生物安全柜性能解疑

　　一些人或許認為，生物安全柜不過是一個裝有風機和一些HEPA過濾器的鐵箱子;事實上生物安全柜要復雜得多。同樣，保持生物安全柜的安全性能也遠比“定期更換過濾器”復雜得多。本文旨在為大家在安全柜安全性能原理上破疑解惑，為實驗室工作人員、管理人員和其他涉及安全柜使用維護的相關人員在工作中給予幫助。

　　過濾器

　　過濾器是生物安全柜中的關鍵組成，主要起到過濾細菌和灰塵顆粒的作用，以凈化吹入安全柜工作區和排放出的氣體。安全柜里所使用的過濾器一定要有足夠的過濾效率，否則就起不到防護生物危害的作用。過濾器材料應采用硅酸鹽玻璃纖維。目前安全柜中常采用的是對0.3ìm塵埃粒子擁有截流效率為99.99% 的 HEPA 高效過濾器，以及99.9998%的截流效率的ULPA超高效過濾器。后者擁有更佳的過濾效率、更緊密的結構和更大的單位過濾面積，可為工作區域提供相當于ISO 3級的潔凈度。

　　風機系統

　　一臺符合安全柜國標標準的風機系統，應具有以下功能：風量自動補償功能，可以在過濾器負載風壓下降至一定范圍內，自動補償風量以維持氣流流速恒定;電機具有熱保護功能，可以在1.15倍額定電壓值條件下穩定工作。已經被潔凈行業廣泛認可的離心式外轉子風機和普通風機相比，無需添加潤滑油，另外還擁有結構緊密、重量輕、平衡好、散熱快和 100% 速度控制的特色，并擁有良好的穩定性和更長的使用壽命。對于 B2 型二級生物安全柜、內置和外排風機需要擁有聯鎖警報系統。

　　氣流控制與“氣流安全性能區”的概念

　　氣流控制是生物安全柜的核心技術。作為一臺合格的生物安全柜，除了氣流速度需要達到要求，氣流也需要達到定向性、穩定性和均勻性以滿足生物危害性試驗的要求。國際生物安全柜標準都有規定基本的氣流安全范圍，例如美國 NSF49 標準規定，二級生物安全柜進氣流最低為0.5m/s;歐盟 EN12469 規定的進氣流最小值為0.40m/s。安全柜的氣流速度一定要處在一個合適的數值，既不要太高也不要太低。氣流速度太高就容易引起湍流，導致試驗品失去保護;太低就不能發揮足夠的保護作用(柜內的污染物很容易逃逸出工作區)。不同的生物安全柜的速度最佳設定值是不同的，最佳設定速度可使安全柜發揮最大的防護作用。生產廠商應該對其生產的所有型號安全柜進行氣流測試以確定氣流安全性能區和氣流設定最佳值，并提供給用戶以供參考。

　　控制和警報系統

　　進入了微電腦控制時代，安全柜的控制系統用于監控生物安全柜的各項操作數值，及時發現任何故障和誤操作，以聲光警報通知用戶采取措施，并自動采取相應的聯鎖安全措施。系統帶有溫度補償功能的流速傳感器，可以測定真實的氣流流速，包括進氣流、下沉氣流和外排氣流(B2);LCD 液晶顯示屏實時顯示氣流流速/流量。對氣流流速過低或不安全前窗高度，系統都會發出聲光警報。

　　WHO 實驗室生物安全手冊第三版要求“在開始工作以前以及完成工作以后，應至少讓安全柜工作 5min 來完成‘凈化’的過程，亦即應留出將污染的空氣排出安全柜的時間。”生物安全柜需要有相應的預熱和關機程序，并可由用戶根據實際需要自主設定時間。硬件故障智能診斷系統可以提示故障信息。擁有管理員密碼功能，防止非授權人員修改參數和非法操作。

　　帶有計時器的“安全失效控制系統”可以使生物安全柜的電子控制硬件在故障的情況下也不破壞其安全性能。在失效時，生物安全柜將自動重新啟動并將各項參數設定在安全范圍內。在操作面板上調控所有的功能時，也可以通過一個 RS232 電腦接口來設定參數、更新控制軟件和故障分析。用戶的投資得到保護：Sentinel TM 控制系統的控制軟件可以通過網站下載并更新。

　　“風機時間計時器”可以用來對安全柜的實際使用時間計時，便于監控 ULPA 濾器的工作時間，便于及時更換。“紫外燈時間計時器” 用來計時紫外燈的工作時間，便于及時更換。特殊的“維修模式”可以用于維修目的，其可以繞過安全柜所設定的參數、控制及鎖定功能，所有的輸入和輸出參數都可以觀察用于故障分析。

　　安全柜聯鎖功能包括如下幾點：

　　外排流量報警聯鎖系統( B2 型)：如果外排氣流低于最低警戒水平，或下降氣流高于最高警戒水平，微電腦控制系統將立即聲光警報并關閉安全柜的下降氣流供氣風機，外排風機繼續運轉，防止由于進氣流的減少給操作人員帶來危險。

　　前窗高度報警聯鎖系統：一旦安全柜前窗偏離工作高度，為防止給操作人員帶來危險，系統以聲光警告用戶(B2 型還將通過聯鎖系統關閉內風機以確保進氣流的穩定)。

　　紫外燈聯鎖功能：為了防止工作人員暴露在紫外線輻射下，安全柜都應擁有紫外燈聯鎖功能。只有完全將玻璃前窗關閉，紫外燈才能激活;如果紫外滅菌過程中前窗被意外升起，紫外燈將自動關閉。

　　潔凈工程學設計理念

　　安全柜作為一種潔凈空氣凈化設備，設計中也凝結了潔凈工程學的理念。融入在生物安全柜設計中的潔凈工程學的特色包括：工作臺面和工作區內腔采用 304 級不銹鋼一體成型，邊緣經圓弧處理，表面沒有螺絲、接縫方便清潔;排液槽也采用一體成型設計，并有底面引流弧度設計;凸形進氣隔柵和引流孔設計確保工作區內沒有氣流死角;機體表面采用抗菌涂層，防止有害細菌滋生;另外安裝在安全柜頂部的外置排氣調節板可以提高氣流的穩定性。

　　人體工程學設計理念

　　人體工程學是一項新興學科，是研究“人-機-環境”系統中人、機、環境三大要素之間的關系，為解決該系統中人的效能、健康問題提供理論與方法的科學。人體工程學的應用為生物安全柜設計帶來了人性化因素，安全柜設計中的尺寸、構造都結合了人體的體形、肢體姿態、視野、光照噪音適應性的考量，并帶來了人體工程學設計特色，包括：前窗操作面 10°傾斜角設計、擱手架的采用、 LCD 控制面板的人性化傾角、電源插座和氣液閥的安裝位置、無框式前窗設計等。

　　附加安全設計特色

　　經過生物安全柜幾十年來的使用經驗，安全柜的機構設計也進行了改進。在改型后的 A/B3 型和 B2 型生物安全柜都引入了“負壓包圍正壓”的設計，即安全柜內所有的正壓區(污染區)都在負壓包圍內，防止因過濾器泄漏，密封失效等原因造成泄漏。

　　國外安全柜制造商開始采用了更為可靠的“三層側壁設計”：內側第一層和第二層之間的空間屬于負壓，而外側附加的第三層也可以起到保護作用。即使一層側壁破損，也不會發生污物泄漏造成的危險。相對同類產品的玻璃邊窗和雙層側壁設計，此種三層側壁設計具有更好的安全性。

　　作為前窗設計的附加安全考量，目前部分安全柜制造商開始采用了雙層貼膜安全防爆玻璃。該安全玻璃在雙層鋼化玻璃間再加入一層高強度黏性PVB 材料。在玻璃被大強度撞擊的情況下，這層 PVB 材料可以牢牢粘住破碎玻璃，防止玻璃飛裂，一方面防止對操作者可能造成的物理傷害;另一方面仍可以維持前窗氣流的可靠性，從而保護操作者和環境的安全，并有極佳的抗紫外線功能。