История создания чистого помещения

Чистые помещения (чистые комнаты) — одно из важнейших научных достижений человечества. Каждый из нас ежедневно — в той или иной форме - сталкивается с достижениями прогресса. Чаще всего мы даже не задумываемся о том, сколько сил и средств потрачено на изобретение очередной новинки — например, в области электроники или медицины, фармацевтики или точных наук.

Так легко они приходят в нашу жизнь, обновляются, меняют её к лучшему. Медицина, кажется, достигла таких высот, что выше уже и некуда. Высокой степени точности сегодня удалось добиться при проведении разного рода анализов, исследований, манипуляций и т. п. Но получение стопроцентно правильного результата в любых экспериментах напрямую зависит от той среды, в которой происходит работа с исследуемым материалом. Кроме того, ни в коем случае не должна пострадать окружающая среда, и самое главное – человек! Значит, всё должно быть чисто. Максимально чисто. В том числе, в самом помещении. Как известно с давних пор, одним из главных врагов чистоты являются вездесущие бактерии, и борьба человека с бактериями ведётся уже несколько веков. И один из главных вопросов всех времён и народов звучит так: как создать условия, пригодные для проведения высокоточных манипуляций и при этом абсолютно непригодные для существования микроорганизмов и бактерий? Какими должны быть территории, свободные от загрязнений?

Впервые о необходимости создания чистых помещений (чистых комнат) задумались хирурги еще в XIX веке. В 1860-е годы Лорд Листер добился значительного снижения инфекционных осложнений в своей операционной в Королевской больнице г. Глазго благодаря применению антисептического раствора (карболовой кислоты), убивающего бактерии. Этим раствором он обрабатывал инструменты, руки хирурга и хирургический разрез, и пытался предотвратить аэрозольное распространение инфекции путем распыления этого раствора в воздухе.

Предложенная Листером концепция снижения риска инфицирования при хирургическом вмешательстве представляла собой антисептический метод, поскольку он был основан на применении дезинфицирующего вещества, убивающего бактерии на бинтах, руках хирурга и в окружающей среде операционной. Один из его бывших ассистентов - сэр Вильям Мейсуон (William Macewan), который сменил Листера на посту профессора хирургии в университете г. Глазго, - вместе с хирургами Германии и США развил идеи Листера, перейдя к так называемым асептическим методам. Их асептический подход предусматривал не уничтожение проникших в хирургический разрез бактерий, а предупреждение возможности их проникновения в разрез. Тогда в практику вошло кипячение инструментов и перевязочных материалов, а хирурги и медицинские сестры стали следить за тщательной обработкой рук с целью удаления с них бактерий. С 1900 г. стали использоваться хирургические перчатки, маски и халаты. Перед операцией их стерилизовали паром, хотя и при более низких температурах и давлении, чем это делается сейчас. Эти методы стали базой для разработки технологий, которые применяются и сегодня.

Открытие процессов ядерного расщепления, а также исследования в области разработки биологического и химического оружия, проводимые в период Второй мировой войны, стимулировали производство высокоэффективных воздушных фильтров НЕРА (High Efficiency Particulate Air), необходимых для очистки воздуха от опасных микробиологических или радиоактивных аэрозольных загрязнений. Появление таких фильтров позволило обеспечить чистые помещения очень чистым воздухом и достичь низких уровней аэрозольного загрязнения в помещении. В начале 50-х годов компания Western Electric Сотр. в г. Уинстон-Салем, США, столкнулась с серьезной проблемой при производстве гироскопов для ракет: браковалось почти 99 гироскопов из 100. Было установлено, что главная причина брака - наличие пыли. Так появилось решение о том, что производственное помещение обязательно должно быть «обеспылено» (dust free).

Родоначальником чистых помещений в современном понимании стал руководитель корпорации Sandia в г. Альбукерк (США), где собирают атомное оружие - уроженец Техаса, физик Уиллис Уитфилд. Именно он стал создателем так называемой «суперчистой комнаты Уитфилда». Он решил, что обычные производственные помещения неверны в принципе и внёс изменения в концепцию и теорию вопроса. Отныне основная задача обычных чистых помещений, которые необходимы для всё увеличивающегося числа производственных операций, заключалась в том, чтобы не допускать образования частиц пыли. Курение запрещено; то же самое с обычными карандашами, которые крошатся, образуя графитовые крошки. Работающие в таких помещениях люди буквально «упакованы» в специальную обувь, шлемы и комбинезоны, и перед вхождением в чистое помещение их обрабатывают пылесосом. Сами помещения тоже всё время пылесосят. Но несмотря на все эти меры предосторожности, каждый кубический фут воздуха в этих помещениях всё же содержал не менее 1 000 000 частиц пыли диаметром 0,3 мкм (0,000012 дюйма) или даже более. Это стало огромным шагом вперед по сравнению с обычным воздухом, однако Уитфилд был уверен, что должно быть ещё лучше. Отказавшись от идеи подавления генерации частиц пыли, он решил удалять их сразу же по мере их появления в комнатах.

Так появилась суперчистая комната Уитфилда, похожая на небольшой трейлер с металлическим кузовом и без колес. Пол выполнен в виде металлической решетки. Стены покрыты нержавеющей сталью, а вдоль одной из них размещен рабочий стол, прямо напротив панели размером 4x10 футов, собранной из «абсолютных фильтров», которые удаляют все частицы размером более 0,3 мкм из медленно движущегося воздушного потока. В большинстве чистых помещений фильтры использовались просто для очистки приточного воздуха. Находка Уитфилда заключалась в том, что чистый воздух из фильтров поддерживает в помещении чистоту. Воздух струится со скоростью очень легкого ветерка через рабочий стол и далее мимо тех, кто работает за ним. Работающие могут быть в обычной одежде и даже при желании курить. Перхоть, табачный дым, графитовые крошки и другие образовавшиеся частицы перемещаются вместе с чистым воздухом, проходят через перфорированный пол и удаляются из помещения. Каждые 6 секунд в комнате происходит смена очень чистого воздуха. При этом не возникает условий для циркуляции частиц, в результате чего чистая комната Уитфилда по крайней мере в 1000 раз чище, чем самые чистые её соперницы.

Концепция вентиляции чистых комнат с помощью однонаправленного потока воздуха была очень быстро реализована во многих отраслях промышленности, где имелась крайняя необходимость в помещениях высокой степени чистоты. Ламинарные боксы создавались по тому же принципу, что и чистая комната. Ламинарный бокс удобен для использования в лабораториях, т.к. имеет относительно небольшой размер и, соответственно, меньшую стоимость, нежели все чистое помещение. Кроме того, бокс является изолятором, позволяющим работать оператору с опасным для его здоровья материалом.