Der Gravitationszyklus in Autoklaven

Der Gravitationszyklus hat sich als traditionelle und weit verbreitete Methode der Nasssterilisation durch Autoklavieren etabliert. Seine Einfachheit, Effektivität und geringen Kosten machen ihn zu einer attraktiven Option für eine Vielzahl von Umgebungen.

Dieser Zyklus zeichnet sich durch die Art und Weise aus, wie die Luft aus der Sterilisationskammer entfernt wird: Im unteren Teil der Kammer wird Dampf erzeugt. Nachdem die Luft im unteren Teil erhitzt wurde, nimmt ihre Dichte ab und sie wird nach oben und nach außen gedrückt. Nach einigen Minuten hat sich der Anteil der Luft in der Kammer deutlich verringert und es verbleibt hauptsächlich gesättigter Wasserdampf.

Dieser Prozess basiert auf dem Gesetz der Schwerkraft, daher der Begriff „Gravitation”. Die Effizienz dieser Methode liegt in ihrer Einfachheit und der Fähigkeit des unter Druck stehenden Dampfes, hohe Temperaturen zu erreichen und die Wärme sehr effektiv auf die Ladung zu übertragen, was sie ideal für eine effektive Sterilisation zu geringen Kosten macht.

Der Gravitationszyklus eignet sich besonders für Materialien mit einfacher Geometrie, die nicht feuchtigkeitsempfindlich sind und Temperaturen von über 121°C standhalten können, wie Glas, Metalle und einige Kunststoffe. Es wird häufig in Universitätslaboren, in der Industrie, in Forschungszentren und im Gesundheitswesen verwendet, um Instrumente zu sterilisieren, die keine inneren Hohlräume oder komplexe Verpackungen haben.

Der Gravitationszyklus läuft in der Regel nach folgendem Muster ab: Zunächst wird die Ladung aufgeheizt, während die kalte Luft nach außen abgeleitet wird. Dann wird das Spülventil geschlossen und der Innendruck beginnt zu steigen, bis die Sterilisationstemperatur erreicht ist. Dann beginnt die Sterilisationsphase und nach Erreichen der programmierten Expositionszeit beginnt die natürliche Abkühlungsphase, in der die Kammer und die Ladung allmählich abgekühlt und drucklos gemacht werden.

Einer der Hauptvorteile des Gravitationszyklus ist seine Einfachheit. Er benötigt kein Vakuumsystem, keinen Luftkompressor, keinen Heizmantel, keinen Dampferzeuger und keine zusätzlichen Pumpen. Das macht einen Autoklaven, der nur diese Art von Zyklen durchführt, viel preiswerter und sehr einfach zu warten. Darüber hinaus wurde die Wirksamkeit dieser Art von Zyklen bei der Beseitigung von Mikroorganismen vielfach nachgewiesen, was sie zu einer zuverlässigen Methode für die Sterilisation verschiedener Arten von Gegenständen macht.

Der Gravitationszyklus hat jedoch seine Grenzen. So ist es beispielsweise nicht mit der Sterilisation von porösen Materialien oder verpackten Gegenständen vereinbar. Das liegt daran, dass ihr Entlüftungssystem nicht hervorragend ist und die verbleibende Luft in der Kammer als Isolator wirkt, der verhindert, dass der Dampf ausreichend in alle Oberflächen der Ladung eindringt. Es ist auch nicht für die Sterilisation von hermetisch verschlossenen Gegenständen geeignet. In diesen Fällen können andere Sterilisationsmethoden in Betracht gezogen werden, wie der Vakuumzyklus oder der Gegendruckzyklus.

Funktionsprinzip des Gravitationszyklus

Der Gravitationszyklus in einem Autoklaven zeichnet sich durch seine Effizienz und Einfachheit aus und basiert auf der Verwendung von hohem Druck und hoher Temperatur von Dampf. Nachfolgend finden Sie die wichtigsten Grundsätze, die seine Funktionsweise bestimmen:

1. Dampferzeugung und -nutzung

   Der Autoklav erhitzt das Wasser zu gesättigtem Dampf, d.h. zu Dampf, der keine Wassertröpfchen in Suspension enthält. Dieser Dampf gelangt in alle Ecken der Sterilisationskammer und sorgt für eine effiziente und gleichmäßige Wärmeübertragung. In den einfachsten Autoklaven wird der Dampferzeuger durch elektrische Heizwiderstände im Boden des Autoklaven erzeugt. In den modernsten Autoklaven wird über einen Dampferzeuger, der sich außerhalb der Kammer befindet, gesättigter Dampf in die Sterilisationskammer eingeleitet.

2. Spülen, Luft austreiben

   Der heiße Dampf, der leichter als Luft ist, steigt auf und verdrängt die Luft durch ein Entlüftungsventil, das während dieses Schritts geöffnet ist, aus der Kammer. Dieser Prozess, der auf dem Gesetz der Schwerkraft basiert, ist entscheidend für die Entfernung der Luft aus der Kammer, da die Anwesenheit von Kaltlufttaschen verhindert, dass der Dampf mit allen Oberflächen der zu sterilisierenden Objekte in Kontakt kommt.

3. Phase der Sterilisation

   Sobald die Luft vollständig verdrängt wurde, wird die Kammer versiegelt und die Temperatur des Dampfes steigt weiter an, bis die Sterilisationstemperatur erreicht ist, die normalerweise 121ºC beträgt. Die Temperatur und der Druck werden dann für eine bestimmte Zeit konstant und ohne Schwankungen gehalten. Diese Kombination aus Temperatur, Druck und Zeit sorgt für die vollständige Übertragung der Energie vom Dampf auf die Ladung, wodurch alle Mikroorganismen inaktiviert werden. Die Zeitspanne dieser Phase variiert je nach Art des zu sterilisierenden Materials und der vorhandenen mikrobiellen Kontamination.

4. Kühlung und Ende des Zyklus

   Nach der Sterilisation beginnt die Kühlphase. Der Dampf wird aus der Kammer abgelassen, wodurch der Druck kontrolliert reduziert wird und die Gegenstände abkühlen können. In den Feststoffprogrammen erfolgt dieser Schritt bei hoher Geschwindigkeit, während er in den Autoklaven mit Flüssigkeitsprogrammen bei niedriger Geschwindigkeit und schrittweise durchgeführt werden muss, um ein Verspritzen oder Zerbrechen von Behältern aufgrund eines plötzlichen Temperatur- und Druckwechsels zu vermeiden.

   Im Falle von Feststoffladungen sind unsere Autoklaven der AES-Serie mit einem Druckknopf ausgestattet, der es ermöglicht, den Dampf in der Kammer schnell nach außen abzulassen, sobald der Sterilisationszyklus abgeschlossen ist. Im Gegensatz dazu führen fortschrittlichere Modelle diesen Vorgang in den Feststoffprogrammen automatisch durch und verfügen sogar über Trocknungssysteme, um sicherzustellen, dass die sterilisierten Materialien trocken und bereit für die Verwendung oder Lagerung herauskommen.

   

5. Kontrolle und Überwachung

   Während des gesamten Zyklus ist eine strenge Kontrolle der Zeit-, Temperatur- und Druckparameter unerlässlich. Unsere Autoklaven sind mit automatischen Überwachungs- und Kontrollsystemen ausgestattet, die die Präzision und Reproduzierbarkeit des Prozesses garantieren. Sie können auch mit Ticketdruckern und Verwaltungssoftware ausgestattet werden, die eine vollständige Kontrolle über alle im Autoklaven durchgeführten Prozesse ermöglichen.

Gravitationszyklus im Vergleich zum Vakuumzyklus

Die Wahl zwischen dem Gravitationszyklus und dem Vakuumzyklus in Autoklaven hängt von den spezifischen Sterilisationsanforderungen des Labors ab, in dem der Autoklav aufgestellt werden soll. Obwohl ein Vakuumautoklav einen Gravitationszyklus durchführen kann, wird ein preiswerter Autoklav, der ausschließlich für Gravitationszyklen ausgelegt ist, niemals in der Lage sein, einen Vakuumzyklus durchzuführen. Daher ist es wichtig, beim Kauf das richtige Autoklaven-Modell auszuwählen, wobei die aktuelle und die zukünftige Anwendung berücksichtigt werden muss.

Gravitationszyklus

Der Gravitationszyklus eignet sich für die Sterilisation von festen Gegenständen, Instrumenten, Flüssigkeiten, nicht porösen Materialien und unverpackter Ladung. Dieser Zyklus wird häufig in Laboratorien, Universitäten, Schulen und Forschungszentren verwendet, um Glaswaren und einfache Instrumente zu sterilisieren, die keine inneren Hohlräume oder komplexe Geometrien haben. Ihr Hauptvorteil liegt in den günstigeren Anschaffungs-, Wartungs- und Betriebskosten, die durch ihre Einfachheit bedingt sind.

Vakuumzyklus

Beim Vakuumzyklus hingegen wird in der Kammer ein Vakuum erzeugt, bevor Dampf eingeleitet wird. Dieses Verfahren entfernt effektiv alle Lufteinschlüsse in porösen Materialien oder Gegenständen mit inneren Hohlräumen und eignet sich daher für die Sterilisation von komplexeren Materialien wie Abfallbeuteln, chirurgischen Instrumenten mit Lumen, Textilien, verpackten Gegenständen und Bioreaktoren. Sein Hauptvorteil liegt in der effektiven Sterilisation von anspruchsvollerem Sterilisiergut.

Welcher Zyklus ist effizienter?

In Bezug auf die Effizienz übertrifft der Vakuumzyklus den Gravitationszyklus bei der Sterilisation von Gegenständen mit schwer zu durchdringenden Oberflächen oder porösen Materialien. Der Gravitationszyklus ist aber schneller, kostengünstiger und ausreichend effizient für einfache, nicht-poröse Beladungen.

Aus Kosten- und Wartungssicht sind Autoklaven, die mit Vakuumzyklen arbeiten, teurer und erfordern eine häufigere und gründlichere Wartung aufgrund ihrer Komponenten, die ein Vakuumsystem, einen Luftkompressor, einen Heizmantel, einen bakteriologischen Filter, ein Schnellkühlsystem oder einen Dampferzeuger umfassen können. Zusätzlich benötigen sie ein Wasserreinigungssystem für den Betrieb.

Anwendungen des Gravitationszyklus

Der Gravitationszyklus im Autoklaven, der für seine Beliebtheit und Einfachheit bekannt ist, wird in einer Vielzahl von Sektoren eingesetzt. Nachfolgend finden Sie einige der häufigsten Anwendungen dieses Zyklus, die kurz und übersichtlich dargestellt werden:

• Forschungslaboratorien und Biowissenschaften

In diesen Laboratorien wird der Gravitationszyklus zur Sterilisation von Kulturmedien, wässrigen Lösungen, Metallinstrumenten und Laborglas verwendet. Es ist besonders geeignet für die routinemäßige Sterilisation von Pipetten, Kolben und anderen Glasbehältern.

• Qualitätskontrolllabors in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie

Bei der Qualitätskontrolle in der Lebensmittelindustrie wird der Gravitationszyklus häufig für die Sterilisation von Instrumenten, Glaswaren, Kulturmedien, Laborabfällen und Behältern verwendet. Die ordnungsgemäße Sterilisation der Ladung ist unerlässlich, um eine Kontamination zu verhindern und die Lebensmittelsicherheit der Produktion zu gewährleisten. Dies trägt zur Aufrechterhaltung der Hygiene- und Qualitätsstandards in der gesamten Branche bei.

• Kläranlagen für Abwasser

In jedem Labor einer Wasseraufbereitungsanlage muss eine genaue Überwachung der mikrobiologischen Kontamination von Abwasser und aufbereitetem Wasser durchgeführt werden. In diesen Zentren wird der Gravitationszyklus zur Sterilisation von Lösungen, Laborgläsern, Kulturmedien und Nährlösungen eingesetzt. Es ist besonders geeignet für die routinemäßige Sterilisation von Reagenzgläsern, Petrischalen, Trichtern, Büretten und Flaschen mit Flüssigkeiten.

• Ausbildungsstätten und Universitäten

In diesem Sektor sind Autoklaven in der Regel ausschließlich mit der Funktion ausgestattet, den Gravitationszyklus auszuführen, und ihr Einsatz ist aufgrund ihrer Kosteneffizienz und Zuverlässigkeit weit verbreitet. Diese Geräte sind nicht nur deshalb so beliebt, weil sie wässrige Flüssiggüter und Kulturmedien effektiv sterilisieren können, sondern auch, weil sie eine Vielzahl fester Materialien wie Kolben, Pipettenspitzen, Glasflaschen und Petrischalen verarbeiten können.

• Pharmazeutische, biotechnologische und kosmetische Industrie

In diesem Sektor wird die Verwendung von Vakuumzyklen und druckunterstützten Zyklen oft bevorzugt, insbesondere bei der Produktion von pharmazeutischen und biotechnologischen Produkten, die in Behältern verpackt sind. Der Gravitationszyklus wird jedoch zum Sterilisieren von Flüssigkeiten und Glaswaren verwendet.

• In der klinischen Umgebung

Dieser Zyklus wird häufig in Labors in Krankenhäusern, Kliniken und Gesundheitseinrichtungen verwendet, um einzelne, nicht verpackte Ladungen zu verarbeiten. Es ist ideal für die Sterilisation von Metallinstrumenten wie Tabletts, Scheren, Pinzetten und anderen Utensilien aus Edelstahl. Es bietet eine effektive und schnelle Sterilisation, die für die Aufrechterhaltung eines hohen Pflegestandards und die Infektionsprävention unerlässlich ist. Für die Bearbeitung empfindlicherer Objekte wie laparoskopische Instrumente oder medizinische Implantate wird jedoch immer ein Vakuumzyklus verwendet.

• Tiermedizin und Tierpflege

Wie im klinischen Bereich wird der Gravitationszyklus auch in Tierkliniken und Tierpflegezentren angewandt, um einzelne, nicht verpackte Ladungen zu sterilisieren. Dadurch wird das Risiko der Krankheitsübertragung zwischen Tieren und zwischen Tieren und Menschen minimiert.

Entscheidende Faktoren zur Gewährleistung der Wirksamkeit des Gravitationszyklus

Um die Effektivität des Gravitationszyklus bei der Sterilisation im Autoklaven zu gewährleisten, ist es entscheidend, mehrere Faktoren zu berücksichtigen und zu kontrollieren. Diese Faktoren sind unerlässlich, um einen effektiven und sicheren Sterilisationsprozess zu gewährleisten:

1. Verladung und Verteilung von Materialien

   Die Art und Weise, wie die Materialien in den Autoklaven geladen werden, hat einen erheblichen Einfluss auf die Effizienz des Zyklus. Es ist wichtig, die Gegenstände gleichmäßig zu verteilen und darauf zu achten, dass sie nicht zu dicht gepackt oder gestapelt werden, um eine gute Dampfzirkulation zu ermöglichen.

2. Korrekte Entlüftung

   Die Effizienz des Gravitationszyklus hängt in hohem Maße von der vollständigen Entfernung der Luft aus der Sterilisationskammer ab. Wenn Restluft verbleibt, kann sie verhindern, dass der gesättigte Dampf alle Oberflächen der zu sterilisierenden Gegenstände erreicht, was zu einer unvollständigen Sterilisation führen kann. Überprüfen Sie daher, ob die Entlüftung korrekt durchgeführt wird und ob das Entlüftungsventil frei von Verstopfungen ist.

3. Strenge Kontrolle der Sterilisation

   Es ist wichtig, dass Sie während des Sterilisationszyklus die richtige Temperatur und den richtigen Druck aufrechterhalten. Im Allgemeinen muss eine Temperatur von mindestens 121°C bei einem bestimmten Druck erreicht und aufrechterhalten werden, um eine wirksame Abtötung aller Mikroorganismen zu gewährleisten. Zu diesem Zweck müssen die Ergebnisse jedes Zyklus aufgezeichnet und überprüft werden. Außerdem müssen biologische und/oder chemische Kontrollelemente verwendet werden, die die korrekte Sterilisation der Ladung bestätigen. Dazu gehören das Sterilisationskontrollband oder der Sporentest.

4. Angemessene Expositionsdauer

   Die Zeit, in der die Materialien dem gesättigten Dampf ausgesetzt sind, muss ausreichend sein, um eine ordnungsgemäße Entsorgung zu gewährleisten. Diese Expositionszeit variiert je nach Art des zu sterilisierenden Materials und der vorhandenen mikrobiellen Belastung. Vergewissern Sie sich daher beim Hersteller, dass die Parameter der einzelnen Programme angemessen sind. Im Allgemeinen ist es immer besser, vorsichtig zu sein und die Sterilisationszeit im Zweifelsfall zu verlängern.

5. Wartung und Kalibrierung des Autoklaven

   Regelmäßige Wartung und korrekte Kalibrierung des Autoklaven sind entscheidend für seine optimale Leistung. Dazu gehört die regelmäßige Überprüfung kritischer Komponenten wie Dichtungen, Ventile und Sensoren sowie die genaue Kalibrierung von Temperatur- und Druckkontrollen. Die Genauigkeit und Präzision der Temperatursensoren, die den Sterilisationszyklus des Autoklaven steuern, kann sich im Laufe der Zeit verschlechtern. Daher ist es notwendig, regelmäßig zu überprüfen, ob sie einwandfrei funktionieren.

Überlegungen zu Sicherheit und Wartung

Der sichere Betrieb und die ordnungsgemäße Wartung von Autoklaven mit Gravitationszyklus sind entscheidend, um Risiken zu vermeiden und die Effizienz des Sterilisationsprozesses zu gewährleisten. Nachfolgend finden Sie einige wichtige Überlegungen zu diesen Bereichen:

Sicherheit für den Bediener

Der Betrieb des Autoklaven muss unbedingt nach den Anweisungen und Sicherheitsvorschriften des Herstellers erfolgen. Die Bediener müssen im Umgang mit dem Gerät geschult werden und sich der Risiken bewusst sein, die mit der Arbeit an Maschinen verbunden sind, die mit Hochdruck- und Hochtemperaturdampf arbeiten. Vermeiden Sie unbedingt, den Autoklaven während des Betriebs zu öffnen, um das plötzliche Austreten von heißem, unter Druck stehendem Dampf zu verhindern. Obwohl moderne Autoklaven über Türverriegelungssysteme verfügen, während der Zyklus läuft, kann die Ladung nach Beendigung des Programms und Öffnen der Tür immer noch sehr heiß sein, insbesondere bei großvolumigen flüssigen Ladungen.

Vorbeugende Wartung

Die Durchführung eines präventiven Wartungsprogramms ist für den optimalen und sicheren Betrieb des Autoklaven unerlässlich. Dazu gehören regelmäßige Inspektionen von sicherheitskritischen Komponenten wie Dichtungen, Ventilen, Filtern und Sensoren sowie der sofortige Austausch von verschlissenen Teilen.

Kalibrierung und periodische Kontrollen

Die regelmäßige Kalibrierung der Temperatur- und Druckkontrollen ist wichtig, um sicherzustellen, dass der Autoklav korrekt funktioniert. Zusätzlich wird empfohlen, die Wirksamkeit jedes Zyklus regelmäßig mit Sterilisationskontrollstreifen oder Sporentests zu überprüfen, um die Wirksamkeit des Sterilisationsprozesses bei jeder Rotation zu verifizieren.

Verwendung von sauberem Wasser

Es ist wichtig, das verwendete Wasser regelmäßig zu erneuern und nur destilliertes oder gereinigtes Wasser zu verwenden, um die Übertragung von Salzen auf die Ladung und die Bildung von Salzablagerungen an den Wänden und der Innenhülle der Sterilisationskammer im Laufe der Zeit zu vermeiden.

Reinigung und Desinfektion

Es ist wichtig, die Sterilisationskammer und andere Teile des Autoklaven regelmäßig zu reinigen und zu desinfizieren, um die Ansammlung von Rückständen und die Bildung von Salzablagerungen zu vermeiden und um Kreuzkontaminationen zu verhindern. Beachten Sie die Empfehlungen des Herstellers für geeignete Reinigungs- und Desinfektionsmittel.

Umgang mit sterilem Material

Nach der Sterilisation müssen die Materialien mit Sorgfalt behandelt werden, um ihre Sterilität zu bewahren. Dazu gehört, dass Sie die Gegenstände vor der Handhabung ausreichend abkühlen lassen und sie in einer sauberen, trockenen Umgebung aufbewahren. Wenn kein Autoklav mit Trocknung zur Verfügung steht, sollten Sie einen Laborofen verwenden, um die feste Ladung vor der Verwendung zu trocknen.

Registrierung und Dokumentation

Es ist wichtig, detaillierte Aufzeichnungen über die Sterilisationszyklen, die durchgeführten Wartungsarbeiten und etwaige Zwischenfälle zu führen, um die Qualitätskontrolle der Ausrüstung zu erleichtern. Diese Aufzeichnungen sind auch für die Einhaltung von Vorschriften und Qualitätsstandards wie der Guten Laborpraxis (GLP) unerlässlich.