系统良好运行的关键。

IVC系统运行SOP。①岗前培训SOP：所有工作人员上岗前要进行规范化培训，包括对IVC系统的构造、运行原理及使用手册等方面进行全面学习培训；②政策学习及解读SOP：对国家及地方和行业内标准进行系统学习和执行；③实验人员使用IVC笼盒培训SOP：对动物实验人员进行IVC笼盒使用培训，对IVC系统的笼盒构造和使用注意事项对研究人员进行简要介绍，IVC笼盒的使用必须在超净工作台内进行；④饲养人员IVC笼盒使用SOP：饲养人员需每周对IVC笼盒进行更换，包括垫料、饲料及饮用水的更换，对操作过程中应注意事项进行专业化培训，饲养人员更换笼盒时应注意标签信息，要对实验动物的死亡情况作登记，并及时通知相关实验人员，以便实验人员统计实验动物生存状况；⑤IVC笼盒消毒SOP：每周进行一次消毒，高压灭菌(121 ℃，30 min)；⑥设施巡查登记SOP：各工作人员要对屏障环境内的IVC系统主机面板上的各项参数每日进行例行检查，并做好登记工作(湿度、温度、换气次数和压差)；⑦故障排查和登记SOP：对每次出现的屏显故障要及时详细记录；⑧IVC系统维修与维护登记SOP：当IVC系统出现故障时，要及时联系厂商进行维修，并做好维修记录；⑨超净工作台使用SOP。

4 IVC系统的维护管理

4.1 维护方法

IVC系统常年不间断运行，负荷过大难免出现故障问题，为减少运行故障，IVC系统的维护和保养显得尤为重要。要做到专人管理、定期保养和定期校验。其主要工作包括清洁、润滑、防腐蚀、紧固及更换配件等[6]。

制定科学化和专业化的维护和保养制度是保障IVC系统良好运行的前提条件，做好维护与保养也能延长系统使用寿命。①每日巡视运行参数，对IVC机组显示屏上的各项参数(温度、湿度、压差、换气次数及进出风量等)进行检查，确认是否符合运行标准，尤其要注意电压和压差，送风电压为220 V，回风电压为150 V，压差为20 Pa；②定期更换IVC机箱内过滤膜，即初效、中效和高效过滤膜，原则上屏障环境3个月更换一次初效过滤膜，9个月更换一次中效过滤膜，1.5年更换一次高效过滤膜；③定期更换笼盒终端过滤膜，更换频率根据过滤膜状态而定，由于滤膜在出风口处，容易聚集粉尘造成堵塞，严重影响通风，当滤膜颜色变黄时表明聚集的粉尘较多要及时更换；④控制噪音(＜60 dB)，噪音过高易影响动物生长繁育，造成机组噪音的主要原因有风机老化或有异物进入风机，要及时与厂商联系做好维护；⑤设置双回路电源或备用发电机，防止断电机组停止运行。

4.2 维护管理效果

制定实验动物屏障环境设施IVC系统运行SOP，建立了定期维护保养制度后，系统故障率明显下降；运行1年来，实验动物检测合格率100%，全部符合国家标准要求。

5 结语

实验动物科学已发展成一门独立的、综合性学科，这一学科的发展直接影响各实验学科的发展[10]。实验动物在生命科学和医学研究领域发挥着基础支撑作用，实验动物质量直接影响实验结果的可靠性和真实性，提高实验动物质量是各高校和研究院所实验动物中心的重点工作任务[11]。屏障环境的建设和IVC系统的使用能极大减少微生物污染，保障实验动物质量的可靠性和有效性[12]。屏障环境IVC系统使用和维护是一项系统工程，工作人员要严格执行SOP制度，确保IVC系统良好运行。