Laborautoklaven mit Dampfsterilisation

Übersetzt aus dem Englischen und neu aufgesetzt von Katharina Groß - 2019

 

Es ist wichtig sicherzustellen, dass die in Laborautoklaven verarbeiteten Materialien für die Sterilisation angemessenen Bedingungen ausgesetzt werden. Nur so lassen sich Sterilisationsaufgaben im Labor durchführen. Die Validierung der Sterilisation kann dabei auf verschiedene Arten erfolgen:

 

  • Physische Überwachung über den Bildschirm oder Ausdruck des Autoklaven,
  • Chemisches Monitoring mit chemischen Indikatoren
  • Wirksamkeitstests mit biologischen Indikatoren
  • Funktionsprüfung des Autoklaven.

 

In diesem Artikel werden die Dampfsterilisationszyklen beschrieben. Besonders auf zwei Testzyklen wird genau eingegangen. Denn mit ihnen wird sichergestellt, dass ein Laborautoklav ordnungsgemäß funktioniert. Das ist zum einen der Bowie-Dick-Test oder der dynamische Luftentfernungstest sowie zum anderen der Vakuumlecktest. Diese Validierungstests werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, einschließlich der Sterilisation von Medizinprodukten, pharmazeutischen Produkten und Abfällen aus Bio-Containment-Labors.

 

  • Mit Sterilisation, Entkeimung und Sterilisierung werden Verfahren bezeichnet, bei denen Materialien und Gegenstände von lebenden Mikroorganismen einschließlich ihrer Sporen befreit werden. Den erreichten Zustand der Materialien und Gegenstände bezeichnet man als steril.

 

Der Bowie-Dick-Testzyklus

 

Der Bowie-Dick-Test, auch als dynamischer Luftentfernungstest bekannt, ist zwar kein Ersatz für Sterilitätstests, sorgt jedoch dafür, dass die Luft aus der Kammer eines Vorvakuum-Autoklaven ordnungsgemäß entfernt wird. Kühle Lufttaschen fungieren als Barriere, die verhindert, dass Dampf in die Ladung eindringt. Daher muss die Luft durch ein Vakuum entfernt werden.

 

 

 

Die ersten Bowie-Dick-Testpackungen bestanden aus 29-36 Huckaback-Handtüchern, die jeweils gefaltet und auf eine Höhe von 10-11 Zoll gestapelt wurden, wobei sich in der Mitte der Packung ein Autoklavenband befand. Heutzutage verwenden Laboratorien kleine Einwegverpackungen aus thermochromatischem Papier, die zwischen porösen Substraten und retikuliertem Schaum eingelegt sind. Um den Test durchzuführen, wird eine Packung in eine leere Kammer auf dem untersten Regal über dem Abfluss (dem kältesten Punkt in der Kammer) gelegt und ein „Bowie-Dick-Zyklus“ eingeleitet. Der Sterilisationszyklus besteht aus drei bis vier Vorvakuumimpulsen, bevor der Sollwert von 270 ° F erreicht wird.

 

Das thermochromatische Papier in der Packung zeigt an, ob Dampf in die poröse Ladung eingedrungen ist. Eine Bowie-Dick-Testpackung, die ein einheitliches dunkelschwarzes Farbmuster aufweist, weist auf ein erfolgreiches Vakuum und eine vollständige Dampfpenetration hin, wohingegen keine oder nur eine teilweise Farbänderung auf einen erfolglosen Testzyklus hinweist.

 

Dieser Test kann täglich oder seltener durchgeführt werden, abhängig von den Anforderungen der Einrichtung und der SOP. Wenn der Bowie-Dick-Test fehlschlägt, sollten sowohl der Autoklav als auch die Laboreinrichtungen überprüft werden. Ein Prevac-Zyklus sollte erst dann mit Sicherheit angewendet werden, wenn der Test mit bestandenem Ergebnis wiederholt wurde

 

Die Vakuum-Dichtheitsprüfung

 

Der Vakuumdichtigkeitstest wird verwendet, um die luftdichte Unversehrtheit der Kammer und des Rohrleitungssystems eines Vorvakuumautoklaven zu bestimmen. Dieser Test setzt die Leitungen und Komponenten des Autoklaven Vakuumbedingungen aus und misst, wie viel Vakuumtiefe über einen bestimmten Zeitraum verloren gegangen ist. Ein typischer Vakuumlecktestzyklus besteht aus drei Vakuum- / Druckimpulsen, gefolgt von einer 15-minütigen Verweilzeit bei tiefem Vakuum. Nach Beendigung des Zyklus wird auf dem Kontrollbildschirm des Autoklaven eine Leckrate in Einheiten wie psia / min, kPa / min, mbar / min oder mmHG / min angezeigt. Das Bestehen / Nichtbestehen-Kriterium für eine Vakuum-Dichtheitsprüfung wird letztendlich von den Spezifikationen des Benutzers bestimmt. Die Industriestandards fordern jedoch eine durchschnittliche Leckrate von 1 mmHG / min oder weniger. Die Häufigkeit des Tests hängt von der SOP der Einrichtung und der Risikotoleranz ab. Die regelmäßige Durchführung einer Vakuum-Dichtheitsprüfung erhöht das Vertrauen in die Unversehrtheit der Kammer und der Rohrleitungen.

 

 

Laborautoklaven werden bei der Installation kalibriert. Es ist jedoch wichtig, regelmäßig zu überprüfen, ob sie ordnungsgemäß funktionieren. Der Bowie-Dick-Test und der Vakuumlecktest sind einfache Funktionsprüfungen, die in die Standardarbeitsanweisungen für die Verwendung von Vorvakuumautoklaven aufgenommen werden sollten.

 

Die Vakummsverhältnissteuerung ist enorm wichtig

 

Viele aktuelle Sterilisatoren besitzen eine Vakummsverhältnissteuerung, um Vakuum- und Druckanstiege zu kontrollieren. Aber die Verhältnissteuerung kommt häufig nicht zum Einsatz. Wird keine Verhältnissteuerung genutzt, kann während des Prozesses Dampf mit maximaler Geschwindigkeit in die Vakuumkammer eindringen und zu Überhitzung und Verletzungen der Norm EN 285 führen. Die Steuerung des Druckverhältnisses sorgt für einen langsamen Druckanstieg, sodass es zu keiner Überhitzung kommt. Sollte keine Vakuumverhältnissteuerung angewendet werden, passiert das Umgekehrte. Der Druck in der Kammer verschwindet mit Höchstgeschwindigkeit aus der Vakuumpumpe. Dann zerplatzt die Flasche oder der Beutel, der sterilisiert werden soll. Durch die Vakummsverhältnissteuerung  lässt sich der Druckabfall deutlich verringern. Der Innendruck wird ausgeglichen und das verhindert ein zerplatzen der Beutel.

 

Warum ist es wichtig, Dampfsterilisationsprozesse durchzuführen?

 

Dampfsterilisationsprozesse sind wichtig, um reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen. Dafür müssen bestimmte Sicherheitsaspekte beachtet werden. Sonst funktionieren die Dampfsterilisation sowie die Sterilisation von Flüssigkeiten nicht richtig. In der Regel erfolgt die Sterilisation bei einer Temperatur von 121⁰C. Dies lässt sich mit einem Dampfdruck von etwa 2 bar vergleichen. Hohe Temperaturen mit entsprechendem Druck haben allerdings ein erhebliches Gefahrenpotenzial für Anwender. Besonders, wenn der Dampfsterilisationsprozess falsch ausgeführt wird. Deshalb ist es sinnvoll, regelmäßig Tests durchzuführen.

 

Sterilisieren von Flüssigkeiten

 

Zu den anspruchsvollsten Aufgaben im Labor zählt das Sterilisieren von Flüssigkeiten. Ein solcher Sterilisationsprozess dauert oft sehr lange. Die Flaschen müssen offen oder halb offen sein. Beim Sterilisieren mit Dampf kann es passieren, dass die Flüssigkeit zum Teil verkocht oder die Flüssigkeit sogar überkocht. Schlimmer noch, die Flaschen können bersten. Nicht immer ist es möglich, die entsprechende Flüssigkeit in den Flaschen auf die gewünschte Sterilisationstemperatur (z.B. 121⁰C) zu bringen. Sie können deshalb nicht immer problemlos dem Autoklaven entnommen werden.

 

Sterilisationsprozess für Flüssigkeiten

 

Der Sterilisationsprozess für Flüssigkeiten besteht aus drei Phasen. Der

 

  • Aufheizphase und Ausgleichzeit,
  • der Sterilisierphase, 121⁰C
  • und der Kühlphase.

 

Prozess der Sterilisation

 

Die notwendige Temperatur von 121⁰C im Druckbehälter des Autoklaven wird zügig erreicht. Allerdings benötigen die zu sterilisierenden Flüssigkeiten in den Flaschen deutlich länger, um die geforderte Sterilisiertemperatur zu erreichen. Die Wärmeenergie, die durch den Dampf entsteht, überträgt sich in der Zeit des Aufheizens durch das Kondensieren des Dampfes auf die Flaschen. Dieser Kondensationsprozess und der Wärmeübergang benötigen einige Zeit. Zwischen dem bloßen Aufheizen des Druckbehälters und dem Aufheizen der Flüssigkeit gibt es also einen deutlichen Zeitunterschied. Deshalb wird die Zeit, die für gleiche Temperaturen im Druckbehälter und den Flüssigkeiten benötigt wird, als Ausgleichszeit bezeichnet.

 

Exakte Temperatur beim Sterilisierungsprozess ist wichtig

 

Viele der im Labor verwendeten Autoklaven sind bisher leider nicht mit einer Temperaturmessung ausgestattet. Diese sollte in einem Referenzgefäß durchgeführt werden. Die exakte Temperatur der zu sterilisierenden Flüssigkeit wird somit nicht gemessen und kann deshalb nicht herangezogen werden, um den Sterilisationsprozess zu bestimmen. Viele handelsübliche Autoklaven beginnen mit der Sterilisierzeit, wenn bereits die gewünschte Temperatur im Druckbehälter erreicht ist, obwohl die zu sterilisierende Flüssigkeit diese Temperatur noch nicht besitzt. Das heißt, die Ausgleichszeit, die benötigt wird, damit die Flüssigkeit die gleiche Temperatur erreicht, wird nicht berücksichtigt. Das wiederum führt dazu, dass die zu sterilisierenden Flüssigkeiten nie die richtige Sterilisationstemperatur von zum Beispiel 121⁰C erreichen. Die so wichtige, biologische Wirksamkeit des Sterilisationsprozesses wird damit nicht gewährleistet. Vor allem, wenn die Mikroorganismen, die zerstört werden sollen, stark resistent sind, dann werden diese nur teilweise oder gar überhaupt nicht vernichtet.

 

Temperatursensor für exakte Ergebnisse

 

Ein Temperatursensor kann hier helfen, korrekte Sterilisierungsergebnisse zu erzielen. Durch Messung der Temperatur im Referenzgefäß lässt sich nämlich die exakte Temperatur der Flüssigkeit ermitteln und so den Start des Sterilisationsprozesses regeln. Die Sterilisierzeit beginnt in diesem Fall erst dann, wenn die Flüssigkeit die notwendige Sterilisationstemperatur besitzt. Das Referenzgefäß wird allerdings mit Wasser gefüllt. Das Gefäß sollte natürlich die gleiche Größe und denselben Füllstand haben wie die zu sterilisierende Flüssigkeit. Gleichzeitig lässt sich mit dem Temperatursensor eine sichere Entnahmetemperatur nach der Sterilisation gewährleisten. Die Entnahmetemperatur liegt laut der Norm 20K unterhalb des Siedepunktes von Wasser. Voraussetzung dafür ist atmosphärischer Umgebungsdruck. Das entspricht einer Temperatur von 80⁰C.

 

Auch ein Rückkühlsystem ist sinnvoll

 

Da das Kühlen der Flüssigkeiten bis auf die Entnahmetemperatur lange dauern kann, (bis zu 10 Stunden), ist es sinnvoll, die Autoklaven mit einem Rückkühlsystem auszustatten. Dadurch reduziert sich die Chargenzeit deutlich. Außerdem werden so weitere Problemen, Nachteile und Gefahren bei der Sterilisation von Flüssigkeiten reduziert.

 

Noch ein Tipp:

 

Bei der Anschaffung eines Autoklaven ist es sinnvoll, im Vorfeld zu definieren, für welche Art der Sterilisation der Autoklav verwendet werden soll und welche Ausstattung er in Bezug auf die Sicherheit und Produktivität haben soll.

 

Grundprinzip der Dampfsterilisation

 

Die Dampfsterilisation ist ein Standardprozess, der seit über Hundert Jahren zur Sterilisierung von Flüssigkeiten sowie hitzebeständigen und feuchten Produkten verwendet wird. Dabei wird zuerst Wasser in Dampf umgewandelt. Dieser Dampf ist nicht toxisch und normalerweise leicht handzuhaben. Wie erwähnt, können allerdings im Labor Fehler unterlaufen. Deshalb ist es wichtig, das Grundprinzip der Dampfsterilisation zu verstehen und den dabei ablaufenden Zyklus zu kennen. Nur dann lassen sich Fehler vermeiden. Ansonsten passiert es, dass die erforderlichen Teile oder Flüssigkeiten nicht sterilisiert werden. Oder die Funktion der Ausrüstung ist unzureichend, sodass es zu einer geringeren Produktivität, erhöhten Wartungskosten und Betriebskosten, Beschädigungen von Ladungsteilen sowie im schlimmsten Fall zu Verletzungen des Labormitarbeiters ergeben.

 

Die Dampfsterilisatoren kommen für unzählige Anwendungen in der Medizintechnik und Pharmazie zur Verwendung. Meistens handelt es sich um Prozesse mit gesättigtem Dampf. Mit diesem werden Labormaterialien sterilisiert. Zur Sterilisation von Flüssigkeiten oder Geräten mit Flüssigkeiten kommt ein Prozess mit einem Dampf-Luft-Gemisch oder einem überhitztem Wasser-Luft-Gemisch zur Anwendung.

 

Fazit: Dampfsterilisation ist ein komplexer Prozess

 

Die Dampfsterilisation hängt von Prozessen ab, die dem Sterilisator manchmal nicht bekannt sind oder von diesem ignoriert werden. Ein Prozentsatz dieser Misserfolge lässt sich bei der Dampfsterilisation durch praktische Anwendung und Logik beheben. Allerdings sollte immer eine sachgemäße Ausbildung der Sterilisator-Nutzer ein Kriterium sein. Denn die sachgerechte Verpackung und Beladung sind für eine sichere und funktionierende Sterilisation entscheidend. Eine regelmäßige Eichung und Wartung ist bei allen kritischen Prozessen zudem wichtig.

 

Quelle: consteril.com

 

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