Plasmasterilisation und Desinfektion

Sterilisieren und desinfizieren mit Plasma

Sämtliche Krankheitserreger, Bakterien, Pilze und Viren müssen effizient von Oberflächen entfernt, abgetötet oder im Fall von Viren inaktiviert werden. Auch Einwegprodukte werden vor ihrem ersten Einsatz keimfrei konditioniert.

Es wird daher regelmäßig mit entsprechenden Mitteln und Methoden sterilisiert und desinfiziert. Zum Einsatz kommen dabei zumeist unterschiedliche chemische Substanzen, Oxidationsmittel, hohe Temperaturen, Dampf oder Strahlung. Leider sind viele dieser Methoden auch teilweise mit unerwünschten Nebenwirkungen verbunden. Behandelte Materialien und Komponenten können thermisch oder chemisch angegriffen und geschädigt werden. Im Extremfall oder bei unsachgemäßer Anwendung gefährden einige dieser Desinfektionsmethoden sogar die Gesundheit des Anwenders.

Die Desinfektion und Sterilisation im Niederdruckplasma bietet für kleinere und mobile Komponenten eine umwelt- und gesundheitsschonende Alternative zu den konventionellen Verfahren. Durch die im Niederdruckplasma vorherrschenden niedrigen Temperaturen eignet sich das Verfahren besonders auch für temperaturempfindliche Materialien. Darüber hinaus ist die Plasmasterilisation ein überaus schneller Prozess. Je nach Beschaffenheit, Größe und Material des Produktes lassen sich teilweise auch Behandlungszeiten unter einer Minute realisieren.

Eine Untersuchung der Hohenstein Laboratories GmbH & Co. KG aus April 2020, von plasma technology GmbH in Auftrag gegeben, bestätigt die Wirksamkeit definierter Plasmaprozesse zur Bekämpfung von Viren.

Prüfbericht der Untersuchungen der Hohenstein Laboratories GmbH & Co. KG anfordern.

Wie funktioniert die Plasmasterilisation?

Plasma ist ein stark reaktives, ionisiertes Gas das aus freien Elektronen, Ionen, angeregten Atomen, freien Atomen, den sog. Radikalen, Molekülfragmenten und Photonen (sichtbares Licht und UV Licht) besteht.

(siehe auch „Was ist Plasma“ ).

Plasma schädigt nachweislich alle Bestandteile von Krankheitserregern. So werden u.a. deren Zellwände, Virushüllen oder Sporenhüllen, die Zellmembrane und die DNA Erbinformation der Erreger zerstört. Plasma tötet oder inaktiviert also vorhanden Bakterien, Viren, Virionen (= Viruspartikel, das sich außerhalb einer Zelle befinden, die Übertragungsform der Viren), Prionen und Pilze und reinigt Oberflächen von Verunreinigungen und Toxinen. Durch die hohe Spaltgängigkeit des Niederdruckplasmas werden auch kleinste Hohlräume und Spalte mit der Plasma-Desinfektion bzw. Sterilisation erreicht.

Die in wissenschaftlichen Untersuchungen nachgewiesene Sterilisationswirkung von Plasma kommt durch mehrere Komponenten zustande. Unter anderem sind dies:

Die 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.

Die im Niederdruckplasma entstehende UV-Strahlung

• Ultraviolette Strahlung ist ein starkes Desinfektionsmittel. UV-Strahlen schädigen die Erbinformation der Keime, also die DNA-Moleküle. Damit erreicht es nicht nur lebende Zellen wie beispielsweise Bakterien, sondern 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.

Die 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. Man spricht hier von Sputter-Effekten. 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.

Geeignete Produkte und Materialien für die Plasma-Sterilisation oder Desinfektion

Welche Produkte oder Materialien können im Niederdruckplasma desinfiziert oder sterilisiert werden?

Materialien:

Die Liste der im Niederdruckplasma behandelbaren Materialien ist lang. 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 für die Behandlung im Niederdruckplasma vakuumfest und plasmabeständig sein. Materialien, die durch starkes Ausgasen eine erhebliche Störung des Vakuums oder des Plasmas verursachen, kommen 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 oder 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.

Beispielsweise folgende Produkte lassen sich erfolgreich im Niederdruckplasma desinfizieren und sterilisieren:

• Atemschutzmasken
• Schutzbrillen
• OP-Besteck
• Blister-Verpackungen
• Zahnarzt-Instrumente

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.

Geeignete Plasmaanlagen und Plasmaprozesse für die Desinfektion und Sterilisation:

Die Auswahl der geeigneten Anlage und des passenden Prozessgases richtet sich in erster Linie nach dem Produkt, das behandelt werden soll, der Menge der Produkte, dem geplanten Zeitpunkt einer Desinfektion oder Sterilisation und dem angestrebten Ergebnis der Behandlung.

Welche Plasmaanlagen und Prozessgase eignen sich zum Sterilisieren oder Desinfizieren ?

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. Mehr erfahren zu Produktionsanlagen…

Für einen eher mobilen Einsatz vor Ort, zur Desinfektion nach einer ersten Benutzung von kleineren Produkten, sind sicherlich kleine Laboranlagen besser geeignet (siehe auch „Labor und Kleinserien“). Mehr erfahren zu Labor und Kleinserien…

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, das sterilisiert oder desinfiziert werden soll. Aber auch die angestrebte Wirkung des Plasmaprozesses fließt in Auswahl mit ein. Siehe auch FAQ zu Plasma...

Definition von Reinigung, Desinfektion und Sterilisation

Wie unterscheiden sich die Reinigung, die Desinfektion und die Sterilisation?

Mit Hinblick auf die angestrebte Sauberkeit von Produkten und Oberflächen unterscheidet man zwischen einfachem Reinigen, einer Desinfektion und einer Sterilisation. Unterschiedliche Behandlungsmethoden führen zu einem unterschiedlichen Ergebnis. Dabei ist die Reduktion der Keimzahl ein wichtiges Kriterium.

Reinigung

Unter einer Reinigung 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% (siehe KRINKO Leitlinien).

Desinfektion

Eine Desinfektion 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 keimfrei, sondern keimreduziert bzw. keimarm. Eine wirksame Desinfektion erzielt eine Keimreduktion von ca. 84-99,9% (siehe KRINKO Leitlinien). Je nach genutztem Prozessgas und der gewählten Behandlungsintensität und –dauer in der Plasmaatmosphäre werden Produkte sowohl desinfiziert als auch sterilisiert.

Sterilisation

Eine Sterilisation ist ein Verfahren zur vollständigen Abtötung und Inaktivierung, also zur irreversiblen Schädigung, sämtlicher Mikroorganismen einschließlich ihrer Ruhestadien, also beispielsweise auch von Sporen und Keimen. Sterile Produkte sind also frei von vermehrungsfähigen Keimen, beispielsweise Bakterien, Pilze oder Sporen. Auch Prionen, Viren oder Virionen müssen inaktiviert sein. Je nach genutztem Prozessgas und der gewählten Behandlungsintensität und –dauer in der Plasmaatmosphäre werden Produkte sowohl desinfiziert als auch sterilisiert.