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Sterilisationsverfahren

Die Sterilisation

Abb.1
Auch Medikamente werden sterilisiert

Bei der Desinfektion, der Dekontamination und der Teilentkeimung werden jeweils nur bestimmte Keime und auch nur zu einem gewissen Grad entfernt. Die Sterilisation ist die im Idealfall vollständige Entkeimung von z.B. Lebensmitteln, Medikamenten oder medizinischen Geräten wie z.B. Spritzen und Operationsbesteck. Für die meisten Viren und Bakterien reichen dazu Temperaturen von 100 °C aus, wie sie beim Kochen erreicht werden. Es gibt aber auch eine ganze Reihe von Bodenbakterien, die sehr widerstandsfähige Sporen bilden können.

Besondere Probleme bei der Sterilisation bereiten auch DNA-Fragmente, Plasmide, Prionen, das verursachende Agens der Rinderseuche BSE1), die sich auch bei hohen Temperaturen sehr lange halten.

Die Sterilisationsverfahren

Grundsätzlich gibt es verschiedene Methoden zur Sterilisation, die von der Empfindlichkeit und auch der Größe des Sterilgutes abhängen. Sterilisation durch trockene Hitze wird in großen Sterilisationsschränken oder -tunneln bei relativ hohen Temperaturen durchgeführt, hitzeempfindliche Lösungen oder Geräte werden unter Druck im Autoklaven entkeimt. Andere Möglichkeiten der Sterilisation von z.B. Geräten oder Plastikmaterialien sind chemische Substanzen (z.B. Formaldehyd oder Ethylenoxid) und Strahlung (UV-, Gamma- oder Röntgenstrahlung). Wärmeempfindliche Lösungen lassen sich auch sterilfiltrieren durch Filter mit Poren, die so klein sind, dass sie keine Bakterien durchlassen.

  • Heißluft-Sterilisation Laborgeräte aus Glas, Metall oder Porzellan und hitzeunempfindliche Lösungen werden durch trockene Hitze in einer Art Backofen (Sterilisationsschrank) sterilisiert. Üblicherweise geschieht das bei 180 °C für zwei Stunden. Für viele Plastikgeräte oder Lösungen ist das aber viel zu heiß. Hier müssen andere Methoden angewendet werden, wie z.B. das Autoklavieren.
Tab.1
Heißluft-Sterilisation
TemperaturDauer
180 °Cmindestens 30 Minuten (üblicherweise 2 Stunden)
170 °Cmindestens 1 Stunde
160 °Cmindestens 2 Stunden
Abb.2
Blick in einen kleinen Autoklaven
  • Autoklavieren Autoklaven funktionieren so ähnlich wie ein Dampfkochtopf. Durch eine Druckerhöhung im Inneren des Dampfkochtopfes können höhere Temperaturen als 100 °C erzielt werden. Die meisten Bakterien werden zwar beim Kochen getötet, aber viele Bodenbakterien bilden hitzeresistente Dauerformen (Sporen), denen diese Temperaturen nichts anhaben können. Hitzeresistente Sporen werden erst nach 20 Minuten bei 121 °C und 2 bar Druck in einem Autoklaven zuverlässig getötet. Der Autoklav besteht aus einem dickwandigen Gefäß, in das etwas Wasser gegossen wird. Das Sterilgut wird hineingestellt, der Deckel fest mit Schrauben verschlossen und das Gerät wird aufgeheizt. Das Wasser im Inneren beginnt zu kochen, die Restluft entweicht über ein Ventil, das dann geschlossen wird. Allmählich baut sich mehr und mehr Druck auf, bis der gewünschte Innendruck erreicht ist. Nach dem Autoklavieren wird langsam gekühlt, um einen Siedeverzug zu vermeiden.
  • Sterilfiltieren Nicht jede Lösung verträgt Temperaturen, wie sie beim Kochen oder Autoklavieren entstehen, so z.B. Vitamin- oder Antibiotika-Lösungen für den Laborbedarf. Diese Lösungen werden häufig sterilfiltriert, d.h. durch einen Filter gepresst, dessen Porengröße so klein ist, dass Bakterien zurückgehalten werden. Viren, Prionen und DNA-Fragmente können diese Filter allerdings passieren, so dass dieses Verfahren nur bedingt für medizinische Produkte geeignet ist, die absolut frei von kontaminierenden Materialien sein müssen. Zudem ist das Verfahren durch die aufwändige Prozedur im Hinblick auf die Verwendbarkeit stark eingeschränkt.
  • Tyndallisieren Lösungen, die zu dickflüssig sind, um sie sterilfiltrieren zu können, werden gelegentlich noch durch das zeitaufwändige Tyndallisieren sterlisiert. Dabei wird die Lösung nur auf maximal 100 °C erhitzt, um Bakterien- und Pilzzellen zu töten, während die Sporen diese Temperaturen überleben. Die Lösung wird dann für 12 Stunden bei 37 °C inkubiert. In dieser Zeit keimt ein Großteil der Sporen aus und wird durch ein erneutes Erhitzen auf maximal 100 °C aus der Lösung entfernt. Das Verfahren kann auch noch ein drittes Mal durchgeführt werden und reduziert die Keimzahl einer Lösung erheblich.
  • Strahlung Sterilbänke, Operationsräume, größere medizinische Geräte, Implantate, aber auch Lebensmittel und Trinkwasser können durch energiereiche Strahlen sterilisiert werden. Die Strahlenbehandlung von Lebensmitteln wird in Deutschland streng kontrolliert und ist nur für wenige Lebensmittel wie z.B. Gewürze zugelassen.
Abb.3
Plastikware wird in der Regel durch Begasen sterilisiert
  • Chemische Sterilisation Für die biochemische Industrie werden große Mengen an sterilen Plastikgeräten benötigt, die sich aus Platzgründen nicht gut im Autoklaven sterilisieren lassen. Diese Materialien werden mit Formaldehyd behandelt oder mit dem sehr reaktiven Gas Ethylenoxid (1,2-Epoxyethan) begast.

Übungsaufgaben

1)BSE: Bovine spongiforme Enzephalopathie
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