Ⅱ級生物安全柜在結核病實驗室中的檢測及報告要求

張燦有 夏輝 成君

由于全球化進程的發展，生物威脅有可能在短時間內從一個國家迅速傳播至其他國家，從而引發疾病的大流行、心理創傷，甚至是經濟和社會的崩潰[1]。故生物安全早已成為全球關注的重點問題，任何原因的生物因子泄露都可能成為人類安全和生存所面臨的巨大挑戰。實驗室生物安全是指實驗室的生物條件水平和狀態應不低于容許水平，且必須符合實驗室生物安全責任相關法規和標準的要求，是避免實驗室人員、來訪人員、社區及環境受到不可接受的損害，以及發生實驗室獲得性感染的重要保證[2]，是生物安全需要重點關注的領域。但有研究發現，即便是設施裝備較完善的發達國家實驗室也存在發生實驗室獲得性感染的風險[3]。其安全措施包括安全設備和個體防護裝置、實驗室設計和建設要求、嚴格的管理制度和標準化的操作程序等三級防護屏障，生物安全柜作為一級防護屏障被廣泛使用于各類實驗室，包括結核病相關實驗室。然而，生物安全柜在使用過程中卻經常存在2個主要問題，造成實驗室獲得性感染的潛在風險：一是生物安全柜購買安裝后從未進行整體的維護檢測；二是使用機構的水平參差不齊，不能涵蓋必要的檢測項目和出具規范的檢測報告。故筆者通過大量現場檢測和培訓的實踐經驗，重點介紹Ⅱ級生物安全柜的現場檢測和日常核查的內容與方法，列舉不同水平的檢測報告，為使用機構和人員提供一定參考。

一、生物安全柜類型

生物安全柜是指具備氣流控制及高效空氣過濾裝置的操作柜，可有效降低病原微生物或生物實驗過程中產生的有害氣溶膠對操作者和環境的危害。生物安全柜等級的選擇在綜合實驗對象的種類(是否具有放射性、揮發性)、所操作微生物材料的危險度等級[4-5]和實驗室的生物安全防護水平等級[6]后分為3個等級，即Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ級，其中Ⅱ級又分為A1、A2、B1、B2和C1型，以A2型和B2型最多，各級主要性能對比見表1。其中Ⅰ級，Ⅱ級的A1、A2、B1、B2型和Ⅲ級生物安全柜的原理圖可參見世界衛生組織[6]發布的《實驗室生物安全手冊》(第3版)和美國衛生和公眾服務部等[7]出版的《微生物和生物醫學實驗室生物安全》(第5版)，而Ⅱ級C1型因國內未被應用，也少有介紹，其柜內空氣排入室內、室外的生物原理見圖1[8]所示。

表1 不同類型生物安全柜主要性能對比

左側圖為生物安全柜內空氣經過濾后直接排入室內；右側圖為生物安全柜內空氣經過濾后通過管道排到室外

Ⅱ級生物安全柜在醫療機構和科研環境中使用最為廣泛。結核病作為一種空氣傳播的法定乙類傳染病，其危害程度為第二類[4]。實驗室檢測是診斷結核病和評估治療效果的重要依據，但在涂片鏡檢的痰膜制備、分離培養標本前處理及接種、藥物敏感性試驗菌懸液制備及接種、分子生物學核酸提取等檢測過程中均可能產生大量的氣溶膠，威脅到實驗室工作人員和周圍環境的安全，故要求在Ⅱ級生物安全柜中開展以上檢測。

二、生物安全柜國家標準

我國最早執行住房和城鄉建設部于2005年發布的《 JG 170—2005 生物安全柜》建筑工業行業標準，但已于2017年8月宣布廢止[9]；現行的標準為國家食品藥品監督管理局于2011年12月31日發布、2013年6月1日開始實施的《YY 0569—2011 Ⅱ級生物安全柜》[10]醫藥行業標準。該標準要求實驗室生物安全柜的操作者，應了解生物安全柜的工作原理，掌握日常的運行檢測等知識，降低被感染和污染外界環境的風險。此外，為保證生物安全柜的良好運行，應每6個月或1年進行一次現場檢測，且應對一些重點內容進行日常監測。

三、現場檢測程序和內容

氣流模式、流入氣流流速、下降氣流流速和高效過濾器完整性會影響到實驗室的生物安全，對于避免或降低實驗室獲得性感染的風險起到關鍵作用，也是現場檢測和日常監測需要關注的重點內容。其他如外觀、噪聲、照度、紫外燈等也是影響工作環境或輔助確保生物安全的檢測項目。但生物安全柜內不能使用明火，除了對氣流模式產生影響外，火焰還容易損壞高效過濾器的完整性，降低其使用壽命。

本節以實際工作中應用最為普遍的Ⅱ級生物安全柜進行重點介紹。

(一)氣流模式

1.檢測內容與要求：安全柜工作區內的氣流應向下，無死點，不應產生旋渦和向上氣流或從安全柜逸出；安全柜前窗操作口的整個周邊氣流應向內，無向外逸出的氣流，且流入氣流不應進入工作區。

2.檢測方法：使用發煙管(筆)或其他安全無害的煙霧發生裝置(如煙香)發出煙霧，沿工作臺面的中心線距離前窗操作口頂端上100 mm的高度，從安全柜的一端到另一端檢測下降氣流；在觀察屏后25 mm、前窗操作口頂端上150 mm的高度，從安全柜的一端到另一端檢測觀察窗氣流；在安全柜外大約38 mm處使用煙霧發生裝置或者長條形單層紙巾，沿著整個前窗操作口的周邊繞行，觀察各角落和垂直邊緣有無氣流變化，評價前窗操作口邊緣氣流。

3.異常氣流模式的常見原因及解決辦法：(1)下降氣流出現氣流凝滯或渦旋：是現場檢測最常見的問題，考慮與安全柜內放置了廢棄物袋、離心機等物品使下降氣流受到阻擋或遮擋了后側壁的格柵有關。(2)兩側邊緣氣流外逸或形成渦旋：是前窗操作口主要出現的問題，考慮與生物安全柜的放置位置有關。如靠窗放置，操作時開窗會導致流入氣流受到外界氣流的影響；若靠墻角放置，且安全柜上方氣體外排口至天花板的距離過小，則導致外排氣體沿墻體下降干擾前窗操作口邊緣氣流；或與實驗室室內機械通風口或空調通風口距離過近，且通風口為百葉窗式或條形式，會導致通風氣流干擾流入氣流，調整通風口位置或使用回字形的散流通風口(根據實際情況選擇四向、三向、兩向等類型)即可。

氣流模式的檢測簡便易行，所需時間不長，不需要專業的設備和特別的技術；且氣流模式正常與否直接決定了操作人員面對感染性生物因子、化學物質和放射性物質的風險，故筆者推薦將其作為實驗室人員每天必檢項目，尤其是前窗操作口氣流的檢測。

(二)流入氣流流速

1.檢測內容與要求：使用風量計和風速儀測量排氣口(適用于部分氣體排入室內的A1和A2型安全柜)和前窗操作口的氣流流速來確定流入氣流流速。測量前窗操作口是最常用的方法。Ⅱ級A1型生物安全柜的平均流入氣流流速應不低于0.4 m/s，而A2、B1、B2和C1型應不低于0.5 m/s。

2.檢測方法：將前窗開啟到工作高度，使用風速儀在前窗操作口平面的兩排點測量氣流流速，第一排距前窗操作口上沿下約開啟高度的25%位置，第二排在75%的位置；測量點間隔約100 mm，距離側邊不小于100 mm；測量所有點的風速，并用平均值表示流入氣流流速。

因現場檢測發現很多生物安全柜的流入氣流流速并不達標，但安全柜電子界面上顯示的流速卻是達標的，導致實驗室工作人員誤判，需要根據測量結果校正電子顯示數值。筆者建議配備風速儀(可以是簡易、經濟的風速計)，并將測量作為每日必檢項目，但日常監測不必嚴格測量很多個點，5個點左右即可。

(三)下降氣流流速

1.檢測內容與要求：僅Ⅱ級生物安全柜有下降氣流流速檢測的要求，其平均下降氣流流速應為0.25～0.5 m/s。

2.檢測方法：在生物安全柜內工作區域的上方、高于前窗操作口上沿100 mm、距離安全柜內壁及前窗操作口150 mm的水平面確定等距分布測量點(最少3排，每排最少7個，形成不大于150 mm×150 mm的正方形柵格)，使用風速儀測量并計算所有點檢測值的平均值作為下降氣流流速。

下降氣流流速的測量結果同樣存在與安全柜電子界面上顯示的風速值不一致的情況，需要根據測量結果校正電子顯示數值。

(四)高效過濾器完整性

高效過濾器是保護檢測樣本和外界環境安全的重要元件，可以過濾掉99.97%的粒徑<0.3 μm的顆粒物，其完整性對于各級生物安全柜都是極其重要的。可通過使用顆粒物計數設備或氣溶膠光度計掃描測量高效過濾器上下游的顆粒物數量或者氣溶膠濃度，計算顆粒物過濾率(%)或氣溶膠漏過率(%)來評價過濾器的完整性。

(五)其他檢查項目

1.外觀：要求外觀平整規矩，表面光潔且無明顯劃傷、銹斑、壓痕；說明功能的文字和圖形符號標志應正確、清晰、端正、牢固；焊接處應牢固、表面光滑。

2.噪聲：采用聲級計分別在生物安全柜前面中心水平向外300 mm、生物安全柜外面工作臺面上方380 mm處，測量生物安全柜運行和關閉狀態下的噪聲值，并進行調整。為避免長時間噪聲對實驗室人員聽力的損傷和引起疲勞，應調整噪音值≤67 dB。

3.照度：合適的照度能夠減輕生物安全柜操作人員的疲勞感。首先在工作臺面兩內側壁中心連線設置測量點，要求與側壁距離不低于150 mm、測量點間距離不超過300 mm。再使用照度計測量生物安全柜內在關燈和開燈狀態下的照度值，要求關燈狀態下平均背景照度應在(110±50)lx；開燈狀態下平均照度應不小于650 lx，且每個照度實測值應不小于430 lx。

4.紫外線殺菌燈：紫外線殺菌燈作為常用的殺菌消毒手段，被廣泛應用于各類實驗室中。但由于生物安全柜本身即是一種空氣凈化的設備，且普遍采用表面擦拭消毒，不需要另置設備進行額外的空氣和物表消毒，故國家標準不推薦安裝紫外線殺菌燈。但假如安裝了紫外線殺菌燈，建議使用紫外照度計測量波長為254 nm的紫外線在工作區內表面的輻射強度，測量點的設置同照度測量，測量值應不低于400 mW/m2。

四、檢測報告

(一)檢測報告的要素和要求

檢測報告應根據檢測目的的不同來確定檢測內容，如出廠檢測、安裝檢測和維護檢測等。

1.出廠檢測：內容要求最多，不限于上述的8個項目，還包括材料、結構、柜體防泄漏、振動、集液槽泄露、電氣安全等內容。

2.安裝檢測：要求至少對外觀、報警和聯鎖系統(指對安全柜前窗開啟高度、內部供/排氣風機、外部排氣風機、氣流波動等出現異常時報警)、氣流模式、流入氣流流速、下降氣流流速、高效過濾器完整性等6個項目進行檢測。

3.維護檢測：是生物安全柜使用者接觸最多的，也是檢測最核心的部分。要求對外觀、氣流模式、流入氣流流速、下降氣流流速和高效過濾器完整性等5個項目進行檢測[10]。要求檢測報告應詳細記錄所檢測生物安全柜的特征信息、檢測時的環境條件、所使用計量工具的型號和有效期，詳細記錄檢測方法、技術要求、測量的過程值和結果值，同時基于檢測結果對生物安全柜提出使用、維護或維修建議。

(二)不同水平的維護檢測報告示例

生物安全柜作為實驗室常用的一種工具，指標和要求是通用的，對結核病相關應用無特殊要求。示例報告可以幫助實驗室人員了解和評價報告是否合格，在實際工作中是否維護到位，正在使用的生物安全柜是否真正安全，示例如下。

1.不合格報告(報告1)：該報告簡潔明了，雖然各項檢測結果均為“合格”，但報告并不合格，主要問題如下：一是5個基本檢測項目不全，不能反映被檢測生物安全柜的整體情況；二是檢測使用的計量標準器具沒有注明有效期，即不能證明檢測設備是否有效；三是檢測結果描述過于簡單，沒有記錄測量的過程值和結果值，也沒有標明參考的標準值。

報告1 維護檢測報告單

2.良好報告(報告2)：該報告既符合《YY 0569—2011 Ⅱ級生物安全柜》對于維護檢測的5項基本內容要求，也記錄了檢測的過程值和結果值，基本良好。但缺少對使用計量設備有效期的說明，不能保證測量結果的準確性。

報告2 維護檢測報告單

3.優秀報告：在上述良好報告的基礎上應進一步完善關于計量設備有效期的信息。

總之，生物安全柜在科研實踐和疾病診斷與防控工作中扮演著重要的角色，對其日常的管理和維護是保證其正常有效運行的前提條件，也是保護實驗室檢測人員、周圍環境安全及標本檢測質量的有力保障。管理者和使用者應重視自身對生物安全的責任。

志謝美國疾病預防控制中心Paul A Jensen博士對本文的撰寫進行了熱情的指導與幫助！