細說國際生物安全櫃標準

國際生物安全櫃標準——歐盟EN12469和美國NSF49的比較

 

細說國際生物安全櫃標準

     對於目前世界生物安全櫃領域的兩種重要標準——歐盟EN12469和美國NSF49,業內人士恐怕都不陌生,但它

們對於生物安全櫃的分類、性能和檢測方法以及需要達到的標準有何異同?對此,知之甚詳者可能為數不多,筆者在

此將就這些問題進行詳細的介紹,並願與讀者朋友共同探討交流。

文/林向前,翻譯/吳曉峰

 

      2000年5月,歐洲標準化委員會(CEN)頒佈了生物安全櫃歐洲標準EN12469:2000,正式替代了德國DIN

12950、 英國BS5726和法國NF X-44-201等歐盟成員國生物安全櫃的標準,成為歐盟區域內生物安全櫃的統一標準。

     美國生物安全櫃標準NSF49在上世紀70年代就已經出現, 被公認為目前生物安全櫃領域最完善的標準。2002年,

ANSI/NSF49正式獲得了美國國家標準學會 (American National Standard Institute, ANSI) 的官方認可,成為

美國生物安全櫃的統一標準。

     以下筆者將對這兩種國際標準的區別進行詳細的闡述,供業內人士參考。

 
圖片02   
                     進氣流風速檢測    

 

安全櫃型號的規定

      EN12469對一級、二級和三級生物安全櫃的分類、性能和檢測有明確的規定。一級生物安全櫃可保護工作人員和

環境而不保護樣品。氣流原理和實驗室通風櫥一樣,不同之處在於排氣口安裝有HEPA過濾器。所有類型的生物安全

櫃都在排氣和進氣口使用H E P A過濾器。一級生物安全櫃本身無風機,依賴外接通風管中的風機帶動氣流,由於不

能保護櫃內產品,目前已較少使用。

     二級生物安全櫃是目前應用最為廣泛的櫃型,通過HEPA過濾器的潔淨氣流從安全櫃頂部垂直吹下,通過工作區

域,在到達工作人員的呼吸區域前被俘獲。氣流在放空前將被過濾。所有的二級生物安全櫃都可提供工作人員、環境

和產品的保護。

圖片01
             KI-discus碘化鉀法人員保護檢測

 

      三級生物安全櫃是為3〜4級實驗室生物安全等級而設計的,櫃體完全氣密,工作人員通過連接在櫃體的手套進行操作,

俗稱手套箱(Golve box) ,試驗品通過雙門的傳遞箱進出安全櫃以確保不受污染,三級安全櫃適用於高風險的生物試驗。

     目前市面上大多數生物安全櫃都是二級的,但一台“歐洲標準二級生物安全櫃”和一台“美國標準二級生物安全櫃”是

不同的:雖然兩種類型的安全櫃都可以提供對操作人員、試驗品和工作環境的保護,工作原理也相同。但最大的區別是

EN12469對“二級生物安全櫃” 只有一個基本的定義,而NSF49依照入口氣流風速、排氣方式和循環方式等又將二級生物

安全櫃分為4個類型:A1型,A2型(原B3型) B1型和B2型。

      其中,A1型安全櫃前窗氣流速度最小量或測量平均值應至少為0.38m/s。70%氣體通過HEPA過濾器再循環至工作區,

30%的氣體通過排氣口過濾排除。

      A2型安全櫃前窗氣流速度最小量或測量平均值應至少為0.5m/s。70%氣體通過HEPA過濾器再循環至工作區,

30%的氣體通過排氣口過濾排除。

     二級B型生物安全櫃均為連接排氣系統的安全櫃。連接安全櫃排氣導管的風機連接緊急供應電源,目的是在斷電狀態下

仍可保持安全櫃負壓,以免危險氣體洩漏入實驗室。其前窗氣流速度最小量或測量平均值應至少為 0 . 5 m / s(100fpm)

B1型生物安全櫃70%氣體通過排氣口HEPA過慮器排除,30%的氣體通過供氣口HEPA過濾器再循環至工作區。

      B2型生物安全櫃為100%全排型安全櫃,無內部循環氣流,可同時提供生物性和化學性的安全控制。

      A1型和B1型二級生物安全櫃目前在美國已經很少使用,在美國已經很少使用,B2型二級生物安全櫃在美國特定的

生物研究領域有著廣泛的使用,而在歐洲幾乎沒有使用。有趣的是,歐洲市場上符合EN12469的二級生物安全櫃在結構

要求方面基本等同於美國A2型生物安全櫃(除了一些小的區別) ,而這兩種類型的生物安全櫃是目前世界上各類生物安全櫃

( 無論 一级、二级或三级)中使用最廣泛的。

 

對安全櫃性能和測試的規定

     EN12469和NSF49都是以規範性能為基礎的標準,也就是說,標準並不側重於安全櫃的結構設計,不是通過細節

規格要求去規定生產商如何製作安全櫃。因此,生產商擁有很大的自由去設計自己的安全櫃,前提是必須符合安全

櫃的性能測試標準。EN12469和NSF49的主要內容是規定各項測試的參數和合格標準(大約70%的內容)測試包括

人員、 試驗品和環境保護的微生物測試、 氣流速度數據(進氣流速率、進氣流體積、 下沉氣流速率和均勻性測試)

和氣流煙霧測試等,下文將會著重介紹各項測試以及兩大標準的區別。

 

圖片03
“對於用戶來說, 正確選擇生物安全櫃,
讓受過安全培訓的人員按照操作規範正確
使用、維護安全櫃才是確保實驗室生物安全
的基本原則。 ”

——ESCO公司副總裁兼技術總監林向前先生

 

 

物理性能測試和合格標準

     EN12469和NSF49都詳細規定了安全櫃的各項測試方法和合格標準,兩者的區別介紹如下:

 

人員、試驗品和環境保護的微生物挑戰測試

      在這個測試項目中,EN12469基本採用NSF49的測試方法,合格標準也基本相同。但EN12469在人員保護測試中

有一處明顯的不同,即被認為常規微生物挑戰測試基礎上的另一種物理測試方案(KI-Discus測試)。

     KI-Discus測試被認為是歐洲標準EN12469優於NSF49的一項測試,因為KI-Discus測試是唯一可以當場驗證

安全櫃污染控制性能的測試。 不同於針對常規人員保護的微生物挑戰測試只可以提供Pass/Fail結果,KI-Discus測試,

可以測量直觀的APF指數(Aperture Protection Factor) 從而可以鑒別安全櫃的污染控制性能。EN12469規定安全

櫃的APF指數必須高過100000,也就是說, 從安全櫃中逃逸的微粒比例必須低於十萬分之一。

 

下沉氣流速率測試

     下沉氣流速率對安全櫃試驗品保護和交叉感染防護性能起到重要的作用,例如氣流速率太小將導致試驗品失去保護。

EN12469規定了下沉氣流速率的許可範圍為0.25〜0.5m/s,而NSF49沒有給出任何下沉氣流速率要求。但是鑒於

歐洲和美國生物安全櫃必須通過同樣的產品和交叉感染的微生物挑戰測試,這一點並無實質上的區別。

     兩種標準的下沉氣流速率測試方法十分接近 (原理是一致的)。 NSF49規定了數量更多的測試點(Test points),

這代表更高的測量精度要求,還規定了測試中使用的熱力風速儀的精度標準,而EN12469沒有對測量儀器的準確度和類型

進行規定。NSF49嘗試通過規範有關測試儀器的精度和型號來提高測試的精度,這一點在其他各項性能測試中也有體現。

 

進氣流速率測試

     筆者認為NSF49標準中進氣流速率測試的測量方法大大優於EN12469,NSF49採用的是直接的進氣流速率測試方

法,比起EN12469通過外排氣流估算進氣流速率的方法擁有很高的準確度和重複性。其實EN12469的外排氣流估算法在

美國上世紀80〜90年代的安全櫃認證中就曾經廣泛採用。

     EN12469和NSF49都對最低進氣流速率有嚴格的規定。在這裡我們僅比較A2型二級生物安全櫃和歐洲“普通型”二級生物

安全櫃的要求:NSF49對A2型二級生物安全櫃的最低進氣流速要求是0.5m/s,而EN12469對二級安全櫃的要求是0.4m/s。

 

安全性能範圍

     安全性能範圍(Performance Envelope)是指生物安全櫃通過所有微生物挑戰試驗的風速設定點(Airflow 

setpoints)包括進氣流速率範圍和下沉 ,氣流速率範圍。NSF49對這方面有著嚴格的規定,它要求生產商在安全櫃出廠前

品質控制測試中將進氣流和下沉氣流風速設定點精確至+ 0 . 0 2 5 m / s。而EN12469只要求安全櫃的風速限定在上述

範圍之內。

 

工作舒適度標準

      主要包括噪音、光強和震動測試,在這方面NSF49和EN12469有類似的測試。

     噪音測試,EN12469中規定了特定的測試點(距安全櫃工作區域1m處),而NSF49的測試點為工作時操作人員的頭部

位置。EN12469允許的最高噪音為65dBA,而NSF49為67dBA,因此在市場上歐洲生產商的產品都有較低的噪音水平。

     ESCO公司內部研發部門的實驗表明,EN12469與NSF49的測量方法所達到的噪音要求標準基本是等效的(也就是如果

安全櫃通過了NSF49的噪音標准,它也將通過EN12469的標準,反之亦然)。

     震動測試方面,EN12469與NSF49完全一致。在光強測試方面,NSF49允許的光強度較低,為650lux,EN12469

的要求為750lux。但EN12469在背景光亮度、測試儀器的準確度以及測量點方面沒有明確的要求。

 

過濾器洩漏測試

     NSF49規定的過濾器洩漏測試中使用的是氣溶膠噴發劑(例 如DOP,Emery3004/PAO) ,而EN12469(使用同樣的

測試方法)允許使用自然氣溶膠(自然空氣)。

     但ESCO內部研發實驗表明,使用自然氣溶膠測試方法不能確保檢測到所有漏隙。

 

氣流煙霧測試

     在這方面,EN12469與NSF49擁有同樣的檢測方法和合格要求。

 

圖片04

            進氣流與下沉氣流安全性氣能範圍

 

皂泡法洩漏測試

      NSF49規定皂泡法洩漏測試為生產商對所有安全櫃的例行檢測,而EN12469規定為獨立的認證實驗室的檢測項目。

 

其他各類測試

      NSF49也明確了其他各類認證過程中所進行的測試項目,這些測試包括安全櫃外表面化學品測試和防腐性能測試,

馬達/風機性能測試。 這些測試建立了安全櫃最基本的材料標準,而對安全性能沒有真接的影響。

 

安全櫃材料要求

     與EN12469相比,NSF49有更多條款是針對安全櫃材料方面的,其中特別強調了 “潔淨性”(Cleanability)

的要求。二者的一個重要的區別是NSF49不允許在“污染區域”放置隔音材料(美國安全櫃可能因此噪音較高)。

另外NSF49沒有要求氣流報警裝置, 而EN12469對此有明確的要求。

     這個特點與兩個區域的市場環境有關。美國市場具有很好的統一性,安全櫃認證技術人員可以隨時隨地提供技術

支持,相反歐洲市場有很強的區域性,這使安全櫃在某種程度上必須依賴氣流報警裝置。

 

結論

     從以上的性能測試和合格標準可以看出,盡管兩項標準不同,但整體上是非常相似的。筆者認為這兩項標準為用戶提供

同樣水準的品質和安全保障。EN12469在測量精確性規定方面與NSF49相比略有遜色,但在某些測量方法和要求方面

(例如KI-Discus測試、 氣流報影系統等)較有優勢。

 

 ESCO生物安全櫃的性能測定和遵循標準

■  在英國應用微生物學研究中心(CAMR區別) ,而這兩種類型的生物安全櫃是UK)獨立進行的多輪測試中,

     ESCO 生物安全櫃的 APF指數平均值超過 1000000,遠遠超過標準所規定的100000;

■  ESCO歐洲型號的生物安全櫃所進行的下沉氣流速率測試中, 依據的是NSF49 標準,以確保測量結果擁有更高的準確

     度;

■  ESCO 多年的研發經驗表明,NSF49進氣流速率測試方法比EN12469更加準確可靠,ESCO歐洲型號的安全櫃進氣流

     速率測試均採用NSF49測量方法;

■  ESCO Airstream二級生物安全櫃的基本噪音(潔淨過濾器,額定設定風速),NSF49 噪音值為61.5dBA,EN 12469

     噪音值為 57.0dBA,達到並超過兩項標準的要求;

■   ESCO 所有的安全櫃都使用氣溶膠挑戰測試進行過濾器檢測;

■ ESCO 所有的生物安全櫃都擁有氣流即時顯示和氣流聲光警報系統。 

 

點我下載