1、生物安全分级
    生物安全柜的选用，首先必须符合使用场所的生物安全等级（Biological Safety Level, BSL），再者则考虑作业流程的需求及场地空间等工程上限制挑选合适的安全柜类型。欧美几先进大国在生物安全层级分类上各有相关规范，虽然若干定义上稍有不同，但对于危害等级分类的范畴却十分接近。
    除基因重组实验的规范外，美国国家卫生院于1993 年亦与疾病管制中心（CDC）联合针对微生物及其实验室订出生物安全等级的分类，针对各病原体对人体、环境的危害程度分为四大类，详细分类内容可参考其出版之「微生物学级生医实验室生物安全（Biosafety in Microbiological and Biomedical Laboratories,BMBL）」[3]一书，兹以此为例整理生物安全等级分类及操作准则如下：
1. 生物安全第一类：生物病媒不会引致健康成人、动物产生疾病或者环境危险。实验室无须与建筑物中的一般区域隔离，一般不需特殊防护的设备及设施，但工作人员仍应接受实验操作的特别训练。
2. 生物安全第二类：生物病媒可能会引致健康作业员、动物产生疾病或环境之中度风险。工作人员需受过使用致病物质的特殊训练并由适任的专家指导，同时工作进行中应有门禁管制；需特别小心受污染的尖锐物品，可能产生气胶或溅洒的操作程序，应使用生物安全柜或各式物理性防护设备。
3. 生物安全第三类：生物病媒可能产生健康成人致死的严重危险，并为气胶传播。实验室须特殊设计与建造，同时工作人员应接受处理致病性及致命物质特别训练，且由具备相当经验且适任的科学家监督管理。处理感染性物质的过程需在生物安全柜中进行，或使用其它物理性防范装置，或工作人员穿配恰当保护性衣着与装置。
4. 生物安全第四类：生物病媒可能产生健康成人致死的严重危险，并且其传播的方式与医疗的方法仍无法获得。实验室设于不同栋或同栋建筑内的管制区域，严格管制实验室门禁并完全与其它区域隔离，工作人员则必须接受处理极度危险的感染性物质的特别训练，充分了解标准及特殊操作、设备、实验室的防护功能，并由具备相当经验且适任的科学家监督管理。在此级设施中的工作区，所有活动皆限于第三级生物安全柜中；或于第二级生物安全柜中，工作人员穿着连身式具支持生命系统通风设备的正压工作服。

2、生物安全柜的分级
    在了解了安全柜欲摆置使用场所的生物安全分级后，接着就是依操作需求及场地限制选择合适类型的生物安全柜。在「微生物学级生医实验室生物安全」一书中将各式安全柜依适用的生物危害层级分为三级，其中第二级的生物安全柜依NSF/ANSI 49 又分为A1、A2、B1、B2 四种型式。应注意的是，各式安全柜用以保证排气干净的HEPA FILTER 虽可以有效的阻止粒状物，例如具感染性的病原媒介等，但无法阻止易挥发性的化学品或有机气体，因此若操作物含易挥发性的有毒化学品时，应有适当的排气系统将气体排出至外界。

2.1 第一级生物安全柜
    第一级安全柜提供人员和环境的保护，但未考虑到柜内试验材料的洁净保护，作业人员操作时，如同于在空气中活动穿戴化学面罩一般。柜体在回风系统中装设一个HEPA 过滤器以保护环境空气，如图1-1 所示。安全柜乃是藉内部的气流来进行污染物隔离以提供人员的保护，在操作空间需保持最小的送风速度至少应达到0.38 m/sec （75 ft/min）。安全柜供给的空气应被导引往一个环绕操作空间的回风通道，并经由该通道受压力引导由下而上排出。由于无法对产品的洁净品质保护，通常第一级的使用已逐渐减少。然而，在许多的实例中第一级安全柜被特别地用于密闭的设备，如离心机、小型发酵机或伴随有潜在产生大量气胶的制程中使用。
    第一级安全柜对于大楼排气系统依赖是硬导管、嵌环连接或再循环回空间。假如是硬导管，大楼的排气风扇需提供固定的压力以吸取室内空间的空气至柜内。柜内的空气被吸往通过HEPA 过滤器而排出。排气系统设计时，需因应可能的气胶量与维护的考量，可设置第二层HEPA 过滤器于大楼的排气系统。
    当考虑更大的操作安全性时，在第一级安全柜的开口装置一个8"开口的臂洞（arm hole）钢板，可以有效降低试验材料的气体外泄，由于此一受限的开口将导致内部空气速度的增加，因此工作人员的与试验品的隔绝效果较佳，若加入内装手套于附加的钢板上，则阻绝效果更强，此时补气（makeup air）将穿过前隔版 辅助的的空气供应口（可装置过滤器）并由排气HEPA 排出，由于应当考虑必须在安全柜中使用化学品，其HEPA 过滤器可能会随着一些化学品蒸汽而破坏滤材、外罩或衬垫，使过滤器丧失过滤功能，因此应装置一个双门的气锁（air-lock）于柜体气流出入两端，以保护未过滤的气体发生泄漏，造成危害。

A. 窗口开口（front opening）
B. 窗口（sash）
C. 排气HEPA 过滤器（exhaust HEPA filter）
D. 排气室（exhaust Plenum）
E. 工作台面
F. 格状开口（grille）
图1-1. 第一级生物安全柜

2.2 第二级生物安全柜
    由为生物医学实验室人员开始操作无菌的动物组织和细胞培植试验，特别是病毒的繁殖，因此安全柜需提供产品保护功能。在1960 年代，其气流设计发展情况是以单向的空气在稳定的速度下沿着并行线移动（即层流），用以撷取和移除空气中的污染物。而生物危害控制技术即合并层流原理及HEPA 过滤器的使用来提供一个无菌的工作环境。如此的结合相当适合保护实验室人员免于受潜在传染性微生物质感染并提供必要的产品保护。
    第二级的安全柜（型式A1、A2、B1 及B2）针对人员、环境及试料操作物皆可提供保护。安全柜在运转时，气流必须经前开口由外界引入于操作空间内，以保护人员不受试验品散发出的气胶污染，其采用有效的设计，将流入操作空间的外气随即被风压引导流入循环室，外气以不流经过试料为原则，藉以保护试料产品的安全。气体的排出口需通过一个保证可排放的HEPA 过滤器，它可以被再循环回实验室里（型式A 的安全柜）或被排出至建筑物外（型式B 的安全柜）。而流经HEPA 过滤器到操作空间的供风气流需提供试料保护、隔离外气及排出气胶的功能，以将安全柜工作台面的交叉污染减到最低。HEPA 过滤器可以有效的阻止颗粒和有传染性的病原媒介，但无法阻止易挥发性的化学品或有机气体。因此在操作易挥发性的有毒化学品时，安全柜应有适当的排气系统将气体排出至外界。
    所有的第二级安全柜应使用在与微生物有关的工作上，并适用于生物安全第一、第二与第三级实验室内。第二级安全柜可提供细胞培植所必须有的无菌环境，以及可被使用于无挥发性的防肿瘤或化学疗法的药物试验中与调配中。

（一）第二级型式A1 生物安全柜：
    又分为A1 及A2（2002 年前旧标准之B3）两种，结构设计如图1-2 及1-3 所示。两者结构极为相近，不同在于型式A1 安全柜要求风机在安全柜所应提供于窗口开口气流速度最小量或量测平均量应至少0.38 m/sec(75fpm)，而型式A2 安全柜要求则为0.5m/sec，又型式A1 的安全柜风机置于柜体下侧，造成柜璧间回风气流为相对正压，型式A2 安全柜之风机则置于柜体上方，柜璧间回风气流为相对负压，柜体若有破损时，较无泄漏之虞。气体的循环比一般为30%经排气口HEPA FILTER 排除、70%通过回风HEPA FILTER 再循环回到工作区，大部分此类型安全柜设有调节阀，可以调整30%与70%的气流分配，其供气应在流经HEPA过滤器后以层流的气流型态至工作台面，目的在于降低在操作区的乱流（turbulentflow）程度及减少交叉污染的可能性。
    另外应注意的是，无装设排气导管的A 型式安全柜不可使用在易挥发性或有毒化学物质的实验上，以避免排气污染室内环境，此时应使用可拆卸式的套管环绕气罩部分（如图1-3 所示），将排气排出建筑物外，且排气流量必须足够维持安全柜操作面进气与HEPA 排气间的气体流动。

A. 窗口开口
B. 窗口
C. 排气HEPA 过滤器
D. 供气HEPA 过滤器（Supply HEPA filter）
E. 后气室（Rear plenum）
F. 风机
图1-2. 第二级型式A1 生物安全柜构造图

A. 窗口开口
B. 窗口
C. 排气HEPA FILTER
D. 供风HEPA FILTER
E. 正压气室(Positive pressure plenum)
F. 负压气室(Negative pressure plenum)
图1-3 第二级型式A2（B3）生物安全柜构造图

A. 平衡调节阀（Balance Damper）
B. 挠性连结管件（Flexible connector）
C. HEPA 过滤器外框（HEPA filter housing）
D. 套管（Thimble）
E. 生物安全柜
图1-4. 第二级型式A 生物安全柜的导管套管装置

（二）第二级型式B1 生物安全柜：
    B 型式的第二级安全柜发源自国际癌症学会（National Cancer Institute），其被设计用来进行玻璃试管内的操作微量危险化学品。一些生物医疗的研究需要使用到小量危险的化学制品，如致癌化学蒸汽等，这些物质应当被操作在稳定的气流区间（如层流空间）以隔离人员，并在操作空间的排气导管中连结气罩并过滤至建物排气系统中释放。
    B 型式的安全柜可具有附加的HEPA 过滤器以消除由操作空间产生的微粒与化学物质对下游风机的污染，来避免二次污染。此型式之生物安全柜操作空间的下吹气流至少需达0.5 m/sec（100 fpm）或以上，依排气比例又分为型式B1 及B2两种。
    型式B1 的安全柜（机体结构如图1-5a）必须连结排气导管，最好有与空调排气系统分离的专属的排气系统，气流分流比为30%回风经HEPA 再循环至工作台面，70%则经出风HEPA 排出。为了维持严格的安全操作方式，实验室人员使用型式B 的安全柜进行试验时，连结安全柜排气导管的排风风机应连接至紧急的供应电源，目的在断电下仍能有足够电力排出危害气体至排气系统中，免于泄漏进入实验室。
    B1 的结构设计型态另有Bench Top 型，其设计将风机安装于安全柜上方（机体结构如图1-5b），同样可提供与基本型相同的保护，且柜璧间之气流可保持相对负压，对人员及环境提供多一层保障。

A. 窗口开口
B. 窗口
C. 排气HEPA过滤器
D. 供风HEPA过滤器
E. 负压排气室（Negative pressure exhaust plenum）
F. 风机
G. 附加排气HEPA过滤器（Additional HEPA filter for supplyair）
图1-5a. 第二级型式B1 生物安全柜（基本型，本型安全柜的排气需连接至建筑物的排气系统）

A. 窗口开口
B. 窗口
C. 排气HEPA过滤器
D. 负压排气室
E. 供风HEPA过滤器
F. 风机
G. 供风室（Supply plenum）
图1-5b. 第二级型式B1 生物安全柜（Bench Top 型设计，本型安全柜的排气需连接至建筑物的排气系统）

（三）第二级型式B2 生物安全柜：
    此形式的安全柜为一100%全排气之生物安全柜，无内部循环气流，可同时提供生物性及化学性的安全控制，其机体结构设计如图1-6 所示。当试验之化学蒸汽可能会破坏HEPA 过滤材料、框架、衬垫或危害人体健康时应考虑使用此式的安全柜。
    在安全柜顶部的供气风机吹进正压室内，空气经过HEPA 过滤器并往下进入安全柜的工作平面，安全柜操作区将气体引导通过前及后的开口网格，该形式安全柜供风风速至少需达到在工作台平面上速度0.5 m/sec （100 fpm）。在排出室外前，所有气体均需通过HEPA 过滤器（或者其它一些空气清净的装置，如同活性碳过滤器），其排气量的设计至少应达到0.57 m3/s。排气量高的结果导致此一形式的安全柜有较为昂贵的成本。
    安全柜可设置一个与排气系统连结的安全互锁（safety interlock）系统（由制造商所装设），目的为防止安全柜供气风机不论任何时刻排出的气流不足时仍能提供稳定的排气流量。连结安全柜的建物排气系统其管路中气流压力应有一个独立的压力表装置以随时监视。

A. 窗口开口
B. 窗口
C. 排气HEPA过滤器
D. 供风HEPA过滤器
E. 负压排气室
F. 风机
G. 供风分布口（Supply Diffuser）
Note: 建筑物的排气系统及活性碳过滤器不列于本图上。
图1-6.第二级型式B2 生物安全柜（本型安全柜的排气需连接至建筑物的排气系统）

2.3 第三级生物安全柜
    第三级的生物安全柜（机体结构设计如图1-7 所示）设计目的在于工作使用上被归于生物安全第四级的微生物试剂。安全柜的内部需为一个漏气率低于10-5ml/sec 的封闭空间，并含一个封闭的观察窗口。对于试料在此封闭的安全柜是采取通过一浸水槽（可穿过安全柜台面）或双层门的开口箱（如一双门灭菌锅）方式进出。此型式安全柜的供给与排出气体均需经过HEPA 过滤器过滤。试验进行时，其对外的排气必须经过两个HEPA 过滤器或一个HEPA 过滤器含一个气体燃烧室。在对外排气时，气压应受安全柜外部的专用独立排气系统所控制，以保持安全柜任何时刻均在负压状态下，负压值通常约为0.124 kPa （0.5 in·WG）。
    安全柜试验的操作为利用附加于安全柜窗口的密封橡胶手套进行，虽然手套产生移动的不便，但是它们预防使用者直接接触危险的物质。明显的提升了个人区有乱流产生，但是气流仍局限在柜内不会外泄。
    许多第三级的安全柜能被结合成线性系统以提供一个更大的工作区，特殊改造的设备（如冰箱、小型升降梯、小型动物笼架、显微镜、离心机、细菌培养器等）安装于安全柜内才有足够的空间。因此，第三级安全柜通常安装于已经管制出入、特殊通风或特殊防护系统的最严格污染控制实验室内。

A. 手套端的O形环（glove ports with O-ring for attaching arm- length gloves to cabinet）
B. 窗口
C. 排气HEPA过滤器
D. 供风HEPA过滤器
E. 两头型灭菌锅传递箱（Double ended autoclave or pass-through box）
Note: 在安全柜中化学浸泡槽应被装置在工作台面之下。
图1-7.第三级生物安全柜（本型安全柜的排气需连接至建筑物的排气系统）

3 生物安全柜的选用
    生物物安全柜对人员、环境与操作物所提供的保护依其等级不同而有所差异，表1为使用场所的生物安全等级与应选用安全柜等级的对照表，可供使用者作一快速比对参考，而表1 则为上述三种等级安全柜之特性列表整理，包括了最为基本的操作面速度要求、适用物质型态等。