中国病毒研究室“武汉P4实验室”
2018年1月，武汉国家生物安全（四级）实验室（以下简称“武汉P4实验室”）正式投入运行。根据传染病原的传染性和危害性，国际上将生物安全实验室分为P1、P2、P3和P4四个生物安全等级。P4实验室是人类迄今为止能建造的生物安全防护等级最高的实验室，专用于烈性传染病研究与利用。
武汉P4实验室建设耗时10年，是国家重大科技基础设施，由中国科学院和武汉市政府共同建设。该实验室参照国际上高等级生物安全实验室的建设要求和中国相关的建设标准，由中法双方合作完成实验室的设计，中国建设单位完成了实验室的建设和主要设施设备的安装。
目前，法国、加拿大、德国、澳大利亚、美国、俄罗斯、瑞典、南非等国已建成P4实验室近30个，大约有一半已经投入运行，美国、意大利、瑞士、巴西、印度等正在建设一批四级生物安全实验室。2003年SARS病毒暴发后，我国启动了P4实验室的建设。
武汉P4实验室由中法两国科学家、工程技术人员共同设计完成，采用了国际上最先进的设计方案和设备。P4生物安全实验室分成两种类型：安全柜型实验室和正压服型实验室。武汉P4实验室采用正压服型设计，其核心区域近300平方米，采用悬挂式结构，实验室内部是负压空间，也就是实验室内部压强小于外部，空气“只能进不能出”。这一空间的内部又被厚重的金属门分隔成不同的区域，包括细胞实验室、动物实验室、动物解剖室、消毒室等。科学家通常两人一组进入实验室，穿着像宇航服一样的正压服，并配有独立的供气系统，把研究人员和实验室“隔绝”起来。研究人员出来时，还要经过化学淋浴消毒，杀灭可能沾染的病毒。
除了采取建筑密封、双重空气过滤器、污染物消毒灭菌设备、双电源供电等硬件设备外，武汉P4实验室在管理、风险控制、人员资质等软件方面的要求更为严格，制定了详尽的预案。例如，科研人员必须要有在生物安全实验室工作的经历，再经过3个月到半年的培训，取得相关资质后才能在实验室工作。
武汉P4实验室是一个对国内科学家有限开放的高级别生物安全实验室，建成后将针对我国新生、烈性传染性疾病的预警、检测、研究和生物安全防范体系建设的需要，开展新发传染性疾病防控和生物安全领域的科学研究，形成我国新生和烈性传染性疾病病原分离鉴定、感染模型建立、疫苗研制、生物防范以及病原与宿主相互作用机理等研究的生物安全平台，成为新发传染病疾病的研究和开发中心、烈性病毒的生物资源中心和联合国世界卫生组织的传染性疾病参考实验室。
去年以来在非洲等地区肆虐蔓延的埃博拉疫情让人们再次感受到了烈性传染病带来的恐慌。埃博拉病毒被定义为最高等级的四级生物安全病毒，只有在P4实验室里才能对其进行研究。而一直以来我国尚不具备这样的条件。
什么是P4实验室？它是人类迄今为止能建造的生物安全防护等级最高的实验室，适用于对人体具有高度的危险性、通过气溶胶途径传播或传播途径不明、目前尚无有效的疫苗或治疗方法的致病微生物及其毒素的研究。全球只有少数发达国家拥有这类装置。
2015-01-31，我国首个P4实验室——中国科学院武汉国家生物安全实验室（即武汉P4实验室）在湖北武汉竣工。这标志着我国正式拥有了研究和利用烈性病原体的硬件条件，为我国公共卫生科技支撑体系再添利器。
传说中的P4实验室是什么样子的？记者进行了实地探访。
新落成的Ｐ４实验室位于武汉市江夏区的中科院武汉病毒所郑店园区内。整个实验室呈悬挂式结构，共分为４层。从下自上，底层是污水处理和生命维持系统；第二层是核心实验室；第三层是过滤器系统；二层和三层之间的夹层是管道系统；最上一层是空调系统。
“所有一层、三层、四层、夹层均是为了保证二层核心实验室的正常运行，保证实验室里面是单向气流，是一个负压状态。里面的东西不能出来，只有外面的东西有可能进去，就像一个密封的盒子。”中科院武汉分院院长、Ｐ４实验室主任袁志明说。
记者深入“盒子”内部，来到３００多平米的二楼核心实验室区域观察到，整个二层大致分为３个细胞实验室、２个动物实验室、１个动物解剖室、消毒室等。
Ｐ４实验室拥有更为严格的人员进出制度。进入Ｐ３实验室可能需要花费十分钟，而进入Ｐ４实验室就要花费至少半小时进行层层消毒，包括沐浴、二更、缓冲等步骤，才能入内。
进入实验室的研究人员都必须换上隔离正压防护服。这种防护服头部是透明的充气罩，下端连接着一条蓝色的呼吸带，呼吸带另一端悬挂连接在屋顶的管道上，这样保证研究人员在防护服内进行呼吸循环，和外界空气不发生任何接触。工作人员离开实验室时也必须经过化学淋浴消毒正压防护服表面。
P4实验室能同时容纳１２名实验人员。允许进入实验室的科研人员也需要经过严格的培训。目前中科院武汉病毒所已有６名科研人员经过培训具备进入实验室研究的资质，还有２名科研人员正在国外接受培训。
除了对研究人员的保护，为了保证周围环境的安全，P4实验室从各方面进行了安全防控，所有排出的气、水、物等都必须经过严格处理、达到标准才能排放。
什么样的病原要在P4实验室中进行研究?专家说，所有病毒都会依据风险进行危害评级，比如埃博拉病毒属于４级危害，其培养和动物感染实验必须在P4实验室进行。有些病毒的传播风险尚不明确，也需要运输到Ｐ４实验室，进行高一级别的研究。
P4实验室的建设有何重要意义？
让我们先来看看全球传染病的形势。在过去的30多年里，新发传染病在全球性范围内呈现出扩散趋势。据统计，几乎每年都有1-2种新发传染性疾病的出现。同时，一些过去已经得到有效控制的传染病随着生态环境的变化、病原的不断变异而造成新的流行和爆发，给世界经济和社会的发展造成重大影响。据世界卫生组织统计，自1996年以来有50种传染性疾病在世界不同地区造成了不同程度的流行，流行区域分布世界5大洲的83个国家。
1969年发现、随后反复在非洲爆发的拉沙热病毒，由于缺少有效的疫苗和针对性的药物用于预防和治疗，导致感染病人高死亡率死亡。
1998-1999年爆发于马来西亚、2001-2007年连续在印度和孟加拉国暴发的尼帕病毒，造成生猪和人的高致死率。
2003年，我国爆发流行重症急性呼吸综合症（SARS），继而波及全球32个国家，对人民健康、国家经济和社会造成巨大影响。
2014年，自1976年发现，随后反复在非洲爆发的埃博拉病毒再次爆发且疫情愈演愈烈，甚至已扩散至欧洲和美国。
专家说，新发传染病的流行与爆发严重威胁着人类的健康，给研究人员提出了严峻的挑战，也暴露出我国在应付突发性急性流行病、新生疾病及时跟踪研究（特别是基础建设），以及应急反应机制方面的严重不足。
我国P4实验室的建设经历了十余年。
2003年7月，SARS的阴影还未消散，我国政府战略性启动P4实验室的建设，由中国科学院和武汉市人民政府共同建设，中科院武汉病毒研究所承建，参照国际上高等级生物安全实验室的建设要求和中国相关的建设标准，在引进法国里昂P4实验室技术和装备基础上，中法双方设计单位合作完成了实验室的设计，中国建设单位完成了实验室的建设和主要设施设备的安装。
中国科学院院长白春礼表示，武汉P4实验室是构建中国公共卫生防御体系的重要环节之一，必将在增强我国应对新发、突发传染病防控能力和提升抗病毒药物及疫苗研发等科研能力方面发挥举足轻重的关键作用。
我国将生物安全实验室分为BSL-1、BSL-2、BSL-3和BSL-4四个等级（对应P1-P4）。其中BSL-4是生物安全等级最高的实验室，可以有效阻止传染性病原释放到环境中，同时给研究人员提供生物安全的保证。
目前法国、加拿大、德国、澳大利亚、美国、俄罗斯、瑞典、南非等国已建成BSL-4实验室16个，美国、意大利、瑞士、巴西、印度等正在建设一批四级生物安全实验室。但真正投入运行的BSL-4实验室有只有10个左右。
在我国已经建立了一批BSL-3实验室，可以开展大部分传染疾病病原和动物感染实验研究。而对于一些烈性传染性病原及其动物感染实验，则需要在安全等级更高的BSL-4实验室完成。
P4 实验室称为“魔鬼实验室”。
法国里昂 P4 实验室(图片来自网络)
目前，除中国外，全球公开拥有 P4 实验室的国家有9个，其中法国的让•梅里埃 P4 实验室被誉为世界上最先进的生物安全实验室。对于我国来说，P4 实验室的建成和使用也是十年磨一剑。2003年 SARS 暴发后，中科院就决定启动 P4 实验室建设，引进法国里昂 P4 实验室技术和装备，由中科院武汉病毒研究所承建。2017年8月，中国首个 P4 实验室才正式投入运行。
武汉 P4 实验室外观摄影
对于这样一个实验室，可能大家最为关心的就是实验室的安全问题。那我们就来看看这个实验室内部结构是什么样的，它是如何保证那些可怕的病毒安全地待在实验室里头的吧。
第一，采用“盒中盒”结构把病毒“罩住”。P4 实验室是一栋灰色的4层建筑，如同一个密封的大盒子。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。实验室采用类似法国里昂 P4 实验室“盒中盒”的设计理念。整个实验室呈悬挂式结构，大楼从下往上，底层是设备层，第二层是核心实验室，第三层是过滤器系统，二层和三层之间的夹层是管道系统，最上一层是空调系统。所有一层、三层、四层、夹层均是为了保证二层核心实验室的正常运行。
核心区实验室的墙壁采用不锈钢激光焊接，完全由中国公司完成，像是“盒子中的盒子”。这样一层套一层的盒子的结构，像一个一个的屏障，把病毒们牢牢罩在实验室里头。
“盒中盒”——核心工作区
第二，定向负压让病毒无处可逃。防止危险物质的外泄是实验室防护措施的重中之重。为了保障科研实验和人员安全，核心实验室采用定向负压系统和双层过滤系统。所谓定向负压是指，实验室每一个房间的气压都是递减的，这样可以保证空气都是从外往内流动，所以病毒无法跑出去。
在负压封闭环境中，为了保证科研人员的洁净呼吸，所有人会穿上第一张图片中的“宇航服”——正压工作服，由专门的生命支持管道输送空气。正压工作服封闭效果十分好，穿上后便“两耳不闻窗外事，一心专注做科研”，所以还配有耳麦以便随时与管控人员沟通。
第三，双层过滤系统让病毒在排放之前彻底死掉。实验室内的空气将经过两级高效过滤器处理后进行排放，固体污染物要经过高压灭菌锅处理，液体污染物要经过污水处理设备处理，以保证彻底杀灭病原，确保实验室里的病原不会泄漏。
“武汉 P4 实验室空调通风系统技术先进，在设计上有重大改进。活毒废水系统处理系统也非常先进。”曾主持法国第一个 P4 实验室设计，现任武汉 P4 实验室总设计师的 Bruno JONERY 如此评价道。
经过这三重严格的措施，P4 实验室里的烈性病毒真的是“插翅难飞”了。同时，经过十多年的风雨磨砺，武汉病毒所已建立了一支设施设备维护、生物安全和生物安保管理、科研支撑服务队伍，可以开展安全操作和研究，也形成了成熟的应急处置的运行管理模式和应急反应体系。
虽然全不锈钢的围护结构让整个实验室看起来冷冰冰的，但 P4 实验室迷人的夜景充分体现了法式浪漫情怀。
目前，武汉病毒所正积极谋划中科院生物安全大科学中心建设，未来拟形成以中科院、国家卫计委、湖北省政府三方共建，充分整合国内生物安全研究领域优势单位的世界一流高等级生物安全团簇平台。
P4实验室(Protect4)，是人类迄今建造的生物安全防护等级最高的实验室，按照国际惯例，只有在P4实验室才能对埃博拉等烈性病毒进行研究。
啥模样
整个实验楼像一个密封的盒子，污水处理、生命维持、过滤器等系统保障实验室安全运行
新竣工的P4实验室坐落在武汉市江夏区的中科院武汉病毒所郑店园区内，是一栋灰色的四层建筑。单从外观看，与普通的科学实验楼并无明显区别。可一旦进入其中，便会发现这个实验室的确与众不同。
进入实验室，整个实验楼呈现悬挂式结构，像一个密封的盒子。最底层是污水处理和生命维持系统，第二层是核心实验室，第三层是过滤器系统，二层和三层之间的夹层是管道系统，最上层是空调系统。“实际上，整个楼里只有第二层是真正的实验室区域，其他各层的任务均是保证二层核心实验室的正常运行。”中科院武汉分院院长、P4实验室主任袁志明说。
核心实验室区域面积300多平方米，被厚重的金属门分隔成3个细胞实验室、2个动物实验室、1个动物解剖室和1个菌种保藏室，以及消毒室等。
不同于普通的实验室，科研人员在进入P4实验室工作之前必须要更换上专用的正压工作服，并进行层层消毒，包括沐浴、缓冲等步骤，然后才能入内，整个过程至少需要半个小时。
据介绍，新建成的P4实验室能同时容纳12名实验人员，允许进入实验室的科研人员需经过严格的培训。目前中科院武汉病毒所已有6名科研人员通过培训，获得法国BSL-4(相当于P4)使用许可证书，另有两名科研人员正在国外接受培训。
做些啥
可对危害等级最高的烈性病毒展开研究，新发现的病毒也首先在这里进行确定
凡从事致病性微生物的科研、教学和生产单位的实验室，必须实现防止致病性微生物扩散的制度和人体防护措施。不同危害群的微生物必须在不同的物理性防护条件下进行操作。
据中科院武汉病毒所所长陈新文介绍，物理性防护是由隔离的设备、实验室的设计及实验实施等三个方面所组成，根据对个人、环境和社会提供的保护程度，分为BSL-1、BSL-2、BSL-3和BSL-4四个等级。P4实验室属于BSL-4等级，是人类迄今为止能建造的生物安全防护等级最高的实验室。
“按照国际惯例，只有在P4实验室才能对埃博拉等烈性病毒进行研究。对新发现的病毒，也应该首先在高等级生物安全实验室进行确定”。陈新文说。
P4实验室可以分为安全柜型实验室和正压服型实验室两种类型。安全柜型实验室是比较传统的，通过手套箱完成整个实验操作。其缺点是建设门槛较低，内部尺寸狭小，不能满足和适应使用大型仪器的需要。
“正压服型实验室有较大的工作空间，在里面工作时，实验人员必须穿着个体防护正压服，安全性也非常高。当前，国际上新建成的BSL-4实验室多采用正压服型的生物安全实验室，我国此次建成的实验室也属于这个类型。”袁志明说。
安全吗
实验室始终是单向气流，呈负压状态。科研人员靠独立的供氧系统呼吸，与外界空气不发生接触
实验室里研究的对象都是危害等级最高的烈性病毒，那么它到底安不安全？病毒会否泄漏？
“安全性是我们考虑的首要问题。”袁志明说，为此，主要采用两大类措施进行保障。
首先，采用一些物理的防护设施来保证实验室里面的病原不会感染到人和泄漏到环境中去。比如，所有的空气会通过高效过滤器进行过滤，所有的污水会经过污水处理系统进行灭菌，所有的固体废弃物会进行高压灭菌。
“实验室采取不锈钢板、激光焊接的方式建造，以保证它的密封性。同时，实验室里面始终是单向气流，是一个负压状态，里面的东西绝不可能出去，就像一个密封的盒子。”袁志明说。
其次，对进入实验室的工作人员保护措施也十分严密。科研人员通常两人一组进入实验室，穿着像宇航服一样的正压工作服，并配有独立的供气系统，把研究人员和实验室“隔绝”起来。人员在出来的时候要进行化学淋浴，消除正压工作服表面的一些病原等。
记者在现场看到，实验人员所穿着的正压工作服头部是透明的充气罩，下端连接着一条蓝色的呼吸带，呼吸带另一端悬挂连接在屋顶的管道上，这样保证科研人员在防护服内进行呼吸循环，和外界空气不发生任何接触。
此外，实验室在设计之初还充分考虑到了如何防范和应对地震等自然灾害。“我们实验室的抗震等级为八级，同时，一旦发生各种灾难性事件，会立即启动最高等级应急预案。”袁志明说。
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