潔凈實(shí)驗(yàn)室生物安全柜得作用及原理

1、為避免病原微生物氣溶膠對操作人員和環(huán)境的傳染，實(shí)現(xiàn)其間的一次隔離，必須使用微生物安全柜

生物安全柜分為Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅲ級，應(yīng)正確了解使用。

Ⅰ級生物安全柜原理和實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)櫥一樣，Ⅰ級生物安全柜的工作原理圖見圖3-1。

圖3-1 Ⅰ級生物安全柜原理示意圖

1、Ⅱ級生物安全柜原理

Ⅱ級安全柜有前窗操作口，操作者可以通過前窗操作口在安全柜內(nèi)進(jìn)行操作。Ⅱ級安全柜送風(fēng)經(jīng)過送風(fēng)高效過濾器過濾后，從頂部向下形成具有一定速度的垂直單向氣流以避免樣品間的交叉污染，此外，此垂直單向氣流在前窗操作口形成具有一定風(fēng)速的垂直氣流也可以防止室內(nèi)未經(jīng)過濾的空氣直接進(jìn)入工作臺面，從而保護(hù)樣品。前窗操作口向內(nèi)吸入的負(fù)壓氣流可以保護(hù)操作人員的安全，氣流經(jīng)排風(fēng)高效過濾器過濾后排出安全柜以保護(hù)外界環(huán)境。

2、Ⅱ級A1型生物安全柜

Ⅱ級A1型生物安全柜的工作原理如圖3-2所示。它的工作窗口進(jìn)風(fēng)氣流和工作區(qū)垂直氣流混合后在內(nèi)置風(fēng)機(jī)作用下經(jīng)前后格柵進(jìn)入安全柜回風(fēng)道，進(jìn)而到達(dá)安全柜送、排風(fēng)高效過濾器之間。借助于這兩個濾器相對尺寸的變化，約30%的氣流經(jīng)排風(fēng)過濾器過濾后排至實(shí)驗(yàn)室或通過排風(fēng)管道排至室外；70%的氣流經(jīng)送風(fēng)高效過濾器過濾后重新循環(huán)進(jìn)入安全柜工作區(qū)。

Ⅱ級A1型生物安全柜的污染部位有正壓區(qū)域。

圖3-2 Ⅱ級A1型生物安全柜原理示意圖

3、Ⅱ級A2型生物安全柜

Ⅱ級A2型生物安全柜的工作原理如圖3-3所示。Ⅱ級A2型生物安全柜是由Ⅱ級A1型生物安全柜的發(fā)展而來，其也是利用70%的循環(huán)空氣，30%經(jīng)排風(fēng)高效過濾器過濾后排至外部環(huán)境。

圖3-3 Ⅱ級A2型臺式生物安全柜氣流流向狀況示意圖（據(jù)美國CDC手冊）

4、Ⅱ級B型生物安全柜

Ⅱ級B型生物安全柜又分為B1型和B2型兩種。其中Ⅱ級B1型生物安全柜也為非全排型生物安全柜，但相比于Ⅱ級A型生物安全柜，其循環(huán)風(fēng)比例減少到30%，且安全柜內(nèi)所有污染部位均為負(fù)壓區(qū)域或者被負(fù)壓區(qū)域包圍，即沒有正壓污染區(qū)。Ⅱ級B1型生物安全柜工作原理圖見圖3-4。

圖3-4 Ⅱ級B1型生物安全柜原理示意圖

Ⅱ級B2型生物安全柜是一種全排式生物安全柜,其工作原理圖見圖3-5，其沒有氣流在柜內(nèi)循環(huán)。這種安全柜能提供基本的生物和化學(xué)防護(hù)，但有些化學(xué)物質(zhì)在安全柜內(nèi)操作時能損壞過濾器介質(zhì)、框架、墊圈導(dǎo)致泄漏，應(yīng)多加注意。送風(fēng)機(jī)裝在安全柜的頂部一側(cè)，從室內(nèi)抽吸空氣，通過送風(fēng)高效過濾器下行到工作區(qū)，所有進(jìn)入柜內(nèi)的氣體都經(jīng)過格柵被排出。排風(fēng)經(jīng)過安全柜頂部另一側(cè)設(shè)置的排風(fēng)高效過濾器過濾后排放至室外或者排風(fēng)總管內(nèi)。

圖3-5 Ⅱ級B2型生物安全柜示意圖（據(jù)美國CDC手冊）

1、生物安全柜的性能指標(biāo)

生物安全柜是保護(hù)人員、產(chǎn)品和環(huán)境暴露于微生物污染的一級隔離屏障。生物安全柜送、排風(fēng)氣流的平衡、操作臺面上的氣流分布和生物安全柜的完整性是生物安全柜性能有效性的重要保障。因此其性能指標(biāo)的規(guī)定及驗(yàn)證也主要圍繞以上這三個方面。這些指標(biāo)及相應(yīng)要求可直接引用標(biāo)準(zhǔn)JG 170-2005《生物安全柜》、YY 0569-2011《Ⅱ級生物安全柜》的相關(guān)要求，包括生物安全柜的垂直下降氣流平均風(fēng)速、工作窗口氣流平均風(fēng)速、氣流流向（垂直氣流、觀察窗隔離效果氣流、工作窗口及其邊緣氣流）、操作面空氣潔凈度、人員安全性、受試樣品安全性、交叉感染、箱體檢漏、送風(fēng)高效過濾器完整性、排風(fēng)高效過濾器完整性，對于Ⅲ級生物安全柜其設(shè)計(jì)形式區(qū)別于Ⅰ、Ⅱ級生物安全柜，Ⅲ級生物安全柜指標(biāo)還包括安全柜箱體內(nèi)外靜壓差、箱體嚴(yán)密性及安全柜手套口氣流流向等。還有一些指標(biāo)如安全柜運(yùn)行噪聲、操作臺面照度是考慮操作人員本身舒適性；生物安全柜的安裝位置主要是考慮維修時的便利性。

2、主要性能指標(biāo)的測試方法

（1）垂直氣流平均風(fēng)速：在距離內(nèi)側(cè)壁板及工作窗100mm圍成的，工作臺面上方300mm處的平面區(qū)域內(nèi)測量垂直氣流的平均風(fēng)速。測量點(diǎn)按行、列均為150mm的網(wǎng)格分布。若去除測量邊界后凈尺寸不等于15的整數(shù)倍，則允許修正測量點(diǎn)距離，但每列至少測量3點(diǎn)，每行至少測量7點(diǎn)。垂直氣流平均風(fēng)速為各測量點(diǎn)讀數(shù)的算術(shù)平均值。具體的指標(biāo)要求可參照標(biāo)準(zhǔn)JG 170-2005《生物安全柜》、YY 0569-2011《Ⅱ級生物安全柜》的相關(guān)要求。

（2）工作窗口氣流平均速度：常用的測試方法主要有兩種：風(fēng)量罩檢測法、風(fēng)速儀檢測法。

（3）Ⅲ級生物安全柜手套口處的風(fēng)速：手套口風(fēng)速是通過人為摘除Ⅲ級生物安全柜一只手套后，將風(fēng)速儀探頭放在手套口的中心處，并記錄測量點(diǎn)的風(fēng)速。測試之前，要保證生物安全柜已達(dá)到正常運(yùn)行狀態(tài)，且生物安全柜的嚴(yán)密性、靜壓差及送風(fēng)量應(yīng)均已通過檢測，并符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

（4）氣流流向：氣流流向測試時，采用發(fā)煙管發(fā)生可視煙霧，通過觀察煙霧流向來驗(yàn)證生物安全柜的氣流流向。氣流流向包括垂直氣流流向、觀察窗隔離效果氣流流向、工作窗口邊緣氣流流向和工作窗開口氣流流向。

（5）靜壓差：Ⅲ級生物安全柜與所在房間的相對壓差可用微壓差計(jì)直接測量。測試時，Ⅲ級生物安全柜應(yīng)已達(dá)到正常運(yùn)行狀態(tài)，用微壓差計(jì)分別連接Ⅲ級生物安全柜內(nèi)部及實(shí)驗(yàn)室環(huán)境便可直接測出Ⅲ級生物安全柜的靜壓差。Ⅲ級生物安全柜與所在房間之間的負(fù)壓值應(yīng)不低于120Pa。

（6）潔凈度：采用激光粒子計(jì)數(shù)器在生物安全柜操作面內(nèi)按要求布置的測點(diǎn)上測量空氣的含塵濃度。

（7）噪聲：生物安全柜正常運(yùn)行時，采用聲級計(jì)在被測生物安全柜前壁面中心水平向外300mm，高度距工作臺面380mm處測量。

（8）照度：在操作面上，沿操作面內(nèi)壁面水平中心線每隔300mm設(shè)置一個測量點(diǎn)，與內(nèi)壁距離小于150mm時，不再設(shè)置。被測生物安全柜置于正常工作條件下，用照度計(jì)檢測各測量點(diǎn)。被測生物安全柜照度為各測量點(diǎn)照度的算術(shù)平均值。

（9）高效過濾器完好性檢測：排風(fēng)高效過濾器作為生物安全柜的最重要的防護(hù)屏障之一，是防止有害生物氣溶膠排放至大氣的最有效防護(hù)手段。因此，我國標(biāo)準(zhǔn)GB 50346-2011《生物安全實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)范》要求必須對三級和四級生物安全實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用的隔離設(shè)備的排風(fēng)高效過濾器進(jìn)行原位檢漏；而送風(fēng)高效過濾器是生物安全柜內(nèi)部潔凈度的重要保障。

而確定高效過濾器是否有縫隙、孔眼而發(fā)生漏泄，是否完好無損。通常高效過濾器采用物理氣溶膠進(jìn)行完好性檢測，高效過濾器的檢漏方法根據(jù)檢測方式不同主要分為掃描法檢漏和全效率法檢漏。

（10）Ⅲ級生物安全柜箱體嚴(yán)密性檢測：標(biāo)準(zhǔn)ISO 10648-2:1994對硬質(zhì)隔離器的嚴(yán)密性進(jìn)行了等級劃分，共劃定了4個等級，1 級最高，4級最低。目前Ⅲ級生物安全柜箱體嚴(yán)密性指標(biāo)可采用ISO 10648-2:1994中的2級密封箱室（長期從事含有有害氣體的防護(hù)箱室）的期間檢驗(yàn)指標(biāo)，即箱體內(nèi)壓力低于周邊環(huán)境壓力250Pa下的小時泄漏率不大于凈容積的0.25%。根據(jù)2級密封等級，按標(biāo)準(zhǔn)ISO10648-2:1994要求應(yīng)采用壓力衰減法進(jìn)行測試。

（11） 泄漏電流、接地電阻、耐電壓、絕緣電阻

泄漏電流測試時，讓生物安全柜連續(xù)運(yùn)行4h后，施加110%額定電壓，用泄漏電流測量儀測量機(jī)組外露的金屬部分與電源線之間的泄漏電流；接地電阻測試時，將被測生物安全柜所有的功能開關(guān)均置于“斷”位，用接地電阻測試儀測量接地端與可觸及的金屬部件之間的電阻值；耐電壓測試時，電氣強(qiáng)度測試歷時1min，經(jīng)受頻率為50Hz的基本正弦波的交流電壓，測試的部位為電源輸人端與金屬外殼之間。最初施加的電壓不超過規(guī)定值的一半，然后迅速上升到規(guī)定值，試驗(yàn)期間不應(yīng)發(fā)生擊穿；絕緣電阻測試時，在施加500V直流電壓1min后進(jìn)行絕緣電阻測量，在帶電部件與殼體之間值應(yīng)不小于2MΩ。

（12）振動幅值及工作臺面抗變形

為判斷使用者在操作生物安全柜時的振動結(jié)果，振動值應(yīng)達(dá)到要求的機(jī)械性能，以此減輕操作者的疲勞并預(yù)防振動導(dǎo)致精密組織培養(yǎng)試驗(yàn)品的破壞。被測生物安全柜置于正常工作條件。將振動儀的振動傳感器牢固地固定在工作臺面的中心，振動儀的頻率從10Hz變化到10kHz，測量生物安全柜工作時的總振幅。

工作臺面抗變形試驗(yàn)時，將面積為250mm×250mm、重量為23kg的測試負(fù)載均勻地施加于被測生物安全柜臺面中央，在載重條件下測量安全柜臺面前部邊緣中心至地面的距離。

負(fù)載及空載條件下安全柜臺面前部邊緣中心至地板的距離相等，可視為臺面無永久性變形。

（13）紫外燈測試

對于設(shè)置紫外燈的生物安全柜，必須對紫外燈定期檢查，以保證其能有效地殺死微生物。在將燈關(guān)閉冷卻后，要用70%的酒精擦拭燈泡表面。將其打開5min后，將紫外線感應(yīng)器放置于工作表面中心，照射的光在254nm波長處不應(yīng)少于40mW/cm2。

國外學(xué)者Pike對3921例實(shí)驗(yàn)室相關(guān)感染進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，不明原因的實(shí)驗(yàn)室感染只占18%，不明原因的感染占到了82%。經(jīng)過近年來的研究認(rèn)為其中65%的不明原因感染是因?yàn)椴≡⑸镄纬筛腥拘詺馊苣z隨空氣擴(kuò)散，實(shí)驗(yàn)室工作人員吸入了污染的空氣感染的。實(shí)驗(yàn)室中，許多操作都可以產(chǎn)生氣溶膠，有人對239種操作進(jìn)行了測試，其中239種操作可以產(chǎn)生氣溶膠，占86.6%。在實(shí)驗(yàn)室中，像攪拌、振蕩、撞擊、離心、超聲波破碎、接種等都可產(chǎn)生氣溶膠[6]。

生物安全柜是一種為操作原代培養(yǎng)物、菌毒株以及診斷性標(biāo)本等具有感染性的實(shí)驗(yàn)材料時，用來保護(hù)操作者本人、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境及室外環(huán)境，使其避免暴露于上述實(shí)驗(yàn)操作過程中可能產(chǎn)生的感染性生物氣溶膠和濺出物而設(shè)計(jì)的重要的一級屏障隔離設(shè)備。其主要是通過柜體和氣流形成的物理隔離來保護(hù)操作者本人、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境及室外環(huán)境。