1. 概述
生物安全柜是生物实验室的一级隔离屏障设备。所谓
生物安全柜，实质就是一种负压过滤排风柜（见有关标准：YY0569、JG170、ANSI/NSF49、EN12469对
生物安全柜作出的定义），其本身可分为部分隔离和完全隔离。
生物危害的隔离措施通常由一次隔离和二次隔离措施实现。采用生物安全柜的目的是为了把生物实验室污染区域及污染风险降到**低，以实现一次隔离目的。为防止生物危害从实验室漏到外部环境，把实验室和外界隔断，即为二次隔离，二次隔离的目的是防止实验室外的人被生物感染。
由于生物危险的事例几乎都发生在实验室内，一次隔离措施越严格、充分，则可降低实验室污染的风险，从源头上抑制生物危害的发生。
由于目前生物实验室以及医院临床医学检验和研究应用**广的是Ⅱ级生物安全柜，本文将着重对Ⅱ级生物安全柜进行阐述。
2. 依据
GB 19489—2007《实验室生物安全通用要求》 ；
《实验室生物安全手册》（WHO）；
ISO 15190—2003《医学实验室—安全要求》 ；
YY0569-2005 生物安全柜；
JG170-2005 生物安全柜；
JGxxx-xxxx
洁净工作台（报批稿）。
3. 生物安全柜的特殊防护设计
3.1 生物安全柜的级别类型和适用范围
生物安全柜分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共三个等级，其中：Ⅱ级生物安全柜又细分为A1、A2、B1、B2四个类型，A1、A2、B1分别为循环气流结构，B2为气流100%直接排放结构。实验*域对于A1类生物安全柜应用极少，其流入气流流速相对较低，对人员防护隔离能力相对较低，不能满足生物危害的高风险场合应用。通常，A1类生物安全柜仅用于医学教学或对已知的低风险病原体操作。B1类生物安全柜的排风气流流量是系统总风量的70%，尚有30%循环气流，这样的特性决定了它仍然不能用于化学毒性场合。常用的是Ⅱ级生物安全柜中的A2、B2类生物安全柜。
生物安全柜应用气流围场、空气负压、物理过滤、风险预警及联锁控制等综合隔离技术，实现生物危害防护，实现保护人员或保护人员、保护实验对象、保护环境目的。
● Ⅰ级生物安全柜
Ⅰ级生物安全柜从前部操作口吸入空气，经排风口高效空气过滤器滤除病原体颗粒后排出空气。它依赖吸入空气实现生物隔离，其应用目的是保护人员免遭病原体感染。
注：Ⅰ级生物安全柜不对样本保护。
适用范围：仅适用于对第1、2、3、4类病原体的操作时的人员保护场合。
● Ⅱ级生物安全柜
Ⅱ级生物安全柜是微生物学*域应用**广的机型，它与Ⅰ级生物安全柜相同的是从前部操作口吸入空气，以防止气溶胶外逸。但是，在操作区内部则通过高效空气过滤器提供垂直下降流动的洁净空气（通常称垂直层流）。经排风口高效空气过滤器滤除病原体颗粒后排出空气。
适用范围：适用于对第1、2、3、4类病原体的操作时的人员、实验样本、实验室环境或大气环境作保护的场合。
● Ⅲ级生物安全柜
Ⅲ级生物安全柜适用于病原病毒、病原细菌、病原寄生虫及重组遗传基因等实验*域具有**高危险度的操作。操作人员通过完全密闭在负压柜体的手套在密闭操作区进行
感染动物解剖、
组织材料处理、病原体培养、显微观察和离心操作。由于Ⅲ级生物安全柜的柜体具有较高的耐负压结构强度，又采用不锈钢作为柜体，当前部透视窗采用含铅玻璃且外排气流的过滤采用化学过滤器（必要时，再加焚烧处理）时，Ⅲ级生物安全柜是放射性或毒性药物配置的理想设备，可满足医务人员免遭Ｘ射线或毒性的危害。
注：不锈钢对X射线的衰减作用明显于其它材料。
Ⅲ级生物安全柜的高效空气过滤器应当采用G标Ｃ级过滤器，比普通高效空气过滤器的过滤效率高一个档次，当排风过滤仅以空气过滤为手段时，应当采用两级ULPA过滤器串联技术。
适用范围：适用于对第1、2、3、4类病原体操作时的人员、实验样本、实验室环境或大气环境都作保护的场合。
3.2 REYA生物安全柜特殊的设计技术
生物安全柜是通过物理技术实现生物危害隔离的一种装备。它应用气密性结构设计及内部负压过滤通风技术，达到防止病原体气溶胶扩散污染的目的。
● 特殊的密封设计
○ 过滤完整性
生物安全柜所用的高效空气过滤器都由供货商检测后提供，进货交收检验仍采用“PAO”法作扫描捡漏以确定该高效空气过滤器的透过率。然而，安装的过滤器，其与柜体的吻合缝隙以及柜体结构的材料沙眼都足以导致病原气溶胶泄漏。据G际统计数据报道，生物安全柜经运输后的扫描捡漏合格率仅30%。
本公司采用我G****——G家建筑科学院空气调节研究所许钟麟教授的**技术成功地达到了“零”泄漏设计目的。
○ 柜体密封性
生物安全柜是空气负压装置，正常运行中的生物安全柜不会导致病原气溶胶泄漏。为什么还要对生物安全柜柜体密封性作出规定？为什么密封性条件试验规定为正压？其实是风机故障条件下病原气溶胶受正压扩散的防护需要。#p#分页标题#e#
正压条件下的柜体密封不能依赖密封胶围堵措施。异种金属材料不可能加料连续焊接达到柜体密封目的，本公司对钣金工艺设计的不断探索，解决了柜体承受500Pa正压下维持30min后剩余压力达到450Pa的要求。
REYA全不锈钢结构的升级换代型生物安全柜即将进入市场。该生物安全柜完全由加料连续氩弧焊接工艺制成。产品工艺技术完全与美G同类产品先进工艺技术水平持平。成为G内**工艺水平。该工艺技术是高危害病原体操作的卫士，对我G生物安全柜产品技术赶上G际先进水平具有现实意义。
○ 更精细的过滤技术
G际、G内对于生物安全柜用过滤技术都规定相对0.3μm颗粒的过滤效率≥99.99%。然而，已知的病原病毒颗粒仅几十纳米，如：小颗粒SARS病毒40nm。考虑悬浮颗粒的直径可小于0.1μm。小颗粒病原微生物寄生于小颗粒尘埃，仍存在穿透高效空气过滤器的概率。特别是这种概率的存在对于排风口的危害将是不可低估的。
现有的超级高效空气过滤器技术的应用可满足需要。REYA生物安全柜的送风过滤、排风过滤已全部应用。该ULPA feilter相对0.12μm颗粒的过滤效率≥99.9995%。
○ 优化的气流匹配设计
Ⅱ级生物安全柜的气流设计不能简单的符合YY0569规定，垂直下降气流设计流速0.5m/s时与流入气流流速下限值0.5m/s就不能匹配。反之，流入气流平均流速在允许波动范围内取下限值，则产生操作区正压而导致病原气溶胶外逸。前部操作口流入气流平均流速与垂直下降气流平均流速间存在匹配关系，且流入气流并不因为流速高而保护因子获得提高，经5年余研究发现，垂直气流在标准规定条件下提高流入气流流速时，前部操作口保护因子却适得其反。
稳定可靠的前窗保护因子，是柜体结构、回风负压和流体力学、空气动力学等诸多设计综合体现。
○ 抑制交叉感染的气流组织结构设计
内部交叉感染可能是人员手臂运动和下降气流组织结构的综合结果，本公司通过CFD手段研究内部交叉感染，揭开了样本污染的奥秘。并通过数十万例现场实验数据统计，证实了设计措施有效。
2006年通过德华创生公司血液干细胞50000例移植实验操作0感染的记录；2007年通过宝诺科技（北京）有限公司10000例实验操作0感染的记录；2009年通过和记黄埔药业公司100000例实验操作0感染的记录。
○ 正压污染区被负压包围的结构
A2型生物安全柜的送风静压箱内空气为流入与循环部分气流的混合体，属于被污染气流，该静压箱设计为负压包围结构。
B2型生物安全柜的排风为负压设计，污染气流直接由负压风道直接排空。生物安全柜操作区左右后三侧为双板型结构设计的负压污染区。
负压结构设计的目的是可靠防护病原气溶胶逸出。
○ 定向气流
定向气流是一个俗称，技术术语称为“层流”，即单向的气流。经高效空气过滤器过滤的操作区垂直下降层流，被用以保护实验样本免遭内部交叉感染。因为，操作区回风口分布及回风负压使垂直气流未到达操作台面已经分流，如前后、左右，由气流渐变线围成非期望的三角形区域。三角形区域内覆盖的工作台面气流流速明显降低。在人员手臂伸入情况下，受下降气流撞击，手臂下部形成气流漩涡，且漩涡直径大于手臂直径并形成连续状态。这就是内部交叉感染的动态影响。
在交叉污染静态试验条件下，由于三角形区域气流降低，侧壁细菌喷射口射出的细菌轻而易举地到达远距离培养皿，这种现象用向量函数可解析（垂直下降流速、细菌喷口流速、沉降均着落地与喷口距离位置关系）。这是静态试验条件下交叉污染的成因。
无论在动态条件下还是在静态试验条件下，垂直下降气流不能侧弯是关键。因为，垂直方向量的提高是抑制喷口细菌前移的关键。回风负压口分布的设计在满足垂直下降气流不侧弯的前提下，动态时手臂下方的气流漩涡没有生成的条件，也就有效抑制了交叉污染的发生。
该设计获得G家****，**号：
○ 气流活塞效应结构优势
目前，生物安全柜市场推出的产品款式不外乎前部直立式和前部斜面两款。斜面式设计相对人机工程学原理而言是有益的，可提高人员作业舒适度。但从生物防护目的出发，过渡的斜面结构对保护样本却有不足之处。
前部直立式生物安全柜的送风过滤器有效面积比较接近操作区横截面积。从理论而言，生物安全柜的设计应当使送风过滤器面积与操作区横截面积的比值等于1，以使垂直下降气流完全覆盖操作区横截面，气流类似活塞沿整个内壁板推进，由于不留结构死角且整个操作台面被送风气流覆盖，气溶胶没有上扬、残留的机率。
而斜面设计的缺点正相反，送风过滤器的宽度比操作台面窄，随设计斜率升高而过滤器宽度尺寸降低，于是在前部格栅处气流降低，甚**出现前部局部区域无下降气流。气流扩散能够弥补这一不足，但**大气流扩散角小于10°。斜面设计不利样本保护应当引起足够重视。
○ 微机控制的气流恒设计
长期运行下，生物安全柜高效空气过滤器表面吸附颗粒不断堆积，阻抗随之升高。过滤器阻抗升高演变过程中风机静压跟随升高，但气流输出流量却逐步降低。这种变化直接影响生物安全柜对人员、样本的保护，甚**导致直接的危害。为此，YY0569——2005《生物安全柜》标准以及美GANSI/NSF49《Ⅱ级（层流）生物安全柜》标准都对风机性能规定了**低要求。#p#分页标题#e#
REYA生物安全柜运用微机原理，分别对生物安全柜的垂直下降气流送风机和排风风机伺服设计，它能在气流下降状态下自动补偿风机流量，且动态范围大，能在过滤器寿命周期内始终保持生物安全柜垂直下降和排风的设计流速（流量）。以达到寿命周期气流稳定目的。
REYA生物安全柜排风风机的另一个设计特点是由主机直接供电，并彼此控制信号交换。它无需独立供电。排风风机与送风风机间互锁控制，当排风风机故障或流量波动大于20%时，联锁关闭送风风机，以迫使系统不会正压导致病原体外逸。
○ 不锈钢大容量集液槽
大量的设计案例获得证实，集液槽不应有污染液体清除或清洗的结构障碍。由于设计结构的障碍存在，在用生物安全柜不能获得有效清洗，实验中试剂残留物长年淤积导致结构涂层起翘、脱落，金属板材受到严重腐蚀。试剂残留物持久存在的**大危害是导致微生物繁敷或实验样本污染。
不锈钢大容量且无结构障碍的集液槽有效解除了实验人员的清洁困惑。
