生物安全柜在 BSL4 生物安全实验室中的选用标准探讨

史云

（中国医学科学院医学生物学研究所，云南昆明 650118）

2003年发生的传染性非典型肺炎（严重急性呼吸综合征，SARS）及2009年的甲型H1N1流感给人民生命健康带来了严重威胁，同时也促进了人们对烈性传染性疾病病原体危害的认识，我所正在承建的高等级生物安全实验室（BSL4实验室）是国际上认可的、可对烈性传染病病原进行安全性操作、培养、分离和动物实验的有效设施。生物安全柜是生物安全实验室重要的设备之一，它的正确选用对生物实验的安全性有着重要意义。

生物安全柜是为操作原代培养物、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。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。

生物安全柜根据气流及隔离屏障设计结构分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个等级，不同保护类型及生物安全柜的选择如下：

表 生物安全柜的类型及选用

如果BSL-4实验室为正压防护服型实验室，生物安全柜只选用Ⅰ、Ⅱ级即能满足实验要求，如果BSL-4实验室为手套箱型实验室，生物安全柜必须选用Ⅲ级才能满足实验要求，下面针对手套箱型实验室Ⅲ级生物安全柜进行阐述。

Ⅲ级生物安全柜（见下图）是为BSL4级实验室生物安全等级而设计的，是目前世界上最高安全防护等级的安全柜，用于操作危险度4 级的微生物材料，适用于高风险的生物试验。安全柜柜体完全气密连接，100%全排放式，所有气体不参与循环，其送风经一个高效过滤器过滤，排风则经过两个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。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（安全柜对实验室的负压不低于120 Pa）。人员通过与柜体密闭连接的手套在安全柜内实施操作，俗称手套箱(Golve box)，可以将几个手套箱连在一起以增大工作面积，试验品通过双门的传递箱进出安全柜以确保不受污染。

图 Ⅲ级生物安全柜

选用Ⅲ级生物安全柜的技术标准要求：

1 高效过滤器

安全柜里所使用的高效过滤器一定要有足够的过滤效率，否则就起不到防护生物危害的作用。另外，安全柜生产商应该对过滤器进行测试，以确保它们在安装后是无泄漏的。因为，过滤器是非常脆弱的材料（甚至落地或轻微碰撞就会损坏），所以，在运输和装卸的过程中保证过滤器材不受损坏是非常重要的。同样的原因，过滤器应该在生物安全柜所安置的实验室进行现场测试。

2 精确的气流控制

安全柜内的气流方式一定要在流向和速度方面符合相关性能标准要求。

① 定向流：来自实验室的进气流必须是从安全柜前窗开口处各个位置径直流向安全柜的进风格栅。这一点应该是从设计一开始应该考虑到，并且每台安全柜都应该在工厂组装完毕后都经过了气流方向测试。② 气流速度：安全柜的气流速度一定要处在一个合适的数值。既不要太高也不要太低：气流速度太高就容易引起湍流，导致试验品失去保护；太低就不能发挥足够的保护作用（柜内的污染物很容易逃逸到柜外的房间了）。不同的生物安全柜的速度最佳设定值是不同的，最佳设定速度可使安全柜发挥最大的防护作用。生产厂商应该对其生产的所有型号安全柜进行气流测试以确定最佳值，并提供给用户以供参考。

3 柜体的污染控制性能

污染控制性能是指安全柜确保所有的危险颗粒不从操作窗口逃逸出去的能力。安全柜的防护作用基本取决于气流方式，包括以上所介绍的适合的气流方向和速度。

全世界公认的最佳污染控制性能测试，是EN 12469：2000中所使用的物理测试方案KI-discus 测试。需要注意的是，一台生物安全柜也许可以通过所有的气流测试，但不一定能通过污染控制性能测试。

KI-Discus测试被认为是欧洲标准EN12469优于NSF49的一项测试，因KI-Discus测试是这个方面唯一可以当场验证安全柜污染控制性能的测试。不像针对常规人员保护的微生物挑战测试只可以提供Pass/Fail结果，KI-Discus测试可以测量直观的APF指数（Aperture Protection Factor）来鉴别安全柜的污染控制性能。EN12469规定安全柜的APF必须高过10,000，也就是安全柜中逃逸的微粒比例需要低于万分之一。

4 柜体的气密性

整个柜体应该耐压，气密性好，确保任何生物危险因子不会通过接口或缝隙泄漏出去，例如，虽然过滤器具有很高的过滤效果，但是有些生物安全柜的设计的问题会导致污染物绕过过滤器，经过安全柜接口缝隙泄漏出去，导致生物安全柜安全性能失效。最新的动态柜体设计用负压包裹所有污染区域，即使柜体出现穿孔，裂缝，所有的污染性物质仍然会经过过滤器。

5 零部件的精密性

安全柜的零部件的精密性是极其重要的，例如，格栅气孔（前后两组进风格栅）发生1mm的差异，就能改变安全柜的性能参数，引起防护测试的失败。由于安全柜是由多部件组合而成的设备（超过100个部件），所以，保证这些零部件的精密性对于厂家来说是至关重要的工作。为了确保产品的性能和安全，所有的原材料均采购自一流的供应商，所有的产品出厂前均接受性能和安全检测。

6 电子和机械安全

考虑到安全柜内所进行的操作的危害性质，安全柜生产商要特别注意在设计上防止机械伤害的产生，例如，要防止对操作人员可能发生的擦伤或划伤，否则，操作者就极容易受到危险物质的伤害。同样的，生产商也需要注意设计符合电子安全，以保护操作人员。

7 气流控制和警报系统

为了确保安全柜发挥安全防护功能，应该装备气流控制和报警系统，以便监控所有的安全参数，特别是气流方面。生产厂家必须提供一个准确和灵敏的气流报警和控制系统，以确保柜体内的风速不低于警戒速值。

8 物理测试和验证

从上面可以看出，安全柜不仅要从设计上注意操作的安全需求，也许要进行许多物理检测，以确保安全柜能满足安全需求。这些测试应该由厂家在安全柜组装完毕后就进行。安全柜的物理测试是一门精密学科，横跨了很多专业领域（气溶胶的产生、光强测定、气流流速测定、定向流验证、污染控制性能测试等等）。

9 总结

生物安全柜一个性能参数的降低会危害到整个系统的安全性。NSF/ANSI49和EN12469是目前世界上最通用的生物安全柜国际认证，这两种标准对安全柜性能分级、安全性能检测都有详细的说明和要求。安全柜标准对规范安全柜市场，保护研究人员起到重要的作用。选购Ⅲ级生物安全柜时，除了了解安全柜各项性能指标，最好最快最方便鉴别安全柜安全性能的方法是了解您购买的安全柜是否获得过以上两项最主要的国际安全柜认证，选购时要求厂家出示必须是由独立、合法的安全柜认证机构所签署的独立检测报告。

参考资料：

[1] 生物安全柜（YY0569—2005）（2005.7.18）国家食品药品监督管理局发布 医药行业标准(YY).

[2] 生物安全柜（JGl70—2005）（2005.3.25）中华人民共和国建设部发布.

[3] 生物安全实验室建筑技术规范（GB50346-2004）（2004.8.3）中华人民共和国建设部、国家质量监督检验检疫总局联合发布.