生物安全柜(BSCs)-课程及例子

生物安全柜或生物安全柜(BSCs)又称微生物安全柜。这些封闭的容器具有通风良好的罩,旨在保护人员、产品和环境免受有害微粒和传染性因子的影响。

生物安全柜(BSCs)
生物安全柜(BSCs)
  • 它有时被称为组织培养罩或层流罩。层流就像一个生物安全柜;然而,它的不同之处在于层流罩只涉及到样品产品的保护,而不是人员和环境。
  • 它维持所处理项目的标准或控制其质量。这些材料可能被病原体污染了。
  • 它是保护个人和环境免受可能传播生物有害物质的气溶胶或飞沫影响的主要屏障。
  • 当与健全的微生物学技术配合使用时,维护良好的BSCs可提供安全处理低、中度和高风险病原体(风险组1-3)的有效遏制系统。因此,为了确保BSCs有效工作,并为人类、产品和环境提供必要的保护,BSCs需要由合格的专家进行例行维护。

二元同步通信提供三级别的保护

  1. 人员:高效空气过滤器和空气幕保护用户免受室内产生的有害生物气溶胶的影响。
  2. 样品保护-循环和单向hepa过滤空气防止样品被污染的实验室空气污染。
  3. 实验室/环境保护-从机柜顶部过滤的hepa废气防止室内生物有害气溶胶污染实验室环境。

生物安全柜的分类

生物安全柜分为三类:

  • 二元同步通信类,
  • 二级理分卡,以及
  • 第三类二元同步通信

第一类只提供人员和环境保护,而第二类和第三类则将人员、环境和产品三个级别的保护都协调起来。所有类别的生物安全柜都有一个共同的组件,那就是高效微粒空气(HEPA)过滤器。这种过滤器可以清除0.3微米大小的颗粒,其中包括各种类型的细菌、孢子和病毒,从橱柜内部的有效性达到99.97%。然而,它不能消除气体或蒸汽。

A.一类生物安全柜

  1. 它是安全柜中最基础、最基本、最基本、最初级的一类。
  2. 它的唯一目标是使人员和环境的保护能够有效和具有成本效益。
  3. 它的工作与一个开放的正面和负压通风。
  4. 实验室或外部接收机柜的排风。
  5. 这些机柜或管道,即连接到建筑排气系统或无管道,即再循环过滤的废气回实验室。
  6. 没有对污染或样品被操纵的防御。
  7. 来自风险组1、2和3(分别为RG1、RG2和RG3)的生物材料可以处理。
  8. I类BSCs不应与必须在无菌条件下处理的研究材料(如细胞系)一起使用,因为进入的空气没有经过过滤。
  9. I类机柜可以与需要生物安全级别1、2或3级容器的试剂安全使用。

的工作机制一类生物安全柜

机柜前进风口的最低气流速度为0.38 m/s。在通过排风管离开机柜之前,它在工作区中移动。向内的气流将微生物操作过程中产生的所有气溶胶输送出去。一旦通过过滤系统,空气就会从柜中释放出干净、无污染的空气,捕获所有空气中的颗粒和污染物。高效微粒空气过滤器和预过滤器组成过滤系统。

一类生物安全柜
图:I类生物安全柜。图片来源:

的特性一类生物安全柜

  • 前开口
  • 排气静压箱
  • 排气过滤器
  • 腰带

的使用一类生物安全柜

  • 在动物实验室进行笼子倾倒
  • 可能产生气溶胶的充气培养
  • 它只用于低风险和中等风险的微生物学研究。
  • 发酵罐和离心机外壳

B.二级生物安全柜

  1. II类生物安全柜保护人身、环境和产品。
  2. 它经常在临床、生命科学、医院、制药和研究实验室中观察到,这些实验室使用组织培养或风险组2、3和4中的感染因子(如果穿着正压服)。
  3. 第II类与第I类相似,因为它采用负压阻止空气通过入口板和供气孔。II类机柜使用翼型产生真空,并将空气输送到工作表面下面而不是上面,这在机柜前面形成了空气屏障,这是I类和II类机柜的主要区别。为了减少乱流和机柜内部交叉污染的机会,它过滤了内部工作区域的空气供应,并使用层流气流。
  4. 根据它们的结构、通风和排气系统,进一步区分了这些橱柜的类型。从平衡计分卡抽出的空气与在平衡计分卡内部再循环的空气的比例以及所使用的排气系统的类型是不同类型之间的关键区别。
  5. A1, A2, B1, B2和C1是其中的类型。
  6. 三个主要特点是:
  • 产品保护与向下hepa过滤单向/层流气流
  • 开放式前端,小心调节向内气流,以保护人员
  • hepa过滤的排风直接流向房间或设施排风系统,以保护环境。

二类A1型生物安全柜

II类A1型生物安全柜
图:II类A1型生物安全柜。图片来源:Biobase

的工作机制二类A1型生物安全柜

风速为0.38 m/s或75 fpm时,进入机柜的气流通过前入口进入机柜,然后通过送风HEPA过滤器。在那之后,它在工作面上向下移动。

它在向下运动时,在距离工作台面6 - 18厘米的距离处“劈开”,一半通过前排气格栅,另一半通过后排气格栅。产生的气溶胶将被这种向下的气流收集,并通过前面或后面的排气格栅旅行,确保最高水平的产品保护。

空气被释放到机柜顶部的供气过滤器和排气过滤器之间的区域。在此之后,排风过滤器将剩余30%的空气释放到房间的大气中,而供应的高效空气过滤器将70%的空气循环到机柜内。这是因为两个过滤器的相对直径抑制了这一比例的调整。

不适用于有毒化学品和放射性核苷酸。

的特性二类A1型生物安全柜

  • 前开口
  • 腰带
  • 排气过滤器
  • 后充气
  • 供应高效微粒空气过滤器
  • 鼓风机

二类A2型生物安全柜

的工作机制二类A2型生物安全柜

机柜的前格栅用于吸进环境空气。电机鼓风机从工作面的下方通过后壁上的静压箱将空气抽走。然后,少量(30%)的污染空气通过高效空气过滤器从机柜顶部排出,进入中央静压室,然后被强制进入中央静压室。在层流(单向)模式下,残余空气(70%)通过高效微粒空气过滤器循环返回工作区域。空气在工作面上分出,通过前气流格栅被抽走,通过后壁格栅被拉回,然后被拖到工作面上下方,开始空气再循环过程。它也在工作表面的边缘和工作表面下移动。

允许在A2型生物安全柜中使用放射性核苷酸和有毒化学品。

II类A2型生物安全柜
图:II类A2型生物安全柜。图片来源:Biobase

的特性二类A2型生物安全柜

  • 前面开
  • 腰带
  • 排气过滤器
  • 供应高效微粒空气过滤器
  • 正压充气
  • 负压增压

二类B1型生物安全柜

的工作机制二类B1型生物安全柜

机柜工程是A2型和B2型的混合。与A2型类似,进流和下流的前部被吸入前气流格栅,在那里它们被引导到工作表面下的区域,在那里它们可以回流到机柜的后部。然后空气沿垂直路径向上进入静压箱。这个静压箱连接到下面的高效空气过滤器,并引导空气通过高效空气过滤器向下进入工作区域。该空气回路由内部鼓风机驱动,约占通过机柜的空气的30%。为第二空气回路提供动力的外部排气鼓风机同时工作。这个外部鼓风机拉动机柜后部的下气流进入另一个气流格栅,即工作区域后部的第二个静压箱。这个静压箱连接到排气HEPA过滤器,通过它外部排气吹出70%的空气。

II类B1型生物安全柜
图:II类B1型生物安全柜。图片来源:微生物和生物医学实验室的生物安全。疾病预防控制中心

的特性二类B1型生物安全柜

  • 前面开
  • 腰带
  • 排气过滤器
  • 送风静压箱
  • 供应高效微粒空气过滤器
  • 鼓风机
  • 负压排气静压箱

二类B2型生物安全柜

的工作机制二类B2型生物安全柜

B2型柜体配有一个内部电机,可推动空气通过供气HEPA过滤器进入工作区域,产生向下流动。空气通过柜子顶部的开口被吸入房间。内部鼓风机压入工作区的空气与吸入前入口孔的空气结合,形成正常运行时外部排气鼓风机拉出的空气。内部马达的唯一功能是将空气吸入开口。B2型机柜无法独立运行。它需要与一个外部排气鼓风机配套使用,该鼓风机必须有足够的力量,既能将空气吸入机柜前部,又能持续将排出的空气从机柜中通过管道系统抽回机柜中。如果外部排气风机发生故障,不再能够产生足够的“拉力”来保持空气向用户的方向流动,内部鼓风机必须停止迫使空气进入工作区域。有害粒子可能会从工作区域逃逸并向使用者移动。没有再循环,100%的空气通过高效空气过滤器排出。

这些机柜工作最好的操作,需要排放化学蒸汽,因为没有空气在其中再循环。

II类B2型生物安全柜
图:II类B2型生物安全柜。图片来源:微生物和生物医学实验室的生物安全。疾病预防控制中心

的特性二类B2型生物安全柜

  • 前面开
  • 腰带
  • 排气过滤器
  • 送风静压箱
  • 供应高效微粒空气过滤器
  • 鼓风机
  • 负压排气静压箱
  • 集装箱供应风机
  • 滤网

二类C1型生物安全柜

  • 这是第一个生物安全柜,通过窗扇孔径保持至少105英尺/分钟的平均流入速度。
  • 再循环时可作为A型柜使用,排气时可作为B型柜使用。
  • 通过连接或拆除排气装置并重新认证机柜,C1机柜可以快速切换模式。
  • 它也有一个指定的直接排气工作区,用于放射性核素或危险蒸汽的使用,以及一个划分的工作区,有明确定义的存储区域。

工作机构(不接建筑排风)

通过位于窗扇下方的前孔,室内空气进入II类C1型生物安全柜的正面。然后将平衡计量器工作区域的空气进行划分,一部分空气返回到送风风机和送风过滤器,另一部分空气通过排气风机和排气HEPA过滤器。直接排风进入室内采用HEPA过滤。

II类C1型-不连接排气系统
图:第II类C1型-未连接排气系统。图片来源:微生物和生物医学实验室的生物安全。疾病预防控制中心

工作机构(接建筑排风)

前面的孔位于窗框下方,允许室内空气进入II类,C1型生物安全柜。在此之后,平衡计量器工作区域的空气被划分,一部分返回到送风风机和送风过滤器,另一部分通过排气风机和排气HEPA过滤器。直接排放到房间使用hepa过滤的空气。房间的空气可以在不通过平衡sc的情况下,通过结构上部前方的天篷开口/缝隙进入建筑的排风管道系统。设备排气系统通过可选的柔性管道连接到排风管。

II类C1型-连接排气系统
图:II类C1型-连接排气系统。图片来源:微生物和生物医学实验室的生物安全。疾病预防控制中心

C. III类生物安全柜

  • 它为人、产品和环境提供了最高级别的安全。
  • 这是一个完全密封的,非开放的外壳,气密。
  • III类生物安全柜适用于BSL-4致病性病原体。

的工作机制III类生物安全柜

在有压力的情况下,对这种类型的机柜进行检查,以确保没有颗粒能够逸出并进入空间。用HEPA过滤器过滤送风,用两台HEPA过滤器将排风释放到大气中。这些金属焊接气密室有重型橡胶手套孔在前柜用于操作工作。通过连接几个手套箱,工作台面可以扩大。机柜内部由位于机柜外部的专用排气系统保持负压。双门高压灭菌器可用于净化进入或离开III类机柜的所有材料。III类BSCs必须有一个相关的通箱或浸泡罐,可以消毒,并有一个带有高效空气微粒过滤器的排气系统。

III类生物安全柜
III类生物安全柜。图片来源:

的特性III类生物安全柜

  • 包含带o形环的手套端口,用于将手臂长度的手套连接到机柜。
  • 腰带
  • 双排HEPA过滤器
  • 供应高效微粒空气过滤器
  • 双端高压灭菌器或直通箱。
  • 化学浸槽

的使用III类生物安全柜

  • 衡量和稀释致癌化学物质。
  • 研究危险制剂
  • 研究新发疾病
  • 去研究几乎被完全根除的疾病
  • 处理危险或高传染性的实验材料

生物安全柜操作程序

  1. 准备工作区域
  • 关掉紫外线灯,打开荧光灯
  • 打开鼓风机,检查空气格栅是否堵塞。
  • 让空气净化工作区5-10分钟
  1. Pre-disinfection
  • 将适当的消毒剂喷洒或擦拭所有室内表面
  • 允许风干
  1. 组装材料和设备
  • 只包括完成该过程所必需的材料。
  • 把这些材料设置好,使它们不会与任何受污染的材料接触。
  • 将危险品容器放置在右侧后方。
  • 确保视屏位置正确并固定。
  1. Pre-purge内阁
  • 当室内没有活动时,让空气净化。
  1. 自制
  • 穿防护服、手套、口罩等。
  1. 做程序
  • 操作结束后,所有必要的材料都已固定,不要将手从工作区域移开。在处理任何受污染的材料前,请摘下手套。
  1. Post-purge内阁
  • 当室内没有活动时,让空气净化。
  1. 完成个人
  • 脱下防护服和口罩,洗手
  1. Post-disinfection
  • 取下手套和材料,放入生物危害袋,必要时放入高压灭菌器,用适当的清洁剂对所有内部表面进行消毒。
  1. 关闭内阁
  • 关掉风扇和荧光灯,然后打开紫外线灯。

生物安全柜的应用

  • 在非环境压力下打开容器
  • 动物鼻内接种
  • 收集受感染的组织/液体或胚胎卵子
  • 对受感染动物进行尸检
  • 转移操作
  • 标本分离
  • 声波降解法
  • 混合和研磨
  • 整除
  • Vortex-mixing
  • 离心分离
  • 移液管和其他实验室活动的使用

但是,只要容器(如转子或离心安全杯)只在平衡计分卡中打开,就没有必要在平衡计分卡中操作气溶胶遏制设备。

生物安全柜的优点

  • 它可以保护使用者不受柜子内的任何传染性物质的影响。
  • 它能防止样品被污染。
  • 它为实验室环境的机柜内部提供了防污染物的功能。
  • 它清除了大量的烟雾和热量。
  • 它允许对低风险和中等风险的病原体进行研究。
  • BSC III类适用于中度至高风险的病原体。

生物安全柜的局限性

  • BSC I类和II类的前孔开口增加了接触有害物质的风险。
  • 空气流动中断可引起污染。
  • 它的成本很高,需要熟练的专业人员来操作。

预防措施

  • 穿戴好个人防护装备(PPE),如白大褂、手套、安全眼镜等。
  • 如果可行的话,在开始工作之前先把材料放在柜子里。
  • 在机柜内工作时,严禁打开紫外线灯。除了皮肤灼伤,它还会伤害眼睛。
  • 切勿使用生物安全柜内的本生灯、其他持续火焰器具或其他危险气体。
  • 避免干扰气流。
  • 减少移动,特别是快速移动,进出平衡计分卡和平衡计分卡附近。
  • 不要用你的手臂或其他东西挡住前面的格栅或后面的通风口。
  • 工作距离前通风口内边缘至少4英寸。

生物安全柜的例子

a.一类生物安全柜BBS, BYKG系列(生产厂家:Biobase)

特性

  • 正压只保护垂直层流柜工作区域内的样品不受BBS系列的影响。
  • 工作区域的负压和来自BYKG系列的I类生物安全柜,保护环境和操作人员。
  • 可变空气速度
  • 便于运输和节省空间的桌面风格。
  • LED显示和微处理器控制系统。
  • 高效微粒过滤器,0.3 μm效率99.999%。

b.生物安全柜,BSC-IIA2-2J(制造商:Bioevopeak)

特性

  • 高质量和人体工程学设计
  • 极端的安全
  • 前窗设计,实用方便

c. II类生物安全柜IF-MVK 183(制造商:UNO)

特性

  • UNO微生物安全柜的工作开口使用户能够在工作空间中执行任务。
  • 设计为用户提供了安全保障,将产品和交叉污染的风险降至最低。
  • 柜内气流和排风的过滤也最大限度地减少了空气中颗粒的逸出。

d. III类生物安全柜BMB-III-“Laminar-S”1,2 PROTECT VIS-À-VIS(制造商:LAMSYSTEMS)

特性

  • 该机柜是为操作人员同时盘腿操作而制造的。
  • 如果连接到每个人的主动排气系统,这个柜子可能被用来保护免受放射性核素和少量有害化学物质的伤害。
  • 当机柜的工作模式出现故障时,监控系统的视听指示系统会向操作人员发出警报。

参考文献

  1. https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0047716
  2. https://labsafety.gwu.edu/biosafety-cabinets
  3. https://ehs.mit.edu/biological-program/biological-biosafety-cabinets/
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  5. https://www.laboratory-supply.net/blog/aseptic-containment-isolator-vs-biological-safety-cabinet/
  6. https://blink.ucsd.edu/safety/research-lab/biosafety/containment/bsc/usage.html#Take-precautions-before-beginni
  7. https://microbeonline.com/biological-safety-cabinet-bsc-types-working-mechanism/
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  9. https://www.nuaire.com/resources/biosafety-cabinet-classes-article
  10. https://www.slideshare.net/RaviKantAgrawal/biosafety-levels-biological-safety-cabinets-and-biosafety-laboratory-construction
  11. https://www.who.int/publications/i/item/9789240011335
  12. https://www.medicalexpo.com/prod/lamsystems/product-106773-947424.html
  13. https://www.medicalexpo.com/prod/biobase/product-84845-651613.html
  14. https://bioevopeak.com/products/biological-safety-cabinet-bsc-iia2-2j/
  15. https://www.medicalexpo.com/prod/uno/product-125095-900267.html

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