生物安全柜

概述

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的防护设备。

生物安全柜提供对人、样品和环境的三重保护。


工作原理

生物安全柜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。

应用

生物安全柜是一种在微生物学、生物医学、基因重组、动物实验、生物制品等领域的科研、教学、临床检验和生产中广泛使用的安全设备,也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。

分类

根据生物安全防护水平的差异,生物安全柜可分为一级、二级和三级三种类型。

表1实验室生物安全等级应用的生物安全柜等级



1、一级生物安全柜

一级生物安全柜可保护工作人员和环境而不保护样品。其气流原理和实验室通风橱基本相同,不同之处在于排气口安装有HEPA 过滤器,将外排气流过滤进而防止微生物气溶胶扩散造成污染。一级生物安全柜本身无风机,依赖外接通风管中的风机带动气流,由于不能保护柜内产品,目前已较少使用。


2、二级生物安全柜

二级生物安全柜是目前应用最为广泛的柜型。按照《中华人民共和国医药行业标准YY0569-2005生物安全柜》中的规定,二级生物安全柜依照入口气流风速、排气方式和循环方式可分为4 个级别:A1 型,A2 型,B1 型和B2 型。所有的二级生物安全柜都可提供工作人员、环境和产品的保护。

A1 型安全柜前窗气流速度最小量或测量平均值应至少为0.38m/s。70%气体通过HEPA 过滤器再循环至工作区,30%的气体通过排气口过滤排出。


A2 型安全柜前窗气流速度最小量或测量平均值应至少为0.5m/s。70%气体通过HEPA 过滤器再循环至工作区,30%的气体通过排气口过滤排出。


二级B型生物安全柜均为连接排气系统的安全柜。连接安全柜排气导管的风机连接紧急供应电源,目的在断电下仍可保持安全柜负压,以免危险气体泄漏出实验室。其前窗气流速度最小量或测量平均值应至少为0.5m/s(100fpm)。

B1 型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。


B2 型为100%全排型安全柜,无内部循环气流,可同时提供生物性和化学性的安全控制,可以操作挥发性化学品和挥发性核放射物作为添加剂的微生物实验。


3、三级生物安全柜

三级生物安全柜是为生物安全防护等级为4级实验室而设计的,柜体完全气密,工作人员通过连接在柜体的手套进行操作,俗称手套箱(Golve box),试验品通过双门的传递箱进出安全柜以确保不受污染,适用于高风险的生物试验,如进行SARS、埃博拉病毒相关实验等。


选型指南

1、根据生物安全柜的强制性行业标准《中华人民共和国医药行业标准YY0569-2005生物安全柜》规定,只有获得国家食品药品监督管理局颁发的三类医疗器械注册证的产品才能真正保护操作人员、实验室环境和操作样本。

2、实验室选择生物安全柜时应详细了解从事传染性微生物工作中的生物安全级别所包括的主要要素,根据给个人、环境、社会提供的保护情况选取不同级别的生物安全柜。

(1)生物安全一级(BSL-1):适合用于非常熟悉的病源,该病源不会经常引发健康成人疾病,对实验人员和环境潜在危险小,实验室没有必要和建筑物中的一般行走区分开,一般按照标准的分级生物操作在开放的实验室台面上开展工作。不要求一般也不使用特殊的抑制设备和设施(生物安全柜)。

(2)生物安全二级(BSL-2):适合于对人和环境有中度潜在危险的病源。与BSL-1的区别在于:①实验人员均应接受过病源处理方面的特殊培训,并由有资格的工作者指导。②进行实验时限制进入实验室。③对于污染的锐器应特别注意。④某些可能产生传染性气溶胶或飞溅物的过程应在生物安全柜中或其他物力抑制设备中进行,可选用Ⅰ、Ⅱ级生物安全柜。

(3)生物安全三级(BSL-3):应用于临床、诊断、教学、研究或者生产设施,在该级别中开展有关内源性和外源性病原的工作。若因暴露而吸入该病原会引发严重的可能致死的疾病。实验人员应在处理致病性的可能使人致死的病原方面受过专业训练,并由对该病原工作有经验的有资格的科学工作者监督。所有与传染源操作有关的步骤都在生物安全柜或其他物理抑制装置中进行,最好选用二级或二级以上生物安全柜,实验室需要特殊设计和施工,室内为负压。

(4)生物安全四级(BSL-4)应用于对生命有高度危险的危险性病原或外源性病原。可通过气溶胶而致实验室感染或未知传染风险,且引起致命的有关病原,应选用三级生物安全柜及正压防护服,如SARS病毒对人或环境具有中度潜在危险,对携带该病毒的患者样本处理均应在生物安全二级(BSL-2 )或二级以上实验室中进行,为了对操作人员和环境及样品均提供有效的保护,实验室应选用二级以上或全排风式生物安全柜(B2型)。


维护保养

1、生物安全柜内的所有物品,包括设备,都应在工作完成之后进行表面去污处理并从柜内取出,因为残留的培养介质可能会提供微生物的生长条件。安全柜的内表面应在每次使用前与使用后进行去污处理。要用消毒剂擦拭工作台表面及内壁面,使用的消毒剂应能杀死柜内可能存在的所有微生物。一天工作结束时,应进行最后表面去污处理,即对工作台、各个侧面、背面及玻璃的里面进行全面擦拭。可以使用漂白粉液或70%酒精,这种对目标生物有效的消毒剂。如使用漂白粉液这种有腐蚀性的消毒剂,则要用灭菌水进行二次擦拭。建议工作柜在清洁、消毒时处在工作状态。如果其未处在工作状态,则应运行5分钟,以便在安全柜关闭前将其中的气体清除掉。

2、生物安全柜的去污处理。对1级和2级生物安全柜的去污,是将适量的低聚甲醛(使柜内空气中的低聚甲醛的最终浓度为80%)置于电热盘或煎锅上(从柜外控制)。另将一个放有比低聚甲醛多10%的碳酸氢的电热盘或煎锅也放在柜内(在柜外控制)。这第二个容器上应带盖,这个盖子可以从远处取下来(例如系在一根线上,线可以从柜外拉动)。这样可以使提前中和的低聚甲醛达到最小。如果相对温度低于70%,有热水的开口容器。如果没有前隔板,则要用生型塑料挡板,将其用胶带粘在前脸,确保不会有气体漏入房间。当盘内的低聚甲醛已全部挥发或开关已打开1小时后,将开关关闭。将安全柜放置一整晚不得触动。然后将第二个盘子的盖移开并打开其开关,碳酸氢氨开始挥发。这时,关闭盘子的开关,让安全柜开始工作,使碳酸氢氨气循环1小时。然后可以取下前隔板(或塑料挡板),安全柜即可使用。

3、过滤器日常维护。日常检查必不可少,保证过滤器与系统间的密封牢固无泄漏。一旦发生泄漏,应用扳手将螺丝帽适度拧紧,鉴于过滤器中可能充满了生物危害性物质,因此应由专业人员对其进行更换或维修,在进行更换和维修之前,有必要对安全柜进行消毒和清洁。

当出现以下现象时,说明滤器需要更换:①风速明显变小,风机转速最大;② 压力传感器报警,当压力指示器显示值大于170Pa时报警系统报警;③过滤器泄露:需要厂家不定期的委托厂家或第三方检验过滤器是否泄露;④查看控制面板上风机累计运行时间(若达到10000小时,通常需要考虑更换,不过也需视使用环境的洁净程度和习惯而定)

过滤器更换前,一定要将柜内表面以及原超高效过滤器采用甲醛熏蒸消毒。更换时,手和身体有外伤者不得进行操作,操作人员一定要穿上防护服以及口罩,小脚手套。取出的过滤器要立即密封放入塑料袋内,使用过的手套,防护服等同样处理,作为医疗垃圾处理。安装新过滤器时,不要随便将头和身体伸到柜内,保持同样高度谨慎操作。

4、风机的日常维护。需要严格按照生物安全柜操作指南运行风机,定期的检查同样重要,若风机运行时发出警报,请停止操作安全柜并及时通知专业人员前来进行检查和维修,风机与过滤器一样都是安装与安全柜上部的负压腔内,而且都处于受污染区域,所以凡涉及风机的维护和更换,都应经过消毒处理后方能打开前封板进行操作。

风机更换的前期准备工作与更换过滤器一样,当前封板拆卸后,可开始维修或更换风机;风机经试运转,需进行规定的检验确认。风机更换工作必须由专业人员完成。


注意事项

生物安全柜安装注意事项:

现有实验室购置安全柜,一般在房间腾出一小块空地安放,存在问题很多,安装位置不当,会造成污染。

1、生物安全柜两侧、后侧应留30 cm,顶部留出足够30~34 cm的空间;

2、为减少气流扰动,保证安全柜正常工作,生物安全柜应放置在远离实验室入口、门窗、暖气、走道,避开送风口,避免外界气流对柜内气流造成扰动。

3、生物安区柜放置的房间必须有足够的送风量,Ⅱ级A2排气量约在700~1200 m3/h,B2则在1000~1600 m3/h,有的型号更高,如果没有足够的补充送风,生物安全柜所在房间成为高负压状态,生物安全柜无法正常工作。

4、很多实验室购置Ⅱ级A2生物安全柜后,认为排风管道接到室外比排到室内安全。其实,生物安全柜排风出口带有高效过滤器,所排出的气体被证明是安全的,对室内环境没有影响;另外,将室内舒适工作环境的洁净空气排到室外会大大增加运行成本,因此,除了操作危险度较高的实验对象或能产生化学气味的化学试剂,Ⅱ级A2生物安全柜排风排到室内是安全可行的。

5、注意连接方式。Ⅱ级A2型生物安全柜采用硬连接,这种连接方式以前被广泛使用,A2型生物安全柜使用密闭硬管连接到带抽风机的排风系统时,其安全运行完全依赖于排风系统,如当排风的速度升高或降低,生物安全柜内不平衡发生变化,会产生污染环境、样品的严重后果。在美国NSF49:2002标准中禁止Ⅱ级A2生物安全柜使用密闭硬管连接。如果Ⅱ级A2安全柜外排气体时,建议排风管采用套管连接,套管安装在生物安全柜的排风管上,与安全柜高效过滤器之间保留2.5 cm的缝隙,以便让房间的空气也能吸入到建筑物的排风系统中,这种连接方式是最安全的连接方式,柜内的气流平衡独立与排风系统,无论排风系统如何波动柜内气流平衡都不会受到影响。Ⅱ级B2必须通过硬管连接,密封地连接到排风系统上,排风系统的排风量和静压必须与安全柜制定要求一致。在安装有多台Ⅱ级B型生物安全柜时,应各自使用独立的排风管道,不能共用排风管道。


故障排除

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