Plasma-Sterilisatoren arbeiten als Kaltsterilisationssysteme und verwenden Wasserstoffperoxid-Dampf, der in Plasma umgewandelt wird, um empfindliche medizinische Instrumente zu reinigen, die hohe Temperaturen nicht vertragen. Zunächst dringt der Dampf in alle Ecken und Winkel dieser Geräte ein. Danach wird Hochfrequenzenergie zugeführt, die den Dampf in ein sogenanntes reaktives Plasma umwandelt. Was geschieht anschließend? Dieses Plasma stört im Wesentlichen die DNA und Proteine von Mikroben. Und hier ist der entscheidende Punkt: Der Vorgang erfolgt bei etwa 45 bis 50 Grad Celsius, das sind rund 60 Prozent weniger als bei den herkömmlichen Dampf-Autoklaven, die seit Jahrzehnten verwendet werden. Am Ende des Zyklus zerfällt das verbliebene Wasserstoffperoxid vollständig in harmlose Substanzen wie Wasserdampf und Sauerstoff, sodass nach der Behandlung keinerlei gefährliche Rückstände zurückbleiben.
Die Plasma-Sterilisation funktioniert durch die Verwendung von ionisiertem Gas, das tatsächlich als der vierte Aggregatzustand der Materie gilt, um Mikroben abzutöten, ohne empfindliche Materialien durch Hitze zu beschädigen. Der Prozess wird besonders interessant, wenn Wasserstoffperoxid in Plasmaform übergeht. In diesem Stadium zerfällt es in sehr reaktive Hydroxyl-(OH·)- und Hydroperoxyl-(HO₂·)-Radikale. Was dieses Verfahren auszeichnet, ist die Fähigkeit dieser geladenen Teilchen, bakterielle Zellwände weitaus besser zu durchdringen als herkömmliche Methoden wie Ethylenoxid. Studien zeigen, dass die Durchdringung unter Körpertemperaturbedingungen etwa 30 Prozent besser ist. Bei Betrachtung aktueller Forschungsergebnisse zeigt sich eine Reduktion der Keimanzahl um etwa sechs Log-Stufen nach Behandlungszyklen, die je nach Art des zu sterilisierenden medizinischen Geräts zwischen 28 Minuten und fast einer Stunde und 15 Minuten dauern. Eine klinische Studie aus dem vergangenen Jahr bestätigt dies und zeigt, dass die Plasmatechnologie auch bei komplexen Mehrkanal-Instrumenten eine Wirksamkeit von über 99,99 Prozent beibehält, während gleichzeitig die empfindlichen Polymerbestandteile in Endoskopen und ähnlichen Geräten flexibel genug bleiben, um ihre Funktion ordnungsgemäß ausüben zu können.
Das Verfahren mit Wasserstoffperoxid-Gas-Plasma löst ein großes Problem bei der Reinigung empfindlicher medizinischer Ausrüstung wie Faseroptik-Sonden und Kunststoffinstrumenten. Herkömmliche Autoklaven verwenden heißen Dampf bei etwa 121 Grad Celsius, was solche Geräte erheblich beschädigen kann. Die Plasma-Technologie arbeitet deutlich kühler, zwischen 45 und 50 Grad, wodurch keine Gefahr einer Verformung oder Materialzerstörung besteht. Dies ist besonders wichtig für Geräte mit Klebeverbindungen oder eingebauter Elektronik. Es geht hier auch um erhebliche Geldbeträge – laut Daten der Weltgesundheitsorganisation aus dem Jahr 2023 sind herkömmliche Sterilisationsverfahren jährlich für geschätzte 1,2 Milliarden Dollar an beschädigter Ausrüstung verantwortlich. Aus diesem Grund wechseln viele Krankenhäuser zu schonenderen Alternativen.
Ein zweistufiger Prozess, der zunächst vaporisiertes Wasserstoffperoxid und anschließend plasmaerzeugte reaktive Spezies verwendet, erreicht beeindruckende 6-Log-Stufen der Sterilisation, ohne dabei hitzebedingte Schäden zu verursachen. Kürzliche Tests zeigten die vollständige Eliminierung von Geobacillus stearothermophilus-Sporen, wenn der Prozess bei nur 55 Grad Celsius betrieben wird. Das ist bemerkenswert, da damit die Leistung herkömmlicher Autoklaven erreicht wird, jedoch nur 40 % der Energie benötigt werden. Die Food and Drug Administration hat dieses Verfahren in ihre aktualisierten Empfehlungen aus dem Jahr 2024 speziell für die Reinigung wiederverwendbarer Instrumente bei Gehirnchirurgie und Herzeingriffen aufgenommen, bei denen herkömmliche Methoden an ihre Grenzen stoßen.
Plasmasterilisatoren eignen sich hervorragend zur Reinigung komplexer medizinischer Instrumente wie die kleinen laparoskopischen Greifer und die schwierigen neurochirurgischen Bohrer, deren enge Kanäle von der herkömmlichen Dampfsterilisation einfach nicht erreicht werden können. Laut einer Studie aus dem Jahr 2021 erzielten diese Plasmasysteme nahezu vollständige Abtötungsraten von Mikroorganismen – etwa 99,99 % – selbst in sehr engen Räumen unter 1 mm Breite mithilfe der Wasserstoffperoxid-Plasma-Technologie. Chirurgen schätzen dies, da es einen wesentlichen Beitrag zur Verhinderung von Infektionen bei Eingriffen an Knochen und am Herzen leistet. Wie aus einer 2022 im Journal of Hospital Infection veröffentlichten Studie bekannt ist, verursachen hartnäckige Biofilme, die sich in Spalten von Instrumenten verstecken, etwa jede fünfte Wundinfektion nach Operationen. Ihre Beseitigung ist daher für die Patientensicherheit von großer Bedeutung.
Eine aktuelle Studie aus dem Jahr 2023 ergab, dass Endoskope, die einer Plasma-Sterilisation unterzogen werden, etwa der halben Materialbelastung ausgesetzt sind im Vergleich zu solchen, die mit Ethylenoxid behandelt wurden. Das Verfahren arbeitet bei deutlich niedrigeren Temperaturen von etwa 45 bis 55 Grad Celsius, wodurch empfindliche Linsenkleber in Arthroskopen während der Reinigungszyklen nicht verformen. Zudem eliminiert es widerstandsfähige Keime wie MRSA, die zuletzt in Krankenhäusern zunehmend zu einem Problem geworden sind. Viele gastroenterologische Zentren berichten davon, dass sich ihre Aufbereitungszeiten um rund drei Viertel verkürzen, wenn sie von herkömmlichen Flüssigkeimstoffen auf diese neuen Plasmasysteme umstellen. Einige Einrichtungen geben sogar an, Instrumente fast doppelt so schnell für Patienten bereitstellen zu können wie zuvor.
Bei der Untersuchung von 23 verschiedenen ambulanten Kliniken an mehreren Standorten stellten Forscher fest, dass der Wechsel zur Plasma-Sterilisation postoperative Infektionen um etwa zwei Drittel reduzierte. Das ist nachvollziehbar, da die Technologie gut mit den Kunststoffteilen funktioniert, die bei robotergestützten Operationen verwendet werden, wodurch die Krankenhäuser laut dem Ambulatory Surgery Benchmark Report aus dem Jahr 2023 jährlich etwa achtzehntausend Dollar an Ersatzkosten sparen. Beeindruckend ist besonders, dass es gelang, die Sterilitätssicherheitsniveaus bei 10^-6-Standards zu halten, selbst nach zwölftausend Zyklen, und gleichzeitig die empfindlichen Lichtleiter in laparoskopischen Instrumenten intakt und funktionsfähig zu erhalten.
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