Wie effektiv ultraviolettes Licht bei der Desinfektion ist, wird derzeit an einigen Orten getestet - auch in Hongkong, wo dieser Roboter eingesetzt wird.
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BerlinCorona- und Grippeviren sowie resistente Krankenhauskeime einfach per Knopfdruck auslöschen – eine traumhafte Vorstellung. Tatsächlich gelingt das, und zwar mit sehr energiereicher UV-Strahlung. Diese UVC-Strahlen wurden bereits in den 1940er-Jahren in Operationssälen eingesetzt, ebenso zur Desinfektion von verkeimtem Wasser und von Raumluft in Krankenzimmern. Dann gerieten diese Apparate aber aus der Mode, denn die aggressive UVC-Strahlung führt beim Menschen zu Sonnenbränden, Hautkrebs und einer Eintrübung der Augenlinse. Ärzte und Patienten mussten daher umständlich geschützt werden. Nur die Wasserentkeimung mit UVC-Strahlen wird heute noch in geschlossenen Anlagen betrieben. Und seit neuestem sind kleine Boxen populär, die Smartphones auf diese Weise desinfizieren.

„Wenn man genauer hinschaut, kann man die negativen Wirkungen auf den Menschen aber womöglich verhindern“, sagt Sven Einfeldt vom Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) in Berlin. Es komme nämlich sehr darauf an, welche Wellenlänge die UVC-Strahlung exakt hat. „Die üblicherweise verwendeten Lampen strahlen mit einer Wellenlänge von 254 Nanometern. Benutzt man dagegen 233 oder 222 Nanometer, macht das einen großen Unterschied.“ Die etwas kleinere Wellenlänge führt dazu, dass diese UVC-Strahlung praktisch nicht mehr in die menschliche Haut eindringen kann. Trotzdem ist sie weiterhin in der Lage, Keime zu zerstören.

Unterstützt von der Corona-Pandemie und der damit stark gestiegenen Aufmerksamkeit für Desinfektionsmethoden, erlebt die UVC-Technik deshalb eine Renaissance. Treibende Kraft dahinter ist unter anderem der Radiologe David Brenner von der Columbia University in New York. Er propagiert den Einsatz der Strahlen in voll besetzten Flugzeugen, auf Flughäfen und in Bahnhöfen. Überall da, wo viele Menschen feine Aerosole mit Corona- oder Grippeviren ausatmen oder Oberflächen mit diesen Erregern kontaminiert sein könnten. Die japanische Firma Ushio bietet sogar schon Lampen an, die in Toiletten, Händetrockner oder Küchenzeilen eingebaut werden könnten. Mit Donald Trumps kürzlich geäußerter Idee, ultraviolettes Licht im Kampf gegen das Coronavirus „in den Körper“ zu befördern, hat die Technik allerdings nichts zu tun. Es geht ja gerade darum, dass die Strahlung die Haut nicht durchdringen soll.

Sven Einfeldt steht der plötzlichen Euphorie etwas vorsichtig gegenüber. „Zumindest in Deutschland gibt es gesetzlich erhebliche Hürden, UVC-Strahlen auf menschliche Haut gelangen zu lassen“, sagt er. Das sei auch erst mal sinnvoll, denn alle Lebewesen konnten evolutionär keine Schutzmechanismen gegen diese Strahlung ausbilden. Im Gegensatz zu UVA- und UVB-Strahlen, die es bis auf die Erde schaffen, wird der UVC-Anteil des Sonnenlichts nämlich bereits von Molekülen in der oberen Atmosphäre herausgefiltert. Wenn sich jetzt bestimmte Wellenlängen des UVC-Spektrums als wahrscheinlich ungefährlich herausstellten, müsse dies mit umfangreichen Untersuchungen an Zellkulturen und später auch an menschlichen Probanden abgesichert werden.

Einfeldt und seine Kollegen am FBH haben dazu gemeinsam mit Forschenden der TU Berlin einen prototypischen UVC-Strahler entwickelt, der seit diesem Monat von der Dermatologie an der Charité sowie am Institut für Hygiene und Umweltmedizin der Universität Greifswald getestet wird. Im Gegensatz zu gasgefüllten UVC-Lampen mit einer Wellenlänge von 222 Nanometern, wie sie zum Beispiel auch David Brenner von der Columbia University verwendet, besitzt der Strahler aus Berlin 118 neuartige UVC-Leuchtdioden, die mit einer Wellenlänge von 233 Nanometern arbeiten. Anders als die Lampen können die UVC-LEDs auf wesentlich kleinerem Raum untergebracht werden. Zudem lassen sich Leuchtdioden – sind sie einmal bis zur Serienreife entwickelt – extrem kostengünstig und in hoher Stückzahl produzieren. Für einen breiten Einsatz wären sie daher sehr gut geeignet.

„Das Ziel unseres Projekts ist aber erst mal ein Gerät, das im Krankenhaus zum Einsatz kommen könnte“, erklärt der Hygieniker Axel Kramer aus Greifswald. Damit soll der Kampf gegen jene Erreger unterstützt werden, mit denen sich Menschen immer wieder im Krankenhaus infizieren. In Deutschland sind das pro Jahr 600.000 Patienten, etwa 20.000 von ihnen sterben daran. Auch deshalb, weil es immer mehr Keime gibt, die gegen die gängigen Antibiotika resistent geworden sind. „UVC-Strahlung kann hier ein wichtiger Baustein sein, um schnell und damit kostengünstig zum Beispiel die Haut über dem späteren Operationsgebiet gründlich keimfrei zu machen“, sagt Kramer.

Ein entscheidender Vorteil sei dabei, dass Erreger praktisch keine Chance hätten, auch gegen die Strahlung resistent zu werden. Denn Resistenzen können sich nur dann entwickeln, wenn die Keime nicht gleich getötet werden, sondern sich eine längere Zeit in einer für sie lediglich ungünstigen Umgebung befinden – etwa wenn das Desinfektionsmittel an einer Stelle nicht ausreichend konzentriert ist. Die Strahlung ist aber entweder an oder aus. Und sollte die Bestrahlungsdosis, etwa durch Abschattung, für eine Abtötung nicht ausreichen, so dauert dieser Zustand nur wenige Minuten an.

Durch den geringen Platzbedarf von LEDs wäre es auch möglich, sie in ein Endoskop zu integrieren und so auch unzugängliche Stellen zu erreichen. Zum Beispiel die Nase von Patienten, wenn diese nachgewiesenermaßen mit resistenten Keimen infiziert sind. In solch einem Fall wird vor einer Operation mit Antiseptika eine langwierige „Dekolonisation“ der Erreger durchgeführt, unter anderem auch in der Nase, die besonders viele davon beherbergt. „Wegen der Einfachheit und Schnelligkeit der UV-Methode wäre eine präoperative nasale Dekontamination sehr wünschenswert“, sagt der Krankenhaushygieniker Lutz Jatzwauk aus Dresden, der nicht an dem Projekt beteiligt ist. Allerdings hat er Zweifel, ob die Poren und Vertiefungen in der Nasenschleimhaut nicht zu viel Schatten verursachen. Die Wirkung auf Schleimhäute zu untersuchen ist deshalb einer der Schwerpunkte des Berliner Forschungsvorhabens.

Dass die Wissenschaft erst jetzt auf die Idee mit der kurzwelligen UVC-Strahlung gekommen ist, liegt letztlich an der Quantenphysik. Ihre Gesetze besagen, dass Materie Strahlungsenergie immer nur in bestimmten Portionen – eben den Quanten – aufnehmen kann. Das führt bei komplexen organischen Molekülen wie etwa Proteinen in der Haut zu einer Vielzahl an möglichen Energien, die absorbiert werden können. In der Summe ergeben sich daraus komplexe Absorptionskurven, die bei unterschiedlichen Wellenlängen (und damit Energien) verschiedene minimale und maximale Werte besitzen. Gleiches gilt für die Energieaufnahme der DNA der Krankheitserreger – ebenfalls ein komplexes Molekül. Als Bauplan und Betriebsanleitung eines Bakteriums oder Virus ist sie das Angriffsziel der UVC-Strahlung. Wie viel Energie aufgenommen wird, entscheidet wiederum darüber, welcher Schaden an den Proteinen oder Erregern entsteht.

Kurioserweise ist nun die Haut bei Wellenlängen von 222 oder 233 Nanometern besonders gegen die UVC-Strahlung geschützt, gerade weil die Proteine im Zellplasma diese Wellenlängen extrem gut absorbieren – viel besser als bei den früher verwendeten 254 Nanometern. Als Folge bleiben die Strahlen nämlich schon in den Zellen der äußersten, abgestorbenen Hornschicht der Haut stecken. Diese besitzt aber keine Zellkerne und damit keine DNA mehr, daher kann es nicht zu Mutationen des Erbguts und so zu Krebs kommen. Die Hornschicht erwärmt sich lediglich, tiefere und empfindliche Hautschichten werden geschützt. Sitzen allerdings Bakterien oder Viren auf der Haut, ist deren DNA oder RNA für alle drei Wellenlängen empfänglich – und ihnen wird der Garaus gemacht.

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