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上海医疗器械展洁净工程设备新秀:通用性较强的超净工作台

2022-09-02

洁净工作台又称为超净工作台或超净台,是为适应现代化工业、光学电子产业、生物制药以及科研试验等领域对局部工作区域有特殊洁净度需求而设计的箱式局部空气净化设备,其广泛应用于医药卫生、生物制药、食品安全、医学实验、生物学实验、光学、电子等领域,是国内外应用最为普遍的无菌操作装置。

洁净工作台的主要功能,是提供无尘无菌的局部洁净环境,目标是进行产品保护,使其免受外部非净化气流的污染,其操作空间的气流流速大小、气流均匀度、气流流型等是其实现产品保护的重要保障。上海医疗器械展Medtec China也有许多优质的医用包装灭菌和洁净室供应商,展品包括环氧乙烷尾气处理设备、医疗厂房洁净室系统、洁净室规划&设计&施工&管理、灭菌指示剂、Simco 6115型离子风枪、植入材料清洗剂、环氧乙烷灭菌服务、PTFE喷涂、辐照灭菌服务等。

洁净工作台用途及分类
1 组成结构

洁净工作台由箱体、风机、预过滤器、高效(超高效)空气过滤器、操作面板及电气控制系统等几大部件组成,如下图。
[技术要点]:
1.洁净工作台箱体采用全钢板制作、外表面静电喷塑,有防生锈和防消毒腐蚀的能力;
2.净化单元包括风机、过滤器及均流层等;
3.风机是洁净工作台的核心部件,一般采用可调风量的风机系统,通过调节风机的运行工况,可使洁净工作区中的平均风速保持在规定范围内,以满足无菌操作的需求;
4.预高效过滤器对保护末端高效过滤器或超高效过滤器具有重要作用;
5.均流层作为均流设备是操作区内洁净度级别、风速大小及风速均匀度的重要保障,均流层主要有板、网或织物等形式。
6.此外,洁净工作台还可配备紫外线灭菌灯、除静电设备、不锈钢孔板台面、压力表、风速液晶显示面板等。

图 洁净工作台的工作原理图
2 洁净工作台分类及特点
洁净工作台种类很多,它们的基本工作原理大同小异,可以根据具体需要进行选择,根据分类方式不同,大致可以分为以下几种:

①根据气流方向分为水平单向、垂直单向

可分为水平单向流洁净工作台和垂直单向流洁净工作台(乱流洁净工作台目前已很少使用了),见下图。
[技术要点]:

水平单向流洁净工作台是指由方向单一、流线平行并且速度均匀稳定的水平单向流流过有效空间的洁净工作台[2],水平单向流洁净工作台在气流条件方面较好,是操作小物件的理想装置,但是如果操作大物件,在物体气流方向背面容易形成负压,把台面外的非净化空气吸引过来,所以不宜操作大型物件[3]。

垂直单向流洁净工作台是指由方向单一、流线平行并且速度均匀稳定的垂直单向流流过有效空间的洁净工作台[2],垂直单向流洁净工作台则适合操作大物件,因为一方面不存在在物体背面形成负压区的问题,另一方面其采用操作窗,可以通过改变窗口高度减小气流出口,在操作台面上形成正压区,操作台面外非净化空气不会流入柜内,此外,垂直型工作台适合在台面上进行各种加工,可以大大提高工作效率[3]。

图 根据气流方向进行分类的洁净工作台
②根据空气过滤器级别分类

按最后一级空气过滤器的级别进行分类,可分为高效空气过滤器洁净工作台和超高效空气过滤器洁净工作台。

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③根据操作方式分类

按操作人员操作方式可分为单面操作型、双面操作型以及多人操作型等型式,见图为单面和双面操作型[1]。

根据操作结构进行分类的洁净工作台
④根据洁净工作台柜体内压力进行分类

按洁净工作台操作区内与工作台所在环境之间的静压差分类,可分为正压和负压洁净工作台。

⑤根据排风方式分类[3]

具体可分为全循环式、直流式、操作台面前部排风式和操作台面全排风式。
[技术要点]:

1.全循环式是工作区空气全部在洁净工作台内部循环,不向外部排风,在操作时不产生或极少产生污染的情况下,宜采用全循环式,由于是重复过滤,所以操作区净化效果比直流式的好,同时对台外环境影响也小,但是在内部情况基本相同的情况下,全循环式工作台结构阻力要比直流式的大,因而风机功率也大一些,振动和噪声也可能相应增大;

2.直流式是目前应用最为普遍的洁净工作台,其采用全新风,流过工作台面的气流全部外排,其特点和全循环式刚好相反,此外由于采用全新风,其高效过滤器除尘量可能相对更大,更换频率可能更高;

3.此外,操作台面前部排风式和操作台面全排风式是利用操作台面进行部分循环的方式,其气流原理和生物安全柜类似。

⑥其他

根据具体使用用途又可以分为普通洁净工作台和生物(医药)洁净工作台[1]。

贰 主要性能及测试方法

洁净工作台,是在操作台面的空间局部地形成无尘无菌状态的装置,在医药卫生、生物制药、食品安全、生物学实验等领域广泛应用,其对于微生物学无菌操作技术,如接种、配液、分离培养等需要保护操作样品免受污染的微生物操作非常适用。此外,在需要无尘操作的光学、电子行业等也广泛应用。 洁净工作台的主要功能,是提供无尘无菌的局部洁净环境,目标是进行产品保护,使其免受外部非净化气流的污染,其操作空间的气流流速大小、气流均匀度、气流流型等是其实现产品保护的重要保障。

洁净工作台的性能指标,主要围绕产品保护这一目标进行规定,具体指标及相应要求可直接引用建工行业标准JG/T 292-2010《洁净工作台》中的相应要求[2],包括高效过滤器检漏、引射作用、平均风速、进风风速、风量、空气洁净度、沉降菌浓度、噪声、照度、振动幅值、气流状态等。其中沉降菌浓度测试是生物学测试方法,是指操作台面用平皿测试的菌落数,只对用于生物洁净用途的工作台有此要求;进风风速主要考虑进风口设置在洁净工作台操作人员腿部的情况,进风过大可能产生的吹风感;噪声、照度均为舒适性指标,但也可能对操作人员产生影响,进而影响实验操作本身。此外,洁净工作台产品测试还包括电气安全和环境适应性测试。

1 高效过滤器扫描检漏

高效空气过滤器,作为尘埃粒子进入洁净工作区的最后一道防线,其自身性能及安装质量的优劣直接关系到洁净工作台能否满足要求。高效空气过滤器检漏测试是保证洁净工作台性能的必要措施之一。

高效过滤器扫描检漏测试方法在很多相关标准中都有专门规定,具体测试方法如下:测试过程可采用大气尘或人工多分散气溶胶作为过滤器上游尘源,当发生满足要求的上游尘源后,用激光粒子计数器或光度计在高效过滤器下游侧距过滤器表面20mm~30mm处,沿整个表面、边框及其框架接缝处扫描,扫描速率为20mm/s~30mm/s,扫描行程之间略有重叠,扫描结果光度计法要求扫描行程内穿透率不超过0.01%,计数器法要求粒子数不超过3粒/L。

2 引射作用

直流型洁净工作台在净化气流和外界空气的交界处可因气流的流动、混合产生局部的涡流,形成局部负压,将外部少量污染气流引射至操作区域,有可能发生污染,为了评估这种引射作用的影响,故需对这种引射作用的影响进行验证。

具体测试方法:在洁净工作台操作口边缘外侧所毗连的周围环境中,利用大气尘或多分散气溶胶作为污染源,用激光粒子计数器或光度计在操作口边缘内侧巡检,巡检速度在50mm/s以下。光度计法要求穿透率穿透率不超过0.01%,计数器法要求不超过10粒/L(≥0.5μm)[2]。

3 风速、风速不均匀度

洁净工作台截面平均风速(垂直气流平均风速、水平气流平均风速)大小及风速不均匀度对控制操作区洁净度、保护操作对象免受污染具有重要作用。合理的风速大小不仅可以保证操作区的洁净度,还需保证尽量短的自净时间和操作区抗污染干扰的能力;不均匀的速度场会增加速度的横向脉动性,促进流线间的掺混或产生涡流,有造成操作区样品交叉污染的风险。

上海医疗器械展Medtec China了解到目前JG/T 292-2010《洁净工作台》中要求截面风速范围为0.2m/s~0.5m/s;关于风速均匀性评价,不同标准中有不同的评价方法,如美国联邦标准FS209B、日本工业标准JISB9922-2001《洁净工作台》、我国行业标准JG/T19-1999《层流洁净工作台检验标准》中均规定“每个测点应在平均风速的±20%范围内”[4],JG/T 292-2010《洁净工作台》中采用风速不均匀度(风速的相对标准偏差)的评价方法,要求风速测点整体不均匀度不超过20%。具体的风速及不均匀度测试方法可参照JG/T 292-2010《洁净工作台》。

此外,对于进风口设置在洁净工作台操作人员腿部的情况,为不产生操作者腿部吹风感,要求进风风速不超过1m/s。

4风量

对于非单向流洁净工作台而言,风量是其重要的性能指标,JG/T 292-2010《洁净工作台》中给出了洁净工作台换气次数范围及额定风量允许波动范围。换气次数范围60次/h~120次/h,额定风量的波动范围为±20%。风量测试可以用送风面或回风面上测得的平均风速乘以面积得到。

5操作区空气洁净度

洁净度是洁净工作台的重要性能指标之一,JG/T 292-2010《洁净工作台》中给出了洁净工作台操作区洁净度换算原则及方法,借鉴GB 50591-2010《洁净室施工及验收规范》[5]的研究成果,给出了洁净度测定条件、最小采样量原则及顺序采样法。

6沉降菌浓度

沉降菌浓度测试应在其他项目测试合格后进行,被测洁净工作台正常运行10min,沉降菌浓度测量边界距离内表面或工作窗100mm。将装有营养琼脂φ90培养皿置于工作台操作面上,根据要求布点,并暴露0.5h后,盖上皿盖,取出培养皿,在30℃~35℃的环境中培养48h。用肉眼计数培养皿中可见菌落数,计算平均值,要求不超过0.5cfu/(皿.0.5h)。

7气流状态

采用可视烟雾发生器发生烟雾可以直观观察洁净工作台工作区内单向气流流型。竖直单向流洁净工作台应在三个不同竖直截面上(平行于前部操作窗口所在平面)分别进行可视烟雾检测,对于水平单向流洁净工作台只需在中心竖直截面上(平行于高效空气过滤器出风面)进行可视烟雾检测即可。要求各截面测试过程中均不出现向上气流,即无回流或涡旋。

8 噪声、照度及振动幅值[2]

噪声和照度属于人员舒适性指标,但其均能对操作者本身产生一定影响进而影响实验操作。振动幅值测试主要考虑减小洁净工作台工作时产生的机械振动对实验操作精度的影响。

噪声测试时洁净工作台处于正常工作工作条件下,声级计置于“A”计权模式,在被测洁净工作台前壁面中心水平向外300mm,高度距地面1.1m(相当于操作人员在操作时耳部位置)处测量,然后关闭洁净工作台风机,在相同位置测量背景噪声,并根据测得的背景噪声对测试结果进行相应的修正;

照度用照度计进行测量,沿操作台面内壁面中心线每隔300mm设置一个测点,与内壁距离小于150mm时不再设置测点,被测洁净工作台照度为各测点照度的算术平均值;

振动幅值测试主要考虑减小洁净工作台工作时产生的机械振动对实验操作精度的影响,测试时洁净工作台处于正常工作状态,将振动仪的振动传感器牢固地固定在工作台的中心,振动仪的频率从10Hz变化到10kHz,测量台面的垂直总振幅,然后停机继续测试台面背景垂直振动幅值,将总振动幅值减去背景振动幅值即为工作台净振动幅值。

来源: 洁净园

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