生物安全柜性能測評方法的研究

胡良勇，魏賢莉

廣州市計量檢測技術研究院，廣東廣州 510030

生物安全柜性能測評方法的研究

胡良勇，魏賢莉

廣州市計量檢測技術研究院，廣東廣州 510030

生物安全柜廣泛應用于醫療衛生、生物制藥等行業。為了防止其產生的感染性氣溶膠或有毒有害物質的外泄，保護操作者本人、實驗材料以及環境的安全，避免發生任何的生物危險。我們采用科學的實驗方法和先進的技術手段來檢測和評價生物安全柜的各項技術指標，從而保證了生物安全柜使用的安全可靠。

生物安全柜；生物危險；性能測評

0 前言

生物安全柜（Biological safety cabinets，BSCs）是一種負壓過濾排風柜,防止操作者和環境暴露于實驗過程中產生的生物氣溶膠；是利用空氣凈化和通風技術，實現第一道物理隔離屏障，為操作原代培養物、菌毒株以及診斷性標本等具有感染性的實驗材料時，用來保護操作者本人、實驗室環境以及實驗材料，使其避免暴露于上述操作過程中可能產生的感染性氣溶膠和濺出物而設計；是在現代生物技術的研究、開發和應用中對可能產生的生物學危險所采取的有效預防和控制措施。目的是保護生產或實驗對象，保護生態環境和人體健康。

在實驗操作過程中，實驗室工作人員由于肉眼無法看到直徑小于5μm 的氣溶膠以及直徑為5～100μm 的微小液滴，通常意識不到有這樣大小的顆粒在生成，就可能吸入，或交叉污染工作臺面的其他材料以及造成對環境的污染。有時，人們往往會注重對操作者本人和實驗材料的保護而忽視對環境的保護，不關注高效過濾的完整性和消毒的有效性，僅通過建筑物的排風系統將生物安全柜的排除風排到建筑物外面或排到實驗室中，然后再通過實驗室排風系統排到建筑物外面，這樣對環境造成的污染是不可忽視的。

此外，由于生物安全柜的種類繁多，質量參差不齊，甚至某些生物安全柜存在質量缺陷，如：缺乏高效過濾的完整性、柜體的密封性以及負壓系統等質量問題，都會造成感染性氣溶膠或有毒有害物質的外泄，因此生物安全柜的質量問題會帶來很多生物性危害。

1 國內外測評方法現狀

目前國外一些發達國家和地區在本世紀初已注重生物安全柜的各項性能，制訂測評準則和確定測評方法。如:歐盟2000年頒布的“Biotechnology—performance criteria for microbiological safety cabinets”(BS EN12469：2000)的方法和準則；美國國家標準學會（American National Standard Institute, ANSI）官方認可的美國NSF49生物安全柜標準。我國缺少國家測量和評價相關的方法和準則，僅有醫藥行業標準（YY0569-2005）和建設工業行業標準（JG170-2005）。上述兩個行業標準僅控制和監管生物安全柜的生產領域，而在使用領域一直沒有一個好的測量方法和評價的標準，這給對生物安全柜的質量控制和監督管理帶來諸多不便。

目前生物安全柜在醫療衛生、生物制藥、環境監測等行業的各級實驗室大量使用。為了保護操作者人身安全，環境的安全和實驗材料的安全，避免發生生物危險，必須用技術手段來評價和規范生物安全柜的各項技術指標。

因此，我們在參考和借鑒美國、歐盟及國內醫藥行業、建設工業行業等相關標準的基礎上探索了對在用生物安全柜性能測評方法。通過對主要的性能指標要求的規范，可保證生物安全柜安全可靠，讓實驗室工作人員能夠放心地使用生物安全柜。

2 測評方法

2.1 柜體防泄漏性能的測試

對生物安全柜柜體防泄露要求是對生物安全柜的基本要求。采用壓力衰減法進行測試，即將安全柜的前窗和排風口封閉，柜體內加壓到500Pa，保持30min后，在安全柜工作區域內連接壓力計或壓力傳感器系統以顯示內壓。要求柜內的氣壓不低于450Pa。壓力衰減測試法對生物安全柜柜體防泄漏性能是可靠的檢測方法，對它的氣道密閉性和柜體整體設計要求都較高。

如果采用壓力衰減法測試柜內的氣壓低于450Pa時，則要采用另一種肥皂泡測試法。即在生物安全柜加壓的情況下，沿安全柜壓力通風系統的所有焊縫、套接處和封口處的外表面噴或涂刷檢漏肥皂溶液，同時觀察是否有氣泡產生，如果發生大的泄漏，可通過輕微的氣流感覺和聲音發現。

通過這兩種測試方法可以非常精確地測試柜體的氣密性，保證了污染氣體和微粒無外泄的可能。

檢測實踐表明，生物安全柜在使用了一段時間之后，密封性變差是一個普遍現象。因此對密封性達不到要求的生物安全柜要進行及時修理或降級使用。

2.2 高效過濾器完整性的測試

生物安全柜高效過濾的完整性是生物安全柜的主要性能，它由高效空氣過濾器（HEPA）構成。高效空氣過濾器安裝在生物安全柜里的是由堅硬外殼支撐的一次性的、具有延伸/皺褶介質的過濾膜組成的。它主要目的是過濾流入安全柜工作區的空氣里的灰塵等微粒，確保安全柜里的空氣達到一定的潔凈度和將試驗時樣品產生的氣溶膠等危險粒子過濾掉，保護樣品并避免樣品間的交叉污染，以及防止試驗操作過程中產生的生物危險粒子直接排放到環境中去。

檢測時，在含有氣溶膠的上游氣流進行取樣，證實該濃度的氣溶膠的光散射強度至少應等于由10μg/L DOP的光散射強度；如果是線性刻度的光度計（0～100分度），將讀數調整為100；如果是對數刻度的光度計，將上游氣流濃度的讀數調整在一個分度對應濃度的1×104以上。

將氣溶膠光度計探針放在被測試面上距測試面不超過25mm，以小于50mm/s的掃描速率移動，使探針掃測過HEPA過濾器的整個下游氣流一側和每個組合過濾片的邊緣，掃測路線應略微重疊。圍繞整個過濾器外圍、沿組合過濾片和框架的連接處以及圍繞過濾器和設備之間的密封處仔細檢視。結果應使高效過濾器的過濾效率不低于99.99%。對于可進行掃描檢測的過濾器在任何點的漏過率不應超過0.02%，不能進行掃描檢測的過濾器在檢測點的漏過率不應超過0.01%。

只有滿足這些要求的生物安全柜，才能保證過濾器對流入流出安全柜的空氣里的灰塵和試驗時產生的氣溶膠等微粒安全有效的過濾率，進而實現安全柜的安全作用。

由于高效過濾器是消耗性材料，在檢測過程中若不滿足要求時，允許使用單位更換高效過濾器，更換后再進行檢測。

2.3 對人員、產品和交叉污染的保護測試

生物安全柜對人員、實驗材料、以及交叉污染的保護是它的主要目的。

啟動生物安全柜至少正常運行30min才能開始測試，并連續運行至所有測試完成。2.3.1 人員保護測試

人員保護測試采用微生物法或碘化鉀法。

微生物法是比較經典的方法，又稱微生物挑戰測試，是用盛有濃度為 5×108～8×108個/mL 芽孢懸浮液的噴霧器在柜內進行噴霧，再用撞擊采樣器進行取樣并置于合適的培養基上培養。當培養到24～28h時檢查菌落數，如果呈陰性，繼續培養44～48h再檢查菌落數。

碘化鉀測量方法(KI-Discus測試法)是一種物理測試方法，可以準確、快速地實現檢測。它通過測量開放工作臺碘化鉀粒子數的傳遞指數與安全柜內部碘化鉀粒子數的傳遞指數的比值（稱為：保護因子Apf），用來衡量危害性氣溶膠從安全柜逸出量，是無量綱的量，計算公式如下：

式中：

M—氣溶膠發生器分散的碘化鉀溶液的體積，以毫升（mL）表示；

3.1×107—由液滴尺寸、采樣流量和渦流盤轉速導出的一個常數；

V—采樣流量，以升每分（L/min）表示；

n—過濾膜上的斑點數；

我們在實際檢測中使用的條件是：M=20mL，V=100L/min，此時（1）變成：

在實際檢測工作中只要數過濾膜上斑點數，就非常簡單地得出保護因子Apf值。如果過濾膜上沒有斑點，則意味著保護系數高于該值，可記為Apf>6.2×106。

方便快捷的碘化鉀測試法可以在1min內完成檢測結果，遠遠低于微生物法的48h以上的培養所需要的時間，它測得的前操作口的保護因子小于1×105，我們認為存在生物危險。

2.3.2 產品保護測試

在安全柜的工作臺面上，以交叉三等分線的方式放5個敞開的瓊脂培養皿；將盛有濃度為5×106個/mL～8×106個/mL孢子懸浮液的噴霧器放在安全柜外，噴霧器噴射軸在安全柜中心并與前窗操作口上沿平齊，噴霧器的噴嘴前端位于前窗操作口外100mm，噴霧方向平行于工作臺面，正對前窗操作口，一個陽性對照瓊脂培養皿放在圓筒下，并位于前窗進氣格柵上方或下方10mm，使其對進氣氣流的干擾最小， 啟動噴霧器，運行5min后關閉。噴霧關閉5min后蓋上瓊脂培養皿的蓋子；將培養皿在37.0℃培養;養24～48h檢查菌落數。如果呈陰性，繼續培養至總培養時間達44～48h檢查菌落數。

2.3.3 交叉污染保護的測試

將盛有濃度為5×104～8×104個/mL的芽孢懸浮液的噴霧器置于安全柜內，緊靠左側內壁的中心，啟動噴霧器，5min后關閉噴霧器。

按工作臺面三等分的方式，分排列8個敞開的瓊脂培養皿，15min后蓋上培養皿，并進行培養。當培養到24～28h檢查菌落數。如果呈陰性，繼續培養至總培養時間達44～48h再檢查菌落數。

將噴霧器放于靠右側內壁中央執行上述步驟。

2.4 氣流測試

2. 4.1 下降氣流流速的測試

生物安全柜工作區垂直下降氣流的流速以及流速的均勻性和穩定性是至關最要的。它對安全柜試驗樣品保護和交叉感染防護性能產生重要的影響，如果氣流流速太小將導致試驗樣品失去保護。

按在工作區上方高于前窗操作口上沿100mm的水平面上確定測量點位置，且等距分布，形成的正方形柵格不大于150 mm×150mm，測試點最少應有3排，每排最少應有7個測量點； 測試區域邊界與安全柜的內壁及前窗操作口的距離應不大于150mm；用夾具將風速計探針準確定位在各測量點進行測量。將所有測試點的測量值用規范的方法計算出下降氣流的流速平均值以及流速的均勻性和穩定性。

2. 4.2 流入氣流流速流向的測試

生物安全柜工作窗口的氣流流向和氣流速度，是安全柜最重要的性能指標。它的流向和流速直接關系到對實驗人員的保護。如果它的流速和流向失準將會對試驗操作人員生命安全構成威脅。

用密封條帶將風速計的捕獲罩密封在生物安全柜的前窗操作口中心；運行安全柜，讀取風速計至少10次，得到相應的氣體速度測量值；計算出風速的平均值。

對于帶有手套的生物安全柜，用熱式風速儀在手套連接口中心測量氣流流速，至少測量1min。在其他手套連接口進行同樣測量。

氣流流向測量可在生物安全柜的外離開口處約100mm的整個截面上發可視性煙霧，觀察煙霧的流向。

2.5 其他測試

除上述主要參數外，生物安全柜工作區域的潔凈度、溫升、噪聲、照度、振動幅度以及柜體內外的壓差等參數也關系著其質量，也必須進行測試。

2.5.1 潔凈度的測試

生物安全柜的潔凈度用粒子計數器的采樣數來表征。被測生物安全柜置于正常工作條件下運行30min；測量邊界距離內表面或前窗100mm范圍內；粒子計數器的采樣口置于工作臺面向上200mm高度位置。讀取粒子計數器的采集數。

2.5.2 壓差的測試

生物安全柜的壓差用微壓差計直接測量。被測生物安全柜置于正常工作條件下，用微壓差計測出柜內外壓差。

2.5.3 溫升測試

被測生物安全柜置于正常工作條件下連續運行4h。將一個干球溫度計置于被測生物安全柜前窗開口面中心向外80mm處測量環境溫度，另一個干球溫度計置于被測生物安全柜工作臺面的幾何中心向上300mm處測量操作區溫度。當溫度計上的數值達到穩態后，兩個溫度計的差值即為生物安全柜的溫升。

2.5.4 噪聲測試

對試驗環境停止送風。聲級計設置為“A”計權模式。在被測生物安全柜前壁面中心水平向外300mm，工作臺面上方380mm處測量噪聲。此時聲級計的測量結果即為該生物安全柜的噪聲。

2.5.5 照度測試

生物安全柜的光照度用照度計直接測量。在工作臺面上，沿工作臺面內側壁中心連線設置照度測量點，測量點之間的距離不超過300mm，與側壁最小距離為150mm；被測生物安全柜置于正常工作條件下，重復各測量點測量。被測生物安全柜照度為各測量點照度的算術平均值，即為該生物安全柜的光照度。

2.5.6 振動幅度測試

生物安全柜的振動幅度用振動儀直接測量。被測生物安全柜置于正常工作條件下，將振動儀的振動傳感器牢固地固定在工作臺面的中心，測量生物安全柜工作時的振幅。振動儀的最大值數為工作臺面的振動幅值。

3 結束語

安全可靠的生物安全柜是目前保護生物安全最有效方法之一，由于它應用廣泛，其質量安全性和可靠性已引起政府和社會各界的關注和重視，我院經常收到用戶對生物安全柜質量檢測的請求。因此生物安全柜性能測評方法的探討和研究將對生物安全及社會公共安全將起到非常重要的作用，并由此產生重大的社會效益。

本方法快速、準確、簡單、易于操作，使對生物安全柜的逐臺檢測成為可能。利用上述測評方法，我院對廣州地區部分在用的生物安全柜性能進行測量和評價，對不能滿足要求的生物安全柜進行了修理或降級使用，同時對凈化工作臺的測評也參照本方法的相關方法進行，已經產生了良好的社會效益。

[1] U.S.Department of Health and Human Services,Center for Disease Control and Prevention, National Institutes of Health. Biosafety in Microbiological and Biomedical Laboratories[M].4th ed. Washington: US Government Printing Office,1999.

[2] World Health Organization.Laboratory Biosafety Manual[M]. 2nd ed.Geneva:WHO,2003.

[3] 朱守一.生物安全與防治污染[M].北京:化學工業出版社, 1999.

[4] BS EN 12469:2000.Biotechnology-Performance Criteria for Microbiological Safety Cabinets[S].

[5] 許鐘麟.空氣潔凈技術原理[M].北京:科學出版社,2003.

[6] GB 19489—2004,實驗室生物安全通用要求[S].

[7] YY0569-2005,生物安全柜[S].

[8] 胡良勇.生物安全柜的性能和質量控制[J].醫學保健器具, 2008(8):18-20.

[9] 胡良勇.生物安全柜質量管理的現狀分析及對策[J].中國醫學裝備,2009(2):32-34.

[10] 何欣.生物安全柜性能檢測的依據及關鍵技術[J].中國測試,2009(5):91-94.

Research of Testing Method of Biological Safety Cabinets

HU Liang-yong ,WEI Xian-li
Guangzhou Institute of Measuring and Testing Technology, Guangzhou Guangdong 510030, China

Q81

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.06.011

1674-1633(2010)06-0034-03

2009-11-11

國家質量檢驗檢疫總局科技計劃項目(2008QK285)；廣東省質量技術監督局地方標準制定計劃項目(〔2008〕)。

作者郵箱：huliangyong2008@126.com

Abstract:Biological safety cabinets are widely used in the fields of medical, health, etc. In order to prevent the leakage of infective aerosol, or toxic and harmful substances, protect the safety of the operator, experimental material and environment, and avoid any biohazard, we employed scientific experimental methods and advanced technical means to detect and evaluate the technical data of biological safety cabinet, which ensured the safety and reliability of the biological safety cabinet.

Key words:biological safety cabinet;biohazard;performance evaluation