佟海龙，王 栋，孙百明，邢国华，吴新洲，关云涛，卜云婷，赵春晖，曹国庆，周 琦*

（1.中国农业科学院哈尔滨兽医研究所，哈尔滨 150001；2.中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013）

0 引言

化学淋浴系统是防止高致病性微生物逃逸，保障实验人员安全进出高级别生物安全实验室必备的设施。目前，我国现有的高级别生物安全实验室的化学淋浴设备均由德国和法国引进，但我国高等级生物安全实验室中进口化学淋浴系统的运行参数一直没有统一的标准。若实验人员进出化学淋浴系统时，无法防止高致病性微生物被带出实验室，则可能对环境和实验人员造成严重的二次污染，后果将不堪设想。因此，化学淋浴系统的运行参数和消毒效果十分重要。我国现有的高级别生物安全实验室基本处于试运行状态，在高级别生物安全实验室正式运行前，确定化学淋浴系统的冲洗水压、冲洗时间及消毒液浓度和种类等运行参数至关重要。本文通过对化学淋浴系统消毒效果的验证，确定化学淋浴系统的最佳运行参数，确保其安全可靠地运行。

1 化学淋浴系统介绍

1.1 化学淋浴系统的组成

（1）淋浴系统：箱体，两樘充气式密闭门，22个喷淋头，4个生命支持系统的配气接头，送、排风接口（含高效过滤器），控制开关和电子压差传感器，紧急淋浴系统，2个消毒口，照明系统及2个控制面板。

（2）加药系统：2个化学加药罐（1 000 L），一个原液罐（200 L），每个罐体配超声波传感器2套；气动泵和阻尼器各2台；压缩空气管道、喷消毒液管道、软化水的补水和喷水管道均设置止回阀，各管道的闭合均由电磁阀进行控制。

1.2 化学淋浴系统的结构要求

化学淋浴系统箱体的空间和构成应满足2名实验人员同时进行淋浴操作，喷淋头的布局应全方位无死角覆盖整个箱体表面，生命支持系统管道的配送接头不少于2个，箱体的气密性应满足在-500 Pa压力下20 min内衰减压力小于-250 Pa[1-2]；充气式密闭门应带可视窗口，并配有2条伸缩性及耐腐蚀性能较好的密封胶条；箱体内应设电子压差传感器和控制开关，当实验室核心区和箱体内压差异常时，应具备报警功能；应配有紧急淋浴系统，并配备控制紧急喷淋的手动阀门；箱体的送排风管道均设高效过滤器，高效过滤器需经打压合格、检漏合格后方可使用；箱体最低位置设置气密性地漏，地漏上端布置格栅板，应至少高出气密性地漏上表面5 cm。

化学加药罐和原液罐的容量应满足喷淋的使用要求，液位过高或过低应设置报警系统。

1.3 化学淋浴系统的材质

化学淋浴系统的关键部件（电磁阀、管道、箱体、喷淋头等）应耐化学腐蚀、耐高温、气密性好，宜采用316L不锈钢材质；所有边角应整齐，金属配件和连接件都气密焊接到不锈钢内壳上，所有安装应保证箱体的气密性。承载消毒液的原液罐和加药罐的耐化学腐蚀性能应满足要求；不锈钢管道的管壁厚度应符合要求，箱体内部的管道连接方式应为焊接，并经打压测试后方可使用。

1.4 化学淋浴系统的消毒流程

（1）化学淋浴系统人员消毒流程：实验人员进出化学淋浴系统需对正压防护服进行消毒，理论上冲洗时间越长消毒越彻底，但实验人员长时间停留在密闭空间会导致身体不适及心理恐慌。因此，应当确定适当的消毒流程时间来解决上述问题。整个流程包括喷消毒液、反应暴露、水冲洗、地漏开启和充气吹干。

（2）化学淋浴系统箱体消毒流程：人员较多时，应分批次进入化学淋浴系统。当第一批人员通过化学淋浴系统进入实验室后，由于化学淋浴系统与实验室短暂相通易造成污染，所以应对化学淋浴系统箱体进行消毒，合格后第二批人员方可进入。整个流程包括喷消毒液、反应暴露和地漏开启。

2 化学淋浴系统的消毒效果验证

化学淋浴系统主要用于对安全防护服进行清洗消毒，消毒效果直接关系到实验室工作人员的人身安全、整个生物安全实验室的运行安全以及对周围环境的影响。以下采用目检法和生物检测法进行验证。

2.1 目检法

通过目检法可以初步判断正压防护服表面的清洗效果，观察化学淋浴系统内喷淋头的喷射范围和喷射压力是否满足要求，具体参照下述流程[3]：

（1）配制维生素B2标准溶液（10.0 mg/ml）并将其保存在棕色瓶中，置于阴凉处备用。

（2）正压防护服的外表面采用配制好的维生素B2标准溶液喷洒，应全面均匀，喷洒后可采用430～440 nm波长的蓝光照射，此时整个防护服表面应均有绿色荧光。

（3）实验人员穿着正压防护服进入化学淋浴系统进行喷水实验测试，用以确定合适的喷水水压和冲洗时间。

（4）喷水程序结束后，采用430～440 nm波长的蓝光照射，此时正压防护服表面不应出现荧光反应，如仍然发现黄绿色光斑，说明清洗效果不佳，需增加压力或冲洗时间。若正压防护服表面没有发现荧光反应，则说明化学淋浴系统的压力以及冲洗时间基本符合需求。以此来确定此阶段化学淋浴的最佳冲洗水压和冲洗时间。

正常情况下，实验室软化水供水管的供水压力为0.4 MPa，单向阀和电磁阀及管道的水头损失在0.2 MPa，剩余压力为冲洗水压即0.2 MPa。由于损失较大，化学淋浴系统喷射范围和喷射压力较小，所以需要增大冲洗水压，额外增加的压力通过供水电磁阀和增压水泵联动控制来实现。

经目检法试验后，可知冲洗水压为0.2 MPa时，冲洗时间为20min；冲洗水压为0.3MPa时，冲洗时间为18min；冲洗水压为0.4MPa时，冲洗时间为14 min；冲洗水压为0.5 MPa时，冲洗时间为9 min；冲洗水压为0.6MPa时，冲洗时间为3 min；冲洗水压为0.7 MPa时，冲洗时间为2.5 min。由此可以得出化学淋浴系统随着冲洗水压的升高，冲掉维生素B2所需要的冲洗时间越短，当压力增加至0.7 MPa时，冲洗干净所需要的时间为2.5 min，与冲洗水压为0.6 MPa的冲洗水压相比，时间上并没有明显优势，且增加了管道的压力负荷。故本文选用0.6 MPa的冲洗水压，将正压防护服表面冲洗干净所需要的冲洗时间为3 min。

2.2 生物检测法

2.2.1 试验材料的选用和制备

培养基：胰蛋白胨大豆琼脂培养基。

试验菌株：采用枯草杆菌黑色变种芽孢作为阳性对照组，检测菌量为5×106cfu/ml，将枯草杆菌黑色变种芽孢（ATCC 9372）按照细菌芽孢制备程序，培养制备成芽孢悬液。分别取各菌悬液1 ml，滴染于无菌不锈钢载体片（5.00 cm×5.00 cm）上，干燥后制成菌片备用[4]。以含1 g/L甘氨酸+0.3 g/L卵磷脂+3 g/L吐温80的磷酸盐缓冲液（phosphate buffered saline，PBS）作为中和剂。

消毒液：浓度分别为3、9、18 g/L的医院级戊二醛消毒液。

2.2.2 中和剂鉴定试验

经中和剂鉴定试验，观察中和剂对测试消毒剂是否有良好的中和作用，对试验菌及其恢复期培养是否有害或有不良影响[5]。具体试验分组如下：

第1组：消毒剂+菌悬液培养，观察消毒剂对试验菌有无杀灭或抑制能力。

第2组：（消毒剂+菌悬液）+中和剂培养，观察残留消毒剂中和后试验菌能否恢复生长。

第3组：中和剂+菌悬液培养，观察中和剂是否抑菌。

第4组：（消毒剂+中和剂）+菌悬液培养，观察中和产物或未被完全中和的残留消毒剂对试验菌生长有无抑制作用。

第5组：PBS+菌悬液培养，作为菌数对照。

第6组：PBS+中和剂+培养基培养，作为阴性对照。取1 ml分别置入2个平皿，然后倒入相应的培养基培养，不得有菌生长。

试验表明，以含1 g/L甘氨酸+0.3 g/L卵磷脂+3 g/L吐温80的PBS作为中和剂，可有效中和3 g/L医院级戊二醛消毒液对枯草杆菌黑色变种芽孢的残留毒性。上述中和剂及其产物对试验菌和培养基均无不良影响，符合中和剂鉴定试验要求[6]。

2.2.3 淋浴冲洗试验

在正压防护服的头顶、后脑、额头、胸前（左、右）、背（上、下）、腋下（左、右）、裤裆下以及脚下（左、右）布菌，并进行取样、接种、培养、计数等。具体按照《消毒技术规范》2.2.10进行试验[7]。

设置化学淋浴系统实验人员消毒流程：喷消毒液时间2 min，反应暴露时间1 min，冲洗水压0.6 MPa，水冲洗时间3 min，地漏开启时间30 s，充气吹干时间2 min，整个流程8 min。使用浓度为3 g/L医院级戊二醛消毒液对正压防护服表面进行消毒[8]。以上操作获得数据作为阴性对照。将本次试验未用完的同批次中和剂溶液、稀释液、棉拭、培养基等分别用于阳性对照。结果见表1。

表1 淋浴冲洗试验结果

从表1中可以看出，正压防护服表面的12个布菌位置经过完整的化学淋浴流程后，灭菌对数值均≥3.00，符合CNAS-CL53：2016《实验室生物安全认可准则对关键防护设备评价的应用说明》的要求，说明化学淋浴消毒效果满足要求。由于化学淋浴流程既包括喷消毒液2 min及反应暴露时间1 min，又包括水冲洗3 min，因此，经过化学淋浴流程后测定的灭菌对数值是消毒液和水冲洗共同作用下的结果，无法确定到底是哪一流程起主导作用，故需要进行定性杀菌试验，来进一步确定化学淋浴去除病原微生物的主要机理。

2.2.4 定性杀菌试验

设置化学淋浴系统箱体消毒流程：喷消毒液时间 2 min，反应暴露时间调整为 3、8、28、58 min，地漏开启时间30 s，采用浓度分别为3、9、18 g/L医院级戊二醛消毒液对枯草杆菌黑色变种芽孢的灭杀效果进行正交试验，取样、接种、培养、计数方法均参照淋浴冲洗试验。定性杀菌试验结果见表2。

表2 定性杀菌试验结果

由表2可以看出，以3 g/L的医院级戊二醛消毒液为例，随着作用时间的增加，灭杀对数值逐渐增加，在作用时间为60 min时，灭杀对数值＞3.00。而采用18 g/L医院级戊二醛消毒液对枯草杆菌黑色变种芽孢进行灭杀，仅需要5 min即可使灭杀对数值＞3.00。结果表明，医院级戊二醛消毒液浓度越高，灭菌合格所需时间越短。而采用浓度为3 g/L医院级戊二醛消毒液作用5 min，灭杀对数值＜3.00，灭菌不合格。

3 化学淋浴系统的运行参数

在保证消毒效果合格的前提下，确定最佳的运行参数不仅能缩短淋浴时间、减少人员的不适，还能节约能源。化学淋浴系统的运行参数主要包括喷消毒液时间、反应暴露时间、水冲洗时间、冲洗水压和消毒液种类及浓度等。通过目检法，确定冲洗水压为0.6 MPa，冲洗时间为3 min。通过生物检测法中的淋浴冲洗试验和定性杀菌试验，可以得出实验人员消毒主要依靠水冲洗作用使正压防护服表面灭菌合格，箱体消毒主要依靠消毒液的作用使化学淋浴系统箱体灭菌合格。由此，化学淋浴系统运行参数可参照以下数值进行设置：

（1）实验人员消毒流程：参数设置为冲洗水压0.6 MPa，冲洗时间3 min，喷消毒液时间2 min，反应暴露时间1 min，地漏开启时间30 s，充气吹干时间2 min，消毒液为医院级戊二醛，浓度为3 g/L。

（2）箱体消毒流程：参数设置为喷消毒液时间2 min，反应暴露时间58min，消毒液为医院级戊二醛，浓度为3 g/L；或喷消毒液时间2 min，反应暴露时间3 min，消毒液为医院级戊二醛，浓度为18 g/L。

本试验采用医院级戊二醛作为化学淋浴系统的消毒液，虽然灭菌效果较好，但由于戊二醛消毒液带有刺激性气味，在加药过程中对眼睛、皮肤有强烈的刺激作用[9]，建议选用过氧化氢、复合生物消毒剂等[10-11]对皮肤刺激性较小且灭菌效果较好的消毒液。另外，建议选用不同菌种及相应的消毒液（如过氧化氢、复合生物消毒剂等[10-11]）进行多次试验，确定不同消毒液的浓度、作用时间等参数对不同病原微生物的灭菌效果，以确保化学淋浴系统在运行过程中充分保证灭菌效果，避免造成高致病性病原微生物的泄漏。

4 结论

本文在保证化学淋浴系统消毒效果合格的前提下，确定了化学淋浴系统的最佳运行参数。通过确定化学淋浴系统软化水的冲洗水压使化学淋浴系统充分发挥其功能；在确定化学淋浴系统冲洗水压和冲洗时间的基础上，进一步选用枯草杆菌黑色变种芽孢作为生物指示剂，选用戊二醛作为化学淋浴系统的消毒液进行化学淋浴系统消毒效果验证。得出的结论为：实验人员消毒流程主要是依靠化学淋浴系统的水冲洗作用完成，而箱体消毒流程主要是依靠消毒液的灭杀作用完成。但是本文仅针对单一的生物指示剂和特定的消毒液对化学淋浴系统进行验证，而高级别生物安全实验室内往往操作不同的病原微生物，应对不同类型的病原微生物进行有针对性的消毒效果验证；且应尽可能选用一种通用的消毒液，能够针对不同病原微生物均达到灭菌效果，这样不但可以避免经常更换消毒液，而且能够保证化学淋浴系统在运行过程中的安全性。