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标准化实验动物房舍设施的规划

   日期:2018-03-12     来源:实验设计与建设    浏览:731    
核心提示:为增进动物福祉,人类对于应用动物于科学目的应具备3Rs:替代(Replacement)、减量(Reduction)及改进(Refinement)的认知。
 

为增进动物福祉,人类对于应用动物于科学目的应具备3Rs:替代(Replacement)、减量(Reduction)及改进(Refinement)的认知。

 

一、前言

 

为增进动物福祉,人类对于应用动物于科学目的应具备3Rs:替代(Replacement)、减量(Reduction)及改进(Refinement)的认知。这当今国际认证的3Rs即行动试验(animal experimentation)的研究人员应有的道德观念。将动物试验标准化除可增进试验的重复性(reproducibility),是遵循3Rs原则中减量与精致化的最基本策略,而将实验动物房舍设施标准化则是使动物试验标准化的最基本硬设备。近20年来,国内的许多研究教学单位逐渐发现缺乏标准化实验动物设施所衍生的问题,进而陆续兴建这类设施,但截至目前(2000年初)呈更的案例并不多,本章以规划标准化实验动物房舍设施所应注意的原则为主轴,期有助于拟兴建这类设施的单位进行规划。

 

(一)细心规划乃至于建造实验动物房舍设施

 

细心规划乃至于建造实验动物房舍设施,方可能经恰当的经营理,确保不得不运用动物科学目的的意义,且较易避免发生公害。故进行实验动物设施规划时,应先确定


1. 设立的研究及/或教学目的,


2. 拟饲育物种与环境清洁要求,


3. 设立单位在维持实验动物设施运作上的相关接口设备与人力,


4. 设施建筑之地理为等。

 

(二)有效率的实验动物设施规划团队则应包含


1. 具备相关经验的建筑师


2. 实验动物设施经营者


3. 将运用实验动物设施进行研究教学等科学目的代表


4. 实验动物设施所属单位之营缮人员代表

 

(三)设施设计乃至于建造当然必须遵循政府颁定的相官法规。

 

此外,常被应用于现金建筑设计的模块设计(modular design)以及计算机拟流体动物学(computational fluid dynamics modeling )观念,对于设计实验动物设施之动线、隔间、人工环境控制乃至于相关似饲育笼具,皆具确保设施功能与提升作业效率;并降低建造与经营成本的帮助。

 

(四)实验动物设施在所属单位中的地理位置与区隔


1. 同时要求良好的动物福祉与管理;并顾及人的健康下,实验动物设施必须与人活动的空间(如办公室、会议室)作恰当的区隔(separation),以独立建筑作为实验动物设施;或将之规划在建筑物之一侧翼、楼层;或者,以严谨的隔间等皆是常见的区隔法。


2. 动物设施与进行动物试验繁殖的研究室则应尽量相邻,然这些研究空间与动物设施之间,也应有恰当的屏障(barrier),常见的屏障法包括:设施入口上锁、缓冲隔间、走廊、楼层等。饲育实验动物的空间,除应具备恰当的环境条件,并应易于提供适当照顾。


3. 若一动物试验必须将动物饲育在实验室方能进行,则该实验室应具备动物饲育的软、硬件条件,此外,与公害相关的防范措施也应一并要求。


4. 支持实验动物设施功能的机械设备,如:支持清洗灭菌机的蒸气与热水供应设备、空调系统(heating,ventilation,and air-conditioning;HVAC)以及其所需的冰水、热水与蒸气供应机械等所须知空间与地理位置也需审慎考虑。

 

(五)建材的选用原则

 

应用于实验动物房舍的各种建材,应采利于饲育之工作效率与合乎卫生要求者,例如:理想的室内建材英兼具耐用、防潮、防火、无缝隙、光滑、耐酸碱等清洁消毒剂之刷洗与冲洗、抗碰撞等条件;若使用表面涂料于动物可直接接触处,则应确保其没有毒性。在含户外饲育空间的实验动物设施,户外部分之建材更应合乎上述原则。


二、功能作业区


一实验动物设施的特征取决于其所属研究单位在应用实验动物上之需求。下列所述的各种功能区,为一般功能完备的实验动物设施所应具备者。然对于规模小或仅需特定饲育环境条机案者;如含特定菌动物(gnotobiotics)、无特定病原(specific pathogen-free SPF)动物或仅以或外型饲育栏舍进行饲育的动物等,可能就不需要有完整的下列功能区,或者,可将下列部分区域合并。

 

(一)一般而言,标准化实验动物设施应具下列基本功能作业区域


1. 一般动物饲育及依物种或特定试验所需而分隔的独立饲育区,


2. 动物接收、检疫及隔离饲育区,


3. 笼具清洁消毒区、


4. 储存区。

 

(二)功能完备得实验动物设施应具备下列功能作业区


1. 邻近动物饲育区的特殊实验功能区室,例如:尸体解剖室、基因转殖程序区室、无菌手术设施、X光摄影室、特殊饲料准备室、动物试验操作区室、临床诊疗室、实验诊断室等。


2. 避免发生生物、物理或化学性公害的动物试验隔离饲育区域与设备。


3. 饲育设备与饲育教材之清洗、消毒与灭菌区。此区空间之大小应依工作量;用以清洗与消毒饲育笼、笼架、隐水瓶、废弃物容器、所具备之清洗与灭菌机械机型与水槽之大小与维修空间、暂存污秽待洗与洗净及/或灭菌后代用笼具的空间等加以订定。


4. 饲料、垫料、药品、生物制剂及耗材之接收及储存区。


5. 待丢弃或待处理之废弃物暂存区。


6. 冷藏及冷冻之尸体存放库。


7. 办公区包括行政办公室、主管办公室以及可进行教育训练之空间。


8. 工作人员区应包括浴室、厕所与更衣室等。


9. 门禁的刷卡系统、电子摄影监控等保全警报系统所需的区室。

 

三、建筑规范

 

(一)内部墙壁


1. 在实验动物设施内部的墙面应采易平整、防潮、无吸附性、耐撞击、无缝隙的隔间建材。在与门框、天花板、地面之转接处应以能施作成平整的接缝材加以密合。


2. 表面涂料则应采能够耐清洁、消毒剂清洗且能承受高压冲洗者。易受搬运笼架、推车等设备撞击处的的墙面及突出之墙角,应以恰当之防撞护板加以强化。


3. 将水管、风管或其它线路裸露在墙上是不当的,因其表面不易清理。

 

(二)地面


1. 基本上,实验动物设施的地面建材更应要求防潮、不会吸收化学物质、耐重压、平坦等。常见的实验动物设施地面多为一体成型或要接合点少的建材,例如:高分子聚合酯、高硬度混凝土接合剂、含橡胶成分之聚合物等。当然,正确的施工法也是确保地面达到要求的另一要素。

 

2. 对常潮湿或栏饲动物(如经济动物)的区室地面应较粗糙,以免工作人员或动物滑倒,这类区室之地面材质也不应采用会与粪、尿等排泄物 或其它生物性物质产生化学作用者;且应为能够抗热水或清洁剂侵蚀者。


3. 若地面具有门坎,则应采不会阻碍搬运笼架、推车等设备经过者。


4. 地面与墙面之接角处应考虑易于维持清洁的方式施作,例如弧形接角。

 

(三)排水

 

​并非所有的实验动物饲育皆需具备地面排水,一般而言,仅饲养啮齿类等小型动物的饲育室即无此需要。在没有地面排水的饲育室应用湿式吸尘器或拖把;配合适当的清洁或消毒剂,即可维持地面的清洁。


1. 泄水坡:在实验动物设施有地面排水的区室,地面应作泄水坡处理,而使清洗后之环境湿度能迅速降低。


2. 存水湾:排水管应具有存水湾(drain trap)。


3. 排水管直径:一般而言,排水管之直径至少应有10cm,饲育犬、经济动物等大型动物设施则采用口径更大的排水管为佳。


4. 排除污物的增强设备:为增强排除固型污物的能力,可考虑在排水管口设计冲水装置或其它污物处理准备。


5. 排水孔盖:实验动物设施的排水孔应为可加盖密封者,用以避免在长期不使用时,不会成为蟑螂等病媒之交通路径。

 

(四)天花板


1. 天花板也应采气密、平滑、抗潮且接缝呈平整者。表面涂料则该注意其是否耐清洁即消毒剂之清洗。以石膏板或防火板所组成而耐洗的填缝涂料将其缝隙密封者;或经适当修平、密封或粉刷处理的混凝土皆是常见的实验动物设施天花板建材。


2. 一般而言,除非其材质具有防水性无不平整接合处,悬吊式之轻钢架天花板并非理想的实验动物设施天花板。


3. 也如同墙面,不应在天花板下方出现明管。

 

(五)空调系统


在实验动物设施中,为使饲育室内之温、湿度、空气之清洁度等饲育环境因子,皆不会随或外气候或动物多寡与种类的变化而变化。应设计可靠、易于维护且节省能源的空调设备进行人工环境控制是无法避免的。换言之,标准化实验动物设施的HVAC主要是用来恒定饲育室之温、湿度以及藉换气与空气过滤来维持空气洁净。为使特定饲育动物的环境温、湿度能够有效控制,将环境需求相似物种的饲育室社在同一区域,叫利于空气调技师进行设计。


1. 动物饲育室之温、湿度:一般而言,标准化实验动物所需的HVAC应能将拟定之室温控制在±1℃的范围内;相对湿度则应能维持在30-70﹪再者,HVAC若仅能作大区域的温控,个别饲育室可因为动物多寡;或空气温度在风管中的变化,使部分饲育室之温度失控,故在每一饲育室添设可微调整室温的装置,可使饲育室得更适当的室温。


2. 换气:一般而言,实验动物设施多使用全换气的HVAC,全换气即不循环使用经排出饲养环境的空气,这是因为以使用部分循环之空气来节省能源,通常不易确保长期低臭气与高洁净度之要求。且全换气HVAC的换气率需达10次/小时以上,才艺达成上述要求。若循环使用排出的空气,则在维持空气的质与量上应符合第三章之建议标准。


3. 空气过滤、压差等污染管制设计:在需保持高度洁净的功能区室应采用高效能微粒滤网(high efficient particulate air;HEPA)过滤进气,例如:SPF动物饲育室与应用免疫不全动物进行试验的操作区、外科手术区等。在手术区、操作区、饲育区及工作区等部分区室与其相邻之区间,应具备气压差,例如:检疫区、生物性危害的隔离饲育与试验操作区、灵长类动物饲养区等应维持在阴压状态,而手术区、SPF动物饲育区、干净之器械储存区等则应维持阳压。当然,应用控制进风量与排风量所造成的区间大气压差,在门扇开启至关闭的短暂时刻,因产生局部气旋乱流,可能导致污染源自阴压处扩散,故不应该仅以区室间的压差,作为管制污染的唯一或主要策略。为避免污染源散布,应以具生物安全性之饲育柜及操作柜(biological-safety cabinet)、具独立排气双层门缓冲空间(exhausted airlock)及其它相关之设备,作为主要的污染管制的方法。再者,应依照污染源的种类、产生量以及可能造成之危害程度,规划恰当的排气处理方式。

 

4. 监控:例行监控HVAC是必须的且最好能落实到监控每一间饲育室。


5. 失控应变设计:常见的实验动物物种,在环境温、湿度偶然发生短暂变化(已超过一般建议饲育这些物种的范围)时,并不会造成他们生理机能之剧烈变异。一般在设计HVAC时,都会依据实验动物设施所在地气候之变化,使其控制能力应付在最高与最低平均温、湿度的±5%误差范围内。当气候有极端异常情形出现而超出 HVAC控制能力或发生故障时,HVAC应具备对系统作适度之自动取舍调整,尽量维持锁须知温、湿度,例如:启动额外的空调主机、全换气切换成部分循环、改变换气率等常见的设计,则是使系统仍能够暂地以较低之输出来维持饲育室之需求,避免室内温、湿度异常过久,而导致动物死亡。除非有进行具生物危害试验的隔离饲养区,并不一定需要完整地在同一区域设置重复数套HVAC。此外,对与棚舍型的实验动物设施,当排风系统故障时,可使用垫风扇等辅助设备,即可达暂时维持通风之目的。


标准化实验动物设施的HAVC常占设施总造价的三分之一以上;再运转时所耗损之能源,可达整体设施之五分之四;故在例行维护上所需投入的关注,并不亚于实验动物的例行饲养工作;再者,其部分重要组件的寿命不长,故造价、维持与折旧之昂贵程度,远高于大型的笼具洗涤与灭菌机械。在全年高温、多湿、空气质量恶劣的台湾,实验动物设施的规划与经营者,实应对这些人工环境控制系统的设备有一定程度的认识。

 

(六)电力与照明


1. 规划电力系统时,应注意其安全性,且能提供适当之照明与足够之电源插座;再者,在细部设计时,使用单位应提供特殊仪器、设备所需电源之正确安培数,以利建筑师之设计作业。


2. 为应付停电时所须之能源,应规划可提供足够之备份电力供应化紧急发电机,使饲育室、手术室及其它功能区域之关键设备,例如:HVAC及其支持系统、冰柜、强制换气笼架、隔离操作箱等不至于完全停止运作。


3. 饲育室内之灯具、定时器、电灯开关即插座等应妥善密封其缝隙,避免蟑螂等昆虫藏匿其内。内藏式之省电日光灯为动物设施中常使用之灯具。为恒定光照期,饲育视之照明应已定时器控制。定时器也应列入例行检视的项目,方可确保其功能。为确保动物及人员之安全,照明灯具应具备密封式灯罩。在易潮湿的区室,例如:清洗消毒灭菌区、水生及两栖动物饲育区,所使用之开关与插座应具防潮盖板与断电跳脱等安全设备。

 

(七)饲育室之门扇


1. 开启方向:基于安全上之考虑,饲育视之门扇多由走廊像饲育是开启,若饲育室的门扇必须向外开启,应在饲育室与走廊间规划缓冲空间;例如:舍玄关(vestibule)或前室(entry room)。


2. 门扇窗口:门扇上可设窗口,但窗口应气密并设遮蔽光线设置,方可真正避免室外之干扰并控制饲育室内之光照期(photoperiod)。


3. 大小:为方便例行饲育工作时,工作推车与笼架等设备之进出,常见的饲育室门扇为宽105cm、高210cm。


4. 材质与附属五金:为避免蟑螂等污物之进出货藏匿其中,门与门框应能气密且无死角。再者,门扇应选用耐撞、防腐蚀的材质,门把以内藏是较佳。为避免不必要的进出与安全,饲育室之门扇应具备门锁,且应选择仅由走廊测用钥匙而饲育室内可随时开启的门锁。此外, 自动关门的门弓器或地角炼、防撞护板、踢脚板、维持气密的下降门坎等皆是健全饲育门扇功能的细心选用的附属五金。

 

(八)饲育室与户外相通的窗户


用于灵长类、犬、经济动物或其它大型动物的饲育室,具备窗户往往被认为是一种可增进人道饲育环境的方式。然若窗户影响室温与光照的恒定,进而造成实验动物之生理无法持恒,或者,有安全顾虑时,则不应设置。

 

(九)饲育室


1. 饲育室之大小应依拟使用的饲育笼具规格与拟放置的方法,加以订定。,一般而言,制式的笼架多为长180-200cm,深度则不定,再者,笼架皆具有轮子以利推动,故可应用模块设计的观念规划饲育室大小。


2. 空调进风口与回风口在饲育室的位置与进风口的扩散装置形式,决定新鲜空气在室内的部分,进而影响换气效率,且影响笼具之放置位置,在规划时应与建筑师恰当之沟通。此外,回风口应具过滤网,以免动物之毛屑等物进入回风管。


3. 若拟采用自动饮水系统,应在规划时即提出设计,饲育室中并不一定需要装设水槽,但若拟装设,则应妥善规划其在饲育室中的位置,再者,水槽之排水管应不落地而应由墙内排出。


4. 有些饲育笼具需要电源,故应规划插座于恰当之位置,且明确告知水电技师所需电源之伏特数与安培数。


5. 饲育室之各种其它要求,请参见本节(一)至(八)。

 

(十)走廊


1. 宽度:实验动物设施内部赖以联络各区室的走廊宽度,应以满足例行之人员交通与移动笼具等设备的大小与频度为设计原则。一般而言,走廊宽度多不少于180cm(常见的走廊宽度为180-240cm)。


2. 噪音与污染之阻隔:联络会产生大量噪音或具污染源之区室的走廊,例如通往饲育犬、猪等大型动物的区室以及清洗、消毒及灭菌区域的走廊,应考虑在出入口处之走廊设置双层门,在两门间形成一缓冲区,或应用其它可阻隔噪音或污染源的方式。


3. 管路维修口之位置:各式管路之维修口;例如:电源之保险丝开关箱、水管与排水管之清洁口、空调管路只维修猫道入口等,若必须设置在动物设施内部,则应尽量避免设置于饲育室中,而将之设在走廊。此外,常设置在走廊墙面的警铃、消防栓、灭火器箱、电话等设备,应将之设置于较高或可避免因例行搬动笼具等设备时遭碰损的位置。

 

(十一)清洗消毒设备


规划一功能完备的公共区域作为饲育设备与饲育材料之清洗、消毒与灭菌是应该的。一般而言,此区需配备恰当的机械设备进行清洗、消毒/灭菌。故在规划时,应同时考虑下列因素


1. 此区在实验动物设施中的地理位置,其与饲育室、废弃物存放区及除物区之动线关系。


2. 为方便进出,门应够宽。


3. 足够的待清洗与洗净后之暂置(staging)以及机械设备的操作与维修空间。


4. 妥当安全的垫料弃置及笼具清洗前工作程序。


5. 分隔动物与笼具设备再干净区与待清区间之动向。


6. 对有必要隔热绝缘之墙面及天花板作洽当之处置。


7. 作恰当的消减噪音。


8. 设计足量与恰当的冷、热水与蒸汽管路来源、地面排水系统以及电源。


9. 通风(排风)设备,也包括清洗、消毒与灭菌机械需排除的蒸汽及/或其它气体之排风设备。

 

(十二)储藏区域


1. 应规划足够的空间以利存放设备、消耗品、饲料、垫料及各类废弃物。若例行运作所需物品的供应来源稳定,则不需预留过大之储存空间。


2. 饲料、垫料库房应与存放有毒害之危险物品的空间有适当之隔离。废弃物亦应与其它物品分开储存。


3. 动物尸体及脏器残骸应存放在7℃以下冷藏或冷冻库,以减缓腐坏;且也不应与其它物品一起储放。


4. 人员及设备所使用之走廊与通道不应作为储存物品之场所。

 

(十三)噪音控制


1. 噪音控制在实验动物设施的规划上,也是一重要的一环。在规划时应考虑将会产生噪音之设备,例如:放置笼具之清洗机械的区域应与饲育区及实验室有恰当的隔音分隔。一般而言,混凝土墙再隔音之效果上,远佳于金属或石膏板墙,在实验动物设施少有应用隔音材料直接涂抹在饲育室天花板上的设计,因为不易控制健康与虫害,然若采可清洗消毒之隔音建材直接砌合在墙面或天花板则是可行的。


2. 由经验可知,若走廊上的门扇采恰当之隔音门或作双层门式缓冲空间,只要施工良好,即可有效的控制噪音经走廊传递。

 

(十四)警报系统


再规划时,也应细心选择火警、环境监控等警报系统、播音系统等设备之种类,并恰当设计装设地点,尤其对会发出超高频声响之设备应详细考虑,以免干扰动物。

  

四、无菌手术设施(facilities for aseptic surgery)与基因工程动物试验程序设施(facilities for aseptic engineering procedure in animals)

 

(一)外科手术设施


1. 术区应与实验动物设施其它功能区域有明确的分隔,降低不必要之人员进出机率,用以减少污染。


2. 规划实验动物设施中的外科手术设施时,应以拟进行外科手术试验步骤、物种与手术的复杂性等作为依据。啮齿类动物的手术大多仅需精简的空间与设备,例如:应用实验室中特定的一角,配合适当管理制度,即可降低进行手术时,因室内其它活动对动物造成的可能感染。


3. 一般而言,手术设施之大小与设备,决定于物种、动物数量、手术的复杂性,例如:使用大量啮齿外科试验程序、特殊保定货其它设备、液压升降手术操作台、经济动物外科手术所需之排水系统、因需藉大量人力与仪器设备配合的手术程序所增加空间需求等。


4. 在规划复杂的外科手术设施时, 应先考虑手术设施与其它支持单位,如诊断实验室、X光照影视、作人员办公室、饲育室等等的相关单位(见本节(二))。


5. 手术区所需的特殊笼具即仪器是依动物与手术的种类而定,其基本设计概念除以易保持洁净,应以可维持动物生理功能为主要考虑,例如可维持正常体温与呼吸等。


6. 如何有效地控制污染与容易清理,是设计手术设施时的两大原则。手术区内部应使用液体成型且不会吸附水分的表面建材。藉由通风系统供应过滤处理的空气,并使之成阳压状态,可显著降低感染的机会。再者,进风口与排气管口设置的位置配合恰当之换气率,也可减少污染的发生。


7. 规划无菌外科手术作业区的区室时,应以尽量减少人员动向的交错,且将相关但与手术操作无直接关联的功能区室隔离在手术外,砌墙隔间是隔离最好的方法,但也可应用缓冲空间;或在操作各相关程序之间的时间,藉清理与消毒等方式做分隔。一般而言,细菌污染程度与数后伤口感染之病例数与参与手术的人数及活动频度成正相关,故可设置窗口、通讯系统(如通化机)、将门扇设计在恰当之位置等方式,减少非必要人员进出手术室。


8. 为节约对各式设备的投资、所需空间、人力、减少动物输送,以及强化对外科手术设施及程序的专业监督,手术设施应采集中管理的方式。

 

(二)完整的实验动物无菌外科手术作业区

 

一般而言,完整的实验动物无菌外科手术作业区应包含下列区室,再规划这些区室时,所应该注意的原则,也一并列述如下


1. 外科手术器材准备室与供应室:此室应设计成易清洗、消毒与灭菌机械,并含储存手术器械与消耗品的空间,高压灭菌炉通常至此空间。


2. 动物术前准备室:此室则应设置方便清洁动物术部之一大型水槽。


3. 更衣室与刷手室:更衣室为参与手术人员更换刷手衣与存放个人物品用。刷手间内则应配置恰当的外科刷手水槽,为避免因刷洗过程产生飞沫,刷手间应于设置在手术室外。


4. 手术室:为方便清理,手术室内的各项设备应尽量避免固定,而已轻易移动为原则。适当的手术无影灯、足量之电源插座以方便辅助仪器之使用、恰当的气体麻醉剂废弃处理设备等,皆是在规划手术设施细部时应注意的事项。


5. 恢复室:术后恢复室应规划可提供动物由麻醉状态顺利苏醒所需知设备,并应容易对动物进行充分的观察与照料,故对监控及支持仪器所需之电力及其它需求亦应在规划时详细思考。对以经济动物进行含外科手术的研究而言,若是在似牧场样的实验动物设施进行,手术复原区可能根本不存在;在这类状态下,工作人员应更加小心照料动物,以利动物复苏。

 

(三)基因工程动物程序设施


近年来,应用基因工程技术在胚行基因转殖及剔除的各种研究,如雨后春笋般地在全世界展开。虽多使用啮齿动物,然基因经处理过的动物常成为新的动物模式,而期永久续代。故应用于基因转殖的实验动物,无论试验前、试验中、亦或试验后皆应尽量维持洁净用以避免病源侵入,故应用于这类试验的饲育室与基因转殖程序实验室间的动线关系,必须特别注意避免污染。虽然这类试验所需进行的外科手术并不复杂,但若在程序中造成污染,除降低这类试验的成功率,亦增加这类试验的复杂性。

 

 
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