赛默飞生物安全柜的工作原理

赛默飞世尔科技（Thermo Fisher Scientific）是科学服务公司，其生物安全柜在实验室中广泛应用，提供操作者、实验材料及环境的多重保护。以下是赛默飞生物安全柜的详细工作原理。

一、基本原理

生物安全柜通过控制气流和过滤系统，防止操作者、实验材料和环境受到有害微生物的污染。其主要功能包括：

1. 保护操作者：防止有害生物气溶胶对操作者的伤害。

2. 保护实验材料：防止样品受到外界污染。

3. 保护环境：防止实验过程中产生的有害生物气溶胶扩散到实验室环境中。

二、气流控制

生物安全柜的气流控制是实现其保护功能的关键，主要包括以下几部分：

1. 垂直气流

   • 生物安全柜顶部安装有一个高效微粒空气（HEPA）过滤器，过滤后的洁净空气以垂直方向向下吹入工作区域。

   • 这种垂直气流形成一个洁净的空气屏障，防止外部空气进入工作区域，同时也避免了内部污染物逸出。

2. 水平气流

   • 工作区域内的空气通过工作台面的栅格孔进入回风系统，再次经过HEPA过滤器过滤。

   • 过滤后的洁净空气一部分继续循环，一部分通过排气系统排出柜外。

三、过滤系统

HEPA过滤器是生物安全柜的核心部件，其过滤效率高达99.97%，能够有效捕捉直径大于0.3微米的微粒，包括细菌和病毒。赛默飞生物安全柜通常配备两个HEPA过滤器：

1. 供气过滤器：安装在生物安全柜顶部，过滤进入工作区域的空气，确保其洁净度。

2. 排气过滤器：安装在排气系统中，过滤从工作区域排出的空气，防止有害物质进入实验室环境。

四、工作模式

根据气流和过滤系统的配置，赛默飞生物安全柜主要分为以下几种类型：

1. Class I 生物安全柜

   • 仅保护操作者和环境，不保护实验材料。

   • 适用于初步处理或分装有毒化学物质。

2. Class II 生物安全柜

   • 空气经过HEPA过滤后直接排出柜外。

   • 适用于处理挥发性化学物质或低剂量放射性物质。

   • 70%的空气再循环，30%的空气经过HEPA过滤后排出柜外。

   • 适用于大多数微生物和生物技术应用。

   • 提供对操作者、实验材料和环境的三重保护。

   • 进一步分为A1、A2、B1和B2四种类型，其中A2和B2最为常见。

   • Class II A2：

   • Class II B2：

3. Class III 生物安全柜

   • 密闭的手套箱，提供最高等级的保护。

   • 适用于处理高风险病原体（如BSL-4级实验室中的操作）。

五、运行机制

1. 启动和运行

   • 启动生物安全柜时，风机开始运转，空气通过供气过滤器进入工作区域，形成垂直气流。

   • 操作者在工作区域内进行实验操作时，气流屏障防止外部空气进入，保证样品的洁净度。

   • 工作区域内的空气通过回风系统进入排气过滤器，过滤后的空气一部分再循环，一部分排出柜外。

2. 操作过程

   • 操作者应避免阻碍气流，尽量减少手臂的进出动作，保持气流的稳定。

   • 使用无菌技术，防止样品和环境的交叉污染。

   • 实验结束后，清洁工作台面，并启动紫外灯进行消毒（如果有配置）。

3. 安全机制

   • 生物安全柜配备压差监测系统，确保工作区域内外的压差保持在安全范围内。

   • 当压差异常或过滤器失效时，系统会发出警报，提示操作者采取措施。

六、维护和校准

1. 定期检查

   • 每年至少进行一次气流速度和HEPA过滤器的完整性测试，确保其符合标准要求。

   • 定期检查压差表、风机和照明系统，确保其正常运行。

2. 过滤器更换

   • 根据使用频率和环境要求，通常每3-5年更换一次HEPA过滤器。

   • 更换过滤器时，需在无菌环境下进行，并进行完整性测试。

3. 清洁和消毒

   • 每天使用70%酒精或适当的消毒剂清洁工作台面和内壁，保持工作区域的无菌状态。

   • 每次使用前后，启动紫外灯进行消毒，确保内部环境洁净。

七、应用场景

赛默飞生物安全柜广泛应用于以下领域：

1. 微生物学实验室：进行细菌和病毒培养、基因重组实验等。

2. 生物医学研究：处理病原体样品、细胞培养等。

3. 制药和生物技术：药物开发、基因工程实验等。

4. 临床检测实验室：诊断样品处理、分子生物学检测等。

结论

赛默飞生物安全柜通过先进的气流控制和高效过滤系统，为操作者、实验材料和环境提供了多重保护。其设计和工作原理确保了实验操作的安全性和准确性，广泛应用于各类实验室和研究机构。通过定期维护和正确操作，生物安全柜可以有效防止生物污染，保障实验的顺利进行。