CN105143460A - 电子监测生物指示器的基于非酶的方法 - Google Patents

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Abstract

一种灭菌指示器系统和使用所述系统测定灭菌处理的效力的方法。所述系统可以包括瓶，所述瓶具有任选的第一隔室和第二隔室，所述第二隔室包含生长培养基，所述生长培养基包含能够被所述一种或多种微生物的萌发芽孢转化为单糖的二糖、寡糖或多糖中的一种或多种，所述瓶在使用前不含单糖；条带，所述条带包括两个或更多个电极以氧化单糖并携带得到的电信号；以及检测和测量因氧化而产生的电信号的装置。适宜的生物指示器的芽孢可以被设置在第一隔室中和/或条带上。

Description

电子监测生物指示器的基于非酶的方法
技术领域
本发明涉及测试灭菌处理的效力的生物指示器，更具体而言，涉及监测此类生物指示器的基于非酶的方法，在所述方法中，可以电子方式实施此类监测。
背景技术
生物指示器(BI)是最重要的指示器种类之一。生物指示器最高程度地确保了处理器内或所处理的载荷(load)自身满足灭菌条件。这种类型的生物指示器意在通过在指示器内或在指示器上提供极大量的对所述特定处理具有高度抗性的生物体来代表处理系统的最坏情形。通常细菌芽孢是选择用于监测灭菌系统的生物体。
生物指示器通常由接种到载体材料上的微生物组成。所述微生物通常是细菌芽孢，已知所述细菌芽孢对待在其中使用它们的特定灭菌介质极具抗性。将载体连同医疗器械载荷一起置于灭菌循环中。在该循环完成后，孵育生物指示器，并监测其生长情况最多至7天。生物指示器的生长指示灭菌处理不足以达到完全灭菌，而且该医疗器械载荷在使用前需要被再处理。生物指示器无生长证实了灭菌器内的条件足以至少杀死载荷到指示器上的细菌芽孢数目(例如，106个细菌芽孢)，因此，在一定程度上确保了医疗器械载荷是无菌的。可惜的是，许多医疗器械在使用者获知全孵育的结果之前实际上已被使用。因此，在医院环境下需要在最短的可能时间内检测活的生物指示器芽孢。
历史上，对活生物指示器的检测依赖于可视的检测手段。通过生长培养基中的浊度来证明可看到/检测到活生物体的生长和增殖。这种浊度可耗费数天以变为可注意到的。另一种可视的且更为常见的检测手段是采用比色pH指示剂。当活生物体开始代谢并且耗尽在生长培养基中提供的营养来源诸如糖类时，它们排泄出酸性排泄物。随着这些酸性排泄物在生长培养基中累积，系统的pH降低，如果存在pH指示剂，则导致生长培养基的颜色变化。通过这一手段实施的检测通常耗费18-48小时。
最近以来，通过向生长培养基添加荧光性酶底物，使用荧光来检测所关注的生物体产生的酶的活性。这种更新的方法将孵育时间从数天缩短至数小时。但是，缩短孵育时间超出荧光方法所见的范围的主要局限性是对于包括塑料容器和生长培养基在内的众多生物指示剂组件自然产生的内在背景荧光。真实的、可检测的信号必须高到足以与这种内在的天然背景荧光区分开。因此，为增加系统的灵敏度，需要减少背景荧光(噪音)或者转为使用具有更高灵敏度(信号)的不同技术。
因此，在现有技术中，生物指示器依赖于比色或者荧光手段来测定活力。检测受到产生的信号(不论是比色法还是荧光法产生的)需要高于基本背景水平的限制。这导致对活生物体的检测时间为数小时到数天，以便使信号累积到足以高于背景水平的可检测水平。对于医院和患者而言，使生物指示器中活生物体的检测时间为数分钟或者更短时间是有益的。
发明内容
允许控制信噪比的这样一种方法是电检测。监测系统电性质的变化是一种监测该系统内其它变化的灵敏手段。然后，可通过适当的电子电路调控所得的电输出，以提供与产生它们的试剂成正比的放大的且滤过的信号。
本发明提供对生物指示器中活微生物的快速检测，使用基于非酶的电子检测方法来检测因复杂糖的酶分解而得到的简单糖诸如葡萄糖的累积。本发明的基于非酶的系统包括在活芽孢中存在的至少一种天然存在的糖苷酶以及被调整适于氧化由活芽孢中的糖苷酶产生的简单糖(诸如葡萄糖)的电极的组合。对灭菌后芽孢提供的孵育或生长培养基不含简单糖，而具有复杂糖，诸如二糖或多糖。糖苷酶与添加到生长培养基中的复杂糖反应，并将其分解为简单糖，包括例如至少一个葡萄糖。然后，将简单糖产物暴露于条带(strip)上的电极，所述电极被调整适于选择性地氧化葡萄糖，产生电子转移，作为其氧化简单糖的一部分。电子转移的量与活芽孢所产生的简单糖的量成比例。可以电子方式监测和测量氧化过程中自由电子的转移。如果电子监测检测到电子转移，这意味着至少一些芽孢是活的，并在灭菌处理中存活，因此，表明灭菌不是有效的。电极可以是在标准的、现有技术水平下的血糖监测装置中使用的那些电极，事实上，已知的现有技术水平下的血糖监测装置能够容易地被调整适用于测定合并培养基中任何葡萄糖或简单糖的存在。因此，本发明允许通过一种极具特异性的、极为灵敏的方法测定灭菌处理的效力，所述方法能简单地实施，并以电子方式进行测量。在一个实施方式中，所述系统和方法使用设计用于监测糖尿病患者的血糖水平的标准的、现有技术水平下的装置。
因此，在一个实施方式中，本发明涉及一种灭菌指示器系统，包括：
一种或多种微生物的芽孢；
瓶(vial)，其包含任选的第一个隔室和第二隔室，所述第二隔室含有生长培养基，所述生长培养基包含能够被所述一种或多种微生物的萌发芽孢转化为单糖的二糖或多糖中的一种或多种，所述瓶被调整适于在所述瓶暴露于灭菌剂后合并第二隔室的内容物和芽孢用于分析；
条带(strip)，其包含两个或更多个电极，所述电极被调整适于氧化单糖并携带因单糖氧化而产生的电信号，其中，所述两个或更多个电极被调整适于在孵育期间和/或孵育后提供与合并的第二隔室的内容物和芽孢的接触；以及
装置，所述装置连接或可连接至所述两个或更多个电极并被调整适于检测和测量单糖被所述两个或更多个电极氧化时因电子转移而产生的电信号，
其中所述系统在暴露于灭菌剂之前不含单糖。
在一个实施方式中，第一隔室是不存在的，芽孢被设置在条带上，并且条带最初与第二隔室是分开的。
在一个实施方式中，第一隔室是存在的，芽孢被设置在条带上，并且条带最初与第一隔室和第二隔室均是分开的。
在一个实施方式中，第一隔室是存在的，芽孢被设置在第一隔室中，并且条带最初与第一隔室和第二隔室均是分开的。
在一个实施方式中，第一隔室是存在的，芽孢被设置在第一隔室中，并且条带最初位于第一隔室中。
在一个实施方式中，第一隔室是存在的，芽孢被设置在条带上，并且条带最初位于第一隔室中。
在一个实施方式中，第一隔室是存在的，芽孢被设置在第一隔室中，并且条带最初位于第二隔室中。
在一个实施方式中，所述单糖是葡萄糖。
在一个实施方式中，一种或多种微生物包括嗜热脂肪地芽孢杆菌(Geobacillusstearothermophilus)和萎缩芽孢杆菌(Bacillusatrophaeus)中的一种或两种。
在一个实施方式中，所述装置是葡萄糖读数器。
在一个实施方式中，所述两个或更多个电极通过无线连接可连接至葡萄糖读数器。
在一个实施方式中，所述二糖是麦芽糖，所述麦芽糖被萌发芽孢产生的或萌发芽孢中存在的葡糖苷酶转化成葡萄糖。
在一个实施方式中，所述至少两个电极包含石墨、石墨烯、碳、碳纳米管、金、铂、钯、银、镍或铜，或者其任意两种或更多种的组合或合金。
因此，本发明提供了一种优雅且简单的解决快速测定灭菌处理的效力的问题的方案，并且提供了适于此类用途的装置。
附图说明
本发明可与多种灭菌装置一起使用。附随的附图旨在提供适宜的灭菌装置的示例性的、非限制性的描述，并展示所公开的方法，用于更好地理解本发明的目的，而不是意图以任何方式对此进行限制。在随附的附图中，相同的部件和特征可以具有相同的参考标号。
图1是适合供本发明的实施方式使用的灭菌指示器的第一实施方式在激活前配置下的剖面示意图。
图2是图1的灭菌指示器在已激活配置下的剖面示意图。
图3是类似于图1的适合供本发明的实施方式使用的灭菌指示器的第二种实施方式在激活前配置下的剖面示意图。
图4是适合供本发明的一个实施方式使用的含有三个电极的导电条带的示意性描述。
图5是用于本发明的一个实施方式的测试孵育器/读数器的示意性描述。
图6是根据本发明的一个实施方式，在测试孵育器/读数器中，在与插入到生长培养基中的类似于图4的导电条带一起孵育期间，灭菌指示器的一个实施方式的剖面示意图。
图7是根据本发明的一个实施方式的灭菌指示器系统的示意性描述，所述灭菌指示器系统具有瓶，其中芽孢位于第一隔室中，孵育培养基和条带位于第二隔室中。
图8是根据本发明的一个实施方式的灭菌指示器系统的示意性描述，所述灭菌指示器系统具有瓶，其中芽孢和条带位于第一隔室中，但是彼此是分开的，孵育培养基位于第二隔室中。
图9是根据本发明的一个实施方式的灭菌指示器系统的示意性描述，所述灭菌指示器系统具有瓶，其中芽孢位于第一隔室中，孵育培养基位于第二隔室中，并且条带与所述瓶是分开的。
图10是根据本发明的一个实施方式的灭菌指示器系统的示意性描述，所述灭菌指示器系统具有瓶，其中芽孢位于条带上，条带位于第一隔室中，孵育培养基位于第二隔室中。
图11是根据本发明的一个实施方式的灭菌指示器系统的示意性描述，所述灭菌指示器系统具有瓶，其中芽孢位于条带上，条带与瓶是分开的，第一隔室中不含任何东西，孵育培养基位于第二隔室中。
图12是用于接收反应电极产生的信号，将该信号转换为数字信号并将其传输至微控制器中的装置的示意性描述。
应当理解，为了简洁清楚的说明，附图中显示的元件不一定是按比例绘制的。例如，为了清楚，有些元件的尺寸相对于彼此可以被放大。此外，适当时，在所述附图之间可以重复使用参考标号以指示相应的元件。
此外，还应当理解，下文描述的方法步骤和结构可以不形成生产最终可用的灭菌指示器的完整工艺流程图。本发明可结合本领域中目前使用的装置和处理技术一起实施，并且仅包括那些对于理解本发明是必要的常规实践的方法步骤。
发明详述
下文描述的生物指示器依赖于一种新的检测芽孢活力的机制(mechanism)。此处描述的发明利用电信号，所述电信号是基于因活生物体分解复杂糖的能力而生成的简单糖(例如，葡萄糖)的蓄积而产生的。数年来已经很容易利用基于葡萄糖的电子检测方法来监测糖尿病患者血液中的葡萄糖水平。但是，迄今为止，尚未使用和提出调整这些电子检测机制作为检测灭菌处理后活生物体的手段。
大多数生物体具有将复杂糖(诸如麦芽糖)分解成简单糖(诸如葡萄糖)的内在能力以便使生物体可利用更有用的简单糖分子作为能量来源。在监测血液中的葡萄糖水平中利用的相同基本反应可被调整适于检测可以在灭菌循环后存活的活生物体，诸如芽孢。在本发明的一个实施方式中，相同的电子葡萄糖监测器可以被调整适用于监测灭菌处理的效力。与其中葡萄糖是普遍存在的且被直接测量的血糖监测不同，在本发明中，最初不存在葡萄糖，并且葡萄糖仅是由不可检测的复杂碳水化合物分子获得，在葡萄糖被释放且能够被检测到之前，活生物体必须首先作用于所述复杂碳水化合物分子。如果在灭菌条件下没有活生物体存活，则完全检测不到葡萄糖的存在。因此，在本发明中，简单糖，通常是葡萄糖，从未存在，除非且直到在被监测的灭菌条件下已存活的活微生物分解复杂碳水化合物以形成简单糖。根据本发明，如果发生这种分解，并且在发生这种分解时，其可以被检测和测量到。
当活芽孢开始萌发(一种基本的生命活动)时，它们产生并释放能够使其将复杂糖分解成更易使用的简单糖(诸如葡萄糖)的酶。通过配制复杂糖诸如二糖、寡糖和/或多糖(根据它们可被选择用于灭菌指示器的活测试生物体的活性酶分解来进行选择)含量高的培养基，可以预期到，当活芽孢暴露于这种培养基时单糖(例如葡萄糖)增加，而且可通过被调整适于氧化单糖的电极以电子方式检测到生长培养基中单糖浓度的这种增加。在灭菌条件下，杀死芽孢并将破坏芽孢在灭菌前可能已具有的任何酶。因此，在这些芽孢暴露于本发明的培养基后检测到的单糖增加意味着生物体是活的(生命存在的证据)。芽孢介导的复杂糖到葡萄糖的转化代表了根据本发明的方法检测活生物体的第一步。第二步是通过两个或更多个电极氧化任何因此产生的单糖，第三步是检测伴随氧化的任何电信号。
最关注的用于监测灭菌处理的生物体是嗜热脂肪地芽孢杆菌和萎缩芽孢杆菌。这两种生物体的萌发芽孢产生酶，包括，例如α-葡糖苷酶，所述酶可将复杂糖麦芽糖分解为两个葡萄糖分子。这仅举例说明了实现本发明第一步的一种手段。还可以使用其它芽孢产生的酶来分解其它复杂糖(例如二糖、寡糖或多糖)以产生单糖诸如葡萄糖。
然后可以通过电极氧化单糖(例如葡萄糖)来实现本发明的第二步。可通过非酶葡萄糖生物传感器使用例如用于直接电化学测定新形成的单糖分子的固定电位极谱电流时间曲线法来检测单糖。适宜的扫描电位方法是本领域技术人员已知的方法。例如，C.Fang,C.Yi,Y.Wang,Y.Cao和X.Liu在Biosens.Bioelectron.24(2009)3164中公开了可以使用的分子印迹聚合物。通过非酶葡萄糖生物传感器检测的其它方法也是本领域技术人员已知的。
因此，所述方法取决于所述方法中的第一步，其中任何萌发芽孢产生能够将复杂碳水化合物(例如麦芽糖或乳糖)分解成更简单的糖(例如葡萄糖)的酶。未能实现第一步的终产物的产生(如同芽孢被杀死的情况一样)会阻止第二步中单糖的检测。因此，在不存在第一反应的任何产物(例如，由麦芽糖转化的葡萄糖)的情况下，将不会得到或者观察到信号。在这种情况下，不存在来源于单糖(诸如葡萄糖)的氧化的任何信号意味着所监测的灭菌是成功的。
适合的二糖的实例是麦芽糖、乳糖、蔗糖、海藻糖、纤维二糖和异麦芽糖。
适合的寡糖的实例是低聚果糖、低聚半乳糖、低聚甘露糖(mannan-oligosaccharides)、阿拉伯胶、瓜尔胶和瓜尔胶水解产物。
适合的多糖的实例是淀粉、糊精、糖原、纤维素和果胶。其它可能的适合的多糖包括结冷胶(gellan)、印度胶(Gumghatti)、梧桐树胶(karaya)、黄芪胶(tragacanth)、欧车前籽(psylliumseed)、黄原胶(xanthan)、瓜尔豆胶(guar)、象牙椰子甘露聚糖(ivorynutmannan)、魔芋胶(konjac)、槐豆胶(locustbean)、罗望子胶(tamarind)、塔拉胶(tara)、角叉菜胶(carrageenans)、海藻酸盐(alginates)、褐藻糖胶(fucoidans)、海带多糖(laminarin)、琼脂、普鲁兰多糖(pullulan)、威兰胶(welan)和硬葡聚糖(scleroglucan)。
其它适合的二糖、寡糖和/或多糖可以是本领域技术人员已知的，也可以供本发明使用。
本发明利用电信号，所述电信号依赖于检测存在指示器微生物萌发芽孢时由复杂糖分解产生的简单糖的出现。数年来基于糖的电子监测方法已很容易用于监测糖尿病患者的血糖水平。但是，迄今为止，这些电子检测机制尚未被使用或提出用作检测灭菌处理后的活生物体的方法。在这里能够意识到，可以设定条件，使得不存在活的、存活芽孢时，在系统中不存在单糖，例如，葡萄糖，而且不会检测出任何单糖，与此同时，对任何因存在萌发芽孢而变为存在的单糖提供极为灵敏的测量。因此，本发明利用如下事实：大部分活生物体具有将复杂糖(诸如麦芽糖)分解成简单糖(诸如葡萄糖)以便使生物体可以利用更可用的葡萄糖分子作为能量来源的内在能力。数年来通过基于酶的电子检测方法(例如，基于葡萄糖氧化酶的生物传感器)的葡萄糖监测已很容易用于监测糖尿病患者的血糖水平。这些用于监测血液中葡萄糖水平的相同基本方法可以被改变并调整适于检测灭菌循环后可能存活的活生物体，诸如，芽孢。当活芽孢开始萌发时，它们产生能够使其将复杂糖分解成更易使用的简单糖诸如葡萄糖的酶。通过配制复杂糖(根据它们可以被活的所选生物体的活性酶分解进行选择)含量高的培养基，可以预期到，当活芽孢暴露于这种培养基并进行孵育时葡萄糖增加。在灭菌条件下，芽孢被杀死并将破坏芽孢可能已具有的任何芽孢来源的酶。
因此，将这些芽孢暴露于这种培养基后检测到的葡萄糖增加证实了生物体是活的。在本发明的电催化方法中直接检测到萌发芽孢介导的复杂糖转化成简单糖。这提供了一种在此之前未获得的检测活的指示器芽孢的方法，所述方法无需添加任何外源性酶或者添加任何生成信号的化学品。
因此，在一个实施方式中，本发明涉及一种灭菌指示器系统，其包括一种或多种微生物的芽孢；瓶，所述瓶包含任选的第一隔室和第二隔室，所述第二隔室含有生长培养基，所述生长培养基包含二糖、寡糖或多糖中的一种或一种，所述二糖、寡糖或多糖能够被所述一种或多种微生物的萌发芽孢转化为单糖，所述瓶被调整适于在所述瓶已暴露于灭菌剂后合并第二隔室的内容物和芽孢以用于分析；一条带，所述条带包含两个或更多个电极，所述电极被调整适于氧化单糖以及携带因单糖氧化而产生的电信号，其中，所述两个或更多个电极被调整适于在孵育期间和/孵育后提供与合并的第二隔室内容物和芽孢的接触；以及一装置，所述装置连接至或可连接至所述两个或更多个电极，所述装置被调整适于检测和测量单糖被所述两个或更多个电极氧化时因电子转移产生的电信号，其中所述系统在暴露于灭菌剂之前不含单糖。因为所述系统在暴露于灭菌剂之前不含单糖，所以检测和测量到的任何电信号将指示存在活的萌发芽孢，从而指示灭菌处理未能完全使所述载荷灭菌，因为指示器含有存活的芽孢。
适合供本发明使用的电极包括多种电极类型、灵敏度、线性范围、检测限以及对通过喷墨、丝印或类似方法沉积的适宜性。这些电极的组成和物理形态将其定义为电催化剂，包括但不限于，多孔层或夹层(例如，包含铜、镍、银、铂和金中的一种或多种)，石墨，石墨烯，碳，碳纳米管，纳米颗粒(例如，包含例如铜和碳纳米管、掺杂的铂和金属膜)，未改性金属诸如铜、镍、银、铂和金，化学改性的电极，合金(例如，镍-钛、镍-铜和镍-铬-铁)，电化学沉积形式诸如(例如，铜氧化物和双金属金/铜)以及聚合物和复合物(例如，聚合镍-氧化物和金/)。报告的灵敏度范围从每mM2×10-4到超过200mA(毫安/毫摩尔)，线性范围高达4至5个数量级。检测限可低至2×10-8mM。尽管这些物理-电学性质中有许多远低于血糖测定所需的，但是，它们在理想上适于监测在少量存活指示器芽孢的存在下的葡萄糖生成。
可使用例如电位扫描法(诸如，线性扫描、以及循环伏安法和方波伏安法)操作非酶葡萄糖传感器。当分析物(例如，新出现的葡萄糖)吸附到电极表面形成交替吸附和解吸附的键催化葡萄糖氧化并诱导电子转移时，发生非酶电子催化过程。这种能量的流动与系统中葡萄糖的量成比例，并因而是可以检测活芽孢的存在的手段。
以下示例性反应描述了在灭菌处理后存活的任何萌发芽孢中天然存在的酶的功能以及根据本发明一个实施方式通过添加到孵育/恢复培养基的条带中的电极的氧化，在该实施方式中所述复杂糖(二糖)是麦芽糖，所述简单糖或单糖是葡萄糖：
当在工作电极和参比电极之间施加电压差时，工作电极变为极化的，并且产生了因电子转移而形成的氧化电流。这种氧化电流可被测量，并且在灭菌和孵育前不存在任何单糖时与灭菌和孵育后所述系统中存在的简单糖的量成比例。
本发明利用对待被监测的灭菌处理有抗性的生物体并结合用复杂糖(例如，可被活芽孢还原为单糖如简单糖葡萄糖的二糖、寡糖和/或多糖)配制的专用培养基。如果存在活芽孢则系统中的简单糖水平增加，因此可通过电子方式进行监测。
在一个实施方式中，所述至少两个电极包含石墨、石墨烯、碳、碳纳米管、金、铂、钯、银、镍或铜或者其任意两种或更多种的组合或合金。如本领域技术人员将会理解的，可使用如血糖监测领域中已知的其它适合的电极材料。
本文使用的术语“因单糖氧化而产生的电信号”和“因葡萄糖氧化而产生的电信号”是指所述电信号是指与背景信号(诸如，可以通过使用参比电极提供的背景信号)相比因氧化而产生的信号。因此，虽然电极之间可能存在一些阈值电信号，甚至是在不存在氧化的情况下也存在，在本发明中关注并测量的是因氧化而产生的信号。
现在参照附图，图1和图2显示了可供本发明第一示例性实施方式使用的灭菌指示器系统10。提供以下描述一般性地说明了示例性灭菌系统是如何工作的，但不意图限制本发明。指示器系统10包括可安装在容器30上的封盖20。容器30包括封闭的底端31和开放的上端，并限定了内部空间34。封盖20有外壁22、开放的底端和封闭的上端23。封盖还包括设置在封盖外壁内部的内壁(或多个内壁)24，形成了单独的壁，并限定了内部腔室26。内部腔室26包括邻近于壁24的底端的开口25。腔室26包含流体50，封盖20包括设置在腔室26的开口25周围的可破裂阻挡层40以将流体50包封在腔室26内。
在图1和图2中说明的实施方式中，指示器系统被配置成使封盖20以扣合关系安装到容器30。在其它实施方式(未显示)中，指示器系统可以被配置成使封盖以螺纹关系安装到容器上，其中封盖通过螺纹与容器啮合，并且通过相对于容器旋转封盖，即将封盖进一步螺丝接合到容器上，来激活所述系统。如图1和图2中所示，容器30包括环状突起物32，形成邻近或接近容器顶端的凸起或边缘。封盖20包括环状突起物29，形成邻近封盖底部的凸起或边缘。可以通过使封盖的凸起29滑动到容器的凸起32上方将封盖20安装到容器30上。容器30的凸起32与封盖20上的凸起29啮合，以防止封盖20和容器30脱离。封盖20和容器30可以具有一定的尺寸，使得凸起32对封盖20施加足量的压力以防止封盖20在未向封盖20施加外部向下作用力时向下滑动。这样，可破裂阻挡层40可以与穿刺部件36的边缘38保持间隔开，因此，可破裂阻挡层40不接触穿刺部件和/或不被穿刺部件破坏，直到期望激活指示器时。
如图1和图2中所示，容器30被调整适于破坏可破裂阻挡层40。容器包括一个或多个具有边缘38的突起物36(其在本文中也可以被称为“穿刺部件”)，所述边缘38被调整适于当带有可破裂阻挡层40的封盖20向下移动且阻挡层40接触到突起物36的边缘38时破坏或刺破可破裂阻挡层40。穿刺部件36被显示为与容器的底壁37成一体并且自容器的底壁37向上延伸。在另一实施方式(未显示)中，穿刺部件36可以自侧壁35和自底壁37延伸。
为评价灭菌处理，在容器30的内部34内设置校准浓度的微生物。所述微生物可以被直接设置在容器壁35上或者可以被提供在设置在容器30内的支持部件(例如，支持部件70)上或者被提供在如下文对图6-11所描述的可以位于不同位置的电极上。然后，通过在容器30上安装填充有恢复培养基的封盖20，装配灭菌指示器。可以如上所述通过将封盖20扣合到容器30上，或者例如通过螺纹安装来安装封盖20。参照图1，在第一未激活(或开放)的位置将填充有恢复培养基的封盖20安装在容器30上，使得可破裂阻挡层40保持完整且未被穿刺部件36刺破。期望地，在第一未激活位置，可破裂阻挡层40的位置被设定为远离穿刺部件36的边缘38的位置并且不接触穿刺部件36的边缘38。
采用诸如图1所示的装配的指示器10，灭菌指示器可进行灭菌处理。封盖20被显示为具有孔隙28，通过该孔隙28灭菌剂蒸汽可以进入并流动到指示器系统中。灭菌剂通过孔隙28进入封盖(进入到外壁22和内壁24之间的空间中)并且通过封盖20上的内壁24的外部空间和容器30上的壁35的内部空间之间界定的空间60流动到容器30中。在这一实施方式中，灭菌剂蒸汽流动到容器30中并作用于生物指示器的微生物。
灭菌处理完成后，可以通过将封盖20朝容器30向下移动到第二(或闭合或激活)位置激活灭菌指示器，如图2所示。通过在封盖20上施加足够的向下作用力或压力使封盖20向下移动。随着封盖20向下移动，可破裂阻挡层40接触到穿刺部件36的边缘38，并最终移动到使穿刺部件36的边缘38刺破或穿透可破裂阻挡层40的位置上。当可破裂阻挡层40被刺破时，露出腔室26的开口25，液体恢复培养基50流入到容器30的内部区域34中，并如图2中所示与微生物相接触。
如图1和图2中所示，在这一实施方式中，封盖20的内表面包括第二环状突起物27，而且封盖可以向下移动到某个位置，使得突起物27的上部与容器30上凸起32的底部啮合，且封盖20保持在第二闭合/激活位置。第二闭合/激活位置可以用于使封盖20与容器30处于密封关系，这可以防止额外的微生物进入系统中。在灭菌系统的其它实施方式中，突起物27的使用是任选的。美国专利号5,770,393说明了其它适宜的配置，并且该专利中关于封盖和容器的配置的教导通过引用并入本文。在另一替代的实施方式中，封盖20的内表面与容器30的外表面可以通过螺纹方式连接，并且可以通过将封盖20螺丝接合到容器30上，使封盖20向闭合位置移动并保持在闭合位置上，其中封盖20可以如例如在美国专利号8,173,388B2中所示那样进行螺纹连接，关于瓶的这一实施方式的其它详情可以查阅上述美国专利，并且该专利关于这一实施方式以及前述实施方式的瓶和封盖配置的教导通过引用并入本文。所有这些替代配置全部落入本发明的范围内。
如上所述，在图1和图2示出的实施方式中的封盖20被显示为具有孔隙28，以便允许蒸汽灭菌剂进入到指示器中。但是，可以理解，封盖不需要具有此类特征。考虑到与灭菌指示器一起使用的具体灭菌剂，可以按需选择孔隙的数量、尺寸、形状和/或位置。例如，可以选择封盖和/或容器中孔隙的位置、形状和尺寸，以便在微生物和周围环境之间提供灭菌蒸汽进入和排出的曲折路径。该曲折路径也可以用于抑制或防止外部物质的污染，并确保可获得足够量的灭菌剂。通过包括所述曲折路径，更可能使得整个载荷暴露于灭菌剂，从而在杀死灭菌指示器中的测试微生物之前杀死任何现存的微生物。
除了在封盖中提供孔隙之外或者作为在封盖中提供孔隙的替代方法，可以在容器中提供孔隙。如果在封盖中不提供孔隙，则无需设置内壁来提供封盖内壁和容器内表面之间的空间。此外，如果在容器中提供孔隙，应设定其位置，使得当指示器被激活以及阻挡层破裂时生长培养基不会经这些孔隙泄漏或溢出。
图3描述了除了封盖20中的孔隙28之外，还在容器30的侧壁35中在适当位置形成孔隙80的指示器10。图3中显示的孔隙是在容器30的侧壁35中，接近容器30的顶部，在穿刺部件36的边缘38的附近，以避免激活后的泄漏或溢出。从图3中可以看出，激活后，位于这一位置的孔隙80将被处于激活位置的封盖20覆盖。注意到，图3中所示的指示器10包括封盖20中的孔隙28，但这不是必需的。在一个实施方式(未显示)中，容器30包括孔隙80而且与类似于封盖20的封盖一起使用，但该封盖不包括诸如孔隙28的孔隙。因此，可以在封盖中或者在容器中，或者在封盖和容器二者中都提供孔隙。
在已完成灭菌处理后，向下按压封盖20或者向下扭动封盖20，使得穿刺部件36的边缘38穿透并破坏可破裂阻挡层40，释放空间26中的生长培养基，以与灭菌处理后可能存活的任何生物指示器微生物混合并一起孵育。恢复培养基50可以包含提供微生物的萌发、代谢和后续生长所需的含水培养基或含水溶液。该含水培养基或含水溶液可以是缓冲的。
然后，将灭菌指示器10孵育足够长的时间以允许测定微生物的活力。孵育期间，任何活的微生物将开始代谢和萌发，而且这种代谢和萌发包括酶分解二糖、寡糖或多糖以产生单糖(例如，分解麦芽糖以产生葡萄糖)的活性。根据本发明，葡萄糖“副产物”然后可用于被提供的电极氧化，该氧化经由通过本文描述的两个或更多个电极产生的电信号进行检测。
图4是适合用于本发明的一个实施方式的包含三个电极402a、402b和402c的导电条带400的示意性描述。条带400进一步包括电子器件404，所述电子器件404被调整适于提供电极402a、402b和402c与连接至或可连接至电极的装置之间的电通信，所述装置被调整适于检测和测量存在的任何葡萄糖被电极氧化时因电子转移而产生的电信号。如所公开和描述的，电极402a、402b和402c能够作用于单糖(诸如葡萄糖)以氧化单糖并产生可检测的电子转移。如所描述的，所述至少两个电极可以包括两个参与氧化的电极，而第三个电极可以作为参比电极起作用。其它实施方式(未显示)可以包括不同数目的电极。例如，可以省略参比电极，或者可以增加额外的电极或电极对。电子器件404可以包括电极与检测并测量所产生的任何电信号的外部装置之间的任何适当的电连接。此类连接可以包括但不限于硬接线、物理电接触，例如，弹簧支承的或插座(jacks)、以太网、蓝牙、802.11、无线局域网(WLAN)、WiFi、WiMax等，或者本领域已知的任何其它有线或无线通信类型。
图5是用于本发明的一个实施方式的测试孵育器/读数器的示意性描述。测试孵育器/读数器可以包括适合经由所述的连接方式之一与就图4描述的三个电极连接的电连接。测试孵育器/读数器可以包括加热和气氛控制，以便为孵育灭菌指示器第一隔室和第二隔室的合并内容物提供适当的温度和气氛。根据本发明，测试孵育器/读数器还可以包括电子电路，所述电子电路被调整适于检测和测量当电极上提供的酶将单糖(例如葡萄糖)转化为反应产物包括自由电子时产生的任何电信号。图6提供了适合用于图5所描述的测试孵育器/读数器的配置的实例。
图6是在示例性测试孵育器/读数器600中与位于适当位置的含有电极的条带一起孵育期间示例性灭菌指示器的高度示意性剖面图。图6中描述的测试孵育器/读数器包括下方的容器602和封盖或盖子604。如图6中所示，在测试孵育器/读数器600中设置灭菌指示器瓶606，在灭菌处理后，瓶606中的恢复/孵育培养基608与所选的测试生物体(例如嗜热脂肪地芽孢杆菌)的芽孢合并，根据本发明的一个实施方式对其进行效力测定。在根据本发明的一个实施方式的测试孵育器/读数器600中，测试孵育器/读数器600配备有类似于图4的导电条带的导电条带610，其已被插入到容器602的第一和第二隔室的合并内容物中。测试孵育器/读数器600还包括条带610上的三个电极与用于检测通过将简单糖经酶转化为其反应产物所产生的任何电活动的电子电路之间的硬线电连接612。如对图4描述的，测试孵育器/读数器600可以经由任何适当的方法与条带610进行通信。
图6代表其中仅含一个隔室的瓶606的一个实施方式，例如，在瓶606中不存在任选的第一隔室，将芽孢设置在条带610上，条带610最初与第二隔室是分开的。如图6中所示，将最初分开的条带610置于生长培养基608中，所述生长培养基包含二糖、寡糖和多糖中的一种或多种，所述二糖、寡糖和多糖能够通过一种或多种微生物的任何萌发芽孢转化为单糖，所述微生物应是灭菌处理后存活的任何微生物。在不存在第一隔室的实施方式中，对生长培养基608进行灭菌处理不是必需的；在这一实施方式中，仅需要使其上设置有芽孢的条带610经受灭菌条件。当然，应当采取适当的步骤确保生长培养基不含任何能够由更复杂的糖产生简单糖的微生物，并因此，也可以对生长培养基进行灭菌，或者经受与条带相同的灭菌条件。
图7是根据本发明的一种实施方式的灭菌指示器系统的示意图，所述灭菌指示器系统包括瓶700，其中芽孢位于第一隔室中，孵育培养基和条带位于第二隔室中。如图7中所示，瓶700包括封盖702和容器704。容器704形成第一隔室，封盖702包括第二隔室，该第二隔室含有孵育或恢复培养基706。在图7的实施方式中，适宜微生物的芽孢位于第一隔室内，并且在这一实施方式中，芽孢被固定在载体708上。容器704包括穿刺部件710，该部件被放置用于当瓶700经受灭菌处理后被激活进行孵育时刺破可破裂阻挡层712。灭菌指示器系统还包括导电条带714，其具有两个或更多个电极，在这一实施方式中，具有三个电极，所述导电条带最初位于第二隔室(即，封盖702)中。条带714与上文对图4描述的条带基本上相似，但是不限于此。如对图4所描述的，条带714包括适宜的电子器件，所述电子器件用于提供电极与被调整适于检测和测量任何存在的简单糖(例如葡萄糖)被电极氧化时因电子转移而产生的电信号的装置之间的连接。图7是其中存在第一隔室、芽孢被设置在第一隔室中、且条带最初位于第二隔室中的实施方式的实例。
图8是根据本发明的一种实施方式的灭菌指示器系统的示意图，该灭菌指示器系统具有瓶800，其中芽孢和条带位于第一隔室中，但彼此是分开的，孵育培养基位于第二隔室中。如图8中所示，瓶800包括封盖802和容器804。容器804形成第一隔室，封盖802包括第二隔室，该第二隔室包含孵育或恢复培养基806。适宜微生物的芽孢位于第一隔室内，在一种实施方式中，芽孢被固定在载体808上。容器802包括穿刺部件810，该部件被放置用于当瓶800经受灭菌处理后被激活进行孵育时刺破可破裂阻挡层812。灭菌指示器系统还包括条带814，所述条带具有两个或更多个电极，在这一实施方式中，具有三个电极，所述条带位于第一隔室中。条带814与上文对图4所描述的条带基本上相似，但是不限于此。如对图4所描述的，条带814包括适宜的电子器件，所述电子器件提供电极与被调整适于检测和测量任何存在的简单糖(例如葡萄糖)被电极氧化时因电子转移而产生的电信号的装置之间的连接。图8是其中存在第一隔室、芽孢被设置在第一隔室中、且条带最初位于第一隔室中的实施方式的一个实例。
图9是根据本发明的一个实施方式的灭菌指示器系统的示意图，该灭菌指示器系统具有瓶900，其中芽孢位于第一隔室中，孵育培养基位于第二隔室中，并且条带与容器是分开的。如图9中所示，瓶900包括封盖902和容器904。容器904形成第一隔室，封盖902包括第二隔室，该第二隔室含有孵育或恢复培养基906。适宜微生物的芽孢位于第一隔室内，在一个实施方式中，芽孢被固定在载体908上。容器902包含穿刺部件910，该部件被放置用于当瓶900经受灭菌处理后被激活进行孵育时刺破可破裂阻挡层912。灭菌指示器系统进一步包括条带914，所述条带具有两个或更多个电极，在这一实施方式中，具有三个电极，所述条带与容器900是分开的。条带914与上文对图4所描述的条带基本上相似，但是不限于此。如对图4所描述的，条带914包括适宜的电子器件，所述电子器件提供电极与被调整适于检测和测量当任何存在的简单糖(例如葡萄糖)被电极氧化时因电子转移而产生的电信号的装置之间的连接。图9是其中存在第一隔室、芽孢被设置在第一隔室中、且条带最初与第一隔室和第二隔室都是分开的实施方式的一个实例。
图10是根据本发明的一种实施方式的灭菌指示器系统的示意图，该灭菌指示器系统具有瓶1000，其中芽孢位于条带上，条带位于第一隔室中，孵育培养基位于第二隔室中。如图10中所示，瓶1000包括封盖1002和容器1004。容器1004形成第一隔室，封盖1002包括第二隔室，该第二隔室含有孵育或恢复培养基1006。在这一实施方式中，适宜微生物的芽孢位于第一隔室内的条带1014上。容器1002包括穿刺部件1010，该部件被放置用于当瓶1000经受灭菌处理后被激活进行孵育时刺破可破裂阻挡层1012。灭菌指示器系统还包括条带1014，所述条带具有两个或更多个电极，在这一实施方式中，具有三个电极，所述条带位于第一隔室中。条带1014与上文对图4所描述的条带基本上相似，但是不限于此，除了在这一实施方式中，条带1014还固定有芽孢。如对图4所描述的，条带1014包括适宜的电子器件，所述电子器件提供电极与被调整适于检测和测量当任何存在的简单糖(例如葡萄糖)被电极氧化时因电子转移而产生的电信号的装置之间的连接。图10是其中存在第一隔室、芽孢被设置在条带上、且条带最初位于第一隔室中的实施方式的一个实例。
图11是根据本发明的一种实施方式的灭菌指示器系统的示意图，该灭菌指示器系统具有瓶1100，其中芽孢位于条带上，条带与瓶是分开的，第一隔室中不含任何东西，孵育培养基位于第二隔室中。如图11中所示，瓶1100包括封盖1102和容器1104。容器1104形成第一隔室，封盖1102包括第二隔室，该第二隔室含有孵育或恢复培养基1106。容器1102包括穿刺部件1110，该部件被放置用于当容器1100经受灭菌处理后被激活进行孵育时刺破可破裂阻挡层1112。灭菌指示器系统还包括条带1114，所述条带具有两个或更多个电极，在这一实施方式中，具有三个电极，所述条带与瓶1100是分开的。在这一实施方式中，适宜微生物的芽孢位于条带1114上。条带1114与上文对图4所描述的条带基本上相似，但是不限于此，除了在这一实施方式中，条带1114还固定有芽孢。如对图4所描述的，条带1114包括适宜的电子器件，所述电子器件提供电极与被调整适于检测和测量当任何存在的简单糖(例如，葡萄糖)被电极氧化时因电子转移而产生的电信号的装置之间的连接。图11是其中存在第一隔室、芽孢被设置在条带上、条带最初与第一隔室和第二隔室均是分开的实施方式的一个实例。
图12是接收由反应电极产生的信号，将其转化为数字信号并将其传输至微控制器的装置的示意图。如本领域技术人员将理解的，从测试条带的反应电极获得的差分信号，如跨阻抗放大器所改变和测量的，被输送到模拟数字转换器(ADC)，然后被输送到微控制器/微处理器单元(MCU/MPU)，其又将结果输出到显示器，使用者可通过显示器确定测试的结果，并确定灭菌是否成功。
本领域技术人员可以选择适宜的非酶葡萄糖读数器以供本发明使用。市售的此类读数器包括来自RocheDiagnostics的Accu-来自AbbottDiabetesCare的FreeStyle以及来自Johnson&Johnson的OneTouch实验室开发测试系统是ECε电化学工作站(BioanalyticalSystems,Inc.)。有关血糖读数器的其它信息，还可参见ElectrochemistryEncyclopedia,"ElectrochemicalBloodGlucoseTestStripsforPeoplewithDiabetes",BenFeldman,October,2009。
因此，在一个实施方式中，本发明还提供了一种测定灭菌处理效力的方法。根据这一实施方式，所述方法包括以下步骤：
使任一前述权利要求所述的灭菌指示器系统暴露于灭菌处理中的灭菌剂；
合并第一隔室和第二隔室的内容物并孵育合并的内容物；
在孵育之前和/或期间使条带与合并的内容物接触，并用两个或更多个电极氧化任何单糖；
将所述装置连接至两个或更多个电极；
采用连接至两个或更多个电极的装置，检测和测量由两个或更多个电极通过氧化而产生的任何电信号；以及
根据存在或不存在电信号来确定灭菌处理的效力。
可根据前述书面说明中提供的详情并结合本领域技术人员的知识来实施前述方法。虽然可能需要一些少量的测试和实验来优化适宜的灭菌指示器系统的生产以及应用所公开的灭菌指示器系统的适宜灭菌处理的实施，任何此类测试或实验仅是最低要求的。
在本发明中，通过监测因生物体的萌发芽孢群体中出现简单糖而产生的电信号来实施对活生物体的检测。仅在灭菌条件下存活的活芽孢能够表达这种活性，因此，简单糖的出现是活芽孢的阳性指征(评价灭菌性能时是不合格情况)。相反，在这些测试条件下不存在简单糖是生物指示器中没有留下活芽孢的指征(对于有效的灭菌剂性能是合格条件)。
在一个实施方式中，本发明使用或被调整适于使用葡萄糖计表，诸如用于非酶测定糖尿病患者的血糖浓度的葡萄糖计表。但是，本发明与已知使用的此类葡萄糖计表之间存在关键性差异，其与测定的单糖(例如葡萄糖)的浓度有关。血糖浓度通常在约2mM(毫摩尔)至约30mM的范围中。根据本发明测定的单糖(例如葡萄糖)的浓度则低得多，接近现有仪器的限值。如已知的，使用例如CuO纳米线修饰电极以及固定电位极谱电流时间曲线法时的检测限约为0.0005mM，或者比标准血糖浓度低4logs。如已知的，使用接枝到金电极上的分子印迹聚合物(“MIPAu”)时的检测限约为2x10-6mM，或者使用扫描电位方法电子监测时，比标准血糖浓度低6logs。前述检测限被公开在ElectrochemicalNon-EnzymaticGlucoseSensors:APerspectiveandanEvaluation,KathrynEToghillandRichardCompton；Int.J.Electrochem.Sci.,5(2010)1246-1301中。虽然有更高的灵敏度的实例，但是前文所述明确地展示了本发明相对于现有商业方法的显著不同。
根据本发明的实施方式，将指示灭菌处理后存活的活萌发芽孢的存在的单糖(例如葡萄糖)的浓度检测限相对于现有技术的灭菌指示器就血糖测定方面有巨大改进。改进的检测限实现了更快速地测定被测试的灭菌处理的效力。这是因为，如果灭菌处理失败，并且有芽孢存活，当芽孢开始萌发时，单糖的初始浓度将非常低。与常规灭菌指示器需要数小时至数天的检测时间相比，利用本发明，能够检测非常低的单糖浓度，在检测到任何单糖之前的时间延迟可以缩短到数分钟或者甚至数秒。这代表了相对于常规灭菌指示器的重大显著改进。
可能限制本发明能检测的最低水平的一个因素是生长培养基中使用的二糖、寡糖或多糖的纯度。如果这些更高级的糖不纯且含有显著量的相关单糖，则进一步纯化该二糖可能是必要的。替代地或者另外地，可以使用相同生长培养基但不含任何死芽孢或活芽孢对空白样品进行分析以确定基线。在此类情况下，当单糖被电极氧化时因电子转移而产生的电信号将是超出使用空白样品获得的基线信号的信号。
在一个实施方式中，本发明涉及使用嗜热脂肪地芽孢杆菌芽孢，所述芽孢是可接受用于评价使用蒸汽和汽化过氧化氢的灭菌器循环的指示器微生物。在另一实施方式中，本发明涉及使用萎缩芽孢杆菌芽孢，所述芽孢对于使用环氧乙烷和干热作为灭菌剂的灭菌器是可接受的指示器微生物。本发明独特地使用添加的寡糖(例如麦芽糖)作为天然存在的、与芽孢相关的糖苷酶(例如α-葡糖苷酶)的底物，以生成增加水平的简单糖(例如葡萄糖)作为分析物，在评价相关灭菌处理的效力时，监测因灭菌后活芽孢而导致的简单糖的可能出现。不存在简单糖的出现水平指示灭菌指示器的芽孢不再是活的，由此证明灭菌处理成功。相反，存在作为活萌发芽孢的副产物的简单糖的出现水平指示灭菌器未能产生成功灭菌所必需的条件。这一相同的过程可以使用其它芽孢相关的酶(例如β-半乳糖苷酶)以转化其它二糖、寡糖或多糖(例如，乳糖)以生成分析物简单糖(例如葡萄糖)。因为活性芽孢相关酶的存在，或者它们在评价中的灭菌事件后的产生，发生在萌发过程中极早的阶段，所以指示器微生物仍具有芽孢的所有形态和膜特性，尽管此时检测到简单糖，但芽孢刚刚开始萌发。在优选的实施方式中，补充的碳水化合物是具有特定益处的麦芽糖。作为第一益处，该二糖在与表达活性酶(例如葡糖苷酶)的活萌发芽孢无相互作用的情况下，与电极不发生相互作用以产生信号。作为另一个益处，麦芽糖提供两分子葡萄糖，而不是一分子，提供一分子葡萄糖是许多其它可能的复杂糖如乳糖的情况。可以使用其它天然存在的来自芽孢的酶如β-半乳糖苷酶，和相应的底物如乳糖(产生一个葡萄糖分子和一个半乳糖分子)以达到相同的终点-增加测试溶液中葡萄糖的存在。在任一种情况中，第一步的产物(例如葡萄糖)与所引用的实例的电极生物传感器相互作用，以产生本发明的可检测的信号。第三个益处是使用手持葡萄糖生物传感器检测和评价导致关于剩余活指示器芽孢合格或不合格指征的结果的能力。使用此类生物传感器实现数秒至数分钟的读出时间，这在灭菌循环监测领域也是新的。
本发明的重要优势是更快速的生物指示器读出时间。此外，因为以电子方式测量信号，所以有信号调节和放大的机会。此外，采用简易算法使氧化电流与简单糖量的直接关系相关联，使用者无需对合格和不合格进行解读。相对于类似技术的另一优势是独立于任何添加的酶，添加酶会增加成本，缩短货架期并使生物传感器的性能受到速率限制扩散和酶动力学的影响。
非酶葡萄糖检测在血液试验方面的应用(对此有大量的可用数据)受到在血液和血清中发现的抑制剂的影响，并且必须在生理条件包括中性pH下使用。因为在本发明灭菌指示器系统中使用的芽孢制品中不存在这些抑制剂，并且因为采用芽孢可使用更宽范围的温度、pH、离子强度和其它条件，可调整这些条件来优化电极系统的电催化需要，而无需考虑维持生理条件的限制。例如，在其它基于酶的生物指示器系统中不可能的pH值下能够达到高得多的灵敏度。
虽然本发明的原则已根据某些特定的实施方式加以解释，但是提供这些实施方式仅是出于举例的目的。可以理解，对于本领域技术人员而言，在阅读本说明书后，实施方式的多种修改方案将变得显而易见。因此，可以理解，本文公开的发明旨在涵盖落入随附权利要求范围内的这些修改方案。本发明的范围仅受权利要求的范围的限制。

Claims (14)

1.一种灭菌指示器系统，包括：
一种或多种微生物的芽孢；
瓶，其包括任选的第一隔室和第二隔室，所述第二隔室含有生长培养基，所述生长培养基包含能够被所述一种或多种微生物的萌发芽孢转化为单糖的二糖、寡糖或多糖中的一种或多种，所述瓶被调整适于在所述瓶已暴露于灭菌剂后合并所述第二隔室的内容物和所述芽孢以用于分析；
条带，其包括两个或更多个电极的，所述电极被调整适于氧化单糖并携带因所述单糖的氧化而产生的电信号，其中所述两个或更多个电极被调整适于在孵育期间和/或孵育后提供与合并的第二隔室的内容物和芽孢的接触；以及
装置，所述装置连接或可连接至所述两个或更多个电极并被调整适于检测和测量所述单糖被所述两个或更多个电极氧化时因电子转移而产生的电信号，
其中所述系统在暴露于所述灭菌剂之前不含单糖。
2.根据权利要求1所述的灭菌指示器系统，其中，所述第一隔室是不存在的，所述芽孢被设置在所述条带上，并且所述条带最初与所述第二隔室是分开的。
3.根据权利要求1所述的灭菌指示器系统，其中，所述第一隔室是存在的，所述芽孢被设置在所述条带上，并且所述条带最初与所述第一隔室和所述第二隔室均是分开的。
4.根据权利要求1所述的灭菌指示器系统，其中，所述第一隔室是存在的，所述芽孢被设置在所述第一隔室中，并且所述条带最初与所述第一隔室和所述第二隔室均是分开的。
5.根据权利要求1所述的灭菌指示器系统，其中，所述第一隔室是存在的，所述芽孢被设置在所述第一隔室中，并且所述条带最初位于所述第一隔室中。
6.根据权利要求1所述的灭菌指示器系统，其中，所述第一隔室是存在的，所述芽孢被设置在所述条带上，并且所述条带最初位于所述第一隔室中。
7.根据权利要求1所述的灭菌指示器系统，其中，所述第一隔室是存在的，所述芽孢被设置在所述第一隔室中，并且所述条带最初位于所述第二隔室中。
8.根据任一项前述权利要求所述的灭菌指示器系统，其中，所述单糖是葡萄糖。
9.根据任一项前述权利要求所述的灭菌指示器系统，其中，所述一种或多种微生物包括嗜热脂肪地芽孢杆菌(Geobacillusstearothermophilus)和萎缩芽孢杆菌(Bacillusatrophaeus)中的一种或两种。
10.根据任一项前述权利要求所述的灭菌指示器系统，其中，所述装置是葡萄糖读数器。
11.根据任一项前述权利要求所述的灭菌指示器系统，其中，所述两个或更多个电极通过无线连接可连接至葡萄糖读数器。
12.根据任一项前述权利要求所述的灭菌指示器系统，其中，所述二糖是麦芽糖，所述麦芽糖被由所述萌发芽孢产生的或所述萌发芽孢中存在的葡糖苷酶转化成葡萄糖。
13.根据任一项前述权利要求所述的灭菌指示器系统，其中，所述至少两个电极包含石墨、石墨烯、碳、碳纳米管、金、铂、钯、银、镍或铜，或者其任意两种或更多种的组合或合金。
14.一种测定灭菌处理的效力的方法，包括：
使任一项前述权利要求所述的灭菌指示器系统暴露于灭菌处理中的灭菌剂；
合并所述第一隔室和所述第二隔室的内容物，并孵育合并的内容物；
在所述孵育之前和/或期间使所述条带与所述合并的内容物接触，并用所述两个或更多个电极氧化任何单糖；
将所述装置连接至所述两个或更多个电极；
采用连接至所述两个或更多个电极的装置，检测和测量由所述两个或更多个电极通过氧化而产生的任何电信号；以及
根据存在或不存在所述电信号来确定所述灭菌处理的效力。
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