Class II 生物安全櫃

Class II 生物安全櫃是實驗室中最常見的生物安全櫃類型，主要設計用來保護人員、環境及樣品，適合處理中等風險的病原體（風險群組2和3, RG2和RG3），並且適用於需要保持無菌操作的各種應用環境。它通過垂直氣流和HEPA過濾系統來隔離潛在的氣溶膠與污染物，特別適合進行涉及病原體、細胞培養、毒性化學品及無菌操作的研究工作。

Class II 生物安全櫃的應用範圍：

Class II 生物安全櫃根據其結構和氣流模式進一步細分為 Type A1、A2、B1 和 B2，不同類型的櫃體在操作不同應用時具有各自的特點和適用性。以下是 Class II 生物安全櫃的典型應用：

1. 病原體和微生物培養（Pathogen and Microbial Culture）：

   • 適用於操作具中等風險的病原體（如細菌、病毒、真菌等），例如金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、沙門氏菌（Salmonella spp.）及結核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis）。
   • 適用於各類診斷和研究用途的微生物培養，如傳染病的診斷測試和流行病學研究。

2. 細胞培養及基因操作（Cell Culture and Genetic Manipulation）：

   • 適用於操作需要高度無菌環境的細胞培養，防止細胞樣品受到交叉污染。
   • 可進行基因改造工作，如轉基因細胞株的建立、基因表現分析及病毒載體的製備。

3. 分子生物學及重組DNA技術（Molecular Biology and rDNA Technology）：

   • 適合進行涉及基因操作的研究，特別是需要防止DNA片段、核酸或基因載體散逸的情況。
   • 用於製備重組DNA（recombinant DNA）、質粒載體及基因編輯實驗。

4. 臨床檢驗（Clinical Testing and Diagnostics）：

   • 用於醫院或臨床實驗室的診斷測試，尤其是血液、體液樣本及病理檢體的處理。
   • 常見於處理人體或動物樣本的情況（如細菌培養、病毒測試），以防止樣品中的病原體暴露。

5. 毒性物質與藥物測試（Toxicology and Drug Testing）：

   • Class II 生物安全櫃可用於毒理學研究及化合物測試，特別是需要保護操作人員免受樣品中揮發性物質或有害物質影響的實驗。
   • 此類櫃體在處理抗癌藥物（cytotoxic drugs）或其他有潛在風險的化合物時，也能提供必要的保護。

6. 病毒載體製備及疫苗開發（Virus Vector Preparation and Vaccine Development）：

   • 適合製備病毒載體（如腺病毒、慢病毒）及進行疫苗開發相關的操作。Class II BSC能確保病毒操作時對人員、環境及產品的三重防護。

7. 免疫學與血清學（Immunology and Serology）：

   • 適合用於處理涉及人體或動物血清、血漿的實驗，尤其是需要防止樣品中病原體暴露及氣溶膠傳播的情境。

8. 製備抗體及蛋白質表達（Antibody Production and Protein Expression）：

   • 用於需要無菌條件的抗體製備、蛋白質表達及純化工作，確保產品不受外界污染，同時保護操作人員免受樣品中潛在病原體的影響。

Class II 生物安全櫃（Biological Safety Cabinet, BSC）主要設計用來在人員、產品及環境之間提供三重防護（Personnel, Product, and Environmental Protection）。這種類型的生物安全櫃是實驗室中最常用的防護設備之一，適合處理具有中等風險的病原體（風險群組 2 和 3, RG2 和 RG3），同時也適用於無菌操作的應用。

Class II 生物安全櫃的三重保護功能：

1. 人員保護（Personnel Protection）： Class II 生物安全櫃能保護操作人員不暴露於生物性危害或化學危害中。其垂直向下的氣流模式和進風口設計，將潛在的病原體、氣溶膠和微粒隔離在操作區域內，避免病原體從操作區逸出到操作人員所在的實驗室環境中。

   • 面風速（Inflow Velocity）：當操作人員將手伸入操作口時，來自外部的氣流會以穩定的面風速（通常為 ≥ 0.51 m/s）進入操作區域，防止污染物從操作區域逸出。
   • 負壓環境（Negative Pressure Barrier）：Class II BSC 內部保持負壓，並通過HEPA過濾器過濾所有排氣，進一步保證操作人員免於病原體或有害化學物質的暴露風險​。

2. 產品保護（Product Protection）： 生物安全櫃內部的垂直層流（Vertical Laminar Flow）可防止外部污染物（如塵埃、微粒、空氣中的病原體等）進入工作區域，保持操作區的無菌環境，從而保護櫃內樣品的潔淨度。

   • 下沉層流（Downflow Air）：經HEPA過濾的潔淨空氣以穩定、均勻的垂直氣流進入操作區域，有效隔絕外部污染物。
   • 氣流穩定性：垂直層流氣流以平行模式流過操作表面，減少湍流，防止氣流交叉污染和樣品之間的交叉污染風險。

3. 環境保護（Environmental Protection）： Class II 生物安全櫃能有效保護周圍環境不受內部操作中產生的氣溶膠或污染物影響。所有內部氣流在排放前都經過HEPA過濾器過濾，可將99.99%以上直徑0.3微米以上的微粒過濾掉，確保排氣潔淨，避免污染外界環境。

   • 排氣過濾（Exhaust Filtration）：Class II BSC 通過HEPA或ULPA過濾器對所有排氣進行過濾，確保排放到實驗室環境的空氣不含有病原體或有害氣體。
   • 氣溶膠隔離：生物安全櫃內部的封閉設計和高效過濾系統能有效控制在操作過程中產生的氣溶膠，避免其散逸到實驗室空間中，降低實驗室環境受到污染的風險​。

是的，二級生物安全櫃（Class II BSC）適合用來處理人體體液樣本（例如血液、血清、尿液），並且是此類操作中常見的標準防護設備之一。使用 Class II BSC 處理體液樣本的主要目的是在防止樣本受到外界污染的同時，保護操作人員免受潛在感染性病原體的危害。

在 Class II BSC 中處理體液樣本的適用性：

以下是常見人體體液樣本在 Class II BSC 中處理的具體建議和注意事項：

1. 血液和血清樣本（Blood and Serum Samples）：

   • 血液樣本可能含有高度傳染性的病原體（如 HIV、HBV、HCV），因此在處理時應使用 Class II BSC，確保在移液、稀釋及混合過程中不產生氣溶膠洩漏。
   • 特別是在進行血液分離、血清提取或細胞分離等操作時，BSC 可防止血液中潛在病原體的飛濺或擴散。

2. 尿液樣本（Urine Samples）：

   • 雖然尿液通常被認為風險較低，但某些病原體（如結核分枝桿菌、沙眼衣原體）可能經由尿液傳播。因此，當處理潛在感染性尿液（特別是來自感染患者的尿液）時，建議使用 Class II BSC。
   • 特別是進行尿液培養、濃縮或使用高速離心分離時，會產生氣溶膠，需在 BSC 中操作以確保人員和環境的安全。

3. 腦脊液和其他高風險體液樣本（Cerebrospinal Fluid and High-Risk Body Fluids）：

   • 這類樣本可能含有更高風險的病原體（如克雅二氏症或其他病毒性腦膜炎病原體），需要在 Class II BSC 中進行操作，並結合嚴格的防護措施（如個人防護設備PPE）。

4. 其他體液樣本（Other Body Fluids）：

   • 例如唾液、痰液和胸腹水等樣本，由於可能含有多種病原體，處理時應始終使用生物安全櫃，避免操作中產生的氣溶膠對環境和人員的潛在威脅。

Class II 生物安全櫃（Biosafety Cabinet, BSC）通常在以下特定情況下需要進行氣體消毒，以確保操作安全並防止潛在污染物或病原體對人員和環境的危害。氣體消毒是通過化學氣體（例如甲醛或過氧化氫蒸氣）來滅活生物安全櫃內的所有微生物，適用於無法完全消毒的表面和難以觸及的區域。

什麼情況下需要進行氣體消毒？

• 更換 HEPA 過濾器之前（Before Replacing HEPA Filter）：

  • 更換 HEPA 或 ULPA 過濾器時，生物安全櫃內部可能殘留病原體或有害物質。因此，在進行過濾器拆卸、更換或修理之前，必須進行完整的氣體消毒，確保過濾器表面及其周圍區域的所有病原體已被滅活。
  • 特別是對於操作高風險病原體（如 RG3 或 RG4 病原體）的櫃體，氣體消毒更是必要的安全措施。

• 櫃體移動或重新安裝後（After Moving or Reinstalling the BSC）：

  • 當生物安全櫃因搬遷、移動或重新安裝而需要重新調整時，應在新位置進行氣體消毒。這樣可以避免在搬遷過程中可能產生的微生物污染。
  • 移動過程可能會擾動內部的塵埃和污染物，導致潛在病原體散逸，因此消毒有助於確保櫃體內外的安全。

• 更換或維修關鍵內部零件（Replacing or Repairing Internal Components）：

  • 當生物安全櫃進行維修或更換涉及氣流系統或過濾器系統的關鍵零件（如風扇、管道或過濾器密封件）時，應先進行氣體消毒，以避免維修人員在操作過程中暴露於潛在的病原體污染中。

• 操作高度感染性病原體後（After Handling Highly Infectious Pathogens）：

  • 如果生物安全櫃用於處理 RG3 或 RG4 病原體（如結核分枝桿菌、HIV、SARS-CoV-2、伊波拉病毒等），在每次操作結束後或在更換實驗項目之前，進行氣體消毒能有效降低潛在的交叉污染風險。

• 實驗項目變更時（When Changing Experimental Applications）：

  • 當生物安全櫃的實驗用途發生變更（例如從處理細菌樣本變更為處理病毒樣本）時，進行氣體消毒可以避免因操作不同類型病原體而引發的污染風險。
  • 同樣地，當生物安全櫃從一個研究團隊轉交至另一個團隊使用時，也應進行氣體消毒，以消除潛在的病原體殘留。

• 生物安全櫃受到污染時（When a Contamination Event Occurs）：

  • 如果在操作過程中發生意外，如樣本灑漏、容器破裂或設備內部發生明顯的污染情況（例如高風險病原體洩漏），除了立即進行表面清潔消毒外，還需考慮進行完整的氣體消毒。
  • 這種情況特別適用於樣本洩漏導致大量病原體或有害化學物質進入櫃體內的情況。氣體消毒能確保所有難以觸及的區域（如過濾器表面和內部管道）得到徹底滅菌，防止殘留病原體引發的交叉污染或環境風險。

• 週期性安全性維護（Periodic Maintenance for Safety Assurance）：

  • 儘管年度認證或常規維護不一定需要進行氣體消毒，但若實驗室管理人員認為需要進行徹底的內部滅菌（例如用於高度無菌要求的研究），可以在定期維護時進行氣體消毒，以提升整體安全性和環境潔淨度。
  • 這樣的做法尤其適用於病原體培養量大、操作頻繁或不同實驗項目交替使用同一生物安全櫃的情境。

• 實驗室設施發生重大變動後（After Major Laboratory Renovations or Environmental Changes）：

  • 當實驗室內進行了結構性的改造（如空氣排風系統調整、密閉性測試變更）或周圍環境條件發生重大變動時，可能會影響生物安全櫃內的氣流模式和密封性。
  • 為確保在改造後不留有任何潛在污染源，在重新啟用之前進行氣體消毒是必要的安全措施。

在Class II生物安全櫃（Class II Biological Safety Cabinet, BSC）中使用本生燈（Bunsen Burner）並不建議，且大部分生物安全與實驗室安全指南都不建議或禁止在生物安全櫃中使用明火。這主要是由於本生燈的高溫火焰可能引發多種安全風險，並且會影響生物安全櫃內的氣流模式，降低其防護效果。

為何不建議在 Class II BSC 中使用本生燈？

以下是主要原因：

1. 影響氣流模式，破壞防護效果：

   • Class II 生物安全櫃的設計依賴穩定的垂直層流（downflow）和前進風口的負壓來隔離潛在的污染物。使用本生燈時，火焰會產生局部的強熱，導致櫃內的氣流模式發生變化。
   • 高溫會造成局部氣流湍流，使潔淨空氣分層被破壞，從而導致工作區域內的污染物逸散到操作人員面前，降低 Class II BSC 提供的三重防護效果（人員、產品和環境保護）。

2. 火災風險：

   • 生物安全櫃內部通常有可燃性物質（如消毒劑、酒精溶液或塑料材質），本生燈的明火容易引發火災。特別是當使用酒精或含有機溶劑的消毒劑時，火焰可能引燃這些易燃物，造成嚴重的安全隱患。

3. 損壞過濾器和櫃體結構：

   • 本生燈的高溫火焰會在短時間內產生高達 1500°C 的熱量。這樣的高溫可能會損壞櫃體內的 HEPA 過濾器和櫃內材料（如密封膠或塑料材質），導致過濾器的壽命縮短或櫃體結構失效。
   • 另外，生物安全櫃內若存在氣流不穩定，火焰可能被吸入排氣系統中，對內部管道及過濾系統造成損害。

4. 使用本生燈會產生額外的污染物：

   • 本生燈燃燒時會產生水蒸氣、二氧化碳和微量不完全燃燒產物（如碳顆粒）。這些污染物會在櫃內形成顆粒沉積或干擾樣品，進而影響無菌操作的效果。

5. 現代無菌操作中不再需要明火消毒：

   • 傳統上，本生燈主要用於滅菌環境中消毒接種針和管口等操作。然而，在現代生物安全操作中，這種方式已被替代為使用一次性接種環、滅菌槍（microincinerator）或電熱滅菌器，這些設備能在保持無菌條件的同時，消除明火的安全風險。

Type A 和 Type B 生物安全櫃的主要差異如下：

1. Type A 生物安全櫃：

   • 無管道設計（Ductless Design）。
   • 具備即插即用的特點，一旦安裝完成，即可立即使用。
   • 無需外接排氣系統，因此安裝靈活、便利。

2. Type B 生物安全櫃：

   • 需連接排氣管道（Requires Ducting System）。
   • 安裝時需有足夠的實驗室空間和高度來安置排氣系統及外排風機。
   • 安裝較複雜，需考慮管道配置及排風系統的設計。

簡而言之，Type A 櫃體安裝方便且無需額外排氣系統，而 Type B 櫃體需安裝排氣管道及外排系統，適合需要排放至室外的高風險操作環境。

在某些微生物操作中使用少量的化學品是允許的。若需要處理小量化學物質，可以對生物安全櫃進行升級改造，例如：

• 增設短管排氣系統（Thimble Ducting） 或 碳過濾器（Carbon Filter），以處理少量化學品的揮發物。

然而，使用高濃度的腐蝕性酸則不被允許，因為這類化學品可能會：

• 損壞 ULPA 過濾器。
• 導致櫃內結構腐蝕。

因此，僅適合處理小量且非腐蝕性的化學品，而高濃度酸性化學品仍需使用專用的化學通風櫃來操作。

顯微鏡可以在Class II生物安全櫃內使用，但需特別注意以下幾點：

1. 氣流分佈和氣流阻礙問題： 在Class II生物安全櫃內放置顯微鏡時，可能會影響氣流的分佈，特別是大型或體積較大的顯微鏡。這可能干擾正常的層流氣流，導致氣流模式不穩定，進而影響人員及樣品的保護效果​。因此，顯微鏡應放置在不會阻擋前方氣流柵的地方，並盡量減少氣流被擋住的面積​。

2. 設備放置位置： 顯微鏡放置時，應至少距離櫃子前方進氣柵4英吋（約10公分），以確保進氣柵不被遮擋，避免引起氣流紊亂​。建議將顯微鏡放置在生物安全櫃內側邊或後部，以最大程度減少對氣流的影響。

3. 安全風險考量： 使用顯微鏡時，由於會有物理操作（如調整視野或移動樣品），需注意手部動作是否會干擾氣流，導致可能的污染風險​。此外，顯微鏡的高度和大小可能限制操作手部的活動範圍，因此在設置顯微鏡時，應考量到實驗人員的手部操作舒適性及氣流穩定性。

4. 定期檢查與維護： 若在生物安全櫃內使用顯微鏡，建議定期進行氣流測試，以確保其對氣流模式的影響在安全範圍內​。