תאי כפפות

תאי כפפות, או Glove Boxes, הם מערכות סגורות המאפשרות למשתמש לבצע פעולות רגישות בסביבה מבוקרת, ללא חשיפה ישירה לאוויר החיצוני.

מערכות אלו מצוידות בכפפות משולבות בפנל הקדמי, דרכן ניתן לבצע ניסויים או תהליכים מורכבים תוך שמירה על סביבה סטרילית, נטולת לחות, חמצן או מזהמים.

תא כפפות טיפוסי כולל:

 תיבת עבודה סגורה ואטומה

 כפפות גומי מובנות בפנל הקדמי

 כניסת גז אינרטי (לרוב ארגון או חנקן)

אופציה:

 בקרת לחות ורמות חמצן

 מערכות סינון (HEPA, מסנני גזים)

 לעיתים כולל גם מערכת ואקום או בקרת לחץ חיובי/שלילי

שימושים לפי תחומים ותעשיות

תעשיית המחקר והאקדמיה

 ניסויים בכימיה רטובה עם חומרים רגישים לחמצן או מים

 סינתזות אורגניות ואנאורגניות

 מחקר בחומרים מתכלים או רעילים

 הכנת דגימות למיקרוסקופיה או ספקטרוסקופיה

תעשיית הסוללות והאנרגיה

 הרכבה ובדיקה של תאי ליתיום-יון ותאי סוללה מתקדמים

 מניעת חשיפה ללחות שמפרקת אלקטרוליטים רגישים

 סינתזה של חומרים פעילים בתנאים יבשים לחלוטין

פרמצבטיקה וביוטכנולוגיה

 טיפול בחומרים סטריליים או מסוכנים ביולוגית

 גידול חיידקים/תאים בסביבה אנאירובית או סטרילית

 הכנת תרביות בתנאים סטריליים קפדניים

תעשיית הכימיה והכימיה האנליטית

 ניסויים עם חומרים פירופוריים (מתלקחים במגע עם אוויר)

 עבודה עם ריאגנטים רגישים (כגון תרכובות אורגנוליתיום)

 תהליכים של כרומטוגרפיה, זיקוק וניקוי חומרים

תעשיית האלקטרוניקה והננוטכנולוגיה

 טיפול במוליכים למחצה, OLEDs, תאים סולאריים פרובסקיטיים

 עבודה עם חומרים מולקולריים רגישים

 יצירת שכבות דקות (Thin Films) בתנאים מבוקרים

תעשיות גרעיניות וחומרים רדיואקטיביים

 הגנה על המשתמש מפני קרינה

 מניעת זיהום סביבתי

 ניסויים עם איזוטופים רדיואקטיביים

תעשיית החלל והתעופה

 טיפול ברכיבים קריטיים לסביבת חלל

 סימולציות של סביבות ריקות/חסרות חמצן

 ניסויים בסביבות דמויות ירח/מאדים

סוגי תאי כפפות

 אטמוספריים (Inert Atmosphere): למניעת מגע עם חמצן או לחות.

 ואקום/לחץ נמוך: לסילוק מזהמים ואדים.

 ביולוגיים (Biosafety Glove Boxes): להגנה מפני זיהום ביולוגי.

 רדיולוגיים: להגנה מפני קרינה.

תאי כפפות עם אטמוספירה אינרטית (Inert Atmosphere Glove Boxes)

 סביבה פנימית מלאה בגז אינרטי (לרוב ארגון או חנקן)

 רמות חמצן ולחות נמוכות במיוחד (0.1 ppm–1 ppm)

 מערכות טיהור ובקרה של חמצן ולחות

 מתאימים לעבודה עם חומרים רגישים לאוויר או מים

שימושים:

 ייצור ותכנון סוללות ליתיום-יון

 כימיה אורגנומתכתית

 חומרים פירופוריים וריאגנטים רגישים

תאי כפפות בלחץ שלילי (Negative Pressure Glove Boxes)

 לחץ פנימי נמוך מהלחץ האטמוספרי

 מערכת יניקת אוויר + מסננים (HEPA, ULPA)

 מגינה על המשתמש מפני חומרים רעילים/מסוכנים

שימושים:

 טיפול בחומרים רדיואקטיביים

 עבודה עם פתוגנים או חומרים ביולוגיים מסוכנים (BSL-3 / BSL-4)

 יישומים בטוקסיקולוגיה, תרופות וצמחים רעילים

תאי כפפות בלחץ חיובי (Positive Pressure Glove Boxes)

 לחץ פנימי גבוה מהאטמוספירה

 סינון האוויר הנכנס

 מגנים על החומר/המוצר מפני מזהמים חיצוניים

שימושים:

 תרביות סטריליות

 פרמצבטיקה וניסויים ביולוגיים רגישים

 ייצור סטרילי של תרופות

תאי כפפות עם מערכת ואקום (Vacuum Glove Boxes)

 הפעלה עם מערכות ריק (ואקום) לשם ייבוש, החלפת אטמוספירה או העברת דגימות

 בדרך כלל משולבים עם תאי טיהור לגזים אינרטיים

שימושים:

 סינתזה של חומרים רגישים לחמצן ולחות

 עיבוד אבקות מתכת רגישות

 הכנת רכיבים למערכות חלל

תאי כפפות ביולוגיים (Biological Safety Glove Boxes / Isolators)

 הגנה דו-כיוונית: גם על המשתמש וגם על החומר

 לעיתים משולבים עם זרימת אוויר למניעת הצטברות מזהמים

 עומדים בתקני GMP / ISO 14644

שימושים:

 תרופות ביולוגיות

 טיפול בחומרים רדיואקטיביים וביו-אקטיביים

 מעבדות פתולוגיה וניסוי בחיידקים

תאי כפפות עם הגנה מפני פיצוץ (Explosion-Proof Glove Boxes)

 בנויים מחומרים עמידים לפיצוץ (פלדה, זכוכית מחוסמת)

 מיועדים לעבודה עם גזים דליקים או חומרים ריאקטיביים

 כוללים חיישני גז, שסתומי ביטחון ותחנות ניטור

שימושים:

 כימיקלים ריאקטיביים במיוחד

 תהליכים תרמיים בתנאים מסוכנים

 ייצור ניסיוני בתעשייה הכימית

תאי כפפות מותאמים אישית (Custom Glove Boxes)

 התאמה ובניה לפי צורכי המשתמש: גודל, מספר כפפות, חיבורים למכשור נוסף

 אפשרות לשילוב עם תנורים, מאזניים, מצלמות, מנשמים, או מערכות רובוטיות

 תעשיות חלל ותעופה

 מרכזי מחקר לאומיים

 מערכות אוטומטיות לייצור סדרתי

מערכות נוספות בתאי כפפות מתקדמים:

 מערכת בקרה דיגיטלית עם מסך מגע

 בקרת לחות / חמצן אוטומטית

 נעילת מעבר (airlock) להעברת דגימות

 חיבור לואקום או לגז אינרטי

 רישום נתונים (data logging)

מבנה תאי כפפות (Glove Boxes)   

גוף התא (Main Chamber / Work Area)

חומרי בנייה:

נירוסטה (Stainless Steel 304/316): הנפוצה ביותר – עמידה בפני קורוזיה, נוחה לניקוי.

PMMA (פוליקרבונט / אקריליק): שקוף, קל, לרוב בדגמים פשוטים או לצפייה.

זכוכית בטיחות: לשילוב עם תאורה ולחץ גבוה.

מאפיינים:

 תא סגור ואטום לאוויר.

 חלון קדמי שקוף – לצפייה ישירה.

 לעיתים כולל חיבור לציוד פנימי: מאזניים, תנורים, צנטריפוגות.

כפפות עבודה (Gloves / Gauntlets)

חומרים:

Butyl, Hypalon, Neoprene, Nitrile – לפי הצורך בכימית, ביולוגית או אטימות לחמצן.

מאפיינים:

 מאפשרות שליטה מלאה בעבודה תוך שמירה על הפרדה מלאה בין המשתמש לסביבה הפנימית.

 מחוברות הרמטית לחזית התא.

 תא מעבר   (Antechamber / Airlock)

תא המעבר מאפשר הכנסה והוצאה של ציוד, דגימות או חומרים  לתוך התא מבלי להפר את האטמוספירה הפנימית והמבוקרת.

מניעת כניסת חמצן, לחות או מזהמים מבחוץ.

שימור רציפות העבודה: מאפשר הכנסת חומרים תוך כדי עבודה שוטפת בתא המרכזי.

הפחתת בזבוז גז: מונע את הצורך לנקות את כל התא מחדש בכל הכנסת פריט.

מבנה ומרכיבים

1. תא גלילי או קובייתי קטן – מחובר צדדית לגוף תא הכפפות.

2. שתי דלתות הרמטיות:

    דלת חיצונית – לפתח הכניסה מבחוץ.

    דלת פנימית – לתוך אזור העבודה בתא הכפפות.

   > לעולם לא נפתחות בו זמנית כדי לשמור על אטמוספירה מבודדת.

3. שסתומי גז או ואקום:

    ריקון האוויר מהתא (ואקום) או שטיפה בגז אינרטי (למשל ארגון).

    נעשה לפני פתיחת הדלת הפנימית.

4. מד לחץ או חיישני חמצן/לחות – לניטור מצב הסביבה בתא המעבר.

אופן השימוש :

1. פותחים את הדלת החיצונית ומכניסים את הפריטים לתוך תא המעבר.

2. סוגרים את הדלת החיצונית.

3. מבצעים שטיפה בגז אינרטי או ריקון בוואקום כדי לטהר את התא.

4. כאשר רמות החמצן והלחות נמוכות מספיק – פותחים את הדלת הפנימית ומכניסים את הפריטים לתא המרכזי.

 מערכת גז / בקרת אטמוספירה (Atmosphere Control System)

מרכיבים:

 כניסת גז אינרטי (לרוב ארגון או חנקן)

 מערכת טיהור גז: מסירי חמצן, מסירי לחות (למשל Molecular Sieves, Cu catalyst)

 מערכת סירקולציה: מפוח פנימי לסחרור רציף של הגז

 חיישנים: לניטור חמצן ולחות ברזולוציה של 0.1 ppm

מטרת המערכת: שמירה על אטמוספירה יבשה, חסרת חמצן וללא מזהמים.

מערכות בקרה (Control Panel & Automation)

כולל:

 מסך מגע לניטור ובקרה

 הגדרות זרימת גז, חמצן, לחות, ואקום

 מערכת התראות לחירום או תקלה

 לעיתים כוללת רישום נתונים (Data Logging) לחוקרים

. תאורה פנימית

 נורות LED או פלורסנט עם הגנה פנימית

 חיונית לעבודה מדויקת בתוך התא

 לעיתים עם אפשרות של תאורת UV לעיקור

 מסננים ואמצעי בטיחות

סוגים נפוצים:

 מסנני HEPA/ULPA: לשמירה על סטריליות או סינון חומרים מסוכנים

 שסתומי ביטחון: להגנה מפני עלייה בלחץ

 חיישני גז/דליפה

מערכת חימום\קרור בתא

לעבודה בטמפרטורה מבוקרת