什么是生物安全柜

一、引言

在生物科學(xué)、醫(yī)學(xué)研究、制藥工業(yè)及公共衛(wèi)生等領(lǐng)域中，實驗室工作人員經(jīng)常需要處理可能原體的樣本。這些微生物或生物材料可能對實驗人員、環(huán)境乃至整個社會構(gòu)成風(fēng)險。為保障操作安全、避免交叉污染和環(huán)境擴散，實驗室常配備一種重要設(shè)備——生物安全柜。

生物安全柜（Biological Safety Cabinet，簡稱 BSC）是一種專門設(shè)計的實驗室設(shè)備，用于在處理生物樣本時提供防護屏障。它通過控制氣流、防止污染、凈化空氣，有效保護操作者、樣品和實驗環(huán)境，是實驗室生物安全體系的重要組成部分。

二、生物安全柜的功能

生物安全柜的主要功能可歸納為三類：

1. 保護人員：防止操作者暴露于感染性氣溶膠或濺灑的生物材料。

2. 保護樣品：避免外部空氣或操作人員帶來的微生物污染。

3. 保護環(huán)境：防止污染性物質(zhì)隨排氣釋放到實驗室或大氣中。

這一多重保護機制，使得生物安全柜廣泛應(yīng)用于處理細菌、病毒、真菌、細胞培養(yǎng)物及其他潛在風(fēng)險樣品的實驗過程中。

三、生物安全柜的分類

根據(jù)氣流設(shè)計與保護功能，生物安全柜可分為三級（Class I、II、III），每一類又有子類型，適用于不同的實驗需求和生物風(fēng)險等級。

1. 一級生物安全柜（Class I）

• 保護對象：操作人員和環(huán)境。

• 工作原理：通過負壓進風(fēng)，氣流在操作口吸入，經(jīng)高效過濾器（HEPA）凈化后排出。

• 局限性：不對樣品提供保護，適合低至中等風(fēng)險的生物操作，如樣品預(yù)處理或動物組織處理。

2. 二級生物安全柜（Class II）

• 保護對象：操作人員、環(huán)境和樣品。

• 應(yīng)用，適用于絕大多數(shù)實驗室。

• 原理：部分氣體循環(huán)（通常約70%內(nèi)循環(huán)，30%排出），在保持操作口負壓的同時向工作區(qū)提供層流空氣，保障樣品無菌。

二級柜細分如下：

• A1型：工作區(qū)部分為正壓，回風(fēng)和排風(fēng)均經(jīng) HEPA 過濾。

• A2型：更常見，70%內(nèi)循環(huán)、30%排出；工作區(qū)保持負壓，更安全。

• B1型：約70%空氣排出，適合操作含有少量揮發(fā)性化學(xué)品的實驗。

• B2型：100%空氣排出，適用于大量使用有毒或揮發(fā)性試劑的場合，但需要接入專用排風(fēng)系統(tǒng)。

3. 三級生物安全柜（Class III）

• 封閉系統(tǒng)，通過手套孔進行操作。

• 用于生物安全等級最高（BSL-4）實驗室，如病毒學(xué)、生物防御研究等。

• 進出氣體全部經(jīng)過多級過濾，樣品進出通過雙門傳遞艙進行滅菌處理。

四、生物安全柜的結(jié)構(gòu)組成

生物安全柜由多個關(guān)鍵結(jié)構(gòu)構(gòu)成，各自承擔(dān)特定功能：

1. 工作腔體：主要操作區(qū)域，通常采用不銹鋼內(nèi)膽，便于清潔和消毒。

2. 前窗：部分型號為固定式，部分可升降，配合操作。

3. HEPA或ULPA過濾器：用于過濾空氣中≥0.3 μm 的微粒，過濾效率 ≥99.99%。

4. 風(fēng)機系統(tǒng)：維持規(guī)定的風(fēng)速和氣流模式，確保負壓和層流效果。

5. 照明與紫外燈：提供足夠照明；紫外燈用于非操作時的空間滅菌。

6. 控制面板：用于設(shè)定風(fēng)速、照明、滅菌、報警等功能。

五、生物安全柜的使用要求與注意事項

為了確保設(shè)備的有效性與安全性，使用生物安全柜時應(yīng)遵循以下操作規(guī)范：

1. 使用前

• 啟動風(fēng)機并預(yù)運行 10–15 分鐘，以形成穩(wěn)定氣流。

• 清潔工作臺面，移除不必要物品。

• 檢查紫外燈是否關(guān)閉，避免對眼睛和皮膚造成傷害。

2. 操作中

• 避免頻繁開關(guān)前窗或快速移動手臂，以免擾亂氣流。

• 操作順序應(yīng)從清潔區(qū)域到污染區(qū)域，防止交叉污染。

• 樣品與物品應(yīng)距通風(fēng)口一定距離，保持氣流通暢。

3. 使用后

• 移除廢物，使用消毒劑擦拭工作區(qū)。

• 運行風(fēng)機數(shù)分鐘后關(guān)閉。

• 可開啟紫外燈 15–30 分鐘進行空間滅菌（確保無人環(huán)境）。

4. 定期維護

• HEPA過濾器應(yīng)每 6–12 個月檢測或更換。

• 需定期進行 氣流校驗、泄漏測試與完整性檢查。

• 建議委托專業(yè)機構(gòu)進行年度性能驗證，確保符合國家/國際標(biāo)準。

六、生物安全柜與潔凈工作臺的區(qū)別

有時生物安全柜與潔凈工作臺容易混淆，兩者在結(jié)構(gòu)和功能上有本質(zhì)區(qū)別：

七、適用場景

生物安全柜應(yīng)用于以下領(lǐng)域：

• 醫(yī)院檢驗科：血液、痰液、體液等臨床樣本分析。

• 疾控中心：微生物分離、病原體檢測。

• 制藥行業(yè)：無菌生產(chǎn)、質(zhì)量檢驗。

• 科研實驗室：細胞培養(yǎng)、DNA克隆、基因編輯。

• 高校教學(xué)：實驗教學(xué)中處理微生物樣品。

不同應(yīng)用場景需根據(jù)樣本類型、生物危害等級和實驗內(nèi)容選擇合適類型與規(guī)格的生物安全柜。

八、相關(guān)標(biāo)準與認證

使用或采購生物安全柜時，需確認其符合以下標(biāo)準之一：

• NSF/ANSI 49（美國）

• EN 12469（歐洲）

• YY 0569（中國）

• ISO 14644（潔凈室標(biāo)準）

此外，某些場合（如GMP制藥環(huán)境）還可能要求設(shè)備符合附加認證與驗證文檔支持。

九、結(jié)語

生物安全柜作為實驗室安全防護的重要設(shè)備，在保障實驗室人員健康、樣本純凈以及環(huán)境安全方面起到關(guān)鍵作用。其設(shè)計理念融合空氣動力學(xué)、微生物學(xué)和工程控制原理，已被廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域。科學(xué)合理地使用和維護生物安全柜，是建設(shè)規(guī)范、安全實驗室體系的重要一環(huán)。