生物安全柜(包含原理、結(jié)構(gòu)、分級、選用及國標(biāo)解讀)

超凈工作臺(tái)≠生物安全柜

超凈工作臺(tái)不等同于生物安全柜，超凈工作臺(tái)只保護(hù)工作區(qū)的樣品免受外來污染，適用于需要局部潔凈無菌工作環(huán)境的試驗(yàn)操作。生物安全柜可以為人員，樣品提供雙重保護(hù)，是一種能防止實(shí)驗(yàn)操作處理過程中含有危險(xiǎn)性或未知性生物微粒發(fā)生氣溶膠散逸的安全防護(hù)設(shè)備。

在臨床實(shí)驗(yàn)室，操作感染性標(biāo)本時(shí)或作病原體分離培養(yǎng)、制備菌種時(shí)會(huì)因?yàn)闃悠返恼袷?、搖動(dòng)、傾注、攪拌、移液等操作或液體的灑落，產(chǎn)生肉眼看不見的直徑<5/zrn的氣溶膠或產(chǎn)生直徑為5～100腫的液滴，這些微粒中含有活的致病微生物，可以被操作者吸入或污染工作臺(tái)面上的其他樣品。

生物安全柜是一種設(shè)備，它的作用就是有效地降低實(shí)驗(yàn)室獲得性感染的機(jī)會(huì)，減少人與樣品或樣品與樣品之間交叉污染的機(jī)會(huì)，用于保護(hù)操作人員，保護(hù)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，保護(hù)實(shí)驗(yàn)材料的生物安全。

那生物安全柜的種類和特點(diǎn)都有哪些？

在過去的幾年中，生物安全柜的設(shè)計(jì)已有經(jīng)過幾次改進(jìn)，主要的改進(jìn)包括兩方面：

一是在排風(fēng)系統(tǒng)增加高效微粒空氣過濾器，HEPA濾器可以捕捉99.97%的直徑在0.3ban的粒子，對>0.3腫粒子的捕獲達(dá)99.9%。這使所有已知的感染因子均可被有效地截留，保證排出的氣體中不含微生物。

二是經(jīng)HEPA濾過的氣體覆蓋工作臺(tái)表面，使臺(tái)面上操作器材免受污染。

那生物安全柜的種類和特點(diǎn)都有哪些

根據(jù)對生物遏制程度的不同，目前設(shè)計(jì)的生物安全柜有3種類型：I級、II級(A1、A2、B1、B2型)、III級。選用時(shí)可根據(jù)各自工作性質(zhì)確定需要防護(hù)的類型，來選擇相應(yīng)的生物安全柜。

I級生物安全柜

I級生物安全柜(圖1)允許實(shí)驗(yàn)室內(nèi)空氣從前面開口處以0.38m/s的最小速率進(jìn)入生物安全柜，并經(jīng)排風(fēng)管排出安全柜。定向流動(dòng)的空氣可以將工作臺(tái)上形成的氣溶膠迅速帶離，不與操作人員接觸，直接經(jīng)管道再經(jīng)HEPA過濾后排出。

那生物安全柜的種類和特點(diǎn)都有哪些

有3種排放形式：

1.排入實(shí)驗(yàn)室，再通過實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)系統(tǒng)排到建筑物外面。

2.直接通過建筑物的排風(fēng)系統(tǒng)排到建筑物外面。

3.直接排到建筑物外面。

HEPA濾器可以裝在生物安全柜的壓力排風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)或裝在建筑物的排風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)，有的生物安全柜有一體式排風(fēng)扇，其他的借助建筑物排風(fēng)系統(tǒng)的排風(fēng)扇。I級生物安全柜的設(shè)計(jì)簡單，應(yīng)用廣泛，可提供個(gè)人和環(huán)境的保護(hù)作用，也可用于接觸放射性核素或揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)的操作，由于進(jìn)入的氣體是實(shí)驗(yàn)室未凈化的空氣，因此對操作物品不具防污染保護(hù)作用。

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II級生物安全柜

II級生物安全柜又稱為層流生物安全柜。與I級生物安全柜不同之處是進(jìn)入的空氣先經(jīng)HEPA過濾，保證覆蓋臺(tái)面上的空氣是無菌的，不僅提供個(gè)人防護(hù)，也保護(hù)樣品不受污染。II級生物安全柜共分II級A和II級B型2種，又可進(jìn)一步再分為II級A1、II級A2、II級B1、II級B2型。II級生物安全柜是自遏型的，流動(dòng)空氣中的70%可以反復(fù)循環(huán)再利用。

此種生物安全柜適合于細(xì)胞或組織培養(yǎng)、接觸2～3級危險(xiǎn)等級病原體的操作，如果穿正壓防護(hù)服可在II級生物安全柜上從事接觸4級危險(xiǎn)等級感染因子的操作。

那生物安全柜的種類和特點(diǎn)都有哪些

1.II級A型生物安全柜

II級A型生物安全柜(圖2)有1個(gè)內(nèi)置風(fēng)機(jī)將實(shí)驗(yàn)室空氣以0.38 m/s的速率吸入安全柜，通過HEPA濾器后向下，在距工作臺(tái)表面6.18cm處分開，一半通過前面的排風(fēng)格柵，另一半通過后面的排風(fēng)格柵。所有實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的氣溶膠或液滴均被向下氣流帶走，氣流經(jīng)排出通道到達(dá)安全柜頂部的2個(gè)HEPA濾器之間，此時(shí)，約70%的氣體經(jīng)供風(fēng)HEPA過濾器重新返回柜內(nèi)操作區(qū)域被再利用，其余30%的氣體經(jīng)排風(fēng)過濾器后被排到實(shí)驗(yàn)室再反復(fù)利用，或通過建筑物的排風(fēng)系統(tǒng)排到外界。

那生物安全柜的種類和特點(diǎn)都有哪些

2.外排風(fēng)II級

A2型、B1型、B2型生物安全柜外排風(fēng)II級A2型、B1型、B2型生物安全柜都由II級A1型生物安全柜變化而來。這些生物安全柜各有特點(diǎn)，包括從開口吸人空氣的速度、工作臺(tái)面上再循環(huán)的空氣量、柜內(nèi)空氣的排出量、安全柜的排風(fēng)系統(tǒng)、壓力裝置，不同型別的生物安全柜可用于不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>(表1)。

那生物安全柜的種類和特點(diǎn)都有哪些

II級生物安全柜A型與B型的差異在于：覆蓋工作臺(tái)表面的循環(huán)氣體和排出氣體的量不同，排出系統(tǒng)不同，詳細(xì)材料可以從制造商的說明書中獲得(圖3)。

那生物安全柜的種類和特點(diǎn)都有哪些

III級生物安全柜

III級生物安全柜(圖4)整個(gè)環(huán)境是全密閉的，進(jìn)入的氣體經(jīng)HEPA過濾，排出的氣體經(jīng)2層HEPA過濾。有1個(gè)專門的系統(tǒng)保持柜內(nèi)壓力在124.5Pa，呈負(fù)壓狀態(tài)，可提供好的個(gè)人防護(hù)作用，用于4級危險(xiǎn)程度病原體的操作。實(shí)驗(yàn)時(shí)可容2位操作人員將手伸人手套箱內(nèi)進(jìn)行操作，柜旁配備1個(gè)可以滅菌的裝有HEPA過濾排風(fēng)裝置的傳遞箱，柜底下有化學(xué)消毒劑浸泡的盒子，安全柜可與雙門的高壓滅菌器連接，接受已滅菌的物品并將用過的材料移出安全柜作滅菌處理，可以將幾個(gè)手套箱連在一起以增大工作面積，III級生物安全柜適用于III級或IV級生物安全水平的實(shí)驗(yàn)室。

那生物安全柜的種類和特點(diǎn)都有哪些

生物安全柜的通風(fēng)連接

II級A1型和A2型外排式生物安全柜有“套管式"或“傘形排氣罩式"的連接，套管安裝在安全柜的排風(fēng)管上，將安全柜內(nèi)排出的氣體，引入建筑物的排氣系統(tǒng)。在套管與安全柜排風(fēng)管之間留有1個(gè)直徑差為2.5 cm的開口，以便讓實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的空氣一起抽人建筑物的排風(fēng)系統(tǒng)中，建筑物的排風(fēng)能力必須能滿足房間和柜中排風(fēng)的要求。套管必須是可拆卸的或設(shè)計(jì)成可對生物安全柜進(jìn)行操作測試類型，通常建筑物氣流的波動(dòng)對套管式連接的生物安全柜的功能不會(huì)有太大的影響。

II級B1和B2型生物安全柜通過硬管，亦即沒有任何開口地、牢固地連接到建筑物的排風(fēng)系統(tǒng)，或者最好是連接到專門的排風(fēng)系統(tǒng)。建筑物排風(fēng)系統(tǒng)的排風(fēng)量和靜壓必須與生產(chǎn)商所指定的要求正好一致，對硬管道連接的生物安全柜進(jìn)行認(rèn)證時(shí)，要比將空氣再循環(huán)送回房間或采用套管連接的生物安全柜更費(fèi)時(shí)。

那生物安全柜的種類和特點(diǎn)都有哪些

生物安全柜的選擇

選用購買生物安全柜時(shí)應(yīng)考慮所提供的生物防護(hù)作用是針對操作人員個(gè)人的還是針對實(shí)驗(yàn)樣品的，若是針對操作人員的防護(hù)應(yīng)明確是針對病原微生物的還是針對有毒化學(xué)物質(zhì)或兩者兼而有之;若是針對病原微生物的還應(yīng)強(qiáng)調(diào)微生物的生物危害級別;若是針對有毒化學(xué)物質(zhì)的可按照以下原則作選擇：I級或II級A型生物安全柜中不進(jìn)行揮發(fā)性或毒性化學(xué)物質(zhì)操作。II級B1型生物安全柜只可用于少量的揮發(fā)性或毒性化學(xué)物質(zhì)的操作，如要進(jìn)行一定量的揮發(fā)性或毒性化學(xué)物質(zhì)的操作必須使用II級B2型生物安全柜。不同型別的生物安全柜排氣特點(diǎn)不同，見表2.

那生物安全柜的種類和特點(diǎn)都有哪些

 生物安全柜新國標(biāo)解讀如下：

新增關(guān)鍵術(shù)語

操作區(qū)(operating area) 定義：明確為工作區(qū)內(nèi)供人員操作的區(qū)域，由制造商根據(jù) “人員 - 產(chǎn)品 - 交叉污染" 三重保護(hù)需求界定。解決此前 “工作區(qū)" 定義模糊導(dǎo)致的操作邊界不清晰問題。

高效空氣過濾器(HEPA)  表述：補(bǔ)充 “剛性外殼包裹皺褶濾料" 的結(jié)構(gòu)要求，明確濾材 “不應(yīng)為紙質(zhì)"，強(qiáng)化過濾器耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度要求。

修訂 工作區(qū)(working area) 定義為：從 “高于前窗玻璃下沿約 5cm 到工作臺(tái)面" 調(diào)整為 “從高效空氣過濾器 / 散流罩到工作臺(tái)面"，更精準(zhǔn)覆蓋氣流保護(hù)的核心區(qū)域。

新增強(qiáng)制性防護(hù)要求

柜體結(jié)構(gòu)：強(qiáng)制要求 Ⅱ 級安全柜工作區(qū)采用 “四面雙層結(jié)構(gòu)"(左右側(cè)、后部、底部)，Ⅲ 級安全柜 “氣密部分連續(xù)焊接"，提升柜體防泄漏能力，減少生物氣溶膠外溢風(fēng)險(xiǎn)。

傳遞裝置：強(qiáng)制 Ⅱ 級安全柜單側(cè)設(shè)傳遞裝置(傳遞窗 / 藥液箱)，兩臺(tái)串聯(lián)時(shí)需帶 “兩門互鎖"，解決物料傳遞過程中的交叉污染問題，符合生物安全實(shí)驗(yàn)室操作規(guī)范。

手套接口(Ⅲ 級)：明確 “手套脫落時(shí)，接口中心風(fēng)速不低于 0.7m/s"“手套材質(zhì)需耐酸堿"，強(qiáng)化 Ⅲ 級安全柜的全封閉防護(hù)能力，避免高風(fēng)險(xiǎn)生物因子泄漏。

生物安全柜分類

Ⅰ級生物安全柜（BSC-I）

保護(hù)對象：操作人員和環(huán)境

不保護(hù)：樣品（因空氣未過濾）

應(yīng)用：教學(xué)實(shí)驗(yàn)室、低風(fēng)險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)

風(fēng)速要求：前窗進(jìn)氣風(fēng)速 ≥ 0.7 m/s

Ⅱ級生物安全柜（BSC-II）

分為四種亞型：A1、A2、B1、B2，區(qū)別如下：

類型

下沉風(fēng)速

進(jìn)氣風(fēng)速

排風(fēng)方式

是否可排風(fēng)

適用場景

A1

0.25 m/s

0.40 m/s

內(nèi)循環(huán)為主

可接排風(fēng)

一般實(shí)驗(yàn)

A2

0.25 m/s

0.50 m/s

內(nèi)循環(huán)+部分外排

可接排風(fēng)

醫(yī)院、藥企

B1

0.25 m/s

0.50 m/s

70%外排

必須外排

有揮發(fā)性化學(xué)品

B2

0.25 m/s

0.50 m/s

100%外排

必須外排

高毒性/放射性物質(zhì)

Ⅲ級生物安全柜（BSC-III）

密閉，通過手套箱操作

100%外排，需獨(dú)立排風(fēng)系統(tǒng)

適用于：BSL-4實(shí)驗(yàn)室、埃博拉、SARS等高風(fēng)險(xiǎn)病原體

核心技術(shù)要求

氣流性能要求

項(xiàng)目

要求

下沉風(fēng)速

0.25~0.50 m/s（視類型）

進(jìn)氣風(fēng)速

0.40~0.50 m/s（Ⅱ級）

風(fēng)速均勻性

±20% 或 ±0.08 m/s（取較小者）

氣流可視化

煙霧測試無逆流、無死區(qū)

 生物防護(hù)性能（微生物挑戰(zhàn)試驗(yàn)）

人員保護(hù)試驗(yàn)：

使用 枯草芽孢桿菌(10^8 CFU/mL)

模擬操作失誤，檢測前窗是否泄漏

合格標(biāo)準(zhǔn)：≤10 CFU(對照組為300 CFU)

樣品保護(hù)試驗(yàn)：

檢測柜內(nèi)是否污染樣品

合格標(biāo)準(zhǔn)：≤5 CFU

交叉污染試驗(yàn)：

模擬左右操作區(qū)交叉污染

合格標(biāo)準(zhǔn)：≤2 CFU(360mm距離)

測試方法

新國標(biāo)提供了一整套測試方法，包括：

1. 氣流測試

風(fēng)速儀多點(diǎn)測試（9點(diǎn)法、25點(diǎn)法）

煙霧可視化測試（使用甘油或鈦四氯化物）

氣流方向判定：是否形成單向流、是否存在逆流

2. HEPA過濾器掃描測試

使用 DOP/PAO 氣溶膠

掃描探頭距過濾器表面：25 mm

掃描速度：≤5 cm/s

合格標(biāo)準(zhǔn)：泄漏率 ≤0.01%

3. 微生物挑戰(zhàn)試驗(yàn)（生物防護(hù)性能）

菌種：枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）

濃度：10^8 CFU/mL

噴霧時(shí)間：5 分鐘

采樣器：采樣器

培養(yǎng)條件：37℃，48小時(shí)