Technologie

UV-LEDs zur Keimbekämpfung

26.05.2020 - Neuartige LED-Strahler im fernen Ultraviolett töten auch multiresistente Erreger.

Laut Robert-Koch-Institut kommt es in Deutschland pro Jahr zu 400.000 bis 600.000 Infektionen mit Krankenhaus­keimen – etwa 10.000 bis 20.000 Menschen sterben daran. Da multi­resistente Erreger (MRE) oft nicht mit Antibiotika behandelt werden können, sind alternative Ansätze gefragt. Ein aussichts­reiches physikalisches Wirkprinzip ist die Bestrahlung mit UVC-Licht. Damit lassen sich Mikro­organismen abtöten, ohne dass sich Resistenzen entwickeln können. 
 

Im Rahmen ihres Joint Lab GaN Optoelectronics haben das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchst­frequenz­technik (FBH) und die Technische Universität Berlin LEDs im fernen ultravioletten Spektral­bereich entwickelt. Die LEDs emittieren bei Wellenlängen um 230 Nanometer und liefern mehr als ein Milliwatt Ausgangsleistung. Derartige UVC-LEDs sind wegen der technologischen Heraus­forderungen des verwendeten Materialsystems Aluminium-Galliumnitrid (AlGaN) bislang weltweit kommerziell nicht verfügbar. Ihr Licht dringt aufgrund der hohen Absorption nicht in die lebenden Schichten der Haut ein. 

Es wird daher erwartet, dass die Haut – anders als bei langwelliger UVC-Strahlung, wie sie etwa Queck­silber­dampf­lampen emittieren – nicht oder so wenig geschädigt wird, dass die natürlichen Reparatur­mechanismen die Einwirkung kompensieren. Damit, so die Hoffnung der Forscher, könnten MRE ohne nachhaltige Nebenwirkungen abgetötet werden. Im Rahmen des VIMRE-Projekts (Verhinderung der Infektion mit multiresistenten Erregern über in-vivo UVC-Bestrahlung) hat das FBH einen Strahler mit einem Array aus 118 dieser LEDs auf einer quadratischen Fläche von acht auf acht Zentimetern entwickelt und hergestellt. Er erreicht eine maximale Strahlungs­leistung von 0,2 Milliwatt pro Quadrat­zentimeter mit mehr als neunzig Prozent Uniformität. Der erste Prototyp wurde an die Klinik für Dermatologie der Charité – Universitätsmedizin Berlin für Unter­suchungen an der Haut geliefert. Ein weiteres Gerät geht demnächst an das Institut für Hygiene und Umweltmedizin der Universitäts­medizin Greifswald, um die mikrobizide Wirkung zu klären. VIMRE wird im Rahmen des Konsortiums „Advanced UV for Life“ im Programm Zwanzig20 vom Bundes­ministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Tests der beiden Projektpartner mit diesen Geräten sollen zeigen, dass sich UVC-Strahlung eignet, um Mikro­organismen und insbesondere MRE abzutöten (Eradizierung). Gleichzeitig soll nachgewiesen werden, dass diese für den Menschen unbedenklich ist, solange bestimmte Strahlen­dosen eingehalten werden. Dies wird anhand von Gewebeproben menschlicher Haut sowie an Haut- und Schleim­haut­modellen überprüft, da der bevorzugte Lebens­raum von Mikroorganismen wie MRE die vordere Nasenhöhle und der Rachenraum sind. Die Charité führt dazu dosisabhängige Untersuchungen möglicher DNS-Schäden an bestrahlter Haut durch. Die Universitäts­medizin Greifswald ermittelt, wie effektiv der UV-LED-Strahler multi­resistente Erreger bei 230 Nanometern abtötet und vergleicht die Werte mit denen von UV-Lampen bei 254 und 222 Nanometern.

LEDs haben vielfältige Vorteile und eröffnen weitere Perspektiven: Sie sind besonders klein und ermöglichen daher miniaturisierte Strahler. Diese könnten endoskopisch in Körperöffnungen oder als Handgeräte verwendet werden. Auch geben sie nur wenig Wärme ab und belasten die Haut kaum. Zudem kommen sie ohne Hoch­spannung aus – ein wichtiger Sicherheitsaspekt, da sie an Menschen eingesetzt werden. Der UV-LED-Strahler soll später so weiter­entwickelt werden, dass Erreger an schwer zugänglichen Stellen beseitigt werden können. Interessant könnte das Gerät auch für Coronaviren sein, da Viren ebenfalls durch kurz­welliges UVC-Licht inaktiviert werden. Weil sich SARS-CoV-2 in der ersten Phase im Rachenraum vermehrt, liegt es nahe, entsprechende Strahler dort einzusetzen, um einer COVID-19-Erkrankung vorzubeugen.

FBH / DE
 

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