Desafios futuros na tecnologia de salas limpas: chips semicondutores, produtos farmacêuticos e biotecnologia

O rápido avanço da ciência e da tecnologia torna difícil prever o estado do mundo até o final deste século. No entanto, com base em algumas tendências importantes já evidentes, é possível fazer certos julgamentos. Três campos tecnológicos principais — chips semicondutores, produtos farmacêuticos e biotecnologia — juntamente com suas tecnologias de salas limpas associadas, enfrentam oportunidades e desafios.

Na Conferência Anual de 2001 da Associação Chinesa de Ciência e Tecnologia, o Professor Chen-Ning Yang destacou três campos que se tornariam as forças motrizes do desenvolvimento tecnológico — as três principais direções estratégicas para os próximos 30 a 40 anos:

• A ampla aplicação de chips em quase tudo, desde edifícios e casas até carros, corpo humano, fábricas e lojas;

• Avanços rápidos na medicina e nos produtos farmacêuticos;

• Bioengenharia.

A produção de chips, uma das três direções estratégicas, requer um microambiente proporcionado por salas limpas industriais na tecnologia de limpeza do ar. Medicina, produtos farmacêuticos e bioengenharia requerem salas limpas biológicas, enquanto a medicina e os produtos farmacêuticos necessitam principalmente de salas limpas biológicas gerais, e a bioengenharia, principalmente de salas limpas de biossegurança. É evidente a estreita relação da tecnologia de microambientes limpos para edifícios com essas três direções estratégicas, e hoje ela enfrenta novos desafios.

1. Chips semicondutores

A velocidade de desenvolvimento de chips de circuitos integrados semicondutores é provavelmente incomparável a qualquer outra tecnologia, com a densidade de integração praticamente quadruplicando a cada três anos. Devido ao rápido avanço da inteligência artificial, há uma escassez global de chips, o que leva à redução da produção de automóveis devido à falta de chips automotivos. Hoje, chips de precisão de 2 nm já são uma meta para os fabricantes, e a produção de circuitos integrados exige um controle ainda mais rigoroso sobre o tamanho das partículas no ambiente. Sem dúvida, a indústria eletrônica continua a dominar os requisitos para salas limpas.

2. A sua família. Produtos farmacêuticos

Medicina e produtos farmacêuticos estão intimamente relacionados à segurança e saúde públicas. A primeira aplicação de uma sala limpa biológica na medicina foi uma sala cirúrgica limpa construída nos Estados Unidos em janeiro de 1966. Uma sala cirúrgica limpa substitui os métodos tradicionais de desinfecção, como a luz ultravioleta, por tecnologia de limpeza do ar para permitir o controle completo da poluição do processo. Em tais ambientes, as taxas de infecção podem ser reduzidas em mais de 90%, reduzindo significativamente ou eliminando a necessidade de antibióticos, que podem prejudicar os pacientes. Por exemplo, de 1989 a 1990, o Hospital Changzheng de Xangai realizou 9.337 cirurgias de Classe I em salas cirúrgicas limpas, sem uma única infecção. Da mesma forma, de 1995 a 1996, o Hospital 301 de Pequim relatou zero infecções em 16.427 cirurgias de Classe I. De acordo com um artigo de 2012 no periódico Tumor a incidência de leucemia na China era de 5,17 por 100.000 habitantes, com uma taxa de mortalidade de 3,94 por 100.000 habitantes. Consequentemente, o tratamento da leucemia e o desenvolvimento de salas limpas biológicas para tais tratamentos têm ganhado cada vez mais atenção na China.

Embora a compreensão da construção de salas cirúrgicas limpas e enfermarias de sangue Classe 100 tenha surgido inicialmente de experiências internacionais e das observações de profissionais médicos que trabalham no exterior, o reconhecimento de que edifícios hospitalares inteiros exigem ar limpo decorreu, em grande parte, de experiências nacionais. Após 2003, uma das reflexões mais críticas foi que, na construção de hospitais, construtores e projetistas frequentemente se concentravam apenas no "edifício", negligenciando a "qualidade do ar". Alguns profissionais médicos priorizaram a transmissão por contato em detrimento da transmissão por aerossóis de infecções respiratórias, embora esta última seja mais explosiva, disseminada e exija doses infecciosas mais baixas, tornando-a mais perigosa. Por exemplo:

• A ingestão de 100 milhões de bactérias de tularemia é necessária para a infecção, enquanto a inalação de apenas 10–50 pode causar febre;

• A dose infecciosa média para adenovírus inalado é apenas metade daquela da cultura de tecidos;

• No caso da riquétsia da febre Q, apenas uma partícula que se instala no trato respiratório pode causar infecção;

• Embora a transmissão da Pseudomonas aeruginosa tenha sido considerada improvável pelo ar, sua detecção na poeira dos tetos das enfermarias de queimados e no ar destacou os riscos da transmissão aérea;

• As características de transmissão por aerossol do vírus SARS tornaram as pessoas verdadeiramente conscientes da importância da tecnologia de limpeza do ar em edifícios hospitalares.

Pode-se dizer que edifícios hospitalares sem tecnologia de purificação do ar estão obsoletos. Portanto, o planejamento de edifícios hospitalares modernos que incorporem tecnologia de purificação do ar deve incluir:

• Sistemas de sala de cirurgia : Construção de salas cirúrgicas limpas;

• Sistemas de enfermaria : Limpar enfermarias para leucemia, queimaduras, asma e cuidados com bebês prematuros;

• Sistemas de Unidade de Enfermagem : Unidades de terapia intensiva (UTI), unidades de transplante de órgãos e unidades de tratamento cardiovascular;

• Sistemas de Operação de Tratamento : Salas de terapia intervencionista, salas de tratamento de leucemia e salas de autópsia para doenças infecciosas;

• Sistemas de Laboratório : Laboratórios de testes especiais, laboratórios médicos clínicos, laboratórios de PCR e laboratórios de ciências biológicas, com ênfase em sistemas de biossegurança;

• Sistemas de Sala de Instrumentos : Salas para instrumentos de precisão;

• Sistemas de salas de isolamento : Salas de isolamento com pressão negativa para doenças transmitidas pelo ar, salas de observação e salas de cirurgia com pressão negativa;

• Sistemas de Farmácia : Centros especializados de preparação de medicamentos;

• Salas auxiliares limpas : Salas de materiais estéreis e armazenamento de itens descartáveis;

• Salas auxiliares não limpas : Salas de processamento de resíduos contaminados e corredores de materiais contaminados, exigindo controle da poluição para evitar transmissão externa;

• Áreas Semi-Limpas : Salas de espera, salas de tratamento, salas de exame e salas de diagnóstico usando ar condicionado hospitalar padrão.

Os desafios para a tecnologia de limpeza na produção farmacêutica também são sem precedentes, especialmente após a implementação das BPF. Atualmente, a China aplica as BPF (2010) (comumente conhecidas como BPF para Medicamentos Humanos) e a Gestão da Qualidade na Produção de Medicamentos Veterinários (2020). Salas limpas são hoje um requisito fundamental para fábricas farmacêuticas.

1) Engenharia Genética

A engenharia genética é uma parte crítica da bioengenharia. Desde a transferência bem-sucedida de material genético de um coco para E. coli em 1973, a tecnologia genética recombinante se desenvolveu rapidamente. Dado seu imenso potencial, seu crescimento no novo século é ilimitado. No entanto, uma parcela significativa da bioengenharia envolve riscos potenciais, particularmente o perigo biológico de espalhar microrganismos tóxicos potencialmente desconhecidos. O incidente com antraz nos Estados Unidos e o surto global de SARS são exemplos desses riscos biológicos graves. Esses eventos Um aviso a todos: esse perigo pode afetar a todos. Para um país como o nosso, com uma grande população e comércio internacional, microambientes de construção em conformidade com a biossegurança são essenciais para a prevenção de epidemias, pesquisa sobre espécies e produtos vegetais e animais e controle de doenças. Sob a influência da nova epidemia de coronavírus, a construção de salas limpas de biossegurança (laboratórios) em meu país está experimentando um impulso sem precedentes. Instituições de pesquisa, hospitais, fabricantes de vacinas, agências de inspeção e quarentena, agências de prevenção e controle de doenças animais e vegetais e centros de controle de doenças em todos os níveis precisam urgentemente de laboratórios de biossegurança. De acordo com estatísticas incompletas, os Estados Unidos têm 12 dos laboratórios P4 de mais alto nível, enquanto meu país tem apenas dois; há mais de 1.500 laboratórios P3, enquanto meu país tem aproximadamente 80. Além da engenharia genética, as ciências biológicas e certos projetos de melhoramento na agricultura e silvicultura também exigem ambientes limpos.

2) Níveis de Risco Biológico

Os riscos biológicos são classificados internacionalmente de acordo com o sistema dos Institutos Nacionais de Saúde (NIH), variando de P1 a P4 (do menor ao maior). Instalações que manipulam materiais biológicos nos níveis P3 e P4 devem implementar medidas de biossegurança. Após 1972, os EUA transferiram algumas instalações de pesquisa de armas biológicas para o Instituto Nacional do Câncer (NCI) e estabeleceram um programa especial de pesquisa de vírus tumorais para avançar a pesquisa do câncer, com medidas de biossegurança como pedra angular. O programa Apollo desenvolveu ainda mais os conceitos de biossegurança testando astronautas retornando do espaço para microrganismos desconhecidos. Para proteger a saúde humana e desenvolver vacinas, é necessário trabalhar com bactérias e vírus, especialmente aqueles que representam sérias ameaças aos seres humanos e ao gado. A pesquisa sobre patógenos graves e incomuns (incluindo insetos vetores) deve ser conduzida em salas limpas de biossegurança (laboratórios) com instalações de segurança adequadas.

3) Produtos Farmacêuticos Biológicos

Os produtos farmacêuticos biológicos representam uma nova classe de medicamentos fabricados por meio de processos biológicos. Esses agentes biologicamente ativos devem ser produzidos em condições estéreis e, como muitas vezes não podem ser esterilizados após a produção, o controle completo do microambiente do processo é essencial. Uma parcela significativa desses produtos também requer medidas de biossegurança. Esses medicamentos são usados principalmente para tratar doenças graves, como câncer, doenças cardiovasculares e cerebrovasculares, AIDS e distúrbios genéticos, que são difíceis de tratar com métodos convencionais. O mercado global de produtos farmacêuticos biológicos mantém uma taxa média de crescimento anual de 12%. Mais de 70% das empresas de biotecnologia dos EUA e mais de 50% das europeias estão envolvidas na pesquisa e no desenvolvimento de produtos biológicos médicos. Assim, em alguns aspectos, o impacto direto da biotecnologia na humanidade no século XXI pode superar o dos chips, e seu desenvolvimento é inseparável do controle da poluição e da limpeza do ar — as funções essenciais da tecnologia de limpeza do ar.