生物安全柜（BSC）的核心工作原理及使用關(guān)鍵注意事項(xiàng)！
小楊 / 2025-09-20 09:04:02
百歐博偉生物：生物安全柜（BSC）的核心工作原理是通過(guò)定向氣流控制和高效空氣過(guò)濾，在柜內(nèi)形成負(fù)壓環(huán)境，既能防止柜內(nèi)有害微生物泄漏到外界，又能保護(hù)實(shí)驗(yàn)樣品不受外界污染，同時(shí)過(guò)濾排出的空氣以避免環(huán)境污染。
一、核心工作機(jī)制：三大關(guān)鍵系統(tǒng)協(xié)同
生物安全柜的防護(hù)功能依賴于“氣流組織”“空氣過(guò)濾”和“負(fù)壓維持”三個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同作用，不同級(jí)別（Ⅰ 級(jí)、Ⅱ 級(jí)、Ⅲ 級(jí)）的 BSC 在細(xì)節(jié)上有差異，但核心邏輯一致。
1、氣流組織：構(gòu)建“保護(hù)屏障”
氣流是 BSC 的第一道防線，通過(guò)精確控制氣流方向和速度，形成“向內(nèi)吸”的負(fù)壓環(huán)境，阻止有害氣溶膠逃逸。以最常用的Ⅱ 級(jí)生物安全柜（占實(shí)驗(yàn)室使用量 90% 以上）為例，氣流分為三部分：
外部進(jìn)風(fēng)（前向氣流）：柜面操作口（人伸手的位置）會(huì)吸入外部空氣，形成一道“空氣屏障”。通常風(fēng)速控制在0.38 m/s左右，這個(gè)速度能確保柜內(nèi)產(chǎn)生的氣溶膠被牢牢“吸回”柜內(nèi)，不會(huì)從操作口飄向?qū)嶒?yàn)人員。
內(nèi)部循環(huán)氣流：吸入的外部空氣與柜內(nèi)原有空氣混合后，會(huì)先經(jīng)過(guò)柜內(nèi)的初效過(guò)濾器（過(guò)濾大顆?；覊m），再進(jìn)入風(fēng)機(jī)，隨后一部分氣流被送到柜內(nèi)工作臺(tái)面，為實(shí)驗(yàn)樣品提供潔凈空氣（避免樣品被外界污染），另一部分則進(jìn)入高效過(guò)濾器。
排氣氣流：柜內(nèi)產(chǎn)生的含菌空氣會(huì)被強(qiáng)制送入HEPA 過(guò)濾器（高效空氣過(guò)濾器，過(guò)濾效率≥99.97%），過(guò)濾掉所有微生物（包括病毒、細(xì)菌芽孢等）后，再通過(guò)兩種方式排出：
Ⅱ 級(jí) A1/A2 型：部分過(guò)濾后的空氣循環(huán)回柜內(nèi)，剩余部分通過(guò)管道排到實(shí)驗(yàn)室外（或室內(nèi)，但需確保無(wú)泄漏）；
Ⅱ 級(jí) B1/B2 型：全部過(guò)濾后的空氣通過(guò)專(zhuān)用管道直接排到室外（不循環(huán)回室內(nèi)），適用于處理高毒性或易揮發(fā)的微生物。
2、空氣過(guò)濾：HEPA 過(guò)濾器是“核心心臟”
HEPA 過(guò)濾器是 BSC 實(shí)現(xiàn)空氣凈化的關(guān)鍵部件，其過(guò)濾原理是“機(jī)械攔截 + 慣性碰撞 + 擴(kuò)散吸附”：
過(guò)濾器的濾材由超細(xì)玻璃纖維制成，孔徑僅0.3 微米左右，能直接攔截大部分微生物（如細(xì)菌直徑約 0.5-5 微米，病毒雖小但常附著在氣溶膠顆粒上，也能被攔截）；
對(duì)于微小的氣溶膠顆粒，氣流通過(guò)濾材時(shí)會(huì)發(fā)生“慣性碰撞”（顆粒因慣性撞到纖維上）或“布朗擴(kuò)散”（小顆粒隨機(jī)運(yùn)動(dòng)被纖維吸附），最終被捕獲；
HEPA 過(guò)濾器需定期檢測(cè)（通常每 6-12 個(gè)月一次），若出現(xiàn)破損或過(guò)濾效率下降，必須立即更換，否則會(huì)導(dǎo)致有害空氣泄漏。
3、負(fù)壓維持：確保“只進(jìn)不出”
所有級(jí)別 BSC 的柜內(nèi)工作區(qū)都保持負(fù)壓狀態(tài)（壓力低于外界環(huán)境），這是防止泄漏的關(guān)鍵：
負(fù)壓由風(fēng)機(jī)的“抽風(fēng)量大于送風(fēng)量”實(shí)現(xiàn)：風(fēng)機(jī)抽出的空氣量比送入柜內(nèi)的潔凈空氣量多，使柜內(nèi)形成輕微負(fù)壓，外界空氣會(huì)主動(dòng)“補(bǔ)入”柜內(nèi)，而柜內(nèi)的含菌空氣無(wú)法向外逃逸；
Ⅱ 級(jí)和 Ⅲ 級(jí) BSC 還會(huì)在柜體縫隙處設(shè)計(jì)“負(fù)壓夾層”，即使柜體有微小泄漏，外界空氣也會(huì)先進(jìn)入夾層，再被風(fēng)機(jī)抽走，進(jìn)一步杜絕風(fēng)險(xiǎn)。
二、不同級(jí)別 BSC 的工作原理差異
根據(jù)防護(hù)能力，BSC 分為 Ⅰ 級(jí)、Ⅱ 級(jí)（細(xì)分為 A1/A2/B1/B2 型）、Ⅲ 級(jí)，主要差異體現(xiàn)在“氣流循環(huán)方式”和“防護(hù)范圍”，對(duì)應(yīng)不同生物安全級(jí)別的實(shí)驗(yàn)室需求。
級(jí)別 核心特點(diǎn) 適用場(chǎng)景 關(guān)鍵差異（與 Ⅱ 級(jí)對(duì)比）
Ⅰ 級(jí) 僅保護(hù)人員和環(huán)境，不保護(hù)樣品；氣流從操作口吸入，經(jīng) HEPA 過(guò)濾后直接排出，無(wú)內(nèi)部循環(huán)。 BSL-1/BSL-2 實(shí)驗(yàn)室，處理對(duì)樣品潔凈度要求不高的微生物。 無(wú)樣品保護(hù)功能，結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，價(jià)格最低。
Ⅱ 級(jí) 同時(shí)保護(hù)人員、樣品和環(huán)境；有內(nèi)部循環(huán)氣流，HEPA 過(guò)濾后部分排氣。 BSL-2/BSL-3 實(shí)驗(yàn)室，處理新冠病毒、乙肝病毒等中度風(fēng)險(xiǎn)微生物。 新增樣品保護(hù)，氣流設(shè)計(jì)更復(fù)雜，是實(shí)驗(yàn)室主流型號(hào)。
Ⅲ 級(jí) 全密閉負(fù)壓設(shè)計(jì)，操作通過(guò)手套箱進(jìn)行；所有氣流均經(jīng) HEPA 過(guò)濾，排氣需雙重 HEPA 過(guò)濾，且柜內(nèi)可滅菌。 BSL-4 實(shí)驗(yàn)室，處理埃博拉病毒、馬爾堡病毒等極高風(fēng)險(xiǎn)微生物。 完全隔離人員與柜內(nèi)，防護(hù)等級(jí)最高，價(jià)格昂貴且操作復(fù)雜。
三、使用中的關(guān)鍵注意事項(xiàng)（影響工作原理有效性）
BSC 的工作原理需要配合正確操作才能發(fā)揮作用，錯(cuò)誤使用會(huì)直接破壞氣流屏障：
禁止阻擋氣流通道：柜內(nèi)的進(jìn)風(fēng)口（通常在工作臺(tái)面兩側(cè)或后部）和回風(fēng)口不能被實(shí)驗(yàn)器材、耗材遮擋，否則會(huì)導(dǎo)致氣流紊亂，出現(xiàn)“渦流”（氣溶膠可能在渦流中滯留并泄漏）。
操作口不能過(guò)大：Ⅱ 級(jí) BSC 的操作口高度通常限制在20 厘米以內(nèi)（部分型號(hào)有自動(dòng)感應(yīng)，超過(guò)高度會(huì)報(bào)警），過(guò)高會(huì)破壞前向氣流屏障，導(dǎo)致含菌空氣逃逸。
定期維護(hù)過(guò)濾器：HEPA 過(guò)濾器的使用壽命通常為 2-5 年（取決于使用頻率），若長(zhǎng)期不更換，過(guò)濾器會(huì)堵塞，導(dǎo)致負(fù)壓下降、氣流速度降低，防護(hù)效果失效。
啟動(dòng)后需“空載平衡”：每次使用前，需先啟動(dòng) BSC 并空載運(yùn)行5-10 分鐘，待氣流穩(wěn)定（負(fù)壓和風(fēng)速達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)）后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，避免初始?xì)饬鞑环€(wěn)定導(dǎo)致泄漏。
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