Гончар М.В., к.х.н., руководитель отдела маркетинга, эксперт по оборудованию,
Столповский К.В., Автономная Некоммерческая Организация Аналитика и Высокие Технологии (АНО «АВТех»)
Развитие современных технологий и прогресс в различных областях науки и техники от фармацевтики и микробиологии до микроэлектроники и полупроводниковой промышленности определяют высокие требования к правильному оборудованию рабочего места в условиях работы в чистых зонах. Ламинарные шкафы и боксы биологической безопасности производства ESCO с момента их появления на рынке России и СНГ по настоящее время уверенно занимают лидирующие позиции в оснащении рабочих мест, требующих создания локальных чистых зон и/или соблюдения условий стерильности и безопасности работы.
Соответствие современным строгим требованиям к безопасности, чистоте и контролю необходимых параметров рабочей атмосферы вместе с привлекательной ценой, надежной эксплуатацией, современным дизайном, удобством работы обусловливают широкое использование современных ламинарных шкафов с горизонтальным и вертикальным потоком воздуха, а также боксов биологической безопасности производства ESCO.
Оборудование ESCO представлено широкой линейкой как ламинарных шкафов для защиты продукта (cleanbenches), так и боксов биологической безопасности (biosafety cabinets) 2 и 3 класса. Во всех современных моделях используются фильтры ULPA (Ultra Low Penetration Air), создающие локальные стерильные зоны Класса 3 по ISO и характеризующиеся эффективностью 99,9998% по частицам 0,12 мкм. Среди классических предложений ламинарных шкафов и боксов биологической безопасности ESCO есть интересные и уникальные предложения. Например, современные варианты исполнения ПЦР боксов с ламинарным потоком воздуха, ряд широко востребованных и особенно актуальных в настоящее время ламинарных станций для работы с животными, уникальные боксы биологической безопасности для проведения работ с цитотоксическими веществами и препаратами для химиотерапии (боксы цитотоксической безопасности), боксы для работы с радиоизотопами (новинка 2007 года).
Широкий модельный ряд включает в себя ассортимент от самых простых и недорогих моделей до высокотехнологичных боксов со сложнейшей электроникой и инновационных моделей, целиком выполненных из нержавеющей стали и/или со специальным антимикробным покрытием на основе ионов серебра; охватывает модели с длиной рабочей поверхности от 60 см до 180 см; предлагает модели на одно или два рабочих места, а также модели, соединенные между собой в сборочную линию. Весь модельный ряд сопровождается большим количеством аксессуаров и опций; можно заказать модель как в полной комплектации, включая подставку для ног и универсальные сервисные краны, так и в минимальной необходимой комплектации.
Классификация ламинаров
Ламинары нашли свое применение практически во всех областях науки и промышленности и необходимы для проведения исследований в биотехнологии, микробиологии, биохимии, молекулярной биологии, фармацевтике и медицине, электронной и пищевой промышленности. Термин «ламинар» появился от слова «ламинарный», т.е. «однородный», «без завихрений», поскольку основной чертой ламинаров является создание однородного потока очищенного воздуха, создающего в рабочем пространстве локальную зону для проведения стерильных работ.
Здесь необходимо прояснить терминологию, поскольку часто словом «ламинар» называют и ламинарные шкафы для защиты продукта, и боксы биологической безопасности. Итак, главный принцип классификации лежит в ответе на вопрос о том, что необходимо защищать.
Если главная задача - защита продукта, то эту задачу выполняют ламинарные шкафы для защиты продукта (англ. cleanbench). Их задача - только защитить продукт, и они используются для работы с безопасными для человека и окружающей среды непатогенными материалами. Например, для создания чистой зоны при манипуляции с полупроводниками, чипами для микроэлектроники, при фармацевтических процедурах. Это может быть рецептурное выполнение заказов в аптеке по приготовлению микстур, мазей, переливанию в тару масел, работа с БАД, лечебной, детской косметикой.
Ламинарные шкафы для защиты продукта всегда имеют фильтр высокой очистки на входе. Ламинарные шкафы подразделяются на ламинарные шкафы с вертикальным потоком воздуха и ламинарные шкафы с горизонтальным потоком воздуха. В настоящее время считается, что использование вертикального потока в ламинарных шкафах предпочтительнее использования горизонтального, так как в случае вертикального потока выходящий воздух не попадает в лицо оператору и создается меньше возможности создания локальных турбулентных зон при работе с крупногабаритным оборудованием.
Если же главная задача - защита оператора и окружающей среды, то эту задачу решают боксы биологической безопасности. Они подразделяются на три класса и всегда имеют хотя бы один фильтр высокой очистки на выходе.
Первый класс создает защиту оператора, обеспечивая фильтрацию воздуха, выходящего из рабочей зоны. В боксах биологической безопасности первого класса не работают в стерильных условиях. Такие боксы нужны в первую очередь там, где важна безопасность оператора. Типичный пример использования - работа с туберкулезной палочкой или повсеместное оснащение в недавнем прошлом почтовых служб при возникновении угрозы рассылки спор сибирской язвы по почте в конвертах. В подозрительных случаях все почтовые конверты вскрывались именно в боксах биологической безопасности первого класса.
Второй класс - самый распространенный класс боксов биологической безопасности -решает задачу защиты как продукта, так и оператора. Боксы биологической безопасности второго класса обеспечивают фильтрацию воздуха как на входе, так и на выходе из рабочей зоны, создавая тем самым и стерильные условия для работы с продуктом и гарантируя безопасность оператора при работе с опасными и патогенными микроорганизмами и материалам (1, 2, 3 уровни биобезопасности) внутри рабочей зоны.
Третий класс отличается от второго усиленной защитой оператора и окружающей среды. Он предназначен для работы с особо опасными патогенами (4 уровень биобезопаности). Боксы биологической безопасности третьего класса имеют изолированную герметичную рабочую зону с перепадом давления, доступ в рабочую область осуществляется с помощью перчаток и шлюза. Боксы биологической безопасности третьего класса, как и боксы второго класса, имеют один фильтр на входе, т.е. обеспечивают фильтрацию воздуха на входе в рабочую зону. Но на выходе они имеют два фильтра высокой очистки. Такие боксы обеспечивают максимальную защиту оператора и окружающей среды. Часто принадлежность боксов биологической безопасности к первому, второму или третьему классу совпадает с общим числом фильтров высокой очистки: 1, 2 или 3 шт.
Модельный ряд ламинаров ESCO
Ключевой особенностью ламинаров ESCO является наличие широкой линейки ламинаров как классических моделей, так и выполненных по специальному заказу или для реализации специфических задач.
Так, ПЦР боксы ESCO оснащены НЕРА-фильтрами высокой очистки, таймером для УФ лампы, складной фронтальной панелью с функцией блокировки УФ лампы, специальной полкой для декон-таминации; модели с микропроцессорным управлением имеют функцию мониторинга рабочих часов УФ лампы. Ламинарные станции для проведения процедуры экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) имеют специальную подогреваемую поверхность, антимикробное покрытие, возможность встраивания микроскопов.
Ламинарные шкафы для защиты продукта производства ESCO подразделяются на:
- Ламинарные шкафы с горизонтальным потоком
- Ламинарные шкафы с вертикальным потоком
- ПЦР-боксы
- Ламинарные станции для ЭКО
Среди боксов биологической безопасности ESCO, наравне с классическими моделями, есть и уникальные предназначенные, например, для проведения работ с цитотоксическими веществами и препаратами для химиотерапии (боксы цитотоксической безопасности). Они имеют открытый доступ в рабочую зону, но оснащены тремя фильтрами высокой очистки, два из которых расположены на выходе. При этом первый фильтр, очищающий выходящий из рабочей зоны воздух, расположен непосредственно под рабочей поверхностью, что позволяет проводить смену фильтра в максимально безопасном режиме. Есть боксы для работы с радиоактивными веществами. Боксы биологической безопасности наиболее распространенного второго класса представлены моделями с типами рециркуляции воздуха как с А2 так и В2 типов, что позволяет выбрать ламинары для стерильной работы с химическими летучими соединениями. Среди боксов биологической безопасности второго класса есть и новые модели, имеющие двойную фильтрацию воздуха на выходе для обеспечения дополнительной безопасности оператора и окружающей среды. Боксы биологической безопасности третьего класса на одно или два рабочих места могут быть целиком выполнены из нержавеющей стали, что важно для фармацевтических манипуляций и работ с особо опасными веществами. Для боксов биологической безопасности специально разработаны антимикробные покрытия BioCote и Isocide на основе ионов серебра, которые эффективно против широкого спектра микроорганизмов (E-coli, Staphylococcus aureus (вкл. MRSA), Pseudomonas и Listeria). Боксы биологической безопасности ESCO подразделяются на:
- Боксы биологической безопасности II класса, тип А2
- Боксы биологической безопасности II класса, тип А2, с двойной очисткой выходящего воздуха (новинка)
- Боксы биологической безопасности II класса, тип В2
- Боксы цитологической безопасности
- Боксы биологической безопасности для работы с радиоизотопами (новинка)
- Боксы биологической безопасности III класса
Кроме классических ламинарных шкафов и боксов биологической безопасности ламинары ESCO имеют в своем ассортименте ряд интересных и нестандартных предложений. Например, в последнее время в связи с различными биологическими угрозами (коровье бешенство, птичий грипп), ростом общей угрозы биотерроризма особенно актуально предложение специализированных ламинарных станций для работы с животными. Среди них есть модели, предназначенные для смены клеток, передвижные и открытые со всех сторон ламинары для одновременной работы нескольких человек. Бывают эксперименты, когда необходимо работать друг напротив друга, например, при разработке вакцин в ветеринарии или при стерильной работе с животными, находящимися в клетках. Это очень сложная задача, но она успешно решена. Предлагаемая модель открытого ламинара,
являющегося, по сути, боксом биологической безопасности второго класса, позволяет работать с животными в стерильной зоне, и в тоже время в лабораторию воздух возвращается очищенным. Кроме того, использование такого рода ламинаров является важным моментом профилактики аллергии на шерсть животных.
Современные фильтрационные технологии
Класс чистоты воздуха определяется количеством микрочастиц размером от 0,1 до 5 мкм в единице объема. Основу современных фильтрационных технологий составляют фильтры долгосрочной высокой очистки. Большинство производителей ламинаров устанавливает класс чистоты в рабочей зоне Класс 5 (по ГОСТ Р ИСО 14644-1). В то же время класс чистоты в рабочей зоне ламинаров ESCO на 1-2 порядка выше, соответствуя Классу 3 или Классу 4 (по ГОСТ Р ИСО 14644.1) в зависимости от модели, и достигается использованием инновационных микроволоконных мини-складчатых фильтров ULPA без сепаратора. Стандартной характеристикой современных НЕРА фильтров является две девятки после запятой для частиц размером 0,3 мкм. В то же время фильтры ULPA (Ultra Low Penetration Air) обеспечивают очистку минимум 99,999% для частиц 0,1 мкм.
Поскольку характеристика очистки при заданном размере частиц является обязательной характеристикой любого фильтра, и, соответственно, указывается в любой спецификации при выборе ламинарного шкафа или бокса биологической безопасности, необходимо пояснить, как эта характеристика рассчитывается.
Механизм работы фильтров, очищающих воздух от нежелательных частиц, основан на четырех эффектах физического захвата частиц. Это:
Эффект сита: расстояние между волокнами меньше диаметра частицы. Этот-эффект крайне нежелателен в высокоэффективных фильтрах, поскольку из-за него поверхность фильтра оказывается блокированной осевшими частицами, и срок службы фильтра сокращается.
Эффект зацепления: проявляется, когда линия потока, по которой следует частица, проходит так близко к фильтровальному волокну, что частица задевает его.
Эффект инерции: проявляется для всех частиц размером более 1 мкм, благодаря большой инерции такие частицы не могут отклониться вместе с линией потока воздуха, и когда поток огибает волокно, частица оседает на нем.
Эффект диффузии: доминирующее значение для очень маленьких частиц(менее 0,1 мкм) с соответственно небольшой массой. В результате постоянного взаимодействия с окружающими их молекулами газа эти частицы совершают хаотическое инерционное (броуновское) движение в стороны от линии тока. Таким образом, увеличивается вероятность касания волокна частицей и удержания ее фильтром. Эффект сита - самый тривиальный эффект. Происходит лобовое столкновение частиц с волокнами фильтра; и, если частица большая, она просто застревает между волокнами. Это самый нежелательный эффект, потому что первый, поверхностный слой фильтра быстро забивается, а основная масса фильтра остается неиспользованной. Из-за эффекта сита фильтры в первую очередь выходят из строя. Поэтому все современные ламинары оснащены пред-фильтрами, которые захватывают наиболее крупные частицы воздушного потока, устраняя эффект сита и, таким образом, продлевают срок службы основного фильтра высокой очистки.
Эффект зацепления проявляется, когда линия потока, по которой следует частица, проходит так близко к фильтровальному волокну, что частица задевает его. Эффект инерции проявляется для всех частиц размером более 1 мкм, благодаря большой инерции такие частицы не могут отклониться вместе с линией потока воздуха, и когда поток огибает волокно, частица оседает на нем. Эффект диффузии имеет доминирующее значение для очень маленьких частиц (менее 0,1 мкм) с соответственно небольшой массой. В результате постоянного взаимодействия с окружающими их молекулами газа эти частицы совершают хаотическое инерционное (броуновское) движение в стороны от линии тока. Таким образом, увеличивается вероятность касания волокна частицей и удержания ее фильтром. Причем эффект диффузии доминирует с уменьшением размера частиц, а предыдущие два эффекта, эффект инерции и эффект захвата, наоборот, растут с увеличением размера частиц. Поэтому очевидно, что в координатах «размер частицы» - «степень очистки фильтра» график эффективности работы волокнистого фильтра имеет вид кривой с выраженным минимумом. Таким образом, для волокнистых фильтров существует размер частицы, при котором эффективность удержания является минимальной, а проскок частиц -максимальным. Этот размер назван размером наиболее проникающих частиц -Most Penetrating Particle Size (MPPS) - и является функцией скорости.
Гарантия безопасной работы
Выбор ламинарных шкафов и боксов торговых марок определяется уровнем биологической опасности и объемом планируемых исследований, требуемой системой фильтрации вохдухопотоков, комфортом оператора, простотой в эксплуатации и надежностью. Но, каков бы выбор не был сделан - в пользу инновационной дорогой модели или простой классической, все ламинары гарантированно должны обеспечивать надежную и безопасную работу.
Помимо оснащения современными фильтрами высокой очистки и префильт-рами, все боксы биологической безопасности ESCO проходят ряд обязательных тестов, подтверждающих выполнение условий защиты продукта, оператора и ламинарности потока. Это:
- Микробиологический тест на защиту оператора
- Микробиологический тест на защиту продукта
- Микробиологический тест на защиту от перекрестного загрязнения
Важнейшей характеристикой любого ламинара является скорость воздушных потоков. На этом моменте хотелось бы остановиться особо, поскольку часто в тендерных документациях прописывается требование скорости «не ниже, чем», в то время как скорость потоков - это не установленная раз и навсегда величина. Она определяется сложной динамикой воздушных потоков, зависит от ряда факторов, включая аэродинамику, конструкционные особенности, учитывает тип рециркуляции, расчет воздушного барьера (для открытых типов ламинаров) и рассчитывается индивидуально, исходя из глобальной задачи обеспечения безопасности продукта/оператора, а не для удовлетворения критерия «не ниже, чем».
Рассмотрим расчет оптимальных скоростей воздушного потока на примере боксов биологической безопасности второго класса как самого распространенного типа ламинаров. В боксах биологической безопасности второго класса главными параметрами, определяющими безопасность продукта и оператора являются поток воздухозабора (inflow, зеленая стрелка) и нисходящий ламинарный поток (downflow, синяя нисходящая стрелка). При слишком высокой скорости воздухозабора происходит повышение безопасности оператора, но снижается защита продукта (высокая скорость частиц воздуха из помещения приводит к «проскоку» аэродинамического барьера, защищающего открытую рабочую зону). При слишком низкой скорости воздухозабора ситуация меняется на противоположную: защита оператора понижается при повышении защиты продукта. Похожая ситуация наблюдается и при регуляции скорости нисходящего потока. Высокая скорость нисходящего потока понижает защиту оператора, повышая защиту продукта: а низкая скорость нисходящего потока повышает защиту оператора, понижая защиту продукта.
Таким образом, расчет оптимальных скоростей происходит не путем подгона под какую-то цифру, а основан на реальных аэродинамических расчетах для достижения «золотой середины» требуемой защиты.
Основные преимущества ламинаров ESCO, Singapure
Для корректного сравнения моделей необходимо рассматривать следующие параметры:
- Фильтрационная система
- Размеры рабочего пространства
- Наклон фронтальной панели
- Тип воздухозаборной решетки
- Материал и конструкция боковых стенок
- Материал и конструкция рабочей поверхности и сливного поддона
- Конструкция осветительных и ультра фиолетовых ламп
- Безопасность и удобство работы
- Безопасность и удобство обслуживания
Все инновационные модели ламинаров ESCO оснащены современными высокотехнологичными ULPA фильтрами и обеспечивают чистоту воздуха в рабочей зоне, соответствующую Классу 3 по ГОСТ Р ИСО 14644.1
Конструкция ламинаров ESCO позволяет максимально эффективно использовать рабочее пространство: ламинары ESCO отличает большая рабочая поверхность, цельные внутренние стенки и скругленные углы большого радиуса, облегчающие очистку. Микропроцессорный контроль и современная система сигнализации гарантируют максимальную безопасность работы. Эргономичная наклонная скользящая фронтальная панель препятствует появлению бликов и обеспечивает дополнительный комфорт оператора при проведении длительных экспериментов. Новые модели оснащены моторизированным подъемником стекла. Ламинированное фронтальное стекло или исполнение его в варианте триплекс предотвращает образование осколков в случае случайного повреждения. Отсутствие рамы на скользящей фронтальной панели улучшает обзор рабочей зоны и облегчает проведение очистки. Полностью опускающееся стекло фронтальной панели способствует поддержанию чистоты рабочей зоны между циклами эксплуатации.
Все модели боксов настроены на принудительный цикл дополнительной очистки, с которого начинается и которым заканчивается работа в боксе биологической безопасности. Антимикробное покрытие внешних поверхностей боксов на 99.9% устраняет наличие бактерий в течение 24 ч. Центробежный вентилятор не требует дополнительной смазки. Энергосберегающий двигатель с внешним ротором позволяет сократить расходы на электроэнергию. Расчет реальной скорости воздушного потока основан на технологии измерения скорости потока с учетом температурной компенсации, что позволяет получать наиболее точные данные. Уникальное угловое расположение фильтромодуля в ряде моделей нисходящего потока обеспечивает его дополнительную однородность. Изогнутая решетка воздухозабора устраняет возможность турбулентности воздушных потоков и блокировки потоков руками оператора или посторонними предметами. Глубина щелей решетки воздухозабора минимизирована для максимального приближения рабочей поверхности бокса к оператору. Монтажные крепления для универсальных сервисных кранов (вода, азот, воздух, вакуум и т.п.) разнесены по глубине и высоте, что значительно облегчает работу оператора. Бактерицидная УФ лампа размещена вне зоны видимости оператора. Для дополнительной безопасности оператора включение УФ лампы возможно только после полного закрытия стекла скользящей фронтальной панели. В зоне отработавшего воздуха расположена ловушка, предотвращающая случайное попадание в вентилятор нежелательных мелких предметов. Лампы дневного света смонтированы вне зоны воздушного потока.
Среди ламинаров ESCO есть модели со специально заниженной высотой для беспрепятственного размещения в любом помещении, боксы второго класса с двойной системой фильтрации воздуха на выходе, модели с эксклюзивным дизайном камеры Dymanic Chamber™ (все детали, которые могут подвергаться загрязнению, расположены или окружены зонами низкого давления) и т.п. Безопасность работы в боксах ESCO не нарушается даже при частично или полностью вынутых секциях рабочей поверхности. Крыша ряда моделей ламинаров имеет наклон, благодаря которому, во-первых, невозможно размещение на крыше бокса посторонних предметов; во-вторых, появляется дополнительная гарантия, что низкие потолки в помещении, где будет установлен бокс, не будут препятствовать выходящему потоку воздуха. Ремонтные и профилактические работы электрических компонентов бокса максимально упрощены благодаря их размещению за одной легко открывающейся передней панелью. Технический доступ ко всем основным блокам бокса через переднюю панель устраняет необходимость перемещения бокса и отсоединения всех коммуникационных подводов на время техобслуживания и профилактики.
