CN112437676A - 自含式生物指示器 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及自含式生物指示器，其中单种类型的指示器能够用于各种灭菌条件，包括用蒸汽和/或环氧乙烷来灭菌。在一些实施方案中，单种类型的生物指示器能够用于具有变化的温度和灭菌循环的不同蒸汽灭菌条件。
Description
本公开涉及自含式生物指示器，其中单种类型的指示器能够在各种灭菌条件下使用，包括用蒸汽、环氧乙烷和/或其他灭菌剂来灭菌。在一些实施方案中，单种类型的生物指示器能够在具有变化的温度和灭菌模式的不同蒸汽灭菌条件下使用。
背景技术
设备、器械和其他装置的灭菌在医疗保健行业中是至关重要的。例如，医院和其他医疗机构经常对在治疗患者中使用的医疗器械和设备进行灭菌。用于对此类设备进行灭菌的灭菌循环的特定类型可基于待灭菌的特定设备或装置以及基于执行灭菌循环的实体的特定偏好而变化。然而，所有此类灭菌循环或过程通常被设计为杀灭可能原本会污染待灭菌的设备或装置的活生物体。
各种灭菌方法使用不同的循环或技术来灭菌。例如，灭菌可包括向待灭菌的设备或装置施用蒸汽、干热、化学物质(例如，环氧乙烷)或辐射。当待灭菌的设备在高温下是耐热的时，蒸汽灭菌通常是有效的，因为这些物品暴露于温度大致在121℃-135℃范围内的蒸汽。暴露于蒸汽的时间段取决于灭菌温度。例如，待灭菌的设备或器械优选地在132℃暴露于蒸汽灭菌大约三分钟。然而，暴露时间段在121℃可长达30分钟。
其他类型的灭菌涉及使装置或器械暴露于化学剂。用于低温灭菌的常用化学灭菌剂是环氧乙烷气体。通常，对于环氧乙烷灭菌而言，待灭菌的装置暴露于环氧乙烷气体的时间段范围为处于55℃一小时到处于38℃大约四小时。干热灭菌通常涉及使待灭菌的装置暴露于大约180℃或更高的范围内的温度至少两小时。在许多医学应用中，灭菌循环的功效至关重要。
生物指示器通常用于评价和验证各种环境中的灭菌过程的有效性。一般来讲，使嗜热生物体的活的但相对较高耐受性的孢子连同待灭菌的任何装置或器械一起经受灭菌条件。一般来讲，与将因自然污染而存在的大多数其他生物体相比，测试微生物更耐受灭菌循环。申请人已使用能够产生酶的微生物的孢子，该酶催化非荧光底物反应为荧光产物，能够检测该荧光产物以指示存活孢子的存在。
通常，在完成灭菌循环之后，将孢子在营养培养基中温育以确定测试生物体的任一种在该灭菌工序之后是否存活。在常规生物指示器中，对于pH颜色变化指示剂而言，可检测数量的生物体的生长可需要最长24小时。
然后检查生物指示器以确定是否已发生此类生长。申请人使用快速读出技术，该技术基于因在孢子萌发和向外生长期间释放酶而在生长培养基中的温育期间出现荧光响应。当培养基与活孢子接触时，孢子相关酶与培养基中所含的荧光底物相互作用。酶和底物相互作用引起底物裂解而产生荧光检测的化合物。因荧光产物引起的与其他参数关联的荧光强度的分析用于确定灭菌过程是否成功。
一般来讲，生物指示器专为具体循环而设计并且申请人明白没有生物指示器可在所有常用市售灭菌循环下使用。本公开涉及可用于商业蒸汽灭菌循环中的一者或多者的生物指示器。
发明内容
在一些实施方案中，本公开提供了用于确定给定灭菌循环的功效的自含式生物指示器以及包括这些生物指示器的物品。在其他实施方案中，相同生物指示器能够确定大多数或所有蒸汽灭菌循环的功效。在一些实施方案中，生物指示器可在小于60分钟内确定灭菌循环的功效。
在一个方面，本公开提供了自含式生物指示器。在一些实施方案中，自含式生物指示器可包括：壳体；细菌孢子，所述细菌孢子包含和/或能够产生能催化酶底物裂解的酶；以及易碎容器，该易碎容器包含液体组合物，其中该液体组合物包含酶底物。易碎容器适于使得液体组合物能够接触细菌孢子。酶底物的裂解被构造为产生荧光可检测化合物。当液体组合物和细菌孢子接触时，所得混合物的初始pH在7.65至8.9范围内。
在一些实施方案中，自含式生物指示器可包括壳体、生物活性源和可致动容器。该源包含和/或能够产生能催化酶底物裂解的酶。可致动容器包含液体组合物。液体组合物包含酶底物以及生物活性源和/或液体组合物中的有效量的酸性组分和/或碱性组分，使得当将生物活性源和液体组合物组合时，生物活性源和液体组合物的所得混合物的初始pH在7.65至8.9范围内。可致动容器能够被致动以使得液体组合物能够接触细菌孢子。通过酶使酶底物裂解的产物是荧光可检测化合物。生物活性源和/或液体组合物包含有效量的酸性组分和/或碱性组分，使得当将生物活性源和液体组合物组合时，生物活性源和液体组合物的所得混合物的初始pH在7.65至8.9范围内。
任选地，在任何上述实施方案中，自含式生物指示器位于过程挑战装置内部。在自含式生物指示器的任何上述实施方案中，pH范围优选地为7.8至8.4。
在另一个方面，本公开提供了试剂盒。在一些实施方案中，试剂盒可包括生物活性源，该生物活性源包含和/或能够产生能催化酶底物裂解的酶；酶底物；液体组合物，该液体组合物包含酶底物；以及有效量的酸性组分和/或碱性组分，使得当将生物活性源和液体组合物组合时，生物活性源和液体组合物的所得混合物的初始pH在7.65至8.9范围内。通过酶使酶底物裂解的产物能够通过该产物的荧光来检测。在一些实施方案中，试剂盒可包括自含式生物指示器的任何上述实施方案。
在试剂盒的任何上述实施方案中，液体培养基可包含选自以下的组分：酶底物、酸性组分、碱性组分或上述组分中的任何两种或更多种的组合。在试剂盒的任何上述实施方案中，生物活性源可包含分离的酶或多个细菌孢子。
在又一个方面，本公开提供了用于确定灭菌过程的功效的系统。该系统可包括自含式生物指示器的任何上述实施方案和自动读取器。自动读取器可被构造为接收生物指示器的至少一部分，将第一波长的电磁辐射引导到壳体中的液体组合物中，并且检测或测量由荧光产物发射的第二波长的电磁辐射的量。在该系统的任何上述实施方案中，自含式生物指示器适于用于确定选自以下的任何蒸汽灭菌过程的功效：121C重力过程、121C预真空过程、121C SFPP过程、132℃重力过程、132C预真空过程、132C SFPP过程、134C预真空过程、134C SFPP过程、135C重力过程、135C预真空过程和135C SFPP过程。
在又一个方面，本公开提供了用于确定灭菌过程的功效的方法。该方法可包括使生物活性源经灭菌过程处理，其中生物活性源包含和/或能够产生能与荧光酶底物反应而产生荧光产物的酶。在使该源经灭菌过程处理之后，使该源与液体组合物接触，将混合物温育一定时间段，并且检测混合物中形成的荧光产物。使该源与液体组合物接触包括将该源放置成与荧光酶底物发生液体接触。在使该源与液体组合物接触之后，生物活性源和液体组合物的所得混合物的初始pH在7.65至8.9范围内。
在该方法的任何上述实施方案中，将混合物温育一定时间段包括在指定温度下温育混合物。指定温度是适用于检测测试微生物的生长和/或促进生物活性源(例如，测试微生物)中存在或所产生的通过酶所催化的反应的任何温度。在一些实施方案中，指定温度为约37℃至约60℃。
在该方法的任何上述实施方案中，将混合物温育一定时间段包括在指定温度下温育混合物。在该方法的任何上述实施方案中，该时间段是指定时间段，其中指定时间段小于或等于180分钟，其中在指定时间段之后检测到小于阈值量的荧光产物指示灭菌过程的功效。在该方法的任何上述实施方案中，检测荧光产物可包括定量由荧光产物发射的荧光。
任何上述实施方案的自含式生物指示器能够确定选自以下十一个循环的幂集的一个或多个灭菌循环的功效：121℃重力、121℃预真空、121℃SFPP、132℃重力、132℃预真空、132℃SFPP、134℃预真空、134℃SFPP、135℃重力、135℃预真空和135℃SFPP，优选地在小于1小时内进行。参见以下部分中对“幂集”和每个灭菌循环的定义。本发明人已设想了上述循环的每一种可能组合的所有子集，不论是多于一个循环中的单个循环，还是作为可在其中使用单个生物指示器的所选循环集合的一部分。
除非另外指明，否则本文所使用的所有科学和技术术语具有在本领域中普遍使用的含义。本文给出的定义旨在有利于理解本申请中频繁使用的某些术语，并无意排除那些术语在本公开上下文中的合理解释。
除非另外指明，否则说明书和权利要求书中所使用的所有表达特征尺寸、量和物理特性的说明书和权利要求书中的数值在所有情况下均应理解成由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域的技术人员利用本文所公开的教导内容来寻求获得的期望特性而变化。最低程度上说，并且在不试图将等同原则的应用限制到权利要求书的范围内的前提下，至少应当根据所报告的有效位数并通过应用惯常的四舍五入法来解释每个数值参数。虽然在本发明的广泛范围内所示的数值范围和参数为近似值，但在具体实施例中所示的数值是尽可能准确地报告的。然而，任何数值都固有地包含一定的误差，这些误差必定是由在它们相应的试验测量中存在的标准偏差引起。
通过端点表述的数值范围包括该范围内所包括的全部数字(例如，1至5的范围包括例如1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)和该范围内的任何范围。
除非内容另外明确指明，否则如本说明书和所附权利要求中使用的，单数形式“一个”、“一种”和“所述”涵盖具有多个指代物的实施方案。除非内容另外明确指明，否则如本说明书和所附权利要求书中使用的，术语“或”一般以其包括“和/或”的意义采用。
词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况或其它情况下，其它实施方案也可以是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其它实施方案是不可用的，且并非旨在将其它实施方案排除在本发明范围之外。
如本文所用，对于具有n个元素的给定集合S而言，术语“幂集”是指S的幂集和所有可能子集的数学定义，不包括空集但包括S自身，具有每一种组合的1至n个元素，并且被表示为P(S)。申请人注意到，幂集的数学定义包括空集(没有元素的集合)。然而，申请人在此采用的定义排除了空集并且包括具有至少一个元素的所有子集，包括n个元素的全集(S)。一般来讲，幂集包括具有“i”个元素的所有子集，其中i＝1至n-1，以及具有所有n个元素(n)的子集。例如，具有元素a、b和c(n＝3)的子集S的幂集包括以下7个子集：具有一个元素的所有可能子集：{(a),(b),(c)}；具有两个元素的任何可能组合的所有可能子集：{(a,b),(a,c),(b,c)}，以及具有所有3个元素的子集：(a,b,c)。
如本文所用，术语“可致动容器”是指能够在需要时被致动以释放其中的内容物的容器。容器能够例如通过以下方式被致动：取出或移除塞子，致动阀门以将其从“关闭”状态改变为“打开”状态，或以其他方式破坏容器的至少一部分。
术语“易碎容器”是指可作用于其上例如通过使之破裂、使之穿孔、使之破碎、对其进行切割等来释放其内容物的任何容器。
术语“过程挑战装置”(缩写为“PCD”)是指这样的容器，其可包括内部的生物指示器并且包含阻碍灭菌剂到达其内容物(例如，生物指示器)的附加屏障，相比之下，如果物品不在PCD内部，灭菌剂将需要沿该路径行进而到达PCD内部的物品(例如，生物指示器)。PCD也称为“测试包”并且这两个术语在本公开中可互换使用。PCD被设计为模拟用于待灭菌的器械或其他物品的灭菌条件并且通常包括对灭菌过程的所定义的挑战。在其最简单的实施方案中，PCD是密封的容器，其具有入口(例如，孔或穿孔)以便灭菌剂能够到达容器的内部。
术语“荧光可检测化合物”是指易通过荧光来检测的化合物，即使该化合物可能并不总是发荧光并且仅在受到适当波长的能量激发时才发荧光。可用于本专利申请的荧光可检测化合物的示例包括底物与裂解酶的酶促反应的产物，其中底物使用用于检测酶促反应产物的激发波长是不可荧光检测的。可在溶液中或在底物上进行荧光检测。这种化合物的示例是4-甲基伞形酮(4-MU)，其是通过αD葡糖苷酶这种酶对4-甲基伞形酮基-α-D-吡喃葡萄糖苷进行酶解所得的产物。
如通过对上下文中出现的“相邻”的理解，术语“相邻”是指彼此靠近的两个元件(诸如例如，两个层)的相对位置，并且可需要或未必需要彼此接触或者可以具有分开两个元件的一个或多个层。
术语“紧邻”是指两个元件(诸如例如，两个层)彼此紧接和彼此接触的相对位置并且不具有分开两个元件的中间层。然而，术语“紧邻”涵盖以下情况：其中一个或两个元件(例如，层)已用底漆处理，或其表面已通过诸如蚀刻、压花等，或通过可改善粘附性的表面处理诸如电晕或等离子体处理等改性以影响其特性。
如本文所用，“获得结果所用时间”及其首字母缩略词“TTR”和“转变所用时间”是指检测在经灭菌过程处理之后保持活性的生物活性源(例如，酶、测试微生物或孢子)所生成的荧光信号所需的最短时间段。通常，通过使用自动读取器检测荧光信号来确定TTR。
以上发明内容仅仅旨在提供本公开的主题的粗略概述，并不旨在描述本发明的每个公开实施方案或每种实施方式。以下描述更为具体地举例说明了例示性实施方案。在本申请全文中的若干地方，通过示例的列表来提供指导，这些示例可以以各种组合方式使用。在每种情况下，所引用的列表都只用作代表性的组，并且不应被理解为排他性列表。
附图说明
图1表示本公开的示例性生物指示器的示意图。
图2表示本公开的示例性生物指示器的展开图。
图3是快速读出化学过程的示例性描述。
图4示出了4-甲基伞形酮(4-MU)的质子化和去质子化形式。
具体实施方式
在一些实施方案中，本公开涉及自含式生物指示器，该自含式生物指示器包括：
壳体，
细菌孢子，该细菌孢子包含和/或能够产生能催化选自以下的酶底物的裂解的酶，
易碎容器，该易碎容器包含液体组合物，其中液体组合物包含：
酶底物，
其中易碎容器适于使得液体组合物能够接触细菌孢子；
其中酶底物的裂解被构造为产生荧光可检测化合物，
其中，当液体组合物和细菌孢子接触(这可通过例如混合来进行)时，所得混合物的初始pH在7.65至8.9范围内，而在一些实施方案中，该范围优选地为7.8至8.4。
任选地，在一些实施方案中，自含式生物指示器位于过程挑战装置内部。
在一些实施方案中，本公开涉及自含式生物指示器，该自含式生物指示器包括：
壳体；
生物活性源，该源包含和/或能够产生能催化酶底物裂解的酶；
可致动容器，该可致动容器包含液体组合物，其中液体组合物包含酶底物；以及
生物活性源和/或液体组合物中的有效量的酸性组分和/或碱性组分，使得当将生物活性源和液体组合物组合时，生物活性源和液体组合物的所得混合物的初始pH在7.65至8.9范围内；
其中可致动容器适于使得液体组合物能够接触生物活性源；
其中通过酶使酶底物裂解的产物是荧光可检测化合物。
任选地，在一些实施方案中，自含式生物指示器设置在过程挑战装置内部。
另外，本公开提供了用于确定灭菌过程的功效的系统和方法。
壳体
一般来讲，壳体是指定位有生物指示器的其他部件的容器，通常是外容器，其具有不能透过灭菌剂的壁。壳体可位于过程挑战装置内部或可为过程挑战装置自身。在一些实施方案中，壳体可具有可用于产生平坦或大致平面的生物指示器的尺寸。本公开涵盖任何形状和尺寸的壳体。
壳体包含使得灭菌剂能够流动到壳体内部的至少一个开口(灭菌剂路径)。在一些实施方案中，壳体可包括具有开口的主体和关闭该开口的盖件。在一些实施方案中，盖件可能能够完全密封壳体并且消除壳体内部与周围环境之间的任何流体连通(例如，关闭灭菌剂路径)。一般来讲，盖件具有打开位置，在该打开位置中，容器的盖件与主体之间存在开口(例如，间隙)，从而使得液体或气体(例如，灭菌剂)能够流入和流出壳体的内部。盖件还具有关闭位置，在该关闭位置中，开口被密封并且穿过该间隙的任何流体流均被消除。在其他实施方案中，盖件可包括通气口，即使存在盖件并且盖件处于关闭位置，这些通气口也使得灭菌剂能够传递到壳体的内部并且形成附加灭菌剂路径。然而，在其他优选的实施方案中，当盖件包括通气口时，将盖件置于关闭位置会同时关闭：(a)容器的盖件与主体之间的间隙以及(b)盖件上存在的通气口，从而基本上关闭灭菌剂路径。
在其他实施方案中，盖件可缺少通气口，并且当盖件处于打开位置时，唯一的灭菌剂路径可穿过壳体的盖件与主体之间的空间(或穿过另一个开口或通气口(如果主体上存在的话))。在一些实施方案中，如果通气口存在于壳体上，则它们位于盖件上。在除壳体的盖件与主体之间的开口之外不存在其他开口的实施方案中，则将盖件置于关闭位置会完全封住壳体的内部，从而阻止壳体的内部与周围环境之间的流体连通。在那些实施方案中，当盖件处于关闭位置时，可密封灭菌剂路径。
生物活性源
本公开的制品包括生物活性源。在某些实施方案中，生物活性源可为多个测试微生物。在某些实施方案中，生物活性源可为多个孢子。另选地或除此之外，生物活性源可为活性酶源。
活性酶源可为：1)源自适当微生物的纯化或分离的酶；2)具有固有酶或通过基因工程添加酶的微生物；或3)微生物，其中已在孢子形成或生长期间添加酶，使得酶与微生物结合或相连，如，在孢子形成期间将酶添加到孢子中，从而结合到孢子内。可用作可用于实践本发明的酶源的优选微生物是处于孢子或营养体状态的细菌或真菌。尤其优选的酶源包括但不限于芽孢杆菌(Bacillus)、梭状芽孢杆菌(Clostridium)、脉孢菌(Neurospora)和假丝酵母(Candida)属微生物。
当将微生物用作活性酶源时，本发明的方法可包括将灭菌循环完成之后保持活性的微生物中的任何一种与水性营养培养基一起温育的步骤。添加此步骤以通过常规技术来确认灭菌条件是否已足以杀灭指示器中的全部微生物，由此指示出灭菌条件是否已足以对灭菌器中的所有物品灭菌。如果以常规方式使用微生物的生长来确认酶测试的结果，则该微生物应为常规用于监测灭菌条件的微生物。这些常规使用的微生物对所采用的灭菌工序的耐性通常比在天然污染物中遇到的大多数有机体高数倍。细菌孢子被公认为是具有最高耐性的微生物生命形式。它是在用于确定设备、化学品和工艺的灭菌功效的所有测试中所选择的生命形态。源自芽孢杆菌属和梭状芽孢杆菌属的孢子最常用于监测采用饱和蒸汽、干热、γ射线照射以及环氧乙烷的灭菌过程。
另选地，在采用分离的酶的情况下，或者在用作酶源的微生物不比天然污染物更耐灭菌条件的情况下，可使常用于监测灭菌条件的另一微生物随该酶源一起暴露于灭菌循环。此外，在这种情况下，本发明的方法可包括将灭菌循环后保留的任何活微生物与水性营养培养基一起温育以确认灭菌功效的步骤。
测试微生物(例如，孢子)
一般来讲，选择尤其耐受给定灭菌过程的测试微生物用于生物指示器。在某些实施方案中，本公开的生物指示器包括已知种类的微生物的活培养物，通常为微生物孢子的形式。至少部分地使用孢子(例如，细菌孢子)而不是微生物的营养体型，因为已知营养体微生物相对容易地被灭菌过程杀灭。另外，孢子还具有良好的存储特性并且能够多年保持其休眠状态。因此，标准化孢子菌株的种菌的灭菌提供在灭菌室中所有微生物已经发生失活的更高可信度。
仅作为示例，本公开将生物指示器中使用的微生物描述为“孢子”；然而应当理解，生物指示器的特定实施方案中使用的微生物的类型(例如，孢子)是针对能耐受所设想的特定灭菌过程来选择的(比通常存在于待灭菌的物品上的微生物的耐受性更大以使得测试微生物的失活指示灭菌成功)。因此，本公开的使用不同灭菌剂的不同实施方案可使用不同的微生物，这取决于特定实施方案有意采用的灭菌过程。
一般来讲，在特定系统中使用的孢子根据手头的灭菌过程进行选择。例如，对于蒸汽灭菌过程而言，可使用嗜热脂肪地芽孢杆菌(Geobacillus stearothermophilus)或嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)。又如，对于环氧乙烷灭菌过程而言，可使用萎缩芽孢杆菌(Bacillus atrophaeus)(以前称为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis))。在一些实施方案中，孢子可包括但不限于如下诸项中的至少一者：嗜热脂肪地芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、萎缩芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)、产孢梭菌(Clostridium sporogenes)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)或它们的组合物。
酶和酶底物
细菌孢子要么包含能够催化酶底物裂解而产生荧光可检测化合物的酶，要么能够产生这种酶，或两者兼有。可用于本公开的生物指示器的酶包括胞外酶和胞内酶，这些酶的活性与通常用于监测灭菌功效的微生物(“测试”微生物或“测试孢子”)中的至少一种的活力关联。在该上下文中，“关联”意指超过背景的酶活性可用于预测测试微生物的生长。酶应为这样的酶，其在对测试微生物亚致死的灭菌循环之后在二十四小时内以及在优选实施方案中在八小时或更短时间内保持足够的活性以与酶的底物反应，而在对测试微生物致死的灭菌循环之后被灭活或活性明显降低。
合适的酶的示例包括α-葡糖苷酶、α-半乳糖苷酶、脂肪酶、酯酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、蛋白酶、氨肽酶、胰凝乳蛋白酶、β-葡糖苷酶、β-半乳糖苷酶、α-葡糖醛酸酶、β-葡糖醛酸酶、磷酸水解酶、纤溶酶、凝血酶、胰蛋白酶、钙蛋白酶、α-甘露糖苷酶、β-甘露糖苷酶、a-L-岩藻糖苷酶、亮氨酸氨肽酶、a-L-阿拉伯呋喃糖苷酶、半胱氨酸氨肽酶、缬氨酸氨肽酶、β-木糖苷酶、α-L-艾杜糖醛酸酶、葡聚糖酶、纤维二糖糖苷酶、纤维素酶、α-阿拉伯糖苷酶、聚糖酶、硫酸酯酶、丁酸盐、糖苷酶、阿拉伯糖苷以及上述酶中的任何两种或更多种的组合物。在本公开的制品、试剂盒、系统和方法的某些实施方案中，其中使用的生物活性源包括任何上述合适的酶的分离形式或以其他方式纯化的形式。
在本申请的上下文中，酶底物包括在酶对其起作用时会将其转化为酶修饰产物的一种物质或物质混合物。尽管优选的底物产生荧光可检测化合物，但是在其他实施方案中，酶促作用的产物可为发光或有色的材料。然而，在其他实施方案中，酶底物可由某化合物组成，该化合物在与酶反应时将产生产物，该产物将与附加化合物或组合物反应而产生发光、发荧光或有色的材料。优选地，如果底物要在灭菌期间包括在指示器装置中，则底物不应在灭菌或温育期间自发地分解或转化为可检测产物。例如，在用于监测蒸汽和干热灭菌的装置中，底物必须在约20℃与180℃之间的温度下稳定。还优选地，在酶底物要与常规生长培养基包括在一起的情况下，酶底物必须在生长培养基中稳定，例如不会在生长培养基中自发荧光。
一般来讲，有两种基本类型的酶底物可用于本公开的生物指示器。第一类型的底物可为荧光的(或显色的)，并且可以以诸如AB的化学式给出。当通过酶对其起作用时，AB分解成产物A和B。B例如可为发荧光的或有色的。该类型的荧光底物的具体示例是4-甲基伞形酮基的盐。该类型的其他荧光底物包括4-甲基伞形酮基、7-酰氨基-4-甲基香豆素(7-AMC)、吲哚酚和荧光素的衍生物。该类型的显色底物的示例是5-溴-4-氯-3-吲哚基磷酸盐。在存在磷酸酶的情况下，底物将分解成靛蓝和磷酸盐。该类型的其他显色底物包括下列5-溴-4-氯-3-吲哚基、硝基酚和酚酞的衍生物。
第二类型的底物可以以例如化学式CD给出，该CD将由特异性的酶转化成C和D。然而，在这种情况下，C和D都不会发荧光或为有色的，但C或D中的任一者能够进一步与化合物Z反应而产生发荧光或有色的化合物，从而指示酶活性。该类型的具体荧光示例是氨基酸赖氨酸。在存在赖氨酸脱羧酶的情况下，赖氨酸失去CO2分子。于是赖氨酸的剩余部分称为尸胺，它是强碱性的。可掺入诸如4-甲基伞形酮的碱性指示剂，并且该碱性指示剂将在存在强碱的情况下发荧光。该类型的显色底物将为2-萘基磷酸酯。磷酸酶与该底物反应而产生β-萘酚。释放的β-萘酚与包含1-重氮-4-苯甲酰氨基-2,5-二乙氧基苯(可以以“固蓝BB盐”从西格玛化工公司(Sigma Chemical)商购获得)的显色试剂反应而产生紫罗兰色。
如上所述，优选的酶底物在一些实施方案中是荧光底物，其在本文中被定义为能够经酶修饰(例如，通过水解或其他酶促作用)而给出衍生物荧光团的化合物，该衍生物荧光团具有明显改变的或增强的荧光。
本领域技术人员应当理解，合适的荧光化合物本身是非荧光或变荧光(meta-fluorescent)的(即，以与对应酶修饰产物明显不同(例如，在颜色或强度上)的方式发荧光)。就此而言，按照荧光技术用户已知的方式使用适当的激发波长和检测波长将通过酶修饰所形成的荧光信号与可存在的任何其他荧光分开。
合适的酶底物的非限制性示例可包括例如香豆素的衍生物(包括7-羟基香豆素(也称为伞形酮或7-羟基-2H-苯并吡喃-2-酮)衍生物)和4-甲基伞形酮(7-羟基-4-甲基香豆素)衍生物，包括例如：4-甲基伞形酮基α-D-吡喃葡萄糖苷、4-甲基伞形酮基α-D-半乳吡喃糖苷、庚酸4-甲基伞形酮酯、棕榈酸-4-甲基伞形酮酯、油酸-4-甲基伞形酮酯、乙酸-4-甲基伞形酮酯、壬酸-4-甲基伞形酮酯、辛酸-4-甲基伞形酮酯、丁酸-4-甲基伞形酮酯、4-甲基伞形酮基-β-D-纤维二糖苷、4-甲基伞形酮基乙酸酯、4-甲基伞形酮基磷酸酯、4-甲基伞形酮基硫酸酯、肉桂酸-4-甲基伞形酮基-β-三甲基氯化铵、4-甲基伞形酮基-β-D-N,N',N”-三乙酰基壳三糖、4-甲基伞形酮基-β-D-木糖苷、4-甲基伞形酮基-N-乙酰基-β-D-氨基葡糖苷、4-甲基伞形酮基-N-乙酰基-α-D-氨基葡糖苷、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-α-L-阿拉伯呋喃糖苷、4-甲基伞形酮基α-L-阿拉伯糖苷；甲基伞形酮基-β-D-N,N'-二乙酰基壳二糖苷、4-甲基伞形酮基反油酸酯、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-β-D-岩藻糖苷、4-甲基伞形酮酰-α-L-岩藻糖苷、4-甲基伞形酮酰-β-L-岩藻糖苷、4-甲基伞形酮酰-α-D-半乳糖苷、4-甲基伞形酮酰-β-D-半乳糖苷、4-三氟甲基伞形酮酰β-D-半乳糖苷、4-甲基伞形酮基-α-D-葡糖苷、4-甲基伞形酮基-β-D-葡糖苷、4-甲基伞形酮基-7,6-磺基-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡糖苷、4-甲基伞形酮基-β-D-葡糖苷酸、6,8-二氟-4-甲基伞形酮基-β-D-葡糖苷酸、6,8-二氟-4-甲基伞形酮基-β-D-半乳糖苷、6,8-二氟-4-甲基伞形酮基磷酸酯、6,8-二氟-4-甲基伞形酮基β-D-木二糖苷酸。第二底物也可以是7-酰氨基-4-甲基香豆素的衍生物，包括：Ala-Ala-Phe-7-酰氨基-4-甲基香豆素、Boc-Gln-Ala-Arg-7-酰氨基-4-甲基香豆素盐酸盐、Boc-Leu-Ser-Thr-Arg-7-酰氨基-4-甲基香豆素、Boc-Val-Pro-Arg-7-酰氨基-4-甲基香豆素盐酸盐、D-Ala-Leu-Lys-7-酰氨基-4-甲基香豆素、L-丙氨酸-7-酰氨基-4-甲基香豆素三氟乙酸盐、L-甲硫氨酸-7-酰氨基-4-甲基香豆素三氟乙酸盐、L-酪氨酸-7-酰氨基-4-甲基香豆素、Lys-Ala-7-酰氨基-4-甲基香豆素二盐酸盐、N-对甲苯磺酰基-Gly-Pro-Arg-7-酰氨基-4-甲基香豆素盐酸盐、N-琥珀酰-Ala-Ala-Phe-7-酰氨基-4-甲基香豆素、N-琥珀酰-Ala-Ala-Pro-Phe-7-酰氨基-4-甲基香豆素、N-琥珀酰-Ala-Phe-Lys-7-酰氨基-4-甲基香豆素乙酸盐、N-琥珀酰-Leu-Leu-Val-Tyr-7-酰氨基-4-甲基香豆素、D-Val-Leu-Lys-7-酰氨基-4-甲基香豆素、Fmoc-L-谷氨酸1-(7-酰氨基-4-甲基香豆素)、Gly-Pro-7-酰氨基-4-甲基香豆素氢溴酸盐、L-亮氨酸-7-酰氨基-4-甲基香豆素盐酸盐、L-脯氨酸-7-酰氨基-4-甲基香豆素氢溴酸盐；其它7-羟基香豆素衍生物包括3-氰基-7-羟基香豆素(3-氰基伞形酮)和7-羟基香豆素-3-羧酸酯例如7-羟基香豆素-3-羧酸乙酯、7-羟基香豆素-3-羧酸甲酯、3-氰基-4-甲基伞形酮和3-(4-咪唑基)伞形酮；荧光素的衍生物，包括：2',7'-双-(2-羧乙基)-5-(和-6-)羧基荧光素、2',7'-双-(2-羧丙基)-5-(和-6-)-羧基荧光素、5-(和6)-羧基萘荧光素、石荧光素、2',7'-二氯荧光素二乙酸酯、5(6)-羧基荧光素、5(6)-羧基荧光素二乙酸酯、5-(溴甲基)荧光素、5-(碘乙酰氨基)荧光素、5-([4,6-二氯三嗪-2-基]氨基)荧光素盐酸盐、6-羧基荧光素、伊红Y、二乙酸荧光素5-马来酰亚胺、荧光素-O'-乙酸、O'-(羧甲基)荧光素酰胺、蒽荧光素、玫瑰醇(rhodols)、卤代荧光素；罗丹明的衍生物，包括：四甲基罗丹明、羧基四甲基罗丹明、羧基-X-罗丹明、磺酰罗丹明101和罗丹明B；氟代葡糖胺衍生物；苯并蒽染料的衍生物，包括：半萘荧光酮、羧基半萘荧光酮、半萘荧光素、半萘并罗丹氟(seminaphthorhodafluors)；花菁的衍生物，包括磺化五甲川菁和庚甲川菁(septamethine cyanine)。
在一些实施方案中，要检测其活性的酶可选自α-D-葡糖苷酶、胰凝乳蛋白酶或脂肪酸酯酶。就嗜热脂肪芽孢杆菌而言，荧光酶底物优选地为4-甲基伞形酮基-α-D-葡糖苷、7-戊二酰苯丙氨酸-7-酰氨基-4-甲基香豆素或庚酸4-甲基伞形酮酯。如果要检测其活性的酶为α-L-阿拉伯呋喃糖酶(例如衍生自萎缩芽孢杆菌)，则优选的荧光酶底物为4-甲基伞形酮基-α-L-阿拉伯呋喃糖苷。在优选的实施方案中，4-甲基伞形酮基α-D-吡喃葡萄糖苷为用于产生代谢活性的酶底物，并且酶为葡糖苷酶，诸如β-D-葡糖苷酶。
灭菌过程
本公开的生物指示器可用于监测一种或多种类型的灭菌工序的有效性，所述灭菌工序包括使用各种灭菌剂诸如蒸汽(例如，加压蒸汽)、蒸气相过氧化氢(其可包括或可不包括过氧化氢等离子体)、环氧乙烷气体、干热、环氧丙烷气体、甲基溴化物、二氧化氯、甲醛和过乙酸(单独使用或结合另一种材料的蒸气相使用)、臭氧、辐射以及它们的组合的灭菌工序。
在灭菌过程中的至少一些过程中，该过程中包括或者可遇到高温，例如50℃、60℃、100℃、121℃、132℃、134℃、135℃等。另外，可在单个给定灭菌循环内的不同阶段处或在不同灭菌循环中遇到高压和/或真空，例如15psi(1×105Pa)。
在蒸汽为灭菌剂的情况下，灭菌温度可包括121℃、132℃、134℃、135℃。本发明生物指示器适用于每个上述温度下的蒸汽灭菌循环，并且对于每个温度而言，该循环可具有选自重力、预真空(“pre-vac”)和蒸汽喷冲压力脉冲(SFPP)的不同空气去除过程。这些循环中的每个循环可具有不同暴露时间，这取决于待灭菌的器械/装置的类型。在本公开中，预真空和SFPP也被标记为动态空气去除(DAR)循环。
下面示出了可在其中使用本发明生物指示器的示例性蒸汽灭菌循环的表格表示：
在本公开中，术语“T重力”灭菌循环是指灭菌温度为T℃并且因蒸汽驱替而从灭菌室去除(调理)空气的蒸汽过程。在这种情况下，当蒸汽进入室时，重力引起更重的气体(空气)经由灭菌器排放管离开室。一般来讲，重力循环需要更多的暴露时间，因为空气去除方法本质上更被动。例如，“121重力”循环是在重力调理下于121℃进行的蒸汽灭菌。
“T预真空”灭菌循环是指灭菌温度为T℃并且通过机械真空抽空与蒸汽注入相结合来进行空气去除的蒸汽过程。作为该调理方法的结果，灭菌室中的压力可在抽空循环期间降至低于大气压值并且可在引入蒸汽时升至正压力。例如，“121预真空”灭菌循环是指灭菌温度为121℃并且经由真空抽空来进行调理的蒸汽过程。
“T SFPP”灭菌循环是指灭菌温度为T℃并且通过一系列加压和蒸汽喷冲来进行调理的蒸汽过程。在SFPP过程期间，室中的压力未降至低于大气压(未抽真空)。例如，“121SFPP循环是指灭菌温度为121℃并且经由蒸汽喷冲压力脉冲来进行调理的蒸汽过程。
在本公开中，“动态空气去除”循环是指使用预真空或SFPP调理的灭菌循环。
在其他实施方案中，本公开的生物指示器可用于监测使用氧化性灭菌剂的蒸气相灭菌工序的有效性。在一些实施方案中，生物指示器可用于监测本领域已知的任何过氧化氢灭菌工序的有效性。更优选地，生物指示器可用于监测过氧化氢蒸气相灭菌工序的有效性。
虽然含水过氧化氢(H2O2)作为灭菌剂具有长期的使用史，但在过去的十年中已形成了蒸气相过氧化氢(VPHP)灭菌的概念。此过程为杀灭宽泛范围的微生物的低温灭菌过程，所述微生物包括常用作挑战生物体以评价和验证医院中的灭菌循环的有效性的产细菌内生袍子的细菌。过氧化氢的主要优点为其短暴露循环时间(几分钟)。此外，在过氧化氢灭菌过程结束时，仅空气和水保留在室中。显然，本文所述的生物指示器的新型特征促进了快速读出式过氧化氢生物指示器的开发。
一般来讲，灭菌过程包括将本公开的生物指示器放置在灭菌器中。在一些实施方案中，灭菌器包括灭菌室，灭菌室可被尺寸确定成容纳多个待灭菌的制品，并且装备有从灭菌室中排出空气和/或其他气体的装置和用于向灭菌室添加灭菌剂的装置。自含式生物指示器可定位在灭菌器中最难以灭菌的区域中。另选地，生物指示器可定位在过程挑战装置中以模拟灭菌条件，其中可能不会像更有利的灭菌情形那样直接地递送灭菌剂。
可在将灭菌室中存在的任何空气或其他气体的至少一部分排出室后，将灭菌剂加入室中。另选地，也可在不排放室的情况下将灭菌剂加入室中。一系列的排放步骤可以用来确保灭菌剂到达灭菌室中所有需要的区域并且接触所有需要的待灭菌制品，包括生物指示器。
自含式生物指示器能够确定选自以下十一个循环的幂集的一个或多个蒸汽灭菌循环的功效：121C重力、121C预真空、121C SFPP、132C重力、132C预真空、132C SFPP、134C预真空、134C SFPP、135C重力、135C预真空和135C SFPP，优选地在小于1小时内进行。
影响pH的组分
在一些实施方案中，本公开的自含式生物指示器包含设置在壳体中的有效的第一量的酸性组分和/或有效的第二量的碱性组分。第一量和/或第二量在存在于壳体中时是有效的，使得当将本文所述的生物活性源(例如，测试微生物、孢子或酶活性)和液体组合物组合(例如，在壳体中)时，生物活性源和液体组合物的所得混合物的初始pH在7.65至8.9范围内。
所得混合物的初始pH可受到生物灭菌指示器中的一种或多种组分的影响，该一种或多种组分包括例如(例如，以液体组合物和/或干燥形式)设置在壳体中的生物活性源和一种或多种营养物质或其他化合物。
酸性组分包括基本上不会抑制所得混合物中的孢子和/或测试微生物的生长、萌发或检测的一种或多种酸性化合物。另选地或除此之外，酸性组分包括基本上不会抑制所得混合物中的生物活性源(例如，酶活性)的检测的一种或多种酸性化合物。
碱性组分包括基本上不会抑制所得混合物中的孢子和/或测试微生物的生长、萌发或检测的一种或多种碱性化合物。另选地或除此之外，碱性组分包括基本上不会抑制所得混合物中的生物活性源(例如，酶活性)的检测的一种或多种碱性化合物。
酸性组分和/或碱性组分可存在于壳体中的液体组合物中。另选地或除此之外，酸性组分和/或碱性组分可与生物活性源(例如，测试微生物、孢子或酶活性)混合地并任选干燥地存在于壳体中。在一些实施方案中，酸性组分和/或碱性组分可包括缓冲剂。在一些实施方案中，缓冲剂可设置在液体组合物中。在一些实施方案中，缓冲剂可与液体组合物分开地设置在壳体中。在一些实施方案中，缓冲剂可以以干燥形式与生物活性源(例如，测试微生物、孢子和/或酶活性)分开地或混合地设置。在一些实施方案中，缓冲剂可设置在液体组合物中并且可与液体组合物分开地设置在壳体中。
液体组合物
液体组合物位于可致动(例如，易碎)容器中并且包含一种或多种上述酶底物。在某些实施方案中，酶底物是4-甲基伞形酮基-α-D-葡糖苷(MUG)。在一些实施方案中，液体组合物还可包含孢子的营养物质，诸如使得任何活的存活孢子能够萌发和/或生长的萌发营养物质。在一些优选的实施方案中，液体组合物的溶剂是水。营养物质的组合形成营养培养基并且与酶底物和其他非营养组分(诸如指示剂、缓冲组分、盐等，参见下文)一起形成液体组合物。
最初可将合适的营养物质以干燥形式(例如，粉末形式、片剂形式、囊片形式、胶囊形式、膜或包衣、截留在小珠或其他载体中、另一种合适的形状或构型、或它们的组合)提供，然后与合适的溶剂组合而提供液体组合物，随后将液体组合物放置在可致动容器中。
液体培养基中的营养物质可包括一种或多种糖，包括但不限于葡萄糖、果糖、右旋糖、麦芽糖、海藻糖、纤维二糖等或它们的组合物。另选地，营养物质可包括复合培养基，诸如蛋白胨、胰蛋白胨、植物蛋白胨、酵母提取物、大豆酪蛋白消化物、其他提取物、水解产物等或它们的组合物。在其他实施方案中，液体组合物中的营养物质表示一种或多种复合培养基组分和其他具体营养物质的组合。营养培养基还可包括盐，包括但不限于氯化钠、氯化钾、氯化钙等或它们的组合物。在一些实施方案中，营养物质还可包括至少一种氨基酸，包括但不限于甲硫氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸、酪氨酸和色氨酸中的至少一者。
作为自含式生物指示器的一部分，包含营养物质、酶底物和其他组分的液体组合物通常存在于整个灭菌工序中但保持分开并且不会被可致动容器中的生物活性源够到直至需要为止。在完成灭菌过程并且使用生物指示器来确定灭菌的功效之后，将液体组合物放置成与孢子接触，从而产生混合物。在本公开中，将液体组合物与孢子一起放置包括激活可致动容器以使得液体组合物被释放并且接触孢子。该过程可包括将液体组合物与孢子混合，诸如手动或机械摇动生物指示器的壳体以使得液体组合物与孢子充分混合。
在本公开中，将孢子和培养基集合在一起的过程称为生物指示器的“激活”。即，术语“激活”及其变型形式在相对于生物指示器使用时，通常是指使一个或多个生物活性源(例如，孢子)与液体组合物(包含例如所关注的孢子的营养培养基和酶底物)流体连通。例如，当含有液体组合物的生物指示器内的可致动容器至少部分地破碎、穿孔、刺穿、压碎、断裂、破裂等，使得培养基已被放置为与生物活性源流体连通时，该生物指示器可被描述为已被“激活”。换句话说，当生物活性源已暴露于先前与生物活性源单独地容纳的液体组合物时，生物指示器已被激活。
在一些优选的实施方案中，在激活之后通过将液体组合物与孢子混合而产生的混合物在已完成灭菌循环之后在生物指示器的壳体内保持分离，并且在激活期间或之后未向其添加附加试剂或组分。如果孢子是活的并且生长，则细菌所产生的酶催化酶底物裂解，从而产生荧光可检测化合物。这意味着相同容器(壳体)中的相同溶液用于三个单独事件：(a)孢子萌发/生长(如果孢子是活的话)，(b)酶底物的酶解，从而产生荧光可检测化合物，以及(c)荧光可检测化合物的荧光检测。
本发明人已开发了用于自含式生物指示器的液体组合物，使得上述三个事件可在对裂解和荧光检测使用相同萌发/生长溶液的相同容器中发生。在一些实施方案中，本发明人已证实，为了能够确定给定灭菌循环的成功，通过将液体组合物与孢子混合而产生的混合物的pH为7.65至8.9。在其他实施方案中，pH范围为7.8至8.4。令人惊讶的是，该pH不是生长的最适pH，也不是酶解的最适pH，也不是检测荧光的最适pH。然而，本发明人已证实，除其他因素外，当混合物的pH在7.65至8.9的范围之间时，自含式生物指示器可成功地确定灭菌循环的成功，该灭菌循环诸如为选自以下十一个循环的幂集的任何蒸汽灭菌循环：121重力、121预真空、121SFPP、132重力、132预真空、132SFPP、134预真空、134SFPP、135重力、135预真空和135SFPP，优选地在小于1小时内、更优选地在小于30分钟内进行。
当酶底物4-甲基伞形酮基-α-D-葡糖苷经酶(例如，α-D-葡糖苷酶)水解而产生作为荧光可检测化合物的4-MU时，本发明人发现，可按照4-MU的羟基的质子化和去质子化形式的相对比例来解释荧光强度。4-MU的羟基的质子化和去质子化形式在pKa为7.8时处于平衡状态(图4)。当pH低于pKa时，质子化形式占优势，并且当pH高于pKa时，去质子化形式占优势。
本发明人已发现，在本公开的制品和方法中，其中酶底物包含荧光团组分；当通过酶使该荧光团组分与酶底物分离时，该荧光团组分由7-羟基-2H-苯并吡喃-2-酮或其衍生物组成；并且其中由液体组合物和生物活性源形成的混合物的初始pH大于或等于7-羟基-2H-苯并吡喃-2-酮或其衍生物的pKa，即使高于7.8的pH对于孢子的萌发、大多数营养体测试微生物的生长或用于确定灭菌过程的有效性的大多数酶活性不是最适的，也能够在经灭菌过程处理之后更快速地检测生物活性源。
合适的荧光团组分包括但不限于选自以下的荧光团组分：4-甲基-5-氟-2H-苯并吡喃-2-酮、4-甲基-6-氟-2H-苯并吡喃-2-酮、4-甲基-8-氟-2H-苯并吡喃-2-酮、4-甲基-6,8-二氟-2H-苯并吡喃-2-酮、4-甲基-6-氯-2H-苯并吡喃-2-酮以及4-甲基乙酸酯-6-氟-2H-苯并吡喃-2-酮。
在一些实施方案中，液体组合物可包含缓冲溶液。缓冲溶液的离子条件应使得酶和酶底物不受影响。在一些实施方案中，缓冲溶液用作液体组合物的一部分，诸如磷酸盐缓冲液(例如，磷酸盐缓冲盐水溶液、磷酸钾或磷酸氢二钾)、三(羟甲基)氨基甲烷-HCl溶液或乙酸盐缓冲液或本领域已知的适用于灭菌的任何其他缓冲液。适用于本发明生物指示器的缓冲液应与用作液体组合物的一部分的荧光酶底物和显色酶底物相容。在选择缓冲液时的另一个考虑是它们对酶活性的影响。例如，磷酸盐缓冲盐水包含相对较高浓度的无机磷酸盐，其是碱性磷酸酶的竞争性抑制剂。因此，对于该酶而言，建议使用Tris-HCl缓冲液。缓冲溶液的强度可为0.05M至0.5M，优选地0.05M至0.25M，更优选地0.05M至0.15M，甚至更优选地约0.1M。
存在于液体组合物中的酶底物的浓度取决于特定底物和酶的种类、为能在视觉上或通过仪器检测而必须生成的酶产物的量以及为确定活性酶是否存在于反应混合物中而愿意等待的时间量。优选地，酶底物的量足以在灭菌循环之后约八小时的时间段内与存在的任何残余活性酶反应，使得产生至少10-8摩尔酶修饰产物。在酶底物是4-甲基伞形酮基衍生物的情况下，本发明人已发现，其在水性缓冲溶液中的浓度优选地在约10-5与10-3摩尔之间。
尽管缓冲溶液的使用可有助于为酶和其底物提供稳定的反应条件，但是本发明人能够在不使用缓冲溶液的条件下成功检测生物活性(孢子萌发和生长)。因此，在一些实施方案中，液体组合物仅包含被调节至合适的pH但未添加缓冲体系的溶液。然而，在其他实施方案中，液体组合物包含缓冲溶液。
在一些实施方案中，生物指示器可包含可有利于检测测试微生物(例如，孢子)的另一种代谢活性的附加指示剂化合物(除可产生荧光可检测化合物的酶底物之外)。该附加代谢活性也可为酶活性。指示剂化合物的非限制性示例包括显色酶底物(例如，在可见光谱中可观察到)、pH指示剂、氧化还原指示剂、化学发光酶底物、染料、以及上述指示剂化合物中的任何两种或更多种的组合。
在一些实施方案中，附加指示剂是pH指示剂，其在pH降低时产生颜色变化，从而指示测试微生物的生长。在一些实施方案中，pH指示剂是溴甲酚紫。pH指示剂可用于检测第二生物活性诸如碳水化合物向酸性终产物的发酵(表明测试微生物的存活)，和酶生物活性诸如α-D-葡糖苷酶酶活性。例如，这些活性可指示在生物指示器经灭菌过程处理之后存在或不存在活的孢子。例如，溴甲酚紫可以约0.03g/L的浓度用于水性混合物中。4-甲基伞形酮基-α-D-葡糖苷可例如以约0.05至约0.5g/L(如约0.05g/L、约0.06g/L、约0.07g/L、约0.08g/L、约0.09g/L、约0.1g/L、约0.15g/L、约0.2g/L、约0.25g/L、约0.3g/L、约0.35g/L、约0.4g/L、约0.45g/L、约0.5g/L)的浓度用于水性混合物中。
溴甲酚紫和4-甲基伞形酮基-α-D-葡糖苷的组合表示根据本公开的酶底物和附加指示剂的优选组合，但可以在本公开的范围内设想到其他组合。在又一其他实施方案中，生物指示器不包含pH指示剂。
在一些情况下，生物指示器的一个或多个部件(例如，壳体中的缝隙、孢子的底物或载体、容器的壁等)可保留残余的氧化性灭菌剂。这可伴随例如过氧化氢蒸气和其他蒸气灭菌剂(诸如臭氧和过乙酸)而出现。例如，某些载体材料(例如亲水性的那些，诸如玻璃纤维和纤维素材料)可保留残余的氧化性灭菌剂，特别是过氧化氢。在此上下文中，“残余的”是指抑制少量存活孢子生长的保留下来的灭菌剂的量。通常，这意味着每微克载体保留有超过10微克灭菌剂。在某些情况下，残余的灭菌剂的量可大于40微克灭菌剂/毫升生长培养基。作为比较，如果载体材料具有大于90°的接触角，则其为疏水性的，并且每微克载体通常保留有不超过10微克的灭菌剂。
因此，在一些实施方案中，生物指示器包含一种或多种中和剂，该一种或多种中和剂不是酶，也不是设置在生物指示器内的金属催化剂。中和剂为与残余的灭菌剂(如，过氧化氢)反应以中和其效果的化合物或材料，其中该中和剂不是酶，也不是金属催化剂。酶中和剂通常在高温下不稳定，因而是不可取的。
中和剂的合适示例包括含硫材料(例如甲硫氨酸、L-半胱氨酸、D-乙硫氨酸、S-甲基-L-半胱氨酸、S-苄基-L-半胱氨酸、硫代硫酸钠、谷胱甘肽、L-胱硫醚、N-乙酰基-L-半胱氨酸、羧甲基半胱氨酸、D,L-高半胱氨酸、D,L-高半胱氨酸-硫代内酯、和硫代二丙酸)和非含硫材料(例如异抗坏血酸、铁氰化钾、和丙酮酸钠)。可使用这些中和剂的各种组合。优选的中和剂包括甲硫氨酸、L-半胱氨酸、D-乙硫氨酸、S-甲基-L-半胱氨酸、S-苄基-L-半胱氨酸、硫代硫酸钠、硫代二丙酸、异抗坏血酸、铁氰化钾、丙酮酸钠、以及它们的组合物。
酶活性的检测和成功灭菌过程的确定
在另一个方面，本公开提供了用于确定灭菌过程的功效的方法。在任何实施方案中，该方法包括使生物活性源经灭菌过程处理。生物活性源可为本文所述的任何合适的生物活性源(例如，测试微生物、孢子、酶活性)。生物活性源可设置在本文所公开的灭菌过程指示器的任何实施方案中。另选地，生物活性源可设置在容器(例如，管)中或基底(例如，纸条、载玻片或纱线)上。使生物活性源经灭菌过程处理包括将其上(或其中)设置有生物活性源的制品放置到容器(例如，自动灭菌器)中，在该容器中进行灭菌过程。
在该方法的任何实施方案中，生物活性源包含和/或能够产生能与荧光酶底物反应而产生荧光产物的酶，如本文所述。
在使生物活性源经灭菌过程处理之后，该方法包括使生物活性源与液体组合物接触。液体组合物可为根据本公开的任何合适的液体组合物(例如，水性液体组合物)。使该源与液体组合物接触包括将生物活性源放置成与荧光酶底物发生液体接触。在生物活性源设置在容器(例如，管)中的某些实施方案中，将生物活性源放置成与荧光酶底物发生液体接触可包括(例如通过移液管)将液体组合物添加到包含生物活性源的容器中。在生物活性源设置在根据本公开的自含式灭菌过程指示器中的某些实施方案中，将生物活性源放置成与荧光酶底物发生液体接触可包括致动该容器以释放如本文所述的液体组合物。任选地，在将生物活性源放置成与荧光酶底物发生液体接触之后，可(例如通过手动或机械搅拌或涡流作用)混合这些组分。在使该源与液体组合物接触之后，生物活性源和液体组合物的所得混合物的初始pH在7.65至8.9范围内。在一些实施方案中，所得液体混合物的初始pH在7.8至8.4范围内。
在使生物活性源与液体组合物接触之后，该方法包括将混合物温育一定时间段。将混合物温育一定时间段包括在指定温度下温育混合物。指定温度可为本文所述的用于测试微生物和/或酶活性的任何合适的温育温度。时间段可为本文所述的任何合适的温育时间段。在某些实施方案中，指定时间段少于8小时，在一些实施方案中，少于1小时，在一些实施方案中，少于30分钟，在一些实施方案中，少于15分钟，在一些实施方案中，少于5分钟，并且在一些实施方案中，少于1分钟。在其他实施方案中，用于本公开的生物指示器的合适温育时间为10分钟至1小时、或10分钟至50分钟、或10分钟至30分钟、或10分钟至20分钟、或10分钟至25分钟、或15分钟至30分钟、或15分钟至25分钟、或15分钟至20分钟。
在将混合物温育一定时间段期间和/或之后，该方法包括检测混合物中形成的荧光产物。检测荧光产物包括将电磁辐射(例如，电磁能的紫外光谱内的辐射)引导到混合物中并且检测由混合物中的荧光产物发射的电磁辐射(例如，电磁能的紫外光谱或可见光谱内的辐射)，如本文所述。在某些实施方案中，检测由荧光产物发射的电磁辐射包括使用自动检测器(例如，如本文所述的自动读取器)来检测电磁辐射。
在任何实施方案中，检测荧光产物包括检测由荧光产物发射的荧光的量。在任何实施方案中，可将所检测的荧光的量与阈值量进行比较。在任何实施方案中，可将在第一指定时间段之后检测的荧光的第一量与在第二指定时间段之后检测的荧光的第二量进行比较。在某些实施方案中，检测到荧光产物的至少阈值量指示灭菌过程缺乏功效。
在某些实施方案中，根据本公开的方法可用于确定使用灭菌剂的灭菌过程的功效，该灭菌剂选自：蒸汽、环氧乙烷气体、过氧化氢蒸气、甲基溴化物、二氧化氯、甲醛、过乙酸、臭氧、电离辐射以及上述灭菌剂中的任何两种或更多种的组合。
如先前部分中所提及，在指示器经灭菌过程处理之后，可将孢子在营养培养基中温育，以确定在灭菌过程中是否有任何孢子存活，其中孢子生长指示灭菌过程不足以杀死所有的测试微生物。
在一些实施方案中，生物指示器的盖件可在灭菌期间在第一位置中联接到生物指示器的主体，该第一位置保持生物指示器的内部与周围环境之间的流体连通，从而使得灭菌剂能够到达生物指示器的内部。灭菌之后，为了激活生物指示器，可将盖件进一步按压到管上(例如，按压到生物指示器的内部不再与周围环境流体连通的第二位置)以保持无菌并且降低液体组合物的蒸发速率。如先前所提及，液体组合物在灭菌期间保持与可致动容器中的孢子分开，但在灭菌之后通过使可致动容器破碎、穿孔、刺穿、压碎、断裂、破裂等释放到壳体的内部中，作为激活的一部分。
在本公开的一些实施方案中，关闭生物指示器(例如，使生物指示器的一部分(诸如盖件)相对于另一部分移动以密封内部)可包括或引起包含液体组合物的可致动容器的破碎、穿孔等，使得关闭生物指示器引起生物指示器的激活。
激活之后，将通过将液体组合物放置成与孢子接触而产生的混合物继续在一定条件下温育一定时间段，所述条件将足以释放可检测量的酶修饰产物，当然假定任何孢子均保持活性。一般来讲，可通过已知方法检测的产物的量为至少10-8摩尔。优选地，温育条件足以生成至少10-8摩尔的荧光可检测化合物，更优选地，约10-6摩尔至10-5摩尔的荧光可检测化合物。产生可检测量的荧光可检测化合物所需的温育时间和温度将取决于酶和底物的种类以及各自存在于反应混合物中的浓度。一般来讲，所需的温育时间介于约1分钟与12小时之间，并且温育介于约20℃与70℃之间。优选地，在枯草芽孢杆菌或嗜热脂肪地芽孢杆菌是酶的来源的情况下，温育时间为约10分钟至3小时，或10分钟至1小时，或15分钟至1小时，或15分钟至30分钟，或15分钟至25分钟，并且温育温度分别为约30℃至40℃以及约52℃至65℃。
为检测孢子中的可检测变化，可在液体组合物和孢子进行了组合后立即测定生物指示器以获得基线读数。之后，能够检测任何偏离基线读数的可检测变化。生物指示器可连续地或间断地进行监测和测量。在一些实施方案中，可以在测量可检测变化之前执行温育步骤的一部分或全部。在一些实施方案中，温育可在一个温度下(例如，在37℃、在50℃-60℃等温度下)进行，而可检测变化的测量可在另一不同的温度下(例如，在室温、25℃或37℃)进行。在其他实施方案中，温育和荧光测量可在相同温度下进行。
生物指示器的读出时间(即用来确定灭菌过程的有效性的时间)可以在一些实施方案中少于8小时，在一些实施方案中，少于1小时，在一些实施方案中，少于30分钟，在一些实施方案中，少于15分钟，在一些实施方案中，少于5分钟，并且在一些实施方案中，少于1分钟。在其他实施方案中，本公开的生物指示器的读出时间为10分钟至1小时，或10分钟至50分钟，或10分钟至30分钟，或10分钟至20分钟，或10分钟至25分钟，或15分钟至30分钟，或15分钟至25分钟，或15分钟至20分钟。将指示存在活孢子(即，灭菌过程失败)的高于基线读数的荧光的检测可根据本领域已知的任何方法来进行，包括曲线下面积(在时间与荧光强度的关系图中)、监测曲线的斜率变化、使用荧光的阈值等或其两种或更多种技术的组合。
本公开的生物指示器的优点之一是单种类型可用于各种灭菌条件。以下工作实施例示出了单种类型的生物指示器可如何用于所有下列蒸汽灭菌循环：121重力、121预真空、121SFPP、132重力、132预真空、132SFPP、134预真空、134SFPP、135重力、135预真空和135SFPP。为此，生物指示器可用于选自上述集合的循环的任何子集。即，单个生物指示器能够确定一个或多个灭菌循环的功效，该一个或多个灭菌循环选自121重力、121预真空、121SFPP、132重力、132预真空、132SFPP、134预真空、134SFPP、135重力、135预真空和135SFPP的幂集。
除了能够确定任何上述灭菌循环的功效之外，生物指示器还能够在少于一小时内完成该操作。实际上，在一些实施方案中，生物指示器的读出时间少于1小时，在一些实施方案中，少于30分钟，在一些实施方案中，少于15分钟，在其他实施方案中，读出时间为10分钟至1小时，或10分钟至50分钟，或10分钟至30分钟，或10分钟至20分钟，或10分钟至25分钟，或15分钟至30分钟，或15分钟至25分钟，或15分钟至20分钟。
自含式生物指示器的示例性实施方案
现在转到图1和图2，示例性生物指示器100可包括壳体102，该壳体可包括第一部分104和第二部分106(例如盖件)，该第一部分和第二部分适于联接在一起以提供自含式生物指示器。在一些实施方案中，第一部分104和第二部分106可由相同的材料形成，并且在一些实施方案中，第一部分104和第二部分106可由不同的材料形成。壳体102可限定生物指示器100的贮存室103，在其中可定位其他部件并且在灭菌过程期间可导入灭菌剂。
壳体102可由至少一个不透液体的壁限定，诸如第一部分104的壁108和/或第二部分106的壁110。应理解，在不背离本发明的实质和范围的前提下，也可采用一件式一体壳体102，或者第一部分104和第二部分106可具有他形状、维度或相对结构。壳体102(如壁108和110)的合适材料可包括但不限于玻璃、金属(如箔)、聚合物(如聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚亚苯基(PPE)、聚乙烯、聚苯乙烯(PS)、聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA或丙烯酸类树脂)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、环状烯烃聚合物(COP)、环状烯烃共聚物(COC)、聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT))、陶瓷、瓷器或者它们的组合。
在一些实施方案中，生物指示器100还可包括可致动容器120，该可致动容器包含液体(例如，液体组合物)122并且其尺寸被设计成可被接收于生物指示器100内，例如在壳体102的至少一部分内(例如，至少在壳体102的第一部分104内)。可致动容器120可由多种材料形成，包括但不限于金属(如箔)、聚合物(如以上针对壳体102所列举的聚合物的任何一种)、玻璃(如玻璃安瓿)中的一种或多种以及它们的组合。在一些实施方案中，容器120的仅一部分是易碎的，例如，容器120可包括易碎部分或覆盖件(如易碎屏障、膜、隔膜等)。可致动容器120可以具有第一状态和第二状态，第一状态时它是完整的并且液体122包含在其中，第二状态时容器120的至少一部分是破碎的。在容器120的第二状态中，例如当容器120定位在生物指示器100中时，液体122可与生物指示器100的贮存室103流体连通。
如图1和图2中的图示实施方案所示，可以将容器120保持在生物指示器100内的合适位置和/或用嵌件130使其破碎。
壳体102的第一部分104可适于容纳生物指示器100的大部分部件，并且可称为“主体”或“管”、“管状体”、“基座”等。壳体102可包括贮存室103，该贮存室可由壳体102的第一部分104和第二部分106中的一者或两者限定。生物指示器100还可包括被定位为与贮存室103流体连通的孢子或另一种生物活性源115(或孢子座位)。如图1至图2所示，壳体102的第二部分106可包括一个或多个孔口107，以提供壳体102的内部(如贮存室103)与周围环境之间的流体连通。例如，该一个或多个孔口107可在灭菌过程期间提供孢子115与周围环境之间的流体连通，并且可充当进入生物指示器100的入口和充当灭菌剂路径164的入口(下文有更详细的描述)。在一些实施方案中，壳体102的第二部分106可联接到壳体102的第一部分104的第一(例如开口)端101，并且孢子115可定位在壳体102的第一部分104中与第一端101相对的第二(例如封闭)端105处。
在一些实施方案中，屏障或过滤器(例如无菌屏障；未示出)可定位在灭菌剂路径164中(例如在孔口107所形成的入口处)以防止污染性的或外来的生物体、物体或材料进入生物指示器100。这种屏障可包括能透过气体但不能透过微生物的材料，且可通过多种联接方式联接到壳体102，所述联接方式包括但不限于粘合剂、热密封、超声焊接等。另选地，屏障可通过联接到壳体102的第一部分104的支撑结构(诸如第二部分106)来联接到灭菌剂路径164(例如以按扣配合式接合、螺旋配合式接合、压力配合式接合或者它们的组合的方式联接)。在暴露于灭菌剂的过程中，灭菌剂可穿过屏障进入灭菌剂路径164并与孢子115接触。
在一些实施方案中，如图示实施方案中所示，壳体102可包括可至少部分地被内壁(或部分壁)118、突架(ledge)、隔离件(partition)、凸缘等分开的下部114和上部116，在其中可形成开口117，开口117提供下部114和上部116之间的流体连通。在一些实施方案中，壳体102的第一部分104的下部114(有时仅称为“下部114”或“壳体102的下部114”)可适于容纳孢子115或孢子座位。在一些实施方案中，下部114可称为壳体102的“检测部分”或“检测区域”，因为可检查下部114的至少一部分确认孢子生长的迹象。另外，在一些实施方案中，壳体102的第一部分104的上部116(为简单起见，有时称为“上部116”或“壳体102的上部116”)可适于容纳可致动容器120的至少一部分，特别是在激活前。
在一些实施方案中，贮存室103的至少部分地被壳体102的上部116限定的部分可以称为第一室(或贮存室、区、区域或空间)109，贮存室103的至少部分地被壳体102的下部114限定的部分可以称为第二室(或贮存室、区、区域或空间)111。在一些实施方案中，第二室111可以称为“孢子生长室”或“检测室”，并可以包括要检查孢子生存能力以确定灭菌过程功效的空间。
第一室109和第二室111可被定位成彼此流体连通，以使得灭菌剂和液体122能够从(即通过)第一室109移动到第二室111。在一些实施方案中，第一室109与第二室111之间的流体连接程度(例如，连接第一室109和第二室111的开口(诸如开口117)的尺寸)可在激活步骤(即液体122从容器120释放出来)之后增加、与激活步骤同时增加和/或响应于激活步骤而增加。在一些实施方案中，对第一室109(例如，上部116中)与第二室111(例如，下部114中)之间的流体连通(或流体连接的程度)的控制可由嵌件130的至少一部分提供。
在灭菌期间和容器120处于未破碎的第一状态时，容器120可被定位和保持在第一室109中。当容器120处于第一状态时，孢子115可被容纳在第二室111中并与周围环境流体连通。第一室109和第二室111可被构造为使得容器120不存在于第二室111中，并且具体地讲，当容器120处于其未破碎的第一状态时，容器120不存在于第二室111中。当容器120破碎并且液体122被释放到壳体102的内部时，灭菌剂可以在灭菌期间(如，经由第一室109)移入第二室111，并且液体122可以在激活期间(如，从第一室109)移入第二室111。
因此，当容器120处于第一状态时，第一室109和第二室111可彼此流体连通并且与周围环境流体连通(例如，在灭菌期间)。例如，第一室109和第二室111可通过一个或多个孔口107与周围环境流体连通。在一些实施方案中，第一室109和第二室111可以一定方式与周围环境流体连通，使得在灭菌剂进入生物指示器100时第一室109位于第二室111的上游。即，第一室109可定位在灭菌剂入口(例如，一个或多个孔口107)与第二室111之间，并且灭菌剂入口可定位在第一室109的相对侧，而不是第二室111的相对侧。
系统
在另一个方面，本公开提供了可用于确定灭菌过程的功效的系统。该系统包括根据本发明的自含式生物指示器的任何实施方案和自动读取器。自动读取器被构造为i)接收生物指示器的至少一部分，ii)将第一波长的电磁辐射引导到壳体中的液体组合物中，并且iii)检测或测量由荧光产物发射的第二波长的电磁辐射的量。因此，本领域普通技术人员应当认识到，自动读取器尤其包括尺寸被设计成接收生物指示器的位点(例如，室)、紫外电磁辐射源、用于检测和测量从生物指示器发射的荧光的光检测器、用于控制自动读取器的部件的至少一个微处理器。任选地，自动读取器还包括具有用于识别展现出荧光的生物指示器的算法的软件或固件，该荧光指示在经灭菌过程处理之后生物活性源完全失活或生物活性源的至少一部分存活。
在该系统的任何实施方案中，如本文所公开，自含式生物指示器适于用于确定选自以下的任何蒸汽灭菌过程的功效：121℃重力过程、121C预真空过程、121C SFPP过程、132C重力过程、132C预真空过程、132C SFPP过程、134C预真空过程、134C SFPP过程、135C重力过程、135C预真空过程和135C SFPP过程。
试剂盒
在另一个方面，本公开提供了可用于确定灭菌过程的功效的试剂盒。在一个实施方案中，试剂盒包括i)生物活性源，该生物活性源包含和/或能够产生能催化酶底物裂解的酶；ii)酶底物；iii)液体组合物，该液体组合物包含酶底物以及有效量的酸性组分和/或碱性组分，使得当将生物活性源和液体组合物组合时，生物活性源和液体组合物的所得混合物的初始pH在7.65至8.9范围内。通过酶使酶底物裂解的产物能够通过该产物的荧光来检测。当使液体组合物与生物活性源和有效量的酸性组分和/或碱性组分接触时，液体组合物、生物活性源以及有效量的酸性组分和/或碱性组分的所得混合物的初始pH在7.65至8.9范围内。
在另一个实施方案中，试剂盒包括本公开的自含式生物指示器的任何实施方案。
在试剂盒的任何实施方案中，生物活性源包含分离的酶或多个细菌孢子。
实施例
设备：
每个相应实施例中列出了每个研究中使用的灭菌器。对于H2O2灭菌过程而言，如每个实施例中所指示，使用一个或多个以下灭菌器：
100NX系统，可购自加利福尼亚州尔湾的高级灭菌产品公司(Advanced Sterilization Products,Irvine,CA)；
100S系统，可购自加利福尼亚州尔湾的高级灭菌产品公司(AdvancedSterilization Products,Irvine,CA)；和/或STERILUCENTTM PSD-85灭菌器，可购自明尼苏达州明尼阿波利斯的Sterilucent公司(Sterilucent,Inc.,Minneapolis,MN)。对于蒸汽灭菌过程而言，如每个实施例中所指示，使用一个或多个以下灭菌器：蒸汽抗力仪，可购自纽约州罗切斯特的H&W科技公司(H&W Technology,Rochester,NY)；和AMSCO 3013C灭菌器。
使用商业自动读取器来检测生物指示器中的荧光。每个相应实施例中列出了每个研究中使用的自动读取器。对于H2O2灭菌过程而言，使用3MTM AttestTM 490H自动读取器(明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN))。对于蒸汽灭菌过程而言，使用3MTMAttestTM 490自动读取器(明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN))。
实施例1：生物指示器的制备
孢子载体制备
由3M生产设施使用胰蛋白胨大豆肉汤培养基生产一批嗜热脂肪地芽孢杆菌孢子。收获之后，通过离心洗涤该批孢子并且将其悬浮于去离子水或不同pH目标下的不同浓度0.01M磷酸钾缓冲液中以制备孢子涂层溶液。以1×106菌落形成单位/载体(CFU/载体)的孢子最小恢复种群目标，将孢子涂层溶液涂覆到孢子载体上(美国专利10047334中示出和描述；该专利全文以引用方式并入本文)。载体用于如下所述的自含式生物指示器的组装。
液体组合物的制备
在用于监测蒸汽灭菌过程的自含式生物指示器中使用复合营养培养基，该培养基适用于嗜热脂肪地芽孢杆菌孢子的萌发、生长和生长检测。该培养基包含去离子水、蛋白胨、氨基酸、发酵性碳水化合物、溴甲酚紫和300mg/L MUG。除非另外指明，否则根据需要使用HCl或NaOH调节营养培养基的pH。每个安瓿包含约0.5mL的营养培养基。
在用于监测过氧化氢灭菌过程的自含式生物指示器中使用类似的培养基，不同的是液体组合物还包含中和剂化合物(L-甲硫氨酸)，如美国专利8975067中所述；该文献全文以引用方式并入本文。
制备营养培养基，将其分装到玻璃安瓿中(每个安瓿0.5mL)并且进行高压灭菌，之后用于自含式生物指示器的组装。
自含式生物指示器的组装
如美国专利10047334中所述的那样使用如其中示出和描述的部件来组装自含式生物指示器。
实施例2：孢子涂层pH对经H2O2灭菌过程处理后存活的孢子的检测的效应。
研究孢子涂层溶液pH的影响。在暴露于过氧化氢灭菌剂之后分析490H自动读取器(可购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN))中检测到的荧光信号。
使用如上所述悬浮于不同pH值下的磷酸盐缓冲液中的孢子来制备生物指示器。生物指示器暴露于STERRAD 100NX灭菌器中使用的亚致死过氧化氢灭菌剂剂量。在暴露于过氧化氢之后，(通过使安瓿破裂并引起液体组合物接触孢子)激活生物指示器并且在490H自动读取器中温育生物指示器。自动读取器被构造为记录在每个生物指示器中检测到阳性荧光所用的时间。表1中呈现了示出转变荧光阳性所用时间的数据。
生物指示器经商业灭菌器(STERRAD 100NX灭菌器)中的亚致死过氧化氢灭菌过程处理(即，在暴露于经这些过程中的一些过程处理的一些生物指示器中至少有一些孢子存活)。
表1：孢子涂层pH对转变荧光阳性所用时间结果的效应
在所测试的缓冲液当中，数据比较表明，孢子涂层溶液缓冲液调节至pH 8的生物指示器具有最快的转变荧光阳性所用时间结果且一致性更好，没有拖尾效应或离散。相比之下，在pH 6或pH 7下缓冲的孢子涂层具有更高的标准偏差。
实施例3：安瓿培养基pH对经H2 O 2灭菌过程处理后存活的孢子的检测的效应。
在使用氢氧化钠和盐酸调节pH的情况下制备不同pH值的安瓿培养基。使用包含调节了pH的培养基的安瓿来制备生物指示器。
生物指示器暴露于STERRAD 100NX H2O2灭菌器中亚致死剂量的过氧化氢灭菌剂。在暴露于过氧化氢之后，(通过使安瓿破裂并引起液体组合物接触孢子)激活生物指示器并且在490H自动读取器中温育生物指示器。自动读取器被构造为记录在每个生物指示器中检测到阳性荧光所用的时间。表2中呈现了代表性的转变荧光阳性所用时间数据。
表2：安瓿培养基pH对获得阳性结果所用时间(TTR)的效应
这些比较数据表明，安瓿培养基调节至pH 8的生物指示器具有最快的转变荧光阳性所用时间且一致性更好，没有拖尾效应或离散，如相对较低的标准偏差所指示。相比之下，pH 7和pH 9的安瓿培养基具有更高的标准偏差。
参照实施例1：pH对孢子中的a-葡糖苷酶活性作用下MUG向4-MU转化的效应。
将如实施例1所述的那样制备的孢子试条和营养培养基放置在NMR管的底部。将具有如表3中所指示的pH值的1mL营养培养基转移到每个NMR管。将氘化水参比物插入NMR管中以实现NMR锁场和匀场而不干扰或稀释BI溶液。将NMR管迅速转移到NMR仪器并且在60℃平衡。基于其单独1H-NMR特性来对MUG和4-MU光谱进行归属，并且通过其质子NMR积分值与MUG的质子积分值相比较来获得各种温育时间段之后4-MU的产率。然后每5-20分钟采集一次质子谱直到反应>65％完成。表3中的数据表明，酶活性令人惊讶地在pH＝8下保持，但在pH＝9下显著下降，并且酶在pH＝10下基本失活。
表3：在60℃温育各种时间段之后pH效应对孢子将MUG酶法转化为4-MU的影响
表3示出了MUG向4-MU的酶法转化在pH 7和8之间并未显著改变，即使荧光信号强度是如此。这些结果支持这样的观点：在培养基pH从7和8改变时观察到的荧光信号的增强可能是由于4-MU平衡态从质子化形式移至去质子化形式，而不是由于MUG向4-MU的转化增加。
实施例4：营养培养基pH对经H2O2灭菌过程处理后存活的孢子的检测的效应。
如实施例1所述的那样组装具有包含营养培养基的安瓿的生物指示器。生物指示器暴露于STERRAD 100NX灭菌器中的过氧化氢(H2O2)达1分钟。暴露之后，从生物指示器移除安瓿并且将大约0.5mL的营养培养基(包含L-甲硫氨酸并调节至表4所示的pH)无菌地添加到单独生物指示器。然后立即将生物指示器放入490H自动读取器中，该自动读取器被构造为记录获得荧光结果所用时间。结果示于表4和表5中。
表4：安瓿培养基pH对H2O2灭菌器中的生物指示器性能的效应
*0值指示根据490H自动读取器得出的240分钟后的阴性荧光结果。
表5：暴露于H2O2灭菌器中的1分钟灭菌循环的生物指示器的获得结果所用时间数
据
| 培养基pH | pH 8.0 | pH 8.2 | pH 8.4 | pH 8.6 |
| 获得结果所用时间(分钟) | 9±5 | 18±20 | 12±11 | 56±97 |
用于检测存活孢子的最适pH范围大于或等于pH 8.0且小于pH 8.6。
实施例5：孢子涂层和液体培养基的pH调节对生物指示器中的存活孢子的荧光检 测的组合效应。
具有孢子涂层溶液缓冲液和安瓿培养基的不同pH值组合的生物指示器暴露于STERILUCENT PSD-85过氧化氢灭菌器中平均有6mg/l H2O2的灭菌容器循环中的各种时长的H2O2暴露时间。研究孢子涂层溶液pH的影响。在暴露于过氧化氢之后，激活生物指示器，然后在490H自动读取器中温育生物指示器。自动读取器被构造为记录指示阳性荧光所用的时间量。将荧光读出结果与生长培养基中的pH颜色变化(阳性BI中紫色到黄色)的目视观察结果(在长达温育的7天内)进行比较。表6A至表6D中呈现的代表性的转变荧光阳性所用时间数据或获得结果所用时间(TTR)来自显示从紫色到黄色的可视颜色变化的生物指示器。
这些比较数据表明，具有安瓿培养基(Amp)pH和孢子涂层溶液缓冲液(Sp)的生物指示器具有最快的转变荧光阳性所用时间，且读出的一致性最佳，展宽和拖尾更少，如更低的标准偏差所指示。Amp-pH8/Sp-pH8的读出时间少于30分钟并且显示出最少量的展宽和/或拖尾。
表6A：随暴露时间(灭菌剂与生物指示器之间的接触时间)而变化的安瓿培养基pH
7.5和孢子涂层溶液缓冲液pH 7的获得荧光结果所用时间(TTR)数据
表6B：安瓿培养基pH 8和孢子涂层溶液缓冲液pH 7的获得荧光结果所用时间
(TTR)数据
*从总共二十个生物指示器中获得的唯一一个阳性的数据
表6C：安瓿培养基pH 7.5和孢子涂层溶液缓冲液pH 8的获得荧光结果所用时间
(TTR)数据
表6D：安瓿培养基pH 8和孢子涂层溶液缓冲液pH 8的获得荧光结果所用时间
(TTR)数据
实施例6：孢子涂层和液体培养基的pH调节对生物指示器中的存活孢子的荧光检 测的组合效应。
如实施例5所述的那样进行该实施例，并且由自动读取器记录每个灭菌循环条件的获得结果所用时间(TTR)。另外，对于在每个暴露时间期间暴露于灭菌剂的生物指示器而言，目视观察生物指示器长达温育的7天以确定pH指示剂是否已从紫色改变为黄色。从紫色到黄色的pH颜色变化被视为指示在经灭菌过程处理后存活的孢子的生长。结果示于表7A至表7D中。
表7A：安瓿培养基pH 7.5和孢子涂层溶液缓冲液pH 7的荧光和pH颜色变化结果数 据。这些结果示出了在每个相应暴露持续时间表现出阳性荧光或阳性颜色变化的生物指示 器的百分比。
表7B：安瓿培养基pH 8和孢子涂层溶液缓冲液pH 7的荧光和pH颜色变化结果数 据。这些结果示出了在每个相应暴露持续时间表现出阳性荧光或阳性颜色变化的生物指示 器的百分比。
表7C：安瓿培养基pH 7.5和孢子涂层溶液缓冲液pH 8的荧光和pH颜色变化结果数
据。这些结果示出了在每个相应暴露持续时间表现出阳性荧光或阳性颜色变化的生物指示
器的百分比。
表7D：安瓿培养基pH 8和孢子涂层溶液缓冲液pH 8的荧光和pH颜色变化结果数 据。这些结果示出了在每个相应暴露持续时间表现出阳性荧光或阳性颜色变化的生物指示 器的百分比。
该数据表明，Amp-pH8/Sp-pH8的组合提供了最早检测(参见表10D)。当将pH缓冲液直接添加到孢子涂层溶液时，观察到类似结果(参见例如表6C至表6D)。
参照实施例2：具有调节了pH的孢子涂层和营养培养基的各种组合的生物指示器 的D值。
如实施例1所述的那样制备具有调节了pH的孢子涂层和安瓿培养基的各种组合的生物指示器。生物指示器经H2O2灭菌过程处理(PSD-85H2O2灭菌器中)以便计算生物指示器的D值。类似地测试市售生物指示器(3M部件号1295；可购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany,St.Paul,MN))以进行比较。结果示于表8中。
表8：H2 O 2循环中具有pH组合的BI的D值
实施例7：盐对过氧化氢生物指示器中的荧光信号的效应
本发明人已发现，在某些情况下，当过氧化氢灭菌器被待灭菌的制品装得过满时，即使看上去所有孢子都被杀灭，这也可导致一些生物指示器表现出阳性荧光(即，生长培养基在温育7天后仍为紫色)。然而，本发明人已发现，在生物指示器中加入盐可降低本公开的生物指示器中的荧光阳性-生长阴性结果的发生率。
如实施例1所述的那样制备包含具有0.01M磷酸钾的安瓿培养基配方的生物指示器。另外，使用更低浓度的MUG制备一些安瓿培养基。在基于灭菌器的建议容量而过载有制品的商业H2O2灭菌器STERRAD 100NX灭菌器和STERRAD 100S灭菌器中测试生物指示器。在使生物指示器经灭菌过程处理之后，将这些生物指示器激活并且放入490H自动读取器中以确定每个生物指示器是否表现出阳性荧光。数据呈现于表9中。这些结果表明，通过将盐添加到生物指示器并且通过降低营养培养基中的MUG的浓度，降低了荧光阳性-生长阴性的发生率(生长结果未示出)。
表9：客户过载循环中的荧光阳性生物指示器的数量。
| 100S循环 | 100NX循环 | |
| 225mg/L MUG–0.01M盐 | 0/12 | 0/12 |
| 300mg/L MUG–0.01M盐 | 3/12 | 0/12 |
| 3M 1295生物指示器(对照) | 6/24 | 0/18 |
实施例8：营养培养基pH对经H2 O 2灭菌过程处理后存活的孢子的检测的影响效应。
如实施例1所述的那样制备用于蒸汽灭菌过程的生物指示器。在灭菌过程之后移除营养培养基的安瓿，并且将表14中指示的营养培养基无菌地移取到每个生物指示器中。这些指示器暴露于(H&W科技公司(H&W Technology))蒸汽抗力仪容器中的亚致死132.2℃真空辅助循环。将调节至不同pH值的营养培养基添加到暴露的生物指示器，并且通过在490自动读取器中温育之前将营养培养基移取到生物指示器中来激活生物指示器。自动读取器被构造为记录在每个生物指示器中检测到阳性荧光信号时的时间。表10中呈现了代表性的转变荧光阳性所用时间数据。七天目视读出。
表10：安瓿培养基pH对暴露于132.2℃真空辅助蒸汽灭菌循环后的BI性能的效应
实施例9：不同蒸汽灭菌循环中的测试
如实施例8所述的那样执行这些实验，不同的是在动态空气去除灭菌过程中于所指示的温度下暴露于蒸汽。使用各种蒸汽灭菌循环温度、条件和参数来生成获得结果所用时间数据。表11示出了在两个不同蒸汽灭菌循环(分别为121℃和132℃)中将具有pH 7.5安瓿培养基的BI与具有pH 8.0安瓿培养基的生物指示器进行比较的代表性数据。
表11：安瓿培养基pH对暴露于121℃和132℃动态空气去除蒸汽灭菌循环后的生物
指示器获得结果所用时间的效应。
两种情况下获得结果所用的相对时间在具有pH 8.0安瓿培养基的BI中更低。
实施例10：孢子涂层和液体培养基的pH调节对生物指示器中的存活孢子的荧光检 测的组合效应。
如实施例1所述的那样制备用于蒸汽灭菌过程的具有孢子涂层溶液缓冲液和安瓿培养基的各种pH值组合的生物指示器，使这些生物指示器暴露于不同蒸汽循环时间。通过使生物指示器暴露于(H&W科技公司(H&W Technology))蒸汽抗力仪容器中的亚致死132.2℃真空辅助循环来生成数据。在490自动读取器中处理和温育暴露的生物指示器，该自动读取器被构造为记录在每个生物指示器中检测到阳性荧光时的时间。将荧光读出结果与生长培养基中的pH颜色变化的目视观察结果进行比较。表12中呈现的转变荧光阳性所用时间数据仅来自显示从紫色到黄色的可视颜色变化的生物指示器。
表12：安瓿培养基和孢子涂层溶液缓冲液pH组合的获得结果所用时间数据
这些数据表明，孢子涂层溶液缓冲液和安瓿培养基均调节至pH 8(Amp-pH8/Sp-pH8)的生物指示器具有最快的转变荧光阳性读出所用时间，且数据的展宽或拖尾更少。
实施例11：荧光读出与pH颜色变化的比较
如实施例10所述的那样制备用于蒸汽灭菌过程的生物指示器。这些指示器在(H&W科技公司(H&W Technology))蒸汽抗力仪中的真空辅助灭菌过程中于312.2度下经各种时长(如所指示)的蒸汽灭菌过程处理。在经蒸汽灭菌过程处理之后，将生物指示器激活并且放入490自动读取器中，该自动读取器被构造为在温育的60分钟内检测阳性荧光。另外，温育后，目视观察营养培养基的颜色(7天)以检测pH指示剂的颜色是否从紫色改变为黄色。
表133A：安瓿培养基pH 7.5和孢子涂层溶液缓冲液pH 8的荧光和pH颜色变化结果
数据
表13B：安瓿培养基pH 7.5和孢子涂层溶液缓冲液pH 8的荧光和pH颜色变化结果
数据
表13C：安瓿培养基pH 7.5和孢子涂层溶液缓冲液pH 8的荧光和pH颜色变化结果
数据
表13D：安瓿培养基pH 8和孢子涂层溶液缓冲液pH 8的荧光和pH颜色变化结果数
据
实施例12：应用于蒸汽生物指示器
将磷酸钾以不同浓度添加到安瓿培养基并且测试生物指示器性能。结果呈现于图3中。我们在此发现，当将磷酸钾添加到1295安瓿培养基并且在H2O2循环中测试时，生长响应受到影响，而荧光迹象保持不变。蒸汽灭菌中观察到相同结论(图4)。
实施例13：应用于通用生物指示器
根据实施例1来制备用于蒸汽灭菌过程的生物指示器，且将安瓿培养基调节至pH8。这些指示器在(H&W科技公司(H&W Technology))蒸汽抗力仪中的各种重力和动态空气去除蒸汽灭菌循环中暴露于蒸汽。在经蒸汽过程处理之后，将生物指示器激活并且放入490自动读取器中，该自动读取器被构造为在温育的24分钟内检测阳性荧光。表14A至表14K中呈现了示出荧光阳性百分比和生长阳性百分比的数据。在每个灭菌过程中，最短暴露时间(即，“存活循环”)使得所测试的每一个BI中有至少一个孢子存活，并且最长暴露时间(即，“杀灭循环”)使得所测试的每一个BI中每一个孢子均被杀灭。具有小于100％存活率和小于100％杀灭率的中间暴露时间被视为“分数循环”。
表14A：121.1℃重力蒸汽灭菌循环
表14B：121.1℃预真空蒸汽灭菌循环
| 暴露时间 | ％荧光阳性 | 生长阳性 |
| 10:00 | 100％ | 100％ |
| 10:22 | 98％ | 75％ |
| 10:25 | 92％ | 36％ |
| 10:45 | 32％ | 16％ |
| 12:00 | 4％ | 0％ |
| 14:00 | 0％ | 0％ |
| 17:00 | 0％ | 0％ |
表14C：121.1℃SFPP蒸汽灭菌循环
| 暴露时间 | ％荧光阳性 | 生长阳性 |
| 12:00 | 100％ | 100％ |
| 12:55 | 100％ | 38％ |
| 13:30 | 98％ | 38％ |
| 18:00 | 32％ | 8％ |
| 21:59 | 0％ | 0％ |
| 22:13 | 0％ | 0％ |
表14D：132.2℃重力蒸汽灭菌循环
| 暴露时间 | ％荧光阳性 | 生长阳性 |
| 3:30 | 100％ | 100％ |
| 3:45 | 100％ | 76％ |
| 3:48 | 100％ | 78％ |
| 4:00 | 100％ | 9％ |
| 4:15 | 100％ | 2％ |
| 5:30 | 10％ | 0 |
| 6:00 | 0％ | 0 |
表14E：132.2℃预真空蒸汽灭菌循环
表14F：132.2℃SFPP蒸汽灭菌循环
| 暴露时间 | ％荧光阳性 | 生长阳性 |
| 3:00 | 100％ | 100％ |
| 3:20 | 100％ | 48％ |
| 3:48 | 100％ | 70％ |
| 4:25 | 100％ | 4％ |
| 4:55 | 92％ | 0％ |
| 5:20 | 4％ | 0％ |
| 6:01 | 0％ | 0％ |
表14G：134.0℃预真空蒸汽灭菌循环
| 暴露时间 | ％荧光阳性 | 生长阳性 |
| 3:10 | 100％ | 100％ |
| 3:25 | 100％ | 78％ |
| 3:30 | 100％ | 74％ |
| 4:00 | 84％ | 6％ |
| 4:10 | 72％ | 0％ |
| 4:40 | 12％ | 0％ |
| 4:50 | 0％ | 0％ |
| 5:10 | 0％ | 0％ |
表14H：134.0℃SFPP蒸汽灭菌循环
| 暴露时间 | ％荧光阳性 | 生长阳性 |
| 3:00 | 100％ | 100％ |
| 3:25 | 100％ | 54％ |
| 3:35 | 100％ | 37％ |
| 3:45 | 84％ | 0％ |
| 5:00 | 0％ | 0％ |
| 5:28 | 0％ | 0％ |
表14I：135.0℃重力蒸汽灭菌循环
表14J：135.0℃预真空蒸汽灭菌循环
| 暴露时间 | ％荧光阳性 | 生长阳性 |
| 3:00 | 100％ | 100％ |
| 3:10 | 100％ | 52％ |
| 3:15 | 100％ | 48％ |
| 4:35 | 4％ | 0％ |
| 4:50 | 0％ | 0％ |
表14K：135.0℃SFPP蒸汽灭菌循环
| 暴露时间 | ％荧光阳性 | 生长阳性 |
| 3:00 | 100％ | 100％ |
| 3:25 | 100％ | 40％ |
| 3:35 | 100％ | 36％ |
| 3:45 | 90％ | 18％ |
| 4:30 | 8％ | 0％ |
| 4:55 | 0％ | 0％ |
| 5:00 | 0％ | 0％ |
实施例14：应用于通用测试包
根据实施例1来制备用于蒸汽灭菌过程的生物指示器，且将安瓿培养基调节至pH8。将这些指示器放入挑战包(3MTM AttestTM Super Rapid 5Steam-Plus挑战包；部件号41482V；可购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN))或16块毛巾包(根据ANSI/AAMI ST79:2017来制备)，然后使它们在AMSCO 3013C灭菌器中的各种重力和动态空气去除蒸汽灭菌循环中暴露于蒸汽。在暴露于蒸汽过程之后，将生物指示器激活并且放入490自动读取器中，该自动读取器被构造为在温育的24分钟内检测阳性荧光。另外，温育后，目视观察营养培养基的颜色长达7天以检测pH指示剂的颜色是否从紫色改变为黄色。数据呈现于表15A至表15E中。每个表展示了每个相应循环类型中的生物指示器性能。
表15A：121.1℃重力测试包蒸汽灭菌循环
表15B：121.1℃预真空测试包蒸汽灭菌循环
表15C：132.2℃重力测试包蒸汽灭菌循环
表15C：132.2℃预真空测试包蒸汽灭菌循环
表15D：134.0℃预真空测试包蒸汽灭菌循环
表15E：135.0℃预真空测试包蒸汽灭菌循环
Claims (23)
1.一种自含式生物指示器，所述自含式生物指示器包括：
壳体；
生物活性源，所述源包含和/或能够产生能催化酶底物的裂解的酶；
可致动容器，所述可致动容器包含液体组合物，其中所述液体组合物包含所述酶底物；以及
所述生物活性源和/或所述液体组合物中的有效量的酸性组分和/或碱性组分，使得当将所述生物活性源和所述液体组合物组合时，所述生物活性源和所述液体组合物的所得混合物的初始pH在7.65至8.9范围内；
其中所述可致动容器能够被致动以使得所述液体组合物能够接触细菌孢子；
其中通过所述酶使所述酶底物裂解的产物是荧光可检测化合物；
任选地，其中所述自含式生物指示器位于过程挑战装置内部。
2.根据权利要求1所述的自含式生物指示器，其中所述生物活性源包含纯化或分离的酶、多个测试微生物或多个细菌孢子。
3.一种自含式生物指示器，所述自含式生物指示器包括：
壳体；
细菌孢子，所述细菌孢子包含和/或能够产生能催化酶底物的裂解的酶；以及
易碎容器，所述易碎容器包含液体组合物，其中所述液体组合物包含：
所述酶底物；
其中所述易碎容器适于使得所述液体组合物能够接触所述细菌孢子；
其中所述酶底物的裂解被构造为产生荧光可检测化合物；
其中当所述液体组合物和所述细菌孢子接触时，所得混合物的初始pH在7.65至8.9范围内；并且
任选地，其中所述自含式生物指示器位于过程挑战装置内部。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的自含式生物指示器，其中当使所述液体组合物与所述细菌孢子或所述分离的酶接触并混合以形成混合物时，所述混合物的初始pH在7.8至8.4范围内。
5.一种自含式生物指示器，所述自含式生物指示器包括：
壳体；
生物活性源，所述源包含和/或能够产生能催化酶底物的裂解的酶；以及
可致动容器，所述可致动容器包含液体组合物，其中所述液体组合物包含：
所述酶底物，其中所述酶底物包含荧光团组分，当通过所述酶使所述荧光团组分与所述酶底物分离时，所述荧光团组分由7-羟基-2H-苯并吡喃-2-酮或其衍生物组成；
其中所述可致动容器能够被致动以使得所述液体组合物能够接触所述细菌孢子；
其中所述生物活性源和/或所述液体组合物包含有效量的酸性组分和/或碱性组分，使得当将所述生物活性源和所述液体组合物组合时，所述生物活性源和所述液体组合物的所得混合物的初始pH大于或等于所述荧光团组分的羟基的pKa；
任选地，其中所述自含式生物指示器位于过程挑战装置内部。
6.根据权利要求5所述的自含式生物指示器，其中所述荧光团组分选自：4-甲基-5-氟-2H-苯并吡喃-2-酮、4-甲基-6-氟-2H-苯并吡喃-2-酮、4-甲基-8-氟-2H-苯并吡喃-2-酮、4-甲基-6,8-二氟-2H-苯并吡喃-2-酮、4-甲基-6-氯-2H-苯并吡喃-2-酮以及4-甲基乙酸酯-6-氟-2H-苯并吡喃-2-酮。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的自含式生物指示器，其中所述酶选自：α-葡糖苷酶、α-半乳糖苷酶、脂肪酶、酯酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、蛋白酶、氨肽酶、胰凝乳蛋白酶、β-葡糖苷酶、β-半乳糖苷酶、α-葡糖醛酸酶、β-葡糖醛酸酶、磷酸水解酶、纤溶酶、凝血酶、胰蛋白酶、钙蛋白酶、α-甘露糖苷酶、β-甘露糖苷酶、a-L-岩藻糖苷酶、亮氨酸氨肽酶、a-L-阿拉伯呋喃糖苷酶、半胱氨酸氨肽酶、缬氨酸氨肽酶、β-木糖苷酶、α-L-艾杜糖醛酸酶、葡聚糖酶、纤维二糖糖苷酶、纤维素酶、α-阿拉伯糖苷酶、聚糖酶、硫酸酯酶、丁酸盐、糖苷酶、阿拉伯糖苷酶以及上述酶中的任何两种或更多种的组合物。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的自含式生物指示器，其中所述酶底物包括4-甲基伞形酮的衍生物或7-氨基-4-甲基香豆素的衍生物。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的自含式生物指示器，其中所述酶包括α-D-葡糖苷酶，其中所述酶底物包括4-甲基伞形酮基-α-D-吡喃葡萄糖苷。
10.一种试剂盒，所述试剂盒包括：
生物活性源，所述生物活性源包含和/或能够产生能催化酶底物的裂解的酶；
所述酶底物；
液体组合物，所述液体组合物包含所述酶底物；以及
有效量的酸性组分和/或碱性组分，使得当将所述生物活性源和所述液体组合物组合时，所述生物活性源和所述液体组合物的所得混合物的初始pH在7.65至8.9范围内；
其中通过所述酶使所述酶底物裂解的产物能够通过所述产物的荧光来检测。
11.一种试剂盒，所述试剂盒包括根据权利要求1至9中的任一项所述的自含式生物指示器。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的试剂盒，其中所述生物活性源包含分离的酶或多个细菌孢子。
13.一种确定灭菌过程的功效的方法，所述方法包括：
使生物活性源经所述灭菌过程处理；
其中所述生物活性源包含和/或能够产生能与荧光酶底物反应而产生荧光产物的酶；
在使所述源经所述灭菌过程处理之后，使所述源与液体组合物接触；
其中使所述源与所述液体组合物接触包括将所述源放置成与所述荧光酶底物发生液体接触；
其中在使所述源与所述液体组合物接触之后，所述生物活性源和所述液体组合物的所得混合物的初始pH在7.65至8.9范围内，
将所述混合物温育一定时间段；
检测所述混合物中形成的所述荧光产物；
其中检测到所述荧光产物的至少阈值量指示所述灭菌过程缺乏功效。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述生物活性源包含分离的酶或多个细菌孢子。
15.根据权利要求13或权利要求14所述的方法，其中将所述混合物温育一定时间段包括在指定温度下温育所述混合物。
16.根据权利要求13至15中的任一项所述的方法，其中所述时间段是指定时间段，其中所述指定时间段小于或等于180分钟，其中在所述指定时间段之后检测到小于阈值量的所述荧光产物指示所述灭菌过程的功效。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述指定时间段小于或等于180分钟。
18.根据权利要求13至17中的任一项所述的方法，其中所述酶选自：α-葡糖苷酶、α-半乳糖苷酶、脂肪酶、酯酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、蛋白酶、氨肽酶、胰凝乳蛋白酶、β-葡糖苷酶、β-半乳糖苷酶、α-葡糖醛酸酶、β-葡糖醛酸酶、磷酸水解酶、纤溶酶、凝血酶、胰蛋白酶、钙蛋白酶、α-甘露糖苷酶、β-甘露糖苷酶、a-L-岩藻糖苷酶、亮氨酸氨肽酶、a-L-阿拉伯呋喃糖苷、半胱氨酸氨肽酶、缬氨酸氨肽酶、β-木糖苷酶、α-L-艾杜糖醛酸酶、葡聚糖酶、纤维二糖苷、纤维素酶、α-阿拉伯糖苷酶、聚糖酶、硫酸酯酶、丁酸盐、糖苷酶、阿拉伯糖苷以及上述酶中的任何两种或更多种的组合物。
19.根据权利要求13至18中的任一项所述的方法，其中所述生物活性源包含多个细菌孢子，其中所述细菌孢子是选自以下的微生物所产生的孢子：嗜热脂肪地芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、萎缩芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、产孢梭菌、短小芽孢杆菌或上述微生物中的任何两种或更多种的组合物。
20.根据权利要求13至19中的任一项所述的方法，其中检测所述荧光产物包括定量由所述荧光产物发射的荧光。
21.根据权利要求13至20中的任一项所述的方法，其中所述灭菌过程是使用灭菌剂的过程，所述灭菌剂选自：蒸汽、环氧乙烷气体、过氧化氢蒸气、甲基溴化物、二氧化氯、甲醛、过乙酸、臭氧、电离辐射以及上述灭菌剂中的任何两种或更多种的组合。
22.一种系统，所述系统包括：
根据权利要求1至9中的任一项所述的自含式生物指示器；以及
自动读取器，所述自动读取器被构造为：
接收所述生物指示器的至少一部分；
将第一波长的电磁辐射引导到所述壳体中的所述液体组合物中；以及
检测或测量由所述荧光产物发射的第二波长的电磁辐射的量。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述自含式生物指示器适于用于确定选自以下的任何蒸汽灭菌过程的功效：121℃重力过程、121C预真空过程、121C SFPP过程、132C重力过程、132C预真空过程、132C SFPP过程、134C预真空过程、134C SFPP过程、135C重力过程、135C预真空过程和135C SFPP过程。
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