——淺談防生物污染離心機在實驗室安全管理中的拓展應用(五)

《用防生物污染轉頭提升離心所致氣溶膠防控能力》肯定了離心機防生物污染轉頭可從源頭上遏制氣溶膠形成，助力生物安全實驗室風險防控。本文討論氣溶膠產生后離心機主機排放氣溶膠的應對辦法。

追本溯源，先了解WHO《手冊》關于離心機主機排放氣溶膠的防范措施的有關規定。

1． 第4章三級生物安全防護實驗室的”實驗設備”要求，所有和感染性物質有關的操作均需在生物安全柜或其他基本防護設施中進行。第12章實驗室技術“離心機的使用”部分指出，離心機工作時可能噴射出的感染性顆粒快速運動，傳統的前開式Ⅰ級或Ⅱ級生物安全柜的氣流不能有效截獲。防止離心機工作逸出的氣溶膠廣泛擴散，只能在Ⅲ級生物安全柜內進行封閉離心。

2．三級生物安全實驗室有些離心機可能需要在局部另外安裝帶HEPA 過濾器的排風系統以實現有效防護效果。

概括起來就是：P3實驗室離心機應置于全封閉A3級生物安全柜中工作；如安裝于A3柜外，須配HEPA過濾裝置捕獲從離心機逸出的氣溶膠。

下面我們結合離心機產品的技術現狀來探討這兩條措施的可行性。

一、在Ⅲ級生物安全柜內封閉離心防氣溶膠擴散不靠譜？

從目前離心機行業技術發展現狀看，WHO建議三級生物安全柜方案值得商榷。原因有三：一是離心機自身的散熱窗口排氣會干擾生物安全柜的工作氣流；二是生物安全柜工作臺面設計承重能力、臺面工作空間凈高度，難以有效滿足離心機穩定對工作臺面穩定性和儀器操作空間要求；最后一點，生物安全柜的電源輸出難以完全達到離心機工作要求，部分臺式低溫高速離心機無法使用。

上圖列出了2款小型臺式離心機、A2級生物安全柜、三級生物安全柜的尺寸、重量參數。以Sorvall ST8R通用臺式低溫高速離心機為例，這款機型外形緊湊，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頭，如TX-150水平轉頭細胞培養套裝、M10氣密性酶標板套裝、HIGHConic III 角轉頭和30×1.5/2.0mL MicroClick 30角轉頭和8 x 8 PCR排管轉頭。ST8R的機蓋打開狀態下機器總高度為66cm，無法在SG-2三級生物安全柜工作面正常操作，且加載轉頭后工作重量遠超71kg。

從所列的二級生物安全柜和三級生物安全柜機型工作臺面空間高度看，二級生物安全柜從結構和設計上，也難以支持主流多功能離心機正常工作。更何況WHO明確否定了二級生物安全柜方案。

可見，三級生物安全柜內部使用離心機僅限于外形小、散熱排氣功率小、重量輕便的機型。若再考慮離心機配置防生物污染轉頭這一要素，獲取可利用的離心機極其困難。因此，在三級安全柜內使用離心機的建議，實際工作中很難實施。

二、離心機排放氣溶膠的途徑剖析

從目前主流品牌離心機的機體結構看，氣溶膠排放通道不外乎三條：上升通道（從機蓋密封圈）、下潛通道（從轉頭底座）和“VIP綠色通道"(指離心機預設專用管路)。 

1）上升通道

離心機采用密封圈對離心腔密封，隔熱、降噪和防止氣溶膠外泄“副業”。密封墊因腐蝕、老化，氣溶膠逃逸將有機可乘。離心機使用維護得當，這個通路是可以堵住的。

2）下潛通道

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

轉頭底座是腔體內底部用于支撐固定驅動軸和轉頭的裝置，與離心腔吻合緊密。但離心機維護手冊中都提示，在腔體內出現液體聚集應及時清理，以防液體滲入機體內引發故障。當氣溶膠沉降后、離心腔殘留污染樣品隨冷凝水和遺撒液體在底座周圍長時間聚集，存在通過轉頭底座滲入主機內部而逃逸的可能。而及時清理離心腔內液體殘流和內壁定期清潔消毒，是可以阻斷該逃逸途徑的。

3）“VIP綠色通道”

離心機專用排氣通路包括各種出廠預留的導管通路，入真空排氣通路和細胞淘洗轉頭、連續流離心轉頭等特殊類型轉頭的液流通路。真空排氣通路常應用于超速、高速離心機，用于在離心前把離心腔抽成真空狀態，減少離心風阻和摩擦生熱效應。直到腔體內氣壓降低達工作要求的水平后，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逃逸排出。

雖然只是部分實驗室離心機設有此類管道，但這條通道無法堵塞且危害極大。

三、目前離心機行業氣溶膠排放的防范措施

《手冊》建議離心機的局部安裝帶有HEPA 過濾器的排風系統可達到有效防護效果。就是說，如離心機無法安裝于全封閉生物安全柜內使用，須對可能的對外排放、泄露氣溶膠的通道加裝HEPA過濾器，對排氣實施凈化處理后再排放。

HEPA (High efficiency particulate air Filter)為高效空氣過濾器。它對直徑為0.3μm以下微粒去除效率可達到99.7%以上，是國際公認的煙霧、塵埃及細菌等污染物高效濾材。

調查顯示，美國Beckman和日本日立公司針對氣溶膠的排放，開發有專用HEPA過濾套件，可與離心機主機內部工廠預留管路和接口安裝，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上引入HEPA過濾系統，以便在分離生物危險樣品過程中，在離心機排氣口處隔離有害氣溶膠，確保實驗室符合生物安全標準。

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

2．Beckman Avanti HEPA過濾套件

從Beckman Avanti離心機HEPA Filter Kit（1001525）工作原理圖看出，離心機腔體開有專排氣管。HEPA過濾器一頭直接與腔體導管連接，另一端通過導管與真空泵進氣口相連。真空泵排氣口安裝有第二個HEPA過濾器，實現排氣雙重過濾。

采用HEPA過濾器防控離心機工作時排放氣溶膠的方案，需在訂購離心機時，預定專用機型/貨號，主機已預裝排氣導管和專用真空泵單元，使用中定期更換過濾器即可。此方案技術難度低，可操作性強。

3．離心機的半密閉型集氣罩

防范大型設備氣溶膠擴散防護罩應用于實驗室生物安全管控的方案，目前還僅見諸于以下兩個文件中。

《GB 19781-2005醫學試驗室安全要求》指出，在能產生氣溶膠的大型設備可使用局部通風防護裝置，在小型儀器使用排氣罩。

《SN/T 2024-2017出入境動物檢疫實驗室生物安全分級技術要求》提出，低溫高速離心機置于負壓罩或通風櫥、排氣罩等排風裝置中，可將產生的氣溶膠高效過濾后排出。

半密閉型污染防護罩屬于集氣罩的一種，將污染源的局部密閉起來。如圖所示，罩的頂部為集氣漏斗，罩體三面封閉、一面為用可活動透明掛簾遮蔽的操作門，便于人員操作進出。集氣罩與實驗室排氣系統連接，罩內始終保持一定負壓，防止離心機排放的污染物的任意擴散。

就工業用集氣罩而言，其防護性能是否達標，取決于能否保證罩內各點處于負壓狀態（如≥5-12pa）和開口或門簾縫隙處空氣吸入速度足夠快（如達到0.5m/s）。

實際工作中，確有經認證的P2、P3實驗室把這種半密閉型集氣罩應用于立式低溫高速離心機操作。

四、討論

離心機排放氣溶膠的防控途徑至少有三條，即WHO提出的2個建議方案和我國部分實驗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，受限于離心機工藝技術，施行存在諸多難題，可操作性差，實際意義不大。而離心機排放通道HEPA過濾方案則不同。

第一，它是《手冊》“欽定”的三級生物安全實驗室防護手段之一，技術成熟且行之有效；

第二，它與離心機的內部結構匹配性好。如Beckman Avanti J系列立式大容量低溫高速離心機，只需在既有真空降阻系統的真空進氣口前端和排氣口后端加入HEPA過濾接口，即可雙重HEPA過濾。既有效保護真空泵，又濾阻氣溶膠排放，技術上成熟可靠。該方案針對的是離心腔帶有氣、水排防和樣品輸出通道的機型，大多數臺式離心機腔體封閉，并不適用。

半密閉型集氣罩方案，在設計上與前開門式Ⅰ級或Ⅱ級生物安全柜類似。罩內負壓控制水平和操作門簾縫隙吸氣氣流，并非完全取決于集氣罩本身，還與排氣管路長度、實驗室排氣系統有關。因此，鑒于生物安全實驗室工作特殊性，方案使用應當謹慎。

首先，WHO《手冊》、《病原微生物實驗室生物安全通用準則WS 233-2017》、《實驗室生物安全通用要求》和《獸醫實驗室生物安全要求通則NYT 1948-2010》并無集氣型安全防護罩或“安全罩”的定義或描述。

其次《出入境動物檢疫實驗室生物安全分級技術要求 SNT2024-2017》中，安全罩是指置于實驗室工作臺或儀器設備上的負壓排風罩。雖然肯定其作為P3實驗室離心機排放等設備氣溶膠防護裝置的有效性，但并未說明安全罩的技術標準和設計要求。

半封閉型集氣罩的功能與“安全罩”類似，嚴格意義上二者不能混為一談。其應用于P3實驗室的病原微生物樣品處理，法規依據缺失。在在缺少設計、質控技術標準情況下，防護性能未經嚴格測試，其是否切實符合P3實驗室生物安全使用要求，值得關注。

參考文獻

1.《實驗室生物安全手冊》第三版

2.《GB 19781-2005醫學試驗室安全要求》

3.《出入境動物檢疫實驗室生物安全分級技術要求》（SN/T 2024-2017）