生物安全柜 (Biological safety cabinets, BSCs)是利用空气净化技术 , 实现第一道物理隔离的技术产品 , 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、 实验室环境以及实验材料 , 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 。当操作液体或半流体 , 例如摇动 、 倾注 、搅拌 , 或将液体滴加到固体表面上或另一种液体中时, 均有可能产生气溶胶 。在对琼脂板划线接种 、用吸管接种细胞培养瓶、 采用多道加样器将感染性试剂的混悬液转移到微量培养板中 、 对感染性物质进行匀浆及涡旋振荡 、 对感染性液体进行离心以及进行动物操作时 , 这些实验室操作都可能产生感染性气溶胶。由于肉眼无法看到直径小于 5 μm 的气溶胶以及直径为 (5 ～ 100)μm 的微小液滴 , 因此实验室工作人员通常意识不到有这样大小的颗粒在生成, 并可能吸入或交叉污染工作台面的其他材料。已经表明, 正确使用生物安全柜可以有效减少由于气溶胶暴露所造成的实验室感染以及培养物交叉污染。生物安全柜同时也能保护环境 。

1 生物安全柜基本现状

我国在2003 年SARS 之前, 仅有农业部、 疾病控制中心、 微生物研究机构等接触强致病性病原体的机构用到生物安全柜 , 所使用的生物安全柜主要从欧美或新加坡进口, 我国没有自己的生物安全柜生产厂家。

SARS 以后, 生物安全柜的使用受到极大的重视 , 由于 WHO 《实验室生物安全手册》 第 3 版、CNAS -CL05 -2006 《实验室生物安全认可准则》 、WS 233 -2002 《微生物和生物医学实验室生物安全通用准则》 、 GB 19781 -2005 / ISO 15190 :2003 《医学实验室 安全要求》 及 GB 19489 -2004 《实验室生物安全通用要求》 、 YY0569 -2005 《生物安全柜》等标准要求和准则的出台, 近年来医疗卫生机构和疾病预防控制机构对生物安全防护设施日益重视,作为生物安全防护设备的生物安全柜 , 它的需求量日渐增大。

现在国内生物安全柜大量应用在医疗卫生 、 疾病预防控制 、 医疗保健 、 食品卫生等领域和实验室级研究机构 , 在生物制药、 环境监测 、 科研机构也有应用 , 至今生物安全柜的在用量约 2 万台 。在初期 , 主要解决的还是填补空白, 满足用户需求的问题 , 并未对生物安全柜用户使用中的安全维护引起足够的重视 。作为绝大部分制造商, 其工作重点在于产量和市场, 并没有很好地开展现场安装检验和使用期间的维护检验;作为使用单位 , 由于对产品结构和防护原理知识的缺乏, 没有安装验收和期间维护检查的安全防护意识 , 认为使用了安全柜就安全了 , 一劳永逸 。

事实上为了规范生物安全柜的质量 , 北京市医疗器械检验所早于 2004 年就着手生物安全柜标准的制定。YY 0569 -2005 《生物安全柜》 行业标准于2005 年发布并已于2006 年6 月1 日起正式实施 ,该标 准综 合借 鉴了 NSF/ANSI 49 -2002 和 EN12469 :2000 的要求和检测手段 , 如采用 NSF/ANSI49 -2002 标准对二级生物安全柜的分类要求, 分为A1 、 A2 、 B1 、 B2 四种类型;借鉴 EN 12469 :2000中针对人员防护检测的特色检测 KI -Discus (碘化钾)测试法。同时, 还针对中国市场的现状 , 参考两大标准创新性地提出了部分性能要求 , 如实时气流显示、 警报系统、 工作区三面一体成形及负压设计等 ;在标准中对安装和年度维护检验均提出了明确的技术要求。

由于产品安全防护的重要性, 生物安全柜被列为三类医疗器械管理 , 明确生物安全柜销售 、 生产和使用单位应按照法规进行注册检验。按照标准 ,通过严格检验, 保证了设计合理、 质量合格的生物安全柜投入生产 。但是随之而来的现场检验 (主要包括安装检验、 维护检验及周期检验)在中国却开展的极其缓慢, 基本处于空白阶段 , 使得投入使用的生物安全柜后续产品质量的监管基本停滞 , 本是微生物屏障的产品反而可能存在严重的安全隐患 。2 生物安全柜 (Biological safety cabinets, BSCs)特点 、 分类及应用选择多年以来, 生物安全柜的基本设计已经历了多次改进。主要的变化是在排风系统增加了HEPA 过滤器。对于直径 0.3μm 的颗粒 , HEPA 过滤器可以截留 99.97 %, 而对于更大或更小的颗粒则可以截留99.99 %。HEPA 过滤器的这种特性使得它能够有效地截留所有已知传染因子 , 并确保从安全柜中排出的是完全不含微生物的空气。生物安全柜设计中的第二个改进是将经HEPA 过滤的空气输送到工作台面上, 从而保护工作台面上的物品不受污染 。这一特点通常被称为实验对象保护 (product protection)。

生物安全柜是微生物实验过程中提供人员保护、 环境保护的通风装置 , 有些类型的生物安全柜还可以为实验提供洁净的局部环境来保护实验材料和防止实验材料间的交叉污染 。生物安全柜按照其结构和实现保护的能力分为 Ⅰ级生物安全柜、 Ⅱ级生物安全柜和Ⅲ级生物安全柜三个级别。

Ⅰ级生物安全柜, 进风从前窗操作口处 (称流入气流)以不低于 0.40 m/ s 的低速率进入生物安全柜, 空气经过工作台表面 , 并经排风管排出生物安全柜 , 来提供人员保护, 被实验污染的气流经高效过滤器过滤后排出实验室从而保护实验室环境不受微生物因子的污染。但由于实验室空气经操作前窗直接进入实验操作区 , Ⅰ级生物安全柜不能为实验操作区提供洁净环境 , 没有保护实验材料的功能 , 所以目前已经很少使用 。

Ⅱ级生物安全柜, 与Ⅰ级生物安全柜相似 , 通过生物安全柜的前窗操作口进风来提供人员保护,被实验污染的气流经高效过滤器过滤后排出实验室从而保护环境不受微生物因子的污染 。但由于窗操作口进风不直接进入实验操作区 , 而是在生物安全柜内经工作区顶部的高效过滤器过滤后, 以层流的形式往下单向流向操作区 (称下降气流), 这样既为实验操作区提供了洁净环境 , 使得实验材料免受环境污染 , 同时层流又防止了操作区不同区域间材料产生气溶胶的相互交叉污染 。

Ⅱ级生物安全柜按照结构特点 、 气流模式又分为A1 、 A2 、 B1 和 B2 四种类型。其中, A1 、 A2 型生物安全柜的气流由安全柜内单个风机提供动力 ,风机风量的 70 %在安全柜柜体内循环 , 形成下降气流 , 30 %直接排到实验室 , 或经套管式软连接管排出实验室外。这 30 %的风量由流入气流补充 。

由于A1 型生物安全柜的排风通道为正压, 一旦发生, 污染气流直接泄漏到实验室中 , 结构上存在缺陷, 现在已经基本被 A2 型生物安全柜替代。 B1 型生物安全柜的气流有 30 %在生物安全柜柜体内循环, 形成下降气流, 70 %经全封闭硬连接管道直接排出实验室外, 这 70 %的风量由流入气流补充 ,其动力主要来源于实验室外的排风风机。 B2 型生物安全柜的流入气流和下降气流由实验室外风机通过封闭的硬连接管道完全排出室外 , 下降气流由生物安全柜内风机提供动力 , 而流入气流靠两个风机提供的气流量差来保证。从防止微生物气溶胶污染的保护能力上看 , A1 、 A2 、 B1 和 B2 四种类型生物安全柜是相同的。由于 B1 和B2 型生物安全柜是直接将气流排出实验室外 , 则对在实验过程中产生有毒气体时, 显示出它们的优势。一方面, 毒性气体可以完全排出实验室而防止对实验人员的危害 ,特别是 B2 型生物安全柜没有气体在柜体内循环 ,还可以避免实验中产生的对实验有影响的气体循环进入实验区。目前广泛使用的是 Ⅱ级 A2 型和 B2型生物安全柜。

Ⅲ级生物安全柜用于操作危险度 4 级的微生物材料 , 可以提供最好的个体防护。 Ⅲ级生物安全柜的所有接口都是 “密封的” , 其送风经HEPA 过滤 ,排风则经过两个 HEPA 过滤器, 进一步提高了对环境的保护 。 Ⅲ级生物安全柜由一个外置的专门的排风系统来控制气流, 使安全柜内部始终处于负压状态 (不低于 120 Pa)。只有通过连接在生物安全柜上的结实的橡胶手套 , 手才能伸到工作台面 。 Ⅲ级生物安全柜应该配备一个可以灭菌的、 装有 HEPA过滤排风装置的传递箱。 Ⅲ级生物安全柜可以与一个双开门的高压灭菌器相连接, 并用它来清除进出生物安全柜的所有物品的污染。可以将几个手套箱连在一起以增大工作面积。 Ⅲ级生物安全柜适用于三级和四级生物安全水平的实验室。

生物安全柜 (Biological safety cabinets, BSCs)是利用空气净化技术 , 实现第一道物理隔离的技术产品 , 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、 实验室环境以及实验材料 , 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 。当操作液体或半流体 , 例如摇动 、 倾注 、搅拌 , 或将液体滴加到固体表面上或另一种液体中时, 均有可能产生气溶胶 。在对琼脂板划线接种 、用吸管接种细胞培养瓶、 采用多道加样器将感染性试剂的混悬液转移到微量培养板中 、 对感染性物质进行匀浆及涡旋振荡 、 对感染性液体进行离心以及进行动物操作时 , 这些实验室操作都可能产生感染性气溶胶。由于肉眼无法看到直径小于 5 μm 的气溶胶以及直径为 (5 ～ 100)μm 的微小液滴 , 因此实验室工作人员通常意识不到有这样大小的颗粒在生成, 并可能吸入或交叉污染工作台面的其他材料。已经表明, 正确使用生物安全柜可以有效减少由于气溶胶暴露所造成的实验室感染以及培养物交叉污染。生物安全柜同时也能保护环境 。

1 生物安全柜基本现状

我国在2003 年SARS 之前, 仅有农业部、 疾病控制中心、 微生物研究机构等接触强致病性病原体的机构用到生物安全柜 , 所使用的生物安全柜主要从欧美或新加坡进口, 我国没有自己的生物安全柜生产厂家。

SARS 以后, 生物安全柜的使用受到极大的重视 , 由于 WHO 《实验室生物安全手册》 第 3 版、CNAS -CL05 -2006 《实验室生物安全认可准则》 、WS 233 -2002 《微生物和生物医学实验室生物安全通用准则》 、 GB 19781 -2005 / ISO 15190 :2003 《医学实验室 安全要求》 及 GB 19489 -2004 《实验室生物安全通用要求》 、 YY0569 -2005 《生物安全柜》等标准要求和准则的出台, 近年来医疗卫生机构和疾病预防控制机构对生物安全防护设施日益重视,作为生物安全防护设备的生物安全柜 , 它的需求量日渐增大。

现在国内生物安全柜大量应用在医疗卫生 、 疾病预防控制 、 医疗保健 、 食品卫生等领域和实验室级研究机构 , 在生物制药、 环境监测 、 科研机构也有应用 , 至今生物安全柜的在用量约 2 万台 。在初期 , 主要解决的还是填补空白, 满足用户需求的问题 , 并未对生物安全柜用户使用中的安全维护引起足够的重视 。作为绝大部分制造商, 其工作重点在于产量和市场, 并没有很好地开展现场安装检验和使用期间的维护检验;作为使用单位 , 由于对产品结构和防护原理知识的缺乏, 没有安装验收和期间维护检查的安全防护意识 , 认为使用了安全柜就安全了 , 一劳永逸 。

事实上为了规范生物安全柜的质量 , 北京市医疗器械检验所早于 2004 年就着手生物安全柜标准的制定。YY 0569 -2005 《生物安全柜》 行业标准于2005 年发布并已于2006 年6 月1 日起正式实施 ,该标 准综 合借 鉴了 NSF/ANSI 49 -2002 和 EN12469 :2000 的要求和检测手段 , 如采用 NSF/ANSI49 -2002 标准对二级生物安全柜的分类要求, 分为A1 、 A2 、 B1 、 B2 四种类型;借鉴 EN 12469 :2000中针对人员防护检测的特色检测 KI -Discus (碘化钾)测试法。同时, 还针对中国市场的现状 , 参考两大标准创新性地提出了部分性能要求 , 如实时气流显示、 警报系统、 工作区三面一体成形及负压设计等 ;在标准中对安装和年度维护检验均提出了明确的技术要求。

由于产品安全防护的重要性, 生物安全柜被列为三类医疗器械管理 , 明确生物安全柜销售 、 生产和使用单位应按照法规进行注册检验。按照标准 ,通过严格检验, 保证了设计合理、 质量合格的生物安全柜投入生产 。但是随之而来的现场检验 (主要包括安装检验、 维护检验及周期检验)在中国却开展的极其缓慢, 基本处于空白阶段 , 使得投入使用的生物安全柜后续产品质量的监管基本停滞 , 本是微生物屏障的产品反而可能存在严重的安全隐患 。2 生物安全柜 (Biological safety cabinets, BSCs)特点 、 分类及应用选择多年以来, 生物安全柜的基本设计已经历了多次改进。主要的变化是在排风系统增加了HEPA 过滤器。对于直径 0.3μm 的颗粒 , HEPA 过滤器可以截留 99.97 %, 而对于更大或更小的颗粒则可以截留99.99 %。HEPA 过滤器的这种特性使得它能够有效地截留所有已知传染因子 , 并确保从安全柜中排出的是完全不含微生物的空气。生物安全柜设计中的第二个改进是将经HEPA 过滤的空气输送到工作台面上, 从而保护工作台面上的物品不受污染 。这一特点通常被称为实验对象保护 (product protection)。

生物安全柜是微生物实验过程中提供人员保护、 环境保护的通风装置 , 有些类型的生物安全柜还可以为实验提供洁净的局部环境来保护实验材料和防止实验材料间的交叉污染 。生物安全柜按照其结构和实现保护的能力分为 Ⅰ级生物安全柜、 Ⅱ级生物安全柜和Ⅲ级生物安全柜三个级别。

Ⅰ级生物安全柜, 进风从前窗操作口处 (称流入气流)以不低于 0.40 m/ s 的低速率进入生物安全柜, 空气经过工作台表面 , 并经排风管排出生物安全柜 , 来提供人员保护, 被实验污染的气流经高效过滤器过滤后排出实验室从而保护实验室环境不受微生物因子的污染。但由于实验室空气经操作前窗直接进入实验操作区 , Ⅰ级生物安全柜不能为实验操作区提供洁净环境 , 没有保护实验材料的功能 , 所以目前已经很少使用 。

Ⅱ级生物安全柜, 与Ⅰ级生物安全柜相似 , 通过生物安全柜的前窗操作口进风来提供人员保护,被实验污染的气流经高效过滤器过滤后排出实验室从而保护环境不受微生物因子的污染 。但由于窗操作口进风不直接进入实验操作区 , 而是在生物安全柜内经工作区顶部的高效过滤器过滤后, 以层流的形式往下单向流向操作区 (称下降气流), 这样既为实验操作区提供了洁净环境 , 使得实验材料免受环境污染 , 同时层流又防止了操作区不同区域间材料产生气溶胶的相互交叉污染 。

Ⅱ级生物安全柜按照结构特点 、 气流模式又分为A1 、 A2 、 B1 和 B2 四种类型。其中, A1 、 A2 型生物安全柜的气流由安全柜内单个风机提供动力 ,风机风量的 70 %在安全柜柜体内循环 , 形成下降气流 , 30 %直接排到实验室 , 或经套管式软连接管排出实验室外。这 30 %的风量由流入气流补充 。

由于A1 型生物安全柜的排风通道为正压, 一旦发生, 污染气流直接泄漏到实验室中 , 结构上存在缺陷, 现在已经基本被 A2 型生物安全柜替代。 B1 型生物安全柜的气流有 30 %在生物安全柜柜体内循环, 形成下降气流, 70 %经全封闭硬连接管道直接排出实验室外, 这 70 %的风量由流入气流补充 ,其动力主要来源于实验室外的排风风机。 B2 型生物安全柜的流入气流和下降气流由实验室外风机通过封闭的硬连接管道完全排出室外 , 下降气流由生物安全柜内风机提供动力 , 而流入气流靠两个风机提供的气流量差来保证。从防止微生物气溶胶污染的保护能力上看 , A1 、 A2 、 B1 和 B2 四种类型生物安全柜是相同的。由于 B1 和B2 型生物安全柜是直接将气流排出实验室外 , 则对在实验过程中产生有毒气体时, 显示出它们的优势。一方面, 毒性气体可以完全排出实验室而防止对实验人员的危害 ,特别是 B2 型生物安全柜没有气体在柜体内循环 ,还可以避免实验中产生的对实验有影响的气体循环进入实验区。目前广泛使用的是 Ⅱ级 A2 型和 B2型生物安全柜。

Ⅲ级生物安全柜用于操作危险度 4 级的微生物材料 , 可以提供最好的个体防护。 Ⅲ级生物安全柜的所有接口都是 “密封的” , 其送风经HEPA 过滤 ,排风则经过两个 HEPA 过滤器, 进一步提高了对环境的保护 。 Ⅲ级生物安全柜由一个外置的专门的排风系统来控制气流, 使安全柜内部始终处于负压状态 (不低于 120 Pa)。只有通过连接在生物安全柜上的结实的橡胶手套 , 手才能伸到工作台面 。 Ⅲ级生物安全柜应该配备一个可以灭菌的、 装有 HEPA过滤排风装置的传递箱。 Ⅲ级生物安全柜可以与一个双开门的高压灭菌器相连接, 并用它来清除进出生物安全柜的所有物品的污染。可以将几个手套箱连在一起以增大工作面积。 Ⅲ级生物安全柜适用于三级和四级生物安全水平的实验室。