Kühlung von Impfstoffen - Wie wichtig ist die Lagerung in der Kühlkette, um die sichere Bereitstellung von Behandlungen zu gewährleisten?

Zusammenfassung der Themen:

Wie hat sich COVID-19 auf die Lagerung und den Transport von Impfstoffen ausgewirkt?
Warum ist die Temperaturkontrolle so wichtig?
Lagerung und Transport von Impfstoffen: Die Kühlkette
Die Bedeutung von Temperaturüberwachungssystemen und -kontrollen
Impfstoff-Kühlung: Stationäre und mobile Geräte
Herausforderungen für die Kühlkette von Impfstoffen
Herausforderungen für die ULT-Gefriertechnik
Secop's Beitrag zur Entwicklung der ULT-Kühlkette
Empfehlungen
Technische Literatur

Wie hat sich COVID-19 auf die Lagerung und den Transport von Impfstoffen ausgewirkt?

Die COVID-19-Pandemie hat den Zeitplan für die Lagerung und Verteilung in der Kühlkette dramatisch beschleunigt und viele Aspekte der Kühlkette für Arzneimittel und Impfstoffe beleuchtet und gezeigt, dass die Lagerung bei extrem niedrigen Temperaturen für die Herstellung und Verteilung von Impfstoffen von wesentlicher Bedeutung ist.

Wie Impfstoffe funktionieren und was der mRNA-Impfstoff ist

Infektionen werden durch Impfstoffe verhindert, die den Körper auf die Bekämpfung potenzieller externer Eindringlinge wie Bakterien oder Viren vorbereiten. Die Immunreaktion wird ausgelöst, indem ein harmloses Stück des Erregers in den Körper eingebracht wird. Die meisten Impfstoffe enthalten ein geschwächtes oder totes Bakterium oder Virus. Wissenschaftler haben jedoch eine neue Art von Impfstoff entwickelt: Diese Art von Impfstoff verwendet ein Molekül, das als Boten-RNA oder kurz mRNA bezeichnet wird, und nicht einen Teil eines tatsächlichen Bakteriums oder Virus. Diese Impfstoffe wirken, indem sie ein Stück Virusprotein (mRNA) einführen, das sich auf der äußeren Membran des Virus befindet. Der Proband ist dem Virus nicht ausgesetzt und wird auch nicht mit dem Virus infiziert. mRNA aus Impfstoffen dringt nicht in den Zellkern ein und verändert die DNA nicht.

Das Potenzial von mRNA-Impfstoffen

Wissenschaftler experimentieren schon seit Jahrzehnten mit mRNA, aber die Pandemie hat diese Plattform ins Rampenlicht gerückt. Die Forscher erforschen nun Dutzende neuer Möglichkeiten für die mRNA-Plattform.
Der Kampf gegen COVID-19 ist nicht der einzige Bereich, in dem die mRNA vielversprechend ist. Seit mehreren Jahren wird an der Entwicklung von mRNA-basierten Impfstoffen gegen bestimmte Krebsarten wie Melanom und Magen-Darm-Krebs geforscht. Darüber hinaus wird an der Entwicklung von mRNA-basierten Therapeutika für andere Krankheiten, wie z. B. Mukoviszidose, geforscht.

Die mRNA-Impfstoffe für COVID-19

Eine Besonderheit der COVID-19-Impfstoffe ist, dass sie für den Transport und die Lagerung eine Temperaturkontrolle benötigen. Nach Angaben des Herstellers gibt es Impfstoffe, die eine stabile Temperatur von -30° benötigen, und andere sogar zwischen -60° und -80°, so genannte Ultratiefsttemperaturen. Dieser Temperaturbereich ist eine Besonderheit der COVID-19 mRNA-Impfstoffe. Bei den meisten Standardimpfstoffen liegt der geeignete Temperaturbereich für Lagerung und Transport bei +2°C bis +8°C.

Die Kühlkettenprobleme bei mRNA-Impfstoffen

Die Entwicklung von Impfstoffen auf mRNA-Basis ist noch nicht abgeschlossen, und die Handhabung von Impfstoffen bei extrem niedrigen Temperaturen, von der Herstellung über die Verteilung bis hin zur Injektion am Ort der Behandlung, muss entwickelt werden, um die Lücken in allen Stufen der Kühlkette, die während der COVID-19-Pandemie aufgetreten sind, schnell zu schließen.
Außerdem verbrauchen die Ultra-Niedrigtemperatur-Lagersysteme sehr viel Energie, und die Lagersysteme müssen aufgerüstet werden, um den Energieverbrauch zu senken. Die Transportsysteme müssen jedoch auch zuverlässige, umweltfreundliche Systeme bieten, die nicht tonnenweise CO₂ verschwenden und dennoch das Risiko des Verlusts wertvoller Ampullen bergen. Ein effizientes, umweltfreundliches, zuverlässiges und wartungsfreundliches Design für die Lagerung und den Transport von Tiefsttemperaturen ist daher eine Herausforderung bei der Entwicklung des Tiefsttemperaturteils der medizinischen Kühlkette.

Abbildung 1: Ein Fläschchen mit einem mRNA-Impfstoff, Spencerbdavis, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons

Warum ist die Temperaturkontrolle beim Transport von Impfstoffen so wichtig?

Wie bereits im vorangegangenen Absatz erwähnt, ist die Temperaturkontrolle ein wichtiger Bestandteil des Transport- und Lieferprozesses, da diese Art von Impfstoffen eine stabile und extrem niedrige Temperatur benötigt. Während der Pandemiekrise haben die Impfstoffhersteller einige Lösungen entwickelt, z. B. wiederverwendbare Verpackungen für den Transport und die Lagerung. Diese Verpackungen können die Temperatur 10 Tage lang halten und zwischen 1.000 und 5.000 Dosen lagern. In ländlichen oder vorstädtischen Gebieten, in denen die örtlichen Labors und Krankenhäuser nicht über die entsprechenden Gefrierschränke und Infrastrukturen verfügen, bleibt das Problem jedoch bestehen, auch wenn die COVID-19-Krise eingedämmt wurde.

Unterschiede zwischen "aktiver" und "passiver" Kühlung in der Kühlkette

Um die Verbesserungen der letzten Jahre besser zu verstehen, muss man die technologische Lösung der "aktiven" Kühlung mit den früheren "passiven" Kühlboxen vergleichen.

Passive Kühlung

Die passive Kühlung (Abbildung 2) ist die am weitesten verbreitete Technologie und besteht einfach darin, den Behälter mit den Impfstoffampullen mit Trockeneis zu umgeben, um die Temperatur auf dem richtigen Niveau zu halten. Die positiven Eigenschaften dieser Lösung sind, dass sie keine Elektrizität benötigt und deshalb können diese Boxen mit vielen Schwierigkeiten die so genannte "letzte Meile" erreichen, um die Ampullen in ländliche Gebiete von Ländern ohne grundlegende Infrastrukturen wie Straßen zu liefern: in einigen Ländern wurden die Ampullen mit Hilfe von Eseln geliefert. Diese Lösung hat jedoch viele Einschränkungen und Risiken:

Sie ist nicht umweltfreundlich, da ständig eine große Menge an gefrorenem Trockeneis (CO₂) in die Atmosphäre verdampft;
Die Temperaturstabilität ist begrenzt, da sie nur wenig kontrolliert werden kann. Wenn die Box geöffnet wird, sinkt die Temperatur nur ab;
Eine weitere Einschränkung ist der begrenzte Zeitrahmen für das Öffnen: der Zeitrahmen beträgt etwa 1 Minute und maximal zweimal pro Tag;
Die Dauer ist ebenfalls begrenzt, maximal zehn Tage;
Trockeneis ist hauptsächlich in den Industrieländern verfügbar;
Die Gesamtbetriebskosten sind langfristig hoch, da Trockeneis ständig nachgefüllt werden muss, die Energiekosten für die Trockeneisproduktion hoch sind und Trockeneisbehälter aus Polystyrol/Karton nur begrenzt wiederverwendbar sind;

Darüber hinaus gibt es nur sehr wenige Länder mit einer guten Verfügbarkeit von Impfstoffen, wenn man die Infrastrukturen und den Transport betrachtet: 25 Länder, rund 2,5 Milliarden Menschen und damit 30 % der Gesamtbevölkerung der Erde.

Aktive Kühlung

Aktive Kühllösungen sind so definiert, weil sie dank technologischer Verbesserungen die Temperatur auf dem gewünschten Niveau halten können (Abbildung 3): Ein Verflüssigungssatz mit Verdichtern und einem Temperaturaufzeichnungsgerät kann die Temperatur in der Box kontrollieren.
Die Palette der aktiven Kühllösungen besteht aus elektrisch betriebenen Kühlschränken und netzunabhängigen Kühlschränken. Netzbetriebene Kühlschränke verwenden Verdichter, um den Druck des gasförmigen Kältemittels zu erhöhen. Bei den netzunabhängigen Kühlschränken gibt es zwei Hauptkategorien: das Absorptionskühlsystem und solarbetriebene Kühlschränke. Erstere arbeiten mit einem durch Wärme aktivierten thermischen Kreislauf und tauschen Wärmeenergie mit der Umgebung aus. Sie arbeiten in der Regel mit einem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks, der durch den Dampfdruck der Arbeitsflüssigkeit, z. B. Erdölgas oder Kerosin, geregelt wird. Im Gegensatz dazu arbeiten solarbetriebene Kühlschränke mit elektrisch betrieben Verdichtern, die entweder von Batterien, die die von den Sonnenkollektoren erzeugte Energie speichern, oder direkt von den Sonnenkollektoren selbst gespeist werden können.

Schlussfolgerungen

Impfstoffe müssen also in einem begrenzten Temperaturbereich gelagert werden, und zwar vom Zeitpunkt ihrer Herstellung bis zum Zeitpunkt der Impfung. Denn zu hohe oder zu niedrige Temperaturen können dazu führen, dass der Impfstoff seine Wirksamkeit verliert, d. h. seine Fähigkeit, vor Krankheiten zu schützen. Sobald ein Impfstoff seine Wirksamkeit verliert, kann er nicht wiederhergestellt werden.

Abbildung 2: Paket mit geladenem Trockeneis und Nutzlastbox-Insider (passive Kühlung), CC BY 4.0, via Springer Nature Limited
Abbildung 3: Temperatursensor bei -80° an einer ULT-Kühlbox (aktive Kühlung)

Lagerung und Transport von Impfstoffen: Die medizinische Kühlkette

Impfstoffe werden per Flugzeug vom Hersteller als gekühlte Fracht in das Land transportiert, in dem sie verwendet werden sollen. Nach der Landung werden sie in Kühlräumen gelagert, bevor sie mit Kühlfahrzeugen an regionale und subregionale Kühlhäuser verteilt werden. Von den Lagern bis hinunter in die Dörfer werden die Impfstoffe in Kühlboxen und Impfstoffträgern mit dem Auto, Motorrad, Fahrrad oder sogar zu Fuß transportiert, um auch in abgelegenen Dörfern zu immunisieren.

Anforderungen an die Kühlkette für mRNA-Impfstoffe

Die Lager- und Transportausrüstung wie Kühlräume, Kühlschränke, Gefrierschränke, Kühlboxen und Impfstoffträger müssen den von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) festgelegten Leistungsstandards entsprechen.
Neue mRNA-Impfstoffe müssen bei extrem niedrigen Temperaturen transportiert und gelagert werden, was Gefrierschränke erfordert, die Temperaturen von -80°C standhalten.

Die Zwänge der Kühlkette für mRNA-Impfstoffe

Diese Gefrierschränke sind nicht an jedem Ort der klinischen Prüfeinrichtung verfügbar. Daher müssen Lieferketten entwickelt werden, um die logistischen Herausforderungen zu bewältigen, und die Versandinfrastruktur der Kühlkette muss robust sein, um eine zuverlässige und sichere Lieferkette im Gesundheitswesen aufzubauen. Dies bedeutet End-to-End-Lösungen für die Lagerung und den Transport bei bestimmten Temperaturen, vom Herstellungsort bis zu den Gesundheitseinrichtungen, in denen sie verwendet werden sollen. Kühlkettenlager müssen temperaturkontrolliert sein und über ein Überwachungssystem verfügen, um die Sendungen vor und nach dem Transport zu schützen, auch bei Temperaturen bis zu -80°C. Während des Transports müssen die tragbaren Hochleistungsgeräte die vom Hersteller angegebenen Temperaturanforderungen erfüllen.

Abbildung 4: Die Kühlkette und die Lagerung von Impfstoffen vom Hersteller bis zu einem medizinischen Zentrum

Die Wichtigkeit von Temperaturüberwachungssystemen und -kontrollen

Wie bereits erwähnt, ist die Temperatur während des Transports das Schlüsselelement, um den Erfolg des Ziels zu garantieren: die sichere Lieferung der Fläschchen. Doch wie wird die Temperatur kontrolliert und gewährleistet?
Die Hersteller medizinischer Geräte, mit denen die Fläschchen transportiert werden, installieren direkt im Werk ein Temperaturaufzeichnungsgerät auf dem Gerät. Datenlogger werden zur Überwachung des Versands verschiedener Arten empfindlicher Produkte eingesetzt. Je nach Modell zeichnen sie verschiedene Parameter wie Temperatur, Feuchtigkeit, Stöße, Vibrationen oder Neigung auf. Im Allgemeinen verfügen sie über spezifische Funktionen wie Echtzeitüberwachung, Deckelöffnung, GPS-Position und Alarmmeldungen per E-Mail oder SMS, um eine ständige Kontrolle während des Transports zu gewährleisten.

Impfstoff-Kühlung: Stationäre und mobile Geräte

Kühllösungen, Gefrierschränke und Kühlschränke lassen sich in zwei Hauptgruppen unterteilen: zum einen die Geräte für die stationäre Lagerung wie vertikale Gefrierschränke und Kühlschränke, die in Labors und Krankenhäusern zu finden sind, zum anderen die für den Transport entwickelten Geräte wie Transportboxen. Für die Standardkühlung (+2 bis +8°C), die auch an Sonnenkollektoren angeschlossen werden kann, ohne dass Batterien und Regler benötigt werden.

Stationäre Ultra-Niedrigtemperatur-Kühlung

Im stationären Bereich gibt es Ultratiefkühlschränke, in denen z. B. Impfstoffe, Gewebe und menschliche Zellen gelagert werden können (Abbildung 5). Die Temperaturen liegen zwischen -20° C und -80°C. Um auf die Nachfrage nach energieoptimierten ULT-Systemen zu reagieren, haben wir die jahrelange Entwicklung und Innovation im Bereich der elektronischen Steuerung von Kompressoren genutzt, um eine spezielle Reihe von Kompressoren mit einer neuen Generation von Steuerungselektronik zu entwickeln, die einen optimierten Energieverbrauch erreichen und eine stabile und zuverlässige Kühltemperatur mit verschiedenen zusätzlichen Funktionen zur Verbesserung der Systemüberwachung garantieren kann. Was die geeigneten Secop-Produkte angeht, sind die Spitzenmodelle für ULT-Gefrierschränke die NLV12.6CN- und SLVE18CN-Verdichter.

Mobile Kühlung bei ultraniedrigen Temperaturen

Boxen für den Transport können sowohl aktiv als auch passiv sein. Passive Boxen kühlen die Kühltruhe nicht aktiv, doch wird die Temperatur durch einige Trockeneisboxen niedrig gehalten, und sie haben einige andere Einschränkungen: Es besteht ein hohes Risiko von Impfstoffabfällen aufgrund der begrenzten Transportstabilität, und Trockeneis ist vor allem in Industrieländern verfügbar, in denen kein Bedarf für diese Lösung besteht. Außerdem ist es nicht einfach, Trockeneis in entlegenen Gebieten zu finden, in denen diese Lösung benötigt wird. Dank der technologischen Verbesserungen gibt es jetzt einige aktive Lösungen auf dem Markt (Abbildung 6). Secop hat spezielle ULT-Kaskaden-Verflüssigungssätze mit erstklassigen Leistungen in Bezug auf Energieverbrauch und Kühlregelung entwickelt, wobei die Zuverlässigkeit des Systems im Vordergrund steht.

Die Secop-Lösungen für die Lagerung und den Transport von Impfstoffen

Wie erwartet, sind die neuen Lösungen sowohl für die Lagerung als auch für den Transport verfügbar: für die Lagerung mit einer Kaskade von 2 Verdichterstufen mit MN13UVULTM oder MS18UVULTM medizinischen AC-Verdichtern mit variabler Drehzahl in der ULT-Stufe und für mobile Anwendungen mit einer Kaskade von MP2UVULTM DC-Verdichtern, die speziell für medizinische mobile Anwendungen in der ULT-Stufe entwickelt wurden. Mit der Entwicklung der innovativen, klassenbesten mobilen Verflüssigungseinheit für den aktiven Transport von Impfstoffen haben wir eine Lösung eingeführt, die eine aktive Kontrolle der Impfstofftemperatur bis zur letzten Meile bietet. Diese Lösung ermöglicht den Ersatz von passiven Boxen mit erhöhter Transportzuverlässigkeit und einem reduzierten Kohlenstoff-Fußabdruck selbst unter schwierigen Umgebungsbedingungen.
Diese neuen Technologien helfen unseren Partnern bei der Entwicklung neuer Generationen von Schränken, um die Lücken in der ultraniedrigen Kühlkette für die Impfstoffverteilung zu schließen.

Abbildung 5: Stationäre ULT-Kühlsysteme
Abbildung 6: Mobile ULT-Kaskadenkühlbox

Herausforderungen für die Kühlkette von Impfstoffen

Die Lieferung von Impfstoffen in alle Ecken der Welt ist ein komplexes Unterfangen. Um diese lebensrettenden Produkte zu lagern, zu verwalten und zu transportieren, bedarf es einer Kette präzise aufeinander abgestimmter Vorgänge in temperaturgeregelten Umgebungen. Dies wird als Kühlkette bezeichnet. Die Covid-Pandemie hat die verschiedenen Lücken im derzeitigen Verteilernetz offengelegt und gezeigt, dass die Infrastruktur für die medizinische Kühlkette weiterentwickelt und Hindernisse beseitigt werden müssen, um ein Netz für die Lagerung und Verteilung bei extrem niedrigen Temperaturen aufzubauen, das auch Schwellenländer versorgen kann. Die aus der Herstellung und dem Vertrieb des COVID-19-Impfstoffs gezogenen Lehren müssen auf die Behandlung anderer Viren angewandt werden. Logistikdienstleister wandeln sich rasch, um mit den wissenschaftlichen Durchbrüchen Schritt zu halten und die sichere Lieferung vielversprechender neuer Behandlungen zu gewährleisten, die Leben retten können.

Lieferung von Impfstoffen: Ungleichheiten in der Kühlkette

Am Ende der COVID-19-Pandemie wurden wir Zeuge einer unterschiedlichen Verfügbarkeit von Impfstoffen in reicheren Ländern mit einer stark geimpften Bevölkerung und in ärmeren Ländern, in denen der Zugang zu neuen Impfstoffen und das Ziel der Impfung weit unter dem akzeptablen Niveau lagen. Die Impfstoffhersteller können monatlich Milliarden von Dosen produzieren, genug, um alle Ziele zu erreichen, aber nur, wenn eine gerechte Verteilung gewährleistet ist. Um dieses Ziel zu erreichen, muss das Problem der unzureichenden Kühlkette in Regionen mit niedrigem Einkommen gelöst werden, da mRNA-Impfstoffe sehr empfindlich sind. Es ist notwendig, das Ökosystem der pharmazeutischen und gesundheitlichen Lieferkette für die künftige durchgängige Kühlkette neu zu konzipieren. Der Transport von Impfstoffen kann in weniger entwickelten Ländern, in denen die Transportinfrastruktur erhebliche Lücken aufweist, eine Herausforderung darstellen.

Lieferung von Impfstoffen: Hindernisse bei der Sicherstellung der Verfügbarkeit von Impfstoffen

Wir alle wissen es zu schätzen, dass COVID-19 die größte Impfkampagne der Geschichte ausgelöst hat. Der Zugang zu den Impfstoffen ist jedoch ungleichmäßig und vor allem in den weiter entwickelten Ländern. Eines der größten Hindernisse sind jedoch nach wie vor die Bedingungen und Beschränkungen der lokalen und regionalen Kühlketten, insbesondere der chronische Mangel an Ultra-Niedrigtemperatur-Lagern. Der Aufbau der erforderlichen Infrastruktur zur Schließung der Lücken in den nationalen Kühlketten erfordert den Zugang zu den besten verfügbaren Technologien. Dadurch wird die Verfügbarkeit von Impfstoffen nicht nur in städtischen Gebieten, sondern auch in ländlichen Gemeinden sichergestellt, die möglicherweise weit von etablierten Gesundheitszentren entfernt sind. Die Nachfrage nach Lösungen für die Ultrakühllagerung hat daher einen noch nie dagewesenen Umfang erreicht, und während das Impfstofflieferprogramm fortgesetzt wird, müssen alle Hindernisse schrittweise überwunden werden.

Abbildung 7: Impfstoffauslieferung auf der letzten Meile mit mobilen Kühllösungen (B Medical Systems)
Abbildung 8: Impfung in ländlichen Gebieten

Herausforderungen für die ULT-Gefriergeräte-Technologie

Ein ultrakalter Gefrierschrank speichert Inhalte bei Temperaturen von bis zu -86 °C. ULT-Gefriergeräte sind unerlässlich für die Lagerung von kritischem Material in medizinischen Forschungseinrichtungen, Labors, Krankenhäusern und überall dort, wo wertvolle Proben sicher gelagert werden müssen. Die gesamte Kühlketteninfrastruktur erfordert außerdem eine temperaturkontrollierte Lieferkette, die Geräte und Logistik für die Lagerung, den Transport und die Verteilung von Produkten einsetzt, um den Verfall von temperaturempfindlichen Materialien und Proben zu verhindern. In jüngster Zeit wurden sie mit ihrem umfangreichen Einsatz während der globalen Gesundheitskrise im Zusammenhang mit der Impfkampagne zur Bekämpfung der COVID-19-Pandemie in Verbindung gebracht (Abbildung 9).

Ein Stromausfall kann zum Verlust ganzer Chargen von Impfstoffampullen führen

Ein Stromausfall kann zwar ärgerlich sein, wenn er zu Hause passiert, aber für die medizinische Forschung kann er eine absolute Katastrophe sein. Die Zuverlässigkeit dieser Gefriergeräte ist von grundlegender Bedeutung, um die sichere Lagerung der wertvollen Inhalte zu gewährleisten. Um die Lücken in der medizinischen Kühlkette für die Lagerung und Verteilung von Tiefsttemperaturen zu schließen, ist eine neue Gerätegeneration erforderlich, die die Zuverlässigkeit erhöht, den Energieverbrauch senkt, umweltfreundliche Kältemittel einführt und einen geringeren CO₂-Fußabdruck aufweist.

Die Bedeutung eines niedrigen Stromverbrauchs in der gesamten ULT-Kühlkette

Die Fokussierung auf mRNA-Therapeutika erfordert Ultratiefkühlgeräte für verschiedene Produktionsschritte, einschließlich der dezentralen Unterbringung in kleinen Kliniken, für die Ultratiefkühlgeräte erforderlich sind, die in kleinere Räume passen.
Der erhöhte Bedarf an Kühlkettenentwicklung könnte den Stromverbrauch in die Höhe treiben, da die Kühlung viel Energie verbraucht. ULT-Gefriergeräte verbrauchen eine große Menge an elektrischer Energie, da sie eine niedrige und stabile Temperatur gewährleisten müssen. In Krankenhäusern und Labors sind Ultratiefkühlgeräte eine der größten Quellen für den Stromverbrauch. Die Endnutzer müssen daher den Energieverbrauch von Ultratiefkühlgeräten sorgfältig prüfen. Ultratiefkühlgeräte sollen die Anforderungen des Energy Star und der Energiekennzeichnung erfüllen, und künftige Produkte werden eine größere Transparenz in Bezug auf den Energieverbrauch aufweisen.

Technologie mit variabler Geschwindigkeit und natürliche Kältemittel können die Kühlkette für Impfstoffe unterstützen

Um die Nachfrage nach einem geringeren Energieverbrauch und einer höheren Effizienz medizinischer Geräte zu unterstützen, setzen die Hersteller neue Lösungen wie Verdichter mit variabler Drehzahl ein. Neben der Senkung des Energieverbrauchs bietet diese Technologie eine Reihe weiterer Vorteile, von der Verringerung der Geräuschentwicklung bis hin zur Verlängerung der Produktlebensdauer, da die Belastung der Systemkomponenten reduziert wird. Da diese Systeme weniger Energie verbrauchen, geben sie auch weniger Wärme ab und senken so die Kosten für die Klimatisierung der Aufstellräume.
Gleichzeitig entwickeln sich die rechtlichen Rahmenbedingungen für die Kältespeicherung mit dem schrittweisen Ausstieg aus den Fluorkohlenwasserstoffen (FKW), die mit der globalen Erwärmung in Verbindung gebracht werden, ebenfalls weiter. Natürliche Kohlenwasserstoffe wie Ethan und Propan haben die Einführung nachhaltiger Produkte mit besserer Leistung ermöglicht.
Natürlich muss die Nachhaltigkeit gegen die Produktleistung abgewogen werden. Der Markt muss sich in Richtung nachhaltigerer Kältemittel bewegen und auch eine verbesserte Effizienz anstreben, um den Energieverbrauch weiter zu senken. Diese Trends müssen jedoch sorgfältig bedacht werden, damit sie die Leistung eines Produkts und seine Fähigkeit, die Temperatur schnell wiederherzustellen, nicht beeinträchtigen.

Der ULT-Gefrierschrank: Produktzuverlässigkeit ist entscheidend

Bei ULT-Gefriergeräten in der medizinischen Kühlkette besteht die größte Herausforderung in der Bewertung der Zuverlässigkeit. Wenn ein ULT-Gefriergerät ausfällt, beschränken sich die Folgen nicht nur auf Reparatur oder Austausch. In vielen Fällen muss der Gefrierschrank für die biomedizinische Verwendung neu validiert und das Produkt an einen anderen Ort gebracht werden. Der Inhalt dieser Gefriergeräte ist wertvoll, und jeder Ausfall kann zu erheblichen Rückschlägen in Bezug auf Zeit, Geld und Forschung führen. Die Zuverlässigkeit des Produkts ist von größter Bedeutung.
Die heutigen ULT-Gefrierschränke sind mit Überwachungssystemen ausgestattet, die die Sicherheit des Inhalts im Falle eines unerwarteten Zwischenfalls gewährleisten.

Abbildung 9: Impfstoffe, die in abgelegene Gebiete transportiert werden, sind orange und rot eingefärbt, Quelle: DHL Group, Whitepaper "Delivering Pandemic Resilience", September 2020

Secops Beitrag zur Entwicklung der ULT-Kühlkette

Die größte Sorge bei ULT-Gefriergeräten ist die Sicherheit der Proben. Das bei weitem häufigste Sicherheitsproblem für Ultratiefkühlgeräte ist das Versagen des Verdichters, eine der möglichen Ursachen für Ausfälle von Tiefkühlgeräten. Aus diesem Grund ist ein Ultra-Tiefkühlgerät mit seinen Verdichtern ein entscheidender Baustein, um die Entwicklung der Ultra-Tiefkühlkette zu unterstützen. Dies garantiert stabile Leistungen, niedrigen Energieverbrauch, Optimierung für umweltfreundliche Kältemittelumwandlung und insgesamt maximale Zuverlässigkeit.

Secop's Erfahrung im Dienste der Kühlkette

Secop blickt hinter die Kühlschranktür und stellt sicher, dass das Herzstück des Kühlschranks, die Kühllösung, mit innovativen Technologien entwickelt wird, um Leistung, Effizienz und Zuverlässigkeit zu garantieren. Um die Fortschritte in der neuen medizinischen ULT-Kühlkette zu unterstützen, haben wir verschiedene Lösungen für die neue Generation von Ultra-Low-Storage-Einheiten entwickelt, wobei wir unsere jahrzehntelange Erfahrung in der Verbesserung der medizinischen Kühlung und die Zusammenarbeit mit den weltweit führenden Herstellern von medizinischen Kühlschränken nutzen.
Um die Umstellung von ULT-Systemen auf grüne Kältemittel zu unterstützen, haben wir unser Kernwissen über grüne Kohlenwasserstoff-Kältemittel genutzt und die Verwendung der grünen Kältemittel R290 und R170 eingeführt und optimiert, indem wir eine Reihe von Produkten eingeführt haben, die eine schnelle Umstellung auf Kältemittel mit niedrigem GWP in medizinischen Systemen unterstützen können.

Secop bietet innovative Kühllösungen für die ULT-Kühlkette

Um auf die Nachfrage nach energieoptimierten ULT-Systemen zu reagieren, haben wir die jahrelange Entwicklung und Innovation im Bereich der elektronischen Steuerung von Verdichtern genutzt, um eine spezielle Reihe von Kältekompressoren mit einer neuen Generation von Controllern zu entwickeln. Diese Baureihe bietet einen optimierten Energieverbrauch und garantiert darüber hinaus eine stabile und zuverlässige Kühltemperatur mit verschiedenen zusätzlichen Funktionen für eine verbesserte Systemüberwachung. Die Spitzenmodelle für ULT-Gefrierschränke sind die Verdichter NLV12.6CN und SLVE18CN. Für die mobile aktive Kühlung hat Secop, wie oben erwähnt, die Technologie für ein Ultra-Niedrigtemperatur-Kühlsystem entwickelt. Dieses System wurde für die letzte Verteilungsmeile der neuen Impfstoffgenerationen optimiert und ermöglicht den mobilen Betrieb auch unter extremen Umgebungsbedingungen wie in tropischen Regionen. Diese spezielle Verflüssigungseinheit verfügt über eine Kompressor-Kaskadenlösung mit einem MP2UVULTM (niedrige Stufe) und einem BD100CN (hohe Stufe) Verdichter und nutzt Secops Erfahrung in medizinischen Anwendungen, Impfstoff-Solartiefkühlern und mobilen Lösungen, indem sie alle diese Anwendungen kombiniert. Batteriebetriebene aktive Kühlsysteme für mRNA-basierte Impfstoffe bieten viele Vorteile im Vergleich zu bestehenden passiv gekühlten (Trockeneis) Transportboxen.
Aktive Systeme bieten Temperaturkontrolle, benötigen keine großen Mengen Trockeneis, sind wiederverwendbar, verbrauchen keine Tonnen von CO₂ und verhindern den Verlust von Impfstoffen. Sie eignen sich für jede Verteilerstelle, auch in abgelegenen Gebieten, in denen die Verfügbarkeit von CO₂ nicht garantiert werden kann oder die Umgebungsbedingungen zu streng sind.

Vorteile:

Sichere aktive vollautomatische mobile Lösung auf der Basis eines 2-stufigen drehzahlgeregelten Verdichter-Kaskadensystems mit einem flexiblen Temperaturbereich von -20°C bis -86°C auch bei tropischen Umgebungsbedingungen (43°C)
Ideale Lösung für netzspannungsunabhängigen Transport und Lagerung von mRNA-basierten COVID-19- und Ebola-Impfstoffen und CGT-Proben
Geringer Energieverbrauch und schnelle Abkühlzeit durch Verwendung von grünen Kohlenwasserstoff-Kältemitteln mit niedrigem GWP.
Zuverlässige und präzise Temperatureinstellung und -kontrolle und geringeres Risiko der Verschwendung von temperaturempfindlichen Proben und Impfstoffen
Zuverlässiges, langlebiges System mit niedrigen TCO im Lebenszyklus
Konzipiert für den globalen AC/DC-Spannungsbereich und optimiert für netzarme Regionen
Einfache Anpassung des °CCD-Controllers über die Tool4Cool®-Software

oben auf dieser Seite können Sie ein Video sehen, um diese Kühllösung besser zu verstehen.

Abbildung 10: Secop ULT Verflüssigungssatz (Seitenansicht)
Abbildung 11: Secop ULT Verflüssigungssatz (Draufsicht)

Empfehlungen

Die WHO (Weltgesundheitsorganisation) zeigt in einem Schulungsvideo über die globale Kühlkette für Impfstoffe, wie man die Ausrüstung für die Kühlkette für Impfstoffe richtig kauft, installiert und verwaltet. Dies gilt für Standardimpfstoffe, die in einem Temperaturbereich von +2°C bis +8°C gelagert und transportiert werden müssen, was für die meisten Standardimpfstoffe angemessen ist.

Für temperaturempfindliche Impfstoffe, wie z. B. neue mRNA-Impfstoffe, gilt ein anderer Temperaturbereich für die Lagerung und den Transport: unter -70 °C mit Standard-Sollwerten von etwa -86 °C, um die langfristige Wirksamkeit der Impfstoffdosen zu gewährleisten. Alle anderen Informationen in dem Video sind auch für die ULT-Kühlkette für Medizin/Impfstoffe geeignet. Im aktuellen PQS (Performance/Quality/Safety)-Katalog der WHO sind die ersten ULT/Ultra-Niedrigtemperatur-Geräte zu finden (Seite 208), weitere werden folgen.

Technische Literatur:

Compressors for Medical Cold Chain Solutions

12.2023 | Literature | Quick References
Download (3.47 MB)
Medical Compressors for ULT Cooling

03.2024 | Literature | Quick References
Download (4.71 MB)
ULT Active Mobile Medical Cooling Technology, R170, R290, 12-24 V DC

11.2023 | Literature | Leaflets
Download (2.06 MB)
Solar Direct Drive and Weak Grid Power Management System

06.2024 | Literature | Quick References
Download (2.25 MB)