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      生物安全柜的工作原理示意圖





      新聞詳情

       生物安全柜 (biological safety cabinet,BSC):負壓過濾排風柜,防止操縱者和環境暴露于實驗過程中產生的生物氣溶膠環境中。
        生物安全柜(Biological safety cabinets,BSCs)是為操縱原代培養物、菌毒株以及診斷性標本等具有感染性的實驗材料時,用來保護操縱者本人、實驗室環境以及實驗材料,使其避免暴露于上述操縱過程中可能產生的感染性氣溶膠和濺出物而設計的。當操縱液體或半流體,例如搖動、傾注、攪拌,或將液體滴加到固體表面上或另一種液體中時,均有可能產生氣溶膠。在對瓊脂板劃線接種、用吸管接種細胞培養瓶、采用多道加樣器將感染性試劑的混懸液轉移到微量培養板中、對感染性物質進行勻漿及渦旋振蕩、對感染性液體進行離心以及進行動物操縱時,這些實驗室操縱都可能產生感染性氣溶膠。由于肉眼無法看到直徑小于5μm 的氣溶膠以及直徑為5~100μm 的微小液滴,因此實驗室工作職員通常意識不到有這樣大小的顆粒在天生,并可能吸進或交*污染工作臺面的其他材料。已經表明,正確使用生物安全柜可以有效減少由于氣溶膠暴露所造成的實驗室感染以及培養物交叉污染。生物安全柜同時也能保護環境。

        多年以來,生物安全柜的基本設計已經歷了多次改進。主要的變化是在排風系統增加了HEPA 過濾器。對于直徑0.3μm 的顆粒,HEPA 過濾器可以截留99.97%,而對于更大或更小的顆粒則可以截留99.99%。HEPA 過濾器的這種特性使得它能夠有效地截留所有已知傳染因子,并確保從安全柜中排出的是完全不含微生物的空氣。生物安全柜的工作原理設計中的第二個改進是將經HEPA 過濾的空氣輸送到工作臺面上,從而保護工作臺面上的物品不受污染。這一特點通常被稱為實驗對象保護(product protection )。這些基本設計上的變化使得三種級別的生物安全柜都得到了改進,表1列出了各種安全柜所能提供的保護。

      注:水平和垂直方向流出氣流的工作柜( “超凈工作臺”)不屬于生物安全柜,也不能應用于生物安全操縱。

      不同保護類型及生物安全柜的選擇

      保護類型

      生物安全柜的選擇

      個體防護,針對危險度1~3 級微生物

      Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級生物安全柜

      個體防護,針對危險度4 級微生物,手套箱型實驗室

      Ⅲ級生物安全柜

      個體防護,針對危險度4 級微生物,防護服型實驗室

      Ⅰ級、Ⅱ級生物安全柜

      實驗對象保護

      Ⅱ級生物安全柜,柜內氣流是層流的Ⅲ級生物安全柜

      少量揮發性放射性核素∕化學品的防護

      Ⅱ級B1 型生物安全柜,外排風式Ⅱ級A2型生物安全柜

      揮發性放射性核素∕化學品的防護

      Ⅰ級、Ⅱ級B2 型、Ⅲ級生物安全柜

      級生物安全柜

      圖1 為Ⅰ級生物安全柜的原理圖。房間空氣從前面的開口處以0.38 m/s 的低速率進進安全柜,空氣經過工作臺表面,并經排風管排出安全柜。定向活動的空氣可以將工作臺面上可能形成的氣溶膠迅速帶離實驗室工作職員而被送進排風管內。操縱者的雙臂可以從前面的開口伸到安全柜內的工作臺面上,并可以通過玻璃窗觀察工作臺面的情況。安全柜的玻璃窗還能完全抬起來,以便清潔工作臺面或進行其他處理。

      安全柜內的空氣可以通過HEPA 過濾器按下列方式排出:

      (a)排到實驗室中,然后再通過實驗室排風系統排到建筑物外面;

      (b) 通過建筑物的排風系統排到建筑物外面;

      (c) 直接排到建筑物外面。HEPA 過濾器可以裝在生物安全柜的壓力排風系統(the exhaust plenum )里,也可以裝在建筑物的排風系統里。有些Ⅰ級生物安全柜裝有一體式排風扇,而其他的則是借助建筑物排風系統的排風扇。

      Ⅰ級生物安全柜是最早得到認可的,并且由于其設計簡單,目前仍在世界各地廣泛使用。Ⅰ 級生物安全柜能夠為職員和環境提供保護,也可用于操縱放射性核素和揮發性有毒化學品。但因未滅菌的房間空氣通過生物安全柜正面的開口處直接吹到工作臺面上,因此Ⅰ級生物安全柜對操縱對象不能提供切實可行的保護。

       

                                  圖Ⅰ級生物安全柜原理圖

      A:前開口;B:窗口;C:排風HEPA 過濾器;D:壓力排風系統

      級生物安全柜

      在應用細胞和組織培養物來進行病毒繁殖或其他培養時,未經滅菌的房間空氣通過工作臺面是不符合要求的。Ⅱ級生物安全柜在設計上不但能提供個體防護,而且能保護工作臺面的物品不受房間空氣的污染。Ⅱ級生物安全柜有四種不同的類型(分別為A1、A2、B1 和B2 型),它們不同于Ⅰ級生物安全柜之處為,只讓經HEPA 過濾的( 無菌的)空氣流過工作臺面。Ⅱ級生物安全柜可用于操縱危險度2 級和3 級的感染性物質。在使用正壓防護服的條件下,Ⅱ級生物安全柜也可用于操縱危險度4 級的感染性物質。

      Ⅱ 級A1 型生物安全柜

      Ⅱ 級A1 型生物安全柜如圖7 所示。內置風機將房間空氣(供給空氣) 經前面的開口引進安全柜內并進進前面的進風格柵。在正面開口處的空氣流進速度至少應該達0.38 m/s。然后,供氣先通過供風HEPA 過濾器,再向下活動通過工作臺面??諝庠谙蛳禄顒拥? , , 距工作臺面大約6~18 cm 處分開, 其中的一半會通過前面的排風格柵,而另一半則通過后面的排風格柵排出。所有在工作臺面形成的氣溶膠立即被這樣向下的氣流帶走,并經兩組排風格柵排出,從而為實驗對象提供最好的保護。氣流接著通過后面的壓力透風系統到達位于安全柜頂部、介于供風和排風過濾器之間的空間。由于過濾器大小不同,大約70%的空氣將經過供風HEPA 過濾器重新返回到生物安全柜內的操縱區域,而剩余的30% 則經過排風過濾器進進房間內或被排到外面。

      Ⅱ 級A1 型生物安全柜排出的空氣可以重新排進房間里,也可以通過連接到專用透風管道上的套管或通過建筑物的排風系統排到建筑物外面。

      安全柜所排出的經過加熱和∕或冷卻的空氣重新排進房間內使用時,與直接排到外面環境相比具有降低能源消耗的優點。有些生物安全柜通過與排風系統的透風管道連接,還可以進行揮發性放射性核素以及揮發性有毒化學品的操縱(表1)。

       

      Ⅱ 級A1 型生物安全柜原理圖

                            A:前開口;B:窗口;C:排風HEPA 過濾器;D:后面的壓力排風系統;E:供風HEPA 過濾器;F:風機

      外排風式A2 型以及B1 型和B2 型生物安全柜

      外排風式Ⅱ級A2 型以及Ⅱ級B1型(圖3)和Ⅱ級B2 型生物安全柜都是由Ⅱ級A1 型生物安全柜變化而來,這些不同類型的Ⅱ級生物安全柜,連同Ⅰ級和Ⅲ級生物安全柜的特點見表9。生物安全柜設計上的每一種變化可以使不同的類型適用于特定的目的(參見表1) 。這些生物安全柜相互間都有一定的差異,包括從前面的開口吸進空氣的速度、在工作臺面上再循環空氣的量以及從安全柜中排出空氣的量、安全柜的排風系統(是通過專門的排風系統還是通過建筑物的排風系統?是排到房間內還是排到建筑物的外面?)以及壓力設置(安全柜是負壓狀態下的生物學污染管道和壓力透風系統,還是由負壓管道和壓力透風系統所包圍的生物學污染管道和壓力透風系統?)。

       

      3 Ⅱ 級B1 型生物安全柜原理圖

      A:前開口;B:窗口;C:排風HEPA 過濾器;D:供風HEPA 過濾器;

      E:負壓壓力排風系統;F:風機;G:送風HEPA 過濾器。安全柜需要有與建筑物排風系統相連接的排風接口。    

      表2Ⅰ級、Ⅱ級以及Ⅲ 級生物安全柜之間的差異

       

      生物安全柜

      正面氣流速度

      氣流百分數(%)

      排風系統

       

      m/s

      重新循環部分

      排出部分

       

      Ⅰ級a

      0.36

      0

      100

      硬管

      Ⅱ級A1型

      0.38~0.51

      70

      30

      排到房間或套管連接處

      外排風式Ⅱ級A2型a

      0.51

      70

      30

      排到房間或套管連接處

      Ⅱ級B1型a

      0.51

      30

      70

      硬管

      Ⅱ級B2型a

      0.51

      0

      100

      硬管

      Ⅲ級a

      NA

      0

      100

      硬管

       

      NA,不適用。

      a所有生物學污染的管道均為負壓狀態,或由負壓的管道和壓力透風系統圍繞。

      Ⅲ級生物安全柜

      Ⅲ級生物安全柜(圖4)用于操縱危險度4 級的微生物材料,可以提供最好的個體防護。Ⅲ級生物安全柜的所有接口都是“密封的”,其送風經HEPA 過濾,排風則經過兩個HEPA 過濾器。Ⅲ級生物安全柜由一個外置的專門的排風系統來控制氣流,使安全柜內部始終處于負壓狀態(大約124.5 Pa) 。只有通過連接在安全柜上的結實的橡膠手套,手才能伸到工作臺面。Ⅲ級生物安全柜應該配備一個可以滅菌的、裝有HEPA 過濾排風裝置的傳遞箱。Ⅲ級生物安全柜可以與一個雙開門的高壓滅菌器相連接,并用它來清除進出安全柜的所有物品的污染??梢詫讉€手套箱連在一起以增大工作面積。Ⅲ級生物安全柜適用于三級和四級生物安全水平的實驗室。

       

      Ⅲ級生物安全柜(手套箱)示意圖

      A:用于連接等臂長手套的艙孔;B:窗口;C:兩個排風HEPA 過濾器;D:送風HEPA 過濾器;E:雙開門高壓滅菌器或傳遞箱;F:化學浸泡槽。安全柜需要有與獨立的建筑物排風系統相連接的排風接口。

      生物安全柜的透風連接

      A1型和外排風式A2 型Ⅱ級生物安全柜的設計使用了“套管(thimble)”或“傘形罩(canopy hood)”連接。套管安裝在安全柜的排風管上,將安全柜中需要排出的空氣引進建筑物的排風管中。在套管和安全柜排風管之間保存一個直徑差通常為2.5 cm 的小開口,以便讓房間的空氣也可以吸進到建筑物的排風系統中。建筑物排風系統的排風能力必須能滿足房間排風和安全柜排風的要求。套管必須是可拆卸的,或者設計成可以對安全柜進行操縱測試的類型。一般來講,建筑物氣流的波動對套管連接型生物安全柜的功能不會有太大的影響。

      Ⅱ級B1型和Ⅱ級B2型生物安全柜通過硬管,亦即沒有任何開口地、牢固地連接到建筑物的排風系統,或者最好是連接到專門的排風系統。建筑物排風系統的排風量和靜壓必須與生產商所指定的要求正好一致。對硬管連接的生物安全柜進行認證時,要比將空氣再循環送回房間或采用套管連接的生物安全柜更費時。

      生物安全柜的選擇

      主要根據下列所需保護的類型來選擇適當的生物安全柜:實驗對象保護;操縱危險度1~4 級微生物時的個體防護;暴露于放射性核素和揮發性有毒化學品時的個體防護;或上述各種防護的不同組合。表8 列出了每一種防護類型所推薦使用的生物安全柜。

      操縱揮發性或有毒化學品時,不應該使用將空氣重新循環排進房間的生物安全柜,即不與建筑物排風系統相連接的Ⅰ級生物安全柜,或?級A1 型及?級A2 型生物安全柜。Ⅱ級B1 型安全柜可用于操縱少量揮發性化學品和放射性核素。Ⅱ級B2 型安全柜也稱為全排放型安全柜,在需要操縱大量放射性核素和揮發性化學品時,必須使用這一類型的安全柜。

      位置

      空氣通過前面開口進進生物安全柜的速度大約為0.45 m/s。這樣速度的定向氣流是極易受到干擾的,包括職員走近生物安全柜所形成的氣流、打開窗戶、送風系統調整以及開關門等都可能造成影響。因此, 最為理想的是,生物安全柜應位于闊別職員活動、物品活動以及可能會擾亂氣流的地方。在安全柜的后方以及每一個側面要盡可能留有30 cm 的空間,以利于對安全柜的維護。在安全柜的上面應留有30~35 cm 的空間,以便正確丈量空氣通過排風過濾器的速度,并便于排風過濾器的更換。

      操縱者

      生物安全柜假如使用不當,其防護作用就可能大大受到影響。操縱者在移動雙臂進出安全柜時,需要小心維持前面開口處氣流的完整性,雙臂應該垂直地緩慢進出前面的開口。手和雙臂伸進到生物安全柜中等待大約一分鐘,以使安全柜調整完畢并且讓里面的空氣“掃過”手和雙臂的表面以后,才可以開始對物品進行處理。要在開始實驗之前將所有必須的物品置于安全柜內,以盡可能減少雙臂進出前面開口的次數。

      物品放置

      Ⅱ級生物安全柜前面的進氣格柵不能被紙、儀器設備或其他物品阻擋。放進安全柜內的物品應采用70% 酒精來清除表面污染??梢栽谙緞┙竦拿砩线M行實驗,以吸收可能濺出的液滴。所有物品應盡可能地放在工作臺后部*近工作臺后緣的位置,并使其在操縱中不會阻擋后部格柵??僧a生氣溶膠的設備(例如混勻器、離心機等)應*近安全柜的后部放置。像有生物危害性的廢棄物袋、盛放廢棄吸管的盤子以及吸濾瓶等體積較大的物品,應該放在安全柜內的某一側。在工作臺面上的實驗操縱應該按照從清潔區到污染區的方向進行。

      耐高壓滅菌的生物危害性廢棄物袋以及吸管盛放盤不應放在安全柜的外面,否則在使用這些物品時雙臂就必須頻繁進出安全柜,這樣會干擾安全柜空氣屏障的完整性,從而影響對職員和物品的防護。

      操縱和維護

      大多數生物安全柜的設計答應整天24 h 工作。研究職員還發現,連續工作有助于控制實驗室中灰塵和顆粒的水平。向房間中排風或通過套管接口與專門的排風管相連接的?級A1 型及?級A2 型生物安全柜,在不使用時是可以封閉的。其他如I級B1 型和II級B2 型生物安全柜,是通過硬管安裝的,就必須始終保持空氣活動以維持房間空氣的平衡。在開始工作以前以及完成工作以后,應至少讓安全柜工作5min 來完成“ 凈化” 的過程, 亦即應留出將污染的空氣排出安全柜的時間。

      生物安全柜的所有維修工作應該由有資質的專業職員來進行。在生物安全柜操縱中出現的任何故障都應該報告,并應在再次使用之前進行維修。

      紫外燈

      生物安全柜中不需要紫外燈。假如使用紫外燈的話,應該每周進行清潔,以除往可能影響其殺菌效果的灰塵和污垢。在安全柜重新認證時,要檢查紫外線的強度,以確保有適當的光發射量。房間中有人時一定要封閉紫外燈,以保護眼睛和皮膚,避免因不慎暴露而造成傷害。

      明火

      在生物安全柜內所形成的幾乎沒有微生物的環境中,應避免使用明火。使用明火會對氣流產生影響,并且在處理揮發性物品和易燃物品時,也易造成危險。在對接種環進行滅菌時,可以使用微型燃燒器或電爐,而不應使用明火。

      溢出

      實驗室中要張貼如何處理溢出物的實驗室操縱規則,每一位使用實驗室的成員都要閱讀并理解這些規程。一旦在生物安全柜中發生有生物學危害的物品溢出時,應在安全柜處于工作狀態下立即進行清理。要使用有效的消毒劑,并在處理過程中盡可能減少氣溶膠的天生。所有接觸溢出物品的材料都要進行消毒和/或高壓滅菌。

      認證

      在安裝時以及每隔一定時間以后,應由有資質的專業職員按照生產商的說明對每一臺生物安全柜的運行性能以及完整性進行認證,以檢查其是否符合國家及國際的性能標準。安全柜防護效果的評估應該包括對安全柜的完整性、HEPA 過濾器的泄漏、向下氣流的速度、正面氣流的速度、負壓/ 換氣次數、氣流的煙霧模式以及警報和互鎖系統進行測試。還可以選擇進行漏電、光照度、紫外線強度、噪聲水平以及振動性的測試。在進行這些測試時,檢測職員要經過專門的培訓,采用專門的技術和儀器設備。強烈建議由有資質的專業職員來進行測試。
      生物安全柜圖片

      清潔和消毒

      由于剩余的培養基可能會使微生物生長繁殖,因此在實驗結束時,包括儀器設備在內的生物安全柜里的所有物品都應清除表面污染,并移出安全柜。

      在每次使用前后,要清除生物安全柜內表面的污染。工作臺面和內壁要用消毒劑進行擦拭,所用的消毒劑要能夠殺死安全柜里可能發現的任何微生物。在天天實驗結束時,應擦拭生物安全柜的工作臺面、四周以及玻璃的內外側等部位來清除表面的污染。在對目標生物體有效時,可以采用漂白劑溶液或70% 酒精來消毒。在使用如漂白劑等腐蝕性消毒劑后,還必須用無菌水再次進行擦拭。

      推薦將安全柜一直維持運行狀態。假如要封閉的話,則應在關機前運行5min 以凈化內部的氣體。

      清除污染

      生物安全柜在移動以及更換過濾器之前,必須清除污染。最常用的方法是采用甲醛蒸氣熏蒸。應該由有資質的專業職員來清除生物安全柜的污染。

      個體防護裝備

      在使用生物安全柜時應穿著個體防護服。在進行一級和二級生物安全水平的操縱時,可穿著普通實驗服。前面加固處理的反背式實驗隔離衣具有更好的防護效果,應在進行三級和四級生物安全水平(防護服型實驗室除外)的操縱時使用。手套應套在隔離衣的外面,可以戴加有松緊帶的套袖來保護研究職員的手腕。有些操縱可能還需要戴口罩和安全眼鏡。

      警報器

      可以在兩種警報器中選擇一種來裝備生物安全柜。窗式警報器只能裝在帶有滑動窗的安全柜上。發出警報時表明操縱者將滑動窗移到了不當的位置。處理這種警報時,只要將滑動窗移到適宜的位置就可以了。氣流警報器報警時,表明安全柜的正常氣流模式受到了干擾,操縱者或物品立即處于危險狀態。當氣流警報響起時,應立即停止工作,并通知實驗室主管。生產商的說明手冊中將提供更具體的資料,在生物安全柜的使用培訓中也應包括這一方面的內容。

      補充資料

      選擇正確類型的生物安全柜,進行安裝并正確使用,同時每年進行認證,這是一個復雜的程序。強烈推薦在經過良好培訓并具有豐富生物安全操縱經驗的專家監視下來進行上述工作。該專家應非常熟悉“參考文獻”部分中所列出的相關文獻,并且經過了有關生物安全柜各方面的培訓。操縱者應接受生物安全柜操縱和使用的正規培訓。

       
















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