Vergelijking tussen cleanroomtesten en klimatologische testen

Schone kamers en klimatologische testkamers zijn beide gecontroleerde omgevingen, en worden beide aangetroffen in farmaceutische, elektronica- en ruimtevaartfabrieken. Toch beantwoorden ze verschillende vragen: de ene houdt deeltjes weg van een product tijdens het maken, de andere brengt een afgewerkt product onder warmte, kou en vochtigheid om te zien hoe het zich gedraagt. Weten welke welke is, is vooral belangrijk wanneer de twee samen moeten werken.

Twee gecontroleerde omgevingen, twee verschillende vragen

Een cleanroom en een klimatologische testkamer delen een vocabulaire: setpoints, monitoring, kwalificatie, alarmen. De overlap is echt, maar het doel niet. Een cleanroom beschermt het product tijdens de productie tegen de omgeving. Een klimatologische testkamer stelt het product opzettelijk bloot aan gedefinieerde omgevingsstress zodat het gedrag kan worden gemeten en gedocumenteerd.

Het verschil blijkt uit de normen die elk vakgebied regelen, in de fase van de productlevenscyclus waarin ze worden gebruikt, en in de ontwerpcompromissen die ontstaan wanneer de twee in één installatie worden gecombineerd.

Wat een cleanroom controleert

De referentie voor de classificatie van cleanrooms is ISO 14644-1, die luchtkwaliteitsklassen definieert van ISO 1 tot ISO 9 op basis van het maximale aantal zwevende deeltjes per kubieke meter voor bepaalde deeltjesgroottes. Als voorbeeld: een ISO 5 cleanroom laat niet meer dan 3.520 deeltjes van 0,5 µm of groter per kubieke meter lucht toe. ISO 14644-2 behandelt de monitoring die bewijs levert dat de kamer haar klasse in werking houdt, terwijl ISO 14698 zich bezighoudt met biocontaminatiecontrole. In Duitstalige landen is de VDI 2083-serie een veelgebruikte technische referentie naast de ISO-standaarden.

Een belangrijk operationeel principe is de drukcascade: kamers met een hogere reinheidsgraad worden op positieve druk gehouden ten opzichte van minder schone gebieden, zodat de lucht van de schone kant naar de minder schone kant stroomt. Differentiële drukken in de orde van 5 tot 15 Pa tussen aangrenzende klassen zijn gebruikelijk. Waar operators beschermd moeten worden tegen het product, bijvoorbeeld met krachtig giftig of pathogeen materiaal, wordt de cascade omgekeerd en wordt het handlinggebied op negatieve druk gehouden.

Testen van cleanrooms gaat dus over de omgeving zelf: deeltjesaantallen, drukverschillen, luchtverversingssnelheden en contaminatiecontrole. Temperatuur en vochtigheid worden stabiel gehouden voor comfort en procesredenen, maar zij zijn niet de variabelen die bestudeerd worden.

Wat een klimatologische testkamer controleert

Climatische tests werken andersom. De kamer is een hulpmiddel om gecontroleerde stress te genereren, en het monster is wat wordt geëvalueerd. In elektronica en vele industriële sectoren is de referentie de IEC 60068-serie, "Environmental testing", aangenomen in Europa als EN 60068. Deel 2 beschrijft individuele testprocedures, elk geïdentificeerd door een letter en een nummer.

Onder de meest gevraagde klimatologische tests zijn IEC 60068-2-1 (test A, koud), IEC 60068-2-2 (test B, droge hitte), IEC 60068-2-14 (test N, temperatuursverandering) en IEC 60068-2-30 (test Db, vochtige hitte, cyclisch). Temperatuursverandering kan worden uitgevoerd door het monster snel te verplaatsen tussen twee zones met verschillende temperaturen (methode Na) of door de temperatuur te verhogen of te verlagen met een gecontroleerde snelheid binnen één kamer (methode Nb). Cyclisch vochtige hitte wisselt warme en koelere fasen af bij hoge relatieve vochtigheid, zodat condensatie op het monster ontstaat en wordt geabsorbeerd, cyclus na cyclus.

Andere sectoren gebruiken hun eigen referenties gebaseerd op dezelfde principes. Bij de kwalificatie van halfgeleiders bijvoorbeeld beschrijft JEDEC JESD22-A101 een levensduurtest onder constante temperatuur en vochtigheid bij 85 °C en 85 % relatieve vochtigheid, uitgevoerd gedurende honderden of duizenden uren. In farmaceutische stabiliteitstesten definieert ICH Q1A(R2) opslagcondities zoals 25 °C/60 % RV (langdurig), 30 °C/65 % RV (intermediair) en 40 °C/75 % RV (versneld).

In al deze gevallen zijn de belangrijke grootheden de nauwkeurigheid van temperatuur en vochtigheid, uniformiteit over het werkvolume, de veranderingstempo en de lange termijn stabiliteit, niet het deeltjesaantal in de lucht binnen de kamer.

Productiefase versus kwalificatiefase

De twee disciplines bevinden zich ook op verschillende punten in de productlevenscyclus. Condities in een cleanroom zijn vereist tijdens de productie: steriele vulling van geneesmiddelen, fabricage van microchips, assemblage van optische of ruimtevaartcomponenten. Klimatologische tests komen meestal later, wanneer prototypes of productmonsters worden gekwalificeerd tegen de condities waarmee ze te maken krijgen bij opslag, transport en gebruik.

In de praktijk betekent dit dat hetzelfde bedrijf een cleanroom in productie kan hebben en een set klimatologische kamers in zijn kwaliteits- of betrouwbaarheidslaboratorium, met aparte kwalificatie-documenten, aparte monitoring systemen en aparte teams.

Waar de twee elkaar ontmoeten

De scheiding vervaagt in een aantal toepassingen waar het product wordt blootgesteld aan stress zonder besmetting.

In de farmaceutische industrie worden stabiliteitskamers die ICH-condities volgen geïnstalleerd in geclassificeerde gebieden wanneer steriele formuleringen of op cellen gebaseerde producten worden bestudeerd, en de kamers worden gekwalificeerd (IQ/OQ/PQ) als onderdeel van hetzelfde GMP-raamwerk als de omringende kamers. Bij betrouwbaarheidstests van halfgeleiders kunnen temperatuurcycli en vochtigheidstests in een schone omgeving worden uitgevoerd zodat deeltjes de apparaten niet bereiken wanneer de deur wordt geopend. In de ruimtevaart worden componenten zoals satellietonderdelen thermisch gecycled onder vacuüm in schone omstandigheden, omdat besmetting tijdens de kwalificatie de vluchtuitrusting kan compromitteren.

Ontwerpuitdagingen van gecombineerde installaties

Wanneer een klimatologische test moet samengaan met cleanroom-eisen, moeten verschillende ontwerppunten aandacht krijgen:

– Materialen: interne oppervlakken mogen geen deeltjes afgeven onder herhaalde thermische cycli. Electropolished AISI 316L roestvrij staal is een veelgebruikte keuze; kunststoffen en coatings die afschilferen of uitgassen worden vermeden.
– Luchtbehandeling: HEPA- of ULPA-filtratie moet blijven werken tijdens temperatuurverhogingen, en de klimatologische controle mag het luchtstroompatroon dat de klasse van de cleanroom bepaalt niet verstoren.
– Doorvoeren: kabels en sensorlijnen die de kamer binnenkomen, moeten afgesloten doorgangen hebben, zowel ter bescherming van de klimatologische omstandigheden als om een contaminatiepad te voorkomen.
– Reiniging: gevalideerde reinigingsprocedures zijn nodig na elke testcampagne, zodat de installatie terugkeert naar haar geclassificeerde staat voor de volgende keer.

Elk van deze punten vergt meer engineeringinspanning en kosten in vergelijking met twee aparte installaties. De beslissing om ze te combineren is alleen gerechtvaardigd wanneer het product echt niet uit de schone omgeving kan blijven tussen productie en testen.

Conclusie

Cleanroomtesten vragen of de omgeving schoon genoeg is voor het product. Klimatologische testen vragen of het product robuust genoeg is voor zijn omgeving. Het onderscheiden van deze twee vragen helpt laboratoria bij het kiezen van de juiste normen, de juiste apparatuur en de juiste kwalificatiemethode, en maakt het gemakkelijker om te zien wanneer een gecombineerde oplossing echt nodig is.

Infobox: genoemde normen

– ISO 14644-1 – Cleanrooms en bijbehorende gecontroleerde omgevingen: classificatie van luchtkwaliteitsniveaus op basis van deeltjesconcentratie
– ISO 14644-2 – Monitoring ter bewijsvoering van cleanroomprestaties gerelateerd aan luchtkwaliteit
– ISO 14698 – Cleanrooms en bijbehorende gecontroleerde omgevingen: biocontaminatiecontrole
– VDI 2083 – Cleanroomtechnologie
– IEC 60068-serie (EN 60068) – Milieutests
– JEDEC JESD22-A101 – Levensduurtest onder constante temperatuur en vochtigheid
– ICH Q1A(R2) – Stabiliteitstesten van nieuwe geneesmiddelstoffen en producten