潔淨實驗室生物安全櫃得作用及原理

1、為(wei) 避免病原微生物氣溶膠對操作人員和環境的傳(chuan) 染，實現其間的一次隔離，必須使用微生物安全櫃

生物安全櫃分為(wei) Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅲ級，應正確了解使用。

Ⅰ級生物安全櫃原理和實驗室通風櫥一樣，Ⅰ級生物安全櫃的工作原理圖見圖3-1。

圖3-1 Ⅰ級生物安全櫃原理示意圖

1、Ⅱ級生物安全櫃原理

Ⅱ級安全櫃有前窗操作口，操作者可以通過前窗操作口在安全櫃內(nei) 進行操作。Ⅱ級安全櫃送風經過送風高效過濾器過濾後，從(cong) 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汙染，此外，此垂直單向氣流在前窗操作口形成具有一定風速的垂直氣流也可以防止室內(nei) 未經過濾的空氣直接進入工作台麵，從(cong) 而保護樣品。前窗操作口向內(nei) 吸入的負壓氣流可以保護操作人員的安全，氣流經排風高效過濾器過濾後排出安全櫃以保護外界環境。

2、Ⅱ級A1型生物安全櫃

Ⅱ級A1型生物安全櫃的工作原理如圖3-2所示。它的工作窗口進風氣流和工作區垂直氣流混合後在內(nei) 置風機作用下經前後格柵進入安全櫃回風道，進而到達安全櫃送、排風高效過濾器之間。借助於(yu) 這兩(liang) 個(ge) 濾器相對尺寸的變化，約30%的氣流經排風過濾器過濾後排至實驗室或通過排風管道排至室外；70%的氣流經送風高效過濾器過濾後重新循環進入安全櫃工作區。

Ⅱ級A1型生物安全櫃的汙染部位有正壓區域。

圖3-2 Ⅱ級A1型生物安全櫃原理示意圖

3、Ⅱ級A2型生物安全櫃

Ⅱ級A2型生物安全櫃的工作原理如圖3-3所示。Ⅱ級A2型生物安全櫃是由Ⅱ級A1型生物安全櫃的發展而來，其也是利用70%的循環空氣，30%經排風高效過濾器過濾後排至外部環境。

圖3-3 Ⅱ級A2型台式生物安全櫃氣流流向狀況示意圖（據美國CDC手冊(ce) ）

4、Ⅱ級B型生物安全櫃

Ⅱ級B型生物安全櫃又分為(wei) B1型和B2型兩(liang) 種。其中Ⅱ級B1型生物安全櫃也為(wei) 非全排型生物安全櫃，但相比於(yu) Ⅱ級A型生物安全櫃，其循環風比例減少到30%，且安全櫃內(nei) 所有汙染部位均為(wei) 負壓區域或者被負壓區域包圍，即沒有正壓汙染區。Ⅱ級B1型生物安全櫃工作原理圖見圖3-4。

圖3-4 Ⅱ級B1型生物安全櫃原理示意圖

Ⅱ級B2型生物安全櫃是一種全排式生物安全櫃,其工作原理圖見圖3-5，其沒有氣流在櫃內(nei) 循環。這種安全櫃能提供基本的生物和化學防護，但有些化學物質在安全櫃內(nei) 操作時能損壞過濾器介質、框架、墊圈導致泄漏，應多加注意。送風機裝在安全櫃的頂部一側(ce) ，從(cong) 室內(nei) 抽吸空氣，通過送風高效過濾器下行到工作區，所有進入櫃內(nei) 的氣體(ti) 都經過格柵被排出。排風經過安全櫃頂部另一側(ce) 設置的排風高效過濾器過濾後排放至室外或者排風總管內(nei) 。

圖3-5 Ⅱ級B2型生物安全櫃示意圖（據美國CDC手冊(ce) ）

1、生物安全櫃的性能指標

生物安全櫃是保護人員、產(chan) 品和環境暴露於(yu) 微生物汙染的一級隔離屏障。生物安全櫃送、排風氣流的平衡、操作台麵上的氣流分布和生物安全櫃的完整性是生物安全櫃性能有效性的重要保障。因此其性能指標的規定及驗證也主要圍繞以上這三個(ge) 方麵。這些指標及相應要求可直接引用標準JG 170-2005《生物安全櫃》、YY 0569-2011《Ⅱ級生物安全櫃》的相關(guan) 要求，包括生物安全櫃的垂直下降氣流平均風速、工作窗口氣流平均風速、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）、操作麵空氣潔淨度、人員安全性、受試樣品安全性、交叉感染、箱體(ti) 檢漏、送風高效過濾器完整性、排風高效過濾器完整性，對於(yu) Ⅲ級生物安全櫃其設計形式區別於(yu) Ⅰ、Ⅱ級生物安全櫃，Ⅲ級生物安全櫃指標還包括安全櫃箱體(ti) 內(nei) 外靜壓差、箱體(ti) 嚴(yan) 密性及安全櫃手套口氣流流向等。還有一些指標如安全櫃運行噪聲、操作台麵照度是考慮操作人員本身舒適性；生物安全櫃的安裝位置主要是考慮維修時的便利性。

2、主要性能指標的測試方法

（1）垂直氣流平均風速：在距離內(nei) 側(ce) 壁板及工作窗100mm圍成的，工作台麵上方300mm處的平麵區域內(nei) 測量垂直氣流的平均風速。測量點按行、列均為(wei) 150mm的網格分布。若去除測量邊界後淨尺寸不等於(yu) 15的整數倍，則允許修正測量點距離，但每列至少測量3點，每行至少測量7點。垂直氣流平均風速為(wei) 各測量點讀數的算術平均值。具體(ti) 的指標要求可參照標準JG 170-2005《生物安全櫃》、YY 0569-2011《Ⅱ級生物安全櫃》的相關(guan) 要求。

（2）工作窗口氣流平均速度：常用的測試方法主要有兩(liang) 種：風量罩檢測法、風速儀(yi) 檢測法。

（3）Ⅲ級生物安全櫃手套口處的風速：手套口風速是通過人為(wei) 摘除Ⅲ級生物安全櫃一隻手套後，將風速儀(yi) 探頭放在手套口的中心處，並記錄測量點的風速。測試之前，要保證生物安全櫃已達到正常運行狀態，且生物安全櫃的嚴(yan) 密性、靜壓差及送風量應均已通過檢測，並符合相關(guan) 標準要求。

（4）氣流流向：氣流流向測試時，采用發煙管發生可視煙霧，通過觀察煙霧流向來驗證生物安全櫃的氣流流向。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級生物安全櫃與(yu) 所在房間的相對壓差可用微壓差計直接測量。測試時，Ⅲ級生物安全櫃應已達到正常運行狀態，用微壓差計分別連接Ⅲ級生物安全櫃內(nei) 部及實驗室環境便可直接測出Ⅲ級生物安全櫃的靜壓差。Ⅲ級生物安全櫃與(yu) 所在房間之間的負壓值應不低於(yu) 120Pa。

（6）潔淨度：采用激光粒子計數器在生物安全櫃操作麵內(nei) 按要求布置的測點上測量空氣的含塵濃度。

（7）噪聲：生物安全櫃正常運行時，采用聲級計在被測生物安全櫃前壁麵中心水平向外300mm，高度距工作台麵380mm處測量。

（8）照度：在操作麵上，沿操作麵內(nei) 壁麵水平中心線每隔300mm設置一個(ge) 測量點，與(yu) 內(nei) 壁距離小於(yu) 150mm時，不再設置。被測生物安全櫃置於(yu) 正常工作條件下，用照度計檢測各測量點。被測生物安全櫃照度為(wei) 各測量點照度的算術平均值。

（9）高效過濾器完好性檢測：排風高效過濾器作為(wei) 生物安全櫃的最重要的防護屏障之一，是防止有害生物氣溶膠排放至大氣的最有效防護手段。因此，我國標準GB 50346-2011《生物安全實驗室建築技術規範》要求必須對三級和四級生物安全實驗室內(nei) 使用的隔離設備的排風高效過濾器進行原位檢漏；而送風高效過濾器是生物安全櫃內(nei) 部潔淨度的重要保障。

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

（10）Ⅲ級生物安全櫃箱體(ti) 嚴(yan) 密性檢測：標準ISO 10648-2:1994對硬質隔離器的嚴(yan) 密性進行了等級劃分，共劃定了4個(ge) 等級，1 級最高，4級最低。目前Ⅲ級生物安全櫃箱體(ti) 嚴(yan) 密性指標可采用ISO 10648-2:1994中的2級密封箱室（長期從(cong) 事含有有害氣體(ti) 的防護箱室）的期間檢驗指標，即箱體(ti) 內(nei) 壓力低於(yu) 周邊環境壓力250Pa下的小時泄漏率不大於(yu) 淨容積的0.25%。根據2級密封等級，按標準ISO10648-2:1994要求應采用壓力衰減法進行測試。

（11） 泄漏電流、接地電阻、耐電壓、絕緣電阻

泄漏電流測試時，讓生物安全櫃連續運行4h後，施加110%額定電壓，用泄漏電流測量儀(yi) 測量機組外露的金屬部分與(yu) 電源線之間的泄漏電流；接地電阻測試時，將被測生物安全櫃所有的功能開關(guan) 均置於(yu) “斷”位，用接地電阻測試儀(yi) 測量接地端與(yu) 可觸及的金屬部件之間的電阻值；耐電壓測試時，電氣強度測試曆時1min，經受頻率為(wei) 50Hz的基本正弦波的交流電壓，測試的部位為(wei) 電源輸人端與(yu) 金屬外殼之間。最初施加的電壓不超過規定值的一半，然後迅速上升到規定值，試驗期間不應發生擊穿；絕緣電阻測試時，在施加500V直流電壓1min後進行絕緣電阻測量，在帶電部件與(yu) 殼體(ti) 之間值應不小於(yu) 2MΩ。

（12）振動幅值及工作台麵抗變形

為(wei) 判斷使用者在操作生物安全櫃時的振動結果，振動值應達到要求的機械性能，以此減輕操作者的疲勞並預防振動導致精密組織培養(yang) 試驗品的破壞。被測生物安全櫃置於(yu) 正常工作條件。將振動儀(yi) 的振動傳(chuan) 感器牢固地固定在工作台麵的中心，振動儀(yi) 的頻率從(cong) 10Hz變化到10kHz，測量生物安全櫃工作時的總振幅。

工作台麵抗變形試驗時，將麵積為(wei) 250mm×250mm、重量為(wei) 23kg的測試負載均勻地施加於(yu) 被測生物安全櫃台麵中央，在載重條件下測量安全櫃台麵前部邊緣中心至地麵的距離。

負載及空載條件下安全櫃台麵前部邊緣中心至地板的距離相等，可視為(wei) 台麵無永久性變形。

（13）紫外燈測試

對於(yu) 設置紫外燈的生物安全櫃，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(guan) 閉冷卻後，要用70%的酒精擦拭燈泡表麵。將其打開5min後，將紫外線感應器放置於(yu) 工作表麵中心，照射的光在254nm波長處不應少於(yu) 40mW/cm2。

國外學者Pike對3921例實驗室相關(guan) 感染進行統計發現，不明原因的實驗室感染隻占18%，不明原因的感染占到了82%。經過近年來的研究認為(wei) 其中65%的不明原因感染是因為(wei) 病原微生物形成感染性氣溶膠隨空氣擴散，實驗室工作人員吸入了汙染的空氣感染的。實驗室中，許多操作都可以產(chan) 生氣溶膠，有人對239種操作進行了測試，其中239種操作可以產(chan) 生氣溶膠，占86.6%。在實驗室中，像攪拌、振蕩、撞擊、離心、超聲波破碎、接種等都可產(chan) 生氣溶膠[6]。

生物安全櫃是一種為(wei) 操作原代培養(yang) 物、菌毒株以及診斷性標本等具有感染性的實驗材料時，用來保護操作者本人、實驗材料、實驗室環境及室外環境，使其避免暴露於(yu) 上述實驗操作過程中可能產(chan) 生的感染性生物氣溶膠和濺出物而設計的重要的一級屏障隔離設備。其主要是通過櫃體(ti) 和氣流形成的物理隔離來保護操作者本人、實驗材料、實驗室環境及室外環境。