生物安全柜是實(shí)驗(yàn)室主要物理隔離設(shè)備，是為實(shí)驗(yàn)室人員在操作培養(yǎng)物、病毒株以及診斷性樣品，特別是操作高危險(xiǎn)等級(jí)的微生物、有毒物質(zhì)等具有感染性的實(shí)驗(yàn)對(duì)象時(shí)得到安全保護(hù)，避免由于操作過(guò)程中產(chǎn)生的感染性氣溶膠和溢出物對(duì)實(shí)驗(yàn)室人員產(chǎn)生危害，有效地防止有害懸浮微粒的擴(kuò)散而設(shè)計(jì)。通過(guò)HEPA送風(fēng)過(guò)濾與排氣過(guò)濾以及一系列檢測(cè)、報(bào)警等復(fù)雜機(jī)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)了既保護(hù)受試樣品又保護(hù)人員與環(huán)境。

一、生物安全柜的分類(lèi)：

二、生物安全柜不同級(jí)別類(lèi)型的原理及作用

1、Ⅰ級(jí)生物安全柜

一級(jí)生物安全柜是市面上所見(jiàn)的設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)單，最基本的一類(lèi)生物安全柜也是最早得到認(rèn)可的生物安全柜，目前仍在世界各地廣泛使用。

微生物操作時(shí)產(chǎn)生的氣溶膠混合外界空氣進(jìn)入安全柜，經(jīng)HEPA將粉塵顆粒或是感染因子過(guò)濾，最后將干凈無(wú)污染的氣體排到外界環(huán)境中。雖然一級(jí)安全生物柜能夠確保操作人員和環(huán)境免受危害，但是它不能確保受試樣品不會(huì)被實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的空氣所污染。當(dāng)然，也不能完全排除交叉感染的可能性。因此，一級(jí)生物柜的使用范圍極為有限，而且此類(lèi)生物安全柜已經(jīng)落后于現(xiàn)代生物安全水平的防護(hù)需要。所有一級(jí)生物安全柜都可以對(duì)達(dá)到生物安全水平一、二、三級(jí)的微生物因子操作中使用。

Ⅰ級(jí)生物安全柜工作原理示意圖

2、Ⅱ級(jí)生物安全柜

Ⅱ級(jí)生物安全柜在設(shè)計(jì)上不但能提供個(gè)體防護(hù)，而且能保護(hù)工作臺(tái)面的物品不受污染（既保護(hù)人員又保護(hù)受試樣品和環(huán)境）。Ⅱ級(jí)生物安全柜有四種不同的類(lèi)型（分別為A1、A2、B1 和B2 型），不同于Ⅰ級(jí)生物安全柜的地方是 只讓經(jīng)HEPA 過(guò)濾的（無(wú)菌的）空氣流過(guò)工作臺(tái)面。Ⅱ級(jí)生物安全柜可用于操作危險(xiǎn)度2 級(jí)（BSL2）和3 級(jí)（BSL3）的感染性物質(zhì)。在使用正壓防護(hù)服的條件下，Ⅱ級(jí)生物安全柜也可用于操作危險(xiǎn)度4 級(jí)（BSL4）的感染性物質(zhì)。

2.1、Ⅱ級(jí)A1型生物安全柜

風(fēng)機(jī)將房間空氣經(jīng)操作面開(kāi)口吸入生物安全柜內(nèi)部，并進(jìn)入了前面的進(jìn)風(fēng)隔柵，在操作面開(kāi)口處向內(nèi)的氣流流速不低于0.38m/s，使前操作口形成一個(gè)空氣幕，以防止污染性氣溶膠從操作口逃逸，經(jīng)送風(fēng)HEPA過(guò)濾后的潔凈氣流垂直向下通過(guò)工作面，并通過(guò)下方的前后兩組隔柵排出，在工作臺(tái)面上形成的氣溶膠立刻被向下的潔凈氣流帶走，充分的保護(hù)了受試樣品，污染的空氣被抽入風(fēng)機(jī)后送如后面的壓力排風(fēng)管道到達(dá)安全柜頂部，介于送風(fēng)HEPA與排風(fēng)HEPA之間，約70%的通過(guò)送風(fēng)HEPA參與再循環(huán)，而剩余的30%空氣經(jīng)排風(fēng)HEPA過(guò)濾后排出安全柜，送入實(shí)驗(yàn)室。

在風(fēng)機(jī)和兩個(gè)HEPA之間是正壓的，且充滿(mǎn)了污染性氣溶膠，故稱(chēng)為正壓污染區(qū)。（由于污染區(qū)是正壓的，當(dāng)污染區(qū)的結(jié)構(gòu)發(fā)生漏瀉時(shí)，污染性氣溶膠會(huì)借助壓力的作用很快從安全柜內(nèi)逃逸，直接對(duì)實(shí)驗(yàn)室和操作者造成危險(xiǎn)） 

Ⅱ級(jí)A1型生物安全柜

2.2、Ⅱ級(jí)A2型生物安全柜

Ⅱ級(jí)A2型生物安全柜是目前世界上Ⅱ級(jí)生物安全柜中運(yùn)用最廣泛的，其工作原理與A1類(lèi)似，區(qū)別是A2型生物安全柜的回風(fēng)道為負(fù)壓污染區(qū)，并且通過(guò)排風(fēng)管道將安全柜排出的氣體引入室外，不再排到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，這樣即使在排風(fēng)HEPA泄露時(shí)，也不會(huì)對(duì)操作人員造成危險(xiǎn)，但會(huì)對(duì)室外的環(huán)境會(huì)造成污染，針對(duì)此情況，采取一些額外的保護(hù)是必須的（如排風(fēng)氣流報(bào)警、排風(fēng)HEPA壓差報(bào)警、雙重排風(fēng)HEPA等）

Ⅱ級(jí)A2型生物安全柜工作原理示意圖

在Ⅱ級(jí)A2型生物安全柜中操作一些會(huì)產(chǎn)生化學(xué)氣體的化學(xué)試劑（如不穩(wěn)定的化學(xué)試劑）時(shí)，生物安全柜的排風(fēng)必須連接到排風(fēng)管道，因依靠HEPA是不能完全除去排風(fēng)中的化學(xué)氣味（HEPA的機(jī)理決定它只能除去氣溶膠和相應(yīng)的微粒），由于Ⅱ級(jí)A2型生物安全柜有70%的氣流重新參與再循環(huán)，這些化學(xué)氣味會(huì)更多的進(jìn)入到垂直層流中，對(duì)此問(wèn)題的解決方法是在排風(fēng)管上增加活性炭過(guò)濾器，依靠活性炭的吸附作用來(lái)除去排風(fēng)中的化學(xué)氣體，但活性炭不是對(duì)所有的化合物都起作用，客戶(hù)應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的操作進(jìn)行選用，此外應(yīng)安裝有相應(yīng)的活性炭過(guò)濾器飽和度檢測(cè)裝置。排風(fēng)管道是安全柜的安全保障，必須正確連接，并且不建議使用硬管密封連接，因?yàn)樯锇踩駜?nèi)部的循環(huán)以及垂直層流系統(tǒng)會(huì)受到排風(fēng)系統(tǒng)的影響，例如，當(dāng)排風(fēng)系統(tǒng)的排風(fēng)量增大或降低時(shí)，生物安全柜的平衡系統(tǒng)會(huì)受到影響（如 流入氣流流速、下降氣流流速等），最壞的情況— 排風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行時(shí)或排風(fēng)管道受到外力的因素堵塞的情況下，安全柜的氣流會(huì)徹底受到影響，很可能會(huì)發(fā)生下降氣流流速過(guò)大、流入氣流流速過(guò)低，導(dǎo)致氣溶膠逃逸的危險(xiǎn)。（美國(guó)NSF49：2002中指出Ⅱ級(jí)A2型生物安全柜禁止使用密封硬管連接）。

套管連接示意圖

Ⅱ級(jí)A2型生物安全柜排風(fēng)系統(tǒng)正確的連接方式應(yīng)為套管連接，套管連接的方式基本與硬管連接相同，但套管連接時(shí)在套管與生物安全柜的連接口有一定間隙，允許房間空氣通過(guò)套管上的間隙被吸入排風(fēng)系統(tǒng)中，在正常情況下生物安全柜內(nèi)的排風(fēng)通過(guò)HEPA后被吸入到排風(fēng)系統(tǒng)中，同時(shí)房間內(nèi)的潔凈空氣也通過(guò)套管上的間隙被吸入到排風(fēng)系統(tǒng)中，采用套管連接時(shí)，生物安全柜的氣流平衡可以獨(dú)立與排風(fēng)系統(tǒng)，無(wú)論排風(fēng)系統(tǒng)多么波動(dòng)都不會(huì)對(duì)生物安全柜的平衡造成影響，即使在排風(fēng)系統(tǒng)故障的情況下，生物安全柜的氣流也會(huì)通過(guò)套管的間隙排到房間內(nèi)，而不會(huì)造成危險(xiǎn)；另一方面，在排風(fēng)系統(tǒng)排氣量增大的情況下（如風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速突然升高、風(fēng)量調(diào)節(jié)閥故障等…），房間的空氣也會(huì)通過(guò)套管上的間隙補(bǔ)充到排風(fēng)系統(tǒng)中，生物安全柜內(nèi)的氣流平衡仍然不會(huì)受到影響。

2.3、Ⅱ級(jí)B型生物安全柜

由于其操作入口平均風(fēng)速可達(dá)/s以上，且無(wú)正壓污染區(qū)，循環(huán)風(fēng)量減少到30%（Ⅱ級(jí)B2型為0）因此較Ⅱ級(jí)A型生物安全柜具有更高的安全性，Ⅱ級(jí)B型生物安全柜又細(xì)分B1型B2型兩種。Ⅱ級(jí)B型生物安全柜內(nèi)操作危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)對(duì)象時(shí)必須采用密封硬管連接生物安全柜排風(fēng)排至室外，且排風(fēng)管道應(yīng)為負(fù)壓管道。在安裝多臺(tái)Ⅱ級(jí)B型生物安全柜時(shí)，應(yīng)自使用獨(dú)立排風(fēng)管道，且不能共用排風(fēng)管道。

2.3.1、Ⅱ級(jí)B1型生物安全柜

Ⅱ級(jí)B1型安全柜可以用于以微量揮發(fā)性有毒化學(xué)品和痕量放射性核素為輔助劑的微生物實(shí)驗(yàn)。

特點(diǎn)：前窗操作口流入氣流的最低平均流速為0.5m/s；下降氣流大部分由未污染的流入氣流循環(huán)提供,經(jīng)過(guò)高效過(guò)濾器過(guò)濾（C）后送至工作區(qū)；大部分被污染的下降氣流經(jīng)過(guò)高效過(guò)濾器（C）后通過(guò)專(zhuān)用的排氣管道排入大氣中；安全柜內(nèi)所有生物污染部位均處于負(fù)壓狀態(tài)或者被負(fù)壓通道和負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)包圍。

Ⅱ級(jí)B1型安全柜工作原理示意圖

2.3.2、Ⅱ級(jí)B2型生物安全柜

所有流入和下降的氣流都經(jīng)過(guò)HEPA過(guò)濾器過(guò)濾后直接排到外界環(huán)境，在安全柜內(nèi)部沒(méi)有再循環(huán)的氣體。因?yàn)闆](méi)有循環(huán)氣體，所以Ⅱ級(jí)B2型安全柜可以用于以發(fā)揮性有毒化學(xué)品和放射性核素為輔助劑的微生物實(shí)驗(yàn)。理論上，即使HEPA過(guò)濾系統(tǒng)停止正常運(yùn)作，因?yàn)闅怏w完全排出，所以B2型生物安全柜可以被看作是2級(jí)生物安全柜中最安全的一類(lèi)安全柜。

Ⅱ級(jí)B1型安全柜工作原理示意圖

2.4、Ⅱ級(jí)A型生物安全柜和Ⅱ級(jí)B型生物安全柜的比較

3、Ⅲ級(jí)生物安全柜

用于操作危險(xiǎn)等級(jí)為4級(jí)的對(duì)象，可提供高水平的個(gè)體防護(hù)。三級(jí)生物安全柜提供一級(jí)、二級(jí)安全柜無(wú)法提供的絕對(duì)安全保障。所有柜體為金屬焊接構(gòu)造，并且采用完全密閉設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)操作完全通過(guò)前窗的手套進(jìn)行（又稱(chēng)手套箱）。操作中柜內(nèi)部將一直保持127Pa負(fù)壓狀態(tài)。即使在物理防污染系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，它也能提供安全保障。其送風(fēng)經(jīng)一級(jí)HEPA過(guò)濾器提供產(chǎn)品保護(hù)，排風(fēng)經(jīng)兩級(jí)HEPA過(guò)濾。實(shí)驗(yàn)所需的物品同過(guò)安置在安全柜側(cè)面的隔離通道送進(jìn)柜內(nèi)，空氣通過(guò)外接的排氣管道直接排到外界環(huán)境。可在涉及一，二，三，四級(jí)生物安全水平的微生物因子實(shí)驗(yàn)中使用。尤其適用于產(chǎn)生致命因子的生物試驗(yàn)。

 Ⅲ級(jí)生物安全柜工作原理示意圖

當(dāng)實(shí)驗(yàn)步驟較多時(shí)，可采用多臺(tái)生物安全柜按要求組合，即成了系列型生物安全柜（GBL）。系列型生物安全柜出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代前期，它由多個(gè)Ⅲ級(jí)生物安全柜按實(shí)驗(yàn)所須的操作步驟組合而成，在它的末端安裝有兩面門(mén)的高壓滅菌器，實(shí)驗(yàn)器材不能直接從安全柜中取出，必須經(jīng)過(guò)高壓滅菌器消毒后才能取出，在設(shè)計(jì)和選用系列型生物安全柜裝置時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況選用不同是組合類(lèi)型，如直線(xiàn)型、L型、U型、E型以及其他形式的生物安全柜。但應(yīng)防止組合到系列型生物安全柜中的各種設(shè)備、管路、配線(xiàn)等引起的交叉及瀉漏現(xiàn)象發(fā)生。

系列型Ⅲ級(jí)生物安全柜示意圖

4、 生物安全柜的技術(shù)要求

4.1、外觀要求

柜體表面無(wú)明顯劃傷、銹斑、壓痕、表面光潔，外形平整規(guī)則；說(shuō)明功能的文字和圖形符號(hào)標(biāo)志應(yīng)正確、清晰、端正、牢固；焊接應(yīng)牢固，焊接表面應(yīng)光滑。

4.2、材料

所有柜體和裝飾材料應(yīng)能耐正常的磨損,能經(jīng)受氣體、液體、清潔劑、消毒劑及去污污操作等的腐蝕。材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，有足夠的強(qiáng)度，具有防火耐潮能力。所有的工作室內(nèi)表面和集液槽應(yīng)使用不低于300系列不銹鋼的材料制作。前窗玻璃應(yīng)使用光學(xué)透視清晰、清潔、和消毒時(shí)不對(duì)其產(chǎn)生負(fù)面影響的防爆裂鋼化玻璃、強(qiáng)化玻璃制作，其厚度應(yīng)不小于5mm。過(guò)濾器應(yīng)能滿(mǎn)足正常使用條件下的溫度、濕度、耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度的要求，濾材不能為紙質(zhì)材料。濾材中可能釋放的物資應(yīng)不對(duì)人員、環(huán)境和設(shè)備產(chǎn)生不利影響。Ⅲ級(jí)安全柜的手套應(yīng)采用耐酸堿及符合實(shí)驗(yàn)要求的橡膠材料制成。

4.3、前窗操作口

前窗操作口的高度標(biāo)稱(chēng)值應(yīng)在160mm～250mm范圍內(nèi)。前窗開(kāi)啟與關(guān)閉應(yīng)輕便,在行程范圍內(nèi)的任何位置不產(chǎn)生卡死現(xiàn)象,不應(yīng)有明顯的左右或前后晃動(dòng)現(xiàn)象,滑動(dòng)應(yīng)順暢。滑動(dòng)前窗的構(gòu)造應(yīng)保證在懸掛系統(tǒng)出故障時(shí)不能脫落而給操作者帶來(lái)危險(xiǎn),應(yīng)具有報(bào)警系統(tǒng)和聯(lián)鎖系統(tǒng)以保證工作只能在規(guī)定的前窗操作口高度范圍之內(nèi)進(jìn)行。滑動(dòng)前窗及與其貼合的板之間、窗玻璃與框架之間及框架四周的連接處、壓緊裝置等，均應(yīng)充分考慮系統(tǒng)的密封。Ⅲ級(jí)安全柜應(yīng)采用固定窗，窗與框架四周連接處應(yīng)充分密封, 窗玻璃與操作手套應(yīng)保證密封不泄漏。

4.4、照度

安全柜平均照度應(yīng)不小于650lx，每個(gè)照度實(shí)測(cè)值應(yīng)不小于430lx。 

4.5、安全柜內(nèi)部供/排氣風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖警報(bào)

當(dāng)安全柜既有內(nèi)部下降氣流風(fēng)機(jī)又有排氣風(fēng)機(jī)時(shí),應(yīng)有聯(lián)鎖功能。一旦排風(fēng)機(jī)停止工作，下降氣流供氣風(fēng)機(jī)關(guān)閉，聲光器；一旦下降氣流供氣風(fēng)機(jī)停止工作，排氣風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，聲光報(bào)警器報(bào)警。

4.6、安全柜氣流波動(dòng)報(bào)警

Ⅱ級(jí)安全柜必須實(shí)時(shí)顯示工作區(qū)的下降氣流流速和流入氣流流速。當(dāng)下降氣流流速和流入氣流流速波動(dòng)超過(guò)其標(biāo)稱(chēng)值的20%時(shí)，用聲光報(bào)警器來(lái)提示下降氣流和流入氣流流速的波動(dòng)。

由于生物安全柜涉及的技術(shù)指標(biāo)很多，在這里就不在敘述，更多內(nèi)容請(qǐng)見(jiàn) 國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局2005年7月18日發(fā)布的 《YY 0569—2005 生物安全柜》。

參考文獻(xiàn)：

[1]  YY 0569—2005 生物安全柜；

[2]  俞詠霆、李太華、董得祥，生物安全實(shí)驗(yàn)室建設(shè)， 化學(xué)工業(yè)出版社，2006年4月；

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