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医用洁净装备工程——生物安全柜

2022-09-09

实验室中的多种微生物操作都可能产生气溶胶,如吸管操作、离心沉淀、用接种环蘸液体、开安瓿、机械震荡、菌种稀释或接种操作等,此外,一些实验操作过程的意外事故,如液体倾洒或飞溅都会产生气溶胶。所以,在实验室中,为避免病原微生物气溶胶对操作人员和环境的传染,实现其间的一次隔离,必须使用微生物安全柜。





散播在空气中的气溶胶粒子直径一般在1~5μm,肉眼无法观察到,因此实验室操作人员通常无法意识到操作过程中气溶胶生成并可能被吸入,或在实验过程中在工作台面上造成与其他实验材料间的交叉污染。


资料表明,对276种微生物操作进行测试,其中239种操作可以产生微生物气溶胶,占全部操作的86.6%[6]。根据研究,高浓度吹吸混匀以及注射攻毒过程会产生高浓度生物气溶胶。

正确的使用生物安全柜可以有效地减少由于暴露于气溶胶所造成的实验室获得性感染以及实验材料间的交叉污染,同时生物安全柜也可起到保护环境的作用。因此,生物安全柜在微生物实验室得到广泛的应用。

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生物安全柜等级

生物安全柜分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级,应正确了解技术要点,规范使用。分类见下表

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01
Ⅰ级生物安全柜

Ⅰ级生物安全柜原理和实验室通风橱一样,Ⅰ级生物安全柜的工作原理图见图,技术要点

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  • I级安全柜有前窗操作口,操作者可通过前窗操作口在安全柜内进行操作。前窗操作口向内吸入的负压气流可以保护操作人员的安全,排出气流经高效过滤器过滤后排出安全柜保护环境。

  • 但因未灭菌的房间空气通过生物安全柜正面的开口处直接吹到工作台面上,因此Ⅰ级生物安全柜对操作对象不能提供切实可靠的保护,即不能进行需无菌洁净条件的操作。由于不能保护柜内产品,目前已较少使用。

02
Ⅱ级生物安全柜

Ⅱ级生物安全柜原理:Ⅱ级安全柜有前窗操作口,操作者可以通过前窗操作口在安全柜内进行操作。Ⅱ级安全柜送风经过送风高效过滤器过滤后,从顶部向下形成具有一定速度的垂直单向气流以避免样品间的交叉污染,此外,此垂直单向气流在前窗操作口形成具有一定风速的垂直气流也可以防止室内未经过滤的空气直接进入工作台面,从而保护样品。前窗操作口向内吸入的负压气流可以保护操作人员的安全,气流经排风高效过滤器过滤后排出安全柜以保护外界环境。技术要点:

  • Ⅱ级生物安全柜不仅能提供人员保护,而且能保护工作台面的物品以及环境不受污染。二级生物安全柜是目前应用最为广泛的柜型。

  • Ⅱ级生物安全柜在美国的NFS 49标准[10]中有两种不同的类型。根据排风的比例分别为A型和B型,A型又根据有无排风管路分为A1型和A2型,B型分为B1型和B2型,而在欧洲的EN12469标准[11]中是不分型的。由于美国的生物安全柜进入国内较早,因而国内的生产企业仿制或研究生产的Ⅱ级生物安全柜均依靠美国标准进行分型。

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II级生物安全柜A型

Ⅱ级A1型生物安全柜

Ⅱ级A1型生物安全柜的工作原理如图所示。它的工作窗口进风气流和工作区垂直气流混合后在内置风机作用下经前后格栅进入安全柜回风道,进而到达安全柜送、排风高效过滤器之间。借助于这两个滤器相对尺寸的变化,约30%的气流经排风过滤器过滤后排至实验室或通过排风管道排至室外;70%的气流经送风高效过滤器过滤后重新循环进入安全柜工作区。

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图 Ⅱ级A1型生物安全柜原理示意图[6]


Ⅱ级A1型生物安全柜的污染部位有正压区域。技术要点:

1.Ⅱ级A1型生物安全柜的污染部位有正压区域,即风机后侧的回风道中的空气是污染的,而且空气是正压,正压污染区内的污染有外泄的可能。


II级A2型生物安全柜

Ⅱ级A2型生物安全柜的工作原理如图所示。Ⅱ级A2型生物安全柜是由Ⅱ级A1型生物安全柜的发展而来,其也是利用70%的循环空气,30%经排风高效过滤器过滤后排至外部环境。

图片Ⅱ级A2型台式生物安全柜气流流向状况示意图(据美国CDC手册)[9]


技术要点和Ⅱ级A1型生物安全柜不同的是,Ⅱ级A2型生物安全柜内所有污染部位均为负压区域或者被负压区域包围,即Ⅱ级A2型生物安全柜的回风道始终处于负压状态,其安全性高于Ⅱ级A1型。





02


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II级生物安全柜B型



II级B型生物安全柜

Ⅱ级B型生物安全柜又分为B1型和B2型两种。其中Ⅱ级B1型生物安全柜也为非全排型生物安全柜,但相比于Ⅱ级A型生物安全柜,其循环风比例减少到30%,且安全柜内所有污染部位均为负压区域或者被负压区域包围,即没有正压污染区。Ⅱ级B1型生物安全柜工作原理图见图。

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图Ⅱ级B1型生物安全柜原理示意图[6]


Ⅱ级B2型生物安全柜是一种全排式生物安全柜,其工作原理图见图3-8,其没有气流在柜内循环。这种安全柜能提供基本的生物和化学防护,但有些化学物质在安全柜内操作时能损坏过滤器介质、框架、垫圈导致泄漏,应多加注意。送风机装在安全柜的顶部一侧,从室内抽吸空气,通过送风高效过滤器下行到工作区,所有进入柜内的气体都经过格栅被排出。排风经过安全柜顶部另一侧设置的排风高效过滤器过滤后排放至室外或者排风总管内。

[技术要点]

1.Ⅱ级B2型生物安全柜一般在排风管另一端单独设置排风机以保证排风管道负压。

2.一般Ⅱ级B2型生物安全柜无循环风,其排风量较大,因而在配有Ⅱ级B2型生物安全柜的实验室或房间需要考虑补风问题。

3.由于Ⅱ级B2型生物安全柜可以处理更危险的病原体和化学物质,所以其排风要求必须排至室外,排风管道采用密闭式连接,并且为负压管道。

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图Ⅱ级B2型生物安全柜示意图(据美国CDC手册)[9]


03
Ⅲ级生物安全柜

三级生物安全柜是为4级生物安全设计的,Ⅲ级安全柜是柜体全封闭、不泄漏结构的负压通风柜,工作人员通过连接在实验室柜体的手套进行操作,俗称手套箱(Golve box),试验品通过双门的传递箱进出安全柜以确保不受污染,适用于高风险的生物试验。

Ⅲ级安全柜工作原理图见图。人员通过与柜体密闭连接的手套在安全柜内实施操作。下降气流经送风高效过滤器过滤后进入安全柜内用以保护安全柜内实验物品,排出气流经两道排风高效过滤器过滤或通过一道高效过滤器过滤再经焚烧处理后外排用于保护环境。技术要点:

  • Ⅲ级安全柜的箱体采用气密性设计,柜体外设置专门的排风系统以维持安全柜内不低于120Pa的负压状态(相对于实验室);

  • 同时要保证单只手套意外脱落后手套口有不低于0.7m/s的吸入气流速度;

  • Ⅲ级安全柜进出物品均需经过传递窗或者经特殊设计的自封闭型传递桶;

  • Ⅲ级生物安全柜可以最高程度的保护操作人员和外部环境,同时兼顾保护安全柜内实验物品,Ⅲ级安全柜适用于操作危险度4级的病原微生物或感染动物。

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图 Ⅲ级生物安全柜(手套箱)示意图[6]


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生物安全柜的性能指标、验证方法及相关标准
01
生物安全柜的性能指标

生物安全柜是保护人员、产品和环境暴露于微生物污染的一级隔离屏障。生物安全柜送、排风气流的平衡、操作台面上的气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。因此其性能指标的规定及验证也主要围绕以上这三个方面。这些指标及相应要求可直接引用标准JG 170-2005《生物安全柜》、YY 0569-2011《Ⅱ级生物安全柜》的相关要求[7][8],包括生物安全柜的垂直下降气流平均风速、工作窗口气流平均风速、气流流向(垂直气流、观察窗隔离效果气流、工作窗口及其边缘气流)、操作面空气洁净度、人员安全性、受试样品安全性、交叉感染、箱体检漏、送风高效过滤器完整性、排风高效过滤器完整性,对于Ⅲ级生物安全柜其设计形式区别于Ⅰ、Ⅱ级生物安全柜,Ⅲ级生物安全柜指标还包括安全柜箱体内外静压差、箱体严密性及安全柜手套口气流流向等。还有一些指标如安全柜运行噪声、操作台面照度是考虑操作人员本身舒适性;生物安全柜的安装位置主要是考虑维修时的便利性。

[技术要点]:

1.以上生物安全柜的指标中人员安全性、受试样品安全性和交叉感染验证需采用生物学方法验证,生物学检测验证的目的是为了保证生物安全柜在使用中的安全性,这种验证方法可以贴近真实的直接验证安全柜的实际使用性能。其中对操作人员的保护验证,是为防止试验操作过程中产生的感染性微生物气溶胶对工作人员的威胁;对试验操作样品的保护验证,是为防止生物安全柜以外的污染物进入安全柜,对试验样品造成污染;交叉感染验证,是为防止试验操作过程中产生的生物气溶胶造成试验样品间的交叉污染;

2.Ⅰ级生物安全柜不提供产品保护,工作面气流为乱流,只进行人员保护试验一项检测;

3.Ⅱ级生物安全柜需进行人员、样品、交叉污染保护三项检测;Ⅲ级安全柜前部封闭,工作面气流为定向气流,有局部的乱流,不需要进行人员、样品保护和交叉污染试验;

4.此外,生物安全柜还有一些其他性能指标主要是为了检查安全柜的设计结构性能、电路和物理性能等,包括振动幅值、柜体抗变形、工作台面抗变形、柜体稳定性、温升、泄漏电流、接地电阻、耐电压、绝缘电阻、报警和连锁系统、紫外灯性能等。

02
主要性能指标的测试方法[7][8]

①垂直气流平均风速

在距离内侧壁板及工作窗100mm围成的,工作台面上方300mm处的平面区域内测量垂直气流的平均风速。测量点按行、列均为150mm的网格分布。若去除测量边界后净尺寸不等于15的整数倍,则允许修正测量点距离,但每列至少测量3点,每行至少测量7点。垂直气流平均风速为各测量点读数的算术平均值。具体的指标要求可参照标准JG 170-2005《生物安全柜》、YY 0569-2011《Ⅱ级生物安全柜》的相关要求。


②工作窗口气流平均速度

常用的测试方法主要有两种:风量罩检测法、风速仪检测法。

[技术要点]:

1.风量罩检测法是采用风量罩测出工作窗口风量,再通过风量除以工作窗口面积计算出气流平均风速,测量时将风量罩密封在安全柜的前窗操作口中心,风量罩两侧开口区域要密封;

2.风速仪检测法是采用风速仪直接测量工作窗口断面风速,测量时,将工作窗开口高度开到指定的操作高度。用风速仪在工作窗开口平面直接测量风速。测点的水平间隔为100mm,垂直方向分别距工作窗口上边缘1/4工作窗口高度处和3/4工作窗口高度处,测点的平均值即为工作窗口气流平均速度。


③Ⅲ级生物安全柜手套口处的风速

手套口风速是通过人为摘除Ⅲ级生物安全柜一只手套后,将风速仪探头放在手套口的中心处,并记录测量点的风速。测试之前,要保证生物安全柜已达到正常运行状态,且生物安全柜的严密性、静压差及送风量应均已通过检测,并符合相关标准要求。


④气流流向

气流流向测试时,采用发烟管发生可视烟雾,通过观察烟雾流向来验证生物安全柜的气流流向。气流流向包括垂直气流流向、观察窗隔离效果气流流向、工作窗口边缘气流流向和工作窗开口气流流向。

[技术要点]:

1.垂直气流验证时,在II级生物安全柜工作表面中线上方高于工作窗口上沿100mm处,从可移动垂直窗一端到另一端发烟,垂直气流方向烟雾应为垂直气流线,且无死角和回流;

2.观察窗隔离效果气流验证时,在Ⅰ级、Ⅱ级生物安全柜观察窗内25mm处,在工作窗口上边缘150mm处,从生物柜的一端向另一端发烟,气流流向应为垂直气流线,不得有死角和回流;

3.工作窗口边缘气流验证时,在Ⅰ级、Ⅱ级生物安全柜外38mm处,让烟雾沿着工作窗开口的整个边界扩散,烟雾应进入安全柜内部无外逸,且无穿越工作区气流;

4.工作窗开口气流流向验证时,在I级、II级生物安全柜内部,工作面上300mm,距工作窗口内壁50mm到柜后侧内壁整个水平面上发烟,烟雾测试时应无烟雾从窗口外逸。


⑤静压差

Ⅲ级生物安全柜与所在房间的相对压差可用微压差计直接测量。测试时,Ⅲ级生物安全柜应已达到正常运行状态,用微压差计分别连接Ⅲ级生物安全柜内部及实验室环境便可直接测出Ⅲ级生物安全柜的静压差。Ⅲ级生物安全柜与所在房间之间的负压值应不低于120Pa。


⑥洁净度

采用激光粒子计数器在生物安全柜操作面内按要求布置的测点上测量空气的含尘浓度。

[技术要点]:

1.采样点数目应根据生物安全柜操作面的面积确定采样点数目,并均匀布点。

2.I级、II级生物安全柜内部洁净度要达到5级,Ⅲ级生物安全柜当操作需要保护的受试样本时,洁净度也要求达到5级。


⑦噪声

生物安全柜正常运行时,采用声级计在被测生物安全柜前壁面中心水平向外300mm,高度距工作台面380mm处测量。


⑧照度

在操作面上,沿操作面内壁面水平中心线每隔300mm设置一个测量点,与内壁距离小于150mm时,不再设置。被测生物安全柜置于正常工作条件下,用照度计检测各测量点。被测生物安全柜照度为各测量点照度的算术平均值。


⑨高效过滤器完好性检测

排风高效过滤器作为生物安全柜的最重要的防护屏障之一,是防止有害生物气溶胶排放至大气的最有效防护手段。因此,我国标准GB 50346-2011《生物安全实验室建筑技术规范》要求必须对三级和四级生物安全实验室内使用的隔离设备的排风高效过滤器进行原位检漏[12];而送风高效过滤器是生物安全柜内部洁净度的重要保障。

而确定高效过滤器是否有缝隙、孔眼而发生漏泄,是否完好无损。通常高效过滤器采用物理气溶胶进行完好性检测,高效过滤器的检漏方法根据检测方式不同主要分为扫描法检漏和全效率法检漏。

[技术要点]:

1.扫描检测法是通过采样探头在过滤器下游表面2~3cm位置处沿过滤器的所有表面及过滤器与装置的连接处如边框等位置,以一定的速度移动测试局部区域的过滤效率,判断过滤器是否发生泄漏。扫描法检漏根据检测仪器的测试原理不同分为光度计扫描法和计数扫描法。

①其中光度计扫描法检测气溶胶常用“冷发生”方式,即将一定压力压缩空气通入喷嘴产生多分散油性气溶胶,如聚α烯烃(PAO)、癸二酸二辛酯(DOS)、癸二酸二酯(DESH)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、石蜡油、壳牌安定来矿物油等。然后通过扫描采样头在过滤器表面线性扫描并配合气溶胶光度计测试各扫描点局部透过率,根据局部透过率限值判断漏孔。

②计数扫描法气溶胶物质较广泛,除可选用上述气溶胶外,还可以选择PSL小球或大气尘等非油性气溶胶。扫描测试过程类似,测试仪器是粒子计数器,通过测试上、下游粒子数浓度,并根据相应透过率限值或下游粒子数限值来判定泄漏。

2.对于无法采用扫描法检漏的高效过滤器,需采用全效率法检漏方式,即通过测试过滤器的整体效率来检漏。全效率法检漏时在过滤器上游注入气溶胶,在上游和下游分别进行采样,上、下游采样必须经过气溶胶均匀性验证,然后根据上、下游气溶胶浓度计算过滤器的整体透过率,并与规定的整体泄漏限值比较来判断泄漏,根据使用检测仪器的测试原理不同也分为光度计全效率法检漏和计数器全效率法检漏[13]。


⑩Ⅲ级生物安全柜箱体严密性检测

标准ISO 10648-2:1994[14]对硬质隔离器的严密性进行了等级划分,共划定了4个等级,1 级最高,4级最低。目前Ⅲ级生物安全柜箱体严密性指标可采用ISO 10648-2:1994中的2级密封箱室(长期从事含有有害气体的防护箱室)的期间检验指标,即箱体内压力低于周边环境压力250Pa下的小时泄漏率不大于净容积的0.25%。根据2级密封等级,按标准ISO10648-2:1994要求应采用压力衰减法进行测试。

[技术要点]:

1.压力衰减法的原理是在被测设备体积不变情况下利用被测设备内压力的衰减变化测试泄漏率。

2.由于密闭式隔离器普遍安装有供人员操作的橡胶手套(部分安装有半身式防护服),因为手套或半身式防护服柔软富有弹性,导致动物隔离器在不同压力下,其净容积会产生变化。而采用压力衰减法的前提条件就是要保证被测设备内部容积保持不变,因此在使用压力衰减法测试时应采取必要措施固定手套或半身式防护服以防止其体积发生较大变化。

3.同时,也应采取必要措施防止其因压力过大或作用时间过长造成应力损坏。


⑪泄漏电流、接地电阻、耐电压、绝缘电阻

泄漏电流测试时,让生物安全柜连续运行4h后,施加110%额定电压,用泄漏电流测量仪测量机组外露的金属部分与电源线之间的泄漏电流;接地电阻测试时,将被测生物安全柜所有的功能开关均置于“断”位,用接地电阻测试仪测量接地端与可触及的金属部件之间的电阻值;耐电压测试时,电气强度测试历时1min,经受频率为50Hz的基本正弦波的交流电压,测试的部位为电源输人端与金属外壳之间。最初施加的电压不超过规定值的一半,然后迅速上升到规定值,试验期间不应发生击穿;绝缘电阻测试时,在施加500V直流电压1min后进行绝缘电阻测量,在带电部件与壳体之间值应不小于2MΩ。


⑫振动幅值及工作台面抗变形

为判断使用者在操作生物安全柜时的振动结果,振动值应达到要求的机械性能,以此减轻操作者的疲劳并预防振动导致精密组织培养试验品的破坏。被测生物安全柜置于正常工作条件。将振动仪的振动传感器牢固地固定在工作台面的中心,振动仪的频率从10Hz变化到10kHz,测量生物安全柜工作时的总振幅。

工作台面抗变形试验时,将面积为250mm×250mm、重量为23kg的测试负载均匀地施加于被测生物安全柜台面中央,在载重条件下测量安全柜台面前部边缘中心至地面的距离。

负载及空载条件下安全柜台面前部边缘中心至地板的距离相等,可视为台面无永久性变形。


⑬紫外灯测试

对于设置紫外灯的生物安全柜,必须对紫外灯定期检查,以保证其能有效地杀死微生物。在将灯关闭冷却后,要用70%的酒精擦拭灯泡表面。将其打开5min后,将紫外线感应器放置于工作表面中心,照射的光在254nm波长处不应少于40mW/cm2。

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生物安全柜现场验证与风险评估

实验室国外学者Pike对3921例实验室相关感染进行统计发现,不明原因的实验室感染只占18%,不明原因的感染占到了82%。经过近年来的研究认为其中65%的不明原因感染是因为病原微生物形成感染性气溶胶随空气扩散,实验室工作人员吸入了污染的空气感染的。实验室中,许多操作都可以产生气溶胶,有人对239种操作进行了测试,其中239种操作可以产生气溶胶,占86.6%。在实验室中,像搅拌、振荡、撞击、离心、超声波破碎、接种等都可产生气溶胶[6]。

生物安全柜,是一种为操作原代培养物、菌毒株以及诊断性标本等具有感染性的实验材料时,用来保护操作者本人、实验材料、实验室环境及室外环境,使其避免暴露于上述实验操作过程中可能产生的感染性生物气溶胶和溅出物而设计的重要的一级屏障隔离设备。其主要是通过柜体和气流形成的物理隔离来保护操作者本人、实验材料、实验室环境及室外环境。影响生物安全柜综合使用性能和防护性能的因素综合起来主要有以下几个方面:


1.生物安全柜的选型及安装要求

[技术要点]:

1.Ⅰ级生物安全柜适用于操作样品不需要进行特殊保护的微生物操作;

2.Ⅱ级生物安全柜使用的最为广泛,其可提供对操作者、实验样品和环境的综合性防护,主要用于临床、诊断、教学和对群体中出现的与人类严重疾病有关的广谱内源性中度风险生物因子进行操作的实验,如乙型肝炎病毒、人类的免疫缺陷病毒、沙门氏菌属等,其中Ⅱ级B1型安全柜可用于操作少量挥发性化学试剂和放射性核素,全排型的II级B2型安全柜还可以用于以挥发性有毒化学品和放射性核素为辅助剂的微生物实验,但是需要注意,II级B2型安全柜排风量较大,在选用时须保证实验室有足够的补偿送风,否则会导致实验室出现较大负压,并可能导致安全柜窗口吸入风速过低,引起报警并严重降低其生物安全性,此外,从经济节能角度来看,II级B2型安全柜排风量较大,其耗能要高于II级A型安全柜。

需要特别指出的是,Ⅰ、Ⅱ级生物安全柜主要是靠操作窗口吸入的负压气流或垂直下降气流形成的气流屏障起到保护人员或操作样品的作用,但这种由气流作用形成的局部隔离环境并不是绝对安全的。主要体现在以下几个方面:

  • Ⅰ、Ⅱ级生物安全柜均靠从操作窗口吸入气流形成负压气流屏障,一旦生物安全柜停止运行或故障,这种气流的隔离作用就不复存在,若安全柜处理危险度很高的病原体或化学物质会存在外逸风险;

  • 对于在Ⅰ、Ⅱ级生物安全柜操作窗口进行操作的实验人员应尽量减少手臂在安全柜内的大幅度的动作或者频繁的进出动作,这也会扰动安全柜窗口吸入气流,削弱安全柜的气流屏障作用;

  • 对于附着于手或者器具上的病原体,这种气流隔离作用也会失效;

  • 空气中的气体成分可以穿透高效过滤器,所以非全排型的Ⅰ、Ⅱ级生物安全柜由于有循环风的存在,并不适合进行高浓度的危险气体物质操作。

3.Ⅲ级生物安全柜可以最高程度的保护操作人员和外部环境,同时兼顾保护安全柜内实验物品。Ⅲ级安全柜适用于操作危险度4级的病原微生物或感染动物。

综上,在进行生物安全柜的选型时必须综合考虑实验操作对象的性质类别、安全防护需求、实验室本身状况以及经济节能的需求,使其既能满足实际实验工作的需求又能达到安全的目的。

生物安全柜是否正确的安放也同样影响安全柜的防护性能,理论上应按照实验室操作工艺流程来确定生物安全柜的安装位置。安全柜的安装位置一定要注意实验室内气流,技术要点如下:

  • 生物安全柜一般设于实验室内排风口附近,使安全柜周围的气流不致回流到室内洁净区域;

  • 为了不影响安全柜前窗操作口的流入气流,安全柜不要设置在气流激烈变化和人走动多的地方,在进行安全柜实际现场检测时,仍然发现个别安全柜由于实验室空间的限制安装在实验室送风口下面,送风气流影响安全柜前窗操作口的流入气流甚至有破坏前窗操作口气流的屏障作用而导致安全柜操作台面洁净度不合格的情况发生;

  • 如果实验室有窗户,应时刻处于关闭状态;

  • 考虑到生物安全柜的日常清洁、维修方便或进行电气安全测试,在空间允许条件下安全柜周围应至少预留300mm的距离。

Ⅰ级及ⅡA型安全柜设计的外排气流通常返回实验室而不必向外部排风,室内循环方式的优点在于安全柜容易安置、减少空调系统负荷、安全柜的启停对对实验室内气流的影响也较小,且不用接外排风管也便于室内设备的移动,但是在操作化学物质时应外接排风管道向室外排风。因此,生物安全柜的排风管道设置方式根据使用要求可分为密闭式和开放式两种。技术要点:

  • 所谓密闭式即用密闭管道连接的方式将安全柜的排风全部排入排风管道;

  • 开放式是排风管道和安全柜排风口之间采用非密闭连接形式,这种方式排风管道的排风量远大于安全柜的排风,使安全柜和室内同时向外排风,并且由于采用非密闭式连接,安全柜的启停对排风管道内总的排风量影响不大,所以对室内气流状态影响也不大;

  • ⅡB型安全柜的排风须采用密闭式连接方式,不允许向实验室内排风;

  • 当实验室内安全柜采用密闭式连接方式向排风管道内排风时,通风空调系统和自控系统的设计应考虑安全柜排风引起的变风量影响。


2.生物安全柜的现场性能验证

[技术要点]:

1.生物安全柜在运输过程中可能引起易损部件损坏,如高效过滤器在运输、安装等过程中极易受到损坏;

2.长期动力通风及频繁消毒也会导致高效过滤器发生泄漏,故需要对高效过滤器进行安装后的完整性测试,即安装后的现场原位检漏测试;

3.对于全排型的Ⅲ级生物安全柜、II级B2型生物安全柜,一般都需要和实验室空调系统相匹配,尤其II级B2型生物安全柜排风量很大,对实验室的风量平衡影响很大,这都需要和空调系统进行整体的现场调试才能满足安全柜的运行要求;

4.生物安全柜虽然在出厂前已进行出厂合格检验,但从实际现场检测情况来看,具体到每一台生物安全柜,其送/排风的平衡、垂直气流流速、窗口进风气流流速、手套口风速、气流流向等往往都需要在现场进行调试才能满足要求。

现场检测性能参数主要包括:垂直下降气流风速、窗口进风气流流速、洁净度、噪声、照度、送风高效过滤器检漏、排风高效过滤器检漏、安装距离、气流模式、Ⅲ级生物安全柜运行时与实验室间的负压、手套口风速、Ⅲ级生物安全柜箱体严密性测试等。根据美国经验,没有进行以上现场检测项目的生物安全柜,常有60%出现问题,从现场实测情况来看,以上现场检测项目均有不合格情况存在[3]。

[技术要点]:

  • 噪声,生物安全柜噪声超标情况比较普遍,国产或进口生物安全柜都普遍存在这一状况,其中一部分是由于安全柜风速过大导致、一部分是安全柜风机本身噪声过大导致,且II级B2型安全柜噪声超标情况要高于II级A2型安全柜,虽然噪声对生物安全没有直接影响,但对实验操作人员为有一定干扰,主要影响实验操作人员舒适性。

  • 照度,生物安全柜照度不足情况并不多,工作台面照度不足会影响操作人员的舒适性,同时也影响操作人员操作准确性。

  • 洁净度,即安全柜操作面的含尘浓度,洁净度不合格会导致操作材料的污染,进而影响实验结果准确性,洁净度不合格往往是由这几个方面导致:送风高效过滤器老化破损、高效过滤器运输或安装过程中损坏、高效过滤器边框安装不严存在泄漏、生物安全柜垂直气流流速过小不能充分净化工作区、生物安全柜窗口进风气流过大或实验室送风口设置在生物安全柜上方,导致实验室内未净化气流穿越生物安全柜工作区。

  • 送风高效过滤器原位检漏,送风高效过滤器是维持生物安全柜洁净度的关键部件,若过滤器出现损坏或过滤器安装不严均可能导致操作工作面洁净度不合格,进而导致操作材料的污染,影响实验结果准确性,实际检测中送风高效过滤器均有损坏或边框安装不严的情况出现。

  • 垂直下降气流流速,实验样品的安全性主要通过垂直下降气流来保证,相关标准中

  • 要求0.2m/s~0.4m/s,如果过低则达不到带走操作过程中产生的生物气溶胶的作用,同时在进行实验操作时对污染的抗干扰性会较差,甚至发生实验材料间的交叉污染,过大可能会引起安全柜内气流外逸。相关标准中在规定垂直下降气流风速的同时,也规定了垂直下降气流的不均匀度,要求各测点气流流速与平均风速间偏差不超过±20%或0.08m/s,气流的不均匀度过大会减弱安全柜防止实验样品间交叉污染的能力,此外气流不均匀度过大也可能导致安全柜内局部产生气流涡流。

  • 气流模式,通过发烟法可以直观的看到生物安全柜的气流流向,即使安全柜气流流速满足要求,仍可能出现由于结构设计不合理或流速不均衡导致气流模式不符合要求的情况出现,如操作窗口气流外逸或有气流穿越工作区等。

  • 窗口进风气流流速,生物安全柜对操作人员的保护主要是通过从前窗吸入气流形成负压防止安全柜内气流外逸来实现的,相关标准中要求不低于0.4m/s或0.5m/s,如果过低可能导致安全柜操作时产生的危险气溶胶外逸,进而对操作人员和实验室环境产生危害,过大则会导致实验室内未净化气流穿越安全柜工作区,引起操作材料被污染的风险。

  • 排风高效过滤器原位检漏,排风高效过滤器是生物安全的重要保障,也是生物安全柜形成一级隔离屏障的重要组成部分,在各个安全柜相关标准中都明确规定生物安全柜的排风必须经过排风高效过滤器过滤后才能排放到环境中。如果排风高效过滤器出现泄漏可导致生物危险因子外逸到实验室或室外环境中,进而对操作人员和环境产生危害。和送风高效过滤器的情况相同,在实际检测过程中也有过滤器破损或边框安装不严的情况出现。

  • Ⅲ级生物安全柜箱体严密性,柜体严密性是Ⅲ级生物安全柜物理隔离的重要组成部分,也是现场检测的重要指标。Ⅲ级生物安全柜在正常运行时处于负压运行状态,一般不会出现危险生物气溶胶的外逸,但是安全柜或排风系统如果突然故障导致停机,这种负压作用形成的屏障作用将会消失,而良好的柜体气密性可以保证突发状况下的物理隔离,最大程度的防止危险生物气溶胶外逸。目前,柜体气密性的现场检测方法通常采用压力衰减法。

  • Ⅲ级生物安全柜运行时柜体内负压,Ⅲ级生物安全柜由于用于操作危险度4级的微生物或实验动物,所以其安全防护的要求是最严格的,正常工作时内部负压值要求不低于-120Pa,负压运行实质是对柜体形成的物理防护的双重保障,负压运行可进一步保证出现意外状况,如手套破损或柜体有微小泄漏时,生物气溶胶不发生外逸。

  • Ⅲ级生物安全柜手套口气流流速,由于Ⅲ级生物安全柜主要操作致命生物因子的生物实验,所以生物安全是其主要考虑的关键问题,Ⅲ级生物安全柜是一个负压密闭箱体,主要通过前面的橡胶手套口进行操作,在操作过程中可能出现手套意外破损或手套脱落的突发状况,在发生意外状况时操作口仍须保证一定的流入气流流速,这样可以防止危险生物气溶胶的外逸。

生物安全柜的现场检测属于静态性能验证,实际使用过程中还需要进行关键性能参数的连续监测,如高效过滤器阻力监测及报警、垂直下降气流和窗口进风气流流速监测及报警、前窗打开位置报警等。


3.生物安全柜的使用及注意事项

应做好生物安全柜启动前的准备工作。
  • 实验操作者应提前佩戴好个人防护装备;

  • 安全柜开启前用75%的酒精或其它消毒剂全面擦试安全柜内的操作台面和其它平面;

  • 打开前操作窗至规定高度后开启生物安全柜,开启后要运行一段时间,以保证安全柜气流稳定,并将工作区空气中的污染物完全清除;

  • 实验开始前应将本次实验需要的所有物品擦拭干净后提前放入安全柜内,以避免在实验过程中频繁拿取物品造成安全柜气流波动;

  • 安全柜内不放与本次实验无关的物品,柜内物品摆放应做到清洁区、半污染区与污染区基本分开,操作过程中物品取用方便,且三区之间无交叉,物品应尽量靠后放置,但不得挡住回风格栅。


实验操作应规范。

技术要点如下:

  • 正确运用微生物学实验技术;

  • 操作期间如果需要取出或移入物品,应尽量缓慢地移出或移入手臂,尽量减小空气的搅动,从而避免因手臂的移动破坏安全柜气流而导致危险气溶胶的逸出;

  • 柜内移动物品时应尽量避免交叉污染,需按照低污染物品向高污染物品移动的原则,应避免高污染物品在移动过程中对柜内产生大面积的污染;

  • 在实验操作时,不可打开玻璃视窗,应保证操作者脸部在工作窗口之上;在安全柜中应尽量避免使用产生振动的设备,如使用此类设备,如离心机、搅拌器等,应将此设备放在安全柜的最里侧,并在运行时停止其它的实验操作;

  • 通常来说,在安全柜内不应使用点火装置,由于火焰产生的上升热气流会影响用以保护柜内物品的垂直下降气流,火焰还会产生气流扰动,进而增加交叉污染的风险;

  • 任何洒溅在柜内的东西都应立即清除干净,并放在专用的垃圾袋中;

  • 在安全柜工作时尽量减少背后人员走动以及快速开关实验室房门,以防止干扰安全柜内气流;如果在正常状态下,安全柜报警,则应立即停止柜内的一切工作,并对报警进行检查,在查明原因并解决问题前不应再使用此安全柜。


实验操作完成应妥善关闭安全柜:

技术要点如下:

  • 将所有的物品取出,并用75%的洒精擦拭柜内各面,关闭安全柜前再运行一段时间,以便将工作区操作过程中产生的微生物气溶胶排出,同时开启紫外线照射至少半小时以上;

  • 妥善处理所有实验过程中产生的废弃物,如有必要,将所有害生物废料进行高压消毒。

实验操作人员应树立生物安全意识,养成良好操作习惯,杜绝违规操作,严格遵照微生物学标准操作规程和生物安全实验室操作规程进行实验操作,同时生物安全柜的日常维护和监管工作应落实到位,建立科学的管理制度并严格执行,以确保实验室生物安全。



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