Wat is cleanroom?
Ik werk nu al meer dan 15 jaar in de productie van medische apparatuur en een van de vragen die ik nog steeds krijg van nieuwe klanten is: wat is een cleanroom precies, en hebben we er echt een nodig?
Het korte antwoord is - het hangt af van wat je maakt. Maar laat me eerst de basis uitleggen.
Een cleanroom is eenvoudigweg een ruimte waar de lucht wordt gefilterd en gecontroleerd om deeltjes buiten te houden. De definitie komt uit ISO 14644-1, die internationale normen voor luchtzuiverheid vastlegt. Bij de medische productie maken we gebruik van cleanrooms omdat zelfs kleine deeltjes (we hebben het over dingen die je niet met je ogen kunt zien) een apparaat kunnen besmetten dat in iemands lichaam terechtkomt.
Waarom zou je je druk maken over dit alles?
Hier is het probleem. Een stofje op een consumentenelektronicaproduct? Waarschijnlijk geen probleem. Een stofje op een implantaat dat in iemands borst terechtkomt? Dat is een mogelijke infectie, een rechtszaak, een terugroepactie.
De FDA vertelt u niet precies welke cleanroomklasse u nodig heeft voor elk apparaat -, dat zou te gemakkelijk zijn. Wat ze doen is van u eisen dat u uw productieomgeving rechtvaardigt op basis van risico's. U moet aantonen dat uw faciliteit geschikt is voor het product. Dit valt allemaal onder 21 CFR Part 820 (de Quality System Regulation) en sluit aan bij ISO 13485 voor kwaliteitsmanagement.
Ik heb gezien dat bedrijven hier proberen te bezuinigen. Het eindigt zelden goed. Eén klant kwam naar ons toe na een waarschuwingsbrief van de FDA omdat hun "gecontroleerde omgeving" in feite een gewone kamer was met een draagbare HEPA-eenheid in de hoek. De accountant was niet onder de indruk.
Het ISO-classificatiesysteem
Cleanrooms worden geclassificeerd op basis van het aantal deeltjes dat rondzweeft per kubieke meter. ISO 14644-1 geeft ons een schaal van ISO 1 (het schoonst, praktisch onmogelijk te bereiken in een werkfaciliteit) tot ISO 9 (wat eigenlijk gewoon een gewone ruimte is).
Voor medische hulpmiddelen kijk je meestal naar ISO 5 tot en met ISO 8:
ISO 8 is het instapniveau-. We hebben het over 3.520.000 deeltjes (van 0,5 micron of groter) per kubieke meter. Klinkt als veel, maar vergelijk dat eens met een typisch kantoor waar 500.000 tot 1.000.000 deeltjes per kubieke voet kunnen worden verwerkt. ISO 8-kamers werken prima voor verpakking, niet-steriele montage en algemeen voorbereidend werk. Hier kunnen veel medische apparaten van klasse I (dingen met een laag-risico, zoals tongspatels en verbandmiddelen) worden gemaakt.
ISO 7 is waar de meeste contractfabrikanten voor medisch werk opereren. Je hebt nog maar 352.000 deeltjes per kubieke meter. Chirurgische jassen, wondverbanden, diagnostische apparatuur - dit is ISO 7-gebied. De kamer heeft een luchtsluis, positieve druk (meestal +25 tot +30 pascal boven de omliggende gebieden) en 60-90 luchtverversingen per uur nodig.
ISO 6 wordt serieuzer. 35,200 deeltjes per kubieke meter. Katheters, bepaalde chirurgische instrumenten. Op dit niveau heb je een unidirectionele luchtstroom nodig.
ISO 5 is wat we gebruiken voor implanteerbare - pacemakers, kunstmatige gewrichten, stents. Deze apparaten gaan het lichaam binnen en blijven daar. Er zijn slechts 3.520 deeltjes per kubieke meter toegestaan. Luchtverversingen kunnen meer dan 240 per uur bedragen. De bouwkosten stijgen aanzienlijk.
(Opmerking: in sommige faciliteiten zie je nog steeds de oude Federal Standard 209E-classificaties - Klasse 100, Klasse 1.000, Klasse 10.000, Klasse 100.000. Deze komen grofweg overeen met ISO 5, 6, 7 en 8. De oude norm werd officieel geannuleerd in 2001, maar de terminologie bleef hangen.)
Hoe werkt luchtfiltratie eigenlijk?
Het hart van elke cleanroom is het HEPA-filter. HEPA staat voor High-Efficiency Particulate Air (of Arrestor, afhankelijk van wie je het vraagt). Een echt HEPA-filter vangt 99,97% van de deeltjes van 0,3 micron en groter op. Sommige faciliteiten gebruiken ULPA-filters (Ultra-Low Particulate Air) voor een nog strengere controle, maar dat komt vaker voor in halfgeleiderfabrieken dan in winkels voor medische apparatuur.
Ventilatoren trekken kamerlucht door deze filters en duwen deze weer naar binnen. De luchtverversingssnelheid - hoe vaak per uur het gehele kamervolume door filtratie gaat - bepaalt hoe snel u herstelt van besmettingsgebeurtenissen. Iemand loopt door de kamer, laat wat huidcellen los, het luchtsysteem ruimt het op. Bij ISO 7 heb je het equivalent nodig van een hele kamer die 60-90 keer per uur wordt gefilterd. Bij ISO 5 is dit 240+ keer per uur.
Positieve druk is het andere sleutelstuk. De cleanroom heeft een hogere luchtdruk dan de omliggende ruimtes. Wanneer u een deur opent, stroomt de lucht UIT en niet naar binnen. Dit voorkomt dat deeltjes in de gang uw productieruimte binnendringen.
Het mensenprobleem
Hier is iets dat veel mensen verbaast: de grootste besmettingsbron in elke cleanroom zijn de mensen die erin werken.
Een persoon in rust scheidt ongeveer 100.000 deeltjes per minuut af. Rondlopen? Meer dan een
miljoen. Huidschilfers, haar, vezels van kleding, oliën, cosmetica - we zijn eigenlijk wandelende besmettingsgeneratoren.
Daarom is kleding zo belangrijk. In een ISO 8-ruimte kom je misschien weg met schoenovertrekken, een haarnetje en een laboratoriumjas. ISO 7 voegt volledige overalls en handschoenen toe. ISO5 en 6? Volledige konijnenpakken, capuchons, slofjes, dubbele handschoenen. Sommige faciliteiten vereisen luchtdouches (ze blazen losse deeltjes van je pak voordat je naar binnen gaat).
En ja, niet eten, niet drinken, geen kauwgom. Op sommige plaatsen zijn bepaalde cosmetica verboden. Ik ken een instelling die is overgestapt op pennen die compatibel zijn met cleanroom- omdat gewone balpennen te veel deeltjes afscheiden door het contact met inkt en papier.
Het bouwen van een cleanroom
De muren, het plafond en de vloer zijn allemaal belangrijk. U wilt gladde, niet-poreuze oppervlakken die geen deeltjes afgeven en gemakkelijk kunnen worden afgeveegd. FRP-panelen (glasvezelversterkte kunststof) zijn populair. Dat geldt ook voor roestvrijstalen en epoxy-oppervlakken. Hoeken zijn meestal hol - met een gebogen overgang in plaats van een scherpe hoek van 90- graden - omdat scherpe hoeken vuil verzamelen en moeilijk schoon te maken zijn.
Vloeren in ISO 5- en 6-ruimtes moeten naadloos zijn. Meestal gelaste vinylplaat of gegoten epoxy. ISO 7 en 8 kunnen soms vinylcomposiettegels (VCT) gebruiken als deze goed worden onderhouden, maar u moet deze regelmatig strippen en in de was zetten.
Alles wat de kamer binnengaat, moet compatibel zijn met cleanrooms-. Karton? Verboden - het werpt voortdurend vezels af. Hout? Hetzelfde probleem. Alle apparatuur heeft gesloten motoren, roestvrijstalen oppervlakken en materialen nodig die geen-deeltjes- afstoten.
Monitoring en validatie
Je kunt niet zomaar een cleanroom bouwen en ervan uitgaan dat deze werkt. Je moet het voortdurend bewijzen.
Deeltjestellers bemonsteren de lucht op vaste tijdstippen en locaties. De gegevens worden geregistreerd en vergeleken met uw classificatielimieten. Als je ISO 7 hebt en je deeltjesaantal piekt boven de 352.000, dan heb je een probleem dat je moet onderzoeken.
Ook de temperatuur, vochtigheid en drukverschil worden bewaakt - meestal continu met alarmen als zaken buiten de specificaties vallen. Oppervlakteuitstrijkjes controleren op microbiële besmetting. Personeelsmonitoring (vooral bemonstering van handschoenen) verifieert dat de aankleedprocedures effectief zijn.
Het testen van de integriteit van het HEPA-filter wordt periodiek uitgevoerd met een aerosoluitdaging. U genereert stroomopwaarts van het filter een bekende aerosol en controleert stroomafwaarts op lekkages. Elke penetratie betekent dat het filter of de afdichting ervan defect is en vervangen moet worden.
Dit alles levert documentatie op. Heel veel documentatie. Wanneer de FDA verschijnt voor een audit, willen ze uw monitoringgegevens zien, uw onderhoudslogboeken, de SOP's van uw kleding, uw rapporten over corrigerende maatregelen als er iets mis is gegaan.
Wat kost dit?
De bouwkosten lopen sterk uiteen, maar als grove leidraad kan een ISO 8-constructie tussen de €200 en €400 per vierkante meter kosten. ISO 7 gaat richting $400-600. ISO 5 kan gemakkelijk meer dan $800-1.000 per vierkante meter of meer bedragen, afhankelijk van de complexiteit.
De exploitatiekosten lopen ook op. Energie voor al die luchtbehandeling is niet goedkoop. Filtervervanging, uitrusting voor kleding, kalibratie van bewakingsapparatuur, opleiding van personeel - het speelt allemaal een rol.
Veel fabrikanten bouwen één stap schoner dan ze momenteel nodig hebben. Als je vandaag ISO 8-producten maakt, maar volgend jaar misschien naar ISO 7-gebied gaat verhuizen, is het goedkoper om de ISO 7-ruimte nu te bouwen dan deze later aan te passen.
Modulaire cleanroomsystemen (prefabpanelen, plafondroosters, ventilatorfilterunits) bieden flexibiliteit als uw behoeften veranderen. Softwall-cleanrooms (eigenlijk vinylgordijnen op aluminium frames) kunnen werken voor ISO 8-toepassingen of tijdelijke opstellingen, hoewel ze niet geschikt zijn voor iets schoners.
Praktische afhaalrestaurants
Stem uw cleanroomklasse af op uw apparaatrisico. Implantaten hebben ISO 5 of 6 nodig. Apparaten die in aanraking komen met slijmvliezen of beschadigde huid hebben meestal ISO 7 nodig. Niet-kritieke zaken kunnen werken in ISO 8. De FDA wil zien dat uw keuze zinvol is op basis van risicoanalyse - en niet alleen dat u een getal heeft gekozen.
Bespaar niet op documentatie. Dit is een van die gebieden waar het papierwerk er echt toe doet. Mislukte deeltjestellingen, gemiste filterwissels, overtredingen van kleding - als u niet over gegevens beschikt waaruit blijkt wat er is gebeurd en wat u eraan hebt gedaan, gaan auditors uit van het ergste.
Train uw mensen en herschool ze regelmatig. Ik heb gezien dat prima cleanrooms in gevaar kwamen omdat iemand niet begreep waarom ze niet aan hun neus konden krabben met hun handschoen aan. De menselijke factor is altijd de zwakke schakel.
En als u iets nieuws bouwt, houd dan rekening met meer capaciteit dan u denkt nodig te hebben. Het achteraf inrichten van cleanrooms is duur en ontwrichtend. Het is beter om ruimte te hebben om te groeien.