Een cleanroom, wanneer en waarom heb je die nodig

In een cleanroom is de lucht gefilterd, de apparatuur beschermd, de luchtvochtigheid continu op hetzelfde niveau en de temperatuur constant.

Hierdoor is de kans op besmetting door externe vervuilers zoals stofdeeltjes, microben en chemische dampen minimaal, een randvoorwaarde voor onderzoek op het gebied van nanotechnologie, farmaceutica, elektronica en meer in onderzoeksinstellingen en laboratoria.

Contaminatievrije omgeving

In disciplines zoals nanotechnologie, waar onderzoekers materialen manipuleren op atomair en moleculair niveau, kan de aanwezigheid van zelfs maar één stofdeeltje de resultaten aanzienlijk beïnvloeden.

Door dergelijke experimenten uit te voeren in een omgeving zonder verontreinigingen kunnen wetenschappers nauwkeurige en reproduceerbare resultaten behalen.

Overal waar een gecontroleerde en contaminatievrije omgeving nodig is, is een cleanroom een goede oplossing. Deze moet voldoen aan ISO-normen.

Hierin zijn onder meer strenge normen voor deeltjesconcentratie in de lucht, de regeling van de luchtfiltratie en de luchtreiniging, apparatuur, transportmiddelen, werkmaterialen, machines en de werkkleding gereguleerd.

Twee soorten cleanrooms

Paul Joosten, voorzitter van de Vereniging Contamination Control Nederland (VCCN) en marktdirecteur Life Sciences & Hightech bij Kuijpers legt uit dat je onderscheid kunt maken tussen twee soorten cleanrooms: ‘Het verschil is niet heel groot, maar het is er wel.

Enerzijds zijn er de stofarme cleanrooms, waarin ieder potentieel deeltje een probleem is voor het product en proces waar je mee bezig bent. Anderzijds zijn er kiemarme cleanrooms.”

Kiemarm of stofarm?

Welke cleanroom noodzakelijk is, hangt mede af van het product. Een bereiding van zalf is minder kritisch dan het aanmaken van een injectievloeistof voor in je bloedbaan.

Joosten: “Kiemarme cleanrooms gebruik je in de biotechnologie, want daar zijn alleen de levende deeltjes een probleem. Steriliteit is dan noodzakelijk, maar omdat de gebruikte micro-organismen relatief groot zijn, gaan de eisen aan deze ruimtes minder ver dan stofarme cleanrooms.”

Maximale deeltjesgrootte

Hoe anders is dat in de elektronicasector. Daar worden de eisen aan de maximale deeltjesgrootte steeds strenger.

“Neem het maken van chips, daarvoor maak je hele dunne lijntjes met lithografie waarin elke vervuiling taboe is. De machines van ASML werken met ultrahoog vacuüm en het uv-licht wordt door het vacuüm heen geschoten. Als er in die kamers stof zou dwarrelen, werkt het proces niet goed.”

Wanneer een cleanroom

“Sommige onderzoeken of productieprocessen kunnen of mogen alleen in een schone en gecontroleerde omgeving plaatsvinden”, vervolgt Joosten.

“Bepaalde producten mogen absoluut niet gecontamineerd worden. Uiteraard wil je juist de operators en onderzoekers optimaal beschermen. Denk aan het werken met gevaarlijke stoffen, dampen, aerosolen of met bacteriën en virussen.”

Steriel en aseptisch

Het draait eigenlijk allemaal om product-, gebruiker- en omgevingsbescherming. “Dan wil je, ondanks dat het een geconditioneerde, zo steriel mogelijke aseptische-ruimte is – waar de gefilterde lucht in een gecontroleerde air flow naar beneden komt – toch veilig kunnen werken’” legt Ivano Zuliani uit, directeur van Labolutions.

Risico-inventarisatieplan

“Afhankelijk van de activiteiten en de soort werkzaamheden in een cleanroom kunnen er desondanks toch nog een aantal risico’s geïnventariseerd worden, die je van tevoren in het risico-inventarisatie-plan moet benoemen”, stelt Zuliani.

Hij geeft de volgende 4 tips:

Tip 1: vaak blijken er additionele, specifieke werkstations nodig. Dit kan variëren van zuurkasten tot laminaire flowkasten, microbiologische veiligheidswerkbanken, en isolatoren.

Tip 2: uitgezonderd de zuurkasten hebben de andere werkstations ook een aantal HEPA-filters-secties voor de recirculatie. Zo kan er nog veiliger gewerkt worden. De output-lucht van de HEPA-filters kan middels een aparte speciale afzuigkap, een thimble, via een afzuigkanaal door het dak van de cleanroom naar buiten geleid worden.

Tip 3: wel moet de luchtbehandelingscapaciteit en inregeling van de cleanroom hierop afgestemd en ingesteld worden. De lucht gaat immers door verschillende door de HEPA-filter secties (High-Efficiency Particulate Airfilters), ondertussen moet de luchtdruk in de ruimte wel gelijk blijven conform de initiële cleanroom ontwerpeisen. Dus moet je met extra lucht compenseren voor lucht die je additioneel door de werkstations afvoert.

Tip 4: die lucht leid je via de centrale luchtbehandelingskast weer in de cleanroom. Belangrijk is om ook de luchtstroming van de cleanroom en de desbetreffende werkstations goed op elkaar af te stemmen om een optimale veiligheid te kunnen waarborgen.

Grootte van cleanrooms

Cleanrooms zijn er in alle soorten en maten, van een compleet lab tot een hele fabriek. Ook zijn er losse, mobiele porta-cabin varianten. Maar hoe bepaal je wat er aan voorzieningen en installaties nodig is?

Daar zijn oplossingen voor, stelt Zuliani. “Voor de ingebruikname van een cleanroom worden bij start-ups en grow-ups vaak eerst laboratoriumapparatuur of robots geplaatst en getest in laminaire flowkasten of laminaire downflowwerkstations. Dit onder steriele en aseptische condities. Dit is veelal een al dan niet tijdelijke, goedkopere oplossing dan direct te investeren in een cleanroom.”

Mobiele cleanrooms

Naast vaste ruimtes, zijn er ook mobiele cleanrooms met het uiterlijk van een tent. “Dit is vooral handig voor een tijdelijke cleanroom of als er binnen een bestaande ruimte een aparte ruimte nodig is”, verduidelijkt Zuliani.

Luchtstromen in cleanrooms

Afhankelijk van de klasse die nodig is in je cleanroom, zijn er wel of geen specifieke gerichte luchtstromen nodig. Hier kun je op letten:

Tip 1: soms is het voldoende om de deeltjesconcentratie te verlagen en de verontreinigde lucht te vermengen met schone lucht.

Tip 2: maar meestal is het compleet afzuigen van lucht nodig, want mensen in een cleanroom stoten voortdurend aerosolen en zwevende deeltjes uit.

Tip 3: of de hele ruimte wordt één grote laminaire flowkast, waarbij er overal een verticale luchtstroom heerst.

Tip 4: bij zo’n laminaire stroming bewegen de lagen van een gas of vloeistof zich parallel aan elkaar bewegen. Als er geen mensen zijn of obstakels die deze stroom onderbreken, wordt de lucht gelijkelijk verspreid. Perfect om een ruimte deeltjesarm te houden.

Risico’s van turbulentie

Maar vaak is dit niet mogelijk in de praktijk. Er staan objecten die stromingen veranderen en bewegen mensen. Dat zorgt voor turbulentie, wat de kans op vervuiling flink vergroot.

Natuurlijk voorkomen de installaties dit zo veel mogelijk. “De luchtregelaar of afzuiging zorgt ervoor dat vervuilde deeltjes verdwijnen en dat er schone lucht voor terugkomt”, legt Joosten uit. “Daarom is de luchtdruk in de cleanroom hoger dan de ruimte ernaast. Zo help je de vuile lucht weg te krijgen en voorkom je dat vuile lucht in de cleanroom in kan gaan.’

Cleanroom schoonhouden

Een cleanroom heeft alleen zin als hij hyperschoon is. Dat is een uitdaging, hij wordt zonder de juiste maatregelen evengoed vies. De meubels en wanden in deze ruimte moeten daarom eenvoudig schoon te houden zijn.

Personen die in de cleanroom gaan werken, trekken daarom speciale (beschermende) kleding aan en gaan soms eerst door airshowers. Om geen contaminaties te krijgen, wordt de lucht voortdurend gefilterd door bijvoorbeeld een HEPA-systeem.