UV-Technologien zur Sterilisation und Entkeimung von Oberflächen

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.

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.