Fragen zu Theorie

Reinraumtechnik = Kette aller Maßnahmen zur Verminderung oder Verhinderung unerwünschter Einflüsse auf das Produkt oder den Menschen

Reinraum = Raum, indem Anzahlkonzentration luftgetragener Partikel geregelt & klassifiziert wird und der zur Regelung der Einschleppung, Entstehung, Ablagerung von Partikeln im Raum konstruktiv geplant, baulich ausgeführt & betrieben wird

reiner Bereich = festgelegter Bereich, in dem die Konzentration luftgetragener Partikel geregelt & klassifiziert ist & der zur Regelung der Einschleppung, Entstehung, Ablagerung von Partikeln im Bereich baulich ausgeführt & betrieben wird

=> Im reinen Bereich wird festgelegt & geregelt:

1) Klasse der Konzentration luftgetragener Partikeln

2) Grade von weiteren Reinheitsmerkmalen (wie beim Reinraum)

3) Weitere relevante physikalische Parameter z.B. Temperatur, Feuchte, Druck, Vibration, Elektrostatik

-> reiner Bereich kann festgelegter Bereich im Reinraum sein, oder kann mithilfe eines SD-Moduls geschaffen werden

SD-Modul kann sich im Raum oder außerhalb eines Reinraums befinden

Reinheitstauglichkeit & Reinraumtauglichkeit

= anhängig von vielen Parametern neben der

Luftverunreinigung, die im Reinraum wichtig sind & die bei Auswahl der Werkstoffe berücksichtigt werden müssen

wichtige Kriterien:

Reinigbarkeit = abhängig v. Oberflächenrauheit

-> glatte Oberflächen verschmutzen weniger als raue/ poröse Flächen

-> glatte Oberflächen daher leichter zu reinigen

Chemikalien-/ Korrosionsbeständigkeit

= bei Anwendung starker Reinigungs-/ Desinfektionsmittel wichtig

Emission molekularer Kontaminationen = Ausgasungsverhalten (bei Werkstoffen) wie viel AMC freigesetzt wird

Emissionsverhalten sedimentierender Partikel = Abriebfestigkeit der Stoffe der Werkstoffe (Menge der Partikelfreisetzung)

Elektrostatische Eigenschaften = ob Material elektrostatische Aufladung/ Entladung begünstigt

Thermische Eigenschaften = Wärmeleitfähigkeit usw.

Glas

= anorganisches Schmelzprodukt, das erstarrt ist, ohne zu kristallisieren

-> Hauptbestandteil: Siliciumdioxid

-> Häufigste Arten im Baubereich:

1) Kalk-Natron-Silikatglas

2) Borosilikatglas (Brandschutzverglasung)

Glas im Reinraum:

Verwendung für:

1) Reinraumwände

2) Reinraumfenster

3) Reinraumtüren

4) Reinraumleuchten (sandgestrahlt)

5) Spiegel

6) Primärpackmittel/ Flaschen etc.

Glasarten:

- Float-Glas (z.B. Fensterscheiben; hergestellt aus flüssiger Glasschmelze) -> Kratzstabil (nicht für RR geeignet!)

- ESG = Einscheiben-Sicherheitsglas (z.B. Glas in Türen/ Sichtfenster im Reinraum)

- VSG =Verbund-Sicherheitsglas (z.B. für RR-Wände) -> mechanisch stabil durch eingebaute Folie (siehe Abb.)

· Reinräume & Reinluftanlagen sollten in Übereinstimmung mit der Norm EN ISO 14644-1 eingeteilt werden

· Klassifizierung (A-D) sollte deutlich von Überwachung der Umgebung im Betriebszustand abgegrenzt werden

· maximale erlaubte Zahl von Partikeln in der Umgebungsluft für jede Reinheitsklasse zeigt folgende Tabelle:

2 Partikelgrößen relevant: < 0,5 μm & < 5 μm)

-> Klasse A = Bereich mit aller höchstem Schutz

ohne Personal, deshalb kein Unterschied zw. Ruhe-/ Betriebszustand (Pharma!) (at rest = in operation)

= hoch kritischer Bereich (aseptisch)

Klasse B + C = Betriebszustand um 100- fache höher durch Personal

Klasse D = nichts festgelegt im Betriebszustand

Reinraumklassen:

A = alles was aseptisch ist (hohe Reinheit) z.B. Zytostatika

= keine Sterilisation im Endzustand nötig

-> Aseptische Abfüllung: steriles Produkt wird in

vorsterilisiertes Gefäß abgefüllt im offenen Prozess

ohne nachfolgende Sterilisation = hohe Reinraumklasse

B = wird als Umgebung für Klasse A eingesetzt (selten)

Ò dort bewegt sich Personal & bedient aus Klasse B die

Klasse A

C = Produkt wird im Endzustand sterilisiert

-> zur Herstellung v. Lösungen bei ungewöhnlichem Risiko,

die sterilfiltriert werden & in aseptisches Produkt münden

D = dreckige Klasse/ Reinigung -> für Reinigung v. Equipment

Bioburden = Gesamtkeimanzahl (KBE) -> keimbildende Einheiten in 1m3 Luft: ca. 1000 Partikeln

-> in Pharma werden Warngrenzen & Aktionsgrenzen festgelegt

nach Keimanzahl

=> Kontaminationsbestimmungen: im Betriebszustand

- Luftproben (KBE/m3) mit Luftkeimsammlern: für Luft

- mittels Sedimentationsplatten (Agarplatten): für Luft

- mittels Kontaktplatten (Abklatschplatte): für Oberflächen

- Personal wird abgeklatscht (kritischer Pharmabereich A/B)

Stahl = Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit max. 2 % Kohlenstoff

Einteilung nach…

1) der chemischen Zusammensetzung (nach DIN EN 10020)

-> Unlegierte Stähle (nur Eisen & Kohlenstoff)

-> Legierte Stähle

-> Nichtrostende Stähle (>10,5 % Cr, < 1,2 % C)

2) Hauptgüterklassen

-> Qualitätsstähle

-> Edelstähle (max. Gehalt an Schwefel & Phosphor von jeweils 0,02%)

3) Verwendungsart -> z.B. Baustahl, Werkzeugstahl

= Bestehen aus Polymeren (Polymer = aus mehreren, vielen Teilen bestehend)

Eigenschaften:

- Geringe Dichte

- Festigkeit & Steifigkeit gering (-> faserverstärkte Kunststoffe)

- Hohe Zähigkeit, geringe Bruchgefahr

- Gute Beständigkeit gegenüber anorganischen Substanzen

- Niedrige Wärmeleitfähigkeit & elektrische Leitfähigkeit

- Niedrige Verarbeitungstemperaturen

- Schnelle, kostengünstige Fertigung

z.B. Spritzguss, Blasformen, Extrudieren, Pressen, Schäumen)

1) Luftgetragene Kontamination

2) Kontamination in Prozessmedien (Druckluft, Stickstoff) = Gase bei einer Produktion (müssen rein sein)

3) Kontamination in Materialien / Ausgangstoffen

Im Reinraum wird festgelegt & geregelt:

1) Klasse der Konzentration luftgetragener Partikeln

2) Weitere relevante physikalische Parameter, z.B. Temperatur, Feuchte, Druck, Vibration, Elektrostatik

3) Grade von Reinheitsmerkmalen z.B.: - die chemische Konzentration

- Konzentrationen lebensfähiger oder nanoskaliger Partikeln in der Luft

- Oberflächenreinheit auf (Nano-) Partikel-/ chem. Konzentrationen u.a.

- Konzentrationen v. lebensfähigen Partikeln

Anwendungsbereiche der Reinraumtechnik:

1) zentrales Werkzeug zur Kontaminationskontrolle & Qualitätssicherung z.B. bei Herstellung von Hochleistungshalbleiterelementen müssen Partikeln im Submikrometer-Bereich wie schädliche Ausgangsstoffe (Atome/ Moleküle bestimmter Stoffgruppen) im Prozessumfeld entfernt werden

2) Schutz: zum Schutz von Produkten, Prozessen, Mensch, Umwelt

3) in Produktionsbetrieben: als technische & organisatorische Um-/ Teilsysteme der Reinraum-/ Reinheitstechnik

Beleuchtung = zur Herstellung sonnenähnlicher Belichtung (LED)

= Anforderungen an Helligkeit erfüllen zum Wohl an Mitarbeiter

-> lichtempfindliche Substanzen

Schwingungen = luftgefederte Tische & Schritte

Lufttemperatur & -feuchte

= Schutz v. Mitarbeiter (Haut/ Schweiß)

= Prävention v. Schimmelbildung/ MO

= statische Ladungen verhindern

= Verklumpen von Pulver verhindern

-> Schimmelbildung bei Luftfeuchte über 65%

Lufthygiene = mittels Raumlufttechnik/ Belüftungssystem

-> VDI 6022 Richtlinie für gesunde Atemluft (Reinraumanlage)

gasförmige Substanzen = molekulare Verunreinigungen

-> AMC = airborn molecular contamination

= einzelne Moleküle (relevant in Optik/ Halbleiterindustrie)

EU-GMP Annex 1:

„Angrenzende Räume unterschiedlicher Reinheitsgrade sollten Druck-Unterschied von 10-15 Pascal (Richtwert im Schnitt 12,5 Pa) aufweisen“

=> Falls 2 Türen offen wären, verhindert der Druck die Kontamination

Einschleuseprozess Material

-> Händische Oberflächendesinfektion

-> Mehrfachverpackungen nach dem Zwiebelschalen-Prinzip (Bag-in-Bag)

=> Entfernung der äußeren Verpackung in der Materialschleuse

=> zur Überwindung einer Reinraumklasse wird äußere Packung entfernt & steriles Material wird in nächste Zone weitergegeben

=> Einsatz von speziellen Transfersystem, z.B. Rapid Transfer Ports (RTP)

=> Einsatz von Doppeltürsterilisatoren

=> Einsatz von Tunnelsystemen zur Desinfektion / Sterilisation

Kontaminationsquellen

1) Chemische Kontamination (AMC) = Airbone molecular contamination: molekulare Partikeln

= Luftgetragene Kontamination, die molekular (gasförmig und nicht als Partikel oder Aerosol) vorliegt

-> Wichtig für Halbleiterindustrie, Satellitentechnik, Oberflächenanwendungen

Einteilung (nach SEMI F21-95) & Beispielsubstanzen:

-> Dopants = Dotierstoffe: kritische Stoffe, die bei kleinen Mengen

wie bei feiner Heileiterproduktion, schaden

-> Condensables = kondensierbare Stoffe

AMC-Quellen

1) Außenluft (zur Versorgung der Anlage mit Frischluft)

2) In Anlage verbaute Werkstoffe

-> die mit Umluft- & Frischluftströmen in Kontakt sind

-> Ausgasen z.B. riechende Plastik/ Käse

3) Querkontaminationen, die in der Anlage auftreten können

4) Betrieb & Wartung der Anlage

5) Personal, Reinraumgeräte & Hilfsmaterialien Ò Personal setzt Ammoniak frei

6) Prozessmedien & Werkzeugbestückung

Beschichteter Stahl:

-> Beschichtung mit metallischen Überzügen als Vorbehandlung

- Schmelztauchbeschichtung, z.B. Feuerverzinken

- Elektrolytische Verzinkung

=> Zink dient als zusätzlicher Korrosionsschutz (Vorbehandlung)

-> Anschließend folgt Beschichtung mit organischen Überzügen

- Bandbeschichtung (Coil Coating)

- Pulverbeschichtung

1) as built = Bereitstellung eines Reinraums

2) at rest = Leerlauf/ Ruhezustand: Zustand in dem Produktionsausrüstung installiert wird ohne Personal

=> nur Messpersonal erlaubt zur Kontrolle der Anschaltung von Anlagen

3) in operation = Reinraum im Betrieb

Edelstahl

=> meist austenitische Edelstähle im Einsatz

-> Austenit = bestimmte Kristallform des Edelstahls

= Hauptgefüge-Bestandteil vieler nichtrostender Stähle

Vorteile: Gute Verarbeitbarkeit, Korrosionsbeständigkeit

& mechanische Eigenschaften

-> Edelstahl hat hohen Chrom-Anteil (min. 10,5%), was eine hohe Korrosionsbeständigkeit verleiht

-> durch Kontakt mit O2 bildet sich an Stahloberfläche eine Schutzschicht aus Chromoxid

Edelstahl-Verwendung für:

1) Reinraum- & Putzwägen

2) Reinraumregale

3) Reinraumtische

4) Reinraumwände

5) Anlagen

6) Rohrleitungen

Metallische Werkstoffe – Aluminium

-> Aluminium kommt eloxiert oder mit organischen Überzügen beschichtet zum Einsatz

Eloxieren = elektrolytische Oxidation von Aluminium

Stahl (beschichtet) & Aluminium (beschichtet, eloxiert) im Reinraum

Verwendung v.a. für:

1) Reinraumwände

2) Reinraumdecken

3) Reinraumtüren

4) Aluminiumprofile

4 Größenkategorien: PM = Particulate matter

1) Makropartikel = größer als 10 μm -> Haare/ Sandkörner

2) PM 10 = kleiner als 10 μm -> Nasenhöhle/ Luftröhre/ Staub/ Pollen

3) PM 2,5 = kleiner als 2,5 μm -> Bronchien/ Bronchiolen/ Verbrennungsstaub

4) PM 1 = Ultrafein kleiner als 1 μm -> Lungenbläschen/ Blutkreislauf/ Viren

=> Klare Trennung in reinen / unreinen Bereich

=> in Personalschleusen Trennung mittels Sit-over-Bank

= Umschwenkbank

=> Keine gleichzeitige Öffnung der Schleusentüren

=> „letzte Zone des Umkleideraums sollte im Ruhezustand dieselbe Reinheitsklasse aufweisen wie

der anschließende Bereich“

Staubbindematten

-> Partikel bleiben hängen

-> Kontamination sofort erkennbar

Unerwünschte Einflüsse

1) Funktionsbeeinträchtigung

2) Ästhetikfehler (z.B. beim Lackieren von Autos; Displays)

3) Akustische Beeinträchtigung (z.B. Kopfhörer; Staubpartikel im PC)

4) Crash

5) Gesundheitliche Gefährdung (Patient & Personal betreffend)

6) Ausfall (z.B. Milchprodukte: Schimmel)

7) Unsterilität (z.B. Wundspülung)

8) Umweltgefährdung (z.B. toxische Stoffe, Viren, pathogene Organismen)

) Haltbarkeit vom Produkt beeinträchtigt

Kontaminationsarten

- Partikel: Particulate matter (PM)

- Aerosol = Zweistoffsystem Gas-Partikel

- Unterscheidungen:

1) Feste oder flüssige luftgetragene Teilchen

2) Non-viable oder viable (= lebensfähig)

1) Dispergierung = abgelagerte Partikel gelangen wieder in Luft (Husten) => Partikelkonzentration steigt

= vorhandene Partikel werden wieder in den gasgetragenen Zustand

gebracht durch Aufwirbeln

=> vermeiden: - schnelle Bewegungen im Reinraum & schließen der Türen

- Über-/ Unterdrücke in verschiedenen Reinraumzonen

2) Zerkleinerung = Partikelbildung durch Reibung & Stöße

=> Partikelkonzetration steigt

3) Koagulation = Partikelvergrößerung durch Zusammenstöße von Partikeln (Agglomeration)

= „Wachstum“ von Partikeln durch Zusammenstöße

-> verklumpen => Partikelkonzentration sinkt

4) Nukleation / Kondensation = Partikelvergrößerung in dampfübersättigten Atmosphäre

= „Wachstum“ von Partikeln in einer dampfübersättigten Atmosphäre (selten) -> abgelagerte Partikeln werden in die Luft gebracht=> Partikelkonzentration steigt

Kontaminationsquellen

Physikalische Risikofaktoren

= Primär relevant für Halbleiterindustrie

hysikalische Risikofaktoren sind:

1) Mechanische Schwingungen: z.B. spezielle Tische

2) Elektromagnetische Felder: bei Mikroskopen

3) Elektrostatische Entladungen: Aufladung durch Reibung bei niedriger Luftfeuchtigkeit

Kontaminationsquellen

Elektrostatische Entladungen

-> elektrostatische Aufladung entsteht i. d. R. durch Reibung

-> Hauptauswirkungen elektrostatischer Aufladungen

1) Elektrostatische Anziehung (ESA = electrostatic attraction)

-> begünstigt Ablagerung von Partikeln auf Oberflächen (Anziehung in der Luft)

2) Elektrostatische Entladung (ESD = electrostatic discharge)

-> Entstehung hoher Stromstärken = zerstören Halbleiterstrukturen; Explosionsgefahr (im Labor)

=> Gegenwirkung/ vermeiden durch: Erdung (Ableitungsmaterial), höhere Luftfeuchtigkeit, Ionisierung, Reibung vermeiden