Zu Beginn der Corona-Pandemie stand u.a. die Beschaffung der Schutzausrüstung und hier im Besonderen die Beschaffung von FFP-2-Masken im Fokus der Krankenhäuser. Um dem bundesweiten anfänglichen Mangel dieser Masken entgegenzuwirken, empfahl das Bundesministerium für Arbeit und Soziales, FFP-2-Masken für medizinisches Personal bis zu 70 Grad Celsius trockener Hitze auszusetzen, um das Corona-Virus abzutöten. Im Krankenhausbetrieb können die Masken jedoch auch mit multiresistenten Keimen oder Sporen kontaminiert werden, die erst bei weit höheren Temperaturen absterben. Das Alice-Hospital in Darmstadt hielt das Verfahren daher für nicht ausreichend und favorisierte die Aufbereitung mittels Dampf-Sterilisation bei 121 Grad Celsius.

Zunächst wurden die Dampfsterilisatoren und die Sterilisation im Plasmaverfahren als mögliche Aufbereitungsverfahren ins Auge gefasst. Das Plasmaverfahren wurde in den Niederlanden getestet. Allerdings konnten in diesem Verfahren lediglich zwei Masken pro Zyklus aufbereitet werden. „Bei einer Vollbelegung der COVID-19-Stationen gingen wir von einem täglichen Verbrauch von 200 FFP-2-Masken aus“, erläutert Bernd Göckel, Leiter der Zentralsterilisation. Somit konnte dieses Verfahren ausgeschlossen werden.

Bei ersten Tests im 134°C-Sterilisationszyklus konnten bei einer Reihe von Maskentypen unterschiedlicher Hersteller bereits Schäden festgestellt werden. So wurden vereinzelt die Ausatemventile der FFP-Masken so stark in Mitleidenschaft gezogen, dass diese sich lockerten oder bei Hust- und Niesversuchen aus den Masken sprangen. Somit konnte das 134° C-Verfahren und die Sterilisation von Masken mit Ventil ebenfalls ausgeschlossen werden.

Für die weiteren Tests und die Materialprüfung wurde nun das fraktionierte Vakuumverfahren bei 121°C mit einer Haltezeit von 20 Minuten und einer Trocknungsphase von zehn Minuten eingesetzt. Bei den ersten Probesterilisationen zeigte sich, dass die Masken, Nasenbügel und Haltebänder der Masken dieses Verfahren sehr gut überstanden hatten. Die einzelnen Prozess-Phasen inklusive der Dampfstöße und Vakuumphasen wurden nicht verändert und entsprachen den normalerweise bundesweit eingesetzten und validen Programmierungen von Dampfsterilisatoren aller Hersteller.

Für die weitere räumliche und organisatorische Planung wurde eine Arbeitsgruppe eingerichtet. „Bei der Umsetzung stand die Sicherheit des Personals, sowohl bei der Aufbereitung als auch bei der anschließenden Nutzung, an oberster Stelle. Das Verfahren der Wiederaufbereitung, gilt bei aller Vorsicht, nur als, Ultima Ratio‘ sollte das Alice-Hospital oder andere Einrichtungen des Gesundheitswesens in eine Lage kommen, auf dem Markt keine FFP-2-Masken beschaffen zu können und gleichzeitig COVID-19-Patienten behandeln zu müssen“, sagt der kaufmännische Geschäftsführer Marcus Fleischhauer.

Das sichere Verfahren

Zunächst wurden drei Räume für die Lagerung, Trocknung und Verpackung vorbereitet. Hierzu sind die Räume und Arbeitstische mit einer Abluftanlage inklusive Filtersystem ausgestattet. Alle Beschäftigten tragen zur Aufbereitung geeignete Schutzausrüstung. Die FFP-2-Masken wurden durch die Nutzer in einer speziellen Box gesammelt und in den Trocknungsraum gebracht. Dabei war sicherzustellen, dass es durch den Transport zu keiner Kontamination kommt.

Um einer Schimmelbildung vorzubeugen, wurden die Masken zunächst vier Stunden getrocknet. Hierzu wurden die Masken in einer Entfernung aus rund 20 Zentimetern zueinander aufgehängt. Beim Aufhängen dürfen sich Masken nicht gegenseitig berühren. Zum Festhalten wurden handelsübliche Wäscheklammern verwendet.

Daraufhin erfolgte die Verpackung in Folienbeuteln. Diese wurden in einem Sterilisationskorb abgelegt und mit einem Vliestuch zusätzlich verpackt und gekennzeichnet. Vor der Verpackung erfolgte eine Markierung der Masken, um die Zahl der Sterilisationen zu dokumentieren. Markierungen auf der Maske oder auf Nahtstellen der Masken wurden als nicht empfehlenswert erachtet. Eine Markierung auf dem Gummi der Maske beeinträchtigte die Filterfähigkeit der Maske nicht und blieb nach der Sterilisation immer noch sichtbar. Anschließend erfolgte die Sterilisation für 20 Minuten bei 121 Grad Celsius.

Nachgewiesene Filterfunktion

Um die sichere Filterfunktion nachzuweisen, leisteten seitens der TU Darmstadt das Zentrum für Konstruktionswerkstoffe unter Leitung von Prof. Matthias Oechsner und das Fachgebiet Reaktive Strömungen und Messtechnik unter Leitung von Prof. Andreas Dreizler einen besonderen Beitrag. Anhand von Materialproben testeten sie verschiedene wichtige Eigenschaften der Masken. So wurde anhand eines Rasterelektronenmikroskops untersucht, ob die Oberflächenstrukturen der Maskenfasern beschädigt werden. Dabei konnten auch nach zehn Sterilisationsbehandlungen keine belastbaren Hinweise auf eine Veränderung oder Schädigung der Faserstruktur oder der Filterwirkung festgestellt werden. Die Tests wurden bei Masken verschiedener Hersteller durchgeführt.

Zur Untersuchung des strömungstechnischen Verhaltens wurde speziell für diesen Zweck eine Messapparatur konzipiert und aufgebaut, bei der kreisförmige Ausschnitte von Maskenmaterial in einen Strömungskanal eingebaut und mit einem durchströmenden Prüfaerosol belastet wurden. Zur Untersuchung der Filtereigenschaften der Masken werden diese von einem Prüfaerosol bestehend aus Luft und darin dispergierten Feststoff-Partikeln durchströmt und die Partikelbeladung der Gasströmung vor und hinter einer Maskenprobe bestimmt. Eine Strömung an der Probe vorbei ist dabei nicht möglich. Der einströmende Luftstrom ist mit Wolframcarbid-Partikeln beladen, deren Partikelgrößenverteilung einen Mittelwert von etwa 280 nm aufweist. Es handelt sich damit um ein Prüfaerosol, das nicht der EN 149:2001+A1:2009 entspricht.

Druckmessstellen ermöglichen die Messung des statischen Drucks vor und hinter der Probe. Die Druckdifferenz korreliert im Allgemeinen mit der Filterwirkung, sodass mit der Erhöhung der Druckdifferenz in der Regel eine erhöhte Filterwirkung (entspricht geringerem Partikeldurchtritt) einhergeht. Zusätzlich erfolgt die messtechnische Erfassung der Partikelbeladung des Luftstroms vor und hinter der Probe durch Mie-Streuung von Laserstrahlung an den Partikeln. Die Masken wurden neu und nach bis zu zehn durchlaufenen Sterilisationszyklen vergleichend getestet. Das Ergebnis: Die Filterwirkung ist weiterhin gegeben. „Durch die Sterilisation bei 121 Grad Celsius kam es zu keinerlei Verformung der Masken“, erklärt Bernd Göckel. „Sowohl der Metallbügel in der Maske, als auch die Gummizüge an der Maske behielten weiterhin ihre Funktion.“

Alle getesteten Masken wurden vor der Sterilisation abgestrichen und sowohl auf COVID-19 als auch auf andere Keime und Partikel getestet. Bei den Abstrichen auf SARS-CoV-2 wurden je Abstrich fünf Masken reichlich innen und außen abgestrichen. Die Ergebnisse waren alle negativ. Iryna Schumacher, Hygienefachkraft am Alice-Hospital, erklärt: „Das kann eine Folge davon sein, dass zwischen dem Ablegen der Maske und der Auswertung im Labor mindestens vier bis maximal 48 Stunden lagen. Die Viruslast ist möglicherweise auf dem Maskenstoff nicht so lange haltbar.“ Mikrobiologische Abstriche zeigten eine Verkeimung der Masken sowohl nach dem Tragen als auch weiterhin noch nach der Trocknungsphase. Durch die oben beschriebene Sterilisation wurden alle vorhandenen Keime abgetötet.

Nach Abschluss aller Tests ist sichergestellt, dass die FFP-2-Masken auch nach mehrfachem Sterilisieren ihre Schutzwirkung nicht verlieren. Allerdings kann das Verfahren nur bei Masken ohne Ausatemventil verwendet werden, da sich dieses bei einigen Masken aus der Maske herauslöste.

In der Zwischenzeit hat sich die Situation zur Beschaffung von FFP-2-Masken deutlich entspannt. Die Lager im Alice-Hospital und den meisten anderen Einrichtungen sind gut gefüllt. „Wir haben es jedoch mit einer sehr dynamischen Lage zu tun“, erläutert Marcus Fleischhauer. „Dank der Mitwirkung verschiedenster Akteure konnten wir in kürzester Zeit einen sicheren Plan B etablieren, um die Ausstattung mit FFP-2-Masken auch bei geänderten Rahmenbedingungen sicherzustellen.“

Autoren: Manfred Fleck, QM-Beauftragter, Alice-Hospital Darmstadt, Prof. Dr.-Ing. Matthias Oechsner, Technische Universität Darmstadt