生物安全柜简介 >> 正文

生物安全柜（Biological safety cabinets，BSCs）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。当操作液体或半流体，例如摇动、倾注、搅拌，或将液体滴加到固体表面上或另一种液体中时，均有可能产生气溶胶。在对琼脂板划线接种、用吸管接种细胞培养瓶、采用多道加样器将感染性试剂的混悬液转移到微量培养板中、对感染性物质进行匀浆及涡旋振荡、对感染性液体进行离心以及进行动物操作时，这些实验室操作都可能产生感染性气溶胶。由于肉眼无法看到直径小于5μm 的气溶胶以及直径为5～100μm 的微小液滴，因此实验室工作人员通常意识不到有这样大小的颗粒在生成，并可能吸入或交*污染工作台面的其他材料。已经表明，正确使用生物安全柜可以有效减少由于气溶胶暴露所造成的实验室感染以及培养物交*污染。生物安全柜同时也能保护环境。

多年以来，生物安全柜的基本设计已经历了多次改进。主要的变化是在排风系统增加了HEPA 过滤器。对于直径0.3μm 的颗粒，HEPA 过滤器可以截留99.97%，而对于更大或更小的颗粒则可以截留99.99%。HEPA 过滤器的这种特性使得它能够有效地截留所有已知传染因子，并确保从安全柜中排出的是完全不含微生物的空气。生物安全柜设计中的第二个改进是将经HEPA 过滤的空气输送到工作台面上，从而保护工作台面上的物品不受污染。这一特点通常被称为实验对象保护（product protection ）。这些基本设计上的变化使得三种级别的生物安全柜都得到了改进，表8 列出了各种安全柜所能提供的保护。

注：水平和垂直方向流出气流的工作柜（ “超净工作台”）不属于生物安全柜，也不能应用于生物安全操作。

保护类型	生物安全柜的选择
个体防护，针对危险度1～3 级微生物	Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级生物安全柜
个体防护，针对危险度4 级微生物，手套箱型实验室	Ⅲ级生物安全柜
个体防护，针对危险度4 级微生物，防护服型实验室	Ⅰ级、Ⅱ级生物安全柜
实验对象保护	Ⅱ级生物安全柜，柜内气流是层流的Ⅲ级生物安全柜
少量挥发性放射性核素∕化学品的防护	Ⅱ级B1 型生物安全柜，外排风式Ⅱ级A2型生物安全柜
挥发性放射性核素∕化学品的防护	Ⅰ级、Ⅱ级B2 型、Ⅲ级生物安全柜

图6 为Ⅰ级生物安全柜的原理图。房间空气从前面的开口处以0.38 m/s 的低速率进入安全柜，空气经过工作台表面，并经排风管排出安全柜。定向流动的空气可以将工作台面上可能形成的气溶胶迅速带离实验室工作人员而被送入排风管内。操作者的双臂可以从前面的开口伸到安全柜内的工作台面上，并可以通过玻璃窗观察工作台面的情况。安全柜的玻璃窗还能完全抬起来，以便清洁工作台面或进行其他处理。

（a）排到实验室中，然后再通过实验室排风系统排到建筑物外面；

（c）直接排到建筑物外面。HEPA 过滤器可以装在生物安全柜的压力排风系统（the exhaust plenum ）里，也可以装在建筑物的排风系统里。有些Ⅰ级生物安全柜装有一体式排风扇，而其他的则是借助建筑物排风系统的排风扇。

Ⅰ级生物安全柜是最早得到认可的，并且由于其设计简单，目前仍在世界各地广泛使用。Ⅰ 级生物安全柜能够为人员和环境提供保护，也可用于操作放射性核素和挥发性有毒化学品。但因未灭菌的房间空气通过生物安全柜正面的开口处直接吹到工作台面上，因此Ⅰ级生物安全柜对操作对象不能提供切实可行的保护。

在应用细胞和组织培养物来进行病毒繁殖或其他培养时，未经灭菌的房间空气通过工作台面是不符合要求的。Ⅱ级生物安全柜在设计上不但能提供个体防护，而且能保护工作台面的物品不受房间空气的污染。Ⅱ级生物安全柜有四种不同的类型（分别为A1、A2、B1 和B2 型），它们不同于Ⅰ级生物安全柜之处为，只让经HEPA 过滤的（无菌的）空气流过工作台面。Ⅱ级生物安全柜可用于操作危险度2 级和3 级的感染性物质。在使用正压防护服的条件下，Ⅱ级生物安全柜也可用于操作危险度4 级的感染性物质。

Ⅱ 级A1 型生物安全柜如图7 所示。内置风机将房间空气（供给空气）经前面的开口引入安全柜内并进入前面的进风格栅。在正面开口处的空气流入速度至少应该达0.38 m/s。然后，供气先通过供风HEPA 过滤器，再向下流动通过工作台面。空气在向下流动到, , , 距工作台面大约6～18 cm 处分开，其中的一半会通过前面的排风格栅，而另一半则通过后面的排风格栅排出。所有在工作台面形成的气溶胶立刻被这样向下的气流带走，并经两组排风格栅排出，从而为实验对象提供最好的保护。气流接着通过后面的压力通风系统到达位于安全柜顶部、介于供风和排风过滤器之间的空间。由于过滤器大小不同，大约70%的空气将经过供风HEPA 过滤器重新返回到生物安全柜内的操作区域，而剩余的30% 则经过排风过滤器进入房间内或被排到外面。

Ⅱ 级A1 型生物安全柜排出的空气可以重新排入房间里，也可以通过连接到专用通风管道上的套管或通过建筑物的排风系统排到建筑物外面。

安全柜所排出的经过加热和∕或冷却的空气重新排入房间内使用时，与直接排到外面环境相比具有降低能源消耗的优点。有些生物安全柜通过与排风系统的通风管道连接，还可以进行挥发性放射性核素以及挥发性有毒化学品的操作（表8）。

A：前开口；B：窗口；C：排风HEPA 过滤器；D：后面的压力排风系统；E：供风HEPA 过滤器；F：风机

外排风式Ⅱ级A2 型以及Ⅱ级B1 型和Ⅱ级B2 型生物安全柜

外排风式Ⅱ级A2 型以及Ⅱ级B1型（图8）和Ⅱ级B2 型生物安全柜都是由Ⅱ级A1 型生物安全柜变化而来，这些不同类型的Ⅱ级生物安全柜，连同Ⅰ级和Ⅲ级生物安全柜的特点见表9。生物安全柜设计上的每一种变化可以使不同的类型适用于特定的目的（参见表8）。这些生物安全柜相互间都有一定的差异，包括从前面的开口吸入空气的速度、在工作台面上再循环空气的量以及从安全柜中排出空气的量、安全柜的排风系统（是通过专门的排风系统还是通过建筑物的排风系统？是排到房间内还是排到建筑物的外面？）以及压力设置（安全柜是负压状态下的生物学污染管道和压力通风系统，还是由负压管道和压力通风系统所包围的生物学污染管道和压力通风系统？）。

不同类型的Ⅱ级A 型和Ⅱ级B 型生物安全柜的详细介绍见参考文献7和8，也可参考生产商的说明手册。

A：前开口；B：窗口；C：排风HEPA 过滤器；D：供风HEPA 过滤器；

E：负压压力排风系统；F：风机；G：送风HEPA 过滤器。安全柜需要有与建筑物排风系统相连接的排风接口。