多年以来，生物安全柜的基本设计已经历了多次改进。主要的变化是在排风系统增加了HEPA 过滤器。对于直径0.3μm 的颗粒，HEPA 过滤器可以截留99.97%，而对于更大或更小的颗粒则可以截留99.99%。HEPA 过滤器的这种特性使得它能够有效地截留所有已知传染因子，并确保从安全柜中排出的是完全不含微生物的空气。生物安全柜设计中的第二个改进是将经HEPA 过滤的空气输送到工作台面上，从而保护工作台面上的物品不受污染。这一特点通常被称为实验对象保护（product protection ）。这些基本设计上的变化使得三种级别的生物安全柜都得到了改进，表8 列出了各种安全柜所能提供的保护。
注：水平和垂直方向流出气流的工作柜（ “超净工作台”）不属于生物安全柜，也不能应用于生物安全操作。
表8 不同保护类型及生物安全柜的选择
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保护类型 |
生物安全柜的选择 |
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个体防护，针对危险度1～3 级微生物 |
Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级生物安全柜 |
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个体防护，针对危险度4 级微生物，手套箱型实验室 |
Ⅲ级生物安全柜 |
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个体防护，针对危险度4 级微生物，防护服型实验室 |
Ⅰ级、Ⅱ级生物安全柜 |
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实验对象保护 |
Ⅱ级生物安全柜，柜内气流是层流的Ⅲ级生物安全柜 |
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少量挥发性放射性核素∕化学品的防护 |
Ⅱ级B1 型生物安全柜，外排风式Ⅱ级A2型生物安全柜 |
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挥发性放射性核素∕化学品的防护 |
Ⅰ级、Ⅱ级B2 型、Ⅲ级生物安全柜 |
Ⅰ级生物安全柜
图6 为Ⅰ级生物安全柜的原理图。房间空气从前面的开口处以0.38 m/s 的低速率进入安全柜，空气经过工作台表面，并经排风管排出安全柜。定向流动的空气可以将工作台面上可能形成的气溶胶迅速带离实验室工作人员而被送入排风管内。操作者的双臂可以从前面的开口伸到安全柜内的工作台面上，并可以通过玻璃窗观察工作台面的情况。安全柜的玻璃窗还能完全抬起来，以便清洁工作台面或进行其他处理。
安全柜内的空气可以通过HEPA 过滤器按下列方式排出：
（a）排到实验室中，然后再通过实验室排风系统排到建筑物外面；
（b） 通过建筑物的排风系统排到建筑物外面；
（c） 直接排到建筑物外面。HEPA 过滤器可以装在生物安全柜的压力排风系统（the exhaust plenum ）里，也可以装在建筑物的排风系统里。有些Ⅰ级生物安全柜装有一体式排风扇，而其他的则是借助建筑物排风系统的排风扇。
Ⅰ级生物安全柜是最早得到认可的，并且由于其设计简单，目前仍在世界各地广泛使用。Ⅰ 级生物安全柜能够为人员和环境提供保护，也可用于操作放射性核素和挥发性有毒化学品。但因未灭菌的房间空气通过生物安全柜正面的开口处直接吹到工作台面上，因此Ⅰ级生物安全柜对操作对象不能提供切实可行的保护。
图6 Ⅰ级生物安全柜原理图
A：前开口；B：窗口；C：排风HEPA 过滤器；D：压力排风系统
