细胞培养室生物气溶胶污染：洁净环境下的隐形威胁

在现代生物医学研究和制药生产中，细胞培养室作为提供无菌操作的洁净空间，其环境安全直接关系到实验结果的可靠性和药品质量。然而，反复出现的生物气溶胶污染正成为威胁其正常运行的重大隐患。这些漂浮在空气中的微生物颗粒，虽浓度极低却具有高度扩散性，传统检测方法往往因采样效率低下和定性能力不足，难以准确捕捉其真实组成。

青岛大学附属医院青岛癌症研究院的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表的最新研究指出，尽管通过严格控制环境条件可有效预防微生物污染，但定期的空气微生物检测仍是保障最终产品纯度和安全的关键。当前面临的核心挑战在于：如何高效捕获洁净室中低浓度的空气微生物，并对其进行全面的定性表征。

 绿色可溶解过滤器 HAFM：采样技术的颠覆性创新

受绿色可溶解过滤材料启发，研究团队开发的 HAFM（透明质酸基可溶解过滤器）在生物气溶胶采样中展现出独特优势。与常用的自然沉降法、冲击器采样和不可溶解聚合物过滤器相比，HAFM 兼具超高拦截效率（>99%）和优异的水溶性，无需繁琐的洗脱和提取步骤，实现了样品的最大转移和最小损失。

实验数据显示，对于 0.7-2.0μm 的生物气溶胶颗粒，HAFM 的物理采样效率超过 99.9%，远高于 AGI-30 撞击器（<50%）和 BSA-350 气旋采样器（80-90%）。其水溶性特性使捕获的微生物样本可直接在水溶液中释放，便于后续的菌落培养、显微镜观察和高通量测序等多种分析，彻底改变了传统过滤器因刚性结构导致的样品处理难题。

图 1.使用传统自然沉淀、常用的撞击器和基于 HAFM 的绿色过滤对生物气溶胶污染进行采样和表征的示意图。

多维度解析细胞培养室微生物群落结构

研究团队在青岛癌症研究院的三个独立细胞培养室中开展系统研究，同步采用自然沉降、冲击器和 HAFM 过滤采样，结合培养与非培养方法进行微生物群落分析。通过高通量测序技术，首次全面揭示了细胞培养室生物气溶胶的微生物组成图谱。

在细菌群落中，假单胞菌（44.34%）、水杆菌（14.25%）、脱氯单胞菌（3.17%）、嗜热菌（3.02%）和溪栖菌（2.72%）成为共享优势属；真菌群落则以曲霉（17.39%）、枝孢菌（12.62%）、 Apiotrichum（8.91%）、Epicoccum（6.82%）和链格孢（5.02%）为主。值得注意的是，传统培养方法检测到的葡萄球菌等优势菌，在非培养的 HAFM 检测中占比极低，揭示了培养法因可培养性限制导致的微生物多样性低估问题。

图 2.菌落培养后从自然沉淀（20 分钟）、撞击器（125 L/min、2.5 m 和基于 HAFM 的过滤（40 L/min、2.5 m 3）获得的代表性细菌 （a） 和真菌 （b） 琼脂平板的照片。细菌 （c） 和真菌 （d） 的气溶胶浓度通过细胞培养室 A、B 和 C 的不同生物气溶胶采样方法测定，其中沉降结果通过 Omeliansky 转换方程分析。（e） HAFM 在孵育和染色后捕获的微生物的 CLSM 图像。（f-g）孵育后 HAFM 捕获的不同放大倍率下微生物的 SEM 图像。

图 3.在细胞培养室 A、B 和 C 中通过四种采样方法（撞击式、过滤式、HAFM 和 MCE）捕获的细菌门 （a） 和属 （b） 的群落丰度分析。从四种采样方法获得的共享和特异性门水平 （c） 和属水平 （d） 基因组的维恩图。

HAFM 引领生物气溶胶检测技术升级

对比分析显示，HAFM 采样检测到的微生物属数量达 361 个，分别是 MCE 过滤器（187 个）、传统过滤法（9 个）和冲击器（9 个）的 2.2 倍、5.2 倍和 11.8 倍。其 Alpha 多样性指标（Chao1 指数、Shannon 指数）均显著高于其他方法，证实 HAFM 在捕获微生物数量和种类上的绝对优势。

该技术的突破在于将高效采样与便捷后处理结合：一方面，HAFM 的高拦截效率弥补了洁净室生物气溶胶浓度低的难题；另一方面，可溶解特性避免了传统过滤器需要长时间浸泡、涡旋和超声处理导致的样品损失。研究人员通过共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）和扫描电子显微镜（SEM）直观观察到，HAFM 捕获的微生物在培养后呈现丰富的形态多样性，球形微生物占主导地位。

表 1 从不同采样方法获得的详细系统发育分类摘要，包括结构域、界、门、类、目、科、属、种和扩增子序列变体 （ASV）。

为生物安全防控提供精准理论依据

这项研究的重要意义在于，其揭示的微生物群落结构为细胞培养室的污染溯源和防控提供了关键线索。例如，优势菌属假单胞菌和曲霉均为组织培养中常见的污染菌，证实了生物气溶胶污染与细胞培养污染的直接关联。

研究团队指出，HAFM 技术不仅实现了生物气溶胶的定量检测（三间培养室的生物气溶胶浓度为 15-64 CFU/m³，均符合国家标准），更通过定性分析揭示了 “微生物数量与多样性的不一致性”—— 如培养室 C 虽生物气溶胶浓度最低，但特异性属数量最多，强调了同时进行定量和定性分析的必要性。

展望：开启洁净环境微生物监测新纪元

该研究为解决洁净室生物气溶胶检测难题提供了全新路径。HAFM 技术凭借其绿色可溶解、高效采样和兼容多维度分析的特性，有望成为制药、生物实验室等高端洁净环境的标准检测工具。正如研究团队所强调，这种创新方法 “克服了洁净室中生物气溶胶准确检测和鉴定的不足”，为制定针对性的环境管理和灭菌策略提供了科学基础，真正实现了污染的 “防患于未然”。

随着技术的进一步优化，HAFM 未来可能与现场快速检测技术结合，形成从采样到鉴定的一体化解决方案，为生物安全领域带来更深远的技术变革。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jece.2025.116854