洁净室保持研究工作的清洁

   设在美国新泽西洲普林斯顿的CUH2A**实验室设计师Tom Mistretta说，在怎样使用洁净室方面的变化只是从基础研究转向更具体的科学应用的一部分。他说，“科学家如果只‘知道一个新工艺流程是怎么一回事’已经不够了。现在，他们必须把重点放在怎样才能把工艺应用到商用产品中去。” 

   这也意味着，来自各个学科的科学家们需要一些设施，这样他们能够在合作项目上同时展开工作，把各自独立的研究成果结合到*终产品中去，例如生物医学或者生物纳米技术设备。 

   Mistretta说：“跨学科的科学研究现在越来越多了，这要求实验室空间能够接纳各个学科的用户。” 

   适合多科学研究的洁净室在不断向前发展，这给洁净室设计人员和设备制造商带来新的商机，他们注意到在大学实验室、研究公司、**开发实验室里，可移动的和固定的洁净室空间的需求越来越大。 

   LM空气科技公司总裁Pete Daniele说：“当研究人员把重点放在研究成果的商业化可行性上时，他们需要借助一个和生产工厂相类似的环境来开展工作，他们必须使用洁净的环境来确保他们的研究成果不会受到污染。” 

   Birck研究中心走在技术的*前沿 

   没有人能够比Birck纳米技术中心工厂负责人John Weaver更清楚这种需要的重要性了。在这里，他们能够展开合作、分享各自的想法和观点，并且把纳米技术设计的原理变成适合真实世界的解决办法和畅销产品。 

   Weaver说：“我们对纳米技术的研究和开发才刚刚开始。而且，我们还不知道它会走向何方。”他提到Birck中心的多学科设计，包括了共享实验室和洁净室的空间，这增加了所有学科之间相互影响的机会。Weaver说，“这对研究会有很大帮助。” 

   图1 这是一个无菌传递仓，有了它，研究人员可以通过它来传递材料，不必离开洁净室空间和重新更换衣服就可以继续工作了。这个传递仓是无缝焊接而成，圆弧型的内凹转角，不会积存微粒，简化了清洁过程。Terra Universal公司提供片。 

   Birck中心邀请了来自学术界、政府部门和各行业的科学家、工程师、学者和行政管理人员来一起利用这个耗资五千八百万美元的综合性空间，它拥有占地超过22,000平方英尺的实验室空间，其中包括专门为纳米结构研究而设计的低振动实验室，其温度变化控制在0.1℃以内。Birck中心里的其他实验室包括专门用于纳米光子学、晶体生长、生物纳米技术、分子电子学、微电机系统（MEMS）和纳米电机系统（NEMS）、表面分析、扫描电子显微镜/投射电子显微镜（SEM/TEM）、电气特性、射频系统、授课和训练，还有精密的显微机械加工。 

   在整个设施的中心是一个占地25,000平方英尺、*先进的10、100、1000级（ISO 3、4、5）纳米制造洁净室，这个实验室的一部分的采用生物分子洁净室的规格配置，达到生物制药级环境的洁净室的要求，符合病原体检测生物芯片和其他生物纳米技术的需要。 

   这个洁净室使用港湾/回风夹道式（bay-and-chase）布局，不如大空间结构那么常见，这样做的原因是初期投入和运作成本比较低。Weaver说：“在洁净室里，调节过的空气可以通过回风夹道返回，所以说回风夹里的空气是免费的。”十三个洁净室空间每一个都与**管道相通，达到ISO 3、4、5级标准。洁净室空间铺设了乙烯基地板，圆弧形的转角，达到制药级要求的地板、墙壁和天花板，以及Hunt Air排风墙系统（Hunt Air fan wall system）。Weaver 说：“排风墙对我们非常有帮助，因为排风扇人工就可以拿下来和移进移出，所以不需要用设备去把它拿下来或者更换它。”每一面墙壁各有六个风扇，实际上，只要五个风扇就能使系统运转起来，多出来的那个可以在设备出现故障时应付紧急情况。他说，“我们在架子上多留了几个风扇以备不时之需。” 

   每一个空间都有一个独立的入口、更换衣服的区域，彼此之间的气流相互隔绝，而无菌传递仓和手套盒设在两个房间之间，在这里，任何一侧的研究人员都无需离开他们的洁净室和再次更换衣服就可以传递材料或者工作了（图1）。 

   这是**个混合式洁净室设计，为科学家在各自的专业洁净室里同时展开工作或者在洁净室空间和实验室空间来回移动创造了非常难得的机会。 

   Weaver说：“我们希望洁净室能够实现更多的用途。一些人认为研究环境里不需要洁净室，但是如果存在空气分子污染物，你就必须拥有一个洁净的环境。只有这样才能保证你的研究不会误入歧途或者得到容易产生误解以及不利的结果。” 

   这个洁净室空间还配备了*先进的研究设备，包括一个徕卡矢量电子束（Leica Vector Beam）光刻系统，这个系统能够用一束电子束在晶片上刻绘出纳米级的图案；还有一台Raytheon公司捐赠的光学图形发生器，它能够为硅晶片的构图生成光掩膜制品；还有LSI Logic公司捐赠的六个熔炉，它们能够把温度加热到1200℃，从而改变硅晶片特定区域电气特性或者导电率。 

   Weaver表示希望通过创造一个空间，让科学家们能够利用这个*先进的设施和设备展开相互合作，加快纳米技术的研究的进展。“芯片实验室（Lab on a Chip）”项目朝着这个目标已经取得了一些成功。这是一个单核细胞增生李斯特**（Listeria monocytogenes bacteria）检测装置，它也是在Birck中心洁净室进行的首批项目之一。这个生物芯片结合了生物微电机系统（bioMEMS）和生物纳米技术的原理，创造出一个微型集成系统，可以用它来检测食品制造过程中的危险和致命的**。 

   因为在Birck中心的洁净室空间是连成一体的，所以这个项目小组能够在半导体实验室里做出微电机系统（MEMS）装置，然后通过一个隔绝的气闸小室把它送到生物洁净室中，在那里，他们可以把生物活性物质添加到芯片上，而且这个过程始终是在洁净的环境中进行的。 

   图2 LM Air技术公司为Rutgers大学设计和安装的占地1,100平方英尺硬墙洁净室。LM Air公司技术提供照片。 

   普渡大学纳米生物学家Rachid Bashir（他正在一个芯片项目的实验室里工作）说是：“在我们拥有Birck中心之前，研究工作要在三个不同的大楼里进行。这幢大楼真是一个富有创造性的产物，有了它，不仅工作效率提高了，而且还增进了我们的相互了解。” 

   从大学到车间 

   Birck中心是*先进的高科技洁净室的代表。LM Air公司因此接到许多大学和研究中心越来越多的设计和安装洁净室空间的要求，其中包括Rutgers大学（美国新泽西洲Piscataway）占地1,100平方英尺硬墙洁净室。这个再循环洁净室项目包括环氧树脂地板、独立的更衣间、电力系统、照明系统、HEPA过滤模块和洁净室的内部设备（请看图2）。它是一个完整的而且马上可以使用的产品，包括三个独立的房间，其中一个使用透明的丙烯酸墙板（图3）。 

  LM Air公司已经为许多所大学设计和安装了类似的项目，其中包括加利福尼亚大学洛杉矶分校、马里兰大学、亚利桑那大学。  

   图3 它是一个完整的而且马上可以使用的产品，包括三个独立的房间，其中一个使用透明的丙烯酸墙板。 

LM Air公司还注意到非传统洁净室行业的洁净室需求的增长。例如，LM Air公司*近在Bayer公司阿司匹林生产工厂的仓库里安装了一个16x10平方英尺的有软面的可移动洁净室，这是一个质量控制小屋，成桶的产品运到这里，取样，然后再运走。LM Air公司在钢铁铸造厂的机器车间里也做过类似的工程，建造出一个能够让设备运营商在里面生产钢丝的洁净的空间（图4）。 

   Daniele说：“在每一个行业，我们都能看到各种洁净室方面的巨大需求。” 

   当各家公司都在不断尝试，寻找产品开发的捷径时，这种需求必将抛有增无减。Mistretta说：“我们看到在每一个行业，实验室里的洁净室的数量在上升，如果你能够在实验室里达到试用的水平，你就能够把把开发周期缩短两年。洁净室就是它的一个部分。” 

   图4 非传统洁净室行业对洁净室的需求也在增长，其中包括这个在钢铁铸造厂机器车间里的项目。它的目标是做出一个能够让设备运营商在里面生产钢丝的洁净的空间。 

   在研究实验室里安装洁净室的一个好处是能够缩短产品的上市时间。除此之外，它还可以让科学家根据需求的变化或者环境问题迅速做出调整，或者定制产品。例如在医院里为处于危险中的患者进行基因**。Mistretta说：“在工厂里，当你拥有洁净室，开发人员和用户之间的互动会更直接。” 

   洁净室就像是一副连指手套 

   Mistretta指出，传统洁净室都是针对特殊的工作而设计的，相比之下，多学科研究型洁净室和实验室的设计有很大的不同。Mistretta 说：“他们要求有更多灵活的空间，能够容纳更加多的活动，而且通常要包括可移动的设备和用具，此外，它要求增加电力供应并且把把数据连接到服务器或者局域网上，操作人员能够把数据下载到自己的系统里，在必要时增加或者更换设备。” 

   Mistretta提到，虽然一些行业客户仍然希望洁净室能够像手套一样，光滑、经过细心的布置并且针对特定的用途进行设计，但是在更多时候，新的设备运营商会优先考虑开放空间来扩大房间的容量。但是他们没有足够的预算，建造巨大的洁净室，以容纳任何或者所有未来可能的工作，这时他们需要的是灵活性，允许他们改变空间的用途。 

   Mistrett把这些空间比喻成连指手套，他说：“它们只是满足了你的基本需要，但是你需要开动脑筋充分才能充分发挥它们的作用。” 

   虽然这些洁净室不大，但它们倾向于更加开放，一旦出现变化，其空气处理系统的设计容量或者空气质量就会相应增加。Mistretta说：“在做这些空间类型的设计决定时，用户必须问问自己：我将来是否需要增加通风柜？空气循环是否充分？风扇过滤组件的容量是否充足？管道够不够？开放的实验室设计在这些方面要求比较宽松。” 

   Mistretta说，以目前的价格做出正确的选择，来适应未来灵活的要求不是件容易的事情。他说，“找到预算和打算拿这个洁净室做什么事情之间的结合点是打开洁净室设计的一把钥匙。这就是我们的工作。” 

   充满热空气 

   在设计多学科使用的洁净室空间时，必须把大量不同的用户和用途考虑进去，运营商在做设计决策时还必须把不断上涨的燃料价格也作为一个重要因素考虑进去。 

   Mistretta说：“随着洁净室空间内的设备和电脑的数量不断增加，会产生了大量的热量，空调系统必须适应这种情况。我们看到这些房间内的通风量比20年前多了很多。” 

   图5对于那些空间有限而且预算紧张或者所经营的产品利润很低或者周期很短的工厂而言，这种可以移动的BioSafe洁净室更便宜也更灵活。Terra Unviersal提供照片。 

   他说，问题是把热空气全都排出建筑物会浪费很多钱，尤其在取暖成本节节攀升的今天这个问题更突出。他说，“你也不希望把洁净室内经处理的高洁净度的空气排掉。” 

   这也引起人们对热交换系统越来越大的兴趣，这种系统采用换热转轮、换热板或者换热管收集排风余热，再次利用它来加热输入厂房的空气。在美国的一些州，工厂甚至能够获得燃料贷款，来建造热量回收系统，进一步抵消其能源成本。 

   Terra Universal 公司（美国加利福尼亚洲的Fullerton）发言人Michael Buckwalter警告说：“不过，你必须仔细检查一下这些方案。”他说，必须避免循环使用在运行过程中任何被烟雾或者有毒化学物质污染的空气。 

   Mistretta在热回收系统中看到许多安装实例是从外面将较大的设备置入到墙体内。这样，热量和噪音能够通过维修走廊排出去，而那里空气是不需要调节的。他说，“这是另一种把**影响留在房间外的方法，而且房间内部会因此而得到更大的空间。” 

   除了燃料价格之外，运营商正在严格控制它们的排放系统，以适应越来越高的空气质量和环保标准要求，这与洁净室运行的环境问题有关。 

   美国绿色建筑委员会针对新建筑和改建项目制定的“绿色建筑评估体系”（LEED）是这个领域*有影响力的标准之一。该委员是整个美国建筑行业的***联盟。“绿色建筑评估体系”是美国公认的高性能绿色建筑的设计、施工和运行的标准。它主要评估人和环境在五个关键领域的健康状态：可持续发展用地、节水、能源效率、原材料的选择和室内环境质量。 

   一些洁净室设备制造商也在谋求绿色标准的资格，特别是为他们的产品谋求建筑物绿色质格认证，有了这个认证，它们就可以列入环保型建筑产品的GreenSpec产品信息服务目录。建筑师和工程师可以通过这个目录寻找使自己的建筑设计获得“绿色建筑评估体系”认可的产品。 

   Mistretta说：“国内性的反馈还不会来得那么快。”但是，他乐观地认为，随着类似于“绿色建筑评估体系”这样的计划获得国内性的认可，将会有更多人采用更严格的空气管理法规。他说，“你每跨过一道坎，就会考虑下一步该怎样才能做得更好、更**或者更便宜。” 

   盒子里的洁净室 

   Terra Universal公司的Buckwalter说，对许多工厂而言，“价格低廉”是*突出的要求。严格的标准、不断提高的质量管理要求和加快上市时间，正在推动许多行业更新设备，并在以前不一定需要使用洁净室的地方增加洁净室或者提高现有环境的洁净等级。然而，增加固定的洁净室空间并不总是合理的。对于那些空间有限而且预算紧张，所经营的产品利润很低或者产品周期很短的工厂而言，移动式洁净室更便宜也更灵活（图5）。 

   在过去，选择模块化空间对某些行业而言并不是总是行得通的，但是随着硬墙模块洁净室空间取得新的进步，即使是耐用性要求日益提高的*苛刻的洁净室，可移动空间也变得经济可行了。 

   Buckwalter说，Terra公司的许多客户都要求利用模块化空间来实现更多的功能，例如圆弧形的转角、墙壁和天花板、便于清洁和**的微生物抑制剂、无菌的空调传递仓，还有采用更多的不锈钢材料。 

   他说：“不锈钢房间能够实现塑料房间所达不到的要求。它们能够抗刺激性**剂，有圆弧形的转角和光滑的表面，清洁起来更快更容易。” 

   为了适应这些要求，Terra Universal公司现在供应一种全不锈钢的BioSafe洁净室，它内外都使用了表面光滑的不锈钢材料，能够抗**剂并且符合**程序的要求，也可以使用指定的**表面涂层（图6）。 

  Buckwalter 说：“BioSafe洁净室有一个刚性自支撑的结构，不使用独立的框架或者外部支撑，同其他需要特别许可和承包安装的设计相比，这是一个重要的优势。”  

   图６BioSafe洁净室使用不锈钢材料，内外表面都是光滑的，能够抗**剂并且符合**程序要求，也可以使用指定的**表面涂层．图片显示的是传递仓和A/C模块．Terra Unviersal提供照片 

   BioSafe洁净室的天花板栅格有架子，可以安装HEPA或者ULPA过滤器/风机和灯具，或者紫外线（UV）**和荧光检测模块。这个房间容纳了洁净室的全套配置方案，包括空调、除湿模块和通风设备。双层墙板营造了一个电路穿管、燃气和真空吸尘器设备管线的安装区，它能够绝缘隔热，可以用于优化热稳定性和减少能源成本。 

   Buckwalter估计，可移动的房间的价格不到固定房间的十分之一，而且可移动的房间在两个月时间里就能按要求安装完成并且投入使用。他说，“BioSafe洁净室比固定洁净室更合算，客户们再也不必牺牲耐用性了。” 

   Terra公司的硬墙模块系统目前用在一个具有重大意义的项目上，这个项目有可能会成为一个样板，为许多公司寻求通过海外外包项目以提高质量控制指引方向。一家参与这个项目的公司正在开发一种**癌症的药品，它要求在一个由四个房间组成的洁净室里生产，每个房间对空气压力和洁净度的要求各不相同。为了确保海外特许的生产场所能达到*高的质量控制标准，硬墙模块系统利用Terra公司的BioSafe洁净室创造出一个样板生产环境，保证每个洁净室都使用完全相同的设备、环境和规范。Buckwalter 解释说：“这家公司通过样板洁净室能够在经过试验的设计和工艺的基础上管理生产环境。它使它们拥有固定空间洁净室的所有优点，而且不会增加成本。” 

   无论洁净室是作为*先进的工厂的一部分，还是从效率和经济效益出发设计的精简的可移动的空间，当运营商在产品开发过程中寻找既能为开发人员提供必要的空间和工具去创造“近乎**的东西”，又能缩短时间、节省开支的方法时，燃料价格和环境等问题依然是优先考虑的问题。