Thiết kế phòng thí nghiệm vi sinh ngày nay không còn giới hạn ở những bàn thí nghiệm đơn lẻ, mà đã phát triển thành các hệ thống phức hợp đòi hỏi độ chính xác cao. Một phòng lab đạt chuẩn quốc tế đòi hỏi sự kết hợp hoàn hảo giữa quy hoạch không gian tuân thủ ISO, kiểm soát an toàn sinh học nghiêm ngặt và trang bị hệ thống thiết bị chế biến sinh học tiên tiến. Bài viết này, MT tìm hiểu các quy chuẩn thiết kế và danh mục thiết bị thiết yếu cho phòng thí nghiệm vi sinh hiện đại.
Phòng thí nghiệm vi sinh là gì?
Phòng thí nghiệm vi sinh (Microbiology Laboratory) là một không gian kỹ thuật chuyên dụng, được thiết kế và vận hành nhằm phục vụ việc nghiên cứu và làm việc với các vi sinh vật như vi khuẩn, nấm, virus hay tế bào. Môi trường này được kiểm soát chặt chẽ về nhiệt độ, độ ẩm, áp suất và độ sạch không khí, nhằm đảm bảo hai mục tiêu cốt lõi sau:
- Bảo vệ mẫu vật khỏi sự nhiễm bẩn từ môi trường (Bảo vệ sản phẩm).
- Bảo vệ con người và môi trường bên ngoài khỏi các tác nhân sinh học nguy hại (An toàn sinh học).
Trong quy mô công nghiệp, phòng thí nghiệm vi sinh còn là nơi thực hiện các quy trình lên men, nuôi cấy tế bào để sản xuất vaccine, kháng sinh, enzyme, hay men vi sinh thực phẩm.
Tầm quan trọng của phòng thí nghiệm vi sinh
Việc thiết kế phòng thí nghiệm vi sinh một cách bài bản đóng vai trò nền tảng, góp phần quyết định hiệu quả hoạt động của các doanh nghiệp sản xuất và nghiên cứu:
- Đảm bảo chất lượng sản phẩm (QA/QC): Phát hiện sớm các vi sinh vật gây bệnh trong thực phẩm, dược phẩm, đảm bảo sản phẩm tuân thủ các quy định của Bộ Y tế và tiêu chuẩn xuất khẩu.
- Tối ưu hóa quy trình sản xuất: Thông qua các hệ thống lên men và nuôi cấy thử nghiệm (Pilot), doanh nghiệp có thể tìm ra công thức tối ưu trước khi đưa vào sản xuất đại trà.
- Tuân thủ pháp lý và chứng nhận: Một phòng lab đạt chuẩn là điều kiện tiên quyết để đạt các chứng nhận như ISO/IEC 17025, GMP-WHO, hay HACCP.
- An toàn cho nhân sự: Thiết kế phù hợp giúp bảo đảm điều kiện làm việc an toàn, hạn chế rủi ro lây nhiễm cho kỹ thuật viên.
Tiêu chuẩn thiết kế phòng thí nghiệm vi sinh đạt an toàn sinh học
Để thiết kế phòng thí nghiệm vi sinh đạt chuẩn quốc tế, các kỹ sư và nhà quản lý cần tuân thủ bộ tiêu chuẩn khắt khe sau:
Tiêu chuẩn về không gian và kiến trúc (ISO 7218 & GMP)
- Nguyên tắc một chiều (One-way flow): Luồng di chuyển của nhân sự và mẫu phẩm phải đi theo hướng: Khu sạch → Khu kém sạch hơn → Khu xử lý chất thải. Tuyệt đối không đi ngược chiều để tránh nhiễm chéo.
- Vật liệu bề mặt: Sàn Epoxy hoặc Vinyl kháng khuẩn, tường Panel phẳng, các góc cạnh phải được bo tròn (R) để dễ dàng vệ sinh, chịu được hóa chất khử trùng mạnh.
Tiêu chuẩn về không khí và độ sạch (ISO 14644)
Hệ thống HVAC: Phải kiểm soát được số lượng hạt bụi và vi sinh vật trong không khí. Khu vực pha chế, cấy mẫu thường yêu cầu cấp độ sạch Class 7 hoặc Class 5 (theo ISO 14644-1).
Kiểm soát áp suất:
- Áp suất dương (+): Dùng cho phòng bảo vệ mẫu (như phòng pha môi trường) để ngăn bụi xâm nhập.
- Áp suất âm (-): Bắt buộc cho các phòng thao tác với vi sinh vật gây bệnh (BSL-2, BSL-3) để ngăn mầm bệnh thoát ra ngoài.
An toàn sinh học (Biosafety Levels – BSL)
Thiết kế phải tương ứng với cấp độ nguy hiểm của vi sinh vật:
- BSL-1: Phòng thí nghiệm cơ bản.
- BSL-2: Yêu cầu tủ an toàn sinh học (BSC), nồi hấp tiệt trùng tại chỗ, biển báo nguy hiểm sinh học (Phổ biến nhất trong nhà máy Dược/Thực phẩm).
- BSL-3/BSL-4: Yêu cầu hệ thống lọc khí thải HEPA kép, phòng đệm và quy trình cách ly tuyệt đối.
Các khu vực chức năng trong phòng thí nghiệm vi sinh
Trong thiết kế phòng thí nghiệm vi sinh, các khu vực chức năng cần được phân tách rõ ràng, bao gồm:
| Khu vực | Chức năng chính | Yêu cầu kỹ thuật |
| Khu vực đệm (Changing Room) | Thay trang phục bảo hộ, rửa tay. | Có chốt gió (Airshower) hoặc khóa liên động (Interlock). |
| Khu chuẩn bị môi trường | Pha chế hóa chất, môi trường nuôi cấy. | Bàn cân chống rung, máy khuấy từ, nồi hấp tiệt trùng môi trường. |
| Khu cấy vô trùng (Inoculation Room) | Cấy vi sinh, thao tác mẫu nhạy cảm. | Độ sạch cao nhất, trang bị Tủ an toàn sinh học (BSC) hoặc Laminar Flow. |
| Khu nuôi cấy & Lên men (Incubation) | Nơi đặt tủ ấm, máy lắc, hệ thống Bioreactor. | Kiểm soát nhiệt độ ổn định, hệ thống điện dự phòng (UPS). |
| Khu xử lý mẫu & Rửa | Tiêu hủy mẫu sau khi kiểm tra, rửa dụng cụ. | Trang bị nồi hấp hủy mẫu (Decontamination Autoclave), bồn rửa lớn. |
Danh mục thiết bị phòng thí nghiệm vi sinh
Bên cạnh các thiết bị cơ bản (kính hiển vi, tủ ấm), một phòng thí nghiệm vi sinh định hướng công nghệ sinh học và sản xuất (Biotech & Pharma) cần các hệ thống chuyên sâu. Dưới đây là các giải pháp thiết bị trọng tâm mà MT cung cấp:
Hệ thống nuôi cấy Bioreactor
Trong các quy trình sản xuất sinh dược phẩm, bioreactor (bình phản ứng sinh học) là thiết bị giữ vai trò trung tâm, quyết định hiệu quả của toàn bộ quá trình.
- Chức năng: Tạo môi trường phù hợp để tế bào động vật hoặc vi sinh vật phát triển trong điều kiện được kiểm soát.
- Đặc điểm: Thiết kế kín hoàn toàn, tích hợp cánh khuấy từ hoặc cơ học để giảm lực cắt (shear force) gây hại tế bào.
- Ứng dụng: Nuôi cấy tế bào sản xuất vaccine, kháng thể đơn dòng.
Máy lên men vi sinh Fermenter
Khác với Bioreactor (thường dùng cho tế bào), Fermenter chuyên dụng cho nuôi cấy vi khuẩn và nấm men với tốc độ sinh trưởng nhanh và nhu cầu oxy cao.
- Công nghệ: Hệ thống sục khí và khuấy trộn công suất lớn để đảm bảo nồng độ oxy hòa tan (DO) đồng đều.
- Kiểm soát: Tự động hóa hoàn toàn các thông số pH, DO, Nhiệt độ, Bọt (Anti-foam) và Dinh dưỡng (Feed).
Housing lọc chất lỏng
Trong quy trình vi sinh, độ tinh khiết của dịch lỏng là yếu tố sống còn. Housing lọc chất lỏng (Vỏ lọc) chứa các lõi lọc cartridge là giải pháp lọc thô và lọc tinh hiệu quả.
- Vật liệu: Inox 316L vi sinh, đánh bóng bề mặt (Ra < 0.4µm) để chống bám khuẩn.
- Ứng dụng: Lọc trong dịch lên men, lọc khí vô trùng vào tank, lọc hơi nước cho hệ thống SIP.
Bơm ly tâm GEA
Trong quá trình vận chuyển lưu chất vi sinh, yêu cầu quan trọng hàng đầu là thiết kế vệ sinh. Trong đó, bơm ly tâm GEA là giải pháp được nhiều đơn vị trong ngành tin dùng.
- Ưu điểm: Thiết kế tuân thủ EHEDG và 3A, không có góc chết, dễ dàng thực hiện quy trình CIP (Vệ sinh tại chỗ) và SIP (Tiệt trùng tại chỗ).
- Hiệu suất: Vận hành êm ái, hiệu suất cao giúp tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu tác động cơ học lên dịch sinh học.
Lọc tuyến tính (In-line Filtration)
Hệ thống lọc tuyến tính (lắp trực tiếp trên đường ống) đảm bảo tính liên tục của quá trình sản xuất mà không làm gián đoạn dòng chảy.
- Vai trò: Loại bỏ tạp chất, vi sinh vật ngay trên đường ống cấp liệu hoặc thu hoạch sản phẩm.
- Công nghệ: Có thể kết hợp với các hệ thống lọc tiếp tuyến (TFF – Tangential Flow Filtration) để cô đặc và tinh chế protein/virus một cách hiệu quả nhất, giảm thiểu tắc nghẽn màng lọc so với lọc cụt.
Việc đầu tư vào thiết kế phòng thí nghiệm vi sinh đạt chuẩn cùng hệ thống thiết bị hiện đại là bước đi chiến lược để nâng cao năng lực cạnh tranh và chất lượng sản phẩm. MT tự hào là đối tác tin cậy cung cấp các giải pháp toàn diện từ ý tưởng, thiết kế đến lắp đặt và kiểm định (IQ/OQ/PQ). Liên hệ ngay với MT qua hotline: 0767 067 567 để được tư vấn giải pháp thiết kế phòng thí nghiệm vi sinh tốt nhất!
