生物安全柜運行現狀調研

介紹

生物安全柜作為一級生物安全屏障，其工作原理主要是由電源將外界空氣通過微?？諝膺^濾器(HEPA)過濾后送入安全柜，避免處理后的樣品被污染。同時，柜內空氣過濾器過濾后的空氣通過電源排入室外環境，使柜內保持負壓狀態。該設備可以保護實驗樣品免受外界污染，同時避*人員接觸實驗操作過程中產生的有害或未知的生物氣溶膠和溢出物。因此廣泛應用于各級醫療機構檢驗部門、各級疾病/防控中心、各種生物安全實驗室以及各種生產企業。

目前市場上安全柜*眾多，產品質量良莠不齊。根據廠家所處地區的不同，主要分為進口*和國產*。本文旨在通過對現有生物安全柜現場檢查方法和評估標準的分析研究，以及對現有生物安全柜現場檢查驗收實際使用情況的調查，系統反映生物安全柜在中國的整體運行狀況，為生物安全柜現場檢查驗收制度的完善和后續修訂過程中相應條款的**提供一定的技術支持。

1 /kloc-7的分類

生物安全柜按等級主要分為ⅰ級、ⅱ級和ⅲ級，其中ⅱ級又分為A1、A2、B1和B2型。根據作業對象的生物危害選擇不同型號和等級的生物安全柜。安全柜的分類見表1。

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2評價方法和測試項目

目前，國外用于評價生物安全柜綜合性能的標準有美國衛生基金會頒布實施的NSF/ansi49-2014 "生物安全柜:設計、建造、性能和現場驗證"，以及歐洲標準en12469: 2000《生物技術-生物安全柜性能要求》。我國用于評價生物安全柜綜合性能的標準有建筑行業標準JG170—2005 "生物安全柜"和行業標準YY 0569—2011《II級生物安全柜》以及標準GB 50346—2011《生物安全實驗室建筑技術規范》為了充分驗證設備保護實驗樣品的能力、實驗樣品與操作人員的隔離以及操作人員的舒適度，上述規范或標準提出了相應的

為了反映生物安全柜的實際運行情況，有效驗證設備對人員和產品的防護效果，作者對國內外相關規范和標準中涉及的測試項目進行了分析和整理，終確定用于評估安全柜綜合運行能力的測試項目為垂直氣流平均風速、工作窗口進風平均風速、 操作區域的清潔度、氣流方向、噪音、照明、供排氣過濾器的泄漏檢測。

3現場檢查和評價方法分析

3.1數據來源

用于支持本次調查結果的數據主要通過2013-2015年生物安全柜的現場實際測試獲得。統計年度有效測試962次:2013年308次，2014年319次，2015年335次。

經過調查發現，目前我國生物安全柜的實際使用型號主要集中在A2和B2兩種，為II類。其中，ⅱA2類在各行業中占比，占73%；ⅱ型B2主要用于中心化療、抗生素藥物制備和部分生物安全實驗室，占27%。但是II級A1和II級B1 生物安全柜很少使用。

3.2現場測試數據

3.2.1平均風速

NSF/ANSI49-2014 "生物安全柜:設計、建造、性能和現場驗證"中規定，垂直氣流的平均風速偏差應在制造商標稱值的0.025m/s以內；YY《生物技術-生物安全柜性能要求》和EN 12469:2000 0569-2011《II級生物安全柜》均規定用于保護產品的垂直氣流平均風速范圍為0.25 ~ 0.5m/s；J170—2005 "生物安全柜"規定垂直氣流平均風速為0.25 ~ 0.4 m/s，通過統計樣本，得出生物安全柜按上述不同標準評定時的合格率。具體數據和分布見表2。

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從表2可以看出，樣本中垂直氣流平均風速的合格率在不同的評價標準之間差異較大。由于NSF/ANS I49-2014標準要求合格量程為標稱值的0.025m/s，遠小于其他標準量程，合格率僅為15.4%；按照YY和EN 12469:2000 0569—2000的要求，合格率，為91.1%。按照JG 170—2005的要求，合格率為62.5%。其中，平均垂直風速在0.4 ~ 0.5m/s之間的樣品占總樣品的28.6%。另外，從表中的統計結果可以看出，樣本中有5.4%的安全柜垂直平均風速**YY 0569—2000和JG 170—2000標準中下限0.25 m/s的要求，*過上述標準上限0.5 m/s以上的樣本占總樣本的3.6%。

3.2.2進風平均風速

根據NSF/ANSI49-2014 "生物安全柜:設計、建造、性能和現場驗證"，工作窗口進風平均風速≥0.51 m/s，風速偏差應在制造廠標稱值的0.025m/s以內；EN 12469:2000《生物技術-生物安全柜性能要求》規定用于保護產品的工作窗內進風平均風速應≥0.4m/s；g170—2005”生物安全柜”和YY 0569—2011“II級生物安全柜”均規定垂直氣流平均風速應≥ 0.5m/s，通過統計樣本，得出生物安全柜按上述不同標準評定時的合格率。具體數據和分布見表3。

同樣，樣本中窗戶進風口平均風速的合格率在不同的評價標準中差異較大。由于NSF/ANS I49-2014標準要求可接受范圍為工作窗內進風平均風速≥0.51 m/s，風速偏差應在制造商標稱值0.025m/s以內，除了風速外，還對風速的上下限做了嚴格要求，因此合格率僅為7.4%。由于其他規范對窗洞口平均風速的上限沒有明確要求，因此在JG 170—2005和YY 0569—2011中，按≥0.4 m/s的要求評定時，EN12469:2000合格率，為98.9%，按≥0.5 m/s的要求評定時，合格率為94.6%。

另外，值得注意的是，5.4%安全柜的垂直平均風速**YY 0569—2011和JG 170—2005標準中下限0.5 m/s的要求；在3.7%的樣本中，窗內進風平均風速*過0.7 m/s，該范圍內的部分樣本已經出現了窗排氣孔板附近工作面潔凈度*標或氣流通過工作區的現象。

空氣分布

NSF/ANSI 49-2014 "生物安全柜:設計、建造、性能和現場驗證"，JG 170-2005 "生物安全柜"和YY 0569-2011 "Class II生物安全柜"都規定了安全柜氣流分布的驗證項目應包括:垂直氣流試驗EN 12469:2000 "生物技術-生物安全柜性能要求"，雖然對氣流分布評價的內容沒有相應要求，但明確要求安全柜在安裝或維修后應進行氣流分布檢查通過統計樣本發現，氣流組織不合理的安全柜數量占樣本總數的2.6%，其中安全柜窗口空氣溢出和垂直氣流的死角回流是常見的現象。

清潔度

當J170—2005生物安全柜"中要求保護樣品時，安全柜操作區的空氣潔凈度應達到5級。但是，NSF/ANSI 49-2014 "生物安全柜:設計、建造、性能和現場驗證"，EN 12469:2000 "生物技術-生物安全柜性能要求"和YY 0569-2011 "Class II生物安全柜"都沒有提到現場試驗。根據JG 170—2005生物安全柜"中的規定，通過收集統計樣本，整理出生物安全柜實驗操作區的潔凈度合格率。其中，安全柜的清潔度高達3.4%。主要原因包括:垂直送風過濾器的濾芯或安裝架泄漏，影響操作區的清潔度；垂直氣流風速過低，導致氣流穿過作業區，導致污染空氣進入作業區；在垂直氣流和窗口氣流的交界處產生渦流，夾帶室內空氣，使污染空氣進入操作區。

噪音

根據NSF/ANSI49-2014 "生物安全柜:設計、建造、性能和現場驗證"，現場測試時環境A級噪聲不*過60 dB時，安全柜正面中心向外30 cm和操作面以上38 cm處的A級噪聲不應*過70 dB；EN 12469:2000《生物技術-生物安全柜性能要求》規定，現場測試時背景A聲級噪聲**55 dB時，距安全柜窗口中心1 m處的A聲級噪聲不應*過65 dB，當背景A聲級噪聲*過55 dB時，修正后的A聲級噪聲也不應*過65 dB；根據YY-0569—2011 II級生物安全柜，安全柜前方中心水平向外300 mm、工作臺上方380 mm處的聲級噪聲不應*過67 dB；J170—2005 "生物安全柜"規定，從前面板水平中心向外300 mm、工作面上方380 mm處的聲級噪聲不得*過65 dB；GB 50346—2011《生物安全實驗室建筑技術規范要求》規定，在生物安全柜運行狀態下，安全柜所在房間的噪聲級A不應*過68 dB。

根據上述規范中的小噪聲指標65 dB和安全柜所在房間的噪聲標準，統計調查樣本的合格率。結果顯示，962臺生物安全柜 sample的噪聲為62.5%，占總數的一半以上，滿足不*過65 dB的要求?？偭康?1.4%是值在65和68 dB之間的噪聲級A。如果安全柜所在房間的噪聲級A不*過68 dB，合格率可達83.9%。

3.2.6過濾器檢漏

NSF/ANSI 49-2014 "生物安全柜:設計、建造、性能和現場驗證"和YY 0569-2011 "Class II生物安全柜"規定，可掃描濾光片在任意點的整體透過率不得*過0.01%，不可掃描濾光片的整體透過率不得*過0.005%。EN 12469:2000《生物技術-生物安全柜性能要求》規定，使用顆粒計數器進行檢漏時，局部透過率為0.005%的過濾器整體透過率不得*過0.05%；用光度計檢漏時，濾光片的局部透過率應不大于0.01%；GB 50346—2011《生物安全實驗室建筑技術規范要求》規定，對于采用掃描檢漏的過濾器，當上游顆粒計數濃度≥0.5微米不小于4 000個顆粒/L時，下游顆粒計數濃度≥0.5微米不應*過3個顆粒/L，對于不能進行掃描檢漏的過濾器，當上游顆粒計數濃度0.3 ~ 0.5微米不小于200 000個顆粒/L時 0.3 ~ 0.5微米下游粒子的實測計數效率和95%置信度下的下限效率應不**99.99%。

根據GB 50591—2010《潔凈室施工及驗收規范》和GB 50346—2011《生物安全實驗室建筑技術規范要求》對測試樣品進行統計，發現測試樣品中送風排風過濾器檢漏合格率為98.3%。

從檢測結果可以看出，樣品中供排風過濾器的檢漏合格率較高，主要是因為目前安全柜上過濾器的材質和安裝形式都比較成熟，另外大部分廠家在現場安裝后都會對項目進行自檢，減少了濾芯破損和安裝框泄漏的發生。但樣本中有1.7%的不合格安全柜主要集中在已投入運行一段時間的設備，主要原因是外界因素造成的損壞或維護不到位造成的泄漏。

3.2.7國內外不同標準對現場檢驗項目的要求

在整理相關資料時，發現國內外相關標準對安全柜現場試驗項目的要求存在一定差異。表4匯總了NSF/ANSI 49-2014“生物安全柜:設計、建造、性能和現場驗證”、EN 12469:2000“生物技術-生物安全柜性能要求”和YY 0566。

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4討論

通過總結2013-2015年外場測試的962臺生物安全柜的數據，可以得出生物安全柜目前的運行狀態。筆者總結了實際測試過程中出現的問題和一些建議。

1)當垂直風速過高時，風機負荷會增大，*導致噪聲*標。同時會增加工作窗口內氣流溢出的風險。通過對樣本的整理，發現垂直氣流風速在0.25米/秒-0.5米/秒之間的占總樣本的91.1%，不存在不合格的氣流組織。因此，建議在其他參數合格的前提下，按上述要求規定風速上限。

2)當工作窗口的進風風速過高時，*影響窗口附近排氣孔附近工作面的潔凈度。在統計結果中，有3.7%的樣本窗口平均進風風速*過0.7 m/s，在此區間內的部分樣本已經出現窗口排氣口附近工作面潔凈度不達標或氣流通過工作區的現象。因此，不能只考慮工作窗口內進風風速下限的要求，而忽略風速上限的要求。

3)氣流方向是垂直風速與工作窗口進風風速協調效果的直觀體現，也是驗證安全柜對操作人員的保護效果、保護產品的能力和防止產品交叉污染效果的直觀手段。國內外相關標準對氣流方向的要求是一樣的。所以是安全柜測試中必不可少的驗證項目。

4)對于操作面上方送風的過濾器完整性的驗證，只能說明過濾器的濾芯和框架沒有發生泄漏，但不能排除因窗口風速高或垂直風速低而導致污染空氣進入實驗區，從而導致實驗操作區外部污染的現象。即使在交貨和型式檢驗時驗證了設備的產品防護性能，也不能避免運輸過程中不可控因素對設備性能的影響。因此，有必要在現場測試中測試實驗操作區的清潔度。

5)噪聲統計結果表明，安全柜所在房間的噪聲級A不*過68 dB，合格率可達83.9%。由于安全柜所處的環境主要在實驗室中，考慮到實驗室中其他噪聲源的疊加效應，如果將安全柜A的聲級噪聲值設置為不*過68 dB，則實驗室中的噪聲將不滿足實驗室規范的要求。因此，建議適當調整噪聲上限要求，以滿足現行實驗室相關規范的要求。

6)安全柜垂直送風時，氣流應為層流。但由于送風系統的結構，不可避免的會出現每段過濾器的出口風速不一樣的情況。當速度差過大時，流動層間會產生剪切應力，進而形成渦體。如果工作窗口附近出現渦旋現象，會將污染空氣拖入實驗操作區，進而破壞操作區的潔凈環境。因此，為了減少渦旋現象的發生，需要垂直氣流中各點的風速趨于一致，因此驗證垂直風速的均勻性就顯得尤為重要。

7)目前市面上出現的安全柜*，對開窗高度的報警是有限的。這種設置可以避免實驗區因開啟高度過高而導致的窗戶進風風速降低，污染空氣溢出的現象。同時，由于安全柜內對操作人員的保護主要是通過窗戶形成的定向風速來實現的，隨著設備的使用，過濾器的阻力會逐漸增大，導致窗戶風速與設定值產生偏差，人員防護存在安全隱患。因此，當窗口風速在一定范圍內偏離設定值時，應有聲光報警。

8)對于二級B2安全柜，垂直氣流和窗口進風口由不同的動力風扇提供。排風量不足或排氣扇損壞后，如果鼓風機一直保持運轉，安全柜會出現正壓，導致大量氣流溢出，生物安全風險*大。因此，安全柜鼓風機應與排氣扇聯鎖。當排氣扇風量不足或無法停止時，安全柜風機應聯鎖停機，并報警通知操作人員。

5結論

1)大部分測試的樣品生物安全柜并沒有表現出不合格的氣流組織。建議在其他參數合格的前提下，規定風速的上限。另外，生產廠家選擇生產安全柜的風機，要能在一定的阻力范圍內獲得相對穩定的送風量。同時，為了減少實際運行中的誤差，在出廠檢驗時應對每個安全柜的垂直風速的實際值和設定值進行修正。

2)當工作窗口的進風風速過高時，氣流*穿過工作區域，導致窗口附近的工作面潔凈度不達標。因此，不僅要考慮工作窗口內進風風速下限的要求，還要注意風速上限的要求。另外，每個安全柜的平均入口風速和工作窗口的設定值應在工廠檢查時進行修正。

3)作業區域的氣流組織、潔凈度、垂直風速均勻性以及設備本身報警功能的驗證是安全柜防護性能必不可少的檢測項目。

4)考慮到實驗室中其他噪聲源的疊加效應，應合理考慮安全柜的噪聲上限要求，以滿足現行實驗室相關規范的要求。

5)為了降低設備運行期間過濾器泄漏的風險，建議用戶定期維護設備，并進行年度維護檢查。