大部分中国人想必对2003年的传染性非典型肺炎(SARS)病毒仍心有余悸。中国P4实验室的建造计划也始于那时。那么,什么是P4实验室呢?
实验室生物安全等级分为四级,其等级由P1至最高的P4,或称BSL-4,Bio-Safety Level 4。作为全球生物安全最高级别的实验室,P4实验室研究的传染性微生物都是无预防和治疗方法的病毒,所以P4实验室也被人称为“魔鬼实验室”。
此前,肆虐非洲的埃博拉病毒由于其凶残的特性被定义为最高等级的四级生物安全病毒(SARS和艾滋病的生物安全等级都为3级),这也意味着只有在P4实验室中才可以对其进行研究。随着中科院武汉国家生物安全实验室的落成,中国可以独立进行对于埃博拉病毒的实验研究。
目前除中国外,全球只有法国、加拿大、德国、美国等9个国家拥有P4实验室。
从外观看,它与普通的科学实验楼并无明显区别。可一旦走进其中,便会发现其中的奥妙。大楼从下往上,底层是设备层,第二层是核心实验室,第三层是管道夹层,最上一层则是空调系统。
由于一些被研究的病毒传播途径和风险不明,因此防止危险物质的外泄是实验室防护措施的重中之重。最有效的办法就是让核心实验室内部必须是负压的密封空间。
气流如同水流,总是从高处(压力值高的区域)流向低处(压力值低的区域)。举个栗子:如果我们把实验室内的压力降低,那室内的气体就不会往外溢出,而室外的气体可以进去,这样就可以保证病毒不会外泄。
所以这座魔鬼实验室的守护者,就是再普通不过的空调系统。武汉的P4实验室采用了西门子的一套空调控制系统。这套系统可以精确控制区域内的送风单元,从而保证实验室与室外的压力差。
此外,在这套空调控制系统中,西门子采用了一种创新的模式。一般来说,空调系统采用一种称为“冷备”的处理机制:当运行设备出现故障停运时,另一套备用设备就开始启动。这种机制的潜在风险在于重启系统再快也需要一定的过程。
在P4实验室的项目中,时间就是生命,任何延误都可能导致严重的后果。所以,西门子提出了“热备”这种创新的控制方案。相对于“冷备”而言,“热备”具有稳定性高,响应速度快的优势,可使风险降到最低。
但“热备”对技术要求更高,该模式要求两套控制系统高度配合,对于控制系统的编排、运行稳定性的要求以及工程实施人员的专业水平要求更高。但这一切都难不倒西门子,凭借丰富的经验和先进的技术,西门子担负起了守护生命的重要使命。
对于一个国家来说,P4实验室代表着尖端的科技实力。作为中国传染病防治的基础研究与开发中心、烈性毒种保藏中心和WHO参考实验室,它的建成标志着中国真正拥有了研究、对抗埃博拉病毒等烈性病原体的硬件条件,也让中国承担起了保障世界生物安全的大国担当。
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