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AG8国际大厅登录生物安全柜气流模式和流速的智

发布时间:2020-09-29 08:11  

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  生物安全柜气流模式和流速的智能化检测研究 纪金龙 【期刊名称】厦门科技 【年(卷),期】2017(000)006 【总页数】5 引言 生物安全柜在医疗卫生、疾病预防控制、生物制药、环境检测及食品卫生等涉 及 生 物 安 全 与 环 境 安 全 的 各 领 域 都 有 着 广 泛 的 应 用 , 属 于 民 生 计 量 范 畴 [1]。 2004 年国家出台了 GB19489-2004《实验室生物安全通用要求》,对实验室管 理、生物安全分级及相应设施配备标准等做了详细规定,明确了人员在进行实 验操作时必须使用相应等级的生物安全柜[2],并对生物安全柜进行定期维护和 检测,保证其处于安全、稳定的受控状态。 目前,生物安全柜的检测主要基于由人工手持简易设备检测(见图 1),这种方 法耗时费力、人员劳动强度大,并且由于手臂抖动影响气流模式从而给检测结 果引入较大误差。为更客观准确地对安全柜气流模式和流速进行综合分析,减 少操作人员等外界因素对气流组织的扰动,本文以 A2 型 II 级生物安全柜为例, 分析工作状态下的气流模式和流速的智能检测及优化,并进一步通过理论研究 结合检测实践,提出采用智能机器人集成微型喷雾系统和多通道高精度风速检 测仪进行二维平面自动定位检测的设计构想,有效地提高检测效率和准确性。AG8国际大厅登录! 生物安全柜气流模式和流速智能化检测系统结构框见图 2。 生物安全柜概述 1.工作原理 生物安全柜是防止操作过程中含有危险性生物微粒发生气溶胶散逸的空气净化 负压安全装置。其工作原理主要是将柜内空气向外抽吸,使柜内保持负压状态, 通过垂直气流来保护工作人员;外界空气经高效空气过滤器(HEPA)过滤后进 入安全柜内,以避免处理样品被污染;柜内的空气也需经过滤后再排放到大气 中,以保护环境[3]。 2.结构和分级 生物安全柜一般由箱体和支架两部分组成,箱体内部含有外排风箱系统、空气 过滤系统、前玻璃门驱动系统、控制和报警系统、照明源和紫外光源等部件。 生物安全柜按结构的设计、排风的比例及保护对象和程度的不同可分为 I 级、 Ⅱ级和Ⅲ级。II 级生物安全柜是可以用予保护人员、样品以及环境的通风安全 柜,AG8国际大厅登录从前开口向内的气流用于保护人员,经过滤后下送的层流用于保护样品, 而排出气体经 HEPA 过滤则保护环境。根据结构、气流流速、气流形式和排气 系统的不同,Ⅱ级生物安全柜又分成 A1、A2、Bl、B2 四种不同类型。其中的 II 级生物安全柜中 A2 型是目前在微生物研究领域中运用最为广泛的设备之一。 3.检测标准简介 生物安全柜内的实验操作形成的感染性气溶胶是实验室感染爆发的重要原因, 所以生物安全柜的作用应是围绕着有效地防止污染气溶胶的逃逸以保护操作人 员和环境,同时又要控制污染气溶胶的有序流向以保护实验样品。目前通用的 生物安全柜国际认证标准有,欧盟 EN 12469:2000《生物技术微生物安全柜性 能要求》,美国 NSF/ANSI 49-2002{Class II(层流)生物安全柜》。而国内还没有 统一的国家标准和计量检定规程等技术文件,生物安全柜的检测主要执行建筑 工业行业标准 JG 170-2005《生物安全柜》和 YY 0569-2005 医药行业标准 《生物安全柜》。通过与国内外标准的比较,欧美两项标准大体上相似,只是在 测量精确性和气流报警系统方面略有差别。我国 JG 170-2005 标准相对简单, 可操作性较强;而 YY 0569-2005 标准可以说是目前最严格的标准,其吸收了 欧美标准优点又提出了更严密的测试方法[4]。Ⅱ级 A2 型生物安全柜性能检测 不同标准的主要指标比较情况见表 1。 生物安全柜的检测 目前生物安全柜的检测项目主要有两方面:①工作舒适度指标,包括噪声、照 度等;②安全性指标,包括洁净度(尘埃粒子数)、气流模式、下降气流风速、 流入气流风速等。而构成生物安全柜安全性的基础,本人认为主要是:一是高 效过滤器对流入或排出空气的有效过滤;二是柜体内层流气流的合理分布[6]。 而合理的结构和优化的流入气流速度、下降气流速度是形成真正层流气流的核 心要素。国内外标准的主要安全性指标比较情况见表 1,其中风速大小和气流 流向直接影响了生物安全柜的安全性,要保证生物安全柜的安全受控,除了各 方向的气流风速需要达到规定范围值要求外,气流也要满足定向稳定,使实验 区域处于 “气流安全性能区”。 1.空间气流模式分析 本文讨论的 II 级生物安全柜,也是目前实验室使用最普遍生物安全柜,它是基 于层流原理[7],空气通过顶部的高效过滤器过滤后,以一定的速率均匀层流层 降,流经工作台面以维持洁净度;同时工作窗面气流均匀向内,形成具有一定 风速的气幕流进前面的进口格栅。安全柜内前后形成负压区,以防止柜内气溶 胶外逸。生物安全柜的空间气流分布见图 3。 (1)气流模式的检验。气流模式检验是为了确定生物安全柜内的气流模式是否 稳定均匀、方向性一致,以保证柜内无乱流,无外逸现象,人员和样品均处于 受保护状态。 目前气流模式的检验方法一般采用一次性发烟棒,人为在多个检测区域和方向 上进行发烟,观察烟雾的流动情况。这种方法大大增加了系统外的人为扰动因 素,人体的胳膊进入柜内会造成气流的紊乱,对气流模式的检测缺乏客观性。 并且发烟棒的气体具有一定腐蚀性,危害人员和环境。为有效解决实际检测中 遇到的这些问题,准确快速侦测特征气流的流向,我们将便携式的烟雾发生器 集合在自动定位巡线机器人的支架结构上,根据实际检测高度和角度调整烟雾 喷射口,或扩展多个喷射口。检测机构的主体以轻便简单的支架为主,在生物 安全柜内定位和行走而不影响实际气流流动。在检测中根据制定的检测方案, 在工作区域中布置好的点位,然后将指令输入到计算机并通过无线通信模块向 定位模块发送指令,巡线机器人在二维平台上进行走动,并均匀稳定的喷射烟 雾,我们在机器人行走过程中观察气流模式的运行状况,这样最大限度地避免 了人为扰动等外界因素的干扰。 (