Кондиционер для ПЦР-лаборатории

Задача — избежать массового перекрестного заражения

Вторая волна пандемии COVID-19 набирает обороты. Рекордные показатели заражаемости особо опасной инфекцией, вызываемой коронавирусом SARS-CoV-2, фиксируются на всех континентах — от Европы до Южной Америки. Количество заболевших стремительно растет на фоне открывшегося туристического сезона. Жители многих стран, отправившиеся или уже вернувшиеся из отпусков, стали разносчиками инфекции, с декабря 2019 года унесшей жизни уже более чем 755,5 тыс. человек по всему миру.

Так, в одной только Германии, по данным за 15 августа 2020 года, зарегистрировано около 1,5 тыс. новых случаев заражения за сутки. Это наивысший показатель с 26 апреля. Аналогичная ситуация наблюдается и в других государствах — США, Великобритании, Испании, Италии, Франции, Нидерландах, Бельгии, Турции, Румынии, Аргентине, Бразилии, Индии.

Подобное развитие событий было нетрудно предугадать. Как только правительства ослабили карантинные меры, как только границы внутри Евросоюза открылись, как только отдыхающих начали принимать известные и популярные курорты, так сразу заболеваемость резко возросла. Не помогли даже 14-дневный карантин, который должен был отбыть каждый приехавший из-за пределов ЕС, и бесплатные добровольные тесты на коронавирус.

В результате небольшие очаги заражения начали появляться в совершенно разных местах, что существенно затрудняет прогнозирование дальнейшего развертывания эпидемиологической ситуации и оперативное реагирование медиков на вспышки. Из-за несоблюдения людьми респираторного этикета и мер социального дистанцирования маленькие очаги буквально за несколько дней превращаются в крупные. Чтобы локализовать их и избежать массового перекрестного заражения граждан, требуется приложить немалые усилия. И прежде всего они должны быть направлены на максимально быстрое и предельно точное выявление вируса в организме человека на ранней стадии.

ПЦР-лаборатория

Сегодня эту задачу эффективно решает ПЦР-диагностика (диагностика методом полимеразной цепной реакции), которая проводится в специальных лабораториях с помощью аппаратов, позволяющих выполнять множество различных манипуляций с генетическим материалом (введение мутаций, сращивание фрагментов ДНК, клонирование, выделение генов, образование дополнительных участков копий ДНК/РНК и др.) и благодаря этому не только выявлять наследственные или вирусные заболевания на ранних стадиях, но и, например, устанавливать факт отцовства/материнства, идентифицировать личность.

ПЦР-диагностика помогает определить наличие вредоносных микроорганизмов — вирусов, грибков, паразитов — при минимальном содержании их штаммов в биологическом материале. В некоторых случаях с помощью этого метода удается найти даже единичные клетки болезнетворных микробов. Благодаря такой диагностике определяются возбудитель, его количество и природа появления, а также сила воздействия на организм пациента. Исходя из полученных данных, врач назначает соответствующее лечение.

Исследования подобного рода проводятся в лабораториях полимеразной цепной реакции. Классическая стационарная ПЦР-лаборатория включает:

• зону приема, регистрации и первичной обработки генетического материала;
• зону выделения РНК/ДНК;
• зону приготовления реакционной смеси и проведения ПЦР;
• зону детекции (учета) результатов исследования;
• зону дезинфекции.

Помимо спецоборудования для проведения манипуляций с генетическим материалом, все помещения должны быть оснащены приточно-вытяжной либо вытяжной вентиляцией, системами электро- и водоснабжения, а также пожаротушения. Вентиляционные установки в обязательном порядке комплектуются фильтрами тонкой очистки, помогающими устранить главную проблему для всех ПЦР-лабораторий — контаминацию. Она возникает тогда, когда продукты полимеразной цепной реакции попадают в окружающую среду, что приводит к ложноположительным результатам исследования или возникновению неспецифических продуктов. И в том и в другом случае точность исследований резко снижается.

ПЦР-диагностика в реальном времени

Сегодня все большую популярность получает ПЦР-диагностика в реальном времени. Она может проводиться как в стационарных, так и в полевых условиях. От забора анализа и до получения результата проходит всего два часа. Данная методика незаменима, когда требуется получить результат в кратчайшие сроки и в зародыше предотвратить распространение инфекционных заболеваний. Она особенно эффективна в труднодоступных или отдаленных регионах, в которых в силу географических особенностей, рельефа местности, невысокой плотности населения и т.п. медицинское обслуживание налажено не столь хорошо, как в центральных районах того или иного государства.

Тестирование в полевых условиях проводится с помощью передвижных ПЦР-лабораторий. Такие «медучреждения»-контейнеры (как и мобильные рентген-кабинеты) устанавливаются на автомобильных шасси ГАЗ, МАЗ, КАМАЗ, МЗКТ, Scania, MAN и других производителей. Непосредственно лабораторное оборудование включает различные приборы и системы, позволяющие выявить сибирскую язву, чуму, вирусные инфекции и др.

К мобильным ПЦР-лабораториям предъявляются те же самые требования, что и к стационарным. Это касается и систем электро- и водоснабжения, и системы пожаротушения, и приточно-вытяжной вентиляции. Проблема заключается в том, что все перечисленное необходимо разместить в относительно небольшом контейнере, чуть превышающем по длине и ширине габариты шасси и немного возвышающемся над кабиной водителя.

Кондиционеры для таких лабораторий редко встречаются на рынке. Во-первых, себестоимость их производства довольно велика. Во-вторых, проектирование вентиляционных систем связано с определенными трудностями: приточные и вытяжные установки необходимо разместить так, чтобы полностью исключить воздухообмен между зоной детекции результатов исследования и остальными помещениями. Давление воздуха в этой зоне должно быть ниже, чем в других комнатах; разность давлений в смежных помещениях достигается за счет отличий в кратности воздухообмена в них. В-третьих, вентустановки должны комплектоваться высококачественными фильтрами тонкой очистки, доказавшими свою эффективность. В-четвертых, кондиционеры должны непрерывно поддерживать заданные пользователем температуру и влажность в контейнере, характеризоваться минимальным уровнем шума при эксплуатации и никоим образом не мешать работе персонала.

Кондиционер для передвижной ПЦР-лаборатории пекинской больницы Шиджитан

Несмотря на все перечисленные трудности, некоторые предприятия с мировым именем, занятые в HVAC-индустрии, все-таки решаются на разработку специализированных климатических решений для передвижных ПЦР-лабораторий. Компания «ТИКА», на протяжении девяти лет признаваемая самым крупным и авторитетным производителем вентиляционных систем в КНР, также входит в этот список. В частности, благодаря усилиям TICA пекинская больница Шиджитан, созданная при Столичном медицинском университете (Capital Medical University), завершила строительство одной из первых передвижных комплексных ПЦР-лабораторий в Поднебесной.

Серьезной проблемой, с которой столкнулись разработчики во время работы над этим проектом, стала организация подачи в мобильную ПЦР-лабораторию свежего воздуха с постоянной температурой и влажностью. Обычно его очистка выполняется с помощью автоматизированного водяного фильтра, однако, как оказалось, довольно узкая аппаратная часть лаборатории не в состоянии вместить полноценную систему водоснабжения. Чтобы решить эту проблему, TICA предложила сразу два решения:

– цифровую систему очистки с компрессорно-конденсаторным блоком прямого расширения с переменной производительностью;

– инверторную систему очистки с мини VRF-системой прямого расширения.

Первое решение является флагманским. Компрессорно-конденсаторный блок с цифровым управлением является наилучшим выбором среди кондиционеров с точки зрения холодопроизводительности, точности регулирования температуры и влажности, а также скорости отклика при существенных перепадах температуры окружающей среды. Это особенно важно, поскольку передвижная лаборатория предназначена для работы в регионах с разными климатическими условиями.

Для мобильных ПЦР-лабораторий, не нуждающихся в значительной холодопроизводительности либо предъявляющих особые требования к размещению наружного блока и выдуву воздуха его вентиляторами, TICA разработала инверторную VRF-систему прямого расширения и вентиляционную установку для очистки воздуха и контроля влажности.

Электронный модуль для управления вентиляционной установкой (AHU KIT)

Второй серьезной задачей, которую потребовалось решить специалистам TICA, стало размещение в ограниченном пространстве лаборатории электронного модуля для управления вентустановкой (AHU KIT), регулирующего поток фреона и тем самым контролирующего ее производительность и энергопотребление. Для экономии места конструкторы компании приняли элегантное решение интегрировать AHU KIT в вентиляционную установку. Такой подход позволил упростить процесс монтажа и при необходимости трансформации системы кондиционирования, а также уменьшить количество препятствий для циркуляции воздуха в контейнере.

Вентустановка для передвижной ПЦР-лаборатории больницы Шиджитан была оснащена двухслойными панелями для придания корпусу жесткости и повышения виброустойчивости во время движения по автодорогам. Для минимизации мостиков холода использована теплоизоляция из пенополиуретана. Соединительные болты, с помощью которых панели из листового металла крепятся к алюминиевому каркасу, были снабжены уплотнительными резиновыми прокладками. Центробежный вентилятор получил ЕС-двигатель (электронно-коммутируемый привод) — бесколлекторный синхронный двигатель со встроенным электронным управлением, отличающийся очень тихой работой и долговечностью. Разработчики уменьшили расстояние между функциональными секциями устройства, чтобы его можно было разместить не только вдоль, но и поперек контейнера. Фактические размеры вентиляционной установки — 2,3 х 1 х 2,6 м.

Преимущества кондиционеров TICA для передвижной ПЦР-лаборатории

Вентиляционная установка для ПЦР-лаборатории больницы Шиджитан была размещена непосредственно перед входом в лабораторию, что позволило избавить медицинских работников от излишнего шума и возможного попадания в их организм загрязненного воздуха. К тому же система была оснащена центробежным вентилятором с EC-двигателем и шумопоглощающими элементами, благодаря которым инженерам TICA удалось снизить уровень шума до 60 дБ(А) — вполне комфортного показателя для человека.

Вытяжки формируют отрицательное давление в смежных зонах контейнера. Разница давлений в них составляет 10—15 Па и обеспечивается за счет кратности сменяемости воздуха. Это дает возможность предотвратить перекрестное заражение вредоносными бактериями и вирусами, а также избежать контаминации, приводящей к ложноположительным результатам исследований и возникновению неспецифических продуктов.

В мобильной ПЦР-лаборатории, как и на других объектах, обслуживаемых HVAC-оборудованием TICA, были установлены устройства, отличающиеся высокой производительностью, низким энергопотреблением, широким диапазоном рабочих температур и расхода воздуха, надежностью и долговечностью. Как показали контрольные тесты и первые месяцы эксплуатации, несмотря на то что в контейнер поступает свежий воздух, система отлично справляется с доведением его до нужной температуры и влажности, а фильтры предварительной и тонкой очистки не пропускают ни крупные частицы пыли, грязи, крошки асфальта и резины, ни копоть, ни сажу, ни выхлопные газы, ни вредоносные микроорганизмы.

Для передвижных ПЦР-лабораторий, размещаемых на небольших автомобильных шасси, «ТИКА» разработала установки размером 1,5 х 0,7 х 1,5 м. Это самые простые для монтажа системы. Чаще всего они располагаются поперек контейнера рядом со входом в лабораторию.

Уже более 100 передвижных ПЦР-лабораторий в КНР

Всего, по данным на 17 августа 2020 года, TICA оборудовала своими системами кондиционирования уже более 100 передвижных ПЦР-лабораторий в Китае. Судя по динамике распространения COVID-19 и других инфекционных заболеваний по планете, необходимость в таких мобильных лабораториях будет только возрастать.

Вышеуказанные вентиляционные установки с компрессорно-конденсаторными блоками либо мини-VRF прекрасно подойдут и для обслуживания флюорографических кабинетов и других аналогичных лабораторий (причем не только медицинских!) на колесах. При необходимости «ТИКА» готова предоставить упрощенные варианты своего климатического оборудования, подобранного под индивидуальные проекты заказчиков, а также так называемые медицинские кондиционеры и фанкойлы в гигиеническом исполнении, отличающиеся максимально высокими эксплуатационными характеристиками и оснащенные профессиональными системами очистки воздуха.