生物安全柜是實驗室主要物理隔離設備，是為實驗室人員在操作培養(yǎng)物、病毒株以及診斷性樣品，特別是操作高危險等級的微生物、有毒物質等具有感染性的實驗對象時得到安全保護，避免由于操作過程中產生的感染性氣溶膠和溢出物對實驗室人員產生危害，有效地防止有害懸浮微粒的擴散而設計。通過HEPA送風過濾與排氣過濾以及一系列檢測、報警等復雜機構從而實現(xiàn)了既保護受試樣品又保護人員與環(huán)境。

一、生物安全柜的分類：

二、生物安全柜不同級別類型的原理及作用

1、Ⅰ級生物安全柜

一級生物安全柜是市面上所見的設計最簡單，最基本的一類生物安全柜也是最早得到認可的生物安全柜，目前仍在世界各地廣泛使用。

微生物操作時產生的氣溶膠混合外界空氣進入安全柜，經HEPA將粉塵顆?；蚴歉腥疽蜃舆^濾，最后將干凈無污染的氣體排到外界環(huán)境中。雖然一級安全生物柜能夠確保操作人員和環(huán)境免受危害，但是它不能確保受試樣品不會被實驗室內的空氣所污染。當然，也不能完全排除交叉感染的可能性。因此，一級生物柜的使用范圍極為有限，而且此類生物安全柜已經落后于現(xiàn)代生物安全水平的防護需要。所有一級生物安全柜都可以對達到生物安全水平一、二、三級的微生物因子操作中使用。

Ⅰ級生物安全柜工作原理示意圖

2、Ⅱ級生物安全柜

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污染（既保護人員又保護受試樣品和環(huán)境）。Ⅱ級生物安全柜有四種不同的類型（分別為A1、A2、B1 和B2 型），不同于Ⅰ級生物安全柜的地方是 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作危險度2 級（BSL2）和3 級（BSL3）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作危險度4 級（BSL4）的感染性物質。

2.1、Ⅱ級A1型生物安全柜

風機將房間空氣經操作面開口吸入生物安全柜內部，并進入了前面的進風隔柵，在操作面開口處向內的氣流流速不低于0.38m/s，使前操作口形成一個空氣幕，以防止污染性氣溶膠從操作口逃逸，經送風HEPA過濾后的潔凈氣流垂直向下通過工作面，并通過下方的前后兩組隔柵排出，在工作臺面上形成的氣溶膠立刻被向下的潔凈氣流帶走，充分的保護了受試樣品，污染的空氣被抽入風機后送如后面的壓力排風管道到達安全柜頂部，介于送風HEPA與排風HEPA之間，約70%的通過送風HEPA參與再循環(huán)，而剩余的30%空氣經排風HEPA過濾后排出安全柜，送入實驗室。

在風機和兩個HEPA之間是正壓的，且充滿了污染性氣溶膠，故稱為正壓污染區(qū)。（由于污染區(qū)是正壓的，當污染區(qū)的結構發(fā)生漏瀉時，污染性氣溶膠會借助壓力的作用很快從安全柜內逃逸，直接對實驗室和操作者造成危險） 

Ⅱ級A1型生物安全柜

2.2、Ⅱ級A2型生物安全柜

Ⅱ級A2型生物安全柜是目前世界上Ⅱ級生物安全柜中運用最廣泛的，其工作原理與A1類似，區(qū)別是A2型生物安全柜的回風道為負壓污染區(qū)，并且通過排風管道將安全柜排出的氣體引入室外，不再排到實驗室內，這樣即使在排風HEPA泄露時，也不會對操作人員造成危險，但會對室外的環(huán)境會造成污染，針對此情況，采取一些額外的保護是必須的（如排風氣流報警、排風HEPA壓差報警、雙重排風HEPA等）

Ⅱ級A2型生物安全柜工作原理示意圖

在Ⅱ級A2型生物安全柜中操作一些會產生化學氣體的化學試劑（如不穩(wěn)定的化學試劑）時，生物安全柜的排風必須連接到排風管道，因依靠HEPA是不能完全除去排風中的化學氣味（HEPA的機理決定它只能除去氣溶膠和相應的微粒），由于Ⅱ級A2型生物安全柜有70%的氣流重新參與再循環(huán)，這些化學氣味會更多的進入到垂直層流中，對此問題的解決方法是在排風管上增加活性炭過濾器，依靠活性炭的吸附作用來除去排風中的化學氣體，但活性炭不是對所有的化合物都起作用，客戶應根據(jù)相應的操作進行選用，此外應安裝有相應的活性炭過濾器飽和度檢測裝置。排風管道是安全柜的安全保障，必須正確連接，并且不建議使用硬管密封連接，因為生物安全柜內部的循環(huán)以及垂直層流系統(tǒng)會受到排風系統(tǒng)的影響，例如，當排風系統(tǒng)的排風量增大或降低時，生物安全柜的平衡系統(tǒng)會受到影響（如 流入氣流流速、下降氣流流速等），最壞的情況— 排風機停止運行時或排風管道受到外力的因素堵塞的情況下，安全柜的氣流會徹底受到影響，很可能會發(fā)生下降氣流流速過大、流入氣流流速過低，導致氣溶膠逃逸的危險。（美國NSF49：2002中指出Ⅱ級A2型生物安全柜禁止使用密封硬管連接）。

套管連接示意圖

Ⅱ級A2型生物安全柜排風系統(tǒng)正確的連接方式應為套管連接，套管連接的方式基本與硬管連接相同，但套管連接時在套管與生物安全柜的連接口有一定間隙，允許房間空氣通過套管上的間隙被吸入排風系統(tǒng)中，在正常情況下生物安全柜內的排風通過HEPA后被吸入到排風系統(tǒng)中，同時房間內的潔凈空氣也通過套管上的間隙被吸入到排風系統(tǒng)中，采用套管連接時，生物安全柜的氣流平衡可以獨立與排風系統(tǒng)，無論排風系統(tǒng)多么波動都不會對生物安全柜的平衡造成影響，即使在排風系統(tǒng)故障的情況下，生物安全柜的氣流也會通過套管的間隙排到房間內，而不會造成危險；另一方面，在排風系統(tǒng)排氣量增大的情況下（如風機轉速突然升高、風量調節(jié)閥故障等…），房間的空氣也會通過套管上的間隙補充到排風系統(tǒng)中，生物安全柜內的氣流平衡仍然不會受到影響。

2.3、Ⅱ級B型生物安全柜

由于其操作入口平均風速可達/s以上，且無正壓污染區(qū)，循環(huán)風量減少到30%（Ⅱ級B2型為0）因此較Ⅱ級A型生物安全柜具有更高的安全性，Ⅱ級B型生物安全柜又細分B1型B2型兩種。Ⅱ級B型生物安全柜內操作危險實驗對象時必須采用密封硬管連接生物安全柜排風排至室外，且排風管道應為負壓管道。在安裝多臺Ⅱ級B型生物安全柜時，應自使用獨立排風管道，且不能共用排風管道。

2.3.1、Ⅱ級B1型生物安全柜

Ⅱ級B1型安全柜可以用于以微量揮發(fā)性有毒化學品和痕量放射性核素為輔助劑的微生物實驗。

特點：前窗操作口流入氣流的最低平均流速為0.5m/s；下降氣流大部分由未污染的流入氣流循環(huán)提供,經過高效過濾器過濾（C）后送至工作區(qū)；大部分被污染的下降氣流經過高效過濾器（C）后通過專用的排氣管道排入大氣中；安全柜內所有生物污染部位均處于負壓狀態(tài)或者被負壓通道和負壓通風系統(tǒng)包圍。

Ⅱ級B1型安全柜工作原理示意圖

2.3.2、Ⅱ級B2型生物安全柜

所有流入和下降的氣流都經過HEPA過濾器過濾后直接排到外界環(huán)境，在安全柜內部沒有再循環(huán)的氣體。因為沒有循環(huán)氣體，所以Ⅱ級B2型安全柜可以用于以發(fā)揮性有毒化學品和放射性核素為輔助劑的微生物實驗。理論上，即使HEPA過濾系統(tǒng)停止正常運作，因為氣體完全排出，所以B2型生物安全柜可以被看作是2級生物安全柜中最安全的一類安全柜。

Ⅱ級B1型安全柜工作原理示意圖

2.4、Ⅱ級A型生物安全柜和Ⅱ級B型生物安全柜的比較

3、Ⅲ級生物安全柜

用于操作危險等級為4級的對象，可提供高水平的個體防護。三級生物安全柜提供一級、二級安全柜無法提供的絕對安全保障。所有柜體為金屬焊接構造，并且采用完全密閉設計。實驗操作完全通過前窗的手套進行（又稱手套箱）。操作中柜內部將一直保持127Pa負壓狀態(tài)。即使在物理防污染系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，它也能提供安全保障。其送風經一級HEPA過濾器提供產品保護，排風經兩級HEPA過濾。實驗所需的物品同過安置在安全柜側面的隔離通道送進柜內，空氣通過外接的排氣管道直接排到外界環(huán)境?？稍谏婕耙?，二，三，四級生物安全水平的微生物因子實驗中使用。尤其適用于產生致命因子的生物試驗。

 Ⅲ級生物安全柜工作原理示意圖

當實驗步驟較多時，可采用多臺生物安全柜按要求組合，即成了系列型生物安全柜（GBL）。系列型生物安全柜出現(xiàn)于20世紀60年代前期，它由多個Ⅲ級生物安全柜按實驗所須的操作步驟組合而成，在它的末端安裝有兩面門的高壓滅菌器，實驗器材不能直接從安全柜中取出，必須經過高壓滅菌器消毒后才能取出，在設計和選用系列型生物安全柜裝置時，應根據(jù)實驗室的實際情況選用不同是組合類型，如直線型、L型、U型、E型以及其他形式的生物安全柜。但應防止組合到系列型生物安全柜中的各種設備、管路、配線等引起的交叉及瀉漏現(xiàn)象發(fā)生。

系列型Ⅲ級生物安全柜示意圖

4、 生物安全柜的技術要求

4.1、外觀要求

柜體表面無明顯劃傷、銹斑、壓痕、表面光潔，外形平整規(guī)則；說明功能的文字和圖形符號標志應正確、清晰、端正、牢固；焊接應牢固，焊接表面應光滑。

4.2、材料

所有柜體和裝飾材料應能耐正常的磨損,能經受氣體、液體、清潔劑、消毒劑及去污污操作等的腐蝕。材料結構穩(wěn)定，有足夠的強度，具有防火耐潮能力。所有的工作室內表面和集液槽應使用不低于300系列不銹鋼的材料制作。前窗玻璃應使用光學透視清晰、清潔、和消毒時不對其產生負面影響的防爆裂鋼化玻璃、強化玻璃制作，其厚度應不小于5mm。過濾器應能滿足正常使用條件下的溫度、濕度、耐腐蝕性和機械強度的要求，濾材不能為紙質材料。濾材中可能釋放的物資應不對人員、環(huán)境和設備產生不利影響。Ⅲ級安全柜的手套應采用耐酸堿及符合實驗要求的橡膠材料制成。

4.3、前窗操作口

前窗操作口的高度標稱值應在160mm～250mm范圍內。前窗開啟與關閉應輕便,在行程范圍內的任何位置不產生卡死現(xiàn)象,不應有明顯的左右或前后晃動現(xiàn)象,滑動應順暢?；瑒忧按暗臉嬙鞈ＷC在懸掛系統(tǒng)出故障時不能脫落而給操作者帶來危險,應具有報警系統(tǒng)和聯(lián)鎖系統(tǒng)以保證工作只能在規(guī)定的前窗操作口高度范圍之內進行。滑動前窗及與其貼合的板之間、窗玻璃與框架之間及框架四周的連接處、壓緊裝置等，均應充分考慮系統(tǒng)的密封。Ⅲ級安全柜應采用固定窗，窗與框架四周連接處應充分密封, 窗玻璃與操作手套應保證密封不泄漏。

4.4、照度

安全柜平均照度應不小于650lx，每個照度實測值應不小于430lx。 

4.5、安全柜內部供/排氣風機聯(lián)鎖警報

當安全柜既有內部下降氣流風機又有排氣風機時,應有聯(lián)鎖功能。一旦排風機停止工作，下降氣流供氣風機關閉，聲光器；一旦下降氣流供氣風機停止工作，排氣風機繼續(xù)運轉，聲光報警器報警。

4.6、安全柜氣流波動報警

Ⅱ級安全柜必須實時顯示工作區(qū)的下降氣流流速和流入氣流流速。當下降氣流流速和流入氣流流速波動超過其標稱值的20%時，用聲光報警器來提示下降氣流和流入氣流流速的波動。

由于生物安全柜涉及的技術指標很多，在這里就不在敘述，更多內容請見 國家食品藥品監(jiān)督管理局2005年7月18日發(fā)布的 《YY 0569—2005 生物安全柜》。

參考文獻：

[1]  YY 0569—2005 生物安全柜；

[2]  俞詠霆、李太華、董得祥，生物安全實驗室建設， 化學工業(yè)出版社，2006年4月；

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