Sección 2 Análisis de problemas comunes en el diseño y la construcción de laboratorios médicos

I. Cuestiones a tener en cuenta en la ingeniería de salas limpias

1. Problemas que ocurren con facilidad en la ingeniería de salas limpias

(1) Las bacterias retenidas por la membrana de filtro no pueden ser matadas, al igual que el polvo en suspensión que queda atrapado en la misma; en condiciones de temperatura y humedad adecuadas, los microorganismos se multiplican fácilmente de forma espontánea, lo que provoca fenómenos como contaminación y proliferación de moho, y el uso continuo genera con gran facilidad contaminación secundaria.

(2) Debido a la grave contaminación atmosférica, la membrana de filtro se obstruye con mucha facilidad y debe sustituirse con frecuencia, lo que se traduce en costes operativos elevados y procesos engorrosos.

(3) Aunque el empleo de membranas de filtro de alta eficiencia resuelve el problema de la limpieza, no permite solucionar ni los olores de los gases tóxicos y nocivos dentro de la sala limpia, ni la contaminación química generada por el propio sistema de purificación.

2. Soluciones

Se utiliza un gabinete de esterilización y purificación electrostática para matar bacterias, desinfectar y retirar el polvo en suspensión. El campo eléctrico del gabinete adopta un campo electrostático de doble zona de tipo aguja de orificio redondo y tipo varilla de panal; las dos zonas corresponden a la zona de polarización y la zona de recolección de polvo. Cuando el aire suministrado por el conducto de ventilación atraviesa el campo electrostático de doble zona, los contaminantes como bacterias y polvo en suspensión presentes en el aire se polarizan primero por acción del campo eléctrico. Dado que el quiste bacteriano en sí mismo posee carga negativa, se le recargan cargas negativas de alta energía al atravesar la zona de polarización electrostática. Cuando los contaminantes con carga negativa, como bacterias y virus, entran en la zona de recolección de polvo de campo eléctrico positivo a través del sistema, son atraídos y recolectados de inmediato con fuerza por las placas positivas de recolección de polvo de dicha zona. Bajo la acción del electrodo positivo, los quistes se rompen y mueren instantáneamente, logrando así el objetivo de esterilización y desinfección. Al mismo tiempo, el campo electrostático ejerce una potente función de atracción, recolección y aglomeración sobre el polvo en suspensión del aire, lo que protege eficazmente la membrana de filtro de alta eficiencia y prolonga su vida útil. El componente puede extraerse fácilmente y, tras la limpieza del gabinete de purificación, puede reutilizarse, reduciendo los costes operativos del sistema.

Se aplican la malla de titanio-carbono y la tecnología de fotocatalizador para eliminar los gases nocivos y los olores. El fotocatalizador es un material activo de dióxido de titanio a escala nanométrica; se recubre sobre la superficie de un sustrato y forma una película fina tras el secado. Bajo la acción de la luz, genera una potente función de degradación catalítica: puede degradar eficazmente los gases tóxicos y nocivos del aire, matar eficazmente múltiples tipos de bacterias con una tasa antibacteriana de hasta el 99,99 %, y descomponer las toxinas liberadas por bacterias u hongos para convertirlas en sustancias inocuas; al mismo tiempo, también cuenta con funciones como la desodorización y la antiincrustación.

II. Cuestiones a tener en cuenta en el diseño y la construcción de la ingeniería de salas limpias

En los últimos años, China ha construido algunos laboratorios de bioseguridad nivel 3 (BSL-3). Algunos de ellos presentan resultados satisfactorios, pero es cierto que otros adolecen de ciertas deficiencias, principalmente porque sus constructores no dominan con claridad los puntos técnicos clave de los laboratorios de bioseguridad. Por ello, aunque emplearon muchos materiales de construcción de alta gama y costosos, los laboratorios siguen sin cumplir los requisitos establecidos. Los planos de diseño proporcionados por algunas empresas son, en esencia, planos de laboratorios de presión negativa convencionales y no pueden cumplir en absoluto los requisitos propios de los laboratorios de bioseguridad.

1. Sistema de aire acondicionado y ventilación

La organización del flujo de aire dentro de un laboratorio de bioseguridad debe ser racional, evitando demasiados rincones muertos. Los laboratorios de bioseguridad exigen que el flujo de aire circule desde la zona limpia hacia la zona contaminada. Las posiciones de las salidas de suministro de aire y de extracción de aire interiores deben minimizar el espacio donde se estanca el flujo de aire, y las salidas de extracción de aire interiores deben colocarse en la zona más peligrosa, dispuestas en un lado sin obstrucciones.

Las posiciones de instalación de los filtros en el sistema de extracción de aire deben ser racionales y facilitar las pruebas de fugas y la sustitución. Los filtros de alta eficiencia no deben instalarse en el extremo de presión positiva del extractor de aire, ya que esto no protege al extractor ni cumple el requisito de que el tramo de extracción de aire contaminado debe estar bajo presión negativa.

No deben instalarse aires acondicionados split ni aires acondicionados de pie en el interior, porque el intercambiador de calor de un aire acondicionado es, de hecho, un dispositivo de proliferación microbiana que contaminaría gravemente el entorno del laboratorio.

Algunas unidades de construcción, en lugar de instalar aires acondicionados split o de pie dentro del laboratorio, los instalan en habitaciones contiguas y utilizan conductos para suministrar aire. Sin embargo, dado que los laboratorios de bioseguridad de alto nivel deben utilizar ventiladores de flujo de aire de paso único, mientras que el intercambiador de calor de un aire acondicionado común está diseñado para aire recirculado interior y no puede alcanzar la gran diferencia de entalpía necesaria para el flujo de paso único —y además, para reducir costes, la capacidad del equipo no tiene margen—, simplemente no se puede alcanzar la temperatura interior requerida. Para realizar experimentos en un laboratorio de bioseguridad de alto nivel es necesario llevar ropa de protección especial, a veces de varias capas; si la temperatura no cumple los requisitos, los experimentadores se sentirán incómodos.

El sistema de extracción de aire debe estar equipado con filtros de alta eficiencia y no puede depender únicamente de la descarga a gran altitud. Algunas unidades de diseño o construcción tienen un conocimiento deficiente de la descarga de alta velocidad, creyendo que esta significa que la velocidad del aire en el conducto de extracción debe superar los 13 m/s. Como consecuencia, la resistencia de extracción es grande y no se puede alcanzar el volumen de extracción requerido, lo que dificulta enormemente el mantenimiento de la presión negativa necesaria en el interior; o la presión del extractor de aire es demasiado alta, aumentando simultáneamente el ruido y el consumo energético.

2. Problemas de reserva de equipos

Los laboratorios de bioseguridad BSL-3 y BSL-4 deben contar con energía de reserva. Por ejemplo, los laboratorios de bioseguridad BSL-3 requieren dos rutas de suministro eléctrico independientes o un grupo electrógeno de reserva, mientras que los laboratorios de bioseguridad BSL-4 requieren una tercera fuente de energía de reserva. Cuando no se disponga de las condiciones, debe proporcionarse adicionalmente un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI), cuya capacidad de suministro eléctrico debe ser no inferior a 45 minutos.

Los laboratorios de bioseguridad BSL-3 y BSL-4 deben contar con extractores de aire; esto es para garantizar que se mantenga la presión negativa en el interior del laboratorio en cualquier circunstancia. Cuando un extractor de aire falle, el extractor de aire de reserva debe poder ponerse en funcionamiento automáticamente.

3. Funciones de regulación y control del sistema

Para garantizar estrictamente las diferencias de presión y los gradientes de presión entre las distintas zonas funcionales dentro del laboratorio, deben instalarse los dispositivos de regulación de volumen de aire necesarios y válvulas de volumen de aire constante en los sistemas de suministro y extracción de aire, en lugar de utilizar válvulas de regulación comunes como sustitutas.

4. Importancia de las pruebas de ingeniería

Tras la finalización de un laboratorio de bioseguridad, primero debe ser probado por una institución de pruebas autorizada a nivel nacional; este es un paso muy importante. El contenido de las pruebas debe incluir muchos aspectos, como la hermeticidad del laboratorio, los valores de presión negativa entre habitaciones, la dirección del flujo de aire, las pruebas de fugas de filtros de alta eficiencia, la clasificación de limpieza y el sistema de control automático.

5. Otros puntos de atención

Se prohíbe estrictamente construir un laboratorio de bioseguridad como laboratorio de presión positiva; se deben instalar compuertas cortafuego según lo especificado; se prohíbe estrictamente sustituir una cabina de bioseguridad por un banco de trabajo limpio; y se prohíbe estrictamente sustituir el sistema de extracción de aire de la cabina de seguridad por la extracción de aire de la sala. Un banco de trabajo limpio ordinario y una cabina de bioseguridad tienen principios de funcionamiento y usos completamente diferentes, y no pueden en absoluto proteger el cuerpo humano de infecciones microbianas, lo cual es extremadamente peligroso.

III. Problemas en el tratamiento de los “tres residuos”

El trabajo diario de los laboratorios genera y descarga frecuentemente sustancias gaseosas, líquidas o sólidas tóxicas y nocivas. Sin medidas de protección y métodos de tratamiento adecuados, estas sustancias causarán consecuencias adversas para los seres humanos y el medio ambiente. Los “tres residuos” de laboratorio se caracterizan por sus volúmenes reducidos, gran variedad de tipos y relativa dispersión, por lo que su tratamiento resulta complicado. Muchos laboratorios no realizan un tratamiento adecuado de los “tres residuos”, y algunos ni siquiera los tratan en absoluto.

  1. Aguas residuales de laboratorio: la composición de las aguas residuales de laboratorio es compleja y variable. Un método de tratamiento sencillo y viable consiste en construir un depósito de aguas residuales donde se neutralicen las aguas residuales ácidas y alcalinas; se ajusta el pH de las aguas residuales a un valor ligeramente alcalino, se añade un floculante para favorecer la sedimentación, y el agua sobrenadante puede verterse directamente o enviarse a la red de alcantarillado. El sedimento se trata previamente y luego se elimina como residuo sólido.

  2. Gases residuales de laboratorio: los gases residuales de laboratorio se dividen principalmente en dos grandes categorías: niebla ácida y gases orgánicos. Las operaciones que generan estos dos tipos de contaminación deben realizarse preferiblemente en campanas extractoras independientes. Los gases de niebla ácida se tratan mediante una torre de absorción con solución acuosa alcalina; la bomba de pulverización de la torre de absorción está interbloqueada con el interruptor de la campana extractora, y la solución acuosa de la torre cuenta con equipos de monitoreo de pH. Los gases residuales orgánicos pueden tratarse con dispositivos de adsorción de alta eficiencia.

IV. Deficiencias existentes en la construcción y renovación

  1. La planificación de las superficies del laboratorio no es lo suficientemente racional. Por ejemplo: el análisis rutinario y el análisis instrumental comparten la misma estancia, el almacenamiento de muestras y el de reactivos comparten espacio o no están estrictamente separados, y las zonas de oficina se superponen con las zonas experimentales.

  2. La selección de los equipos de aire acondicionado es irracional o su instalación es deficiente; en algunos casos incluso se producen goteos de agua sobre las mesas de instrumentos del laboratorio.

  3. La disposición de las salidas de aire del sistema de aire acondicionado es irracional, ya que las salidas están orientadas directamente hacia los instrumentos y equipos, afectando su funcionamiento normal.

  4. Los sistemas de extracción de aire y eliminación de humos presentan un diseño deficiente y una eficacia insuficiente.

  5. Las líneas de suministro eléctrico no separan la corriente fuerte, la corriente débil y la alimentación eléctrica de los instrumentos.

  6. Las tomas de tierra de los instrumentos de precisión no cumplen los requisitos establecidos.

  7. La atención humanística al personal es insuficiente. No se habilitan espacios de almacenamiento para las pertenencias personales de los trabajadores, como camas para el descanso del mediodía y cuencos para comida.

  8. El diseño general carece de visión prospectiva, ya que no integra de forma conjunta la red de datos, la telefonía, la vigilancia, la protección contra incendios y el control de acceso.

  9. La inversión en instalaciones de protección ambiental es insuficiente; en algunos casos estas ni siquiera se incluyen en el proyecto de diseño.

  10. Debido a que el diseño no es lo suficientemente exhaustivo, se añaden o sustituyen demasiados elementos durante la fase de construcción, lo que provoca un sobrecoste excesivo del presupuesto.

V. Seguridad eléctrica

Los accidentes por descarga eléctrica y los incendios ocurren de forma periódica en los laboratorios, y cada accidente genera pérdidas siempre extremadamente graves y daños de enorme magnitud. Evitar la aparición de accidentes por descarga eléctrica y de incendios es el problema prioritario que se debe tener en cuenta durante la construcción de un laboratorio.

  1. La gestión de instalación y uso de los equipos eléctricos dentro del laboratorio debe cumplir con las normativas de gestión de seguridad en el uso de electricidad. Los equipos de laboratorio de alta potencia deben utilizar líneas eléctricas dedicadas, y se prohíbe estrictamente compartirlas con las líneas de iluminación, para prevenir incendios causados por el uso de electricidad por sobrecarga.

  2. Se debe conocer con claridad las ubicaciones y los dispositivos dentro del laboratorio que pueden generar electricidad estática; estos deben contar con marcas y advertencias claras, y se deben adoptar medidas preventivas adecuadas frente a los peligros que puedan causar.

  3. Se utiliza un sistema de cinco cables trifásico para evitar que los instrumentos se carguen de electricidad y prevenir accidentes por descarga eléctrica. De acuerdo con las normativas de construcción pertinentes, este sistema consta de tres cables de fase, un cable de tierra y un cable neutro. Incluso cuando la carga trifásica está extremadamente desequilibrada, lo que provoca que el cable neutro se cargue de electricidad, la tensión del cable de tierra con conexión a tierra independiente se mantiene siempre en cero, lo que puede evitar que los instrumentos se carguen de electricidad y prevenir la ocurrencia de accidentes por descarga eléctrica.

  4. Para eliminar los incendios, es necesario fortalecer el sentido de responsabilidad del personal del laboratorio, pero es aún más fiable garantizar que no haya suministro eléctrico en el laboratorio cuando este esté desocupado. Cada laboratorio (incluidas las salas de preparación y oficinas de apoyo) cuenta con un interruptor principal, que garantiza que los experimentadores corten la energía principal del laboratorio cerca de su salida al abandonarlo; los aparatos como refrigeradores e incubadoras que no pueden apagarse cuentan con interruptores de circuito independientes. Esto previene eficazmente los incendios causados por negligencia.

VI. Seguridad y control en el uso del agua

Los accidentes como inundaciones causados por fugas de agua en los laboratorios ocurren con frecuencia, y sus peligros y pérdidas suelen ser también muy graves. Las causas son principalmente el daño de algún componente del sistema de suministro de agua o el olvido de cerrar un grifo después de un corte de agua ocasional, especialmente por la noche o durante los días festivos cuando el laboratorio está desocupado.

La experiencia de muchos laboratorios demuestra que un método de control eficaz para la seguridad del suministro de agua de cada laboratorio es contar con una válvula de compuerta principal que controle el suministro de agua de todo el laboratorio. Todos los días, antes de salir del trabajo, la última persona en abandonar el laboratorio cierra la válvula de compuerta principal, lo que puede garantizar que no ocurra ningún accidente por fuga de agua en el laboratorio. Para poder gestionar una avería de la válvula de compuerta principal, se añade una válvula de compuerta de inspección antes de esta. Durante el proceso de diseño de la construcción, independientemente de si se adopta un sistema de tubería principal horizontal o vertical, cada laboratorio solo puede contar con una tubería de agua principal de entrada, con dos válvulas de compuerta principales preconectadas en serie, lo que favorece el control y la seguridad del uso del agua en el laboratorio.

VII. Otros problemas

  1. Una vez finalizado el laboratorio, este no puede satisfacer las necesidades reales del cliente. Por ejemplo: después de que se completa el laboratorio, se descubre que se pasaron por alto muchos problemas en el diseño, entre ellos la imposibilidad de instalar instrumentos, la ausencia de fuente de agua o de energía, o que las interfaces no se encuentran cerca; el suelo se raya con facilidad; el flujo de trabajo no es fluido; la ventilación es insuficiente; el espacio es inadecuado; no hay equipos de aislamiento de vibraciones; el registro y control de temperatura y humedad no pueden funcionar con normalidad; y los materiales de decoración no cumplen con los requisitos.

  2. La liquidación final del laboratorio supera con creces el presupuesto. Este es actualmente el problema más común en el acondicionamiento de laboratorios. Por ejemplo, un proyecto adjudicado por 4,8 millones de yuanes puede requerir 6 millones de yuanes en el momento de la liquidación.

  3. El mantenimiento y la reparación del laboratorio no pueden llevarse a cabo con normalidad. Cuando el laboratorio finalizado entra en operación de prueba, es posible que se descubran muchos problemas que no se pueden corregir a tiempo; las unidades constructoras suelen afirmar que se trata de un problema de diseño, y las responsabilidades no están claras. Por lo tanto, no se debe adoptar un esquema de diseño gratuito; se debe contratar a una empresa con experiencia pertinente en diseño para realizar un diseño profesional, se debe firmar un contrato de diseño y abonar unos honorarios de diseño razonables, para evitar mayores pérdidas derivadas de una construcción de ingeniería irracional en etapas posteriores, causadas por codiciar el diseño gratuito.

  4. El laboratorio no puede satisfacer las necesidades de desarrollo posterior. Después de la construcción según los planos de diseño, el laboratorio resultante no puede seguir desarrollándose: por ejemplo, no hay espacio para nuevos instrumentos y equipos, y no se instalan interfaces de computadora, por lo que los equipos no pueden cumplir los requisitos de la construcción informatizada.

  5. El laboratorio no cumple con los requisitos de protección contra incendios. Algunos laboratorios se construyen sin someterse a la revisión de protección contra incendios.

  6. El laboratorio presenta riesgos de peligros ocupacionales.