西門子研究成果重新定義生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的安全、效率和靈活性標(biāo)準(zhǔn)

● 全球首個(gè)在真實(shí)壓力條件下，對(duì)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)開展的獨(dú)立對(duì)比測試，揭示突破性洞見

● 研究成果可直接應(yīng)用于全球?qū)嶒?yàn)室的設(shè)計(jì)、優(yōu)化與運(yùn)營

● 西門子進(jìn)一步發(fā)展其智能實(shí)驗(yàn)室生態(tài)系統(tǒng)(SLE)，助力打造更安全、更靈活、更可持續(xù)的未來實(shí)驗(yàn)室

西門子公布了其在生命科學(xué)領(lǐng)域所開展的、關(guān)于實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)性能的全面獨(dú)立研究成果。該研究于2024年11月至2025年2月期間，由西門子與現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室核心組件與系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商、同時(shí)也是西門子 Xcelerator合作伙伴的H. Lüdi + Co. AG聯(lián)合開展。瑞士盧塞恩應(yīng)用科技與藝術(shù)大學(xué)(HSLU)作為獨(dú)立研究與測試機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)執(zhí)行全部測量工作。該項(xiàng)目名為PEARL，是全球首個(gè)在受控但接近真實(shí)使用環(huán)境的條件下，對(duì)不同實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)與空氣分配系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比研究的項(xiàng)目。

在測試階段，三種不同的送風(fēng)系統(tǒng)在可比工況下以七種配置方案進(jìn)行控制與測量，并被置于極限工況下運(yùn)行。測試結(jié)果為每個(gè)系統(tǒng)提供了獨(dú)特的數(shù)據(jù)分析成果，使得特定工況下的性能可比成為可能，涵蓋安全性與污染控制、用戶舒適度、系統(tǒng)靈活性、適應(yīng)性及通風(fēng)效率等多個(gè)維度。

研究發(fā)現(xiàn)，精確的氣流控制至關(guān)重要，能夠顯著提升實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的安全性、能效與舒適度。事實(shí)上，過量送風(fēng)不僅會(huì)破壞受控環(huán)境，還會(huì)導(dǎo)致成本上升及二氧化碳排放增加。更為引人注目的是，在部分場景中，所需風(fēng)量不到一半，卻能實(shí)現(xiàn)45%的通風(fēng)效率提升，并展現(xiàn)出更優(yōu)異的有害氣體與熱量排出能力。更精確的氣流控制還能使模擬泄漏后的環(huán)境恢復(fù)時(shí)間最多縮短29%，從而直接提升用戶的安全性和舒適度。此外，PEARL項(xiàng)目倡導(dǎo)從過去強(qiáng)調(diào)單一用途的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)，向具備高度靈活性的下一代實(shí)驗(yàn)室空間轉(zhuǎn)型，使實(shí)驗(yàn)室空間能夠在0至300瓦/平方米的負(fù)載范圍內(nèi)順暢調(diào)節(jié)。通過合理定容與精確控制，這些先進(jìn)系統(tǒng)可以在提供維持安全與舒適所必須的精準(zhǔn)氣流的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

在進(jìn)行物理測試的同時(shí)，西門子還構(gòu)建了完整項(xiàng)目配置的數(shù)字模型，其中包括測試過程本身的模擬。西門子智能基礎(chǔ)設(shè)施集團(tuán)生命科學(xué)全球解決方案總監(jiān) Tim Walsh 表示：“將PEARL項(xiàng)目數(shù)字模型與真實(shí)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較后，我們發(fā)現(xiàn)其準(zhǔn)確度令人驚嘆。這些經(jīng)過驗(yàn)證的結(jié)果使我們能夠直接在未來實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字孿生中，精調(diào)并優(yōu)化其性能、安全性和舒適度。”

全球?qū)嶒?yàn)室空間的需求正在重要地區(qū)持續(xù)增長，這一趨勢(shì)受到研發(fā)投入、生物技術(shù)創(chuàng)新以及不斷擴(kuò)大的新藥研發(fā)管線的推動(dòng)。僅在英國，未來五年預(yù)計(jì)就需要新增100萬平方米的實(shí)驗(yàn)室空間，以滿足預(yù)期的科研需求。本研究成果有助于滿足市場對(duì)更安全、更靈活、更節(jié)能的實(shí)驗(yàn)室的迫切需求。

基于PEARL項(xiàng)目的洞見，西門子進(jìn)一步升級(jí)了智能實(shí)驗(yàn)室生態(tài)系統(tǒng)(SLE)——一套模塊化基礎(chǔ)設(shè)施方案，可用于打造高度可適配、可擴(kuò)展的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，并能針對(duì)不同研究需求進(jìn)行定制，從基礎(chǔ)科研到高防護(hù)級(jí)別設(shè)施均可覆蓋。SLE可將各類實(shí)驗(yàn)室環(huán)境(包括生物安全等級(jí)2 BSL-2)的設(shè)計(jì)與配置速度提升多達(dá)80%。

Walsh補(bǔ)充道：“PEARL項(xiàng)目對(duì)實(shí)驗(yàn)室行業(yè)具有革命性意義，我們首次獲得了真實(shí)世界的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不僅驗(yàn)證了我們的數(shù)字模型，還使我們能夠進(jìn)一步優(yōu)化它們，從而設(shè)計(jì)出真正圍繞安全性、舒適性與效率進(jìn)行優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)室。SLE正是建立在這一成果之上，為客戶提供全面、創(chuàng)新且面向未來的交鑰匙式解決方案。我們不僅是在建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，更是在創(chuàng)造智能環(huán)境——它將加速科學(xué)突破，并在未來多年推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步。”

在 PEARL 項(xiàng)目期間，我們?cè)谖挥诔竦脑圏c(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中，在一致且受控的條件下，對(duì)三種領(lǐng)先的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了測試。我們通過熱負(fù)載、智能傳感器、氣溶膠恢復(fù)測試與激光可視化等手段，對(duì)包括顆粒去除速度、用戶舒適度及通風(fēng)效率在內(nèi)的九項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行了測量。

PEARL項(xiàng)目的完整實(shí)驗(yàn)配置

（資料來源：西門子官網(wǎng)）