Sicherheitsschrank

Ein Sicherheitswerkbank ( auch biologische Sicherheitswerkbank oder mikrobiologische Sicherheitswerkbank genannt) ist ein geschlossener, belüfteter Laborarbeitsraum für die sichere Arbeit mit Materialien, die mit Krankheitserregern kontaminiert sind (oder potenziell kontaminiert sein können) und ein definiertes Biosicherheitsniveau erfordern . Es gibt verschiedene Arten von Sicherheitswerkbänken, die sich durch den Grad der biologischen Sicherheit unterscheiden . Kommerzielle Sicherheitswerkbänke sind seit 1950 erhältlich. ^{[ 1 ]}

Der Hauptzweck einer Sicherheitswerkbank (BSC) besteht darin, Laborpersonal und die Umgebung vor Krankheitserregern zu schützen. Die gesamte Abluft wird beim Verlassen der BSC mittels HEPA -Filter gereinigt, um schädliche Bakterien und Viren zu entfernen . ^{[ 2 ]} Dies steht im Gegensatz zu einer Reinraumwerkbank mit Laminarströmung , bei der ungefilterte Abluft zum Benutzer geblasen wird und die daher nicht für Arbeiten mit Krankheitserregern geeignet ist. ^{[ 3 ] : 13 [ 4 ]} Auch die meisten BSCs sind nicht als Abzüge geeignet . ^{[ 2 ]} Ebenso bietet ein Abzug nicht den Umweltschutz, den die HEPA-Filterung in einer BSC gewährleisten würde. ^{[ 5 ]} Die meisten BSC-Klassen haben jedoch einen weiteren Zweck: die Sterilität der darin befindlichen Materialien (des „Produkts“) zu erhalten.

Die US-amerikanischen Zentren für Krankheitskontrolle und -prävention (CDC) klassifizieren Sicherheitswerkbänke in drei Klassen. ^{[ 3 ] : 6} Diese Klassen und die darin enthaltenen Arten von Sicherheitswerkbänken werden auf zwei Arten unterschieden: nach dem Grad des gebotenen Personen- und Umweltschutzes und nach dem Grad des gebotenen Produktschutzes. ^{[ 6 ]}

Sicherheitswerkbänke der Klasse I bieten Schutz für Personal und Umwelt, jedoch keinen Produktschutz. Tatsächlich kann der einströmende Luftstrom zur Kontamination von Proben beitragen. ^{[ 7 ]} Der einströmende Luftstrom wird mit einer Mindestgeschwindigkeit von 75 ft/min (0,38 m/s) aufrechterhalten. Diese Sicherheitswerkbänke werden häufig verwendet, um bestimmte Geräte ( z. B. Zentrifugen) oder Verfahren ( z. B. Belüftung von Kulturen) einzuschließen, die potenziell Aerosole erzeugen. Sicherheitswerkbänke dieser Klasse sind entweder mit einem Abluftkanal (angeschlossen an die Gebäudeabluftanlage) oder ohne Abluftkanal (Rückführung der gefilterten Abluft in das Labor) ausgestattet. ^{[ 3 ] : 6}

Sicherheitswerkbänke der Klasse II bieten Schutz für Proben und Umgebung, da die Zuluft ebenfalls HEPA-gefiltert wird. Es gibt fünf Typen: Typ A1 (ehemals A), Typ A2 (ehemals A/B3), Typ B1, Typ B2 und Typ C1. Die Anforderungen der einzelnen Typen sind in der internationalen Norm NSF International Standard 49 ^{[ 3 ] :31} definiert . Diese Norm klassifizierte 2002 A/B3-Werkbänke (die bei Anschluss an einen Abluftkanal unter den letztgenannten Typ fielen) als Typ A2 ^{[ 5 ]} und fügte 2016 den Typ C1 hinzu ^{[ 8 ]} . Etwa 90 % aller installierten Sicherheitswerkbänke sind vom Typ A2 ^{[ 7 ] .}

Das Funktionsprinzip basiert auf motorbetriebenen Gebläsen (Ventilatoren), die im Schrank montiert sind und einen gerichteten Luftstrom um den Benutzer herum und in das Luftgitter leiten – zum Schutz des Bedieners. Die Luft wird dann unter der Arbeitsfläche hindurch und wieder nach oben zum oberen Teil des Schranks gesaugt, wo sie die HEPA-Filter durchströmt. Zusätzlich wird eine Säule HEPA-gefilterter, steriler Luft nach unten über Produkte und Prozesse geblasen, um Kontaminationen zu vermeiden. Die Abluft wird ebenfalls durch einen HEPA-Filter abgesaugt und, abhängig vom Typ der Sicherheitswerkbank der Klasse II, entweder in den Laborraum zurückgeführt oder von einem Abluftventilator über ein Kanalsystem aus dem Gebäude abgeleitet. ^{[ 9 ]}

Die Schutzkabine vom Typ A1, früher Typ A genannt, hat eine minimale Zuluftgeschwindigkeit von 75 ft/min. Die nach unten strömende, als kontaminiert geltende Luft teilt sich direkt über der Arbeitsfläche (Rauchabzug der Sicherheitswerkbank) und vermischt sich mit der Zuluft. Diese Luft wird über ein Kanalsystem an der Rückseite der Kabine nach oben gesaugt und anschließend in einen kontaminierten Überdruckraum geleitet. Dort wird die Luft entweder durch einen HEPA-Filter rezirkuliert und wieder über den Arbeitsbereich geleitet oder aus der Kabine (ebenfalls durch einen HEPA-Filter) abgeführt. Die Dimensionierung der HEPA-Filter und einer internen Klappe dient dem Ausgleich dieser Luftmengen. Dieser Kabinentyp ist selbst bei Verwendung einer Absaugvorrichtung oder einer Haube zur Vermeidung von Störungen des internen Luftstroms nicht für Arbeiten mit Gefahrstoffen geeignet. ^{[ 3 ] : 8–9}

Der Schrank vom Typ A2, ehemals A/B3, weist eine minimale Einströmgeschwindigkeit von 100 ft/min auf. Alle kontaminierten Überdruckkammern sind von einem Unterdruckraum umgeben. Im Übrigen entsprechen die Spezifikationen denen eines Schranks vom Typ A1. ^{[ 3 ] : 9–11 [ 5 ]}

Schutzkabinen der Typen B1 und B2 benötigen eine Mindestansauggeschwindigkeit von 100 ft/min und müssen fest mit einem Abluftsystem verbunden werden; eine Abluftführung über eine Anschlussmuffe ist nicht zulässig. Die Abluftsysteme müssen zudem separat sein (eine Schutzkabine pro Abluftkanal und Gebläse). Im Gegensatz zu den Schutzkabinen der Typen A1 und A2 verwenden Schutzkabinen des Typs B einen Einzeldurchgang (Luft, die sich nicht vermischt und umwälzt), um auch gefährliche chemische Dämpfe zu kontrollieren. Bei Schutzkabinen des Typs B1 wird der Luftstrom so aufgeteilt, dass die Luft hinter dem Rauchabweiser zum Abluftsystem geleitet wird, während die Luft zwischen dem Bediener und dem Rauchabweiser sich mit der Zuluft vermischt und als Abwärtsströmung umgewälzt wird. Da die Abluft durch das hintere Gitter angesaugt wird, empfiehlt die CDC, Arbeiten mit gefährlichen Chemikalien im hinteren Bereich der Schutzkabine durchzuführen. ^{[ 3 ] : 10} Dies ist kompliziert, da die Rauchtrennlinie (die die „Rückseite des Gehäuses“ markiert) eine unsichtbare Linie ist, die sich über die gesamte Breite des Gehäuses erstreckt (etwa 25–35 cm vom vorderen Gitter entfernt) und sich mit zunehmender Partikelbeladung der internen HEPA-Filter verschiebt. ^{[ 9 ]}

Der Betrieb eines Sicherheitswerkbank-Typs B2 (auch bekannt als Totalabluft-Werkbank) ist teuer, da die Luft nicht umgewälzt wird. ^{[ 3 ]} Daher findet man diesen Typ hauptsächlich in toxikologischen Laboren, wo der sichere Umgang mit gefährlichen Chemikalien unerlässlich ist. ^{[ 5 ]} Zudem besteht das Risiko, dass kontaminierte Luft in das Labor gelangt, wenn das Abluftsystem eines Sicherheitswerkbank-Typs B1 oder B2 ausfällt. Um dieses Risiko zu minimieren, überwachen diese Werkbänke in der Regel den Abluftstrom und schalten bei unzureichendem Abluftstrom das Zuluftgebläse ab und geben einen Alarm aus.

Der Sicherheitswerkbank der Klasse III, die üblicherweise nur in Hochsicherheitslaboren installiert wird, ist speziell für Arbeiten mit pathogenen Erregern der Sicherheitsstufe BSL-4 konzipiert und bietet maximalen Schutz. Die Werkbank ist gasdicht, und alle Materialien werden über ein Tauchbecken oder einen Doppeltür- Autoklaven ein- und ausgeliefert . An der Vorderseite angebrachte Handschuhe verhindern den direkten Kontakt mit Gefahrstoffen (Sicherheitswerkbänke der Klasse III werden daher auch als Handschuhkästen bezeichnet ). Diese individuell gefertigten Werkbänke werden häufig in eine Laborlinie eingebunden, und die darin installierten Laborgeräte sind in der Regel ebenfalls Sonderanfertigungen. ^{[ 3 ] : 12–13}

Sicherheitswerkbänke werden täglich stundenlang genutzt. Neben dem Schutz von Anwender und Probenmaterial gewinnen ergonomische Arbeitsgestaltungsfaktoren zunehmend an Bedeutung. Dazu gehören die Reduzierung des Geräuschpegels (für eine angenehmere Arbeitsatmosphäre), ein höhenverstellbarer Ständer oder Hocker mit Fußstütze (für eine optimale Sitzposition), Panorama-Seitenfenster (für mehr Licht im Inneren der Werkbank), eine um 10° geneigte Frontscheibe (für eine bessere Sitzposition), starke Lichtquellen (für eine bessere Sicht in die Werkbank), Unterarmstützen für Komfort und Sicherheit sowie erweiterte Zugangsöffnungen und schräge Sichtfenster zur Verbesserung der Arbeitsbedingungen. ^{[ 10 ]}

Die CDC empfiehlt die Installation von UV-Lampen in Sicherheitswerkbänken nicht. ^{[ 3 ] : 12–13} Die American Biological Safety Association unterstützt diese Position und verweist auf das Sicherheitsrisiko für das Personal, die geringe Eindringtiefe, die reduzierte Wirksamkeit bei hoher relativer Luftfeuchtigkeit und die häufige Notwendigkeit, die Lampe zu reinigen und auszutauschen. ^{[ 11 ]} UV-Lampen sollten nicht als primäre Quelle zur Oberflächendesinfektion in Sicherheitswerkbänken verwendet werden. ^{[ 12 ]} Diese Aussagen wurden jedoch in mindestens einem Fachartikel widerlegt, der Folgendes feststellt: ^{[ 13 ]}

• Es gibt keine belegte Grundlage für die Notwendigkeit, Glühbirnen von Staub und Schmutz zu befreien.
• In ordnungsgemäß funktionierenden Sicherheitswerkbänken herrscht sehr saubere Luft, sodass sich Staub weniger wahrscheinlich ansammelt.
• Labore sind in der Regel klimatisiert, wodurch die Bedenken hinsichtlich einer Beeinträchtigung der UV-Wirksamkeit durch Luftfeuchtigkeit ausgeräumt werden.
• Bei sachgemäßer Anwendung ist das Risiko einer UV-Belastung für die Anwender sehr gering.
• UV-Desinfektion ist wirksam gegen Keime und Viren und hemmt zudem die DNA-Kontamination für die PCR.
• Die UV-Desinfektion hat den Vorteil, dass sie im Gegensatz zu physikalischen Desinfektionsmitteln keine Rückstände hinterlässt.
• Die relative Sicherheit und die Risiken von UV-Licht im Vergleich zu anderen Desinfektionstechniken (die ebenfalls Risiken bergen) sollten berücksichtigt werden.

Biologische Sicherheitswerkbänke müssen im Allgemeinen den Normen des jeweiligen Landes oder der jeweiligen Region entsprechen. Diese Anforderungen können von einer Institution wie der TGA, FDA oder WHO geregelt werden. In Australien beispielsweise müssen Sicherheitswerkbänke der Klasse II den Baunormen AS2252.2 genügen. Diese Normen verweisen auf weitere Normen, wie beispielsweise AS2243.3. AS2243.3 klassifiziert das Risiko, das von Mikroorganismen ausgeht, anhand ihrer Pathogenität, ihres Übertragungswegs und ihres Wirtsspektrums sowie aktueller Präventionsmaßnahmen und wirksamer Behandlungsmethoden. ^{[ 14 ]}

Für Sicherheitswerkbänke der Klasse II gelten spezifische Anforderungen an Feldtests. In den USA basiert die Feldprüfung auf NSF49, in Europa auf EN12469 und in Australien auf der Prüfmethodenreihe AS1807 (referenziert in AS2252.2). ^{[ 15 ]} Die Anforderungen an Feldtests können Folgendes umfassen:

• Luftgeschwindigkeit im Arbeitsbereich.
• Prüfung der Luftdichtheit (Barriere zwischen Bediener und Produkt; einige Normen verwenden stattdessen die Prüfung der Einwärtsgeschwindigkeit)
• Filterintegrität (Dichtheitsprüfung bzw. die Menge an Aerosolen, die ein Filter durchlässt)
• Partikelzählung innerhalb der Arbeitszone
• Gasdichtheit
• Dichtheitsprüfung des Arbeitsbereichs (Integritätsprüfung des Arbeitsbereichs)
• Beleuchtungsstärke im Arbeitsbereich
• Wirksamkeit von UV-Licht
• Schallpegel

Im Allgemeinen kann ein regelmäßiger Wartungsplan folgende Aufgaben umfassen:

• Luftstrom und Filterkapazität werden überprüft . Die Filter haben eine begrenzte Lebensdauer, die von der Luftqualität im Laborraum, der Menge an Partikeln und Aerosolen im Arbeitsbereich der Sicherheitswerkbank sowie dem durch die Filter strömenden Luftvolumen abhängt. Mit zunehmender Filterbeladung muss der interne Lüfter mehr Leistung erbringen, um das gleiche Luftvolumen durch die Filter zu befördern. Neuere Sicherheitswerkbänke messen den Luftstrom kontinuierlich und kompensieren die Lüfterleistung selbstständig, um einen konstanten Luftdurchsatz durch die Filter und die Werkbank zu gewährleisten. Selbstregulierende Werkbänke sollten jedoch zusätzlich mit kalibrierten Messgeräten überprüft werden, um sicherzustellen, dass die Leistung den korrekten Werten entspricht. Sinkt der Luftstrom unter den Sollwert, ertönt ein akustischer und optischer Alarm. Der Filterwechsel sollte aufgrund der möglichen Kontamination des Filters nur von geschultem Personal durchgeführt werden. Dies kann entweder nach der Dekontamination der Werkbank mittels eines Gasverfahrens (mit Formaldehyd , Chlordioxid oder verdampftem Wasserstoffperoxid ) oder eines Beutelwechselverfahrens erfolgen.
• Die UV-Lampen werden überprüft und gegebenenfalls ausgetauscht . Die Leistung der UV-Lampen nimmt mit der Zeit ab, was zu einer verminderten Desinfektion des Arbeitsbereichs führt.

Wie bei Arbeiten auf offenen Arbeitsflächen müssen auch Arbeiten in einer Sicherheitswerkbank sorgfältig und sicher durchgeführt werden. Um Kontaminationen und das Risiko einer Exposition des Personals zu vermeiden, empfiehlt die CDC Forschern, bewährte Verfahren zur Reduzierung und Kontrolle von Spritzern und Aerosolbildung zu befolgen. Dazu gehört beispielsweise, saubere Materialien mindestens 30 cm (12 Zoll) von aerosolgenerierenden Aktivitäten entfernt zu halten und den Arbeitsablauf „von sauber zu kontaminiert“ zu gestalten. ^{[ 3 ] : 22} Insbesondere offene Flammen, die in der Reinraumumgebung einer Sicherheitswerkbank der Klasse II oder III nicht erforderlich sind, stören den Luftstrom im Inneren. ^{[ 3 ] : 22} Nach Abschluss der Arbeiten in einer Sicherheitswerkbank müssen die Oberflächen der Sicherheitswerkbank, wie auch andere Laborgeräte und -materialien, dekontaminiert werden. ^{[ 3 ] : 24}

Wird eine Sicherheitswerkbank gewartet oder verlegt, einschließlich des Austauschs von HEPA-Filtern, muss sie gasdekontaminiert werden. Die Gasdekontamination erfolgt durch Befüllen der Sicherheitswerkbank mit einem giftigen Gas, meist Formaldehyd . ^{[ 3 ] : 25}

• Abzugshaube
• Laminar-Flow-Kabine