實驗動物環(huán)境設(shè)施指標集成在線監(jiān)測技術(shù)探討

張煒 譚瑩 師廷川 符躍明 師冰

摘?要：實驗動物設(shè)施一般處于連續(xù)運行狀態(tài)，各種環(huán)境指標隨著環(huán)境因素變化而變化，需要借助實驗動物設(shè)施環(huán)境及工藝設(shè)備指標在線監(jiān)測技術(shù)，實時反映環(huán)境指標、工藝設(shè)備運行指標并反饋調(diào)整，將對實驗動物設(shè)施的正常運行及節(jié)能、動物福利、動物質(zhì)量、動物實驗結(jié)果準確性等方面都有重要意義。本文通過闡釋在線監(jiān)測溫濕度、日溫差、壓差、氣流速度等指標的目的、在線監(jiān)測和調(diào)控的方法，并結(jié)合能源管理案例，探索實現(xiàn)指標集成在線監(jiān)測可行性。

關(guān)鍵詞：實驗動物；環(huán)境設(shè)施；指標；集成；在線監(jiān)測

在線監(jiān)測技術(shù)在環(huán)境科學(xué)、制藥工程等領(lǐng)域都得到良好應(yīng)用，但作為實驗動物設(shè)施環(huán)境指標及工藝設(shè)備指標的監(jiān)測手段，尚處于分散管理的初始階段，尚未見集成在線監(jiān)測的應(yīng)用案例。隨著實驗動物設(shè)施的規(guī)?；?、科研水平的提高及計算機技術(shù)的進步，實驗動物設(shè)施及工藝設(shè)備在線管理的需求越來越迫切。

2015年統(tǒng)計我國動物設(shè)施，取得動物實驗使用許可證的機構(gòu)有1448個，生產(chǎn)使用證的有422個。實驗動物作為醫(yī)藥研發(fā)技術(shù)的重要載體，保證實驗動物質(zhì)量和實驗動物福利和倫理越來越得到重視。評價實驗動物設(shè)施指標的合理性涉及實驗動物環(huán)境工程與衛(wèi)生學(xué)、實驗動物環(huán)境監(jiān)測與評估等學(xué)科，應(yīng)以實驗動物為主體，相關(guān)指標都應(yīng)以滿足實驗動物福利、保障實驗動物質(zhì)量為核心，因此，新建或改建的實驗動物設(shè)施竣工啟用前，須向所屬的實驗動物管理部門申請進行設(shè)施環(huán)境指標檢測，檢測合格方能投入使用［1］。

實驗動物設(shè)施室內(nèi)環(huán)境的檢測項目包括溫濕度、氣流速度、換氣次數(shù)、靜壓差、空氣潔凈度、沉降菌、噪聲、照度、氨氣濃度。實驗動物工藝設(shè)備的在線監(jiān)測則包括高壓滅菌器、洗籠機、純水機等大型工藝設(shè)備的運行狀態(tài)監(jiān)測。物聯(lián)網(wǎng)軟件系統(tǒng)可以在線統(tǒng)計動物籠位庫存、籠具的排列、動物入庫位置、動物數(shù)量、建籠時間等信息。但由于技術(shù)手段的局限，要實現(xiàn)以上所有指標的在線動態(tài)監(jiān)測仍有難度。

1 環(huán)境指標在線監(jiān)測可行性分析

以下將從動物實驗室涉及的各項環(huán)境指標分別分析實現(xiàn)在線監(jiān)測的可行性。

1.1 溫濕度、日溫差

不同種類、不同品系的動物生活習(xí)性，適宜溫度、濕度范圍是不同的。環(huán)境溫度的改變可引起實驗動物不同程度的生理系統(tǒng)和機體內(nèi)環(huán)境系統(tǒng)的改變，從而引起某些生理狀態(tài)（如呼吸、循環(huán)、體液、代謝、免疫系統(tǒng)）的改變，并影響受試化合物給藥后的吸收、代謝、排泄等［2］。環(huán)境溫度是實驗動物體熱平衡和調(diào)節(jié)的決定因素之一，環(huán)境溫度變化影響實驗動物的產(chǎn)熱和散熱，如果環(huán)境溫度超過最佳范圍，無論是過熱還是過冷，都會迫使動物改變其新陳代謝節(jié)律［3］。溫度異常對實驗動物胎兒會造成非致死性狀態(tài)傷害，引起發(fā)育缺陷，溫度異常引起缺陷的類型主要取決于胎兒發(fā)育階段和受熱的劑量。溫度變化還可使動物的姿勢、攝食量、飲水量發(fā)生改變。

高濕環(huán)境易引起動物代謝紊亂，抵抗力下降，發(fā)病率增加，有利于病原微生物和寄生蟲生長繁殖，動物被感染的概率增加［4］。濕度升高也會使室內(nèi)的細菌和氨氣含量增加，小鼠仙臺病毒在高濕環(huán)境比低濕環(huán)境更易傳播。濕度越高，實驗兔類的腳皮炎癥發(fā)病率越高［5］。濕度低容易引起動物呼吸道疾病。從動物習(xí)性來看，兔、犬、猴、貓喜歡相對干燥的環(huán)境。多數(shù)動物不耐低濕，如大鼠長期低于相對濕度40%容易患上壞尾病。尤其還要考慮環(huán)境濕度對揮發(fā)性化合物和通過皮膚、呼吸道途徑染毒的化合物實驗結(jié)果的影響［2］。

溫濕度的在線監(jiān)測調(diào)控需根據(jù)不同動物來設(shè)置波動范圍，詳見表1。獨立送風(fēng)隔離籠具（IVC）系統(tǒng)的溫濕度探頭宜安裝在籠具的排風(fēng)口，開放式籠具的飼養(yǎng)間溫濕度探頭宜安裝在房間的排風(fēng)口，可以更加合理地反映房間的環(huán)境指標，在線監(jiān)測數(shù)據(jù)才具有代表性、真實性，同時可對日溫差進行統(tǒng)計分析。溫濕度探頭與中央控制系統(tǒng)聯(lián)動，達到及時反饋并調(diào)控的效果。該技術(shù)成熟，已經(jīng)普遍應(yīng)用。

1.2 壓差

壓差是保證動物實驗室空氣流線的重要的工藝指標，通過控制壓力，促使室內(nèi)空氣向正確方向流動。國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范要求壓力梯度區(qū)間應(yīng)保持在20pa，既可防止污染空氣經(jīng)過天花板、墻壁、窗等縫隙侵入室內(nèi)，又可以防止動物產(chǎn)生的有害氣體擴散。國家標準GB14925-2010《實驗動物環(huán)境及設(shè)施》理念為“實驗動物區(qū)壓差最大”，國際標準ISO14644理念為“滅菌后區(qū)壓差最大”。

房間靜壓差傳感器宜設(shè)置在兩個房間相通的門框邊，可以較為合理地反映房間之間的壓差情況，屏障環(huán)境運行壓差控制在10～15Pa或根據(jù)運行狀態(tài)調(diào)整進行在線監(jiān)測。普通環(huán)境壓差設(shè)置可根據(jù)國際實驗動物評估和認證協(xié)會（AAALAC）認證要求進行運行狀態(tài)調(diào)整在線監(jiān)測。在初、中、高效過濾器前后設(shè)置壓差測量裝置，可以在線監(jiān)測和記錄阻力變化及報警（阻力達到初阻力的2倍左右），可以實現(xiàn)自動控制，該技術(shù)成熟、應(yīng)用簡單，已成為實驗動物設(shè)施的標準配置之一。

1.3 氣流速度

風(fēng)速（即氣流速度）是決定動物換氣次數(shù)、溫度與散熱量以及水分蒸發(fā)有關(guān)的主要因素。監(jiān)控風(fēng)速，是為了避免強風(fēng)直接吹動物，因為風(fēng)速增大，動物采食量也會增加，影響其代謝等系列生理系統(tǒng)。而籠架處及籠具內(nèi)、鼠盒內(nèi)的氣流流動更容易混亂，導(dǎo)致傳熱傳濕及污染物的排出都會受到影響，部分籠具內(nèi)、鼠盒內(nèi)環(huán)境參數(shù)值可能超過標準［10］。安珂慧等［11］通過流體動力學(xué)（CFD）模擬不同換氣次數(shù)下的動物實驗室也發(fā)現(xiàn)動物籠具前端出現(xiàn)大于規(guī)定氣流速度的位置。

對于開放式籠具的飼養(yǎng)間，氣流速度的測定需要采用風(fēng)速計在動物飼育區(qū)和實驗工作區(qū)分別設(shè)置測點，測點設(shè)置于地面高度1.0m處，可根據(jù)飼養(yǎng)間的空間大小來布置代表性點位來監(jiān)測籠具周邊的氣流速度。雖然風(fēng)速傳感器的測量精度會受到很多因素的影響，但仍可用于氣流速度的分析和控制，使動物處在合理的風(fēng)速區(qū)域。

對于IVC系統(tǒng)，可以采用風(fēng)速傳感器來實時測量風(fēng)速后反饋調(diào)節(jié)密閉閥來達到精確控制氣流量的目的，在IVC系統(tǒng)中該技術(shù)相對成熟。監(jiān)測籠具周邊動態(tài)氣流，根據(jù)室內(nèi)風(fēng)速標準范圍值，實時上傳到監(jiān)測系統(tǒng)軟件統(tǒng)計分析籠具周邊有效的氣體交換率、氣流分布的均勻性，以判斷籠具周邊有沒有氣流死角。

對于開放式籠具的飼養(yǎng)間，氣流速度的在線監(jiān)測從技術(shù)上是具有一定的可行性的，但對于IVC系統(tǒng)，該技術(shù)相對成熟。

1.4 換氣次數(shù)

換氣次數(shù)是以滿足動物和人員以及污染物稀釋的需要，從而保證穩(wěn)定環(huán)境的指標，合適的換氣次數(shù)和室內(nèi)污染物分布、節(jié)能之間存在一定的耦合關(guān)系［12］，且合適的氣流組織也是降低換氣次數(shù)的關(guān)鍵。換氣次數(shù)是通過測定送風(fēng)口風(fēng)速，參照風(fēng)口面積和房間容積計算得出的。換氣次數(shù)的測定歸根結(jié)底是風(fēng)口風(fēng)速的測定。風(fēng)口風(fēng)速的在線監(jiān)測是可以實現(xiàn)的，經(jīng)過簡單的邏輯換算便可實現(xiàn)換氣次數(shù)的在線監(jiān)測。

對于開放式籠具的飼養(yǎng)間，可以根據(jù)飼養(yǎng)間動物的飼養(yǎng)量和飼養(yǎng)間產(chǎn)生的有害氣體濃度來調(diào)整換氣次數(shù)的增加和減少。換氣次數(shù)的范圍值為屏障環(huán)境換氣次數(shù)15～60次/h，非工作狀態(tài)下不低于10次/h，一般狀態(tài)下20次/h，普通環(huán)境8～15次/h。新風(fēng)量與換氣次數(shù)有關(guān)，詳見表2。

IVC系統(tǒng)可以根據(jù)籠盒更換頻次換氣次數(shù)，從35次/小時逐日增加最大到80次/小時。按變風(fēng)量運行調(diào)控在線監(jiān)測，重點還要監(jiān)測鼠籠內(nèi)風(fēng)量均衡的問題。

用風(fēng)速儀傳感器測量并換算為換氣次數(shù)，可實現(xiàn)在線監(jiān)測，對于開放式、平板式籠具的飼養(yǎng)間具有可行性，在IVC系統(tǒng)中該技術(shù)相對成熟。

1.5 空氣潔凈度

動物實驗室空氣中浮游微?？偡Q為空氣氣溶膠，主要塵源且對實驗動物環(huán)境影響最大的是粉塵顆粒、動物被毛、浮皮屑、飼料渣、排泄物等。空氣中的細菌、病毒、立克次氏體等因其黏附在粉塵顆粒上，故在理論上做粉塵對待，一般附著在0.5微米以上的粒子上并飄浮在空氣中（7級0.5微米=35200粒/m3），且能夠透過高效過濾器（HEPA）迎風(fēng)面做浸潤運動，并非是懸浮狀態(tài)。實驗動物設(shè)施的潔凈核心就是生物凈化，需控制微生物的產(chǎn)生繁殖和傳播，同時還要結(jié)合清洗、清潔、消毒、滅菌等行之有效的技術(shù)措施來保證潔凈區(qū)污染控制。

塵埃粒子數(shù)測定是空氣潔凈級別的重要指標之一。目前塵埃粒子數(shù)的在線監(jiān)測已實現(xiàn)并應(yīng)用于GMP潔凈室中。在線粒子空態(tài)、靜態(tài)、動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以對所監(jiān)測環(huán)境空氣中顆粒的粒徑和數(shù)量分布進行自動連續(xù)的監(jiān)測和記錄。當(dāng)監(jiān)測環(huán)境中的塵埃粒子數(shù)超過設(shè)定值時，該系統(tǒng)將會進行聲光報警，通知相關(guān)人員進行處理，可確保所監(jiān)測的關(guān)鍵環(huán)境中的塵埃粒子數(shù)處于正常狀態(tài)。需要注意的是屏障環(huán)境中動態(tài)運行下的潔凈度要求不容易實現(xiàn)。通過監(jiān)測塵埃粒子數(shù)也可以為空氣沉降菌/浮游菌的采樣提供判斷依據(jù)。

空氣潔凈度靜態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)相對成熟，屏障環(huán)境動態(tài)在線監(jiān)測需要結(jié)合實際來開發(fā)研究。

1.6 空氣沉降菌/浮游菌

動物實驗室空氣中含有的微生物主要以空氣浮游生物狀態(tài)存在，一般附著在0.5微米以上的粒子上做浸潤運動?？諝獬两稻Ｒ?guī)檢測方法為：培養(yǎng)皿打開后放置于實驗動物設(shè)施內(nèi)地面上30min，加蓋，放于37℃恒溫箱內(nèi)培養(yǎng)48h后，計算菌落數(shù)（個/皿）［1］?？梢姡諝獬两稻臋z測需要時間較長，想實現(xiàn)在線監(jiān)測需要克服很多技術(shù)難題，以目前的工程技術(shù)水平，無法實現(xiàn)在線監(jiān)測。然而對于生物凈化有要求的動物屏障設(shè)施也應(yīng)當(dāng)更多地采用主動采樣的靈敏度高的浮游采樣器來監(jiān)測空氣的攜菌粒子，同時也保證該攜菌粒子的存活率以便增值培養(yǎng)?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)主動采樣方法的浮游采樣器采集1微米的粒子的收集效率比9cm的被動采集的沉降方法的效率高2250倍。浮游菌采樣由于培養(yǎng)基比較容易干燥，現(xiàn)代的采樣流速設(shè)計為低流速采樣，可以盡量延長浮游采樣的覆蓋時間，無須頻繁更換平皿，在線日常監(jiān)測的浮游采樣器的內(nèi)置軟件可設(shè)置對所有的采樣過程進行監(jiān)控，并生成不可更改的監(jiān)測記錄，方便追蹤，而沉降菌的采樣更依賴于紙質(zhì)記錄管理，流轉(zhuǎn)中的管理風(fēng)險較大。沉降菌采樣方法可以作為一種靜態(tài)/動態(tài)過程中浮游菌采樣的補充方法，兩者一起使用，采集出風(fēng)面的菌落形成單位（cfu）值。使用時需要避免放置位置不當(dāng)或者操作錯誤而造成的污染風(fēng)險。沉降菌/浮游菌的監(jiān)測方法，應(yīng)當(dāng)基于風(fēng)險評估來選擇和考慮采用哪種方法。因為空氣中生物粒子除包括細菌、病毒、真菌外，可能還有支原體、寄生蟲、蟲卵等。

浮游菌的在線監(jiān)測技術(shù)是成熟的，但沉降菌的在線監(jiān)測技術(shù)無法實現(xiàn)。在屏障環(huán)境中，建議采取浮游菌的在線監(jiān)測和沉降菌紙質(zhì)記錄管理結(jié)合使用來監(jiān)測微生物。

1.7 噪聲

犬、小鼠、兔、豚鼠實驗動物都可以聽到超聲波，大鼠可聽到70kHz，非人靈長類與人相似20～20kHz，聽力范圍和人類相比較寬，不同品種的非人靈長類聽力頻率上線有所不同。噪聲超標除造成動物正常應(yīng)激反應(yīng)外，主要是對動物交感神經(jīng)影響最大，引起交感神經(jīng)緊張，心跳數(shù)、呼吸數(shù)、血壓異常升高。比如，噪聲會使小鼠發(fā)生的細胞免疫機能改變，免疫功能降低，導(dǎo)致小鼠消化吸收障礙、脫毛等，大鼠發(fā)生高血壓、心臟肥大、腎上腺皮質(zhì)激素上升、消化器官分泌機能障礙，肝糖原和抗壞血酸水平升高。噪聲超標對大鼠、豚鼠、兔、犬等動物也可誘發(fā)聽原性痙攣。

噪聲傳感器可實現(xiàn)對噪聲的動態(tài)在線監(jiān)測。信號采集點為房間內(nèi)離地面1.2m高度的位置，且需要考慮墻壁反射的影響，也可結(jié)合室內(nèi)設(shè)施，如籠架等設(shè)置采集點。噪聲的在線監(jiān)測在技術(shù)上可行。

1.8 照度

光的照度和波長范圍的設(shè)置應(yīng)保障動物獲得清晰的視覺和維持生理節(jié)律，并滿足人員工作和觀察動物的需要，有些動物對光比較敏感，需采取避光措施，可采用有色玻璃。可見光的波長范圍為0.39～0.77微米，其中紅光為0.622～0.77微米、橙光為0.592～0.622微米、黃光為0.577～0.597微米、綠光為0.492～0.577微米。光照度刺激對動物生物節(jié)律起著重大影響，光照強度和波長的不同對實驗動物神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)產(chǎn)生不同的影響，不適當(dāng)?shù)墓庾V品質(zhì)、光照強度、光照度周期和光譜的波長等都有可能對動物的健康造成危害［3］。臨床前藥物研究毒性與副作用試驗過程要特別注意，嚙齒動物容易適應(yīng)微暗環(huán)境而不能識別顏色，作為夜行性動物的小鼠，在紅光或黑暗中其自然活動較多，在黃光中為中等程度，藍、綠和白晝光中最差［13］。另外，小鼠在粉紅色或黑色紫外光中體重增加較快，紅色照明對于嚙齒類動物意味著黑暗，所以當(dāng)需要在夜間光照時常采用紅光照明，光照強度降低到10lx，這樣不影響小鼠的睡眠量和睡眠結(jié)構(gòu)；在20lx照度時小鼠的性周期最穩(wěn)定，周期為4天。犬缺乏紅、綠色覺感知，犬類只能分辨黑白，猴子的色覺十分敏感，不同品種的猴有不同的辨色能力。實驗過程同時還要確保光照的均勻性，照度長時間過強會引起動物的視網(wǎng)膜功能障礙。

照度的在線監(jiān)測目前已在智能建筑燈控系統(tǒng)得到應(yīng)用，應(yīng)用于實驗動物設(shè)施也是可行的，不僅可以實現(xiàn)光強度的監(jiān)測，還可以對光波長進行在線的檢測。對于屏障環(huán)境可安裝照明控制器營造白天黑夜交替，普通環(huán)境特別是犬類、非人靈長類動物飼養(yǎng)間可安裝全日光光譜營造自然光的活動場地。照度在線監(jiān)測技術(shù)在實驗動物設(shè)施中用于技術(shù)上是可行的。

1.9 氣態(tài)污染物

實驗動物設(shè)施動物產(chǎn)生的主要氣態(tài)污染源有22種八大類物質(zhì)，主要成分為氨、硫化氫、臭氣。對氨濃度敏感的動物包括大小鼠、豚鼠。氨氣會誘發(fā)某些呼吸道疾病、中耳炎，在達到25～50ppm濃度時會使動物感染肺炎支原體等，比如小鼠感染肺炎支原體表現(xiàn)為打圈、翻跟頭。對硫化氫敏感的動物包括犬、貓、兔。硫化氫會對呼吸道及黏膜有刺激作用，從而引發(fā)植物神經(jīng)功能紊亂，嚴重的可造成呼吸中樞麻痹，在200～500ppm濃度時會造成窒息死亡。

氣態(tài)污染物濃度在線檢測在養(yǎng)殖業(yè)已被廣泛應(yīng)用，應(yīng)用于實驗動物設(shè)施是成熟的。

2 設(shè)施設(shè)備運行在線監(jiān)控與管理

實驗動物設(shè)施的設(shè)備，如空調(diào)機組、排風(fēng)機的運行狀態(tài)直接影響到設(shè)施內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)，而雙扉高壓滅菌器、洗籠機、動物飲用水系統(tǒng)、制水系統(tǒng)等設(shè)備的運行狀態(tài)也直接關(guān)系到實驗動物設(shè)施能否正常運行。因此，實驗動物設(shè)施的設(shè)備運行狀態(tài)及能源管理在線監(jiān)測至關(guān)重要，并且目前的工程技術(shù)水平已可以實現(xiàn)。例如，屏障實驗動物設(shè)施在換氣次數(shù)15次/h的條件下，根據(jù)工作經(jīng)驗其耗冷指標一般為800～1200W/m2，耗電指標0.9～1.0kW/m2。

實驗動物飲水系統(tǒng)是動物飼養(yǎng)中關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施，水的質(zhì)量是保障實驗動物飼養(yǎng)環(huán)境安全的重要環(huán)節(jié)，實驗動物飲用水的污染物對實驗動物的健康、福利和數(shù)據(jù)的可靠性會造成嚴重的威脅，比如，飲用水中的有機物可以影響動物的繁殖，水中殘留的農(nóng)藥、活性劑等化合物可能干擾內(nèi)分泌系統(tǒng)，會嚴重影響動物神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育，導(dǎo)致免疫系統(tǒng)降低并引發(fā)腫瘤。由此控制飲用水成為保證水質(zhì)量的首要任務(wù)［14］，由于實驗動物飲水主要以國標參數(shù)為準，在人飲用水標準范圍內(nèi)，實驗動物飲用水未做比人飲用水標準更高的要求，因此，對實驗動物健康與實驗結(jié)果影響應(yīng)主要以符合人飲用水標準和無菌水狀態(tài)要求即可，同時還需要考慮水處理制備在線監(jiān)測指標，純化水可通過在線和離線方法進行水質(zhì)質(zhì)量的監(jiān)測，目前成熟的在線監(jiān)測指標有電導(dǎo)率［2020年版中國藥典標準為≤4.3μS/cm（20℃）；≤5.1μS/cm（25℃）］、pH值（4.5～7.0）、總有機碳（TOC）（2020年版中國藥典標準為≤0.5mg/L）、水溫，并結(jié)合超限聲光報警。

實驗動物設(shè)施節(jié)能的問題關(guān)鍵是找出能耗巨大的原因，國際上節(jié)能技術(shù)通過冷梁技術(shù)—設(shè)備節(jié)能—需求控制節(jié)能—綜合節(jié)能四個階段，可以更準確解決實驗動物屏障設(shè)施設(shè)備能耗巨大的問題，同時應(yīng)用運行節(jié)能在線監(jiān)測是一個將能耗統(tǒng)計、能耗監(jiān)測、能源審計、能效公示四位一體的節(jié)能管理體系，其包括通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中的各用電設(shè)備綜合能耗分析、照明系統(tǒng)綜合能耗分析、環(huán)境系統(tǒng)指標分析、工藝設(shè)備能耗分析、能耗統(tǒng)計等功能。

以北京某基因生物技術(shù)有限公司為例，在以往工作中，遭遇到因為暖通系統(tǒng)故障導(dǎo)致環(huán)境變化從而致使飼養(yǎng)區(qū)域大面積出現(xiàn)實驗大鼠死亡，以及實驗區(qū)域人員混亂、能耗高等問題。通過在動物實驗園區(qū)建立統(tǒng)一的三維物聯(lián)網(wǎng)管控平臺，實現(xiàn)了環(huán)境自動控制、人員軌跡追蹤管理，小型事故率大大降低，中大型事故率為0的穩(wěn)定實驗環(huán)境。同時，平臺幫助實驗室運維人員快速定位故障設(shè)備，及時更換維修，相較于過去的巡檢，有效降低了運維人員的工作，節(jié)省了約20%的人員成本；通過對暖通、照明等用電設(shè)備的有效管控，電力成本也在逐步降低，并通過云技術(shù)手段實現(xiàn)云端管控，大大提高管理效率，實現(xiàn)動物設(shè)施的智慧化運行。

實驗室三維可視化管理平臺將實驗動物設(shè)施內(nèi)不同功能的智能化系統(tǒng)通過統(tǒng)一的信息平臺實現(xiàn)集成，打破數(shù)據(jù)孤島，搭建實驗室數(shù)字基座，形成具有統(tǒng)一管理界面、信息匯集、資源共享、跨系統(tǒng)聯(lián)動、應(yīng)急響應(yīng)、優(yōu)化管理等綜合功能的集成系統(tǒng)，對實驗室內(nèi)相關(guān)設(shè)備進行全面有效的監(jiān)控和管理，豐富實驗室的綜合使用功能，提高實驗室管理的效率，確保實驗室內(nèi)所有相關(guān)設(shè)備處于高效、節(jié)能、最佳運行狀態(tài)。該技術(shù)成熟，有多個應(yīng)用案例。

3 系統(tǒng)集成

以上指標通過在線監(jiān)測獲取后，在電腦后臺或移動端，完成在線更新、數(shù)據(jù)采集、異常報警、實時共享和數(shù)據(jù)自動分析計算［15］，及時管理調(diào)控相關(guān)指標，確保各指標在適宜范圍內(nèi)，實現(xiàn)工藝設(shè)備運行狀態(tài)及能源狀態(tài)等指標集成在線管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集、統(tǒng)計和報警等。

4 討論

（1）溫濕度、房間靜壓差、氣態(tài)污染物濃度（主要是氨氣和硫化氫）已經(jīng)實現(xiàn)自動控制及實時監(jiān)測，成為實驗動物設(shè)施的標準配置之一；空氣沉降菌濃度的在線監(jiān)測以目前的技術(shù)水平尚無法實現(xiàn)；氣流速度、換氣次數(shù)、空氣潔凈度、噪聲、照度、浮游菌等指標的在線監(jiān)測在技術(shù)層面是可行的，但應(yīng)用時仍需要綜合考慮開發(fā)及工程造價。

（2）動物實驗室可根據(jù)工藝流程確定不同運行狀態(tài)來控制節(jié)能或結(jié)合不同的使用時間、空間來調(diào)整功能需求節(jié)能；也可通過細化工藝流程來控制耗能需求并整合系統(tǒng)控制冷熱源與通風(fēng)等設(shè)備設(shè)施，綜合利用能量。這些需求可以利用在線監(jiān)測來滿足，例如實時監(jiān)測房間潔凈度，在保證潔凈度的前提下對不同的區(qū)域適當(dāng)降低換氣次數(shù)和經(jīng)濟合理的送風(fēng)指標，達到節(jié)約運行費用；根據(jù)項目負責(zé)人對實驗室利用率進行前期的分區(qū)設(shè)計、使用中的分區(qū)管理。但實驗動物設(shè)施及工藝設(shè)備是龐大的高建設(shè)投入和高運行成本的復(fù)雜系統(tǒng)，為響應(yīng)碳達峰、碳綜合，節(jié)能已成為實驗動物設(shè)施不可回避且必須面對的重要課題。

（3）實驗動物設(shè)施污染控制在理論上應(yīng)該是全過程的，但目前國標的檢測指標設(shè)定大多數(shù)是空態(tài)的，全過程污染控制的目的與檢測目的有較大出入，所獲得的檢測結(jié)果不利于評價動態(tài)運行的環(huán)境。實驗動物設(shè)施環(huán)境在線監(jiān)測可以很好地實時控制各項環(huán)境指標，科研人員在實驗報告或論文中可以反映實驗環(huán)境靜態(tài)/動態(tài)狀態(tài)的數(shù)據(jù)，以便日后在對實驗結(jié)果追查、進行比較研究或者推論于人體時，成為珍貴的情報來源。

（4）實驗動物幾乎終身被限制在一個極其有限的環(huán)境范圍內(nèi)生活，這種環(huán)境是實驗動物賴以生存的條件［1］。動物實驗在實驗前和實驗中控制各種環(huán)境因素十分重要，甚至可以說沒有環(huán)境控制就沒有可靠的動物實驗。實驗動物設(shè)施環(huán)境在線監(jiān)測的意義在于保障實驗設(shè)施的正常運行，為實驗動物提供健康生長發(fā)育的環(huán)境，保證實驗動物健康和質(zhì)量標準化，進而保障實驗研究獲得正確的結(jié)果，為實驗動物工作者提供舒適、適宜的條件并保障其長期從事該工作的身體健康。同時動物設(shè)施在線監(jiān)測可以為試驗者、管理者、運維者提供一個直觀、立體、全面的溯源數(shù)據(jù)的智能化信息管理平臺。

結(jié)語

綜上所述，實現(xiàn)實驗動物設(shè)施環(huán)境指標及設(shè)備運行指標集成在線監(jiān)測，對實驗動物設(shè)施的正常運行及節(jié)能、動物福利、動物質(zhì)量、動物實驗結(jié)果準確性等方面都有重要意義，實驗動物設(shè)施指標在線監(jiān)測需要多項技術(shù)集成，如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能化技術(shù)，目前大部分技術(shù)已經(jīng)成熟應(yīng)用，具備可行性。

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基金項目：云南省創(chuàng)新引導(dǎo)與科技型企業(yè)培育計劃（202004AR040002）

作者簡介：張煒（1977—?），男，工程師，研究方向：動物實驗室、生物安全實驗室環(huán)境設(shè)施設(shè)計、管理。

*通訊作者：師冰（1980—?），女，漢族，山東人，碩士，高級工程師，研究方向：新藥研發(fā)。