李康智 王凜

桂林醫(yī)學(xué)院智能醫(yī)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院 廣西桂林 541004

1 生物安全教育的必要性和緊迫性

實(shí)驗(yàn)室是進(jìn)行科學(xué)技術(shù)研究的基本場(chǎng)所，如何確?？茖W(xué)家和實(shí)驗(yàn)人員安全有效地開(kāi)展傳染性物質(zhì)研究，對(duì)于開(kāi)展生物技術(shù)研究操作的實(shí)驗(yàn)室而言尤為重要。生物安全實(shí)驗(yàn)室是指在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，通過(guò)防護(hù)屏障和管理措施防止發(fā)生病原體或毒素暴露及釋放等，從而達(dá)到生物安全要求的生物實(shí)驗(yàn)室。[1]

目前，高校實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)仍存在諸多問(wèn)題，如培訓(xùn)模式單一、缺乏后期評(píng)估、時(shí)效性較差等。因安全培訓(xùn)不到位，安全意識(shí)不強(qiáng)導(dǎo)致的安全事故在國(guó)內(nèi)外屢有報(bào)道。[2]在基因表達(dá)組技術(shù)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)研發(fā)中，要進(jìn)行的整個(gè)過(guò)程作業(yè)通常包括目的基因的獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測(cè)與鑒定。在這一過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)人員將接觸各種專(zhuān)業(yè)儀器和各類(lèi)試劑藥品、微生物以及特殊實(shí)驗(yàn)環(huán)境。潛在的危害有實(shí)驗(yàn)儀器和有毒化學(xué)試劑的危害、實(shí)驗(yàn)環(huán)境副產(chǎn)物的危害、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和實(shí)驗(yàn)微生物的危害等，尤其在操作有危險(xiǎn)性的供受體。此外，因操作不當(dāng)而可能導(dǎo)致的事故造成的意外后果均有可能給實(shí)驗(yàn)人員、實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及實(shí)驗(yàn)儀器帶來(lái)重大危害。

孔令明等提出“材料風(fēng)險(xiǎn)可通過(guò)設(shè)備設(shè)施的完善而隨之降低，但人員風(fēng)險(xiǎn)的降低則需要通過(guò)安全培訓(xùn)來(lái)提高生物安全意識(shí)?！?/p>

目前，生物實(shí)驗(yàn)室的安全風(fēng)險(xiǎn)，一部分來(lái)源于所處理的生物材料，另一部分則來(lái)源于不確定的人員因素。前者的危險(xiǎn)性是已知的，而后者的危險(xiǎn)性卻是未知的。[3]

學(xué)?，F(xiàn)有的安全培訓(xùn)有以下這些形式：

(1)利用學(xué)校易班，面向全校學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)線(xiàn)上有獎(jiǎng)競(jìng)賽。

(2)組織現(xiàn)場(chǎng)知識(shí)競(jìng)賽，要求各二級(jí)學(xué)院(系、部)派出一支參賽隊(duì)伍進(jìn)行參賽。

(3)以固定展板、微信公眾號(hào)、易班等多種形式展示近年來(lái)實(shí)驗(yàn)室典型安全事故及實(shí)驗(yàn)室安全常用知識(shí)，開(kāi)展警示教育活動(dòng)。

(4)組織本學(xué)院在校生，通過(guò)模擬危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)的泄漏、緊急處置和逃生等演習(xí)組織本單位在校生，通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)室突發(fā)火情，組織實(shí)驗(yàn)室工作人員應(yīng)急疏散，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室消防緊急逃生演習(xí)。

(5)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)教育專(zhuān)題講座。

(6)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室安全倡議活動(dòng)。

在安全培訓(xùn)的形式方面，學(xué)校非常重視，多層次地鋪開(kāi)培訓(xùn)內(nèi)容。但就培訓(xùn)對(duì)象而言，沒(méi)有滿(mǎn)足各個(gè)層面的實(shí)驗(yàn)人員需求，這些人員包括新入職人員、本科生、研究生、博士生以及教師隊(duì)伍。應(yīng)根據(jù)不同層次人員的知識(shí)儲(chǔ)備、經(jīng)驗(yàn)等，設(shè)計(jì)不同層次的培訓(xùn)內(nèi)容。在進(jìn)行培訓(xùn)之前，需要充分調(diào)研被培訓(xùn)者的需求與其對(duì)實(shí)驗(yàn)室的了解程度。此外，實(shí)驗(yàn)室周期性地引進(jìn)新設(shè)備、新藥品等，安全培訓(xùn)也應(yīng)相應(yīng)地做出調(diào)整，與時(shí)俱進(jìn)。

基于上述因素，選擇了問(wèn)卷星進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，共獲得了十六生本學(xué)科的一百一十三篇問(wèn)卷，內(nèi)容涉及了實(shí)驗(yàn)室生物安全概述、生物安全柜、高壓消毒鍋、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、氣溶膠、消毒等各個(gè)層面。針對(duì)學(xué)生中出現(xiàn)的情況：同學(xué)在平時(shí)教學(xué)中根本就沒(méi)了解過(guò)生物安全柜，對(duì)生物安全柜的認(rèn)識(shí)也不足，以為揮發(fā)性有害物、非感染性材料一定要在生物安全柜中使用，這屬于常識(shí)性的錯(cuò)誤，在今后的教學(xué)上應(yīng)該注重講解生物安全柜的使用相關(guān)事宜，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，給同學(xué)以更直觀(guān)的教學(xué)。其中有同學(xué)建議：“需要設(shè)置實(shí)驗(yàn)室生物學(xué)安全性相關(guān)課程，對(duì)于生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)，需要經(jīng)常在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行操作，這個(gè)課可以不需要那么多的學(xué)時(shí)?？梢赃m當(dāng)設(shè)置學(xué)生講堂，讓學(xué)生親自了解，更多地深入了解實(shí)驗(yàn)室安全生產(chǎn)技術(shù)管理，讓學(xué)生自己動(dòng)手操作，深化印象，結(jié)束時(shí)可以用概括的方式作為學(xué)年總結(jié)?！边@是很有代表性的意見(jiàn)，也體現(xiàn)了學(xué)生們的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力，應(yīng)該受到授課教師的關(guān)注，應(yīng)將它作為教改的一項(xiàng)重點(diǎn)。

在調(diào)查中，百分之八十的同學(xué)提出生物安全教學(xué)應(yīng)當(dāng)以實(shí)際為主，理論為輔。其中有同學(xué)認(rèn)為，目前的生物安全概論教材還是作為一個(gè)選修教材，今后也應(yīng)該作為必考專(zhuān)業(yè)課進(jìn)行教學(xué)。而學(xué)校還缺少比較系統(tǒng)的生物安全訓(xùn)練體系，也就是對(duì)生化產(chǎn)品的泄漏事項(xiàng)訓(xùn)練以及生物安全事故訓(xùn)練、爆炸事故訓(xùn)練等。實(shí)驗(yàn)室管理方面應(yīng)該向其他管理先進(jìn)的高校進(jìn)一步學(xué)習(xí)，以建立一個(gè)更加嚴(yán)密完善的管理制度，并貫徹與執(zhí)行。但本次調(diào)查范圍還比較小，存在著一定的局限性。今后還可以擴(kuò)大調(diào)查范圍，角度更加多樣化，為生物安全工作提供信息化建設(shè)保證，積極構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室安全信息宣傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，運(yùn)用微信等公共賬號(hào)的方式宣傳生物安全的必要性，盡快建立健全管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。

基于上述實(shí)驗(yàn)室安全訓(xùn)練不落實(shí)所帶來(lái)的一系列問(wèn)題，根據(jù)傳統(tǒng)的安全訓(xùn)練所暴露出的缺點(diǎn)，借鑒國(guó)外先進(jìn)管理經(jīng)驗(yàn)，需要建立出一個(gè)更加靈活且有效的安全訓(xùn)練體系。

2 生物技術(shù)虛擬仿真項(xiàng)目現(xiàn)狀

在生物技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)虛擬仿真項(xiàng)目建設(shè)中遵循“科學(xué)規(guī)劃、資源共享、突出重點(diǎn)、注重創(chuàng)新”的指導(dǎo)思想，堅(jiān)持“學(xué)生為本，服務(wù)教學(xué)”的基本原則，將生物化學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)、生物工程、生物醫(yī)學(xué)工程等生物學(xué)學(xué)科的教學(xué)資源進(jìn)行有機(jī)整合，以案例式教學(xué)模式，將已有的教學(xué)資源進(jìn)行集成并數(shù)字化，把生物技術(shù)的相關(guān)課程聯(lián)系起來(lái)，建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。[4]

生物技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)主要由移液槍的基本操作、重組質(zhì)粒提取、DNA瓊脂糖凝膠電泳、生物醫(yī)學(xué)細(xì)胞培養(yǎng)綜合試驗(yàn)、普通PCR、紫外分光光度計(jì)檢測(cè)RNA含量與純化、RNA逆轉(zhuǎn)錄、熒光定量PCR、蛋白質(zhì)變性與SDS-PAGE電泳、Western Blot測(cè)定蛋白質(zhì)表達(dá)等多項(xiàng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)構(gòu)成。本試驗(yàn)的主要目的是讓學(xué)生全面掌握大分子細(xì)胞生物實(shí)驗(yàn)常規(guī)儀器設(shè)備的應(yīng)用，包括移液槍、震蕩培養(yǎng)箱、電泳儀、細(xì)菌培養(yǎng)箱、超凈工作臺(tái)、紫外分光光度計(jì)，以及PCR儀等；掌握質(zhì)粒提取、DNA電泳、細(xì)菌培育、逆轉(zhuǎn)錄、熒光定量PCR、蛋白質(zhì)電泳法和Western Blot法等的基本原理、有關(guān)知識(shí)點(diǎn)，以及具體實(shí)踐運(yùn)用；串聯(lián)分子克隆、細(xì)菌培育、基因組的相對(duì)定量檢測(cè)和蛋白質(zhì)分析等基礎(chǔ)知識(shí)，使學(xué)生將所學(xué)分子生物、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)和基因組工程技術(shù)等基本理論知識(shí)融會(huì)貫通，全面系統(tǒng)地了解生物科學(xué)技術(shù)核心理論知識(shí)。

本項(xiàng)目各實(shí)驗(yàn)包含實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、教學(xué)視頻、虛擬操作、結(jié)果展示、思考題等模塊。虛擬實(shí)驗(yàn)操作分為預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)、配制試劑、儀器使用、實(shí)驗(yàn)操作、結(jié)果分析等。學(xué)習(xí)者首先采用視頻教學(xué)的方式掌握生物實(shí)驗(yàn)基本原理和有關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，并熟悉生物實(shí)驗(yàn)的所需試劑、耗材和儀器設(shè)備，進(jìn)而通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)操作全過(guò)程，牢記生物實(shí)驗(yàn)程序和實(shí)踐操作的基本要領(lǐng)。

3 一些生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的藥品以及設(shè)備危害

生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的安全管理體系主要構(gòu)建在以下二種模式之上：一種是日常安全管理體系，既適合于其他各類(lèi)實(shí)驗(yàn)室對(duì)安全管理體系的日常需要，又適合于生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)化；二是在專(zhuān)門(mén)面對(duì)的生物安全問(wèn)題(biosafety)方面，生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)制訂有相適應(yīng)的生物安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格地實(shí)施實(shí)驗(yàn)作業(yè)人員技術(shù)培訓(xùn)，以確保實(shí)驗(yàn)工作人員和設(shè)備的安全性。例如，在NIH最早制定的《重組DNA研究準(zhǔn)則》中就已經(jīng)有關(guān)于基因工程安全控制系統(tǒng)的明確規(guī)定，提出了可以通過(guò)物理控制和生物控制兩個(gè)方面的方法來(lái)進(jìn)行控制。發(fā)展到今天，世界各國(guó)有關(guān)基因工程安全管理的法律法規(guī)也都遵從了這一標(biāo)準(zhǔn)。

另外，1976年，美國(guó)加州國(guó)立健康研究中所在國(guó)際Asilomar會(huì)議研討的基礎(chǔ)上，提出并發(fā)表了《重組DNA研究準(zhǔn)則X簡(jiǎn)稱(chēng)《安全準(zhǔn)則》)。為減少可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，《安全準(zhǔn)則》除規(guī)定禁止了一些種類(lèi)的重組DNA試驗(yàn)以外，還提出了不少具體的規(guī)范條文，例如，在生物實(shí)驗(yàn)安全保護(hù)方面，就明確規(guī)定了在物理保護(hù)與生物保護(hù)措施兩方面的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

例如，實(shí)驗(yàn)人員在做凝膠時(shí)會(huì)使用溴化乙啶，在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)做好隔離防護(hù)工作，要穿隔離服、戴口罩、戴手套等。

另外，實(shí)驗(yàn)中用到的氯仿屬于有毒有害試劑。衛(wèi)生危險(xiǎn)性：主要效應(yīng)于心臟精神控制，產(chǎn)生強(qiáng)烈麻醉療法效應(yīng)，對(duì)心、肝、腎均有損害。環(huán)保威脅：對(duì)自然界有威脅。燃爆風(fēng)險(xiǎn)：本品不燃，危險(xiǎn)，具刺激性。

實(shí)驗(yàn)中常用的儀器設(shè)備有離心機(jī)、高壓滅菌鍋、電泳系統(tǒng)、凝膠成像系統(tǒng)。這些儀器操作不當(dāng)，會(huì)給實(shí)驗(yàn)人員帶來(lái)極大危害。

離心機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題有高溫燃燒爆裂、操作失敗、機(jī)器傷人、銹蝕致使的輪鼓破裂和反常振動(dòng)等。

高壓滅菌鍋：由于不同的教學(xué)實(shí)驗(yàn)要求，各實(shí)驗(yàn)室所使用的大功率高壓蒸氣滅菌鍋的品種和型式差異巨大，且學(xué)生對(duì)滅菌鍋使用技術(shù)的掌握水平程度也參差不全，容易出現(xiàn)潛在火災(zāi)隱患，因此科學(xué)合理防范非常有必要。主要會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題在于：(1)高溫蒸汽灼傷；(2)滅菌鍋排氣帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)室污染。

電泳系統(tǒng)：因?yàn)殡娪揪彌_液溶液一般為酸性鹽溶液，如果保持在電泳槽內(nèi)，會(huì)由于水分蒸發(fā)而導(dǎo)致濃度發(fā)生變化，同時(shí)電泳槽的電極一般為裸露的金屬，容易被電泳緩沖液污染腐蝕并電解。

凝膠成像系統(tǒng)：要防止EB污染儀器，就不能用污染的手套接觸凝膠成像系統(tǒng)的門(mén)，進(jìn)行軟件操作時(shí)同樣不能被污染的手套接觸。觀(guān)測(cè)用EB(溴乙錠)染色的凝膠時(shí)，注意不要污染儀器表面。千萬(wàn)不要用手直接接觸凝膠，或戴著接觸過(guò)凝膠的手套去接觸儀器的門(mén)和觀(guān)測(cè)臺(tái)的把手。

4 對(duì)于虛擬仿真項(xiàng)目與生物安全教育教學(xué)相結(jié)合的建議

目前，醫(yī)科高校對(duì)學(xué)生生物安全意識(shí)的培訓(xùn)，和對(duì)學(xué)生生物安全實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展高等級(jí)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，但由于客觀(guān)條件的限制，并沒(méi)有建立生物感性認(rèn)識(shí)和實(shí)踐訓(xùn)練的平臺(tái)。因此急需采用新型的教學(xué)方法，使學(xué)生掌握細(xì)菌等培養(yǎng)的有關(guān)方法，夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量。將采用虛擬仿真教學(xué)方式，對(duì)學(xué)生和有關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室全過(guò)程應(yīng)用訓(xùn)練。培育學(xué)生生物安全意識(shí)，熟悉生物安全實(shí)驗(yàn)室的主要構(gòu)造、特點(diǎn)以及控制原理與應(yīng)用技術(shù)；學(xué)會(huì)生物安全專(zhuān)業(yè)技能，如生物安全實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的個(gè)人保護(hù)與環(huán)境防范工作要點(diǎn)、高污染性物質(zhì)的處理技術(shù)和生物安全的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備應(yīng)用技術(shù)等。首先，測(cè)試?yán)蠋熢谏险n前通過(guò)網(wǎng)上培訓(xùn)平臺(tái)上傳與測(cè)試相關(guān)的教學(xué)信息資源，然后提出討論題，并提供具體實(shí)施條件，例如通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳送的PPT、教案、微課程視頻、理論測(cè)試問(wèn)題和導(dǎo)引問(wèn)題。然后，由老師在課堂教學(xué)上根據(jù)學(xué)生上課時(shí)前所翻閱有關(guān)參考的情況，并交代了測(cè)試條件和目的后，有針對(duì)性地介紹了虛擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所包含的測(cè)試技術(shù)基本原理和動(dòng)作過(guò)程，并使用3D環(huán)幕版軟件，展示了虛擬實(shí)驗(yàn)的測(cè)試過(guò)程。學(xué)生可以使用PC版軟件在計(jì)算機(jī)端登錄系統(tǒng)完成實(shí)踐練習(xí)，而學(xué)生們?cè)谶M(jìn)行了實(shí)踐和教學(xué)的交流之后，要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并解答教學(xué)前的引導(dǎo)問(wèn)題。研究報(bào)告中還應(yīng)包含了對(duì)虛擬仿真試驗(yàn)軟件的評(píng)價(jià)和應(yīng)用心得體會(huì)，以及與團(tuán)體內(nèi)其他成員的模擬試驗(yàn)成果進(jìn)行互評(píng)。學(xué)習(xí)者在課后也可以預(yù)約VR版的實(shí)踐機(jī)會(huì)，并進(jìn)行相應(yīng)練習(xí)，以提高實(shí)踐操作過(guò)程。在確保實(shí)驗(yàn)者安全性的前提下，強(qiáng)烈的直觀(guān)感受讓他們摒棄了因枯燥的知識(shí)傳授過(guò)程而產(chǎn)生抵觸情緒，并幫助其正確地建立生物安全意識(shí)，從而提高生物安全保障能力，為將來(lái)實(shí)際走向的高等生物安全實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供了心理準(zhǔn)備與知識(shí)準(zhǔn)備。針對(duì)生物安全檢測(cè)的自然環(huán)境要求特征，使用最優(yōu)秀的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真方法可以更高效地解答實(shí)際實(shí)驗(yàn)室自然環(huán)境要求的匱缺問(wèn)題。通過(guò)對(duì)生物安全實(shí)驗(yàn)室的必要基礎(chǔ)設(shè)施、個(gè)人保護(hù)、測(cè)驗(yàn)操作過(guò)程等環(huán)節(jié)的介紹，并結(jié)合了VR頭盔版所提供的浸泡式體驗(yàn)，讓每個(gè)使用者都可以“進(jìn)入”生物安全試驗(yàn)室，以科學(xué)實(shí)驗(yàn)參與者的身份“使用”相關(guān)設(shè)備，讓使用者在浸入虛幻現(xiàn)實(shí)情景與人物的同時(shí)，跟隨著科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行自由地探索并完成測(cè)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。為提高學(xué)習(xí)者的實(shí)際工作能力，我們將實(shí)際工作過(guò)程加以分拆，并將其中可以在實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行的部分項(xiàng)目設(shè)計(jì)為模擬仿真實(shí)驗(yàn)，以豐富實(shí)際工作內(nèi)容；把不能“實(shí)”的訓(xùn)練“虛幻化”，并通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)彌補(bǔ)“實(shí)”的不足，虛實(shí)結(jié)合，以完成學(xué)生在高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行操作的整個(gè)流程練習(xí)。

以上過(guò)程同樣適用于初次進(jìn)入生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)人員。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，實(shí)驗(yàn)室安全教育與虛擬仿真項(xiàng)目相結(jié)合具備可行性。虛擬仿真技術(shù)的加入，使實(shí)驗(yàn)室安全教育變得更加多樣化，實(shí)驗(yàn)人員的人身安全可得到更有效的保障，在這樣一個(gè)安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，實(shí)驗(yàn)工作將得以有條不紊地進(jìn)行。