CN109211853B - 用于确认生物指示器激活的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明题为“用于确认生物指示器激活的系统和方法”。生物指示器可被不适当地激活。本发明所公开的主题涉及确认具有容纳生长培养基的安瓿的生物指示器已被适当地激活使得其可被测定的方法。该方法可包括以下步骤：测量生物指示器的第一荧光强度，加热生物指示器；使生物指示器的荧光强度从第一荧光强度淬灭至第二荧光强度，测量第二荧光强度；将第二荧光强度与第一荧光强度进行比较以获得比较值；以及确定比较值对应于液体生长培养基的淬灭度量。
Description
技术领域
本文所公开的主题涉及独立成套的生物灭菌指示器。
背景技术
医疗装置通常在使用之前进行灭菌，以便最大程度减小将受污染的装置用于受治疗者的可能性，应用受污染的装置可能导致受治疗者被感染。可采用各种灭菌技术，诸如蒸汽、过氧化氢以及包含或不含气体等离子体和环氧乙烷(EtO)的气相灭菌。这些方法中的每一种在一定程度上取决于灭菌流体(通常为气体)在待灭菌的医疗装置上的扩散速率。
在灭菌之前，医疗装置通常被包装在具有半渗透屏障的容器或小袋内，该半渗透屏障允许灭菌流体(有时被称为灭菌剂)透过，但是防止污染生物体的进入(特别是在灭菌之后和医疗人员打开包装之前)。对于有效的灭菌周期而言，必须杀死包装内的污染生物体，因为存活于灭菌周期的任何生物体可繁殖并再次污染医疗装置。
尽管包装帮助防止无菌医疗装置受到污染，但是包装可增加实现成功的灭菌周期的难度，因为包装阻止了灭菌剂到达包装中所包括的装置或器械。对于其中具有扩散受限的空间的装置和器械而言，这尤其成问题，因为这些扩散受限的空间降低了灭菌周期能够有效的可能性。例如，内窥镜通常具有灭菌剂必须以足够高的浓度扩散足够长的时间才可进入的长的窄腔，以实现成功的灭菌周期。
确认灭菌周期有效帮助避免医疗人员对受治疗者使用受污染的医疗装置。通常，不检查灭菌后的医疗装置本身的污染生物体，因为此类活动将向医疗装置引入其它污染生物体，从而再次污染医疗装置。因此，已开发出呈灭菌指示器形式的间接检查方法。
灭菌指示器是这样的装置：其可以放置在经受灭菌周期的医疗装置旁边或接近该医疗装置放置，使得该灭菌指示器经受与医疗装置相同的灭菌周期。例如，可以将包含对灭菌剂具有已知抗性的预定量的微生物的生物指示器与医疗装置一起放置到灭菌室中并经受灭菌周期。在该周期完成之后，可以培养生物指示器中的微生物，以确定是否有存活于该周期的任何微生物。
某些生物指示器被称为“独立成套的”。这些生物指示器通常具有容纳一定量的微生物的外壳以及位于微生物附近的易碎容器中的生长培养基的源。与其它生物指示器类似，“独立成套的”生物指示器(“SCBI”)可与医疗装置一起经受灭菌周期，例如，在强生公司(Johnson&Johnson company)分公司爱惜康美国有限责任公司(Ethicon US,LLC)的高级灭菌产品(Advanced Sterilization Products)的系统、/>NX系统或/>100NX系统中。在灭菌周期后，易碎容器可破裂以释放生长培养基并原位培养任何存活的微生物。SCBI可在升高的温度(通常在50℃至60℃左右)下温育，该条件有助于促进存活的微生物外生长。使用可商购获得的产品的温育过程通常持续约24小时。在此期间，由于尚未确定灭菌的效果，因此期望医疗人员不使用医疗装置。这可能导致医疗保健提供者诸如医院的库存管理低效，因为例如医疗装置在无法使用时应进行储存，可能需要医疗保健提供者使其库存中的医疗装置多于确保医疗装置供应充足所需的数量。另选地，医疗保健提供者可能在温育完成和灭菌效果得到确认之前使用医疗装置。然而，在灭菌效果得到确认之前使用医疗装置可使医疗过程的受治疗者暴露于被医疗装置感染的风险之下。
温育之后，分析SCBI以检测存活的微生物的存在。如果检测到任何微生物，一些SCBI被设计为掺入在微生物存在下改变颜色的生长培养基。如果检测到颜色变化，则灭菌周期可以被视作无效。如果未检测到微生物，则灭菌周期可以被视作有效。这种颜色变化可能是由于活微生物代谢生长培养基所产生的酸引起pH变化，生长培养基中还包含pH指示染料。其它SCBI被设计为掺入包含荧光团的生长培养基，其荧光取决于培养基中所含的活微生物的量。对于这些SCBI，颜色变化或荧光量的变化指示存活的微生物可能在温育期间发生了繁殖。
包含液体生长培养基的SCBI的易碎容器通常由玻璃制成。玻璃必须足够坚固以避免在运输(例如，从SCBI制造商运输到医疗保健提供者)期间破裂。然而，此类坚固性对应于医疗人员在期望的时间需要较大的力才可打碎安瓿。因此，一些SCBI制造商为医院人员提供了激活装置，以帮助他们打碎安瓿。
发明内容
本发明所公开的主题涉及确认具有容纳生长培养基的安瓿的生物指示器已被适当地激活的方法，使得其可在灭菌过程之后进行测定以确认灭菌过程应该是有效的。该方法可包括以下步骤：压下生物指示器的顶盖；使安瓿破裂；将生物指示器定位到具有加热元件和荧光传感器的生物指示器分析仪中，激活加热元件，测量生物指示器的第一荧光强度，加热生物指示器；使生物指示器的荧光强度从第一荧光强度淬灭至第二荧光强度，测量第二荧光强度；将第二荧光强度与第一荧光强度进行比较以获得比较值；以及确定比较值对应于液体生长培养基的淬灭度量。在一些实施方案中，淬灭生物指示器的荧光强度的步骤包括加热生长培养基和生物指示器的外壳。在一些实施方案中，淬灭生物指示器的荧光强度的步骤包括将生长培养基和生物指示器的外壳从介于大约22摄氏度和25摄氏度之间的温度加热至大约57摄氏度的温度。另外，该方法还可包括在将生物指示器定位到生物指示器分析仪中的步骤之前冷却生物指示器的步骤。在生物指示器被冷却的那些实施方案中，淬灭生物指示器的荧光强度的步骤还可包括加热生物指示器。在一些实施方案中，比较值为第二荧光强度和第一荧光强度之间的差值。在其它实施方案中，比较值为第二荧光强度与第一荧光强度的比率。在一些实施方案中，在第一荧光强度之后测量第二荧光强度。例如，在一些实施方案中，在第一荧光强度之后大约210秒测量第二荧光强度，并且在将生物指示器定位在生物指示器分析仪中之后大约70秒测量第一荧光强度。另选地，在激活生物指示器分析仪的加热元件之后大约70秒测量第一荧光强度。在一些实施方案中，该方法还包括确定第一荧光强度值介于最小阈值和最大阈值之间。例如，在一些实施方案中，最小阈值为大约0.02μW/cm2，并且最大阈值为大约0.10μW/cm2。
该方法还可包括以下步骤：压下生物指示器的顶盖；使安瓿破裂；将生物指示器定位到具有加热元件和荧光传感器的生物指示器分析仪中，激活加热元件，测量生物指示器的第一荧光强度，加热生物指示器；使生物指示器的荧光强度从第一荧光强度淬灭至第二荧光强度，测量第二荧光强度；将第二荧光强度与第一荧光强度进行比较以获得比较值；以及确定比较值不对应于液体生长培养基的淬灭度量。在一些实施方案中，淬灭生物指示器的荧光强度的步骤包括加热生长培养基和生物指示器的外壳。在一些实施方案中，淬灭生物指示器的荧光强度的步骤包括将生长培养基和生物指示器的外壳从介于大约22摄氏度和25摄氏度之间的温度加热至大约57摄氏度的温度。另外，该方法还可包括在将生物指示器定位到生物指示器分析仪中的步骤之前停止冷却生物指示器。在生物指示器被冷却的那些实施方案中，淬灭生物指示器的荧光强度的步骤还可包括加热生物指示器。在一些实施方案中，比较值为第二荧光强度和第一荧光强度之间的差值。在其它实施方案中，比较值为第二荧光强度与第一荧光强度的比率。在一些实施方案中，在第一荧光强度之后测量第二荧光强度。例如，在一些实施方案中，在第一荧光强度之后大约210秒测量第二荧光强度，并且在将生物指示器定位在生物指示器分析仪中之后大约70秒测量第一荧光强度。另选地，在激活生物指示器分析仪的加热元件之后大约70秒测量第一荧光强度。在一些实施方案中，该方法还包括确定第一荧光强度值介于最小阈值和最大阈值之间。例如，在一些实施方案中，最小阈值为大约0.02μW/cm2，并且最大阈值为大约0.10μW/cm2。
生物指示器可具有适于实施本主题涉及的方法的特性和特征结构。在一些实施方案中，生物指示器可包括安瓿和外壳、以及容纳在安瓿中的液体生长培养基，其中液体生长培养基包含淬灭剂。在一些实施方案中，淬灭不是氧气。淬灭剂可选自苯胺、溴苯、丙烯酰胺、过氧化氢、咪唑、吲哚和琥珀酰亚胺。另选地，淬灭剂可为金属离子，诸如选自Co2+、Ni2+、Cu2+、Hg2+、Pb2+、Ag+、Cr3+和Fe3+中的一种：。在一些实施方案中，淬灭剂可为以大于大约37mg/L的浓度包含在生长培养基中的氧气。在一些实施方案中，淬灭剂可为以大于大约40mg/L的浓度包含在生长培养基中的氧气。在一些实施方案中，生物指示器的外壳包含UV透明材料。在一些实施方案中，UV透明材料包括石英。在其它实施方案中，UV透明材料包括环烯烃。
附图说明
虽然在说明书之后提供了特别指出和清楚地要求保护本文所述主题的权利要求书，但是据信通过对下面某些示例的描述并结合附图可以更好地理解本主题，附图中类似的附图标记表示相同元件，其中：
图1示出生物指示器横截面的侧视图；
图2示出图1的生物指示器的分解图；
图3以框图形式示出生物指示器分析仪；并且
图4为可由图3的生物指示器分析仪执行的用于确认图1和图2的生物指示器的激活的示例性方法的流程图。
具体实施方式
下列具体实施方式示出受权利要求保护的主题的某些例示性示例。根据下面的描述，本技术的其它示例、特征结构、方面、实施方案和优点对本领域技术人员来说将变得显而易见。因此，附图和具体实施方式应被视为实质上是例示性的。
参考图1和图2，示出了独立成套的生物指示器(“SCBI”)100。SCBI 100包括外壳102和联接到该外壳的顶盖104。顶盖104包括突出部106，该突出部106具有平面的、成角度的、弓形的、环形的或锥形的形状、或它们的某种组合。顶盖104还可包括化学指示器108，该化学指示器108在暴露于例如化学灭菌剂诸如过氧化氢时会改变颜色。顶盖104还可包括一个或多个通孔109，以有助于气体(例如，空气或灭菌剂)进出SCBI。顶盖104联接在相对于外壳102的第一位置中，并且可从第一位置移动至第二位置。在第一位置中，顶盖104以这样的方式联接到外壳102：其中气体(例如，空气或灭菌剂)可从周围环境移动并且进入SCBI，或反之亦然。在该位置中，顶盖104中的任何通孔均设置在外壳102上方，使得外壳102的内部与周围环境流体连通，这允许将灭菌剂引入SCBI 100以及将灭菌剂从SCBI 100中抽出。顶盖104可以被压下以将其移入相对于外壳102的第二位置中。在该第二位置中，通孔109设置在外壳102的顶端下方，这导致外壳102和顶盖104之间的紧密配合关系，并且阻塞通孔，从而将SCBI 100的内部与周围环境有效地密封。
SCBI 100还包括微生物或活性酶的源，诸如载体110，其浸渍有细菌孢子、其它形式的细菌(例如，植物性细菌)和/或活性酶。在利用饱和蒸汽、过氧化氢、干热、γ辐射和环氧乙烷进行灭菌时，通常使用来自芽孢杆菌(Bacillus)、地芽孢杆菌(Geobacillus)和梭菌(Clostridia)菌种的孢子监测灭菌过程。因此，载体110可以浸渍有来自芽孢杆菌、地芽孢杆菌和/或梭菌菌种的孢子。载体110可以是吸水剂，并且可以由滤纸形成。还可使用片状材料诸如布、非织造聚丙烯、人造丝或尼龙、以及微孔聚合物材料。非吸水性材料也适用，诸如金属(例如，铝或不锈钢)、玻璃(例如，玻璃珠或玻璃纤维)、瓷器或塑料。除此之外，载体110可以由前述材料的组合构成。在一些实施方案中，载体110可以具有大约0.1毫米至0.5毫米的厚度。
载体110上的(一种或多种)微生物或其它生物活性源可基于该源对将在灭菌周期中使用的特定灭菌过程的抗性来选择。例如，对于蒸汽灭菌过程，可使用嗜热脂肪土芽孢杆菌(Geobacillus stearothermophilus)或其孢子。对于环氧乙烷灭菌过程，可使用萎缩芽孢杆菌(Bacillus atrophaeus)(以前是枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis))或其孢子。在一些灭菌过程中，抗灭菌过程的孢子可包括但不限于以下中的至少一种：嗜热脂肪土芽孢杆菌孢子、枯草芽孢杆菌孢子、萎缩芽孢杆菌孢子、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)孢子、凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)孢子、产芽孢梭状芽胞杆菌(Clostridiumsporogenes)孢子、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)孢子或它们的组合。
SCBI 100还包括安瓿112，该安瓿112具有第一端部114、第二端部116和侧壁118。侧壁118基本上是圆柱形的，并且可以具有椭圆形或圆形横截面。安瓿112可以由易碎或脆性材料诸如玻璃或塑料制成。第一端部114和第二端部116设置在侧壁118的相对的两端部处，并且可具有半椭圆体或半球体的形式。因此，第一端部114可以被称为第一圆顶114，并且第二端部116可以被称为第二圆顶116。安瓿112容纳液体生长培养基。生长培养基应当能够促进设置在载体110上的任何活微生物或其它生物活性源的生长。优选地，选择微生物来产生与酶底物相互作用以形成可检测产物的酶，例如，通过具有不同于SCBI 100中的其它材料的荧光镜强度或光谱的荧光镜强度或光谱。生长培养基内的微生物的持续生长导致生长培养基内的可检测产物的浓度的增加。在某些实施方案中，可检测产物为荧光团。因此，可检测产物的浓度的增加导致荧光的增加。也就是说，可检测产物可经由荧光的变化来检测。
可用于检测灭菌周期的功效的酶和酶底物在以下专利中被鉴定：1991年12月17日公布的名称为“用于确定灭菌周期的功效的快速方法和快速读出生物指示器(RapidMethod for Determining Efficacy of a Sterilization Cycle and Rapid Read-OutBiological Indicator)”的美国专利5,073,488，其公开内容以引用方式并入本文；1995年5月23日公布的名称为“快速读出生物指示器(Rapid Read-Out Biological Indicator)”的美国专利5,418,167，其公开内容以引用方式并入本文；1993年6月29日公布的名称为“快速读出无菌指示器(Rapid Read-Out Sterility Indicator)”的美国专利5,223,401，其公开内容以引用方式并入本文；以及2016年4月26日公布的名称为“生物灭菌指示器(Biological Sterilization Indicator)”的美国专利9,322,046，其公开内容以引用方式并入本文。
合适的酶可包括水解酶和/或衍生自孢子形成微生物诸如枯草芽孢杆菌的酶。可用于示例性生物指示器的孢子形成微生物的酶可包括β-D-葡糖苷酶、α-D-葡糖苷酶、碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、丁酸酯酶、辛酸酯酶脂肪酶、肉豆蔻酸脂肪酶、亮氨酸氨基肽酶、缬氨酸氨基肽酶、胰凝乳蛋白酶、磷酸水解酶、α-D-半乳糖苷酶、β-D-半乳糖苷酶、酪氨酸氨基肽酶、苯丙氨酸氨基肽酶、β-D-葡糖醛酸苷酶、α-L-阿拉伯呋喃糖酶、N-乙酰基-β-葡萄糖氨基酶、β-D-纤维二糖苷酶、丙氨酸氨基肽酶、脯氨酸氨基肽酶、脂肪酸酯酶以及它们的组合。
在如本文所公开的用于确定灭菌周期的功效的一些示例性方法中，酶底物被转化成可检测产物。例如，酶底物可通过第一发射光谱(例如，第一荧光发射光谱)来表征，并且可检测产物可通过第二发射光谱(例如，第二荧光发射光谱)来表征。
在如本文所公开的用于确定灭菌周期的功效的一些示例性方法中，使用的合适的酶底物可包括荧光酶底物。可用的荧光酶底物可选自：荧光4-甲基伞形酮基衍生物(可水解为4-甲基伞形酮(“4-Mu”)、7-氨基-4-甲基-香豆素的衍生物、二乙酰荧光素衍生物、荧光胺以及它们的组合。
示例性4-甲基伞形酮基衍生物可选自：4-甲基伞形酮基-2-乙酰胺基-4,6-O-亚苄基-2-脱氧-β-D-吡喃葡萄糖苷、4-甲基伞形酮基乙酸酯、4-甲基伞形酮基-N-乙酰基-β-D-氨基半乳糖苷、4-甲基伞形酮基-N-乙酰基-α-D-氨基葡萄糖苷、4-甲基伞形酮基-N-乙酰基-β-D-氨基葡萄糖苷、2′-(4-甲基伞形酮基)-α-D-N-乙酰基神经氨酸、4-甲基伞形酮基α-L-阿拉伯呋喃糖苷、4-甲基伞形酮基α-L-阿拉伯糖苷、4-甲基伞形酮基丁酸酯、4-甲基伞形酮基13-D-纤维二糖苷、甲基伞形酮基β-D-N,N'二乙酰基壳聚糖苷(methylumbelliferylβ-D-N,N'diacetyl chitobioside)、4-甲基伞形酮基反式油酸酯、4-甲基伞形酮基β-D-岩藻糖苷、4-甲基伞形酮基α-L-岩藻糖苷、4-甲基伞形酮基β-L-岩藻糖苷、4-甲基伞形酮基α-D-半乳糖苷、4-甲基伞形酮基β-D-半乳糖苷、4-甲基伞形酮基α-D-葡萄糖苷、4-甲基伞形酮基β-D-葡萄糖苷、4-甲基伞形酮基(3-D-葡萄糖醛酸苷、4-甲基伞形酮基对胍苯甲酸酯、4-甲基伞形酮基庚酸酯、4-甲基伞形酮基α-D-吡喃甘露糖苷、4-甲基伞形酮基β-D-吡喃甘露糖苷、4-甲基伞形酮基油酸酯、4-甲基伞形酮基棕榈酸酯、4-甲基伞形酮基磷酸酯、4-甲基伞形酮基丙酸酯、4-甲基伞形酮基硬脂酸酯、4-甲基伞形酮基硫酸酯、4-甲基伞形酮基β-D-N,N',N"-三乙酰壳三糖、4-甲基伞形酮基2,3,5-三-邻-苯甲酰基-α-L-阿拉伯呋喃糖苷、4-甲基伞形酮基-对-肉桂酸三甲基氯化铵、4-甲基伞形酮基β-D-木糖苷以及它们的组合。
在某些实施方案中，SCBI中的荧光响应可基于在嗜热脂肪土芽孢杆菌孢子外被中发现的天然存在的α-葡萄糖苷酶，该嗜热脂肪土芽孢杆菌孢子外被包含该酶并且被认为在嗜热脂肪土芽孢杆菌的萌发中是重要的。α-葡萄糖苷酶可用于水解葡萄糖和4-甲基伞形酮基α-D-吡喃葡萄糖苷(α-MUG)的4-甲基伞形酮基部分之间的键。α-MUG无荧光。然而，在水解和分离该部分之后，4-甲基伞形酮(4-MU)产物有荧光。当被外部能量源(诸如发射具有介于大约360纳米和370纳米之间的波长的光的光源)激发时，4-MU发荧光。如此激发，4-MU发射具有介于大约440纳米和460纳米之间的波长的光。在某些实施方案中，光源发射具有大约365纳米的波长的光，并且4-MU发射具有450nm的波长的光。4-MU的荧光为pH依赖性的。例如，当被具有365纳米的波长的光激发时，发射光的强度在10.3的pH处最高。强度随pH降低，直至pH约为7。低于该pH，强度变得可忽略不计。
SCBI 100还可包括插件120。插件120可以包括具有顶部表面124和底部表面126的平台122。插件120还包括侧壁127。平台122的侧壁127可以搁置在支撑表面128上，该支撑表面128可以整体地形成为外壳102的一部分。平台122的侧壁127和顶部表面124一起限定了凹陷130，该凹陷130被配置成接收安瓿112的第二端部116。平台122限定穿过其的孔150，在安瓿破裂时液体生长培养基可以穿过该孔150。
SCBI 100可根据以下步骤进行组装。第一，提供外壳102。第二，将载体110放置在外壳102中，使得其搁置在外壳102的底壁144上。第三，将插件120放置在外壳102中，使得平台122的侧壁127搁置在支撑表面128上。另选地，未示出，在缺少支撑表面128的一些构型中，插件120可以直接搁置在底壁142上并且可以至少部分地与载体110接触。第四，将安瓿112插入外壳102中，使得第二端部116接触插件120。最后，将顶盖104联接到外壳102和安瓿112。突出部106具有与安瓿112大致相同的直径，使得在安瓿112和突出部106之间形成摩擦配合。如此组装的安瓿112、外壳102、顶盖104和插件120的中心纵向轴线是同轴的或基本上同轴的。可执行其它组装程序以实现SCBI 100的相同构型。
在灭菌程序之后，SCBI 100可被激活并且被监测以确定灭菌周期是否有效。为了激活SCBI 100，在外壳102和顶盖104之间施加压缩力146。由于安瓿112与插件120接触并且插件120例如与外壳102的支撑件128接触，所以安瓿112抵抗该压缩力。当施加到顶盖104的压缩力大于安瓿112能够承受的破裂力时，安瓿112将破裂。一旦安瓿112破裂，顶盖104就移动到其第二位置并释放生长培养基以浸没载体110。
各种特征结构可包括在SCBI内，以便于通过例如降低用户必须施加用于使安瓿破裂的力来激活SCBI。涉及该功能的示例性特征结构公开于共同未决的美国专利申请15/057,768和15/397,018中。
应该确认SCBI 100的激活。例如，可通过例如以下来确认激活：检查安瓿112破裂、生长培养基淹没载体110、大量生长培养基设置在插件120的底部表面126和外壳102的底壁144之间和/或顶盖104处于第二位置。为了增加可检测到故障或不适当激活的可能性，可执行多次检查。例如，除了检查安瓿112破裂之外，还可执行生长培养基对载体110的掩没。用户或能够测定SCBI 100的机电装置诸如生物指示器分析仪(“BIA”)200可执行这些检查。为了增加可检测到故障或不适当激活的可能性，应当由用户和BIA 200两者执行各种检查。
图3以框图形式示出可操作以分析生物指示器例如，SCBI 100的示例性BIA 200，该生物指示器已经受灭菌周期。BIA 200被配置成测定SCBI、收集关于SCBI的信息(例如，生长培养基的位置、生长培养基的颜色、生长培养基的光强度)、处理该信息、以及确定灭菌周期是否有效。BIA 200包括多个凹陷210，凹陷210中的每个被配置成在其中接收相应的SCBI100样本。虽然示出两个凹陷210，但是应当理解，可提供任何其它合适数量的凹陷，包括八个凹陷、少于八个凹陷、或多于八个凹陷。每个凹陷210还包括加热元件212，该加热元件212可用于在SCBI 100被插入凹陷210中时温育SCBI 100。此类温育促进SCBI内的任何活微生物的外生长。在各种实施方案中，加热元件可实现凹陷中的温度介于大约50℃和大约60℃之间。在某些实施方案中，加热元件可实现大约57℃的温度并且导致SCBI 100达到基本上相似或相同的温度。BIA 200还包括可操作以执行指令和控制算法、处理信息等的处理器220。
每个凹陷210具有相关联的光源230和传感器240。每个光源230被配置成将光投射穿过SCBI 100的外壳102，该SCBI 100插入对应凹陷210中。每个传感器240可操作以检测由生长培养基发荧光的光。每个传感器240被定位成邻近每个凹陷210，使得当SCBI 100设置在凹陷内时，传感器240邻近插件120的底部表面126和外壳102的底壁144之间的SCBI100的部分。
光源230可为例如被配置成用于发射紫外光的激光器的形式。在一些实施方案中，由光源230发射的光具有370纳米的波长。鉴于本文的教导内容，光源230可采用的各种其它合适的形式对于本领域普通技术人员将显而易见。以进一步举例的方式，传感器240可包括电荷耦合装置(CCD)。另外，其可为被优化成检测由荧光产生的光的传感器，即荧光传感器。在一些实施方案中，传感器240为硅光电二极管，诸如由日本滨松光子学株式会社(Hamamatsu)制造的硅光电二极管S2386-5K。生长培养基的荧光主要取决于生长培养基中包含的活微生物的数量。因此，传感器240被配置成基于生长培养基响应于来自光源230的光而发荧光的程度来检测生长培养基中活微生物的存在。然而，生长培养基的荧光还取决于是否发生任何荧光淬灭。荧光淬灭还可用于确认SCBI 100的适当激活，如下文将详细解释的。
BIA 200还任选地包括用户反馈和/或输入装置诸如触摸屏显示器250。触摸屏显示器250可操作以呈现与生物指示器分析仪200的操作相关联的各种用户界面显示屏。触摸屏显示器250被进一步配置成根据常规触摸屏技术以用户接触触摸屏显示器250的形式来接收用户输入。此外或可替代地，生物指示器分析仪200可包括各种其它类型的用户输入特征结构，该用户输入特征结构包括但不限于按钮、小键盘、键盘、鼠标、轨迹球等。通过触摸屏显示器250提供的显示内容可由处理器220驱动。通过触摸屏显示器250接收的用户输入可由处理器220处理。
本示例的BIA 200还包括存储器280，诸如非暂态存储介质(例如，硬盘驱动器或闪存驱动器)，该存储器280可操作以存储控制逻辑和指令，并且由处理器220执行以驱动部件诸如光源230和触摸屏显示器250，并且对数据，特别是由传感器240收集的数据执行计算和分析。存储器280还可用于存储用户输入、由传感器240收集的数据以及基于该数据的计算。
由BIA 200收集的荧光数据可用于确定荧光随时间的变化。此类数据可用于确定荧光淬灭。荧光淬灭是通常描述导致物质的荧光强度降低的各种过程的术语。对于荧光物质，此类过程包括但不限于1)加热，2)降低pH；以及3)添加另一种物质或材料，有时被称为“淬灭剂”，已知该物质或材料导致荧光强度降低。示例性淬灭剂包括但不限于氧气、苯胺、溴苯、丙烯酰胺、过氧化氢、咪唑、吲哚和琥珀酰亚胺。淬灭剂也可为金属离子，诸如：Co2+、Ni2+、Cu2+、Hg2+、Pb2+、Ag+、Cr3+以及Fe3+。
当SCBI 100被插入BIA 200的凹陷210中时，其温度可基本上等同于环境温度，例如室温。然而，可能的是，SCBI 100可具有比环境温度更暖和的温度，因为灭菌系统中的真空室通常比灭菌周期结束时的环境温度暖和。不管SCBI 100的温度如何，在被插入BIA 200的凹陷210中时或被插入BIA 200的凹陷210中之后不久(例如，大约1秒、5秒或15秒)，BIA200激活加热元件212以将凹陷中的温度升高至大约50℃和大约60℃之间，使得SCBI100达到基本上相似或相同的温度。以该方式加热SCBI 100使SCBI 100的组分的荧光淬灭。尽管淬灭在生长培养基中最明显，但它也可存在于SCBI 100的其它特征结构(即包括外壳102的非液体组分中)中，尽管程度较小。
可测定SCBI 100的各种组分，以确定SCBI 100是否已被适当地激活。在适当地激活的SCBI 100中，生长培养基应当浸没载体110，并且设置在插件120的底部表面126和外壳102的底壁144之间的SCBI 100的底部处。因此，BIA 200可测定SCBI 100的该部分以确定那里是否存在生长培养基。例如，BIA 200可激活光源230。在某些实施方案中，由光源230发射的光具有大约370纳米的波长。如果存在生长培养基，则生长培养基将被激发并且传感器240将记录对应的荧光强度、将对应的电压输出到处理器220以存储在存储器280中。然而，如果不存在生长培养基，则生长培养基将不被激发。然而，光源可激发SCBI 100的其它特征结构和材料，使得传感器240将记录对应的强度并且将对应的电压输出到处理器220以存储在存储器280中。由传感器240记录的强度将不同，这取决于生长培养基是否存在于已被适当地激活的SCBI 100的底部，或者取决于生长培养基是否不存在于已被不适当地激活的SCBI 100的底部，使得生长培养基保持在光源230和传感器240可询问的测定区域之外，例如未破裂的安瓿112中。
处理器220可被编程为检测SCBI 100的底部处的生长培养基的存在。在一些实施方案中，对应于光和/或荧光强度的阈值可存储在存储器280中。具体地，对应于插件120的底部表面126和外壳102的底壁144之间的SCBI 100的底部中的液体的光和/或荧光强度可存储在存储器280中。通过将测量的强度与阈值进行比较，可确定SCBI 100是否被适当地激活。例如，处理器220可被编程以确定测量的强度是否落在最小阈值和最大阈值之间。落在阈值之间的强度测量将指示生长培养基设置在SCBI 100的底部处，并且SCBI 100已被适当地激活。落在低于最小阈值的强度测量将指示生长培养基未设置在SCBI 100的底部，可能是因为其由于不适当的激活而保持在未破裂的安瓿112中。落在高于最大阈值的强度测量可指示BIA 200内发生故障。在光源230提供具有370nm的波长的光的那些实施方案中，最小阈值可为大约0.02μW/cm，并且最大阈值可为0.10μW/cm2。在传感器240是由日本滨松光子学株式会社(Hamamatsu)制造的硅光电二极管S2386-5K的那些实施方案中，这些最小值和最大值应该分别从传感器240输出为0.47伏、2.2伏。在一些实施方案中，用于确认适当激活的强度测量在SCBI 100被插入凹陷210中之后立即进行，或者在SCBI 100被插入凹陷210中长达大约300秒之后进行。在某些实施方案中，强度测量在SCBI100被插入凹陷210中大约70秒后进行。可以这种方式确定SCBI激活，其具有高达大约90％至95％的准确性。来自光源230的强度的变化以及由加热元件212维持的SCBI 100中的温度的变化可能阻止实现更高的准确性。
因此，建议用其它确认方法和形式诸如由用户执行的视觉确认来补充这种确认形式，或者基于生长培养基和SCBI 100的其它组分的淬灭效应的以下方法。
淬灭可通过计算在第一时间进行的第一荧光强度测量与第二时间进行的第二荧光强度测量之间的差值或比率来确定。淬灭效应在液体中通常比在固体中更明显，因为液体中的分子比固体中的分子碰撞得更频繁。与有色生长培养基(包括含有4-MU的那些，诸如SCBI 100中所用的那些)相比，包含聚碳酸酯和环烯烃的塑性材料，特别是医疗装置中常用的澄清或透明塑性材料，由于加热而表现出相对小的荧光下降。例如，在从室温加热至介于50℃至60℃之间并且维持在较高温度下约四分钟之后，塑性材料表现出介于大约0％和5％之间的淬灭效应，即荧光强度的降低，而生长培养基表现出介于大约5％和25％之间的淬灭效应。
因此，BIA 200可用于：1)在第一时间进行第一荧光强度测量，2)通过加热SCBI100来使SCBI 100的荧光淬灭，3)在第一时间之后的第二时间进行第二荧光强度测量，4)通过计算两个测量之间的差值或比率来比较第一荧光强度测量和第二荧光强度测量，以确定淬灭程度，5)确定淬灭程度是对应于仅来自SCBI 100的固体或非液体组分的淬灭还是另外对应于来自生长培养基的淬灭，以及6)指示SCBI 100是否被不适当地激活。
第一荧光强度测量可在第一时间，即在SCBI 100被插入凹陷210中之后大约0秒至大约100秒之间进行。第二荧光强度测量可在第二时间，即在第一时间之后大约0秒至大约300秒之间进行。在某些实施方案中，第一时间是在SCBI 100被插入凹陷210中之后大约70秒，并且第二时间是在第一时间之后大约210秒(或者在SCBI 100被插入凹陷210中之后280秒)。
可以各种方式由处理器220进行比较和确定步骤。例如，处理器220可计算第二测量和第一测量之间的差值，并且将该差值与存储在存储器280中的阈值进行比较，该阈值对应于来自固体材料和生长培养基的淬灭程度。另选地，处理器220可计算第二测量和第一测量之间的比率，并且将该比率与存储在存储器280中的阈值进行比较，该阈值对应于来自固体材料和生长培养基的淬灭程度。当BIA 200执行两次激活检查(一次是确定单个强度值是否在预期的最小阈值和最大阈值之间，并且另一次是确定两个强度值是否对应于预期程度的荧光淬灭)时，可高度准确地确认适当激活，至少高达99％。
指示步骤可采取处理器220的形式，从而导致消息显示在显示器250上，该消息说明SCBI 100是被适当地激活还是被不适当地激活。另选地或除此之外，在确定SCBI 100被不适当地激活时，BIA 200可发出警报。
为了增强非液体组分和生长培养基在经受加热时经历的淬灭程度的差异，可修改非液体组分和生长培养基的淬灭特性。具体地，对于生长培养基，加热对淬灭的影响可增加，而对于非液体组分，加热对淬灭的影响可减少。这样做可有利于基于来自由传感器240进行的光强度测量的淬灭计算来区分非液体组分和生长培养基。继而，此类修改可基于关于SCBI 100是否已被适当地激活的淬灭计算来增加确定的可靠性。例如，淬灭剂(诸如苯胺、溴苯、丙烯酰胺、过氧化氢、咪唑、吲哚或琥珀酰亚胺)可通过例如共混添加到生长培养基。氧气也可被认为是淬灭剂。生长培养基在海平面上具有大约37mg/L的的氧气含量。因此，氧气含量可增加至大约40mg/L、大约45mg/L或更大，以增加由热引起的生长培养基的淬灭。金属离子也可被认为是淬灭剂。示例性金属离子淬灭剂包括：Co2+、Ni2+、Cu2+、Hg2+、Pb2+、Ag+、Cr3+和Fe3+。
除此之外或另选地，可改性生长培养基以具有较高的pH。在某些实施方案中，生长培养基具有介于大约7.7和大约8.7之间的pH。在某些实施方案中，生长培养基的pH可为大约8.2。然而，淬灭效应通常在约10的pH下最大化，因为在该pH下，荧光强度也最大化。因此，生长培养基的pH可增加至大约8.5、大约9、大约9.5和大约10。
为了减少由热引起的SCBI 100的非液体组分(例如，外壳102和插件120)中的淬灭量，非液体组分可由具有低浓度抗氧化剂的材料(例如，环烯烃)和在这些组分中另外发现的可吸收来自由BIA 200执行的测定的UV光的任何其它UV吸收化合物制成。非液体组分也可由UV透明材料诸如石英或低密度聚乙烯制成。
还可利用更大的温度增加来帮助基于淬灭测量区分非液体组分和生长培养基。因为淬灭程度是温度变化的函数，所以较大的温度变化通常比较小的温度变化引起更大的淬灭。尽管此类变化影响生长培养基和SCBI 100的非液体组分的淬灭，但温度的变化对生长培养基的淬灭比对非液体组分的淬灭具有大的影响。因此，通过最大化受限于与评估微生物生长相关的设计约束的温差，可实现以更大的准确性区分对应于非液体组分和生长培养基的淬灭。因此，BIA 200可将SCBI 100加热至高于60℃的温度，以赋予SCBI 100更大的淬灭效应，进一步宣告通过加热赋予的荧光强度的任何差异。类似地，BIA 200可在凹陷210旁边包括冷却元件，该冷却元件可用于在加热SCBI 100之前对其进行冷却，以便增加温度的最终变化，并且因此增加伴随的淬灭效应。
生长培养基中的淬灭可被由生长培养基中的酶产生的荧光产物产生的荧光增加抵消。因此，生长培养基内产生的酶的量应该最小化，这受限于用于确定与所产生的酶相关联的微生物生长所需的设计约束。
图4示出阐述用于确定生物指示器诸如SCBI 100是否已根据前述教导内容中的一些被适当地激活的示例性方法300的流程图。该方法可作为较大方法的一部分执行(例如，作为子例程)，在较大方法中BIA 200监测SCBI由微生物外生长引起的荧光变化。尽管前述教导内容中的各个和每一个并未明确地结合到该示例性方法中，但应当理解，未明确阐述的那些教导内容可结合到用于基于淬灭效应确定生物指示器诸如SCBI 100的激活的方法中。此外，尽管在呈现该方法时参考SCBI 100、BIA 200及其组分，但是应当理解，该方法可用除了SCBI 100之外的其它生物指示器和除了BIA 200之外的其它生物指示器分析仪来实施。
方法300以步骤310开始，其中医疗保健工作者在外壳102和顶盖104之间施加压缩力146以激活SCBI 100。在典型的使用中，步骤310发生在使SCBI经受灭菌程序之后。成功的激活导致导致顶盖104从第一位置移动到第二位置，从而使安瓿112破裂，这允许其中容纳的生长培养基流动到SCBI 100的底部，即插件120的底部表面126和外壳102的底壁144之间。在步骤320中，医疗保健工作者将SCBI 100插入BIA 200的凹陷210中。在步骤330中，BIA200激活加热元件212。在步骤340中，BIA 200使用光源230激发SCBI和传感器240以测量第一光强度来执行SCBI 100的底部的第一测定。步骤340可在步骤320之后大约0秒和大约100秒之间执行。在一些实施方案中，步骤340可发生在步骤330之前。在其它实施方案中，步骤340可发生在步骤330之后。在一些实施方案中，步骤340可在步骤320之后大约70秒执行，而在其它实施方案中，步骤340可在步骤330之后大约70秒执行。在步骤350中，从传感器240输出的测量的第一光强度作为第一电压值被存储在存储装置280中。在步骤360中，处理器220将第一电压值(V1)与最小阈值电压值(Vmin)和最大阈值电压值(Vmax)进行比较。在光源230发射具有370nm的波长的光并且传感器240是由日本滨松光子学株式会社(Hamamatsu)制造的硅光电二极管S2386-5K的那些实施方案中，最小阈值电压值可在大约0.4伏和大约0.5伏之间。例如，最小阈值电压值可为大约0.47伏。最大阈值电压值可介于大约2.1伏和大约2.3伏之间。例如，最大阈值电压值可为大约2.2伏。如果第一电压值小于最小阈值电压值或大于最大阈值电压值，则SCBI 100已被不适当地激活，或BIA 200已发生故障。因此，在步骤370中，该方法被中止。可在显示器250上显示错误消息或可发出警报。如果第一电压值落在最小阈值和最大阈值之间，则SCBI 100已被适当地激活。为了确认SCBI 100是否已被适当地激活，BIA 200继续该方法。
BIA 200在步骤380中执行SCBI 100的第二测定。对于步骤380，BIA200使用光源230来激发SCBI和传感器240以测量第二光强度。步骤380可在步骤340之后大约0秒和大约300秒之间执行。例如，步骤380在步骤340之后大约210秒(即在加热元件212被激活之后大约280秒)执行。在步骤390中，从传感器240输出的测量的第二光强度作为第二电压值(V2)被存储在存储装置280中。
在步骤400中，处理器220计算淬灭度量。例如，淬灭度量可为“淬灭差值”，即第二电压值和第一电压值之间的差值，或者其可采取“淬灭比率”的形式，即第二电压值和第一电压值之间的比率。如果SCBI 100的荧光未被淬灭，则第二电压值应等于或近似等于第一电压值。因此，淬灭差值(“QD”)应等于或近似等于零，并且淬灭比率(“QR”)应等于或近似等于一。如步骤400中所示，淬灭度量为淬灭比率。在步骤410中，处理器确定是否存在最小淬灭(例如，淬灭比率大于大约95％)或大量淬灭(例如，淬灭比率介于75％和95％之间，当SCBI 100被加热到大约57℃时，第一电压值对应于加热元件212被激活之后大约70秒测量的第一光强度，并且第二电压值对应于加热元件212被激活之后大约280秒测量的第二光强度)。最小淬灭表明SCBI 100被不适当地激活，因为生长培养基在经受热时应经历淬灭。当处理器220计算最小淬灭时，执行步骤420，在步骤420中该方法被中止。可在显示器250上显示错误消息或可发出警报。然而，当处理器220计算大量淬灭时，BIA 200根据其主要目的开始其SCBI 100的评估，即监控可归因于微生物生长的生长培养基的荧光的进一步变化，如步骤430所示。
应当理解，本文所述的任何示例和/或实施方案还可包括除上述那些之外或作为上述那些的替代的各种其它特征结构。本文所述的教导内容、表达、实施方案、示例等不应视为彼此独立。参考本文的教导内容，本文的教导内容可进行组合的各种合适方式对于本领域的普通技术人员而言将显而易见。
已经示出和描述了本文所包含的主题的示例性实施方案，可在不脱离权利要求的范围的情况下进行适当修改来实现本文所述的方法和系统的进一步改进。许多此类修改对于本领域的技术人员将显而易见。例如，上文所述的示例、实施方案、几何形状、材料、尺寸、比率、步骤等均为例示性的。因此，权利要求不应受到限于本书面说明和附图中示出的结构和操作的具体细节的限制。
Claims (10)
1.一种用于确认生物指示器已被适当地激活的方法，所述生物指示器包括具有液体生长培养基的安瓿，所述方法包括：
压下所述生物指示器的顶盖；
使所述安瓿破裂；
将所述生物指示器定位到具有加热元件、光源和荧光传感器的生物指示器分析仪中；
在第一时间进行第一荧光强度测量；
通过加热生物指示器使生物指示器的荧光淬灭；
在第一时间之后的第二时间进行第二荧光强度测量，其中加热生物指示器是指所述生长培养基和所述生物指示器的外壳从介于22摄氏度和25摄氏度之间的温度加热至介于50摄氏度和60摄氏度之间的温度；
将所述第二荧光强度与所述第一荧光强度进行比较以获得两者之间的差值或者比率；
确定对应于比较值的液体生长培养基的淬灭程度；
执行两次激活检查，一次是确定单个强度值是否在预期的最小阈值和最大阈值之间，并且另一次是确定两个强度值是否对应于预期程度的荧光淬灭；
确定淬灭程度是对应于仅来自生物指示器的固体或非液体组分的淬灭还是另外对应于来自生长培养基的淬灭；以及
指示生物指示器是否被适当地激活。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括在将所述生物指示器定位到所述生物指示器分析仪中的步骤之前冷却所述生物指示器的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述比较值为所述第二荧光强度和所述第一荧光强度之间的差值。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述比较值为所述第二荧光强度与所述第一荧光强度的比率。
5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括确认所述第一荧光强度值介于最小阈值和最大阈值之间的步骤。
6.一种用于确认生物指示器已被适当地激活的方法，所述生物指示器包括具有液体生长培养基的安瓿，所述方法包括：
使所述安瓿破裂；
将所述生物指示器定位到具有加热元件、光源和荧光传感器的生物指示器分析仪中；
在第一时间进行第一荧光强度测量；
通过加热生物指示器使生物指示器的荧光淬灭；
在第一时间之后的第二时间进行第二荧光强度测量，其中加热生物指示器是指所述生长培养基和所述生物指示器的外壳从介于22摄氏度和25摄氏度之间的温度加热至介于50摄氏度和60摄氏度之间的温度；
将所述第二荧光强度与所述第一荧光强度进行比较以获得两者之间的差值或者比率；
确定对应于比较值的液体生长培养基的淬灭程度；
执行两次激活检查，一次是确定单个强度值是否在预期的最小阈值和最大阈值之间，并且另一次是确定两个强度值是否对应于预期程度的荧光淬灭；
确定淬灭程度是对应于仅来自生物指示器的固体或非液体组分的淬灭还是另外对应于来自生长培养基的淬灭；以及
指示生物指示器是否被适当地激活。
7.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括在将所述生物指示器定位到所述生物指示器分析仪中的步骤之前冷却所述生物指示器的步骤。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述比较值为所述第二荧光强度和所述第一荧光强度之间的差值。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述比较值为所述第二荧光强度与所述第一荧光强度的比率。
10.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括确认所述第一荧光强度落在最小阈值和最大阈值之间的步骤。
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