Таза бөлме технологияларындағы болашақтағы қиыншылықтар: жартылай өткізгішті чиптер, дәрілік заттар және биотехнология

Ғылым мен технологияның тез дамуы ғасырдың аяғына дейінгі әлемнің күйін болжауға болмайтындығын білдіреді. Алайда, кейбір бұрыннан байқалып тұрған ірі тенденцияларға сүйене отырып, белгілі бір тұжырымдар жасауға болады. Үш негізгі технологиялық салалар – жартылай өткізгіш чиптер, дәрігерлік және биотехнология, сондай-ақ олармен байланысты таза бөлме технологиялары мүмкіндіктер мен қиындықтарды бірдей білдіреді.

2001 жылғы Қытай ғылымы мен техникасының қоғамының жыл сайынғы конференциясында Чэнь-Нин Янг профессор технологиялық дамудың қозғаушы күштері болып табылатын үш саланы, келесі 30-40 жылға арналған үш негізгі стратегиялық бағытты атап көрсетті:

• Чиптердің ғимараттар мен үйлерден бастап, көліктерде, адам денесінде, зауыттар мен дүкендерде қолданудың кең таралуы;

• Медицина мен фармацевтикадағы тез даму;

• Биоинженерия.

Үш стратегиялық бағыттың бірі болып табылатын чип өндірісі ауаның тазалығын қамтамасыз ету технологиясындағы өндірістік таза бөлмелердің микротұрақты ортасын қажет етеді. Медицина, фармацевтика және биоинженерия биологиялық таза бөлмелерді қажет етеді, медицина мен фармацевтика негізінен жалпы биологиялық таза бөлмелерді, ал биоинженерия негізінен биоқауіпсіздік таза бөлмелерін қажет етеді. Таза ғимараттардың микротұрақты орта технологиясының осы үш стратегиялық бағытпен қаншалықты тығыз байланысты екенін және бүгінгі таңда олардан келетін жаңа қиыншылықтарды көруге болады.

1. Жартылай өткізгіш чиптер

Жартылай өткізгіш интегралдық схемалық чиптердің даму жылдамдығы әртүрлі технологиялармен салыстырғанда ең жоғары деңгейде болып табылады, өйткені интеграция тығыздығы шамамен әрбір үш жылда төрт есе артады. Жасанды интеллекттің жедел дамуына байланысты глобалды чиптердің жетіспеуі байқалып, автомобильдік чиптердің жоқтығына байланысты автомобиль өндірісі қысқарды. Қазіргі таңда 2 нм дәлдікті чиптер өндірушілер үшін маңызды мақсат болып табылады, ал чип интегралдық схемаларын өндіру үшін таза бөлмелерде қоршаған ортаның бөлшектерінің өлшемдеріне қатаң бақылау қажет болады. Электроника саласының таза бөлмелерге деген талаптар басымдылық танытатыны сөзсіз.

2. Фармацевтика

Дәрі-дәрмек пен фармацевтика халықтың қауіпсіздігі мен денсаулығымен тығыз байланысты. Дәрігерлікте биологиялық таза бөлмелерді қолдану 1966 жылдың қаңтарында Америка Құрама Штаттарында салынған таза операциялық бөлме болды. Таза операциялық бөлме ультракүлгін сәуле сияқты дәстүрлі дезинфекция әдістерін ауаның тазалығы технологиясымен ауыстырып, толық процессті ластанудан қорғауға мүмкіндік береді. Мұндай ортада жұқтыру деңгейін 90%-дан астам азайтуға болады, ал бұл антибиотиктерді қолданудың қажеттілігін азайтады немесе толық жояды, бұл науқастар үшін зиян келтіреді. Мысалы, 1989-1990 жж. Шанхай Чанчжэн ауруханасы таза операциялық бөлмеде бір де бір жұқтыру болмаған 9 337 бірінші санатты операция өткізді. Дәл осылайша, 1995-1996 жж. Пекин 301 ауруханасында 16 427 бірінші санатты операция кезінде жұқтыру тіркелмеді. 2012 жылғы журнал мақаласына сәйкес Ісік , Қытайда лейкемияның таралу көрсеткіші 100 мыңға 5,17 болды, ал өлім-жітім көрсеткіші 100 мыңға 3,94 құрады. Сондықтан лейкемияны емдеу және оған байланысты емдеу жүргізілетін биологиялық таза бөлмелерді құру Қытайда барған сайын көбірек назар аударуды талап етеді.

Таза операциялық бөлмелер мен 100 санатты қан бөлмелерін салу тәжірибесі мен шетелде жұмыс істейтін медициналық қызметкерлердің бақылаулары негізінде алынған болса, бүкіл ауруханалар ғимараттарының ауасының тазалығын қамтамасыз ету қажеттілігі туралы түсінік негізінен ішкі тәжірибеден туындады. 2003 жылдан кейінгі ең маңызды ой қорытындылардың бірі ауруханалар салуда ғимаратшылар мен жобалаушылар жиі «ғимаратқа» ғана назар аударып, сонымен қатар «ауа сапасын» елемеуі болып табылады. Кейбір медициналық қызметкерлер жұқпалы доза төмен болып, тез тарайтын және кең таралған аэрозоль арқылы берілуіне қарамастан, тыныс алу жолдарының инфекциясының контактілі таралуына басымдық берді. Мысалы:

• Туляремия бактериясының 100 миллион тұтынуы аурудың жұғуы үшін қажет, ал 10–50 түрін ғана жұтсаңыз қышуыңыз мүмкін;

• Аденовирустың жұтылуы үшін қажетті орташа жұғу дозасы тін мәдениетінің дозасынан екі есе аз;

• Күйіс қызуының риккетсиясы үшін тыныс алу жолына түсетін бір ғана бөлшек инфекция тудыруы мүмкін;

• Псевдомонада аэругинозаны бұрын ауа арқылы берілуі мүмкін емес деп саналса да, оның күйдіру палатасы төбелеріндегі шаң мен ауада болуы ауа арқылы таралу қаупін көрсетіп отыр;

• SARS вирусының аэрозольді таралу сипаттамалары адамдардың ауа тазалығы технологияларының емхана ғимараттарындағы маңыздылығын шынайы сезінуге алып келді.

Ауа тазалығы технологиясы жоқ емхана ғимараттары күнтүсті деп айтуға болады. Сондықтан ауа тазалығы технологиясын енгізіп, қазіргі заманғы емхана ғимараттарын жобалау келесілерді қамтуы тиіс:

• Операциялық Бөлімдер : Таза операциялық бөлімдерді салу;

• Палата жүйелері : Лейкемия, күйік, демікпе және ерте туылған нәрестелерді емдеу үшін таза палаталар;

• Емізікшілер бөлімшелерінің жүйелері : Ауыр науқастар бөлімшесі (ICU), мүшелер трансплантациясы бөлімшелері және жүрек-қан тамырлары жүйесінің аурулары бөлімшелері;

• Емдеу жұмыстарының жүйелері : Интервенциялық терапия бөлмелері, лейкемиямен емдеу бөлмелері және инфекциялық аурулардың аутопсия бөлмелері;

• Зертханалық жүйелер : Арнайы сынақ зертханалары, клиникалық медициналық зертханалар, ПЦР зертханалары және өмір сүру ғылымдары зертханалары, сонымен қатар биологиялық қауіпсіздік жүйелеріне назар аудару керек;

• Аспаптар бөлмесінің жүйелері : Дәл аспаптар үшін бөлмелер;

• Изоляциялық бөлмелер жүйесі : Ауамен таралатын аурулар үшін теріс қысымды изоляциялық бөлмелер, бақылау бөлмелері және теріс қысымды операциялық залдар;

• Дәріхана жүйелері : Арнайы дайындалған дәрілер орталықтары;

• Таза көмекші бөлмелер : Стерильді құралдар бөлмесі және бір рет қолданылатын заттарды сақтау орны;

• Таза емес көмекші бөлмелер : Лас заттарды өңдеу бөлмелері және ласталған материалдар коридоры, сыртқы таралуды болдырмау үшін ластау бақылауын талап етеді;

• Жартылай таза аймақтар : Қалыпты ауа желдетуі бар күтім палаталары, емдеу палаталары, тексеру палаталары және диагностикалық палаталар.

Дәрілік заттар өндірісіндегі тазалық технологиялары үшін қиыншылықтар да бұрын болмаған деңгейде, әсіресе GMP енгізгеннен кейін. Қазіргі уақытта Қытайдың GMP (2010) стандарты (әдетте Адам дәрісі GMP деп аталады) және Ветеринарлық дәрілік заттар өндірісінің сапа басқаруы (2020). Таза бөлмелер қазір фармацевтика зауыттары үшін негізгі талап болып табылады.

1) Генетикалық инженерия

Гендік инженерия биоинженерияның маңызды бөлігі болып табылады. 1973 жылы кокктан Escherichia coli-ге генетикалық материалды сәтті тасымалдаудан бері рекомбинантты генетикалық технологиялар тез дамып келеді. Өзінің үлкен потенциалын ескерсек, жаңа ғасырда оның даму мүмкіндігі шексіз. Бірақ, биоинженерияның маңызды бөлігі потенциалды қауіптерді, әсіресе белгісіз улы микроағзалардың тарайтын биологиялық қауіп-қатерін қамтиды. АҚШ-тағы сібір жарасы апаты мен жаһандық SARS эпидемиясы осындай ауыр биологиялық қауіптерге мысал бола алады. Бұл оқиғалар барлығымыз үшін ескерту болып табылады: бұл қауіп-қатер барлығымызды қамтуы мүмкін. Халқы көп және халықаралық сауда жүргізетін ел үшін биологиялық қауіпсіздік талаптарына сәйкес келетін таза микротозалау ортасы эпидемиялардың алдын алу, өсімдіктер мен жануарлар түрлері мен өнімдері бойынша зерттеулер және ауруларды бақылау үшін маңызды. Жаңа коронавирустық эпидемияның әсерінен менің елімізде биологиялық қауіпсіздік лабораторияларын (таза бөлмелер) салу ешқашан болмаған дәуірде жүруде. Ғылыми-зерттеу институттары, емханалар, вакцина өндіруші кәсіпорындар, тексеру мен карантин ұйымдары, өсімдіктер мен жануарлар ауруларын бақылау және қарсы шаралар қолдану агенттіктері, сондай-ақ ауруларды бақылау орталықтары биологиялық қауіпсіздік лабораторияларын пайдалануға қажеттілік білдіріп отыр. Толық емес статистикаға сүйенсек, Америка Құрама Штаттарында ең жоғары деңгейдегі P4 лабораториялардың 12-сі бар, ал менің елімізде тек екеу ғана; P3 лабораториялар саны 1500-ден асады, ал менің елімізде шамамен 80. Гендік инженериядан басқа өсімдік шаруашылығы мен орман шаруашылығының өмір ғылымдары мен кейбір өсімдіктерді өсіру жобалары да таза ортаға деген сұранысты қажет етеді.

2) Биологиялық қауіп деңгейлері

Биологиялық қауіптерді әлемдік деңгейде Ұлттық денсаулық сақтау институтының (NIH) жүйесі бойынша P1-ден P4-ке дейін (ең төменнен ең жоғарыға дейін) жіктеуге болады. P3 және P4 деңгейіндегі биологиялық материалдармен жұмыс істейтін ғимараттарда биологиялық қауіпсіздік шараларын жүзеге асыру қажет. 1972 жылдан кейін Америка Құрама Штаттары биологиялық қару зерттеулерін жүргізіп тұрған кейбір ғимараттарды Ұлттық рак институтына (NCI) ауыстырып, рак ауруын зерттеуді дамыту үшін ерекше ісік вирустарының зерттеу бағдарламасын құрды, оның негізінде биологиялық қауіпсіздік шаралары жатты. Аполлон бағдарламасы да ғарыштан қайтқан ғарышкерлерді белгісіз микробтарға тексеру арқылы биологиялық қауіпсіздік ұғымдарын әрі қарай дамытты. Адамдар мен мал шаруашылығы үшін қауіпті болып табылатын бактериялар мен вирустармен жұмыс істеу адам денсаулығын қорғау және сарындаларды дамыту үшін қажет. Ауыр және сирек кездесетін патогендерді (жәндік-тасымалдаушыларды қоса) зерттеу биологиялық қауіпсіздік ортасында (лабораторияларда) сәйкес қауіпсіздік құралдарымен жүргізілуі тиіс.

3) Биологиялық дәрілік заттар

Биологиялық дәрілер биологиялық процестерді пайдаланып жасалатын жаңа дәрілік заттардың түрі болып табылады. Бұл биологиялық белсенді заттарды стерильді жағдайда өндіру қажет, өйткені оларды өндірістен кейін стерилизациялау мүмкін болмайтын жағдайда тура аясында микротұрақтылықты бақылау маңызды. Осы өнімдердің едәуір бөлігі үшін биологиялық қауіпсіздік шаралары да қажет. Бұл дәрілер негізінен қатерлі ісіктер, жүрек-қан тамырлары мен ми қан айналымының бұзылыстары, СПИД, тұқым қуалайтын аурулар сияқты дәстүрлі әдістермен емдеуге қиын ауруларды емдеуге негізделген. Биологиялық дәрілердің әлемдік нарығы жыл сайын орташа 12% өсу қарқынын сақтап келеді. АҚШ-тағы биотехнологиялық компаниялардың 70%-дан астамы және Еуропадағылардың 50%-дан астамы медициналық биологиялық өнімдерді зерттеу мен дамытумен айналысады. Сондықтан әлдеқайда биотехнологияның адамзатқа ХХІ ғасырдағы тікелей әсері чиптердің әсерінен асып түсуі мүмкін, ал оның дамуы таза ауаны ұстап тұру және ластануды бақылаумен, яғни ауаны тазарту технологиясының негізгі қызметтерімен тікелей байланысты.