什么是生物安全柜

一、引言

在生物科學、醫學研究、制藥工業及公共衛生等領域中，實驗室工作人員經常需要處理可能原體的樣本。這些微生物或生物材料可能對實驗人員、環境乃至整個社會構成風險。為保障操作安全、避免交叉污染和環境擴散，實驗室常配備一種重要設備——生物安全柜。

生物安全柜（Biological Safety Cabinet，簡稱 BSC）是一種專門設計的實驗室設備，用于在處理生物樣本時提供防護屏障。它通過控制氣流、防止污染、凈化空氣，有效保護操作者、樣品和實驗環境，是實驗室生物安全體系的重要組成部分。

二、生物安全柜的功能

生物安全柜的主要功能可歸納為三類：

1. 保護人員：防止操作者暴露于感染性氣溶膠或濺灑的生物材料。

2. 保護樣品：避免外部空氣或操作人員帶來的微生物污染。

3. 保護環境：防止污染性物質隨排氣釋放到實驗室或大氣中。

這一多重保護機制，使得生物安全柜廣泛應用于處理細菌、病毒、真菌、細胞培養物及其他潛在風險樣品的實驗過程中。

三、生物安全柜的分類

根據氣流設計與保護功能，生物安全柜可分為三級（Class I、II、III），每一類又有子類型，適用于不同的實驗需求和生物風險等級。

1. 一級生物安全柜（Class I）

• 保護對象：操作人員和環境。

• 工作原理：通過負壓進風，氣流在操作口吸入，經高效過濾器（HEPA）凈化后排出。

• 局限性：不對樣品提供保護，適合低至中等風險的生物操作，如樣品預處理或動物組織處理。

2. 二級生物安全柜（Class II）

• 保護對象：操作人員、環境和樣品。

• 應用，適用于絕大多數實驗室。

• 原理：部分氣體循環（通常約70%內循環，30%排出），在保持操作口負壓的同時向工作區提供層流空氣，保障樣品無菌。

二級柜細分如下：

• A1型：工作區部分為正壓，回風和排風均經 HEPA 過濾。

• A2型：更常見，70%內循環、30%排出；工作區保持負壓，更安全。

• B1型：約70%空氣排出，適合操作含有少量揮發性化學品的實驗。

• B2型：100%空氣排出，適用于大量使用有毒或揮發性試劑的場合，但需要接入專用排風系統。

3. 三級生物安全柜（Class III）

• 封閉系統，通過手套孔進行操作。

• 用于生物安全等級最高（BSL-4）實驗室，如病毒學、生物防御研究等。

• 進出氣體全部經過多級過濾，樣品進出通過雙門傳遞艙進行滅菌處理。

四、生物安全柜的結構組成

生物安全柜由多個關鍵結構構成，各自承擔特定功能：

1. 工作腔體：主要操作區域，通常采用不銹鋼內膽，便于清潔和消毒。

2. 前窗：部分型號為固定式，部分可升降，配合操作。

3. HEPA或ULPA過濾器：用于過濾空氣中≥0.3 μm 的微粒，過濾效率 ≥99.99%。

4. 風機系統：維持規定的風速和氣流模式，確保負壓和層流效果。

5. 照明與紫外燈：提供足夠照明；紫外燈用于非操作時的空間滅菌。

6. 控制面板：用于設定風速、照明、滅菌、報警等功能。

五、生物安全柜的使用要求與注意事項

為了確保設備的有效性與安全性，使用生物安全柜時應遵循以下操作規范：

1. 使用前

• 啟動風機并預運行 10–15 分鐘，以形成穩定氣流。

• 清潔工作臺面，移除不必要物品。

• 檢查紫外燈是否關閉，避免對眼睛和皮膚造成傷害。

2. 操作中

• 避免頻繁開關前窗或快速移動手臂，以免擾亂氣流。

• 操作順序應從清潔區域到污染區域，防止交叉污染。

• 樣品與物品應距通風口一定距離，保持氣流通暢。

3. 使用后

• 移除廢物，使用消毒劑擦拭工作區。

• 運行風機數分鐘后關閉。

• 可開啟紫外燈 15–30 分鐘進行空間滅菌（確保無人環境）。

4. 定期維護

• HEPA過濾器應每 6–12 個月檢測或更換。

• 需定期進行 氣流校驗、泄漏測試與完整性檢查。

• 建議委托專業機構進行年度性能驗證，確保符合國家/國際標準。

六、生物安全柜與潔凈工作臺的區別

有時生物安全柜與潔凈工作臺容易混淆，兩者在結構和功能上有本質區別：

七、適用場景

生物安全柜應用于以下領域：

• 醫院檢驗科：血液、痰液、體液等臨床樣本分析。

• 疾控中心：微生物分離、病原體檢測。

• 制藥行業：無菌生產、質量檢驗。

• 科研實驗室：細胞培養、DNA克隆、基因編輯。

• 高校教學：實驗教學中處理微生物樣品。

不同應用場景需根據樣本類型、生物危害等級和實驗內容選擇合適類型與規格的生物安全柜。

八、相關標準與認證

使用或采購生物安全柜時，需確認其符合以下標準之一：

• NSF/ANSI 49（美國）

• EN 12469（歐洲）

• YY 0569（中國）

• ISO 14644（潔凈室標準）

此外，某些場合（如GMP制藥環境）還可能要求設備符合附加認證與驗證文檔支持。

九、結語

生物安全柜作為實驗室安全防護的重要設備，在保障實驗室人員健康、樣本純凈以及環境安全方面起到關鍵作用。其設計理念融合空氣動力學、微生物學和工程控制原理，已被廣泛應用于多個領域。科學合理地使用和維護生物安全柜，是建設規范、安全實驗室體系的重要一環。