Im Zuge der Entwicklung mikrofluidischer Geräte, wie beispielsweise Zellkulturchips und „Organs-on-Chips“, immer weiter voranschreitet, wird die Sterilisation zu einem entscheidenden Schritt für die Aufrechterhaltung der Integrität dieser Systeme. Alle Geräte, die mit empfindlichen biologischen Flüssigkeiten in Kontakt kommen, müssen gründlich sterilisiert werden, um die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit der Versuchsergebnisse zu gewährleisten. Obwohl es mehrere Sterilisationsmethoden gibt, bleibt das Autoklavieren (oder die Dampfsterilisation) aufgrund seiner Wirksamkeit, Einfachheit, geringen Kosten und Umweltfreundlichkeit – da keine toxischen Rückstände entstehen – die beliebteste Wahl.
Dieser Überblick stellt die verschiedenen Arten von Autoklaven vor, erläutert deren Funktionsweise und nennt die Materialien, die für diese Sterilisationsmethode am besten geeignet sind.
Wie funktioniert ein Autoklav zur Sterilisation?
Das Autoklavieren basiert auf der Hitzesterilisation, einem einfachen Verfahren, bei dem Instrumente 20 Minuten lang bei 121 °C unter einem Druck von 115 kPa gesättigtem Dampf ausgesetzt werden. Die hohe Hitze führt zur Denaturierung von Proteinen, wodurch die mikrobielle Aktivität wirksam unterbunden und die Sterilisation gewährleistet wird. Sind die Bedingungen jedoch nicht optimal, kann die mikrobielle Aktivität zwar vorübergehend zum Erliegen kommen, sich aber wieder einstellen, sobald die Temperatur sinkt.
Für eine erfolgreiche Keimabtötung muss der verwendete Dampf homogen und gesättigt sein, wobei die hohe Temperatur gemäß dem Regnaultschen Gesetz einen entsprechenden Druck erzeugt. Für die Dampferzeugung ist die Verwendung von entmineralisiertem Wasser unerlässlich, da dadurch verhindert wird, dass Schwebstoffe das System verunreinigen.
Ein typischer Autoklavierzyklus (wie er in der folgenden Abbildung dargestellt ist) umfasst:
- Phase vor der Sterilisation: Mehrere Dampfinjektionen wechseln sich mit „ vide “-Injektionen ab, um die Sterilisationskammer von Luft zu befreien. Das Fehlen von Luft gewährleistet ein besseres Eindringen des Dampfes.
- Sterilisationsphase: Die Kammer wird für eine festgelegte Dauer auf einer Solltemperatur und einem Solldruck gehalten (z. B. 121 °C für 20 Minuten).
- Abkühlphase: Nach der Sterilisation kühlt sich die Kammer ab, und der Druck sinkt, bis er das atmosphärische Niveau erreicht hat.
Verschiedene Arten von Autoklaven
Autoklaven werden in drei Haupttypen unterteilt: Klasse N, Klasse B und Klasse S. Das Verständnis ihrer Unterschiede ist entscheidend für die Auswahl des am besten geeigneten Autoklaven für bestimmte Anwendungen, insbesondere in der Mikrofluidik.
Autoklav der Klasse N
Der Autoklav der Klasse N ist für einfache feste Produkte (sogenannte „unverpackte feste Produkte“) ausgelegt und kann Textilien, poröse Materialien, Hohlkörper oder Produkte in verschlossenen Behältern nicht wirksam sterilisieren. Eine wesentliche Einschränkung ist die ungleichmäßige Dampfdurchdringung, vor allem da keine Vorkonditionierung durch „ vide “ erforderlich ist. Daher eignen sich Autoklaven der Klasse N am besten für einfache, nicht poröse Materialien.
Autoklav der Klasse B
Autoklaven der Klasse B, auch als „große kleine Sterilisatoren“ bekannt, sind kompakt und dennoch hocheffizient und eignen sich zur Sterilisation einer Vielzahl von Materialien. Dazu gehören poröse Materialien, Textilien, hohle Gegenstände wie Glasspritzen sowie versiegelte Produkte. Die Norm EN 13060 legt ihre Leistungsmerkmale und Zyklen fest, wodurch sie eine zuverlässige Wahl für medizinische und mikrofluidische Anwendungen darstellen. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit und ihrer geringen Größe sind sie die bevorzugte Option für die Mikrofluidik.
Autoklav der Klasse S
Autoklaven der Klasse S liegen hinsichtlich ihrer Funktionalität zwischen der Klasse N und der Klasse B. Da diese Geräte nicht an eine bestimmte Norm gebunden sind, variieren ihre Leistungsmerkmale erheblich, und ihre Sterilisationsleistung wird vom Hersteller festgelegt. Daher werden sie seltener für präzise Anwendungen wie die Mikrofluidik eingesetzt.
Die Wahl des richtigen Autoklaven für die Mikrofluidik
Angesichts der Empfindlichkeit der in der Mikrofluidik verwendeten Materialien und Geräte erweist sich der Autoklav der Klasse B als die am besten geeignete Wahl. Seine Vielseitigkeit, seine Eignung für eine Vielzahl von Materialien (einschließlich poröser und hohler Gegenstände) sowie die Einhaltung strenger Sicherheitsstandards machen ihn besonders geeignet für Sterilisationsprozesse in der Mikrofluidik.
Autoklavierbare Materialien in der Mikrofluidik
Die Bestimmung, welche Materialien den hohen Temperaturen (121 °C) und Drücken beim Autoklavieren standhalten können, ohne Schaden zu nehmen, stellt in der Mikrofluidik eine große Herausforderung dar. Während viele gängige mikrofluidische Materialien autoklavierbar sind, wird bei einigen anderen, wie beispielsweise PMMA, PVC und PC, oft fälschlicherweise angenommen, dass sie für das Autoklavieren geeignet sind, obwohl dies nicht der Fall ist. Dies liegt daran, dass ihre Glasübergangstemperaturen (Tg) unter 121 °C liegen, was bedeutet, dass diese Materialien während des Prozesses möglicherweise schmelzen oder sich verformen könnten. Daher ist es unerlässlich, die thermischen Eigenschaften jedes Materials vor der Sterilisation zu überprüfen, um Schäden zu vermeiden.
Um die Effizienz und Sicherheit Ihres Mikrofluidik-Systems zu gewährleisten, beachten Sie bitte die nachstehende Tabelle, damit Sie fundierte Entscheidungen darüber treffen können, welche Materialien tatsächlich autoklavierbar sind.
Außerdem beachten Sie stets die Anweisungen des Herstellers , um konkrete Hinweise zur Kompatibilität einzelner Komponenten zu erhalten – unabhängig davon, ob Sie mit „ tube “, Chips oder Steckverbindern arbeiten –, bevor Sie mit einem Sterilisationsverfahren fortfahren.
| Material | Autoklavierbar? |
|---|---|
| Edelstahl 316 | Ja |
| Acryl | Ja |
| Borosilikatglas | Ja |
| Delrin (Polyoxymethylen) | Ja |
| ETFE (Ethylen-Tetrafluorethylen) | Ja |
| FEP (fluoriertes Ethylen-Propylen) | Ja |
| Halar | Ja |
| Hochreines PFA | Ja |
| Nylon | Nein |
| PC (Polycarbonat) | Nein |
| PCTFE (Polychlortrifluorethylen) | Ja |
| PDMS (Polydimethylsiloxan) | Ja |
| PEEK (Polyetheretherketon) | Ja |
| Perlast | Ja |
| PFA (Perfluoralkoxy) | Ja |
| PK (Polyketon) | Ja |
| PMMA (Polymethylmethacrylat) | Nein |
| PE (Polyethylen) | Nein |
| Polysulfon | Ja |
| PP (Polypropylen) | Beachten Sie die Anweisungen des Herstellers. |
| PPS (Polyphenylensulfid) | Ja |
| PS (Polystyrol) | Nein |
| PTFE (Polytetrafluorethylen) | Ja |
| PVC (Polyvinylchlorid) | Nein |
| Radel® | Ja |
| Silikon | Ja |
| Kalk-Natron-Glas | Nein |
| Titan | Ja |
| Topas – COC (zyklisches Olefin-Copolymer) | Nein |
| TPX® (Polymethylpenten) | Ja |
| UHMWPE (Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht) | Nein |
| Ultem | Ja |
| Vespel | Ja |
| Zeonex – COP (zyklisches Olefinpolymer) | Nein |
| Zeonor – COP (zyklisches Olefinpolymer) | Nein |
Fazit
Die Sterilisation ist ein entscheidender Schritt in der Mikrofluidik, insbesondere bei biomedizinischen und biologischen Anwendungen. Die Dampfsterilisation im Autoklav ist eine zuverlässige und weit verbreitete Methode, sofern die richtigen Protokolle eingehalten werden. Durch die Auswahl geeigneter Autoklaven – wie beispielsweise Autoklaven der Klasse B – und die Sicherstellung der Materialverträglichkeit können Sie die Sicherheit und Leistungsfähigkeit Ihrer mikrofluidischen Geräte gewährleisten.
Seid gespannt auf weitere Einblicke, Anleitungen und praktische Anwendungsbeispiele in unseren kommenden Beiträgen. Bis dahin: Bleibt mutig, autoklaviert fleißig und lasst die Mikroben nicht aus der Reihe tanzen🧪🔬!
📧 Wenn Sie Fragen oder Anregungen haben, können Sie sich gerne unter support@darwin-microfluidics.com an uns wenden.
