Eine besondere Herausforderung in medizinischen Anwendungen ist die Notwendigkeit, Produkte steril zu halten – frei von schädlichen Schadstoffen wie Pilzen, Bakterien, Viren und Sporen. Im Folgenden werden einige der wichtigsten Sterilisationsmethoden und ihre Prinzipien vorgestellt.
1.Physikalische Sterilisation
Die Autoklavensterilisation ist eine der Hauptmethoden der physikalischen Sterilisation.
Prinzipien der Autoklav-Sterilisation:
Ein Autoklav ist ein Gefäß ähnlich einem Schnellkochtopf. Das zu sterilisierende Objekt wird hineingelegt und dann versiegelt. Als nächstes wird Hochtemperaturdampf unter hohem Druck aufgeladen, um Luft zu ersetzen. Feuchte Hitze tötet Mikroorganismen durch irreversible Koagulation und Denaturierung von Enzymen und Strukturproteinen. Die Zeit und Temperatur dafür hängt vom Druck und der Art der abgetöteten Mikroorganismen ab. Nach Ablauf der notwendigen Zeit wird der Dampf freigesetzt und der sterilisierte Gegenstand entfernt. Der gesamte Zyklus dauert 15 bis 60 Minuten (Batch-Verarbeitung).
2.Chemische Sterilisation
Es gibt viele chemische Methoden, die für die Sterilisation im medizinischen Bereich eingesetzt werden können. Das folgende Beispiel ist die EO-Sterilisation.
Prinzipien der Ethylenoxid (ETO) Sterilisation:
Ein ETO-Sterilisator ist ein Behälter, der Gegenstände enthält, die sterilisiert werden sollen. Der grundlegende ETO-Sterilisationszyklus besteht aus 5 Schritten (Dampfevakuierung, Gasinjektion, Diffusion, Evakuierung und Luftspülung) und dauert ungefähr 2 1/2 Stunden, ohne Belüftungszeit (zum Entleeren des ETO). Die mechanische Beatmung dauert 8 bis 12 Stunden bei +50 bis +60°C; Passive Belüftung ist ebenfalls möglich, kann aber 7 Tage dauern. Nachdem die Beatmung abgeschlossen ist, wird das sterilisierte Objekt (Charge) entfernt. ETO reagiert chemisch mit Aminosäuren, Proteinen und DNA, um die mikrobielle Vermehrung zu verhindern.
3.Strahlensterilisation
Gamma-Sterilisation und Elektronenstrahl-Sterilisation sind die wichtigsten Methoden von teo.
(1) Prinzipien der Gamma-Sterilisation:
Das zu sterilisierende Objekt wird auf ein Förderband gelegt, das in die Nähe einer Quelle starker Gammastrahlung wie Kobalt-60 gebracht wird. Nachdem das zu sterilisierende Objekt im Strahlungsfeld angehalten hat, erhält es eine bestimmte Dosis und bewegt dann das Förderband, um das nächste Objekt weiter zu verarbeiten. Anstelle von Stop-and-Go kann sich das Förderband auch kontinuierlich (kontinuierliche Verarbeitung) mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegen (um die richtige Dosis sicherzustellen). Ionisierende Strahlung erzeugt Anregung, Ionisation und in Gegenwart von Wasser die Bildung von Strukturen freier Radikale. Freie Radikale sind stark oxidierende (OH, HO2) und reduzierende (H) Mittel, die in der Lage sind, essentielle Moleküle in lebenden Zellen zu zerstören. Daher führen alle drei Prozesse zur Spaltung essentieller zellulärer Komponenten wie Enzyme und DNA. was zum Zelltod führt. Die schwerste Form der biologischen Schädigung der Gammastrahlung tritt innerhalb des Gammastrahlenfensters zwischen 3 MeV und 10 MeV auf. Cobalt 60 emittiert Gammastrahlung bei 1,17 MeV und 1,33 MeV, etwas unter dem effektivsten Bereich.
(2) Prinzipien der Elektronenstrahlsterilisation sind:
Das zu sterilisierende Objekt wird auf das Förderband gelegt und langsam durch das Fenster des Elektronenstrahlgenerators geführt. Die Geschwindigkeit des Förderers wird gewählt, um die richtige Strahlendosis zu gewährleisten (kontinuierliche Behandlung). Das Erreichen der für die Sterilisation erforderlichen Eindringtiefe erfordert Energieniveaus in der Größenordnung von 5 MeV bis 10 MeV. Elektronenstrahlstrahlung bildet freie Radikale, die mit Makromolekülen reagieren, wodurch die DNA beschädigt und der Zelltod verursacht wird. Die Methode ist in der Lage, alle Arten von Krankheitserregern zu zerstören, einschließlich Viren, Pilze, Bakterien, Würmer, Sporen und Schimmelpilze.
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