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Stickstoffkälte hält Blutkonserven frisch

Eiskalte Technologie für Blut und Blutprodukte

Indirekte Kühlung mit flüssigem Stickstoff (N2)

Blutkonserven sind zur Rettung von Leben manchmal unverzichtbar. Deshalb werden große Mengen menschliches Blut in Blutbanken gelagert, zusammen mit zahlreichen daraus gewonnenen Blutprodukten. Damit ihre spezifischen Eigenschaften vom Zeitpunkt der Spende bis zu ihrer Verwendung erhalten bleiben, müssen sie gekühlt werden. Das Seevetaler Unternehmen NSC hat eine Technologie entwickelt, die es ermöglicht, organisches Material in nahezu jedem gewünschten Temperaturbereich von plus 4 Grad Celsius bis minus 160 Grad Celsius zu lagern. Die Kälte kommt nicht mehr aus strombetriebenen Kompressoren, sondern aus Gasen von Messer.

„Blut ist ein ganz besonderer Saft“, schrieb Goethe in seinem Faust und betrachtete es dabei wohl eher symbolisch als Essenz des Lebens. Er hätte sich sicher nicht vorstellen können, dass dieser Saft einmal zu einem essenziellen Rohstoff für Rettung und Heilung würde. Allein in Deutschland werden täglich etwa 18.000 Blutspenden benötigt, weltweit sind es pro Jahr nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation WHO rund 75 Millionen. Blutspendedienste und Kliniken unterhalten deshalb große Kühllager, um die Patienten jederzeit mit Vollblut, Blutplasma und zahlreichen weiteren aus dem Blut gewonnen Produkten versorgen zu können.

Kompressoren mit Abwärmeproblem

„Die herkömmliche Kühltechnologie mit Kompressoren hat eine ganze Reihe von Nachteilen“, erklärt Bernhard Keltsch, Geschäftsführer der NSC Medical Cooling Systems GmbH. „Wie der gewöhnliche Kühlschrank besitzt jede Kühleinheit einen Kompressor. Die Geräte brauchen nicht nur viel Platz und Strom, sondern produzieren auch erhebliche Mengen an Abwärme. Diese muss dann aufwendig entsorgt werden.“ Für die Entnahme eines einzelnen Beutels wird bei ihnen die ganze Kühleinheit geöffnet. Dabei dringt viel warme Luft ein und verursacht zum Teil erhebliche Vereisung. All das entfällt mit dem neuen Biological Organization System (BOS) von NSC, mit dem die Kühlung gleichsam vom Kopf auf die Füße gestellt wird. Statt mit wärmeerzeugenden Kompressoren in der Kühleinheit selbst die Kälte zu produzieren, wird diese mit flüssigem Stickstoff von außen zugeführt.

Zuverlässig und leise

Der flüssige Stickstoff fließt in den Wärmetauscher des BOS-Schranks und kühlt diesen auf die gewünschte Temperatur. Dabei entsteht weder Lärm noch Abwärme. Im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen verdoppelt oder verdreifacht sich die Lagerkapazität je nach System bei gleicher Standfläche.

Da in BOS-Systemen kaum bewegliche Teile verbaut sind, reduzieren sich bei ihrem Einsatz die Energie-, Wartungs- und Instandhaltungskosten um bis zu 50 Prozent. In der BOS-Einheit werden – je nach Modell – die Blutkonserven in einzelnen Thermokassetten oder Lagerbehältern aufbewahrt.

Bei der Entnahme wird immer nur der vom IT-System zugewiesene Bereich geöffnet, die nicht benötigten Abteilungen bleiben geschlossen. So wird der Warmlufteindrang und die damit verbundene Vereisung drastisch reduziert. Gleichzeitig bleibt die Temperatur im Inneren der Geräte stabil und eine unerwünschte, schädliche Erwärmung des gelagerten Materials ist ausgeschlossen. Der Betrieb des Kühllagers ist zudem bei normaler Raumtemperatur möglich.

Lückenlose Dokumentation eingebaut

Neben den Thermokassetten und Lagerbehältern für Blutbeutel gibt es auch solche für andere organische Materialien, wie sie in Medizin und Pharmazie anfallen. Dazu gehören Laborproben und Rückstellproben von Arzneimitteln oder Gewebe, die für Qualitätskontrolle und Nachverfolgung über lange Zeit zuverlässig aufbewahrt werden müssen.

Die Temperatur in den BOS-Einheiten lässt sich zwischen plus 4 und minus 80 Grad genau auf die jeweiligen Erfordernisse einstellen und wird dauerhaft konstant gehalten. 34 halbautomatische Trommelsysteme zur Lagerung von rund 80.000 Blutprodukten und Rückstellproben wurden 2009 in der Universitätsklinik Düsseldorf aufgestellt. Trotz dieser großen Lagerkapazität konnte das Klinikum bei den Betriebs- und Wartungskosten im Vergleich zur vorher genutzten Kompressortechnologie gut 40 Prozent einsparen. Die Anlagen arbeiten seit fünf Jahren vollkommen störungsfrei. Neben den technischen und finanziellen Vorteilen erleichtert das BOS auch die Logistik, betont Bernhard Keltsch: „In die Einheiten ist die Hardund Software eines umfassenden Warenwirtschaftssystems integriert.“

Der Anwender meldet sich zunächst im System an und bekommt dann die gesuchten Lagerpositionen aufgezeigt. Das Managementsystem wählt die benötigten Produkte in der Reihenfolge ihrer Einlagerung aus und verhindert so, dass sie ihr Verfallsdatum erreichen. Bei der Entnahme liest das Gerät die Strichcodes der Kassetten und sendet die Daten an den Server. Jede Bewegung wird erfasst und minutiös dokumentiert. Inzwischen wird die BOS-Technologie in einigen großen Kliniken und Blutspendediensten im In- und Ausland eingesetzt.

Indirekte Kühlung ersetzt Stickstoffbad

Zur Konservierung von Stammzellen, Samenspenden, Eizellen oder Gewebeproben werden tiefkalte Temperaturen benötigt. So tiefe Temperaturen werden bisher nur durch direkte Stickstoffkühlung erreicht.

Dabei liegt das Gefriergut in einem Bad aus tiefkaltem Stickstoff. Unten im Behälter ist er flüssig und minus 196 Grad kalt. Nach oben wird er wärmer und gasförmig, der Temperaturunterschied kann mehr als 70 Grad betragen. Auch bei dieser Methode muss der Behälter ganz geöffnet werden, um einzelne Proben zu entnehmen. Dabei brauchen die Mitarbeiter nicht nur Schutz vor der Kälte. Die Raumluft muss ebenfalls überwacht werden, damit ihr Sauerstoffgehalt wegen des freiwerdenden Stickstoffs nicht unter eine kritische Marke fällt.

Eine neue Version des BOS, die bis auf minus 160 Grad kühlen kann, wird zurzeit entwickelt und soll ab Mitte kommenden Jahres verfügbar sein. „Mit dem BOS-Verfahren wird die Entnahme auch bei diesen extrem tiefen Temperaturen unproblematisch“, erklärt Thomas Böckler, der das Projekt BOS seitens Messer mit betreut. „Wiederum werden nur einzelne Kassetten geöffnet, statt Temperaturgefälle gibt es eine präzise und konstante Temperaturführung. Das Lagergut hat keinen Kontakt mit dem Stickstoff, eine Querkontamination zwischen den Proben durch das gemeinsame Stickstoffbad ist damit von vornherein ausgeschlossen. Der nicht benötigte gasförmige Stickstoff wird sicher wieder abgeleitet und kann sogar weiterverwendet werden.“

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