生物安全柜：原理、分级、选用与分类全解析

 

一、生物安全柜的工作原理

生物安全柜的设计核心在于维持柜内负压环境，通过向外抽吸柜内空气实现。这一机制配合垂直气流系统，为操作人员提供了有效的防护屏障。同时，外部空气在进入安全柜前，需经过高效空气过滤器（HEPA）的严格净化，以确保所处理样品免受污染。排放至大气中的柜内空气同样需经过HEPA过滤，以防止对环境造成潜在危害。

二、生物安全柜的分级标准

依据NSF49标准，生物安全柜根据所处理微生物的危害程度分为四个等级：

• 生物安全等级1级（P1）：涉及普通无害的细菌、病毒等微生物。
• 生物安全等级2级（P2）：处理一般性可致病的细菌、病毒等微生物。
• 生物安全等级3级（P3）：针对烈性或致命但感染后可治愈的细菌、病毒等微生物。
• 生物安全等级4级（P4）：处理烈性或致命且感染后不易治愈的细菌、病毒等微生物。

根据该标准，生物安全柜被划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，以适应不同生物安全等级微生物的操作需求。

三、生物安全实验室生物安全柜的选用原则

• 一级实验室：通常无需使用生物安全柜，或在特定情况下使用Ⅰ级生物安全柜。
• 二级实验室：在进行可能产生微生物气溶胶或溅出的操作时，可选用Ⅰ级生物安全柜；处理感染性材料时，应使用部分或全部排风的Ⅱ级生物安全柜；若涉及化学致癌剂、放射性物质和挥发性溶媒的处理，则必须使用Ⅱ-B级全排风（B2型）生物安全柜。
• 三级实验室：应使用Ⅱ级或Ⅲ级生物安全柜；所有涉及感染材料的操作，均应使用全排风型Ⅱ-B级（B2型）或Ⅲ级生物安全柜。
• 四级实验室：应使用Ⅲ级全排风生物安全柜。在人员穿着正压防护服的情况下，可选用Ⅱ-B级生物安全柜。

四、生物安全柜分类

一级生物安全柜主要用于保障工作人员和环境的安全，但并不具备对实验样品的保护功能。其气流原理与实验室通风橱类似，不过在排气口处增设了过滤器。值得注意的是，各类生物安全柜在排气和进气口均会配备过滤器。一级生物安全柜自身未配备风机，需依赖外部通风管道中的风机来驱动气流。鉴于其无法为实验品提供保护，目前在实际应用中已较为少见。

二级生物安全柜是当前应用最为普遍的类型。依据《中华人民共和国医药行业标准 YY0569 - 2005 生物安全柜》的规定，二级生物安全柜依据入口气流风速、排气方式以及循环方式，可进一步细分为 A1 型、A2 型、B1 型和 B2 型这四个级别。

所有二级生物安全柜均能够为工作人员、环境以及实验产品提供全面的保护。

A1 型安全柜要求前窗气流速度的最小值或测量平均值至少达到 0.38m/s。其中，70%的气体经过 HEPA 过滤器过滤后，会重新循环至工作区，而剩余 30%的气体则通过排气口过滤后排出。

A2 型安全柜规定前窗气流速度的最小值或测量平均值至少为 0.5m/s。同样，70%的气体经 HEPA 过滤器过滤后循环至工作区，30%的气体经排气口过滤排出。

二级 B 型生物安全柜均为连接排气系统的设计。连接安全柜排气导管的风机配备了紧急供应电源，这样即使在断电情况下，也能维持安全柜的负压状态，有效防止危险气体泄漏至实验室外。此类安全柜前窗气流速度的最小值或测量平均值至少为 0.5m/s（100fpm）。

具体而言，B1 型安全柜中，70%的气体通过排气口的 HEPA 过滤器排出，而 30%的气体则通过供气口的 HEPA 过滤器重新循环至工作区。

B2 型安全柜为 100%全排型，不存在内部循环气流。它能够同时提供生物性和化学性的安全控制，适用于操作以挥发性化学品和挥发性核放射物作为添加剂的微生物实验。

三级生物安全柜是专为 4 级实验室生物安全等级而设计的，代表着目前世界上最高的安全防护等级。其柜体完全气密，采用 100%全排放式设计，所有气体均不参与循环。工作人员通过连接在柜体上的手套进行操作，这种设计俗称手套箱（Glovebox）。实验品通过双门的传递箱进出安全柜，以确保不受污染。三级生物安全柜适用于高风险的生物试验，例如进行 SARS、埃博拉病毒等相关实验。

在允许循环化学气体的操作条件下，可以使用配备外接排放管道盖（Exhaust Collar）的 A2 型二级生物安全柜。与一般硬管不同的是，排放管道盖上设有可吸入空气的进气孔。排放管道盖与外排管道相连，再连接至一个外排风机。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维持进气流和下沉气流的平衡至关重要。若使用密封的外接风管，进气流可能会过强，从而导致安全柜对产品的保护失效；而排放管道盖上的进气孔能够从室内吸入空气，不会影响安全柜内的气流平衡。不过，这一条件仅适用于微量有毒化学物质的情况。