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生物安全柜采购指南(图)

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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,用来保护工作人员、实验室环境以及实验品,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。WHO出版的《实验室生物安全手册》中明确说明:“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叉污染,生物安全柜同时也能保护工作环境”。当然,安全柜有效工作的前提是选购合格的安全柜和正确使用安全柜。目前市场上生物安全柜种类繁多,本文介绍了实验室生物安全标准、安全柜分类、认证的基本知识,旨在为采购人员在选购生物安全柜工作中提供参考。

生物安全柜的选择最基本取决于生物试验中所使用的试验品类型:

1、如果生物试验中只涉及微生物样品,可以使用基本类型的生物安全柜;

2、如果生物试验中涉及了微生物样品和微量化学试剂(非腐蚀性),使用装备外排管道的安全柜是必要的。因为HEPA过滤器并不能有效过滤清除化学气体,如果不能外排,将对实验室内工作人员和环境造成威胁;

3、如果生物试验中涉及了细胞毒素类药物,例如各类癌症治疗药物,必须使用的细胞毒素安全柜。

另外,需要明确了解生物安全柜与通风柜/超净工作台的区分。通风柜和超净工作台不属于生物安全柜,不可使用在涉及微生物材料的实验或生产过程中。

通风柜(通风橱)是为在化学实验过程中清除腐蚀性化学气体和有毒烟雾而设计的。由于没有装备HEPA过滤器,通风柜不能有效清除微生物介质。放置在通风柜内微生物样品会散播到柜外,污染实验室环境。

超净工作台(超净台)是为了保护试验品或产品而设计的,通过吹过工作区域的垂直或水平层流空气防止试验品或产品受到工作区域外粉尘或细菌的污染。一旦微生物样品放置于工作区域,层流空气将把带有微生物介质的空气吹向前台工作人员而产生危险。

生物安全水平

生物安全柜的选择需要根据所涉及微生物试验品或产品的致命性,传播媒介等因素,这些因素可划分为一至四级生物安全水平(BSL):

Bacillus subtilis (草芽孢杆菌)

被分类为生物安全水平一级和二级的微生物试验品或产品不会产生气溶胶,因此在开放的实验台面上开展工作;而对于一些可能涉及或者产生有害生物物质的操作过程都应该在生物安全柜内进行,在这些条件下最好使用二级的生物安全柜。二级生物安全水平的试验品或产品是可以通过液体传播,所以操作人员必须对于污染的锐器要特别注意。客户在选购安全柜时,也因注意确保没有突出的锐角,在使用时也需要每天清理工作台面。

在三级生物安全水平的生物实验室中,所有与传染源操作有关的步骤,都在二级或者三级生物安全柜中进行,并由穿戴合适防护服的实验人员进行;对于四级生物安全水平,所有工作应限制在三级生物安全柜中;假若在二级生物安全柜中进行,必须使用装备生命支持系统的一体正压防护服。值得特别注意的是,当出现新型不明微生物时,也必须在四级生物安全防护实验室中进行。待有充分数据后再决定此种微生物或毒素应在四级还是在较低级别的实验室中处理。

生物安全柜的分类

生物安全柜可分为一级、二级和三级三大类以满足不同的生物研究和防疫要求。

一级生物安全柜可保护工作人员和环境而不保护样品。气流原理和实验室通风橱一样,不同之处在于排气口安装有HEPA过滤器。所有类型的生物安全柜都在排气和进气口使用HEPA过滤器。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,由于不能对试验品或产品提供保护,目前已较少使用。

图一:一级生物安全柜气流模型图

二级生物安全柜是目前应用最为广泛的柜型。 与Ⅰ级生物安全柜一样,Ⅱ级生物安全柜也有气流流入前窗开口,被称作“进气流”,用来防止在微生物操作时可能生成的气溶胶从前窗逃逸。与Ⅰ级生物安全柜不同的是,未经过滤的进气流会在到达工作区域前被进风格栅俘获,因此试验品不会受到外界空气的污染。 Ⅱ级生物安全柜的一个独特之处在于经过HEPA过滤器过滤的垂直层流气流从安全柜顶部吹下,被称作“下沉气流”。下沉气流不断吹过安全柜工作区域,以保护柜中的试验品不被外界尘埃或细菌污染。

图二:二级生物安全柜气流模型图

按照NSF49的中的规定,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(原B3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除。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除。A2型安全柜的负压环绕污染区域的设计,阻止了柜内物质的泄漏。

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,以免危险气体泄漏如实验室。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。

二级生物安全柜各柜体类型性能比

三级生物安全柜是为4级实验室生物安全等级而设计的,是目前世界上最高安全防护等级的安全柜。柜体完全气密,100%全排放式,所有气体不参与循环,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。

图三:三级生物安全柜气流模型图

在允许循环化学气体的操作条件下,可以使用外接排放管道盖(Exhaust Collar)的A2型二级生物安全柜。排放管道盖与一般硬管不同的是有可吸入空气的进气孔;排放管道盖与外排管道连接,然后接到一个外排风机。排放管道盖上的进气孔对于A2型二级生物安全柜通过内置风机保持进气流和下沉气流的平衡至关重要。如果使用密封的外接风管,进气流将会过强可能导致安全柜对产品的保护实效;而排放管道盖上的进气孔可以从室内吸入空气,而不会影响安全柜内的气流平衡。此条件只适用于微量有毒化学物质。

如果不允许循环化学气体,则必须使用装备硬管的B2型二级生物安全柜。由于B型安全柜不是独立平衡系统,它的内置风机只能制造下沉气流,安全柜依赖外排风机制造进气流。这种型号的安全柜在安装和维护时会较为复杂,因为外排风机必须与内置风机保持平衡,否则将导致对操作人员或产品的安全性能的失效。

图四:B2型二级生物安全柜气流模型图(外置风扇和外排管道系统)

细胞毒素安全柜

如果生物试验中涉及了细胞毒素类药物,例如一些化学疗法药物,这些细胞毒素类药物有极高的毒性;与微生物产品不同的是,它们不可以被福尔马林或过氧化氢中和。而细胞毒素安全柜是专门高毒性的细胞毒素类药物试验与生产设计的,主要特点之一是可以在风机运行时更换HEPA过滤器,这样负压可以保持,确保了维修人员的安全。

图五:细胞毒素安全柜气流模型图

测试与认证

在2000年5月,欧洲标准化委员会(CEN)颁布了生物安全柜欧洲标准EN12469:2000,正式替代了德国DIN 12950、英国BS5726和法国NF X-44-201等欧盟成员国生物安全柜的标准,成为欧盟区域内生物安全柜的统一标准。

NSF49在上世纪70年代就已经出现,被公认为目前生物安全柜领域最完善的标准。在2002年,ANSI/NSF49正式获得了美国国家标准学会(American National Standard Institute,ANSI)的官方认可,成为美国生物安全柜的统一标准。

NSF/ANSI49和EN12469是目前世界上最通用的生物安全柜国际认证,这两种标准对安全柜性能分级、安全性能检测都有详细的说明和要求。安全柜标准对规范安全柜市场,保护研究人员起到重要的作用。客户在选购生物安全柜时,除了了解安全柜各项性能指标,最好最快最方便鉴别安全柜安全性能的方法是了解您购买的安全柜是否获得过以上两项最主要的国际安全柜认证。

以上两项最主要的国际安全柜认证中,最重要的是测试安全柜保护性能的微生物测试,就是使用细菌芽孢的微生物挑战测试,包括以下三个方面:

1、人员保护:细菌芽孢放置在工作区域,它们将不允许从前窗逃逸;

2、产品保护:从工作区域外向前窗开口处释放细菌芽孢,通过测试的安全柜将可以防止细菌芽孢进入工作区域污染试验品;

3、交叉感染:细菌芽孢在安全柜内从一个位置释放,它们将不允许落到超过20cm的临近区域。

在微生物测试后,将可以得到安全柜的安全性能范围图 (Performance Envelope) ,可以明确显示生物安全柜通过所有以上三种微生物挑战试验的风速设定点(Airflow setpoints)[进气流速率范围和下沉气流速率范围]。为了确保安全柜在不同运行状态下的安全性,用户有必要向厂家索取相应型号安全柜的安全性能范围图。

图六:安全柜的气流安全性能范围图

在寻求生产商产品认证的同时,用户也需要注意以下事项:

1. 当生产商声称自己生产的安全柜符合某项国际标准时,可要求其出示证明-合法的认证机构所签署的独立检测报告;

2. 一些标准可能与安全柜安全性能无直接关联,例如生物安全柜生产商声称获得ISO9001质量认证,而ISO9001并不会对安全柜性能进行以上国际安全柜标准的检测;

3. 认证必须是由独立、合法的安全柜认证机构测试和颁布的。

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