Der STISO mit DECOpulse®

Ein physikalisches Phänomen lieferte die Idee und Grundlage, um DECOpulse® realisieren zu können: Auch bei Raumtemperatur kann H₂O₂ verdampfen *, wenn der Druck in der flüssigen Phase groß genug ist. Da die geometrische Form durch die Oberflächenspannung gemäß der Young- Laplace-Gleichung einen Einfluss auf den inneren Druck hat, wäre eine Tröpfchen- bzw. „Kugelform“ des H₂O₂ in Mikrogröße geeignet. In diesem Fall würde das zunächst noch als Sprühnebel (Aerosol) sichtbare flüssige H₂O₂ verdampfen und wäre so auch für das Auge nicht mehr erkennbar vorhanden. 
Die Frage ist, wie dieser kleine Mikrotropfendurchmesser erzielt werden kann und vor allem, welche Effekte sich damit in der pharmazeutischen Praxis ergeben? DECOpulse® arbeitet mit mehreren Einspritzdüsen im Isolator. Diese sind wie bisher als Direkteinspritzdüsen im Plenum sowie oberhalb der CG-Membran für indirektes Einspritzen angebracht. Über Zwei-Stoff-Düsen wird H₂O₂ zusammen mit pharmazeutischer Druckluft als Trägergas in den Isolator eingebracht. Entscheidend sind dabei die Geometrien der Düsen sowie weitere zahlreiche Parameter, die u. a. beim Einspritzen gegeben sein müssen, um für die gewünschten Tropfengrößen und für Turbulenzen zur Verteilung im Plenum zu sorgen. Eine spezifische Steuerung, beispielsweise für die Ventile, sowie ein „Loop“, über den die Einspritzdüsen mit den Medien versorgt werden, sind weitere Komponenten von DECOpulse®, das zum Patent angemeldet ist. Ein wichtiger Aspekt ist, dass das H₂O₂ verdampft und somit die allgemeinen Prinzipien von Gasphasendekontaminationssystemen zum Tragen kommen. Vor allem sorgen die auftretenden Prozesse von Adsorption und Desorption der H₂O₂-Moleküle für eine gleichmäßige Verteilung an den Oberflächen im Isolatorraum. 
Noch während der Entwicklungsphase wurden die Größenverteilungen der erzeugten Tröpfchen bestimmt. So wurde sichergestellt, dass mit richtig gewählten Betriebsparametern die erzielte Mikrotropfengröße tatsächlich unter den gewünschten d < 3 μm liegt. Um die entsprechende Größenverteilung zu ermitteln, wurde die Beugung (Diffraktion) von Laserstrahlung an den Mikrotropfen gemessen. Eine beispielhafte Verteilung ist in Abb. 1 dargestellt. Hier weisen 99,9 Prozent der Mikrotropfen im finalen System einen Durchmesser d < 3 μm auf!

Chemische Indikatoren, die auf H₂O₂ farblich reagieren, wurden an identischen und insbesondere auch an schwer erreichbaren Stellen im Isolator platziert. Dazu zählen beispielsweise Ecken oder Zonen an und zwischen den Handschuheingriffen (Abb. 2). Das Ergebnis kann sich im wahrsten Wortsinn sehen lassen. Ziel ist der Übergang der Magentafarbe der Indikatoren in gelbe Farbe, was eine vollständige Benetzung mit H₂O₂ anzeigt. Betrachtet man zwei Zyklen mit kurzer vergleichbarer Einspritzdauer, so gelingt dies bei der Flash-Verdampfung an keiner Indikator- Platzierung vollständig. Mehrere Indikatoren verbleiben vollständig in der Ursprungsfarbe. Dagegen erzielt die Atomization- driven Evaporation mit DECOpulse® eine vollständige Abdeckung: Alle Indikatoren sind gelb, nur einer weist noch minimale Magenta-Anteile auf. Dies stellt die sehr homogene Benetzung mit H₂O₂ überzeugend dar, wie sie mit dem neuen System auch in komplexen Geometrien gelingt. Gerade in Hinblick auf die pharmazeutische Sicherheit ist dieser Vergleich sehr aufschlussreich. Außerdem wurden die D-Werte*;der beiden Systeme anhand von biologischen Indikatoren untersucht. Der Vergleich ergibt hier für die Flash-Verdampfung einen Wert von 0,86 Min., bei der Atomization-driven Evaporation mit DECOpulse® sind es dagegen nur 0,47 Minuten. 

Ein weiterer Vergleich: Aerosole und Mikro-Aerosole, die beide in aktuell gängigen Bio-Dekontaminationssystemen verwendet werden, weisen Durchmesser (d) von etwa 100 μm bis 1.000 μm, respektive etwa 10 μm bis 100 μm, auf und verdampfen somit bei Raumtemperatur nicht direkt. Aufgrund der Struktur findet daraufhin eine inhomogenere Verteilung insbesondere in komplexen Geometrien statt. Hier bleibt also ein grundsätzlicher, physikalisch bedingter Systemunterschied und Vorteil von DECOpulse® im Vergleich zu anderen aerosolbasierten Systemen bestehen. 

Spannend ist auch, wie sich der mit DECOpulse® (im Vergleich zu DECOjet®) um etwa 40 Prozent reduzierte Einsatz von H₂O₂ auswirkt. Dieser zeigt sich insbesondere in Form einer kürzeren Belüftungszeit im Rahmen des Dekontaminationszyklus (Abb. 3). Ab einer Konzentration von 200 ppm gehen die Kurven im Schaubild deutlich auseinander. Bis zu einer Reduktion auf 1 ppm besteht mit DECOpulse® bereits ein Zeitvorteil von ca. 21 Minuten. Im weiteren Verlauf und untersuchten Bereich der Reduktion von 1,0 bis 0,1 ppm werden nochmals 30 Minuten eingespart. In der Praxis werden heute H₂O₂ Konzentrationen im Bereich von 0,1 bis hin zu 0,03 ppm gefordert. Gerade auch bei diesen äußerst geringen Konzentrationen ist zu erwarten, dass sich der Trend der Zeiteinsparung fortsetzt und nochmals verstärkt. (Die Zeitangaben basieren auf vergleichbaren Bio-Dekontaminationszyklen mit einer 10-log Reduktion bei beladenem Isolator). Der verringerte Einsatz von H₂O₂ führt außerdem zu geringeren Ausgasungseffekten, was zu einem verminderten Risiko der Beeinflussung des Steriltestprozesses durch H₂O₂-Rückst.nde führt und sich zudem materialschonend auswirkt.

D-Wert: Sterilität wird als die Abwesenheit von Mikroorganismen verstanden. Da in der Praxis keine hundertprozentige Sterilität zu erwarten ist, ist die Dezimalreduktionszeit D (D-Wert) ein gebräuchlicher Wert. In der pharmazeutischen Sterilverarbeitung liegen die Minimalanforderungen bei einer 4-6 log Reduktion. In Einzelfällen sind bis zu 12 log Reduktionen gefordert.

Die pharmazeutische Sicherheit deutlich erhöht, die Zykluszeiten deutlich verringert – damit hat sich der STISO mit DECOpulse® als Benchmark-System positioniert. Nebenbei, auch die Jury der Interphex Exhibitor Awards hat die Vorteile von DECOpulse® erkannt und das System mit dem „Biotech Innovation Award 2019“ ausgezeichnet. Doch der STISO mit DECOpulse® hat noch weitere Argumente auf seiner Seite. Ein Sterilitätstestisolator ist nicht zuletzt ein Arbeitsplatz. Wichtig ist somit, dass es sich hier über mehrere Stunden angenehm und sicher arbeiten lässt. Noch in der Entwicklungsphase des STISO hat OPTIMA pharma containment eine ergonomische Studie in Auftrag gegeben. Das führt zu wichtigen Vorteilen: Rund 95 Prozent aller potenziellen Bediener erreichen heute alle Zonen in der Anlage über die Handschuheingriffe. Die Arbeitsposition am STISO kann zwischen einer Sitzunterstützung und dem Stehen variieren. Und das schräg gestellte Frontglas sorgt für mehr Abstand zum Glas, was ebenfalls eine ergonomische Haltung bei der Arbeit am Sterilitätstestisolator begünstigt.