醫院生物安全櫃中除菌過濾器的設計與維護要點 一、引言 在現代醫院環境中，生物安全櫃（Biological Safety Cabinet, BSC）作為實驗室和臨床操作中的關鍵設備之一，廣泛應用於微生物學、病毒學、細胞培...
醫院生物安全櫃中除菌過濾器的設計與維護要點
一、引言
在現代醫院環境中，生物安全櫃（Biological Safety Cabinet, BSC）作為實驗室和臨床操作中的關鍵設備之一，廣泛應用於微生物學、病毒學、細胞培養、藥物製備等領域。其核心功能在於通過高效空氣過濾係統保障操作人員、實驗樣品及環境的安全。其中，除菌過濾器（Sterile Filter）作為生物安全櫃的核心組成部分，承擔著去除空氣中微生物顆粒的關鍵任務。
本文將圍繞醫院生物安全櫃中除菌過濾器的設計原理、結構組成、性能參數、選型標準、安裝要求、日常維護與更換策略等方麵進行係統闡述，並結合國內外新研究成果和行業標準，力求為相關從業人員提供科學、實用的技術參考。
二、除菌過濾器的基本概念與分類
2.1 定義
除菌過濾器是一種能夠有效截留空氣中細菌、真菌、病毒等微生物顆粒的高效空氣過濾裝置。它通常采用高效微粒空氣過濾器（HEPA）或超低穿透空氣過濾器（ULPA）作為主要濾材，對≥0.3 μm 或 ≥0.12 μm 的顆粒具有極高的捕集效率。
2.2 分類
根據過濾等級與使用場景，除菌過濾器可分為以下幾類：
| 類型 | 過濾效率 | 顆粒尺寸 | 應用範圍 |
|---|---|---|---|
| HEPA H13 | ≥99.95% | ≥0.3 μm | 生物安全櫃Ⅱ級A/B型 |
| HEPA H14 | ≥99.995% | ≥0.3 μm | 高風險病原體操作 |
| ULPA U15 | ≥99.999% | ≥0.12 μm | 核醫學、潔淨手術室 |
| 初效/中效預過濾器 | 30%~80% | ≥1 μm | 前置保護主過濾器 |
說明：HEPA（High-Efficiency Particulate Air）和ULPA（Ultra Low Penetration Air）是國際上通用的高效空氣過濾器標準，分別由美國能源部（DOE）和國際標準化組織（ISO）製定。
三、除菌過濾器的設計原理與結構
3.1 設計原理
除菌過濾器的工作原理基於物理攔截機製，主要包括以下幾種作用方式：
- 慣性撞擊（Impaction）：大顆粒因慣性偏離氣流方向，撞擊到濾材表麵被捕獲。
- 擴散作用（Diffusion）：小顆粒由於布朗運動隨機運動，更容易接觸並附著於纖維。
- 靜電吸附（Electrostatic Attraction）：部分濾材帶有靜電，可增強對微小顆粒的吸附能力。
- 篩分效應（Interception）：顆粒隨氣流靠近纖維時被直接捕獲。
3.2 結構組成
一個典型的除菌過濾器由以下幾個部分組成：
| 組成部分 | 功能描述 |
|---|---|
| 濾芯材料 | 多層玻璃纖維或合成纖維，構成過濾主體 |
| 支撐框架 | 金屬或塑料結構，保證整體強度 |
| 密封條 | 矽膠或橡膠密封圈，防止泄漏 |
| 進出風口 | 控製氣流方向，確保均勻分布 |
| 壓差傳感器接口 | 監測壓差變化，提示更換時間 |
目前市場上主流產品包括：Pall Corporation、Thermo Fisher Scientific、Airfree、Esco、ESCO Airstream®係列等品牌的過濾器模塊。
四、除菌過濾器的性能參數與選型標準
4.1 主要性能指標
| 參數 | 描述 | 測試標準 |
|---|---|---|
| 過濾效率 | 截留效率，常以DOP或PAO測試法測定 | IEST-RP-CC001.3 |
| 阻力壓降 | 氣流通過濾芯產生的壓力損失 | EN 779:2012 |
| 風量 | 單位時間內處理的空氣體積 | m³/h，需匹配BSC型號 |
| 使用壽命 | 推薦更換周期（一般為1～3年） | 製造商推薦 |
| 泄漏率 | 要求≤0.01%，通過光度計掃描檢測 | ISO 14644-3 |
4.2 選型標準
選擇合適的除菌過濾器應考慮以下因素：
- 生物安全等級要求：如BSL-2、BSL-3實驗室需選用H14或ULPA級別。
- 空氣流量匹配：需與生物安全櫃的風機功率相匹配。
- 安裝空間限製：不同品牌和型號的過濾器外形尺寸存在差異。
- 是否具備在線監測功能：如壓差報警、粒子計數器集成。
- 合規性認證：如CE、FDA、NSF、GB/T 13554-2020等。
📌 國內標準參考：
- GB/T 13554-2020《高效空氣過濾器》
- YY 0569-2011《生物安全櫃》
- JG/T 404-2013《潔淨室用空氣過濾器》
五、除菌過濾器的安裝與調試
5.1 安裝流程
- 檢查運輸包裝完整性，確認無破損；
- 清潔安裝區域，避免灰塵汙染；
- 核對規格型號，確保與設備匹配；
- 安裝密封條並固定濾芯；
- 連接風道並進行氣密性測試；
- 啟動設備並進行初始壓差記錄。
5.2 調試方法
| 步驟 | 內容 |
|---|---|
| 氣密性測試 | 使用煙霧發生器或肥皂水檢測密封麵 |
| 壓差測試 | 啟動風機後測量進出口氣壓差 |
| 效率驗證 | 采用PAO測試儀進行穿透率檢測 |
| 風速檢測 | 用熱球風速儀測量工作區風速是否符合標準 |
✅ 注意事項：
- 安裝過程中嚴禁踩踏濾芯；
- 操作人員應佩戴手套和口罩；
- 所有工具需經過消毒處理。
六、除菌過濾器的日常維護與更換策略
6.1 日常維護要點
| 項目 | 頻率 | 方法 |
|---|---|---|
| 壓差監測 | 每日 | 觀察壓差表數值是否超過設定閾值 |
| 表麵清潔 | 每周 | 使用酒精濕巾擦拭外殼 |
| 泄漏檢測 | 每半年 | PAO掃描測試 |
| 記錄保存 | 每次維護後 | 登記壓差、更換日期、異常情況 |
6.2 更換判斷依據
當出現以下情況之一時，應考慮更換除菌過濾器：
- 壓差超過製造商規定的大限值（如≥250 Pa）；
- 風速下降至低於標準值（如<0.35 m/s）；
- PAO測試泄漏率>0.01%；
- 連續運行時間超過建議壽命（一般為1～3年）；
- 發生過嚴重汙染事件（如樣本溢出、火災等）。
6.3 更換操作規範
- 關閉設備電源並通風排空；
- 使用專業防護裝備（N95口罩、護目鏡、手套）；
- 封閉舊濾芯並按醫療廢棄物處理；
- 清潔安裝腔體並檢查密封槽；
- 安裝新濾芯並重新測試氣密性；
- 更新設備維護檔案。
七、典型產品介紹與對比分析
以下為市麵上常見的幾款用於醫院生物安全櫃的除菌過濾器產品對比：
| 品牌 | 型號 | 過濾等級 | 適用機型 | 額定風量（m³/h） | 使用壽命 | 特點 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Thermo Fisher | Class II Type A2 | HEPA H14 | Thermo Heraeus | 1000～1500 | 2年 | 自帶壓差報警 |
| Esco | SafeLine SCIIA | HEPA H14 | Esco Airstream | 1200 | 3年 | 可拆卸清洗 |
| Pall | MicroSafe | ULPA U15 | BAKER CU-II | 1300 | 2年 | 適用於BSL-3 |
| Airfree | AF-HEPA | HEPA H13 | 國產BSC兼容 | 800～1000 | 1年 | 成本較低 |
| 杭州泰林 | TL-BSC-H14 | HEPA H14 | 國產生物安全櫃 | 1000 | 2年 | 符合YY標準 |
💡 建議：對於高風險操作環境，優先選擇ULPA或HEPA H14級別的過濾器；對於常規操作，HEPA H13已能滿足需求。
八、常見問題與故障排除
| 問題現象 | 可能原因 | 解決方案 |
|---|---|---|
| 風速下降 | 濾芯堵塞、風機老化 | 更換濾芯或檢修風機 |
| 報警頻繁 | 壓差傳感器誤報 | 校準傳感器或更換 |
| 漏氣 | 密封圈老化或安裝不當 | 更換密封圈或重新安裝 |
| 過濾效率下降 | 濾芯破損或潮濕 | 更換濾芯並檢查防水措施 |
| 異味 | 微生物滋生或化學殘留 | 清洗內部並更換濾芯 |
九、國內外研究進展與發展趨勢
近年來，隨著生物安全意識的提升和技術進步，除菌過濾器的研發也呈現出以下趨勢：
- 智能化監控：集成無線傳感器，實現遠程監測與預警（如Thermo SmartSense技術）；
- 納米材料應用：采用納米纖維提高過濾效率與透氣性（見Kim et al., 2021）；
- 綠色可持續發展：開發可回收濾材，減少環境汙染（Zhang et al., 2022）；
- 模塊化設計：便於快速更換與現場維護（Wang et al., 2020）；
- 抗病毒塗層技術：在濾材表麵添加銀離子或二氧化鈦塗層，增強滅菌能力（Chen et al., 2023）。
🧪 文獻引用示例：
- Kim, S. et al. (2021). "Development of Nano-fiber Based Filters for High Efficiency Air Purification." Journal of Aerosol Science, 156, 105789.
- Zhang, Y. et al. (2022). "Sustainable Materials in Air Filtration Systems: A Review." Environmental Science & Technology, 56(4), 2155–2167.
- Chen, L. et al. (2023). "Antiviral Coatings on HEPA Filters: Mechanism and Application." ACS Applied Materials & Interfaces, 15(2), 2987–2996.
十、結語（略）
參考文獻
- 國家藥品監督管理局. YY 0569-2011《生物安全櫃》[S].
- 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局. GB/T 13554-2020《高效空氣過濾器》[S].
- Institute of Environmental Sciences and Technology. IEST-RP-CC001.3: HEPA and ULPA Filters [R]. 2018.
- European Committee for Standardization. EN 779:2012. Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration performance [S].
- World Health Organization. Laboratory biosesafety manual, 4th edition [M]. Geneva: WHO Press, 2020.
- Kim, S. et al. (2021). Development of Nano-fiber Based Filters for High Efficiency Air Purification. Journal of Aerosol Science, 156, 105789.
- Zhang, Y. et al. (2022). Sustainable Materials in Air Filtration Systems: A Review. Environmental Science & Technology, 56(4), 2155–2167.
- Chen, L. et al. (2023). Antiviral Coatings on HEPA Filters: Mechanism and Application. ACS Applied Materials & Interfaces, 15(2), 2987–2996.
- Thermo Fisher Scientific. Biosesafety Cabinet User Manual [Z]. 2022.
- Esco Micro Pte Ltd. ESCO Airstream® Class II Biological Safety Cabinets Technical Specifications [Z]. 2023.
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