生物安全柜氣密性檢測與分析

魏賢莉，胡良勇，肖建勇

生物安全柜氣密性檢測與分析

魏賢莉，胡良勇，肖建勇

目的：提高生物安全柜氣密性的準確度和精度。方法：使用生物安全柜氣密性檢測裝置檢測生物安全柜的氣密性。結果：相比于肥皂泡法，生物安全柜氣密性檢測裝置不僅操作簡便、自動、快速，而且精度高、實時、結果準確，能有效觀察生物安全柜的氣密性變化。結論：生物安全柜氣密性檢測裝置可以有效地保護實驗操作人員，適用于所有等級的生物安全柜氣密性檢測，具有廣闊的應用前景。

生物安全柜；生物安全柜氣密性檢測裝置；肥皂泡法

0 引言

生物安全柜廣泛應用于生物制藥、環(huán)境檢測、醫(yī)療衛(wèi)生、食品衛(wèi)生和疾病預防與控制等領域[1]。2003年至2004年，我國發(fā)生過3起實驗室SARS-CoV感染事故，可見生物安全柜的應用向各級實驗室廣泛擴展[2]。隨后，國家發(fā)布了國務院424號令《病原微生物實驗室過濾條例》和國家標準GB 19489—2004《實驗室-生物安全通用要求》，強調生物安全柜是一種保護生物實驗室工作人員必不可少的重要設備。生物安全柜是一種負壓過濾操作柜，它是利用空氣凈化技術，實現(xiàn)第一道物理隔離的技術產品，是為操作菌毒株、原代培養(yǎng)物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(huán)境以及實驗材料，使其避免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的[3-5]。自第一臺生物安全柜問世以來，它的基本設計已歷經(jīng)了多次改進，在結構和功能上比原來的更優(yōu)越。根據(jù)歐盟標準EN 12469—2000，按對操作者、環(huán)境和受試樣本的保護程度將生物安全柜分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3個等級[6]；美國國家標準NSF/ANSI49—2008又根據(jù)前窗操作口流入氣流風速、排氣方式和循環(huán)方式將Ⅱ級生物安全柜分為Ⅱ-A1、Ⅱ-A2、Ⅱ-B1、Ⅱ-B2 4種類型[7]。

生物安全柜內須始終保持一定的負壓狀態(tài)，以防止在操作區(qū)內實驗過程中產生的氣溶膠逃逸到安全柜外面，從而有效地保護實驗操作人員。因此，柜體防泄漏（也叫氣密性檢測）是一項重要的檢測指標。

1 氣密性檢測的相關研究

根據(jù)檢測原理的不同，氣密性檢測常見的方法有氣泡檢測法、氣壓式泄漏檢測法、流量檢測法、氦質譜泄漏檢測法、鹵素泄漏檢測法、化學示蹤物檢測法和聲波檢測法等[8]。其中，氣泡檢測法、氦質譜泄漏檢測法、鹵素泄漏檢測法和氣壓式泄漏檢測法也被用于生物安全柜柜體的防泄漏檢測。

肥皂泡法屬于氣泡檢測法的一種，是生物安全柜氣體泄漏檢測中比較傳統(tǒng)的一種方法。它是在安全柜外表面各處涂上肥皂液，并將柜內氣壓充到規(guī)定值以觀察氣泡變化，當安全柜存在較大的泄漏時，可以通過氣泡聲音、大小或微弱的氣流變化觀察出泄漏情況。何欣、胡良勇等[9-10]曾用此法檢測過生物安全柜氣密性，能夠發(fā)現(xiàn)比較大的泄漏點及泄漏的大致位置，但無法獲知具體的泄漏量。因此，肥皂泡法適用于定性分析柜體泄漏情況，但是對于泄漏量較小的柜體，則觀察不到起泡現(xiàn)象，其結果受檢測人員的主觀影響較大，測量精度不高。

氣壓式泄漏檢測法是目前應用比較廣泛的氣密性檢測方法。它的原理是直接檢測泄漏所引起的壓力變化，或通過一定時間內被測對象的壓力變化量來實現(xiàn)，可分為直接壓力測量法和差壓測量法[11]。直接壓力測量法是將氣壓傳感器與被測工件直接相連，通過測試被測件內壓力參數(shù)的變化來判斷工件是否泄漏；缺點是沒有參照物，多數(shù)情況下依賴生產過程獲得的經(jīng)驗值，而且檢測結果受溫度影響較大，適用于恒溫條件下的氣壓測量。差壓測量法與直接壓力測量法的不同之處在于差壓測量法引入了一個標準參考工件，用差壓傳感器采集被測件與標準件之間的差值，得出泄漏氣體的量。由于待測密封容器和參考密封容器處于同一環(huán)境下，所以溫度變化和容器變形視為同步，誤差遠遠小于直壓傳感器，差壓測量法檢測結構如圖1所示。

本文介紹一種生物安全柜氣密性檢測裝置對生物安全柜氣密性的自動檢測。

圖1 差壓測量法檢測結構示意圖

2 檢測設備與方法

2.1 氣密性檢測單元機構組成

主機單元的工作過程大致分為自動充氣、自動檢測和數(shù)據(jù)傳輸3個環(huán)節(jié)。系統(tǒng)上電開啟之前，操作人員連接好檢測設備與生物安全柜的氣路并確保其密封性良好。系統(tǒng)上電后初始化后，由繼電器控制電磁閥的觸發(fā)和斷開，由此實現(xiàn)對充氣泵充氣啟停的控制。

圖2為氣密性檢測系統(tǒng)氣路圖，主要分為充氣結構和氣壓控制機構。充氣結構包括充氣泵、充氣管及輔助構件，氣壓控制機構包括電磁閥、繼電器、壓力傳感器及快接插頭等其他機構。圖3為氣密性檢測系統(tǒng)氣路接口示意圖。

圖2 氣密性檢測系統(tǒng)氣路圖

2.2 氣密性檢測單元硬件實現(xiàn)

氣密性檢測硬件包括主控制系統(tǒng)硬件電路、氣壓控制硬件電路、數(shù)據(jù)傳輸與顯示硬件及電源電路。如圖4所示，被測信號傳到微處理器后，根據(jù)不同的要求進行相應的算法處理。在算法處理上建立快速、高精度的數(shù)學模型，把處理的結果通過液晶屏實時顯示。測試完畢，用報警的方式提示實驗人員檢測過程已完成。

圖3 氣密性檢測系統(tǒng)氣路接口圖

圖4 氣壓檢測硬件電路原理框圖

2.3 氣密性檢測單元軟件設計

柜體防泄漏檢測作為生物安全柜參數(shù)檢測系統(tǒng)的主要部分，如何有效地控制并完成各項氣壓值的精確檢測是主機軟件的設計關鍵所在。柜體防泄漏測試流程圖如圖5所示。

圖5 柜體防泄漏測試流程圖

氣壓傳感器實時檢測當前充入生物安全柜內部的氣體情況。當柜內氣壓為500 Pa時，關閉電磁閥和充氣設備。進入壓力監(jiān)測環(huán)節(jié)，系統(tǒng)每隔10 s記錄1個壓力值并持續(xù)監(jiān)測30min。若在此過程中有氣壓值變化范圍超過±50 Pa，則由報警器提示操作人員此柜體氣密性不佳。若測試過程中無報警提示，則將保存在系統(tǒng)的氣壓數(shù)據(jù)通過串口通信的方式傳至PC機軟件，并進行這180個數(shù)據(jù)曲線的自動繪制與測試報表的自動生成。

3 結果與討論

生物安全柜氣密性檢測裝置對某院中心實驗室的Ⅱ級生物安全柜氣密性進行了檢測，結果如圖6所示。

圖6 生物安全柜泄漏檢測曲線

從圖6可以看出，生物安全柜氣密性檢測裝置對生物安全柜泄漏檢測精度非常高。當柜內氣壓為500 Pa時，每隔10 s記錄1個壓力值并持續(xù)監(jiān)測30min，在此過程中并沒有發(fā)現(xiàn)氣壓值變化范圍超過±50 Pa，說明此臺生物安全柜氣密性能良好。如果氣壓值變化范圍超過±50 Pa，通過記錄的壓力值大小也能發(fā)現(xiàn)泄漏量較小的生物安全柜，報警器會提示操作人員此柜體氣密性不佳。另一方面，還可以看出生物安全柜氣密性檢測裝置的自動化程度高，它能將檢測的氣壓數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機軟件，能自動繪制180個數(shù)據(jù)曲線，自動生成報表，這樣既方便觀察結果，又能很好地分析數(shù)據(jù)，能直接地判斷生物安全柜的氣密性性能水平。由于Ⅲ級生物安全柜柜體完全氣密，100%全排放式，工作人員通過連接在柜體的手套進行操作，所以無法進行氣密性的檢測，但生物安全柜氣密性檢測裝置自動化程度高，適用于所有等級的生物安全柜氣密性檢測，很好地解決了這個難題。

4 結語

柜體防泄漏檢測作為生物安全柜參數(shù)檢測系統(tǒng)的主要部分，如何有效地控制并完成各項氣壓值的精確檢測是非常重要的。生物安全柜氣密性檢測裝置除了具有可讀性、易維護、可移植性的特點之外，還具有以下特點：

（1）穩(wěn)定性?？諝庾鳛橐环N流動介質，其運動存在很多不確定性，在向生物安全柜柜體內充入大氣時，若控制不當，則易使壓力傳感器讀數(shù)跳動較大。在檢測過程中，要求軟件能夠很好地控制充氣過程，使氣壓波動較小。

（2）實時性。考慮到氣壓值和流速值需要實時顯示在液晶屏上，因此要求系統(tǒng)及時更新液晶屏當前顯示的數(shù)據(jù)，并及時給出處理結果。

生物安全柜內精確的防泄漏檢測保證了柜體始終保持在一定的負壓狀態(tài)，防止在操作區(qū)內實驗過程中產生的氣溶膠逃逸到安全柜外面，能有效地達到防止微生物污染的物理指標，從而保證防止微生物污染的生化指標，保護實驗室工作人員的生物安全。可以預見，隨著生物安全意識的不斷提高，生物安全柜氣密性檢測裝置將具有廣闊的產業(yè)化前景。

[1] 李勁松.生物安全柜應用指南——原理、使用和驗證[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005：3-10.

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[4] 許鐘麟，王清勤.生物安全實驗室與生物安全柜[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004：2-5.

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[7] NSF/ANSI 49—2008 Biosafety cabinetry：designed，construcyion，performance，and filed certification[S].

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[9] 何欣，唐敏然，胡良勇.生物安全柜性能檢測的依據(jù)及關鍵技術[J].中國測試，2009，35（5）：91-94.

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（收稿：2014-03-30 修回：2014-05-20）

Testing and analysis of air tightness in biological safety cabinet

WEIXian-li1,HU Liang-yong1,XIAO Jian-yong2
(1.Guangzhou Institute of Measurementand Test Technology,Guangzhou 510030,China; 2.Guangzhou University of Chinese Medicine,Guangzhou 510006,China)

Objective To improve the accuracy and precision of the air tightness of the biological safety cabinet.Methods Somemeasuring instrumentwas used to test the air tightness of the biological safety cabinet.Results Compared with soap bubble method,the measuring instrument behaved better in operation,automation,speed,precision,timeliness and accuracy,and the changes of the air tightness of the biological safety cabinet could be observed effectively.Conclusion The measuring instrument can protect the experimental personnel,and can be applied to all grades of biological safety cabinets.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（8）：93-95]

biological safety cabinet;air tightnessmeasuring instrument of biological safety cabinet;soap bubblemethod

R318；G482

A

1003-8868（2014）08-0093-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.08.093

國家自然科學基金面上項目（81274145）；廣東省自然科學基金（S2012040007005）；國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局質檢公益性行業(yè)科研專項項目（201110045）；教育部高等學校博士學科點專項科研基金（2012442512 0012）

魏賢莉（1983—），女，工程師，主要從事醫(yī)療器械計量器具的檢定、校準和研究工作。

510030廣州，廣州計量檢測技術研究院（魏賢莉，胡良勇）；510006廣州，廣州中醫(yī)藥大學（肖建勇）

肖建勇，E-mail：jianyongxiao@163.com