多地加快一流实验室建设步伐 如何打造“科研皇冠上的明珠”

国家级实验室被称作“科研皇冠上的明珠”,是汇聚顶尖科研机构和人才,展开多学科交叉前沿创新研究,代表国家参与全球科技领域竞争、合作的核心力量。

自2019年成立以来,深圳湾实验室已经成功吸引了众多顶尖科学家前来做科研,其中,2023年,著名科学家、美国科学院外籍院士颜宁被聘任为深圳湾实验室主任。5月份,曾任美国华盛顿大学终身教授的著名痒觉研究专家陈宙峰全职加入深圳湾实验室,任神经疾病研究所资深研究员。此外,“985”、“211”院校——中山大学深圳校区与深圳湾实验室也签订战略合作框架协议,在大型科研仪器设备共享等各方面进行全面合作。

深圳湾实验室缘何打造?又为何备受众多学界大咖、知名学府、科研机构的“青睐”?

国家科技创新战略加速落地

深圳湾实验室打造国际创新高地

实验室是完善科技创新体系、加快实施创新驱动的重要基础、重要载体,是发源地。

党的十八大以来,创新驱动发展提到了前所未有的高度。党的十九届五中全会明确提出强化国家战略科技力量,推进国家实验室建设。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》中指出:在整合优化科技资源配置方面,要加快构建以国家实验室为引领的战略科技力量;在构建强大公共卫生体系方面,要加强实验室检测网络建设;在加强生物安全风险防控方面,要加强高级别生物安全实验室体系建设和运行管理。

据统计,包括广州、深圳、北京、上海、陕西、山东等多地已经加快重点、一流实验室建设的步伐,旨在抢占前沿科技高地。其中,《粤港澳大湾区发展规划纲要》提出,要建设国际科技创新中心,要支持重大科技基础设施、重要科研机构和重大创新平台在大湾区布局建设。

深圳湾实验室,又称深圳生命信息与生物医药省实验室,是广东省委、省政府以培育创建国家实验室、打造国家实验室“预备队”为目标主导启动的第二批广东省实验室之一。其主要研究领域是以协同攻克生命健康重大科学难题为导向,以肿瘤、代谢与心血管、神经退行性、传染性等重大疾病的预防、诊断和治疗为焦点,以IT+BT融合及多学科交叉为特色,开展疾病机理、生命信息、创新药物、医学成像等领域研究。

公开信息显示,经过数年建设,深圳湾实验室已汇聚近百支国际化高水平的科研团队,高水平人才超过110人,其中60名全职科研人员来自哈佛大学、斯坦福大学等世界知名研发机构。

打造“科研皇冠上的明珠”

顶尖实验室考验“硬核实力”

在加快建设科技强国、实现高水平科技自立自强等更高维度的战略布局当中,深圳湾显然被寄予厚望。

在深圳湾实验室吸引众多顶尖人才背后,是其所具备的“硬实力”——深圳湾实验室是国内首个超高层实验室建筑,地上24层,总建筑面积达4万多平方米,这里建有理化试验室、仪器实验室、动物实验室、生物安全实验室、细胞实验室等,重点建设实验动物平台、临床医学研究中心、多组学质谱平台、生化分析平台、精密设计制造技术平台、高性能计算与信息平台等等,旨在为前沿科技攻关、创新研发提供国际一流的实验室基地。

然而,作为超高层实验室建筑,以及不同实验室种类的不同需求,具有“IT+BT”(信息技术+生物技术)融合及多学科交叉的特色深圳湾实验室在建设之初,面临着专项专业繁多、专业设备密度较大,层高空间有限,工艺管网铺设规模大线路交错复杂等问题。

完成这一项标准高、复杂程度高的实验室项目,需要实验室专业单位对实验室项目的设计或深化设计、系统集成、设备配套、调试检测、运维管理等方面做足做强,并深挖实验环境中的气密性、温湿度、空气压力、气流组织、洁净度、振动、噪声等诸项指标精准要求。

这意味着负责该项目的主要承建方泛美实验必须具备专业过硬的技术团队,对实验室系统工程的各环节有深度理解,能提供设计、系统集成以及后续运维管理等一体化解决方案,打造“安全、精准、高效、智能的实验室环境,满足高效、环保、节能及稳定的运行要求。

完善的深化设计可以严格把控实验室建设质量,直接影响到实验室建成后的实验精准度,是打造完美实验室的第一步。

区别于日常专业外,实验室专项专业设计包含防辐射、磁屏蔽等装修设计,废水处理、实验动物饮用水等给排水设计,空气净化、工艺通风、废气处理、蒸汽、制冷站、高纯供气、压缩空气等通风专业设计,恒温恒湿控制、室内压差及气流组织控制、实验室安全监测报警系统、实验室智能化运维管理等控制系统设计等等。

每拎出来一个小环节,都要承建方进行精心设计。比如,高层实验室面临工艺通风难题,有的实验室会散发有毒有害气体,酸碱类物质,微生物类物质,一旦通风没有解决好,就会形成污染,不仅影响人员健康,同时实验过程也会受到交叉污染。

再比如,动物实验室的综合设计是一个比普通实验室更复杂、专业涉及面更广的领域。在设计前必须严格遵守各项规范要求,需特别关注动物实验室的各种应用场景。

值得一提的是,在深圳湾实验室设计过程中,引入了3D云平台设计技术,可以让科研人员对实验室的配置、空间布局、流程规划一目了然,避免后期建造完成结束后进行修改,可以节约时间和资源,并提高设计效率和质量。

项目建造关乎前期项目设计的完美效果呈现。

在建设过程中,深圳湾项目主要采用了空调分区技术、洁净过滤技术、智能化控制技术、变风量控制技术、废水处理控制及监测技术、实验室装配技术、气流组织模拟技术、实验室净化空调热回收节能技术、实验台水电气功能集成技术、实验室废液回收技术、多功能吊架集成技术、实验室运维管理技术等专业技术,通过运用计算机、通讯、感知智能、物联网、大数据技术,为保障实验室安全、精准、高效赋能。

值得一提的是,深圳湾实验室项目均使用目前全球技术最为先进及能有效保障实验安全的技术。如,实验室的洁净室控制系统,可实时显示实验室控制温度和湿度参数,设备运营状况若出现故障则触发报警系统,保障实验安全。在排风系统中,采用全球最先进的变风量控制系统,保证实验室的排风系统的安全性。

通过各专项专业的精密配合及BIM的实践应用,合理分配应用空间,保障各工艺系统划分合理、路由简洁、均匀分布,深圳湾实验室成功解决了高层复杂建筑的工艺通风困难问题;利用空调分区及实验室净化空调热回收节能技术解决了超高层建筑空调效果差及能耗高的问题。

智能、高效、节能

实验室运维管理技术护航

数字化、智能化正在赋能实验室的创新发展。而深圳湾实验室融合物联网、智能化控制和移动互联等信息技术,实现了“实验室环境的多维度信息感知”、“中控系统的智能决策”、 “相关设备的智能处置”,成功打造了智能化赋能实验室发展的典范。

据了解,在完成功能流线设计后,深圳湾实验室还进行了系统集成及设备配置,对围蔽系统、洁净系统、通风系统、电气系统、给排水系统、供气系统、控制系统等多项核心子系统及设备配置的深化设计,实现对实验室风量、换气次数、噪声、振动、洁净度、菌落数、温湿度、静压差、照度等关键环境控制参数的可控,防止交叉污染,保护人员和实验环境的安全。

此外,实验室环境控制系统设备种类多、运行调配复杂,为保证实验正常进行,实验室专业设备通常需要 24 小时不间歇运行,能源损耗大,系统集成商泛美实验自主开发的实验室运维管理技术(软件著作权登记证书:2020SR0381914),以 5G、VR/AR、GIS、大数据、BIM 等技术为基础,通过对风量、换气次数、温湿度、静压差、照度等环境控制指标的实时监测,有效降低控制指标的异常波动,以达到减少能源损耗,降低设备维护成本的目的。

通过该项技术,深圳湾实验室拥有了实验建筑空间管理、设备管理、安全管理、流程管理、报表管理、能耗管理、数据分析等运维管理系统,可便捷地对人力资源、物料资源、设备资源、仪器资源、环境资源、能源资源进行统筹管理,充分保障实验室运行的安全、精准、高效等要求。

结语:

凭借一流的实验室设计以及高品质建造、运维管理,深圳湾实验室获得了业界的高度认可。

2022年11月,在第二批省实验室启动建设期考核评估工作中,经科技部评估中心、广东省科技厅、省财政厅等部门多次评审考察,由省科技厅通报考核结果,深圳湾实验室获评优秀。经过四年的建设发展,深圳湾实验室在人才引进、科研攻关、平台建设等方面取得了较大进展,成为系统生物学、计算化学、化学合成、药物开发等学科领域的国内人才聚集地。

其中,深圳湾实验室在理论化学和肿瘤领域已取得世界级研究成果2项,传染病、医学影像等10余项科研成果转化取得实质性进展;布局研发管线近30个,在研代表性项目中一类新药占比90%,建立大湾区唯一涵盖新药自发现至产品注册的全药品研发周期链式功能平台;运营对标国际一流的孵化器,依托科研平台培育企业,打造创新生态圈,此外,建立开放共享机制,已支持200余家单位开展科研工作,临床给药、技术开发等奠定基础。当下,深圳湾实验室已经成为科技创新的“新磁极”,未来有望释放更多创新成果。

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