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≠生物安全柜

超凈工作臺不等同于生物安全柜，超凈工作臺只保護(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)，是一種能防止實驗操作處理過程中含有危險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。

在臨床實驗室，操作感染性標(biāo)本時或作病原體分離培養(yǎng)、制備菌種時會因為樣品的振蕩、搖動、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驗室獲得性感染的機會，減少人與樣品或樣品與樣品之間交叉污染的機會，用于保護(hù)操作人員，保護(hù)實驗室環(huán)境，保護(hù)實驗材料的生物安全。

那生物安全柜的種類和特點都有哪些？

在過去的幾年中，生物安全柜的設(shè)計已有經(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表面，使臺面上操作器材免受污染。

那生物安全柜的種類和特點都有哪些

根據(jù)對生物遏制程度的不同，目前設(shè)計的生物安全柜有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)允許實驗室內(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。定向流動的空氣可以將工作臺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都有哪些

有3種排放形式：

1.排入實驗室，再通過實驗室排風(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)計簡單，應(yīng)用廣泛，可提供個人和環(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)入的氣體是實驗室未凈化的空氣，因此對操作物品不具防污染保護(hù)作用。

那生物安全柜的種類和特點都有哪些

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，保證覆蓋臺面上的空氣是無菌的，不僅提供個人防護(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級危險等級感染因子的操作。

那生物安全柜的種類和特點都有哪些

1.II級A型生物安全柜

II級A型生物安全柜(圖2)有1個內(nèi)置風(fēng)機將實驗室空氣以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。所有實驗中產(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HEPA濾器之間，此時，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)過濾器后被排到實驗室再反復(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，包括從開口吸人空氣的速度、工作臺面上再循環(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驗?zāi)康?/span>(表1)。

那生物安全柜的種類和特點都有哪些

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都有哪些

III級生物安全柜

III級生物安全柜(圖4)整個環(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)，可提供好的個人防護(hù)作用，用于4級危險程度病原體的操作。實驗時可容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驗室。

那生物安全柜的種類和特點都有哪些

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個直徑差為2.5 cm的開口，以便讓實驗室內(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對套管式連接的生物安全柜的功能不會有太大的影響。

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，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時。

那生物安全柜的種類和特點都有哪些

生物安全柜的選擇

選用購買生物安全柜時應(yīng)考慮所提供的生物防護(hù)作用是針對操作人員個人的還是針對實驗樣品的，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不同，見表2.

那生物安全柜的種類和特點都有哪些

 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)"，強化過濾器耐腐蝕性和機械強度要求。

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

新增強制性防護(hù)要求

柜體結(jié)構(gòu)：強制要求 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。

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

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

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)實驗室、低風(fēng)險實驗

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)

一般實驗

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，需獨立排風(fēng)系統(tǒng)

適用于：BSL-4實驗室、埃博拉、SARS等高風(fēng)險病原體

核心技術(shù)要求

氣流性能要求

項目

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）

人員保護(hù)試驗：

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：

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：

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)速儀多點測試（9點法、25點法）

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（生物防護(hù)性能）

菌種：枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）

濃度：10^8 CFU/mL

噴霧時間：5 分鐘

采樣器：采樣器

培養(yǎng)條件：37℃，48小時