Geeignete Prüfverfahren für antimikrobielle Beschichtungen
Aus vielen wissenschaftlichen Erhebungen weiß man, dass Krankheitserreger auf verschiedensten Oberflächen Tage, Wochen und Monate überleben und weitergegeben werden können. Sogenannte ‘Antimikrobielle Beschichtungen‘ sollen selbstständig und permanent die Anzahl von Krankheitserregern auf Oberflächen soweit reduzieren, dass dadurch eine Weitergabe minimiert wird.
Krankheitserreger wie Bakterien und Viren sind sehr klein und auf Oberflächen mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen; damit bleibt auch deren Inaktivierung ein für den Menschen nicht sichtbarer Vorgang. Daher muss die Wirksamkeit jeder antimikrobiellen Beschichtung mit geeigneten Prüfverfahren zweifelsfrei nachgewiesen werden.
Das Prüfverfahren im Labor
Im Jahr 2000 wurde der Japanese Industrial Standard Z 2801 Test (JIS Z Test) für die Bewertung der antibakteriellen Wirkung von Kunststoffen entwickelt. Daraus entstand 2007 das bis heute gültige international normierte Prüfverfahren ISO 22196 für nichtporöse, glatte, horizontale Oberflächen. Das Prüfverfahren schreibt vor, dass die zu testenden Bakterien auf der Prüfoberfläche durchgehend in einer Flüssigkeitsschicht gehalten werden (die Keimlösung wird mit dazu mit einer Folie bis zu 24 Stunden bei 37 °C abgedeckt).
Hintergrund hierfür ist unter anderem die Tatsache, dass bisher verfügbare Oberflächentechnologien biozide Substanzen (z.B. Silber-Nanopartikel/Silberionen, quarternäre Verbindungen, „saure Oberflächen“ (Absenkung des pH-Wertes über Ionen)) über die Oberfläche nur dann abgeben können, wenn genügend Flüssigkeit vorhanden ist, damit die bioziden Substanzen die Bakterien erreichen können. Leider ist diese zentrale Vorschrift aus dem Prüfverfahren nicht mit der Realität vereinbar, da sich die meisten Oberflächen normal trocken sind (rel. Luftfeuchtigkeit < 50 %).
Modifiziertes Prüfverfahren
Neuartige, antimikrobielle Beschichtungssysteme auf Basis der Photodynamik erzeugen als bioziden Wirkstoff reinen aktivierten Sauerstoff (der sog. „Singulett-Sauerstoff“). Dieser ist gasförmig und benötigt daher keine Flüssigkeit als Transportmedium zu den Keimen auf der Oberfläche. Ein spezielles, ungiftiges Molekül in der Beschichtung überträgt die Energie von Tages- oder Kunstlicht auf normalen Luftsauerstoff, ein rein physikalisches Prinzip. Der so aktivierte Sauerstoff nutzt die Lichtenergie zur effektiven Inaktivierung von Bakterien, Viren, Pilzen und Sporen.
Um realitätsnahe Parameter wie trockene Oberflächen zu berücksichtigen, wurde die Effektivität dieser neuartigen Beschichtung zunächst im Labor der TriOptoTec GmbH getestet. Die Testung erfolgte auf normal trockenen Oberflächen bei Raumtemperatur. Dazu wurde eine Flüssigkeit, welche Bakterien enthält, auf die zu testende Oberfläche getropft und diese sichtbar trocknen gelassen. Erst dann wurden die Prüfkörper mit den anhaftenden Bakterien mit Raumlicht bestrahlt. Unter diesem modifiziertem Prüfverfahren erreicht die photodynamische Technologie eine Abtötung von über 99,99%.
Eine weitere Modifikation des Normtests besteht in der Beschichtung von porösen oder saugenden Materialien wie z.B. Papier oder Karton. Diese können nun ebenfalls getestet werden.
Die hohe antimikrobielle Effektivität der Dyphox® Beschichtungen wurde zusätzlich durch unabhängige, externe zertifizierte Prüflabors bestätigt. Die Prüflabors testeten die Beschichtungen ebenfalls unter normal trockenen Bedingungen bei Raumtemperatur. Da diese Modifikationen eine sinnvolle, aber formale Abweichung vom momentan gültigen Prüfverfahren darstellen, wird dies auf den ausgestellten Zertifikaten vermerkt mit: getestet nach ISO 22196 (modifiziert).
Konzeption und Aufwand einer Feldstudie
Relevanz von Feldstudien
Neue Technologien werden meistens als erstes im Labor auf grundsätzliche Funktionalität getestet. In Bezug auf antimikrobielle Beschichtungssysteme macht es darüber hinaus viel Sinn, diese auch einem echten Realitätscheck zu unterziehen. Neben Fragestellungen wie mechanische Haltbarkeit, Verarbeitung auf verschiedenen Oberflächenmaterialien und optischen Eindrücken steht der Nachweis der antimikrobiellen Wirkung – auch im Hinblick auf organische Verschmutzungen – im Fokus.
Hintergrund hierfür ist, dass Oberflächen in der Realität eine Reihe von Parametern aufweisen, die oft im Labor nur schwer nachzustellen sind (Beispiel: viele verschiedene Menschen berühren unterschiedlichste Oberflächen in unterschiedlicher Häufigkeit).
Testung unter realen Bedingungen
Das antibakterielle Beschichtungssystem Dyphox® wurde nach der erfolgreichen Labortestung (intern wie extern) unter realen Bedingungen eingehend überprüft (sog. „MikroPhob-Studie“). Diese Feldstudie wurde am Universitätsklinikum Regensburg (UKR) und im Caritas Krankenhaus St. Josef in Regensburg über mehrere Monate geplant und durchgeführt.
Um die Effektivität der antimikrobiellen Beschichtung möglichst realitätsnah zu messen, wurden 21 verschiedene Flächen im direkten Patientenumfeld (Notaufnahmen/Ambulanzkabinen /Patientenzimmer) mit einer aktiven (generiert aktiven Sauerstoff) und einer inaktiven (generiert keinen aktiven Sauerstoff) Beschichtung ausgestattet.
MikroPhob Feldstudie
Voraussetzung für eine Feldstudie ist, in Vorstudien zunächst diejenigen Oberflächen zu definieren, die am häufigsten berührt werden und sowohl für eine aktive als auch für eine inaktive Beschichtungsfläche parallel zur Verfügung stehen. Darüber hinaus ist es wichtig zu wissen, von welcher Grundverkeimung auszugehen ist (also wie viele Mikroorganismen kommen auf den zu testenden Oberflächen im Schnitt vor).
Ist diese Grundverkeimung zu niedrig (< 5 Kolonie-bildende Einheiten pro cm²; KbE/cm²), wird es schwierig sein einen Unterschied zwischen aktiver und inaktiver Beschichtung messbar darzustellen.
Aus der Vorstudie leiten sich dann detaillierte Studienprotokolle ab, nach welchen festgelegt wird, auf welchen Oberflächen wann und wie oft die Anzahl der Bakterien bestimmt wird. Eine hohe Aussagekraft der Messdaten wird erreicht, wenn die Anzahl der einzelnen Stichproben hoch genug ist. Hier gilt: je höher die Anzahl der Stichproben, desto genauer zeigt sich der Unterschied zwischen aktiver und inaktiver Beschichtung. Weiterhin gilt es zu beachten, dass der Messzeitraum nicht zu kurz gewählt wird. Hier sollte ein Minimum von vier Monaten beachtet werden. Es kann auch nützlich sein, während der Erhebung eine Zwischenauswertung durchzuführen.
Die Dyphox® Beschichtung wurde in zwei Regensburger Kliniken über 6 Monate getestet, am Universitätsklinikum sogar 9 Monate. Insgesamt wurden knapp 1300 Stichproben erhoben. Neben der wissenschaftlichen Planung von Vorstudie und Feldstudie wird Fachpersonal zur Durchführung der Abklatsch- und/oder Wischtests und zur weiteren Probenverarbeitung benötigt.
Ein so großer Datensatz muss zur aussagekräftigen Darstellung statistisch einwandfrei bearbeitet werden. In der MikroPhob Studie wurde dies vom Zentrum für klinische Studien am Universitätsklinikum Regensburg durchgeführt. Eine gut geplante und durchgeführte Studie nützt wenig, wenn die gewonnen Daten am Ende nicht professionell durch Bioinformatiker/Biostatistiker ausgewertet werden.
Kosten und Ergebnis Die gesamte MikroPhob Feldstudie dauerte von der ersten Planung bis zur letzten Auswertung rund 18 Monate und war mit hohen Kosten (mittlerer 6-stellinger Betrag) verbunden, welche teilweise im Rahmen einer Drittmittelfinanzierung durch den Projektträger Bayern getragen wurden.
Die Ergebnisse der Auswertungen belegen eindeutig, dass trotz der weiter durchgeführten Reinigungen/Desinfektion der Oberflächen gemäß Standard-Hygieneplan die Anzahl der Bakterien auf der aktiven antimikrobiellen Beschichtung signifikant geringer waren als die Anzahl der Bakterien auf der inaktiven Beschichtung.
Zudem sank der durchschnittliche Wert von Bakterien auf der aktiven Beschichtung unter 2,5 KbE/cm², einem für Krankenhäuser wichtigen Schwellenwert. Weiterhin traten hohe Keimlastspitzen (teilweise bis 500 KbE/cm²) auf der aktiven Beschichtung nicht mehr auf – dort waren Keimlastspitzen von maximal bis zu 27 KbE/cm² vorhanden. Das ist ein weiterer eindeutiger Beweis für die permanente antimikrobielle Funktionalität der aktiven Beschichtung.
Herkömmliche Reinigungs- und Desinfektionsmittel wirken nur unmittelbar während der Anwendung, da sie meist eine alkoholische Basis haben (die Mittel verdunsten sehr schnell). Dadurch entstehen Hygienelücken, denn bei der nächsten Berührung setzen sich sofort wieder Mikroben auf der Oberfläche ab. Die Dyphox® Beschichtung schließt diese Hygienelücken, da sie dauerhaft und ohne weiteres Zutun wirkt. Damit ist eine permanente Sicherheit gegen hohe Keimlasten auf Oberflächen unter realistischen Bedingungen gegeben.
Die Ergebnisse der Labortests und der Feldstudie MikroPhob wurden in einem international renommierten Fachjournal für Hygiene wissenschaftlich publiziert (J Hosp Infect. 2020 Jan;104(1):85-91; DOI 10.1016/j.jhin.2019.07.016) und können hier heruntergeladen werden.
