Bevor Instrumente oder Materialien für medizinische Zwecke genutzt werden können, müssen alle Mikroorganismen entfernt werden, damit keine Krankheitserreger in den Körper eines Patienten gelangen. Es gibt drei weitverbreitete Sterilisationsmethoden, die jedoch alle mit gewissen Nachteilen behaftet sind. Die Begasung mit Ethylenoxid beschädigt zwar das Material nicht, dafür bleiben jedoch Rückstände, die rote Blutkörperchen angreifen und weitere schädliche Reaktionen verursachen können. Gammastrahlen schädigen die biologisch abbaubaren Polymermaterialien, die oft in Trägerstoffen für Medikamente – wie zum Beispiel Zäpfchen –, chirurgischen Fäden und als Stützmaterial bei chirurgischen Operationen eingesetzt werden. Die Dampfsterilisation zerstört durch die hohe Temperatur viele empfindliche Materialien.

Angela Dillow von der University of Minnesota in Minneapolis und ihre Kollegen haben Kohlendioxid als neues Sterilisationsmittel eingesetzt. Bei einem Druck von 205 bar und Temperaturen zwischen 34 Grad Celsius und 60 Grad Celsius wurden selbst die hartnäckigsten Bakterien nach vier Stunden abgetötet (Proceedings of the National Academy of Sciences vom 31. August 1999, Abstract). Die Wissenschaftler veränderten den Druck in der Testkammer ungefähr fünfmal pro Stunde kontinuierlich um mehr als 100 bar. Proben einer Vielzahl häufig vorkommender Bakterien, einschließlich Listeria innocua, Escherichia coli und Salmonella salford, wurden in der Maschine untersucht. Die meisten Arten wurden bereits innerhalb von vier Stunden bei Temperaturen unter 40 °C inaktiv oder abgetötet. Nur ein Bakterium, Bacillus cereus, starb erst bei 60 °C ab. Zusätzlich zu diesen Bakterienproben wurden kleine Kügelchen häufig verwendeter medizinischer Polymere in die Probenkammer gegeben und nach den Tests auf Veränderungen ihrer Zusammensetzung und ihrer physikalischen Eigenschaften untersucht. Als man diese Materialien dem unter hohem Druck stehenden CO₂ aussetzte, blieben sie davon völlig unberührt.

Warum aber werden die Mikroorganismen durch das Gas abgetötet? Als Dillow und ihre Kollegen die Zellen unter einem Elektronenmikroskop untersuchten, fanden sie nur geringfügige Veränderungen auf der Zelloberfläche. Die Bakterien werden durch diese Sterilisationsmethode also nicht physisch zerstört. Experimente mit anderen Substanzen zeigten, daß die Kombination der physikalischen und chemischen Eigenschaften des CO₂ wahrscheinlich für den Tod der Mikroorganismen verantwortlich ist. Bei den in diesem Experiment verwendeten Temperaturen und Druck wird CO₂ zu einer sogenannten superkritischen Flüssigkeit, die einige der Eigenschaften sowohl von Gasen als auch von Flüssigkeiten aufweist. Superkritische Flüssigkeiten können die Zellwände von Mikroorganismen durchdringen. Wenn sich im Zellinneren das CO₂ in Wasser löst, entsteht Kohlensäure. Die Wissenschaftler vermuten daher, daß diese Ansäuerung des Zellinhalts den Tod der Bakterien verursacht.

Siehe auch

• Spektrum der Wissenschaft 10/94, Seite 116
  "Schutz vor Kontamination mit Mikroorganismen"
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