Die Erfindung betrifft das Gebiet der Desinfektion von Kühlschmiermitteln (KSS) .

KSS werden in der fertigenden Industrie bei Prozessen der Zer- spanung und Umformung von Werkstoffen eingesetzt. Im Stand der Technik wird nach DIN 51385 zwischen nichtwassermischbaren, wassermischbaren und wassergemischten KSS unterschieden, deren Wasserkomponente in Kombination mit den organischen Bestand ^¬ teilen (z.B. Mineralöl) im KSS ein idealer Nährboden für Mik- roorganismen sind. Dabei stellt sich das Problem der unerwünschten Kontamination mit Mikroorganismen insbesondere bei den wassermischbaren KSS. Um einen Befall der KSS durch Mikroorganismen vorzubeugen bzw. bereits mit Mikroorganismen kontaminierte KSS zu desinfizieren, kann dem KSS ein Biozid zuge- setzt werden. Mit Bioziden versetzte KSS sind jedoch problema ^¬ tisch, da sie für die Anwender selbst eine permanente Gefahr darstellen. Die Problematik stellt sich beispielsweise bei of ^¬ fenen Fertigungstechniken, bei denen das mit dem Biozid versetzte KSS ausgast und auftretende Dämpfe und Aerosole anwe- sende Personen gesundheitlich schädigen können. Auch ein nachschärfen bzw. nachdosieren von Bioziden zum KSS zum Erhalt der antimikrobiellen Wirkung im KSS Bedarf besonderer Sorgfalt und fachgerechter Anwendung um Gefahren für Umwelt und Bedienpersonal vorzubeugen. Aus gutem Grunde unterliegen Biozide daher einer strengen gesetzlichen Regelung [s. z.B. Biozid-Verord- nung (EU) Nr. 528/2012] . Darüber hinaus kann das Biozid oder dessen Reaktionsprodukte mit Biomolekülen nachteilig auf die in dem Fertigungsprozess verwendeten Werkstoffe und die Werk ^¬ zeugmaschinen einwirken. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Desinfektion bzw. Vorbeugung einer Kontamination des KSS mit Mikroorganismen zu schaffen, bei denen Mikroorganismen mit hinreichender Sicherheit inaktiviert und die vorgenannten Nachteile weitestgehend vermieden werden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die in den beigefügten Ansprü ^¬ chen definierten Verfahren, KSS und in dem KSS erfindungsgemäß verwendeten Komponenten, insbesondere anionische Tenside in Kombination mit Photosensibilisatoren . Letztere haben im Un- terschied zu den eingangs erwähnten Bioziden vorteilhafterweise eine zu vernachlässigende Substanztoxizität .

Zunächst seien einige im Rahmen der Erfindung verwendete Be ^¬ griffe erläutert.

Photosensibilisatoren sind Verbindungen, die elektromagnetische Strahlung, beispielsweise sichtbares Licht, absorbieren und die Bildung von Radikalen und/oder Singulett-Sauerstoff aus Triplett-Sauerstoff unter Einfluss besagter Strahlung ge- nerieren können. Dem Fachmann stehen eine Vielzahl an gewerblich erhältlichen Verbindungen zur Verfügung, die für den vorliegenden Zweck geeignet sind. Für den Einsatz in vorliegender Erfindung kommen insbesondere Methylenblau [ 3.7-Bis (dimethyla- mino) -phenothiaziniumchlorid] und Toluidinblau [ 3-Amino-7- (di- methylamino) -2-methylphenothiazin] in Betracht.

Mikroorganismen, auch als Mikroben bezeichnet, sind im Sinne vorliegender Erfindung mikroskopisch kleine Organismen und schließen insbesondere Bakterien, Pilze, Algen, Protozoen und Viren ein. Diese Mikroorganismen werden erfindungsgemäß zumindest teilweise photodynamisch inaktiviert. Der Begriff der In- aktivierung umfasst auch eine Neutralisation der Mikroorganis- men. Darunter fällt insbesondere die Zerstörung oder Auflösung (Lysis) oder Verhinderung der Vermehrung des Mikroorganismus oder die Verhinderung einer Mikroorganismus-bedingten Biofilmbildung . Ein Kühlschmiermittel (KSS) im Sinne vorliegender Erfindung ist jedes fluide Medium, welches in der Fertigungstechnik beim Trennen und Umformen auf Werkzeugmaschinen verwendet werden kann und üblicherweise der Wärmeabfuhr und Verminderung der Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück durch Schmierung dient. Das in den Verfahren vorliegender Erfindung verwendete KSS weist neben der dem KSS eigenen Wasserkomponente (und ge ^¬ gebenenfalls ebenfalls vorhandenen Ölkomponente) als erfin ^¬ dungswesentliche Bestandteile ein anionisches Tensid und spe ^¬ zifische Photosensibilisatoren auf, die es erlauben im KSS bei Bestrahlung im langwelligen Bereich oberhalb von 700nm reaktive Sauerstoffspezies (ROS) zu generieren und damit in dem KSS vorhandene Mikroorganismen photodynamisch zu inaktivieren. Im Einzelnen: Die erfindungswesentliche Besonderheit der Kombination von an ^¬ ionischen Tensid mit dem Photosensibilisator besteht darin, dass sich das dem Photosensibilisator eigene Absorptionsspekt ^¬ rum durch die Tensid-Komponente in den langwelligen Bereich des elektromagnetischen Spektrums oberhalb von 700nm ver- schiebt. Durch dieses als „bathochromen Effekt" beschriebene

Phänomen kann erstmalig gezielt langwellige Strahlung oberhalb von 700nm für die tiefergehende, das heißt nicht nur an der Oberfläche des bestrahlten Fluids durch kurzwelligere Strah ^¬ lung verursachte, photodynamische Inaktivierung von Mikroorga ^¬ nismen wirksam eingesetzt werden. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass für die Erzielung einer photodynamischen Inakti- vierung von Mikroorganismen in einem Fluid durch Generierung von ROS, insbesondere Singulett-Sauerstoff, neben dem Photo- sensibilisator ein wichtiger Parameter eine ausreichende Energiedichte auch unterhalb der Fluidoberfläche ist. Die Produk ^¬ tion der ROS ist direkt von der Energiedichte abhängig, die sich bei Flächenbestrahlung nach der aus dem Stand der Technik bekannten Formel Energiedichte = Leistung * Bestrahlungsdauer / Bestrahlungsfläche berechnet. Eine mehrere Millimeter oder sogar mehrere Zentimeter tiefgehende Penetranz der Strahlung zur Einleitung der photodynamischen Reaktion mittels Photosen- sibilisator unterhalb der Fluidoberfläche Stand bisher im

Zielkonflikt mit der Verwendung handelsüblicher Sensibilisato- ren wie z.B. Methylenblau oder Toluidinblau, deren Absorpti ^¬ onsspektrum unterhalb von 700nm liegt und folglich mit einem darauf abgestimmten Strahlungsspektrum zur Auslösung der pho- todynamischen Prozesse bestrahlt werden müssen, andererseits eine entsprechend kurzwellige Strahlung unterhalb von 700nm aufgrund mangelnder Penetrationstiefe nur photodynamische Pro ^¬ zesse an der Oberfläche des bestrahlten Fluids einleiten kann. Diesen Zielkonflikt überwindet vorliegende Erfindung. Bei- spielhaft dargestellt ist dies in Figur 1 vorliegender Anmel ^¬ dung, aus der ersichtlich ist, dass sich das für den Photosen- sibilisator Methylenblau bekannte Absorptionsmaximum deutlich unterhalb von 700nm (664nm in NaCl und 655nm in 96% Ethanol) durch den Zusatz von dem anionischen Tensid Natriumdodecylsul- fat in den infraroten Wellenlängenbereich oberhalb von 700nm verschiebt. Einen ähnlichen bathochromen Effekt mit einer Verschiebung des Absorptionsspektrums und insbesondere Absorpti ^¬ onsmaximums in den langwelligen Bereich oberhalb von 700nm lässt sich für weitere Photosensibilisatoren, beispielsweise Toluidinblau mit einem Absorptionsmaximum in NaCl bei 630nm und in 96% Ethanol bei 626nm, beobachten. Mit den erfindungs ^¬ gemäßen Komponenten, d.h. dem anionischen Tensid in Kombina- tion mit dem Photosensibilisatoren, und unter Ausnutzung des bathochromen Effekts kann wie oben erwähnt unter Verwendung langwelligen Lichts auch noch weit unterhalb der Fluidoberflache eine photodynamische Inaktivierung dort vorhandener Mikro ^¬ organismen erfolgen. So ist es beispielsweise möglich, bei ei- ner Bestrahlung des Fluids im nahen Infrarotbereich mit einer Wellenlänge von 810nm eine Lichteindringtiefe von bis zu 4 cm zu erreichen. Abgesehen davon, dass sich bei dem in vorliegender Erfindung verwendeten Infrarotbereich oberhalb von 700nm Lichtquellen mit hoher Quantenausbeute, die besondere Energie- effizienz aufweisen, verwenden lassen, gibt es eine Reihe weiterer Vorteile, die nachfolgend kurz zusammengefasst sind:

- Die Langzeitstabilität des Photosensibilisators ist bei Anre ^¬ gung im infraroten Bereich oberhalb von 700nm gegenüber einer kurzwelligen Anregung unterhalb von 700nm deutlich verbes- sert, da die Photonenenergie « der Bindungsenergie der Pho- tosensibilisatormoleküle ist;

- Nachteilige „seif shielding" Effekte und Sättigungseffekte („photobleaching" ) lassen sich weitestgehend vermeiden. Letzteres sei nachfolgend beginnend mit den Grundlagen der photodynamischen Anwendungsmechanismen erläutert.

Die Grundlage der photodynamischen Inaktivierung von Mikroorganismen in einem Fluid ist die Generierung von ROS durch Pho- tosensibilisatoren bei ausreichendem Sauerstoffangebot im

Fluid. Die Photosensibilisatoren gelangen dabei angeregt durch Licht entsprechender Wellenlänge aus dem Grundzustand über den Singulett-Zustand in den angeregten Triplett-Zustand . Bei den nachfolgenden Reaktionen ist zwischen zwei photooxidativen Prozessen (Typ I, Typ II) zu unterscheiden. Bei der Reaktion vom Typ I handelt es sich um eine chemische Reaktion, bei der Radikale gebildet werden. Bei dieser Reaktion kommt es zu ei- nem Ladungstransfer zwischen dem angeregten Photosensibilisa- tor im Triplett-Zustand und einem Substratmolekül, wobei ein Elektron oder ein Wasserstoffatom übertragen wird. Es entstehen Superoxidanion-Radikale und Hydroxyl-Radikale . Bei der Re ^¬ aktion vom Typ II handelt es sich hingegen nicht um eine che- mische Reaktion, sondern um einen reinen Energietransfer bei dem die Energie des Photosensibilisators direkt auf den Sauer ^¬ stoff übertragen wird und wobei der hochreaktive Singulett- Sauerstoff entsteht, welcher mit den Zielstrukturen der in der Nähe befindlichen Mikroorganismen reagiert. Der Photosensibi- lisator kehrt dabei in seinen relaxierten Zustand zurück. Bei der photodynamischen Inaktivierung von Mikroorganismen spielt insbesondere die Reaktion vom Typ II mit der Bildung des Sin- gulett-Sauerstoffs eine entscheidende Rolle. Der aktivierte Sauerstoff löst die Oxidation von Molekülen der in der Nähe befindlichen Mikroorganismen aus, zerstört insbesondere Zell ^¬ organellen, Membranen und Nukleinsäuren der Mikroorganismen, so dass die Mikroorganismen inaktiviert werden.

Normalerweise ist der vorbeschriebene Prozess der photodynami- sehen Generierung von Singulett-Sauerstoff katalytisch und der Photosensibilisator regeneriert sich nach oben beschriebener Energieabgabe an den Sauerstoff und steht damit für einen wei ^¬ teren Zyklus bereit. Bei hohem Energieeintrag oder durch Reak ^¬ tionen mit Radialen kann es jedoch zu einer Destruktion des Photosensibilisators kommen. Insbesondere für die im Stand der Technik verwendeten Photosensibilisatoren Methylenblau und To- luidinblau ist bekannt, dass diese bei höheren Energien aus ^¬ bleichen („photobleaching" ) , so dass nachteiligerweise bei Verbrauch des Vorrats an Photosensibilisator im Fluid die Effektivität der Generierung von reaktiven Sauerstoffspezies , insbesondere vom Singulett-Sauerstoff abnimmt. Wie oben er ^¬ wähnt lässt sich dieser nachteilige Effekt bei Verwendung der erfindungsgemäßen Komponenten und Bestrahlung oberhalb von 700nm überraschenderweise weitestgehend vermeiden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das KSS neben seiner Wasser- (und gegebenenfalls ebenfalls vorhandenen Ö1-) Komponente des Weiteren

- einen Photosensibilisator, wobei der Photosensibilisator ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methylenblau [3.7- Bis (dimethylamino) -phenothiaziniumchlorid] und Toluidinblau [3-Amino-7- (dimethylamino) -2-methylphenothiazin] , und

- mindestens ein anionisches Tensid, wobei das Tensid das Ab ^¬ sorptionsmaximum des Photosensibilisators in einen Bereich des Strahlungsspektrums oberhalb von 700nm verschiebt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das KSS ein KSS gemäß DIN 51385. Des Weiteren kann das KSS einen pH-Wert von 3-12, vorzugsweise 4-10, weiter vorzugsweise 5-9, weiter vorzugsweise 6-8, weiter vorzugsweise 6,5 bis 7,5, be ^¬ sonders bevorzugt 7,0 aufweisen oder auf vorgenannte pH-Werte eingestellt werden.

Erfindungsgemäß kann dieses KSS aus einem Kit umfassend die entsprechenden erfindungswesentlichen Komponenten, d.h.

- einen Photosensibilisator, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methylenblau [ 3.7-Bis (dimethylamino) - phenothiaziniumchlorid] und Toluidinblau [ 3-Amino-7- (dime ^¬ thylamino) -2-methylphenothiazin] , und - mindestens ein anionisches Tensid, wobei das Tensid das Ab ^¬ sorptionsmaximum des Photosensibilisators in einen Bereich des Strahlungsspektrums oberhalb von 700nm verschiebt, hergestellt werden. Dieser Kit kann als Zusatz für ein ent- sprechend zu behandelndes KSS vertrieben werden.

Als kationische Tenside, die das Absorptionsmaximum des Photo ^¬ sensibilisators in einen Bereich des Strahlungsspektrums ober ^¬ halb von 700nm verschieben können, kommen insbesondere Al- kylcarboxylate, Alkylbenzolsulfonate (z.B. Natriumdodecylben- zolsulfonat) , Alkylsulfonate, Fettalkoholsulfate (z.B. Natri- umlaurylsulfat) , Alkylethersulfate (z.B. Natriumdodecyl- poly (oxyethylen) sulfat ) und Tauride in Betracht.

In Bezug auf die Mengenanteile des Photosensibilisators und anionischen Tensids sind nachfolgend bevorzugte Ausführungs ^¬ formen zusammengefasst :

Der Anteil des Photosensibilisators beträgt bezogen auf das Gesamtgewicht des KSS 0,001 bis 0,01 Gew . ~6 , vorzugsweise 0,002 bis 0,008 Gew.%, weiter vorzugsweise 0,003 bis 0,007 Gew.%, weiter vorzugsweise 0,004 bis 0,005 Gew.%, besonders bevorzugt 0,005 Gew.%.

Das Gew . %-Verhältnis des Tensids zu dem Photosensibilisator in dem KSS beträgt 1:1000 bis 1:10000, vorzugsweise 1:2000 bis 1:8000, weiter bevorzugt 1:3000 bis 1:6000, weiter be ^¬ vorzugt 1:3500 bis 1:4500, besonders bevorzugt 1:4000.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist des Weiteren ein Verfahren zur zumindest teilweisen photodynamischen Inaktivierung von Mikroorganismen in einem KSS umfassend die Schritte

a) Bereitstellung eines mit Mikroorganismen kontaminierten wasserhaltigen KSS; b) Zugabe eines anionischen Tensids und eines Photosensibilisa- tors, vorzugsweise als Gemisch, zu dem KSS, wobei der Photo ^¬ sensibilisator eine bathochrome Gruppe aufweist und das Ten ^¬ sid das Absorptionsmaximum des Photosensibilisators in einen Bereich des Strahlungsspektrums oberhalb von 700nm ver ^¬ schiebt, und wobei der Photosensibilisator weiter vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methylen ^¬ blau [ 3.7-Bis (dimethylamino) -phenothiaziniumchlorid] und To- luidinblau [3-Amino-7- (dimethylamino) -2-methylphenothiazin] ; c) Bestrahlung des das Tensid und den Photosensibilisator enthaltenden KSS mit einer Wellenlänge oberhalb von 700nm, vorzugsweise 700-1000nm, weiter vorzugsweise 750-950nm, über einem Zeitraum und mit einer Intensität, die es erlauben, die in dem KSS vorhandene Mikroorganismen zumindest teil ^¬ weise photodynamisch zu inaktivieren und wobei besagte Bestrahlung weiter vorzugsweise mit monochromatischer Strahlung erfolgt; und

d) fakultative Anreicherung des KSS vor und/oder während der Behandlung des KSS im Schritt c) mit Sauerstoff.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist des Weiteren ein Verfahren zur Vorbeugung einer Kontamination eines KSS mit Mikroorganismen, bei dem zielgerichtet ROS in dem KSS generiert wer ^¬ den. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte

a) Bereitstellung eines wasserhaltigen KSS;

b) Zugabe eines anionischen Tensids und eines Photosensibilisa ^¬ tors, vorzugsweise als Gemisch, zu dem KSS, wobei der Pho ^¬ tosensibilisator eine bathochrome Gruppe aufweist und das Tensid das Absorptionsmaximum des Photosensibilisators in einen Bereich des Strahlungsspektrums oberhalb von 700nm verschiebt, und wobei der Photosensibilisator weiter vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methy ^¬ lenblau [ 3.7-Bis (dimethylamino) -phenothiaziniumchlorid] und Toluidinblau [3-Amino-7- (dimethylamino) -2-methylphenothia- zin] ;

c) Bestrahlung des das Tensid und den Photosensibilisator enthaltenden KSS mit einer Wellenlänge oberhalb von 700nm, vor- zugsweise 700-1000nm, weiter vorzugsweise 750-950nm, über einem Zeitraum und mit einer Intensität, die es erlauben, in dem KSS durch den angeregten Photosensibilisator photooxida- tiv ROS ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sauerstoff- Radikalen und Singulett-Sauerstoff zu bilden, die mit Mikro- Organismen reagieren und diese inaktivieren können, und wobei besagte Bestrahlung weiter vorzugsweise mit monochroma ^¬ tischer Strahlung erfolgt; und

d) fakultative Anreicherung des KSS vor und/oder während der Behandlung des KSS im Schritt c) mit Sauerstoff.

In Bezug auf den fakultativen Schritt d) in beiden vorgenannten Verfahren sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Effizienz der gewünschten Singulett-Sauerstoffbildung vom im Fluid (KSS) vorherrschenden Sauerstoffpartialdruck abhängt. Die Er- zeugung von Singulett-Sauerstoff und die nachfolgende oxida- tive Inaktivierung der Mikroorganismen führen lokal zu einem Sauerstoffverbrauch . Dem kann durch die in Verfahrensschritt d) beschriebene zusätzliche Anreichung bzw. Nachdosierung von Sauerstoff, beispielsweise über das Einblasen oder Eindisper- gieren von Sauerstoffhaltiger Luft entgegengewirkt werden.

Im Rahmen vorliegender Erfindung geeignete Lichtquellen umfassen insbesondere Laser, die monochromatisches (alle Wellenzüge haben die gleiche Wellenlänge), kohärentes (d.h. zeitlich als auch räumlich phasengleich verlaufende Wellenzüge) und kolli- miertes (Lichtstrahlen verlaufen als Strahlenbündel parallel und weiten sich auch auf große Entfernungen kaum auf) Licht mit hoher Leistung abgeben können. Eine gleichmäßige, homogene Intensitätsverteilung bei der Ausleuchtung des bestrahlten KSS-Feldes lässt sich beispielsweise über die Ausleuchtung mittels Microlens-Fasern, bei denen eine Linse fest am Faserende befestigt ist, erreichen. Als Lichtquellen kommen eben- falls Deuterium- und Tungsten-Halogenlampen in Betracht, bei denen eine gewünschte monochromatische Wellenlänge durch Ver ^¬ wendung eines entsprechenden Gittermonochromators ausgewählt werden kann. Die im Rahmen vorliegender Anmeldung beschriebenen Absorptionsspektren lassen sich mittels aus dem Stand der Technik bekannten Methoden und Messgeräte messen. Beispielhaft genannt seien herkömmliche Spektralphotometer (z.B. UV/VIS- Spektrometer UV-160 Shimadzu p/N 204-04550), dass für Messun- gen im Wellenlängenbereich von 190-1100nm vorgesehen ist.

Die Erfindung soll nun im Folgenden weiter in einem Ausführungsbeispiel unter Bezug auf die beigefügten Figuren be ^¬ schrieben werden, ohne darauf beschränkt zu sein.

Beispiel

In eine 1-prozentige wässerige Lösung von Methylenblau wurde Natriumdodecylsulfat im Verhältnis 1:4000 (d.h. Zugabe von ein viertausendstel Gew.% anionisches Tensid) unter 15 minütigen

Einrühren mit einem Rührstab eingearbeitet. Der gemessene bat- hochrome Effekt, d.h. die Tensid bedingte Verschiebung der Ab ^¬ sorptionswellenlänge von Methylenblau in den infraroten Wel ^¬ lenlängenbereich oberhalb von 700nm ist in Figur 1 darge- stellt, gemessen sowohl für hierbeschriebene 1-prozentige wäs ^¬ serige Lösung von Methylenblau, als auch für 0,1 und 0,5 pro- zentige wässerige Lösungen für Methylenblau in Kombination mit dem Tensid. Ein mit Mikroorganismen kontaminierter wässeriger KSS, für den mittels Plattenauszählung eine koloniebildende Größe (CFU - colony forming unit) von 10 ⁷ ermittelt wurde (s. Koloniebildung auf dem Kulturmediumgel gemäß Figur 2), wurde mit oben be ^¬ schriebener 1-prozentiger wässeriger Lösung von Methylenblau und Natriumdodecylsufat gemischt. Der Gew.%-Anteil von Methyl ^¬ enblau in dieser Mischung betrug 0,005. Anschließend wurde diese Mischung mit monochromatischen Licht einer Wellenlänge von 760nm, erzeugt mit 100 LEDS mit jeweils 100 Lumen/Watt, bestrahlt und nach 60 Minuten und 90 Minuten Bestrahlungsdauer Proben genommen und deren CFU-Kennziffer ermittelt. Während der Bestrahlung wurde in die Mischung 400 Liter Luft/h gepumpt. Die CFU Zahl der 60 Minuten bestrahlten Probe belief sich auf 10 ³ -10 ⁴ (s. Koloniebildung auf dem Kulturmediumgel ge ^¬ mäß Figur 3) , während die 90 Minuten bestrahlte Probe voll ^¬ ständig keimfrei war (s. das von Kolonien freie Kulturmediumgel gemäß Figur 4) .