特集記事安全キャビネット・クリーンベンチ
本手引きは、バイオセフティキャビネット(安全キャビネット)およびクリーンベンチの基礎知識をお伝えするために作成しました。本手引きの内容は微生物学者、エンジニアおよびキャビネットユーザーの助力を得て編集したものであり、偏見のない一般的な知見に基づいたものです。
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「バイオハザード」という言葉は、バイオロジカルハザードの略称で、「感染によって直接的、間接的に環境を破壊することにより、ヒトや動物、植物の健康に対し危険を及ぼす、または危険を及ぼすリスクのある感染性物質およびその一部」と定義されています。
1から4までのバイオセフティレベルは、米国疾病予防管理センター(CDC)および米国国立衛生研究所(NIH)によって確立されたもので、研究の内容、技術、安全装置および施設の組み合わせによって定められています。これら全てのレベルは、使用物質によるバイオハザードや、研究活動に対応したものとなっています。
健康な成人に対しては疾病を引き起こさない生きた微生物を使用する作業を行う、研究、安全装置、施設に対応しています。研究を行う場所は、建物内の通常の通行エリアから隔離する必要はありません。作業は通常、標準的な微生物研究手法により開放状態の実験台上で行います。研究員は、研究室で行う作業について特別なトレーニングを受けるとともに、微生物学または関連科学の一般的なトレーニングを受けた者によって管理されます。
地域社会に存在するもので、また重症度は様々ながらヒトの感染症に関連する中等度のリスクを持つ地域固有の微生物を幅広く扱う研究、安全に関する装置、施設に対応しています。
このレベルは、次の点においてレベル1と異なっています。
深刻、または致命的な感染を引き起こす可能性があり、呼吸器感染のリスクを有する地域固有または外来性の微生物を用いる研究、安全装置、施設に対応しています。感染性エリア内の人や地域、環境を感染性エアロゾルへの曝露リスクから保護するために、2段階のバリアを設置することが重要です。これらの物質を扱う場合、クラスⅠまたはクラスⅡ安全キャビネットが必要です。
生命にかかわる高いリスクを有する外来性の危険な物質(エアロゾルを介して感染する可能性があり、また有効なワクチンや治療法がないもの)を扱う研究、安全装置、施設に対応しています。研究スタッフは危険性が極めて高い感染性物質を扱う際のトレーニングを充分に受け 、標準および特殊な実験手法の第一段階、第二段階の封じ込め機能と封じ込め装置、および実験室の設計特性を理解する必要があります。 また研究室スタッフは、訓練を受けるとともに、これらの物質の研究経験および充分な能力を有した者の下で管理されます。そして、研究所長により 、これらの研究室へのアクセスは厳しく制限されます。バイオセフティレベル4の研究室は、独立した建物に設置するか、同じ建物内であっても他のエリアから完全に隔離された管理エリアに設置します。また、施設に合わせた作業マニュアルが作成され、これらの物質を扱う場合はクラスⅢ安全キャビネットが必要です。
表1 バイオセフティレベルおよび感染性物質のサマリー
バイオセフティレベル | 感染性物質 | 例 | 順守・技術 | 安全に係る装置 (第一段階の封じ込め) |
設備 (第二段階の封じ込め) |
---|---|---|---|---|---|
1 | 健康な成人に対し疾病を引き起こさないもの |
|
標準的な微生物研究手法 | 不要 | 実験台、シンク |
2 | ヒトの疾病に関係するもの 主な危険性は経皮、摂取、粘膜への曝露 |
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レベル1に加え、
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第一段階の封じ込め 感染性エアロゾルや液体が飛散する可能性のある操作に対してクラスⅠまたはⅡ安全キャビネット、その他の封じ込め装置を使用する 個人保護具 |
レベル1に加えオートクレーブ |
3 | エアロゾルによって感染する可能性があり、また重篤または致死的な結果をもたらす可能性のある地域固有または外来性の物質 |
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レベル2に加え
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第一段階の封じ込め 物質に対し開放的に行われる操作に対してクラスⅠまたはⅡ安全キャビネットを使用する。 個人保護具 |
レベル2に加え、
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4 | 生命にかかわる高いリスクを有する危険物質/外来物質、エアロゾルを介して感染するもの、または感染リスクが不明なもの |
|
レベル3に加え
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第一段階の封じ込め 全ての作業は、全身を覆うスーツ(陽圧、給気)着用にて、クラスⅢまたはⅠまたはⅡ安全キャビネット内で行う |
レベル3に加え、
|
出典:Biosafety in Microbiology and Biomedical Laboratories, U. S Department of Health and Human Services, HHS pivlication(CDC) 99-83.95. 4th Edition. April 1999. P52-53.
バイオロジカルセフティキャビネットやバイオセフティキャビネット(安全キャビネット)という用語は、バイオハザードリスクのある物質から人または人と製品(サンプル)の両方を保護するために設計されたさまざまな封じ込め装置(HEPAフィルターを装着したもの)を表すために使用されています。ただし、この用語は、その製品の構造や気流風速、気流パターン、そして排気システムなどに基づいて、その製品が安全キャビネットのクラスⅠ、ⅡまたはⅢの要件に合致している場合に使用すべきです。
バイオロジカルセフティキャビネットの主要な国際基準:
表2 バイオロジカルセフティキャビネットのクラス
出典:Laboratory Biosafety Manual Second Edition(revised). Interim guidelines. World Health Organization. P32.
クラス | 流入風速 (m/s) |
循環 (%) |
排出 (%) |
制御プレナム 周囲環境 |
排気選択 | BL* |
---|---|---|---|---|---|---|
I | US: 0.38 EN: 0.70 |
0 | 100 | 外気 | 室内/ハードダクト | 1, 2, 3 |
II タイプA1 |
US: 0.38 EN: NA** |
70 | 30 | 陰圧プレナム**** | 室内/シンブルダクト | 1, 2, 3 |
II タイプA2 |
US: 0.50 EN: 0.40 |
70 | 30 | 陰圧プレナム | 室内/シンブルダクト | 1, 2, 3 |
II タイプB1 |
US: 0.50 EN: NA** |
30 | 70 | 陰圧プレナム | ハードダクト | 1, 2, 3 |
II タイプB2 |
US: 0.50 EN: NA** |
0 | 100 | 陰圧プレナム | ハードダクト | 1, 2, 3 |
III | Closed:*** >0.5"WC | 0 | 100 | 陰圧プレナム | 室内/ハードダクト | 1, 2, 3 |
* バイオセフティレベル
** このタイプはEN12469に定められていません
*** チャンバーおよび環境間の圧力差
**** 新たに発行されたNSF/ANSI 49:2010によると、クラスIIタイプA1は汚染プレナムを陰圧プレナムで囲むことが要求されています
クラスⅠキャビネットは、今日購入可能な全てのバイオロジカルセフティキャビネットの中で最も基本的で初歩的な設計のキャビネットです。キャビネット内部へ向かう気流は、微生物の操作に伴って発生したエアロゾルを含みます。この気流はろ過システムを通過し、浮遊する粒子や汚染物質がトラップされます。最後に、除染された清浄な空気がキャビネットから排気されます。このろ過システムは通常、プレフィルターおよびHEPAフィルター(High Efficiency Particulate Airフィルター)から構成されます。
クラスⅠキャビネットは、作業者および環境に対するバイオハザード物質の曝露を防ぐことができますが、例えば室内の空気中に存在する浮遊汚染物質によるサンプルの汚染を防ぐことはできません。従って当然ながら、実験の結果に影響を及ぼすクロスコンタミネーションの可能性があります。その結果、対応範囲やアプリケーションが限られていることもあり、クラスⅠはほぼ使用されなくなっています。
クラスⅠ安全キャビネットはバイオセフティレベル1、2および3に分類される微生物を扱う場合に適しています。
クラスⅠキャビネットのように、クラスⅡキャビネットにもキャビネット内(前面開口部からキャビネット内の方向)に向かう気流があります。これはインフローとして知られており、作業中に発生したエアロゾルがキャビネットの前面開口部から流出するのを防いでいます。ただし、クラスⅠキャビネットと異なり、クラスⅡキャビネットのインフローは、作業者の近くにある前面グリルへ流入します。キャビネットのワークエリアへ流入する空気は全てろ過されており、ワークエリア内のサンプルが外気中の汚染物質によって汚染されることはありません。
クラスⅡキャビネット特有の特長は、垂直方向のラミナーフロー(一方向)があることです。この気流は、キャビネット内部を下方向に向かって流れます。この気流はダウンフローとして知られており、連続的にキャビネット内部の浮遊汚染物質を除去するとともに操作中サンプルのコンタミネーションを防ぎます。
多種類のクラスⅡキャビネット間の差は、主に通常のプレナムから再循環する空気に対する排気の割合にあります。それに加えて、異なるクラスⅡキャビネットは排気方法も異なります。一部のキャビネットは室内に直接排気するのに対し、専用のダクトを通して室外の大気中に排気するものもあります。
これらの差異はありますが、全てのクラスⅡキャビネットはクラスⅠキャビネットのように、作業者および環境のバイオハザードへの曝露を保護します。また、クラスⅡキャビネットは、キャビネット内で操作されるサンプルの汚染を防ぐことができ、バイオセフティレベル1,2,3に適しています。
クラスⅡタイプA安全キャビネットは、全てのタイプの中で最も一般的なキャビネットです。気流の30%が排気され、70%がダウンフローとして循環する一般的なプレナムを有しています。
微生物学的な研究プロセスにおいて微量の有害化学物質を使用する場合、タイプAキャビネットに排気ダクトを設置する必要があります。排気用HEPAフィルターは、バイオハザード関連物質を含むエアロゾルを除去することはできますが、科学物質は除去できないためです。大量の毒性化学物質が蒸散するような場合は、タイプAの代わりにタイプBキャビネットを使用してください。
新たに発行されたNSF/ANSI 49:2010によると、クラスⅡタイプA1およびタイプA2キャビネットは、陽圧状態の汚染プレナムを陰圧状態で覆う必要があるとされています。陽圧プレナムから漏出があった場合、漏出したエアロゾルは陰圧によって陽圧プレナムへ引き戻され、外部へ流出しないためです。A2キャビネットでは、陽圧プレナム内の空気の70%がダウンフローとして再循環し、残りの30%は排気フィルターを介して室内へ排気されます。
タイプAとタイプBの主な違いは、タイプBキャビネットは外部の送風機によって稼働し、また排気は専用の排気ダクトによって大気中に排気を行う点です。外部送風機がない場合、キャビネットの内部送風機によりワークエリア内の空気(および微生物)はキャビネットの前面開口部から排出され、作業者の顔が排気に曝露し、危険な状態となります。このキャビネットは、内部送風機がダウンフローのみを形成し、またインフローを形成するために外部送風機を使用することから、自己平衡型のキャビネットではありません。
全てのタイプBキャビネットでは、キャビネットからの排気ポイントと建物外への排気ポイントとの間に、不純物を除去するシステムを設置し、排気中の化学物質を中和することによって、環境保護性を高めることが可能です。
タイプBキャビネットは通常、作業工程において化学物質を使用する際に使用しますが、理論的にはタイプBキャビネットはタイプAキャビネット よりも高いレベルの安全性を有しています。排気を外気中に直接排出することは、HEPAフィルターシステムが機能を喪失した際に、追加の「フェールセーフ*」機能として働きます。
*装置に何らかの障害や誤作動が発生した場合でも被害を最小限に留める機能のこと
クラスⅡタイプB1キャビネットは元々、米国国立がん研究所によって定められたものです。共通プレナムがあり、そこから空気の70%が排気され、30%がダウンフローとしてワークエリアに再循環します。
タイプB1キャビネットにはまた、専用の排気機能が搭載されており、キャビネット奥側で作業を行う際に、再循環を抑えることができます。微生物学的研究プロセスで使用する毒性化学物質は、ダウンフローとして再循環した場合でも作業を妨げない場合にのみ使用すべきです。
クラスⅡタイプB2キャビネットのインフローおよびダウンフローは、HEPAフィルターによりろ過された後外気中へ排出され、再循環することはありません。タイプB2キャビネットは、空気の再循環を行わないため、微生物学的研究プロセスにおいて毒性化学物質を使用する作業に適しています。タイプB2キャビネットの全排気という特長は、ダウンフローや排気HEPAフィルターシステムが機能を喪失した場合のフェールセーフ機能として働くため、理論的にはクラスⅡキャビネットの中で最も安全なものだと考えられます。
ただし、実際のところ、クラスⅡタイプB2キャビネットは設置や調整、維持が難しいキャビネットです。
クラスⅢ安全キャビネットはクラスⅠやクラスⅡキャビネットを超える極めて高い安全性を有しています。クラスⅢキャビネットは通常、気密設計された継ぎ目のない金属でできています。作業は、キャビネット前面のグローブポートを使用して行います。作業の間、キャビネット内部は大気環境よりも陰圧に保たれます。これは、物理的封じ込め機能が損なわれた場合のフェールセーフ機能として働きます。
クラスⅢキャビネットでは、HEPAフィルターでろ過 された空気が供給されており、サンプルのクロスコンタミネーション防止や製品保護がなされています。排気は通常HEPAフィルターでろ過 され、焼却処理されます。連続した2枚のHEPAフィルターによる二重ろ過が行われる場合もあります。作業に使用するものは、ワークエリア側面に設置されたパスボックスを介してキャビネット内に入れられます。クラスⅢキャビネットの排気は通常室内に排気されますが、専用のダクトを介して外部の大気中に排気されることもあります。専用のダクトを使用するキャビネットの場合は、毒性化学物質を使用する作業にも適しています。
クラスⅢ安全キャビネットはバイオセフティレベル1,2,3,4の微生物を扱う場合に適しており、致死性の高い生物学的危険性のある研究に対して指定されます。
HEPAフィルターは安全キャビネットの心臓部です。HEPAフィルターはディスポーザブルの乾式フィルターで、紙によく似た薄いホウケイ酸ガラス製のシートで形成されています。
HEPA/ULPAフィルターは、次のような広範囲の浮遊汚染物質を除去するために設計されています。
安全キャビネットは、第一に、必要とされる保護要件に合わせて選択する必要があります。つまり、製品保護、リスクグループ(バイオセフティレベル)1から4の微生物に対する人員保護、放射性核物質や揮発性毒性化学物質曝露からの人員保護、またはこれらの組み合わせに基づいて選択します。次の表3にて、それぞれの保護要件に対し、どの安全キャビネットが推奨されるかを示しします。
表3
保護要件 | 安全キャビネットタイプ |
---|---|
人員保護 リスクグループ1から3の微生物を扱う |
クラスI~III |
人員保護 リスクグループ4の微生物を扱う グローブボックスを使用 |
クラスIII |
人員保護 リスクグループ4の微生物を扱う 実験用スーツを着用 |
クラスI~II |
製品保護 | クラスII~III |
不安定な放射性核種・化学物質保護 ワークエリア内への再循環あり |
クラスIIタイプB1 クラスIIタイプA2(外部排気型) |
不安定な放射性核種・化学物質保護 ワークエリア内への再循環なし |
クラスI クラスIIタイプB2 クラスIII(外部排気型) |
出典: Laboratory Biosafety Manual. Second Edition (revised). Interim guidelines. World Health Organization. p29.※
※ワケンビーテック注:現在、実験室バイオセフティ指針(WHO 第3版)やLaboratory Biosafety manual, 4th editionが発刊されています。
揮発性または毒性のある化学物質は、室内に排気を行う安全キャビネット内で使用してはいけません。例えば、建物の排気システムにダクト接続されていないクラスⅠや、クラスⅡタイプA1またはA2キャビネットなどが該当します。クラスⅡタイプB1キャビネットは、微量の揮発性化学物質や放射性核種がキャビネットの後方へ向かって発生する場合の作業に適しています。全排気型とも呼ばれるクラスⅡタイプB2キャビネットは、タイプB1キャビネットと異なり、ワークエリア内のどこにでも揮発性化学物質や放射性核種を配置できるため、これらの物質からの保護性能がより高いキャビネットです。
図7は部屋の設計と換気システムがキャビネットの気流に及ぼす様々な影響を示しています。これは標準的な設置方法を示したものではありませんのでご注意ください。実際には小さな部屋に多数のキャビネットを配置することや、それぞれのキャビネットを隣接して配置することは推奨されていません。
ESCO安全キャビネット内のブンゼンバーナーによる気流の乱れ試験
(製作:ワケンビーテック株式会社 企画推進部)
実際の消毒方法は次の通りです。
消毒薬を使用して、次の手順で洗浄作業を行います。
引用:UCSD Biosafety Handbook, UCSD EH&S Biosafety Team 1996.THE UNIVERSITY OF CALIFORNIA, USA. p95-97.
表3. 消毒薬と微生物種
消毒液 | グルタルアルデヒド | 過酸化物/過酢酸/酢酸 | 二酸化塩素 | 塩素 | ヨードフォア | アルコール | フェノール | 第四級アンモニウム |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
分類 | 滅菌剤 | 滅菌剤 | 滅菌剤 | 高水準 | 中水準 | 中水準 | 中水準 | 低水準 |
使用パラメーター | ||||||||
濃度 | 2% | 1% | 1:5:1/100-1000ppm | 0.01-5% | 0.5-2.5% | 70-85% | 0.2-3% | 0.1-2% |
接触時間 分 |
10-600 | 10-720 | 10-600 | 10-30 | 10-30 | 10-30 | 10-30 | 10-30 |
安定性 (>1週間)* |
+ | + | + | + | + | + | ||
微生物 | ||||||||
芽胞菌 | + | + | + | +/- | ||||
ウイルス (エンベロープなし) |
+ | + | + | + | +/-** | +/-** | +/-** | |
マイコバクテリウム属 | + | + | + | + | + | + | + | |
栄養型細菌 | + | + | + | + | + | + | + | + |
ウイルス (エンベロープあり) |
+ | + | + | + | + | + | + | + |
特性 | ||||||||
有機物により不活化 | + | + | + | + | +/- | + | ||
残留性 | + | + | + | +/- | + | + | ||
腐食性 | + | + | + | + | ||||
引火性 | + | |||||||
皮膚刺激性 | + | + | + | + | + | + | ||
眼刺激性 | + | + | + | + | + | + | + | |
呼吸器刺激性 | + | + | + | + | + | + | +/- | |
毒性 | + | + | + | + | + | + | + | + |
安全キャビネットでの使用 | ||||||||
日常消毒 | +/- | + | + | + | ||||
バイオハザード流出対応 | +/- | + | +/- | + | + | +/- |
+:有効 +/-:有効だが限界がある 無印:無効
*遮光、密封状態で
**ウイルスの種類により効果が異なる
本資料はESCO社の資料「A Guide to Biosafety & Biological Safety Cabinets」を弊社が和訳したものです。
原文はこちらからご覧いただけます。