生物安全柜使用环境探讨及计量校准分析

严钧戈，辛 璐，马 娜

（甘肃省计量研究院医学所，甘肃 兰州 730070）

1 生物安全柜的工作原理

生物安全柜是一种在操作原代培养物、菌毒株以及诊断性标本等具有感染性的实验材料时，使其避免暴露于操作过程中可能产生的感染性气溶胶和溅出物导致传播而设计的箱式负压医疗设备。广泛用于医疗卫生、疾病预防、食品安全和生化制药等领域。安全柜分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级。在新冠病毒检测过程中，试剂配制、核酸提取、核酸扩增、病毒检测等许多工作都在Ⅱ级生物安全柜里完成。它的工作原理是把柜内的气体吸入到外面，从而保证了柜内的压力，并利用竖直的气流对员工进行防护；为了防止对检测的样品造成的污染，将外部的气体通过过滤器送到安全柜中；另外，为了环保外部环境，柜内的气体必须通过HEPA 过滤后才能进入大气层。见图1。

图1 工作原理及使用中的Ⅱ级生物安全柜示意图

2 计量校准意义

随着医学科技的进步和人类的生命安全观念的不断增强，生物安全柜的应用越来越受到重视，尽管已有生产、使用、行业规范等方面的要求，但市场上的产品品种众多，品质参差不齐，受环境、人员、安装调试等影响因素，生物安全柜的安全使用还存在一定的安全风险隐患。为此，国家市场监督管理总局颁布了JJF 1815-2020《Ⅱ级生物安全柜校准》标准，并对其进行了定期检测和校准，以保证其各项参数的正常运行。

3 Ⅱ级生物安全柜计量校准

Ⅱ级生物安全柜是由半封闭透明柜、高效粒子过滤器、气体循环系统、排风装置等组成。计量校准项目以JJF1851-2020《II 级生物安全柜校准规范》为依据，对屏障防护系统的各个操作环节进行了全面覆盖。包括外观检测、气流流速、气流模式、洁净度测试、照度、噪声、高效过滤器检漏（HEPA）、人员保护、交叉污染项目等。

4 生物安全柜使用环境的探讨

各类病毒的检测主要是在实验室中Ⅱ级生物安全柜内完成的，包含核酸检测、抗体检测、抗原检测等几种方法。根据日常检测工作经验，环境检测要求和各类实验室，包括方舱PCR 实验室、检验科实验室和第三方医学实验室使用环境情况进行分析，为生物安全柜的使用安全和精准检测提供有效的参考价值和科学依据。

4.1 方舱PCR 实验室使用

方舱PCR 实验室又称移动式核酸检测实验室，由标本接收间、试剂配制间、标本制备间、扩增间和高压灭菌室组成。其特点是采用智能中央控制系统，实时监控风机、空调机组、房间压力值及生物安全柜运行状态，可有效保障各功能室之间的压力，梯度、温湿度等使用参数的正常运行，是目前省市级公立医院主要使用的负压加强型二级生物安全实验室。

下降气流流速/流入气流的检测在其密闭的负压环境状态下，利用烟雾发生器向生物安全柜内注入烟雾，观察发现下降气流均匀稳定，无气流旋涡产生；其前窗操作口上沿和角落的边缘的气流没有受周围气流扰动的影响，气流能充分进入流入格栅，迅速形成操作口气流保护屏障，更加有效地防止核酸检测时病毒气溶胶的外泄，同时，高效过滤器检漏和洁净度测试的符合来源于中央控制系统的自动精准控制，减少人员带来的干扰因素，安全防护得到了很大的提高。因此，方舱PCR 实验室的环境能够完全满足生物安全柜的正常使用要求。不足之处是方舱PCR 实验室建设成本较大，检测区域覆盖率不强，仅能满足本医院病人和医护人员的核酸病毒检测工作。

4.2 检验科实验室使用

检验科为临床医学检验实验室，主要工作是针对各种疾病从生物化学、血液学、细胞学、免疫学等给临床诊断疾病提供有效的科学检验依据。疫情期间，地县级医院因病毒检测工作需求的扩大，对检验科实验室进行升级改造，以满足本院和达到周边地区的覆盖要求。

在个别检验科实验室的Ⅱ级生物安全柜校准时发现，改造升级后的实验室因空间较大，密封性不强，压力流向、通风和排气系统对生物安全柜使用考虑不全面，造成检测项目的符合率下降，加之工作操作间其他设备摆放较多，人员进出平凡，会增加生物安全柜中病毒样本交叉污染的感染率，同时也会影响安全柜的洁净度。对于配备有外排的生物安全柜来说，有些无法改制的排风通道的灰尘清洁也会成为一项薄弱环节，增加HEPA 过滤器的负荷运行，降低了病毒检测的精准度。

4.3 第三方医学实验室使用。

第三方医学实验室也叫独立医学实验室，是指通过在卫生行政部门的许可下，作为有独立法人资格的医疗机构，主要与医疗机构的合作，通过集约化经营降低检验成本，提供高效的临床检验和病理诊断等服务。由于疫情病毒检测工作的不断加大和深入，公立医院的方舱PCR 实验室和各级医院检验科实验室的病毒检测工作已经不能满足现状，第三方医学实验室的投入使用大大缓解了日益增长的检测需求。在实际检测工作中发现，第三方医学实验室因受环境、排风系统、生物安全柜的选型、安装调试和人员管理等影响因素，生物安全柜的计量校准数值也存在一定的差异。个别实验室为节约成本，在实验室没有充足的补充风量的情况下，使用普通排风扇和空调代替排风系统，造成生物安全柜无法正常工作，只能开门使用，不符合实验室规范要求，人员、产品和交叉污染符合率明显下降，甚至有些生物安全柜在高负荷工作状态下未能及时更换过滤器，或是高效过滤器的过滤膜出现严重老化，膜上不仅有裂纹甚至有破损，已不符合继续使用要求。

文章以常用济南鑫贝西Ⅱ级生物安全柜BSC-1500 ⅡA2/B2 型为例，对同一厂家的生物安全柜在不同环境条件下，安全柜各个计量参数的符合率也不尽相同，所以实验室必须严格控制环境要求，确保设备的安全使用。数据见表1。

表1 校准结果分布图

5 生物安全柜的校准分析

Ⅱ级生物安全柜是各实验室病毒检测的重要安全保护设备，使用当中不光受外部实验室环境的影响，也因设备本身的结构设计、安装调试、人员操作等因素，依据国家JJF 1815-2020《Ⅱ级生物安全柜校准规范》检测项目的要求，查找存在不符合要求的来源。

5.1 气流流速校准分析

在生物安全柜内，气体流量测量分为两个方面：一是下降气流流速，二是流入气流流速。为了减少病毒样品在核酸测试中互相传染，同时也避免传染性气溶胶泄漏。在例行检测和校准中，如果出现了空气流动速度达不到规范或标准规定的情形，通常是由于风速参数调整不当造成的。不同的产品品牌、型号的生物安全柜有其独特的安装接口方法，在使用之前，需要厂商按照实验室的核酸测试的使用需求调整其参数。某些类型的安全阀可以通过调整通风孔的大小来调整进入的流量，如果挡风区域太大或者太少，都会导致进入的空气速度不够精确，而且由于长时间的使用，滤芯会出现磨损。外排风机功率不足、外排管道安装不当、外排管道漏风、实验室封闭的空间太窄等因素，都会造成气流流速不合格。

5.2 气流模式校准分析

气流模式的检测与校准，包含了下降气流测试、观察窗气流测试、前窗操作口气流测试、滑窗封闭测试。用于生物安全柜工作间空气流通路线的试验。气体流速和气流模式两者是相互密不可分共同存在。气体模式一旦出现问题，引发柜内气流混乱，直接会影响操作口气流屏障的形成，导致交叉污染的上升和不利于感染样品的排放处理。分析导致的原因主要是安全柜的安装调试和机身密闭不严所造成的，在一定程度上取决于安装工程师的水平能力，需仔细检测校准。

5.3 洁净度校准分析

清洁度测试是验证一种有效的过滤粒子的方法。无论在生物安全柜工作区还是从生物安全柜进入外部的空气，都是由高效过滤器进行过滤，对病毒样品培养和外部环境起到保护作用。如果工作区域内有较大颗粒物，如灰尘颗粒、不明细菌介质气溶胶等存在，直接会影响病毒筛查的准确性，这也是生物安全柜的重要技术指标之一。分析产生影响因素是高效过滤器过滤性能不佳或长时间工作未进行及时更换，加之本身实验室环境密闭不严等。

5.4 高效过滤器检漏校准分析

高效滤清器是一种具有扩展/折叠式的一次性干式滤清器。其作用是将进入生物安全柜工作区域中的粉尘等微小颗粒进行过滤，从而保证安全柜内部的清洁程度符合要求，同时也能将容易被传染的病毒气溶胶等有害物质过滤，避免样本的交叉污染和防止增加操作人员的感染率。同时也避免气溶胶粒子排放到环境中去，起到保护环境的作用。导致产生误差来源是未及时更换高效过滤器。

5.5 人员保护校准分析

人员防护、产品及交叉污染防护试验室对人体及病毒样品的防护，采用模拟微生物气溶胶扩散的方法。三种测试项目较为相似，操作较为复杂繁琐。依据JJF 1815-2020《Ⅱ级生物安全柜校准规范》规范要求，主要采取微生物法和碘化钾法测试。分析不符合使用要求的来源在于安全柜放置位置是否合适，如摆放在装有空调出风口下方附近，摆放于实验室回风口附近，更安置于人来人往的通道处等，这些外界环境影响因素都会对柜内气流和人员前窗操作口形成气流保护屏障进行干扰而造成人员保护能力下降。

5.6 照度校准分析

照度检测是指在生物安全箱的台面上，关闭和开启安全柜内的灯光，然后利用照度仪从一边开始，在各个测试位置依次进行本底照度测量。在常规的检测中，发现有不满足技术标准的生物安全柜仍是普遍现象。这体现了用户对自我防护意识的缺失。通常采用更换发光装置，即可满足使用的需要。

6 总结

通过以上生物安全柜使用环境的探讨和各个计量校准项目容易出现问题分析，发现仍有不少用户缺乏对生物安全的直观体验，往往忽视了对计量特性的监控，包括缺少相关的人员操作和病毒检测管理制度，导致疫情中不免报出检验师被病毒感染和检验机构检测不精准的案例，不能全面客观认可病毒检测工作是安全精准的，甚至少数使用者仍在使用未经计量检测部门检测校准的生物安全柜，为筛查研究病毒和人员安全保护埋下重大的安全隐患。为此，各地市场监督管理局的行政部门需加强对生物安全柜的执法管理力度，督促和加大计量检测范围，为杜绝新冠病毒的复燃和使用者的安全提供强有力的计量技术支持和保障。