I rapidi progressi della scienza e della tecnologia rendono difficile prevedere lo stato del mondo alla fine di questo secolo. Tuttavia, sulla base di alcune importanti tendenze già evidenti, è possibile fare alcune valutazioni. Tre campi tecnologici chiave - chip a semiconduttore, prodotti farmaceutici e biotecnologie - insieme alle relative tecnologie per camere bianche, affrontano sia opportunità che sfide.

Alla Conferenza Annuale del 2001 dell'Associazione Cinese per la Scienza e la Tecnologia, il professor Chen-Ning Yang ha indicato tre campi che sarebbero diventati le forze trainanti dello sviluppo tecnologico - le tre principali direzioni strategiche per i prossimi 30-40 anni:

• L'applicazione diffusa di chip in quasi ogni cosa, dagli edifici e dalle case alle auto, al corpo umano, alle fabbriche e ai negozi;

• Rapidi progressi nella medicina e nei prodotti farmaceutici;

• Bioingegneria.

La produzione di chip, una delle tre direzioni strategiche, richiede un microambiente fornito da camere bianche industriali nella tecnologia di pulizia dell'aria. La medicina, i prodotti farmaceutici e la bioingegneria richiedono camere bianche biologiche, con la medicina e i prodotti farmaceutici che necessitano principalmente di camere bianche biologiche generali e la bioingegneria che richiede principalmente camere bianche di biosicurezza. È evidente quanto la tecnologia del microambiente degli edifici puliti sia strettamente correlata a queste tre direzioni strategiche e oggi affronta nuove sfide da esse.

La velocità di sviluppo dei chip a circuito integrato a semiconduttore è probabilmente ineguagliata da qualsiasi altra tecnologia, con una densità di integrazione che quadruplica ogni tre anni circa. A causa dei rapidi progressi dell'intelligenza artificiale, c'è una carenza globale di chip, che porta a una riduzione della produzione automobilistica a causa della mancanza di chip automobilistici. Oggi, i chip di precisione a 2 nm sono già un obiettivo per i produttori e la produzione di circuiti integrati di chip richiede un controllo ancora più rigoroso delle dimensioni delle particelle ambientali. Indubbiamente, l'industria elettronica continua a dominare i requisiti per le camere bianche.

La medicina e i prodotti farmaceutici sono strettamente legati alla sicurezza e alla salute pubblica. La prima applicazione di una camera bianca biologica in medicina è stata una sala operatoria pulita costruita negli Stati Uniti nel gennaio 1966. Una sala operatoria pulita sostituisce i metodi di disinfezione tradizionali, come la luce ultravioletta, con la tecnologia di pulizia dell'aria per consentire il controllo dell'inquinamento a processo completo. In tali ambienti, i tassi di infezione possono essere ridotti di oltre il 90%, riducendo o eliminando significativamente la necessità di antibiotici, che possono danneggiare i pazienti. Ad esempio, dal 1989 al 1990, l'ospedale Changzheng di Shanghai ha eseguito 9.337 interventi chirurgici di Classe I in sale operatorie pulite senza una singola infezione. Allo stesso modo, dal 1995 al 1996, l'ospedale 301 di Pechino ha riportato zero infezioni in 16.427 interventi chirurgici di Classe I. Secondo un articolo del 2012 sulla rivista Tumore, l'incidenza della leucemia in Cina era di 5,17 ogni 100.000, con un tasso di mortalità di 3,94 ogni 100.000. Di conseguenza, il trattamento della leucemia e lo sviluppo di camere bianche biologiche per tali trattamenti hanno ricevuto sempre maggiore attenzione in Cina.

Mentre la comprensione della costruzione di sale operatorie pulite e reparti ematici di Classe 100 proveniva inizialmente da esperienze internazionali e dalle osservazioni del personale medico che lavorava all'estero, il riconoscimento che interi edifici ospedalieri richiedono la pulizia dell'aria è derivato in gran parte da esperienze nazionali. Dopo il 2003, una delle riflessioni più critiche è stata che, nella costruzione di ospedali, costruttori e progettisti si sono spesso concentrati esclusivamente sull'"edificio" trascurando la "qualità dell'aria". Alcuni operatori sanitari hanno dato la priorità alla trasmissione per contatto rispetto alla trasmissione per aerosol delle infezioni respiratorie, anche se quest'ultima è più esplosiva, diffusa e richiede dosi infettive inferiori, rendendola più pericolosa. Per esempio:

• L'ingestione di 100 milioni di batteri della tularemia è necessaria per l'infezione, mentre l'inalazione di soli 10-50 può causare febbre;

• La dose infettiva mediana per l'adenovirus inalato è solo la metà di quella della coltura tissutale;

• Per la rickettsia della febbre Q, anche una sola particella che si deposita nel tratto respiratorio può causare infezione;

• Sebbene lo Pseudomonas aeruginosa fosse un tempo considerato improbabile che si trasmettesse per via aerea, il suo rilevamento nella polvere sui soffitti dei reparti ustioni e nell'aria ha evidenziato i rischi di trasmissione aerea;

• Le caratteristiche di trasmissione per aerosol del virus della SARS hanno reso le persone veramente consapevoli dell'importanza della tecnologia di pulizia dell'aria negli edifici ospedalieri.

Si può dire che gli edifici ospedalieri senza tecnologia di pulizia dell'aria siano obsoleti. Pertanto, la moderna pianificazione degli edifici ospedalieri che incorpora la tecnologia di pulizia dell'aria dovrebbe includere:

• Sistemi di sale operatorie: Costruzione di sale operatorie pulite;

• Sistemi di reparto: Reparti puliti per leucemia, ustioni, asma e cura dei neonati prematuri;

• Sistemi di unità di cura: Unità di terapia intensiva (ICU), unità di trapianto di organi e unità di cura cardiovascolare;

• Sistemi di trattamento operatorio: Sale di terapia interventistica, sale per il trattamento della leucemia e sale autoptiche per malattie infettive;

• Sistemi di laboratorio: Laboratori di test speciali, laboratori medici clinici, laboratori PCR e laboratori di scienze della vita, con particolare attenzione ai sistemi di biosicurezza;

• Sistemi di sala strumenti: Stanze per strumenti di precisione;

• Sistemi di isolamento: Stanza di isolamento a pressione negativa per malattie aeree, sale di osservazione e sale operatorie a pressione negativa;

• Sistemi farmaceutici: Centri specializzati per la preparazione dei farmaci;

• Stanze ausiliarie pulite: Stanza di fornitura sterile e stoccaggio di articoli usa e getta;

• Stanze ausiliarie non pulite: Sale di trattamento dei rifiuti contaminati e corridoi di materiale contaminato, che richiedono il controllo dell'inquinamento per prevenire la trasmissione esterna;

• Aree semi-pulite: Sale d'attesa, sale di trattamento, sale d'esame e sale diagnostiche che utilizzano l'aria condizionata standard dell'ospedale.

Le sfide per la tecnologia di pulizia nella produzione farmaceutica sono anche senza precedenti, in particolare dopo l'implementazione delle GMP. Attualmente, la Cina applica le GMP (2010) (comunemente note come Human Drug GMP) e il Veterinary Drug Production Quality Management (2020). Le camere bianche sono ora un requisito fondamentale per le fabbriche farmaceutiche.

L'ingegneria genetica è una parte fondamentale della bioingegneria. Dal trasferimento riuscito di materiale genetico da un cocco a E. coli nel 1973, la tecnologia genetica ricombinante si è sviluppata rapidamente. Dato il suo immenso potenziale, la sua crescita nel nuovo secolo è illimitata. Tuttavia, una parte significativa della bioingegneria comporta potenziali rischi, in particolare il pericolo biologico di diffondere microrganismi potenzialmente tossici sconosciuti. L'incidente dell'antrace negli Stati Uniti e l'epidemia globale di SARS sono esempi di tali gravi rischi biologici. Questi eventi Un avvertimento a tutti: questo pericolo potrebbe colpire tutti. Per un paese come il nostro con una vasta popolazione e il commercio internazionale, i microambienti degli edifici conformi alla biosicurezza sono essenziali per la prevenzione delle epidemie, la ricerca su specie e prodotti vegetali e animali e il controllo delle malattie. Sotto l'influenza della nuova epidemia di coronavirus, la costruzione di camere bianche (laboratori) di biosicurezza nel mio paese sta vivendo uno slancio senza precedenti. Istituti di ricerca, ospedali, produttori di vaccini, agenzie di ispezione e quarantena, agenzie di prevenzione e controllo delle malattie animali e vegetali e centri di controllo delle malattie a tutti i livelli hanno urgente bisogno di laboratori di biosicurezza. Secondo statistiche incomplete, gli Stati Uniti hanno 12 dei laboratori P4 di livello più alto, mentre il mio paese ne ha solo due; ci sono oltre 1.500 laboratori P3, mentre il mio paese ne ha circa 80. Oltre all'ingegneria genetica, anche le scienze della vita e alcuni progetti di allevamento in agricoltura e silvicoltura richiedono ambienti puliti.

I rischi biologici sono classificati a livello internazionale in base al sistema dei National Institutes of Health (NIH), che va da P1 a P4 (dal più basso al più alto). Le strutture che gestiscono materiali biologici a livelli P3 e P4 devono implementare misure di biosicurezza. Dopo il 1972, gli Stati Uniti hanno trasferito alcune strutture dalla ricerca sulle armi biologiche al National Cancer Institute (NCI) e hanno istituito uno speciale programma di ricerca sui virus tumorali per far progredire la ricerca sul cancro, con misure di biosicurezza come pietra angolare. Il programma Apollo ha ulteriormente sviluppato i concetti di biosicurezza testando gli astronauti di ritorno dallo spazio per la presenza di microrganismi sconosciuti. Per salvaguardare la salute umana e sviluppare vaccini, è necessario lavorare con batteri e virus, in particolare quelli che rappresentano gravi minacce per l'uomo e il bestiame. La ricerca su agenti patogeni gravi e rari (compresi gli insetti vettori) deve essere condotta in camere bianche (laboratori) di biosicurezza con adeguate strutture di sicurezza.

I prodotti farmaceutici biologici rappresentano una nuova classe di farmaci prodotti utilizzando processi biologici. Questi agenti biologicamente attivi devono essere prodotti in condizioni sterili e, poiché spesso non possono essere sterilizzati dopo la produzione, è essenziale il controllo del microambiente a processo completo. Una parte significativa di questi prodotti richiede anche misure di biosicurezza. Questi farmaci sono utilizzati principalmente per trattare malattie importanti come il cancro, le malattie cardiovascolari e cerebrovascolari, l'AIDS e i disturbi genetici, che sono difficili da affrontare con i metodi convenzionali. Il mercato globale dei prodotti farmaceutici biologici mantiene un tasso di crescita annuale medio del 12%. Oltre il 70% delle aziende biotecnologiche statunitensi e oltre il 50% di quelle europee sono impegnate nella ricerca e nello sviluppo di prodotti biologici medici. Pertanto, per certi aspetti, l'impatto diretto della biotecnologia sull'umanità nel 21° secolo potrebbe superare quello dei chip e il suo sviluppo è inseparabile dal controllo dell'inquinamento e dalla pulizia dell'aria, le funzioni principali della tecnologia di pulizia dell'aria.