第九章生物安全柜

第九章生物安全柜

内容提要 第一节生物安全柜的工作原理和分类一、生物安全柜的基本工作原理二、生物安全柜的分类第二节生物安全柜的结构与功能第三节生物安全柜的实际应用

临床实验室由于要接收各类患者的标本，是一个具有一定危险性的工作场所。保护其工作人员的安全和健康，防止生物危害性的污染已经成为迫切需要解决的问题临床实验室由于要接收各类患者的标本，是一个具有一定危险性的工作场所。保护其工作人员的安全和健康，防止生物危害性的污染已经成为迫切需要解决的问题 2003年5月9日美国疾病控制中心发布了最新的实验室生物安全级别标准，即生物安全三级(Biosafety Level Three，BSL-3)标准生物安全柜是生物安全一级屏障的主要防护设施，是防止实验室获得性感染的主要设备前言

一、生物安全柜的基本工作原理 生物安全柜（biosafety cabinet；biological safety cabinet）是防止操作处理过程中某些含有危险性或未知性生物微粒发生气溶胶散逸的箱形空气净化负压安全装置气溶胶（aerosol）是指悬浮于气体介质中、粒径一般为0.001μm～100μm的固态、液态微粒所形成的胶溶态分散体系第一节生物安全柜的工作原理和分类

生物安全柜的工作原理主要是将柜内空气向外抽吸，使柜内保持负压状态，通过垂直气流来保护工作人员；外界空气经高效空气过滤器（high-efficiency particulate air filter, HEPA filter）过滤后进入安全柜内，以避免处理样品被污染；柜内的空气也需经过HEPA过滤器过滤后再排放到大气中，以保护环境。一、生物安全柜的基本工作原理

图9-1 生物安全柜的工作原理――气流示意图 一、生物安全柜的基本工作原理

生物安全柜领域执行的最重要的标准是欧洲标准EN12469和美国国家卫生基金会的第49号标准（NSF49）生物安全柜领域执行的最重要的标准是欧洲标准EN12469和美国国家卫生基金会的第49号标准（NSF49） NSF49在上世纪70年代就已经出现，被公认为目前生物安全柜领域最完善的标准。2002年，NSF49正式获得了美国国家标准学会（ANSI）的认可，成为美国生物安全柜的统一标准欧洲标准化委员会（CEN）于2000年5月颁布了生物安全柜欧洲标准EN12469:2000，成为欧盟区域内生物安全柜的统一标准这两个标准对生物安全柜的分类、性能和检测均有明确规定二、生物安全柜的分类

根据防护程度的不同，通常将生物安全柜分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，可适用于不同生物安全等级的媒质的操作根据防护程度的不同，通常将生物安全柜分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，可适用于不同生物安全等级的媒质的操作按照美国1992年版NSF49标准生物安全等级1级（P1）的媒质是指普通无害细菌、病毒等微生物生物安全等级2级（P2）的媒质是指一般性可致病细菌、病毒等微生物生物安全等级3级（P3）的媒质是指烈性/致命细菌、病毒等微生物，但感染后可治愈生物安全等级4级（P4）的媒质是指烈性/致命细菌、病毒等微生物，感染后不可治愈二、生物安全柜的分类

Ⅰ级生物安全柜是指用于保护操作人员与环境安全、而不保护样品安全的通风安全柜Ⅰ级生物安全柜是指用于保护操作人员与环境安全、而不保护样品安全的通风安全柜适用于对处理样品安全性无要求且生物危险度等级为1、2、3的媒质的操作二、生物安全柜的分类 -- Ⅰ级生物安全柜

二、生物安全柜的分类 -- Ⅰ级生物安全柜 无手套型有手套型图9-2 Ⅰ级生物安全柜结构示意图

因不考虑处理样品是否会被进入柜内的空气污染，故对进入柜内的空气洁净度要求不高因不考虑处理样品是否会被进入柜内的空气污染，故对进入柜内的空气洁净度要求不高空气的流动为单向、非循环式，空气流经HEPA过滤器后进入柜内，通过工作台面后又被过滤、经排气口排出为保护操作人员安全，其向内的非循环吸入气流必须远离操作者，故要求在使用前方有操作窗口、无手套的Ⅰ级生物安全柜时，避免人员在安全柜前快速走动或操作人员完成操作后将手臂快速从柜内抽出为保护环境，安全柜中的气体在外排到大气以前必须先经过HEPA过滤器过滤二、生物安全柜的分类 -- Ⅰ级生物安全柜

Ⅱ级生物安全柜是指用于保护操作人员、处理样品安全与环境安全的通风安全柜Ⅱ级生物安全柜是指用于保护操作人员、处理样品安全与环境安全的通风安全柜通常适用于生物危险度等级为1、2、3的媒质的操作。当有毒化学物质或放射性核物质被用于微生物研究或制药的添加物时，应使用专为此目的设计制造的II级生物安全柜二、生物安全柜的分类 -- Ⅱ级生物安全柜

Ⅱ级生物安全柜为临床生物防护中应用最普遍的一类生物安全柜Ⅱ级生物安全柜为临床生物防护中应用最普遍的一类生物安全柜临床中处理高浓度或大容量感染性材料时，以Ⅱ级生物安全柜应用最多二、生物安全柜的分类 -- Ⅱ级生物安全柜图9-3 Ⅱ级生物安全柜

Ⅱ级生物安全柜至少需装置一个HEPA空气过滤器对外排气体进行净化，工作空间为经HEPA过滤器净化的无涡流的单向流垂直空气Ⅱ级生物安全柜至少需装置一个HEPA空气过滤器对外排气体进行净化，工作空间为经HEPA过滤器净化的无涡流的单向流垂直空气工作时正面玻璃推拉窗打开一半，上部为观察窗，下部为操作窗口由于外排风机将安全柜内空气不断地向外抽吸，使柜内保持负压状态，故操作窗口处虽然处于开放状态，外部空气只可能经操作窗口被吸入，而柜内的空气不可能由操作窗口逸出，避免了气溶胶污染，保护了操作人员的安全二、生物安全柜的分类 -- Ⅱ级生物安全柜

操作窗口内侧垂直气流和外部吸入气流交汇点的平衡是生物安全柜的一个设计关键。若外部吸入气流过强，此未经过滤的空气有可能越过前方的回风隔栅而污染操作平台；若垂直气流过强，则有可能使柜内含有微生物的空气逸出操作窗口内侧垂直气流和外部吸入气流交汇点的平衡是生物安全柜的一个设计关键。若外部吸入气流过强，此未经过滤的空气有可能越过前方的回风隔栅而污染操作平台；若垂直气流过强，则有可能使柜内含有微生物的空气逸出 Ⅱ级生物安全柜分为A1 、A2（原B3）、B1、B2四个类型二、生物安全柜的分类 -- Ⅱ级生物安全柜

A1型生物安全柜 二、生物安全柜的分类 -- Ⅱ级生物安全柜图9-4 Ⅱ级A1型生物安全柜结构示意图

A1型生物安全柜 维持穿过工作台开口面的最小平均吸入口风速（计算或测量值）为0.38m/s(75ft/min) 由静压箱送出的，经HEPA过滤器过滤的垂直气流是垂直气流和吸入气流混合后的一部分（即柜内70%气体通过HEPA过滤器再循环至工作区，30%的气体通过排气口HEPA过滤器过滤排除）允许经排出口HEPA过滤器过滤后的气流返回实验室允许有正压的污染风道和静压箱二、生物安全柜的分类 -- Ⅱ级生物安全柜

A2型生物安全柜 二、生物安全柜的分类 -- Ⅱ级生物安全柜图9-7 Ⅱ级A2型生物安全柜结构示意图

A2型生物安全柜 维持穿过工作台开口面的最小平均吸入口风速（计算或测量值）为0.5m/s（100ft/min）经HEPA过滤器过滤后的垂直气流是由静压箱排出的垂直气流和吸入气流混合后的一部分（即柜内30%气体通过排气口HEPA过滤器排除，70%的气体通过供气口HEPA过滤器再循环至工作区）必须经HEPA过滤器过滤后，所有废气才能排到室外，但废气不可再进入安全柜循环或返回实验室所有被生物污染的风道和静压箱应保持负压或者被负压的风道和静压箱包围二、生物安全柜的分类 -- Ⅱ级生物安全柜

B1型生物安全柜 二、生物安全柜的分类 -- Ⅱ级生物安全柜当使用微量挥发性有毒化学物质和痕量放射性核素用于微生物学研究时，可采用B1型生物安全柜，但是对这些化学物质和放射性核素的处理应在安全柜的直接排风区内进行图9-5 Ⅱ级B1型生物安全柜结构示意图

B1型生物安全柜 维持穿过工作台开口面的最小平均吸入口风速（计算或测量值）为0.5m/s（100ft/min）经HEPA过滤器过滤后的垂直气流中的绝大部分是由未污染的循环吸入气流组成（即柜内70%气体通过排气口HEPA过滤器排除，30%的气体通过供气口HEPA过滤器再循环至工作区）经HEPA过滤器过滤后的大部分污染的垂直气流，通过专用风道过滤后排入大气所有被生物污染的风道和静压箱应保持负压，或被负压的风道和静压箱包围二、生物安全柜的分类 -- Ⅱ级生物安全柜

B2型生物安全柜（也称为“全排”型） 二、生物安全柜的分类 -- Ⅱ级生物安全柜适用于处理感染性样品、使用挥发性有毒化学物质和以放射性核素作为微生物学研究的工作场合图9-6 Ⅱ级B2型生物安全柜结构示意图

B2型生物安全柜 维持穿过工作台开口面的最小平均吸入口风速（计算或测量值）为0.5m/s（100ft/min）经HEPA过滤器过滤后的垂直气流是由实验室或室外空气送入的（即：安全柜中排出的气体不进入垂直气流的循环过程）所有的吸入气流和垂直气流经HEPA过滤器过滤后排入大气，不再进入安全柜循环或返回实验室所有污染的风道和静压箱应保持负压，或是被直接排风的风道和静压箱包围二、生物安全柜的分类 -- Ⅱ级生物安全柜

Ⅲ级生物安全柜是完全密闭、不漏气结构的通风安全柜Ⅲ级生物安全柜是完全密闭、不漏气结构的通风安全柜工作空间内为经HEPA过滤器净化的无涡流的单向流空气安全柜正面上部为观察窗，下部为手套箱式操作口。在安全柜内的操作是通过与安全柜相连接的橡皮手套进行的二、生物安全柜的分类 -- Ⅲ级生物安全柜

安全柜应维持至少120Pa的负压，方可确保人体与柜内物品完全隔绝安全柜应维持至少120Pa的负压，方可确保人体与柜内物品完全隔绝进入气流经数个HEPA过滤器过滤后送入安全柜，排出气流应经双层HEPA过滤器过滤或通过HEPA过滤器过滤和焚烧来处理 Ⅲ级生物安全柜适用于生物危险度等级为1、2、3和4的媒质的操作二、生物安全柜的分类 -- Ⅲ级生物安全柜

生物安全柜一般均由箱体和支架两部分组成 箱体内部含有风机、门电机、进风预过滤罩、净化空气过滤器、外排空气预过滤器、照明源和紫外光源等设备第二节生物安全柜的结构与功能

正面示意图侧面示意图 第二节生物安全柜的结构与功能图9-8 生物安全柜基本结构示意图

1.空气过滤系统 是保证设备性能的最主要的系统由进风口预过滤罩、进气风机、风道、排风预过滤器、净化空气过滤器、外排空气预过滤器组成主要功能是保证洁净空气不断地进入工作室，使工作室内的垂直气流保持一定的流速（一般≥0.3m/s），保证工作室内的洁净度达到100级。同时使外排的气体也被净化，防止环境污染第二节生物安全柜的结构与功能

HEPA过滤器 是生物安全柜的主要生物防护结构采用特殊防火材料制成框架，框架内被波纹状的铝片分隔成栅状，里面填充乳化玻璃纤维亚微粒过滤效率可达99.99%～100%，对直径为23nm～25nm的病毒颗粒也可完全拦截为延长HEPA过滤器的使用寿命，通常在HEPA过滤器前安装预过滤罩和预过滤器，使空气经预过滤净化后再进入HEPA过滤器中第二节生物安全柜的结构与功能

2. 外排风箱系统 主要由外排风箱壳体、风机和排风管道组成外排风机提供排气的动力，将工作室内因操作所致的不洁净气体抽出，并由外排过滤器净化，起保护所操作的样品或标本的目的由于工作室内为负压，使玻璃门处向内的补给空气平均风速达到一定程度（一般≥0.5m/s），防止安全柜内空气外溢，起到保护操作者的目的第二节生物安全柜的结构与功能

3. 前玻璃门驱动系统 由门电机、前玻璃门、牵引机构、传动轴和限位开关等组成 4. 紫外光源位于前玻璃门内侧，固定在工作室的顶端，装有紫外灯管，用于消毒第二节生物安全柜的结构与功能

5. 照明光源 位于前面板内侧，保证工作室内有一定的亮度 6. 控制面板有电源开关，紫外灯、照明灯开关，风机开关，控制前玻璃门上下移动的开关，及有关功能设定和系统状态显示的液晶显示屏等第二节生物安全柜的结构与功能

第三节生物安全柜的应用 生物安全实验室选用生物安全柜的原则

一、仪器的安装 生物安全柜在搬运过程中，严禁将其横倒放置和拆卸，宜在搬入安装现场后拆开包装生物安全柜应安装于排风口附近，不应安装在气流激烈变化和人员走动多的地方，不应安装在门口。生物安全柜应处于空气气流方向的下游第三节生物安全柜的应用

一、仪器的安装 生物安全柜的背面、侧面离墙的距离宜保持不小于150㎜～300㎜的检修距离，顶部也应留有不小于300㎜的空间排风系统应能保证生物安全柜内相对于其所在房间为负压，且安装时需注意必须方便排风HEPA过滤器的更换如果安全柜内需要其他气体，应同时安装气体管道第三节生物安全柜的应用

二、生物安全柜内实验操作注意事项 1.平行摆放柜内物品为避免物品之间的交叉污染，在柜内摆放物品时，应尽量呈一字横向摆开；同时应注意正前方和背部的回风隔栅上均不能摆放物品，以免堵塞回风隔栅、影响正常风路 2.操作宜缓慢在安全柜内进行操作时，手臂应缓慢移动，避免影响正常的气流。操作完毕后，应将手臂从柜内缓慢抽出，避免将柜内污染空气带出第三节生物安全柜的应用

3. 柜内移动物品时应尽量避免交叉污染 需按照低污染物品向高污染物品移动的原则，避免高污染物品在移动过程中对柜内产生大面积的污染 4. 避免震动避免将离心机、振荡器等仪器安装在柜内，以免仪器震动使积留在滤膜上的颗粒物质抖落，导致柜内洁净度降低；散热片排风口气流可能影响柜内的正常气流方向，若破坏了操作窗口内侧垂直气流和外部吸入气流交汇点的平衡，会引起对操作者的污染 5. 柜内尽量不要使用明火因明火使用过程中产生的细小颗粒杂质会被带入滤膜，这些高温杂质会损伤滤膜。若必需使用明火时，应使用低火苗的本生灯第三节生物安全柜的应用

三、维护与保养 每次实验结束后应对工作室进行清洗和消毒预过滤器一旦受损，应及时更换 HEPA过滤器有一定的使用寿命，随着使用期的延长，细菌和尘埃积聚在过滤器上，会导致HEPA过滤器压力损失的增大。HEPA过滤器的使用寿命到期后，应立即更换。由于过滤器可能带有污染物，操作时应注意安全防护，最好请专业人员来更换第三节生物安全柜的应用

有下列情况之一时，应对生物安全柜进行现场检测有下列情况之一时，应对生物安全柜进行现场检测生物安全实验室竣工后，投入使用前，生物安全柜已安装完毕生物安全柜被移动位置对生物安全柜进行检修生物安全柜更换HEPA过滤器后生物安全柜一年一度的常规检测第三节生物安全柜的应用

检测项目及要求 垂直气流平均风速检测检测方法：在HEPA过滤器以下0.15m处的截面上，采用风速仪均匀布点测量截面风速。测点间距不大于0.15m，每列至少测量3点，每行至少测量5点。评价标准：平均风速不低于0.25m/s，与生产厂家给定值之差不大于±0.025m/s，且单点风速与平均风速之差不大于±20% 第三节生物安全柜的应用

工作窗口的气流流向检测 检测方法：可采用发烟法或丝线法在工作窗口断面检测，检测位置包括工作窗口的四周边缘和中间区域评价标准：工作窗口断面所有位置的气流均向内工作窗口的气流流速检测检测方法：采用风速计测量工作窗口断面风速。测点间距不大于0.10m，每列至少测量2点，每行至少测量5点评价标准：其断面上的风速值均不低于产品标准要求第三节生物安全柜的应用

工作区洁净度检测 采用尘埃粒子计数器在工作区检测。粒子计数器的采样口置于工作台面向上20cm高度位置，其测量点服从行、列均为20 cm的网格分布。每列至少测量三点，每行至少测量5点评价标准：尘埃粒子数不得高于产品标准要求噪声检测生物安全柜前面板水平中心向外300㎜，且高于工作台面380㎜处用声级计测量噪声。评价标准：噪声不得高于产品标准要求第三节生物安全柜的应用

光照度检测 沿工作台面长度方向中心线每隔30cm设置一个测量点。与边墙距离＜15 cm时，不再设置。评价标准：平均照度不低于产品标准要求在有条件时宜进行箱体的漏泄检测可把生物安全柜密封并加压到500Pa的压力下用皂泡检漏第三节生物安全柜的应用

生物安全柜是防止操作处理过程中某些含有危险性或未知性生物微粒发生气溶胶散逸的箱形空气净化负压安全装置生物安全柜是防止操作处理过程中某些含有危险性或未知性生物微粒发生气溶胶散逸的箱形空气净化负压安全装置其工作原理是将柜内空气向外抽吸，使柜内保持负压状态，通过垂直气流来保护工作人员；外界空气经HEPA过滤器过滤后进入安全柜内，以避免处理样品被污染；柜内的空气也需经过过滤器过滤后再排放到大气中，以保护环境本章小结

目前世界上生物安全柜领域最重要的标准是欧洲EN12469标准和美国NSF49标准。根据防护程度的不同，通常将生物安全柜分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级目前世界上生物安全柜领域最重要的标准是欧洲EN12469标准和美国NSF49标准。根据防护程度的不同，通常将生物安全柜分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级本章小结

Ⅰ级生物安全柜是指用于保护操作人员与环境安全、而不保护样品安全的通风安全柜，适用于对处理样品安全性无要求且生物危险度等级为1、2、3的媒质的操作Ⅰ级生物安全柜是指用于保护操作人员与环境安全、而不保护样品安全的通风安全柜，适用于对处理样品安全性无要求且生物危险度等级为1、2、3的媒质的操作 Ⅱ级生物安全柜是指用于保护操作人员、处理样品安全与环境安全的通风安全柜，柜内保持负压状态，适用于生物危险度等级为1、2、3的媒质的操作 Ⅲ级生物安全柜是完全密闭、不漏气结构的通风安全柜，适用于生物危险度等级为1、2、3和4的媒质的操作本章小结

Ⅱ级生物安全柜为临床生物防护中应用最普遍的一类生物安全柜Ⅱ级生物安全柜为临床生物防护中应用最普遍的一类生物安全柜临床中处理高浓度或大容量感染性材料时，以Ⅱ级生物安全柜应用最多 Ⅱ级生物安全柜划分为A1 、A2 、B1、B2四个类型，每一类型的性能指标不同本章小结

生物安全柜一般均由箱体和支架两部分组成 箱体内部含有风机、门电机、进风预过滤罩、净化空气过滤器、外排空气预过滤器、照明源和紫外光源等设备不同级别生物安全室对生物安全柜的级别要求不同，应按照选用原则选择合适的生物安全柜本章小结

生物安全柜内实验操作时应遵循平行摆放柜内物品、操作宜缓慢、移动物品时应尽量避免交叉污染、避免震动、尽量不要使用明火等原则生物安全柜内实验操作时应遵循平行摆放柜内物品、操作宜缓慢、移动物品时应尽量避免交叉污染、避免震动、尽量不要使用明火等原则为确保生物安全柜的生物防护功能，使用中应注意安全柜的维护与保养，必要时应进行性能检测本章小结

第九章 生物安全柜