生物安全柜的選擇安裝與使用
1引言
病原體的研究對人類診斷、預(yù)防與控制疾病，特別是傳染性疾病，起到了至關(guān)重要的作用。 但是，隨著感染性微生物研究的不斷深入，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)研究人員的實(shí)驗(yàn)室感染事件日益增多，嚴(yán)重影響了科研人員和周邊環(huán)境的安全以及相關(guān)科研的順利進(jìn)行。為了解決實(shí)驗(yàn)室感染以及實(shí)驗(yàn)對周邊環(huán)境的影響，保障實(shí)驗(yàn)室工作人員的安全，在不斷探索與實(shí)踐中，生物安全實(shí)驗(yàn)室應(yīng)運(yùn)而生。
生物安全實(shí)驗(yàn)室是指通過規(guī)范的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)建造、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的配置、個人防護(hù)裝備的使用，嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)化的工作操作程序和管理規(guī)程，確保操作生物危害因子的工作人員不受實(shí)驗(yàn)對象的傷害、周圍環(huán)境不受其污染、實(shí)驗(yàn)因子保持原有本性的實(shí)驗(yàn)室，適用于人和脊椎動物生物病原體的臨床實(shí)驗(yàn)、培養(yǎng)分離、純化鑒定，各種生物因子的基礎(chǔ)研究、診斷，以及防止用藥品和試劑的應(yīng)用性研究等工作。
生物安全柜正是為了滿足生物安全實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展而誕生的。生物安全柜是在操作具有感染性實(shí)驗(yàn)材料時，用來保護(hù)操作者、實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對象，使其避免暴露于上述操作過程中可能產(chǎn)生的感染性氣溶膠和濺出物而設(shè)計(jì)的。
2 生物安全柜的選擇
2.1 生物安全柜的工作原理
通過HEPA過濾器過濾及阻斷塵埃。根據(jù)美國NSF49標(biāo)準(zhǔn)，對于直徑大于0.3 μm的顆粒，HEPA過濾器的截留率應(yīng)為99.99%。通過安全柜內(nèi)置風(fēng)機(jī)或外排風(fēng)機(jī)驅(qū)動氣流，產(chǎn)生定向定流速氣流。Ⅱ級生物安全柜的進(jìn)風(fēng)風(fēng)速為（0.53 ± 0.025） m/s，下風(fēng)風(fēng)速為（0.28±0.025）m/s。通過內(nèi)置風(fēng)機(jī)產(chǎn)生均勻分散及單一方向的氣流———層流[1]。
2.2 生物安全柜的分類
根據(jù)生物安全柜的氣流方向和模式、排氣系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)，生物安全柜分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3 個級別[2]。
（1）Ⅰ級生物安全柜（見圖1）為帶方向性氣流的開放前板，負(fù)壓下操作：進(jìn)風(fēng)風(fēng)速為 75~100 fpm（0.38~0.51 m/s）；HEPA過濾外排；對操作人員和環(huán)境提供保護(hù)。
（2）Ⅱ級生物安全柜 （見圖 2）為帶方向性氣流的開放前板，負(fù)壓下操作：進(jìn)風(fēng)風(fēng)速為 100~110 fpm（0.51~0.56 m/s）；HEPA 過濾后向下層流風(fēng)速為 50~55 fpm；HEPA 過濾后外排； 對操作人員、環(huán)境及操作對象提供保護(hù)。
Ⅱ級生物安全柜又可分為A2及B2 2種：
①A2 型Ⅱ級生物安全柜（見圖 3）：柜內(nèi)氣體的 70%用于安 全柜內(nèi)部過濾后循環(huán)，30%氣體過濾后外排到室內(nèi)或通過外排 管道排到室外。 此類安全柜適用于常規(guī)微生物研究。
②B2 型Ⅱ 級生物安全柜（見圖 4）：柜內(nèi)全部氣體經(jīng)過濾后，通過外排風(fēng)機(jī) 強(qiáng)制排出室外。 此類安全柜適用于使用放射性或揮發(fā)性有毒化學(xué)物質(zhì)樣品的操作。
（3）Ⅲ級生物安全柜（見圖 5）：全部封閉；密封結(jié)構(gòu)；戴手套工作；至少 120 Pa 的負(fù)壓；對操作人員、環(huán)境及操作對象提供保護(hù)；雙倍HEPA過濾排出，且常與高壓滅菌鍋相連。
2.3 生物安全的選擇
選擇生物安全柜的類型劃分主要是依據(jù)所從事的操作類型，包括實(shí)驗(yàn)對象的保護(hù)、對 1~4 級病原微生物的個體防護(hù)、暴露于揮發(fā)性有毒化學(xué)試劑和放射性同位素的個體防護(hù)，或者以上各種防護(hù)的不同組合。
一般情況下對A型及B型生物安全柜的選擇主要取決于操作對象是否是揮發(fā)性有毒化學(xué)品或放射性物質(zhì)，而不是生物因素，因此在選擇生物安全柜時要綜合考慮實(shí)際工作需要并確保安全。通常在操作揮發(fā)性有毒化學(xué)品時,不可將空氣重新循環(huán)排入房間的Ⅰ級生物安全柜、Ⅱ級A2型和A1生物安全柜；操作少量揮發(fā)性有毒化學(xué)品或放射性物質(zhì)時，選擇Ⅱ級B1型生物安全柜；如需要操作大量揮發(fā)性有毒化學(xué)品或放射性物質(zhì)時，選擇Ⅱ級B2型生物安全柜才能確保操作人員的安全。
在生物安全實(shí)驗(yàn)室中必須考慮生物安全柜對操作對象的保護(hù)，通常在三級實(shí)驗(yàn)室中選擇Ⅱ級 A2 或 B2型生物安全柜，在四級實(shí)驗(yàn)室則必須使用Ⅱ級 B2或Ⅲ級生物安全柜。
3生物安全柜的安裝
3.1 生物安全柜的安裝位置
生物安全柜是為了在操作感染性微生物期間對人員、產(chǎn)品和環(huán)境提供有效的保護(hù)，因此安全柜在負(fù)壓下工作。負(fù)壓的形成由于空氣通過前玻璃懸窗開口，以0.53 m/s 的速度被吸入，而如此速度的定向氣流是極易被干擾的。當(dāng)人員在通道上來回走動時，安全柜懸窗進(jìn)風(fēng)口附近有空調(diào)等送風(fēng)口氣流的擾流，開窗、開門等都可能對其造成影響，因此生物安全柜應(yīng)盡量安裝在遠(yuǎn)離實(shí)驗(yàn)室門口和送風(fēng)口的位置（見圖 6）。
另外，為了便于安裝與維修安全柜，安全柜的后面及兩側(cè)應(yīng)留出 30 cm 的清潔通道。 在安全柜的上部應(yīng)留有 30~50 cm 的空間，以便于進(jìn)行安全柜排風(fēng)量的測定和過濾器的更換[3-5]。
3.2 生物安全柜的安裝（見圖 7）
當(dāng)B2型生物安全柜放置在 P3級生物安全實(shí)驗(yàn)室內(nèi)時，要非常嚴(yán)格地控制安全柜處于開、關(guān)狀態(tài)下P3實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的負(fù)壓變化。一般而言，4B2 生物安全柜外排風(fēng)量是 1 261~1 450 m3/h，6B2 生物安全柜外排風(fēng)量是 1 900~2 100 m3/h。 當(dāng)安全柜工作時，需要實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的送風(fēng)系統(tǒng)補(bǔ)入與安全柜外排風(fēng)量等量的風(fēng)，以保持實(shí)驗(yàn)室內(nèi)負(fù)壓的穩(wěn)定。 而當(dāng)安全柜停止工作后，實(shí)驗(yàn)室自動控制系統(tǒng)要立即減少送風(fēng)量，保持實(shí)驗(yàn)室的負(fù)壓。
實(shí)現(xiàn)上述風(fēng)量風(fēng)壓的平衡系統(tǒng)需要許多相關(guān)設(shè)備的配合，例如：生物安全柜的安裝位置、生物安全柜內(nèi)置系統(tǒng)正常工作、生物安全柜外排管道的正確安裝與密封；風(fēng)量及全壓壓頭均滿足生物安全柜需求的外排風(fēng)機(jī)、定風(fēng)量閥、精密壓力監(jiān)測及反饋裝置、反應(yīng)迅速的調(diào)壓閥門以及功能完善的自動控制系統(tǒng)。
4 生物安全柜使用的安全注意事項(xiàng)
進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前，務(wù)必認(rèn)真學(xué)習(xí)生物安全實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)范，并參考下列注意事項(xiàng)[5]：
（1）操作者應(yīng)避免手臂橫向快速地進(jìn)出安全柜，否則會干擾安全柜氣幕并破壞安全柜提供的局部防護(hù)屏障。 因此，建議在工作開始之前準(zhǔn)備一張實(shí)驗(yàn)工作所需材料的清單，在生物安全柜內(nèi)放置必要的實(shí)驗(yàn)材料，這樣可以減少手臂穿越氣幕的次數(shù)。
（2）在開始工作前，要讓安全柜內(nèi)置及外排風(fēng)機(jī)至少運(yùn)行3~5 min，以凈化安全柜內(nèi)的空氣。
（3）在實(shí)驗(yàn)操作前，操作者應(yīng)該調(diào)整凳子高度，使自己的面部在玻璃懸窗開口之上，在手臂放進(jìn)安全柜內(nèi)1 min后才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。停留的目的是為了使安全柜穩(wěn)定，并且能讓氣流“清掃”手套和手臂表面的微生物污染。
（4）在實(shí)驗(yàn)結(jié)束前，將實(shí)驗(yàn)材料適當(dāng)?shù)奶幚砗笞尠踩裨龠\(yùn)行 5min，以完成內(nèi)部的凈化。
（5）安全柜要避免使用可燃性氣體或溶劑，確實(shí)需要使用時，要密切注意可燃性氣體或爆炸性氣體及其蒸汽的濃度。
（6）安全柜內(nèi)謹(jǐn)慎使用明火。因?yàn)槊骰饡蓴_安全柜內(nèi)氣流流動方式，點(diǎn)燃HEPA過濾器和損壞過濾器的周邊設(shè)施。安全柜內(nèi)也不要使用高壓氣體，因?yàn)楦邏簹怏w同樣會干擾柜內(nèi)氣流流動方式。
（7）HEPA過濾器只對顆粒物質(zhì)起過濾作用。如果操作中會產(chǎn)生一些有害氣體或蒸汽，如有毒的化學(xué)品或放射性物質(zhì)，就需 要特別小心地估算其可能對安全柜及環(huán)境造成的污染和危害水 平，并且一定要按照適當(dāng)?shù)囊?guī)則進(jìn)行操作。
（8）HEPA過濾器會逐漸積累很多空氣中以及安全柜工作區(qū)域中的灰塵顆粒，積累的速率主要依據(jù)空氣的潔凈度、安全柜的工作時間以及在安全柜內(nèi)所要做工作的性質(zhì)。一般來說，HEPA過濾器至少要使用 5年才需要更換。
（9）避免將塑料制品或塑料涂布材料直接裸露在 UV 射線下，千萬不要取消安全柜內(nèi)部安全連鎖裝置及在UV燈打開狀態(tài)下進(jìn)行操作。
（10）當(dāng)對安全柜表面進(jìn)行滅菌時，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
①避免消毒液濺到手上或皮膚上；
②要有良好的通風(fēng)；
③進(jìn)行滅菌工作時,一定要嚴(yán)格遵照消毒液制造商的安全指南并根據(jù)本地政府或國家的法律排放消毒液；
④不要讓含有高濃度游離態(tài)氯氣的消毒液長時間接觸安全柜內(nèi)的不銹鋼部件，這是因?yàn)殚L時間的接觸游離態(tài)氯氣會腐蝕不銹鋼表面。
（11）當(dāng)出現(xiàn)下列問題時，應(yīng)用有效消毒劑對安全柜進(jìn)行消毒：
①需要進(jìn)入到被污染區(qū)域進(jìn)行性能保養(yǎng)之前；
②更換HEPA之前；
③需要進(jìn)入到被污染區(qū)域進(jìn)行性能測試之前；
④移動安全柜之前；
⑤改變研究課題時；
⑥生物性危害物質(zhì)溢出后。
5結(jié)語
生物安全柜主要應(yīng)用于微生物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、基因組學(xué)、動物實(shí)驗(yàn)及生物制品等領(lǐng)域的科研、教學(xué)、臨床檢驗(yàn)和生產(chǎn)中，是實(shí)驗(yàn)室生物安全一級防護(hù)屏障中最基本的安全防護(hù)設(shè)備。只有了解生物安全柜的選型、安裝要求并正確使用操作生物安全柜，才能確保實(shí)驗(yàn)工作人員、操作對象和周圍環(huán)境的安全。