Cappa a flusso laminare

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Caratteristiche generali

La cappa a flusso laminare è una utilizzata in ambito biologico per proteggere l’operatore e l’ambiente circostante da parte di agenti biologici, come i microrganismi patogeni. Inoltre riduce la possibilità di contaminazioni crociate, consentendo di lavorare in condizioni di sterilità. La sterilizzazione dell’aria all’interno della cappa viene ottenuta attraverso l’utilizzo dei filtri HEPA (High Efficiency Particulate Air).

Il percorso del flusso laminare verticale dell’aria dall’alto verso il basso termina su un piano di lavoro che può essere sia liscio che forato. In entrambi i casi l’aria si diffonde in maniera differente all’interno della cappa. Nel caso di un piano di lavoro liscio l’aria si diffonde in modo che non rimanga sterile e sarà compito dell’operatore evitare eventuali forme di contaminazione. E’ fondamentale la manutenzione della cappa a flusso laminare e la normativa vigente impone almeno due attività manutentive all’anno.

Le cappe a flusso laminare si dividono in due tipologie: cappa a flusso laminare verticale e cappa a flusso laminare orizzontale.

Cappa a flusso laminare verticale

Le cappe a flusso laminare verticale sono dotate di tre filtri HEPA. Un ventilatore superiore spinge l’aria attraverso un filtro principale da cui emerge un flusso laminare che investe il piano di lavoro. L’aria oltrepassa il piano di lavoro e viene aspirata da un ventilatore inferiore; l’aria viene successivamente spinta attraverso un secondo filtro nello spazio sovrastante il filtro principale. Il 30% dell’aria viene restituita all’esterno (previa filtrazione attraverso un terzo filtro). Le cappe hanno uno schermo di vetro il quale è adottato per una maggior sicurezza dell’operatore. Le cappe a flusso laminare verticale vengono suddivise in cappe di classe I, II, III.

Cappe di classe I

La cappa di classe I è una cappa la cui funzione è quella di proteggere l’operatore, ma non protegge il campione su cui si sta lavorando. L’aria non è filtrata in entrata, ma è filtrata in uscita tramite filtri HEPA, disposti in cima alla cappa. Tali cappe sono utilizzate per la manipolazione di microrganismi di gruppo I-II, esclusi i patogeni.

Cappe di classe I
Figura 1 – Cappe di classe I [fonte: http://www.bio.unipd.it]

Cappe di classe II

La cappa classe II è una cappa utilizzata per proteggere l’operatore ed il campione, garantendo condizioni di assoluta sterilità. Tale cappa è formata da un piano di acciaio inossidabile forato, che permette l’entrata dell’aria preventivamente filtrata attraverso un sistema di 2 filtri HEPA, posti a distanza ravvicinata. Da tale cappa esce verso l’esterno il 30% dell’aria, mentre il restante 70% rimane nella cappa: la funzione della parziale fuoriuscita dell’aria è quella di creare una depressione che la richiama all’interno, in modo da instaurare un flusso continuo. L’aria entra all’interno della cappa con un flusso verticale, in modo che i microrganismi non fuoriescano dall’ambiente di lavoro e non contaminino l’operatore. Tale cappa è indicata per la manipolazione di microrganismi di gruppo II e di gruppo III.

Cappe di classe II (A, B1)
Figura 2 – Cappe di classe II (A, B1) [fonte: http://www.bio.unipd.it]
 Cappe di classe II (B1 BSC, B2)
Figura 3 – Cappe di classe II (B1 BSC, B2) [fonte: http://www.bio.unipd.it]
Cappe di classe II (B3)
Figura 4 – Cappe di classe II (B3) [fonte: http://www.bio.unipd.it]

Cappe di classe III

La cappa di classe III è una cappa utilizzata per isolare completamente l’operatore dal campione che manipola il campione e non esporlo a rischi di contagio con virus patogeni di gruppo IV. Tale cappa è completamente chiusa ed ermetica: l’operatore manipola gli agenti biologici tramite guanti fissi che lo isolano completamente. Le cappe di classe III filtrano l’aria sia in entrata che in uscita, tramite 4 filtri HEPA: l’aria in entrata è sterilizzata tramite un filtro posto sul retro. L’aria in uscita è sterile grazie al passaggio attraverso 2 filtri HEPA, assicurando all’ambiente interno una pressione negativa. Tali cappe sono adottate in laboratori in cui si manipolano agenti biologici di gruppo IV.

Cappe di classe III
Figura 5 – Cappe di classe III [fonte: http://www.bio.unipd.it]
Classe cabinaGruppo di protezioneUtilizzo
classe I impiegate in tutti i casi in cui non sia indispensabile o prioritario proteggere il prodotto dall’aria presente in laboratorio (es. apertura di campioni biologici da analizzare, come protezione per centrifughe o altri apparati a rischio di aerosol, ecc.).
classe II  A  e B3I IIindicati per rischi biologici medio-bassi (patogeni dei gruppi I-II)
classe II  B1II IIIper patogeni del gruppo II e III e per sostanze marcate con traccianti radioattivi a bassa attività
classe II B2I IIIper patogeni del gruppo II e III, per colture cellulari trattate con sostanze cancerogene e/o mutagene o marcate con isotopi radioattivi.
classe IIIIVindicati per rischi biologici alti(patogeni dei gruppi III e IV)
Tabella 1 – cabine biologiche messe a confronto

Cappa a flusso laminare verticale

Le cappe a flusso laminare verticale vengono utilizzate per evitare contaminazioni del campione e a mantenere un ambiente sterile all’interno della stessa. Non assicurano nessuna protezione all’operatore, in quanto viene investito direttamente dal flusso di aria in uscita. Per questo motivo non vengono considerate cappe di sicurezza biologica, poiché rischiose sia per l’operatore che per l’ambiente. Sono cappe più economiche rispetto alle cappe a flusso verticale e vengono utilizzate in attività di laboratorio dove il rischio per l’operatore è limitato.

a sinistra la rappresentazione di una cappa a flusso laminare verticale, a destra la rappresentazione di una cappa a flusso laminare orizzontale
Figura 6 – a sinistra la rappresentazione di una cappa a flusso laminare verticale, a destra la rappresentazione di una cappa a flusso laminare orizzontale [fonte: https://www.omicronitalia.com/]

Filtri HEPA

I filtri HEPA sono in grado di trattenere la quasi totalità di particelle (circa il 99,999%) con diametro uguale o superiore a 0,3 µm presenti nell’aria che li attraversa. Poiché la maggior parte dei microorganismi ha un diametro superiore ai 0,5 µm, si può comprendere quanto siano importanti i HEPA nel campo della sicurezza biologica.

Questi filtri permettono di decontaminare l’aria senza l’utilizzo di sostanze chimiche o di radiazioni. I virus, sebbene inferiori a 0,5 µm, vengono trattenuti dai filtri assoluti grazie a diversi effetti fisici: forze elettrostatiche, impatto inerziale, filtrazione meccanica della particelle di dimensioni maggiori che veicolano il virus.

classificazione filtri HEPA a confronto
Figura 7 – classificazione filtri HEPA a confronto [fonte: https://www.certifico.com/]

Applicazioni strumentali

Le cappe a flusso laminare sono utilizzate per tutte quelle attività lavorative che possono comportare un rischio potenziale di esposizione ad agenti biologici, come:

  • Attività in industrie alimentari;
  • Attività nell’agricoltura;
  • Attività nelle quali vi è contatto con animali e/o prodotti di origine animale;
  • Attività nei servizi sanitari;
  • Attività nei laboratori clinici, microbiologici, veterinari e diagnostici;
  • Attività negli impianti di smaltimento rifiuti e di raccolta di rifiuti speciali potenzialmente infetti;
  • Attività negli impianti per la depurazione delle acque di scarico.

Gli agenti biologici sono definiti secondo il D.Lgs 81/2008, Titolo X come “qualsiasi microrganismo anche geneticamente modificato, coltura cellulare ed endoparassita umano che potrebbe provocare infezioni, allergie, intossicazioni“. Sono stati classificati secondo un criterio di pericolosità tenendo conto delle condizioni prevalenti nell’area geografica presa in considerazione. Di seguito una descrizione degli agenti biologici classificati per gruppo.

Agente biologico di gruppo 1
(nessuno o basso rischio individuale e collettivo)
Un agente che con poca probabilità è causa di malattie nell’uomo o negli animali.
Agente biologico di gruppo 2
(moderato rischio individuale, limitato rischio collettivo)
Un agente patogeno che può causare malattie nell’uomo o negli animali, ma che è poco probabile che costituisca un serio pericolo per chi lavora in laboratorio, per la comunità, per il bestiame e per l’ambiente. Le esposizioni in laboratorio possono causare patologie, ma sono disponibili trattamenti efficaci e misure preventive e il rischio di diffusione è limitato.
Agente biologico di gruppo 3
(elevato rischio individuale, basso rischio collettivo)
Un agente patogeno che usualmente causa gravi patologie nell’uomo o negli animali e costituisce un serio rischio per i lavoratori. Difficilmente si propaga nella comunità e comunque sono disponibili efficaci misure terapeutiche e preventive.
Agente biologico di gruppo 4
(elevato rischio individuale e collettivo)
Un agente patogeno che normalmente provoca gravi patologie nell’uomo e negli animali, costituisce un serio rischio per i lavoratori e può propagarsi rapidamente nella comunità. Non sono di norma disponibili efficaci misure terapeutiche e preventive.
Tabella 2 – classificazione agenti biologici

Limiti dello strumento e precauzioni all’utilizzo

Come tutti gli strumenti anche le cappe a flusso laminare hanno dei limiti e delle accortezze da utilizzare per non comprometterne l’utilizzo e la protezione che garantiscono all’operatore durante le varie lavorazioni.

  1. La barriera frontale delle cabine biohazard è la parte più critica per la protezione dell’operatore, conviene pertanto controllare l’efficienza dell’aspirazione mediante lo “smoke-test” o un anemometro;
  2. È importante non creare turbolenze per evitare la fuoriuscita verso l’esterno di aria potenzialmente contaminata che possa compromettere la salute dell’operatore e la salubrità dell’ambiente;
  3. La griglia non deve essere ostruita per non creare turbolenze o falle nella barriera, né deve essere utilizzata come zona di lavoro per evitare contaminazioni;
  4. La cabina biohazard non protegge l’operatore dalla contaminazione delle mani e delle braccia prodotta da schizzi e da aerosol. I camici con i polsini elastici su cui si infilano i guanti rappresentano la miglior protezione, in correlazione anche con una buona operatività ed esperienza da parte dell’operatore;
  5. Non bisogna sovraccaricare il piano di lavoro poiché l’aria deve poter mantenere costante il suo flusso senza incontrare troppi ostacoli;
  6. L’uso del becco bunsen all’interno della cappa biohazard dovrebbe essere evitato perchè esiste il rischio di danneggiare il filtro HEPA e la sterilizzazione di oggetti per flambatura potrebbe provocare una microesplosione con proiezione di particelle infette nelle zone circostanti il bunsen, compresa la mano dell’operatore.

Manutenzione

La manutenzione ordinaria sulle cappe a flusso laminare è fondamentale per garantire l’integrità del prodotto e del processo lavorativo. Purtroppo vige ancora una situazione di forte confusione poiché non esiste una legge o una normativa che ne vincoli tempi e le modalità di svolgimento. Per l’esecuzione della manutenzione bisogna valutare diversi aspetti, quali la mole di utilizzo, le attività svolte, il corretto utilizzo da parte dell’operatore, la pulizia dell’ambiente di lavoro, lo stato di usura delle componenti meccaniche, lo stato dei filtri HEPA, la presenza e la frequenza di eventuali allarmi .

Fonti

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