一、引言

在现代生物科研与医学检测中，高速离心机和**生物安全柜（Biological Safety Cabinet, BSC）**都是关键性的实验设备。高速离心机通过高转速使样品迅速分离或浓缩，是分子生物学、微生物学、细胞生物学中不可或缺的工具。而生物安全柜则承担着防护操作者、样本和环境三方安全的任务，是处理潜在感染性样本（如病毒、细菌、原核细胞）时的重要屏障。

虽然二者分属不同实验操作阶段，功能迥异，但它们在处理高风险生物样本（如SARS-CoV-2、HIV、结核杆菌、HBV）时存在紧密联系。正确理解并实施高速离心机与生物安全柜的协作流程，是保障实验室安全、控制气溶胶传播、防止样本污染的关键环节。本文将从设备功能特性出发，系统分析它们如何协同工作，包括样品传递、离心准备、污染控制、安全操作、气溶胶管理等多个方面，构建安全高效的实验流程。

二、高速离心机与生物安全柜的基本功能与操作环境差异

1. 高速离心机的功能与使用场景

高速离心机是指能达到≥10,000 rpm 的实验设备，广泛用于：

• 血清、血浆、细胞碎片的分离；

• 亚细胞结构提取（如细胞核、线粒体、内质网）；

• 病毒浓缩、DNA/RNA沉淀与洗涤；

• 高密度颗粒（如脂质体、纳米颗粒）的快速沉降。

高速离心过程中的潜在风险包括：

• 气溶胶形成；

• 离心管破裂导致样本泄露；

• 离心舱污染；

• 高速转子意外损坏产生机械伤害。

2. 生物安全柜的核心功能

生物安全柜的主要作用是通过负压层流气流控制，实现对操作者、实验样品与实验室环境的三重保护。常见的三种类型为：

• I级：保护环境与人员；

• II级：同时保护人员、环境与样品（最常用）；

• III级：全封闭手套箱式结构，适用于P3或P4实验室。

典型使用场景包括：

• 感染性样本处理；

• 病毒培养与提取；

• RNA/DNA提取初步步骤；

• 离心管封盖、转子装载等操作。

三、高速离心机与生物安全柜协作的逻辑基础

虽然高速离心机体积大、运行时震动强，一般无法直接放入生物安全柜内运行，但在实验流程中，两者往往通过**“操作空间分隔 + 物理传递”**方式协作，形成闭环式防护流程。

协作逻辑主要基于以下需求：

1. 样品预处理在生物安全柜中进行，防止样品在离心前产生气溶胶；

2. 离心管封盖、密封转子装载需在生物安全柜中完成，确保运行过程中不泄漏；

3. 离心后的样本回收、开盖、清洁需在生物安全柜内进行，控制气溶胶暴露；

4. 样本传递过程采用密闭容器或安全转运盒，避免污染扩散。

因此，离心过程虽然在生物安全柜外完成，但其准备与收尾均必须在安全柜中进行，二者形成空间分工、功能协同、安全闭环。

四、协作流程详解：标准化操作七步法

第一步：生物安全柜内进行样品制备

在BSC中进行样品分装、缓冲液加入、标本登记、初步离心前混匀等操作。确保样品管外壁干净，液体不超过规定容量（通常装载≤2/3体积）防止离心中泄漏。

第二步：密闭离心容器的准备与封盖

使用具备密封功能的生物安全离心转子（sealed rotor）或密封吊篮式转子。在BSC中将离心管装入转子，并完成锁紧、扣盖等密封动作。此步骤关键在于防止运行中样本飞溅或破损造成气溶胶外泄。

第三步：使用转运盒密封搬运

将装有密封离心转子的组件放入经认证的密闭生物样品转运容器（如三层包装：样本管 → 密封箱 →耐冲击外箱）。严禁裸手搬运或开放式转子直接暴露于室外通道中。

第四步：在专用离心区域进行离心

转运至专用离心区（不宜设置在主实验区），设备应远离人流密集区，具备良好通风条件，并配备气溶胶应急处置措施。启动前核查转子是否对称、锁紧；运行时不得打开盖子或触碰设备。

第五步：离心结束后延时开盖

待离心机完全停止，再等待5–10分钟，让潜在的气溶胶在腔体内沉降；此操作可有效防止开盖瞬间气溶胶喷出。

第六步：在生物安全柜中拆卸转子并取样

将密封转子再放入转运盒带回BSC内，在安全柜中拆除转子盖，提取离心管。回收样品或进行下一步处理时必须使用无菌操作，包括戴双层手套、呼吸防护、紫外杀菌等。

第七步：清洁与废弃物处置

将离心管、密封盖、手套、毛巾等按照感染性废弃物管理标准处理。离心舱内若有液体残留或破损，应使用1,000 mg/L以上的有效氯消毒液清洁；污染较严重时建议设备停用，并请专业人员维修。

五、高危病原操作中的特殊协作要求

在处理如新冠病毒、艾滋病病毒、结核杆菌、H5N1禽流感病毒等高风险病原体时，高速离心操作中的气溶胶传播可能造成严重后果。因此，需额外采取以下措施：

1. P2+实验室环境基础上执行P3级操作规范；

2. 离心管双层包装、上封膜，增加气密性；

3. 转子出离心机前外表消毒（75%酒精或1000 mg/L次氯酸钠）；

4. 实验人员穿戴正压防护服或高级别口罩（如N95/FFP3）；

5. 引入HEPA空气过滤器，净化操作台与离心空间空气；

6. 使用气溶胶抽检设备定期检测环境中生物污染水平。

这些措施可有效降低实验室感染事件发生的风险，确保高速离心过程与生物安全等级相匹配。

六、协作带来的实验优势与流程优化

1. 控制气溶胶传播风险

生物安全柜可对封盖、拆盖过程中的气溶胶进行层流稀释并HEPA过滤，使高风险实验安全可控。

2. 确保样品纯度与数据质量

在无菌与负压环境下处理样本，避免外源性污染，有利于获得更高重复性与更低背景噪音的实验数据。

3. 提升人员职业健康保障

有效减少操作人员暴露于感染性样品中的风险，降低长期接触有害气溶胶的职业病发病率。

4. 符合国际质量体系审查要求

如ISO 15189、CAP、GMP、GLP等体系中均要求关键操作环节应在符合生物安全要求的条件下完成。高速离心与生物安全柜的协作方案是体系通过审核的重要基础。

七、实际应用示例

案例一：新冠核酸提取实验室

• 样本类型：咽拭子或唾液；

• 离心目的：沉淀样本杂质、促进裂解；

• 协作方式：在II级BSC中进行样本混匀与管装，装入密封吊篮式转子，密封后转运离心，离心完成后再带回BSC拆卸、提取上清；

• 效果：成功避免了实验室气溶胶阳性污染事件，核酸阳性率稳定，数据重复性好。

案例二：P3实验室处理禽流感样本

• 病毒活性高、气溶胶传染性强；

• 全程在III级生物安全柜中操作，使用封闭式冷冻离心机；

• 所有耗材一次性处理，转子每日高温高压灭菌；

• 联合操作方案通过国家疾控中心安全审查。

八、未来发展趋势：一体化系统与智能联控

1. 离心柜一体化设备
   部分高端厂商正在开发将离心功能嵌入BSC结构中的设备，实现转子装卸、离心、回收一站式无污染操作，尤其适用于BSL-3及以上环境。

2. 智能样品追踪系统
   结合条码/RFID芯片，记录样品进入BSC、离心、出舱、处理等全过程，避免样品错位、漏检、遗失。

3. 自动传输模块
   未来实验室将通过机械臂自动将密封转子从BSC转移至离心机、再转回BSC中，操作零接触、零暴露，提升效率与安全性。

4. 数据联动平台
   高速离心机与BSC将接入实验室信息管理系统（LIMS），对每一次离心操作的温度、速度、时间、样本类型等进行自动记录与分析，为质量溯源提供数据支撑。

九、结语

高速离心机与生物安全柜之间的协作不是简单的物理配合，而是一个高度集成、安全导向、精密控制的实验流程优化过程。在处理高风险或易污染样本时，只有通过“前处理—离心—后处理”三阶段严格依托BSC和高速离心机形成闭环式操作，才能真正实现人身防护、样本纯净与环境安全的多重保障。