Investigación altamente sensible sobre tierra y mar

El contenedor de sala limpia, que alberga el laboratorio de sala limpia sin metales. (Foto: MK Versuchsanlagen)

Vista en el contenedor. En el lado izquierdo se encuentran las áreas de trabajo, a la derecha se ven los soportes para las botellas CTD. (Foto: MK Versuchsanlagen)

Una botella de CTD se transfiere desde la esclusa de aire puro al área de laboratorio después de la limpieza. (Foto: MK Anlagen de prueba)

El laboratorio MK en el Polarstern cuenta con algunas instalaciones específicas para alta mar, como barras de sujeción para los científicos o una escotilla de salida de emergencia. (Foto: Instalaciones de prueba MK)

El laboratorio MK en el Polarstern cuenta con algunas instalaciones específicas para alta mar, como barras de sujeción para los científicos o una escotilla de escape de emergencia. (Foto: Instalaciones de prueba MK)

Mirada en el contenedor. (Foto: MK Versuchsanlagen)

La Estrella Polar en acción. (Derechos de autor: F. Mehrtens)

La Estrella Polar en acción. (Derechos de autor: F. Mehrtens)

La Estrella Polar en acción. (Derechos de autor: S. Arndt)

La Estrella Polar en acción. (Derechos de autor: S. Arndt)

La Estrella Polar en acción. (Derechos de autor: M. Hoppmann)

La Estrella Polar en acción. (Derechos de autor: M. Hoppmann)

Una planta móvil de preparación de muestras sin metales basada en 20 contenedores estándar de pie: los contenedores técnicos están colocados en el exterior. En los tres contenedores internos se construye una sala limpia sin metales en forma de U, en la cual se integrarán diez sistemas MK sin metales, dos líneas de trabajo, dos lavadoras, una sala de pesaje y una esclusa. El sexto contenedor se conecta transversalmente como almacén bajo condiciones de sala limpia.

Uno de los temas más importantes en la ciencia siempre ha sido la pureza de las muestras. Cuando se trata de proteger hallazgos o muestras valiosas de la contaminación, muchos grupos de investigación recurren con gusto a los entornos de trabajo libres de metales de MK Versuchsanlagen und Laborbedarf e.K. de Mücke-Merlau en Hesse Central. Al igual que ahora también los científicos a bordo del buque de investigación Polarstern, que sirve para explorar los mares polares y suministrar a las instalaciones de investigación Koldewey-Station en el Ártico y Neumayer-Station en la Antártida. El barco es operado por el Instituto Alfred Wegener para la Investigación Polar y Marina (AWI) en Bremerhaven.

La idea de construir laboratorios móviles de ambiente controlado, que puedan equiparse de manera variable según el lugar y el propósito de uso, ha sido perseguida por los desarrolladores en MK Versuchsanlagen durante más tiempo (ver Anuario de salas limpias 2017/2018, p. 50 y siguientes, "Movilidad 4D en sistemas de salas limpias de uso variable"). La base ya existía con el desarrollo de una solución en contenedor para la utilización de un ambiente controlado libre de metales en el Polarstern.

Muestras de agua de 4000 metros de profundidad son analizadas

El Polarstern opera en los meses de verano en el hemisferio sur, de noviembre a marzo, en la Antártida, y en los meses de verano en el hemisferio norte en el Ártico. A bordo hay nueve laboratorios integrados, equipados para diversos estudios científicos. Además, en la cubierta y debajo de ella hay más espacio para contenedores de laboratorio, cuya equipación permite realizar proyectos de investigación más específicos. La expedición de investigación con el contenedor de laboratorio MK comenzó el 5 de diciembre de 2021 en Bremerhaven.

La Dra. Scarlett Trimborn, directora del grupo de trabajo EcoTrace en el AWI, investiga en este viaje, en el contenedor de laboratorio MK, cómo la disponibilidad de metales traza, especialmente hierro, pero también manganeso, zinc y cobalto, influye en el crecimiento de microalgas en el océano Austral. Para ello, las muestras deben ser llevadas al laboratorio sin metales traza. "Con una bomba de agua se toman muestras de agua a diferentes profundidades hasta aproximadamente 4000 metros. Para ello, se utilizan llamados colectores de agua CTD en corona", explica la investigadora sobre el procedimiento.

Por ello, MK Versuchsanlagen fue encargado de desarrollar un laboratorio libre de metales, que pueda instalarse listo para usar en un contenedor en el Polarstern. El proceso clave en la toma de muestras ocurre cuando se trae a cubierta el CTD. El Dr. Wolfgang Küstner, gerente de proyecto en MK Versuchsanlagen, explica el procedimiento: "Por primera vez, enjuagaremos las botellas CTD, que contienen el valioso agua del mar, con agua pura mediante un sistema de lavado. Para ello, se utiliza agua pura de la planta de tratamiento de agua integrada en el contenedor de salas limpias. Cuando todos los sensores y botellas CTD estén completamente limpios, se podrán tomar las primeras muestras de agua. Todo esto se realiza en el contenedor de laboratorio especialmente preparado por MK Versuchsanlagen. Para ello, se introducen todas las botellas CTD a través de una esclusa de aire puro en el contenedor. Esta línea de laboratorio sirve para la toma de muestras de agua 'libre de contaminación' desde las botellas CTD. Para aplicaciones especiales, como filtración, la toma de muestras se apoya en un sistema de aire comprimido controlado de forma individual".

Además del análisis del agua, las líneas de laboratorio de MK en el contenedor son, por supuesto, adecuadas como salas limpias multifuncionales libres de metales para una variedad de otros análisis. Por ejemplo, las sujeciones de las botellas CTD pueden desmontarse y reemplazarse por sistemas de estanterías. La esclusa puede seguir funcionando sin enjuague como esclusa de material de aire puro.

Conexión directa de un contenedor de sala limpia listo para usar a la tecnología de control de edificios

En tierra, ya se están realizando los primeros laboratorios móviles de salas limpias para diversas instituciones de investigación por parte de MK Versuchsanlagen. Aquí, las salas limpias de MK, entregadas listas para usar y libres de metales, con paredes, mobiliario, ventilación, suministro de medios y control, se conectan directamente a la tecnología de control de edificios existente.

Actualmente, MK Versuchsanlagen está llevando a cabo un proyecto que consiste en seis contenedores. Dos de ellos se destinan a la tecnología, y los otros cuatro conforman la sala limpia. En la planificación, se tiene en cuenta la sostenibilidad, de modo que los espacios se diseñen de forma autónoma, permitiendo dividir en dos soluciones separadas de tres contenedores cada una. La idea es crear este laboratorio transitorio basado en 20 contenedores estándar de 6,058 metros de largo y 2,438 metros de ancho, pero con una altura de 3,11 metros, en lugar de los 2,59 metros habituales. Esto permite instalar un entrepiso que se utilizará para la tecnología y los conductos de ventilación.

Este laboratorio en contenedor se utilizará para analizar la composición isotópica de muestras de rocas, que pueden proceder de volcanes, minas, meteoritos, así como de la Luna o Marte. Aquí, la precisión en las diferencias en concentración es crucial, y, como en las muestras de agua de la expedición Polarstern, no deben ser alteradas por contaminación cruzada durante la preparación. La construcción libre de metales del ambiente controlado y de las estaciones de trabajo libres de metales garantiza condiciones que no siempre pueden lograrse en laboratorios convencionales. La llamada preparación de muestras mediante ácidos altamente concentrados ataca las superficies metálicas, lo que puede liberar partículas metálicas en el aire y depositarse en las superficies de las muestras, haciendo que sean inutilizables. En un sistema de preparación de muestras libre de metales y resistente a ácidos, esto no ocurre.

Al mismo tiempo, la protección del personal es fundamental. La electrónica de control está integrada en una cadena de seguridad que supervisa continuamente parámetros como la temperatura del espacio de trabajo y el flujo de aire de extracción. Si se superan los límites o valores de alarma, se activa una señal de advertencia y, según la cadena de seguridad configurada, se apagan de forma permanente los dispositivos críticos.

Ahorro en costos operativos mediante control inteligente del espacio y de los sistemas

En tiempos de costos operativos en aumento, también se ha puesto en foco en los constructores y operadores de sistemas la gestión inteligente y eficiente de espacios y sistemas. La gestión de MK Versuchsanlagen regula de forma dinámica la gestión del aire en toda la sala y en cada sistema de forma independiente. Así, se garantiza una ventilación eficiente que asegura la máxima pureza en el lugar de trabajo. Por ejemplo, si los sensores detectan inactividad en una estación de trabajo, se cierra la compuerta frontal y se reduce la cantidad de aire. Se pueden lograr ahorros de energía de hasta un 50 %.

Otras interfaces permiten transmitir datos y alertas de los sistemas de seguridad superiores, como sistemas de alarma de edificios, detectores de humo y detectores de incendios, al usuario y se integran en la cadena de seguridad. Cuando se integra en una red, el usuario puede supervisar la gestión del espacio y del sistema a través de acceso VNC. Conectar el sistema MK a Internet también permite realizar diagnósticos remotos y actualizar el software sin necesidad de que un técnico esté en el lugar. El acceso se realiza a través de una conexión VPN segura.

Como muestran estos ejemplos, MK Versuchsanlagen ofrece, tanto a la investigación como a la industria, la posibilidad de crear grandes instalaciones en espacios reducidos mediante sus laboratorios en contenedores listos para usar. La idea de instalar laboratorios libres de metales en contenedores, portátiles y adaptados a medida, no tiene límites. Ya sea en tierra, en el agua o en el aire, las posibilidades de uso parecen ilimitadas.