Calibración de los contadores ópticos de partículas para la vigilancia de salas blancas en la industria farmacéutica

Los contadores ópticos de partículas (OPC) se utilizan cada vez más en las salas limpias (por ejemplo, en las industrias de semiconductores y en los entornos médicos y farmacéuticos), para vigilar la concentración del número de partículas en el aire. Una sala limpia es un espacio cerrado y altamente controlado en el que las partículas en suspensión en el aire, los contaminantes y las sustancias contaminantes se mantienen dentro de límites estrictos.

En la industria, las salas limpias se utilizan en la fabricación y el mantenimiento de hardwares, tales como circuitos integrados y discos duros. En la biotecnología y las ciencias farmacéuticas, las salas limpias se utilizan para reducir al mínimo la presencia de bacterias, virus y otros patógenos. Sin un control estricto, la contaminación puede comprometer gravemente la calidad de los productos o procesos (manufacturados), conducir a la propagación de enfermedades en los entornos hospitalarios1,2 o agravar la salud de los trabajadores de la industria3-5. Por lo tanto, el desarrollo de procedimientos de calibración precisos para los OPC es muy importante.

Los requisitos para los OPC utilizados en salas limpias (también conocidos como contadores de partículas aerotransportadas por dispersión láser) se han definido en la norma internacional ISO 21501-46. De acuerdo con esta norma, la eficiencia del recuento de los dispositivos bajo prueba (en adelante denominados DUT-OPC) debe evaluarse con esferas de látex de poliestireno (PSL) de tamaño conocido. En la práctica, el DUT-OPC muestrea durante la calibración un aerosol bien homogeneizado de esferas de PSL a bajas concentraciones, típicamente unas pocas partículas por cm3. Deben realizarse mediciones paralelas con un instrumento de referencia a fin de determinar la eficiencia del conteo del DUT-CPC.

Ilustración esquemática del montaje experimental.

En el METAS se ha desarrollado una instalación hecha a medida para evaluar la eficiencia de la medición de los contadores ópticos de partículas (OPC) y de instrumentos comunes en la medición de aerosoles. La instalación consta de un dispositivo de generación de aerosoles, un tubo de flujo turbulento para la homogeneización de partículas, puertos de muestreo isocinético y un contador de partículas de fabricación casera que sirve de instrumento de referencia7. En esta instalación se pueden producir aerosoles estables y reproducibles de partículas de látex de poliestireno (PSL) en la gama de tamaños de 100 nm a 10 μm y en concentraciones entre 0,5 cm3 y varios cientos de partículas cm3. Las características del flujo en el homogeneizador se investigaron con mediciones de Velocimetría Láser Doppler (LDV) y simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) que indican un flujo de pistón (turbulento) en el lugar de muestreo del aerosol.

Las características de la mezcla de partículas se determinaron experimentalmente a diversas alturas del tubo de flujo mediante mediciones paralelas con dos contadores de partículas de condensación (CPC)7. Asimismo, se encontró una homogeneidad espacial de los aerosoles dentro del 1,1% en toda la zona de muestreo. La concentración del número de partículas de referencia puede determinarse de manera trazable. Las incertidumbres de la medición se han evaluado en detalle7 y ascienden típicamente a 5-6,5% a 1 cm3 (nivel de confianza del 95%). En resumen, la novedosa instalación que se presenta aquí permite realizar calibraciones OPC trazables, cumpliendo plenamente con la norma internacional ISO 21501-46.

Agradecimientos:

Parte de esta labor se lleva a cabo en el contexto del proyecto Aeromet 16ENV07 financiado por la Unión Europea a través del Programa Europeo de Metrología para la Innovación y la Investigación (EMPIR). El EMPIR está financiado conjuntamente por los países participantes, dentro de EURAMET y la Unión Europea. METAS recibió el apoyo de la Secretaría de Estado de Educación, Investigación e Innovación (SERI) de Suiza en virtud del contrato número 17.00112.

Bibliografía:

1. Mirhoseini, S. H., Nikaeen, M., Khanahmad, H. & Hatamzadeh, M. Monitoreo de bacterias y aerosoles transportados por el aire en diferentes pabellones de hospitales. Ann. Agric. Medio Ambiente. Med. 22, 670–673 (2015).
2. Raval, J. S., Koch, E. & Donnenberg, A. D. El monitoreo en tiempo real de partículas aéreas no viables se correlaciona con las colonias en el aire y representa un sustituto aceptable para la evaluación diaria del desempeño de la sala limpia de procesamiento celular. Citoterapia 14, 1144-1150 (2012).
3. Detección y caracterización de nanomateriales liberados en bajas concentraciones durante el proceso de pulverización de nanotubos de carbono de paredes múltiples en una sala limpia. Inhalación. Toxicol. 25, 759–765 (2013).
4. Estudio de caso de Choi, K., Kim, T., Kim, K. y Kim, S. J. Occup. Hyg. Ambiental. 10, D1-D5 (2013).
5. Lindsley, W. G. y otros. Dispersión y exposición a un aerosol generado por la tos en una sala de examen médico simulada. J. Occup. Enviromental Hyg. 9, 681–690 (2012).
6. ISO 21501-4:2018 Determinación de la distribución del tamaño de las partículas -- Métodos de interacción de la luz de una sola partícula -- Parte 4: Contador de partículas aéreas de dispersión de luz para espacios limpios.
7. Horender, S., Auderset, K. & Vasilatou, K. Instalación para la calibración de contadores ópticos y de partículas de condensación basados en un tubo mezclador de aerosoles turbulentos y un contador óptico de partículas de referencia. Rev. Sci. Instrum. 90, 075111 (2019).

Datos del autor

Nombre	STEFAN HORENDER, KEVIN AUDERSET, KONSTANTINA VASILATOU
Empresa	METROLOGÍA METAS
Cargo	LABORATORIO DE PARTÍCULAS Y AEROSOLES, INSTITUTO FEDERAL