鄭琳琳，舒加樂(lè)，徐汪節(jié)，王朝霞

(上海交通大學(xué) 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，上海 200240)

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是生命科學(xué)研究的重要支撐之一，隨著我國(guó)生命醫(yī)藥行業(yè)的迅速發(fā)展以及我國(guó)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物行業(yè)中單體設(shè)施飼養(yǎng)規(guī)模的擴(kuò)大[1]，國(guó)內(nèi)各高校、科研院所對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物資源需求日益增加[2]，逐漸形成的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理體系體現(xiàn)了管理的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和法制化，而完善的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理體系從實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境設(shè)施[3]、動(dòng)物質(zhì)量檢測(cè)、人員操作培訓(xùn)、動(dòng)物福利方面健全了標(biāo)準(zhǔn)操作程序(standard operation procedure，SOP)[4]，而在清洗配套設(shè)施方面也逐漸規(guī)范化和自動(dòng)化。過(guò)去因?qū)嶒?yàn)動(dòng)物設(shè)施單體規(guī)模小，人工清洗是飼養(yǎng)籠具主要的清洗方式[5]，但人工清洗存在工作效率低、清洗用水用熱損耗大、清洗質(zhì)量難以保證等諸多問(wèn)題。隨著新建實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施規(guī)模日趨增大，日常工作量增加、人員招聘和培訓(xùn)難、用工成本增加、節(jié)假日值守等問(wèn)題已嚴(yán)重制約了設(shè)施的良好運(yùn)行和發(fā)展[6]，此人工清洗不再是首選方案，洗籠機(jī)及自動(dòng)化清洗流線更加符合大規(guī)模實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施的需求。就三種洗籠機(jī)的適用性及安裝條件進(jìn)行介紹。

1 三種洗籠機(jī)介紹

1.1 柜式洗籠機(jī)

適合規(guī)模較小，飼養(yǎng)籠位在5000籠左右的動(dòng)物設(shè)施。因其體積小、能耗少，在現(xiàn)有設(shè)施基礎(chǔ)上經(jīng)適當(dāng)改造水電布排就能滿足其工作要求，見(jiàn)圖1。柜式洗籠機(jī)可清洗籠底、籠蓋、食槽，并具備多種清洗模式[7]，吞吐量可達(dá)每小時(shí)300個(gè)小鼠籠盒。本中心為提升硬件配置于2017年購(gòu)置了3臺(tái)柜式洗籠機(jī)，安裝時(shí)未考慮蒸汽供能，初期使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)熱水供應(yīng)慢，清洗耗時(shí)長(zhǎng)的問(wèn)題。但經(jīng)過(guò)加裝電熱水器直接供應(yīng)熱水后可按預(yù)期設(shè)計(jì)工作，該洗籠機(jī)實(shí)際清洗工作效率可達(dá)每小時(shí)192 ～ 240個(gè)小鼠籠盒或每小時(shí)2400個(gè)鐵網(wǎng)食槽，大大提高了清洗效率。

圖1 三種洗籠機(jī)模式圖Figure 1 Schematic illustration of three types of washers

1.2 步入式洗籠機(jī)

適合較大型動(dòng)物設(shè)施。步入式洗籠機(jī)的主要特點(diǎn)是強(qiáng)大的兼容性和高效性，可以清洗籠盒、籠蓋、鐵網(wǎng)、水瓶、IVC籠架、大動(dòng)物籠架等。步入式洗籠機(jī)普遍設(shè)計(jì)吞吐量可達(dá)每小時(shí)800 ～ 1200個(gè)小鼠籠盒。但因其體積大、能耗高，對(duì)安置的樓層高度、樓板地坑及承重都有一定的要求，因此在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過(guò)程中應(yīng)預(yù)先確定安裝位置[8]。另外該設(shè)備一般為整機(jī)出廠，若在高樓層安裝需要事先預(yù)留出大型設(shè)備的安裝通道。

1.3 隧道式洗籠機(jī)

適合大型且對(duì)自動(dòng)化清洗有一定需求的動(dòng)物設(shè)施。隧道式洗籠機(jī)的主要特點(diǎn)是高效性和連續(xù)性，吞吐量可達(dá)每小時(shí)800 ～ 1200個(gè)籠盒。單臺(tái)設(shè)備可清洗籠盒、籠蓋、鐵網(wǎng)等。在日本、美國(guó)、歐洲的大型實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施中均已將其對(duì)接籠盒自動(dòng)翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化的清洗模式，甚至形成集約式自動(dòng)清洗中心。整個(gè)自動(dòng)化清洗線主要包括臟區(qū)籠盒自動(dòng)翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)、墊料傾倒系統(tǒng)、隧道式洗籠機(jī)、自動(dòng)裝填干凈墊料系統(tǒng)及籠盒自動(dòng)堆疊系統(tǒng)。工作人員只要將臟籠盒裝載到配套的轉(zhuǎn)運(yùn)車上，然后將其與自送清洗線前端對(duì)接好即可離開(kāi)，經(jīng)洗籠機(jī)一系列自動(dòng)清洗后籠盒會(huì)被堆疊到轉(zhuǎn)運(yùn)車上，然后將籠盒分配到不同屏障區(qū)的高壓滅菌設(shè)備處滅菌后，籠盒即可進(jìn)屏障使用，該過(guò)程只需配備1 ～ 2人在始末端進(jìn)行操作和管理?？纱蟠鬁p少人力的投入，也避免了工作人員因直接接觸動(dòng)物廢墊料帶來(lái)的臭氣、粉塵、微生物等問(wèn)題，保障了人員福利。

2 新建設(shè)施集中清洗設(shè)計(jì)

2.1 集中清洗模式優(yōu)勢(shì)

新建實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房在完成選址和建筑總體設(shè)計(jì)后[9]，在工藝平面設(shè)計(jì)上根據(jù)設(shè)計(jì)的飼養(yǎng)量設(shè)計(jì)清洗間面積[10]。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念每個(gè)屏障設(shè)施配置清洗間，但隨著設(shè)施建設(shè)規(guī)模的增加，多層或多設(shè)施的不同屏障區(qū)域逐漸形成集約化清洗中心的模式，目前國(guó)際上大型實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施集約化清洗以隧道式洗籠機(jī)為基礎(chǔ)[11]，配機(jī)器人手臂、平面自動(dòng)翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)等智能化模塊發(fā)展為高度自動(dòng)化清洗線[12]，如美國(guó)[13]華盛頓大學(xué)、加州大學(xué)、日本理化研究所[14-16]等均為集中化清洗[17-18]，以美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校為例，該校區(qū)有19個(gè)動(dòng)物房，飼養(yǎng)總量約7萬(wàn)籠小鼠，若每個(gè)動(dòng)物房配置清洗間，需要19臺(tái)步入式洗籠機(jī)、10臺(tái)隧道式洗籠機(jī)，專職清洗人員47人，而采用集中化清洗只需配置2臺(tái)步入式洗籠機(jī)，3臺(tái)隧道式洗籠機(jī)，清洗轉(zhuǎn)運(yùn)人員共16人，相比傳統(tǒng)清洗方案，集中化清洗從設(shè)備、能耗、人工等方面均極大減少運(yùn)行支出，具體見(jiàn)表1。

2.2 布局設(shè)計(jì)

臟/潔分區(qū)，形成閉環(huán)。集中清洗主要配置設(shè)備包括步入式洗籠機(jī)、隧道式洗籠機(jī)、臟墊料處理系統(tǒng)、干凈墊料處理系統(tǒng)以及全自動(dòng)翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)，在平面設(shè)計(jì)階段，根據(jù)規(guī)劃的飼養(yǎng)量配置洗籠機(jī)的型號(hào)和數(shù)量。在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施中，人流、物流、動(dòng)物流是否合理直接關(guān)系到交叉污染風(fēng)險(xiǎn)的大小[19]，可利用洗籠機(jī)雙門或隧道設(shè)計(jì)，臟進(jìn)潔出單向流線實(shí)現(xiàn)清洗間臟/潔分區(qū)，實(shí)現(xiàn)籠具單向運(yùn)輸形成閉環(huán)[20]，見(jiàn)圖2。

表1 加州大學(xué)圣地亞哥分校動(dòng)物房清洗對(duì)比

注：a：45 000個(gè)籠具的承載能力；b：100 000個(gè)籠具的承載能力。

Note.a, Capacity of 45 000 cages.b, Capacity of 100 000 cages.

圖2 集約化清洗中心模式圖Figure 2 Schematic diagram of the central cage wash and sanitation facility

2.3 樓層選擇

方便運(yùn)輸，基建承重。大型設(shè)備體積和質(zhì)量決定安裝的位置承重比一般設(shè)備高，步入式洗籠機(jī)體積大，底面積小，安裝位置承重要求大于1250 kg/m2(12.25 kN/m2)，有20 cm左右深度的地面下沉要求，工作時(shí)噪音可達(dá)70 ～ 80 dB以上，并有一定的震動(dòng)，因此選擇底層能夠減少樓層加大承重造價(jià)，減少對(duì)動(dòng)物在噪音和震動(dòng)上的影響。

2.4 供能要求

合理設(shè)計(jì)，布排管道。洗籠機(jī)屬高能耗設(shè)備，為了保證清洗效果，一般采用82℃/55℃的熱水清洗漂洗[21-22]，因此在設(shè)計(jì)階段需要預(yù)留管道空間。大型設(shè)施優(yōu)先選擇鍋爐供能，若無(wú)配置鍋爐條件，也需要配置蒸汽發(fā)生器供能，可保證短時(shí)間開(kāi)機(jī)工作，并可避免工作中水溫[23]不夠等問(wèn)題而影響清洗效率[24]外供排水、散熱排風(fēng)、壓縮空氣、檢修空間等管道也需一并預(yù)留。

2.5 安裝要求

清洗設(shè)備均為大型儀器設(shè)備，尤其是全自動(dòng)清洗線，單臺(tái)隧道式洗籠機(jī)長(zhǎng)度不小于6 m，若加上前后裝載模塊預(yù)計(jì)達(dá)10 m以上，出廠前組裝測(cè)試無(wú)誤后，然后按模塊拆機(jī)運(yùn)輸?shù)侥康脑O(shè)施。一般清洗設(shè)備在設(shè)施土建完成后進(jìn)場(chǎng)，與內(nèi)部裝修同步，保證各式管道布排合理[25]。全自動(dòng)清洗線安裝調(diào)試的難點(diǎn)是整個(gè)控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)性和同步性，自動(dòng)翻轉(zhuǎn)夾取模塊對(duì)不同尺寸的籠盒的精準(zhǔn)識(shí)別是整個(gè)技術(shù)關(guān)鍵，售后技術(shù)支持與服務(wù)是設(shè)備正常運(yùn)行的重要保障，因此最好安排相關(guān)操作人員全程參與安裝調(diào)試，以便后期使用有專業(yè)人員進(jìn)行維護(hù)。

3 洗籠機(jī)配置現(xiàn)狀

3.1 洗籠機(jī)配置情況調(diào)研

對(duì)國(guó)內(nèi)有實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施[26]的66所單位洗籠機(jī)配置情況調(diào)研，總共131臺(tái)洗籠機(jī)，其中柜式洗籠機(jī)55臺(tái)，步入式洗籠機(jī)58臺(tái)，隧道式18臺(tái)，如圖3。對(duì)配置不同類型洗籠機(jī)的單位統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)圖4，單配置柜式洗籠機(jī)的有27家，占總的41%，其中985、211高校、大型企業(yè)單位占比26%，事業(yè)單位、醫(yī)院、研究所、普通高校占比74%；單配置步入式洗籠機(jī)的有20家，占總的30%，其中985、211高校、大型企業(yè)單位占比35%，事業(yè)單位、醫(yī)院、研究所、普通高校占比65%；有步入式柜式兩種洗籠機(jī)的有7家，985、211高校、大型企業(yè)單位占71%，研究所只有2家，占比29%；有步入式隧道式兩種洗籠機(jī)的有5家，企業(yè)占60%，研究所、普通高校為2家，占比40%；三種類型洗籠機(jī)均配置的有3家，均為985高校；配置兩種或以上的單位有15家，其中985、211高校、大型企業(yè)單位有11家，占73%。

圖3 不同類型洗籠機(jī)占比Figure 3 Proportion of different types of cage washers

圖4 不同類型洗籠機(jī)配置Figure 4 Configuration of different types of cage washers

事業(yè)單位、醫(yī)院、研究所、普通高校實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施規(guī)模較小的單位選擇柜式洗籠機(jī)或者步入式洗籠機(jī)較多，結(jié)合設(shè)備的安裝條件及投入，此最為適合。985、211高校，大型企業(yè)等實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施較大的一般會(huì)選擇兩種或三種類型洗籠機(jī)的配置方案，以滿足大批量、多種類的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物用具的清洗。但在這12家配置隧道式洗籠機(jī)的單位中，目前還沒(méi)有一家單位完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化清洗。

3.2 洗籠機(jī)配置建議

根據(jù)調(diào)研分析，以小鼠飼養(yǎng)籠位為例，籠位小于5000籠設(shè)施可選擇單柜式洗籠機(jī)?；\位大于5000籠小于10 000籠，可選擇步入式洗籠機(jī)?；\位大于10 000籠可選擇步入式洗籠機(jī)配合隧道式洗籠機(jī)，數(shù)量根據(jù)實(shí)際情況選擇，隧道式洗籠機(jī)優(yōu)先清洗盒底，并配合墊料處理設(shè)備，步入式洗籠機(jī)優(yōu)先清洗籠架、盒蓋、鐵網(wǎng)、水瓶，可滿足清洗要求。

4 討論與展望

中國(guó)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物行業(yè)雖起步較晚，但發(fā)展快，已在法律法規(guī)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)研究、生產(chǎn)供應(yīng)、質(zhì)量保障和人才培養(yǎng)等各方面建立了較為完善的管理體系，國(guó)家也加大了對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物行業(yè)的投入，在清洗配套設(shè)備上也將從傳統(tǒng)的人工清洗到機(jī)械化清洗甚至全自動(dòng)化清洗發(fā)展。而隨著配套設(shè)備機(jī)械自動(dòng)化程度越高，對(duì)操作人員素質(zhì)的要求必然也會(huì)提高，加強(qiáng)相關(guān)人員的技能操作培訓(xùn)、提高理論與實(shí)操基礎(chǔ)、建立一支操作熟練、維修有素的設(shè)備保障隊(duì)伍亦是關(guān)鍵之一。相信在不久的將來(lái)，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施清洗自動(dòng)化將會(huì)是我國(guó)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物發(fā)展又一階段性標(biāo)志。