W laboratoriach podczas pracy z wykorzystaniem mikroorganizmów wymagane jest zachowanie szczególnej ostrożności. Konieczne jest zarówno zapewnienie bezpieczeństwa dla pracowników, środowiska, jak również ochrona produktu lub procesu przed wpływem szkodliwych czynników.
W niniejszym artykule zostaną omówione zagadnienia związane z budową i zastosowaniem urządzeń stosowanych w laboratoriach, takich jak komory bezpiecznej pracy mikrobiologicznej, a w kolejnej części publikacji przedstawione będą inne rozwiązania – m.in. digestoria. 

    Ze względu na różnorodność przeprowadzanych reakcji chemicznych oraz syntetyzowanych produktów oraz łatwość sterowania procesami mikrobiologicznymi, mikroorganizmy są powszechnie wykorzystywane w biotechnologii. Przez proces mikrobiologiczny rozumie się proces, w którym mikroorganizmy lub ich części są używane do otrzymywania, modyfikowania produktów lub w którym otrzymywane są nowe mikroorganizmy do specyficznych zastosowań. Zatem pojęcie „produkty” obejmuje zarówno substancje produkowane lub modyfikowane przez mikroorganizmy, jak i nowe, zmodyfikowane mikroorganizmy (definicja według EPO- Europejskiego Urzędu Patentowego). Natomiast zgodnie z Dyrektywą Parlamentu Europejskiego I Rady 98/44/We z dnia 6 lipca 1998 r. w sprawie ochrony prawnej wynalazków biotechnologicznych „proces mikrobiologiczny” oznacza każdy proces, w którym bierze udział lub który został dokonany na materiale mikrobiologicznym albo wynikiem którego jest ten materiał.
    Mikroorganizmy, wykorzystywane często na skalę laboratoryjną są również podstawą w produkcji przemysłowej, gdyż nowoczesna biotechnologia to nie tylko praca w laboratorium, ale także wprowadzanie nowych technologii do przemysłu, powiększanie skali i prowadzenie procesów w bioreaktorach. Pojawia się przy tym wiele problemów (m.in. przy powiększaniu skali i optymalizacji procesów mikrobiologicznych w bioreaktorach), gdyż nie jest łatwo „przełożyć” warunki laboratoryjne na skalę przemysłową. Jednak dzięki wykorzystaniu mikroorganizmów na skalę przemysłową otrzymuje się szereg substancji, m.in. szczepionki, antybiotyki, takie produkty spożywcze fermentacji jak jogurty, sery, piwo, a także enzymy, witaminy i aminokwasy. Wymienione substancje stanowią jedynie nieliczne przykłady użyteczności mikroorganizmów [29].

Klasyfikacja komór bezpiecznej pracy mikrobiologicznej
    Zgodnie z informacjami podanymi w normie PN-EN 12469:2002 [18], komory bezpiecznej pracy mikrobiologicznej, oznaczane symbolem MSC (pochodzącym od angielskiej nazwy Microbiology Safety Cabinet) mogą być zaliczone do jednej z trzech klas [28]:
● MSC typ I – komory z otworem w ścianie czołowej, przez który pracownik może wykonywać czynności w ich wnętrzu na powierzchni stołu roboczego; służą do ochrony pracownika oraz kontroli wydostawanie się zanieczyszczonego makrocząstkami powietrza (poprzez ukierunkowanie przepływu powietrza do wnętrza komory oraz filtrację powietrza wylotowego),
● MSC typ II – komory z otworem w ścianie czołowej służącym pracownikowi do wykonywania czynności w ich wnętrzu na powierzchni stołu roboczego; służą do ochrony pracownika przed zagrożeniem związanym ze stosowanymi substancjami, do zminimalizowania zanieczyszczenia krzyżowego oraz do kontroli przedostawania się zanieczyszczonego makrocząstkami powietrza (poprzez filtrację powietrza wewnątrz komory oraz filtrację powietrza wylotowego),
● MSC typ III – komory o całkowicie zamkniętej przestrzeni roboczej, pracownik jest oddzielony od miejsca pracy fizyczną barierą (np. rękawicą mechanicznie przymocowaną do przezroczystej ściany komory). Do komory dostarcza się powietrze filtrowane w sposób ciągły, a wylotowe powietrze jest poddawane obróbce, mającej na celu zapobieganie uwalnianiu mikroorganizmów do środowiska otaczającego (zarówno pomieszczeniu, w którym ulokowano komorę, jak i środowiska zewnętrznego).

    Rozszerzoną klasyfikację komór można znaleźć w publikacjach WHO. Ponieważ pojawia się ona w informacjach producentów komór, przypomniano ją także poniżej [12]:
● komory klasy I – wykorzystane jest tylko powietrze zewnętrzne, zapewniają one ochronę personelu oraz środowiska; stosowane dla czynników biologicznych z grup ryzyka mikrobiologicznego 1, 2, 3;
● komory klasy II typ A1 – zastosowana jest recyrkulacja powietrza (70% powietrza obiegowego, 30% powietrza pobieranego z pomieszczenia), zapewniają ochronę personelu, produktu oraz środowiska, stosowane dla czynników biologicznych z grup ryzyka mikrobiologicznego 1, 2, 3;
● komory klasy II typ A2 – zastosowana jest recyrkulacja powietrza (70% powietrza obiegowego, 30% powietrza pobieranego z pomieszczenia), powietrze usuwane na zewnątrz; zapewniają ochronę personelu, produktu oraz środowiska; stosowane dla czynników biologicznych z grup ryzyka mikrobiologicznego 1, 2, 3,
● komory klasy II typ B1 – zastosowana jest recyrkulacja powietrza (30% powietrza obiegowego, 70% powietrza pobieranego z pomieszczenia); zapewniają ochronę personelu, produktu oraz środowiska, stosowane dla czynników biologicznych z grup ryzyka mikrobiologicznego 1, 2, 3;
● komory klasy II typ B2 – wykorzystane jest wyłącznie powietrze pobierane z pomieszczenia; zapewniają ochronę personelu, produktu oraz środowiska, stosowane dla czynników biologicznych z grup ryzyka mikrobiologicznego 1, 2, 3;
● komory klasy III – wykorzystane tylko powietrze pobierane z pomieszczenia, zapewniają ochronę personelu, produktu oraz środowiska, stosowane dla czynników biologicznych z 4 grupy ryzyka mikrobiologicznego.

    W komorach MSC, dzięki oczyszczaniu powietrza na filtrach HEPA o wysokiej skuteczności uzyskana jest co najmniej klasa czystości 100 (klasa M 3,5 zgodnie ze Standardem Federalnym Fed-Std 209e, USA), czyli klasa ISO 5 (zgodnie z PN-EN 14644-1:2004), a kombinacja panującego wewnątrz podciśnienia, odpowiednich wymiarów aparatury i specjalnie skonstruowanej płyty roboczej zapewnia prawidłowy przepływ laminarny powietrza na poziomie produktu [7].

MSC klasy I
(...)

MSC klasy II
(...)

MSC klasy III
(...)

Przykładowe komory bezpiecznej pracy mikrobiologicznej

Komora klasy II typu A1/A2
    Komora laminarna, przedstawiona na rys. 6 [24], jest ma tzw. II klasę czystości mikrobiologicznej powietrza (typ A1/B2). Oznacza to, że zabezpiecza produkt, użytkownika oraz wnętrze laboratorium. Dodatkowo, według standardów czystości powietrza, przestrzeń wewnątrz komory jest wolna od bakterii, zarodników grzybów oraz zanieczyszczeń pyłowych. Jest urządzeniem o bardzo rozbudowanym systemie kontrolnym i alarmowym. Komora wyposażona jest w pełną i automatyczną kalibrację parametrów pracy. Może bez modyfikacji, zostać przekształcona z typu A1 na typ B2 poprzez zamontowanie przewodu odprowadzającego na zewnątrz powietrze usuwane. Popularnie komory z grupy II nazywa się komorami lub kabinami Biohazard. Urządzenie cechuje przemyślana, trwała i solidna konstrukcja. Każda komora wyposażona jest standardowo w lampę bakteriobójczą UV, oświetlenie przestrzeni roboczej, wstępny filtr przeciwkurzowy, zawór próżni lub gazu i gniazdo elektryczne na tylnej ścianie. Wyjmowany, jednolity blat roboczy wykonany jest z polerowanej stali nierdzewnej. Jego profilowane brzegi uniemożliwiają przedostanie się rozlanych cieczy do laboratorium przed ich ewentualnym unieszkodliwieniem. System nawiewu powietrza nie powoduje wibracji komory, dzięki czemu na blacie roboczym można ustawić nawet mikroskop. Przednia szyba, wykonana z hartowanego szkła, może być dowolnie przesuwana (góra-dół) w celu łatwego czyszczenia wnętrza komory. System alarmowy uniemożliwia włączenie wentylatorów do chwili, gdy szyba znajdzie się we właściwym położeniu (co również jest sygnalizowane). Panel sterowania umieszczony jest na wysokości oczu, a wbudowany czujnik dostarcza informacji o konieczności wymiany filtrów HEPA.

Komora klasy II typu A
    Na rys.7 także zamieszczono urządzenie typu Biohazard z pionowym przepływem powietrza. Jest to komora laminarna z obiegiem wewnętrznym (recyrkulacją powietrza) wynoszącym 70% całkowitego strumienia powietrza. Pozostała część jest pobierana z pomieszczenia. Komora zapewnia bezpieczeństwo operatorom, sterylność powierzchni roboczej oraz bezpieczeństwo środowiska. Urządzenie przeznaczone jest dla laboratoriów: mikrobiologicznych, wirusologicznych, hematologicznych, kultur komórkowych, itd. Umożliwia bezpieczne wykonywanie eksperymentów naukowych z czynnikami patogenicznymi i biologicznie niebezpiecznymi np. rekombinanty DNA, onkowirusy, plazmidy. Komora wyposażona jest w układ filtrów powietrza. Filtr główny HEPA jest to klasy H14 o skuteczności 99,999% dla cząstek 0,3 mikrometra w teście DOP. Taki sam filtr oczyszcza powietrza usuwane z komory. W wyniku sterowania mikroprocesorowego uzyskuje się elektroniczną kontrolę prędkości przepływu laminarnego powietrza wynoszącą 0,45 m/s i automatyczną kontrolę zużycia filtrów. Na wyświetlaczu ciekłokrystalicznym odczytać można: prędkość przepływającego laminarnego strumienia powietrza w (m/s), czas i datę, licznik pracy komory, licznik pracy lampy UV w godzinach, licznik czasu pracy filtrów HEPA, datę: ostatniej wymiany filtrów, obsługi serwisowej, zaniku napięcia. Możliwe jest wprowadzenie hasła zabezpieczającego, ustawienie czasu pracy lampy UV oraz współpraca z programem dekontaminacji. W warunkach odstępstwa od zadanych parametrów pracy komory uruchamia się alarm wizualny i dźwiękowy. Monitorowany jest: przepływ powietrza usuwanego z komory, przepływ laminarny wewnątrz, uszkodzenie silnika wentylatora i pozycja przedniej szyby.

Komora klasy III
    Nowością zastosowaną w produkcji urządzeń klasy III jest zastosowanie przez producenta komór najnowszej generacji 3 filtrów ULPA klasy U16 o efektywności filtrowania 99,9998% przy wielkości cząstek 0,12–0,3 mikrometra. Efektem zastosowania takich filtrów jest zapewnienie większej ochrony produktu, operatora i środowiska. Uzyskuje się III klasę bezpieczeństwa zgodnie z normą PN-EN 12469:2002. Przepływ powietrza zapewniony jest przez układ podwójnych wentylatorów o wysokiej wydajności. Standardowo komora wyposażona jest w śluzę i zestaw rękawic. Rękawice dostępne są w rozmiarach 7, 8, 9 oraz 10.

    Literatura do artykułu zostanie zamieszczona w ostatniej publikacji z serii dotyczącej bezpiecznej pracy w laboratorium poświeconej innym rozwiązaniom.