醫院臨床用生物安全柜的選擇和使用

周維華

上海瑞仰凈化裝備有限公司，上海210001

醫院臨床用生物安全柜的選擇和使用

周維華

上海瑞仰凈化裝備有限公司，上海210001

生物安全柜的作用是有效降低實驗室獲得感染的機會，減少人與樣品或樣品之間交叉污染的機會，用于保護操作人員，保護實驗室周圍環境，保護操作樣品的生物安全。本文旨在通過生物安全柜的隔離屏障原理和設計思想的闡述，引導使用人員正確合理選用生物安全柜。

生物安全柜；生物安全；隔離屏障；選擇和使用

生物安全柜是生物實驗室為防止原代培養物、菌毒株等具有感染性實驗材料的氣溶膠和濺出物對操作者、暴露的實驗室環境的隔離屏障設備。用于醫院對診斷性標本操作時，防止病原性氣溶膠擴散，以防止人員危害、環境危害；用于醫院配置中心對毒性藥物的配制時，是為防止操作中的毒性揮發性物質、放射性核素對人員和環境的危害，保護醫護人員的安全。

生物安全柜以應對生物危害不同等級分為三級。目前，生物實驗室以及醫院臨床醫學檢驗和研究領域應用最廣的是Ⅱ級生物安全柜，本文將從生物安全柜的隔離屏障原理和設計思想的闡述，引導使用者正確合理選用生物安全柜。

1 生物安全柜的特殊防護設計

1.1 生物安全柜的級別類型和適用范圍

生物安全柜分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，共三個等級，其中：Ⅱ級生物安全柜又細分為A1、A2、B1、B2，四個類型。A1、A2、B1分別為循環氣流結構，B2為氣流100%直接排放結構。實驗領域對于A1類生物安全柜應用極少，其流入氣流流速相對較低，對人員防護需要的隔離能力也較低，不能滿足生物危害的高風險場合應用。通常A1類生物安全柜僅用于醫學教學或對已知低風險病原體的操作。B1類生物安全柜的排風氣流流量是系統總風量的70%，尚有30%循環氣流，這樣的特性決定了它仍然不能用于化學毒性場合。所以常用的是Ⅱ級生物安全柜中的A2、B2類生物安全柜。

生物安全柜應用氣流圍場、空氣負壓、物理過濾、風險預警及聯鎖控制等綜合隔離技術，實現生物危害防護，實現保護人員或保護人員、保護實驗對象、保護環境的目的。下面分別介紹三級安全柜的適用范圍：

(1) Ⅰ級生物安全柜。Ⅰ級生物安全柜從前部操作口流入空氣，經排風口高效空氣過濾器濾除病原體顆粒后排出空氣。它依賴吸入空氣實現生物隔離。應用目的是保護人員免遭病原體感染。

注：Ⅰ級生物安全柜不對樣本保護。

適用范圍：僅適用于對第1、2、3類病原體的操作時的人員保護場合。

(2) Ⅱ級生物安全柜。Ⅱ級生物安全柜是微生物學領域應用最廣的一種，它與Ⅰ級生物安全柜相同的是從前部操作口流入空氣，以防止氣溶膠外逸。但是，在操作區內部則通過高效空氣過濾器提供垂直下降流動的潔凈空氣（通常稱垂直層流）。經排風口高效空氣過濾器濾除病原體顆粒后排出空氣。

適用范圍：適用于對第1、2、3類病原體操作的人員、實驗樣本、實驗室環境或大氣環境作保護的場合。

(3) Ⅲ級生物安全柜。Ⅲ級生物安全柜適用于病原病毒、病原細菌、病原寄生蟲及重組遺傳基因等實驗領域具有最高危險度的操作。操作人員通過完全密閉的工作艙與手套連接的操作區進行感染動物解剖、組織材料處理、病原體培養、顯微觀察和離心操作。由于Ⅲ級生物安全柜的柜體具有較高的耐負壓結構強度，又采用不銹鋼作為柜體，當前部透視窗采用含鉛玻璃且外排氣流的過濾采用化學過濾器（必要時，再加焚燒處理）時，Ⅲ級生物安全柜是放射性或毒性藥物配置的理想設備，可滿足醫務人員免遭X射線或毒性揮發性氣體的危害。

注：不銹鋼對X射線的衰減作用明顯強于其它材料。在考慮耐X射線當量時，應對材料厚度和成分作出設計。

Ⅲ級生物安全柜的高效空氣過濾器應采用國標C級過濾器（ULPA），比普通高效空氣過濾器（HEPA）的過濾效率高。當排風過濾僅以空氣過濾為手段時，采用兩級ULPA過濾器串聯技術。

適用范圍：適用于對第1、2、3、4類病原體操作時的人員、實驗樣本、實驗室環境或大氣環境都作保護的場合。1.2 生物安全柜的特殊設計

生物安全柜通過物理技術實現生物危害隔離。它應用氣密性結構設計及負壓過濾通風技術，達到防止病原氣溶膠擴散的目的。為保證生物安全柜的使用安全和可靠，必需考慮各種生物泄露的可能，充分分析存在的風險，盡可能采取設計手段，獲取生物安全柜固有的特性，保障醫護人員和實驗室人員免除生物危害。

(1) 柜體密封性。生物安全柜的密封性是產品主要的安全性能。也就是說柜內的氣體不能有泄露，要在產品使用的壽命期內都實現這個技術要求，僅依賴密封材料是不夠的，目前國內大多生物安全柜使用密封膠，產品出廠也許可以達到標準的技術要求，但是隨產品的使用，密封膠的老化等問題使密封性能得不到保證。生物安全柜是運行于負壓狀態下的，正壓泄露不會被暴露，但在風機故障條件下，這樣的危害可能是災難性的，生物安全柜的制造商應該解決這潛在的危害。

目前最可靠的方法是用不銹鋼材料制作柜體，工藝上應采取氬弧焊連續焊接，并應用焊接檢測技術。多管齊下，才能保證安全柜使用全壽命周期內的可靠密封。

(2) 更精細的過濾技術。生物安全柜過濾技術雖然規定過濾效率≥99.99%@0.3μm。然而，已知部分病原病毒顆粒僅幾十nm，如：小顆粒SARS病毒僅40nm。考慮懸浮顆粒的直徑可小于0.1μm，小顆粒病原微生物寄生于小顆粒塵埃，仍存在穿透概率。這種概率存在于排風口時，危害是不可低估的。

要達到更高的過濾效率，必需采用更精細的過濾器，盡管高精細的過濾器價格昂貴，但與生物安全的要求而言是必要的。目前ULPA feilter相對0.12μm顆粒的過濾效率≥99.9995%。應用ULPA feilter過濾器，是保障生物安全柜排放的需要。

(3) 過濾完整性。氣的凈化依賴于過濾器，而過濾器與柜體的連接要求密封，尤其是在經過運輸后，即便在出廠時采用“PAO”法對高效空氣過濾器作掃描檢漏，符合透過率的要求。然而，過濾器與柜體的吻合縫隙以及柜體結構材料沙眼都足以導致病原氣溶膠泄漏。據國際統計，運輸后生物安全柜掃描檢漏合格率僅30%。而目前大部分臨床或實驗室未按YY0569的規定進行安裝檢驗，存在使用風險。

(4) 優化的氣流匹配設計。生物安全柜既要求其密封性能，也需要在操作口開啟時保障柜內的氣體不外泄，即通常所說的“前窗保護因子”。因此在操作口作為內外屏蔽作用的流入氣流流速與垂直下降氣流需要適度匹配，不能認為只要滿足YY0569規定的氣流流速就可以完全滿足使用要求，Ⅱ級生物安全柜的“前窗保護因子”應綜合考慮柜體結構、回風負壓和氣流流體力學等多方設計因素。否則，不能保證生物安全柜穩定可靠地使用。

(5) 抑制交叉感染的氣流組織結構設計。生物安全柜的使用中，依靠垂直下降氣流保護柜內試驗品不受污染。氣流結構設計也應考慮操作人員手臂運動的綜合影響。設計中需要運用流體動力學（CFD）的原理，研究操作區氣流組織結構對交叉感染的影響度。并通過大量實驗數據統計，驗證設計措施有效。

(6) 定向氣流。定向氣流是一個俗稱，術語為“層流”，即單向的氣流。經高效空氣過濾器過濾的操作區垂直下降層流，用以保護實驗樣本免遭內部交叉感染。因為，操作區回風口分布及回風負壓使垂直氣流未到達操作臺面已經分流，如前后、左右，由氣流漸變線圍成非期望的三角形區域。三角形區域內覆蓋的工作臺面氣流流速明顯降低。在人員手臂伸入情況下，受下降氣流撞擊，手臂下部會形成氣流漩渦，且漩渦直徑大于手臂直徑并形成連續狀態。這就是交叉感染的成因。

在交叉污染靜態試驗條件下，由于三角形區域氣流降低，側壁細菌噴射口射出的細菌輕而易舉地到達遠距離培養皿，這種現象用向量函數可解析（垂直下降流速、細菌噴口流速、沉降菌著落地與噴口距離位置關系）。這是靜態試驗條件下交叉污染的成因。

回風負壓口分布的設計是極其重要的。在滿足垂直下降氣流不發生側彎的前提下，手臂下方的氣流漩渦沒有生成于操作臺面的條件，也就有效抑制了交叉污染的發生。

(7) 氣流活塞效應結構優勢。目前，市場產品款式不外乎前部直立式和斜面兩款。斜面設計相對人機工程學原理是有益的，可提高人員作業舒適度。但從生物防護目的出發，斜面結構對保護樣本卻有不足之處。

前部直立式生物安全柜的送風過濾器有效面積比較接近操作區橫截面積。從理論而言，生物安全柜的送風過濾器面積與操作區橫截面積的比值等于1，以使垂直下降氣流完全覆蓋操作區橫截面，氣流類似活塞沿整個內壁板推進，由于不留結構死角且整個操作臺面被送風氣流覆蓋，氣溶膠沒有上揚、殘留的機率。

而斜面設計的缺點正相反，送風過濾器的寬度比操作臺面窄，隨設計斜率升高而過濾器寬度尺寸降低，于是在前部格柵處氣流降低，甚至出現前部的局部區域無下降氣流。氣流擴散能夠彌補這一不足，但最大氣流擴散角小于10°。斜面設計不利樣本保護應當引起足夠重視。

(8) 微機控制的氣流恒設計。長期運行下，高效空氣過濾器表面吸附顆粒不斷堆積，阻抗隨之升高。過濾器阻抗升高演變過程中風機靜壓跟隨升高，但氣流輸出流量卻逐步降低。這種變化使生物安全柜對人員、樣本的保護能力下降，甚至導致直接的危害。為此，對風機性能規定最低性能要求顯得尤為重要。

某些生物安全柜運用微機原理，分別對生物安全柜的垂直下降氣流送風風機和排風風機伺服設計，它能在氣流下降狀態下自動補償系統流量，且動態范圍大，在過濾器壽命周期內始終保持垂直下降和排風的設計流速（流量）。以達到壽命周期氣流穩定目的。

某些生物安全柜排風風機由主機直接供電，并具有彼此間控制信號的交換，它無需獨立供電。排、送風機間互鎖控制，當排風風機故障或流量波動大于20%時，聯鎖關閉送風風機，以迫使系統不應有正壓導致病原體外逸。

(9) 不銹鋼大容量集液槽。大量的案例證實，集液槽不應有污染物清除或清洗的結構障礙。由于結構障礙存在，相當多在用生物安全柜不能獲得有效清洗，實驗試劑殘留物長年淤積導致結構涂層起翹、脫落，金屬板材受到嚴重腐蝕。試劑殘留物持久存在的危害是微生物繁敷導致樣本污染。

不銹鋼大容量且無結構障礙的集液槽有效解除了實驗人員的清潔困惑。

2 生物安全柜的使用與維護

不正確的使用和維護往往不能達到保障生物危害防護，保護實驗對象、保護環境的目的，所以在使用和維護方面需要注意以下幾個方面：

2.1 生物安全柜使用原則

2.1.1 操作人員防護要求。必須穿個人防護服，戴手套，最好帶口罩和帽子，根據需要帶防護眼罩或者面罩。

2.1.2 生物安全柜放置位置。5個遠離點（氣流）：即，門、風扇、空調、開著的窗戶、人員活動頻繁的區域。

2.1.3 柜內物品擺放原則。按照從潔凈區到污染區的方向擺放；物品盡可能放于臺面后部；廢棄物袋、盛放廢棄吸管的盤子及吸濾瓶等放在柜內某一側；前部流入氣流格柵不能被紙、儀器設備或者其它物品阻擋。

2.1.4 對紫外燈的3點要求。及時清潔，除去可能影響殺菌效果的灰塵和污垢。每次認證要檢查紫外線強度，以確保有適當的光發射量。室內有人時一定關閉紫外燈，以保護眼睛和皮膚，避免因不慎暴露而造成傷害。

2.1.5 避免使用明火。明火可造成操作區氣流紊亂并損壞HEPA過濾器；處理揮發性物品和易燃物品時易造成危險。

2.1.6 工作前的準備。UV照射30min后關閉。開日光燈和風機，用消毒劑對內表面進行擦拭。實驗用物品集中用消毒劑擦拭后放在臺面相應位置上，切記勿阻擋風口。等待5min，凈化工作區的空氣污染物。

2.1.7 工作時操作規范。雙臂緩慢進入前部開口，等待大約1min，以使安全柜調整完畢后才可對物品進行處理。所有操作應在離前窗10cm以外的工作區進行。廢棄物應丟棄在生物安全柜內的處理容器中。

2.1.8 溢出處理。 按GB19489—2007《實驗室生物安全通用要求》中生物安全柜內溢出時的處理方法執行。

2.1.9 工作結束后的要求。安全柜至少繼續運行3min完成凈化。柜內物品移出前使用有效的消毒劑擦拭，并對內壁和臺面進行擦拭。等待5min后，關閉前窗，關燈，關風機，UV照射30min。

2.2 生物安全柜的維護

2.2.1 保持表面清潔和無污染狀態。用70%酒精或合適的消毒劑擦拭內壁和臺面。用漂白劑等腐蝕性消毒劑后，需用無菌水再次進行擦拭，以除去殘余消毒劑。定期清潔臺面下部區域。用玻璃清潔器對前窗玻璃和紫外燈清潔。

2.2.2 污染清除。甲醛、過氧化氫熏蒸等應由專業人員操作。以下情況需要熏蒸：① 檢查和維修之前；② 更換HEPA濾器前；③ 移動安全柜之前；④ 安全柜被嚴重地污染；⑤ 變換使用目的；⑥ 長時間未用；⑦ 其它目的需要熏蒸時。

甲醛熏蒸按YY0569《生物安全柜》附錄的相關規定執行。

3 生物安全柜安裝和維護檢驗

生物安全柜安裝完成后必須經檢驗合格后使用，檢驗項目至少包括：高效空氣過濾器完整性、下降氣流平均流速及各測量點偏差、流入氣流平均流速、氣流模式，對于B2類生物安全柜建議增加系統總靜壓測試。

醫院臨床應用中B2類生物安全柜流入氣流平均流速低于安全防護性能下限要求的案例被大量暴露，安全風險極大，可導致人員被病原微生物感染危害發生。安裝檢驗可暴露系統的不足。導致這種潛在危害的主要原因是風機性能不滿足系統的匹配。

維護檢驗應當引起足夠重視，檢驗項目至少同安裝檢驗。建議增加生物挑戰性試驗3檢測項目，如：人員保護、產品保護、交叉污染保護。B2類生物安全柜的維護檢驗增加總靜壓測試也是需要的，便于及時消除上述危害風險。

4 結束語

生物安全柜是生物實驗室的一級隔離屏障，也是醫院臨床生物污染防護的重要設備，正確選擇應用類別及規范使用生物安全柜是醫院感染風險控制的重要環節，應列入風險管理計劃。Ⅱ級B2類生物安全柜的排風風機與主機間不適當匹配是當前的薄弱環節，具有誘發生物污染的潛在危害，應引起社會各界、醫院管理尤其是政府衛生部門的關注和重視。

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Selection and Use of Clinical Biological Safety Cabinet

ZHOU Wei-hua
Shanghai Reya Purgative Equipment Co.,Ltd.,Shanghai 210001,China

TH771+.1

C

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.11.003

1674-1633(2010)11-0007-03

2010-08-25

本文作者：周維華，空氣潔凈處理專家，醫療器械行業標準YY0569-2005《生物安全柜》的主要起草人之一，高級工程師。

作者郵箱：ruiyang_2006@126.com

Abstract:The function of biological safety cabinet is reducing the chance of laboratory acquired infection and cross contamination, protecting operation staff and laboratory ambience. This paper expounds on the principle and design consideration about the isolation barrier of biological safety cabinet, thus to give correct guidance to operation staff as to reasonable selection of biological safety cabinet.

Key words:biological safety cabinet; biological safety; isolation barrier; selection and use