التحديات المستقبلية في تكنولوجيا الغرف النظيفة: رقائق أشباه الموصلات، والأدوية، والتكنولوجيا الحيوية

يُصعّب التقدم السريع في العلوم والتكنولوجيا التنبؤ بحالة العالم بنهاية هذا القرن. ومع ذلك، بناءً على بعض الاتجاهات الرئيسية الواضحة، يُمكن إصدار أحكام مُحددة. تواجه ثلاثة مجالات تكنولوجية رئيسية - رقائق أشباه الموصلات، والأدوية، والتكنولوجيا الحيوية - إلى جانب تقنيات الغرف النظيفة المرتبطة بها، فرصًا وتحديات في آنٍ واحد.

في المؤتمر السنوي للجمعية الصينية للعلوم والتكنولوجيا لعام 2001، أشار البروفيسور تشين نينج يانج إلى ثلاثة مجالات من شأنها أن تصبح القوى الدافعة للتنمية التكنولوجية ـ الاتجاهات الاستراتيجية الثلاثة الرئيسية للسنوات الثلاثين إلى الأربعين المقبلة:

• الاستخدام الواسع النطاق للرقائق في كل شيء تقريبًا، بدءًا من المباني والمنازل إلى السيارات والجسم البشري والمصانع والمتاجر؛

• التقدم السريع في الطب والأدوية؛

• الهندسة الحيوية.

يتطلب إنتاج الرقائق، وهو أحد الاتجاهات الاستراتيجية الثلاثة، بيئةً دقيقةً توفرها غرفٌ نظيفةٌ صناعيةٌ في مجال تكنولوجيا تنقية الهواء. وتتطلب مجالات الطب والأدوية والهندسة الحيوية غرفًا نظيفةً بيولوجيةً، حيث يحتاج الطب والأدوية في المقام الأول إلى غرفٍ نظيفةٍ بيولوجيةٍ عامة، بينما تتطلب الهندسة الحيوية في المقام الأول غرفًا نظيفةً للسلامة البيولوجية. ومن الواضح مدى ارتباط تكنولوجيا البيئات الدقيقة للمباني النظيفة بهذه الاتجاهات الاستراتيجية الثلاثة، وهي تواجه اليوم تحدياتٍ جديدةً منها.

1. رقائق أشباه الموصلات

من المرجح أن سرعة تطوير رقائق الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات لا تُضاهى بأي تقنية أخرى، حيث تتضاعف كثافة التكامل أربعة أضعاف تقريبًا كل ثلاث سنوات. ونظرًا للتقدم السريع في مجال الذكاء الاصطناعي، هناك نقص عالمي في الرقائق، مما يؤدي إلى انخفاض إنتاج السيارات نتيجةً لنقصها. واليوم، تُعدّ رقائق الدقة 2 نانومتر هدفًا للمصنّعين، ويتطلب إنتاج رقائق الدوائر المتكاملة رقابةً أشد على أحجام الجسيمات البيئية. ولا شك أن صناعة الإلكترونيات لا تزال تُهيمن على متطلبات الغرف النظيفة.

2. الأدوية

يرتبط الطب والأدوية ارتباطًا وثيقًا بالسلامة والصحة العامة. كان أول تطبيق للغرفة النظيفة البيولوجية في الطب هو غرفة عمليات نظيفة بُنيت في الولايات المتحدة في يناير 1966. تستبدل غرفة العمليات النظيفة طرق التطهير التقليدية، مثل الأشعة فوق البنفسجية، بتقنية تنقية الهواء لتمكين السيطرة الكاملة على التلوث. في مثل هذه البيئات، يمكن خفض معدلات العدوى بأكثر من 90%، مما يقلل بشكل كبير أو يلغي الحاجة إلى المضادات الحيوية التي قد تضر بالمرضى. على سبيل المثال، بين عامي 1989 و1990، أجرى مستشفى شنغهاي تشانغتشنغ 9337 عملية جراحية من الفئة الأولى في غرف عمليات نظيفة دون أي إصابة. وبالمثل، بين عامي 1995 و1996، أبلغ مستشفى بكين 301 عن عدم وجود أي إصابات في 16427 عملية جراحية من الفئة الأولى. وفقًا لمقال نُشر عام 2012 في مجلة ورم بلغ معدل الإصابة بسرطان الدم في الصين 5.17 لكل 100,000 نسمة، بمعدل وفيات 3.94 لكل 100,000 نسمة. ونتيجةً لذلك، حظي علاج سرطان الدم وتطوير غرف نظيفة بيولوجية لمثل هذه العلاجات باهتمام متزايد في الصين.

في حين أن فهم بناء غرف عمليات نظيفة وأجنحة دم من الفئة 100 جاء في البداية من تجارب دولية وملاحظات الكوادر الطبية العاملة في الخارج، إلا أن إدراك ضرورة نظافة الهواء في مباني المستشفيات بأكملها انبثق إلى حد كبير من التجارب المحلية. بعد عام 2003، كان من أهم الاستنتاجات أنه في بناء المستشفيات، غالبًا ما ركز البناؤون والمصممون على "المبنى" فقط، متجاهلين "جودة الهواء". أعطى بعض الكوادر الطبية الأولوية لانتقال العدوى عن طريق التلامس على انتقال عدوى الجهاز التنفسي عبر الهباء الجوي، على الرغم من أن هذا الأخير أكثر انتشارًا وانتشارًا، ويتطلب جرعات معدية أقل، مما يجعله أكثر خطورة. على سبيل المثال:

• إن تناول 100 مليون من بكتيريا التولاريميا ضروري للإصابة بالعدوى، في حين أن استنشاق 10 إلى 50 مليون منها فقط قد يسبب الحمى؛

• الجرعة المعدية المتوسطة للفيروس الغدي المستنشق هي نصف الجرعة في ثقافة الأنسجة فقط؛

• بالنسبة لحمى كيو، فإن جسيمًا واحدًا فقط يستقر في الجهاز التنفسي يمكن أن يسبب العدوى؛

• على الرغم من أن البكتيريا الزائفة الزنجارية كان يُعتقد في السابق أنه من غير المحتمل أن تنتقل عبر الهواء، إلا أن اكتشافها في الغبار على أسقف عنابر الحروق وفي الهواء سلط الضوء على مخاطر انتقال العدوى عن طريق الهواء؛

• لقد أدت خصائص انتقال فيروس السارس عبر الهباء الجوي إلى جعل الناس يدركون حقًا أهمية تكنولوجيا نظافة الهواء في مباني المستشفيات.

يمكن القول إن مباني المستشفيات التي تفتقر إلى تقنيات تنقية الهواء أصبحت قديمة الطراز. لذلك، ينبغي أن يشمل تخطيط مباني المستشفيات الحديثة التي تتضمن تقنيات تنقية الهواء ما يلي:

• أنظمة غرفة العمليات :إنشاء غرف عمليات نظيفة؛

• أنظمة الأجنحة : أجنحة نظيفة لمرضى سرطان الدم والحروق والربو ورعاية الأطفال الخدج؛

• أنظمة وحدات التمريض :وحدات العناية المركزة، ووحدات زراعة الأعضاء، ووحدات العناية القلبية والأوعية الدموية؛

• أنظمة تشغيل المعالجة :غرف العلاج التدخلي، وغرف علاج سرطان الدم، وغرف تشريح الجثث للأمراض المعدية؛

• أنظمة المختبرات :مختبرات الاختبارات المتخصصة، ومختبرات الطب السريري، ومختبرات تفاعل البوليميراز المتسلسل، ومختبرات علوم الحياة، مع التركيز على أنظمة السلامة البيولوجية؛

• أنظمة غرفة الأدوات :غرف للأدوات الدقيقة؛

• أنظمة غرف العزل :غرف عزل ذات ضغط سلبي للأمراض المحمولة جوًا، وغرف المراقبة، وغرف العمليات ذات الضغط السلبي؛

• أنظمة الصيدلة :مراكز متخصصة في تحضير الأدوية؛

• غرف مساعدة نظيفة :غرف الإمدادات المعقمة وتخزين العناصر التي يمكن التخلص منها؛

• غرف مساعدة غير نظيفة :غرف معالجة النفايات الملوثة وممرات المواد الملوثة، والتي تتطلب مكافحة التلوث لمنع انتقاله إلى الخارج؛

• المناطق شبه النظيفة :غرف الانتظار وغرف العلاج وغرف الفحص وغرف التشخيص باستخدام تكييف الهواء القياسي في المستشفى.

إن التحديات التي تواجه تكنولوجيا النظافة في إنتاج الأدوية غير مسبوقة، لا سيما بعد تطبيق ممارسات التصنيع الجيدة (GMP). حاليًا، تطبق الصين ممارسات التصنيع الجيدة (GMP) (2010) (المعروفة باسم ممارسات التصنيع الجيدة للأدوية البشرية) و إدارة جودة إنتاج الأدوية البيطرية (2020). أصبحت الغرف النظيفة الآن متطلبًا أساسيًا لمصانع الأدوية.

1) الهندسة الوراثية

الهندسة الوراثية جزء أساسي من الهندسة الحيوية. منذ النقل الناجح للمادة الوراثية من المكورات إلى الإشريكية القولونية في عام 1973، تطورت تكنولوجيا الجينات المؤتلفة بسرعة. ونظرًا لإمكاناتها الهائلة، فإن نموها في القرن الجديد لا حدود له. ومع ذلك، فإن جزءًا كبيرًا من الهندسة الحيوية ينطوي على مخاطر محتملة، لا سيما الخطر البيولوجي المتمثل في انتشار الكائنات الحية الدقيقة السامة غير المعروفة. إن حادثة الجمرة الخبيثة في الولايات المتحدة وتفشي السارس العالمي هما مثالان على هذه المخاطر البيولوجية الخطيرة. هذه الأحداث تحذير للجميع: هذا الخطر قد يؤثر على الجميع. بالنسبة لبلد مثل بلدنا ذي عدد سكان كبير وتجارة دولية، فإن البيئات الدقيقة للمباني المتوافقة مع السلامة البيولوجية ضرورية للوقاية من الأوبئة، والبحث في الأنواع والمنتجات النباتية والحيوانية، ومكافحة الأمراض. وتحت تأثير وباء فيروس كورونا المستجد، يشهد بناء غرف نظيفة للسلامة البيولوجية (مختبرات) في بلدي زخمًا غير مسبوق. إن مؤسسات البحث، والمستشفيات، ومُصنّعي اللقاحات، وهيئات التفتيش والحجر الصحي، وهيئات الوقاية من أمراض الحيوان والنبات ومكافحتها، ومراكز مكافحة الأمراض على جميع المستويات، في حاجة ماسة إلى مختبرات للسلامة البيولوجية. ووفقًا لإحصاءات غير مكتملة، تمتلك الولايات المتحدة 12 مختبرًا من أعلى مستويات الجودة (P4)، بينما تمتلك بلدي مختبرين فقط؛ ويوجد أكثر من 1500 مختبر من المستوى (P3)، بينما تمتلك بلدي حوالي 80 مختبرًا. بالإضافة إلى الهندسة الوراثية، تتطلب علوم الحياة وبعض مشاريع التربية في الزراعة والغابات أيضًا بيئات نظيفة.

2) مستويات المخاطر البيولوجية

تُصنف المخاطر البيولوجية دوليًا وفقًا لنظام المعاهد الوطنية للصحة (NIH)، وتتراوح من P1 إلى P4 (من الأدنى إلى الأعلى). يجب على المنشآت التي تتعامل مع المواد البيولوجية على المستويين P3 وP4 تطبيق تدابير السلامة البيولوجية. بعد عام ١٩٧٢، نقلت الولايات المتحدة بعض المنشآت من أبحاث الأسلحة البيولوجية إلى المعهد الوطني للسرطان (NCI) وأنشأت برنامجًا خاصًا لأبحاث فيروس الورم للنهوض بأبحاث السرطان، مع اعتبار تدابير السلامة البيولوجية حجر الزاوية. كما طوّر برنامج أبولو مفاهيم السلامة البيولوجية من خلال اختبار رواد الفضاء العائدين من الفضاء بحثًا عن كائنات دقيقة مجهولة. لحماية صحة الإنسان وتطوير اللقاحات، من الضروري العمل مع البكتيريا والفيروسات، وخاصة تلك التي تشكل تهديدات خطيرة للإنسان والثروة الحيوانية. يجب إجراء البحوث على مسببات الأمراض الشديدة وغير الشائعة (بما في ذلك الحشرات الناقلة) في غرف نظيفة (مختبرات) للسلامة البيولوجية مزودة بمرافق سلامة مناسبة.

3) المستحضرات الصيدلانية البيولوجية

تُمثل المستحضرات الصيدلانية البيولوجية فئة جديدة من الأدوية المُصنّعة باستخدام عمليات بيولوجية. يجب إنتاج هذه العوامل النشطة بيولوجيًا في ظروف معقمة، ولأنه غالبًا ما يتعذر تعقيمها بعد الإنتاج، فإن التحكم الكامل في البيئة الدقيقة للعملية أمرٌ ضروري. كما يتطلب جزء كبير من هذه المنتجات إجراءات السلامة البيولوجية. تُستخدم هذه الأدوية بشكل أساسي لعلاج أمراض خطيرة، مثل السرطان وأمراض القلب والأوعية الدموية والدماغية والإيدز والاضطرابات الوراثية، والتي يصعب علاجها بالطرق التقليدية. يحافظ السوق العالمي للمستحضرات الصيدلانية البيولوجية على معدل نمو سنوي متوسط قدره 12%. تعمل أكثر من 70% من شركات التكنولوجيا الحيوية الأمريكية وأكثر من 50% من الشركات الأوروبية في مجال البحث والتطوير للمنتجات البيولوجية الطبية. وبالتالي، قد يتجاوز التأثير المباشر للتكنولوجيا الحيوية على البشرية في القرن الحادي والعشرين، من بعض النواحي، تأثير الرقائق الإلكترونية، كما أن تطويرها لا ينفصل عن مكافحة التلوث وتنقية الهواء - وهما الوظيفتان الأساسيتان لتكنولوجيا تنقية الهواء.