CN107478718A - 一种自动无菌检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动无菌检测装置及方法。培养器内置有培养基，超声波发射探头和超声波接收探头对射地布置在培养器两侧，并朝向培养器顶空，超声波发射探头和超声波接收探头均经超声波发射接收器和数据处理单元连接；超声波发射探头发射超声波脉冲，超声波脉冲通过培养器顶空后由超声波接收探头接收，将超声波发射接收器对接收到的电压信号进行放大处理，最后由数据处理单元计算得到培养器顶空处CO2浓度，CO2浓度对应于培养基内菌体，从而实现自动无菌检测。本发明改进了无菌检测方式，降低了无菌检查的成本，避免了将培养器取出培养箱、温度波动对检测结果的影响，可自动检测，效率高。

Description

一种自动无菌检测装置及方法
技术领域
本发明涉及药品、生物制品、医疗器具等无菌产品检查领域，具体涉及一种自动无菌检测装置及方法。
背景技术
无菌检查是确保无菌产品使用安全的必检项目。《中国药典》对无菌检查作了详细的规定，无菌检查过程大致可分为消毒灭菌、集菌操作和培养观察。消毒灭菌是为了获得无菌环境，避免集菌操作时外部细菌进入集菌培养器内造成假阳性。集菌操作是指采用集菌培养器过滤供试品，集菌培养器上有薄膜，如果供试品内有细菌，会富集在薄膜上。培养观察是将培养基加入集菌培养器内，按照培养基规定的温度在培养箱内培养14天，培养期间应逐日观察并记录是否有菌生长。
针对无菌检查的各个过程，分别有相应的无菌检查装置。针对集菌操作过程，中国专利申请公布号CN106190810A，名称为“一种薄膜过滤无菌检查装置”的发明专利公开文件，公开了一种薄膜过滤无菌检查装置，包括固定样瓶的支架、过滤杯至少一个、样液管、驱动样液管内样液从样瓶输送至过滤杯的蠕动泵，作为改进，所述的每个过滤杯设有检测过滤杯液位测量器，所述的样液管分设有与过滤杯一一对应的分液管。通过控制系统采集感知液位或/和压力的测量器的信息，进一步驱动控制倒瓶机构、通断结构、蠕动泵的进行相应的动作，达到自动化无菌取样的目的。
本发明主要涉及无菌检查过程中的培养观察，实现观察的自动化检测。现行药典无菌检查中，在14天培养期间，需要人工将集菌培养器从培养箱中取出，并肉眼观察培养基情况，如果培养基浑浊，则可判断有菌。这种无菌检查的观察方式受观察人员的操作经验影响较大，具有一定的主观性，自动化程度低。中国专利授权号CN101893589B，名称为“一种无菌检查方法及其使用的全封闭集菌安瓿培养器”的发明专利公开文件，公开了一种全封闭集菌安瓿培养器，将微生物菌种置入全封闭集菌安瓿培养器中，然后将安瓿置于微量量热仪检测通道中，记录微生物生长产生的热量变化，进行无菌检查。但是这种方法需要采用专门的培养器，仍然需要人工将培养器从培养箱中取出，再用微量量热仪进行检测，效率较低。
本发明的原理是，所有微生物代谢都产生CO2，无论是好氧呼吸、厌氧呼吸还是发酵作用，CO2的量与微生物的量呈正比。根据这一原理，BioLumix公布了一种实时微生物荧光光电快速检测系统，当微生物在检测管中生长时，代谢产物CO2引起检测管中感光试剂的光谱模式和化学特性发生变化，通过测量感光试剂的荧光变化进行微生物快速自动化检测。但是这种方法需要采用专门的检测管，成本高。
发明内容
为了解决现有无菌检查方法在培养观察过程中自动化程度低、成本高等问题，本发明提供了一种自动无菌检测装置及方法，采用超声波测量培养器顶空中的CO2浓度，从而实现自动无菌检测。
本发明的技术方案是：
一、一种自动无菌检测装置：
装置包括培养器、超声波发射探头、超声波接收探头、超声波发射接收器和数据处理单元，培养器内置有培养基，超声波发射探头和超声波接收探头对射地布置在培养器两侧，并朝向培养器顶空，超声波发射探头和超声波接收探头均经超声波发射接收器和数据处理单元连接。
超声波发射接收器发生电压信号至超声波发射探头，超声波发射探头发射超声波脉冲，超声波脉冲通过培养器顶空后由超声波接收探头接收，将超声波发射接收器对接收到的电压信号进行放大处理，最后由数据处理单元计算得到培养器顶空处CO2浓度，CO2浓度对应于培养基内菌体，从而实现自动无菌检测。
所述超声波发射探头和超声波接收探头具有相同的中心共振频率。
所述超声波发射接收器用于发射和接收超声波信号，产生幅值、脉冲宽度、脉冲重复频率可调的方波脉冲信号至超声波发射探头发射超声波脉冲，对超声波接收器接收到的信号进行放大处理和增益调整。
二、一种自动无菌检测方法：
1)首先在培养器内不放置培养基，充入已知浓度的CO2气体，超声波发射接收器发生电压信号至超声波发射探头，超声波发射探头发射超声波脉冲，超声波脉冲通过培养器后由超声波接收探头接收，将超声波发射接收器对接收到的电压信号进行放大处理，最后由数据处理单元获得超声波脉冲幅值；
2)重复步骤1)在培养器内充入不同已知浓度的CO2气体，并对应获得不同已知浓度的CO2气体所对应的超声波脉冲幅值，对超声波脉冲幅值和CO2浓度的数据拟合处理获得两者之间的关系曲线；
3)然后在培养器内放置经集菌操作的培养基，并放置于培养箱内进行培养，超声波发射接收器发生电压信号至超声波发射探头，超声波发射探头发射超声波脉冲，超声波脉冲通过培养器顶空后由超声波接收探头接收，将超声波发射接收器对接收到的电压信号进行放大处理，最后由数据处理单元获得超声波脉冲幅值；
4)在培养期间，用步骤3)获得的超声波脉冲幅值和步骤2)的关系曲线进行比对计算定时获得经集菌操作的培养基对应的培养器顶空处CO2浓度，若CO2浓度达到预设阈值时，则判断培养基内有菌，从而实现自动无菌检测。
所述超声波发射接收器发送产生幅值、脉冲宽度和脉冲重复频率确定的方波脉冲信号至超声波发射探头使得超声波发射探头发射超声波脉冲。
所述数据处理单元是采用第一个波谷的谷值或者波峰的峰值或者超声波脉冲幅值绝对值的平均值作为超声波脉冲幅值。本发明的有益效果是：
本发明采用超声波测量培养器顶空中的CO2浓度，能用于实现自动无菌检测。所使用的培养器为用于无菌检查的普通集菌培养器，不需要专门定制培养器，降低了无菌检查的成本。
同时本发明自动无菌检测装置结构简单、体积小，可置于培养箱内进行无菌检测，避免了将培养器取出培养箱、温度波动对检测结果的影响，可自动检测，效率高。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为本发明实施例不同CO2浓度时测得的超声波波形图。
图中：1-培养器、11-培养器顶空、12-培养基、2-超声波发射探头、3-超声波接收探头、4-超声波发射接收器、5-数据处理单元。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步具体的说明。
如图1所示，本发明包括培养器1、超声波发射探头2、超声波接收探头3、超声波发射接收器4和数据处理单元5；超声波发射接收器4发生电压信号至超声波发射探头2，超声波发射探头2发射超声波脉冲，超声波脉冲通过培养器顶空11后由超声波接收探头3接收，将超声波发射接收器4对接收到的电压信号进行放大处理，最后由数据处理单元5计算得到培养器顶空11处CO2浓度，CO2浓度对应于培养基12内菌体，从而实现自动无菌检测。
培养器1为用于无菌检查的普通集菌培养器，培养器1下部分为培养基12，上部分为培养器顶空11。培养器1经过了消毒灭菌、集菌操作，培养基12为《中国药典》无菌检查法中规定的培养基。培养器顶空11为培养器1上部的空气部分，刚开始培养时其成分与大气一致，如果培养基12内有菌，随着微生物不断繁殖代谢产生CO2，培养器顶空11处CO2浓度逐渐增加。
超声波发射探头2和超声波接收探头3具有相同的中心共振频率，为100kHz。超声波发射接收器4产生脉冲宽度为10us、脉冲电压-400V、脉冲重复频率100Hz的方波脉冲信号至超声波发射探头2发射超声波脉冲。超声波脉冲经过培养器顶空11，由超声波接收探头3接收，再由超声波发射接收器4对接收到的电压信号进行放大处理。
数据处理单元5测量超声波脉冲幅值，既可以用第一个波谷或者波峰的峰值作为测量值，也可以用整个超声波脉冲幅值绝对值的平均值作为测量值。往培养器1内充入不同浓度的CO2气体，测量超声波脉冲幅值。CO2浓度越高，超声波脉冲幅值越低，由此建立两者的对应关系，从而实现利用超声波对培养器顶空11处CO2浓度的测量。
在培养箱中定时监测培养器顶空11处CO2浓度，当CO2浓度达到阈值时，可判断培养基12内有菌，从而实现自动无菌检测。
1)首先在培养器1内不放置培养基12，充入已知浓度的CO2气体，超声波发射接收器4发生电压信号至超声波发射探头2，超声波发射探头2发射超声波脉冲，超声波脉冲通过培养器1后由超声波接收探头3接收，将超声波发射接收器4对接收到的电压信号进行放大处理，最后由数据处理单元5获得超声波脉冲幅值；
2)重复步骤1)在培养器1内充入不同已知浓度的CO2气体，并对应获得不同已知浓度的CO2气体所对应的超声波脉冲幅值，对超声波脉冲幅值和CO2浓度的数据拟合处理获得两者之间的关系曲线；
3)然后在培养器1内放置经集菌操作的培养基12，并放置于培养箱内进行培养，超声波发射接收器4发生电压信号至超声波发射探头2，超声波发射探头2发射超声波脉冲，超声波脉冲通过培养器顶空11后由超声波接收探头3接收，将超声波发射接收器4对接收到的电压信号进行放大处理，最后由数据处理单元5获得超声波脉冲幅值；
4)在培养期间，用步骤3)获得的超声波脉冲幅值和步骤2)的关系曲线进行比对计算定时获得经集菌操作的培养基12对应的培养器顶空11处CO2浓度，若CO2浓度达到预设阈值时，则判断培养基12内有菌，从而实现自动无菌检测。
具体实施进行了不同CO2浓度的实验，如图2为不同CO2浓度时测得的超声波波形。图2中曲线从下到上分别对应CO2浓度从0％至100％时测得的超声波波形，波形进行了垂直平移，以便在一幅图内进行显示，波形实际幅值零点在基线处。时间为0us时，超声波发射探头2发射超声波脉冲，时间约为500us时，超声波接收探头3接收到超声波脉冲。由图可知，随着CO2浓度增加，超声波脉冲幅值逐渐减少。
由此，本发明可以实现利用超声波对培养器顶空11处CO2浓度的测量，从而实现自动无菌检测。

Claims (6)

1.一种自动无菌检测装置，其特征在于：包括培养器(1)、超声波发射探头(2)、超声波接收探头(3)、超声波发射接收器(4)和数据处理单元(5)，培养器(1)内置有培养基(12)，超声波发射探头(2)和超声波接收探头(3)对射地布置在培养器(1)两侧，并朝向培养器顶空(11)，超声波发射探头(2)和超声波接收探头(3)均经超声波发射接收器(4)和数据处理单元(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种自动无菌检测装置，其特征在于：所述超声波发射探头(2)和超声波接收探头(3)具有相同的中心共振频率。
3.根据权利要求1所述的一种自动无菌检测装置，其特征在于：所述超声波发射接收器(4)用于发射和接收超声波信号，产生幅值、脉冲宽度、脉冲重复频率可调的方波脉冲信号至超声波发射探头(2)发射超声波脉冲，对超声波接收器(3)接收到的信号进行放大处理和增益调整。
4.一种自动无菌检测方法，其特征在于：采用权利要求1-3任一所述装置，采用以下步骤：
1)首先在培养器(1)内不放置培养基(12)，充入已知浓度的CO2气体，超声波发射接收器(4)发生电压信号至超声波发射探头(2)，超声波发射探头(2)发射超声波脉冲，超声波脉冲通过培养器(1)后由超声波接收探头(3)接收，将超声波发射接收器(4)对接收到的电压信号进行放大处理，最后由数据处理单元(5)获得超声波脉冲幅值；
2)重复步骤1)在培养器(1)内充入不同已知浓度的CO2气体，并对应获得不同已知浓度的CO2气体所对应的超声波脉冲幅值，对超声波脉冲幅值和CO2浓度的数据拟合处理获得两者之间的关系曲线；
3)然后在培养器(1)内放置经集菌操作的培养基(12)，超声波发射接收器(4)发生电压信号至超声波发射探头(2)，超声波发射探头(2)发射超声波脉冲，超声波脉冲通过培养器顶空(11)后由超声波接收探头(3)接收，将超声波发射接收器(4)对接收到的电压信号进行放大处理，最后由数据处理单元(5)测量获得超声波脉冲幅值；
4)在培养期间，用步骤3)获得的超声波脉冲幅值和步骤2)的关系曲线进行比对计算定时获得经集菌操作的培养基(12)对应的培养器顶空(11)处CO2浓度，若CO2浓度达到预设阈值时，则判断培养基(12)内有菌，从而实现自动无菌检测。
5.根据权利要求4所述的一种自动无菌检测方法，其特征在于：
所述超声波发射接收器(4)发送产生幅值、脉冲宽度和脉冲重复频率确定的方波脉冲信号至超声波发射探头(2)使得超声波发射探头(2)发射超声波脉冲。
6.根据权利要求4所述的一种自动无菌检测方法，其特征在于：
所述数据处理单元(5)是采用第一个波谷的谷值或者波峰的峰值或者超声波脉冲幅值绝对值的平均值作为超声波脉冲幅值。
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