Cabaran Masa Depan dalam Teknologi Bilik Bersih: Cip Semikonduktor, Farmaseutikal, dan Bioteknologi

Kemajuan pesat sains dan teknologi menyukarkan kita untuk meramalkan keadaan dunia menjelang akhir kurun ini. Walau bagaimanapun, berdasarkan beberapa trend utama yang sudah jelas, beberapa penilaian boleh dibuat. Tiga bidang teknologi utama—cips semikonduktor, perubatan, dan bioteknologi—bersama teknologi bilik pembersih yang berkaitan, berhadapan dengan pelbagai peluang dan cabaran.

Pada Persidangan Tahunan Persatuan Sains dan Teknologi China pada tahun 2001, Profesor Chen-Ning Yang telah menunjukkan tiga bidang yang akan menjadi pemacu pembangunan teknologi—tiga arah strategik utama untuk 30 hingga 40 tahun akan datang:

• Penggunaan meluas cips dalam hampir semua perkara, dari bangunan dan rumah sehingga ke kereta, tubuh manusia, kilang, dan kedai;

• Kemajuan pesat dalam perubatan dan farmaseutikal;

• Kejuruteraan biologi.

Pengeluaran cip, salah satu daripada tiga arah strategik, memerlukan mikro-persekitaran yang disediakan oleh bilik bersih industri dalam teknologi kebersihan udara. Perubatan, farmaseutikal, dan biokejuruteraan memerlukan bilik bersih biologi, dengan perubatan dan farmaseutikal terutamanya memerlukan bilik bersih biologi am, manakala biokejuruteraan utamanya memerlukan bilik bersih keselamatan biologi. Jelas betapa rapatnya teknologi mikro-persekitaran bangunan bersih ini berkaitan dengan ketiga-tiga arah strategik tersebut, dan pada hari ini ia berhadapan dengan cabaran baharu daripada arah-arah tersebut.

1. Cip Semikonduktor

Kelajuan pembangunan cip litar bersepadu semikonduktor berkemungkinan tidak tertandingi oleh sebarang teknologi lain, dengan kepadatan integrasi hampir empat kali ganda setiap tiga tahun. Disebabkan oleh pesatnya kemajuan kecerdasan buatan, berlakunya kekurangan cip secara global, seterusnya menyebabkan pengurangan pengeluaran kereta disebabkan oleh kekurangan cip automotif. Pada hari ini, cip presisi 2nm sudah menjadi matlamat pengeluar, dan pengeluaran litar bersepadu cip memerlukan kawalan yang lebih ketat ke atas saiz zarah persekitaran. Tanpa diragukan lagi, industri elektronik terus mendominasi keperluan bilik bersih.

2. Farmaseutikal

Perubatan dan farmaseutikal berkait rapat dengan keselamatan dan kesihatan awam. Aplikasi pertama bilik bersih biologi dalam perubatan ialah bilik pembedahan bersih yang dibina di Amerika Syarikat pada Januari 1966. Bilik pembedahan bersih menggantikan kaedah penyahjangkitan tradisional, seperti cahaya ultraungu, dengan teknologi kebersihan udara untuk membolehkan kawalan pencemaran sepenuh proses. Dalam persekitaran sedemikian, kadar jangkitan boleh dikurangkan lebih daripada 90%, secara ketara mengurangkan atau menghapuskan keperluan antibiotik yang boleh membahayakan pesakit. Sebagai contoh, dari tahun 1989 hingga 1990, Hospital Changzheng Shanghai telah melakukan 9,337 pembedahan Kelas I di bilik pembedahan bersih tanpa sebarang jangkitan. Begitu juga, dari tahun 1995 hingga 1996, Hospital Beijing 301 melaporkan sifar jangkitan dalam 16,427 pembedahan Kelas I. Menurut artikel tahun 2012 dalam jurnal Tumor , kejadian leukemia di China adalah 5.17 per 100,000 penduduk, dengan kadar kematian sebanyak 3.94 per 100,000. Oleh itu, rawatan leukemia dan pembangunan bilik pembersihan biologi bagi rawatan tersebut semakin mendapat perhatian di China.

Walaupun pemahaman mengenai pembinaan bilik pembedahan bersih dan wad darah Kelas 100 pada mulanya berasal daripada pengalaman antarabangsa dan pemerhatian staf perubatan yang bekerja di luar negara, kesedaran bahawa keseluruhan bangunan hospital memerlukan kebersihan udara sebahagiannya besar berasal daripada pengalaman tempatan. Selepas 2003, salah satu refleksi yang paling kritikal adalah bahawa dalam pembinaan hospital, pembina dan pereka sering hanya memberi fokus kepada "bangunan" tetapi mengabaikan "kualiti udara." Sebahagian staf perubatan memberi keutamaan kepada penyebaran melalui sentuhan berbanding penyebaran aerosol dalam jangkitan saluran pernafasan, walaupun penyebaran aerosol lebih bercambah, lebih meluas, dan memerlukan dos jangkitan yang lebih rendah, menjadikannya lebih berbahaya. Contohnya:

• Memerlukan pengambilan 100 juta bakteria tularemia untuk jangkitan, manakala hanya 10–50 yang dihidu boleh menyebabkan demam;

• Dos jangkitan median untuk adenovirus yang dihidu adalah hanya separuh daripada kultur tisu;

• Bagi rickettsia demam Q, hanya satu zarah yang hinggap di saluran pernafasan boleh menyebabkan jangkitan;

• Walaupun Pseudomonas aeruginosa pernah dianggap sukar untuk merebak melalui udara, pengesannya dalam habuk di siling wad kebakaran dan di udara telah menonjolkan risiko jangkitan melalui udara;

• Ciri-ciri penyebaran aerosol virus SARS telah membuatkan manusia benar-benar menyedari kepentingan teknologi kebersihan udara dalam bangunan hospital.

Boleh dikatakan bahawa bangunan hospital tanpa teknologi kebersihan udara adalah ketinggalan zaman. Oleh itu, perancangan bangunan hospital moden yang merangkumi teknologi kebersihan udara haruslah merangkumi:

• Sistem Bilik Pembedahan : Pembinaan bilik pembedahan bersih;

• Sistem Wad : Wad bersih untuk leukemia, kebakaran, asma, dan jagaan bayi pramatang;

• Sistem Unit Penjagaan : Unit rawatan rapi (ICU), unit pemindahan organ, dan unit jagaan kardiovaskular;

• Sistem Operasi Rawatan : Bilik terapi intervensi, bilik rawatan leukemia, dan bilik bedah siasat untuk penyakit berjangkit;

• Sistem Makmal : Makmal ujian khas, makmal perubatan klinikal, makmal PCR, dan makmal sains hayat, dengan penekanan pada sistem keselamatan bioselamat;

• Sistem Bilik Instrumen : Bilik-bilik untuk instrumen persisian;

• Sistem Bilik Kuarantin : Bilik kuara tekanan-negatif untuk penyakit udara, bilik pemerhatian, dan bilik pembedahan tekanan-negatif;

• Sistem Farmasi : Pusat persediaan ubat khusus;

• Bilik Bantuan Bersih : Bilik bekalan steril dan penyimpanan barangan terpakai;

• Bilik Bantuan Tidak Bersih : Bilik pemprosesan sisa kontaminasi dan koridor bahan kontaminasi, memerlukan kawalan pencemaran untuk mencegah jangkitan ke luar;

• Kawasan Separuh Bersih : Bilik menunggu, bilik rawatan, bilik pemeriksaan, dan bilik diagnostik yang menggunakan penyaman udara hospital biasa.

Cabaran teknologi kebersihan dalam pengeluaran farmaseutikal juga belum pernah berlaku sebelum ini, terutamanya selepas pelaksanaan GMP. Pada masa kini, China melaksanakan GMP (2010) (biasanya dikenali sebagai GMP Ubat Manusia) dan Pengurusan Kualiti Pengeluaran Ubat Haiwan (2020). Bilik bersih kini merupakan keperluan asas untuk kilang farmaseutikal.

1) Kejuruteraan Genetik

Kejuruteraan genetik merupakan sebahagian penting daripada kejuruteraan biologi. Sejak kejayaan pemindahan bahan genetik daripada kokus kepada E. coli pada tahun 1973, teknologi genetik penggabung semula telah berkembang dengan pesat. Memandangkan potensi yang besar ini, pertumbuhannya pada abad baru adalah tidak terbatas. Walau bagaimanapun, sebahagian besar kejuruteraan biologi melibatkan risiko berpotensi, terutamanya bahaya biologi daripada penyebaran mikroorganisma toksik yang mungkin tidak diketahui. Insiden antraks di Amerika Syarikat dan wabak SARS global merupakan contoh-contoh bagi bahaya biologi yang serius ini. Peristiwa-peristiwa ini memberi amaran kepada semua orang: bahaya ini mungkin menjejaskan semua pihak. Bagi sebuah negara seperti kita yang mempunyai populasi besar dan perdagangan antarabangsa, mikropersekitaran berasaskan keselamatan bio adalah sangat penting untuk pencegahan epidemi, penyelidikan ke atas spesies dan produk tumbuhan serta haiwan, dan kawalan penyakit. Di bawah pengaruh wabak koronavirus baharu, pembinaan bilik pembersihan keselamatan bio (makmal) di negara saya sedang berkembang dengan momentum yang belum pernah berlaku sebelum ini. Institusi penyelidikan, hospital, pengeluar vaksin, agensi pemeriksaan dan kuarantin, agensi pencegahan dan kawalan penyakit haiwan dan tumbuhan, serta pusat kawalan penyakit di semua peringkat sangat memerlukan makmal keselamatan bio. Berdasarkan statistik tidak lengkap, Amerika Syarikat mempunyai 12 makmal P4 tahap tertinggi, manakala negara saya hanya mempunyai dua; terdapat lebih daripada 1,500 makmal P3, manakala negara saya mempunyai kira-kira 80. Selain daripada kejuruteraan genetik, sains hayat dan sesetengah projek pembiakan dalam pertanian dan kehutanan juga memerlukan persekitaran yang bersih.

2) Tahap Risiko Biologi

Risiko biologi dikelaskan secara antarabangsa mengikut sistem National Institutes of Health (NIH), berjulat dari P1 hingga P4 (terendah hingga tertinggi). Kemudahan yang mengendalikan bahan biologi pada tahap P3 dan P4 mesti melaksanakan langkah keselamatan biologi. Selepas tahun 1972, Amerika Syarikat beralih sebahagian kemudahan daripada penyelidikan senjata biologi kepada Institut Kanser Kebangsaan (NCI) dan menubuhkan program penyelidikan virus tumor khas untuk memajukan penyelidikan kanser, dengan langkah keselamatan biologi sebagai asas utama. Program Apollo seterusnya membangunkan konsep keselamatan biologi dengan menjalankan ujian ke atas angkasawan yang kembali dari angkasa lepas bagi mikroorganisma yang tidak dikenali. Bagi mempertahankan kesihatan manusia dan membangunkan vaksin, adalah perlu untuk bekerja dengan bakteria dan virus, terutamanya yang membawa ancaman serius kepada manusia dan haiwan ternakan. Penyelidikan ke atas patogen yang teruk dan jarang berlaku (termasuk serangga vektor) mesti dijalankan di dalam bilik bersih keselamatan biologi (makmal) dengan kemudahan keselamatan yang sesuai.

3) Farmaseutikal Biologi

Farma biologi mewakili kelas ubat baharu yang dikeluarkan melalui proses biologi. Ejen biologi aktif ini mesti dikeluarkan dalam keadaan steril, dan memandangkan ia sering tidak boleh disterilkan selepas pengeluaran, kawalan mikro-persekitaran sepanjang proses adalah sangat penting. Sebahagian besar daripada produk ini juga memerlukan langkah keselamatan biologi. Ubat-ubat ini terutamanya digunakan untuk merawat penyakit utama seperti kanser, penyakit kardiovaskular dan serebrovaskular, AIDS, dan gangguan genetik, yang sukar dirawat dengan kaedah konvensional. Pasaran global untuk farmasi biologi mengekalkan kadar pertumbuhan tahunan purata sebanyak 12%. Lebih daripada 70% syarikat bioteknologi di Amerika Syarikat dan lebih daripada 50% di Eropah terlibat dalam penyelidikan dan pembangunan produk biologi perubatan. Oleh itu, dalam beberapa aspek, kesan langsung bioteknologi terhadap umat manusia pada abad ke-21 berkemungkinan akan melebihi kesan cip, dan pembangunannya tidak dapat dipisahkan daripada kawalan pencemaran dan kebersihan udara—fungsi utama teknologi kebersihan udara.