魏賢莉，胡良勇，肖建勇

生物安全柜氣密性檢測(cè)與分析

魏賢莉，胡良勇，肖建勇

目的：提高生物安全柜氣密性的準(zhǔn)確度和精度。方法：使用生物安全柜氣密性檢測(cè)裝置檢測(cè)生物安全柜的氣密性。結(jié)果：相比于肥皂泡法，生物安全柜氣密性檢測(cè)裝置不僅操作簡(jiǎn)便、自動(dòng)、快速，而且精度高、實(shí)時(shí)、結(jié)果準(zhǔn)確，能有效觀察生物安全柜的氣密性變化。結(jié)論：生物安全柜氣密性檢測(cè)裝置可以有效地保護(hù)實(shí)驗(yàn)操作人員，適用于所有等級(jí)的生物安全柜氣密性檢測(cè)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

生物安全柜；生物安全柜氣密性檢測(cè)裝置；肥皂泡法

0 引言

生物安全柜廣泛應(yīng)用于生物制藥、環(huán)境檢測(cè)、醫(yī)療衛(wèi)生、食品衛(wèi)生和疾病預(yù)防與控制等領(lǐng)域[1]。2003年至2004年，我國(guó)發(fā)生過(guò)3起實(shí)驗(yàn)室SARS-CoV感染事故，可見(jiàn)生物安全柜的應(yīng)用向各級(jí)實(shí)驗(yàn)室廣泛擴(kuò)展[2]。隨后，國(guó)家發(fā)布了國(guó)務(wù)院424號(hào)令《病原微生物實(shí)驗(yàn)室過(guò)濾條例》和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 19489—2004《實(shí)驗(yàn)室-生物安全通用要求》，強(qiáng)調(diào)生物安全柜是一種保護(hù)生物實(shí)驗(yàn)室工作人員必不可少的重要設(shè)備。生物安全柜是一種負(fù)壓過(guò)濾操作柜，它是利用空氣凈化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)第一道物理隔離的技術(shù)產(chǎn)品，是為操作菌毒株、原代培養(yǎng)物以及診斷性標(biāo)本等具有感染性的實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，用來(lái)保護(hù)操作者本人、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境以及實(shí)驗(yàn)材料，使其避免露于上述操作過(guò)程中可能產(chǎn)生的感染性氣溶膠和濺出物而設(shè)計(jì)的[3-5]。自第一臺(tái)生物安全柜問(wèn)世以來(lái)，它的基本設(shè)計(jì)已歷經(jīng)了多次改進(jìn)，在結(jié)構(gòu)和功能上比原來(lái)的更優(yōu)越。根據(jù)歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN 12469—2000，按對(duì)操作者、環(huán)境和受試樣本的保護(hù)程度將生物安全柜分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3個(gè)等級(jí)[6]；美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)NSF/ANSI49—2008又根據(jù)前窗操作口流入氣流風(fēng)速、排氣方式和循環(huán)方式將Ⅱ級(jí)生物安全柜分為Ⅱ-A1、Ⅱ-A2、Ⅱ-B1、Ⅱ-B2 4種類型[7]。

生物安全柜內(nèi)須始終保持一定的負(fù)壓狀態(tài)，以防止在操作區(qū)內(nèi)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的氣溶膠逃逸到安全柜外面，從而有效地保護(hù)實(shí)驗(yàn)操作人員。因此，柜體防泄漏（也叫氣密性檢測(cè)）是一項(xiàng)重要的檢測(cè)指標(biāo)。

1 氣密性檢測(cè)的相關(guān)研究

根據(jù)檢測(cè)原理的不同，氣密性檢測(cè)常見(jiàn)的方法有氣泡檢測(cè)法、氣壓式泄漏檢測(cè)法、流量檢測(cè)法、氦質(zhì)譜泄漏檢測(cè)法、鹵素泄漏檢測(cè)法、化學(xué)示蹤物檢測(cè)法和聲波檢測(cè)法等[8]。其中，氣泡檢測(cè)法、氦質(zhì)譜泄漏檢測(cè)法、鹵素泄漏檢測(cè)法和氣壓式泄漏檢測(cè)法也被用于生物安全柜柜體的防泄漏檢測(cè)。

肥皂泡法屬于氣泡檢測(cè)法的一種，是生物安全柜氣體泄漏檢測(cè)中比較傳統(tǒng)的一種方法。它是在安全柜外表面各處涂上肥皂液，并將柜內(nèi)氣壓充到規(guī)定值以觀察氣泡變化，當(dāng)安全柜存在較大的泄漏時(shí)，可以通過(guò)氣泡聲音、大小或微弱的氣流變化觀察出泄漏情況。何欣、胡良勇等[9-10]曾用此法檢測(cè)過(guò)生物安全柜氣密性，能夠發(fā)現(xiàn)比較大的泄漏點(diǎn)及泄漏的大致位置，但無(wú)法獲知具體的泄漏量。因此，肥皂泡法適用于定性分析柜體泄漏情況，但是對(duì)于泄漏量較小的柜體，則觀察不到起泡現(xiàn)象，其結(jié)果受檢測(cè)人員的主觀影響較大，測(cè)量精度不高。

氣壓式泄漏檢測(cè)法是目前應(yīng)用比較廣泛的氣密性檢測(cè)方法。它的原理是直接檢測(cè)泄漏所引起的壓力變化，或通過(guò)一定時(shí)間內(nèi)被測(cè)對(duì)象的壓力變化量來(lái)實(shí)現(xiàn)，可分為直接壓力測(cè)量法和差壓測(cè)量法[11]。直接壓力測(cè)量法是將氣壓傳感器與被測(cè)工件直接相連，通過(guò)測(cè)試被測(cè)件內(nèi)壓力參數(shù)的變化來(lái)判斷工件是否泄漏；缺點(diǎn)是沒(méi)有參照物，多數(shù)情況下依賴生產(chǎn)過(guò)程獲得的經(jīng)驗(yàn)值，而且檢測(cè)結(jié)果受溫度影響較大，適用于恒溫條件下的氣壓測(cè)量。差壓測(cè)量法與直接壓力測(cè)量法的不同之處在于差壓測(cè)量法引入了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參考工件，用差壓傳感器采集被測(cè)件與標(biāo)準(zhǔn)件之間的差值，得出泄漏氣體的量。由于待測(cè)密封容器和參考密封容器處于同一環(huán)境下，所以溫度變化和容器變形視為同步，誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于直壓傳感器，差壓測(cè)量法檢測(cè)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本文介紹一種生物安全柜氣密性檢測(cè)裝置對(duì)生物安全柜氣密性的自動(dòng)檢測(cè)。

圖1 差壓測(cè)量法檢測(cè)結(jié)構(gòu)示意圖

2 檢測(cè)設(shè)備與方法

2.1 氣密性檢測(cè)單元機(jī)構(gòu)組成

主機(jī)單元的工作過(guò)程大致分為自動(dòng)充氣、自動(dòng)檢測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸3個(gè)環(huán)節(jié)。系統(tǒng)上電開(kāi)啟之前，操作人員連接好檢測(cè)設(shè)備與生物安全柜的氣路并確保其密封性良好。系統(tǒng)上電后初始化后，由繼電器控制電磁閥的觸發(fā)和斷開(kāi)，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)充氣泵充氣啟停的控制。

圖2為氣密性檢測(cè)系統(tǒng)氣路圖，主要分為充氣結(jié)構(gòu)和氣壓控制機(jī)構(gòu)。充氣結(jié)構(gòu)包括充氣泵、充氣管及輔助構(gòu)件，氣壓控制機(jī)構(gòu)包括電磁閥、繼電器、壓力傳感器及快接插頭等其他機(jī)構(gòu)。圖3為氣密性檢測(cè)系統(tǒng)氣路接口示意圖。

圖2 氣密性檢測(cè)系統(tǒng)氣路圖

2.2 氣密性檢測(cè)單元硬件實(shí)現(xiàn)

氣密性檢測(cè)硬件包括主控制系統(tǒng)硬件電路、氣壓控制硬件電路、數(shù)據(jù)傳輸與顯示硬件及電源電路。如圖4所示，被測(cè)信號(hào)傳到微處理器后，根據(jù)不同的要求進(jìn)行相應(yīng)的算法處理。在算法處理上建立快速、高精度的數(shù)學(xué)模型，把處理的結(jié)果通過(guò)液晶屏實(shí)時(shí)顯示。測(cè)試完畢，用報(bào)警的方式提示實(shí)驗(yàn)人員檢測(cè)過(guò)程已完成。

圖3 氣密性檢測(cè)系統(tǒng)氣路接口圖

圖4 氣壓檢測(cè)硬件電路原理框圖

2.3 氣密性檢測(cè)單元軟件設(shè)計(jì)

柜體防泄漏檢測(cè)作為生物安全柜參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)的主要部分，如何有效地控制并完成各項(xiàng)氣壓值的精確檢測(cè)是主機(jī)軟件的設(shè)計(jì)關(guān)鍵所在。柜體防泄漏測(cè)試流程圖如圖5所示。

圖5 柜體防泄漏測(cè)試流程圖

氣壓傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前充入生物安全柜內(nèi)部的氣體情況。當(dāng)柜內(nèi)氣壓為500 Pa時(shí)，關(guān)閉電磁閥和充氣設(shè)備。進(jìn)入壓力監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)每隔10 s記錄1個(gè)壓力值并持續(xù)監(jiān)測(cè)30min。若在此過(guò)程中有氣壓值變化范圍超過(guò)±50 Pa，則由報(bào)警器提示操作人員此柜體氣密性不佳。若測(cè)試過(guò)程中無(wú)報(bào)警提示，則將保存在系統(tǒng)的氣壓數(shù)據(jù)通過(guò)串口通信的方式傳至PC機(jī)軟件，并進(jìn)行這180個(gè)數(shù)據(jù)曲線的自動(dòng)繪制與測(cè)試報(bào)表的自動(dòng)生成。

3 結(jié)果與討論

生物安全柜氣密性檢測(cè)裝置對(duì)某院中心實(shí)驗(yàn)室的Ⅱ級(jí)生物安全柜氣密性進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果如圖6所示。

圖6 生物安全柜泄漏檢測(cè)曲線

從圖6可以看出，生物安全柜氣密性檢測(cè)裝置對(duì)生物安全柜泄漏檢測(cè)精度非常高。當(dāng)柜內(nèi)氣壓為500 Pa時(shí)，每隔10 s記錄1個(gè)壓力值并持續(xù)監(jiān)測(cè)30min，在此過(guò)程中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)氣壓值變化范圍超過(guò)±50 Pa，說(shuō)明此臺(tái)生物安全柜氣密性能良好。如果氣壓值變化范圍超過(guò)±50 Pa，通過(guò)記錄的壓力值大小也能發(fā)現(xiàn)泄漏量較小的生物安全柜，報(bào)警器會(huì)提示操作人員此柜體氣密性不佳。另一方面，還可以看出生物安全柜氣密性檢測(cè)裝置的自動(dòng)化程度高，它能將檢測(cè)的氣壓數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)軟件，能自動(dòng)繪制180個(gè)數(shù)據(jù)曲線，自動(dòng)生成報(bào)表，這樣既方便觀察結(jié)果，又能很好地分析數(shù)據(jù)，能直接地判斷生物安全柜的氣密性性能水平。由于Ⅲ級(jí)生物安全柜柜體完全氣密，100%全排放式，工作人員通過(guò)連接在柜體的手套進(jìn)行操作，所以無(wú)法進(jìn)行氣密性的檢測(cè)，但生物安全柜氣密性檢測(cè)裝置自動(dòng)化程度高，適用于所有等級(jí)的生物安全柜氣密性檢測(cè)，很好地解決了這個(gè)難題。

4 結(jié)語(yǔ)

柜體防泄漏檢測(cè)作為生物安全柜參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)的主要部分，如何有效地控制并完成各項(xiàng)氣壓值的精確檢測(cè)是非常重要的。生物安全柜氣密性檢測(cè)裝置除了具有可讀性、易維護(hù)、可移植性的特點(diǎn)之外，還具有以下特點(diǎn)：

（1）穩(wěn)定性?？諝庾鳛橐环N流動(dòng)介質(zhì)，其運(yùn)動(dòng)存在很多不確定性，在向生物安全柜柜體內(nèi)充入大氣時(shí)，若控制不當(dāng)，則易使壓力傳感器讀數(shù)跳動(dòng)較大。在檢測(cè)過(guò)程中，要求軟件能夠很好地控制充氣過(guò)程，使氣壓波動(dòng)較小。

（2）實(shí)時(shí)性?？紤]到氣壓值和流速值需要實(shí)時(shí)顯示在液晶屏上，因此要求系統(tǒng)及時(shí)更新液晶屏當(dāng)前顯示的數(shù)據(jù)，并及時(shí)給出處理結(jié)果。

生物安全柜內(nèi)精確的防泄漏檢測(cè)保證了柜體始終保持在一定的負(fù)壓狀態(tài)，防止在操作區(qū)內(nèi)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的氣溶膠逃逸到安全柜外面，能有效地達(dá)到防止微生物污染的物理指標(biāo)，從而保證防止微生物污染的生化指標(biāo)，保護(hù)實(shí)驗(yàn)室工作人員的生物安全?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著生物安全意識(shí)的不斷提高，生物安全柜氣密性檢測(cè)裝置將具有廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景。

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（收稿：2014-03-30 修回：2014-05-20）

Testing and analysis of air tightness in biological safety cabinet

WEIXian-li1,HU Liang-yong1,XIAO Jian-yong2
(1.Guangzhou Institute of Measurementand Test Technology,Guangzhou 510030,China; 2.Guangzhou University of Chinese Medicine,Guangzhou 510006,China)

Objective To improve the accuracy and precision of the air tightness of the biological safety cabinet.Methods Somemeasuring instrumentwas used to test the air tightness of the biological safety cabinet.Results Compared with soap bubble method,the measuring instrument behaved better in operation,automation,speed,precision,timeliness and accuracy,and the changes of the air tightness of the biological safety cabinet could be observed effectively.Conclusion The measuring instrument can protect the experimental personnel,and can be applied to all grades of biological safety cabinets.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（8）：93-95]

biological safety cabinet;air tightnessmeasuring instrument of biological safety cabinet;soap bubblemethod

R318；G482

A

1003-8868（2014）08-0093-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.08.093

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（81274145）；廣東省自然科學(xué)基金（S2012040007005）；國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局質(zhì)檢公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目（201110045）；教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金（2012442512 0012）

魏賢莉（1983—），女，工程師，主要從事醫(yī)療器械計(jì)量器具的檢定、校準(zhǔn)和研究工作。

510030廣州，廣州計(jì)量檢測(cè)技術(shù)研究院（魏賢莉，胡良勇）；510006廣州，廣州中醫(yī)藥大學(xué)（肖建勇）

肖建勇，E-mail：jianyongxiao@163.com