1、安全柜型号的规定
EN12469对一级、二级和三级生物安全柜的分类、性能和检测有明确的规定:
一级生物安全柜可保护工作人员和环境而不保护样品。气流原理和实验室通风橱一样,不同之处在于排气口安装有HEPA过滤器。所有类型的生物安全柜都在排气 和进气口使用HEPA过滤器。一级生物安全柜本身无风机,依赖外接通风管中的风机带动气流,由于不能保护柜内产品,目前已较少使用。
二级生物安全柜是目前应用最为广泛的柜型,通过HEPA过滤器的洁净气流从安全柜顶部垂直吹下,通过工作区域,在到工作人员的呼吸区域前被俘获。气流在放空前将被过滤。所有的二级生物安全柜都可提供工作人员、环境和产品的保护。
三级生物安全柜是为4级实验室生物安全等级而设计的,柜体完全气密,工作人员通过连接在柜体的手套进行操作,俗称手套箱(Golve box),试验品通过双门的传递箱进出安全柜以确保不受污染,适用于高风险的生物试验。
目前市面上大多数生物安全柜都是二级的,而一台“欧洲标准二级生物安全柜”和一台“美国标准二级生物安全柜”是不同的:最基本的方面来说,两种类型安全柜 都可以提供对操作人员、试验品和工作环境的保护;工作原理也相同。最大的区别是EN12469只对“二级生物安全柜”有一个基本的定义,而NSF49将二 级生物安全柜依照入口气流风速、排气方式和循环方式等分为4个类型:A1型,A2型(原B3型),B1型和B2型:
A1型安全柜前窗气流速度最小量或测量平均值应至少为0.38m/s。70%气体通过HEPA过滤器再循环至工作区,30%的气体通过排气口过滤排除。
A2型安全柜前窗气流速度最小量或测量平均值应至少为0.5m/s。70%气体通过HEPA过滤器再循环至工作区,30%的气体通过排气口过滤排除。
二级B型生物安全柜均为连接排气系统的安全柜。连接安全柜排气导管的风机连接紧急供应电源,目的在断电下仍可保持安全柜负压,以免危险气体泄漏如实验室。 其前窗气流速度最小量或测量平均值应至少为0.5m/s(100fpm)。B1型70%气体通过排气口HEPA过滤器排除,30%的气体通过供气口 HEPA过滤器再循环至工作区。B2型为100%全排型安全柜,无内部循环气流,可同时提供生物性和化学性的安全控制。
A1型和B1型二级生物安全柜目前在美国已经很少使用;B2二级生物安全柜在美国特定的生物研究领域有着广泛的使用,而在欧洲几乎没有使用。有趣的是,欧 洲市场上符合EN12469的二级生物安全柜在结构要求方面基本等同于美国A2型生物安全柜(除了一些小的区别),而这两种类型的生物安全柜是目前世界上 各类生物安全柜(无论一级、二级或三级)中最普遍使用的。
2、对安全柜性能和测试的规定
EN12469和NSF49都是以规范性能为基础的标准,换句话说,标准并不侧重安全柜结构设计,不是通过细节规格要求去规定生产商如何制作安全柜;相反 的,生产商拥有很大的自由去设计自己的安全柜,只要可以符合性能测试标准。EN12469和NSF49的主要内容是规定各项测试的参数和合格标准(大约 70%的内容),测试包括有人员、试验品和环境保护的微生物测试 、气流速度数据(进气流速率、进气流体积、下沉气流速率和均匀性测试 )和气流烟雾测试测试等,下文将会着重介绍各项测试以及两大标准的区别。
3、物理性能测试和合格标准
EN12469和NSF49都详细规定了安全柜的各项测试方法和合格标准,两者的区别介绍如下:
a. 人员、试验品和环境保护的微生物挑战测试
在这个测试项目中,EN12469基本采用NSF49的测试方法,合格标准也基本相同。 但EN12469在人员保护测试中有一处明显的不同,被认为常规微生物挑战测试基础上的另一种物理测试方案(KI-Discus测试)。
KI-Discus测试被认为是欧洲标准EN12469优于NSF49的一项测试,因为KI-Discus测试是这个方面唯一可以当场验证安全柜污染控制 性能的测试。不像针对常规人员保护的微生物挑战测试只可以提供Pass/Fail结果,KI-Discus测试可以测量直观的APF指数 (Aperture Protection Factor)来鉴别安全柜的污染控制性能。EN12469规定安全柜的APF必须高过10,000,也就是安全柜中逃逸的微粒比例需要低于万分之一。
[在英国应用微生物学研究中心(CAMR UK)独立进行的多轮测试中,ESCO生物安全柜的APF指数平均值超过100,000,远远超过标准所规定的10,000。]
b. 下沉气流速率测试
下沉气流速率对安全柜试验品保护和交*感染防护性能起到重要的影响,例如气流速率太小将导致试验品失去保护。EN12469规定了下沉气流速率的许可范围 为0.25-0.5m/s,而NSF49没有给出任何下沉气流速率要求。但是介于欧洲和美国生物安全柜必须通过同样的产品和交*感染的微生物挑战测试,这 点的不同并无实质上的区别。
两种标准的下沉气流速率测试方法十分接近(原理是一致的)。NSF49规定了数量更多的测试点(test points),这代表更高的测量精度要求;NSF49还规定了测试中使用的温差式风速仪的精度标准,而EN12469没有对测量仪器的准确度和类型进行 规定。大体上说,NSF49尝试通过规范有关测试仪器的精度和型号来提高测试的精度,这个特点在其他各项性能测试中有都体现。
[ESCO欧洲型号的生物安全柜所进行的下沉气流速率测试中,我们依据的是NSF49标准,以确保测量结果拥有更高的准确度]
c. 进气流速率测试
笔者认为NSF49标准中进气流速率测试的测量方法大大优于EN12469:NSF49采用的是直接的进气流速率测试方法,比起EN12469通过外排气 流估算进气流速率的方法拥有很高的准确度和重复性。其实EN12469的外排气流估算法在美国上世纪80-90年代的安全柜认证中曾经广泛采用。
EN12469和NSF49都对最低进气流速率有规定。在这里我们仅比较A2型二级生物安全柜和欧洲“普通型”二级生物安全柜的要求:NSF49对A2型二级生物安全柜的最底进气流速要求是0.5m/s,而EN12469对二级安全柜的要求是0.4m/s。
[ESCO多年的研发经验表明,NSF49进气流速率测方法比起EN12469更加准确可*。ESCO欧洲型号的安全柜进气流速率测试均采用NSF49测量方法]
d. 安全性能范围
安全性能范围(Performance Envelope)是指生物安全柜通过所有微生物挑战试验的风速设定点(Airflow setpoints)[进气流速率范围和下沉气流速率范围]。NSF49对这方面有着严格的规定,它要求生产商在安全柜出厂前的质量控制测试中需要将进气 流和下沉气流风速设定点精确至+0.025m/s;EN12469没有这样的要求(EN12469只要求安全柜的风速属于上述所规定的范围之内)
[作为ESCO内部质量控制计划的一部分,欧洲型号的安全柜也提供气流和下沉气流风速设定点,并确保每一台出厂的安全柜符合要求]
e. 工作舒适度有关标准:噪音、光强和震动测试
在这个方面NSF49和EN12469也有类似的测试。
噪音测试,EN12469中规定了特定的测试点(距安全柜工作区域1m处),而NSF49的测试点为工作时操作人员的头部位置。结果方面EN12469允 许最高噪音为65dBA而NSF49为67dBA,因此在市场上欧洲生产商的产品目录中都有较低的噪音水平。ESCO内部研发部门的实验表 明,EN12469与NSF49的测量方法所达到的噪音要求标准基本是等效的(也就是如果安全柜通过了NSF的噪音标准,它也将通过EN的;反之亦然)。
震动测试方面EN12469与NSF49内容完全一致。
在光强测试方面NSF49允许光强度较低,为650lux;EN12469要求为750lux。在这个方面,EN的标准在背景光亮度、测试仪器的准确度以及测量点方面没有明确的要求。
[ESCO Airstream 二级生物安全柜的基本噪音(洁净过滤器,额定设定风速)下,NSF噪音值为61.5dBA,EN噪音值为57.0dBA,达到并超过两项标准的要求]
f. 过滤器泄漏测试(气溶胶挑战实验)
NSF49规定的过滤器泄漏测试中使用的是气溶胶喷发剂(例如DOP,Emery3004/PAO);另一方面欧洲标准(使用一样的测试方法)允许另一种使用自然气溶胶(自然空气)的测试方法。ESCO内部研发实验表明,使用自然气溶胶测试方法不能确保检测到所有漏隙。
[ESCO所有的安全柜都使用气溶胶喷发剂进行过滤器检测]
g. 气流烟雾测试
EN12469与NSF49拥有同样的检测方法和合格要求。
h. 皂泡法泄漏测试
NSF49规定皂泡法泄漏测试为生产商对所有安全柜的例行检测,EN12469规定为独立的认证实验室的检测项目。
I. 其他各类测试
NSF49也明确了其他各类认证过程中所进行测试项目。这些测试包括安全柜外表面化学品测试和防腐性能测试,马达/风机性能测试。这些测试建立了安全柜最基本的材料标准,而对安全性能没有直接的影响。
4、安全柜材料要求
NSF49有更多对材料方面要求的条款,其中强调了“洁净性”(Cleanability)的要求。与EN12469相比一个重要的区 别是NSF49不允许在"污染区域"放置隔音材料(美国安全柜可能因此噪音较高)。另外NSF49没有要求气流报警装置,而EN12469对此有明确的要 求。
这个特点与两个区域市场环境有关。美国市场具有很好的统一性,安全柜认证技术人员可以随时随地提供技术支援;相反欧洲市场有很强的区域性,这使安全柜在某种程度上必须依赖气流报警装置。
[ESCO所有的生物安全柜都安装气流报警系统]
结论
尽管两项标准不同,但是在大体上拥有很大的相似性。笔者认为这两项标准为用户提供了同样水平的质量和安全保障。EN12469在测量精确性规定方面与 NSF49相比略有逊色,而在某些测量方法和要求方面(例如KI-Discus测试、气流报警系统等)也较有优势。对于用户来说,正确选择生物安全柜,并 让受过安全培训的人员按照操作守则正确使用、维护安全柜是确保实验室生物安全的基本原则。