Komory laminarne
Komory laminarne to urządzenia laboratoryjne zaprojektowane specjalnie w celu zapewnienia ochrony personelu, próbki i środowiska. Komory laminarne powstały z potrzeby ochrony naukowców przed infekcjami nabytymi w laboratorium. Komory laminarne działają poprzez wychwytywanie i zatrzymywanie zainfekowanych cząstek unoszących się w powietrzu, które są uwalniane podczas procesów wykonywanych w laboratorium, zapobiegając w ten sposób ich wdychaniu przez pracowników laboratorium.
Historia komory laminarnej
Na początku XX wieku niemiecki naukowiec Robert Koch po odkryciu, że zarazki mogą unosić się w powietrzu skonstruował pierwszą komorę laminarną. Pomimo różnych nieszczelności i wad konstrukcyjnych system ten pozwolił naukowcowi bezpiecznie pracować z wąglikiem, gruźlicą i cholerą.
W 1909 roku WK Mulford Pharmaceutical Company w Glenolden w Pensylwanii zaprojektował wentylowany kaptur, aby zapobiec zakażeniu prątkiem gruźlicy podczas przygotowywania tuberkuliny.
Następnie podobne komory były opracowywane przez lata również przez innych badaczy w celu zwiększenia ochrony użytkownika. Pomimo tych wczesnych komór bezpieczeństwa biologicznego, naukowcy nadal umierali z powodu infekcji nabytych w laboratorium. Częstość zakażeń laboratoryjnych rosła w zastraszającym tempie. Szczególnie powszechnymi chorobami laboratoryjnymi były gruźlica, gorączka Q i dżuma dymienicza.
W 1943 roku Van den Ende opublikował pierwszy formalny opis komory bezpieczeństwa biologicznego. System ten wytwarzał przepływ powietrza do wewnątrz za pomocą pieca, który był również używany do spalania powietrza wywiewanego. W tym samym roku żołnierz armii amerykańskiej w Laboratoriach Wojny Biologicznej Armii Stanów Zjednoczonych w Fort Detrick w stanie Maryland – Hubert Kaempf Jr. stworzył pierwszą prototypową komorę laminarną klasy III. Również w latach wojny organ, który później przekształcił się w Komisję Energii Atomowej, opracował wysokowydajny filtr cząstek stałych (HEPA). Opracowanie filtra HEPA wywarło ogromny wpływ na skuteczność komór laminarnych, zapewniając użytkownikom znacznie zwiększoną ochronę.
W 1948 roku projekt komór laminarnych poczynił kolejny krok naprzód, gdy udostępniono pierwszą komorę zawierającą wiele nowoczesnych cech konstrukcyjnych. Funkcje te obejmowały obudowę ze stali nierdzewnej, szklane panele wzierne, wewnętrzną tylną przegrodę, przewody serwisowe, dmuchawę wylotową i filtry z włókna szklanego, które zapewniały zarówno większe bezpieczeństwo użytkownika, jak i większą łatwość użytkowania.
W 1951 roku firma Baker opracowała pierwsze stanowisko pracy z czystym powietrzem, co stanowiło znaczący postęp w standardach w zakresie komór laminarnych. W rzeczywistości wiele dzisiejszych standardów branżowych dotyczących jakości, wydajności i konstrukcji opiera się na oryginalnych koncepcjach i innowacjach firmy Baker.
W 1964 roku firma Baker Company dodała kolejną innowację w budowie komór, wprowadzając szczeliny powietrza powrotnego o dużej prędkości na opatentowanej ławce Edge-GARD, będącą najbardziej wydajną ławą do czyszczenia z przepływem poziomym.
W 1965 roku w celu zapewnienia dodatkowej ochrony pracownikom laboratorium, firma Baker Company opracowała pierwszą komorę laminarną z pionowym przepływem laminarnym, BioGARD. Innowacyjna konstrukcja BioGARD zapewniała jeszcze lepszą ochronę użytkownika w porównaniu z istniejącymi urządzeniami.
W 1970 roku firma NuAire otrzymała pierwszą umowę na zaprojektowanie i produkcję komory laminarnej zgodnie z nową specyfikacją USA (NIH-03-112C) na komory z przepływem laminarnym.
W 1972 roku firma Baker podjęła dalsze kroki w celu poprawy bezpieczeństwa użytkowników, opracowując SterilGARD czyli pierwszą komorę, która całkowicie otoczyła zanieczyszczone komory nadciśnieniowe podciśnieniem i osiągnęła znaczące korzyści w zakresie bezpieczeństwa operatora.
W 1976 roku firma Labconco rozpoczęła produkcję swojego produktu Biosafety Cabinet.
W 1983 roku firma Baker kontynuowała swoje zaangażowanie w bezpieczeństwo użytkownika, tworząc optymalną nastawę dla szaf bezpieczeństwa biologicznego poprzez koncepcję zakresu działania.
W 1985 roku komora opracowana przez firmę Thermo Scientific stała się pierwszą na świecie komorą laminarną, która otrzymała certyfikat TUV, oznaczający, że urządzenie zostało niezależnie zbadane i uznane za spełniające określone standardy jakości i bezpieczeństwa.
W 1993 roku firma Thermo Scientific wyprodukowała pierwszą na świecie komorę, która oferowała zmotoryzowaną szybę przednią i aerozoloszczelne uszczelnienie szyby. Wprowadzone innowacje poprawiły bezpieczeństwo oraz wygodę użytkownika.
W 1996 roku firma Thermo Scientific wprowadziła pierwszą komorę laminarną z certyfikatem DIN-12980, zaprojektowaną specjalnie do przygotowywania i obsługi leków cytotoksycznych.
W 1998 roku firma Baker zaprezentowała swój najnowszy postęp w komforcie i bezpieczeństwie użytkownika, wprowadzając SterilGARD® III Advance. Była to najbardziej zaawansowana i zaprojektowana ergonomicznie komora laminarna klasy II, typu A / B3 na rynku.
W 2000 roku firma Thermo Scientific wprowadziła na rynek pierwszą na świecie komorę, w której zastosowano technologię bezszczotkowego silnika prądu stałego.
W 2003 roku firma Baker wprowadziła nowe komory rękawicowe z wymianą. Urządzenia te zapewniały jakość powietrza lepszą niż klasa 100 w obszarze podciśnienia.
W 2007 roku firma Labconco zaprojektowała komorę laminarną szczególnie przeznaczoną dla badaczy komórek. Komora Purifier® Logic ™ klasy II umożliwiła zintegrowanie mikroskopu z obudową i wbudowaną „stojącą” platformą izolacyjną, która zmniejszyła wibracje nawet o 300 procent.
W 2008 roku firma Thermo Scientific wprowadziła na rynek zaawansowane komory laminarne Thermo Scientific HERAsafe KS i KSP, które wyznaczyły standardy w zakresie wydajności i bezpieczeństwa.
W 2009 roku firma ESCO po raz pierwszy wyprodukowała cichobieżne komory laminarne klasy II Labculture. Komory te zostały zaprojektowane w odpowiedzi na rosnące wymagania w zakresie hodowli komórek, nauk przyrodniczych i procedur bezpieczeństwa biologicznego, które wymagały od użytkowników laboratoriów spędzania dłuższych okresów pracy w komorach. Komory laminarne Labculture® były w stanie pracować przy poziomie hałasu nawet 50 dBA, co najmniej o 50 procent ciszej w porównaniu do jakichkolwiek innych komór dostępnych w tamtym czasie na rynku. Poprawiło to koncentrację, produktywność i bezpieczeństwo pracowników laboratorium.
W 2009 roku firma ESCO w znacznym stopniu udoskonaliła ergonomiczny projekt komór laminarnych dzięki nowej serii ław do czyszczenia z pionowym przepływem laminarnym OptiMair ™ . Urządzenia te miały nachylony przód w celu polepszenia widoczności, a także wygodne przesuwne skrzydło i szklane boki. Modele te zostały również zaprojektowane w celu rozwiązania problemów związanych ze zużyciem energii, oferując szereg energooszczędnych funkcji.
W 2010 roku firma ESCO rozpoczęło sprzedaż aktualizacji do swojej popularnej linii produktów komór laminarnych Airstream, która zawierała szereg nowych funkcji, takich jak mikrokontroler, port komunikacyjny i łatwiejsze w użyciu oprogramowanie.
W 2010 roku firma Lishen wyprodukowała komorę laminarną Heal Force HF safe-1200 (klasa II, typ A2). Komora ta została zaprojektowana, aby poprawić komfort i bezpieczeństwo operatorów, którzy używali komór laminarnych przez coraz dłuższy czas. Innowacyjne funkcje obejmowały projekt przedniej szyby o kącie 10° w celu zwiększenia obszaru roboczego, oraz zmotoryzowaną szybę przednią ze szkła hartowanego, która poszerzała pole widzenia. Komora zawierała również unikalny tryb przepływu powietrza zaprojektowany dla bezpieczniejszej pracy.
W 2010 roku firma Telstar opracowała nową generację kompaktowych komór. Komory laminarne Bio II Advance zachowywały przestrzeń roboczą, jednocześnie zmniejszając ilość zajmowanego miejsca w laboratorium do 20 procent w porównaniu do dostępnych na rynku urządzeń.
Postępy w technologii komór laminarnych były napędzane przez lata postępem w procedurach laboratoryjnych. Badania naukowe obejmowały coraz bardziej niebezpieczne i skomplikowane prace, dlatego komory ewoluowały, aby sprostać potrzebom i wymaganiom użytkowników. Naukowcy spędzają coraz więcej czasu pracując w komorach laminarnych, dlatego ich konstrukcja z czasem stała się bardziej ergonomiczna. Innowacje komór obejmowały energooszczędne modele, które rozwiązują problemy związane z emisjami gazów cieplarnianych i zmniejszającymi się zasobami paliw, a także kompaktowe modele, które optymalizują coraz cenniejszą przestrzeń laboratoryjną.
Przepływ laminarny
Przepływ laminarny definiuje się jako przepływ powietrza, w którym całe powietrze w wyznaczonej przestrzeni jest jednorodne zarówno pod względem prędkości, jak i kierunku. Laminarny przepływ powietrza utrzymuje obszar roboczy wolny od zanieczyszczeń.
Komora z przepływem laminarnym jest to zamknięty stół roboczy, który jest używany do tworzenia środowiska pracy wolnego od zanieczyszczeń dzięki zainstalowanym filtrom HEPA, które wychwytują wszystkie cząstki dostające się do komory.
Komory z przepływem laminarnym tworzą środowisko pracy wolne od cząstek stałych, przepuszczając powietrze przez system filtracji i wyrzucając je przez powierzchnię roboczą w laminarnym lub jednokierunkowym strumieniu powietrza. Zapewniają doskonałe, czyste powietrze dla szeregu wymagań laboratoryjnych.
Komory te działają na zasadzie nawiewu laminarnego powietrza zasysanego przez jeden lub więcej filtrów HEPA, zaprojektowanych w celu stworzenia środowiska pracy wolnego od cząstek stałych i zapewnienia ochrony produktu. Powietrze jest pobierane przez system filtracji, a następnie usuwane przez powierzchnię roboczą w ramach procesu przepływu laminarnego.
Zwykle system filtracji składa się z filtra wstępnego i filtra HEPA. Komora z przepływem laminarnym jest zamknięta po bokach i utrzymuje stałe nadciśnienie, aby zapobiec przedostawaniu się zanieczyszczonego powietrza do pomieszczenia.
Istnieją dwa typy komór z laminarnym przepływem powietrza: poziomy i pionowy. Różnica między pionowymi i poziomymi komorami laminarnymi polega na kierunku przepływu powietrza i umiejscowieniu filtra HEPA. Komory te są wykonane z poziomym lub pionowym systemem przepływu powietrza i mają dwustopniową filtrację.
Komory z poziomym przepływem laminarnym
W komorze z poziomym przepływem powietrza powietrze z pomieszczenia jest wprowadzane do obszaru roboczego przez filtr HEPA zamontowany z tyłu szafy. Przefiltrowane powietrze przepływa poziomo w kierunku użytkownika, tworząc sterylne środowisko pracy. Powietrze kierowane bezpośrednio w operatora, może obniżyć poziom bezpieczeństwa tego typu komór laminarnych.
Komory z pionowym przepływem laminarnym
Jest to najczęściej stosowany rodzaj laminarnego przepływu powietrza. W komorze z przepływem pionowym powietrze z pomieszczenia jest wprowadzane do obszaru roboczego przez filtr HEPA zamontowany na górze szafy. W ten sposób powietrze przepływa w dół (pionowo) w kierunku powierzchni roboczej i opuszcza szafkę, usuwając cząsteczki i bakterie. Komora z pionowym przepływem laminarnym jest uważana za bezpieczniejszą, ponieważ nie wydmuchuje powietrza bezpośrednio w kierunku osoby przeprowadzającej eksperyment.
Podział komór laminarnych na klasy
Zgodnie z normą PN-EN 12469:2002 stosuje się trzystopniową klasyfikację komór laminarnych. Klasy komór rozróżnia się ze względu na poziom zapewnianej ochrony personelu, środowiska oraz próbki. Do podziału stosuje się również rekomendowaną przez WHO rozszerzoną systematyzację, dzielącą komory laminarne klasy II na pięć typów: A1, A2, B1, B2 i C1. Podział na typy uwzględnia konstrukcję, prędkość i wielkość strumienia przepływającego powietrza oraz sposób wyprowadzania wylotowego powietrza.
Klasa I
Komory laminarne klasy I zapewniają ochronę personelu i środowiska, ale nie zapewniają ochrony próbki. Komory klasy I posiadają otwór w ścianie czołowej, przez który pracownik może wykonywać czynności w ich wnętrzu na powierzchni stołu roboczego. Gwarantują ochronę użytkownika oraz kontrolę wydostawania się zanieczyszczonego makrocząstkami powietrza, poprzez ukierunkowanie przepływu powietrza do wnętrza komory oraz filtrację powietrza wylotowego. W komorach klasy I wykorzystywane jest tylko powietrze zewnętrzne. Stosowane są dla czynników biologicznych z grup ryzyka mikrobiologicznego 1, 2, 3.
Klasa II
Komory laminarne klasy II zapewniają ochronę personelu, środowiska i próbki. Komory klasy II posiadają otwór w ścianie czołowej umożliwiający pracownikowi wykonywanie czynności w ich wnętrzu na powierzchni stołu roboczego. Chronią użytkownika przed zagrożeniem związanym z wykorzystywanymi substancjami. Komory laminarne klasy II umożliwiają również zminimalizowanie zanieczyszczenia krzyżowego oraz kontrolę przedostawania się zanieczyszczonego makrocząstkami powietrza, filtrując powietrze wewnątrz komory oraz powietrze wylotowe. Stosowane są dla czynników biologicznych z grup ryzyka mikrobiologicznego 1, 2, 3. Komory klasy II są powszechnie używane w laboratoriach klinicznych i badawczych.
Klasa III
Komory laminarne klasy III zapewniają maksymalną ochronę. Są to komory o całkowicie zamkniętej przestrzeni roboczej. Pracownik oddzielony jest od miejsca pracy barierą fizyczną np.: rękawicą mechanicznie przymocowaną do przezroczystej ściany komory. Do komory laminarnej klasy III filtrowane powietrze dostarczane jest w sposób ciągły, natomiast powietrze wylotowe poddawane jest obróbce w celu zabezpieczenia przed uwolnieniem mikroorganizmów do otaczającego komorę środowiska a także środowiska zewnętrznego poza laboratorium. Stosowane są dla czynników biologicznych z 4 grupy ryzyka mikrobiologicznego. Wykorzystywane są w laboratoriach o największych zabezpieczeniach.
Budowa komory laminarnej
Obudowa
Komora laminarna wykonana jest ze stali nierdzewnej. Przód komory wyposażony jest w osłonę, która otwiera się całkowicie lub umożliwia włożenie rąk użytkownika do komory.
Stanowisko pracy
Wewnątrz komory znajduje się płaskie stanowisko robocze wykonane ze stali nierdzewnej. Miejsce pracy jest starannie zaprojektowane, tak aby zapewnić użytkownikowi wygodną pracę i łatwe czyszczenie. Blat roboczy w komorze laminarnej może być jednoczęściowy lub dzielony. Standardowym wyposażeniem jest zawór powietrza/gazu i gniazdo elektryczne. Przednia strona obszaru roboczego zakryta jest szybą która może być przesuwana ręcznie lub automatycznie. W przypadku komór laminarnych klasy III szyba wyposażona jest w rękawice, które umożliwiają pracownikowi włożenie rąk do wnętrza komory.
Filtr wstępny
W górnej części obudowy znajduje się wkładka filtrująca/filtr wstępny przez którą powietrze przechodzi do wnętrza komory i kierowane jest do filtra HEPA. Wkładka filtrująca zazwyczaj zatrzymuje cząsteczki o wielkości 5 mikronów lub większej przed przedostaniem się do środowiska pracy.
Wentylator
Pod wkładką filtrującą znajduje się wentylator, który zasysa powietrze, przemieszcza je we wnętrzu komory i kieruje w kierunku filtra HEPA.
Filtr HEPA
Powietrze przefiltrowane przez filtr wstępny kierowane jest do filtra HEPA. Filtr HEPA zapewnia 99,99% wydajności dla cząstek 0,3 mikrona. Filtr HEPA zapewnia sterylny stan wewnątrz komory, zmniejszając w ten sposób ryzyko zakażenia.
Oświetlenie
Wewnątrz komory zamontowane jest oświetlenie zapewniające odpowiednie światło podczas pracy.
Lampa UV
Dodatkową opcją w komorach laminarnych jest lampa UV, która umożliwia sterylizację obszaru roboczego.
Działanie komory laminarnej
Działanie komory z przepływem laminarnym opiera się na laminarnym przepływie powietrza przez komorę. Urządzenie działa na zasadzie przepływu powietrza do wewnątrz przez jeden lub więcej filtrów HEPA, aby stworzyć środowisko wolne od cząstek stałych.
Powietrze jest pobierane przez system filtracji, a następnie usuwane przez powierzchnię roboczą jako część laminarnego przepływu powietrza. Powietrze przechodzi początkowo przez filtr wstępny, który umożliwia przepływ powietrza do komory. Następnie wentylator kieruje powietrze w stronę filtrów HEPA. Filtry HEPA zatrzymują bakterie, grzyby i inne cząstki stałe, dzięki czemu wydostające się z nich powietrze jest pozbawione zanieczyszczeń. Część wydostającego się powietrza przechodzi następnie przez perforację znajdującą się w dolnym tylnym końcu komory, natomiast większość powietrza przepływa nad stołem roboczym, wychodząc z komory w kierunku użytkownika. Komora z przepływem laminarnym jest po bokach zamknięta, a wewnątrz komory jest stale utrzymywane podwyższone ciśnienie w celu uniknięcia przedostania się zanieczyszczonego powietrza zewnętrznego do wnętrza komory.