生物安全实验室离心机气溶胶排放的防护措施

——浅谈防生物污染离心机在实验室安全管理中的拓展应用(五)

《用防生物污染转头提升离心所致气溶胶防控能力》肯定了离心机防生物污染转头可从源头上遏制气溶胶形成，助力生物安全实验室风险防控。本文讨论气溶胶产生后离心机主机排放气溶胶的应对办法。

追本溯源，先了解WHO《手册》关于离心机主机排放气溶胶的防范措施的有关规定。

1． 第4章三级生物安全防护实验室的”实验设备”要求，所有和感染性物质有关的操作均需在生物安全柜或其他基本防护设施中进行。第12章实验室技术“离心机的使用”部分指出，离心机工作时可能喷射出的感染性颗粒快速运动，传统的前开式Ⅰ级或Ⅱ级生物安全柜的气流不能有效截获。防止离心机工作逸出的气溶胶广泛扩散，只能在Ⅲ级生物安全柜内进行封闭离心。

2．三级生物安全实验室有些离心机可能需要在局部另外安装带HEPA 过滤器的排风系统以实现有效防护效果。

概括起来就是：P3实验室离心机应置于全封闭A3级生物安全柜中工作；如安装于A3柜外，须配HEPA过滤装置捕获从离心机逸出的气溶胶。

下面我们结合离心机产品的技术现状来探讨这两条措施的可行性。

一、在Ⅲ级生物安全柜内封闭离心防气溶胶扩散不靠谱？

从目前离心机行业技术发展现状看，WHO建议三级生物安全柜方案值得商榷。原因有三：一是离心机自身的散热窗口排气会干扰生物安全柜的工作气流；二是生物安全柜工作台面设计承重能力、台面工作空间净高度，难以有效满足离心机稳定对工作台面稳定性和仪器操作空间要求；最后一点，生物安全柜的电源输出难以完全达到离心机工作要求，部分台式低温高速离心机无法使用。

上图列出了2款小型台式离心机、A2级生物安全柜、三级生物安全柜的尺寸、重量参数。以Sorvall ST8R通用台式低温高速离心机为例，这款机型外形紧凑，可以加载多种适合病原微生物样品离心用的防生物污染气密性转头，如TX-150水平转头细胞培养套装、M10气密性酶标板套装、HIGHConic III 角转头和30×1.5/2.0mL MicroClick 30角转头和8 x 8 PCR排管转头。ST8R的机盖打开状态下机器总高度为66cm，无法在SG-2三级生物安全柜工作面正常操作，且加载转头后工作重量远超71kg。

从所列的二级生物安全柜和三级生物安全柜机型工作台面空间高度看，二级生物安全柜从结构和设计上，也难以支持主流多功能离心机正常工作。更何况WHO明确否定了二级生物安全柜方案。

可见，三级生物安全柜内部使用离心机仅限于外形小、散热排气功率小、重量轻便的机型。若再考虑离心机配置防生物污染转头这一要素，获取可利用的离心机极其困难。因此，在三级安全柜内使用离心机的建议，实际工作中很难实施。

二、离心机排放气溶胶的途径剖析

从目前主流品牌离心机的机体结构看，气溶胶排放通道不外乎三条：上升通道（从机盖密封圈）、下潜通道（从转头底座）和“VIP绿色通道"(指离心机预设专用管路)。 

1）上升通道

离心机采用密封圈对离心腔密封，隔热、降噪和防止气溶胶外泄“副业”。密封垫因腐蚀、老化，气溶胶逃逸将有机可乘。离心机使用维护得当，这个通路是可以堵住的。

2）下潜通道

资料显示，早期的部分离心机，譬如日立CR22N的早期型号CR-22G，在离心腔底部设置有专用排水孔（Drain hole），用于将腔体积聚的液体及时安全可靠导出机体外部。

转头底座是腔体内底部用于支撑固定驱动轴和转头的装置，与离心腔吻合紧密。但离心机维护手册中都提示，在腔体内出现液体聚集应及时清理，以防液体渗入机体内引发故障。当气溶胶沉降后、离心腔残留污染样品随冷凝水和遗撒液体在底座周围长时间聚集，存在通过转头底座渗入主机内部而逃逸的可能。而及时清理离心腔内液体残流和内壁定期清洁消毒，是可以阻断该逃逸途径的。

3）“VIP绿色通道”

离心机专用排气通路包括各种出厂预留的导管通路，入真空排气通路和细胞淘洗转头、连续流离心转头等特殊类型转头的液流通路。真空排气通路常应用于超速、高速离心机，用于在离心前把离心腔抽成真空状态，减少离心风阻和摩擦生热效应。直到腔体内气压降低达工作要求的水平后，真空泵停止抽气，但离心形成的气溶胶被抽入管道中并伺机逃逸排出。

虽然只是部分实验室离心机设有此类管道，但这条通道无法堵塞且危害极大。

三、目前离心机行业气溶胶排放的防范措施

《手册》建议离心机的局部安装带有HEPA 过滤器的排风系统可达到有效防护效果。就是说，如离心机无法安装于全封闭生物安全柜内使用，须对可能的对外排放、泄露气溶胶的通道加装HEPA过滤器，对排气实施净化处理后再排放。

HEPA (High efficiency particulate air Filter)为高效空气过滤器。它对直径为0.3μm以下微粒去除效率可达到99.7%以上，是国际公认的烟雾、尘埃及细菌等污染物高效滤材。

调查显示，美国Beckman和日本日立公司针对气溶胶的排放，开发有专用HEPA过滤套件，可与离心机主机内部工厂预留管路和接口安装，属于可更换型耗材。

1. 日立 Biosafety Micro Filter system

公开的资料显示，日立公司在2010年前后，在CR21GIII、CR22GIII落地式大容量低温高速离心机上引入HEPA过滤系统，以便在分离生物危险样品过程中，在离心机排气口处隔离有害气溶胶，确保实验室符合生物安全标准。

日立Biosafety Micro Filter system由工厂出厂预留过滤器通过密封管路设立于离心腔底部进气口连接，另一端与真空泵相连，可以抽取离心腔内污染气体并顾虑后排放。

2．Beckman Avanti HEPA过滤套件

从Beckman Avanti离心机HEPA Filter Kit（1001525）工作原理图看出，离心机腔体开有专排气管。HEPA过滤器一头直接与腔体导管连接，另一端通过导管与真空泵进气口相连。真空泵排气口安装有第二个HEPA过滤器，实现排气双重过滤。

采用HEPA过滤器防控离心机工作时排放气溶胶的方案，需在订购离心机时，预定专用机型/货号，主机已预装排气导管和专用真空泵单元，使用中定期更换过滤器即可。此方案技术难度低，可操作性强。

3．离心机的半密闭型集气罩

防范大型设备气溶胶扩散防护罩应用于实验室生物安全管控的方案，目前还仅见诸于以下两个文件中。

《GB 19781-2005医学试验室安全要求》指出，在能产生气溶胶的大型设备可使用局部通风防护装置，在小型仪器使用排气罩。

《SN/T 2024-2017出入境动物检疫实验室生物安全分级技术要求》提出，低温高速离心机置于负压罩或通风橱、排气罩等排风装置中，可将产生的气溶胶高效过滤后排出。

半密闭型污染防护罩属于集气罩的一种，将污染源的局部密闭起来。如图所示，罩的顶部为集气漏斗，罩体三面封闭、一面为用可活动透明挂帘遮蔽的操作门，便于人员操作进出。集气罩与实验室排气系统连接，罩内始终保持一定负压，防止离心机排放的污染物的任意扩散。

就工业用集气罩而言，其防护性能是否达标，取决于能否保证罩内各点处于负压状态（如≥5-12pa）和开口或门帘缝隙处空气吸入速度足够快（如达到0.5m/s）。

实际工作中，确有经认证的P2、P3实验室把这种半密闭型集气罩应用于立式低温高速离心机操作。

四、讨论

离心机排放气溶胶的防控途径至少有三条，即WHO提出的2个建议方案和我国部分实验室采用的半封闭型集气罩。

目前看，WHO全封闭生物安全柜离心方案，受限于离心机工艺技术，施行存在诸多难题，可操作性差，实际意义不大。而离心机排放通道HEPA过滤方案则不同。

第一，它是《手册》“钦定”的三级生物安全实验室防护手段之一，技术成熟且行之有效；

第二，它与离心机的内部结构匹配性好。如Beckman Avanti J系列立式大容量低温高速离心机，只需在既有真空降阻系统的真空进气口前端和排气口后端加入HEPA过滤接口，即可双重HEPA过滤。既有效保护真空泵，又滤阻气溶胶排放，技术上成熟可靠。该方案针对的是离心腔带有气、水排防和样品输出通道的机型，大多数台式离心机腔体封闭，并不适用。

半密闭型集气罩方案，在设计上与前开门式Ⅰ级或Ⅱ级生物安全柜类似。罩内负压控制水平和操作门帘缝隙吸气气流，并非完全取决于集气罩本身，还与排气管路长度、实验室排气系统有关。因此，鉴于生物安全实验室工作特殊性，方案使用应当谨慎。

首先，WHO《手册》、《病原微生物实验室生物安全通用准则WS 233-2017》、《实验室生物安全通用要求》和《兽医实验室生物安全要求通则NYT 1948-2010》并无集气型安全防护罩或“安全罩”的定义或描述。

其次《出入境动物检疫实验室生物安全分级技术要求 SNT2024-2017》中，安全罩是指置于实验室工作台或仪器设备上的负压排风罩。虽然肯定其作为P3实验室离心机排放等设备气溶胶防护装置的有效性，但并未说明安全罩的技术标准和设计要求。

半封闭型集气罩的功能与“安全罩”类似，严格意义上二者不能混为一谈。其应用于P3实验室的病原微生物样品处理，法规依据缺失。在在缺少设计、质控技术标准情况下，防护性能未经严格测试，其是否切实符合P3实验室生物安全使用要求，值得关注。

参考文献

1.《实验室生物安全手册》第三版

2.《GB 19781-2005医学试验室安全要求》

3.《出入境动物检疫实验室生物安全分级技术要求》（SN/T 2024-2017）