生物安全柜的標準分析

1、國內(nèi)生物安全柜標準分析

隨著國內(nèi)對生物制藥行業(yè)的逐步重視，對生物危害控制的需要日益迫切，2005～2006年相繼發(fā)布實施了兩個專門針對生物安全柜的重要標準：來自建設(shè)部的JG 170-2005和來自國家食品藥品監(jiān)督局的YY0569-2005。

我國建設(shè)部標準定額研究所于2005年發(fā)布了建筑工業(yè)行業(yè)標準一《生物安全柜》(JG170-2005)，是我國第一部生物安全柜的專有標準，該標準的實施結(jié)束了長期以來我國在生物安全柜方面缺乏統(tǒng)一標準的局面。該標準主要參考美國NSF49：2002和歐盟EN12469：2000標準制定，同時也結(jié)合了一些相關(guān)生產(chǎn)廠家的設(shè)計制造經(jīng)驗。

中華人民共和國醫(yī)藥行業(yè)標準《Ⅱ級生物安全柜》(YY 0569-2011)由國家食品藥品監(jiān)督管理局提出，于2013年6月1日正式實施。該標準是在YY0569-2005的基礎(chǔ)上修改更新的。《Ⅱ級生物安全柜》標準同樣也是參考國外標準制定的，從最初的2005版到進一步修訂更新的2011版，修訂后的標準更科學(xué)、更嚴謹。《Ⅱ級生物安全柜》也逐步成為目前國內(nèi)應(yīng)用zui廣泛的標準，甚至比國外的標準還要嚴格，與美國NSF49：2016和歐盟EN12469：2000一起成為世界zui重要的三大生物安全柜標準。

由于國內(nèi)的兩個標準非常接近，本節(jié)主要介紹《Ⅱ級生物安全柜》(YY0569-2011)標準的相關(guān)內(nèi)容，并對國內(nèi)兩個標準的具體差異進行補充說明。

（1）生物安全柜材料要求

所有柜體和裝飾材料應(yīng)能耐正常的磨損，能經(jīng)受氣體、液體、清潔利、消毒劑及去污操作等的腐蝕。材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，有足夠的強度，具有防火耐潮能力；所有工作區(qū)內(nèi)表面和集液槽應(yīng)使用不低于300系列不銹鋼的材料制作；前窗玻璃應(yīng)使用光學(xué)透視清晰、清潔和消毒時不對其產(chǎn)生負面影響的防爆裂鋼化玻璃、強化玻璃制作，其厚度應(yīng)不小于5mm；高效過濾器以及外框應(yīng)能滿足正常使用條件下的溫度、濕度、耐腐蝕性和機械強度的要求，濾材不能為紙質(zhì)材料。濾材中可能釋放的物質(zhì)應(yīng)不對人員、環(huán)境和設(shè)備產(chǎn)生不利影響。外框使用有一定剛度、強度的金屬材料制作。

（2）生物安全柜結(jié)構(gòu)特點

柜體方面，A1、A2和B1型安全柜的所有污染部位均應(yīng)處于負壓狀態(tài)或被負壓區(qū)包圍，B2型安全柜的所有污染部位均應(yīng)處于負壓狀態(tài)或被直接外排的負壓區(qū)包圍；安全柜裸露工作區(qū)內(nèi)三面?zhèn)缺诎鍛?yīng)為一體成型結(jié)構(gòu)，內(nèi)表面的拼接處須做密封處理；安全柜裸露工作區(qū)內(nèi)表面與外表面的三面壁板間的連接、底部負壓風管外壁板與工作區(qū)外壁板間的連接，均應(yīng)密封處理；安全柜工作區(qū)內(nèi)所有的兩平面交接處的內(nèi)側(cè)曲率半徑應(yīng)不小于3mm，三平面交接處的內(nèi)側(cè)曲率半徑應(yīng)不小于6omm；風機/電機維護和高效過濾器的拆裝、更換應(yīng)從安全柜的前部進行。除了風機、無孔密封或加套的線路和必要的風速傳感器，其它可更換的電爐組件不能放置在空氣污染區(qū)域。所有通過空氣污染區(qū)域的線路要被密封，所有的插座需提供電爐過載保護。在用簡單工具可以打開的蓋板內(nèi)的壓力通風系統(tǒng)外區(qū)域，需貼上一張全部電路組件的接線圖，還需提供關(guān)于起始電流、運行功率和電路要求的安裝說明。

前窗操作口方面，前窗操作口的高度標稱值應(yīng)為160～250mm。前窗開啟與關(guān)閉應(yīng)輕便，在行程范圍內(nèi)的任何位置不產(chǎn)生卡死現(xiàn)象，不應(yīng)有明顯的左右或前后晃動現(xiàn)象，滑動應(yīng)順暢?；瑒忧按暗臉?gòu)造應(yīng)保證在懸掛系統(tǒng)出故障時不能脫落而給操作者帶來危險。應(yīng)具有報警系統(tǒng)和聯(lián)鎖系統(tǒng)以保證工作只能在規(guī)定的前窗操作口高度范圍之內(nèi)進行?；瑒忧按凹芭c其貼合的板之間、窗玻璃與框架之間及框架四周的連接處、壓緊裝置等，均應(yīng)充分考慮系統(tǒng)的防泄漏。

電機方面，安全柜使用的電機應(yīng)包括熱保護裝置，并能在1.15倍額定電壓值的條件下穩(wěn)定工作；可以調(diào)速且控制穩(wěn)定，調(diào)速控制器應(yīng)安裝于可拆除或可鎖控面板的背后。調(diào)速器允許的調(diào)速范圍應(yīng)達到適當?shù)臍饬髌胶馑璧恼{(diào)速范圍。

采樣口方面，安全柜應(yīng)預(yù)留高效過濾器上游氣溶膠濃度測試的采樣口。

此外，安全柜必須實時顯示工作區(qū)的下降氣流流速和流入氣流流速，下降氣流流速和流入氣流流速應(yīng)在下降氣流流速和流入氣流流速實測值的±0.025m/s之間，并可以校準至實測值。氣流流速顯示分辨率至少為0.01m/s。安全柜還必須具有一定的可清潔性。內(nèi)部機件、暴露在內(nèi)面以及其它易遭到濺出液或溢出液污染的內(nèi)表面，應(yīng)容易清潔。內(nèi)部機件、暴露的內(nèi)面和其它內(nèi)表面，包括壓力通風系統(tǒng)應(yīng)能進行蒸汽或氣體的消毒。最后，安全柜還需要具有一定的可消毒性，安全柜不需移動即可用非火星消毒劑進行熏蒸消毒。消毒時僅用金屬板、塑料膜或密封膠帶等密封進氣口和排氣口即可保證消毒氣體不溢出安全柜外。如果安全柜配有壓力密封閥，則該密封閥應(yīng)適于消毒，并位于安全柜的潔凈區(qū)域。

（3）生物安全柜性能

1）柜體防泄漏。安全柜加壓到500Pa，保持30min后氣壓應(yīng)不低于450Pa，或保持安全柜內(nèi)氣壓在(500±50)Pa的條件下，壓力通風系統(tǒng)外表面的所有焊接處、襯墊、穿透處、密封劑密封處在此壓力條件下應(yīng)無肥皂泡反應(yīng)。

2）高效過濾器完整性。可掃描檢測過濾器在任何點的漏過率應(yīng)不超過0.01%；不可掃描檢測過濾器檢測點的漏過率應(yīng)不超過0.005%。

3）噪聲要求。安全柜的噪聲應(yīng)不超過67dB。

4）照度要求。安全柜平均照度應(yīng)不小于650lx，每個照度實測值應(yīng)不小于430lx。

5）振動要求。頻率10～10kHz的凈振動振幅應(yīng)不超過5um（rms）。

6）人員、產(chǎn)品與交叉污染保護要求。安全柜用1*108～8*108個/mL的枯草芽孢、桿菌芽孢進行實驗5min后(微生物實驗)，從全部撞擊采樣器收集的枯草芽孢、桿菌芽孢菌落形成單位(cfu)數(shù)量應(yīng)不超過10。狹縫式空氣采樣器培養(yǎng)皿中枯草芽孢、桿菌芽孢計數(shù)應(yīng)不超過5cfu，對照培養(yǎng)皿應(yīng)呈陽性(當培養(yǎng)皿菌落計數(shù)大于300cfu時，則該培養(yǎng)皿呈陽性)。重復(fù)實驗三次，每次實驗均應(yīng)符合要求。用1*106～8*106個/mL枯草芽孢、桿菌芽孢進行實驗5min后，在瓊脂培養(yǎng)皿上的枯草芽孢、桿菌芽孢應(yīng)不超過5cfu，對照培養(yǎng)皿應(yīng)呈陽性。重復(fù)實驗三次，每次實驗均應(yīng)符合要求。本系統(tǒng)用1*104～8*104*個/mL枯草芽孢、桿菌芽孢進行實驗5min后，有些從實驗側(cè)壁到距此側(cè)壁360mm范圍內(nèi)的瓊脂培養(yǎng)皿中檢出枯草芽孢、桿菌芽孢，并用作陽性對照。距被檢測側(cè)壁360mm外的瓊脂培養(yǎng)皿的菌落數(shù)應(yīng)不超過2cfu。從安全柜的左側(cè)和右側(cè)均各重復(fù)實驗三次，每次實驗結(jié)果均應(yīng)符合要求。

7）下降氣流流速。安全柜下降氣流平均流速應(yīng)為0.25～0.50m/s；安全柜的下降氣流平均流速應(yīng)在標稱值±0.015m/s之間。對后續(xù)生產(chǎn)的安全柜，若符臺⑥的要求則保持安全柜的原型號和尺寸，下降氣流平均流速應(yīng)在下降氣流標稱值±0.025m/s之間。均勻下降氣流安全柜，各測量點實測值與平均流速相差均應(yīng)不超過±20%或±0.08m/s；非均勻下降氣流安全柜，廠家應(yīng)明確各均勻下降氣流區(qū)的范圍和氣流流速，各區(qū)域?qū)崪y的下降氣流平均流速值應(yīng)在其區(qū)域下降氣流標稱值±0.015m/s之間，各測點實測值與其區(qū)域的平均流速相差應(yīng)不超過±20%或±0.08m/s。

8）安全柜的流入氣流平均流速應(yīng)在流入氣流標稱值±0.015m/s之間。Ⅱ級AI型安全柜流入氣流平均流速應(yīng)不低于0.40m/s，前窗操作口流入氣流工作區(qū)每米寬度的流量不低于0.07m3/s；Ⅱ級A2、B1和B2型安全柜流入氣流平均流速應(yīng)不低于0.50m/s，工作區(qū)每米寬度的流量應(yīng)不低于0.1m3/s。

9）氣流模式。安全柜工作區(qū)內(nèi)的氣流應(yīng)向下，應(yīng)不產(chǎn)生旋渦和向上氣流且無死點；氣流不應(yīng)從安全柜中逸出；安全柜前窗操作口整個周邊氣流應(yīng)向內(nèi)，無向外逸出的氣流。安全柜的前窗操作口流入氣流應(yīng)不進入工作區(qū)。

10）柜體抗變形。在安全柜背面頂端和側(cè)面頂端中心施加110kg重量時，對面上端的形變位移應(yīng)不超過2mm。

11）電機與風機。風機的電機應(yīng)保證安全柜正常運行而不調(diào)整風機的速度控制，經(jīng)過濾器的風壓下降50%，，風機的風量應(yīng)不增大，下降應(yīng)不超過10%。

從結(jié)構(gòu)要求和性能要求兩個方面分析《Ⅱ級生物安全柜》(YY0569-2011)和《生物安全柜》(JG170-2005)標準的具體差異。

安全柜都要求保證強度，《生物安全柜》標準建議板材厚度不宜小于1.2mm，《Ⅱ級生物安全柜》標準則未規(guī)定具體數(shù)值，從可操作角度上說《生物安全柜》標準更明確，但《Ⅱ級生物安全柜》標準與國際標準更一致，強度不*是靠厚度保證，需要結(jié)合后續(xù)一些穩(wěn)定性測試來整體保證；對于安全柜的風道結(jié)構(gòu)，《生物安全柜》標準沒有要求，而《Ⅱ級生物安全柜》標準則做了規(guī)定，要求所有污染部位要處于負壓狀態(tài)或被負壓包圍，這樣污染不會外泄，安全性更高。同時要求風機維護應(yīng)從前部進行，日常維護需要更換的電路組件也不得安裝在污染區(qū)域。

安全柜日常的使用和維護非常重要，這樣的要求也使得污染風險降到更低，且方便了維護，更適應(yīng)用戶實際安裝環(huán)境。另外《Ⅱ級生物安全柜》標準還要求預(yù)留過濾器測試采樣口，方便對過濾器進行檢測，隨時驗證過濾器的有效性。

安全柜的前窗開口高度，《生物安全柜》標準確定為200mm，而《Ⅱ級生物安全柜》標準要求是160～250mm，與EN12469：2000標準一致，而NSF49：2016更是沒有規(guī)定具體范圍。門開高度大小對安全性有一定影響，同時又對操作使用便利性有影響，所以在能保證安全的情況下，門開高度可以根據(jù)廠商設(shè)計靈活變化。生物安全柜的安全性最重要的就是靠風速來保證，在風速顯示報警方面，《Ⅱ級生物安全柜》標準的規(guī)定更詳細具體，除了規(guī)定必須有風速顯示外，而且要求波動超過±20%就要報警，而《生物安全柜》標準對此并沒有規(guī)定，給安全帶來一定隱患。其它方面，《生物安全柜》標準有個特別的要求，即安全柜如有開關(guān)遙控器，則應(yīng)在5m范圍內(nèi)有效控制?！盯蚣壣锇踩瘛窐藴?/span>2011版增加了規(guī)定，如安裝有紫外燈，則需要保證安全，并且其輻射強度要不低于400mW/m2。垂直下降風速范圍，《生物安全柜》標準規(guī)定是0.25～0.4m/s，《Ⅱ級生物安全柜》標準規(guī)定是0.25～0.5m/s，實際各個廠家在設(shè)計產(chǎn)品時都會選擇一個最佳的風速值和垂直水平比，目標都是一樣的，保證安全，實現(xiàn)三大保護，所以實質(zhì)上區(qū)別并不大。噪聲限值，《生物安全柜》標準要求小于或等于65dB， 《Ⅱ級生物安全柜》標準要求小于或等于67dB，也與NSF49：2016標準一致，而《生物安全柜》標準更加苛刻一點。光照要求，《Ⅱ級生物安全柜》標準規(guī)定了光照最小的點要大于或等于430Lux，國際標準也都有此規(guī)定，從一定程度上避免了工作區(qū)內(nèi)光照的不均勻性，提高了使用者的舒適度感受，而《生物安全柜》標準沒有規(guī)定?！盯蚣壣锇踩瘛窐藴释瑫r規(guī)定了機器溫升小于8℃，也保證使用者不會不適。另外，《Ⅱ級生物安全柜》標準與NSF49：2016標準一樣對安全柜的穩(wěn)定性做了要求，包括抗傾倒、柜體抗變形、抗前傾要求，保證了安全柜的強度穩(wěn)定性。

2、我國標準與歐洲及美國標準的比較

對于安全柜的柜體結(jié)構(gòu)、性能和測試方面，我國標準充分吸收了歐美標準的優(yōu)點，采用的是兩者中zui嚴格的測試標準。本節(jié)將從以下幾個方面介紹具體的差異。

（1）柜體結(jié)構(gòu)

EN12469：2000和NSF49：2016都是以規(guī)范性能為基礎(chǔ)，不是通過細節(jié)規(guī)格要求去規(guī)定生產(chǎn)商如何制作安全柜；相反，生產(chǎn)商擁有很大的自由去設(shè)計自己的安全柜，只要能符合性能測試標準就可以。而我國的YY0569-2011則明確規(guī)定了安全柜的柜體結(jié)構(gòu)的設(shè)計標準：Ⅱ級A2、B1、B2型安全柜的工作區(qū)均應(yīng)該采用四面(左右兩面、后部、底部)雙層結(jié)構(gòu)。三個類型安全柜的所有污染部位均應(yīng)處于負壓狀態(tài)或被負壓通道和負壓通風系統(tǒng)包圍。Ⅱ、Ⅲ級安全柜裸露工作區(qū)內(nèi)三面?zhèn)缺诎鍛?yīng)為一體成型結(jié)構(gòu)，內(nèi)表面的拼接處必須做密封處理等?？梢钥闯鑫覈?/span>YY0569-2011標準相比歐美的標準更加明確規(guī)范了安全柜的柜體結(jié)構(gòu)設(shè)計，更符合現(xiàn)在生物、化學(xué)等方面的實驗要求。

（2）物理性能測試和合格標準

YY0569-2011、EN12469：2000和NSF49：2016都詳細規(guī)定了安全柜的各項測試方法和合格標準，三者的區(qū)別和聯(lián)系介紹如下。

1）人員、試驗品和環(huán)境保護的微生物挑戰(zhàn)測試。在對人員、產(chǎn)品和環(huán)境以及產(chǎn)品的防交叉污染保護項目測試中，三個標準的測試方法、合格標準基本相同，即用微生物挑戰(zhàn)法來測試。但在人員保護測試中，我國的YY0569-2011標準采用了同歐洲EN12469：2000標準一樣的，被認為是在常規(guī)微生物挑戰(zhàn)測試基礎(chǔ)上更為方便快捷的物理測試方案。這種測試方法可以在1min內(nèi)完成檢測，遠遠低于微生物法的48h以上的培養(yǎng)所需要的時間，這就使得安全柜的生產(chǎn)廠家對出廠前的每臺安全柜都進行檢測變成了可能，保證了每臺出廠產(chǎn)品的安全性。

2）下降氣流流速測試。下降氣流流速對安全柜試驗樣品保護和交叉感染防護性能起到重要的影響。例如，氣流流速太小將導(dǎo)致試驗樣品失去保護。YY0569-2011和和EN12469：2000都規(guī)定了Ⅱ級生物安全柜下降氣流流速的許可范圍為0.25～0.5m/s，而NSF49：2016沒有給出任何下降氣流流速要求。在下降氣流流速的測試方法上，YY0569-2011則采用了和NSF49：2016相似的方法(原理是一致的)。YY0569-2011和NSF49：2016都規(guī)定了多個測試點，這代表更高的測量精度要求；其中YY0569-2011使用的是熱式風速儀，NSF49：2016使用的是溫差式風速儀，而EN12469：2000則沒有對測量儀器的準確度和類型進行規(guī)定。同時，YY0569-2011和NSF49：2016都通過規(guī)范有關(guān)測試儀器的精度和型號來提高測試的精度，并且YY0569-2011還把安全柜的下降氣流分為更細的均勻下降和非均勻下降兩種模式，比NSF49：2016的要求又提高一步。這說明在氣流流速測試方面YY0569-2011要優(yōu)于美國的NSF49：2016，更優(yōu)于歐洲的EN12469：2000。

3）流入氣流流速測試。在流入氣流測試方面，YY0569-2011采用的標準同歐洲EN12469：2000相同，通過外排氣流估算流入氣流流速，美國標準采用的是直接流入氣流流速測試方法。這兩種方法測試的原理雖然不同但結(jié)果一樣。同時YY0569-2011、EN12469：2000和NSF49：2016都對zui低流入氣流流速有規(guī)定。在這里比較A2型Ⅱ級生物安全柜和歐洲“普通型”Ⅱ級生物安全柜的要求：YY0569-2011和NSF49：2016對A2型Ⅱ級生物安全柜的zui低流入氣流速率的要求是0.5m/s，而EN12469：2000對Ⅱ級生物安全柜的要求是0.4m/s。

4）高效過濾器完整性測試。YY0569-2011和NSF49：2016都規(guī)定過濾器完整性測試中使用的是氣溶膠噴發(fā)劑(如DOP、PAO等)；歐洲EN12469：2000標準(使用一樣的測試方法)使用另一種自然氣溶膠(自然空氣)的測試方法。研究表明使用自然氣溶膠測試方法不能確保檢測到所有漏隙，因為使用氣溶膠發(fā)生器噴發(fā)產(chǎn)生的氣溶膠顆粒，在發(fā)生器壓力的作用下能很容易的抵達和擴散到安全柜內(nèi)任何規(guī)定的位置，并且能使氣溶膠均勻分布在柜內(nèi)規(guī)定的位置，特別是能*覆蓋到高效過濾器和柜體結(jié)合的部位。而靠自然空氣使氣溶膠在柜內(nèi)擴散的方法，由于柜內(nèi)自然空氣比較穩(wěn)定，流動性和動力很差，所以氣溶膠不會很均勻的擴散到柜內(nèi)規(guī)定的部位，從而就可能有過濾器和柜體結(jié)合的部位沒有被氣溶膠*覆蓋的可能導(dǎo)致測試結(jié)果不精確。

5）柜體泄漏的測試方法。在柜體泄漏的測試方法上，YY0569-2011采用了不同于歐美兩個標準的壓力衰減法，這個方法用到了壓力計或壓力傳感器系統(tǒng)來顯示柜內(nèi)壓力，可以定量的檢測安全柜柜體的密閉性，非常具有說服力。而NSF49：2016規(guī)定利用皂泡法對所有安全柜進行檢測，EN12469：2000規(guī)定為獨立的認證實驗室的檢測項目，而不是要求廠家在出廠時進行檢測。

6）其他各類測試。在其它各個類型性能測試上，這三個標準基本采用了相同的測試方法，如電動機和風機性能測試、工作區(qū)溫升測試、柜體穩(wěn)定性測試(包括柜體抗翻倒、柜體抗變形、工作臺面抗變形、柜體抗向前傾倒)等，這里就不再過多地描述。

總體而言，盡管這三種標準的實施時間和內(nèi)容不盡相同，但是在大體上擁有很大的相似性。在一些關(guān)鍵測試方法上，我國的標準在吸收了歐美標準中的方法的基礎(chǔ)上，又開發(fā)了更精確嚴密的測試方法，所以說我國安全柜檢測標準是目前世界上zui嚴格的標準。