生物安全柜性能测评方法的研究

胡良勇，魏贤莉

广州市计量检测技术研究院，广东广州 510030

生物安全柜性能测评方法的研究

胡良勇，魏贤莉

广州市计量检测技术研究院，广东广州 510030

生物安全柜广泛应用于医疗卫生、生物制药等行业。为了防止其产生的感染性气溶胶或有毒有害物质的外泄，保护操作者本人、实验材料以及环境的安全，避免发生任何的生物危险。我们采用科学的实验方法和先进的技术手段来检测和评价生物安全柜的各项技术指标，从而保证了生物安全柜使用的安全可靠。

生物安全柜；生物危险；性能测评

0 前言

生物安全柜（Biological safety cabinets，BSCs）是一种负压过滤排风柜,防止操作者和环境暴露于实验过程中产生的生物气溶胶；是利用空气净化和通风技术，实现第一道物理隔离屏障，为操作原代培养物、菌毒株以及诊断性标本等具有感染性的实验材料时，用来保护操作者本人、实验室环境以及实验材料，使其避免暴露于上述操作过程中可能产生的感染性气溶胶和溅出物而设计；是在现代生物技术的研究、开发和应用中对可能产生的生物学危险所采取的有效预防和控制措施。目的是保护生产或实验对象，保护生态环境和人体健康。

在实验操作过程中，实验室工作人员由于肉眼无法看到直径小于5μm 的气溶胶以及直径为5～100μm 的微小液滴，通常意识不到有这样大小的颗粒在生成，就可能吸入，或交叉污染工作台面的其他材料以及造成对环境的污染。有时，人们往往会注重对操作者本人和实验材料的保护而忽视对环境的保护，不关注高效过滤的完整性和消毒的有效性，仅通过建筑物的排风系统将生物安全柜的排除风排到建筑物外面或排到实验室中，然后再通过实验室排风系统排到建筑物外面，这样对环境造成的污染是不可忽视的。

此外，由于生物安全柜的种类繁多，质量参差不齐，甚至某些生物安全柜存在质量缺陷，如：缺乏高效过滤的完整性、柜体的密封性以及负压系统等质量问题，都会造成感染性气溶胶或有毒有害物质的外泄，因此生物安全柜的质量问题会带来很多生物性危害。

1 国内外测评方法现状

目前国外一些发达国家和地区在本世纪初已注重生物安全柜的各项性能，制订测评准则和确定测评方法。如:欧盟2000年颁布的“Biotechnology—performance criteria for microbiological safety cabinets”(BS EN12469：2000)的方法和准则；美国国家标准学会（American National Standard Institute, ANSI）官方认可的美国NSF49生物安全柜标准。我国缺少国家测量和评价相关的方法和准则，仅有医药行业标准（YY0569-2005）和建设工业行业标准（JG170-2005）。上述两个行业标准仅控制和监管生物安全柜的生产领域，而在使用领域一直没有一个好的测量方法和评价的标准，这给对生物安全柜的质量控制和监督管理带来诸多不便。

目前生物安全柜在医疗卫生、生物制药、环境监测等行业的各级实验室大量使用。为了保护操作者人身安全，环境的安全和实验材料的安全，避免发生生物危险，必须用技术手段来评价和规范生物安全柜的各项技术指标。

因此，我们在参考和借鉴美国、欧盟及国内医药行业、建设工业行业等相关标准的基础上探索了对在用生物安全柜性能测评方法。通过对主要的性能指标要求的规范，可保证生物安全柜安全可靠，让实验室工作人员能够放心地使用生物安全柜。

2 测评方法

2.1 柜体防泄漏性能的测试

对生物安全柜柜体防泄露要求是对生物安全柜的基本要求。采用压力衰减法进行测试，即将安全柜的前窗和排风口封闭，柜体内加压到500Pa，保持30min后，在安全柜工作区域内连接压力计或压力传感器系统以显示内压。要求柜内的气压不低于450Pa。压力衰减测试法对生物安全柜柜体防泄漏性能是可靠的检测方法，对它的气道密闭性和柜体整体设计要求都较高。

如果采用压力衰减法测试柜内的气压低于450Pa时，则要采用另一种肥皂泡测试法。即在生物安全柜加压的情况下，沿安全柜压力通风系统的所有焊缝、套接处和封口处的外表面喷或涂刷检漏肥皂溶液，同时观察是否有气泡产生，如果发生大的泄漏，可通过轻微的气流感觉和声音发现。

通过这两种测试方法可以非常精确地测试柜体的气密性，保证了污染气体和微粒无外泄的可能。

检测实践表明，生物安全柜在使用了一段时间之后，密封性变差是一个普遍现象。因此对密封性达不到要求的生物安全柜要进行及时修理或降级使用。

2.2 高效过滤器完整性的测试

生物安全柜高效过滤的完整性是生物安全柜的主要性能，它由高效空气过滤器（HEPA）构成。高效空气过滤器安装在生物安全柜里的是由坚硬外壳支撑的一次性的、具有延伸/皱褶介质的过滤膜组成的。它主要目的是过滤流入安全柜工作区的空气里的灰尘等微粒，确保安全柜里的空气达到一定的洁净度和将试验时样品产生的气溶胶等危险粒子过滤掉，保护样品并避免样品间的交叉污染，以及防止试验操作过程中产生的生物危险粒子直接排放到环境中去。

检测时，在含有气溶胶的上游气流进行取样，证实该浓度的气溶胶的光散射强度至少应等于由10μg/L DOP的光散射强度；如果是线性刻度的光度计（0～100分度），将读数调整为100；如果是对数刻度的光度计，将上游气流浓度的读数调整在一个分度对应浓度的1×104以上。

将气溶胶光度计探针放在被测试面上距测试面不超过25mm，以小于50mm/s的扫描速率移动，使探针扫测过HEPA过滤器的整个下游气流一侧和每个组合过滤片的边缘，扫测路线应略微重叠。围绕整个过滤器外围、沿组合过滤片和框架的连接处以及围绕过滤器和设备之间的密封处仔细检视。结果应使高效过滤器的过滤效率不低于99.99%。对于可进行扫描检测的过滤器在任何点的漏过率不应超过0.02%，不能进行扫描检测的过滤器在检测点的漏过率不应超过0.01%。

只有满足这些要求的生物安全柜，才能保证过滤器对流入流出安全柜的空气里的灰尘和试验时产生的气溶胶等微粒安全有效的过滤率，进而实现安全柜的安全作用。

由于高效过滤器是消耗性材料，在检测过程中若不满足要求时，允许使用单位更换高效过滤器，更换后再进行检测。

2.3 对人员、产品和交叉污染的保护测试

生物安全柜对人员、实验材料、以及交叉污染的保护是它的主要目的。

启动生物安全柜至少正常运行30min才能开始测试，并连续运行至所有测试完成。2.3.1 人员保护测试

人员保护测试采用微生物法或碘化钾法。

微生物法是比较经典的方法，又称微生物挑战测试，是用盛有浓度为 5×108～8×108个/mL 芽孢悬浮液的喷雾器在柜内进行喷雾，再用撞击采样器进行取样并置于合适的培养基上培养。当培养到24～28h时检查菌落数，如果呈阴性，继续培养44～48h再检查菌落数。

碘化钾测量方法(KI-Discus测试法)是一种物理测试方法，可以准确、快速地实现检测。它通过测量开放工作台碘化钾粒子数的传递指数与安全柜内部碘化钾粒子数的传递指数的比值（称为：保护因子Apf），用来衡量危害性气溶胶从安全柜逸出量，是无量纲的量，计算公式如下：

式中：

M—气溶胶发生器分散的碘化钾溶液的体积，以毫升（mL）表示；

3.1×107—由液滴尺寸、采样流量和涡流盘转速导出的一个常数；

V—采样流量，以升每分（L/min）表示；

n—过滤膜上的斑点数；

我们在实际检测中使用的条件是：M=20mL，V=100L/min，此时（1）变成：

在实际检测工作中只要数过滤膜上斑点数，就非常简单地得出保护因子Apf值。如果过滤膜上没有斑点，则意味着保护系数高于该值，可记为Apf>6.2×106。

方便快捷的碘化钾测试法可以在1min内完成检测结果，远远低于微生物法的48h以上的培养所需要的时间，它测得的前操作口的保护因子小于1×105，我们认为存在生物危险。

2.3.2 产品保护测试

在安全柜的工作台面上，以交叉三等分线的方式放5个敞开的琼脂培养皿；将盛有浓度为5×106个/mL～8×106个/mL孢子悬浮液的喷雾器放在安全柜外，喷雾器喷射轴在安全柜中心并与前窗操作口上沿平齐，喷雾器的喷嘴前端位于前窗操作口外100mm，喷雾方向平行于工作台面，正对前窗操作口，一个阳性对照琼脂培养皿放在圆筒下，并位于前窗进气格栅上方或下方10mm，使其对进气气流的干扰最小， 启动喷雾器，运行5min后关闭。喷雾关闭5min后盖上琼脂培养皿的盖子；将培养皿在37.0℃培养;养24～48h检查菌落数。如果呈阴性，继续培养至总培养时间达44～48h检查菌落数。

2.3.3 交叉污染保护的测试

将盛有浓度为5×104～8×104个/mL的芽孢悬浮液的喷雾器置于安全柜内，紧靠左侧内壁的中心，启动喷雾器，5min后关闭喷雾器。

按工作台面三等分的方式，分排列8个敞开的琼脂培养皿，15min后盖上培养皿，并进行培养。当培养到24～28h检查菌落数。如果呈阴性，继续培养至总培养时间达44～48h再检查菌落数。

将喷雾器放于靠右侧内壁中央执行上述步骤。

2.4 气流测试

2. 4.1 下降气流流速的测试

生物安全柜工作区垂直下降气流的流速以及流速的均匀性和稳定性是至关最要的。它对安全柜试验样品保护和交叉感染防护性能产生重要的影响，如果气流流速太小将导致试验样品失去保护。

按在工作区上方高于前窗操作口上沿100mm的水平面上确定测量点位置，且等距分布，形成的正方形栅格不大于150 mm×150mm，测试点最少应有3排，每排最少应有7个测量点； 测试区域边界与安全柜的内壁及前窗操作口的距离应不大于150mm；用夹具将风速计探针准确定位在各测量点进行测量。将所有测试点的测量值用规范的方法计算出下降气流的流速平均值以及流速的均匀性和稳定性。

2. 4.2 流入气流流速流向的测试

生物安全柜工作窗口的气流流向和气流速度，是安全柜最重要的性能指标。它的流向和流速直接关系到对实验人员的保护。如果它的流速和流向失准将会对试验操作人员生命安全构成威胁。

用密封条带将风速计的捕获罩密封在生物安全柜的前窗操作口中心；运行安全柜，读取风速计至少10次，得到相应的气体速度测量值；计算出风速的平均值。

对于带有手套的生物安全柜，用热式风速仪在手套连接口中心测量气流流速，至少测量1min。在其他手套连接口进行同样测量。

气流流向测量可在生物安全柜的外离开口处约100mm的整个截面上发可视性烟雾，观察烟雾的流向。

2.5 其他测试

除上述主要参数外，生物安全柜工作区域的洁净度、温升、噪声、照度、振动幅度以及柜体内外的压差等参数也关系着其质量，也必须进行测试。

2.5.1 洁净度的测试

生物安全柜的洁净度用粒子计数器的采样数来表征。被测生物安全柜置于正常工作条件下运行30min；测量边界距离内表面或前窗100mm范围内；粒子计数器的采样口置于工作台面向上200mm高度位置。读取粒子计数器的采集数。

2.5.2 压差的测试

生物安全柜的压差用微压差计直接测量。被测生物安全柜置于正常工作条件下，用微压差计测出柜内外压差。

2.5.3 温升测试

被测生物安全柜置于正常工作条件下连续运行4h。将一个干球温度计置于被测生物安全柜前窗开口面中心向外80mm处测量环境温度，另一个干球温度计置于被测生物安全柜工作台面的几何中心向上300mm处测量操作区温度。当温度计上的数值达到稳态后，两个温度计的差值即为生物安全柜的温升。

2.5.4 噪声测试

对试验环境停止送风。声级计设置为“A”计权模式。在被测生物安全柜前壁面中心水平向外300mm，工作台面上方380mm处测量噪声。此时声级计的测量结果即为该生物安全柜的噪声。

2.5.5 照度测试

生物安全柜的光照度用照度计直接测量。在工作台面上，沿工作台面内侧壁中心连线设置照度测量点，测量点之间的距离不超过300mm，与侧壁最小距离为150mm；被测生物安全柜置于正常工作条件下，重复各测量点测量。被测生物安全柜照度为各测量点照度的算术平均值，即为该生物安全柜的光照度。

2.5.6 振动幅度测试

生物安全柜的振动幅度用振动仪直接测量。被测生物安全柜置于正常工作条件下，将振动仪的振动传感器牢固地固定在工作台面的中心，测量生物安全柜工作时的振幅。振动仪的最大值数为工作台面的振动幅值。

3 结束语

安全可靠的生物安全柜是目前保护生物安全最有效方法之一，由于它应用广泛，其质量安全性和可靠性已引起政府和社会各界的关注和重视，我院经常收到用户对生物安全柜质量检测的请求。因此生物安全柜性能测评方法的探讨和研究将对生物安全及社会公共安全将起到非常重要的作用，并由此产生重大的社会效益。

本方法快速、准确、简单、易于操作，使对生物安全柜的逐台检测成为可能。利用上述测评方法，我院对广州地区部分在用的生物安全柜性能进行测量和评价，对不能满足要求的生物安全柜进行了修理或降级使用，同时对净化工作台的测评也参照本方法的相关方法进行，已经产生了良好的社会效益。

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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

国家质量检验检疫总局科技计划项目(2008QK285)；广东省质量技术监督局地方标准制定计划项目(〔2008〕)。

作者邮箱：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