Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl-
und Plasmatechnik FEP
Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl-
und Plasmatechnik FEP

Reinigungs- und Hygienetechnologien

Für alle Oberflächenprozesse (z.B. Beschichten, Schweißen, Löten, Kleben, Strukturieren, Serilisieren) ist eine geeignete Vorbereitung der Oberfläche erforderlich

  • Entfernen von Verunreinigungen (Substanzen, die den Nachfolgeprozess stören)
  • „Aktivieren“ der Oberfläche (hohe Haftkräfte, spezielle Bindungsverhältnisse)
  • Die Art der Oberflächenvorbehandlung ist eng mit der Art der Kontamination und dem Nachfolgeprozess verknüpft

Viele Objekte des kulturellen Erbes sind durch Umwelteinflüsse, durch die Nutzung oder durch Extremereignisse stark geschädigt

  • Mit modernen Oberflächentechnologien können verloren gegangene Objekte nachgebildet werden
  • Fragile Objekte müssen stabilisiert werden
  • Für fragile Oberflächen sind spezielle Reinigungstechnologien erforderlich
  • Komplexe Schadensbilder erfordern neue Restaurierungsmethoden

Unser Angebot

Testen

  • Testreinigung von Bauteilen, Oberflächen, Metallbändern und sensiblen Produkten oder Funktionsflächen
  • Reinigung mit genannten Technologien und Verfahren
  • Unterschiedliche Reinigersysteme und Strahlmittel
  • Bis hin zur Feinstreinigung oder Desinfektion/Sterilisation
  • Prozessoptimierung und Schadensanalytik

Entwickeln

  • Prozessentwicklung und -optimierung
  • Entwicklung und Bau von kundenspezifischen Reinigungsmodulen und -Anlagen
  • Monitoring und Prozesskontrolle

Prüfen

  • Oberflächeninspektion an Endlossubstraten
  • Band-Inspektion, Reinraum ISO-Klasse 6
  • 100% Bahninspektion mit CCD, 14 µm Pixelgröße
  • Mikroskop mit bis zu 1 µm Auflösung
  • Oberflächen- und Prozessanalytik
  • Topographie- und Materialanalyse mit FE-REM, Ionenstrahl-Präparation möglich
  • Mikroskopie, EDS, Ellipsometrie und UV/VIS-Spektroskopie
  • Kontaktwinkel und Oberflächenenergie
  • Blasendruck-Tensiometrie zur Analyse von Reinigungsbädern

Reinigen und Nachbearbeiten – Technologien und Verfahren

Reinigung mit flüssigen Medien

  • Testreinigung und Prozessentwicklung z.B. an Versuchsanlage CLAIRE + X
  • Variable Reinigersysteme

Plasmareinigung

  • In-line im Niederdruckplasma
  • Schonende Atmosphärenplasmen

Reinigung mit festen Strahlmitteln

  • Vakuum-Saugstrahlanlage
  • Unterschiedlichen Strahlmitteln von Korund bis PUR-Schaum

Reinigung mit CO2-Schnee

  • Feinstreinigung
  • Kombination von mechanischen, thermischen und Lösemitteleigenschaften

Reinigung mit Plasma-behandeltem Wasser (PAW)

  • Desinfektionswirkung
  • Forschungsschwerpunkt: Einsatz als saures Reinigungsmittel

Reinigung mit Phasenfluiden

  • Kooperation mit Intelligent Fluids
  • Gemeinsame Entwicklung einer Möglichkeit der Prozesskontrolle

Reinigung/Stripping für Wafer-Prozesse

  • Diverse Optionen von Handreinigung bis automatische Reinigung mit Multifrequenz-US, Marangoni-Lift-out und IR-Trocknung

Kontaktreinigung für Folien

  • In-line Kontaktrollen-System mit Ionisation,  hohe Reinigungsleistung für Partikel > 1 µm
  • Max. 1250 mm Bahnbreite, max. 150 m/min

Industrielle Teilereinigung

Anwendungsgebiete – Feinstreinigung durch Plasmaätzen für die Vakuumbeschichtung

Magnetfeldunterstützter Sputterätzer

  • 1,25 m Bearbeitungsbreite, skalierbar
  • Bis 10 nm*m/s dynamische Ätzrate
  • Nur für ebene, dünne, metallische, nicht-ferromagnetische Substrate
  • Sehr homogener Materialabtrag

Hohlkathodenunterstützter Sputterätzer

  • Punktquelle mit Intensitätsverteilung, reihbar
  • Bis 3 nm*m/s dynamische Ätzrate
  • Für metallische 3D-Oberflächen
  • Für dicke, ebene metallische Substrate

Anwendungsgebiete – Industrielle Produktionsprozesse

  • Reinigung mit flüssigen Medien
  • Prozessanalyse vor Ort
  • Schadensanalytik mit Prozessoptimierung
  • Anpassung von Reinigungsanlagen an geänderte Anforderungen
  • Entwicklung von Reinigungsprozessen für extreme Anforderungen

Anwendungsgebiete – Präzisionsoptik

  • Reinigung mit flüssigen Medien
  • Prozessanalyse vor Ort
  • Schadensanalytik mit Prozessoptimierung
  • Anpassung von Reinigungsanlagen an geänderte Anforderungen
  • Entwicklung von Reinigungsprozessen für extreme Anforderungen

Anwendungsgebiete – Herstellung von Medizinprodukten

Reinigungstechnische Planung für komplette neue Produktionslinie

  • Warenstromanalyse und Logistik
  • Alle Prozessschnittstellen mit zugehörigen Reinheitsanforderungen
  • Wirtschaftlichkeitsanalyse
  • Auswahl geeigneter Reinigungs- und Prüfverfahren
  • Unterstützung bei Ausschreibung, Inbetriebnahme und Mitarbeiterschulung

Ergänzendes Know-how

  • Bearbeitungs- und Beschichtungstechnologien
  • Sterilisation, Mikrobiologie

Hygienisierung

Sterilisation – traditionelle Verfahren und Technologien

Definition

  • Die Sterilisation ist eine Hygienemaßnahme, bei der Medizinprodukte oder pharmazeutische Zubereitungen in den Zustand der Keimfreiheit versetzt werden
  • Eine Reduktion der vitalen Keimzahl um mindestens  6 log-Stufen muss erreicht werden

Traditionelle Verfahren basieren auf unterschiedlichen Prinzipien

  • Thermische Verfahren: → ungeeignet für temperatursensible Materialien
    Autoklavieren, Heißluftsterilisation
  • Chemische Verfahren: → zeitaufwändig, Kreuzreaktionen mit Polymeren
    Ethylenoxid-Begasung, Formaldehyd-Begasung
  • Strahlenbasierte Verfahren: → z.T. nur zentralisiert, zeitaufwändig, Kreuzreaktionen durch hochreaktive Prozessumgebung
    Gammabestrahlung, Hochenergie-Elektronenbestrahlung, (Röntgenbestrahlung), UV-Strahlung, Plasma

Die genannten Verfahren sind als Sterilisationsmethoden am Fraunhofer FEP für Test- und Entwicklungszwecke zugänglich und können auch als Referenzverfahren für neue Technologieentwicklungen genutzt werden

Sterilisation – neue, innovative Verfahren und Technologien

Warum werden alternative Verfahren zu traditionellen Verfahren benötigt?

  • Sterilisationsverfahren müssen mit der Entwicklung innovativer Medizinprodukte Schritt halten

Niederenergie-Elektronenstrahlsterilisation

  • Die niederenergetische Elektronenstrahltechnologie birgt zahlreiche Vorteile zur Sterilisation innovativer Medizinprodukte

Desinfektion und Hygienisierung von Oberflächen und Produkten

Definition Desinfektion

  • Die Desinfektion ist eine Hygienemaßnahme zur Abtötung von Krankheitserregern, um dadurch ihre Anzahl deutlich zu reduzieren
  • Im Gegensatz zur Sterilisation erfolgt eine Reduktion der vitalen Keimzahl um 4 bis 5 log-Stufen, meist 4 log-Stufen

Etablierte Methoden und Anwendungsbeispiele

  • Oberflächendesinfektion durch UV-C basierte Verfahren
    Projektbeispiel CleanScreen: Automatisierte Hygienisierung von Touchdisplays im öffentlichen Bereich
  • Oberflächendesinfektion durch Kombinationsverfahren
    Projektbeispiel MobDi: roboterbasierte Oberflächendesinfektion im öffentlichen Bereich durch Kombination von Saug-Wisch- und Bestrahlungsverfahren (UV-C und Plasma)
  • Projektbeispiel Siphon: Unterbinden der Biofilmbildung in Rohrleitungen durch photokatalytisch aktive TiO2-Beschichtungen
  • Untersuchung und mikrobiologische Bewertung von Desinfektionsmitteln und  -methoden in der Biomedizinischen Laboreinheit

Desinfektion und Sanitation von Oberflächen und Produkten

Neue Methoden und Technologien

  • Getrieben durch Nachhaltigkeitsbestreben und Ressourceneffizienz
  • Projektbeispiel BiClean: selbst-hygienisierende Oberfläche durch Rückseiten-Aktivierung photokatalytisch aktiver, transparenter TiO2-Beschichtungen
  • Forschungsschwerpunkt Plasma-behandelte Flüssigkeiten (PBF): Plasma (reaktives Gas) + Wasser + Zeit à PBF mit reaktiven N- und O-Spezies
    • lange Lebensdauer der gebildeten reaktiven Spezies (bis zu Jahren)
    • nachhaltigere und umweltfreundlichere Alternative zu gängigen Desinfektions-, Sterilisations- und Reinigungsmethoden

Querschnitt zum Themenbereich industrielle (Bauteil-) Reinigung

  • PBF zur Minimierung von Reiniger-Chemikalien
  • Ersatz von Reinigungs-Chemie

Mikrobizide und Easy-to-clean Oberflächen

Differenzierung mikrobizid und Schmutz-abweisend (easy-to-clean)

  • Mikrobizide Substanzen oder Oberflächen: direkte Inaktivierung von Keimen
  • Easy-to-clean Oberflächen: Vermeiden der Anhaftung von Kontaminationen, aber keine direkte Inaktivierung von Keimen

Technologien und Methoden

  • Oberflächenstrukturierung, z.B. Lotus-Effekt: Keim- und Schmutz-abweisende Wirkung,
    z.B. durch Plasmabehandlung von Polymeren
  • Oberflächenbeschichtung, z.B. Silber: Freisetzung von mikrobizid-wirkenden Silberionen
    z.B. durch plasma-basierte Beschichtungsverfahren, für diverse Substratmaterialien geeignet
    Kombinationsschichten möglich, z.B. Silber & Kupfer

Testung, Entwicklung und Bewertung

Biomedizinische Laboreinheit des Fraunhofer FEP

  • Mikrobiologie, z.B. Testung auf Produktsterilität oder Keimbelastung
  • Zellbiologie, z.B. Bewertung der Zellverträglichkeit
  • Bioanalytik, spezielle Versuchsaufbauten und kundenorientierte Analysen

Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkte

  • Entwicklung anwendungsorientierter Versuchsregime
  • Diverse Mikroorganismen und Zelllinien auf S2-Level
  • Norm-angelehnte Untersuchungen möglich
  • Biokompatibilitäts- und Zytotoxizitätstestung
  • Bewertung der Effizienz von Desinfektions- und Sterilisationsverfahren, mikrobizide Wirksamkeit von Oberflächen, direkte Korrelation zu Materialeigenschaften

Weitere Informationen: