क्लीनरूम प्रौद्योगिकी में भविष्य की चुनौतियाँ: सेमीकंडक्टर चिप्स, फार्मास्यूटिकल्स और जैव प्रौद्योगिकी

विज्ञान और प्रौद्योगिकी की तीव्र प्रगति के कारण इस सदी के अंत तक दुनिया की स्थिति का अनुमान लगाना कठिन है। हालाँकि, पहले से ही स्पष्ट कुछ प्रमुख रुझानों के आधार पर, कुछ निष्कर्ष निकाले जा सकते हैं। तीन प्रमुख तकनीकी क्षेत्र - सेमीकंडक्टर चिप्स, फार्मास्यूटिकल्स और जैव प्रौद्योगिकी - और उनसे जुड़ी क्लीनरूम तकनीकें, अवसरों और चुनौतियों दोनों का सामना कर रही हैं।

चीन विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी एसोसिएशन के 2001 के वार्षिक सम्मेलन में प्रोफेसर चेन-निंग यांग ने तीन क्षेत्रों की ओर इशारा किया जो तकनीकी विकास की प्रेरक शक्ति बनेंगे - अगले 30 से 40 वर्षों के लिए तीन प्रमुख रणनीतिक दिशाएं:

• इमारतों और घरों से लेकर कारों, मानव शरीर, कारखानों और दुकानों तक लगभग हर चीज में चिप्स का व्यापक अनुप्रयोग;

• चिकित्सा और फार्मास्यूटिकल्स में तेजी से प्रगति;

• जैव अभियांत्रिकी.

चिप उत्पादन, तीन रणनीतिक दिशाओं में से एक, वायु स्वच्छता प्रौद्योगिकी में औद्योगिक क्लीनरूम द्वारा प्रदान किए गए सूक्ष्म-पर्यावरण की आवश्यकता रखता है। चिकित्सा, फार्मास्यूटिकल्स और बायोइंजीनियरिंग के लिए जैविक क्लीनरूम की आवश्यकता होती है, जहाँ चिकित्सा और फार्मास्यूटिकल्स के लिए मुख्य रूप से सामान्य जैविक क्लीनरूम की आवश्यकता होती है, और बायोइंजीनियरिंग के लिए मुख्य रूप से जैव-सुरक्षा क्लीनरूम की आवश्यकता होती है। यह स्पष्ट है कि स्वच्छ भवन सूक्ष्म-पर्यावरण प्रौद्योगिकी इन तीन रणनीतिक दिशाओं से कितनी निकटता से जुड़ी हुई है, और आज इसे इनसे नई चुनौतियों का सामना करना पड़ रहा है।

1. सेमीकंडक्टर चिप्स

सेमीकंडक्टर इंटीग्रेटेड सर्किट चिप्स के विकास की गति संभवतः किसी भी अन्य तकनीक से बेजोड़ है, और एकीकरण घनत्व हर तीन साल में लगभग चार गुना बढ़ रहा है। कृत्रिम बुद्धिमत्ता की तीव्र प्रगति के कारण, वैश्विक स्तर पर चिप्स की कमी हो रही है, जिसके कारण ऑटोमोटिव चिप्स की कमी के कारण ऑटोमोबाइल उत्पादन में कमी आ रही है। आज, 2nm परिशुद्धता चिप्स पहले से ही निर्माताओं के लिए एक लक्ष्य हैं, और चिप इंटीग्रेटेड सर्किट के उत्पादन के लिए पर्यावरणीय कणों के आकार पर और भी सख्त नियंत्रण की आवश्यकता है। निस्संदेह, इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग क्लीनरूम की आवश्यकताओं पर हावी बना हुआ है।

2. फार्मास्यूटिकल्स

चिकित्सा और फार्मास्यूटिकल्स का सार्वजनिक सुरक्षा और स्वास्थ्य से गहरा संबंध है। चिकित्सा में जैविक क्लीनरूम का पहला अनुप्रयोग जनवरी 1966 में संयुक्त राज्य अमेरिका में निर्मित एक स्वच्छ ऑपरेटिंग रूम था। एक स्वच्छ ऑपरेटिंग रूम, पराबैंगनी प्रकाश जैसे पारंपरिक कीटाणुशोधन विधियों की जगह वायु स्वच्छता तकनीक का उपयोग करता है ताकि पूर्ण-प्रक्रिया प्रदूषण नियंत्रण संभव हो सके। ऐसे वातावरण में, संक्रमण दर 90% से अधिक कम की जा सकती है, जिससे एंटीबायोटिक दवाओं की आवश्यकता काफी कम हो जाती है या समाप्त हो जाती है, जो रोगियों को नुकसान पहुंचा सकती हैं। उदाहरण के लिए, 1989 से 1990 तक, शंघाई चांगझेंग अस्पताल ने स्वच्छ ऑपरेटिंग रूम में बिना किसी संक्रमण के 9,337 श्रेणी I सर्जरी कीं। इसी प्रकार, 1995 से 1996 तक, बीजिंग 301 अस्पताल ने 16,427 श्रेणी I सर्जरी में शून्य संक्रमण की सूचना दी। जर्नल में 2012 के एक लेख के अनुसार ट्यूमर चीन में ल्यूकेमिया की घटना दर प्रति 100,000 पर 5.17 थी, और मृत्यु दर प्रति 100,000 पर 3.94 थी। परिणामस्वरूप, ल्यूकेमिया के उपचार और ऐसे उपचारों के लिए जैविक क्लीनरूम के विकास ने चीन में बढ़ती लोकप्रियता हासिल की है।

हालाँकि स्वच्छ ऑपरेटिंग रूम और क्लास 100 ब्लड वार्ड बनाने की समझ शुरू में अंतरराष्ट्रीय अनुभवों और विदेशों में कार्यरत चिकित्सा कर्मचारियों के अवलोकनों से आई थी, लेकिन यह मान्यता कि पूरे अस्पताल भवन को वायु स्वच्छता की आवश्यकता है, काफी हद तक घरेलू अनुभवों से उपजी है। 2003 के बाद, सबसे महत्वपूर्ण चिंतन में से एक यह रहा है कि अस्पताल निर्माण में, बिल्डर और डिज़ाइनर अक्सर केवल "भवन" पर ध्यान केंद्रित करते थे और "वायु गुणवत्ता" की उपेक्षा करते थे। कुछ चिकित्सा कर्मचारियों ने श्वसन संक्रमणों के एयरोसोल संचरण की तुलना में संपर्क संचरण को प्राथमिकता दी, जबकि एयरोसोल संचरण अधिक विस्फोटक, व्यापक होता है, और इसके लिए कम संक्रामक खुराक की आवश्यकता होती है, जिससे यह अधिक खतरनाक हो जाता है। उदाहरण के लिए:

• संक्रमण के लिए 100 मिलियन टुलारेमिया बैक्टीरिया का अंतर्ग्रहण आवश्यक है, जबकि केवल 10-50 को साँस लेने से बुखार हो सकता है;

• साँस द्वारा ग्रहण किये जाने वाले एडेनोवायरस के लिए औसत संक्रामक खुराक ऊतक संवर्धन की केवल आधी है;

• क्यू बुखार रिकेट्सिया के लिए, श्वसन पथ में बसने वाला सिर्फ एक कण संक्रमण का कारण बन सकता है;

• हालांकि एक समय ऐसा माना जाता था कि स्यूडोमोनास एरुगिनोसा का हवा के माध्यम से संचारित होना असंभव है, लेकिन बर्न वार्ड की छत पर धूल और हवा में इसका पता चलने से वायुजनित संचरण के जोखिम पर प्रकाश डाला गया है;

• SARS वायरस की एयरोसोल संचरण विशेषताओं ने लोगों को अस्पताल भवनों में वायु स्वच्छता प्रौद्योगिकी के महत्व के बारे में वास्तव में जागरूक कर दिया है।

यह कहा जा सकता है कि वायु स्वच्छता तकनीक के बिना अस्पताल भवन पुराने हो चुके हैं। इसलिए, वायु स्वच्छता तकनीक को शामिल करते हुए आधुनिक अस्पताल भवन नियोजन में निम्नलिखित बातें शामिल होनी चाहिए:

• ऑपरेटिंग रूम सिस्टम : स्वच्छ ऑपरेटिंग कमरे का निर्माण;

• वार्ड सिस्टम : ल्यूकेमिया, जलन, अस्थमा और समय से पहले जन्मे शिशु की देखभाल के लिए वार्डों को साफ करना;

• नर्सिंग यूनिट सिस्टम गहन देखभाल इकाइयाँ (आईसीयू), अंग प्रत्यारोपण इकाइयाँ, और हृदय देखभाल इकाइयाँ;

• उपचार संचालन प्रणालियाँ : संक्रामक रोगों के लिए हस्तक्षेप चिकित्सा कक्ष, ल्यूकेमिया उपचार कक्ष और शव परीक्षण कक्ष;

• प्रयोगशाला प्रणालियाँ : विशेष परीक्षण प्रयोगशालाएं, नैदानिक चिकित्सा प्रयोगशालाएं, पीसीआर प्रयोगशालाएं, और जीवन विज्ञान प्रयोगशालाएं, जिनमें जैव सुरक्षा प्रणालियों पर जोर दिया जाएगा;

• उपकरण कक्ष प्रणालियाँ : परिशुद्धता उपकरणों के लिए कमरे;

• आइसोलेशन रूम सिस्टम वायुजनित रोगों के लिए नकारात्मक दबाव अलगाव कक्ष, अवलोकन कक्ष और नकारात्मक दबाव ऑपरेटिंग कमरे;

• फार्मेसी सिस्टम : विशेष दवा तैयारी केंद्र;

• स्वच्छ सहायक कमरे : बाँझ आपूर्ति कक्ष और डिस्पोजेबल आइटम भंडारण;

• गैर-स्वच्छ सहायक कमरे : दूषित अपशिष्ट प्रसंस्करण कक्ष और दूषित सामग्री गलियारे, बाहरी संचरण को रोकने के लिए प्रदूषण नियंत्रण की आवश्यकता;

• अर्ध-स्वच्छ क्षेत्र प्रतीक्षा कक्ष, उपचार कक्ष, परीक्षा कक्ष और नैदानिक कक्षों में मानक अस्पताल वातानुकूलन का उपयोग किया जाएगा।

दवा उत्पादन में स्वच्छता प्रौद्योगिकी के लिए चुनौतियाँ भी अभूतपूर्व हैं, खासकर जीएमपी के कार्यान्वयन के बाद। वर्तमान में, चीन जीएमपी (2010) (जिसे आमतौर पर मानव औषधि जीएमपी के रूप में जाना जाता है) लागू करता है और पशु चिकित्सा दवा उत्पादन गुणवत्ता प्रबंधन (2020). दवा कारखानों के लिए क्लीनरूम अब एक मूलभूत आवश्यकता है।

1) जेनेटिक इंजीनियरिंग

आनुवंशिक अभियांत्रिकी जैव अभियांत्रिकी का एक महत्वपूर्ण अंग है। 1973 में कोकस से ई. कोलाई में आनुवंशिक पदार्थ के सफल स्थानांतरण के बाद से, पुनर्योगज आनुवंशिक तकनीक का तेजी से विकास हुआ है। इसकी अपार संभावनाओं को देखते हुए, नई सदी में इसका विकास असीम है। हालाँकि, जैव अभियांत्रिकी के एक महत्वपूर्ण भाग में संभावित जोखिम शामिल हैं, विशेष रूप से संभावित रूप से अज्ञात विषैले सूक्ष्मजीवों के फैलने का जैविक खतरा। संयुक्त राज्य अमेरिका में एंथ्रेक्स की घटना और वैश्विक सार्स प्रकोप ऐसे ही गंभीर जैविक खतरों के उदाहरण हैं। ये घटनाएँ सभी के लिए एक चेतावनी हैं: यह खतरा सभी को प्रभावित कर सकता है। हमारे जैसे विशाल जनसंख्या और अंतर्राष्ट्रीय व्यापार वाले देश के लिए, महामारी की रोकथाम, पादप और पशु प्रजातियों और उत्पादों पर अनुसंधान, और रोग नियंत्रण के लिए जैव सुरक्षा-अनुरूप भवन सूक्ष्म वातावरण आवश्यक हैं। नॉवेल कोरोनावायरस महामारी के प्रभाव में, मेरे देश में जैव सुरक्षा क्लीनरूम (प्रयोगशालाओं) का निर्माण अभूतपूर्व गति से हो रहा है। अनुसंधान संस्थानों, अस्पतालों, टीका निर्माताओं, निरीक्षण और संगरोध एजेंसियों, पशु और पादप रोग निवारण और नियंत्रण एजेंसियों, और सभी स्तरों पर रोग नियंत्रण केंद्रों को जैव सुरक्षा प्रयोगशालाओं की तत्काल आवश्यकता है। अपूर्ण आंकड़ों के अनुसार, संयुक्त राज्य अमेरिका में उच्चतम स्तर की 12 पी4 प्रयोगशालाएं हैं, जबकि मेरे देश में केवल दो हैं; 1,500 से अधिक पी3 प्रयोगशालाएं हैं, जबकि मेरे देश में लगभग 80 हैं। आनुवंशिक इंजीनियरिंग के अलावा, जीवन विज्ञान और कृषि और वानिकी में कुछ प्रजनन परियोजनाओं के लिए भी स्वच्छ वातावरण की आवश्यकता होती है।

2) जैविक जोखिम स्तर

जैविक जोखिमों को राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान (NIH) प्रणाली के अनुसार अंतरराष्ट्रीय स्तर पर वर्गीकृत किया जाता है, जो P1 से P4 (निम्नतम से उच्चतम) तक होता है। P3 और P4 स्तरों पर जैविक सामग्री को संभालने वाली सुविधाओं को जैव सुरक्षा उपायों को लागू करना चाहिए। 1972 के बाद, अमेरिका ने जैविक हथियारों पर अनुसंधान से कुछ सुविधाओं को राष्ट्रीय कैंसर संस्थान (NCI) में स्थानांतरित कर दिया और कैंसर अनुसंधान को आगे बढ़ाने के लिए एक विशेष ट्यूमर वायरस अनुसंधान कार्यक्रम की स्थापना की, जिसमें जैव सुरक्षा उपायों को आधार बनाया गया। अपोलो कार्यक्रम ने अज्ञात सूक्ष्मजीवों के लिए अंतरिक्ष से लौटने वाले अंतरिक्ष यात्रियों का परीक्षण करके जैव सुरक्षा अवधारणाओं को और विकसित किया। मानव स्वास्थ्य की रक्षा और टीकों को विकसित करने के लिए, बैक्टीरिया और वायरस के साथ काम करना आवश्यक है, विशेष रूप से उन लोगों और पशुधन के लिए गंभीर खतरा पैदा करने वाले।

3) जैविक फार्मास्यूटिकल्स

जैविक औषधियाँ जैविक प्रक्रियाओं का उपयोग करके निर्मित दवाओं के एक नए वर्ग का प्रतिनिधित्व करती हैं। इन जैविक रूप से सक्रिय कारकों का उत्पादन जीवाणुरहित परिस्थितियों में किया जाना चाहिए, और चूँकि इन्हें अक्सर उत्पादन के बाद जीवाणुरहित नहीं किया जा सकता, इसलिए पूर्ण-प्रक्रिया सूक्ष्म-पर्यावरण नियंत्रण आवश्यक है। इन उत्पादों के एक महत्वपूर्ण भाग के लिए जैव सुरक्षा उपायों की भी आवश्यकता होती है। इन दवाओं का उपयोग मुख्य रूप से कैंसर, हृदय और मस्तिष्कवाहिकीय रोगों, एड्स और आनुवंशिक विकारों जैसी गंभीर बीमारियों के इलाज के लिए किया जाता है, जिनका पारंपरिक तरीकों से इलाज मुश्किल है। जैविक औषधियों का वैश्विक बाजार 12% की औसत वार्षिक वृद्धि दर बनाए रखता है। 70% से अधिक अमेरिकी जैव प्रौद्योगिकी कंपनियाँ और 50% से अधिक यूरोपीय कंपनियाँ चिकित्सा जैविक उत्पादों के अनुसंधान और विकास में लगी हुई हैं। इस प्रकार, कुछ मामलों में, 21वीं सदी में मानवता पर जैव प्रौद्योगिकी का प्रत्यक्ष प्रभाव चिप्स से भी आगे निकल सकता है, और इसका विकास प्रदूषण नियंत्रण और वायु स्वच्छता से अविभाज्य है—वायु स्वच्छता प्रौद्योगिकी के मूल कार्य।