Быстрое развитие науки и техники затрудняет прогнозирование состояния мира к концу этого столетия. Однако, основываясь на некоторых уже очевидных основных тенденциях, можно сделать определенные выводы. Три ключевые технологические области — полупроводниковые чипы, фармацевтика и биотехнологии — вместе с соответствующими технологиями чистых помещений сталкиваются как с возможностями, так и с вызовами.

На ежегодной конференции Китайской ассоциации науки и техники 2001 года профессор Чэнь-Нин Янг выделил три области, которые станут движущими силами технологического развития — три основных стратегических направления на следующие 30–40 лет:

• Широкое применение чипов практически во всем, от зданий и домов до автомобилей, человеческого тела, фабрик и магазинов;

• Быстрые достижения в медицине и фармацевтике;

• Биоинженерия.

Производство чипов, одно из трех стратегических направлений, требует микросреды, обеспечиваемой промышленными чистыми помещениями в технологии чистоты воздуха. Медицина, фармацевтика и биоинженерия требуют биологических чистых помещений, при этом медицина и фармацевтика в основном нуждаются в общих биологических чистых помещениях, а биоинженерия в основном требует чистых помещений биобезопасности. Очевидно, насколько тесно технология микросреды чистых зданий связана с этими тремя стратегическими направлениями, и сегодня она сталкивается с новыми вызовами со стороны них.

Скорость разработки полупроводниковых интегральных микросхем, вероятно, не имеет аналогов ни в одной другой технологии, при этом плотность интеграции примерно учетверяется каждые три года. Из-за быстрого развития искусственного интеллекта наблюдается глобальная нехватка чипов, что приводит к сокращению производства автомобилей из-за нехватки автомобильных чипов. Сегодня чипы с точностью 2 нм уже являются целью для производителей, а производство интегральных схем чипов требует еще более строгого контроля над размерами частиц окружающей среды. Несомненно, электронная промышленность продолжает доминировать в требованиях к чистым помещениям.

Медицина и фармацевтика тесно связаны с общественной безопасностью и здоровьем. Первым применением биологического чистого помещения в медицине была чистая операционная, построенная в Соединенных Штатах в январе 1966 года. Чистая операционная заменяет традиционные методы дезинфекции, такие как ультрафиолетовый свет, технологией чистоты воздуха, чтобы обеспечить контроль загрязнения на всех этапах. В таких условиях уровень инфекций может быть снижен более чем на 90%, что значительно снижает или устраняет необходимость в антибиотиках, которые могут нанести вред пациентам. Например, с 1989 по 1990 год больница Шанхай Чанчжэн провела 9337 операций I класса в чистых операционных без единой инфекции. Аналогичным образом, с 1995 по 1996 год больница Пекин 301 сообщила о нуле инфекций в 16 427 операциях I класса. Согласно статье 2012 года в журнале Tumor, заболеваемость лейкемией в Китае составляла 5,17 на 100 000 человек, а смертность — 3,94 на 100 000 человек. Следовательно, лечение лейкемии и разработка биологических чистых помещений для такого лечения привлекли к себе все больше внимания в Китае.

Хотя понимание строительства чистых операционных и палат для крови класса 100 первоначально пришло из международного опыта и наблюдений медицинского персонала, работающего за границей, признание того, что все больничные здания требуют чистоты воздуха, в основном возникло из отечественного опыта. После 2003 года одним из наиболее важных размышлений было то, что при строительстве больниц строители и проектировщики часто сосредотачивались исключительно на «здании», пренебрегая «качеством воздуха». Некоторые медицинские работники отдавали предпочтение контактной передаче перед аэрозольной передачей респираторных инфекций, хотя последняя является более взрывной, широко распространенной и требует более низких инфекционных доз, что делает ее более опасной. Например:

• Для заражения требуется попадание 100 миллионов бактерий туляремии, в то время как вдыхание всего 10–50 может вызвать лихорадку;

• Медианная инфекционная доза для вдыхаемого аденовируса составляет лишь половину от таковой для культуры тканей;

• Для риккетсий Q-лихорадки достаточно всего одной частицы, оседающей в дыхательных путях, чтобы вызвать инфекцию;

• Хотя Pseudomonas aeruginosa когда-то считалась маловероятной для передачи по воздуху, ее обнаружение в пыли на потолках ожоговых отделений и в воздухе подчеркнуло риски воздушно-капельной передачи;

• Характеристики аэрозольной передачи вируса SARS заставили людей по-настоящему осознать важность технологии чистоты воздуха в больничных зданиях.

Можно сказать, что больничные здания без технологии чистоты воздуха устарели. Поэтому современное планирование больничных зданий с использованием технологии чистоты воздуха должно включать:

• Системы операционных: Строительство чистых операционных;

• Системы палат: Чистые палаты для лейкемии, ожогов, астмы и ухода за недоношенными детьми;

• Системы отделений интенсивной терапии: Отделения интенсивной терапии (ОИТ), отделения трансплантации органов и отделения кардиоваскулярной помощи;

• Системы лечебных операций: Кабинеты интервенционной терапии, кабинеты лечения лейкемии и патологоанатомические кабинеты для инфекционных заболеваний;

• Лабораторные системы: Специальные испытательные лаборатории, клинические медицинские лаборатории, ПЦР-лаборатории и лаборатории наук о жизни с акцентом на системы биобезопасности;

• Системы инструментальных комнат: Комнаты для прецизионных инструментов;

• Системы изоляционных палат: Изоляционные палаты с отрицательным давлением для воздушно-капельных заболеваний, смотровые кабинеты и операционные с отрицательным давлением;

• Системы аптек: Специализированные центры приготовления лекарств;

• Чистые вспомогательные помещения: Комнаты стерильных материалов и хранение одноразовых предметов;

• Нечистые вспомогательные помещения: Комнаты для обработки загрязненных отходов и коридоры для загрязненных материалов, требующие контроля загрязнения для предотвращения внешней передачи;

• Получистые зоны: Залы ожидания, процедурные кабинеты, смотровые кабинеты и диагностические кабинеты с использованием стандартного больничного кондиционирования.

Проблемы для технологии чистоты в фармацевтическом производстве также беспрецедентны, особенно после внедрения GMP. В настоящее время Китай применяет GMP (2010) (широко известную как GMP для лекарств для человека) и Управление качеством производства ветеринарных препаратов(2020). Чистые помещения теперь являются основным требованием для фармацевтических фабрик.

Генная инженерия является критической частью биоинженерии. С момента успешной передачи генетического материала от кокка к E. coli в 1973 году рекомбинантная генетическая технология развивалась быстрыми темпами. Учитывая ее огромный потенциал, ее рост в новом веке безграничен. Однако значительная часть биоинженерии связана с потенциальными рисками, в частности, с биологической опасностью распространения потенциально неизвестных токсичных микроорганизмов. Инцидент с сибирской язвой в Соединенных Штатах и глобальная вспышка SARS являются примерами таких серьезных биологических опасностей. Эти события Предупреждение всем: эта опасность может коснуться каждого. Для такой страны, как наша, с большим населением и международной торговлей, микросреды зданий, соответствующие требованиям биобезопасности, необходимы для профилактики эпидемий, исследований видов и продуктов растений и животных, а также для борьбы с болезнями. Под влиянием эпидемии нового коронавируса строительство чистых помещений (лабораторий) биобезопасности в моей стране переживает беспрецедентный импульс. Научно-исследовательские институты, больницы, производители вакцин, инспекционные и карантинные агентства, агентства по профилактике и борьбе с болезнями животных и растений, а также центры по контролю заболеваний на всех уровнях остро нуждаются в лабораториях биобезопасности. По неполным данным, в Соединенных Штатах насчитывается 12 лабораторий самого высокого уровня P4, в то время как в нашей стране их всего две; насчитывается более 1500 лабораторий P3, в то время как в нашей стране их около 80. Помимо генной инженерии, науки о жизни и определенные проекты разведения в сельском и лесном хозяйстве также требуют чистой среды.

Биологические риски классифицируются на международном уровне в соответствии с системой Национальных институтов здравоохранения (NIH), в диапазоне от P1 до P4 (от самого низкого до самого высокого). Объекты, работающие с биологическими материалами на уровнях P3 и P4, должны применять меры биобезопасности. После 1972 года США перевели некоторые объекты с исследований биологического оружия в Национальный институт рака (NCI) и учредили специальную программу исследований вируса опухолей для продвижения исследований рака, с мерами биобезопасности в качестве краеугольного камня. Программа «Аполлон» дополнительно развила концепции биобезопасности, тестируя астронавтов, возвращающихся из космоса, на наличие неизвестных микроорганизмов. Для защиты здоровья человека и разработки вакцин необходимо работать с бактериями и вирусами, особенно с теми, которые представляют серьезную угрозу для людей и домашнего скота. Исследования тяжелых и редких патогенов (включая переносчиков насекомых) должны проводиться в чистых помещениях (лабораториях) биобезопасности с соответствующими средствами безопасности.

Биологические фармацевтические препараты представляют собой новый класс лекарств, производимых с использованием биологических процессов. Эти биологически активные вещества должны производиться в стерильных условиях, и, поскольку они часто не могут быть стерилизованы после производства, контроль микросреды на всех этапах имеет важное значение. Значительная часть этих продуктов также требует мер биобезопасности. Эти препараты в основном используются для лечения таких серьезных заболеваний, как рак, сердечно-сосудистые и цереброваскулярные заболевания, СПИД и генетические расстройства, которые трудно решить с помощью обычных методов. Мировой рынок биологических фармацевтических препаратов поддерживает средний годовой темп роста в 12%. Более 70% биотехнологических компаний США и более 50% европейских компаний занимаются исследованиями и разработкой медицинских биологических продуктов. Таким образом, в некотором отношении прямое воздействие биотехнологий на человечество в 21 веке может превзойти воздействие чипов, и ее развитие неотделимо от контроля загрязнения и чистоты воздуха — основных функций технологии чистоты воздуха.