生物安全柜的性能檢測

馬飛，熊陸平，武文軍，趙鵬

總后勤部衛生部藥品儀器檢驗所 a.衛生裝備技術保障室；b.衛生裝備質量保證室；c. 電子儀器檢測室，北京100071

生物安全柜的性能檢測

馬飛a，熊陸平b，武文軍c，趙鵬c

總后勤部衛生部藥品儀器檢驗所 a.衛生裝備技術保障室；b.衛生裝備質量保證室；c. 電子儀器檢測室，北京100071

本文介紹了生物安全柜的分級，性能檢測依據的標準以及檢測方法。

生物安全柜；性能檢測；生物安全防護

0 前言

生物安全柜是為操作原代培養物、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、實驗室環境以及實驗材料，使其避免暴露于操作過程中可能產生的感染性氣溶膠和濺出物而設計的。生物安全柜在微生物學、生物醫學、基因重組、生物制品等領域得到了廣泛的使用，是實驗室生物安全中一級防護屏障中最基本的安全防護設備。

2002年，衛生部頒布了《WS233-2002微生物和生物醫學實驗室生物安全通用準則》，用于規范各級微生物和生物醫學實驗室的生物安全防護。在2003年，SARS暴發流行和高致病性禽流感發生后，國家加強了對醫院、防疫部門、科研單位和高等院校等單位生物防護的監管。生物安全柜在醫院、科研、生物制品、教學等領域的應用快速增長。2004年，國家發布了《GB19489-2004 實驗室生物安全通用要求》，要求將生物安全柜作為一種對保護實驗室工作人員是必不可少的主要安全設備，在安裝或維修后應按照經確認的方法進行現場檢測，并且須每年進行驗證，同時要求實驗室操作人員具備規范化、標準化使用生物安全柜的能力。

1 生物安全柜的分級

GB19489根據所操作的生物因子的危害程度和采取的防護措施，將生物安全防護水平分為4級，Ⅰ級防護水平最低，Ⅳ級防護水平最高。美國國家健康研究院（NIH）和疾病預防與控制中心（CDC） 將生物安全柜根據結構、排氣方式、氣流速度和類型劃分成Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級3個級別。中國醫藥衛生行業標準《YY0569-2005生物安全柜》也依此分級，見表1。

表1 實驗室生物安全防護水平的分級及應用的生物安全柜

1.1 Ⅰ級生物安全柜

Ⅰ級生物安全柜從前窗開口區向內吸入的負壓氣流用以保護人員的安全，排出氣流經HEPA過濾器過濾排出以保護環境。其特點如下：① 工作空間前開口處有定向的流入的氣流，流速0.7～1.0m/s；② 在負壓狀態下工作；③ 出風經過HEPA過濾器過濾，可向實驗室內排出。

1.2 Ⅱ級生物安全柜

Ⅱ級生物安全柜從前窗開口區向內吸入具有一定速度的氣流，保護操作者；垂直的、無顆粒的層流氣體保護工作區內的樣品不會受到交叉感染；排出氣體經HEPA過濾器過濾以保護環境。Ⅱ級生物安全柜細分為A1、A2、B1、B2型，見表2。其特點如下：① 工作空間前開口處有定向的流入的氣流；② 經HEPA過濾器過濾后，有向下層流氣流；③ 在負壓狀態下工作；④ 出風經過HEPA過濾器過濾排出。

1.3 Ⅲ級生物安全柜

Ⅲ級生物安全柜具有全封閉、不泄露的結構，操作者必須通過手套進行操作。其特點如下：① 無氣流流入口，當去掉單只手套后手套連接口的氣流流速不低于0.7m/s；② 至少在120Pa的負壓下工作；③ 出風需經過雙HEPA過濾器或經過一道HEPA過濾器過濾再經焚燒處理，可向實驗室內排風。

2 依據標準

國際上公認的標準主要有NSF49-2002和EN12469:2000。2002年，NSF49獲得了美國國家標準學會（ANSI）的官方認可，成為美國生物安全柜的統一標準。2000年，歐洲標準化委員會（CEN）頒布了EN12469，EN12469成為歐盟區域內生物安全柜的統一標準。目前，NSF49和EN12469是生物安全柜領域最重要的標準。YY0569以NSF49:2002為基礎，并結合了歐盟標準EN12469:2000的特色。

3 生物安全柜的性能檢測

3.1 柜體防泄漏

柜體防泄漏測試有2種方法，即壓力衰減法和肥皂泡法。壓力衰減法測試：將安全柜的前窗和排風口封閉，柜體內加壓到500Pa，保持30min后，測試柜內氣壓，防泄漏性能良好的安全柜內壓不低于450Pa。肥皂泡法測試：將安全柜的前窗和排風口封閉，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肥皂溶液，同時柜內加壓到500Pa，觀察否有氣泡產生，如果發生大的泄漏，可通過輕微的氣流感覺和聲音發現。

壓力衰減法使用壓力計或壓力傳感器系統測試，可以定量的檢測柜體的密閉性，是測試柜體防泄漏最準確、要求最高的一種測試方法。肥皂泡法測試效果不如壓力衰減法精確可靠。

3.2 高效過濾器完整性

高效過濾器主要起到過濾細菌、氣溶膠和灰塵顆粒的作用，凈化吹入安全柜工作區和排放出的氣體。高效過濾器的完整性是安全柜檢測的最重要的指標。

高效過濾器的檢測需要氣溶膠發生器和光度計2個專用設備。氣溶膠發生器用以產生氣溶膠顆粒，光度計用以測試高效過濾器的過濾效率。

（1）可掃描檢測的過濾器。運行安全柜，去掉過濾器的散流裝置和保護蓋，安放氣溶膠發生器，將氣溶膠（其光散射強度至少應等于10μg/L DOP產生的光散射強度）導入安全柜，產生均勻分布的高效過濾器上游氣流。光度計探頭在過濾器下游距過濾器表面不超過25mm，以小于50mm/s的掃描速率移動，使探頭掃測過濾器的整個下游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其他部件之間的密封處仔細掃測。所有檢測點的漏過率不超過0.01%。

（2）不可掃描檢測的過濾器。對于經管道排氣的安全柜，在下游氣流的管道上鉆一個直徑大約10mm的孔，將帶有硬管光度計探針插入孔中進行檢測。檢測點的漏過率不大于0.005%。

3.3 噪聲

打開安全柜的風機和照明燈，使用聲級計測量安全柜前面中心水平向外300mm、工作臺面上方380mm處噪聲；關閉風機和照明燈，測量相同位置背景噪聲。安全柜的噪聲不超過67dB。

表2 II級生物安全柜的分型及應用

3.4 照度

在安全柜工作臺面上，沿臺面兩內側壁中心連設置照度測量點，測量點之間的距離不超過300mm，與側壁最小距離為150mm；關掉安全柜的燈，使用照度計從一側起依次在測量點測量背景照度，平均背景照度應在（110±50）lx；打開安全柜的燈，啟動風機，依次在測量點測量照度。安全柜平均照度不應小于650lx，每個照度實測值不小于430lx。

3.5 振動

將振動儀的傳感元件固定在工作臺面的幾何中心。測量安全柜正常工作時的總振動振幅。關閉安全柜的風機（室外風機工作），測定背景振動振幅。安全柜在頻率10Hz和10kHz之間的凈振動振幅（總振動振幅減背景振動振幅）不超過5μm。

3.6 人員、產品與交叉污染保護

3.6.1 人員保護

人員保護有2種檢測方法：微生物法和碘化鉀法。微生物法需制備枯草芽孢、桿菌芽孢，測試后要經過細菌培養，操作復雜，用時較長，不便于外出開展檢測。碘化鉀法是定義在EN12469上的，測試方法與微生物法相同，用碘化鉀代替了細菌，可當場驗證安全柜污染控制性能，操作性強，用時較短。

（1）微生物法。將盛有5×108/mL～8×108/mL的芽孢懸浮液的噴霧器放在安全柜內，噴霧器噴嘴的軸線在工作臺面上方360mm處，噴嘴前端位于前窗操作口內100mm處，噴霧方向平行于臺面且正對操作口；噴霧器的圓筒固定在臺面上的中心，一端貼住工作區的后壁，另一端從操作口伸出安全柜至少150mm，圓筒的軸線高于臺面70mm；6個撞擊采樣器呈左右對稱放置在柜前，6個采樣口正對安全柜；1個陽性對照瓊脂培養皿放在圓筒下；2個狹縫采樣器的采樣口平面與臺面平行，采樣口的垂直軸線在安全柜前方150mm處，各距內側壁200mm；啟動噴霧器，運行5min。測試持續30min。在無菌的條件下，用濾膜濾取所有撞擊采樣器的采樣液體，將濾膜置于培養基上；有濾膜的培養基、對照培養皿和狹縫采樣器的培養皿在37.0℃培養。培養到24～28h時檢查計數，如果呈陰性，繼續培養至總培養時間達44～48h時檢查計數。

Ⅱ級生物安全柜用枯草芽孢桿菌芽孢進行實驗，從全部撞擊采樣器收集的芽孢菌菌落數應不超過10CFU/次，狹縫采樣器的培養皿收集的芽孢菌菌落數應不超過5CFU/次，對照皿應陽性（>300CFU）。

（2）碘化鉀法。將氣霧發生器放置在安全柜的工作臺面上，使氣霧發生器圓盤的中心位于儀器模擬臂的中心上，圓盤的邊緣到安全柜平面開口的距離是100mm，圓盤與安全柜開口上邊緣平行。氣霧發生器產生霧狀的KI微小液滴，安全柜外模擬臂上的4個空氣采樣器采集從安全柜內逃逸出的KI微粒。采樣結束后，取出采樣器內的過濾薄膜，將薄膜放到PdCl2溶液中顯色，計數薄膜上灰棕色的小圓點。

Ⅱ級生物安全柜用碘化鉀法測試，保護因子應不小于1×105，即每個薄膜上灰棕色的小圓點數都應<62個。重復試驗5次，每次均應符合要求。

3.6.2 產品保護

在安全柜的工作臺面上排滿敞開的瓊脂培養皿；圓筒固定在臺面上的中心區，一端貼住工作區的后壁，另一端從前窗操作口伸出安全柜至少150mm，圓筒的軸線高于臺面70mm；盛有5×106/mL～8×106/mL的芽孢懸浮液的噴霧器放在柜外，噴霧器噴射軸在安全柜中心并與操作口上沿平齊，噴霧器的噴嘴前端位于操作口外100m，噴霧方向平行于臺面，正對操作口；一個陽性對照瓊脂培養皿放在圓筒下；啟動噴霧器，運行5min。噴霧器關閉5min后蓋上瓊脂培養皿的蓋子；將培養皿在37.0℃培養。培養到24～28h時檢查計數，如果呈陰性，繼續培養至總培養時間達44～48h時檢查計數。

Ⅱ級生物安全柜用枯草芽孢桿菌芽孢進行試驗，菌落數應不超過5CFU/次，對照皿應陽性。3.6.3 交叉污染保護

將盛有5×104/mL～8×104/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，噴霧器噴射軸線在工作臺面上76～30mm處，噴射方向平行于臺面，正對對面的側壁；兩排對照培養皿位于噴嘴下方，距噴霧器所在側壁360mm處放一排培養皿， 距噴霧器所在側壁360mm外放一排培養皿；啟動噴霧器，運行5min。15min后蓋上培養皿，37.0℃培養。將噴霧器放于靠右側內壁中央重復測量。培養基培養到24～28h時檢查計數，如果呈陰性，繼續培養至總培養時間達44～48h時檢查計數。

Ⅱ級生物安全柜用枯草芽孢、桿菌芽孢進行實驗，菌落數應不超過2CFU/次。

3.7 下降氣流流速

Ⅱ級安全柜下降氣流流速應在0.25～0.5m/s。下降氣流流速應在標稱值±0.015m/s。均勻下降氣流的安全柜，各測量點實測值與平均流速相差均應不超過±20%或±0.08m/s。非均勻下降氣流的安全柜各區域實測的下降氣流流速應在其區域下降氣流標稱值±0.015m/s，各測量點實測值與其區域平均流速相差均應不超過±20%或±0.08m/s。

（1）均勻下降氣流的安全柜。在工作區上方高于前窗操作口上沿100mm的水平面上，用風速儀多點測量穿過該平面的下降氣流流速。測量區域邊界與安全柜的內壁及前窗操作口的距離為150mm；測量點最少應有3排，每排最少應有7個測量點，測量點等距分布，形成的正方形柵格不大于150mm×150mm。

（2）非均勻下降氣流的安全柜。在工作區上方高于前窗操作口上沿100mm的水平面上，用風速儀多點（測量點間距不大于100mm）測量穿過該平面各區域的下降氣流流速。

3.8 流入氣流流速

用密封條帶將風量計的風罩密封在安全柜的前窗操作口中心，罩兩邊留的開口區域也要密封；運行安全柜，讀取5次風量計讀數，計算流入氣流的平均流量。流入氣流的平均流量除以前窗操作口面積，得到流入氣流的平均流速。

3.9 氣流模式

（1）下降氣流測試。煙霧沿工作臺面的中心線，在前窗操作口頂端以上100mm的高度從安全柜的一端到另一端，觀察煙霧流動。Ⅱ級安全柜工作區內的氣流應向下，應不產生漩渦和向上氣流且無死點；氣流應不從柜中逸出。

（2）觀察窗氣流測試。煙在觀察屏后25mm，在前窗操作口頂端以上150mm高度從安全柜的一端到另一端，觀察煙霧流動。氣流應不從柜中逸出。

（3）前窗操作口邊緣氣流測試。煙在安全柜外大約38mm處沿著整個前窗操作口的周邊經過，觀察煙霧流動。Ⅰ級和Ⅱ級安全柜前窗操作口整個周邊氣流應向內，無向外逸出的氣流；Ⅱ級安全柜的前窗操作口流入氣流不進入工作區。

（4）滑動窗密閉性測試。煙在滑動窗內從距安全柜側壁和工作區頂部50mm經過，觀察煙霧流動。氣流應不從柜中逸出。

3.10 集液槽泄漏

用至少4L水充滿集液槽，保持1h。1h后應無滲漏。

3.11 穩定性

采用靜力加載測試安全柜結構的穩定性，包括柜體抗翻倒，柜體抗變形，柜體抗向前傾倒和工作臺面抗變形。

3.12 溫升

安全柜照明燈和風機持續運行4h后，測量安全柜前窗操作口面中心外80mm處環境溫度，然后測量安全柜工作區中心處測柜內溫度，工作區中心溫度應不高于柜外環境溫度8℃。

3.13 電機與風機

用風量計測量安全柜在正常運行時風機的總氣流流量，用壓力計測量靜態正壓和負壓；限制安全柜的負壓氣流，使初始負壓讀數增加初始正壓讀數的50%或更大，用風量計測量安全柜的總氣流流量；計算最終的風機風量相對初始風量的變化。

風機的電機應保證當安全柜在正常運行而不調整風機的速度控制，經過濾器的風壓下降50%時，風機的排氣量下降應不超過10%。

3.14 負壓

Ⅲ級安全柜正常運行時工作區應有不低于120Pa的負壓。

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Performance Testing of Biological Safety Cabinets

MA Feia, XIONG Lu-pingb,
WU Wen-junc, ZHAO Pengc
a.Medical Equipment Technology Assurance Department; b.Medical Equipment Quality Assurance Department; c.Electronic Instrument Test Department, Institute for Drug and Instrument Control of Health Department of General Logistics Department,Beijing 100071,China

This paper introduces biological safety cabinets classification, and performance testing and methods based on the standards.

biological safety cabinets; performance; biosafety containment

1674-1633(2011)10-0096-04

2011-04-10

作者郵箱：nmbtmafei@sina.com

R197.39

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.10.035