UVC-Technologie zur Entkeimung
Hochwirksam, gefahrlos und ohne Chemie.
Bekämpft alle Mikroorganismen zu 99.99%.
Entkeimung mittels UVC-Technologie ist in Zeiten von Corona-Pandemie, MRSA in Krankenhäusern, Globalisierung, industrieller Landwirtschaft und Convinience Food wichtiger denn je. Besonders dort, wo die Qualität und Sicherheit für Mensch, Tier und Produkt von hoher Bedeutung sind, greift man auf diese effiziente und leistungsstarke Methode zurück. Warum und wie die UVC-Technik rückstandslos rund um die Uhr und ohne Einsatz von Chemie gegen alle Arten von Mikroorganismen funktioniert, ist wissenschaftlich gut belegt.
UV-Strahlung ist kurzwelliger und energiereicher als das sichtbare Licht und wird in die Bereiche UVA, UVB und UVC eingeteilt. Mit dem Begriff UVC-Entkeimung verbindet man nicht das gesamte UVC-Spektrum von 100-300 nm, sondern speziell den Bereich von 250-280 nm, wo die Erbinformation aller Lebewesen am empfindlichsten ist. Dort reagiert die Energie der Photonen mit der DNA und zerstört sie.
UVC-Strahlung
Die UV-Strahlung wird allgemein in die Bereiche UVA, UVB, UVC und Vakuum-UVC aufgeteilt. UV-Strahlung ist kurzweiliger und energiereicher als das sichtbare Licht. Während UVA und UVB aus dem Sonnenspektrum z.T. die Erdatmosphäre durchdringen, wird das UVC (100-300nm) schon in der Stratosphäre komplett herausgefiltert. Deshalb konnte sich Leben auf der Erde entwickeln, das für die Kodierung eine UVC-instabiles Molekül (DNA) verwendet.
Die Strahlung unterhalb von 200 nm wird durch die spezielle Quarzglasmischung der Strahler komplett unterdrückt. Mit dem Begriff UVC-Entkeimung verbindet man deshalb nicht das gesamte Spektrum von 100-300 nm, sondern speziell den Bereich um 260 nm, wo die DNA am empfindlichsten ist.
Wellenlänge und Entkeimungsgrad
Analysiert man den Entkeimungsgrad von UVC zwischen den Wellenlängen von 200 und 300 nm (gelbe Linie), sieht man den höchsten Wirkungsgrad zwischen 240 und 280 nm mit einem Maximum bei 260 nm. Vergleicht man das Absorptionsspektrum der Erbsubstanz (DNA, blaue Linie) damit, sieht man fast einen identischen Verlauf. Je mehr UVC also von der DNA aufgenommen wird, umso mehr wird sie zerstört – der Entkeimungsgrad steigt.
UVC-Entkeimungsröhren geben den größten Teil ihrer Strahlung genau bei 253,7 nm ab (lila Balken), im Maximum der DNA-Zerstörung. Über 30% der elektrischen Energie werden bei Niederdruckstrahlern in dieser Wellenlänge abgegeben, deshalb ist diese Technik so effizient. Es existieren kaum Nebenspektren, die gerade bei der Materialverträglichkeit kritisch wären.
Wie UVC auf die DNA wirkt
Die DNA ist ein langkettiges Molekül, das als verdrehte Doppelhelix, ähnlich einer Wendeltreppe, aufgebaut ist. Die Verbindungen zwischen den beiden Seitensträngen bilden Basenpaare aus vier Grundbausteinen (Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin, abgekürzt mit A, T, G und C). Mit einer bestimmten Häufigkeit liegen zwei dieser Basenpaare mit jeweils einem Thymin nebeneinander.
Hier wirkt das UVC, indem die Verbindung zum Adenin des gegenüber liegenden Stranges zerstört wird und die nebeneinander liegenden Thymine miteinander verknüpft werden. Diese beiden Nachbarbasen bilden ein sehr stabiles Dimer (Thymidindimer). Wird die DNA von der Zelle zur Proteinproduktion gebraucht oder zur Zellteilung dupliziert, stoppen die ablesenden Enzyme an dieser Stelle.
Je mehr defekte Stellen ein DNA-Strang aufweist, desto größer ist der Schaden für das Leben der Zelle, z.B. auch für Mikroorganismen. Dieses Prinzip erklärt das Dosis-Wirkungsprinzip: je stärker die UVC-Dosis, desto häufiger sind die Schäden und umso höher ist die Abtötungsrate, weil der Ablesevorgang unterbrochen wird. So führt der Mangel an Enzymen und die Blockade der Zellteilung zum Zelltod.
Wie UVC gegen Mikroorganismen wirkt
Generell sind alle Lebensformen auf der Erde auf Basis von DNA oder der ähnlich aufgebauten RNA organisiert. Das heißt alle Organismen können durch UVC-Strahlung geschädigt werden. Je einfacher die Organisationsform und je kleiner das Zellvolumen der verschiedenen Organismen ist, desto effektiver ist die Abtötungsrate durch UVC.
Die Dosis bei der 90% der Organismen einer Spezies abgetötet wird, nennt man LD90-Dosis. Für einfache Bakterien benötigt man meistens zwischen 1,5 und 6 mJ/cm2, für größere Hefen mit Zellkern zwischen 6 und 10 mJ/cm2 und bei für das Überleben in extremer Umgebung geschaffene Pilzsporen sogar 20 bis maximal 120 mJ/cm2, um 90% abzutöten. Innerhalb der Organismengruppen ergeben sich auch Unterschiede durch Farbstoffe in den Zellwänden und der Verpackungsform der DNA.
Für die Kalkulation der Entkeimungsdosen stehen umfangreiche Tabellen und Literurwerte mit den LD90-Dosen verschiedener Spezies zur Verfügung.
Wichtig für die Auslegung von Entkeimungsanlagen, ist zudem die Präsentation und die Dichte der Mikroorganismen, denn Beschattung, Reflexion und Streuung beeinflussen die Dosis mit der die UVC-Strahlung die DNA erreichen kann.
Ein weiterer wichtiger Faktor für die benötigte LD90-Dosis und somit für den Erfolg der UVC Entkeimung ist der Zellzyklus der Organismen. Zellen mit sehr hoher Proteinsynthese, wie während der Teilung notwendig, werden deutlich schneller geschädigt, da die DNA entpackt und somit für die UVC-Strahlung leichter erreichbar ist.
UVC-Röhren und Vorschaltgeräte
Eigentlich ist es ganz einfach und doch hoch komplex. Für jede UVC-Anwendung braucht man Röhren und die Vorschaltelektronik, um sie zu betreiben. Alle UVpro-Röhren bestehen aus synthetischem Quarzglas, dotiert um die Ozonbildung zu unterdrücken (Ozon frei) oder bewusst als Ozon bildende Strahler für oxidative Behandlungen.
Über Parameter wie den Gasinnendruck, Wendeltyp und -form können Röhren für unterschiedliche Temperaturbereiche hergestellt werden. Eine Thermohülle optimiert den Betrieb selbst bei niedrigen Temperaturen im Luftstrom oder Wasser.
Die passende Vorschaltelektronik sorgt für schnelle Starts, stabilen Betrieb und eine lange Röhrenlebensdauer. Durch Anpassung der Vorschaltelektronik können über den Betriebsstrom zusätzliche Parameter eingestellt werden.
Welche Technik für welche Anwendung am sinnvollsten ist, erklären wir Ihnen gern. So ergeben sich optimierte Produkte für Ihre spezielle Anwendung, immer dem Ziel folgend, mit dem geringst möglichen Energiebedarf eine lange stabile Röhrenfunktion mit maximaler Leistung zu erreichen.
Wellenlänge und Entkeimungsgrad
Analysiert man den Entkeimungsgrad von UVC zwischen den Wellenlängen von 200 und 300 nm (gelbe Linie), sieht man den höchsten Wirkungsgrad zwischen 240 und 280 nm mit einem Maximum bei 260 nm. Vergleicht man das Absorptionsspektrum der Erbsubstanz (DNA, blaue Linie) damit, sieht man fast einen identischen Verlauf. Je mehr UVC also von der DNA aufgenommen wird, umso mehr wird sie zerstört – der Entkeimungsgrad steigt.
UVC-Entkeimungsröhren geben den größten Teil ihrer Strahlung genau bei 253,7 nm ab (lila Balken), im Maximum der DNA-Zerstörung. Über 30% der elektrischen Energie werden bei Niederdruckstrahlern in dieser Wellenlänge abgegeben, deshalb ist diese Technik so effizient. Es existieren kaum Nebenspektren, die gerade bei der Materialverträglichkeit kritisch wären.
Ist UVC für den Menschen schädlich?
Die UV-Strahlung der Sonne durchdringt die Erdatmosphäre in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Die länger wellige UVA Strahlung erreicht uns in großen Teilen und sorgt für die Bräunung der Haut. Die UVB-Strahlung erreicht den Erdboden zum Teil und dringt relativ tief in unsere Haut und Augen ein. Die UVC-Strahlung wird dagegen von der Ozonschicht in der Erdatmosphäre herausgefiltert. Diese energiereiche Strahlung würde sonst für Verbrennungen auf unserer Haut und den Augen sorgen.
Vor künstlichen UVC-Quellen muss man sich unbedingt mit Hilfe einer persönlichen Schutzausrüstung (PSA) schützen. Die Strahlung schädigt schon nach wenigen Sekunden Einwirkdauer die Hornhaut, daher gilt es niemals ungeschützt in eine leuchtende UVC Quelle zu blicken. Tragen Sie einen UVC undurchlässigen Gesichtsschutz sowie Handschuhe und langärmlige Kleidung.
In der Praxis vermeidet man die Wirkung von UVC auf Menschen oder Tiere durch Schutzeinrichtungen wie Bleche, Glasscheiben und elektrische Sicherheitseinrichtungen. Die fachgerechte Montage von UVC in Produktionsbereichen ist Teil unserer Beratung ebenso wie eine Freimessung mit Messprotokoll nach größeren Installationen.
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