Il rapido progresso della scienza e della tecnologia rende difficile prevedere lo stato del mondo entro la fine di questo secolo. Tuttavia, sulla base di alcune tendenze principali già evidenti, è possibile formulare alcune ipotesi. Tre settori tecnologici chiave – chip semiconduttori, prodotti farmaceutici e biotecnologie – insieme alle relative tecnologie per camere bianche, si trovano ad affrontare sia opportunità che sfide.
Alla conferenza annuale del 2001 dell'Associazione cinese per la scienza e la tecnologia, il professor Chen-Ning Yang ha indicato tre campi che sarebbero diventati le forze trainanti dello sviluppo tecnologico, ovvero le tre principali direzioni strategiche per i successivi 30-40 anni:
L'applicazione diffusa dei chip in quasi ogni cosa, dagli edifici e dalle case alle automobili, al corpo umano, alle fabbriche e ai negozi;
Rapidi progressi in medicina e in campo farmaceutico;
Bioingegneria.
La produzione di chip, una delle tre direzioni strategiche, richiede un microambiente fornito da camere bianche industriali nella tecnologia di purificazione dell'aria. Medicina, farmaceutica e bioingegneria richiedono camere bianche biologiche, con medicina e farmaceutica che necessitano principalmente di camere bianche biologiche generali, mentre la bioingegneria necessita principalmente di camere bianche di biosicurezza. È evidente quanto la tecnologia del microambiente di clean building sia strettamente correlata a queste tre direzioni strategiche, e oggi si trova ad affrontare nuove sfide.
La velocità di sviluppo dei chip per circuiti integrati a semiconduttore è probabilmente ineguagliata da qualsiasi altra tecnologia, con una densità di integrazione che quadruplica all'incirca ogni tre anni. A causa del rapido progresso dell'intelligenza artificiale, si sta verificando una carenza globale di chip, con conseguente riduzione della produzione automobilistica dovuta alla mancanza di chip per il settore automobilistico. Oggi, i chip di precisione a 2 nm sono già un obiettivo per i produttori e la produzione di circuiti integrati su chip richiede un controllo ancora più rigoroso sulle dimensioni delle particelle ambientali. Indubbiamente, l'industria elettronica continua a dominare i requisiti per le camere bianche.
Medicina e prodotti farmaceutici sono strettamente correlati alla sicurezza e alla salute pubblica. La prima applicazione di una camera bianca biologica in medicina è stata una sala operatoria pulita costruita negli Stati Uniti nel gennaio 1966. Una sala operatoria pulita sostituisce i metodi di disinfezione tradizionali, come la luce ultravioletta, con la tecnologia di purificazione dell'aria per consentire il controllo dell'inquinamento durante l'intero processo. In tali ambienti, i tassi di infezione possono essere ridotti di oltre il 90%, riducendo significativamente o eliminando la necessità di antibiotici, che possono danneggiare i pazienti. Ad esempio, dal 1989 al 1990, l'ospedale Changzheng di Shanghai ha eseguito 9.337 interventi chirurgici di Classe I in sale operatorie pulite senza una singola infezione. Analogamente, dal 1995 al 1996, l'ospedale 301 di Pechino ha segnalato zero infezioni in 16.427 interventi chirurgici di Classe I. Secondo un articolo del 2012 pubblicato sulla rivista Tumore , l'incidenza della leucemia in Cina era di 5,17 ogni 100.000 abitanti, con un tasso di mortalità di 3,94 ogni 100.000 abitanti. Di conseguenza, il trattamento della leucemia e lo sviluppo di camere bianche biologiche per tali trattamenti hanno guadagnato sempre più attenzione in Cina.
Mentre la comprensione della necessità di costruire sale operatorie pulite e reparti di trasfusione di Classe 100 derivava inizialmente da esperienze internazionali e dall'osservazione del personale medico che lavorava all'estero, la consapevolezza che interi edifici ospedalieri richiedono aria pulita derivava in gran parte da esperienze nazionali. Dopo il 2003, una delle riflessioni più critiche è stata che, nella costruzione di ospedali, costruttori e progettisti si concentravano spesso esclusivamente sull'"edificio", trascurando la "qualità dell'aria". Alcuni operatori sanitari davano priorità alla trasmissione per contatto rispetto alla trasmissione per aerosol delle infezioni respiratorie, sebbene quest'ultima sia più esplosiva, diffusa e richieda dosi infettive inferiori, il che la rende più pericolosa. Ad esempio:
Per contrarre l'infezione è necessario ingerire 100 milioni di batteri della tularemia, mentre inalarne solo 10-50 può causare febbre;
La dose infettiva media per l'adenovirus inalato è solo la metà di quella della coltura tissutale;
Nel caso della rickettsia della febbre Q, anche una sola particella che si deposita nel tratto respiratorio può causare l'infezione;
Sebbene in passato si ritenesse improbabile che la trasmissione aerea della Pseudomonas aeruginosa fosse possibile, il suo rilevamento nella polvere sui soffitti dei reparti ustionati e nell'aria ha evidenziato i rischi di trasmissione aerea;
Le caratteristiche di trasmissione dell'aerosol del virus SARS hanno reso le persone realmente consapevoli dell'importanza delle tecnologie per la purificazione dell'aria negli edifici ospedalieri.
Si può affermare che gli edifici ospedalieri privi di tecnologie per la purificazione dell'aria siano obsoleti. Pertanto, la progettazione di un moderno edificio ospedaliero che integri tecnologie per la purificazione dell'aria dovrebbe includere:
Sistemi per sale operatorie : Costruzione di sale operatorie pulite;
Sistemi di reparto : Reparti puliti per leucemia, ustioni, asma e cura dei neonati prematuri;
Sistemi di unità infermieristica : Unità di terapia intensiva (UTI), unità di trapianto di organi e unità di terapia cardiovascolare;
Sistemi di trattamento operativo : Sale per terapia interventistica, sale per il trattamento della leucemia e sale autoptiche per malattie infettive;
Sistemi di laboratorio : Laboratori di analisi speciali, laboratori di medicina clinica, laboratori PCR e laboratori di scienze della vita, con particolare attenzione ai sistemi di biosicurezza;
Sistemi di sala strumenti : Locali per strumenti di precisione;
Sistemi di stanze di isolamento : Stanze di isolamento a pressione negativa per malattie trasmesse per via aerea, sale di osservazione e sale operatorie a pressione negativa;
Sistemi farmaceutici : Centri specializzati nella preparazione dei farmaci;
Pulire le stanze ausiliarie : Locali di stoccaggio di materiali sterili e articoli monouso;
Stanze ausiliarie non pulite : Sale di lavorazione dei rifiuti contaminati e corridoi di materiali contaminati, che richiedono il controllo dell'inquinamento per prevenire la trasmissione esterna;
Aree semi-pulite : Sale d'attesa, sale per trattamenti, sale per visite e sale diagnostiche che utilizzano l'aria condizionata standard dell'ospedale.
Anche le sfide per la tecnologia di pulizia nella produzione farmaceutica sono senza precedenti, in particolare dopo l'implementazione delle GMP. Attualmente, la Cina applica le GMP (2010) (comunemente note come GMP per i farmaci umani) e Gestione della qualità della produzione di farmaci veterinari (2020). Le camere bianche sono ormai un requisito fondamentale per le fabbriche farmaceutiche.
L'ingegneria genetica è una parte fondamentale della bioingegneria. Dal trasferimento riuscito di materiale genetico da un cocco a Escherichia coli nel 1973, la tecnologia genetica ricombinante si è sviluppata rapidamente. Dato il suo immenso potenziale, la sua crescita nel nuovo secolo è illimitata. Tuttavia, una parte significativa della bioingegneria comporta potenziali rischi, in particolare il pericolo biologico di diffondere microrganismi tossici potenzialmente sconosciuti. L'incidente dell'antrace negli Stati Uniti e l'epidemia globale di SARS sono esempi di tali gravi rischi biologici. Questi eventi sono un avvertimento per tutti: questo pericolo potrebbe colpire chiunque. Per un paese come il nostro, con una popolazione numerosa e un commercio internazionale, microambienti edilizi conformi alla biosicurezza sono essenziali per la prevenzione delle epidemie, la ricerca su specie e prodotti vegetali e animali e il controllo delle malattie. Sotto l'influenza della nuova epidemia di coronavirus, la costruzione di camere bianche (laboratori) di biosicurezza nel mio paese sta vivendo uno slancio senza precedenti. Istituti di ricerca, ospedali, produttori di vaccini, agenzie di ispezione e quarantena, agenzie di prevenzione e controllo delle malattie animali e vegetali e centri di controllo delle malattie a tutti i livelli hanno urgente bisogno di laboratori di biosicurezza. Secondo statistiche incomplete, gli Stati Uniti hanno 12 dei laboratori P4 di più alto livello, mentre il mio Paese ne ha solo due; ci sono oltre 1.500 laboratori P3, mentre il mio Paese ne ha circa 80. Oltre all'ingegneria genetica, anche le scienze della vita e alcuni progetti di miglioramento genetico in agricoltura e silvicoltura richiedono ambienti puliti.
I rischi biologici sono classificati a livello internazionale secondo il sistema dei National Institutes of Health (NIH), con una scala da P1 a P4 (dal più basso al più alto). Le strutture che trattano materiali biologici di livello P3 e P4 devono implementare misure di biosicurezza. Dopo il 1972, gli Stati Uniti hanno trasferito alcune strutture dalla ricerca sulle armi biologiche al National Cancer Institute (NCI) e hanno istituito uno speciale programma di ricerca sui virus tumorali per promuovere la ricerca sul cancro, con le misure di biosicurezza come elemento fondamentale. Il programma Apollo ha ulteriormente sviluppato i concetti di biosicurezza testando gli astronauti di ritorno dallo spazio alla ricerca di microrganismi sconosciuti. Per salvaguardare la salute umana e sviluppare vaccini, è necessario lavorare con batteri e virus, in particolare quelli che rappresentano gravi minacce per l'uomo e il bestiame. La ricerca su agenti patogeni gravi e rari (inclusi gli insetti vettori) deve essere condotta in camere bianche (laboratori) con adeguate strutture di sicurezza.
I farmaci biologici rappresentano una nuova classe di farmaci prodotti utilizzando processi biologici. Questi agenti biologicamente attivi devono essere prodotti in condizioni sterili e, poiché spesso non possono essere sterilizzati dopo la produzione, è essenziale il controllo completo del microambiente di processo. Una parte significativa di questi prodotti richiede anche misure di biosicurezza. Questi farmaci sono utilizzati principalmente per trattare malattie gravi come il cancro, le malattie cardiovascolari e cerebrovascolari, l'AIDS e le malattie genetiche, difficili da trattare con metodi convenzionali. Il mercato globale dei farmaci biologici mantiene un tasso di crescita medio annuo del 12%. Oltre il 70% delle aziende biotecnologiche statunitensi e oltre il 50% di quelle europee sono impegnate nella ricerca e nello sviluppo di prodotti biologici medicali. Pertanto, per certi aspetti, l'impatto diretto della biotecnologia sull'umanità nel XXI secolo potrebbe superare quello dei chip e il suo sviluppo è inscindibile dal controllo dell'inquinamento e dalla purificazione dell'aria, le funzioni principali della tecnologia per la purificazione dell'aria.
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