准单向流生物洁净室设计与应用方案

　【摘要】目前，我国准单向流生物洁净室设计工作还处于初步发展阶段，有很大的空间需要研究人员不断进行完善。本文对准单向流生物洁净室设计中的最佳参数以及其中涉及的相关理论进行研究，并将研究结果在一个生物制药场中予以运用，通过判断实际运行情况，检测粒子数量、沉降菌数量以及室内风速等关键指标与相关标准的符合度，为以后的准单向流生物洁净室设计提供了理论基础。 
　　【关键词】沉降菌；风速；粒子数量 

　　近年来，随着制药、食品加工、医学等产业的迅速发展，空气生物洁净技术也得到了广泛的运用。20世纪50年代以来，随着军事上对于产品加工技术精确度的要求不断增加，洁净技术逐渐得到了发展，人们开始意识到除了生产技术，生产环境也是影响产品质量的重要因素，为此生物洁净技术也有了强劲的发展动力。 
　　生物洁净净化技术主要遵循以下原理：首先，使用空气过滤手段，将室内空气中的尘埃和微生物粒子清除；其次，利用规律性气流将室内的微生物粒子排出室外；最后，利用压力控制保护室内空气免遭外界污染；生物洁净净化技术就是通过以上三个阶段营造一个洁净的空间，以实现室内空气免受外界生物微污染的目的。 
　　目前，常用的空气净化技术为乱流洁净室技术和单向流洁净室技术，比较而言，虽然乱流洁净室技术的造价和运行费用都比较低，但由于气流的固有缺陷，通常只有洁净级别为10000级到30万级时予以使用。而单向流洁净室技术适用于100级洁净度的环境中，且这种方式造价高、管理起来也比较困难，实践中，人们一直在寻找这种技术的改善方法，以拓宽其适用范围。 
　　1 单向流生物净化室技术的研究现状 
　　从20世纪70年代末期开始，美国、日本、苏联以及我国学者已经就当前的准单向流洁净室技术进行了一系列的研究设计，并在流体力学以及计算机模拟技术的辅助下得到了初步的流线模型，但由于技术掌握不够成熟，这些方案并没有在具体的准单向流生物洁净室工程中得到应用。由于缺乏设计依据，没有先进的单向流设计技术与生物洁净技术的设计原理作为理论支撑，研究人员对于该方面的认识还只停留在基础认识阶段。 
　　实际工作中，常用的解决方案是将标准单向流洁净室的顶部送风方式与乱流洁净室技术侧墙下的回风方式结合，从而构成标准的单向流生物洁净室。这种方式如果操作规范，可以保证其工作面及其以上高度的单向流特性，为此，该方法的使用可以降低30%以上的工程造价，对于建筑物高度的要求也有所降低，实践中易于操作。此外，这种技术能够取消地面回风格栅，这对于保证室内清洁、减小细菌滋生等都有良好的效果。为此，该项技术的使用在制药、医疗、生物工程等多个方面都将得到广泛的使用。 
　　但是由于乱流洁净室技术中的侧墙下部回风方式会有涡流区，单向流生物洁净室设计及其应用都会因此受到阻碍。对于送风气流速度的设计、对于涡流区分布的设计等都是需要亟待解决的问题。 
　　2 解决方案设计 
　　2.1 设计目的 
　　此次设计主要为了验证对于生物洁净室内断面的送风风俗、尘埃粒子数以及沉降菌数量的设计参数的可靠性，以保证对生物洁净室中的环境控制能够达到《药品生产质量管理规范》的要求。 
　　2.2 检测方法 
　　实验前，保证空调的净化系统已经持续运转了24h，并已用甲醛熏蒸消毒，对于室内的温度、湿度、静压差等都已经过测试，以确保环境符合设计标准。同时，参与实验的测试人员都要穿无菌衣，保证测点离地面0.8m，测试在静态状态下进行。 
　　2.2.1 对于送风气流流速的检测 
　　实验中采用热线式风速仪对各点的空气流速进行测试，保证样点间距不大于2.0m，数量大于10个。计算过程中，每个点取三次数据将其平均值作为测量值，当风速不均匀时，使用公式：βv = 。 
　　其中，βv为风速的不均匀度；Vi为任一点实测风俗；V为平均风速；n为侧点数。 
　　2.2.2 洁净室内空气含尘浓度检测 
　　该过程使用技术浓度法，分别测定洁净环境中单位体积下空气中粒径不小于0.5um以及不小于5um的悬浮粒子数，从而测定室内悬浮粒子洁净度的等级。 
　　测试中，每个点的采样次数不能超过5次，选择其中连续的3个接近采样值的点作为测量的有效值。采样量为2.83L/min，每次采样时间为2min。采样过程中保证采样管管口正对着气流方向，参与测试的人员需要在采样口的下风侧站立。采样点平均粒子浓度按以下公式计算。 
　　A=（C1+C2+…+Cn）/n 
　　其中，A为某采样点的平均粒子速度；C为某采样点的粒子浓度；n为有效取样次数。 
　　2.2.3 沉降菌测试 
　　该阶段使用沉降法，其原理是通过自然沉降，将空气中的生物粒子收集在培养皿中，于适宜的环境下放置一段之间，当培养皿中有可见的菌落时进行计数，根据培养皿中的菌落数量判断洁净环境下的活微生物数量，并据此来判断微生物的浓度。 
　　沉降菌测试的检测步骤如下：（1）将准备好的培养皿放在取样点测定架上，将培养皿盖打开，保证培养基表面在空气中暴露0.5h，然后盖上培养皿皿盖，并倒置培养皿。（2）结束采样之后，在30℃―35℃的恒温环境下倒置培养皿48h，给每批培养基设置对照试验（每批选择3只培养皿作对照），并检验培养基是否受到感染。（3）使用肉眼对菌落计数，该过程要在5―10倍的放大镜的辅助下进行，以保证没有遗漏。如果培养皿上有2个以上的菌落重叠，计数时按照实际数量记录。平均菌落数按照以下公式计算： 
　　M=（M1+M2+…+Mn）/ n 
　　3 应用效果 
　　按照上述标注对某基因重组药物分装间进行检测，分装间的规模为：长×宽×高=7×5×2.5m，工作面高度为0.8m，其他标准均符合以上设计的前提，检测结果如下。 
　　3.1 沉降菌检测 
　　室内的沉降菌平均值0.6粒/皿，小于规范要求。关于风速和尘埃粒子数的检测也符合《药物质量管理规范》的标准。 
　　3.2 尘埃粒子数检测 
　　每一个采点处的尘埃粒子数量均在100级标准以下，该标准的极限值为：0.5um：3500粒/m?；5um：0粒/m?。 
　　3.3 送风气流速度的检测 
　　试验中的各点送风气流速度均大于设计值0.30m/s，且风速的不均匀度为0.04，小于设定值0.25。 
　　4 结论 
　　实践证明，根据以上标准，实际运行时的尘埃粒子数、送风气流的速度、室内温度、室内压强、相对湿度等因素都符合设计标准时，文中所提及的准单向流生物洁净室的最佳参数的估计方式是可行的。其中，准单向流生物洁净室涡流区的高度应达到房间宽度的0.15倍，当室内宽度小于5m时，距地面800m以上的工作区域将不会产生涡流；此外，如果房间内部没有上升热气流，理论上垂直的单向流动气体流速应不小于0.3m/s，此时室内最小压强应达到5Pa，室温应保持在20―25℃之间，相对湿度应在45―60%RH范围内。 
　　经研究发现，在洁净室中对于尘埃粒子的控制效果要优于沉降菌，由此可以证明，生物洁净室的主要作用是控制室内的微生物粒子。此外，由于试验中室内工作人员的发菌量相对设计值而言较低，由此证明不同无菌衣以及不同的工作状态对于发菌量都会产生一定的影响，这还需要研究人员的进一步探讨。