In diesem Blog-Beitrag tauchen wir in den See der Laborflüssigkeiten für Autoklaven ein, die auch als Dampfsterilisatoren bekannt sind. Wenn Sie unseren letzten Blog-Beitrag verpasst haben, in dem wir Laborautoklaven und die Aufbereitung von Festkörpern/Hohlkörpern sowie isotherme Verfahren vorgestellt haben, lesen Sie bitte Sterilisation von Festkorpern/Hohlkorpern und isotherme Aufbereitung.
Flüssigkeiten
Autoclaving liquids presents some unique challenges. Liquids take longer to sterilize than other media since liquids have a high Warmekapazitat aufweisen. Im Gegensatz zu Feststoffen dauert das Aufheizen und Abkühlen von Flüssigkeiten viel länger, wodurch sich die Gesamtzykluszeit drastisch erhöht.
Bei Flüssigkeiten ist es nicht erforderlich, die Luft aus der Kammer zu entfernen, um eine erfolgreiche Sterilisation zu gewährleisten, während bei Feststoffen aufgrund möglicher Hohlräume in der Ladung die gesamte Luft entfernt werden muss. Bei Feststoffen ist das Sterilisationsmedium Dampf, der in das Innere der Ladung eindringen und mit allen Oberflächen in Kontakt kommen muss, weshalb die gesamte Luft entfernt werden muss. Wenn Luft im Inneren der Ladung verbleiben würde (z. B. in einem hohen Becherglas oder Kolben), würde dies die Fähigkeit des Dampfes beeinträchtigen, alle Oberflächen der Ladung zu erreichen.
Flüssigkeiten hingegen, die keine Hohlräume haben, nutzen Dampf als Medium, um erhitzt zu werden, wobei die eigentliche Sterilisation jedoch dadurch erfolgt, dass sich die Flüssigkeit aufgrund ihrer erhöhten Temperatur selbst sterilisiert. Es ist daher nicht erforderlich, die Kammerluft zu entfernen.
Außerdem müssen wegen der Empfindlichkeit der sich schnell erhitzenden und abkühlenden Flüssigkeiten besondere Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um ein Überkochen im Autoklaven zu vermeiden. Der so genannte Überkocheffekt ist problematisch, weil er zu Flüssigkeitsverlusten und zu Verschmutzungen im Inneren des Autoklaven führt. Sicher wischt kein Laborant gerne Spritzer heißer Flüssigkeit weg oder räumt explodierte Gläser am Ende eines Flüssigkeitszyklus auf, was sowohl unangenehm als auch potenziell gefährlich ist.
Flüssigkeitskühlung
Die Verkürzung der Kühlzeiten für die Sterilisation von Flüssigkeiten ist von größter Bedeutung, nicht nur um Zeit zu sparen, sondern vor allem, um die Integrität der Ladung zu schützen und sicherzustellen, dass die Flüssigkeiten nicht „verkocht“ werden (mit Ausnahme von Wasser, das nicht verkocht werden kann). Es stehen zwei Anwendungen zur Flüssigkeitskühlung zur Verfügung:
- Schnelle Flüssigkeitskühlung kühlt die Ladung 75 % schneller ab, als wenn die Ladung unter Umgebungsbedingungen (normale Raumtemperatur) abkühlen würde. Nach Abschluss der Sterilisationsphase wird der Druck in der Kammer erhöht, indem Druckluft durch einen mikrobiologischen Filter in die Kammer eingeleitet wird. Dieser Druckanstieg verhindert Überkochen, Auslaufen und Risse in Behältern, die normalerweise bei niedrigem Druck auftreten würden. Da der Druck erhöht wird, kann die Temperatur dann sicher gesenkt werden. Kaltes Wasser zirkuliert durch den Kammermantel zur Kühlung der Kammer und der Ladung [Link-Anker zum großen Abschnitt des Autoklav-Artikels über Mäntel]. Diese Kombination aus kaltem Wasser und Druckluft hilft, die Temperatur der flüssigen Ladung schnell und sicher zu senken.
- Superschnelle Flüssigkeitskühlung Zusätzlich dazu, dass Hochdruckluft in die Kammer eingeleitet und kaltes Wasser in den Wänden der Kammer zirkuliert wird, kann ein Ventilator eingesetzt werden, um die Kühlung durch Intensivieren der Luftzirkulation weiter zu beschleunigen, wodurch die Wärme von der Ladung effizienter an die kalten Kammerwände übertragen wird. Die superschnelle Flüssigkeitskühlung kann die Zykluszeiten der Flüssigkeiten um bis zu 90 % reduzieren.
Zwei Temperatursensoren
Die Temperatur in der Kammer kann die Sterilisationstemperatur von 121 ℃ viel schneller erreichen als es die Flüssigkeit im Inneren des Behälters kann. Aber auch das Gegenteil trifft zu: Die Kammer kühlt viel schneller ab als die flüssige Ladung. Um diese Diskrepanz auszugleichen, verwenden wir zwei flexible Temperatursensoren, die in der flüssigen Ladung angeordnet werden, um die Temperatur der Flüssigkeit genau zu messen, sodass wir wissen, wann die Temperatur der Flüssigkeit tatsächlich das richtige Niveau für die Sterilisation erreicht. Die beiden flexiblen Temperatursensoren werden auch zur Kontrolle der Bedingungen im Inneren der Kammer während der Abkühlphase verwendet. Auf diese Weise können wir gefährliche Verschmutzungen durch Überkochen vermeiden und sichere Bedingungen für das Öffnen der Tür gewährleisten. Der Grund für die Verwendung von zwei Temperatursensoren (in verschiedenen Gefäßen) ist die Sicherheit. Sollte etwas mit einem von ihnen passieren, z. B. ein Behälterbruch, dann gibt es einen Unterschied zwischen den beiden Messwerten, was den Benutzer des Autoklaven veranlasst, den Zyklus anzuhalten und die Tür verschlossen zu halten, bis die Temperatur und der Druck in der Kammer wieder sichere Bedingungen für das Öffnen der Tür erreicht haben.
Fo-Funktion für hitzeempfindliche flüssige Medien
Ein letzter Punkt zu Flüssigkeitssterilisation. Laborautoklaven sind so ausgelegt, dass sie die Fo-Funktion (ausgesprochen F-Null) ausführen können. Diese Funktion verkürzt die Zeit, in der die Ladung hohen Temperaturen ausgesetzt ist, in diesem Fall hitzeempfindliche flüssige Medien. Durch die Minimierung der Gesamtzeit, in der flüssige Medien hohen Temperaturen ausgesetzt sind, bleibt die Integrität der Ladung erhalten, und die Gesamtzykluszeit und die Energiekosten für das Labor werden reduziert. Sie ermöglicht es dem Benutzer des Autoklaven, die während der Aufheizzeit zugeführte Wärmeenergie als Beitrag zur Sterilisation zu betrachten. Dies wird anhand empirisch geprüfter Tabellen mit Fo-Werten berechnet.
Die Fo-Funktion ist z. B. für eine sehr empfindliche Flüssigkeit nützlich, die leicht karamellisiert und damit für die Verwendung untauglich werden kann. Der Benutzer des Autoklaven kann auf der Basis der empirischen Fo-Tabellen eine niedrigere Zykluszeit für die Sterilisierung der Flüssigkeit berechnen. Wenn eine normale Haltezeit der Sterilisation auf 15 Minuten eingestellt ist, kann sie auf der Grundlage der Fo-Berechnung um Sekunden/Minuten reduziert werden. Auf diese Weise wird ein Verkochen der Flüssigkeit vermieden und gleichzeitig eine ordnungsgemäße Sterilisation gewährleistet.
Für diejenigen, die sich für die wissenschaftliche Grundlage dieses Konzepts interessieren, sei hier die zur Berechnung der Fo-Zeiten verwendete Gleichung angeführt:
Fo = ΔtΣ10(T-121)/Z Die Fo-Werte werden anhand dieser Gleichung berechnet. Δt ist das Zeitintervall zwischen den Fo-Messungen. T ist die Temperatur der Ladung zum Zeitpunkt t und Z = 10 oC. Fo ist ein kumulativer Ausdruck, der durch das Σ in der Gleichung dargestellt wird und aus den Messungen der Ladungstemperatur (T) während der Dauer des Sterilisationsprozesses ermittelt wird.
Flüssigkeitssterilisation
Wir haben die besonderen Herausforderungen beim Autoklavieren von Flüssigkeiten erörtert, vor allem die Vermeidung des Überkocheffekts. Um dies zu erreichen, haben wir die schnelle Flüssigkeitskühlung und superschnelle Kühlung unter die Lupe genommen, die die Gesamtzykluszeit für die Aufbereitung von Flüssigkeiten verringern. Dann haben wir uns angesehen, wie die beiden Temperatursensoren ein gefährliches Überlaufen verhindern und eine ordnungsgemäße Flüssigkeitssterilisation gewährleisten. Schließlich haben wir uns mit der Fo-Funktion für hitzeempfindliche flüssige Medien beschäftigt, die die Integrität der Ladung während der Aufbereitung aufrechterhält und wertvolle Aufbereitungszeit und Energiekosten spart.
Bleiben Sie dran für unseren nächsten Blog-Beitrag, in dem es um die grundlegenden Eigenschaften von Laborautoklaven gehen wird.
1 In einigen Laborautoklaven wird kein Mantel zur Kühlung verwendet, sondern zwei Kühlrohre im Inneren der Kammer. Durch die Kühlrohre wird Wasser gepumpt, um die Kammer abzukühlen.
