引言 近年来，国际上烈性病原微生物的威胁日益加 剧，而且烈性病原微生物所引发的感染通常不具备 有效的治疗和预防控制措施。因此，为降低感染风 险，从事相关检验、研究等工作的操作人员需穿全 身式正压防护服在有生物危险物的环境中工作，或 者将该微生物置于初级防护设备中操作。以初级 防护屏障的不同发展出２种不同模式的生物安全 四级实验室，即防护服型四级实验室和安全柜型四 级实验室［１－２］（美国《微生物与生物医学实验室生物 安全手册》称为“安全柜型四级实验室”，ＷＨＯ《生 物安全 手 册》称 为 “Ⅲ 级 生 物 安 全 柜 型 四 级 实 验 室”），其中“安全柜”通常指Ⅲ级生物安全柜或相当 的安全隔离装置。防护服型四级实验室的设计建 造费用、实验室设施和设备维护费用、运行费用相 当大，且建造周期长，为此，在保证安全性的前提下 有必要选择更经济的方法来替代，以便使相关研究 机构在经费有限的情况下能够获得操作１类病原 微生物的能力，而以Ⅲ级生物安全柜或手套箱式隔 离器作为初级防护屏障的安全柜型四级实验室就 是目前一种更切合实际使用的替代选择。 目前，我国在高等级生物安全隔离操作设备研 制方面尚处于起步阶段，主要依赖进口。手套箱式 隔离器作为从事烈性病原微生物的高等级隔离防 护设备，是抵御生物威胁、疫情应急防控的坚盾，因 其具有“两用性”，易受欧美发达国家“卡脖子”。为 了有效应对烈性病原微生物所引发的传染疫情，研 制技术性能指标满足标准要求的、具有高防护水平的生物安全隔离操作设备是我国当前的急迫之需， 也可为后续建设安全柜型高等级生物安全实验室 提供技术储备和装备支撑。

 １ 手套箱式隔离器定义与设计要求 手套箱式隔离器（以下简称“手套箱”）是一种 以手套作为操作器具，并可实现操作人员与其作业 对象之间呈高度分隔状态的隔离操作装置，是初级 防护屏障的一种。早在２０世纪５０—６０年代，发达 国家就开发了手套箱，７０年代便广泛应用于医学、 生命科学技术、核工业、化工等领域，但不同应用行 业，其结构特点也存在较大差异。应用在生物安全 行业的手套箱通常综合采取物理阻隔和空气动力 学２种隔离技术与消毒灭菌技术，即依靠严密的操 作箱体结构、空气高效过滤系统、内部可控的负压 环境、物品气密传递、气体消毒等，将操作者与作业 对象完全隔离，有效防止手套箱内病原微生物扩散 至外环境，以保证工作人员的人身安全，并有效避 免对实验场所自身及周边的环境造成污染，同时又 能满足实验所需的洁净环境。 根据其工作原理及结构特点，具有生物安全特 性的手套箱应该属于Ⅲ级生物安全柜的范畴，更确 切地说应该是内部气流组织为湍流的Ⅲ级生物安 全柜。在此应该明确的是垂直层流是Ⅱ级生物安 全柜的特性，但并不属于Ⅲ级生物安全柜，仅当需 要保护操作对象并避免交叉污染时，如需进行细胞 及病毒培养时，才将Ⅲ级生物安全柜的气流组织设 计为层流［１－２］。手套箱生物安全特性主要有：１）清 洁物品的传入及感染性材料、实验废弃物等物品的 传出过程中，应保证病原微生物无泄漏或已灭活； ２）应具备完整的高水平消毒链条，涵盖过滤系统、 箱体内部及被传出物品；３）送、排风高效过滤器应 可实现原位检漏。 为满足相关使用要求，产品设计参考的标准包 括ＪＧ１７０—２００５《生物安全柜》［３］（注：新版标准正 在 修 订 中，部 分 参 数 进 行 了 调 整）、ＧＢ５０３４６— ２０１１《生 物 安 全 实 验 室 建 筑 技 术 规 范》［４］、ＧＢ／Ｔ ２５９１５．７—２０１０《洁净室及相关受控 环 境 第７部 分：隔 离 装 置 （洁 净 风 罩、手 套 箱、隔 离 器、微 环 境）》［５］与 ＲＢ／Ｔ１９９—２０１５《实验室设备生物安全 性 能 评 价 技 术 规 范 》［６］。 同 时，还 充 分 参 考 了 ＷＨＯ《生物安全手册》第３版和美国《微生物与生 物医学实验室生物安全手册》第５版的相关要求。 生物安全型手套箱主要依靠多级通风过滤、气 密围护结构、物品气密传递、负压控制等物理手段 防止手套箱 内 病 原 微 生 物 扩 散 至 手 套 箱 外 部，同 时，通过化学手段对手套箱的空气过滤系统及内部 空间进行高水平消毒，实现病原微生物彻底灭活， 以满足烈性病原微生物操作的最高水平防护。 

２ 手套箱结构设计 手套箱主要由手套箱箱体、气密传递 装 置、高 效空气过滤装置、通风系统、负压控制系统及气体 消毒系统等组成，如图１所示。隔离操作箱围护结 １ 手套箱箱体 ２ 支架 ３ 送风高效过滤箱 ４ 第一级排风高效过滤箱 ５ 第二级排风高效过滤箱 ６手套口 ７ＲＴＰ传递系统α门 ８ＲＴＰ传递系 统β门 ９ 设备门 １０ 显示屏 １１ 电 源 开 关 １２ 截 止 阀 １３ 排 风 机 １４ 消毒接口 １５ 排风管道 １６ 过滤器防护网 １７ 仪表过滤器 １８ 脚轮 １９ 进风口 ２０ 送风高效过滤器 ２１ 第一级排风高效过滤器 ２２ 下游气 溶胶采样口 ２３ 第二级排风高效过滤器 ２４ 上游气溶胶采样口 ２５ 扫 描采样探头驱动机构 ２６ 下游气溶胶采样点 ２７ 消毒效果验证口 图１ 手套箱正视图 构具有高等级气密要求，上面安装 有操作手套，提 供最基本的物理隔离；气密传递装置用于物品进出 手套箱并可控制污染物外泄；高效空气过滤装置用 于对进入和排出手套箱的空气中的有害气溶胶进 行高效过滤；动力通风系统及自控系统用于建立且 控制手套箱内部负压环境并对手套箱内空气进行 通风换气。

 ２．１ 手套箱箱体 手套箱箱体操作面板及两侧传递面板均采用 硬质透明材料，具有良好的可视性。手套箱的顶部 设置一级送排风过滤装置、照明、操作显示屏和自 控系统等，底 部 安 装 二 级 排 风 过 滤 装 置 和 变 频 风 机。手套 箱 箱 体 两 端 分 别 设 置 设 备 门 和 ＲＴＰ （ｒａｐｉｄｔｒａｎｓｆｅｒｐｏｒｔ）传 递 系 统。手 套 箱 前 操 作 面 板上设置有多个手套圈，用于固定柔性操作手套， 手套通过密封圈固定于手套圈的凹槽内。手套圈 设置至少２条凹槽，用于在实验室操作过程中安全 更换破损的操作手套。手套选用氯丁橡胶材质，在满足操作的同时，可耐酸碱消毒剂腐蚀并具有良好 的抗老化性，适用于生物安全操作环境。 气密性是手套箱最重要的性能指标之一，但目 前国内外标准对其要求不尽相同。美国《微生物与 生物医学实 验 室 生 物 安 全 手 册》第５版 要 求 其 在 ７５０Ｐａ（３ｆｔ水柱）压力下的１％测试气体泄漏量不 得超过 １×１０－７ ｍＬ／ｓ；ＥＮ １２４６９：２０００《生 物 技 术———生物安全柜性能要求》要求Ⅲ级生物安全柜 的密封性能达到在５００Ｐａ的压力状态下自然衰减 ３０ｍｉｎ后，其压力损失最多不超 过１０％［７］；ＲＢ／Ｔ １９９—２０１５则要求２５０Ｐａ压力下的小时泄漏率不 大于净 容 积 的０．２５％；ＥＪ／Ｔ１０９６—１９９９《密 封 箱 室密 封 性 等 级 及 其 检 验 方 法 》（等 同 采 用 ＩＳＯ １０６４８－２：１９９４）则要求对于长期具有有害气氛的密 封箱室（２级密封箱式），验收检验时在１０００Ｐａ压 力下的小时泄漏率不大于净容积的０．２５％［８］，而 使用期间的检验，则在正常的箱室工作压差（一般 为２５０Ｐａ左右）下测 量 泄 漏 率。在 满 足 我 国 生 物 安全行业标准要求前提下，并综合考虑其他国外同 类产品水平，该型手套箱的气密性设计指标采用了 ＥＪ／Ｔ１０９６—１９９９的２级密封箱式验收检验指标， 即在１０００Ｐａ压力下的小时泄漏率不大于净容积 的０．２５％。为了 保 证 手 套 箱 气 密 性，箱 体 上 所 有 接口均安装截止阀或采用可自密封的连接件并采 用密闭方式穿板固定连接。

 ２．２ 通风高效过滤系统 通风高效过滤系统由送风高效过滤装置、排风 高效过滤装置（两级过滤）、过滤器原位检漏装置、 生物密闭阀、排风机等组成，如图２所示。其中，送 图２ 手套箱通风过滤系统原理图 风采用一级高效过滤；而根据 ＷＨＯ《生物安 全 手 册》第３版和美国《微生物与生物医学实验室生物 安全手册》第５版的相关要求，为了保证安全性，排 风要求采用两级高效过滤，可不必将排风再引入实 验室外部。为此，该手套箱也遵循了该技术要求， 共设置两级排风高效过滤器，第一级排风高效过滤 器安装在手套箱的顶部，第二级则安装在手套箱底 部的过滤 装 置 内。送、排 风 高 效 过 滤 器 均 为 Ｈ１４ 级高效过滤器。 为有效防止病原微生物扩散至外环境，手套箱 的送排风高效过滤器还应具备原位检漏条件以检 测过滤器的完整性和安装的可靠性。送风高效过 滤器采用手动扫描进行原位检漏。受空间所限，第 一级排风高效过滤器采用效率法进行原位检漏，借 助较长的通风管道使高效过滤器下游气溶胶达到 混匀要求，故在第一级排风高效过滤器与第二级排 风高效过滤器之间的管路上设置有下游气溶胶采 样口；而第二级排风高效过滤器安装在箱式高效过 滤单元内部，采用自动扫描法进行原位检漏。在第 二级排风高效过滤单元的过滤器下游设置有气体 消毒验证口，并依次连接生物密闭阀与变频风机。 根据经验，手套箱的换气次数通常不低于２０ ｈ－１。同时，为了保证防护效果，要求在手套发生脱 落的 情 况 下，要 保 证 气 流 明 显 向 内，其 中 ＥＮ １２４６９：２０００和ＪＧ１７０—２００５ 均要求手套口向内 气流流速不 低 于０．７ｍ／ｓ，ＲＢ／Ｔ１９９—２０１５要 求 气流流 速 不 低 于 ０．５ ｍ／ｓ，ＧＢ／Ｔ２５９１５．７—２０１０ 同样推荐气 流 流 速 不 低 于０．５ｍ／ｓ。为 了 提 高 防 护效果，该 手 套 箱 的 手 套 口 中 心 风 速 设 计 不 低 于 ０．７ｍ／ｓ，且在手套脱落时，风机自动调整运行状态 至最大功率以最大限度保证手套口气流流向。 

２．３ 传递系统 目前，国外研制的手套箱主要采用３种传递方 式：渡槽、传递 窗（配 气 体 消 毒 措 施）、ＲＴＰ 传 递 系 统，其中渡槽和传递窗是传统的传递装置，直接固 定在手套箱上，而 ＲＴＰ传递系统则可通过传递桶 将物品转移至其他配有 ＲＴＰ传递系统的隔离设备 或高压灭菌器内，具有较高的灵活性，但技术要求 高且加工难度大。 该手套箱 主 要 以 ＲＴＰ 传递系统进行物品传 递，并设置用于放置仪器、实验装置等大型物品的 设备门，分别 安 装 在 箱 体 两 侧 壁 板。ＲＴＰ 传 递 系 统是一种双门传递系统，２个门分别安装在手套箱 上和可脱卸式的 ＲＴＰ传递桶上，手套箱上的门称 为α门，而 ＲＴＰ传递桶上的门称为β门，该传递系统现已应用于已研发成功的生物安全型禽负压隔 离器上［９］。将 ＲＴＰ传递桶安装到手套箱并旋转传 递桶，到位后传递桶与手套箱便形成密封，与此同 时，β门从传递 桶 上 卸 下，与 α门结合在一起并形 成密封，打开α门与β门的合体门之后，手套箱与 传递桶相连通。ＲＴＰ传递桶有３种结构：１）高 温 高压灭菌型不锈钢传递桶，设置有用于泄压和蒸汽 进入的接口，主要用于废弃物的传出；２）气体消毒 型非金属传递桶，设置有２个用于连接气体消毒设 备的接口，主要用于传递仅可进行表面消毒的物 品，可不破坏物品本身，如需保存或进一步处理的 样本；３）袋进袋出型传递桶，其桶体换成柔性传递 袋，在传递物品时需要使用热合装置对传递袋进行 热合封口，传出的物品可以同外部传递袋一起进行 高温灭菌处理。 ２．４ 自控系统 自控系统主要由控制模块、显示屏、压 差 传 感 器、密闭阀执行器、变频器、照明、报警模块、开关、 电源等组成，可进行负压控制、密闭阀开关、照明等 控制，并可实时记录手套箱内压力、过滤器阻力等 参数。手套箱的压差采用自动控制方式，通过实时 采集的与外界的相对压差对排风机进行控制。可 在手套箱箱体结构或部件连接处出现开口或脱落 情况下，迅速提高风量，有效降低病原微生物泄漏 风险。报警系统可对手套箱压差及过滤器阻力进 行声光报警。 

２．５ 消毒系统 该型手套箱采用气（汽）体消毒方式，需要连接 外置的气（汽）体消毒设备。消毒系统主要由消毒 连接端口与消毒效果验证口组成，其中消毒连接端 口用于连接气（汽）体消毒设备，消毒效果验证口用 于验证消毒的实际效果。消毒连接端口包括消毒 剂注入口与消毒剂排出口，手套箱进风口兼作消毒 剂注入口，而消毒剂排出口则设置在第二级排风高 效过滤器箱体与末端生物密闭阀之间的排风管上。 手套箱正常运行模式下，消毒循环旁路出口端是密 闭的。消毒效果验证口设置在第二级排风高效过 滤装置上，由截止阀、用于放置生物指示剂的空腔 及密封盖组成。 对手套箱进行气体消毒是防止手套箱内病原 微生物存活、增殖及向外扩散的有效手段和关键一 环，通常在整个实验周期结束后或突发意外情况下 进行。消毒时，需要对手套箱箱体内部及送排风高 效过滤器进行整体消毒，同时为了保证消毒彻底， 需验证排风高效过滤器的消毒效果。采用气（汽） 体循环消毒方式进行消毒时，将手套箱运行状态调 整至消毒模式，将气体消毒机消毒剂的输出口通过 管路连接至手套箱进风口，关闭排风系统上的生物 密闭阀，将消毒机的消毒剂回收口连接至排风过滤 装置末端的消毒剂排出口以形成闭环消毒环路，并 将生物指示剂放置到消毒效果验证口内并打开截 止阀，然后开启消毒机（应配备动力循环装置）进行 循环消毒，如图３所示。消毒结束后，可先对残余 消毒气体进行吸收除残，然后取下消毒机的消毒管 路，将隔离器调整至工作模式，开启手套箱通风系 统对残余消毒剂进行吹扫，随后取出生物指示剂检 验消毒效果。 图３ 手套箱气体消毒原理图 

３ 性能验证与讨论 

３．１ 性能验证 根 据 ＲＢ／Ｔ １９９—２０１５ 要 求，参 照 其 中 第 ４．１．２条 生 物 安 全 柜 （Ⅲ 级 生 物 安 全 柜 ）与 第 ４．４．２ｂ条手套箱式动物隔离设备的要求，检验 项 目包括送风高效 过 滤 器 检 漏、排 风 高 效 过 滤 器 检 漏、柜体 内 外 的 压 差（适 用 于 Ⅲ 级 生 物 安 全 柜）、 工作区 洁 净 度、工 作 区 气 密 性（适 用 于 Ⅲ 级 生 物 安全柜）、手套连接口的 气 流 流 速；根 据ＪＧ１７０— ２００５的要 求，还 需 要 检 验 噪 声 与 照 度。同 时，考 虑到换气次数对手套箱污染 物的去除有直接影 响，也进行了换气次数检验。 ２０１６年６月２５日，委托国家建筑工程质量监 督检验中心对该型手套箱的整体性能进行了检验， 结果如下： １）气密性。在１０００Ｐａ（起始压力１１２５Ｐａ） 下，手套箱工作区小时泄漏率为 ０．０１％；在１０００ Ｐａ（起始压力１２０７Ｐａ）下，手套箱与 ＲＴＰ传递桶连通后小时泄漏率为０．０５％；在１０００Ｐａ（起 始 压 力１１３５Ｐａ）下，不锈钢 ＲＴＰ传递桶的小时泄漏率 为０．０７％；在１０００Ｐａ（起始压力１３１７Ｐａ）下，非 金属 ＲＴＰ传递桶的小时泄漏率为０．０５％；上述测 试结果均达到 ＥＪ／Ｔ１０９６—１９９９对２级密封箱室 的气密性验收要求，并远高于 ＲＢ／Ｔ１９９—２０１５中 Ⅲ级生物安全柜的气密性要求。 ２）换气次数。达到３３．６ｈ－１，大于３０ｈ－１。 ３）空气洁净度。静态下，达到５级，气流模式 为乱流。 ４）静压差。手套箱内与所在环境的相对负压 为－１２４Ｐａ，满足安全柜标 准 中 不 小 于１２０Ｐａ的 要求。 ５）手套口中心风速。达到０．７９ｍ／ｓ，符合Ⅲ 级生物安全柜手套口风速（参照ＪＧ１７０—２００５）不 小于０．７ｍ／ｓ的 要 求，手套口的气流流向明显向 内，无外逸。 ６）送风高效过滤器检漏。采用手动扫描法对 送风高效过滤器进行检漏测试，边框及滤芯均未见 泄漏。 ７）第一级排风高效过滤器检漏。采用效率法 检漏测试，对０．３～０．５μｍ 粒子的置信度为９５％ 的透过率实测值置信上限不超过０．０１％。 ８）第二级排风高效过滤器检漏。采用扫描法 对排风高效过滤器进行检漏测试，边框及滤芯均未 见泄漏。 ９）噪声。外部 Ａ 声 级 噪 声 为５０．６ｄＢ，符 合 安全柜标准中低于６５ｄＢ的要求。 １０）工作照度。平均工作照度为６７２ｌｘ，符合 安全柜标准中不低于６５０ｌｘ的要求。 第三方机构检验结果显示，所研制的该型手套 箱相关性能指标可满足标准ＪＧ１７０—２００５和 ＲＢ／ Ｔ１９９—２０１５的相关要求。 

３．２ 讨论 从上述检验结果可以看出，气密性检测项目中 共涉及了３项气密性检测，包括手套箱本身、手套 箱与传递桶连接后整体及从手套箱摘下后传递桶 本身。之所以检测３项气密性，是因为在物品传递 过程中，手套箱的气密性不能被破坏，同时，感染性 物质的传出其污染必须要在传递桶内受控。而目 前 ＲＢ／Ｔ１９９—２０１５《实验室设备生物安全性能评 价技术规范》仅要求检测手套箱本身气密性，并未 涵盖其他２项 涉 及 生 物 安 全 的 气 密 性 检 测 项 目。 ＧＢ／Ｔ２５９１５．７—２０１０中第７．１条要求“传递装置 不应降低隔离装置的密封性能”，即 ＲＴＰ传递装置 安装到手套箱并与手套箱构成一体后的气密性均 应满足手套箱工作区的气密性要求；同 时，第７．２ 条要求传递装置的小时泄漏率不得大于其所服务 的隔离装置的小时泄漏率，即 ＲＴＰ传递桶自身的 气密性也应满足手套箱工作区的气密要求，从而降 低可单独作为隔离装置使用的 ＲＴＰ传递装置在传 递感染性物 质 过 程 中 的 泄 漏 风 险。同 时，ＲＴＰ 传 递装置是非常精密的机械装置，对加工工艺有很高 要求，且其多维密封胶条在长期旋转摩擦过程中易 损坏而影响其气密性，因 此，建 议 在 ＲＢ／Ｔ１９９— ２０１５后续修订时，可以参考 ＧＢ／Ｔ２５９１５．７—２０１０ 的相关要求。 综合而言，该型手套箱主要技术性能指标已经 达到国外同类产品水平，同时部分指标领先国外同 类产品，其技术优势主要体现在安全性方面，具体 如下：１）第二级排风高效过滤器采用扫描法检漏， 漏点识别灵敏度更高；２）压差控制采用自动调节 方式，自动化程度更高，可有效降低因手套操作造 成的压差波动；３）手套口中心风速高，可有效降低 因手套意外脱落或破损造成的感染性物质外泄的 概率；４）手套箱与传递桶的气密性更好。 

４ 结语 生物安全型手套箱是从事烈性病原微生物操 作的最重要初级 防 护 屏 障 之 一，其 保 护 试 验 人 员 和环境作用突出，也 是 疫 情 现 场 应 急 防 控 不 可 或 缺的生 物 安 全 防 护 装 备。本 文 介 绍 了 在 国 家 重 点研发计划项目的资助下国 产生物安全型手套 箱的研制 概 况，攻 克 了 箱 体 气 密 防 护、物 品 气 密 传递、微环 境 控 制、过 滤 器 检 漏 和 消 毒 等 关 键 技 术，相关 性 能 指 标 均 可 满 足 相 关 标 准 及 设 计 要 求。该型手套箱的 研 制 成 功，打 破 了 发 达 国 家 对 高等级生物安全隔离操作装 备的产品垄断与技 术封锁，进一步提 高 了 生 物 安 全 关 键 防 护 装 备 的 自主保障水平。但 仍 需 认 识 到，该 型 手 套 箱 仅 为 基本型，而安全柜 型 高 等 级 生 物 安 全 实 验 室 通 常 需要将多种具有不同功能的 手套箱串联到一起 开展工作，在手套箱内配置培养 箱、显 微 镜、离 心 机等多种 实 验 设 备，并 需 要 连 接 冰 箱、高 压 灭 菌 器等中大 型 设 备，以 满 足 整 个 实 验 流 程 的 需 要