1、什么是潔凈室技術(shù)？
如圖1.1所示，可以把潔凈室技術(shù)分成三大范疇。這些范疇與潔凈室用戶對(duì)技術(shù)的應(yīng)用是對(duì)應(yīng)的，即從他決定購(gòu)買潔凈室開(kāi)始，最后到潔凈室運(yùn)行為止。
圖1.1 潔凈室技術(shù)的各個(gè)組成部分機(jī)器相互關(guān)系
首先，必須進(jìn)行設(shè)計(jì)并建造出潔凈室。為此，必須考慮：
（1）應(yīng)采用什么設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；
（2）做何種設(shè)計(jì)平面布置圖、使用何種建筑材料；
（3）如何向潔凈室提供各種設(shè)施。
其次，潔凈室已安裝好并工作時(shí)，必須測(cè)試其是否符合設(shè)計(jì)規(guī)定。應(yīng)在潔凈室的壽命期中繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以確保其仍然達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)要求。
最后，潔凈室必須正確運(yùn)行，這樣所制造的產(chǎn)品才不至于受到污染。這就要求從人員與材料的入場(chǎng)，到服裝的選擇、潔凈室的規(guī)定、潔凈室的清潔都必須正確地予以實(shí)施。
2、潔凈室的由來(lái)
早期，第一批潔凈室最早出現(xiàn)于醫(yī)院。勞得·李斯特意識(shí)到細(xì)菌可引起外科傷口的感染，這就是他的歷史性貢獻(xiàn)。他想到，從手術(shù)室中清除細(xì)菌應(yīng)可防止感染。這就是一批潔凈室的科學(xué)理論基礎(chǔ)。
李斯特在19世紀(jì)80年代使用殺滅細(xì)菌的餓滅菌劑（酚），大大降低了蘇格蘭格拉斯哥市皇家醫(yī)院手術(shù)室的感染。他把酚于手術(shù)器械、傷口、外科醫(yī)生手上，并將酚噴撒于空氣中來(lái)防止空氣傳播的感染。
圖2.1是1889年拍攝的一組外科醫(yī)生的照片。這些蘇格蘭阿伯丁皇家醫(yī)院的外科醫(yī)生使用李斯特噴霧器，向手術(shù)室的空氣中噴灑酚。這張照片有幾處很有意思。雖然李斯特噴霧器具有歷史性的意義，但對(duì)減少懸浮細(xì)菌其作用恐怕是微乎其微的。照片中右數(shù)第3人是外科醫(yī)生奧格斯頓。是他發(fā)現(xiàn)了金黃色葡萄球菌。無(wú)論過(guò)去和現(xiàn)在，金黃色葡萄球菌都是引起傷口敗血癥的罪魁禍?zhǔn)??？匆豢串?dāng)時(shí)穿著的服裝式樣頗為有趣。這些照片恐怕是擺好姿勢(shì)后拍照的，但仍可看出那時(shí)進(jìn)行外科手術(shù)是不穿滅菌（甚至是潔凈）防護(hù)服的。外科醫(yī)生做手術(shù)時(shí)常常一件舊的、長(zhǎng)外罩工作服，上面沾有膿血和細(xì)菌。他也可能穿件帶袖圍裙或長(zhǎng)外衣，但這是為了保護(hù)醫(yī)生自己不沾血液，而不是為了保護(hù)病人不受細(xì)菌感染。
圖2.1 使用李斯特蒸汽噴霧器的一組外科醫(yī)生
圖2.2是19世紀(jì)90年代拍攝于蘇格蘭愛(ài)丁堡皇家醫(yī)院一張照片。工作在現(xiàn)代潔凈室的人們一定會(huì)在很多方面對(duì)當(dāng)時(shí)的外科手術(shù)感興趣。從照片左上方的氣燈及照片中的其他物件，就可以判斷出照片的年代?？梢钥吹酵饪漆t(yī)生穿著長(zhǎng)袍式手術(shù)服，但沒(méi)戴手套、帽子、口罩。手術(shù)室中的背景為觀眾席位。成群的醫(yī)學(xué)學(xué)生在這里觀摩手術(shù)，但并沒(méi)有意識(shí)到他們?cè)跀U(kuò)散細(xì)菌。正是由于這種觀眾席的設(shè)置，使得世界上很多地方仍把手術(shù)室稱為“劇院”。手術(shù)室地板為暴露的木質(zhì)地板，洗手池、容器、暴露的管道都反映出那個(gè)年代對(duì)污染控制幾乎一無(wú)所知。
圖 2.2 19世紀(jì)90年代后期的手術(shù)室
勞得·李斯特使用了一種殺菌方法來(lái)減少傷口敗血癥。他用殺菌劑殺滅繃帶上、外科醫(yī)生手掌上、手術(shù)室環(huán)境中的細(xì)菌。李斯特的前助手威廉母·梅斯萬(wàn)先生繼李斯特成為四拉斯哥大學(xué)外科教授。他與德國(guó)和美國(guó)的一些外科醫(yī)生一起，按李斯特的研究方法，創(chuàng)立了無(wú)菌技術(shù)領(lǐng)域。無(wú)菌技術(shù)不是試圖殺滅侵入傷口的細(xì)菌，而是防止其碰及傷口。為此要將手術(shù)器械和繃帶煮沸，外科醫(yī)生和護(hù)士必須嚴(yán)格地“搓洗”手掌以清除細(xì)菌。到1990年，開(kāi)始使用外科手套、口罩、手術(shù)服，并可在手術(shù)前用蒸汽滅菌，不過(guò)溫度和壓力低于當(dāng)前的水平。這些方法就是當(dāng)今潔凈室技術(shù)之根基。
圖2.3是1907年前后拍攝的愛(ài)丁伯皇家醫(yī)院手術(shù)室的照片，它與圖2.2的照片形成明顯對(duì)照：已經(jīng)有了電。但更有意思的是，當(dāng)時(shí)外科醫(yī)生已戴著手套和口罩，而口罩則是戴在鼻下。直到20世紀(jì)30年代末期，人們才認(rèn)識(shí)到把口罩戴到鼻上更佳。那時(shí)也有了便于消毒和清潔的水磨石地面和帖面墻。
圖2.3 1907年手術(shù)室中的無(wú)菌防護(hù)措施
3、通風(fēng)手術(shù)室的由來(lái)
雖然過(guò)去的手術(shù)室有其類似于現(xiàn)代潔凈室的污染控制方法，但它不具有使用過(guò)濾空氣進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)這一現(xiàn)代潔凈室的重要特征。在20世紀(jì)40年代以前，醫(yī)院的環(huán)境溫度控制很少使用人工通風(fēng)。而且隨后的應(yīng)用與其說(shuō)是為了污染控制，不如說(shuō)是為了舒適。直到第二次世界大戰(zhàn)（1945年）結(jié)束后，醫(yī)院的通風(fēng)才明確用于污染控制。當(dāng)時(shí)研究了戰(zhàn)爭(zhēng)期間潛水艇、防空洞、軍營(yíng)中等人群密集場(chǎng)合的空氣感染問(wèn)題。微生物戰(zhàn)需要通過(guò)空氣傳播微生物，對(duì)此也進(jìn)行了相應(yīng)的研究。發(fā)明了懸浮細(xì)菌采樣器。二戰(zhàn)期間，還研究了房間的通風(fēng)與粒子空氣動(dòng)力學(xué)的特性。
到20世紀(jì)60年代早期，影響紊流潔凈室性能的大多數(shù)原理已經(jīng)明了。同樣已成為定論的是：人是懸浮細(xì)菌之源。細(xì)菌大量散步在皮膚上，松散紡織成的棉質(zhì)服裝對(duì)防止細(xì)菌擴(kuò)散無(wú)能為力，所以對(duì)密織面料的需求提上了日程。
1960年，英格蘭的布勞爾斯和克魯嘗試在米得爾斯伯勒市手術(shù)室布滿整個(gè)吊頂?shù)纳⒘髌鳙@得下行運(yùn)動(dòng)的“活塞”式氣流（即單向流，盡管當(dāng)時(shí)不這樣稱呼）。但其低速流不幸被來(lái)自人員和手術(shù)室燈的熱氣流以及人員的活動(dòng)所破壞，因而無(wú)法實(shí)現(xiàn)良好的單向流。這就是當(dāng)約翰·強(qiáng)利教授（在赫沃空調(diào)公司的協(xié)助下）決定改進(jìn)其在英國(guó)曼徹斯特附近惠靈頓醫(yī)院手術(shù)室的通風(fēng)時(shí)的情況。
圖3.1 強(qiáng)力——赫沃斯“溫室”
強(qiáng)利是髖關(guān)節(jié)更換術(shù)的先驅(qū)，他發(fā)明了一種塑料或金屬制造的人工關(guān)節(jié)代替有病的關(guān)節(jié)。開(kāi)始時(shí)，他的手術(shù)病人敗血癥患病率為10%，這是個(gè)大問(wèn)題。于是他采取了許多預(yù)防措施。他與赫沃斯嘗試?yán)卯?dāng)時(shí)的知識(shí)（1961年），完善下行氣流的“活塞效果”。他們不是利用整個(gè)手術(shù)室的天花板（如勞爾斯和克魯所做的那樣），而是將其限制在一個(gè)小的面積范圍內(nèi)，由此改進(jìn)下行氣流。他們?cè)谑中g(shù)室中放置了一個(gè)7英尺乘7英尺的“溫室”，如圖3.1所示。
圖3.2上一強(qiáng)利公布的該系統(tǒng)的氣流圖。從圖中可以看出，它實(shí)現(xiàn)了較好的下行單向流。
圖3.2 強(qiáng)利所做原系統(tǒng)的氣流狀況
強(qiáng)利和赫沃斯空調(diào)公司增加了送風(fēng)量，然后我們利用從美國(guó)和其他地方的層流（單向流）系統(tǒng)工作中獲得的知識(shí)，實(shí)施了設(shè)計(jì)改進(jìn)。強(qiáng)利發(fā)現(xiàn)對(duì)手術(shù)室的改進(jìn)和對(duì)服裝的面料及設(shè)計(jì)的提高，顯著減少了懸浮細(xì)菌，而髖關(guān)節(jié)深度感染的減少恰恰與之相對(duì)應(yīng)：從1959年手術(shù)室條件較差時(shí)的10%，降低到了1970年其全部改進(jìn)到位時(shí)的不到1.0%。英國(guó)醫(yī)學(xué)研究會(huì)證明，在20實(shí)際80年代，應(yīng)用單向流隔離系統(tǒng)加上密封式服裝，關(guān)節(jié)手術(shù)引起的敗血癥比紊流手術(shù)室降低四分之一。
4、早期的工業(yè)潔凈室
在工程制造業(yè)中也取得了相似的進(jìn)展。第一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)用潔凈室是在第二次世界大戰(zhàn)中投入使用的，其主要目的是提高槍械、坦克、飛機(jī)用儀器的質(zhì)量和可*性。那時(shí)人們認(rèn)識(shí)到，必須提高生產(chǎn)環(huán)境的潔凈度，否則投彈瞄準(zhǔn)器這樣的裝置就會(huì)出現(xiàn)故障。但當(dāng)時(shí)只要假定潔凈室要保持得象人們的住房那樣清潔，于是便使用了不產(chǎn)生粒子的不銹鋼做表面裝修并保持其清潔。但人們還沒(méi)有認(rèn)識(shí)到，由機(jī)器和人員產(chǎn)生的大量懸浮粒子之?dāng)U散，應(yīng)由大量的潔凈送風(fēng)使之降至最低。比如對(duì)于藥品生產(chǎn)車間，當(dāng)時(shí)的主流思想就是必須大量使用消毒劑使其不含微生物。為便于消毒，墻體使用帖面，地面則用水磨石鋪面，并帶有排水槽和下水口，以便排出消毒劑。通風(fēng)也很原始，每小時(shí)換氣僅幾次。在室內(nèi)或在生產(chǎn)區(qū)與外部區(qū)域之間，還談不上氣流控制。人員穿的棉服衣著與哪個(gè)時(shí)代手術(shù)室使用的相似。那時(shí)即便有更衣區(qū)，也是非常簡(jiǎn)陋的。
1939年至1945年二次大戰(zhàn)期間開(kāi)展的生化戰(zhàn)爭(zhēng)研究以及核子裂變的餓付諸使用，使隔離危險(xiǎn)微生物或隔離放射性污染所必須的高效過(guò)濾器應(yīng)運(yùn)而生。從此，在潔凈室中即可獲得非常潔凈的空氣，低度的空氣污染成為現(xiàn)實(shí)。
1955年至該世紀(jì)60年代早期已建造出了具有這種通風(fēng)的潔凈室：充分過(guò)濾了的空氣經(jīng)吊頂?shù)纳⒘髌魉统觥?/span>20世紀(jì)50年代早期，美國(guó)北卡羅來(lái)州云絲頓-塞倫市的西電公司在生產(chǎn)導(dǎo)彈用陀螺儀時(shí)總是出問(wèn)題，其產(chǎn)品合格率僅為1%。后來(lái)發(fā)現(xiàn)，問(wèn)題就出在塵埃上。于是決定建造一個(gè)“無(wú)塵”生產(chǎn)車間。該車間由AC公司設(shè)計(jì)并于1955年完成。圖4.1是該車間剛投產(chǎn)后不久的情形。
圖4.1 西電公司的陀螺儀生產(chǎn)車間
這恐怕就是世界上第一個(gè)考慮了潔凈室所以基本要求的潔凈生產(chǎn)車間。人員穿著合成纖維服并戴著帽子，還為他們配備了更衣室。選擇了便于清潔而粒子產(chǎn)生又最少的建材，并盡量減少接縫與彎角，地板上滿鋪乙烯樹(shù)脂直至墻面。照明采取平裝式，使積塵最少。在照片右側(cè)后部可看到使用了傳遞窗?？照{(diào)送風(fēng)經(jīng)“絕對(duì)”過(guò)濾器（對(duì)0.3μm粒子慮除效率打99.95％），房間維持正壓。
圖 4.2 維利斯•威特菲爾在其原創(chuàng)的層流潔凈室中
1961年，迎來(lái)了潔凈室發(fā)展史上的分水嶺，即美國(guó)新墨西哥州阿爾伯克基圣地亞實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了“單向流”或“層流”通風(fēng)理念。這是集體智慧的結(jié)晶，但首功則非威利斯·懷特菲爾德莫屬。圖4.2是他在其原創(chuàng)的潔凈室中的照片。
這是一間小房間，10英尺長(zhǎng)，6英尺寬，7英尺高（3米×1.8米×2.1米）。其送風(fēng)不是經(jīng)吊頂?shù)纳⒘髌魉统龊笠噪S機(jī)流的形式在室內(nèi)運(yùn)動(dòng)，它是經(jīng)由一系列高效過(guò)濾器送出。這就能確?？諝鈴倪^(guò)濾器送出后以單向流流經(jīng)室內(nèi)并從地板格柵排出。圖4.3顯示的是原單向流潔凈室的剖面圖。從圖中可以看出，室內(nèi)工作臺(tái)前的工作人員不污染放置在其前面的物品，因?yàn)槿藛T所產(chǎn)生的污染被吹開(kāi)了。
圖 4.3 原單向流潔凈室剖面圖
1962年4月13日，《時(shí)代》周刊發(fā)表了一篇文章公布了圣地亞實(shí)驗(yàn)室的發(fā)明，該篇文章引起了廣泛的注意。其文如下：
位于阿爾伯克基——設(shè)計(jì)、總裝原子武器的地方——圣地亞公司的科學(xué)家們對(duì)潔凈室情有獨(dú)鐘，但他們也是身不由己。武器部件產(chǎn)生得越來(lái)越小，一顆粒子造成的問(wèn)題就越來(lái)越大。在整個(gè)圣地亞，維克薩斯出生在威利斯·懷特菲爾德——懷特菲爾德超凈室的發(fā)明人——是最苛刻的管家。他略微拉長(zhǎng)了嗓音說(shuō)道：“我在想那些塵埃粒子——這些不法之徒來(lái)自何方？所去何處？”物理學(xué)家懷特菲爾德在找到了自己?jiǎn)栴}的答案后認(rèn)定，傳統(tǒng)潔凈室有原則錯(cuò)誤。
一般的潔凈室系統(tǒng)——越來(lái)越多的工業(yè)生產(chǎn)仰仗于它——是止住塵埃粒子使之不被釋放出來(lái)。潔凈室內(nèi)禁止吸煙，禁止使用一般鉛筆——因鉛筆會(huì)釋放鉛粒子。潔凈室的工作人員被“包裝”在特殊的靴子、帽子、連體服之中，進(jìn)入潔凈室前還要經(jīng)受真空清潔。房間本身則不停地用真空吸塵器清潔。盡管采取了所有這些預(yù)防性措施，空氣中每立方英尺大于等于0.3微米（0.000012）的塵埃粒子至少還有1百萬(wàn)個(gè)。雖然對(duì)比著普通空氣而言，這已是長(zhǎng)足的進(jìn)步，但懷特菲爾德相信他還可以更上一層樓。他把制止粒子產(chǎn)生這一想法拋在腦后，而是在粒子一出現(xiàn)就予以清除。
懷特菲爾德的超凈室看上去象是一輛小的沒(méi)有輪子的金屬拖車屋。地板是金屬格柵，以不銹鋼鋪面。工作臺(tái)面對(duì)的是4英尺乘10英尺的“絕對(duì)過(guò)濾器”組——可過(guò)濾除低速空氣中所有大于0.3微米的粒子。大多數(shù)潔凈室使用過(guò)濾器僅僅是為了使送風(fēng)潔凈，而懷特菲爾德的過(guò)人之處在于用過(guò)濾器制造潔凈空氣，使該房間保持潔凈。潔凈空氣以7英里/小時(shí)的風(fēng)速（很輕的微風(fēng)）流過(guò)工作臺(tái)、穿過(guò)臺(tái)前工作人員。工人穿著普通服裝，還允許吸煙。頭皮屑、抽煙的煙氣、鉛筆產(chǎn)生的塵埃以及其他粒子，都由潔凈空氣帶走，吹進(jìn)格柵地板，并排出室外。每隔6秒鐘，房間的超凈空氣就換氣1次。粒子因此無(wú)法在室內(nèi)循環(huán)。結(jié)果，物理學(xué)家懷特菲爾德的潔凈室比其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手最潔凈的房間還潔凈至少1000倍。因?yàn)楦鞴I(yè)部門(mén)急需高質(zhì)量的潔凈室，因此，各式各樣的工業(yè)生產(chǎn)中立即采用了懷特菲爾德潔凈室通風(fēng)中的單向流原理。
