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Neu entwickelte UVC-LEDs sollen multiresistente Keime bekämpfen

By TU Berlin
September 02, 2020

Berlin – Multiresistente Krankenhauskeime töten Schätzungen zufolge jedes Jahr zwischen 10.000 und 20.000 Menschen in Deutschland. Oft sind herkömmliche Medikamente oder Antibiotika bereits wirkungslos. Forschende des Ferdinand-Braun-Instituts, des Leibniz-Instituts für Höchstfrequenztechnik (FBH) und der Technischen Universität Berlin (TU Berlin) haben daher spezielle LEDs entwickelt, die UVC-Licht bei Wellenlängen um 230 Nanometer emittieren, um Keime abzutöten. Diese LEDs könnten zum Beispiel zur Desinfektion von Hautoberflächen vor Operationen eingesetzt werden, um das Eindringen von Keimen in eine Wunde zu verhindern.

Die desinfizierende Wirkung von UVC-Licht ist der Wissenschaft seit langem bekannt. Es zerstört die DNA oder RNA von Keimen wie Bakterien, Viren und anderen Mikroorganismen und macht sie damit unschädlich und das auf eine Art und Weise, die die Ausbildung von Resistenzen verhindert.

In Form von Quecksilberdampflampen wird dieses Licht bereits eingesetzt, um Wasser oder Materialoberflächen zu desinfizieren. Diese Lampen emittieren Licht bei Wellenlängen um 254 Nanometern. Allerdings muss diese Strahlung sehr dosiert und vorsichtig eingesetzt werden und darf keine menschlichen oder tierischen Zellen treffen, um diese nicht zu zerstören. UVC-Licht ist Bestandteil des Sonnenlichtes, erreicht aber unter normalen Umständen nicht die Erde, da es in der Atmosphäre absorbiert wird. Als Folge davon verfügt kein Lebewesen auf der Erde über einen Schutzmechanismus dagegen.

„Es gibt inzwischen aber eine Reihe von Vorstudien, die dokumentieren, dass das kurzwelligere UVC-Licht der Wellenlänge um 230 Nanomoeter aufgrund der hohen Absorption der äußeren Hautschichten wenig oder gar nicht in die lebenden Schichten der menschlichen Haut eindringt und damit dort auch keine Schäden an der DNA anrichtet“, erläuterte Prof. Dr. Michael Kneissl, Leiter des Instituts für Festkörperphysik an der TU Berlin.

Nur zwei Gruppen weltweit können diese LEDs herstellen

Die Herausforderung des Projektes Joint Lab GaN Optoelectronics liegt vor allem in der Herstellung dieser speziellen LEDs. Laut Kneissl wird der Herstellungsprozess der LEDs, die in diesem speziellen Wellenlängenbereich emittieren, weltweit nur von seiner Arbeitsgruppe der TU Berlin und einer anderen Gruppe beherrscht.

„Auch ein Einsatz gegen Coronaviren wäre langfristig denkbar, da die DNA beziehungsweise RNA von Viren ebenfalls durch UVC-Licht zerstört wird“

Mittelfristiges Ziel ist es, die Lichtleistung der UVC-LEDs weiter zu erhöhen und noch kürzere Wellenlängen zu erreichen. Dazu wird gerade an der TU Berlin eine neue metallorganische Gasphasenepitaxie-Anlage für Hochtemperaturepitaxie aufgebaut.

Erste Prototypen werden für medizinische Tests eingesetzt

Im VIMRE-Projekt (Verhinderung der Infektion mit multiresistenten Erregern über in-vivo UVC-Bestrahlung) sind auch die Klinik für Dermatologie der Charité – Universitätsmedizin Berlin sowie das Institut für Hygiene und Umweltmedizin der Universitätsmedizin Greifswald beteiligt. Die beiden medizinischen Partner testen die LEDs aktuell unter anderem an Gewebeproben und Hautmodellen in Bezug auf die notwendige Dosis und die Unschädlichkeit für die tieferen Hautschichten.

„Für die Zukunft lassen sich viele weitere Einsatzmöglichkeiten dieser speziellen LEDs denken“, so Kneissl. „Sie sind besonders klein und können daher auch an schwer zugänglichen Stellen und auch endoskopisch zum Beispiel im Rachen oder in der Nase eingesetzt werden. Auch ein Einsatz gegen Coronaviren wäre langfristig denkbar, da die DNA beziehungsweise RNA von Viren ebenfalls durch UVC-Licht zerstört wird.“

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