[摘要] Ⅱ級生物安全柜是目前應用的柜型，通過過濾器的潔凈氣流從生物安全柜頂部垂直吹下，通過工作區域，在到達工作人員的呼吸區域前被俘獲；氣流在放被過濾；所有的Ⅱ級生物安全柜都通過合理有效的氣流組織提供工作人員、環境和產品的保護。世界衛生組織（WHO）在頒布的實驗室生物安全手冊中要求用戶選擇正確類型的生物安全柜，進行安裝并正確使用，同時每年進行認證，NSF49和YY0569標準都要求生物安全柜維護檢驗要求至少每年一次。當生物安全柜移位、更換過濾器和內部部件維修后，也要進行維護檢驗。本文討論的是Ⅱ級生物安全柜的主要測試項目：過濾器的完整性測試方法。
[關鍵詞] 生物安全柜；過濾器（HEPA）；氣溶膠PAO；完整性測試
[中圖分類號] R318 [文獻標識碼] B [文章編號] 1673-7210（2009）09（b）-150-04
Test method of filter integrality detection in Class Ⅱ （laminar flow） biosafety cabinetry XU Minfeng, WEI Jiaming, HAN Han （Institute of Food and Drug Package Material Test, Shanghai 201203,China）
[Abstract] Class Ⅱ （laminar flow） biosafety cabinetry is the most widely-used kind. Through the high efficiency particulate air filter（HEPA）, clean air flows down straightly from the top of the biosafety cabinetry; the air is captured before reaching the breath area of the operators through working zone. The air is filtered before released. All Class Ⅱ （laminar flow） biosafety cabinetries provide, by efficient air flows, protection for the operators, environment and the product. Meanwhile, when publishing the safety brochures of laboratory biology, WHO requires users to choose the correct type of biosafety cabinetry, install and use it correctly and test it every year, such as NSF49 and YY0569 which both force the biosafety cabinetry to be examined and repaired at least once a year. If the biosafety cabinetry is moved or change the filter and repair the inner part, it will also be demanded to be tested. The passage below discusses the main test project of the Class Ⅱ （laminar flow） biosafety cabinetry: test method of filter integrlity detection of the HEPA.
[Key words] Class Ⅱ（laminar flow） biosafety cabinetry;High efficiency particulate air filter;Poly-alpha-olefin;Test method of filter integrality detection
歐盟生物安全柜統一標準EN12469:2000[1]、美國生物安全柜NSF/ANSI 49-2008[2]標準、我國相關標準《生物安全柜》YY0569-2005[3]均對生物安全柜的型號進行了分類，并對性能檢測有明確的規定。其中Ⅱ級生物安全柜依照入口氣流風速、排氣方式和循環方式等分為4個類型：A1型，A2型（原B3型），B1型和B2型，其中A2型和B2型生物安全柜是目前世界上zui普遍使用的。A2型生物安全柜前窗氣流速度zui小量或測量平均值應至少為0.5 m/s，70%氣體通過過濾器再循環至工作區，30%的氣體通過排氣口過濾排除。B2型生物安全柜的排氣系統與緊急電源相連，在斷電下仍可保持生物安全柜負壓，以免危險氣體泄漏，其前窗氣流速度zui小量或測量平均值應至少為0.5 m/s，100%全排，無內部循環氣流，可同時提供生物和化學的安全控制。
安裝在生物安全柜內的空氣過濾器是由堅硬外殼支撐的一次性的、具有延伸和皺褶介質的過濾膜組成的。主要起到過濾細菌和灰塵顆粒的作用，以凈化吹入生物安全柜工作區和排放出的氣體。目前生物安全柜中常采用的是對 0.3 μm塵埃粒子擁有截流效率為99.99%的 HEPA 過濾器，以及 99.999 8%的截流效率的 ULPA 超過濾器。
對于Ⅱ級生物安全柜，以上標準均規定了各項測試參數和合格標準[4]，測試包括人員保護、產品保護和交叉污染保護的微生物挑戰、下降氣流速率、流入氣流速率、噪聲、照度、振動、過濾器完整性測試（氣溶膠測試－挑戰實驗）、氣流煙霧模式等十幾個項目。其中對過濾器安裝前后進行完整性測試是目前上通行的做法[5]。這項測試是獲得ISPE、ASTM、FDA和EU認可的對生物安全柜或潔凈室進行安裝確認*的項目。測試過濾器泄漏率是保證生物安全柜“潔凈”以及懸浮粒子測定的基礎，其重要性在于它對過濾器的材質、安裝和使用可靠性提出了具體的要求，即以保證過濾器的整體質量來達到生物安全柜的潔凈度。
1 過濾器的完整性測試
生物安全柜在出廠前就應對過濾器完整性作出評價，就過濾器有無泄漏進行測試，以確保它們是符合規定的。同時因為過濾器是非常脆弱的材料，甚至落地或輕微碰撞就會損壞，所以，在運輸和裝卸的過程中保證過濾器材不受損壞是非常重要的。同樣的原因，過濾器應該在生物安全柜所安置的實驗室進行現場測試[6]。本文討論的就是過濾器的完整性的現場測試，目的是找到*的氣溶膠發生方式和以及完整性測試方法。
引入過濾器上游的氣溶膠是PAO，即多分散系poly-alpha-olefin。PAO發生器可分為熱發生和冷發生兩種，熱發生器TDA-5B是利用蒸發冷凝的原理，被霧化的氣溶膠粒子用加熱器蒸發，并在特定條件下冷凝成微小液滴，去掉過大和過小的液滴后留下0.3 μm左右的霧狀PAO進入過濾器上游，粒徑分布在0.1～0.3 μm。冷發生器TDA-4B是利用壓縮空氣在液體中鼓氣泡，經laskin噴管飛濺產生物態的多分散相PAO氣溶膠，zui大分布粒徑在0.65 μm左右。本文對兩種發生方式和三種不同型號的過濾器都進行了測試研究。
過濾器完整性測試（檢漏）中用的檢測儀器是氣溶膠光度計，是一種前散射線性光度計，它由真空泵、光散射室、光電倍增管、信號處理轉換器和微處理器等組成。其工作原理是：當氣流被真空泵抽至光散射室時，其中的顆粒物質散射光線至光電倍增管。在光電倍增管中，光被轉換成電信號，此信號經放大和數字化后由微處理器分析，從而測定散射光的強度。通過與參比物質產生的信號的對比，可以直接測量氣體中顆粒物質的質量濃度。
本次測試研究的是兩種氣溶膠發生方式在不同氣流流速下的差異，從而對測試方法進行研究。
1.1 被測的Ⅱ級生物安全柜安裝的過濾器信息 見表1。
.2 測試步驟
氣溶膠的兩種發生方法以及測試步驟如下：
1.2.1 DA－4B，冷發生氣溶膠測試方法 ①在被測設施的外側準備好壓縮空氣氣源，并將氣溶膠發生器ATI TDA-4B連接于被測Ⅱ級生物安全柜的上游吸入口。壓縮空氣輸入TDA-4B的壓力保持大于4 kg/cm3的狀態，正常開啟風機，使得與送風混勻后的氣溶膠進入被測設施內的過濾器上游并穩定一段時間。確保氣溶膠（PAO）均勻分布在該過濾器的上游。②打開TDA－2H氣溶膠（PAO）光度計，直到獲得穩定的氣溶膠（PAO）上游濃度值時建立100％上游濃度基準；氣溶膠（PAO）上游濃度不小于20 μg/L。③使用TDA－2H氣溶膠（PAO）光度計在被測設施內過濾器下游測試泄漏濃度，測試點分布于被測設施內過濾器的所有斷面以及密封材料的連接處，對整個濾器面、濾器與邊框之間、邊框與邊框之間以及邊框與靜壓箱之間的密封處進行掃描。掃描時采樣頭距濾器面約1英寸（約2.54 cm），掃描速度不超過5 cm/s。掃描按直線來回往復地進行，線條間應重疊。讀取測試數據。④測試值取其zui大值作為zui終泄漏濃度（％），即過濾器完整性測試結果。
1.2.2 TDA－5B，熱發生氣溶膠測試方法 ①在被測設施的外側準備好氮氣鋼瓶，并將氣溶膠發生器ATI TDA-5B連接于被測Ⅱ級生物安全柜的上游吸入口。保證氮氣輸入TDA-5B的壓力保持大于4 kg/cm3的狀態，加熱氣溶膠（PAO）到385～400℃并達到穩定，正常開啟風機，使得與送風混勻后的氣溶膠進入被測設施內的過濾器上游并穩定一段時間。確保氣溶膠（PAO）均勻分布在該過濾器的上游。②打開TDA－2H氣溶膠（PAO）光度計，以下步驟與上述TDA－4B冷發生氣溶膠測試方法一致。
1.3 測試儀器
TDA-4B 氣溶膠發生器（冷發生氣溶膠）：TDA-5B 氣溶膠發生器（熱發生氣溶膠）；TDA-2H 氣溶膠光度計：氣溶膠ATI PAO-4 多分散系（ATI 68649－12－7）；Dwyer 471數字式風速儀。
2 測試結果
2.1過濾器（HEPA）氣溶膠PAO濃度約為20 μg/L，即過濾器上游亞微顆粒濃度在200萬～300萬時的測試結果
見表2～4。
2.2 過濾器（HEPA）氣溶膠PAO濃度約為40 μg/L，即過濾器上游亞微顆粒濃度在350萬~500萬時的測試結果 見表5～7。
2.3 過濾器（HEPA）氣溶膠PAO濃度高于60 μg/L，即過濾器上游亞微顆粒濃度在400萬~1 000萬時的測試結果 見表8~10。
從以上測試結果可以看出：三臺Ⅱ級生物安全柜的過濾器完整性良好，但冷發生氣溶膠和熱發生氣溶膠測試方法存在差異，尤其是較高流速下差異明顯。
3 討論
相對冷發生氣溶膠來說，熱發生氣溶膠測試方法可以在更短時間內達到較高的氣溶膠（PAO）上游濃度，而且上游濃度的量值更穩定，分散度更好，亞微顆粒比例更高，因此穿透性更好，缺點是需要足夠的稀釋和冷卻空間，否則就會使很大一部分氣溶膠冷凝在過濾器表面，還可能影響過濾器表面性能，因此它對循環風量大于15 000 m3/h的過濾器完整性測試效果更好，對Ⅱ級生物安全柜這類較小空間的測試可能不適合采用熱發生氣溶膠的測試方法。
采用冷發生氣溶膠測試方法更為簡便，只需控制壓縮空氣氣源壓力穩定即可進行測試，而且在達到上游濃度數值后，對Ⅱ級生物安全柜安裝的過濾器（HEPA）測試數值穩定，因上游濃度數值的變化導致的測試數值變化極小，且因冷發生氣溶膠沒有空氣中冷凝的過程，過濾器表面不會有油狀積聚物殘留，適合在較小循環風量和較小空間內進行的過濾器完整性測試，通過對各種型號二十多臺Ⅱ級生物安全柜的測試，均獲得成功；缺點是上游濃度有限度，氣溶膠無法達到較高數值。 截面風速對過濾器（HEPA）完整性測試影響較大，風速越大越容易被穿透。相對而言，熱發生氣溶膠的影響更為明顯。
熱發生氣溶膠的上游濃度可以達到zui高，更適合性能驗證或挑戰試驗。
隨著我國生物技術和基因治療等前沿領域的發展和深入，生物安全柜的使用安全將會越來越重視，所以研究安全、有效地使用生物安全柜，并在安全性驗證和測試方面保持與同步或者的研究是非常必要的。氣溶膠挑戰測試在上已經成為了一個極其常規的檢測手段，而在國內卻還剛剛起步。為了保證生物安全柜的安全性，為了準確地驗證過濾器，為了評估潔凈區域的潔凈程度，為了能準確估算limitation-of-risks（危險上限），過濾器（HEPA）的完整性測試以及方法學的研究都將會大有發展。
[參考文獻]
[1]生物安全實驗室建筑技術規范（Architectural and technical code for biosafety laboratories）[S].GB50346-2004.
[2]生物安全柜（Biological safety cabinets）[S].YY0569-2005.
[3]Biosafety Cabinetry: Design, Construction,Performance, and Field Certification[S].NSF/ANSI 49-2008.
[4]Biotechnology–Performance criteria for microbiological safety cabinets[S].EN 12469-May 2000.
[5]Cleanrooms and associated controlled environments-Part 3 Test methods[S].ISO 14644.3 First edition,2005-12-15.
[6]Pharmaceutical CGMPs,Guidance for Industry Sterile Drug Products Produced by Aseptic Processing-Current Good Manufacturing Practice 2004[S].2004.
[7]High efficiency particulate air filters-（HEPA and ULPA）-Part 4: Determining leakage of filter element[S].EN1822-4:2000.
[8]Standard Test Method for Air Cleaning Performance of a High efficiency particulate air filters system[S].ASTM.F 1471-1993（2001）.
[9]Tractors and self-propelled machines for agriculture and forestry-Operator enclosure environment-Part 4 Air filter element test method[S].BS ISO 14269-4:1997
徐敏鳳，魏佳鳴，韓 晗
（上海市食品藥品包裝材料測試所，上海 201203）
