Was ist ein Autoklav und wie funktioniert er? Alles zum Thema

Als Autoklav werden Dampfsterilisationsgeräte bezeichnet, die Gegenstände und Materialien mithilfe von Unterdruck und Heißdampf entkeimen. Sie werden in vielen Bereichen eingesetzt und zeichnen sich durch nachweislich reproduzierbare Ergebnisse aus. Für welche Anwendungen sich Autoklaven lohnen, wie sie funktionieren und worauf bei Qualifizierung und Validierung der Geräte geachtet werden muss, lesen Sie hier.

Was ist ein Autoklav? Definition und Verwendung

Beim Autoklavieren handelt es sich um einen normierten Entkeimungsprozess, bei dem Mikroorganismen und Keime durch eine Kombination von heißem Dampf und Unterdruck abgetötet und inaktiviert werden. Auf die Frage: „Was ist ein Autoklav?“ kann also geantwortet werden, dass davon gasdicht verschließbare Druckbehälter umfasst sind, die zur Sterilisation verwendet werden.

Bei der Autoklav-Definition kann außerdem zwischen einem Vakuumverfahren und einem Strömungs- oder Gravitationsverfahren unterschieden werden, die sich hinsichtlich des Luftwechsels und der Dampfeinströmung unterscheiden. Beiden Varianten ist allerdings gleich, dass damit sowohl Flüssigkeiten als auch Feststoffe autoklaviert werden können.

Neben einer Sterilisation können diese Geräte auch zur Härtung oder Veränderung von Materialien eingesetzt werden, sofern sie eine ausreichend hohe Temperatur und einen passenden Druck erzeugen können. Dadurch eignen sich Dampfsterilisatoren für eine Vielzahl an Einsatzgebieten, zu denen insbesondere die folgenden gehören:

Der Autoklav: Aufbau des Dampfsterilisationsgeräts

Der Aufbau eines Autoklaven hängt maßgeblich davon ab, für welche Einsatzzwecke er konzipiert ist. In Laboren und medizinischen Einrichtungen sind insbesondere Dampfautoklaven zu finden, die in verschiedenen Größen angeboten werden. Das Innenraumvolumen kann – je nach Bedarf und Anforderungen – mehrere hundert Liter betragen.

Dampfautoklaviergeräte sind zylinderförmig aufgebaut und besitzen einen Deckel mit Schraub- oder Bajonettverschluss. Hinzu kommen Anzeigeelemente für Temperatur, Manometer und Phasenfortschritt. Der Dampf und der Überdruck werden entweder als Vakuumverfahren oder als Strömungs- bzw. Gravitationsverfahren eingeleitet.

Autoklaven für Gas- und Druckreaktionen sind im Gegensatz dazu mit stärkeren Außenwänden ausgestattet, um auch starkem Betriebsdruck von etwa 150 bar widerstehen zu können. Die Innenbeschichtung aus Teflon verhindert Beschädigungen durch hohe Temperaturen (etwa 650°C) und aggressive Chemikalien.

Der Autoklav: Funktionsweise und Phasen

Damit der Autoklav heißen Dampf unter Hochdruck erzeugen kann, wird er in einem speziellen Aufbau und einer speziellen Funktionsweise hergestellt. Er gleicht prinzipiell einem Druckkochtopf (Papin’scher Topf), indem Wasser in einem geschlossenen Innenraum zum Sieden gebracht wird. Dann füllt sich dieser mit gesättigtem Dampf, der nicht entweichen kann – so wird eine höhere Temperatur erreicht und der Druck im Dampfkessel gesteigert.

Die Autoklav-Funktion kann darüber hinaus in mehrere Verfahren unterteilt werden, die einander nachgeschaltet sind. Sie machen die eigentliche Betriebszeit der Autoklav-Sterilisation aus und teilen sich in Entlüftung, Sterilisation und Trocknung.

Entlüftung

Egal, welches der Hauptprogramme ausgeführt wird – in einem ersten Schritt muss die Druckgaskammer komplett von Luft befreit werden. Das ermöglicht später optimale Druckverhältnisse und verhindert, dass zurückbleibende Luftinseln die Sterilisation negativ beeinträchtigen. Dafür wird die Kammer des Autoklaviergeräts mehrfach vakuumiert und dann mit einströmendem Dampf gefüllt. Deswegen wird diese Funktion auch als fraktioniertes Vakuumierverfahren bezeichnet.

Sterilisation

Die Sterilisierphase stellt jenen Prozess dar, bei dem die tatsächliche Autoklav-Sterilisation stattfindet. Sie kann in die beiden Unterprozesse Abtötungszeit und Sicherheitszuschlag differenziert werden:

• Abtötungszeit: Bei der Abtötungszeit handelt es sich um die Zeitspanne, in der alle Keime, Krankheitserreger und Mikroorganismen abgetötet und inaktiviert werden.
• Sicherheitszuschlag: Um auch Keime mit einer erhöhten Resistenz gezielt loszuwerden, folgt der Sicherheitszuschlag. Dieser kann ebenfalls etwaige Schwankungen in der Ausgleichszeit (also die Zeitspanne zwischen dem Erreichen der Sterilisationstemperatur und dem Erreichen der geforderten Temperatur für das Sterilisationsgut) abfedern.

Trocknung

Damit der Feuchtigkeitsgehalt des Sterilisierguts gesetzliche Toleranzgrenzen nicht überschreitet, folgt danach eine Trocknungsphase. Diese gehört ebenfalls zu den festen Bestandteilen der Phasen des Autoklavierens. In diesem Verfahrensschritt wird ein Vakuum in der Kammer erzeugt, welches gleichzeitig zum Druckausgleich und zum Abkühlen der Gegenstände oder Flüssigkeiten dient.

Autoklav-Sterilisation: Programmauswahl

Obwohl prinzipiell viele verschiedene Einstellmöglichkeiten denkbar wären, haben sich bei der Autoklav-Sterilisation zwei Programme durchgesetzt. Diese zeigen in diversen Tests und Prüfungen die beste Wirksamkeit und den höchsten Erfolg. Hinzu kommen zwei Testprogramme, die die Autoklav-Funktion überprüfen, überwachen und nachweisen. Dadurch ergeben sich bei den meisten Geräten insgesamt vier Programme:

• Hauptprogramm 1: Bei diesem Programm wird das Sterilisationsgut für 15 Minuten bei einer Temperatur von 121°C behandelt. Der Absolutdruck liegt bei 2,1 bar. Einige Sterilisatoren bieten außerdem eine verlängerte Programmzeit von 20 Minuten.
• Hauptprogramm 2: Bei diesem Programm wird das Sterilisationsgut für 3 Minuten bei einer Temperatur von 134°C behandelt. Der Absolutdruck liegt bei 3,04 bar. Einige Sterilisatoren bieten außerdem eine verlängerte Programmzeit von 5 Minuten.
• Vakuumtestprogramm: Mit dem Vakuumtest wird überprüft, ob die Druckdampfkammer des Autoklaviergeräts vollständig dicht ist. Dafür wird ein Teil der Luft abgesaugt und der Druck stabil gehalten, sodass ein etwaiges Leck erkannt werden kann. Normativ kommt dafür ein Druck von 1,33 bar pro Minute zum Einsatz.
• Bowie Dick Testprogramm: Hierbei handelt es sich um einen Luftentfernungs- und Dampfdurchdringungstest, der deswegen auch als Entlüftungstest bezeichnet werden kann. Er erfolgt täglich vor der ersten Inbetriebnahme und stellt fest, ob der Dampf überallhin eindringen kann und ob die gesamte Luft abgesaugt wird.

In einigen Ländern kommt übrigens noch ein weiteres Autoklavierprogramm hinzu, das zur Destabilisierung von Prionen entwickelt wurde. Diese sind an der Entstehung der Creutzfeld-Jakob-Krankheit beteiligt. Das Programm durchläuft eine Temperatur von 134°C bei einer Sterilisierzeit von 18 Minuten.

Kühlungsprozesse nach der Autoklav-Sterilisation

Damit Sie sich nach der Verwendung des Autoklaven nicht die Finger verbrennen, muss das Sterilisationsgut im Gerät auf eine sichere Entnahmetemperatur herabgekühlt werden. Insbesondere bei Flüssigkeiten entsteht außerdem in Kombination mit dem Überdruck das Risiko, dass das sterile Gut nach dem Öffnen des Deckels einfach überkocht. Daher sind die Autoklaviergeräte mit einer Kühlung versehen, wobei zwischen verschiedenen Varianten differenziert werden kann:

Kühlung mit Stützdruck

Autoklaven mit dieser Funktion besitzen eine Kühlung durch Radiation. Dabei wird der Druckbehälter durch außenliegende Kühlbereiche über die gesamte Fläche mit kaltem Wasser herabgekühlt. Diese Schnellrückkühlung mit Stützdruck erlaubt einen erhöhten Produktivitätsgewinn, da die Prozesszeiten maßgeblich reduziert werden können. Das sterile Gut kommt bei dieser Autoklav-Sterilisation nicht mit Wasser in Kontakt.

Kühlung durch Dampfablass

Dem gegenüber steht die Kühlung durch Evaporation, die im Sinne einer Selbstabkühlung durch einen langsamen Dampfablass funktioniert. Üblicherweise ist dafür ein Ventilator im Autoklav verbaut, der die kühle Raumluft von außen an den Druckbehälter bläst. Diese Variante kommt ohne Stützdruck aus, bringt aber auch Nachteile mit sich. So steigt das Risiko eines Verkochens oder sogar Überkochens bei flüssigem Sterilisationsgut.

Qualifizierung von Autoklaven

Für eine Autoklav-Sterilisation ist es notwendig, dass das Gerät wirksame und reproduzierbare Sterilisationsprozesse durchführen kann. Für einen entsprechenden Nachweis wird die sogenannte Qualifizierung durchgeführt. Sie besteht aus vier Schritten und muss vor der ersten Inbetriebnahme des Autoklaven erfolgen.

• DQ – Design-Qualifizierung: Bei diesem Prozess wird geprüft, ob der Autoklav den qualitätsrelevanten Anforderungen entspricht und ob die Vorgaben hinsichtlich seiner Bauteile, Ausstattung und Hilfseinrichtungen herstellerseitig eingehalten wurden.
• IQ – Installationsqualifizierung: In diesem Schritt wird dann die Einhaltung aller gestellten und gesetzlich vorgeschriebenen Anforderungen überprüft. Das umfasst beispielsweise technische Spezifikationen und Dokumentationen.
• OQ – Funktionsqualifizierung (Operational Qualification): Dabei geht es an den Nachweis der Grenzwerte: Nur wenn diese Autoklav-Funktionsweisen eingehalten werden, eignet sich das Gerät für den vorgesehenen Arbeitsbereich und kann vorzeigen, dass er wie geplant funktioniert. Daher ist auch die Kalibrierung im OQ enthalten.
• PQ – Performance Qualifizierung: Bei diesem Leistungsnachweis werden schließlich die Vorgaben direkt mit den tatsächlichen Leistungen verglichen. Erst danach kann ein dokumentierter Nachweis ausgestellt werden.
• Abschluss: Als Abschluss wird der letzte Schritt bezeichnet, in dem die Qualifizierung des Autoklaven beendet und ein Intervall für die erste Re-Validierung festgelegt wird.

Was ist die Validierung beim Autoklav?

Autoklaviergeräte müssen aber nicht nur vor Inbetriebnahme qualifiziert, sondern auch in regelmäßigen Abständen einer Validierung unterzogen werden. Diese ist nach der DIN EN 554 gesetzlich vorgeschrieben und standardisiert. Sie muss mindestens jährlich durchgeführt werden. Bei der Validierung von Autoklaven sind die folgenden Schritte notwendig:

• Kommissionierung: In diesem Schritt wird überprüft, ob der Autoklav allen beschriebenen Herstellerangaben entspricht und entsprechend identifiziert werden kann. Davon sind beispielsweise technische, organisatorische und betriebliche Vorbedingungen und alle Spezifikationen umfasst.
• Leistungsbeurteilung: Danach wird überprüft, ob die eingestellten Sterilisationsbedingungen bei jedem Entkeimungsvorgang eingehalten werden und ob bei jeder Beladung das qualitativ gleiche Ergebnis entsteht. Dafür wird das Gerät unter verschiedenen Beladungen und Konfigurationen getestet.
• Re-Kommissionierung: Die Durchführung einer Re-Kommission entspricht genau jener der Kommission, allerdings ist der Zeitpunkt unterschiedlich. So wird eine Re-Kommission immer dann notwendig, wenn die Ausstattung oder die Technik des Autoklaven verändert wurde oder wenn plötzlich Abweichungen zu vorherigen Validierungsdaten auftauchen.
• Erneute Leistungsbeurteilung: Die erneute Leistungsbeurteilung entspricht ebenfalls der initialen Durchführungsweise und ist in einem regelmäßigen Intervall fällig. Dadurch wird sichergestellt, dass die Leistung des Geräts nicht mit der Zeit nachlässt. Als gesetzliches Intervall ist höchstens ein Jahr vorgeschrieben.

Was ist ein Autoklav für das Labor? Ein unverzichtbares Sterilisationsgerät

Was ist ein Autoklav? Diese speziellen Entkeimungsgeräte arbeiten mit Dampf und Überdruck, um Mikroorganismen unschädlich zu machen. Autoklaven zeichnen sich durch ein reproduzierbares Sterilisationsergebnis und breit gestreute Anwendungsmöglichkeiten aus – nicht zuletzt deswegen gehören sie zur Grundausstattung in Laboren, medizinischen Einrichtungen und vielen technischen Branchen.

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