Ⅱ级生物安全柜在结核病实验室中的检测及报告要求

2020-09-16张灿有夏辉成君

中国防痨杂志 2020年9期

张灿有夏辉成君

由于全球化进程的发展，生物威胁有可能在短时间内从一个国家迅速传播至其他国家，从而引发疾病的大流行、心理创伤，甚至是经济和社会的崩溃[1]。故生物安全早已成为全球关注的重点问题，任何原因的生物因子泄露都可能成为人类安全和生存所面临的巨大挑战。实验室生物安全是指实验室的生物条件水平和状态应不低于容许水平，且必须符合实验室生物安全责任相关法规和标准的要求，是避免实验室人员、来访人员、社区及环境受到不可接受的损害，以及发生实验室获得性感染的重要保证[2]，是生物安全需要重点关注的领域。但有研究发现，即便是设施装备较完善的发达国家实验室也存在发生实验室获得性感染的风险[3]。其安全措施包括安全设备和个体防护装置、实验室设计和建设要求、严格的管理制度和标准化的操作程序等三级防护屏障，生物安全柜作为一级防护屏障被广泛使用于各类实验室，包括结核病相关实验室。然而，生物安全柜在使用过程中却经常存在2个主要问题，造成实验室获得性感染的潜在风险：一是生物安全柜购买安装后从未进行整体的维护检测；二是使用机构的水平参差不齐，不能涵盖必要的检测项目和出具规范的检测报告。故笔者通过大量现场检测和培训的实践经验，重点介绍Ⅱ级生物安全柜的现场检测和日常核查的内容与方法，列举不同水平的检测报告，为使用机构和人员提供一定参考。

一、生物安全柜类型

生物安全柜是指具备气流控制及高效空气过滤装置的操作柜，可有效降低病原微生物或生物实验过程中产生的有害气溶胶对操作者和环境的危害。生物安全柜等级的选择在综合实验对象的种类(是否具有放射性、挥发性)、所操作微生物材料的危险度等级[4-5]和实验室的生物安全防护水平等级[6]后分为3个等级，即Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ级，其中Ⅱ级又分为A1、A2、B1、B2和C1型，以A2型和B2型最多，各级主要性能对比见表1。其中Ⅰ级，Ⅱ级的A1、A2、B1、B2型和Ⅲ级生物安全柜的原理图可参见世界卫生组织[6]发布的《实验室生物安全手册》(第3版)和美国卫生和公众服务部等[7]出版的《微生物和生物医学实验室生物安全》(第5版)，而Ⅱ级C1型因国内未被应用，也少有介绍，其柜内空气排入室内、室外的生物原理见图1[8]所示。

表1 不同类型生物安全柜主要性能对比

左侧图为生物安全柜内空气经过滤后直接排入室内；右侧图为生物安全柜内空气经过滤后通过管道排到室外

Ⅱ级生物安全柜在医疗机构和科研环境中使用最为广泛。结核病作为一种空气传播的法定乙类传染病，其危害程度为第二类[4]。实验室检测是诊断结核病和评估治疗效果的重要依据，但在涂片镜检的痰膜制备、分离培养标本前处理及接种、药物敏感性试验菌悬液制备及接种、分子生物学核酸提取等检测过程中均可能产生大量的气溶胶，威胁到实验室工作人员和周围环境的安全，故要求在Ⅱ级生物安全柜中开展以上检测。

二、生物安全柜国家标准

我国最早执行住房和城乡建设部于2005年发布的《 JG 170—2005 生物安全柜》建筑工业行业标准，但已于2017年8月宣布废止[9]；现行的标准为国家食品药品监督管理局于2011年12月31日发布、2013年6月1日开始实施的《YY 0569—2011 Ⅱ级生物安全柜》[10]医药行业标准。该标准要求实验室生物安全柜的操作者，应了解生物安全柜的工作原理，掌握日常的运行检测等知识，降低被感染和污染外界环境的风险。此外，为保证生物安全柜的良好运行，应每6个月或1年进行一次现场检测，且应对一些重点内容进行日常监测。

三、现场检测程序和内容

气流模式、流入气流流速、下降气流流速和高效过滤器完整性会影响到实验室的生物安全，对于避免或降低实验室获得性感染的风险起到关键作用，也是现场检测和日常监测需要关注的重点内容。其他如外观、噪声、照度、紫外灯等也是影响工作环境或辅助确保生物安全的检测项目。但生物安全柜内不能使用明火，除了对气流模式产生影响外，火焰还容易损坏高效过滤器的完整性，降低其使用寿命。

本节以实际工作中应用最为普遍的Ⅱ级生物安全柜进行重点介绍。

(一)气流模式

1.检测内容与要求：安全柜工作区内的气流应向下，无死点，不应产生旋涡和向上气流或从安全柜逸出；安全柜前窗操作口的整个周边气流应向内，无向外逸出的气流，且流入气流不应进入工作区。

2.检测方法：使用发烟管(笔)或其他安全无害的烟雾发生装置(如烟香)发出烟雾，沿工作台面的中心线距离前窗操作口顶端上100 mm的高度，从安全柜的一端到另一端检测下降气流；在观察屏后25 mm、前窗操作口顶端上150 mm的高度，从安全柜的一端到另一端检测观察窗气流；在安全柜外大约38 mm处使用烟雾发生装置或者长条形单层纸巾，沿着整个前窗操作口的周边绕行，观察各角落和垂直边缘有无气流变化，评价前窗操作口边缘气流。

3.异常气流模式的常见原因及解决办法：(1)下降气流出现气流凝滞或涡旋：是现场检测最常见的问题，考虑与安全柜内放置了废弃物袋、离心机等物品使下降气流受到阻挡或遮挡了后侧壁的格栅有关。(2)两侧边缘气流外逸或形成涡旋：是前窗操作口主要出现的问题，考虑与生物安全柜的放置位置有关。如靠窗放置，操作时开窗会导致流入气流受到外界气流的影响；若靠墙角放置，且安全柜上方气体外排口至天花板的距离过小，则导致外排气体沿墙体下降干扰前窗操作口边缘气流；或与实验室室内机械通风口或空调通风口距离过近，且通风口为百叶窗式或条形式，会导致通风气流干扰流入气流，调整通风口位置或使用回字形的散流通风口(根据实际情况选择四向、三向、两向等类型)即可。

气流模式的检测简便易行，所需时间不长，不需要专业的设备和特别的技术；且气流模式正常与否直接决定了操作人员面对感染性生物因子、化学物质和放射性物质的风险，故笔者推荐将其作为实验室人员每天必检项目，尤其是前窗操作口气流的检测。

(二)流入气流流速

1.检测内容与要求：使用风量计和风速仪测量排气口(适用于部分气体排入室内的A1和A2型安全柜)和前窗操作口的气流流速来确定流入气流流速。测量前窗操作口是最常用的方法。Ⅱ级A1型生物安全柜的平均流入气流流速应不低于0.4 m/s，而A2、B1、B2和C1型应不低于0.5 m/s。

2.检测方法：将前窗开启到工作高度，使用风速仪在前窗操作口平面的两排点测量气流流速，第一排距前窗操作口上沿下约开启高度的25%位置，第二排在75%的位置；测量点间隔约100 mm，距离侧边不小于100 mm；测量所有点的风速，并用平均值表示流入气流流速。

因现场检测发现很多生物安全柜的流入气流流速并不达标，但安全柜电子界面上显示的流速却是达标的，导致实验室工作人员误判，需要根据测量结果校正电子显示数值。笔者建议配备风速仪(可以是简易、经济的风速计)，并将测量作为每日必检项目，但日常监测不必严格测量很多个点，5个点左右即可。

(三)下降气流流速

1.检测内容与要求：仅Ⅱ级生物安全柜有下降气流流速检测的要求，其平均下降气流流速应为0.25～0.5 m/s。

2.检测方法：在生物安全柜内工作区域的上方、高于前窗操作口上沿100 mm、距离安全柜内壁及前窗操作口150 mm的水平面确定等距分布测量点(最少3排，每排最少7个，形成不大于150 mm×150 mm的正方形栅格)，使用风速仪测量并计算所有点检测值的平均值作为下降气流流速。

下降气流流速的测量结果同样存在与安全柜电子界面上显示的风速值不一致的情况，需要根据测量结果校正电子显示数值。

(四)高效过滤器完整性

高效过滤器是保护检测样本和外界环境安全的重要元件，可以过滤掉99.97%的粒径<0.3 μm的颗粒物，其完整性对于各级生物安全柜都是极其重要的。可通过使用颗粒物计数设备或气溶胶光度计扫描测量高效过滤器上下游的颗粒物数量或者气溶胶浓度，计算颗粒物过滤率(%)或气溶胶漏过率(%)来评价过滤器的完整性。

(五)其他检查项目

1.外观：要求外观平整规矩，表面光洁且无明显划伤、锈斑、压痕；说明功能的文字和图形符号标志应正确、清晰、端正、牢固；焊接处应牢固、表面光滑。

2.噪声：采用声级计分别在生物安全柜前面中心水平向外300 mm、生物安全柜外面工作台面上方380 mm处，测量生物安全柜运行和关闭状态下的噪声值，并进行调整。为避免长时间噪声对实验室人员听力的损伤和引起疲劳，应调整噪音值≤67 dB。

3.照度：合适的照度能够减轻生物安全柜操作人员的疲劳感。首先在工作台面两内侧壁中心连线设置测量点，要求与侧壁距离不低于150 mm、测量点间距离不超过300 mm。再使用照度计测量生物安全柜内在关灯和开灯状态下的照度值，要求关灯状态下平均背景照度应在(110±50)lx；开灯状态下平均照度应不小于650 lx，且每个照度实测值应不小于430 lx。

4.紫外线杀菌灯：紫外线杀菌灯作为常用的杀菌消毒手段，被广泛应用于各类实验室中。但由于生物安全柜本身即是一种空气净化的设备，且普遍采用表面擦拭消毒，不需要另置设备进行额外的空气和物表消毒，故国家标准不推荐安装紫外线杀菌灯。但假如安装了紫外线杀菌灯，建议使用紫外照度计测量波长为254 nm的紫外线在工作区内表面的辐射强度，测量点的设置同照度测量，测量值应不低于400 mW/m2。

四、检测报告

(一)检测报告的要素和要求

检测报告应根据检测目的的不同来确定检测内容，如出厂检测、安装检测和维护检测等。

1.出厂检测：内容要求最多，不限于上述的8个项目，还包括材料、结构、柜体防泄漏、振动、集液槽泄露、电气安全等内容。

2.安装检测：要求至少对外观、报警和联锁系统(指对安全柜前窗开启高度、内部供/排气风机、外部排气风机、气流波动等出现异常时报警)、气流模式、流入气流流速、下降气流流速、高效过滤器完整性等6个项目进行检测。

3.维护检测：是生物安全柜使用者接触最多的，也是检测最核心的部分。要求对外观、气流模式、流入气流流速、下降气流流速和高效过滤器完整性等5个项目进行检测[10]。要求检测报告应详细记录所检测生物安全柜的特征信息、检测时的环境条件、所使用计量工具的型号和有效期，详细记录检测方法、技术要求、测量的过程值和结果值，同时基于检测结果对生物安全柜提出使用、维护或维修建议。

(二)不同水平的维护检测报告示例

生物安全柜作为实验室常用的一种工具，指标和要求是通用的，对结核病相关应用无特殊要求。示例报告可以帮助实验室人员了解和评价报告是否合格，在实际工作中是否维护到位，正在使用的生物安全柜是否真正安全，示例如下。

1.不合格报告(报告1)：该报告简洁明了，虽然各项检测结果均为“合格”，但报告并不合格，主要问题如下：一是5个基本检测项目不全，不能反映被检测生物安全柜的整体情况；二是检测使用的计量标准器具没有注明有效期，即不能证明检测设备是否有效；三是检测结果描述过于简单，没有记录测量的过程值和结果值，也没有标明参考的标准值。