Bagian 3 Lemari Keamanan Hayati Laboratorium Medis

Lemari keamanan hayati dirancang untuk melindungi operator, lingkungan laboratorium, dan bahan eksperimen dari paparan aerosol infeksius dan percikan yang mungkin dihasilkan saat menangani bahan eksperimen infeksius seperti kultur primer, galur bakteri dan virus, serta spesimen diagnostik.

Lemari keamanan hayati dapat dibagi menjadi tiga kelas utama—Kelas I, Kelas II, dan Kelas III—untuk memenuhi berbagai persyaratan penelitian biologi dan pencegahan epidemi. Lihat Tabel 7-4.

Tabel 7-4 Klasifikasi Lemari Keamanan Hayati

Kelas Tipe Pembuangan Udara Udara Resirkulasi (%) Aliran Udara Lemari Kecepatan Aliran Masuk (m/s) Target Perlindungan
Kelas I Dapat membuang udara ke dalam ruangan — Aliran turbulen ≥ 0,40 Operator
Kelas II Tipe A1 Dapat membuang udara ke dalam ruangan 70 Aliran searah ≥ 0,38 Operator dan sampel
Tipe A2 Dapat membuang udara ke dalam ruangan 70 Aliran searah ≥ 0,50
Tipe B1 Tidak boleh membuang udara ke dalam ruangan 30 Aliran searah ≥ 0,50
Tipe B2 Tidak boleh membuang udara ke dalam ruangan 0 Aliran searah ≥ 0,50
Kelas III Tidak boleh membuang udara ke dalam ruangan 0 Aliran turbulen Tidak ada lubang aliran masuk; saat satu sarung tangan dilepas, kecepatan port sarung tangan ≥ 0,70 Utamanya operator, terkadang juga sampel

Lemari keamanan hayati Kelas I dan Kelas II pada dasarnya adalah penutup tersegel dengan lubang depan kerja dan lubang pembuangan udara di bagian atas. Aerosol terkontaminasi yang dihasilkan di zona kerja tertahan di dalam lemari oleh aliran udara yang ditarik masuk melalui lubang depan. Selain itu, aerosol terkontaminasi dalam udara buangan ditangkap oleh filter HEPA.

Dua hal perlu diperhatikan terkait isolasi lokal yang disediakan oleh lemari Kelas I dan II:

  1. Cara pertahanan berupa penarikan udara ke dalam dari lubang dengan tekanan negatif tidak bersifat mutlak dan tidak dapat diandalkan saat menangani patogen dan zat kimia yang sangat berbahaya. Hal ini karena begitu lemari berhenti beroperasi, efek isolasi aliran udara tidak ada lagi; dan untuk patogen yang menempel pada tangan dan instrumen yang melewati lubang, isolasi aliran udara ini sama sekali tidak efektif. Selain itu, jika bagian dalam lemari terkontaminasi, mikroorganisme dapat berkembang biak di dalam lemari.

  2. Komponen gas dalam udara dapat melewati filter HEPA, sehingga harus sangat berhati-hati saat menggunakan zat gas tersebut. Dibutuhkan sekitar 20–30 detik bagi gas di dalam lemari untuk diencerkan hingga 1/10 konsentrasi awalnya; ketika lemari keamanan hayati digunakan untuk eksperimen kimia, langkah-langkah yang sesuai harus diambil berdasarkan sifat dan jumlah zat yang ditangani.

I. Lemari Keamanan Hayati Kelas I

Lemari keamanan hayati Kelas I menarik udara masuk melalui lubang depannya dan membuang udara yang telah diolah dengan filter HEPA melalui saluran pembuangan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7-24.

[Gambar: Skema lemari keamanan hayati Kelas I, empat panel — (a) diagram aliran udara dengan udara masuk di lubang depan dan membuang ke atas setelah filtrasi HEPA di bagian atas; (b) skema tampak samping pembuangan udara, dengan garis penanda yang menandai saluran pembuangan dan filter HEPA pembuangan; (c) tampak samping yang menunjukkan lengan operator menjangkau ke dalam lemari, ditandai “5”; (d) tampak depan dengan empat lubang kerja melingkar, ditandai “1”, “2”, “3”, “4”]

Gambar 7-24 Lemari Keamanan Hayati Kelas I

Secara umum, kecepatan rata-rata di lubang adalah 0,38 m/s atau lebih tinggi; saat menangani zat berbahaya, penyekat yang sesuai dapat memperkecil luas lubang hingga setengahnya, meningkatkan kecepatan rata-rata lubang menjadi 0,76 m/s atau lebih tinggi. Jika ditinjau murni dari sudut pandang biologi, udara buangan dapat dibuang ke dalam ruangan. Lemari keamanan hayati Kelas I menyuplai zona kerja dengan udara dari ruangan, sehingga tidak dapat digunakan untuk operasi yang membutuhkan kondisi steril dan bersih. Namun, jenis lemari ini paling cocok untuk pekerjaan pemeriksaan umum seperti pengujian biokimia dan serologis di rumah sakit dan lingkungan serupa. Lemari ini juga dapat menampung peralatan yang menghasilkan aerosol dalam jumlah besar (seperti sentrifugal dan pembersih ultrasonik), asalkan konstruksinya disesuaikan dengan tepat. Sebagai contoh, untuk sentrifugal, ruang sentrifugasi harus diisolasi dari motor agar angin yang dihasilkan oleh putaran sentrifugal tidak memengaruhi kinerja lemari.

Bagian depan lemari keamanan hayati Kelas I juga dapat memiliki 2–4 lubang melingkar yang dilengkapi dengan sarung tangan lengan panjang, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7-24 (c) dan (d).

Pola aliran udara di dalam lemari keamanan hayati Kelas I ditunjukkan pada Gambar 7-25.

[Gambar: Skema pola aliran udara pada lemari keamanan hayati Kelas I; legenda membedakan udara ruangan, udara terkontaminasi, dan udara yang telah disaring filter HEPA; label: 1 lubang depan, 2 jendela penglihatan, 3 filter HEPA pembuangan, 4 saluran pembuangan]

Gambar 7-25 Skema Aliran Udara pada Lemari Keamanan Hayati Kelas I

1—lubang depan; 2—jendela penglihatan; 3—filter HEPA pembuangan; 4—saluran pembuangan

[Gambar: Lemari keamanan hayati Kelas II-A, tampilan (a) dan (b); legenda menggunakan area bertitik untuk zona terkontaminasi tekanan negatif dan area bergaris arsir untuk zona terkontaminasi tekanan positif]

Gambar 7-26 Lemari Keamanan Hayati Kelas II-A

II. Lemari Keamanan Hayati Kelas II-A

Ini adalah jenis lemari keamanan yang paling banyak digunakan dalam mikrobiologi. Seperti lemari Kelas I, lemari ini menghisap udara masuk melalui lubang depan dan mengolah udara buangan dengan filter HEPA untuk mencegah aerosol terlepas. Namun, di zona kerja, udara bersih yang mengalir vertikal ke bawah disuplai melalui filter HEPA—disebut aliran searah vertikal dalam teknologi udara ruang bersih, juga umum disebut aliran laminar vertikal.

Karena efek hisapan dari lubang aliran masuk, sulit untuk mencapai aliran paralel vertikal di bagian bawah lubang dibandingkan dengan bagian atas. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7-26 (a), sebagian garis alir di atas permukaan kerja melengkung ke arah lubang depan dan sebagian lagi melengkung ke dalam.

Hal ini memunculkan dua konsep—zona terkontaminasi tekanan negatif dan zona terkontaminasi tekanan positif.

Pada Gambar 7-26 (a), permukaan kerja dan ketinggian tertentu di atasnya berada pada tekanan negatif sisi hisap kipas, sedangkan dalam jarak tertentu di bawah permukaan pembuangan filter HEPA, udara masih berada di bawah tekanan dinamis pembuangan; oleh karena itu, kontaminan selama operasi tidak dapat naik dan hanya dapat ditarik ke bawah, dengan tekanan negatif mencapai maksimum pada saluran masuk hisap kipas. Dengan demikian, zona terkontaminasi dari jarak tertentu di bawah permukaan pembuangan hingga saluran masuk hisap kipas adalah zona terkontaminasi tekanan negatif.

Kontaminasi di zona terkontaminasi tekanan negatif tidak dapat bocor ke luar.

Kontaminan yang dihisap oleh kipas dibuang dari saluran keluar kipas, di mana tekanan positifnya paling besar, dan dialirkan sepanjang saluran ke permukaan masuk filter HEPA, di mana terdapat tekanan positif yang cukup untuk mengatasi hambatan filter dan membuang udara pada kecepatan tertentu. Bagian ini penuh dengan kontaminan dan berada pada tekanan positif, sehingga disebut zona terkontaminasi tekanan positif.

Kontaminasi di zona terkontaminasi tekanan positif dapat bocor ke luar.

Pada Gambar 7-26 (b), apa yang dihisap kipas adalah udara bersih yang telah melewati filter HEPA; hanya pada permukaan masuk filter—yaitu permukaan kerja dan ruang tertentu di atasnya—terdapat zona yang terkontaminasi sekaligus bertekanan negatif, termasuk dalam zona terkontaminasi tekanan negatif. Oleh karena itu, konstruksi ini tidak memiliki zona terkontaminasi tekanan positif dan lebih aman dibandingkan konstruksi pada Gambar 7-26 (a).

Zona terkontaminasi tekanan positif harus dihindari dalam konstruksi lemari keamanan hayati. Untuk menjamin aliran searah, beberapa desain menarik udara ke seluruh bukaan zona kerja; namun, karena bagian bawah zona kerja terisi selama pengoperasian dengan sedikit ruang kosong, perbedaan kinerjanya tidak banyak dibandingkan desain sebelumnya.

Sekitar setengah dari aliran searah dan seluruh udara yang ditarik di bukaan depan masuk melalui lubang masuk beralur di ujung bawah bukaan depan. Oleh karena itu, rasio yang tepat antara aliran paralel vertikal dan aliran masuk di bukaan menentukan kinerja lemari keselamatan. Jika hisapan terlalu kuat, udara ruangan menembus jauh ke dalam zona kerja dan menyebabkan kontaminasi, seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 7-27 (c); sebaliknya, jika aliran searah vertikal terlalu kuat, aerosol terkontaminasi keluar ke ruangan, seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 7-27 (a); lemari ini hanya cocok jika kedua situasi tersebut dihindari, seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 7-27 (b).

[Gambar: Gbr. 7-27 Keseimbangan aliran udara bukaan lemari keselamatan biologi Kelas II-A, kasus (a), (b), dan (c)]

Tinggi bukaan tidak lebih dari 20 cm, memungkinkan bahan dan instrumen biasa masuk dan keluar, tetapi harus berhati-hati dengan barang berukuran besar; jendela kaca geser vertikal dapat digunakan. Namun, untuk menjaga variasi kecepatan aliran masuk di bukaan dalam rentang ±10%, luas bukaan harus ditentukan secara ketat untuk berbagai kondisi; oleh karena itu, untuk lemari yang dilengkapi jendela geser, pengoperasian harus dilakukan pada tinggi sash yang ditentukan.

Karena lemari keselamatan kelas ini menggunakan sekitar 70% udara resirkulasi, lemari ini tidak cocok untuk menangani zat kimia sangat berbahaya; ketika bahan kimia berbahaya tidak ditangani di dalam lemari, udara dapat dibuang langsung ke laboratorium—susunan resirkulasi dalam ruangan yang menguntungkan dari segi beban pendingin udara dan tata letak saluran.

Gbr. 7-28 adalah skema sambungan kanopi (thimble) antara lemari keselamatan biologi Kelas II-A dan saluran pembuangan. Lemari keselamatan biologi Kelas II-A dibagi lagi menjadi Tipe A1 dan Tipe A2, seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 7-29 dan Gbr. 7-30.

[Gambar: Gbr. 7-28 Skema sambungan kanopi (thimble) antara lemari keselamatan biologi Kelas II-A dan saluran pembuangan]

1—peredam volume udara; 2—konektor fleksibel; terhubung ke sistem pembuangan; 3—rumah filter HEPA pembuangan lemari keselamatan biologi; 4—kanopi pembuangan (thimble); 5—lemari keselamatan biologi

Catatan: Terdapat celah 25 mm antara kanopi pembuangan 4 dan rumah filter HEPA pembuangan 3; celah ini memungkinkan udara ditarik dari ruangan.

Lemari keselamatan biologi Kelas II Tipe A1 hanya menggunakan satu peniup, yang mensirkulasikan udara di dalam lemari antara filter udara balik dan filter pembuangan. Udara di antara kipas dan kedua filter tersebut terkontaminasi dan berada pada tekanan positif. Lihat Gbr. 7-29.

Gbr. 7-30 adalah skema aliran udara pada lemari keselamatan biologi Kelas II Tipe A2 model meja. Lemari Kelas II Tipe A2 meresirkulasi 70% udara; 30% sisanya dibuang ke luar ruangan setelah disaring melalui filter pembuangan. Aerosol terkontaminasi yang dihasilkan dari pengoperasian di ruang kerja meja bercampur dengan udara yang ditarik dari ruangan dan masuk ke saluran udara balik. Berbeda dengan lemari keselamatan biologi Kelas II Tipe A1, saluran udara balik lemari Kelas II Tipe A2 (nomor 6 pada Gbr. 7-30) selalu berada pada tekanan negatif, sehingga lebih aman dibandingkan Tipe A1.

[Gambar: Gbr. 7-29 Skema aliran udara pada lemari keselamatan biologi Kelas II Tipe A1; 1—bukaan depan; 2—jendela pandang depan; 3—filter HEPA pembuangan; 4—filter HEPA suplai; 5—saluran udara belakang; 6—peniup]

[Gambar: Gbr. 7-30 Skema aliran udara pada lemari keselamatan biologi model meja Kelas II Tipe A2 (a) samping; (b) depan; 1—bukaan depan; 2—jendela pandang kerja; 3—filter HEPA pembuangan; 4—filter HEPA suplai; 5—saluran tekanan positif; 6—saluran tekanan negatif; legenda: udara ruangan / udara terkontaminasi / udara tersaring HEPA; permukaan kerja]

III. Lemari Keselamatan Biologi Kelas II-B

Lemari keselamatan biologi Kelas II-B memiliki tingkat keamanan yang lebih tinggi dibandingkan lemari Kelas II-A karena alasan berikut:

  1. Kecepatan rata-rata di bukaan depan mencapai 0,5 m/s atau lebih;

  2. Tidak ada zona terkontaminasi tekanan positif;

  3. Proporsi udara resirkulasi diturunkan menjadi 30%, bahkan hingga nol.

Jendela kaca pada bukaan depan lemari keselamatan biologi Kelas II-B bertipe geser vertikal, namun selama pengoperasian, jendela tersebut harus, sama seperti pada Kelas II-A, dijaga pada ketinggian jendela geser yang telah ditentukan. Karena kecepatan rata-rata bukaan cukup tinggi, ketinggian bukaan umumnya adalah 20 cm; ketika jendela tidak berada pada ketinggian yang ditentukan, perangkat alarm akan mengeluarkan sinyal peringatan.

Karena patogen dan zat kimia yang lebih berbahaya dapat ditangani di lemari keselamatan biologi Kelas II-B, udara buang harus dibuang ke luar ruangan, dengan sambungan saluran udara buang yang tertutup rapat dalam kondisi tekanan negatif.

Ketika beberapa lemari keselamatan dipasang, setiap lemari sebaiknya menggunakan saluran independen, bukan saluran bersama.

Lemari keselamatan biologi Kelas II-B terbagi lagi menjadi Tipe B1 dan Tipe B2, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7-31 hingga 7-34.

[Gambar: Gambar 7-31 Lemari keselamatan biologi Kelas II Tipe B1 (a) sisi; (b) depan; 1—bukaan depan; 2—jendela penglihatan kerja; 3—filter HEPA udara buang; 4—filter HEPA udara suplai; 5—saluran udara buang tekanan positif; 6—peniup; 7—filter HEPA udara suplai tambahan; legenda: udara ruangan / udara terkontaminasi / udara terfilter HEPA]

Dari udara yang dikeluarkan oleh kipas bagian bawah, sebagian dibuang melalui filter HEPA udara buang dan sebagian lagi dialirkan kembali ke dalam lemari melalui filter suplai. Bukaan hisap disediakan di bagian belakang tengah dan bawah ruang kerja; di bawah kerja kipas buang sistem, sebagian udara juga dibuang melalui bagian tersebut untuk menghindari zona aliran mati.

Gambar 7-32 menunjukkan konstruksi lain Kelas II Tipe B1 yang memiliki satu filter HEPA lebih sedikit.

[Gambar: Gambar 7-32 Lemari keselamatan Kelas II-B dengan udara resirkulasi (a) penampang samping; (b) depan dan samping; label: saluran udara buang, filter HEPA udara buang, jendela geser kaca, filter HEPA udara suplai]

Gambar 7-33 jelas merupakan desain pembuangan total: melalui daya hisap kipas buang (tidak terpasang di dalam lemari), udara terkontaminasi dari ruang kerja dan udara ruangan ditarik masuk ke saluran udara buang tekanan negatif nomor 5. Kipas suplai internal menghisap udara ruangan dan menyalurkannya ke ruang kerja setelah melewati filtrasi HEPA.

▨ udara ruangan　■ udara terkontaminasi　□ udara terfilter HEPA

[Gambar: Gambar 7-33 Lemari keselamatan biologi Kelas II Tipe B2 (a) sisi; (b) depan; 1—bukaan depan; 2—jendela penglihatan kerja; 3—filter HEPA udara buang; 4—filter HEPA udara suplai; 5—saluran udara buang tekanan negatif; 6—peniup; 7—kasa filter]

[Gambar: Gambar 7-34 Lemari keselamatan biologi Kelas II-B pembuangan total (skema zona terkontaminasi tekanan negatif)]

Gambar 7-34 merupakan skema zona terkontaminasi pada lemari Kelas II Tipe B2 pembuangan total yang dilengkapi kipas.

Persamaan dan perbedaan antara lemari keselamatan Kelas II-A dan Kelas II-B dibandingkan pada Tabel 7-5.

Tabel 7-5 Perbandingan Lemari Keselamatan Biologi Kelas II-A dan Kelas II-B

Item Kelas II-A Kelas II-B
Zona terkontaminasi tekanan positif A1 ya, A2 tidak Tidak ada
Struktur pelindung depan Jendela bukaan tetap atau geser vertikal (sama dengan kolom kiri)
Ketinggian bukaan depan (mm) 200 (sama dengan kolom kiri)
Kecepatan udara suplai di zona kerja (m/s) ≥ 0,23 (sama dengan kolom kiri)
Udara resirkulasi (%) 70 30–0
Udara buang A1 dalam ruangan / A2 luar ruangan Luar ruangan

Tabel lanjutan

Item Kelas II-A Kelas II-B
Agen yang dapat ditangani Patogen umum Tingkat 1–3 Tingkat 1–3
Materi genetik rekombinan Tingkat P1–P3 Tingkat P1–P3
Karsinogen kimia A1 tidak diizinkan / A2 diizinkan (pada konsentrasi rendah) Diizinkan (pada konsentrasi rendah)
Zat radioaktif A1 tidak diizinkan / A2 diizinkan (pada konsentrasi rendah) Diizinkan (pada konsentrasi rendah)
Pelarut volatil A1 tidak diizinkan / A2 diizinkan (pada konsentrasi rendah) Diizinkan

Catatan: Konstruksi jendela geser harus dapat mengunci posisinya atau dilengkapi dengan perangkat alarm yang aktif ketika jendela tidak berada pada posisi yang telah ditentukan.

IV. Lemari Keselamatan Biologi Kelas III

Kelas lemari keamanan hayati ini cocok untuk operasi dengan tingkat bahaya tertinggi dalam eksperimen yang melibatkan virus, bakteri, parasit, materi genetik rekombinan, dan sejenisnya. Melalui sarung tangan karet panjang yang terpasang pada lemari tekanan negatif yang tertutup rapat sepenuhnya, operator melakukan semua pekerjaan eksperimen di zona kerja lemari yang tertutup—memelihara dan membedah hewan yang terinfeksi, menangani materi jaringan, mengkultur patogen, pengamatan mikroskopis, dan sentrifugasi.

Beberapa standar nasional mewajibkan filter HEPA pada lemari keamanan Kelas III memiliki efisiensi 99,997% atau lebih untuk partikel 0,3 μm—satu tingkat lebih tinggi daripada filter HEPA biasa, setara dengan filter Kelas C dalam standar nasional.

Pada lemari keamanan hayati Kelas III (Gbr. 7-35), udara suplai masuk ke dalam lemari dari atas ke bawah melalui filter HEPA, sedangkan udara buangan diolah oleh dua set filter HEPA secara seri sebelum dibuang. Tekanan negatif di dalam lemari umumnya dipertahankan pada sekitar 125 Pa. Semua operasi harus dilakukan melalui sarung tangan lengan panjang, dan semua materi yang masuk atau keluar harus melewati autoklaf dua pintu atau tangki perendaman yang berisi disinfektan.

[Gambar: Gbr. 7-35 Prinsip kerja lemari keamanan hayati Kelas III (a) tampak samping; (b) tampak depan; legenda: udara ruangan / udara terkontaminasi / udara tersaring HEPA; 1—sarung tangan dan lubang sarung tangan; 2—jendela penglihatan kerja; 3—filter HEPA buangan; 4—filter HEPA suplai; 5—autoklaf dua pintu atau filter HEPA kotak lintas; 5—saluran buang tekanan positif; 6—peniup; 7—filter HEPA suplai tambahan (gambar asli memiliki dua label “5”, tampaknya merupakan kesalahan pencetakan/penomoran)]

Lemari keamanan hayati Kelas III selanjutnya dibagi menjadi dua jenis berikut:

  1. Jenis mandiri: digunakan ketika hanya dibutuhkan satu lemari keamanan hayati, seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 7-36.

[Gambar: Gbr. 7-36 Konstruksi lemari keamanan Kelas III jenis mandiri (a) filter suplai di bagian bawah; (b) filter suplai dan buang di sisi yang berlawanan; label: filter HEPA buangan (tahap ke-2), filter HEPA buangan (tahap ke-1), filter HEPA masuk, autoklaf, tangki perendaman kimia (kotak lintas), kipas buang, pembuangan ke luar ruangan]

  1. Jenis jalur (seri): digunakan ketika beberapa lemari keamanan hayati perlu dihubungkan, seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 7-37.

Lemari keamanan hayati jenis jalur disingkat GBL; di ujungnya terdapat autoklaf dengan pintu di kedua sisinya. Materi eksperimen tidak dapat dikeluarkan dari lemari secara langsung; materi harus disterilkan di dalam autoklaf sebelum dikeluarkan.

Dengan pengaturan ini, karena patogen tertutup rapat sepenuhnya di dalam perangkat kotak sarung tangan, laboratorium tetap tidak terkontaminasi, dan pakaian pelindung khusus, sarung tangan, masker, serta peralatan sejenis tidak diperlukan. Lihat Gbr. 7-37.

[Gambar: Gbr. 7-37 Lemari keamanan Kelas III jenis jalur (beberapa unit terhubung; label: bagian penghubung, kipas buang, pembuangan ke luar ruangan, autoklaf)]