Eine Plasmasterilisation beseitigt vermehrungsfähige Mikroorganismen wie z.B. Viren, Bakterien oder Pilze und deren Sporen. Erfahren Sie jetzt mehr zur Sterilisation und Desinfektion mit Plasma.
Plasmasterilisation einfach erklärt – Definition
Die Plasmasterilisation ist ein innovatives, schnelles und hocheffektives Niedertemperaturverfahren (45 °C bis 60 °C) zur rückstandsfreien Abtötung von Keimen bzw. krankheitserregenden Mikroorganismen. Sie kommt typischerweise in pharmazeutischen oder medizinischen Bereichen zum Einsatz und häufig in der Verpackungsindustrie.
Vorteile
Das Niedertemperaturverfahren hat entscheidende Vorteile, wie Effizienz, Materialschonung, Nachhaltigkeit und Arbeitsplatzsicherheit, gegenüber herkömmlichen Sterilisationsmethoden wie z.B. Dampf (+100 °C) oder Ethylenoxid-Gas (giftig und Rückstände).
Insbesondere aufgrund der thermolabilen Vorteile für hitzeempfindliche Instrumente, eignet sich die trockene Plasmasterilisation für hitze- und feuchtigkeitsempfindliche Materialien. Dazu zählen u.a. chirurgische Materialien, Kunststoffe, Zahnarzt-Instrumente, Kabel oder auch Raumfahrtmaterialien.
Nachteile
Eine Plasmasterilisation hat weniger Nachteile, sondern eher Grenzen. So müssen das behandelte Gut absolut trocken sein und, bei dem Einsatz von Niederdruckplasma, eben vakuumfest sowie plasmabeständig. Durch die Plasmabehandlung in einer Vakuumkammer sind auch Gegenstände mit komplexen Geometrien oder Hohlräumen gut sterilisierbar, was ohne Reaktionsgefäß nicht immer gelingt.
Lösungsansatz von plasma technology: Unsere Plasmaanlagen sterilisieren deshalb nur mit Niederdruckplasma. Dies sorgt für effiziente Durchlaufzeiten und, dank der hohen Langlebigkeit unserer Produkte, sind unsere Lösungen effizient und wirtschaftlich.
Anwendung für Materialien und Produkte
Geeignete Produkte und Materialien für die Plasma-Sterilisation oder Desinfektion. Welche Produkte oder Materialien können im Niederdruckplasma desinfiziert oder sterilisiert werden?
Materialien
Neben unterschiedlichen Metallen können auch Polymere (Kunststoffe), wie beispielsweise Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere, TPU und speziell auch Silikone im Plasma gereinigt, desinfiziert und sterilisiert werden. Auch Glas, Keramik oder unterschiedliche Textilien und Membrane sind für eine Plasmasterilisation und Plasmadesinfektion geeignet.
Grundsätzlich müssen Werkstoffe bzw. Materialien plasma- oder vakuumbeständig sein, um eine Plasmabehandlung durchführen zu können. Materialien, die durch starkes Ausgasen eine erhebliche Störung des Vakuums oder des Plasmas verursachen, kommen folglich nicht für eine Behandlung im Niederdruckplasma in Frage.
Produkte
Typische Produkte, die sich für die Desinfektion oder Sterilisation im Niederdruckplasma eignen, kommen unter anderem aus pharmazeutischen, (zahn-)medizinischen Bereichen oder aus der Verpackungsindustrie. Für die Plasmasterilisation im Niederdruck müssen die Produkte in die Plasmakammern eingebracht werden können.
Fest verbaute Teile, beispielsweise Krankenhaus-Interieur, lassen sich nicht im Niederdruckplasma behandeln. Auch erreicht das Plasma keine Produkte, die bereits fertig verpackt sind. Das Plasma sterilisiert in diesem Fall nur die Verpackung, jedoch nicht das Produkt selbst.
Produktbeispiele, welche sich erfolgreich im Niederdruckplasma desinfizieren und sterilisieren lassen:
- Atemschutzmasken
- Schutzbrillen
- OP-Besteck
- Zahnarzt-Instrumente
- Katheter und Prothesen.
- Endoskope (thermolabil)
- PE-, PP- und Blister-Verpackungen
Auch FFP3-Atemschutzmasken und andere Schutzausrüstung für Klinikpersonal, die normalerweise für eine einmalige Nutzung gedacht sind, lassen sich durch die Plasma-Desinfektion für einen weiteren Gebrauch wiederaufbereiten.
Verfahren und Funktionsweise
Die Gasplasma-Sterilisation ist ein schonendes und trockenes Niederdruckverfahren, welches die Zellbestandteile von vermehrungsfähigen Mikroorganismen oxidiert und vollständig zerstört. Da es i.d.R. bei Temperaturen zwischen 37 °C und 60 °C ausgeführt wird, eignet es sich hervorragend für thermolabile Materialien.
Plasmasterilisation Verfahren
Plasma schädigt bzw. inaktiviert nachweislich alle Bestandteile von Krankheitserregern wie Bakterien, Viren, Virionen, Prionen oder Pilze und deren Sporen. So werden u.a. deren Zellwände, Virushüllen oder Sporenhüllen, die Zellmembrane und die DNA-Erbinformation der Erreger zerstört. Des Weiteren befreit Plasma die Oberflächen von Verunreinigungen und Toxinen.
Bei einem Niederdruckverfahren wird das Sterilgut (gereinigt & getrocknet) wird in eine Sterilisationskammer eingebracht. Bei einem Einsatz von Niederdruckplasma, wird die Kammer evakuiert, um ein Vakuum zu erzeugen und ein Prozessgas hinzugeführt.
Durch die hohe Spaltgängigkeit des Niederdruckplasmas werden auch kleinste Hohlräume und Spalte mit der Plasma-Desinfektion bzw. Sterilisation erreicht. Je nach genutztem Prozessgas und der gewählten Behandlungsintensität und –Dauer in der Plasmaatmosphäre, werden Produkte sowohl desinfiziert als auch sterilisiert.
Plasmasterilisation Funktionsweise
Die in wissenschaftlich nachgewiesene Sterilisationswirkung von Plasma kommt durch mehrere Komponenten zustande.
Die Komponenten und Funktionsweise im Detail:
Hohe Reaktivität der im Plasma enthaltenen Teilchen
– Die unterschiedlichen reaktiven Spezies, die im Plasma enthalten sind, schädigen organische Moleküle von lebenden Organismen, beispielsweise Bakterien.
– Bakterien werden durch die im Plasma vorhandenen Oxide abgetötet.
Entstehende UV-Strahlung im Niederdruckplasma
– Ultraviolette Strahlung ist ein starkes Desinfektionsmittel und schädigen die Erbinformation der Keime, also die DNA-Moleküle.
– UV-Strahlung erreicht lebende Zellen, wie beispielsweise Bakterien, als auch Viren, die keinen eigenen Stoffwechsel besitzen.
– Viren werden durch die im Plasma vorhandene UV-Strahlung inaktiviert.
– Bakterien werden durch die im Plasma vorhandenen UV-Strahlung abgetötet.
Hohe kinetische Energie der Ionen und Elektronen
– Die Plasmateilchen treffen mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberflächen der Produkte und lösen vorhandene Verschmutzungen und Erreger mechanisch ab (Sputter-Effekte).
– Unabhängig von der Beschaffenheit der Teilchen, ob lebend oder nicht, können diese mechanisch gelöst, in die Gasphase überführt und durch den konstanten Gastransport aus der Behandlungskammer abgeführt werden.
– Die geladenen Teilchen zerstören Verbindungen in den Zellmembranen und erreichen damit auch die Virushüllen von behüllten Viren (zur Information: Der SARS-CoV-2 Virus ist ein behüllter Virus).
Das im Niederdruckplasma anliegende Feinvakuum
– Durch das anliegende Feinvakuum und die Temperaturerhöhung beim Kontakt mit den energiereichen Plasmaspezies werden die Organismen der Krankheitserreger ausgetrocknet.
Plasmadesinfektion
Eine Plasmadesinfektion reduziert die Anzahl krankmachender Keime, sodass von einem Gegenstand keine Infektionsgefahr mehr ausgeht. Es sind Verfahren zur gezielten, aber nicht vollständigen, Abtötung und Inaktivierung von krankmachenden (pathogenen) Keimen. Desinfizierte Gegenstände sind also nicht 100% keimfrei, sondern keimreduziert bzw. keimarm. Eine wirksame Desinfektion erzielt eine KRINKO Leitlinie von ca. 84 bis 99,9 %. Je nach genutztem Prozessgas und der gewählten Behandlungsintensität und –Dauer in der Plasmaatmosphäre werden Produkte sowohl desinfiziert als auch sterilisiert.
Unterschied zur Plasmareinigung
Unter einer Plasmareinigung versteht man im Allgemeinen die Entfernung störender Verschmutzungen und Mikroorganismen, ohne letztere jedoch abzutöten oder zu inaktivieren. In medizinischen Bereichen kann eine Reinigung beispielsweise durch Reinigungsmittel, mithilfe von Tüchern oder Staubsaugern erfolgen.
Bezogen auf Plasma entspricht die mechanische Entfernung von Mikroorganismen durch Sputter-Effekte einer einfachen Reinigung. Eine einfache Reinigung erzielt eine Keimreduktion von ca. 50-80%.
Eine Plasmadesinfektion erzielt also eine deutliche höhere Keimreduktion, als eine Plasmareinigung.
Unterschied zur Plasmasterilisation
Der Kernunterschied zwischen Plasmadesinfektion und Plasmasterilisation liegt in der (prozentualen) Reduktion der Keimzahl, welche mit einer Desinfektion deutlich reduziert wird (84 bis 99,9 %) und bei einer Sterilisation komplett (100 %) rückstandslos ist. Sterile Produkte sind also frei von vermehrungsfähigen Keimen, beispielsweise Bakterien, Pilze oder Sporen. Auch Prionen, Viren oder Virionen müssen inaktiviert sein
Eine Plasmadesinfektion kann auf lebendem Gewebe, z.B. zur Wundbehandlung mit Kaltplasma (unter 40 °C), und vor Ort angewendet werden.
Eine Plasmasterilisation führt man gewöhnlich in einer optimierten Niederdruckplasma-Anlage mit entsprechenden Durchlaufzeiten sowie Prozessgasen durch.
Passende Plasmaanlagen und Prozessgase
Die Auswahl der passenden Plasmaanlage, als auch Prozessgases, richtet sich in erster Linie nach dem zu behandelten Produkt. Ebenso sind Produktmengen, geplante Zeitpunkte einer Desinfektion oder Sterilisation und das angestrebte Ergebnis zu berücksichtigen.
Passende Plasmaanlagen zum Sterilisieren mit Niederdruckplasma:
Soll ein Sterilisationsprozess in eine Produktion integriert werden, so bieten sich großvolumige Produktionsanlagen an. Produktionsanlagen werden auf die speziellen Anforderungen der Produkte, die es zu sterilisieren gilt, angepasst und auf die bestehenden Fertigungsabläufe abgestimmt. Die Plasmaanlagen können zusätzlich mit einer Schleusenfunktion ausgestattet werden.
Passende Niederdruckplasma-Anlagen zur Plasmadesinfektion:
Für einen eher mobilen Einsatz vor Ort, zur Desinfektion nach einer ersten Benutzung von kleineren Produkten, sind sicherlich kleine Laboranlagen besser geeignet.
Als geeignete Prozessgase kommen sowohl unterschiedliche Edelgase, als auch Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff in Frage. Ebenso sind Mischungen verschiedener Gase denkbar. Die Auswahl des Prozessgases richtet sich nach dem Produkt, welches sterilisiert oder desinfiziert werden soll. Aber auch die angestrebte Wirkung des Plasmaprozesses fließt in Auswahl mit ein.