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摘要：实验动物设施是指以研究、试验、教学、生物制品、药品及相关产品生产、质控等为目的而进行实验动物实验的建筑物和设备的总和[3]。实验动物设施根据功能分为实验动物实验设施和实验动物生产设施两大类。实验动物设施设计应符合实验动物环境的要求，满足实验动物生长、实验需求，保障动物福利。
关键词：实验动物；设施设计
1、实验动物设施的形成过程
早期的实验动物学是朴素的，非科学的，因为此前实验使用的动物缺少屏障环境，难免被细菌，病毒侵害，无法保障实验结果的严谨可靠。20世纪初美国杰克森实验室第一次成功建立了遗传特性完全相同的小鼠品系，自此实验动物进入“纯种品系”和“模型动物”时代。
美国在上世纪60至70年代间，啮齿类动物已普及清洁级。80年代后已普及SPF级，部分实验室已使用悉生动物和无菌动物。部分欧盟国家、日本、澳大利亚和加拿人等经济发达国家使用的大、小鼠等小型实验动物大多也为SPF级。
为了确保实验结果的精准和可靠，实验动物必须具有较高的遗传学和微生物学品质。实验动物本身品质的提高，需要从设施、设备、管理、立法等各方面加以规范，其中实验动物饲养和实验设施是其中重要因素之一。
实验动物设施是基于实验动物学的需要而发展的。国际上实验动物发展起步早，动物分级明确，环境设施条件满足动物分级环境要求，早已制定了屏障环境和隔离环境建设需求。
我国的实验动物工作开始于1918年，当时的北平中央防疫处处长齐长庆首先开始饲养繁殖小鼠，并从日本引进豚鼠。1946年，我国从印度引入小鼠．这便是当今普遍饲养的昆明小鼠。1948年，蓝春霖教授从美国引入金黄地鼠。此后，在北京、上海、长春、兰州、成都等地相继建立的生物制品研究所、京沪的一些科研机构和大专院校等许多单位，陆续建立了一定规模的实验动物繁殖场。当时的设施条件极其简陋，都是在简易的平房里用瓦罐生产实验动物或进行动物实验的。
直至1982年以后，在原国家科委的重视和领导下，通过多次召开全国性会议、加紧各种条例的制订和专业人员的培训等措施，我国的实验动物工作才开始有所发展。但那时的设施环境条件也没有根本性的改善，也还没有动物质量等级标准。大多数的饲养场地还是平房，冬季用煤火取暖，夏季用风扇或直接打开门窗降温。
1986年6月，北京市医学实验动物管理委员会制定了《北京医学实验动物合格证暂行条例》。该《条例》将实验动物划分为普通动物（Conventional Animal，cv）、清洁动物（Clean Animal，CL）、无特定病原体动物（Specific Pathogen Free Animal，SPF）和无菌动物（Germ Free Animal，GF）四个等级。并对普通级动物室、清洁级动物室和动物实验室的设施提出了原则性要求，如对清沽级动物室要求为：尽可能做到清洁与污染分开；门、密要达到密封要求：有缓冲间、淋浴室或更衣室：有中效过滤器和空调装置；室内为正压，全新风8次／小时等。1988年10月颁布的《实验动物管理条例》将实验动物分为普通动物、清洁动物、无特定病原体动物和无菌动物四个等级。该《条例》虽然划分了实验动物质量等级，但对设施条件并未划分等级，也未对实验动物环境要求作出明确规定。
1989年我国原卫生部制定了《医学实验动物管理实施细则》，第一次提出了实验动物设施的行业规范。根据《细则》的执行情况结合当时国内外情况，为了进一步规范实验动物设施标准，卫生部医学实验动物管理委员会编写了《医学实验动物监测手册——医学实验动物生态环境及设施检测分册》等。
1992年，《医学实验动物标准》出台，同年北京市技术监督局出版了《实验动物质量控制标准汇编》，将实验动物设施划分为四个系统，即开放系统（Open System）、亚屏障系统（Semi—Barrier System）、屏障系统（Barrier System）和隔离系统（Isolation System），并对设施的选址、建筑要求、单元设置、设施内环境的各项技术指标、饲料、垫料、饮水、笼架具等做出了明确的要求。
1994年，我国参照《实验动物微生物学监测等级》（GB 14922.2-2001）中实验动物等级划分标准，第一次发布了实验动物设施的国家标准《实验动物 环境及设施》（GB 14925-1994）[2]，1999年，2001年和2010年进行了三次修订。
国家标准《实验动物 环境及设施》GB 14925普遍将实验动物设施环境分为三类：普通环境、屏障环境和隔离环境。此外，为从建筑角度实现实验动物环境及设施要求，国家住房和城乡建设部联合国家质检总局联合发布《实验动物设施建筑技术规范》（GB 50447-2008）[3]
2、主要内容和分类
2.1 主要内容
根据对微生物控制的等级要求，实验动物设施由低到高分为普通环境、屏障环境和隔离环境3类，分别适用于不同洁净要求的动物饲育和实验。
普通环境 适用于饲养基础级实验动物。主要应用于豚鼠、兔以上的实验动物，需要控制人员、物品和动物出入，设置防虫、防鼠设施，人员进出需要更衣，物品进入需要清洗消毒，动物进入需要检疫观察。对于环境温湿度、换气次数有明确要求，但是没有空气洁净度要求，也没有压力梯度要求。
屏障环境 适用于饲养清洁实验动物及SPF动物。目前我国大小鼠繁育及实验均要求为SPF动物，而我国因为环境污染比较严重，要求SPF级动物必须饲养在屏障环境内，设施要求比欧美SPF动物设施要求还要高些。屏障环境通常有单走廊，双走廊，多走廊形式，要求严格控制人员、物品和动物出入。人员更换专用连体工作服；物品进入需要经过消毒灭菌流程，通常设置跨墙的传递窗、渡槽、双扉高压灭菌器进行物品传递，进入系统的垫饲料、饮水、笼架具、实验器械等一切物品都要经过严格的消毒灭菌；动物运输传递过程有专用包装，进入实验区的除包装过程也有严格规定。除此外，对于环境温湿度、换气次数也有了更高的指标要求，相比普通环境新增了空气洁净度等级、压力梯度要求，动物所在饲养实验间的空气洁净度等级不低于7级，并且从外环境到动物饲养实验间压力逐级增加。
隔离环境 适用于饲养SPF、悉生及无菌实验动物。主要用于大小鼠、禽类。采用无菌隔离装置保持装置内无菌状态或无外来污染物。隔离环境通常利用隔离饲养设备达到环境指标要求，隔离器自带高效过滤器，送风经高效过滤后送入，隔离器内空气洁净度可达5级。隔离器可安装于普通环境或屏障环境内，目前多数设计安装在屏障环境内。工作人员通过安装在隔离器上的橡胶手套来进行操作。隔离器配套专用传递桶或传递渡槽，垫饲料、水瓶、笼盒、实验物品可通过配套传递桶或传递渡槽传入或传出；动物通过无菌条件下剖宫产手术方式进入隔离器。
屏障环境和隔离环境又分为正压环境和负压环境，但进行有毒有害动物实验的时候，应采用负压屏障环境或负压隔离环境进行设计建设。
对实验动物设施内部建设，如：地面、门窗、墙壁、天花板、走廊及空气净化调节设备与送排风系统等都有详细的要求，例如：地面要求平而不滑，一般不设排水口；墙壁要求保温和隔音，墙涂料耐酸碱，易于消毒清洗；有压力梯度的系统，门应开向压力高的一侧等。总之，设施建设需要考虑到实验动物质量控制、避免内外环境污染、遵循动物福利、节能环保等因素，新建设施更要考虑到标准化、人性化、自动化、智能化和新设备、新技术应用。
3、设计基本原则与主要设备
3.1基本原则
3.1.1明确饲养实验动物的目的
动物种类不同，用于生产繁育还是实验，饲养室面积，地面、墙壁、吊顶的构造，空调条件以及饲养的器具、实验设备都是不同的。
3.1.2维持动物舒适的生存环境
实验过程中，应该尽量减少因各种环境因素（温度、湿度、气流和空气洁净度等导致动物生理上的异常继而影响到动物实验的结果的状况发生。除需要保障饲养室的环境外，饲养笼盒内的微小环境也需要得到重视。
3.1.3维持实验人员舒适的工作
饲养、实验人员的劳动保护需要有效的空气调节措施和检测方法。同时，随着动物设施内的实验多样化和部分研究安全性等不可预测等因素的增加，使得现在新建改建的实验动物设施环境必须根据使用人员和有关专家的意见首先进行风险评估从而确定空调系统的设计方式。
3.1.4防止实验动物设施影响周围的环境
应防止动物实验室散发的灰尘、毛发、气味、噪音等扩散到设施以外。因此，对于污水、污物和动物尸体等的处理方式都必须有充分的防污染措施。
3.1.5设施的运行应该是节能并且经济
实验动物设施内，空调全年中每天24小时全年运行，特别是用于屏障、隔离环境这些有洁净度、温湿度要求的洁净空调，能耗十分可观。同时，饲养设备的消毒灭菌等都要消耗大量能源，因此有效的节能措施是必要的。
参考先进动物实验室的工程和运行经验，设施节能的部分具体措施可以考虑一下几点：
1.加强围护结构保温性能，降低空调冷热负荷。
2.细化功能分区，根据动物种类、实验要求进行划分不同空调系统，分区运行，变频运行。
3.饲养室内采用换气效率高的送风口及气流控制方式。
4.采用显热能量回收装置。
5.采用IVC（Individually Ventilated Cages）（独立通风笼架），为设施的节能提供了有利条件。通风笼架工况固定，房间送排风可以设置日间工况和夜间工况，夜间工况时可降低换气次数，节约能源。
3.1.6设施应当满足动物福利需求
动物福利已经从最初的关注经济动物、观赏动物逐渐转向实验动物。实验动物的福利，从立法、实验动物管理委员会的日常监管和设施合理性建设等方面得以保障。验动物福利的措施有：
1.使用符合动物行为规律的笼架具，保证动物合理的活动空间和生活环境。
2.对犬、猴等大型动物设活动场地，提供适宜的玩具。
3.动物实验设施设前室或后室，避免对动物产生不必要的生理刺激。
3.2主要设备
3.2.1物料清洗、灭菌、传递设备
（一）洗笼机
应用自动化的洗笼设备代替人工可以提高工作效率，降低人工成本，随着现代动物设施规模越来越大，已成为一种发展趋势。自动化的洗笼设备目前主要分为柜式和隧道式两类。
1、柜式洗笼机
柜式洗笼机设备具备多种型号，可清洗各类实验动物笼架。有些型号可以使用专用笼架对笼盒进行清洗。柜式洗笼机发展较为成熟，结构简单，易于操作。在设计时需要预留设备基础。
2、隧道式洗笼机
隧道式洗笼机主要针对笼盒的清洗，可以一次进行清洗、烘干的全套操作，而且用户可以根据自己的需要加减相应的功能段来满足个性化需要。
隧道式洗笼机一般不需预留基础，但是通常设备需要场地、电量、水量、蒸汽量较大。这在设施设计时要预留充分设备需要的公用工程耗量。
（二）高压灭菌器
安装在物料进入洁净区的通道内，主要用于饲料、垫料、笼具、敷料、器械、器皿等的灭菌及无害化处理。其主体跨过屏障墙，设有两个门，一个开启在非洁净空间内，另一个门开启在洁净（或相对洁净）控制区内，灭菌后的物料可从中取出使用。
（三）渡槽
不耐高温高压的物料，可经渡槽进入洁净区。渡槽是内盛消毒药液的水槽，跨在非洁净区与洁净区之间。不耐高温高压的物料、器械从非洁净区一侧放入，浸泡消毒后从洁净区取出使用。
（四）传递窗（传递柜、传递舱）
跨过非洁净区与洁净区的金属箱，内装紫外线灯，开有两个互锁的门，不耐高温高压也不能水浸的物料从非洁净区一侧门放入，开启紫外灯消毒后，从洁净区侧的门取出。
3.2.2人员进出设备
风淋室可作为人员进出设备布置在二更之后的缓冲间内。但目前多数新建实验动物设施已经较少设置风淋室。
3.2.3动物进出设备
动物进出清洁区的方式根据动物的大小、清洁级别等略有区别。
小型动物可通过传递窗（传递柜、传递舱）进入清洁区，大动物根据具体要求经过洗浴、检疫，隔离观察后进入清洁区。
相关设备包括传递窗（传递柜、传递舱）和动物洗浴设备。
3.2.4动物饲养、运输设备
（一）笼具和笼架
在笼外的环境符合质量控制标准的情况下，饲养动物小环境的质量很大程度上取决于笼具、笼架的情况。笼具要求能对动物提供足够的活动空间，通风和采光良好；坚固耐用，里面的动物不会逃逸，外面的动物不会闯进；操作方便，便于消毒、清洗和储运。
笼架是承托笼具的支架，使笼具的放置合理，有些还设有动物粪便自动冲洗器和自动饮水器。要注意笼具和笼架的匹配，方便移动和清洗消毒。
独立通风笼架（IVC）和隔离器
IVC带有空气净化装置和通风系统，置于普通房间内，可用于SPF级动物饲养、繁殖和观察等。层流架根据试验的需要也有正压、负压之分。IVC无需辅助设备，可独立运转，适合于小型和短期的使用。该设备可以控制空气净化指标和通风指标，而其它环境指标（如温度、湿度等）要由设施内加以控制，所以使用有较大的局限性。
隔离器是保持罩内环境的全密封装置。其环境指标由罩外设备控制，用于无菌动物的隔离器是正压装置，用于感染动物实验则采用负压隔离器。
（二）运输设备
运输笼盒配有带高效过滤的通风口，可维持一定时间段内的笼盒内动物呼吸用净化空气。
经改装的运输车辆也符合实验动物环境指标要求，满足实验动物长途运输过程中的环境条件与运送动物所要求环境条件相适应。
3.2.4饮水设备
动物要求饮用无菌水。目前主要动物饮水前端设备分为两大类，一类为高温高压灭菌水设备，一类为超滤水设备。
动物饲养用的末端饮水设备一般采用饮水瓶和饮水嘴（器）。
4、结语
实验动物是“活的试剂”，是生命科学、医学、新药研发等领域的科研基础。实验动物的饲养环境设施是动物质量的直接影响因素，实验动物设施建设支撑实验动物学科发展的重要条件。设施的标准化成为控制实验动物微生物、寄生虫、饲料质量等方面标准的最基础的解决途径之一。其为实验动物质量的提高和品种品系的丰富；满足实验的可控性、再现性、可比较性的功能需求提供了最基本的保障[5]。
参考文献：
[1] 督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.实验动物 微生物学等级及监测GB 14922.2-2011》[S]中国标准出版社2011.
[2] 全国实验动物标准化技术委员会.实验动物 环境及设施 GB14925-2010[S]中国标准出版社，2010.
[3] 中国建筑科学研究院.实验动物设施建筑技术规范，GB50447-2008 [S]中国建筑工业出版社，2008.
[4] 张道茹，戴玉英，刘冕，王吉星，我国实验动物科学技术的基础与前沿——实验动物发展的战略思考——实验动物设施的设计特点和建议[J]中国比较医学杂志，2011年10月，21：44.
[5]中国科学技术协会.2008-2009实验动物学学科发展报告[R].中国科学技术出版社。2009，6-25.