МОДУЛЬ БИОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Полезная модель относится к классу биологических лабораторий и может быть использована для проведения лабораторных исследований опасных и особо опасных микроорганизмов, вызывающих инфекционные заболевания. Предлагаемое техническое решение характеризуется высокой степенью защиты персонала и окружающей среды от возможного инфицирования в ходе проведения работ с высокопатогенными микроорганизмами.
Известен диагностический модуль мобильного лечебно-диагностического комплекса (Военно-медицинский журнал - 1999. - №4. - с.14-21), смонтированный на шасси автомобиля высокой проходимости МАЗ-4210 с размещенным в нем диагностическим и вспомогательным оборудованием, а также электрооборудованием, кондиционером и бортовым компьютером. В задней части кузова оборудованы встроенные шкафы для хранения и транспортировки диагностических приборов, расходных материалов и одежды, а в передней части кузова на уровне боковых дверей выделен тамбур для перехода в другие модули. Модуль предназначен для проведения лабораторных исследований, а также хранения и транспортировки необходимой диагностической аппаратуры. Данный модуль выбран в качестве аналога. Главным недостатком известного аналога является невозможность проведения экспресс-индикации возбудителей особо опасных и неизвестных инфекционных заболеваний с учетом требований биологической безопасности для проведения данного вида работ.
Известен другой аналог заявляемой полезной модели, например, мобильная химико-аналитическая лаборатория, смонтированная в фургоне автомобиля, снабженная системой отопления, кондиционирования, системой водоподготовки для лабораторных нужд, вытяжным боксом с вентилятором для работы с агрессивными реактивами и средами, с размещенной на лабораторных столах контрольно-измерительной аппаратурой для измерения различных параметров, связанной с бортовой ЭВМ и имеющей принтер (патент РФ №2251496, МПК В60Р 3/14, опубл. 10.05.2005 г.). Однако, описанная лаборатория не обеспечивает уровень безопасности, необходимый для работы с микроорганизмами I-II групп патогенности (высших по своей опасности по классификации Российской Федерации).
Известна также «Лаборатория санитарно-гигиенических исследований», описанная в патенте на полезную модель РФ №65434, МПК В60Р 3/00, опубл. 10.08.2007 г. Лаборатория смонтирована в кузове-фургоне на базе спецавтоприцепа к автомобилю КАМАЗ и содержит герметично исполненный салон с уровнем биологической безопасности BSL-2, с системой принудительной приточно-вытяжной вентиляции и средствами жизнеобеспечения. Салон лаборатории разделен герметичными перегородками на функциональный отсек, предназначенный для проведения санитарно-гигиенических исследований и санпропускник. Прием биологического материала и передачу его в отсек для исследований осуществляют через окно-люк, вмонтированное в дверь аварийного выхода. Внутреннее помещение лаборатории оснащено всем необходимым оборудованием для санитарно-гигиенических исследований. Лаборатория оснащена звуковой аварийной сигнализацией, средствами визуальной электрической системы контроля за работой фильтровентиляционной установки, средствами оповещения о режиме работы. Недостатком является то, что вследствие монтажа лаборатории на базе прицепа автомобиля, ее корпус при движении автомобиля подвергается интенсивным вибрациям и деформациям, в особенности при движении автомобиля по пересеченной местности и в условиях бездорожья, в результате чего герметичность салона может быть нарушена, а персонал лаборатории инфицирован, например, посредством зараженного воздуха, проникающего извне внутрь салона лаборатории.
В качестве прототипа, как наиболее близкого по своей технической сути, выбрана стационарная биологическая лаборатория для работы с микроорганизмами I-II групп патогенности (опасности), описание которой приводиться в официальном документе «Санитарно-эпидемиологические правила. Безопасность работы с микроорганизмами I-II групп патогенности (опасности). СП 1.3.1285-03», пункты 2.3, 2.4, 2.7, общие и дополнительные требования к помещениям и оборудованию лабораторий. Стационарная лаборатория размещается в отдельно стоящем здании (либо в изолированном блоке здания) и строится из стандартных строительных материалов: кирпич, шлакоблок, железобетонные панели с применением цементного раствора. Лаборатория обеспечивается следующими системами: водопроводной, канализационной, электроэнергетической, отоплением, приточно-вытяжной вентиляцией, освещением, телефонной связью. Помещение лаборатории разделено на две зоны - «чистую» и «заразную». В «чистой» зоне расположены гардероб, комната отдыха, комната для работы с документами, стерилизационная, помещение с холодильной камерой, подсобное помещение, кабинет руководителя. В «заразной» зоне расположены блок для работы с инфицированными животными, комната для исследований, перчаточный бокс, комната первичной обработки материалов, автоклавная. Между «чистой» и «заразной зонами расположен санпропускник. Недостатком прототипа, который присущ большинству помещений, выполненных из общестроительных конструкций, является то, что вследствие естественной осадки фундамента здания, перепадов температур и влажности окружающей среды, а также других факторов, в стенах и потолке помещения лаборатории появляются микротрещины, через которые микроорганизмы из «заразной» зоны могут проникнуть в строительные конструкции лаборатории и попасть за пределы лаборатории, что является недопустимым. Обеспечение непроницаемости для микроорганизмов строительных конструкций представляет собой чрезвычайно сложную и трудоемкую задачу, требующую использования трудоемких защитных материалов и постоянной проверки с привлечением контролирующих органов и т.д.. Таким образом, исполнение лаборатории из общестроительных конструкций не обеспечивает должной защиты от возможного проникновения микроорганизмов в окружающую среду.
Задачей, решаемой полезной моделью, является создание высокозащищенного модуля биологической безопасности, соответствующего требованиям нормативных документов по безопасности работы с микроорганизмами I-II групп патогенности, для проведения исследовательских работ в стационарных условиях.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в модуле биологической безопасности, содержащем герметично исполненные функциональный бокс и примыкающий к нему шлюз с входной герметичной дверью, сообщающиеся между собой посредством герметичной двери и оснащенные средствами жизнеобеспечения, включающими системы энергоснабжения, водоснабжения, канализации, отопления, кондиционирования, принудительной приточной и вытяжной вентиляции, снабженной фильтрами тонкой очистки, и систему связи, функционально и конструктивно взаимосвязанными между собой, при этом функциональный бокс оснащен перчаточным боксом биологической безопасности, подключенным посредством воздуховода и фильтров тонкой очистки удаляемого воздуха к отдельно расположенной вытяжной вентиляционной установке, диагностическим оборудованием и препаратами для проведения микробиологических и химических анализов, а также токсических исследований и передаточным окном, выполненным в виде замкнутой герметичной камеры с герметичными дверками, установленными с внешней и внутренней сторон относительно функционального бокса, согласно полезной модели:
- перчаточный бокс биологической безопасности соответствует категории BSC-III;
- ограждающие конструкции (стены, потолки, двери, окна) функционального бокса и шлюза выполнены на жестком несущем каркасе из стальных тонкостенных прямоугольных стоек, замыкаемых в поперечном направлении жесткими ригелями и погонами, что обеспечивает неизменность пространственных геометрических размеров функционального бокса и шлюза в течение всего времени эксплуатации.
- стены и потолки, функционального бокса и шлюза выполнены в виде двухслойных стальных панелей с установленным между слоями теплозвукоизолирующим материалом, при этом герметичность функционального бокса и шлюза обеспечивается каждым из слоев панелей стен и потолка, а также лабиринтным соединением потолочных и стеновых панелей с жестким несущим каркасом;
- стыки между стенами и потолком, между стенами и полом функционального бокса и шлюза выполнены герметичными по всему периметру;
- пол функционального бокса и шлюза выполнен наливным из износостойкого антистатического полимерного материала;
- функциональный бокс оборудован дополнительным герметичным передаточным окном, при этом полость камеры дополнительного передаточного окна сообщена с отдельной системой приточно-вытяжной вентиляции с фильтрами тонкой очистки приточного и удаляемого из камеры воздуха;
- запорные механизмы дверок перчаточного бокса, передаточных окон, двери между функциональным боксом и шлюзом и двери шлюза выполнены таким образом, что при открытии любой из них запорные механизмы остальных блокируются в состоянии «закрыто»;
- на воздуховодах вентиляции перчаточного бокса, функционального бокса, шлюза и дополнительного передаточного окна установлены регулирующие и герметичные отсечные клапаны;
- отверстие воздуховода приточной вентиляции функционального бокса расположено в одном из его углов, а забор воздуха вытяжной вентиляцией функционального бокса осуществляется в диагонально противоположном углу бокса, причем входная дверь функционального бокса расположена в зоне расположения отверстия воздуховода приточной вентиляции;
- воздухораспределитель приточного воздуха герметично встроен в стену с входной дверью и/или в потолок у стены с входной дверью, забор воздуха осуществляется через заборную(-ые) решетку(-и) вытяжной вентиляции, герметично встроенную(-ые) в противоположную стену и/или в потолок у противоположной стены функционального бокса;
- создаваемые вентиляционной системой величины давлений в перчаточном боксе, функциональном боксе, дополнительном передаточном окне и шлюзе удовлетворяют неравенствам
ПБ
ФБ
Ш
ОКР
ФБ
ДПО
ОКР
P<P<P<P и P<P<P, где
ПБ
P - величина давления в перчаточном боксе;
ФБ
P - величина давления в функциональном боксе;
ДПО
P - величина давления в дополнительном передаточном окне;
Ш
P - величина давления в шлюзе;
ОКР
P - атмосферное давление вне модуля биологической безопасности.
Кроме того, в перчаточном боксе, камерах передаточных окон, функциональном боксе и шлюзе установлены бактерицидные облучатели.
Кроме того, на входной герметичной двери шлюза установлена система ограничения доступа внутрь модуля.
Кроме того, в помещении шлюза установлена мойка и герметичный шкаф.
Кроме того, в функциональном боксе и шлюзе установлены дифференциальные датчики давления.
Кроме того, в одной из стен функционального бокса выполнен проем для герметичной стыковки к нему автоклава.
Кроме того, перчаточный бокс установлен у стены функционального бокса, противоположной стене с входной дверью бокса.
Суть заявляемого технического решения поясняется на фиг.1, на которой схематично изображен модуль биологической безопасности (вид сверху) с взаимным расположением основных систем его оснащения, и на фиг.2, на которой приведен поперечный разрез панелей стен и потолка.
Модуль биологической безопасности (см. фиг.1) содержит герметично исполненные функциональный бокс 1, в котором производятся работы с микроорганизмами и другие исследования, и примыкающий к нему шлюз 2 с входной герметичной дверью 3. В шлюзе 2 персонал может переодеться и выполнить необходимые гигиенические процедуры. Функциональный бокс 1 и шлюз 2 сообщаются между собой посредством герметичной двери 4. Направления открытия дверей 3 и 4 показаны стрелками. Модуль биологической безопасности оснащен средствами жизнеобеспечения, включающими систему энергоснабжения (электропроводка, розетки, выключатели, осветительные лампы и т.д., на фиг.1 не показаны), систему водоснабжения (водопроводные трубы, вентили, водоразборные краны и т.д., на фиг.1 не показаны), систему канализации и отопления (канализационные трубы, емкость для сбора воды и жидкостей, элементы системы отопления, например, отопительные батареи, на фиг.1 не показаны), систему кондиционирования (на фиг.1 не. показана), которая совмещена с системой приточной вентиляции, систему принудительной приточной и вытяжной вентиляции. Диффузор 5 приточной вентиляции функционального бокса 1 (расположен на потолке функционального бокса 1), связан воздуховодом с фильтрующим устройством 6 с фильтрами тонкой очистки воздуха. В качестве фильтров тонкой очистки используются фильтры типа НЕРА со степенью очистки воздуха 99,995% от частиц размером 0,3 мкм. Вытяжная вентиляция функционального бокса 1 состоит из фильтрующего устройства 7 и фильтрующими элементами, расположенными внутри устройства 7, в качестве которых также используются фильтры типа НЕРА. По воздуховоду, стыкуемому к фильтрующему устройству 7, очищенный воздух покидает пределы функционального бокса 1. Шлюз 2 также содержит воздуховод и диффузор 8 приточной вентиляции и диффузор 9 вытяжной вентиляции, которые также снабжены фильтрами тонкой очистки (на фиг.1 не показаны). Система связи содержит переговорные устройства 10, с помощью которых может осуществляться связь между шлюзом 2 и боксом 1, а также с персоналом, находящимся вне модуля (с внешней стороны шлюза 2). Функциональный бокс 1 оснащен перчаточным боксом 11 биологической безопасности категории BSC-III для работы с микроорганизмами I-II групп патогенности. Перчаточный бокс 11 подключен посредством воздуховода 12 к отдельной вытяжной вентиляционной установке (на фиг.1 не показана), имеющей фильтры тонкой очистки воздуха, удаляемого из бокса 11. Дверь 4 функционального бокса 1 и перчаточный бокс 11 расположены у противоположных стен бокса 1, а отверстие (диффузор) приточной вентиляции 5 и заборное отверстие фильтрующего устройства 7 вытяжной вентиляции расположены в диагонально противоположных углах бокса 1, причем входная дверь 4 расположена в зоне расположения отверстия (диффузора) 5 приточной вентиляции. Это сделано для того, чтобы к двери 4 попадало как можно меньше воздуха из зоны расположения перчаточного бокса 11 (движение вентилируемого воздуха в боксе 1 показано длинной стрелкой). Аналогичное расположение приточного отверстия 8 и вытяжного отверстия 9 вентиляции принято и в шлюзе 2 с той же целью. Функциональный бокс 1 оснащен также диагностическим оборудованием, располагаемым на столиках и полках (на фиг.1 не показаны) для проведения микробиологических и химических анализов и токсикологических исследований. Кроме этого в боксе 1 находятся два передаточных окна 13 и 14, выполненных в виде герметичных камер с герметичными дверками 15 и 16 у окна 13 и 17 и 18 у окна 14. Дополнительное передаточное окно 14 имеет отдельную систему принудительной приточной 19 и вытяжной 20 вентиляции, снабженной фильтрами тонкой очистки приточного и удаляемого воздуха типа НЕРА. Передаточное окно 14 предназначено для передачи в бокс 1 и из него особо опасных материалов и препаратов с микроорганизмами. Помещения бокса 1, шлюза 2, рабочая зона перчаточного бокса 11 и камеры передаточных окон 13 и 14 снабжены бактерицидными облучателями 21 (ультрафиолетовыми лампами). Запорные механизмы дверей 4 и 3, а также дверки передаточных окон 15, 16, 17 и 18 и дверок передаточного шлюза (не показаны) перчаточного бокса 11 выполнены таким образом, что при открытии любой из перечисленных дверей замки всех других дверок и дверей блокируются в положение «закрыто». Это может быть сделано с помощью электромеханических устройств и предназначено для исключения возможной утечки микроорганизмов за пределы функционального бокса и обеспечения безопасности. На воздуховодах 12 перчаточного бокса 11, приточной вентиляции 5 и вытяжной вентиляции 7 функционального бокса 1, приточной 8 и вытяжной 9 вентиляции шлюза 2 и приточно-вытяжной вентиляции 19 и 20 дополнительного передаточного окна 14 установлены регулирующие (для обеспечения заданных расходов и давления) и герметичные отсечные клапаны (клапаны на фиг.1 не показаны), служащие для исключения сообщения воздушной среды бокса 1, шлюза 2, перчаточного бокса 11 и дополнительного передаточного окна 14 с окружающей средой при замене фильтров тонкой очистки. В проеме одной из стен функционального бокса 1 может быть герметично установлен автоклав 22 для стерилизации и обработки загрязненных инструментов, оборудования, лабораторной посуды и т.д. Стены 23 функционального бокса 1, шлюза 2 и потолка обоих помещений выполнены из двухслойных панелей 24 (см. фиг.2) с установленным между ними теплозвукоизолирующим материалом 25. В качестве панелей 24 использованы листы из окрашенной оцинкованной или нержавеющей стали, в качестве материала 25 - минеральная вата. При этом герметичность помещений бокса 1 и шлюза 2 обеспечивается каждым из слоев 24 панелей стен и потолка. Герметичность стыков между панелями обеспечивается лабиринтным соединением их со стойками и ригелями каркаса (см. фиг.2). Пол функционального бокса 1 и шлюза 2 выполнен наливным из износостойкого антистатического полимерного материала, обеспечивающего воздухо- и влагонепроницаемость пола. Все стыки между стенами и потолком и стенами и полам выполнены герметичными по всему периметру, что достигается с помощью силиконовых герметиков. Свойства окраски стен, потолка и поверхности пола, силиконового герметика позволяют производить их многократную мойку и уборку с помощью дезинфицирующих средств. Создаваемые вентиляционной системой и регулирующими клапанами величины давлений в перчаточном боксе 11, функциональном боксе 1, дополнительном передаточном окне 14 и шлюзе 2 изменяются скачкообразно, например, через 20 Па и в любом из перечисленных объемов значение величины давления меньше давления окружающей среды. Это необходимо для того, чтобы течение воздуха из передаточных окон и через двери бокса 1 и шлюза 2 было направлено только внутрь бокса 1, а воздух из перчаточного бокса 11 не попадал в бокс 1, что обеспечивает безопасность работ с высокопатогенными микроорганизмами и безопасность окружающей среды. В разработанном опытном образце модуля биологической безопасности созданы следующие перепады давлений (относительно давления окружающей среды):
- минус 90 Па в перчаточном боксе;
- минус 60 Па в функциональном боксе;
- минус 40 Па в дополнительном передаточном окне;
- минус 30 Па в шлюзе.
Минус означает разреженность среды относительно окружающей. Входная дверь 3 шлюза 2 может быть оснащена системой ограничения доступа 26, т.е. войти в шлюз 2 можно только по специальной карточке с магнитным кодом, рисунку папиллярного узора пальца и т.д. Внутри шлюза 2 может быть установлен герметичный шкаф 27 для размещения в нем одежды и средств для дезинфекции и уборки, и мойка 28 для мытья рук. Перепад давления в боксе 1, перчаточном боксе 11 и шлюзе 2 может контролироваться с помощью дифференциальных датчиков давления 29. Модуль биологической безопасности или совокупность модулей биологической безопасности устанавливается внутри исходного замкнутого помещения (на фиг.1 не показано). Для естественного освещения бокса 1 и шлюза 2 предусмотрены герметичные окна 30.
Подготовка модуля биологической безопасности к работе и работа в нем производится следующим образом. В функциональном боксе 1 и шлюзе 2 создаются с помощью системы отопления комфортные температурные условия, включается освещение и бактерицидные облучатели 21 в перчаточном боксе 11, боксе 1, шлюзе 2, передаточных окнах 13 и 14 и автоклаве 22. По прошествии требуемого промежутка времени, необходимого для стерилизации воздуха в указанных помещениях и камерах, включается системы принудительной вытяжной (вначале) и приточной (через 10…20 секунд) вентиляции 6, 7, 8, 9, 19 и 20, с помощью которых создаются требуемые перепады давлений в перчаточном боксе, камерах передаточных окон, боксе 1 и шлюзе 2, которые контролируются дифференциальными датчиками давления 29. После этого персонал, используя систему ограничения доступа, например, магнитную карту, открывает дверь 3 шлюза 2 и входит в него, закрывая дверь 3, проводит (при необходимости) гигиенические процедуры с использованием мойки 28 и переодевается (при необходимости), складывая одежду в герметичный шкаф 27. Затем, открывая дверь 4, персонал входит в функциональный бокс 1, в котором, получив необходимые препараты и образцы через передаточные окна 13 либо 14 и закрыв дверцы передаточных окон, помещает их в перчаточный бокс 11 и проводит с ними необходимые работы и исследования, используя определенный набор приборов и диагностического оборудования, расположенных как внутри перчаточного бокса 11, так и внутри функционального бокса 1. При завершении работ в помещениях модуля, перчаточном боксе и передаточных окнах включаются бактерицидные облучатели 21, Затем отработанные материалы вынимаются из перчаточного бокса 11 и помещаются (при необходимости) в автоклав 22, где происходит их обеззараживание. После этого отработанные материалы могут быть переданы через передаточные окна 13 и 14 наружу модуля биологической безопасности. Персонал переходит из бокса 1 в шлюз 2, делает необходимые гигиенические процедуры с помощью мойки 28, переодевается и выходит через дверь 3 шлюза 2 из модуля биологической безопасности. Затем, после проведения уборки и дезинфекции поверхностей и выхода персонала из помещений модуля биологической безопасности производится дополнительное обеззараживание воздуха и поверхностей бактерицидными облучателями 21 и система приточно-вытяжной вентиляции переводится из рабочего режима в дежурный с пониженной производительностью по воздуху.
Предложенная конструкция модуля биологической безопасности, обладая высокой степенью герметичности панелей стен, потолка и пола, и каскадным перепадом давлений между помещениями модуля, перчаточным боксом, передаточным окном и окружающей средой, а также запорными механизмами дверей и дверок передаточных окон, блокирующими замки в состоянии «закрыто» при открытии любой из перечисленных дверей, обеспечивает очень высокую степень защиты окружающей среды в случае попадания микроорганизмов в воздух функционального бокса. Испытания опытного образца показали, что конструкция модуля биологической безопасности соответствует требованиям нормативных документов по работе с микроорганизмами I и II групп патогенности.
Учитывая, что заявляемое техническое решение обладает новизной, отличительными признаками и промышленной применимостью, заявитель считает, что оно может быть защищено патентом на полезную модель.