Tantangan Masa Depan dalam Teknologi Ruang Bersih: Chip Semikonduktor, Farmasi, dan Bioteknologi

Kemajuan pesat ilmu pengetahuan dan teknologi menyulitkan prediksi kondisi dunia di akhir abad ini. Namun, berdasarkan beberapa tren utama yang telah terbukti, beberapa penilaian dapat dibuat. Tiga bidang teknologi utama—chip semikonduktor, farmasi, dan bioteknologi—beserta teknologi ruang bersih terkaitnya, menghadapi peluang sekaligus tantangan.

Pada Konferensi Tahunan Asosiasi Sains dan Teknologi Tiongkok tahun 2001, Profesor Chen-Ning Yang mengemukakan tiga bidang yang akan menjadi penggerak utama pembangunan teknologi—tiga arah strategis utama untuk 30 hingga 40 tahun mendatang:

• Penerapan chip secara luas di hampir semua hal, mulai dari gedung dan rumah hingga mobil, tubuh manusia, pabrik, dan toko;

• Kemajuan pesat dalam bidang kedokteran dan farmasi;

• Bioteknologi.

Produksi chip, salah satu dari tiga arah strategis, membutuhkan lingkungan mikro yang disediakan oleh ruang bersih industri dalam teknologi kebersihan udara. Kedokteran, farmasi, dan bioteknologi membutuhkan ruang bersih biologis, dengan kedokteran dan farmasi terutama membutuhkan ruang bersih biologis umum, sementara bioteknologi terutama membutuhkan ruang bersih biosafety. Terlihat jelas betapa eratnya kaitan teknologi lingkungan mikro bangunan bersih dengan ketiga arah strategis ini, dan kini teknologi ini menghadapi tantangan baru dari ketiganya.

1. Chip Semikonduktor

Kecepatan pengembangan chip sirkuit terpadu semikonduktor kemungkinan tak tertandingi oleh teknologi lain, dengan kepadatan integrasi meningkat sekitar empat kali lipat setiap tiga tahun. Akibat pesatnya kemajuan kecerdasan buatan, terjadi kekurangan chip global, yang menyebabkan berkurangnya produksi mobil akibat kurangnya chip otomotif. Saat ini, chip presisi 2nm sudah menjadi target para produsen, dan produksi sirkuit terpadu chip membutuhkan kontrol yang lebih ketat terhadap ukuran partikel lingkungan. Tidak diragukan lagi, industri elektronik terus mendominasi persyaratan untuk ruang bersih.

2. Farmasi

Kedokteran dan farmasi berkaitan erat dengan keselamatan dan kesehatan masyarakat. Aplikasi pertama ruang bersih biologis dalam kedokteran adalah ruang operasi bersih yang dibangun di Amerika Serikat pada Januari 1966. Ruang operasi bersih menggantikan metode disinfeksi tradisional, seperti sinar ultraviolet, dengan teknologi kebersihan udara untuk memungkinkan pengendalian polusi secara menyeluruh. Dalam lingkungan seperti itu, tingkat infeksi dapat dikurangi lebih dari 90%, secara signifikan mengurangi atau menghilangkan kebutuhan akan antibiotik, yang dapat membahayakan pasien. Misalnya, dari tahun 1989 hingga 1990, Rumah Sakit Shanghai Changzheng melakukan 9.337 operasi Kelas I di ruang operasi bersih tanpa satu pun infeksi. Demikian pula, dari tahun 1995 hingga 1996, Rumah Sakit Beijing 301 melaporkan nol infeksi dalam 16.427 operasi Kelas I. Menurut sebuah artikel tahun 2012 di jurnal Tumor insiden leukemia di Tiongkok adalah 5,17 per 100.000 penduduk, dengan angka kematian 3,94 per 100.000 penduduk. Oleh karena itu, pengobatan leukemia dan pengembangan ruang bersih biologis untuk pengobatan tersebut semakin mendapat perhatian di Tiongkok.

Meskipun pemahaman tentang membangun ruang operasi bersih dan bangsal darah Kelas 100 awalnya berasal dari pengalaman internasional dan pengamatan staf medis yang bekerja di luar negeri, pengakuan bahwa seluruh bangunan rumah sakit membutuhkan kebersihan udara sebagian besar berasal dari pengalaman domestik. Setelah tahun 2003, salah satu refleksi paling kritis adalah bahwa, dalam konstruksi rumah sakit, para pembangun dan perancang seringkali hanya berfokus pada "bangunan" dan mengabaikan "kualitas udara." Beberapa staf medis memprioritaskan penularan melalui kontak daripada penularan aerosol infeksi pernapasan, meskipun penularan aerosol lebih eksplosif, tersebar luas, dan membutuhkan dosis infeksi yang lebih rendah, sehingga lebih berbahaya. Misalnya:

• Menelan 100 juta bakteri tularemia diperlukan untuk menyebabkan infeksi, sedangkan menghirup hanya 10–50 dapat menyebabkan demam;

• Dosis infeksi rata-rata untuk adenovirus yang dihirup hanya setengah dari kultur jaringan;

• Untuk rickettsia demam Q, hanya satu partikel yang mengendap di saluran pernapasan dapat menyebabkan infeksi;

• Meskipun Pseudomonas aeruginosa dulunya dianggap tidak mungkin menular lewat udara, deteksi bakteri ini dalam debu di langit-langit bangsal perawatan luka bakar dan di udara telah menyoroti risiko penularan lewat udara;

• Karakteristik penularan aerosol dari virus SARS telah membuat orang benar-benar menyadari pentingnya teknologi kebersihan udara di gedung rumah sakit.

Dapat dikatakan bahwa bangunan rumah sakit tanpa teknologi kebersihan udara sudah ketinggalan zaman. Oleh karena itu, perencanaan bangunan rumah sakit modern yang menggabungkan teknologi kebersihan udara harus mencakup:

• Sistem Ruang Operasi : Pembangunan ruang operasi yang bersih;

• Sistem Bangsal :Bangsal bersih untuk leukemia, luka bakar, asma, dan perawatan bayi prematur;

• Sistem Unit Perawatan :Unit perawatan intensif (ICU), unit transplantasi organ, dan unit perawatan kardiovaskular;

• Sistem Operasi Pengolahan :Ruang terapi intervensi, ruang perawatan leukemia, dan ruang otopsi untuk penyakit menular;

• Sistem Laboratorium :Laboratorium pengujian khusus, laboratorium medis klinis, laboratorium PCR, dan laboratorium ilmu hayati, dengan penekanan pada sistem biosafety;

• Sistem Ruang Instrumen :Ruang untuk instrumen presisi;

• Sistem Ruang Isolasi :Ruang isolasi bertekanan negatif untuk penyakit yang ditularkan melalui udara, ruang observasi, dan ruang operasi bertekanan negatif;

• Sistem Farmasi :Pusat penyiapan obat-obatan khusus;

• Ruang Bantu Bersih :Ruang persediaan steril dan penyimpanan barang sekali pakai;

• Kamar Bantu Non-Bersih : Ruang pengolahan limbah yang terkontaminasi dan koridor material yang terkontaminasi, memerlukan pengendalian polusi untuk mencegah penularan eksternal;

• Area Semi Bersih : Ruang tunggu, ruang perawatan, ruang pemeriksaan, dan ruang diagnostik menggunakan AC standar rumah sakit.

Tantangan teknologi kebersihan dalam produksi farmasi juga belum pernah terjadi sebelumnya, terutama setelah penerapan GMP. Saat ini, Tiongkok menerapkan GMP (2010) (umumnya dikenal sebagai GMP Obat Manusia) dan Manajemen Mutu Produksi Obat Hewan (2020). Ruang bersih kini menjadi persyaratan mendasar bagi pabrik farmasi.

1) Rekayasa Genetika

Rekayasa genetika merupakan bagian penting dari bioteknologi. Sejak keberhasilan transfer materi genetik dari kokus ke E. coli pada tahun 1973, teknologi genetika rekombinan telah berkembang pesat. Mengingat potensinya yang sangat besar, pertumbuhannya di abad baru ini tidak terbatas. Namun, sebagian besar bioteknologi melibatkan risiko potensial, terutama bahaya biologis penyebaran mikroorganisme beracun yang berpotensi tidak diketahui. Insiden antraks di Amerika Serikat dan wabah SARS global merupakan contoh bahaya biologis yang serius. Peristiwa-peristiwa ini merupakan peringatan bagi semua orang: bahaya ini dapat memengaruhi semua orang. Bagi negara seperti kita dengan populasi besar dan perdagangan internasional, lingkungan mikro bangunan yang mematuhi biosafety sangat penting untuk pencegahan epidemi, penelitian spesies dan produk tumbuhan dan hewan, serta pengendalian penyakit. Di bawah pengaruh epidemi virus corona baru, pembangunan ruang bersih biosafety (laboratorium) di negara saya mengalami momentum yang belum pernah terjadi sebelumnya. Lembaga penelitian, rumah sakit, produsen vaksin, badan inspeksi dan karantina, badan pencegahan dan pengendalian penyakit hewan dan tumbuhan, serta pusat pengendalian penyakit di semua tingkatan sangat membutuhkan laboratorium biosafety. Menurut statistik yang belum lengkap, Amerika Serikat memiliki 12 laboratorium P4 tingkat tertinggi, sementara negara saya hanya memiliki dua; terdapat lebih dari 1.500 laboratorium P3, sementara negara saya memiliki sekitar 80. Selain rekayasa genetika, ilmu hayati dan proyek pemuliaan tertentu di bidang pertanian dan kehutanan juga membutuhkan lingkungan yang bersih.

2) Tingkat Risiko Biologis

Risiko biologis diklasifikasikan secara internasional menurut sistem National Institutes of Health (NIH), mulai dari P1 hingga P4 (terendah hingga tertinggi). Fasilitas yang menangani bahan biologis pada tingkat P3 dan P4 harus menerapkan langkah-langkah biosafety. Setelah tahun 1972, AS mengalihkan beberapa fasilitas dari penelitian senjata biologis ke National Cancer Institute (NCI) dan membentuk program penelitian virus tumor khusus untuk memajukan penelitian kanker, dengan langkah-langkah biosafety sebagai landasannya. Program Apollo selanjutnya mengembangkan konsep biosafety dengan menguji astronaut yang kembali dari luar angkasa untuk mikroorganisme yang tidak diketahui. Untuk menjaga kesehatan manusia dan mengembangkan vaksin, penting untuk bekerja dengan bakteri dan virus, terutama yang menimbulkan ancaman serius bagi manusia dan ternak. Penelitian tentang patogen yang parah dan tidak umum (termasuk serangga vektor) harus dilakukan di ruang bersih biosafety (laboratorium) dengan fasilitas keselamatan yang sesuai.

3) Farmasi Biologis

Farmasi biologis merupakan kelas baru obat yang diproduksi menggunakan proses biologis. Agen aktif biologis ini harus diproduksi dalam kondisi steril, dan karena seringkali tidak dapat disterilkan pascaproduksi, pengendalian lingkungan mikro secara menyeluruh pada seluruh proses sangatlah penting. Sebagian besar produk ini juga memerlukan langkah-langkah keamanan hayati. Obat-obatan ini terutama digunakan untuk mengobati penyakit-penyakit serius seperti kanker, penyakit kardiovaskular dan serebrovaskular, AIDS, dan kelainan genetik, yang sulit diatasi dengan metode konvensional. Pasar global untuk farmasi biologis mempertahankan tingkat pertumbuhan tahunan rata-rata sebesar 12%. Lebih dari 70% perusahaan bioteknologi di AS dan lebih dari 50% perusahaan di Eropa terlibat dalam penelitian dan pengembangan produk biologis medis. Dengan demikian, dalam beberapa hal, dampak langsung bioteknologi terhadap umat manusia di abad ke-21 dapat melampaui dampak chip, dan perkembangannya tidak dapat dipisahkan dari pengendalian polusi dan kebersihan udara—fungsi inti dari teknologi kebersihan udara.