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Autoklav: wie lässt er sich verwenden und welche Möglichkeiten hält er bereit?

Der Begriff Autoklav stammt aus dem griechisch-lateinischen und heißt übersetzt selbstschließend oder Schloß. Es handelt sich bei Autoklaven um gasdicht zu verschließende Druckbehälter. Ähnlich eines Schnellkochtopfes bedienen sich Biologie, Chemie, Medizin und andere Bereiche dieser Hochdruck-Technik. Mit ihrer Hilfe lassen sich Gegenstände sterilisieren, zusammenpressen und/oder vulkanisieren.

Den ersten Druckbehälter entwickelte 1679 Robert Hooke. Auf diesem Behälter baute der französische Physiker Denis Papin auf und es entstand der Steam Digester (Papin`sche Topf).

Die Autoklaven lassen sich grob in Dampfautoklaven und Gasautoklaven unterscheiden. Ihre Aufgabenbereiche erweisen sich als äußerst vielfältig und dementsprechend gibt es sie in unterschiedlichen Größen und Bauarten. Modellbedingt bedingt bestehen die Verschlußtechniken aus einem Bajonettverschluss und/oder einem Schraubverschluss.

Einsatzgebiete und Aufgaben der Dampfautoklaven in Biologie und Medizin

Dampfautoklaven dienen dem Sterilisieren verschiedener Gegenstände unter Wasserdampf und Druck. Medizin, Biologie und Chemie nutzen die Vorteile der Dampfdruckautoklaven. Sie sterilisieren damit Operationsbestecke, Tupfer, Tücher und viele weitere Instrumente. Mithilfe von Dampf, Druck und Feuchtigkeit lassen sich verschiedene, resistente Bakterien verringern, töten und ihre Vermehrung stören.

Die Sterilisation garantiert nicht die generelle und vollständige Abtötung aller Bakterien, sondern sie soll gewährleisten, dass von, ausgehend einer Million Bakterien oder Keime, maximal eine das Sterilisieren überlebt. Der Zweck des Sterilisierens liegt dementsprechend im hochgradigen Verringern der Keime auf dem sterilisierten Gegenstand.

Die Dauer der Sterilisation mittels Dampfdruckautoklav hängt von der Keimbelastung des zu sterilisierenden Gegenstandes ab. Je höher die Keimbelastung, desto länger dauert das Sterilisieren.

Durch die feuchte Hitze während des gesamten Vorgangs quellen die Sporen der Bakterien auf und ihre Resistenz verringert sich. Trockene Hitze vermag nicht die Sporen aufzuquellen, wodurch ihre Resistenz gleich bleibt.

Die sogenannte Steigzeit bezeichnet das Innenraumentlüften im Druckbehälter und das Ersetzen der darin enthaltenen Luft durch Sattdampf. Mithilfe des Gravitationsverfahrens findet das Austauschen zwischen Luft und heißem Dampf statt. Ein Thermometer im Innenraum des Autoklaven überprüft diesen Austausch und erst nach Überschreiten der 100 Grad Celsius Grenze, gemessen am kältesten Punkt im Inneren, gilt das Entlüften als abgeschlossen.

Nach Entlüftungsabschluss verschließt ein Ventil druckdicht den Innenraum und die Abtötungstemperatur von über 121 Grad Celsius kann sich aufbauen. Während der Ausgleichszeit erreicht jeder Punkt des zu sterilisierenden Gutes die erwünschte Temperatur und erst in diesem Moment beginnt das eigentliche Sterilisieren.

Die Sterilisationsdauer hängt von dem zu sterilisierenden Gut, dem zu bekämpfenden Organismus, der Sterilisationstemperatur und von dem Sterilisator Modell ab. Voraussetzung für das Gelingen der Sterilisation ist das vollständige Ersetzen der Luft durch heißen Dampf.

Die starkwandigen Metalldruckgefäße halten eine Innentemperatur von bis zu circa 400 Grad Celsius aus.

Kontrollen zu Sicherheit und Funktion der medizinisch, sterilisierenden Autoklaven

Dampf- und Gasautoklaven, der Sterilgutversorgungsabteilungen unterliegen dem Medizinproduktegesetz, welches laufende, regelmäßige Funktionskontrollen für sie vorschreibt. Diese Kontrollen dienen dem Schutz der Patienten, denen dieses sterile Gut nutzt und dem Personal, welches den Autoklav bedient. Jährlich muss ein durch TÜV, GTÜ oder der DEKRA beauftragter Prüfingenieur die Sicherheit des jeweiligen Autoklav bestätigen.

Mittels verschiedener Nachweisfahren lassen sich laufende Kontrollen durchführen und die Sterilisationsleistung nachweisen. Auf den jeweiligen Verpackungen aufgebrachte Indikatorfelder, welche die Farbe umschlagen weisen anhand der vordefinierten Sterilisationsbedingungen nach, wie gut das Gerät funktioniert und ob es die Sterilisation erfolgreich durchgeführt.

Zu den halbjährlichen Kontrollen eignet sich das Sterilisieren von Erdsporen wie der Bacillus subtilis oder der Bacillus stearothermophilus. Das Ergebnis der Sterilisation geht an ein zertifiziertes Labor zur Analyse.

Als tägliche Kontrolle von Sterilisatoren mit einem fraktioniertem Vorvakuum kommt der Bowie-Dick-Test in Betracht. Dieser Test erfasst die Vakuumfunktion mit Hilfe eines gasdurchlässigen Behälters.

Gasautoklaven in dem Bereich Chemie

Die Chemie nutzt Gasdruckautoklaven zum Herstellen von Seifen, zur Vulkanisation und zur Wasserstoffhydrierung. Dem Herstellen von Kunststoffen kommt wohl der bedeutendste Einsatzbereich von Gasdruckautoklaven in der heutigen Zeit zu. Polypropylen und Polyethylen entstehen in Gashochdruckautoklaven und sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken.

Gas- und Dampfautoklaven im Labor

Laborautoklaven sind im Vergleich zu Dampf- und Gasautoklaven einer höheren Belastung ausgesetzt. Als gängig bezeichnete Laborautoklaven halten einem Druck Stand, der bei circa 150 Bar liegt und ihre Außenwände bestehen aus V2A und/oder V4A Stahl. Sie sind mit einer Teflon-Innenbeschichtung erhältlich. Sie kommen zum Einsatz beim Experimentieren mit Chemikalien. Sonderbauformen erweisen sich dabei als hilfreich. Sie erlauben das Erreichen eines Drucks von bis zu circa 7000 Bar und einer Temperatur von mehr als circa 600 Grad Celsius.

Labore nutzen in vielen Fällen Experimentautoklaven mit einem Fassungsvermögen von circa zwei Millilitern bis zu mehreren Litern. Laborautoklaven sind mit einem Gasventil ausgestattet, welches dem Aufpressen des gewünschten Reaktionsgases dient. Mithilfe des, auf den Laborautoklaven angebrachten, Manometers lässt sich der jeweilige Innendruck messen. Auf Wunsch kann der jeweilige Autoklave neben Manometer und Gasventil zusätzlich ein Thermometer enthalten.

Zum Experimentieren mit hoch gefährlichen Substanzen bei denen Reaktionen zu erwarten sind die sich ausserhalb der Auslegungswerte bewegen oder die als gefährlich einzustufen sind, erlaubt sich das Betreiben der Laborautoklaven ausschließlich in speziell abgeschirmten Bunkern.

Weitere Einsatzmöglichkeiten für Dampf- und Gasautoklaven

Gas- und Dampfautoklaven gehören zum Fortschritt und dieser hört nicht in Laboren oder den Bereichen der Medizin auf. In der heutigen Zeit bedienen sich die Baustoff, Lebensmittel und die Verbundstoffindustrie ebenfalls den verschiedenen Dampfdruck- und Gasautoklaven und erzielen erstaunliche Erfolge.

• Die Lebensmittelindustrie setzt Dampfdruckautoklaven ein, um Botulinusbakterien am Keimen zu hindern und abzutöten. Zum weiteren steril Halten der Lebensmittel erfolgt im Anschluss ein Verpacken in luftdichte Behälter, wie Konservendosen und/oder Glasbehälter.

• Die Baustoffindustrie nutzt liegend angeordnete Autoklaven die aus Steinhärtekesseln bestehen. Sie dienen dem schnelleren Aushärten von Porenbeton und Kalksandstein.

• Zum Herstellen von Faserverbundwerkstoffe wie Laminatböden, kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen und Druckbeaufschlagungen setzen Dampfdurckautoklaven ein, da diese einem höheren Druck Stand halten und höhere Temperaturen erzeugen. Auf diesem Wege halten die einzelnen Schichten besser zusammen und gehen eine tiefere Molekülverbindung miteinander ein.

• Die Raumfahrt und der professionelle Motorsport nutzen Dampfdruck und Gasdruckautoklaven, welche dem Faserverbund die überschüssige Luft komplett entziehen. Bei diesen Spezialautoklaven handelt es sich um explizit konzipierte Sondermodelle und ihre Anschaffungskosten erweisen sich als sehr hoch.