1 引言

病原体的研究对人类诊断、预防与控制疾病，特别是传染性疾病，起到了至关重要的作用。 但是，随着感染性微生物研究的不断深入，科学家们发现研究人员的实验室感染事件日益增多，严重影响了科研人员和周边环境的安全以及相关科研的顺利进行。为了解决实验室感染以及实验对周边环境的影响，保障实验室工作人员的安全，在不断探索与实践中，生物安全实验室应运而生。

生物安全实验室是指通过规范的实验室设计建造、 实验设备的配置、个人防护装备的使用，严格遵守标准化的工作操作程序和管理规程， 确保操作生物危害因子的工作人员不受实验对象的伤害、周围环境不受其污染、实验因子保持原有本性的实验室，适用于人和脊椎动物生物病原体的临床实验、培养分离、纯化鉴定，各种生物因子的基础研究、诊断，以及防止用药品和试剂的应用性研究等工作。

生物安全柜正是为了满足生物安全实验室的发展而诞生的。生物安全柜是在操作具有感染性实验材料时，用来保护操作者、实验环境和实验对象，使其避免暴露于上述操作过程中可能产生的感染性气溶胶和溅出物而设计的。

2 生物安全柜的选择

2.1 生物安全柜的工作原理

通过 HEPA 过滤器过滤及阻断尘埃。 根据美国 NSF49 标准， 对于直径大于 0.3 μm 的颗粒，HEPA 过滤器的截留率应为99.99%。通过安全柜内置风机或外排风机驱动气流，产生定向定流速气流。 Ⅱ级生物安全柜的进风风速为（0.53 ± 0.025） m/s，下风风速为（0.28 ± 0.025） m/s。 通过内置风机产生均匀分散及单一方向的气流——层流[1]。

2.2 生物安全柜的分类

根据生物安全柜的气流方向和模式、 排气系统及结构，生物安全柜分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3 个级别[2]。

（1）Ⅰ级生物安全柜 （见图 1）为带方向性气流的开放前板，负压下操作：进风风速为 75~100 fpm（0.38~0.51 m/s）；HEPA 过滤外排； 对操作人员和环境提供保护。

（2）Ⅱ级生物安全柜 （见图 2）为带方向性气流的开放前板，负压下操作：进风风速为 100~110 fpm（0.51~0.56 m/s）；HEPA 过滤后向下层流风速为 50~55 fpm；HEPA 过滤后外排； 对操作人员、环境及操作对象提供保护。

Ⅱ级生物安全柜又可分为 A2 及 B2 2 种：①A2 型Ⅱ级生物安全柜（见图 3）：柜内气体的 70%用于安全柜内部过滤后循环，30%气体过滤后外排到室内或通过外排管道排到室外。 此类安全柜适用于常规微生物研究。 ②B2 型Ⅱ生物安全柜（见图 4）：柜内全部气体经过滤后，通过外排风机强制排出室外。 此类安全柜适用于使用放射性或挥发性有毒化学物质样品的操作。

（3）Ⅲ级生物安全柜（见图 5）：全部封闭；密封结构；戴手套工作；至少 120 Pa 的负压；对操作人员、环境及操作对象提供保护；双倍 HEPA 过滤排出，且常与高压灭菌锅相连。

2.3 生物安全的选择

选择生物安全柜的类型划分主要是依据所从事的操作类型，包括实验对象的保护、对 1~4 级病原微生物的个体防护、暴露于挥发性有毒化学试剂和放射性同位素的个体防护，或者以上各种防护的不同组合。

一般情况下对 A 型及 B 型生物安全柜的选择主要取决于操作对象是否是挥发性有毒化学品或放射性物质， 而不是生物因素， 因此在选择生物安全柜时要综合考虑实际工作需要并确保安全。 通常在操作挥发性有毒化学品时，不可将空气重新循环排入房间的Ⅰ级生物安全柜、 Ⅱ级 A2 型和 A1 生物安全柜；操作少量挥发性有毒化学品或放射性物质时，选择Ⅱ级 B1 型生物安全柜；如需要操作大量挥发性有毒化学品或放射性物质时，选择Ⅱ级 B2 型生物安全柜才能确保操作人员的安全。

在生物安全实验室中必须考虑生物安全柜对操作对象的保护， 通常在三级实验室中选择Ⅱ级 A2 或 B2 型生物安全柜，在四级实验室则必须使用Ⅱ级 B2 或Ⅲ级生物安全柜。

3 生物安全柜的安装

3.1 生物安全柜的安装位置

生物安全柜是为了在操作感染性微生物期间对人员、 产品和环境提供有效的保护，因此安全柜在负压下工作。 负压的形成是由于空气通过前玻璃悬窗开口，以 0.53 m/s 的速度被吸入，而如此速度的定向气流是极易被干扰的。 当人员在通道上来回走动时， 安全柜悬窗进风口附近有空调等送风口气流的扰流，开窗、开门等都可能对其造成影响，因此生物安全柜应尽量安装在远离实验室门口和送风口的位置（见图 6）。

另外，为了便于安装与维修安全柜，安全柜的后面及两侧应留出 30 cm 的清洁通道。 在安全柜的上部应留有 30~50 cm 的空间，以便于进行安全柜排风量的测定和过滤器的更换[3-5]。

3.2 生物安全柜的安装（见图 7）

当 B2 型生物安全柜放置在 P3 级生物安全实验室内时，要非常严格地控制安全柜处于开、 关状态下 P3 实验室内的负压变化。一般而言，4B2 生物安全柜外排风量是 1 261~1 450 m3/h，6B2 生物安全柜外排风量是 1 900~2 100 m3/h。 当安全柜工作时，需要实验室内的送风系统补入与安全柜外排风量等量的风，以保持实验室内负压的稳定。 而当安全柜停止工作后，实验室自动控制系统要立即减少送风量，保持实验室的负压。

实 现 上 述 风 量 风压的平衡系统需要许多相关设备的配合，例如：生 物 安 全 柜 的 安 装 位置、 生物安全柜内置系统正常工作、 生物安全柜外排管道的正确安装与密封； 风量及全压压头均满足生物安全柜需求的外排风机、 定风量阀、 精密压力监测及反馈装置、 反应迅速的调压阀门以及功能完善的自动控制系统。

4 生物安全柜使用的安全注意事项进入实验室前，务必认真学习生物安全实验室标准操作规范， 并参考下列注意事项[5]：

（1）操作者应避免手臂横向快速地进出安全柜，否则会干扰安全柜气幕并破坏安全柜提供的局部防护屏障。 因此，建议在工作开始之前准备一张实验工作所需材料的清单， 在生物安全柜内放置必要的实验材料，这样可以减少手臂穿越气幕的次数。

（2） 在开始工作前， 要让安全柜内置及外排风机至少运行3~5 min，以净化安全柜内的空气。

（3）在实验操作前，操作者应该调整凳子高度，使自己的面部在玻璃悬窗开口之上， 在手臂放进安全柜内 1 min 后才能进行实验操作。 停留的目的是为了使安全柜稳定， 并且能让气流“清扫”手套和手臂表面的微生物污染。

（4）在实验结束前，将实验材料适当的处理后让安全柜再运行 5 min，以完成内部的净化。

（5） 安全柜要避免使用可燃性气体或溶剂， 确实需要使用时，要密切注意可燃性气体或爆炸性气体及其蒸汽的浓度。

（6）安全柜内谨慎使用明火。因为明火会干扰安全柜内气流流动方式，点燃 HEPA 过滤器和损坏过滤器的周边设施。安全柜内也不要使用高压气体， 因为高压气体同样会干扰柜内气流流动方式。

（7）HEPA 过滤器只对颗粒物质起过滤作用。 如果操作中会产生一些有害气体或蒸汽，如有毒的化学品或放射性物质，就需要特别小心地估算其可能对安全柜及环境造成的污染和危害水平，并且一定要按照适当的规则进行操作。

（8）HEPA 过滤器会逐渐积累很多空气中以及安全柜工作区域中的灰尘颗粒，积累的速率主要依据空气的洁净度、安全柜的工作时间以及在安全柜内所要做工作的性质。 一般来说，HEPA 过滤器至少要使用 5 年才需要更换。

（9）避免将塑料制品或塑料涂布材料直接裸露在 UV 射线下，千万不要取消安全柜内部安全连锁装置及在 UV 灯打开状态下进行操作。

（10）当对安全柜表面进行灭菌时，应注意以下几点：①避免消毒液溅到手上或皮肤上；②要有良好的通风；③进行灭菌工作时， 一定要严格遵照消毒液制造商的安全指南并根据本地政府或国家的法律排放消毒液； ④不要让含有高浓度游离态氯气的消毒液长时间接触安全柜内的不锈钢部件， 这是因为长时间的接触游离态氯气会腐蚀不锈钢表面。

（11）当出现下列问题时，应用有效消毒剂对安全柜进行消毒：①需要进入到被污染区域进行性能保养之前；②更换HEPA之前；③需要进入到被污染区域进行性能测试之前；④移动安全柜之前；⑤改变研究课题时；⑥生物性危害物质溢出后。

5 结语

生物安全柜主要应用于微生物学、生物医学、基因组学、动物实验及生物制品等领域的科研、教学、临床检验和生产中，是实验室生物安全一级防护屏障中最基本的安全防护设备。 只有了解生物安全柜的选型、安装要求并正确使用操作生物安全柜，才能确保实验工作人员、操作对象和周围环境的安全。