Η ταχεία πρόοδος της επιστήμης και της τεχνολογίας καθιστά δύσκολη την πρόβλεψη της κατάστασης του κόσμου μέχρι το τέλος αυτού του αιώνα. Ωστόσο, με βάση ορισμένες ήδη εμφανείς μεγάλες τάσεις, μπορούν να γίνουν ορισμένες κρίσεις. Τρία βασικά τεχνολογικά πεδία —τα τσιπ ημιαγωγών, τα φαρμακευτικά προϊόντα και η βιοτεχνολογία— μαζί με τις σχετικές τεχνολογίες καθαρών δωματίων, αντιμετωπίζουν τόσο ευκαιρίες όσο και προκλήσεις.

Στο Ετήσιο Συνέδριο του 2001 της Ένωσης Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας, ο καθηγητής Chen-Ning Yang επεσήμανε τρεις τομείς που θα γίνονταν οι κινητήριες δυνάμεις της τεχνολογικής ανάπτυξης —οι τρεις σημαντικές στρατηγικές κατευθύνσεις για τα επόμενα 30 έως 40 χρόνια:

• Η ευρεία εφαρμογή των τσιπ σχεδόν σε όλα, από κτίρια και σπίτια μέχρι αυτοκίνητα, το ανθρώπινο σώμα, εργοστάσια και καταστήματα;

• Ταχεία πρόοδος στην ιατρική και τα φαρμακευτικά προϊόντα;

• Βιομηχανική.

Η παραγωγή τσιπ, μια από τις τρεις στρατηγικές κατευθύνσεις, απαιτεί ένα μικρο-περιβάλλον που παρέχεται από βιομηχανικά καθαρά δωμάτια στην τεχνολογία καθαρότητας του αέρα. Η ιατρική, τα φαρμακευτικά προϊόντα και η βιομηχανική απαιτούν βιολογικά καθαρά δωμάτια, με την ιατρική και τα φαρμακευτικά προϊόντα να χρειάζονται κυρίως γενικά βιολογικά καθαρά δωμάτια και η βιομηχανική να απαιτεί κυρίως καθαρά δωμάτια βιοασφάλειας. Είναι προφανές πόσο στενά συνδέεται η τεχνολογία του μικρο-περιβάλλοντος καθαρού κτιρίου με αυτές τις τρεις στρατηγικές κατευθύνσεις και σήμερα αντιμετωπίζει νέες προκλήσεις από αυτές.

Η ταχύτητα ανάπτυξης των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων ημιαγωγών είναι πιθανό να είναι ασυναγώνιστη από οποιαδήποτε άλλη τεχνολογία, με την πυκνότητα ολοκλήρωσης να τετραπλασιάζεται περίπου κάθε τρία χρόνια. Λόγω της ταχείας προόδου της τεχνητής νοημοσύνης, υπάρχει παγκόσμια έλλειψη τσιπ, που οδηγεί σε μειωμένη παραγωγή αυτοκινήτων λόγω έλλειψης τσιπ αυτοκινήτων. Σήμερα, τα τσιπ ακριβείας 2nm είναι ήδη ένας στόχος για τους κατασκευαστές και η παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων τσιπ απαιτεί ακόμη αυστηρότερο έλεγχο των μεγεθών των σωματιδίων του περιβάλλοντος. Αναμφίβολα, η βιομηχανία ηλεκτρονικών συνεχίζει να κυριαρχεί στις απαιτήσεις για καθαρά δωμάτια.

Η ιατρική και τα φαρμακευτικά προϊόντα σχετίζονται στενά με τη δημόσια ασφάλεια και την υγεία. Η πρώτη εφαρμογή ενός βιολογικού καθαρού δωματίου στην ιατρική ήταν ένα καθαρό χειρουργείο που κατασκευάστηκε στις Ηνωμένες Πολιτείες τον Ιανουάριο του 1966. Ένα καθαρό χειρουργείο αντικαθιστά τις παραδοσιακές μεθόδους απολύμανσης, όπως το υπεριώδες φως, με την τεχνολογία καθαρότητας του αέρα για να επιτρέψει τον έλεγχο της ρύπανσης σε όλη τη διαδικασία. Σε τέτοια περιβάλλοντα, τα ποσοστά μόλυνσης μπορούν να μειωθούν κατά πάνω από 90%, μειώνοντας σημαντικά ή εξαλείφοντας την ανάγκη για αντιβιοτικά, τα οποία μπορούν να βλάψουν τους ασθενείς. Για παράδειγμα, από το 1989 έως το 1990, το Νοσοκομείο Shanghai Changzheng πραγματοποίησε 9.337 χειρουργικές επεμβάσεις κατηγορίας Ι σε καθαρά χειρουργεία χωρίς ούτε μία μόλυνση. Ομοίως, από το 1995 έως το 1996, το Νοσοκομείο Beijing 301 ανέφερε μηδενικές λοιμώξεις σε 16.427 χειρουργικές επεμβάσεις κατηγορίας Ι. Σύμφωνα με ένα άρθρο του 2012 στο περιοδικό Όγκος, η συχνότητα εμφάνισης λευχαιμίας στην Κίνα ήταν 5,17 ανά 100.000, με ποσοστό θνησιμότητας 3,94 ανά 100.000. Κατά συνέπεια, η θεραπεία της λευχαιμίας και η ανάπτυξη βιολογικών καθαρών δωματίων για τέτοιες θεραπείες έχουν κερδίσει αυξανόμενη προσοχή στην Κίνα.

Ενώ η κατανόηση της κατασκευής καθαρών χειρουργείων και των θαλάμων αίματος κατηγορίας 100 προήλθε αρχικά από διεθνείς εμπειρίες και τις παρατηρήσεις του ιατρικού προσωπικού που εργάζεται στο εξωτερικό, η αναγνώριση ότι ολόκληρα τα κτίρια νοσοκομείων απαιτούν καθαρότητα αέρα προέρχεται σε μεγάλο βαθμό από εγχώριες εμπειρίες. Μετά το 2003, ένας από τους πιο κρίσιμους προβληματισμούς ήταν ότι, στην κατασκευή νοσοκομείων, οι κατασκευαστές και οι σχεδιαστές επικεντρώνονταν συχνά αποκλειστικά στο «κτίριο» ενώ παραμελούσαν την «ποιότητα του αέρα». Ορισμένοι ιατρικοί υπάλληλοι έδωσαν προτεραιότητα στη μετάδοση με επαφή έναντι της μετάδοσης αερολυμάτων των αναπνευστικών λοιμώξεων, παρόλο που η τελευταία είναι πιο εκρηκτική, ευρέως διαδεδομένη και απαιτεί χαμηλότερες μολυσματικές δόσεις, καθιστώντας την πιο επικίνδυνη. Για παράδειγμα:

• Η κατάποση 100 εκατομμυρίων βακτηρίων τουλαρεμίας απαιτείται για μόλυνση, ενώ η εισπνοή μόνο 10–50 μπορεί να προκαλέσει πυρετό;

• Η μέση μολυσματική δόση για εισπνεόμενο αδενοϊό είναι μόνο η μισή από αυτή της καλλιέργειας ιστών;

• Για τη ρικέτσια του πυρετού Q, μόνο ένα σωματίδιο που εγκαθίσταται στην αναπνευστική οδό μπορεί να προκαλέσει μόλυνση;

• Αν και το Pseudomonas aeruginosa θεωρήθηκε κάποτε απίθανο να μεταδοθεί μέσω του αέρα, η ανίχνευσή του στη σκόνη στις οροφές των θαλάμων εγκαυμάτων και στον αέρα έχει τονίσει τους κινδύνους της αερομεταφερόμενης μετάδοσης;

• Τα χαρακτηριστικά μετάδοσης αερολυμάτων του ιού SARS έχουν κάνει τους ανθρώπους να συνειδητοποιήσουν πραγματικά τη σημασία της τεχνολογίας καθαρότητας του αέρα στα κτίρια των νοσοκομείων.

Μπορεί να ειπωθεί ότι τα κτίρια νοσοκομείων χωρίς τεχνολογία καθαρότητας αέρα είναι ξεπερασμένα. Επομένως, ο σύγχρονος σχεδιασμός κτιρίων νοσοκομείων που ενσωματώνει την τεχνολογία καθαρότητας αέρα θα πρέπει να περιλαμβάνει:

• Συστήματα Χειρουργείου: Κατασκευή καθαρών χειρουργείων;

• Συστήματα θαλάμων: Καθαροί θάλαμοι για λευχαιμία, εγκαύματα, άσθμα και φροντίδα πρόωρων βρεφών;

• Συστήματα Μονάδας Νοσηλείας: Μονάδες εντατικής θεραπείας (ΜΕΘ), μονάδες μεταμόσχευσης οργάνων και μονάδες καρδιαγγειακής φροντίδας;

• Συστήματα Λειτουργίας Θεραπείας: Αίθουσες παρεμβατικής θεραπείας, αίθουσες θεραπείας λευχαιμίας και αίθουσες αυτοψίας για μολυσματικές ασθένειες;

• Συστήματα Εργαστηρίων: Ειδικά εργαστήρια δοκιμών, κλινικά ιατρικά εργαστήρια, εργαστήρια PCR και εργαστήρια επιστημών ζωής, με έμφαση στα συστήματα βιοασφάλειας;

• Συστήματα Αίθουσας Οργάνων: Δωμάτια για όργανα ακριβείας;

• Συστήματα Αίθουσας Απομόνωσης: Αίθουσες απομόνωσης αρνητικής πίεσης για αερομεταφερόμενες ασθένειες, αίθουσες παρατήρησης και χειρουργεία αρνητικής πίεσης;

• Συστήματα Φαρμακείου: Εξειδικευμένα κέντρα παρασκευής φαρμάκων;

• Καθαρά Βοηθητικά Δωμάτια: Αποστειρωμένα δωμάτια προμήθειας και αποθήκευση αντικειμένων μιας χρήσης;

• Μη Καθαρά Βοηθητικά Δωμάτια: Δωμάτια επεξεργασίας μολυσμένων αποβλήτων και διάδρομοι μολυσμένου υλικού, που απαιτούν έλεγχο της ρύπανσης για την αποφυγή εξωτερικής μετάδοσης;

• Ημικαθαρές Περιοχές: Αίθουσες αναμονής, αίθουσες θεραπείας, αίθουσες εξέτασης και διαγνωστικά δωμάτια που χρησιμοποιούν τυπικό κλιματισμό νοσοκομείου.

Οι προκλήσεις για την τεχνολογία καθαριότητας στην παραγωγή φαρμακευτικών προϊόντων είναι επίσης άνευ προηγουμένου, ιδιαίτερα μετά την εφαρμογή του GMP. Επί του παρόντος, η Κίνα επιβάλλει το GMP (2010) (κοινώς γνωστό ως Human Drug GMP) και το Διαχείριση Ποιότητας Παραγωγής Κτηνιατρικών Φαρμάκων (2020). Τα καθαρά δωμάτια είναι πλέον βασική απαίτηση για τα φαρμακευτικά εργοστάσια.

Η γενετική μηχανική είναι ένα κρίσιμο μέρος της βιομηχανικής. Από την επιτυχή μεταφορά γενετικού υλικού από ένα κόκκο σε E. coli το 1973, η ανασυνδυασμένη γενετική τεχνολογία έχει αναπτυχθεί ραγδαία. Δεδομένου του τεράστιου δυναμικού της, η ανάπτυξή της στον νέο αιώνα είναι απεριόριστη. Ωστόσο, ένα σημαντικό μέρος της βιομηχανικής περιλαμβάνει πιθανούς κινδύνους, ιδιαίτερα τον βιολογικό κίνδυνο της εξάπλωσης δυνητικά άγνωστων τοξικών μικροοργανισμών. Το περιστατικό του άνθρακα στις Ηνωμένες Πολιτείες και το παγκόσμιο ξέσπασμα του SARS είναι παραδείγματα τέτοιων σοβαρών βιολογικών κινδύνων. Αυτά τα γεγονότα Μια προειδοποίηση σε όλους: αυτός ο κίνδυνος θα μπορούσε να επηρεάσει όλους. Για μια χώρα σαν τη δική μας με μεγάλο πληθυσμό και διεθνές εμπόριο, τα μικροπεριβάλλοντα κτιρίων που συμμορφώνονται με τη βιοασφάλεια είναι απαραίτητα για την πρόληψη επιδημιών, την έρευνα σε είδη και προϊόντα φυτών και ζώων και τον έλεγχο ασθενειών. Υπό την επίδραση της επιδημίας του νέου κορωνοϊού, η κατασκευή καθαρών δωματίων (εργαστηρίων) βιοασφάλειας στη χώρα μου βιώνει άνευ προηγουμένου δυναμική. Ερευνητικά ιδρύματα, νοσοκομεία, κατασκευαστές εμβολίων, φορείς επιθεώρησης και καραντίνας, φορείς πρόληψης και ελέγχου ασθενειών φυτών και ζώων και κέντρα ελέγχου ασθενειών σε όλα τα επίπεδα έχουν επείγουσα ανάγκη από εργαστήρια βιοασφάλειας. Σύμφωνα με ελλιπή στατιστικά στοιχεία, οι Ηνωμένες Πολιτείες έχουν 12 εργαστήρια P4 του υψηλότερου επιπέδου, ενώ η χώρα μου έχει μόνο δύο. υπάρχουν πάνω από 1.500 εργαστήρια P3, ενώ η χώρα μου έχει περίπου 80. Εκτός από τη γενετική μηχανική, οι επιστήμες ζωής και ορισμένα έργα αναπαραγωγής στη γεωργία και τη δασοκομία απαιτούν επίσης καθαρά περιβάλλοντα.

Οι βιολογικοί κίνδυνοι ταξινομούνται διεθνώς σύμφωνα με το σύστημα των Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας (NIH), που κυμαίνονται από P1 έως P4 (χαμηλότερο έως υψηλότερο). Οι εγκαταστάσεις που χειρίζονται βιολογικά υλικά στα επίπεδα P3 και P4 πρέπει να εφαρμόσουν μέτρα βιοασφάλειας. Μετά το 1972, οι ΗΠΑ μετατόπισαν ορισμένες εγκαταστάσεις από την έρευνα βιολογικών όπλων στο Εθνικό Ινστιτούτο Καρκίνου (NCI) και δημιούργησαν ένα ειδικό πρόγραμμα έρευνας ιών όγκων για την προώθηση της έρευνας για τον καρκίνο, με μέτρα βιοασφάλειας ως ακρογωνιαίο λίθο. Το πρόγραμμα Apollo ανέπτυξε περαιτέρω τις έννοιες της βιοασφάλειας δοκιμάζοντας αστροναύτες που επέστρεφαν από το διάστημα για άγνωστους μικροοργανισμούς. Για την προστασία της ανθρώπινης υγείας και την ανάπτυξη εμβολίων, είναι απαραίτητο να συνεργαστούμε με βακτήρια και ιούς, ειδικά εκείνους που θέτουν σοβαρές απειλές για τον άνθρωπο και τα ζώα. Η έρευνα για σοβαρά και ασυνήθιστα παθογόνα (συμπεριλαμβανομένων των εντόμων φορέων) πρέπει να διεξάγεται σε καθαρά δωμάτια (εργαστήρια) βιοασφάλειας με κατάλληλες εγκαταστάσεις ασφαλείας.

Τα βιολογικά φαρμακευτικά προϊόντα αντιπροσωπεύουν μια νέα κατηγορία φαρμάκων που κατασκευάζονται με τη χρήση βιολογικών διεργασιών. Αυτοί οι βιολογικά ενεργοί παράγοντες πρέπει να παράγονται υπό αποστειρωμένες συνθήκες και, επειδή συχνά δεν μπορούν να αποστειρωθούν μετά την παραγωγή, ο έλεγχος του μικρο-περιβάλλοντος σε όλη τη διαδικασία είναι απαραίτητος. Ένα σημαντικό μέρος αυτών των προϊόντων απαιτεί επίσης μέτρα βιοασφάλειας. Αυτά τα φάρμακα χρησιμοποιούνται κυρίως για τη θεραπεία μεγάλων ασθενειών όπως ο καρκίνος, οι καρδιαγγειακές και εγκεφαλοαγγειακές παθήσεις, το AIDS και οι γενετικές διαταραχές, οι οποίες είναι δύσκολο να αντιμετωπιστούν με συμβατικές μεθόδους. Η παγκόσμια αγορά βιολογικών φαρμακευτικών προϊόντων διατηρεί μέσο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης 12%. Πάνω από το 70% των εταιρειών βιοτεχνολογίας των ΗΠΑ και περισσότερο από το 50% των ευρωπαϊκών ασχολούνται με την έρευνα και ανάπτυξη ιατρικών βιολογικών προϊόντων. Έτσι, από ορισμένες απόψεις, ο άμεσος αντίκτυπος της βιοτεχνολογίας στην ανθρωπότητα τον 21ο αιώνα μπορεί να ξεπεράσει αυτόν των τσιπ και η ανάπτυξή της είναι αδιαχώριστη από τον έλεγχο της ρύπανσης και την καθαρότητα του αέρα —τις βασικές λειτουργίες της τεχνολογίας καθαρότητας του αέρα.