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(wèi)生部藥品儀器檢驗所 a.衛(wèi)生裝備技術(shù)保障室；b.衛(wèi)生裝備質(zhì)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(wèi)生部藥品儀器檢驗所 a.衛(wèi)生裝備技術(shù)保障室；b.衛(wèi)生裝備質(zhì)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(jù)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(yǎng)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(huán)境以及實驗材料，使其避免暴露于操作過程中可能產(chǎn)生的感染性氣溶膠和濺出物而設(shè)計的。生物安全柜在微生物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、基因重組、生物制品等領(lǐng)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(shè)備。

2002年，衛(wèi)生部頒布了《WS233-2002微生物和生物醫(yī)學(xué)實驗室生物安全通用準則》，用于規(guī)范各級微生物和生物醫(yī)學(xué)實驗室的生物安全防護。在2003年，SARS暴發(fā)流行和高致病性禽流感發(fā)生后，國家加強了對醫(yī)院、防疫部門、科研單位和高等院校等單位生物防護的監(jiān)管。生物安全柜在醫(yī)院、科研、生物制品、教學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用快速增長。2004年，國家發(fā)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(shè)備，在安裝或維修后應(yīng)按照經(jīng)確認的方法進行現(xiàn)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(guī)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(jù)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(yù)防與控制中心（CDC） 將生物安全柜根據(jù)結(jié)構(gòu)、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(yī)藥衛(wèi)生行業(yè)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(yīng)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(qū)向內(nèi)吸入的負壓氣流用以保護人員的安全，排出氣流經(jīng)HEPA過濾器過濾排出以保護環(huán)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(tài)下工作；③ 出風(fēng)經(jīng)過HEPA過濾器過濾，可向?qū)嶒炇覂?nèi)排出。

1.2 Ⅱ級生物安全柜

Ⅱ級生物安全柜從前窗開口區(qū)向內(nèi)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(qū)內(nèi)的樣品不會受到交叉感染；排出氣體經(jīng)HEPA過濾器過濾以保護環(huán)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(jīng)HEPA過濾器過濾后，有向下層流氣流；③ 在負壓狀態(tài)下工作；④ 出風(fēng)經(jīng)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(jié)構(gòu)，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(dāng)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(fēng)需經(jīng)過雙HEPA過濾器或經(jīng)過一道HEPA過濾器過濾再經(jīng)焚燒處理，可向?qū)嶒炇覂?nèi)排風(fēng)。

2 依據(jù)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(xué)會（ANSI）的官方認可，成為美國生物安全柜的統(tǒng)一標準。2000年，歐洲標準化委員會（CEN）頒布了EN12469，EN12469成為歐盟區(qū)域內(nèi)生物安全柜的統(tǒng)一標準。目前，NSF49和EN12469是生物安全柜領(lǐng)域最重要的標準。YY0569以NSF49:2002為基礎(chǔ)，并結(jié)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(fēng)口封閉，柜體內(nèi)加壓到500Pa，保持30min后，測試柜內(nèi)氣壓，防泄漏性能良好的安全柜內(nèi)壓不低于450Pa。肥皂泡法測試：將安全柜的前窗和排風(fēng)口封閉，沿安全柜壓力通風(fēng)系統(tǒng)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(nèi)加壓到500Pa，觀察否有氣泡產(chǎn)生，如果發(fā)生大的泄漏，可通過輕微的氣流感覺和聲音發(fā)現(xiàn)。

壓力衰減法使用壓力計或壓力傳感器系統(tǒng)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(qū)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(fā)生器和光度計2個專用設(shè)備。氣溶膠發(fā)生器用以產(chǎn)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(fā)生器，將氣溶膠（其光散射強度至少應(yīng)等于10μg/L DOP產(chǎn)生的光散射強度）導(dǎo)入安全柜，產(chǎn)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(cè)和每個組合過濾片的邊緣，掃測路線應(yīng)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(jīng)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(fēng)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(guān)閉風(fēng)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(yīng)用

3.4 照度

在安全柜工作臺面上，沿臺面兩內(nèi)側(cè)壁中心連設(shè)置照度測量點，測量點之間的距離不超過300mm，與側(cè)壁最小距離為150mm；關(guān)掉安全柜的燈，使用照度計從一側(cè)起依次在測量點測量背景照度，平均背景照度應(yīng)在（110±50）lx；打開安全柜的燈，啟動風(fēng)機，依次在測量點測量照度。安全柜平均照度不應(yīng)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(guān)閉安全柜的風(fēng)機（室外風(fēng)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(chǎn)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(jīng)過細菌培養(yǎng)，操作復(fù)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(dāng)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(nèi)，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(nèi)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(qū)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(yǎng)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(nèi)側(cè)壁200mm；啟動噴霧器，運行5min。測試持續(xù)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(yǎng)基上；有濾膜的培養(yǎng)基、對照培養(yǎng)皿和狹縫采樣器的培養(yǎng)皿在37.0℃培養(yǎng)。培養(yǎng)到24～28h時檢查計數(shù)，如果呈陰性，繼續(xù)培養(yǎng)至總培養(yǎng)時間達44～48h時檢查計數(shù)。

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(shù)應(yīng)不超過10CFU/次，狹縫采樣器的培養(yǎng)皿收集的芽孢菌菌落數(shù)應(yīng)不超過5CFU/次，對照皿應(yīng)陽性（>300CFU）。

（2）碘化鉀法。將氣霧發(fā)生器放置在安全柜的工作臺面上，使氣霧發(fā)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(fā)生器產(chǎn)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(nèi)逃逸出的KI微粒。采樣結(jié)束后，取出采樣器內(nèi)的過濾薄膜，將薄膜放到PdCl2溶液中顯色，計數(shù)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(yīng)不小于1×105，即每個薄膜上灰棕色的小圓點數(shù)都應(yīng)<62個。重復(fù)試驗5次，每次均應(yīng)符合要求。

3.6.2 產(chǎn)品保護

在安全柜的工作臺面上排滿敞開的瓊脂培養(yǎng)皿；圓筒固定在臺面上的中心區(qū)，一端貼住工作區(qū)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(yǎng)皿放在圓筒下；啟動噴霧器，運行5min。噴霧器關(guān)閉5min后蓋上瓊脂培養(yǎng)皿的蓋子；將培養(yǎng)皿在37.0℃培養(yǎng)。培養(yǎng)到24～28h時檢查計數(shù)，如果呈陰性，繼續(xù)培養(yǎng)至總培養(yǎng)時間達44～48h時檢查計數(shù)。

Ⅱ級生物安全柜用枯草芽孢桿菌芽孢進行試驗，菌落數(shù)應(yīng)不超過5CFU/次，對照皿應(yīng)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(nèi)，緊靠左側(cè)內(nèi)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(cè)壁；兩排對照培養(yǎng)皿位于噴嘴下方，距噴霧器所在側(cè)壁360mm處放一排培養(yǎng)皿， 距噴霧器所在側(cè)壁360mm外放一排培養(yǎng)皿；啟動噴霧器，運行5min。15min后蓋上培養(yǎng)皿，37.0℃培養(yǎng)。將噴霧器放于靠右側(cè)內(nèi)壁中央重復(fù)測量。培養(yǎng)基培養(yǎng)到24～28h時檢查計數(shù)，如果呈陰性，繼續(xù)培養(yǎng)至總培養(yǎng)時間達44～48h時檢查計數(shù)。

Ⅱ級生物安全柜用枯草芽孢、桿菌芽孢進行實驗，菌落數(shù)應(yīng)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(yīng)在0.25～0.5m/s。下降氣流流速應(yīng)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(yīng)不超過±20%或±0.08m/s。非均勻下降氣流的安全柜各區(qū)域?qū)崪y的下降氣流流速應(yīng)在其區(qū)域下降氣流標稱值±0.015m/s，各測量點實測值與其區(qū)域平均流速相差均應(yīng)不超過±20%或±0.08m/s。

（1）均勻下降氣流的安全柜。在工作區(qū)上方高于前窗操作口上沿100mm的水平面上，用風(fēng)速儀多點測量穿過該平面的下降氣流流速。測量區(qū)域邊界與安全柜的內(nèi)壁及前窗操作口的距離為150mm；測量點最少應(yīng)有3排，每排最少應(yīng)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(qū)上方高于前窗操作口上沿100mm的水平面上，用風(fēng)速儀多點（測量點間距不大于100mm）測量穿過該平面各區(qū)域的下降氣流流速。

3.8 流入氣流流速

用密封條帶將風(fēng)量計的風(fēng)罩密封在安全柜的前窗操作口中心，罩兩邊留的開口區(qū)域也要密封；運行安全柜，讀取5次風(fēng)量計讀數(shù)，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(qū)內(nèi)的氣流應(yīng)向下，應(yīng)不產(chǎn)生漩渦和向上氣流且無死點；氣流應(yīng)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(yīng)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(jīng)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(yīng)向內(nèi)，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(qū)。

（4）滑動窗密閉性測試。煙在滑動窗內(nèi)從距安全柜側(cè)壁和工作區(qū)頂部50mm經(jīng)過，觀察煙霧流動。氣流應(yīng)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(yīng)無滲漏。

3.11 穩(wěn)定性

采用靜力加載測試安全柜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)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(fēng)機持續(xù)運行4h后，測量安全柜前窗操作口面中心外80mm處環(huán)境溫度，然后測量安全柜工作區(qū)中心處測柜內(nèi)溫度，工作區(qū)中心溫度應(yīng)不高于柜外環(huán)境溫度8℃。

3.13 電機與風(fēng)機

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

風(fēng)機的電機應(yīng)保證當(dāng)安全柜在正常運行而不調(diào)整風(fēng)機的速度控制，經(jīng)過濾器的風(fēng)壓下降50%時，風(fēng)機的排氣量下降應(yīng)不超過10%。

3.14 負壓

Ⅲ級安全柜正常運行時工作區(qū)應(yīng)有不低于120Pa的負壓。

[1] 成都中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院.WS233-2002微生物和生物醫(yī)學(xué)實驗室生物安全通用準則[S].北京:中國標準出版社,2002.

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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