Strahlensterilisation – Alles was Sie wissen müssen 

Beschäftigt man sich mit dem Thema der Sterilisationsverfahren kommt man um ein Verfahren nicht umher: Die Strahlensterilisation. Sie ist dabei in der Regel jedoch nur der Überbegriff für Verfahren wie die Elektrostrahlen-Sterilisation kurz E-Beam oder auch die Gammastrahlensterilisation. Gerade Medizinprodukte werden häufig mit Strahlen sterilisiert. Warum Sie jedoch keine Alternative zur Ethylenoxid-Sterilisation sind, klären wir in diesem Artikel.

Definition Strahlensterilisation

Auf den Punkt gebracht versteht man unter der Strahlensterilisation die Anwendung von Beta- oder Gammastrahlen auf einen zu sterilisierenden Gegenstand, um Erreger auf diesem abzutöten. Die Strahlensterilisation kommt besonders häufig bei der Sterilisation von Einmalartikeln zum Einsatz. Durch die ionisierten Strahlen kommt es zu einer Zellschädigung und damit zur Zerstörung der Bakterien. Die Strahlensterilisation findet häufig dort Anwendung, wo Produkte in der Endverpackung sterilisiert werden sollen. 

Um die Strahlensterilisation näher zu beschreiben, beschäftigen wir uns in diesem Artikel mit drei bekannten Strahlensterilisations-Verfahren:

• Gammastrahlensterilisation 
• Betastrahlensterilisation 
• E-Beam oder Elektrostrahlensterilisation 

Alle diese drei Verfahren werden wir Ihnen im weiteren Verlauf dieses Artikels vorstellen. 

Gammastrahlensterilisation – Was ist das?

Die Gammastrahlensterilisation eignet sich für eine Menge unterschiedlicher Produkte um Bakterien auf diesen abzutöten. Hierbei wird Kobalt-60-Strahlung als Strahlenquelle verwendet, welche hochenergetische Photonen abgibt. Gammastrahlen haben mehr Energie, da die Strahlen eine geringere Wellenlänge haben als andere elektromagnetische Wellen wie Licht-, Infrarot- oder UV-Strahlen. Die Gammastrahlensterilisation zählt dabei zu den Methoden der Kaltsterilisation.

Wofür eignet sich die Gammastrahlensterilisation?

Die Gammastrahlensterilisation eignet sich für eine Reihe unterschiedlicher Materialien und Gegenständen unterschiedlicher Dichte. Dazu zählen in erster Linie medizinische sowie pharmazeutische Produkte, aber auch Hygieneartikel, Verpackungen oder Geräte und Vorrichtungen.

Am verbreitetsten ist die Gammastrahlensterilisation jedoch sicherlich bei den Medizinprodukten, in erster Linie bei Einwegprodukten. Dank der Möglichkeit die Produkte in abgedichteten Endverpackungen zu sterilisieren, bietet das Verfahren hier einen gewissen Vorzug vor anderen Sterilisationsverfahren.

Ablauf einer Gammastrahlensterilisation

Für die Bestrahlung mit Gammastrahlen wird eine spezielle Anlage benötigt. In diese können ganze Paletten eingefahren werden. Die zu sterilisierenden Gegenstände durchlaufen die Anlage und werden dabei von der Strahlenquelle, welche das radioaktive Isotop Kobald 60 enthält, umrundet.

Die Gammastrahlen können, durch ihre hohe Eindringtiefe, die Produkte in der Endverpackung sterilisieren. Dies vereinfacht den Prozess und gewährleistet, dass die Gegenstände durch Um- oder erneutes Verpacken nach dem Sterilisationsprozess wieder kontaminiert werden.

Das Produkt wird steril, da die freien Radikale, welche durch die Bestrahlung auf dem Produkt entstehen, die DNA der Mikroorganismen aufbrechen. Diese können sich dadurch nicht weiter vermehren und sterben ab. Die Gammastrahlen beeinflussen dabei nur die Elektronenhülle der Moleküle, so dass die bestrahlten Gegenstände selbst nicht radioaktiv werden.

Ein Dosimeter misst nach dem Sterilisationsprozess, ob die Produkte der erforderlichen Dosis ausgesetzt wurden. Die aufgenommene Energie wird dabei in Kilogray (kGy) gemessen. 

Worin unterscheidet sich die Beta- von der Gammastrahlensterilisation?

Eine Gemeinsamkeit liegt darin, dass beide Verfahren die DNS von Mikroorganismen zerstören und diese somit unschädlich machen. Die Verfahren unterscheiden sich jedoch in deren Eindringtiefe in das Material sowie in der Dosisrate. 

Betastrahlen besitzen im Gegensatz zu Gammastrahlen eine weitaus höhere Dosisrate, dafür aber nur eine eingeschränkte Eindringtiefe. Gammastrahlen hingegen zeichnen sich durch ihre hohe Eindringtiefe in das Material aus. 

Ein weiterer Unterschied liegt in der Durchlaufzeit. Während die Betastrahlensterilisation in wenigen Sekunden erfolgt, dauert eine Gammastrahlensterilisation mitunter mehrere Stunden.

Vor- und Nachteile der Gammastrahlensterilisation

Wie jedes andere Sterilisationsverfahren auch, hat auch die Gammastrahlensterilisation Vor- und Nachteile, welche wir im Folgenden näher beschreiben werden.

Vorteile der Gammastrahlensterilisation

Die Vorteile der Gammastrahlensterilisation haben wir bereits zu einem Großteil erwähnt. Der wohl größte Vorteil liegt darin, dass die Gammastrahlung Verpackungen durchdringt und Produkte somit nicht ausgepackt auf der Palette sterilisiert werden können. Zudem muss für den Sterilisationsprozess die Temperatur kaum erhöht und keine zusätzlichen Chemikalien eingesetzt werden.

Nachteile der Gammastrahlung 

Bei einer üblichen Strahlendosis von 25 kGy kann es, besonders bei Kunststoffen, zu physikalischen und chemischen Veränderungen kommen. Das können beispielsweise Verfärbungen, Ausdünnung oder das spröde werden des Materials sein. 

Diesem doch wesentlichen Nachteil kann mit einem anderen Sterilisationsverfahren entgegengewirkt werden: Die Ethylenoxid Sterilisation. Bei der Sterilisation mit Ethylenoxid werden keine Verfärbungen entstehen noch Oberflächen beschädigt. Auch oxidative Schäden sind bei Ethylenoxid nicht möglich. 

Betastrahlensterilisation kurz erklärt

Ähnlich wie bei der Gammastrahlensterilisation ist auch die Betastrahlensterilisation ein Verfahren, bei welchem Bakterien auf einem Gegenstand mittels Bestrahlung inaktiviert werden. In diesem Fall werden negativ geladene Teilchen (Elektronen) zu einem Strahl beschleunigt.

Anders als bei der Gammastrahlensterilisation lassen sich mit den Elektronenstrahlen die Gegenstände in kürzerer Zeit sterilisieren. Gängiges Sterilisationsgut sind beispielsweise Prothesen oder Implantate.

Die Betastrahlen zählen zusammen mit den Gammastrahlen zu den natürlichen Strahlungsformen. Die Elektronenstrahlen beziehungsweise E-Beam-Bestrahlung hingegen zählt zu den künstlich erzeugten Strahlungsformen.

Dieses Verfahren wird häufig zum Sterilisieren von Oberflächen eingesetzt, da es eine geringere Eindringtiefe als die Gammastrahlensterilisation besitzt. 

E-Beam oder Elektrostrahlensterilisation in der Übersicht

Eine weitere Methode aus dem Bereich der Strahlensterilisation ist die Elektronenstrahlsterilisation oder aber auch E-Beam genannt. Auch dieses Sterilisationsverfahren findet in erster Linie bei der Sterilisation von Medizinprodukten Anwendung.

Was versteht man unter der E-Beam-Sterilisation?

Unter der E-Beam oder Elektronenstrahlsterilisation versteht man die Sterilisation mit beschleunigten Elektronen. Sie gilt als ein zuverlässiges Verfahren, um Bakterien und DNA-Fragmente unschädlich zu machen. 

Bei diesem Verfahren handelt es sich um eine künstlich erzeugte Strahlungsform wobei die Elektronen in einem Beschleuniger erzeugt werden.

Über ein sogenanntes Scanhorn wird der Elektronenstrahl verteilt und wie eine Art Elektronendusche aufgefächert. Über ein Transportsystem fahren die Gegenstände durch diesen Elektronenstrahl, um sterilisiert zu werden. Der eigentliche Sterilisationsprozess dauert hierbei nur wenige Sekunden.

Als Strahlenquelle werden hochenergetische Elektronen aus normalem Strom verwendet. Diese werden mithilfe eines Linearbeschleunigers beinahe auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Die daraus resultierende Energie ist ausreichend, um Marialien zu durchdringen.

Wofür eignet sich die Elektronenstrahlsterilisation?

Die Elektronenstrahlsterilisation ist ein schnelles Verfahren für die Sterilisation von medizinischen und pharmazeutischen Produkten. Sie eignet sich am besten für Produkte geringer Dichte in einer einheitlichen Verpackung. Weitere Anwendungsfälle sind Medikamente, Fertigspritzen, Lebensmittelverpackungen, Laborgeräte sowie Reinigungsmaterialien für sterile Bereiche. 

Vor- und Nachteile der Elektronenstrahlsterilisation

Der Elektronenstrahlsterilisation sind im Wesentlichen zwei Vorteile zuzuschreiben. Auf der einen Seite handelt es sich um ein Verfahren, mit kurzen Bestrahlungszeiten, was bedeutet, dass die Gesamtdauer der Bestrahlung nur wenige Minuten beträgt. Zudem kann die E-Beam-Sterilisation selbst geschlossene Hohlräume eines Produktes erreichen und sterilisieren, wobei es bei der Bestrahlung lediglich zu einer moderaten Temperaturerhöhung von im Schnitt nur 20 °C kommt.

Diesen Vorteilen stehen, ähnlich wie bei den zuvor genannten Verfahren, wesentliche Nachteile gegenüber. Auch beim E-Bea,-Verfahren kann es zu Beschädigungen oder Verfärbungen von Oberflächen und Produkten kommen. Auch oxidative Schäden an den zu sterilisierenden Gütern sind möglich.