生物安全柜使用環(huán)境探討及計(jì)量校準(zhǔn)分析

嚴(yán)鈞戈，辛 璐，馬 娜

（甘肅省計(jì)量研究院醫(yī)學(xué)所，甘肅 蘭州 730070）

1 生物安全柜的工作原理

生物安全柜是一種在操作原代培養(yǎng)物、菌毒株以及診斷性標(biāo)本等具有感染性的實(shí)驗(yàn)材料時，使其避免暴露于操作過程中可能產(chǎn)生的感染性氣溶膠和濺出物導(dǎo)致傳播而設(shè)計(jì)的箱式負(fù)壓醫(yī)療設(shè)備。廣泛用于醫(yī)療衛(wèi)生、疾病預(yù)防、食品安全和生化制藥等領(lǐng)域。安全柜分為Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅲ級。在新冠病毒檢測過程中，試劑配制、核酸提取、核酸擴(kuò)增、病毒檢測等許多工作都在Ⅱ級生物安全柜里完成。它的工作原理是把柜內(nèi)的氣體吸入到外面，從而保證了柜內(nèi)的壓力，并利用豎直的氣流對員工進(jìn)行防護(hù)；為了防止對檢測的樣品造成的污染，將外部的氣體通過過濾器送到安全柜中；另外，為了環(huán)保外部環(huán)境，柜內(nèi)的氣體必須通過HEPA 過濾后才能進(jìn)入大氣層。見圖1。

圖1 工作原理及使用中的Ⅱ級生物安全柜示意圖

2 計(jì)量校準(zhǔn)意義

隨著醫(yī)學(xué)科技的進(jìn)步和人類的生命安全觀念的不斷增強(qiáng)，生物安全柜的應(yīng)用越來越受到重視，盡管已有生產(chǎn)、使用、行業(yè)規(guī)范等方面的要求，但市場上的產(chǎn)品品種眾多，品質(zhì)參差不齊，受環(huán)境、人員、安裝調(diào)試等影響因素，生物安全柜的安全使用還存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)隱患。為此，國家市場監(jiān)督管理總局頒布了JJF 1815-2020《Ⅱ級生物安全柜校準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)，并對其進(jìn)行了定期檢測和校準(zhǔn)，以保證其各項(xiàng)參數(shù)的正常運(yùn)行。

3 Ⅱ級生物安全柜計(jì)量校準(zhǔn)

Ⅱ級生物安全柜是由半封閉透明柜、高效粒子過濾器、氣體循環(huán)系統(tǒng)、排風(fēng)裝置等組成。計(jì)量校準(zhǔn)項(xiàng)目以JJF1851-2020《II 級生物安全柜校準(zhǔn)規(guī)范》為依據(jù)，對屏障防護(hù)系統(tǒng)的各個操作環(huán)節(jié)進(jìn)行了全面覆蓋。包括外觀檢測、氣流流速、氣流模式、潔凈度測試、照度、噪聲、高效過濾器檢漏（HEPA）、人員保護(hù)、交叉污染項(xiàng)目等。

4 生物安全柜使用環(huán)境的探討

各類病毒的檢測主要是在實(shí)驗(yàn)室中Ⅱ級生物安全柜內(nèi)完成的，包含核酸檢測、抗體檢測、抗原檢測等幾種方法。根據(jù)日常檢測工作經(jīng)驗(yàn)，環(huán)境檢測要求和各類實(shí)驗(yàn)室，包括方艙P(yáng)CR 實(shí)驗(yàn)室、檢驗(yàn)科實(shí)驗(yàn)室和第三方醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室使用環(huán)境情況進(jìn)行分析，為生物安全柜的使用安全和精準(zhǔn)檢測提供有效的參考價(jià)值和科學(xué)依據(jù)。

4.1 方艙P(yáng)CR 實(shí)驗(yàn)室使用

方艙P(yáng)CR 實(shí)驗(yàn)室又稱移動式核酸檢測實(shí)驗(yàn)室，由標(biāo)本接收間、試劑配制間、標(biāo)本制備間、擴(kuò)增間和高壓滅菌室組成。其特點(diǎn)是采用智能中央控制系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)控風(fēng)機(jī)、空調(diào)機(jī)組、房間壓力值及生物安全柜運(yùn)行狀態(tài)，可有效保障各功能室之間的壓力，梯度、溫濕度等使用參數(shù)的正常運(yùn)行，是目前省市級公立醫(yī)院主要使用的負(fù)壓加強(qiáng)型二級生物安全實(shí)驗(yàn)室。

下降氣流流速/流入氣流的檢測在其密閉的負(fù)壓環(huán)境狀態(tài)下，利用煙霧發(fā)生器向生物安全柜內(nèi)注入煙霧，觀察發(fā)現(xiàn)下降氣流均勻穩(wěn)定，無氣流旋渦產(chǎn)生；其前窗操作口上沿和角落的邊緣的氣流沒有受周圍氣流擾動的影響，氣流能充分進(jìn)入流入格柵，迅速形成操作口氣流保護(hù)屏障，更加有效地防止核酸檢測時病毒氣溶膠的外泄，同時，高效過濾器檢漏和潔凈度測試的符合來源于中央控制系統(tǒng)的自動精準(zhǔn)控制，減少人員帶來的干擾因素，安全防護(hù)得到了很大的提高。因此，方艙P(yáng)CR 實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境能夠完全滿足生物安全柜的正常使用要求。不足之處是方艙P(yáng)CR 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成本較大，檢測區(qū)域覆蓋率不強(qiáng)，僅能滿足本醫(yī)院病人和醫(yī)護(hù)人員的核酸病毒檢測工作。

4.2 檢驗(yàn)科實(shí)驗(yàn)室使用

檢驗(yàn)科為臨床醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室，主要工作是針對各種疾病從生物化學(xué)、血液學(xué)、細(xì)胞學(xué)、免疫學(xué)等給臨床診斷疾病提供有效的科學(xué)檢驗(yàn)依據(jù)。疫情期間，地縣級醫(yī)院因病毒檢測工作需求的擴(kuò)大，對檢驗(yàn)科實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行升級改造，以滿足本院和達(dá)到周邊地區(qū)的覆蓋要求。

在個別檢驗(yàn)科實(shí)驗(yàn)室的Ⅱ級生物安全柜校準(zhǔn)時發(fā)現(xiàn)，改造升級后的實(shí)驗(yàn)室因空間較大，密封性不強(qiáng)，壓力流向、通風(fēng)和排氣系統(tǒng)對生物安全柜使用考慮不全面，造成檢測項(xiàng)目的符合率下降，加之工作操作間其他設(shè)備擺放較多，人員進(jìn)出平凡，會增加生物安全柜中病毒樣本交叉污染的感染率，同時也會影響安全柜的潔凈度。對于配備有外排的生物安全柜來說，有些無法改制的排風(fēng)通道的灰塵清潔也會成為一項(xiàng)薄弱環(huán)節(jié)，增加HEPA 過濾器的負(fù)荷運(yùn)行，降低了病毒檢測的精準(zhǔn)度。

4.3 第三方醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室使用。

第三方醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室也叫獨(dú)立醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室，是指通過在衛(wèi)生行政部門的許可下，作為有獨(dú)立法人資格的醫(yī)療機(jī)構(gòu)，主要與醫(yī)療機(jī)構(gòu)的合作，通過集約化經(jīng)營降低檢驗(yàn)成本，提供高效的臨床檢驗(yàn)和病理診斷等服務(wù)。由于疫情病毒檢測工作的不斷加大和深入，公立醫(yī)院的方艙P(yáng)CR 實(shí)驗(yàn)室和各級醫(yī)院檢驗(yàn)科實(shí)驗(yàn)室的病毒檢測工作已經(jīng)不能滿足現(xiàn)狀，第三方醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的投入使用大大緩解了日益增長的檢測需求。在實(shí)際檢測工作中發(fā)現(xiàn)，第三方醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室因受環(huán)境、排風(fēng)系統(tǒng)、生物安全柜的選型、安裝調(diào)試和人員管理等影響因素，生物安全柜的計(jì)量校準(zhǔn)數(shù)值也存在一定的差異。個別實(shí)驗(yàn)室為節(jié)約成本，在實(shí)驗(yàn)室沒有充足的補(bǔ)充風(fēng)量的情況下，使用普通排風(fēng)扇和空調(diào)代替排風(fēng)系統(tǒng)，造成生物安全柜無法正常工作，只能開門使用，不符合實(shí)驗(yàn)室規(guī)范要求，人員、產(chǎn)品和交叉污染符合率明顯下降，甚至有些生物安全柜在高負(fù)荷工作狀態(tài)下未能及時更換過濾器，或是高效過濾器的過濾膜出現(xiàn)嚴(yán)重老化，膜上不僅有裂紋甚至有破損，已不符合繼續(xù)使用要求。

文章以常用濟(jì)南鑫貝西Ⅱ級生物安全柜BSC-1500 ⅡA2/B2 型為例，對同一廠家的生物安全柜在不同環(huán)境條件下，安全柜各個計(jì)量參數(shù)的符合率也不盡相同，所以實(shí)驗(yàn)室必須嚴(yán)格控制環(huán)境要求，確保設(shè)備的安全使用。數(shù)據(jù)見表1。

表1 校準(zhǔn)結(jié)果分布圖

5 生物安全柜的校準(zhǔn)分析

Ⅱ級生物安全柜是各實(shí)驗(yàn)室病毒檢測的重要安全保護(hù)設(shè)備，使用當(dāng)中不光受外部實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的影響，也因設(shè)備本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試、人員操作等因素，依據(jù)國家JJF 1815-2020《Ⅱ級生物安全柜校準(zhǔn)規(guī)范》檢測項(xiàng)目的要求，查找存在不符合要求的來源。

5.1 氣流流速校準(zhǔn)分析

在生物安全柜內(nèi)，氣體流量測量分為兩個方面：一是下降氣流流速，二是流入氣流流速。為了減少病毒樣品在核酸測試中互相傳染，同時也避免傳染性氣溶膠泄漏。在例行檢測和校準(zhǔn)中，如果出現(xiàn)了空氣流動速度達(dá)不到規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的情形，通常是由于風(fēng)速參數(shù)調(diào)整不當(dāng)造成的。不同的產(chǎn)品品牌、型號的生物安全柜有其獨(dú)特的安裝接口方法，在使用之前，需要廠商按照實(shí)驗(yàn)室的核酸測試的使用需求調(diào)整其參數(shù)。某些類型的安全閥可以通過調(diào)整通風(fēng)孔的大小來調(diào)整進(jìn)入的流量，如果擋風(fēng)區(qū)域太大或者太少，都會導(dǎo)致進(jìn)入的空氣速度不夠精確，而且由于長時間的使用，濾芯會出現(xiàn)磨損。外排風(fēng)機(jī)功率不足、外排管道安裝不當(dāng)、外排管道漏風(fēng)、實(shí)驗(yàn)室封閉的空間太窄等因素，都會造成氣流流速不合格。

5.2 氣流模式校準(zhǔn)分析

氣流模式的檢測與校準(zhǔn)，包含了下降氣流測試、觀察窗氣流測試、前窗操作口氣流測試、滑窗封閉測試。用于生物安全柜工作間空氣流通路線的試驗(yàn)。氣體流速和氣流模式兩者是相互密不可分共同存在。氣體模式一旦出現(xiàn)問題，引發(fā)柜內(nèi)氣流混亂，直接會影響操作口氣流屏障的形成，導(dǎo)致交叉污染的上升和不利于感染樣品的排放處理。分析導(dǎo)致的原因主要是安全柜的安裝調(diào)試和機(jī)身密閉不嚴(yán)所造成的，在一定程度上取決于安裝工程師的水平能力，需仔細(xì)檢測校準(zhǔn)。

5.3 潔凈度校準(zhǔn)分析

清潔度測試是驗(yàn)證一種有效的過濾粒子的方法。無論在生物安全柜工作區(qū)還是從生物安全柜進(jìn)入外部的空氣，都是由高效過濾器進(jìn)行過濾，對病毒樣品培養(yǎng)和外部環(huán)境起到保護(hù)作用。如果工作區(qū)域內(nèi)有較大顆粒物，如灰塵顆粒、不明細(xì)菌介質(zhì)氣溶膠等存在，直接會影響病毒篩查的準(zhǔn)確性，這也是生物安全柜的重要技術(shù)指標(biāo)之一。分析產(chǎn)生影響因素是高效過濾器過濾性能不佳或長時間工作未進(jìn)行及時更換，加之本身實(shí)驗(yàn)室環(huán)境密閉不嚴(yán)等。

5.4 高效過濾器檢漏校準(zhǔn)分析

高效濾清器是一種具有擴(kuò)展/折疊式的一次性干式濾清器。其作用是將進(jìn)入生物安全柜工作區(qū)域中的粉塵等微小顆粒進(jìn)行過濾，從而保證安全柜內(nèi)部的清潔程度符合要求，同時也能將容易被傳染的病毒氣溶膠等有害物質(zhì)過濾，避免樣本的交叉污染和防止增加操作人員的感染率。同時也避免氣溶膠粒子排放到環(huán)境中去，起到保護(hù)環(huán)境的作用。導(dǎo)致產(chǎn)生誤差來源是未及時更換高效過濾器。

5.5 人員保護(hù)校準(zhǔn)分析

人員防護(hù)、產(chǎn)品及交叉污染防護(hù)試驗(yàn)室對人體及病毒樣品的防護(hù)，采用模擬微生物氣溶膠擴(kuò)散的方法。三種測試項(xiàng)目較為相似，操作較為復(fù)雜繁瑣。依據(jù)JJF 1815-2020《Ⅱ級生物安全柜校準(zhǔn)規(guī)范》規(guī)范要求，主要采取微生物法和碘化鉀法測試。分析不符合使用要求的來源在于安全柜放置位置是否合適，如擺放在裝有空調(diào)出風(fēng)口下方附近，擺放于實(shí)驗(yàn)室回風(fēng)口附近，更安置于人來人往的通道處等，這些外界環(huán)境影響因素都會對柜內(nèi)氣流和人員前窗操作口形成氣流保護(hù)屏障進(jìn)行干擾而造成人員保護(hù)能力下降。

5.6 照度校準(zhǔn)分析

照度檢測是指在生物安全箱的臺面上，關(guān)閉和開啟安全柜內(nèi)的燈光，然后利用照度儀從一邊開始，在各個測試位置依次進(jìn)行本底照度測量。在常規(guī)的檢測中，發(fā)現(xiàn)有不滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的生物安全柜仍是普遍現(xiàn)象。這體現(xiàn)了用戶對自我防護(hù)意識的缺失。通常采用更換發(fā)光裝置，即可滿足使用的需要。

6 總結(jié)

通過以上生物安全柜使用環(huán)境的探討和各個計(jì)量校準(zhǔn)項(xiàng)目容易出現(xiàn)問題分析，發(fā)現(xiàn)仍有不少用戶缺乏對生物安全的直觀體驗(yàn)，往往忽視了對計(jì)量特性的監(jiān)控，包括缺少相關(guān)的人員操作和病毒檢測管理制度，導(dǎo)致疫情中不免報(bào)出檢驗(yàn)師被病毒感染和檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢測不精準(zhǔn)的案例，不能全面客觀認(rèn)可病毒檢測工作是安全精準(zhǔn)的，甚至少數(shù)使用者仍在使用未經(jīng)計(jì)量檢測部門檢測校準(zhǔn)的生物安全柜，為篩查研究病毒和人員安全保護(hù)埋下重大的安全隱患。為此，各地市場監(jiān)督管理局的行政部門需加強(qiáng)對生物安全柜的執(zhí)法管理力度，督促和加大計(jì)量檢測范圍，為杜絕新冠病毒的復(fù)燃和使用者的安全提供強(qiáng)有力的計(jì)量技術(shù)支持和保障。