——淺談防生物污染離心機(jī)在實(shí)驗(yàn)室安全管理中的拓展應(yīng)用(五)

《用防生物污染轉(zhuǎn)頭提升離心所致氣溶膠防控能力》肯定了離心機(jī)防生物污染轉(zhuǎn)頭可從源頭上遏制氣溶膠形成，助力生物安全實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險(xiǎn)防控。本文討論氣溶膠產(chǎn)生后離心機(jī)主機(jī)排放氣溶膠的應(yīng)對(duì)辦法。

追本溯源，先了解WHO《手冊(cè)》關(guān)于離心機(jī)主機(jī)排放氣溶膠的防范措施的有關(guān)規(guī)定。

1． 第4章三級(jí)生物安全防護(hù)實(shí)驗(yàn)室的”實(shí)驗(yàn)設(shè)備”要求，所有和感染性物質(zhì)有關(guān)的操作均需在生物安全柜或其他基本防護(hù)設(shè)施中進(jìn)行。第12章實(shí)驗(yàn)室技術(shù)“離心機(jī)的使用”部分指出，離心機(jī)工作時(shí)可能?chē)娚涑龅母腥拘灶w粒快速運(yùn)動(dòng)，傳統(tǒng)的前開(kāi)式Ⅰ級(jí)或Ⅱ級(jí)生物安全柜的氣流不能有效截獲。防止離心機(jī)工作逸出的氣溶膠廣泛擴(kuò)散，只能在Ⅲ級(jí)生物安全柜內(nèi)進(jìn)行封閉離心。

2．三級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室有些離心機(jī)可能需要在局部另外安裝帶HEPA 過(guò)濾器的排風(fēng)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)有效防護(hù)效果。

概括起來(lái)就是：P3實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)應(yīng)置于全封閉A3級(jí)生物安全柜中工作；如安裝于A3柜外，須配HEPA過(guò)濾裝置捕獲從離心機(jī)逸出的氣溶膠。

下面我們結(jié)合離心機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)現(xiàn)狀來(lái)探討這兩條措施的可行性。

一、在Ⅲ級(jí)生物安全柜內(nèi)封閉離心防氣溶膠擴(kuò)散不靠譜？

從目前離心機(jī)行業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀看，WHO建議三級(jí)生物安全柜方案值得商榷。原因有三：一是離心機(jī)自身的散熱窗口排氣會(huì)干擾生物安全柜的工作氣流；二是生物安全柜工作臺(tái)面設(shè)計(jì)承重能力、臺(tái)面工作空間凈高度，難以有效滿(mǎn)足離心機(jī)穩(wěn)定對(duì)工作臺(tái)面穩(wěn)定性和儀器操作空間要求；最后一點(diǎn)，生物安全柜的電源輸出難以完全達(dá)到離心機(jī)工作要求，部分臺(tái)式低溫高速離心機(jī)無(wú)法使用。

上圖列出了2款小型臺(tái)式離心機(jī)、A2級(jí)生物安全柜、三級(jí)生物安全柜的尺寸、重量參數(shù)。以Sorvall ST8R通用臺(tái)式低溫高速離心機(jī)為例，這款機(jī)型外形緊湊，可以加載多種適合病原微生物樣品離心用的防生物污染氣密性轉(zhuǎn)頭，如TX-150水平轉(zhuǎn)頭細(xì)胞培養(yǎng)套裝、M10氣密性酶標(biāo)板套裝、HIGHConic III 角轉(zhuǎn)頭和30×1.5/2.0mL MicroClick 30角轉(zhuǎn)頭和8 x 8 PCR排管轉(zhuǎn)頭。ST8R的機(jī)蓋打開(kāi)狀態(tài)下機(jī)器總高度為66cm，無(wú)法在SG-2三級(jí)生物安全柜工作面正常操作，且加載轉(zhuǎn)頭后工作重量遠(yuǎn)超71kg。

從所列的二級(jí)生物安全柜和三級(jí)生物安全柜機(jī)型工作臺(tái)面空間高度看，二級(jí)生物安全柜從結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)上，也難以支持主流多功能離心機(jī)正常工作。更何況WHO明確否定了二級(jí)生物安全柜方案。

可見(jiàn)，三級(jí)生物安全柜內(nèi)部使用離心機(jī)僅限于外形小、散熱排氣功率小、重量輕便的機(jī)型。若再考慮離心機(jī)配置防生物污染轉(zhuǎn)頭這一要素，獲取可利用的離心機(jī)極其困難。因此，在三級(jí)安全柜內(nèi)使用離心機(jī)的建議，實(shí)際工作中很難實(shí)施。

二、離心機(jī)排放氣溶膠的途徑剖析

從目前主流品牌離心機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)看，氣溶膠排放通道不外乎三條：上升通道（從機(jī)蓋密封圈）、下潛通道（從轉(zhuǎn)頭底座）和“VIP綠色通道"(指離心機(jī)預(yù)設(shè)專(zhuān)用管路)。 

1）上升通道

離心機(jī)采用密封圈對(duì)離心腔密封，隔熱、降噪和防止氣溶膠外泄“副業(yè)”。密封墊因腐蝕、老化，氣溶膠逃逸將有機(jī)可乘。離心機(jī)使用維護(hù)得當(dāng)，這個(gè)通路是可以堵住的。

2）下潛通道

資料顯示，早期的部分離心機(jī)，譬如日立CR22N的早期型號(hào)CR-22G，在離心腔底部設(shè)置有專(zhuān)用排水孔（Drain hole），用于將腔體積聚的液體及時(shí)安全可靠導(dǎo)出機(jī)體外部。

轉(zhuǎn)頭底座是腔體內(nèi)底部用于支撐固定驅(qū)動(dòng)軸和轉(zhuǎn)頭的裝置，與離心腔吻合緊密。但離心機(jī)維護(hù)手冊(cè)中都提示，在腔體內(nèi)出現(xiàn)液體聚集應(yīng)及時(shí)清理，以防液體滲入機(jī)體內(nèi)引發(fā)故障。當(dāng)氣溶膠沉降后、離心腔殘留污染樣品隨冷凝水和遺撒液體在底座周?chē)L(zhǎng)時(shí)間聚集，存在通過(guò)轉(zhuǎn)頭底座滲入主機(jī)內(nèi)部而逃逸的可能。而及時(shí)清理離心腔內(nèi)液體殘流和內(nèi)壁定期清潔消毒，是可以阻斷該逃逸途徑的。

3）“VIP綠色通道”

離心機(jī)專(zhuān)用排氣通路包括各種出廠預(yù)留的導(dǎo)管通路，入真空排氣通路和細(xì)胞淘洗轉(zhuǎn)頭、連續(xù)流離心轉(zhuǎn)頭等特殊類(lèi)型轉(zhuǎn)頭的液流通路。真空排氣通路常應(yīng)用于超速、高速離心機(jī)，用于在離心前把離心腔抽成真空狀態(tài)，減少離心風(fēng)阻和摩擦生熱效應(yīng)。直到腔體內(nèi)氣壓降低達(dá)工作要求的水平后，真空泵停止抽氣，但離心形成的氣溶膠被抽入管道中并伺機(jī)逃逸排出。

雖然只是部分實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)設(shè)有此類(lèi)管道，但這條通道無(wú)法堵塞且危害極大。

三、目前離心機(jī)行業(yè)氣溶膠排放的防范措施

《手冊(cè)》建議離心機(jī)的局部安裝帶有HEPA 過(guò)濾器的排風(fēng)系統(tǒng)可達(dá)到有效防護(hù)效果。就是說(shuō)，如離心機(jī)無(wú)法安裝于全封閉生物安全柜內(nèi)使用，須對(duì)可能的對(duì)外排放、泄露氣溶膠的通道加裝HEPA過(guò)濾器，對(duì)排氣實(shí)施凈化處理后再排放。

HEPA (High efficiency particulate air Filter)為高效空氣過(guò)濾器。它對(duì)直徑為0.3μm以下微粒去除效率可達(dá)到99.7%以上，是國(guó)際公認(rèn)的煙霧、塵埃及細(xì)菌等污染物高效濾材。

調(diào)查顯示，美國(guó)Beckman和日本日立公司針對(duì)氣溶膠的排放，開(kāi)發(fā)有專(zhuān)用HEPA過(guò)濾套件，可與離心機(jī)主機(jī)內(nèi)部工廠預(yù)留管路和接口安裝，屬于可更換型耗材。

1. 日立 Biosafety Micro Filter system

公開(kāi)的資料顯示，日立公司在2010年前后，在CR21GIII、CR22GIII落地式大容量低溫高速離心機(jī)上引入HEPA過(guò)濾系統(tǒng)，以便在分離生物危險(xiǎn)樣品過(guò)程中，在離心機(jī)排氣口處隔離有害氣溶膠，確保實(shí)驗(yàn)室符合生物安全標(biāo)準(zhǔn)。

日立Biosafety Micro Filter system由工廠出廠預(yù)留過(guò)濾器通過(guò)密封管路設(shè)立于離心腔底部進(jìn)氣口連接，另一端與真空泵相連，可以抽取離心腔內(nèi)污染氣體并顧慮后排放。

2．Beckman Avanti HEPA過(guò)濾套件

從Beckman Avanti離心機(jī)HEPA Filter Kit（1001525）工作原理圖看出，離心機(jī)腔體開(kāi)有專(zhuān)排氣管。HEPA過(guò)濾器一頭直接與腔體導(dǎo)管連接，另一端通過(guò)導(dǎo)管與真空泵進(jìn)氣口相連。真空泵排氣口安裝有第二個(gè)HEPA過(guò)濾器，實(shí)現(xiàn)排氣雙重過(guò)濾。

采用HEPA過(guò)濾器防控離心機(jī)工作時(shí)排放氣溶膠的方案，需在訂購(gòu)離心機(jī)時(shí)，預(yù)定專(zhuān)用機(jī)型/貨號(hào)，主機(jī)已預(yù)裝排氣導(dǎo)管和專(zhuān)用真空泵單元，使用中定期更換過(guò)濾器即可。此方案技術(shù)難度低，可操作性強(qiáng)。

3．離心機(jī)的半密閉型集氣罩

防范大型設(shè)備氣溶膠擴(kuò)散防護(hù)罩應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室生物安全管控的方案，目前還僅見(jiàn)諸于以下兩個(gè)文件中。

《GB 19781-2005醫(yī)學(xué)試驗(yàn)室安全要求》指出，在能產(chǎn)生氣溶膠的大型設(shè)備可使用局部通風(fēng)防護(hù)裝置，在小型儀器使用排氣罩。

《SN/T 2024-2017出入境動(dòng)物檢疫實(shí)驗(yàn)室生物安全分級(jí)技術(shù)要求》提出，低溫高速離心機(jī)置于負(fù)壓罩或通風(fēng)櫥、排氣罩等排風(fēng)裝置中，可將產(chǎn)生的氣溶膠高效過(guò)濾后排出。

半密閉型污染防護(hù)罩屬于集氣罩的一種，將污染源的局部密閉起來(lái)。如圖所示，罩的頂部為集氣漏斗，罩體三面封閉、一面為用可活動(dòng)透明掛簾遮蔽的操作門(mén)，便于人員操作進(jìn)出。集氣罩與實(shí)驗(yàn)室排氣系統(tǒng)連接，罩內(nèi)始終保持一定負(fù)壓，防止離心機(jī)排放的污染物的任意擴(kuò)散。

就工業(yè)用集氣罩而言，其防護(hù)性能是否達(dá)標(biāo)，取決于能否保證罩內(nèi)各點(diǎn)處于負(fù)壓狀態(tài)（如≥5-12pa）和開(kāi)口或門(mén)簾縫隙處空氣吸入速度足夠快（如達(dá)到0.5m/s）。

實(shí)際工作中，確有經(jīng)認(rèn)證的P2、P3實(shí)驗(yàn)室把這種半密閉型集氣罩應(yīng)用于立式低溫高速離心機(jī)操作。

四、討論

離心機(jī)排放氣溶膠的防控途徑至少有三條，即WHO提出的2個(gè)建議方案和我國(guó)部分實(shí)驗(yàn)室采用的半封閉型集氣罩。

目前看，WHO全封閉生物安全柜離心方案，受限于離心機(jī)工藝技術(shù)，施行存在諸多難題，可操作性差，實(shí)際意義不大。而離心機(jī)排放通道HEPA過(guò)濾方案則不同。

第一，它是《手冊(cè)》“欽定”的三級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室防護(hù)手段之一，技術(shù)成熟且行之有效；

第二，它與離心機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)匹配性好。如Beckman Avanti J系列立式大容量低溫高速離心機(jī)，只需在既有真空降阻系統(tǒng)的真空進(jìn)氣口前端和排氣口后端加入HEPA過(guò)濾接口，即可雙重HEPA過(guò)濾。既有效保護(hù)真空泵，又濾阻氣溶膠排放，技術(shù)上成熟可靠。該方案針對(duì)的是離心腔帶有氣、水排防和樣品輸出通道的機(jī)型，大多數(shù)臺(tái)式離心機(jī)腔體封閉，并不適用。

半密閉型集氣罩方案，在設(shè)計(jì)上與前開(kāi)門(mén)式Ⅰ級(jí)或Ⅱ級(jí)生物安全柜類(lèi)似。罩內(nèi)負(fù)壓控制水平和操作門(mén)簾縫隙吸氣氣流，并非完全取決于集氣罩本身，還與排氣管路長(zhǎng)度、實(shí)驗(yàn)室排氣系統(tǒng)有關(guān)。因此，鑒于生物安全實(shí)驗(yàn)室工作特殊性，方案使用應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎。

首先，WHO《手冊(cè)》、《病原微生物實(shí)驗(yàn)室生物安全通用準(zhǔn)則WS 233-2017》、《實(shí)驗(yàn)室生物安全通用要求》和《獸醫(yī)實(shí)驗(yàn)室生物安全要求通則NYT 1948-2010》并無(wú)集氣型安全防護(hù)罩或“安全罩”的定義或描述。

其次《出入境動(dòng)物檢疫實(shí)驗(yàn)室生物安全分級(jí)技術(shù)要求 SNT2024-2017》中，安全罩是指置于實(shí)驗(yàn)室工作臺(tái)或儀器設(shè)備上的負(fù)壓排風(fēng)罩。雖然肯定其作為P3實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)排放等設(shè)備氣溶膠防護(hù)裝置的有效性，但并未說(shuō)明安全罩的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。

半封閉型集氣罩的功能與“安全罩”類(lèi)似，嚴(yán)格意義上二者不能混為一談。其應(yīng)用于P3實(shí)驗(yàn)室的病原微生物樣品處理，法規(guī)依據(jù)缺失。在在缺少設(shè)計(jì)、質(zhì)控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)情況下，防護(hù)性能未經(jīng)嚴(yán)格測(cè)試，其是否切實(shí)符合P3實(shí)驗(yàn)室生物安全使用要求，值得關(guān)注。

參考文獻(xiàn)

1.《實(shí)驗(yàn)室生物安全手冊(cè)》第三版

2.《GB 19781-2005醫(yī)學(xué)試驗(yàn)室安全要求》

3.《出入境動(dòng)物檢疫實(shí)驗(yàn)室生物安全分級(jí)技術(shù)要求》（SN/T 2024-2017）