同济大学机械与能源工程学院刘东教授做专家报告

同济大学机械与能源工程学院刘东教授做专家报告

《医学实验室的发展与展望》

刘东：

非常高兴和大家分享有关环境方面的研究，尤其是对健康来讲，有一个非常重要的地方，就是实验室，特别是医学实验室对我们的影响还是非常大的，所以我们来看一下有关医学实验室它的一个发展情况，现在的水平和今后的展望，包括现在防疫其实也是一样，没有实验室，尤其像防疫这块，出现漏检和错检，发生的问题将会是灾难性的。

    我的报告分四部分。整个医学实验室它是实验室大体系的其中一个组成部分。整体来讲的话，比如像咱们这种环境都还是公共建筑，我们考虑舒适为主，当然我们也要考虑安全健康。但是在实验室里头的话，我们考虑的最重要的其实还是安全的问题，然后才是舒适、节能和能效的问题。整体我们研发科研这块，国家的投入还是非常大的，而且发展也很快，去年的数据2.44万亿，这个是硬碰硬地投入进去，而且主要在基础能力建设，尤其是实验室建设这块。这些年我们国家的长足发展跟我们的投入也是分不开的。这个地方确实又是一个它相对来讲要求高，但是它风险和危害会比较大的地方。

    我们先看一下实验室的要求，对于实验室来讲的话，它的产品就是数据。在实验室里头，我们主要是要获得客观的数据，包括我们对健康的一个评估、评价，以及我们对健康食品、物品的评价，我们有主观的，但更多的还是要客观的这样一些数据去做支撑。自动化在实验室越来越多，但是有一些地方真离不开人，比如大学的实验室，它要通过实验室来教育人，所以人一定要在里头，很多实验室人都是一定要在里头的。它相对来讲会比较复杂，另外它实现我们的可持续，包括创新，包括社会监管的基础设施。

    这是目前实验室碰到的两个大的问题，一个是耗能的问题，还有一个是污染的问题。这两个是矛盾的，在这里头，实验室环境的控制非常重要，一个是保护样品不要出错，或者是不要被污染，不然我刚才说的漏测或者测错的这样一个状况，很麻烦。还有一个是保护人。另外就是保护环境。如果控制不好的话，实验室的污染物在周边会形成污染。这种污染回过来对实验室产生影响，另外造成区域性的，乃至可能是地区性，或者是国际性的灾难性的后果。

    医学实验室，我们引用ISO自身的定义。它有一个很明确的定义，它跟咱们的健康，这个包括我们的治疗，还包括预防，包括后面的评估等等，这些是紧密结合的。在国际标准里头，采样的地方不认为你是医学实验室，还有法医这块不认为你是医学实验室，这是国际上大家这么认可的。标准就是各方利益的妥协，因为我自己也是ISO中国组的专家，更多其实是大家不断地去推进相应的一些发展和进步。

    为什么现在医学实验室的发展越来越快呢？就是说人们对健康的要求越来越重视了，医疗条件也会越来越好。还有整体我们的经济是发展了。当然更重要的还是咱们国家把原来经济的这块更加重视了，现在是我们满足人们的美好生活，而健康这块，当然是一个非常重要的指标，在这块它的发展还是非常快的，或者说非常必要的。我们提供的是通过工程的方法、标准、规范，去建造这些东西。有了法之后，这些东西就跟上，我们现在法律的依据越来越健全，像今年实施的《食物安全法》。当然还有一些就说它的建造，首先这个实验室是专业的，所以它的建设必须也要是专业的人员、专业的队伍，还有专业的装备和设备来做这样的保障，既满足现在的情况，也会留出空间为今后的发展。比如像现在医院，大家考虑更多的就是平易结合，怎么样去做相应的调整和规划，所以现在这块都会影响到我们实验室的要求。

    对于医学实验室的基本要求，我们可以看一下，安全放在第一位。另外考虑到人体的健康和舒适，还有布局的合理性，以及我们要满足相应的功能，配置的话要做到齐全、有效，达到这些要求。这个是我们在一定的情况下面，医学实验室往生物安全实验室这块高要求去转了。在一定情况下，有一些就等同于生物安全实验室。这个是分级分类，一级、二级就是普通的。三级和四级叫高等级生物安全实验室，这个不是大家想建就能建的，而且这块的管理从可研开始到后面的管理异常的严格，像P3、P4就必须是CDC和CNAS双重的管理，才能够去保障。

    前两天我刚在上海开了也是实验室的会。像我们核酸检测的话，其实比P2略提高一些，P2+就行了，它还不到P3，但是对核酸的研究，你可能就得到P3去了。P4的实验室要求是最高的，它相当于是染毒之后，没有救的。国家对这块的管控，世界上对这块的管控还是非常严格。

    对实验室来讲，基本上高等级的实验室是用“俄罗斯套娃”的形式。核心的工作区域就这个，外面是通过建筑为主。我接触的第一个P3实验室是2004年上海建的，大概操作空间就这么大一些，围绕着这个总的投资是500多万，2004年建好之后，后来吴副总理带着WHO去做的验收，那时候就是针对SARS这块。

    我们看一张组图就可以看得出来，一个建筑，尤其是实验室建筑非常复杂，这个是它的基本要求。我们要说的一点，高等级实验室的建造跟我们的普通的建筑的投资强度完全不在一个数量级，比如说在上海，有高等级的研发实验室，偏化学为主，但它也带些生物，1平米大概是20多万。在德国有的1平米的投资大概在20多万欧元，差不多200万人民币左右，要求高，所以这个投入是必须有的。

    对生物安全或者生物实验室这块，其实是上上世纪就开始在做，我们国家现在是处在这个情况。

    再看一下，偏技术性的我就跳过去，规范上面都会有很明确的要求和规定。我们常用的像这个，在医院里面它分3个区，清洁区，这个是舒适为主的，可以理解成是相对安全的，这是具体工程布置的图。这个半污染区，有被感染的风险，一定要做管控的。这个我们叫污染区，像PCR、HIV等等那就必须管控的，而且要做负压的控制，不然的话，你在这里面很有可能就被感染，包括参观的人，包括实验人员等等。

    它是通过我们的通风空调系统来去做保障的，包括严格的控制，以及对应的工艺流程。这个是PCR，PCR就是我们所说的核酸检测，但它不限于这个。这里面是一个形象的表述，这是一级的，这两个都是称为普通的，我们可以称为普通的生物安全实验室，这个是三级的，P3实验室。P4一般不会列出来，是因为P4它也不设参观通道，你要知道里面的情况，包括你要进去是层层审批。不光是业务专业，包括国家安全，包括其他的，都要在这里面管控的异常严格，包括对它的网络，对它的接触等等，这是基本的要求。

    我们国家生物安全实验室的建设和发展其实起步不算太早，是上个世纪80年代开始引入P3实验室，也是国际合作，后面一步一步再开始在做。

    在SARS之后，就特别重视，我们后面的几个十一五、十二五、十三五大量的科研投入来去做一个保障，来去做一个提升。这个投入还是非常值得的，因为SARS那次是花了三个月判断出来到底是什么，这次新冠是一周之内，最快的实验室，国家级的实验室4天之内就知道结果了。当然他不能公布，他还要上报给国家，然后不同的实验室去做一个相互的印证，所以就说应该来讲还是发展非常快，它也是分属不同的部门。

这个是具体的布置图。

    这边是长三角的。在这里通过非常核心的，其中就是有过滤，尤其是高效的过滤，这种高效的过滤会把病毒和细菌阻挡在我们的系统里面，这样的话，我们就可以认为我的空间是安全的。对它的要求应该讲是非常严格，包括换也是一样，带进带出，不允许拆下来。另外高等级生物安全实验室，它的装备是要做冗余的，包括风机，都是做准备，大家都在低频运转，一台掉电之后，另外一台随即上去，它要通过这些系统来去保障。

    在这里面，我们说暖通空调系统是核心，是环境保障的核心，所以基于暖通空调系统我们强调安全性、舒适性和节能性。这个是在医学实验室里头的一个情况，它主要是保障它的安全性，把这些有害物排出去，这里面它要有相应可靠的装备，以及可靠的系统和这方面的控制，来使得一个房间能够维持一个合格的压力。我们这种情况一般都是微震压或者零压，在这里面的话，它一般都是做负压，而且它不叫微负压，有的要到二三十帕，负二三十帕，可能会要求更高。所以对于装备来讲的话，包括排风柜，大家都提了相应基础的要求，风速不能过高，也不能过低，这样才形成一个有效的排风，因为过高反而也会诱导有害物出来，所以是不合理的。包括里面的气流组织形式，压力的控制和我们的阀门控制它的风量，精准地去控制风量。

    对外来讲，有害气体的排放一定也是要满足要求。这个是现实情况所拍的照片，就是在一些大学、研究所的上面，这边就存在有毒有害这样一个的源，对应的新风标准。基本都是用全空气系统来去做保障的，也需要做一些节能的措施。一般来讲的话，重要的高等级生物安全实验室，它的运行成本一年大约是初投资的10%到15%，这个是指实验室初投资的10%到15%，所以这个量应该来讲还是非常大。

    总的来看，我们国家经历了这样一些阶段。一个是起步的和发展不规范的阶段，这个从上世纪80年代开始。后面就是规范的发展，但是严重依靠进口。到后面的话，随着能力建设，就是科技创新，不断能够自主保障的这样一个阶段。现在实际上也就是五六年前，已经可以往外走了，而且沿着我们国家“一带一路”，在往外输出。这个就是我刚才说的，它要求非常严格，对过滤器，对其他里面的这些装置，对环境保护等等。动物方面的话，有一个单独的空间让它去生长，这里面是重要的一些设备。还有包括我们说的移动实验室。

    这样的一些设备的厂，我们国家基本上可以做到全覆盖了。最高要求的四级的，尤其是自主知识产权这块也都建起来了，这个也是非常有代表性的。

    最后做一个总结，应该来讲还是很严峻，包括刚才说的，我们还不能谈后疫情时代，我们可以涉及这些东西，但是我们还要面对很多相应的挑战。实验室这块也是一样，它的安全意识，它的装备，包括管理制度有待完善。未来的话，包括我们的布局，以及相关的这些人工智能技术、国际交流等等，它要共同的发展，才能去保障我们安全的医学这块。谢谢大家。