القسم 2 تحليل المشكلات الشائعة في تصميم وبناء المختبرات الطبية

أولاً: المشكلات الواجب الانتباه إليها في هندسة الغرف النظيفة

1. المشكلات التي تحدث بسهولة في هندسة الغرف النظيفة

(1) لا يمكن قتل البكتيريا والغبار الهوائي الذي تحبسهما غشاء المرشح، وفي ظل درجات الحرارة والرطوبة المناسبة تتكاثر بسهولة من تلقاء نفسها، مما يسبب التلوث ونمو العفن والظواهر المماثلة؛ كما أن الاستمرار في الاستخدام يؤدي بسهولة بالغة إلى التلوث الثانوي.

(2) نظرًا لشدة التلوث الجوي، فإن غشاء المرشح يسد بسهولة كبيرة ويجب استبداله بشكل متكرر، مما يؤدي إلى تكاليف تشغيل مرتفعة ومرهقة.

(3) ورغم أن الاعتماد على أغشية المرشحات عالية الكفاءة يحل مشكلة النظافة، إلا أنه لا يمكن حل روائح الغازات السامة والضارة داخل الغرفة النظيفة وكذلك التلوث الكيميائي الناتج عن نظام التنقية نفسه.

2. الحلول

يتم استخدام خزانة تنقية وتعقيم إلكتروستاتيكية لقتل البكتيريا والتعقيم وإزالة الغبار الهوائي. يستخدم المجال الكهربائي في خزانة التنقية والتعقيم الإلكتروستاتيكية مجالًا إلكتروستاتيكيًا مزدوج المنطقة من نوع الإبرة ذات الثقوب المستديرة ونوع القضيب الخلوي؛ وتشير المنطقتان المزدوجتان إلى منطقة الاستقطاب ومنطقة تجميع الغبار. عندما يمر الهواء المنقول من قناة التهوية عبر المجال الإلكتروستاتيكي مزدوج المنطقة، يتم أولاً استقطاب الملوثات مثل البكتيريا والغبار الهوائي في الهواء بواسطة المجال الإلكتروستاتيكي. نظرًا لأن الكيس البكتيري نفسه يحمل شحنة سالبة، فإنه يتم إعادة شحنه بشحنات سالبة عالية الطاقة عند مروره عبر منطقة الاستقطاب الإلكتروستاتيكي. عندما تدخل الملوثات المشحونة سالبًا مثل البكتيريا والفيروسات إلى منطقة تجميع الغبار ذات المجال الموجب عبر النظام، تنجذب فورًا بقوة وتُجمع بواسطة ألواح تجميع الغبار الموجبة في منطقة التجميع. تحت تأثير القطب الموجب، تتحطم الأكياس البكتيرية وتُقتل فورًا، مما يحقق هدف التعقيم والتطهير. في الوقت نفسه، يمارس المجال الإلكتروستاتيكي تأثيرًا قويًا في الجذب والتجميع والتكتل على الغبار الهوائي في الهواء، مما يحمي بشكل فعال غشاء المرشح عالي الكفاءة ويطيل عمره الافتراضي. يمكن إزالة مكونات التنقية بسهولة، ويمكن إعادة استخدامها بعد تنظيف خزانة التنقية، مما يقلل من تكلفة تشغيل النظام.

يتم تطبيق تقنية الشبكة التيتانيوم-الكربونية وتقنية المحفز الضوئي لإزالة الغازات الضارة والروائح. المحفز الضوئي هو مادة نشطة من ثاني أكسيد التيتانيوم النانوي؛ يتم طلاؤها على سطح الركيزة وتشكل غشاءً رقيقًا بعد التجفيف. تحت تأثير الضوء، تنتج وظيفة تحلل حفاز قوية: يمكنها تحلل الغازات السامة والضارة في الهواء بشكل فعال، وقتل أنواع كثيرة من البكتيريا بشكل فعال بمعدل مضاد للبكتيريا يصل إلى 99.99%، وتحليل السموم التي تطلقها البكتيريا أو الفطريات وجعلها غير ضارة؛ وفي الوقت نفسه تتمتع أيضًا بوظائف مثل إزالة الروائح ومقاومة الأوساخ.

ثانياً: المشكلات الواجب الانتباه إليها في تصميم وبناء هندسة الغرف النظيفة

في السنوات الأخيرة، شيدت الصين بعض مختبرات السلامة البيولوجية من المستوى BSL-3، وبعضها ناجح، ولكن هناك بالفعل بعض المختبرات التي تعاني من عيوب معينة، ويرجع ذلك بشكل أساسي إلى أن القائمين على بنائها ليسوا على دراية كافية بالنقاط التقنية الرئيسية لمختبرات السلامة البيولوجية. لذلك، ورغم استخدامهم للعديد من مواد البناء عالية الجودة والباهظة الثمن، لا تزال المختبرات غير قادرة على تلبية المتطلبات. إن رسومات التصميم التي تقدمها بعض الشركات هي في جوهرها مختبرات ضغط سلبي عادية ولا يمكنها ببساطة تلبية متطلبات مختبرات السلامة البيولوجية.

1. نظام تكييف الهواء والتهوية

يجب أن يكون تنظيم تدفق الهواء داخل مختبر السلامة الأحيائية منطقياً، مع تجنب وجود الكثير من الزوايا الميتة. تشترط مختبرات السلامة الأحيائية أن يتدفق الهواء دائماً من المنطقة النظيفة إلى المنطقة الملوثة. يجب أن تقلل مواقع منافذ إمداد الهواء والعادم الداخلية من المساحات التي يحدث فيها ركود لتدفق الهواء، ويجب تثبيت منافذ العادم الداخلية في أكثر المناطق خطورة، بحيث تكون مرتبة على جانب واحد دون عوائق.

يجب أن تكون مواقع تثبيت المرشحات في نظام العادم منطقية ومناسبة لإجراء اختبارات التسرب والاستبدال. لا ينبغي تثبيت المرشحات عالية الكفاءة عند طرف الضغط الإيجابي لمروحة العادم، لأن ذلك لا يحمي المروحة ولا يفي بالشرط الذي يقضي بأن قسم العادم الملوث يجب أن يكون تحت ضغط سلبي.

لا ينبغي تثبيت مكيفات الهواء المنفصلة أو مكيفات الهواء الأرضية في الأماكن المغلقة بالمختبر، لأن المبادل الحراري الموجود في المكيف يعد في الواقع جهاز تكاثر ميكروبي من شأنه أن يلوث بيئة المختبر بشكل خطير.

بدلاً من تثبيت مكيفات الهواء المنفصلة أو الأرضية داخل المختبر، تقوم بعض وحدات البناء بتثبيتها في الغرف المجاورة واستخدام القنوات الهوائية لإمداد الهواء. ومع ذلك، نظراً لأن مختبرات السلامة الأحيائية عالية المستوى يجب أن تستخدم مراوح تدفق هواء أحادي المرور، بينما تم تصميم المبادل الحراري لمكيف الهواء العادي للهواء المعاد تدويره داخلياً ولا يمكنه تحقيق فرق المحتوى الحراري الكبير المطلوب لتدفق الهواء أحادي المرور — بالإضافة إلى ذلك، من أجل خفض التكلفة، لا توجد هوامش في سعة المعدات — فإنه ببساطة لا يمكن الوصول إلى درجة الحرارة الداخلية المطلوبة. يتطلب إجراء التجارب في مختبر السلامة الأحيائية عالية المستوى ارتداء ملابس واقية خاصة، وأحياناً طبقات متعددة منها؛ وإذا لم تكن درجة الحرارة مستوفية للمتطلبات، سيشعر القائمون بالتجارب بعدم الراحة.

يجب تجهيز نظام العادم بمرشحات عالية الكفاءة، ولا يمكن الاعتماد فقط على التصريف على ارتفاعات عالية. لدى بعض وحدات التصميم أو البناء فهم ناقص للتصريف عالي السرعة، حيث يعتقدون أن التصريف عالي السرعة يعني أن سرعة الهواء في قناة العادم يجب أن تتجاوز 13 متر/ثانية. ونتيجة لذلك، تكون مقاومة العادم كبيرة ولا يمكن الوصول إلى حجم العادم المطلوب، مما يجعل من الصعب للغاية الحفاظ على الضغط السلبي المطلوب في الأماكن المغلقة؛ أو أن يكون ضغط مروحة العادم كبيراً جداً، مما يزيد في نفس الوقت من الضوضاء واستهلاك الطاقة.

2. مشكلات النسخ الاحتياطي للمعدات

يجب تزويد مختبرات السلامة الأحيائية من المستويين BSL-3 و BSL-4 بطاقة احتياطية. على سبيل المثال، تشترط مختبرات السلامة الأحيائية BSL-3 وجود مسارين مستقلين لإمداد الطاقة أو مجموعة مولدات احتياطية، بينما تتطلب مختبرات السلامة الأحيائية BSL-4 مصدر طاقة احتياطي ثالث. في حالة عدم توفر الظروف، يجب توفير مزود طاقة غير منقطع (UPS) بشكل إضافي، ويشترط أن لا تقل سعة إمداد الطاقة له عن 45 دقيقة.

يجب تزويد مختبرات السلامة الأحيائية من المستويين BSL-3 و BSL-4 بمراوح عادم؛ وذلك لضمان الحفاظ على الضغط السلبي داخل المختبر في جميع الظروف. عند حدوث عطل في مروحة العادم، يجب أن تكون مروحة العادم الاحتياطية قادرة على الدخول في التشغيل تلقائياً.

3. وظائف تنظيم والتحكم في النظام

من أجل ضمان فروق الضغط وتدرجات الضغط بين مختلف المناطق الوظيفية داخل المختبر بشكل صارم، يجب تثبيت أجهزة تنظيم حجم الهواء اللازمة وصمامات حجم الهواء الثابت على أنظمة إمداد الهواء والعادم، بدلاً من استخدام صمامات تنظيم عادية كبدائل.

4. إيلاء أهمية لاختبارات الهندسة

بعد الانتهاء من بناء مختبر السلامة الأحيائية، يجب أن يخضع أولاً للاختبار من قبل مؤسسة اختبار معتمدة وطنياً؛ هذه خطوة مهمة للغاية. يجب أن يشمل محتوى الاختبار العديد من الجوانب مثل الإحكام الهوائي للمختبر، وقيم الضغط السلبي بين الغرف، واتجاه تدفق الهواء، واختبار تسرب المرشحات عالية الكفاءة، وتصنيف النظافة، ونظام التحكم الآلي.

5. نقاط انتباه أخرى

يُحظر بشدة بناء مختبر السلامة الأحيائية كمختبر ضغط إيجابي؛ ويجب تثبيت صمامات الحريق حسب المواصفات المحددة؛ ويُحظر بشدة استبدال خزانة السلامة الأحيائية بطاولة عمل نظيفة؛ ويُحظر بشدة استبدال عادم خزانة الأمان بعادم الغرفة. تختلف طاولة العمل النظيفة العادية وخزانة السلامة الأحيائية تمامًا في مبادئ العمل والاستخدامات، ولا يمكنها حماية جسم الإنسان من العدوى الميكروبية على الإطلاق، وهو أمر خطير للغاية.

ثالثاً. مشاكل معالجة “النفايات الثلاث”

تولد وتصرف أعمال المختبرات اليومية بشكل متكرر بعض المواد الغازية والسائلة والصلبة السامة والضارة. وبدون تدابير وقائية وطرق معالجة معينة، ستسبب هذه المواد عواقب ضارة على البشر والبيئة. تتميز “النفايات الثلاث” للمختبرات بالكميات الصغيرة، والأنواع المتنوعة، والتباعد النسبي، وليس من السهل معالجتها. لا تعالج العديد من المختبرات “النفايات الثلاث” بشكل جيد، وبعضها لا يعالجها على الإطلاق.

  1. مياه نفايات المختبر: يتسم تكوين مياه نفايات المختبر بالتعقد والتنوع. تتمثل إحدى طرق المعالجة البسيطة والقابلة للتطبيق في بناء خزان لمياه النفايات، يتم فيه تحييد مياه النفايات الحمضية والقلوية؛ ويتم ضبط الرقم الهيدروجيني (pH) لمياه النفايات ليكون قلويًا قليلاً، ثم إضافة مادة تنديف للترسيب، ويمكن تصريف مياه النفايات الطافية مباشرة أو إرسالها إلى شبكة أنابيب الصرف الصحي. أما الرواسب فيتم معالجتها ثم التخلص منها كنفايات صلبة.

  2. غازات عادم المختبر: تنقسم غازات عادم المختبر بشكل أساسي إلى فئتين رئيسيتين: الضباب الحمضي والغازات العضوية. يُفضل إجراء العمليات التي تولد هذين النوعين من التلوث في خزائن أبخرة مختلفة. تتم معالجة غازات الضباب الحمضي باستخدام برج امتصاص المحلول المائي القلوي؛ ويكون مضخة الرش في برج الامتصاص مترابطة مع مفتاح خزانة الأبخرة، ويتم تجهيز المحلول المائي في برج الامتصاص بمعدات مراقبة الرقم الهيدروجيني. ويمكن معالجة غازات العادم العضوية باستخدام أجهزة الامتزاز عالية الكفاءة.

رابعاً. أوجه القصور الموجودة في البناء والتجديد

  1. تخطيط مساحة المختبر ليس عقلانيًا بدرجة كافية. على سبيل المثال: يشترك التحليل الروتيني والتحليل الآلي في نفس الغرفة، ويشترك تخزين العينات وتخزين الكواشف في نفس الغرفة أو لا يتم فصلهما بشكل صارم، وتتداخل مناطق المكاتب ومناطق التجارب.

  2. اختيار معدات تكييف الهواء غير عقلاني أو التثبيت غير كافٍ؛ وفي بعض الحالات يتسبب ذلك حتى في تقطر الماء فوق طاولات أجهزة المختبر.

  3. معدات مخرجات الهواء لنظام تكييف الهواء غير عقلانية، حيث تواجه مخرجات الهواء الأجهزة والمعدات، مما يؤثر على تشغيلها الطبيعي.

  4. أنظمة العادم وإزالة الأبخرة سيئة التصميم وغير فعالة.

  5. خطوط إمداد الكهرباء لا تفصل بين التيار القوي، والتيار الضعيف، وكهرباء الأجهزة.

  6. أسلاك التأريض للأجهزة الدقيقة لا تلبي المتطلبات.

  7. الرعاية الإنسانية غير كافية. لا يتم توفير أماكن تخزين للأغراض الشخصية للموظفين، مثل أسرّة استراحة الغداء وأوعية الطعام.

  8. يفتقر التصميم العام إلى الوعي التطلعي، حيث لا يأخذ في الاعتبار الشبكات والهواتف والمراقبة والحماية من الحرائق والتحكم في الوصول بشكل مشترك.

  9. الاستثمار في مرافق الحماية البيئية غير كافٍ؛ وفي بعض الحالات لا يتم تضمينها حتى في التصميم.

  10. نظرًا لأن التصميم ليس شاملاً بدرجة كافية، يتم إضافة أو استبدال عدد كبير جدًا من العناصر أثناء البناء، مما يتسبب في تجاوز الميزانية بقدر كبير جدًا.

خامساً. السلامة الكهربائية

تحدث حوادث الصعق الكهربائي وحوادث الحرائق من وقت لآخر في المختبرات، وتكون الخسائر الناتجة عن كل حادث دائمًا فادحة للغاية والأضرار هائلة. تعد كيفية تجنب وقوع حوادث الصعق الكهربائي وحوادث الحرائق القضية الأهم التي يجب أخذها في الاعتبار أثناء بناء المختبر.

  1. يجب أن يمتثل تركيب وإدارة استخدام المعدات الكهربائية داخل المختبر لأنظمة إدارة الاستخدام الآمن للكهرباء. يجب أن تستخدم معدات المختبر عالية القدرة خطوط كهرباء مخصصة، ويُحظر تمامًا مشاركتها مع خطوط الإضاءة، للوقاية من الحرائق الناتجة عن الحمل الزائد للكهرباء.

  2. يجب الإلمام بشكل واضح بالمواقع والأجهزة داخل المختبر التي قد تولد الكهرباء الساكنة؛ ويجب أن تحمل علامات وتحذيرات واضحة، كما يجب اتخاذ التدابير الوقائية المناسبة ضد المخاطر التي قد تسببها.

  3. يُستخدم نظام ثلاثي الأطوار وخماسي الأسلاك لمنع الأجهزة من أن تصبح مشحونة بالكهرباء ولمنع حوادث الصدمة الكهربائية. ووفقًا لمعايير البناء ذات الصلة، يتكون هذا النظام من ثلاثة أسلاك طور، وسلك أرضي واحد، وسلك محايد واحد. حتى عندما يكون الحمل ثلاثي الأطوار غير متوازن بشكل كبير، مما يتسبب في شحن السلك المحايد بالكهرباء، تظل جهد السلك الأرضي المؤرض بشكل مستقل عند مستوى الصفر دائمًا، مما يمكن أن يمنع الأجهزة من أن تصبح مشحونة بالكهرباء ويمنع وقوع حوادث الصدمة الكهربائية.

  4. للقضاء على مخاطر الحرائق، يعد تعزيز شعور موظفي المختبر بالمسؤولية أمرًا ضروريًا، ولكن ضمان انقطاع التيار الكهربائي عن المختبر عندما يكون غير مشغول هو إجراء أكثر موثوقية. يحتوي كل مختبر (بما في ذلك غرف التحضير والمكاتب الملحقة به) على مفتاح رئيسي واحد، مما يضمن قيام العاملين بالتجارب بقطع التيار الكهربائي الرئيسي للمختبر من مكان قريب عند مغادرته؛ ويتم تزويد الأجهزة التي لا يمكن قطع التيار عنها مثل الثلاجات والحاضنات بمفاتيح دائرة منفصلة. هذا يمنع بشكل فعال الحرائق الناتجة عن الإهمال.

السادس. سلامة ومراقبة استخدام المياه

تحدث حوادث الغمر بالمياه وغيرها من الحوادث الناتجة عن تسرب المياه في المختبرات من وقت لآخر، وغالبًا ما تكون مخاطرها وخسائرها خطيرة للغاية. تكمن الأسباب بشكل أساسي في تلف بعض مكونات نظام إمداد المياه، أو نسيان إغلاق صنبور المياه بعد انقطاع المياه العرضي، خاصة في الليل أو خلال العطلات عندما يكون المختبر خاليًا من العاملين.

تُظهر تجارب العديد من المختبرات أن الطريقة الفعالة للتحكم في سلامة إمداد المياه لكل مختبر تتمثل في تركيب صمام بوابة رئيسي واحد يتحكم في إمداد المياه للمختبر بأكمله. كل يوم قبل انتهاء الدوام، يقوم آخر شخص يغادر المختبر بإغلاق صمام البوابة الرئيسي، مما يضمن عدم وقوع حوادث تسرب مياه في المختبر. وللتعامل مع حالات عطل صمام البوابة الرئيسي، تتم إضافة صمام بوابة فحص قبل الصمام الرئيسي. وخلال مرحلة التصميم الإنشائي، بغض النظر عما إذا كان يتم اعتماد نظام الأنابيب الرئيسية الأفقية أو العمودية، يتم إدخال أنبوب مياه رئيسي واحد فقط لكل مختبر، مع توصيل صمامي بوابة رئيسيين على التوالي مسبقًا، مما يساهم في ضمان التحكم وسلامة استخدام المياه في المختبر.

السابع. مشكلات أخرى

  1. بعد اكتمال إنشاء المختبر، قد لا يفي بالاحتياجات الفعلية للعميل. على سبيل المثال: بعد اكتمال المختبر، يتضح أن العديد من الجوانب قد تم تجاهلها في التصميم، بما في ذلك عدم القدرة على تركيب الأجهزة، وغياب مصدر المياه أو مصدر الكهرباء، أو عدم وجود الواجهات اللازمة في أماكن قريبة؛ وسهولة تعرض الأرضية للخدش؛ وعدم سلاسة سير العمل؛ وعدم كفاية التهوية؛ وعدم كفاية المساحة؛ وغياب معدات عزل الاهتزاز؛ وعدم قدرة أنظمة تسجيل ومراقبة درجة الحرارة والرطوبة على العمل بشكل طبيعي؛ وعدم استيفاء مواد الديكور للمتطلبات المحددة.

  2. تتجاوز قيمة التسوية النهائية لتكلفة المختبر الميزانية المحددة بشكل كبير. وتعد هذه المشكلة الأكثر شيوعًا حاليًا في أعمال تجهيز وتجديد المختبرات. على سبيل المثال، قد تصل قيمة المشروع عند التسوية إلى 6 ملايين يوان، بعد أن تم ترسيته بمبلغ 4.8 مليون يوان.

  3. لا يمكن تنفيذ أعمال صيانة وإصلاح المختبر بشكل طبيعي. فعند دخول المختبر المكتمل مرحلة التشغيل التجريبي، قد يُكتشف العديد من المشكلات ولكن لا يمكن تصحيحها في الوقت المناسب؛ غالبًا ما تزعم جهات البناء أن هذه مشكلة تصميمية، وتكون المسؤوليات غير واضحة. لذلك، لا ينبغي اعتماد مخطط تصميم مجاني؛ بل يجب الاستعانة بشركة ذات خبرة تصميمية ذات صلة لإجراء تصميم احترافي، وتوقيع عقد تصميم، ودفع رسوم تصميم معقولة، لتجنب خسائر أكبر ناتجة عن البناء الهندسي غير المنطقي لاحقًا بسبب الطمع في التصميم المجاني.

  4. لا يمكن للمختبر تلبية احتياجات التطوير الإضافي. بعد إتمام البناء وفقًا للرسومات التصميمية، لا يمكن تطوير المختبر الناتج بشكل أكبر—على سبيل المثال، لا تتوفر مساحة لاستيعاب الأجهزة والمعدات الجديدة، ولم يتم تثبيت واجهات الكمبيوتر، لذلك لا يمكن للمعدات تلبية متطلبات البناء المعلوماتي.

  5. لا يفي المختبر بمتطلبات الحماية من الحرائق. يتم بناء بعض المختبرات دون الخضوع لمراجعة الحماية من الحرائق.

  6. ينطوي المختبر على مخاطر مهنية.