Sterilisieren mit Plasmatechnologie
Sterilisieren

Sterilisieren

mit atmosphärischen Plasma

Mit Sterilisation, Sterilisierung und Entkeimung bezeichnet man Verfahren, durch die Materialien und Gegenstände von lebenden Mikroorganismen einschließlich ihrer Ruhestadien (z. B. Sporen) befreit werden. Den damit erreichten Zustand der Materialien und Gegenstände bezeichnet man als „steril“.

Bei der Sterilisation von Materialien (z. B. Lebensmittel, Pharmazeutika, Lösungen), Gegenständen, Verpackungen, Geräten (z. B. Gefäße zur Kultur von Mikroorganismen, Endoskope) werden (im Idealfall) alle enthaltenen oder anhaftenden Mikroorganismen einschließlich deren Dauerformen (beispielsweise Sporen) abgetötet sowie Viren, Prionen (infektiöse Proteine), Plasmide und andere DNA-Fragmente zerstört.

In der Praxis gelingt eine vollständige Sterilisation nicht mit 100%iger Sicherheit. Es wird deshalb eine Reduktion der Anzahl an vermehrungsfähigen Mikroorganismen um einen je nach Anwendungsbereich bestimmten Faktor (in Zehnerpotenzen) gefordert oder eine bestimmte Wahrscheinlichkeit der vollständigen Sterilisation.

Die sterilisierende Wirkung von Atmosphärendruck Plasmen ist wissenschaftlich in einer Vielzahl von Untersuchungen grundsätzlich nachgewiesen. Dabei ist die Wirkung ein komplexes Zusammenspiel aus vielen Komponenten, die bei geeigneter Prozesssteuerung gezielt ausbalanciert werden können:

Im Nahfeld wirkt das atmosphärisch erzeugte Plasma durch eine Kombination aus:

  • Licht (UV Strahlung)
  • Elektronen mit hohen kinetischen Energien bis einige keV
  • Hochangeregte Ionen und kurzlebige Sauerstoffspezies
  • Elektrische Felder

Im Sekundärplasma kann ein hochreaktives Gemisch aus sehr verschiedenen chemischen Spezies auf die Oberfläche gerichtet werden:

  • Ozon
  • Peroxide
  • Stickoxide

Dazu kommt noch der effiziente Eintrag von thermischer Energie in die oberflächennahe Schicht.

Je nach Anwendung eignen sich hierzu entweder Plasmasystem gepulster Lichtbogenentladung (PAA® Technologie), wie z.B. der PB3/PS2000 oder die kalte Entladung des PZ2 (PDD®-Technologie).

Bei Anwendung des PZ2 überwiegen die Wirkung aus UV Licht (im Nahfeld) und ROS (reaktiven Sauerstoffspezies, insbesondere Ozon) und RNS (reaktive Stickstoffspezies). Es können im Nahfeld auch sehr hohe elektrische Felder induziert werden. Der Temperatureintrag ist dagegen sehr gering.

Die PDD® Technologie, die die Basis für den PZ2 bildet, ist der zurzeit effizienteste bekannte Ozongenerator.

Mit dem PB3 können aufgrund der hohen Energiedichten im Lichtbogen eine große Menge hochreaktiver Spezies erzeugt werden. Je nach Zusammensetzung des Eingangsgases kann das Gleichgewicht zwischen Ozon, Stickoxiden oder Peroxiden verschoben werden. Gleichzeitig kann eine schockartige Temperaturerhöhung auf der Oberfläche ausgelöst werden. Temperaturen bis zur Zersetzungsgrenze aller organischen und biologischen Materialien werden erreicht und so unter geeigneten Bedingungen von einer nahezu perfekten Sterilität gesprochen werden.

Industrieprodukte

Verpackungen im pharmazeutischen Bereich, Sterilgüter, Blisterverpackungen, Getränkeabfüllung, Lebensmittel

In den meisten Fällen soll im industriellen Bereich ausgehend von eienr geringen Kontamination in kurzer Taktzeit (<1s) praktisch vollständige Sterilität erreicht werden. Damit ist die gepulste Bogenentladung (PAA® Technologie) das Verfahren der Wahl.

Häufig ist allerdings die extrem hohe Erzeugungsrate von ROS (reactive oxygen species) der Piezoelektrischen Entladung (PDD® Technologie) bei sehr geringer Eingangsleistung, hoher Effizienz, kompaktem Aufbau und höchster Sicherheit gewünscht. Hohlräume werden so effizient sterilisiert.

Resistente Erreger

Resistente Erreger stellen weltweit besonders in operativen Intensivstationen, Abteilungen für Brandverletzungen und Neugeborenenstationen aber auch in Altenpflegestationen ein erhebliches Risiko dar. Zunehmend wird nach Methoden gesucht, die ohne den Einsatz von Antibiotika in der klinischen Praxis  multiresistente Erreger abtöten können. Mit dem PZ2 ist es gelungen den als besonders kritisch eingestuften Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) wirkungsvoll zu neutralisieren.

Gebrauchsprodukte

Kosmetische Geräte, alltägliche Gebrauchsgegenstände, Sporttaschen, Schuhe, Frischhalteboxen – natürlich liefert die kostengünstige Piezotechnik auch bei einer Vielzahl von Gebrauchsprodukten durch die keimreduzierenden und der geruchsmindernden Wirkung einen erheblichen Mehrwert für den Nutzer.

Medizinische Implantate

Tischgerät zur Aktivierung medizinischer Implantate

Tischgerät zur Aktivierung medizinischer Implantate

In der Orthopädie, insbesondere im Bereich der Wirbelsäule, haben PEEK-Implantate bereits seit geraumer Zeit ihren festen Platz. Inzwischen werden aber auch Zahnimplantate immer häufiger aus dem Hochleistungskunststoff gefertigt.

Die Gründe dafür liegen unter anderem in den guten mechanischen Eigenschaften, der Biokompatibilität und -stabilität, der guten Sterilisationsbeständigkeit des Polymers sowie seiner Röntgentransparenz.

Positive Effekte des Plasmas:

Zum einen werden durch die Plasmabehandlung eventuell auf der Oberfläche vorhandene Mikroorganismen zerstört. Die keimreduzierende Wirkung des Plasmas hilft, das Infektionsrisiko zu verringern. Gleichzeitig erhöht die „feingereinigte“ Oberfläche die Toleranz des Körpers für den Fremdkörper Implantat. Der zweite Effekt beruht auf der Erhöhung der Oberflächenenergie des Kunststoffes, bis hin zur so genannten Wasserbenetzbarkeit. Daraus resultiert, dass die Oberfläche des Implantats durch körpereigene Stoffe wie Blut und andere Flüssigkeiten besser benetzt werden kann, was den Heilungsprozess fördert und beschleunigt.

Lebendes Gewebe und medizinische Anwendung
Das am besten untersuchte Gebiet der Plasmamedizin ist die Behandlung von Wunden und entzündeten Hautpartien. Da ein direkter Kontakt mit dem lebenden Gewebe gewünscht ist, kann nur ein sogenanntes kaltes Plasma eingesetzt werden. Das kalte Plasma bei Atmosphärendruck wirkt hier auf komplexe Weise: über UV-Strahlen, reaktive Verbindungen und elektrische Felder. Das Zusammenspiel dieser Faktoren verlangsamt das Wachstum von Bakterien erheblich, was die Heilung beschleunigt. Darüber hinaus könnte Plasma das Wachstum von Karies auslösenden Bakterien im Zahnschmelz stoppen oder Entzündungen an Implantaten verhindern. Wir unterstützen in diesem interessanten Feld die Grundlagenforschung.

Bei der Technik haben wir einen entscheidenden Schritt gemacht indem wir mit der PDD® Technologie die effizienteste und wirkungsvollste vergleichbare Methode entwickelt haben. Die Basistechnologie eignet sich gleichermaßen für eine direkte Behandlung der Wunde über einen gasförmigen Plasmastrahl und für eine flächige Barriereentladung auf die zu behandelnde Hautfläche.

Trotz der hohen Wirksamkeit auf eine große Anzahl von typischen Keimen, darunter auch einigen multiresistenten Erregern, die zunehmend im Fokus stehen, sind die bekannten Nebenwirkungen vergleichsweise schwach. Denkbar sind natürlich auch Kombinationsanwendungen mit aktiv zugefügten bioaktiven Stoffen.

Im Einzelnen sind die Übergänge von der medizinischen Therapie in den Kosmetikbereich fließend.

Relyon Plasma Produkte

Relyon Plasma Publikationen