专业分享丨Ⅱ级生物安全柜使用与维护工作中存在的重点问题

生物安全柜验收时，其使用和维护保养的技术交接工作通常是被忽视的重要环节。原因有两方面，首先是甲方不能提出专业的需求，其对于生物安全柜的认知不够专业。我们在检验工作中，常能听到一些类似于“我通常是在实验 之前开一会风机，实验之后开一会风机”的说法。另一方面为乙方不能提供专业的服务，其对于产品技术的认知也仅限一本说明书。通常甲乙双方仅共识只要风机运行就是正常的，新设备就是正常的。虽然有甲方会选择对进场验收后的生物安全柜进行检验，但其目的多数时还仅是为完成实验室内设备的计量校准管理工作，包含安装检验意义的极少。 

以下将通过一组图片（图1、图2、图3）反映出生物安全柜使用中存在的重点问题，并结合Ⅱ级生物安全柜的行业标准YY0569进行阐述。该标准对安全柜内工作区的定义为安全柜内部从一侧到另一侧、从后侧到前窗内侧，高 于前窗玻璃下沿约5cm到工作台面的区域^[1]。图1和图2中的共性问题是实验过程对生物安全柜工作区的需求。图1突出的是人员对于工作区的需求，前窗操作口区域被2名操作人员占据；图2突出的是实验设备对于工作区的需求，工作台面摆满了设备和耗材。图3涉及物品摆放和空间利用。

图1　使用情形一

图2　使用情形二

图3　使用情形三

图1的情形会触发生物安全柜的一项报警和联锁现象。当流入气流流速波动超过其标称值的±20%时，一台功能完好的生物安全柜应用声光报警器来提示。气流是保障生物安全柜安全防护的重要基础，气流的异常变化直接关乎实验中污染因子的扩散风险。图1中，当操作人员的手臂进入生物安全柜的工作区操作实验时，其肘臂刚好要置于生物安全柜的前窗操作口的进气格栅上方，此时的肘臂势必会堵塞进气格栅的部分开孔，且穿着防护衣物后会增加堵塞面积，宽松的布料很容易被格栅孔吸附。操作人员越多，堵塞进气格栅开孔的比例会越高，对气流的影响越大。当气流流速波动超过生物安全柜流入气流标称值的±20%时， 就会降低生物安全柜的防护系数，气流流速的最小波动值仅为0.1m/s。模拟不同情形下单臂堵塞开孔，裸臂时堵塞的孔数48个，穿着防护服时堵塞的孔数72个。 

针对图1中的情形，处理措施如下：（1）在选购生物安全柜前做好规划确认，确保工作区的最小尺寸能够满足实验中人员和设备的需求；（2）加装肘臂支架，预防肘臂堵塞开孔；（3）增强操作人员对进气格栅开孔区的保护意识，可将衣袖束缚后操作。 

图2的情形会触发生物安全柜的窗高异常报警。当生物安全柜的前窗开启高度超过或低于标称高度时，声音报警器应报警。前窗开启高度的变化会导致流入气流流速异常，流入气流流速是保护人员安全的重要基础，气流异常直接关乎操作人员受污染因子危害的风险。图2中主要存在以下4个问题。 

图2中是1台Ⅱ级A2型生物安全柜，观察外观发现其外排风已连接密闭的管道排至室外，不符合Ⅱ级A2型生物安全柜的正确安装要求。 

生物安全柜对样品的保护是在其工作区内实现的，工作区的正上方为送风的下降气流，在YY0569标准5.4.7.2中要求各测量点实测值与平均值相差均应不超过±20%或 ±0.08m/s。YY0569标准5.4.7.2的要求近似单向流，单向流定义为通过洁净区整个断面、风速稳定、大致平行的受控气流^[2]。生物安全柜工作区内与洁净工作台的气流均为 单向流，这也是导致维护工作中出现问题的原因之一。单向流的最大特点是气流内的污染粒子在不受外界干扰的情况下，不会改变其运动轨迹，各粒子间的运动轨迹呈平行状。然而当生物安全柜的工作区内摆放物品后，不规则的物体表面会改变原有的气流形态，破坏气流的单向流型，此时气流内污染粒子的平行轨迹被打破，继而污染粒子在工作区内会发生无规则的运动，导致交叉污染的风险增加。YY0569标准中要求的交叉污染保护试验也是基于对工作区的气流流型是否符合5.4.7.2要求的再评价。 

前窗操作口上沿沿前窗玻璃到前格栅栏的距离为前窗操作口高度。YY0569标准5.3.2条款要求操作口的标称高 度应在160~250mm，图2中操作人员将前窗完全打开，已偏离标称高度。前窗操作口的高度变化直接影响流入气流流速，流入气流流速在前窗操作口会形成一个负压屏障气幕，以保证工作区内实验过程中产生的污染因子不会通过前窗操作口扩散，从而保护环境和人员的安全。操作口的标称高度值可通过流入气流流速标定，受制于生物安全柜的风机性能（负压风量）。一台成型的生物安全柜，其操作口的宽度和风机性能在定型后就被开发者固定，根据风量公式（表1）中的变量因数可判定，操作口的高度（b）与流入气流流速（V）成反比。图2中的因数b 被增加，导致V降低。流入气流流速的降低将破坏负压屏障气幕，工作区内的污染因子通过前窗开口被扩散的系数增加，危及环境和人员的安全。我们在检验工作中常常被问及“ 是不是前窗操作口越低越安全呢？”，答案是否定的。b的减小会导致V的升高，V应在其标称值的±0.025 m/s内波动才符合YY0569标准5.4.8.1条款的要求。标称值是在生物安全柜设 计开发阶段经过理论验证的，是在型式检验中经过微生物挑战实验（人员、产品和交叉污染保护）验证的。因此，改变标称值后，生物安全柜的安全性将无科学依据。 

表1　风量公式 

生物安全柜内操作实验样品时，影响结果的主要因素之一是样品是否受到良好的保护。图2中样品被放置在前窗开口的进气格栅处，未受到工作区内洁净气流的保护，反而受到了进气格栅处的负压气流污染，负压气流中的粒子和微生物均未受控。进气格栅处的负压气流形成的负压屏障气幕，其目的是防护工作区内产生的污染因子，将样品放置于进气格栅上方操作时打破了完整的负压屏障气幕，且样品暴露于非受控区域时产生的污染因子也将不能受控。实验过程中，操作人员将头部探进生物安全柜的前窗开口区域，直接置身于生物危险之中，同时也会污染工作区的洁净气流。玻璃前窗能够隔离生物安全柜内的受控气流，其良好的透光性可以满足操作人员的观察需求，正确的操作是将视窗置于标称值的高度，通过视窗观察工作区内的实验过程。 

图3的情形也会触发生物安全柜的一项报警和联锁现象。当下降气流流速波动超过其标称值的±20%时，一台功能完好的生物安全柜应用声光报警器来提示气流的波动。图3中为1台Ⅱ级A2型生物安全柜，其送排风的工作动力 共同依靠其内部的同一风机提供，从能量守恒定律思考，下送风量和排风量成反比。 

图3中，实验室在长期使用过程中会出现空间不足的矛盾，其内部可利用的空间会被逐步开发。由于生物安全柜的结构特点，其柜体支架下方的空间多数会被开发利用，更有部分实验室会选择在柜体上方放置物品。柜体顶端为生物安全柜的排风口，Ⅱ级 A2型生物安全柜的排风口处会安装挡板或格栅，目的是调控排风口的开口面积而达到调配排风量，进而控制下降气流流速的目的。图3的行为破坏了生物安全柜的原有风量平衡，放置物品后其出风面的面积被压制，导致排风量下降，下降气流流速升高。YY0569标准规定下降气流流速应在0.25~0.50m/s，所以下降气流流速的最小波动值仅为0.05m/s时就可触发声光报警器。