UV-Technologien zur Sterilisation und Entkeimung von Oberflächen

Herausforderung

Mit mikrobiellen Erregern verunreinigte Oberflächen müssen in vielen Bereichen entkeimt werden. Für eine längere Haltbarkeit von Lebensmitteln muss die Verpackung frei von kontaminierenden Keimen sein. Im Pharmabereich sind verschiedene Materialien wie beispielsweise Verpackungen, aber auch Abfülleinheiten, keimfrei zu halten. In der Medizintechnik sind Oberflächen zu sterilisieren, die in Kliniken ansonsten zu Infektionen führen könnten. Für diese wird eine zusätzliche Sicherheit zur Nassreinigung benötigt.

Lösungsansatz

Am Fraunhofer IGB wird unter anderem UV-Technologie entwickelt und eingesetzt, um Viren, Bakterien und Sporen auf einer Vielzahl von Oberflächen im Lebensmittel-, Pharma- und Medizintechnikbereich zu inaktivieren.

UV-Technologien haben den Vorteil, trocken zu sein und ohne schädliche Gase und deren Abbauprodukte auszukommen. Auch fällt keine Temperaturbelastung an.

Recht verbreitet ist der Einsatz von Quecksilberdampflampen, die mit ihrem Spektrum im Bereich von hauptsächlich 254 nm für viele Zwecke eingesetzt werden können. Doch UV ist nicht gleich UV: Organismen weisen oft verschiedene »Empfindlichkeitsfenster« auf, in denen sie unterschiedlich auf Bestrahlung reagieren. Dem zugrunde liegen photochemische Prozesse, die in den biologischen Kontaminationen beispielsweise die RNA oder DNA, aber auch die Membran von Bakterien oder die Virushülle, die nicht nur die RNA schützt, sondern auch überhaupt das Eindringen in Wirtszellen ermöglicht, schädigen können.

Wahl der für die Organismen spezifisch inaktivierenden Wellenlängen

Lebende Organismen wie Bakterien, Algen und Pilze können UV-Strahlung, je nach Art der Schädigung, durch aktive Reparaturmaßnahmen (begrenzt) etwas entgegensetzten. Bakterien- und Pilzsporen sowie Viren besitzen praktisch keine aktiven Reparaturmechanismen, können sich aber ggf. durch UV-blockende Substanzen oder Radikalfänger ein Stück weit zur Wehr setzen.

Wählt man nun gezielt die UV-Wellenlänge aus, mit der bestrahlt wird, können gezielt Schwachstellen der Kontaminationen »adressiert« werden – beispielsweise indem mit hoher Intensität bei einer Wellenlänge bestrahlt wird, in der keine UV-blockende Wirkung vorhanden ist oder indem Schäden hervorgerufen werden, für die Reparaturmechanismen nicht greifen. Zwischen den Ergebnissen, die mit unpassender und passender UV-Bestrahlung erzielt werden können, liegen mitunter viele Zehnerpotenzen.

Entfernung von Pyrogenen

Wir setzen UV-Strahler darüber hinaus auch ein, um Rückstände von abgetöteten Mikroorganismen von Oberflächen zu entfernen. Dabei handelt es sich um sogenannte Pyrogene: Diese können eine lebensgefährliche Sepsis auslösen – und das, obwohl sie »nur« aus abgestorbenen Membranresten bestehen.

Excimer-Lampe.
© Fraunhofer IGB
UV-Strahlung aus eigens entwickelten Excimer-Plasmalampen kann effektiv gegen Bakterien und sogar Sporen wirken.

Wahl der passsenden Gasentladungslampen

Die Wahl der passenden UV-Technologie hängt nicht nur von der Wellenlänge ab.

Wir verwenden daher unterschiedliche Gasentladungslampen, darunter eigens entwickelte Excimerstrahler, die sich durch hohe Effizienz auszeichnen. Diese sind mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen verfügbar und sind, was besonders im Lebensmittelbereich gefragt ist, quecksilberfrei (Projekt Ovoshine, siehe unten). Die Excimer-Technologie ermöglicht sogar Bestrahlungen im Vakuum-UV-Bereich, das ist ein Wellenlängenbereich, in dem selbst Wassermoleküle aufgebrochen werden können (EP3134350 (B1)).

Eine weitere Technologie sind UV-LEDs. Diese zeichnen sich durch besonders hohe Lebensdauer aus, sind häufig schaltbar und können sehr flexibel konfiguriert werden, um auch komplexe Geometrien zu bestrahlen.

Leistungsangebot

Mit den UV-Bestrahlungssystemen hat das Fraunhofer IGB eine technisch einfache und günstige Alternative zu anderen Desinfektions- oder Sterilisationsmethoden entwickelt, die sich für eine Vielzahl von Anwendungen eignet.

Zudem können die Lampen auch zur Oberflächenaktivierung vor dem Kleben, Lackieren oder Bedrucken verwendet werden.

Wir beraten Sie bei der Auswahl der Strahlungsquelle für Ihre spezielle Anwendung und unterstützen Sie bei der Umsetzung.

 

Entwicklung von Verfahren für die Inaktivierung von Viren, Bakterien und Sporen auf einer Vielzahl von Oberflächen im Lebensmittel-, Pharma- und Medizintechnikbereich mit UV-Technologien

  • Auswahl geeigneter UV-Quellen
    • Gasentladungslampen, Excimer-Lampen, UV-LEDs
  • Anpassung der Wellenlängen auf die zu inaktivierenden Organismen
  • Anpassung des Verfahrens zur Entfernung von Pyrogenen
  • Auslegung, Bau und Implementierung der UV-Quellen

 

Bewertung der Sterilisationseffizienz

Für die Bewertung der Sterilisationseffizienz auf Kundenmaterial mit unterschiedlichen Organismen stehen Expertise und Labors bis Sicherheitststufe S2 zur Verfügung.

Referenzprojekte

 

Ovoshine – Sichere Entkeimung von Lebensmitteln

Wir konnten im EU-Projekt Ovoshine zeigen, dass UV-Strahlung aus eigens entwickelten Excimer-Plasmalampen und UV-LEDs effektiv gegen Bakterien und sogar Sporen wirken und damit gefährliche Salmonellen-Erreger auf Eierschalen inaktivieren kann.