生物安全柜的性能检测

马飞，熊陆平，武文军，赵鹏

总后勤部卫生部药品仪器检验所 a.卫生装备技术保障室；b.卫生装备质量保证室；c. 电子仪器检测室，北京100071

生物安全柜的性能检测

马飞a，熊陆平b，武文军c，赵鹏c

总后勤部卫生部药品仪器检验所 a.卫生装备技术保障室；b.卫生装备质量保证室；c. 电子仪器检测室，北京100071

本文介绍了生物安全柜的分级，性能检测依据的标准以及检测方法。

生物安全柜；性能检测；生物安全防护

0 前言

生物安全柜是为操作原代培养物、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、实验室环境以及实验材料，使其避免暴露于操作过程中可能产生的感染性气溶胶和溅出物而设计的。生物安全柜在微生物学、生物医学、基因重组、生物制品等领域得到了广泛的使用，是实验室生物安全中一级防护屏障中最基本的安全防护设备。

2002年，卫生部颁布了《WS233-2002微生物和生物医学实验室生物安全通用准则》，用于规范各级微生物和生物医学实验室的生物安全防护。在2003年，SARS暴发流行和高致病性禽流感发生后，国家加强了对医院、防疫部门、科研单位和高等院校等单位生物防护的监管。生物安全柜在医院、科研、生物制品、教学等领域的应用快速增长。2004年，国家发布了《GB19489-2004 实验室生物安全通用要求》，要求将生物安全柜作为一种对保护实验室工作人员是必不可少的主要安全设备，在安装或维修后应按照经确认的方法进行现场检测，并且须每年进行验证，同时要求实验室操作人员具备规范化、标准化使用生物安全柜的能力。

1 生物安全柜的分级

GB19489根据所操作的生物因子的危害程度和采取的防护措施，将生物安全防护水平分为4级，Ⅰ级防护水平最低，Ⅳ级防护水平最高。美国国家健康研究院（NIH）和疾病预防与控制中心（CDC） 将生物安全柜根据结构、排气方式、气流速度和类型划分成Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级3个级别。中国医药卫生行业标准《YY0569-2005生物安全柜》也依此分级，见表1。

表1 实验室生物安全防护水平的分级及应用的生物安全柜

1.1 Ⅰ级生物安全柜

Ⅰ级生物安全柜从前窗开口区向内吸入的负压气流用以保护人员的安全，排出气流经HEPA过滤器过滤排出以保护环境。其特点如下：① 工作空间前开口处有定向的流入的气流，流速0.7～1.0m/s；② 在负压状态下工作；③ 出风经过HEPA过滤器过滤，可向实验室内排出。

1.2 Ⅱ级生物安全柜

Ⅱ级生物安全柜从前窗开口区向内吸入具有一定速度的气流，保护操作者；垂直的、无颗粒的层流气体保护工作区内的样品不会受到交叉感染；排出气体经HEPA过滤器过滤以保护环境。Ⅱ级生物安全柜细分为A1、A2、B1、B2型，见表2。其特点如下：① 工作空间前开口处有定向的流入的气流；② 经HEPA过滤器过滤后，有向下层流气流；③ 在负压状态下工作；④ 出风经过HEPA过滤器过滤排出。

1.3 Ⅲ级生物安全柜

Ⅲ级生物安全柜具有全封闭、不泄露的结构，操作者必须通过手套进行操作。其特点如下：① 无气流流入口，当去掉单只手套后手套连接口的气流流速不低于0.7m/s；② 至少在120Pa的负压下工作；③ 出风需经过双HEPA过滤器或经过一道HEPA过滤器过滤再经焚烧处理，可向实验室内排风。

2 依据标准

国际上公认的标准主要有NSF49-2002和EN12469:2000。2002年，NSF49获得了美国国家标准学会（ANSI）的官方认可，成为美国生物安全柜的统一标准。2000年，欧洲标准化委员会（CEN）颁布了EN12469，EN12469成为欧盟区域内生物安全柜的统一标准。目前，NSF49和EN12469是生物安全柜领域最重要的标准。YY0569以NSF49:2002为基础，并结合了欧盟标准EN12469:2000的特色。

3 生物安全柜的性能检测

3.1 柜体防泄漏

柜体防泄漏测试有2种方法，即压力衰减法和肥皂泡法。压力衰减法测试：将安全柜的前窗和排风口封闭，柜体内加压到500Pa，保持30min后，测试柜内气压，防泄漏性能良好的安全柜内压不低于450Pa。肥皂泡法测试：将安全柜的前窗和排风口封闭，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肥皂溶液，同时柜内加压到500Pa，观察否有气泡产生，如果发生大的泄漏，可通过轻微的气流感觉和声音发现。

压力衰减法使用压力计或压力传感器系统测试，可以定量的检测柜体的密闭性，是测试柜体防泄漏最准确、要求最高的一种测试方法。肥皂泡法测试效果不如压力衰减法精确可靠。

3.2 高效过滤器完整性

高效过滤器主要起到过滤细菌、气溶胶和灰尘颗粒的作用，净化吹入安全柜工作区和排放出的气体。高效过滤器的完整性是安全柜检测的最重要的指标。

高效过滤器的检测需要气溶胶发生器和光度计2个专用设备。气溶胶发生器用以产生气溶胶颗粒，光度计用以测试高效过滤器的过滤效率。

（1）可扫描检测的过滤器。运行安全柜，去掉过滤器的散流装置和保护盖，安放气溶胶发生器，将气溶胶（其光散射强度至少应等于10μg/L DOP产生的光散射强度）导入安全柜，产生均匀分布的高效过滤器上游气流。光度计探头在过滤器下游距过滤器表面不超过25mm，以小于50mm/s的扫描速率移动，使探头扫测过滤器的整个下游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其他部件之间的密封处仔细扫测。所有检测点的漏过率不超过0.01%。

（2）不可扫描检测的过滤器。对于经管道排气的安全柜，在下游气流的管道上钻一个直径大约10mm的孔，将带有硬管光度计探针插入孔中进行检测。检测点的漏过率不大于0.005%。

3.3 噪声

打开安全柜的风机和照明灯，使用声级计测量安全柜前面中心水平向外300mm、工作台面上方380mm处噪声；关闭风机和照明灯，测量相同位置背景噪声。安全柜的噪声不超过67dB。

表2 II级生物安全柜的分型及应用

3.4 照度

在安全柜工作台面上，沿台面两内侧壁中心连设置照度测量点，测量点之间的距离不超过300mm，与侧壁最小距离为150mm；关掉安全柜的灯，使用照度计从一侧起依次在测量点测量背景照度，平均背景照度应在（110±50）lx；打开安全柜的灯，启动风机，依次在测量点测量照度。安全柜平均照度不应小于650lx，每个照度实测值不小于430lx。

3.5 振动

将振动仪的传感元件固定在工作台面的几何中心。测量安全柜正常工作时的总振动振幅。关闭安全柜的风机（室外风机工作），测定背景振动振幅。安全柜在频率10Hz和10kHz之间的净振动振幅（总振动振幅减背景振动振幅）不超过5μm。

3.6 人员、产品与交叉污染保护

3.6.1 人员保护

人员保护有2种检测方法：微生物法和碘化钾法。微生物法需制备枯草芽孢、杆菌芽孢，测试后要经过细菌培养，操作复杂，用时较长，不便于外出开展检测。碘化钾法是定义在EN12469上的，测试方法与微生物法相同，用碘化钾代替了细菌，可当场验证安全柜污染控制性能，操作性强，用时较短。

（1）微生物法。将盛有5×108/mL～8×108/mL的芽孢悬浮液的喷雾器放在安全柜内，喷雾器喷嘴的轴线在工作台面上方360mm处，喷嘴前端位于前窗操作口内100mm处，喷雾方向平行于台面且正对操作口；喷雾器的圆筒固定在台面上的中心，一端贴住工作区的后壁，另一端从操作口伸出安全柜至少150mm，圆筒的轴线高于台面70mm；6个撞击采样器呈左右对称放置在柜前，6个采样口正对安全柜；1个阳性对照琼脂培养皿放在圆筒下；2个狭缝采样器的采样口平面与台面平行，采样口的垂直轴线在安全柜前方150mm处，各距内侧壁200mm；启动喷雾器，运行5min。测试持续30min。在无菌的条件下，用滤膜滤取所有撞击采样器的采样液体，将滤膜置于培养基上；有滤膜的培养基、对照培养皿和狭缝采样器的培养皿在37.0℃培养。培养到24～28h时检查计数，如果呈阴性，继续培养至总培养时间达44～48h时检查计数。

Ⅱ级生物安全柜用枯草芽孢杆菌芽孢进行实验，从全部撞击采样器收集的芽孢菌菌落数应不超过10CFU/次，狭缝采样器的培养皿收集的芽孢菌菌落数应不超过5CFU/次，对照皿应阳性（>300CFU）。

（2）碘化钾法。将气雾发生器放置在安全柜的工作台面上，使气雾发生器圆盘的中心位于仪器模拟臂的中心上，圆盘的边缘到安全柜平面开口的距离是100mm，圆盘与安全柜开口上边缘平行。气雾发生器产生雾状的KI微小液滴，安全柜外模拟臂上的4个空气采样器采集从安全柜内逃逸出的KI微粒。采样结束后，取出采样器内的过滤薄膜，将薄膜放到PdCl2溶液中显色，计数薄膜上灰棕色的小圆点。

Ⅱ级生物安全柜用碘化钾法测试，保护因子应不小于1×105，即每个薄膜上灰棕色的小圆点数都应<62个。重复试验5次，每次均应符合要求。

3.6.2 产品保护

在安全柜的工作台面上排满敞开的琼脂培养皿；圆筒固定在台面上的中心区，一端贴住工作区的后壁，另一端从前窗操作口伸出安全柜至少150mm，圆筒的轴线高于台面70mm；盛有5×106/mL～8×106/mL的芽孢悬浮液的喷雾器放在柜外，喷雾器喷射轴在安全柜中心并与操作口上沿平齐，喷雾器的喷嘴前端位于操作口外100m，喷雾方向平行于台面，正对操作口；一个阳性对照琼脂培养皿放在圆筒下；启动喷雾器，运行5min。喷雾器关闭5min后盖上琼脂培养皿的盖子；将培养皿在37.0℃培养。培养到24～28h时检查计数，如果呈阴性，继续培养至总培养时间达44～48h时检查计数。

Ⅱ级生物安全柜用枯草芽孢杆菌芽孢进行试验，菌落数应不超过5CFU/次，对照皿应阳性。3.6.3 交叉污染保护

将盛有5×104/mL～8×104/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，喷雾器喷射轴线在工作台面上76～30mm处，喷射方向平行于台面，正对对面的侧壁；两排对照培养皿位于喷嘴下方，距喷雾器所在侧壁360mm处放一排培养皿， 距喷雾器所在侧壁360mm外放一排培养皿；启动喷雾器，运行5min。15min后盖上培养皿，37.0℃培养。将喷雾器放于靠右侧内壁中央重复测量。培养基培养到24～28h时检查计数，如果呈阴性，继续培养至总培养时间达44～48h时检查计数。

Ⅱ级生物安全柜用枯草芽孢、杆菌芽孢进行实验，菌落数应不超过2CFU/次。

3.7 下降气流流速

Ⅱ级安全柜下降气流流速应在0.25～0.5m/s。下降气流流速应在标称值±0.015m/s。均匀下降气流的安全柜，各测量点实测值与平均流速相差均应不超过±20%或±0.08m/s。非均匀下降气流的安全柜各区域实测的下降气流流速应在其区域下降气流标称值±0.015m/s，各测量点实测值与其区域平均流速相差均应不超过±20%或±0.08m/s。

（1）均匀下降气流的安全柜。在工作区上方高于前窗操作口上沿100mm的水平面上，用风速仪多点测量穿过该平面的下降气流流速。测量区域边界与安全柜的内壁及前窗操作口的距离为150mm；测量点最少应有3排，每排最少应有7个测量点，测量点等距分布，形成的正方形栅格不大于150mm×150mm。

（2）非均匀下降气流的安全柜。在工作区上方高于前窗操作口上沿100mm的水平面上，用风速仪多点（测量点间距不大于100mm）测量穿过该平面各区域的下降气流流速。

3.8 流入气流流速

用密封条带将风量计的风罩密封在安全柜的前窗操作口中心，罩两边留的开口区域也要密封；运行安全柜，读取5次风量计读数，计算流入气流的平均流量。流入气流的平均流量除以前窗操作口面积，得到流入气流的平均流速。

3.9 气流模式

（1）下降气流测试。烟雾沿工作台面的中心线，在前窗操作口顶端以上100mm的高度从安全柜的一端到另一端，观察烟雾流动。Ⅱ级安全柜工作区内的气流应向下，应不产生漩涡和向上气流且无死点；气流应不从柜中逸出。

（2）观察窗气流测试。烟在观察屏后25mm，在前窗操作口顶端以上150mm高度从安全柜的一端到另一端，观察烟雾流动。气流应不从柜中逸出。

（3）前窗操作口边缘气流测试。烟在安全柜外大约38mm处沿着整个前窗操作口的周边经过，观察烟雾流动。Ⅰ级和Ⅱ级安全柜前窗操作口整个周边气流应向内，无向外逸出的气流；Ⅱ级安全柜的前窗操作口流入气流不进入工作区。

（4）滑动窗密闭性测试。烟在滑动窗内从距安全柜侧壁和工作区顶部50mm经过，观察烟雾流动。气流应不从柜中逸出。

3.10 集液槽泄漏

用至少4L水充满集液槽，保持1h。1h后应无渗漏。

3.11 稳定性

采用静力加载测试安全柜结构的稳定性，包括柜体抗翻倒，柜体抗变形，柜体抗向前倾倒和工作台面抗变形。

3.12 温升

安全柜照明灯和风机持续运行4h后，测量安全柜前窗操作口面中心外80mm处环境温度，然后测量安全柜工作区中心处测柜内温度，工作区中心温度应不高于柜外环境温度8℃。

3.13 电机与风机

用风量计测量安全柜在正常运行时风机的总气流流量，用压力计测量静态正压和负压；限制安全柜的负压气流，使初始负压读数增加初始正压读数的50%或更大，用风量计测量安全柜的总气流流量；计算最终的风机风量相对初始风量的变化。

风机的电机应保证当安全柜在正常运行而不调整风机的速度控制，经过滤器的风压下降50%时，风机的排气量下降应不超过10%。

3.14 负压

Ⅲ级安全柜正常运行时工作区应有不低于120Pa的负压。

[1] 成都中医药大学附属医院.WS233-2002微生物和生物医学实验室生物安全通用准则[S].北京:中国标准出版社,2002.

[2] 中国实验室国家认可委员会.GB19489-2004实验室生物安全通用要求[S].北京:中国标准出版社,2004.

[3] 全国医用临床检验实验室和体外诊断系统标准化技术委员会.YY0569-2005生物安全柜[S]北京:中国标准出版社,2004.

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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

作者邮箱：nmbtmafei@sina.com

R197.39

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.10.035