DE112017004814T5

DE112017004814T5 - Systeme und Verfahren zur Bioinaktivierung

Info

Publication number: DE112017004814T5
Application number: DE112017004814.1T
Authority: DE
Inventors: John Christopher Freitag; Theresa Thompson; Garth Eliason; Jay PASQUANTONIO
Original assignee: Phoseon Technology Inc
Current assignee: Phoseon Technology Inc
Priority date: 2016-10-24
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2019-06-19
Also published as: US11747266B2; CN109890426A; US20180113066A1; US20210018429A1; WO2018080805A1

Abstract

Ein System zum Bestrahlen einer Mikroplatte kann eine modulare Light Engine mit einer oder mehreren lichtemittierenden Vorrichtungen umfassen. Die lichtemittierenden Vorrichtungen sind konfiguriert, um keimtötende Strahlung zum Bestrahlen der Mikroplatte zu emittieren, welche konfiguriert ist, um unterhalb der modularen Light Engine in einer Kammer des Mikroplatten-Bestrahlungssystems positioniert zu sein. Auf diese Weise kann von lichtemittierenden Vorrichtungen eine gleichmäßige Intensität der keimtötenden Strahlung ausgegeben werden, was zur Disruption von verunreinigenden Nukleinsäuren, die in der Mikroplatte vorhanden sind, führt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 62/412,030 mit dem Titel „MICROPLATE IRRADIATION SYSTEM“, eingereicht am 24. Oktober 2016, deren gesamter Inhalt durch Erwähnung für sämtliche Zwecke hiermit mitaufgenommen ist.
H INTERGRUND/ZUSAMMENF ASSUNG
Klinische und labortechnische Rahmenbedingungen erfordern die Sterilisation von Geräten zur Beseitigung von Mikroorganismen, Protein und/oder Nukleinsäureverunreinigungen. Derzeit verwendete Verfahren zur Inaktivierung biologischer Mikroorganismen und Verunreinigungen beruhen entweder auf Chemikalien oder Beleuchtung. Viele Mikroorganismen und Verunreinigungen lassen sich zwar mit üblichen chemischen Desinfektionsverfahren (z.B. Bleichmittel, Alkohol) leicht entfernen oder inaktivieren; doch einige Mikroorganismen sind gegen Standardsterilisationstechniken beständig. Darüber hinaus können einige Enzyme, die man in lebenden Zellen und biologischen Fluiden vorfindet, als molekulare Verunreinigungen fungieren (z.B. Ribonuklease-Enzyme oder RNase A) und sehr beständig gegen Denaturierung sein. Weiterhin sind chemikalien-basierte Desinfektionsverfahren eventuell nicht zur Verwendung bei bestimmten Oberflächen/Materialien geeignet und bewirken eventuell keine irreversible Inaktivierung.
Die vorliegenden Erfinder sind sich der vorstehenden Probleme bewusst und schlagen Verfahren zu deren teilweiser Lösung vor. Bei einem beispielhaften Vorgehen umfasst ein Mikroplatten-Bestrahlungssystem eine Bioinaktivierungsvorrichtung, die eine so genannte modulare Light Engine (Lichtgenerator) mit einer oder mehreren lichtemittierenden Vorrichtungen umfasst, wobei jede lichtemittierende Vorrichtung ein Array von Leuchtdioden umfassen kann, die zum Emittieren von keimtötender Strahlung konfiguriert sind. In einer Ausführungsform kann die keimtötende Strahlung auf eine Mikroplatte gerichtet werden, die direkt unterhalb der modularen Light Engine in einer Kammer der Bioinaktivierungsvorrichtung eingesetzt ist. Die Mikroplatte kann ein flüssiges Reagenzgemisch enthalten und kann, wenn sie unterhalb der modularen Light Engine positioniert ist, eine gleichmäßige Intensität der keimtötenden Strahlung (z.B. ultraviolettes Licht) von dem Array von Leuchtdioden erhalten, was zu einer Disruption der im Reagenzgemisch vorhandenen Verunreinigungen führt.
Auf diese Weise können Reagenzien, die in einer Mikroplatte abgegeben werden, durch Einführen der Mikroplatte in eine Bioinaktivierungsvorrichtung sterilisiert werden, welche eine modulare lichtemittierende Engine mit einer Vielzahl von Leuchtdioden umfasst, die keimtötende Strahlung emittieren. Die Emission der modularen Light Engine trifft mit einer (relativ) gleichmäßigen räumlichen Intensität auf die Mikroplatte auf, was die verunreinigenden Nukleinsäuren im Reagenzgemisch aufschließt, was das Reagenz für nachfolgende Nukleinsäure-Sequenzierungs- und/oder Amplifikationsprotokolle geeignet macht.
In einem anderen Beispiel kann eine Bioinaktivierungsvorrichtung, die eine modulare Light Engine mit einer oder mehreren lichtemittierenden Vorrichtungen umfasst, die zur Emission von keimtötender Strahlung konfiguriert sind, als zusammengesetzte tragbare Beleuchtungseinheit zur Desinfektion von Oberflächen (z.B. Labortische und -hauben), Glaswaren usw. ohne Mikroplattenbefestigung konfiguriert werden. Dabei kann die Bioinaktivierungsvorrichtung konfiguriert werden, um keimtötende Strahlung zu emittieren, die auf zu behandelnde (z.B. zu desinfizierende) Oberflächen und Materialien gerichtet ist. Das räumlich-zeitliche Emissionsmuster der tragbaren Bioinaktivierungseinheit kann von einer Steuerung entweder manuell (durch Benutzereingabe) oder automatisch beruhend auf Rückmeldung eines oder mehrerer Sensoren in der Bioinaktivierungseinheit geregelt werden. In einem Beispiel kann die Einheit ein Regelungssystem umfassen, das einen Photodetektor verwendet, um den Reflexionsgrad von der Oberfläche vor und nach der Behandlung zu messen. In einem anderen Beispiel kann das Regelungssystem mit dem Photodetektor die Fluoreszenz der Oberfläche vor und nach der Behandlung messen. In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann eine Inaktivierungseinheit verwendet werden, um keimtötende Strahlung einer einzigen spezifischen Wellenlänge zu emittieren, die biologische Organismen effektiv angeht und/oder verunreinigende Nukleinsäuren angeht, indem sie ihre DNA-Struktur angreift. Alternativ kann die Vorrichtung eine Kombination von zwei oder mehr Wellenlängen ausgeben, um eine dauerhafte und vollständige Inaktivierung durch Angreifen verschiedene Aspekte der Organismen zu ermöglichen.
Auf diese Weise kann eine kompakte Bioinaktivierungseinheit kombiniert mit einem Photodetektor als an Ort und Stelle zu verwendendes Gerät zur Behandlung von Oberflächen zwecks Desinfektion eingesetzt werden. Die Vorrichtung kann zunächst den Oberflächenreflexionsgrad und/oder die Bestrahlungsstärke vor der keimtötenden Strahlung messen, gefolgt von der Exposition gegenüber keimtötender Strahlung einer oder mehrerer Wellenlängen und der anschließenden erneuten Messung des Oberflächenreflexionsgrads und/oder der Fluoreszenz, um den Grad der Inaktivierungswirksamkeit zu bestimmen. Eine vollständigere und effizientere Inaktivierung biologischer Verunreinigungen kann daher durch Verwendung mehrerer Lichtwellenlängen bei gleichzeitiger Echtzeit-Rückmeldung basierend auf der Änderung des Oberflächenreflexionsgrads und/oder der Fluoreszenzeigenschaften erreicht werden.
Die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung sind in der folgenden ausführlichen Beschreibung dargestellt; entweder einzeln oder in Verbindung mit den Begleitzeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehende Zusammenfassung zum Vorstellen einer vereinfachte Auswahl von Konzepten dient, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie dient nicht dazu, ausschlaggebende oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu benennen, dessen Schutzumfang allein durch die Ansprüche festgelegt wird, die auf die eingehende Beschreibung folgen. Der beanspruchte Gegenstand ist ferner nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung genannte Nachteile lösen.
Figurenliste

1 veranschaulicht einen schematischen Aufbau einer ersten Ausführungsform einer Bioinaktivierungseinheit in Form eines Mikroplatten-Bestrahlungssystems.
2-3 zeigen das Mikroplatten-Bestrahlungssystem.
4 zeigt einen Bildschirm des Mikroplatten-Bestrahlungssystems.
5-6 zeigen transparente Darstellungen des Mikroplatten-Bestrahlungssystems.
7 zeigt Luftzirkulation durch das Mikroplatten-Bestrahlungssystem.
8-9 veranschaulichen eine modulare Light Engine des Mikroplatten-Sterilisationssystem s.
10 veranschaulicht eine einzelne lichtemittierende Vorrichtung der modularen Light Engine.
11 veranschaulicht eine lichtemittierende Vorrichtung in einem Gehäuse des Mikroplatten-Bestrahlungssystems.
12 veranschaulicht ein Betriebsverfahren für die Bioinaktivierungsvorrichtung mit dem Mikroplatten-Bestrahlungssystem.
13 veranschaulicht einen schematischen Aufbau einer zweiten Ausführungsform einer Bioinaktivierungsvorrichtung.
14 veranschaulicht einen schematischen Aufbau einer dritten Ausführungsform einer Bioinaktivierungsvorrichtung.
15 veranschaulicht ein fluoreszenzbasiertes Verfahren zum Bestimmen des Bioinaktivierungsgrades unter Verwendung von keimtötendem Licht mehrerer Wellenlängen
16 veranschaulicht ein reflexionsgradbasiertes Verfahren zum Bestimmen des Bioinaktivierungsgrades unter Verwendung von keimtötendem Licht mehrerer Wellenlängen.
17 zeigt einen Graphen, der die Enzymaktivität von RNase A bei unterschiedlichen Bestrahlungsstärken darstellt.
18 zeigt einen Graphen, der die Enzymaktivität von RNase A mit zunehmender Exposition gegenüber UV-Licht von 275 nm bei 50% relativer Bestrahlungsstärke darstellt.
19 zeigt einen Graphen, der die Synergiewirkung bei Verwendung mehrerer UV-Lichtwellenlängen auf die RNase-A-Enzymaktivität darstellt.

EINGEHENDE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Beschreibung betrifft Verfahren und Systeme zur Inaktivierung biologischer Organismen und anderer molekularer Verunreinigungen, umfassend eine Bioinaktivierungsvorrichtung mit einer modularen lichtemittierenden Engine und optional mit einem Hohlraum/Schubfach, der/das zur Aufnahme einer Mikroplatte konfiguriert ist, zum Sterilisieren von Reagenzien und Oberflächen durch Strahlung, wie beispielsweise UV-C-Strahlung.
Wie vorstehend beschrieben kann die Sterilisation von klinischen und/oder labortechnischen Einrichtungen chemikalien- oder beleuchtungsbasierte Techniken umfassen, die Zielorganismen oder -enzyme nicht ausreichend angehen können. Diese Techniken können unter zusätzlichen Problemen leiden. Beispielsweise können beleuchtungsbasierte Inaktivierungsverfahren herkömmliche Leuchten (z.B. Gasentladungslampen oder Quecksilberbogen) verwenden, die eine höhere Wirksamkeit als chemische Verfahren aufweisen können, aber eventuell nicht in der Lage sind, die Wirksamkeit der Bioinaktivierung zu bestimmen. Darüber hinaus können leuchtenbasierte UV-Systeme teuer und unhandlich sein, eine kurze Lebensdauer aufweisen und einen Aufwärmzeitraum zum Erzielen stabiler Leistung beinhalten, was sie für den täglichen Gebrauch unpraktisch macht.
Ein beispielhaftes Vorgehen ist die keimtötende UV-Bestrahlung als beleuchtungsbasiertes Desinfektionsverfahren, das kurzwelliges UV-Licht (d.h. UVC-Licht) zur Inaktivierung von Mikroorganismen verwendet. Die ultraviolette (UV-)Strahlung reicht von 100-400 nm mit vier verschiedenen Spektralbereichen, einschließlich Vakuum-UV (100-200 nm), UVC (200- 280 nm), UVB (280-315 nm) und UVA (315-400 nm). Ein Mechanismus der UVC-Inaktivierung biologischer Mikroorganismen ist die Zellschädigung, die durch eine Disruption (Verzerrung) ihrer Nukleinsäure-Struktur verursacht wird, wenn UVC absorbiert wird. Das UVC-Spektrum, insbesondere im Bereich von 250-270 nm, wobei 265 nm die keimtötende Spitzenwellenlänge ist, ist allgemein als keimtötendes UV bekannt, da es stark von den Nukleinsäuren eines Organismus absorbiert wird.
Die Ultraviolettbestrahlung wird zur Sterilisation von Laborgeräten und Reagenzien, zur Desinfektion von Oberflächen und Materialien, zur Abwasserbehandlung, zur Luftdesinfektion und zur Desinfektion verschiedener Haushaltsgeräte, von Zahnbürsten bis zu Tablet-Computern, eingesetzt. Insbesondere für groß angelegte, automatisierte Genomanalysen (z.B. Hochdurchsatz-Amplifikations- und Sequenzierverfahren) steigt in Labors die Nachfrage nach Verfahren, die die Reinheit der als Vorlagen verwendeten DNA-Proben und Reagenzien gewährleisten. Reagenzien können Nukleinsäuren aus kontaminierenden Mikroorganismen, humane DNA, die als Verunreinigung eingebracht wird (beim Umgang mit den Reagenzien), Mikroorganismen als Verunreinigungen, die ihre DNA bei Inaktivierung freisetzen, und/oder Enzyme umfassen, die auch bei Fehlen von Nukleinsäuren oder lebenden Mikroorganismen Aktivität zeigen (ein Beispiel ist etwa eine RNA-Bibliothek-Erstellung zur Sequenzierung). So kann beispielsweise die Kontamination bei Berührung menschlicher Haut sowohl Enzyme als auch Mikroorganismen und abgeschilferte menschliche Zellen beinhalten. Solche Verunreinigungen können, selbst wenn sie in Spurenmengen vorhanden sind, die Nukleinsäureamplifikation stören und die Genauigkeit der Sequenzierung beeinträchtigen. So kann die Sterilisation der Reagenzien, um die Reagenzien von unerwünschten Verunreinigungen (d.h. Nukleinsäuren, verschiedenen Proteinen und Mikroorganismen) zu befreien, während der Herstellung von Reagenzien für die Sequenzierung (z.B. für die DNA-Sequenzierung mit Hilfe von mikrofluidischen Technologien) dazu beitragen, falsch positive Ergebnisse zu eliminieren, das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen und reproduzierbare und genaue Hochdurchsatz-Sequenzierungsdaten zu erzeugen. Kartuschen, die zur Vorbereitung von DNA-Bibliothek-Sequenzierung verwendet werden und die häufig durch verschiedene Quellen kontaminiert sind, können durch UV-Exposition kontaminationsfrei gemacht werden.
Resistentere Organismen können jedoch die keimtötende UVC-Exposition mit einer einzelnen Wellenlänge überleben und sich vermehren. Einige Organismen können sich nach der UV-Inaktivierung im Laufe der Zeit sogar reaktivieren, so dass die Exposition wirkungslos wird. Weiterhin ist die UV-Beleuchtung von solch großen DNA-Sequenzierungskammern mithilfe von Gasentladungslampensystemen eventuell nicht gleichmäßig, was die Sterilisationszeiten, den Energieverbrauch und die Betriebskosten erhöhen kann. Darüber hinaus können alle kontaminierenden Mikroorganismen, die im Reagenzgemisch oder auf Oberflächen in Kontakt mit dem Reagenzgemisch vorhanden sind, durch die hohen Temperaturen, die während der Sequenzierungsprotokolle verwendet werden, lysiert werden und können zusätzlich zu den kontaminierenden Nukleinsäuren beitragen. Die teilweise inaktivierten kontaminierenden Nukleinsäuren in den Reagenzien oder das Vorhandensein von Mikroorganismen auf Oberflächen und Materialien (z.B. Röhrchen, Kunststoffprodukten) können die Laborprotokolle, einschließlich der Sequenzierung und Amplifikation von DNA und/oder RNA, nachteilig beeinflussen.
So kann gemäß den hierin offenbarten Ausführungsformen die Exposition biologischer Verunreinigungen gegenüber mehreren Lichtwellenlängen eine vollständige und effektive Bioinaktivierung von Reagenzien und Oberflächen gleichermaßen bewirken. Weiterhin kann ein Zielansatz mit mehreren Wellenlängen Mikroorganismen und andere Verunreinigungen wie Enzyme irreversibel inaktivieren, was das Problem der Reaktivierung von Mikroorganismen über die Zeit verhindert, wenn diese mit UV-Licht einer einzigen Wellenlänge behandelt werden.
1 veranschaulicht einen schematischen Aufbau einer ersten Ausführungsform einer Bioinaktivierungseinheit in Form eines Mikroplatten-Bestrahlungssystems. Eine Mikroplatte kann in eine Kammer der Bioinaktivierungseinheit eingesetzt werden, die die modulare lichtemittierende Engine umfasst, wie in 2-3 dargestellt ist. Die Mikroplatte kann durch Aktivieren der modularen lichtemittierenden Engine über ein Menü auf einem Bildschirm, wie in 4 dargestellt, bestrahlt werden, wobei der Bildschirm mit einer Steuerung gekoppelt ist. 5-6 veranschaulichen die Konfiguration verschiedener Komponenten im Inneren des Mikroplattengehäuses. Die modulare lichtemittierende Engine kann mit einer Steuerung und einer Energieversorgung gekoppelt und durch einen Belüftungsmechanismus gekühlt werden, wie in 7 dargestellt ist. Die modulare lichtemittierende Engine kann mehrere lichtemittierendn Vorrichtungen umfassen, wobei jede Vorrichtung ein Array von Leuchtdioden umfassen kann, die keimtötende Strahlung (z.B. UV-C) emittieren, wie in 8-11 dargestellt ist. Eine Dauer, Intensität und ein Muster der Bestrahlung können durch die Steuerung geregelt werden, um Reagenzien zu sterilisieren, die in der Mikroplatte enthalten sind, die mittels des in 12 dargestellten Verfahrens in die Bioinaktivierungsvorrichtung eingesetzt wird.
In einer zweiten Ausführungsform kann eine Bioinaktivierungsvorrichtung als kompaktes tragbares Gerät konfiguriert sein und zur Desinfektion von Oberflächen und Materialien verwendet werden. Die tragbare Bioinaktivierungsvorrichtung kann mit einem Photodetektor gekoppelt werden, der einen Grad der Inaktivierung bestimmen kann, der basierend auf der emittierten Fluoreszenz erreicht wird, wie in 13 dargestellt ist. Die Fluoreszenzwerte können vor und nach der Behandlung der Oberfläche mit keimtötendem Licht gemessen werden. Die von der behandelten Oberfläche emittierte Fluoreszenz kann mit einem Schwellenwert verglichen werden und dann kann ein Grad der Inaktivierung bewertet werden, wie durch das Verfahren von 15 veranschaulicht ist.
In einer dritten Ausführungsform kann eine Bioinaktivierungsvorrichtung ein tragbares Gerät zur Oberflächendesinfektion sein und kann ferner mit einem Photodetektor gekoppelt werden. Dabei kann der Photodetektor einen Grad der Inaktivierung bestimmen, der basierend auf einer Änderung des Reflexionsgrades von der unbehandelten vs. der mit keimtötendem Licht behandelten Oberfläche erreicht wird, wie durch die Darstellung von 14 gezeigt ist. Die Änderung des Reflexionsgrades kann anhand eines Schwellenwerts bewertet werden, und es kann ein Grad der Inaktivierung bewertet werden, wie durch das Verfahren von 16 dargestellt ist.
Um die Tauglichkeit der Bioinaktivierungsvorrichtung für wirksame Desinfektion von Oberflächen zu beurteilen, kann eine häufig vorgefundene und leicht messbare Verunreinigung der Oberfläche auf Inaktivierung hin getestet werden. Ein Beispiel für eine allgegenwärtige molekulare Verunreinigung, die in lebenden Zellen vorhanden ist und häufig auf Oberflächen im Labor zu finden ist, umfasst das Ribonuklease-Enzymprotein RNase A. RNase A ist hochbeständig gegen Denaturierung (Proteinabbau) und dient somit als optimales Ziel für die Bioinaktivierungsvorrichtung. 17 zeigt die Enzymaktivität von RNase A gemessen als relative Fluoreszenz, wenn die Oberfläche, die RNase A enthält, mit UV-Licht der Wellenlänge 275 nm bei verschiedenen Intensitäten (Bestrahlungsstärke) über eine bestimmte Dauer behandelt wird. 18 zeigt die Enzymaktivität von RNase A, wenn die Oberfläche mit RNase A mit UV-Licht der Wellenlänge 275 nm bei 50% Bestrahlungsstärke über länger werdende UV-Expositionszeiträume behandelt wird.
Die meisten Inaktivierungsverfahren und -systeme nutzen eine einzige Wellenlänge des UV-Lichts, die optimal für die Inaktivierung bestimmter Ziele ist. Durch den Einsatz von zwei oder mehr Lichtwellenlängen, die verschiedene Strukturen oder Wege innerhalb von Organismen ins Visier nehmen, kann jedoch eine Synergiewirkung beobachtet werden, die zu einer vollständigen und effizienten Inaktivierung führt, wie durch 19 dargestellt ist. In Bezug auf 2-11 werden Teile und Merkmale, die in der Beschreibung in Bezug auf eine Figur einmal eingeführt wurden, in Bezug auf nachfolgende Figuren eventuell nicht wieder eingeführt und/oder neu beschrieben und können mit derselben Ziffer bezeichnet werden.
Unter Bezugnahme nun auf 1 wird ein Blockdiagramm für eine beispielhafte Konfiguration einer Bioinaktivierungsvorrichtung in Form eines Mikroplatten-Bestrahlungssystems 10 dargestellt. Das Mikroplatten-Bestrahlungssystem 10 kann verwendet werden, um Licht, wie sichtbares Licht, UV-Licht, Infrarotlicht und/oder andere Arten von Strahlung, zu emittieren. In einem Beispiel kann das Mikroplatten-Bestrahlungssystem 10 eine modulare Light Engine 12, eine Steuerung 14 und eine Energiequelle 16 umfassen.
Die modulare Light Engine 12 kann mehrere Halbleitervorrichtungen 19 umfassen, wie in 1 dargestellt ist, aber in anderen Beispielen kann die modulare Light Engine eine einzige Halbleitervorrichtung umfassen. Jede der mehreren Halbleitervorrichtungen 19 kann beispielsweise ein Array 20 von Leuchtdioden (LEDs) umfassen. In anderen Beispielen kann jede Halbleitervorrichtung eine organische LED (OLED), Laserdiode, Plasmaentladung oder eine andere Lichtquelle sein. In einem Beispiel kann das Array 20 ein zweidimensionales Array von Leuchtdioden sein. Halbleitervorrichtungen 19 können eine Strahlungsleistung 24 bieten. In einem Beispiel kann die Strahlungsleistung 24 UV-C-Strahlung sein. Die Strahlungsleistung 24 kann auf eine Mikroplatte 26 gerichtet werden, die in einem Schubfach 25 angeordnet ist, das in ein Gehäuse 11 des Mikroplatten-Bestrahlungssystems 10 eingesetzt ist. Zurückgeworfene Strahlung 28 kann von der Mikroplatte 26 (z.B. mittels Reflexion der Strahlungsleistung 24) zurück zu der modularen Light Engine 12 gelenkt werden. Ein Teil der Strahlungsleistung 24 kann von der Mikroplatte 26 zurückgeleitet werden, während ein Teil der zurückgeleiteten Strahlung von Strukturen stammen kann, die nicht direkt mit den mehreren Halbleitervorrichtungen, die die Strahlung emittieren, übereinstimmen. Eine Intensität der Strahlung kann an die Steuerung 14 weitergeleitet werden. Beruhend auf der Intensität der weitergeleiteten zurückgeworfenen Strahlung kann die Steuerung die Intensität der Strahlungsleistung 24 der mehreren Halbleitervorrichtungen 19 regeln.
Die Strahlungsleistung 24 kann mittels einer Koppeloptik 30 zu der Mikroplatte 26 gerichtet werden. Die Koppeloptik 30 kann bei Verwendung unterschiedlich implementiert werden. Zum Beispiel kann die Koppeloptik eine oder mehrere Schichten, Materialien oder andere Strukturen, wie flache Fenster, Kugellinsen, Lichtleiter usw. umfassen, die zwischen die Halbleitervorrichtungen 19 und die Mikroplatte 26 gesetzt sind und eine Strahlungsleistung 24 zu den Oberflächen der Mikroplatte 26 abgeben. Die Koppeloptik 30 kann aus UV-durchlässigen Materialien wie Quarzglas, Quarzglas oder anderem Glas, Silikon, Polymeren oder anderen Materialien hergestellt werden.
Jede der Schichten, jedes der Materialien oder jede andere Struktur der Koppeloptik 30 kann einen ausgewählten Brechungsindex aufweisen. Durch Wählen jedes Brechungsindexes kann die Reflexion an Grenzflächen zwischen Schichten, Materialien und anderen Strukturen in dem Weg der Strahlungsleistung 24 (und/oder der zurückgeworfenen Strahlung 28) selektiv gesteuert werden.
Die mehreren Halbleitervorrichtungen 19 können über eine Koppelelektronik 22 mit der Steuerung 14 gekoppelt werden. Die Steuerung 14 kann auch zur Steuerung der Halbleitervorrichtungen implementiert werden, z.B. über die Koppelelektronik 22. Die Steuerung 14 kann an die Energiequelle 16 angeschlossen und zum Modulieren der von der Energiequelle 16 gelieferten Energie implementiert werden. Darüber hinaus kann die Steuerung 14 Daten von der Energiequelle 16 empfangen. In einem Beispiel kann die Bestrahlungsstärke an einer oder mehreren Stellen an der Oberfläche der Mikroplatte 26 von Sensoren (beispielsweise Sensoren entlang der Oberfläche der Mikroplatte 26, benachbart zur Oberfläche der Mikroplatte 26 und/oder über die zurückgeworfene Strahlungsstärke 28) detektiert und in einem Regelungsschema an die Steuerung 14 übertragen werden.
Zusätzlich zu der Energiequelle 16 und der modularen Light Engine 12 kann die Steuerung 14 auch an eine Benutzeroberfläche 23 angeschlossen werden. Die Benutzeroberfläche 23 kann eine Tastatur, eine Maus, ein Display und/oder ein Touchscreen-Display mit einem programmierbaren Menü umfassen, wobei das programmierbare Menü die Dauer der Bestrahlung, die Intensität und die Dosis der Bestrahlung sowie das Muster der Bestrahlung umfasst (das heißt, welche der Halbleitervorrichtungen der mehreren Halbleitervorrichtungen zu einem bestimmten Zeitpunkt betrieben wird). Die Steuerung 14 kann auch mit einer externen Vorrichtung 34 über einen oder mehrere Anschlüsse des Mikroplatten-Bestrahlungssystems kommunizieren, wie beispielsweise USB-Anschluss, LAN-Anschluss usw. Die von der Benutzeroberfläche und/oder der externen Vorrichtung von der Steuerung 14 empfangenen Daten können in einem Speicher der Steuerung 14 gespeichert und zur Durchführung eines programmierten Bestrahlungszyklus genutzt werden.
Die Steuerung 14 kann Daten unterschiedlicher Art von einer oder mehreren von: Energiequelle 16, modularer Light Engine 12, externer Vorrichtung 34 und/oder Benutzeroberfläche 23 empfangen. Zum Beispiel können die Daten für ein oder mehrere Eigenschaften, die gekoppelten Halbleitervorrichtungen 19 zugeordnet sind, repräsentativ sein. Als weiteres Beispiel können die Daten repräsentativ für ein oder mehrere Eigenschaften sein, die der jeweiligen modularen Light Engine 12, Energiequelle 16, Benutzeroberfläche 23 und/oder externen Vorrichtung, die die Daten bereitstellt, zugeordnet sind. Als noch weiteres Beispiel können die Daten für ein oder mehrere Eigenschaften repräsentativ sein, die der Mikroplatte 26 zugeordnet sind (z.B. repräsentativ für die Strahlungsleistungsenergie oder spektrale Komponente(n), die auf die Mikroplatte gerichtet werden). Zudem können die Daten repräsentativ für eine Kombination dieser Eigenschaften sein.
Die Steuerung 14 kann implementiert sein, um bei Erhalt solcher Daten auf diese Daten zu reagieren. Zum Beispiel kann die Steuerung 14 reagierend auf solche Daten von einer solchen Komponente implementiert sein, um ein oder mehrere von: Energiequelle 16, modularer Light Engine 12 (einschließlich ein oder mehrere solche gekoppelte Halbleitervorrichtungen) zu steuern.
Einzelne Halbleitervorrichtungen 19 (z.B. LED-Vorrichtungen) der modularen Light Engine 12 können von der Steuerung 14 unabhängig gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Steuerung 14 eine erste Gruppe aus einer oder mehreren einzelnen LED-Vorrichtungen steuern, um Licht einer ersten Intensität, Wellenlänge und dergleichen zu emittieren, während sie eine zweite Gruppe aus einer oder mehreren einzelnen LED-Vorrichtungen steuert, um Licht einer anderen Intensität, Wellenlänge und dergleichen zu emittieren. Die erste Gruppe aus einer oder mehreren einzelnen LED-Vorrichtungen kann innerhalb des gleichen Arrays 20 von Halbleitervorrichtungen liegen oder kann aus mehr als einem Array von Halbleitervorrichtungen stammen. Das Array 20 kann auch unabhängig von anderen Arrays der modularen Light Engine von der Steuerung 14 gesteuert werden. Die Halbleitervorrichtungen eines ersten Arrays können zum Beispiel gesteuert werden, um Licht einer ersten Intensität, Wellenlänge und dergleichen zu emittieren, während die eines zweiten Arrays in der modularen Light Engine gesteuert werden können, um Licht einer zweiten Intensität, Wellenlänge und dergleichen zu emittieren. Weiterhin kann in einigen Beispielen eine erste Teilmenge von Halbleitervorrichtungen des Arrays 20 gesteuert werden, um Licht einer ersten Intensität und ersten Wellenlänge zu emittieren, während eine zweite Teilmenge von Halbleitervorrichtungen des Arrays 20 gesteuert werden kann, um Licht einer zweiten Intensität und/oder zweiten Wellenlänge zu emittieren.
Wie vorstehend beschrieben kann das Mikroplatten-Bestrahlungssystem 10 konfiguriert werden, um die Mikroplatte 26 aufzunehmen, die in das Schubfach 25 gelegt wird, das in dem Gehäuse 11 unterhalb der modularen Light Engine eingesetzt werden kann. Das Mikroplatten-Bestrahlungssystem 10 kann auch ein Sicherheitsverriegelungssystem umfassen, um die modulare Light Engine 12 zu aktivieren und zu deaktivieren, wenn die Kammer geschlossen bzw. geöffnet wird.
2 und 3 zeigen ein Mikroplatten-Bestrahlungssystem 100 (ähnlich dem Mikroplatten-Bestrahlungssystem 10 von 1), einschließlich eines Gehäuses 103. Das Gehäuse 103 umfasst eine Vorderseite 114, senkrecht zu einer Oberseite 102 und einer Unterseite 119 des Gehäuses 103. Eine Rückseite 115 des Gehäuses liegt der Vorderseite 114 gegenüber und ist senkrecht zur Oberseite 102 und zur Unterseite 119. Die Vorderseite 114 umfasst ein Schubfach 104, das in eine Öffnung 107 der Vorderseite 114 ein- und ausfährt. Das Gehäuse 103 umfasst auch eine erste Seitenfläche 112 und eine zweite Seitenfläche 113, gegenüber und parallel zur ersten Seitenfläche 112. Die erste Seitenfläche 112 und die zweite Seitenfläche 113 können beide entlang einer Länge L der ersten Seitenfläche und der zweiten Seitenfläche senkrecht zur Oberseite 102 und Unterseite 119 sein. Das Mikroplatten-Bestrahlungssystem 100 kann ein Tischbestrahlungssystem sein und kann stapelbar sein.
Das Schubfach 104 kann vollständig aus der Öffnung 107 herausgezogen oder vollständig in die Öffnung 107 eingesetzt werden, wie in 2 bzw. 3 dargestellt ist. Eine Länge L1 des Schubfachs 104 kann kleiner als die Länge L der Seitenfläche sein, so dass das Schubfach vollständig in die Öffnung 107 einfahren kann. An einer Schubfachfront 118 des Schubfachs 104 kann ein Mechanismus 109 vorhanden sein, um das Schubfach aus der Öffnung 107 herauszuziehen oder das Schubfach zurück in die Öffnung 107 zu schieben. In einem Beispiel kann das Schubfach 104 mithilfe eines Schalters (nicht dargestellt) in die Öffnung 107 eingefahren und aus dieser ausgefahren werden, wobei der Schalter elektrisch betätigt werden kann.
Eine Breite W1 einer Schubfachfront 118 kann größer als eine Breite W2 der Öffnung 107 sein, so dass eine Schubfachfront 118 des Schubfachs 104 um die Öffnung 107 herum in flächigem Kontakt mit der Vorderseite 114 des Gehäuses 103 steht, wenn sich das Schubfach in einer vollständig eingesetzten Position befindet, wie in 3 dargestellt ist.
Das Schubfach 104 kann Kanäle 105 umfassen, die in komplementäre Nuten (nicht dargestellt) innerhalb der Öffnung 107 gleiten können, so dass das Schubfach in die Öffnung 107 ein- und aus dieser ausfahren kann. Wenn sich das Schubfach in der aus der Öffnung vollständig ausgefahrenen Position befindet, darf das Schubfach in einem Beispiel nicht vom Gehäuse 103 gelöst werden. In einem weiteren Beispiel kann das Schubfach 104 reversibel vom Gehäuse 103 gelöst werden. In einem weiteren Beispiel kann eine Tür (z.B. eine Klapptür, eine Schiebetür usw.) anstelle des Schubfachs konfiguriert werden, um die Öffnung 107 zu blockieren und freizugeben.
Das Schubfach 104 umfasst einen Hohlraum 117 mit einem Gestell 108. Das Gestell 108 kann konfiguriert werden, um eine Reagenzienhalterungsvorrichtung 106 aufzunehmen. In einem Beispiel kann die Reagenzienhalterungsvorrichtung 106 eine Multiwell-Mikroplatte sein, beispielsweise eine 96 Well-Platte oder eine 48 Well-Platte. In einem weiteren Beispiel kann es sich bei der Reagenzienhalterungsvorrichtung 106 um eine oder mehrere Mikrofluidik-Chipvorrichtungen und/oder Kartuschen handeln. Weitere Beispiele für die Reagenzienhalterungsvorrichtung 106 können eine Küvette, ein Gewebekulturkolben, ein Objektträger, eine Gewebekulturplatte mit einem Well usw. sein. In einem weiteren Beispiel kann das Gestell konfiguriert werden, um mehr als eine Reagenzienhalterungsvorrichtung aufzunehmen. Die Reagenzienhalterungsvorrichtung 106 kann reversibel an dem Gestell 108 befestigt werden (z.B. mit einem oder mehreren Schließen), so dass ein Gleiten des Schubfachs 104 in die und aus der Öffnung 107 die Reagenzienhalterungsvorrichtung 106 nicht von dem Gestell 108 lösen kann. Darüber hinaus darf das Gestell 108 mit der Reagenzienhalterungsvorrichtung 106 nicht das Gleiten des Schubfachs in die und aus der Öffnung 107 stören. In einigen Beispielen kann die Reagenzienhalterungsvorrichtung 106 einen Deckel umfassen, der aus UV-durchlässigem Material besteht, wie beispielsweise transparentem Silikon, Polytetrafluorethylen (PTFE) oder fluoriertem Ethylenpropylen (FEP). In solchen Beispielen kann die Reagenzienhalterungsvorrichtung in den Hohlraum/das Schubfach eingesetzt werden, wobei der Deckel mit dem Boden der Reagenzienhalterungsvorrichtung gekoppelt ist. In Beispielen, in denen ein Deckel der Reagenzienhalterungsvorrichtung nicht UV-durchlässig ist (z.B. Deckel aus Polyester oder Polyimid), kann der Deckel jedoch vor dem Einsetzen in den Hohlraum/das Schubfach entfernt werden.
Die Vorderseite 114 des Mikroplatten-Bestrahlungssystems 100 umfasst auch einen Bildschirm 110 neben des Schubfach 104, wie in 2-3 dargestellt ist. In 4 ist ebenfalls eine vergrößerte Version des Bildschirms 110 dargestellt. In einem Beispiel kann der Bildschirm 110 ein Touchscreen sein. Der Bildschirm 110 kann ein Menü zur Bedienung des Mikroplatten-Bestrahlungssystems 100 umfassen. Das Anzeigemenü kann mit einer Steuerung (z.B. der Steuerung 14 von 1) gekoppelt werden, die den Betrieb einer Lichtquelle (z.B. Aktivierungszeit der Lichtquelle, Intensität der Lichtquelle usw.) regeln kann, wie nachstehend näher erläutert wird. In anderen Beispielen kann der Bildschirm entlang der Oberseite oder entlang einer ersten Seitenfläche oder einer zweiten Oberfläche des Gehäuses 103 positioniert werden.
Wie in 4 dargestellt ist, kann der Bildschirm Bedienelemente der Benutzeroberfläche umfassen, die es einem Benutzer ermöglichen, verschiedene Parameter und/oder Befehle einzugeben. So kann beispielsweise ein Benutzer ein Sterilisationsprotokoll (auch als Rezept bezeichnet) auswählen, das die Lichtleistungsparameter definiert (z.B. Leistung oder Bestrahlungsstärke, Emissionsmuster, zeitliche Dauer, Wellenlängenspektrum). Der Benutzer kann auch die Aktivierung und Beendigung des Sterilisationsvorgangs veranlassen. Der Bildschirm kann dem Benutzer auch Informationen über den Sterilisationsvorgang anzeigen, einschließlich Expositionszeit, Intensitätswert, ausgewähltes Rezept, Mikroplattenidentifikation, Lichtemitterstatus und Schubfachstatus.
Ein Anschluss 120 kann entlang der Vorderseite 114 des Mikroplatten-Bestrahlungssystems 100 vorhanden sein. In einem Beispiel können der Anschluss 120 und/oder zusätzliche Anschlüsse entlang anderer Oberflächen des Gehäuses vorhanden sein, wie beispielsweise entlang der ersten Seitenfläche und/oder der zweiten Seitenfläche oder an der Rückseite. Der Anschluss 120 kann ein drahtgebundenes und/oder drahtloses Kommunikationsmittel sein, wie beispielsweise eine USB-Verbindung, eine drahtlose Internetverbindung, ein Infrarot-Transponder oder eine Bluetooth0-Verbindung. Das Mikroplatten-Bestrahlungssystem 100 kann über den Anschluss 120 direkt und/oder indirekt (z.B. über das Internet, ein Intranet, ein Mobilfunknetz, PSTN oder ein anderes Netzwerk) mit einer externen CPU, wie beispielsweise einem Computer, verbunden werden, die über eine geeignete Software zum Auswählen oder Konfigurieren eines oder mehrerer Bestrahlungsparameter und deren Übertragung in einen Speicher einer Steuerung des Mikroplatten-Bestrahlungssystems 100 verfügt. Alternativ könnte die externe Vorrichtung ein Speicher wie ein ROM, z.B. ein USB-Stick, sein, auf dem ein oder mehrere Lichtbestrahlungsparameter gespeichert sind, die beim Anschluss an den Speicher der Steuerung des Mikroplatten-Bestrahlungssystems 100 übertragen werden.
5 und 6 zeigen eine erste transparente Darstellung 200 bzw. eine zweite transparente Darstellung 201 des vorstehend anhand von 2-3 beschriebenen Mikroplatten-Bestrahlungssystems 100. Die erste transparente Darstellung 200 und die zweite transparente Darstellung 201 veranschaulichen die Konfiguration von Komponenten im Gehäuse 103 des Mikroplatten-Bestrahlungssystems 100. Teile und Merkmale, die zuvor in 2-3 eingeführt wurden, werden nicht erneut eingeführt und sind mit der gleichen Ziffer gekennzeichnet.
5 und 6 zeigen transparente Darstellungen des Gehäuses 103 mit Sockelstützen 230 entlang der Unterseite 119 des Mikroplatten-Bestrahlungssystems. Die Reagenzienhalterungsvorrichtung 106, beispielsweise eine Mikroplatte mit einem flüssigen Reagenz, kann sich in dem Schubfach in der Öffnung 107 befinden. Eine modulare Light Engine 220 kann direkt über der Reagenzienhalterungsvorrichtung 106 positioniert werden, so dass das von der modularen Light Engine 220 emittierte Licht hin zu einer Oberseite der Reagenzienhalterungsvorrichtung 106 gerichtet werden kann.
Die modulare Light Engine 220 kann ein nicht einschränkendes Beispiel für die modulare Light Engine 12 von 1 sein und somit mehrere Lichtquellenvorrichtungen (ähnlich den mehreren Halbleitervorrichtungen 19 von 1) umfassen, wie nachfolgend anhand von 7-11 beschrieben wird. Die modulare Light Engine 220 kann mit einer Steuerung 218 (ähnlich der Steuerung 14 von 1) im Gehäuse 103 des Mikroplatten-Bestrahlungssystems 100 gekoppelt werden. Die Steuerung 218 kann mit einer Energiequelle 240 gekoppelt werden (ähnlich der Energiequelle 16 von 1). In einem Beispiel kann die Eingangsleistung der Energiequelle im Bereich von 90-260 VAC, 47-63 Hz liegen. Die Steuerung 218 kann auch über die Koppelelektronik 222 mit dem Bildschirm 110 und über die Koppelelektronik 224 mit der modularen Light Engine 220 gekoppelt werden. Die Steuerung kann mit dem Bildschirm 110 und mit dem Anschluss 120 kommunizieren, wie vorstehend anhand von 2 beschrieben.
Lüftungsöffnungen 216 können entlang der Rückseite 115 des Gehäuses 103 vorhanden sein. Die Lüftungsöffnungen 216 ermöglichen die Zirkulation von Luft durch das Gehäuse 103, um den Temperaturanstieg während des Betriebs der modularen Light Engine 220 im Inneren des Gehäuses 103 zu reduzieren. In einem Beispiel kann ein Lüfter (nicht dargestellt) im Gehäuse (z.B. benachbart zu den Lüftungsöffnungen 216) untergebracht sein, um die Luftzirkulation durch das Gehäuse 103 weiter zu unterstützen.
Eine transparente Seitenansicht 300, die Luftzirkulation durch das Gehäuse 103 des Mikroplatten-Bestrahlungssystems 100 veranschaulicht, ist in 7 dargestellt. Durch die Lüftungsöffnung 216 entlang der Rückseite des Gehäuses 103 kann Luft in das Gehäuse eindringen. Kühlere Umgebungsluft kann entlang eines Luftströmungswegs 302 zur Vorderseite 114 des Gehäuses durch die Lüftungsöffnung 216 strömen, wobei sie an der Steuerung 218, der Koppelelektronik 224 und der modularen Light Engine 220 vorbeiströmt. Die Lufttemperatur steigt bei konvektiver Wärmeübertragung, während sie an der Steuerung, dem Stromkreis und der modularen Light Engine vorbeiströmt. Die erwärmte Luft strömt entlang eines Weges 304 und tritt durch die Lüftungsöffnung 216 aus dem Gehäuse aus, wodurch die Innentemperatur des Gehäuses bei Betrieb der modularen Light Engine gesenkt wird.
8-9 veranschaulichen eine modulare Light Engine 400. Die modulare Light Engine 400 ist ein nicht einschränkendes Beispiel für die modulare Light Engine 220 von 2-3 und 5-6 und die modulare Light Engine 12 von 1. Die modulare Light Engine 400 kann mehrere lichtemittierenden Vorrichtungen 420 umfassen. Im dargestellten Beispiel kann jede lichtemittierende Vorrichtung 420 ein Array von LEDs umfassen, die an einer Wärmesenke angeordnet sind. In einem weiteren Beispiel kann es sich bei den mehreren lichtemittierenden Vorrichtungen 420 um eine oder mehrere Kacheln und/oder Streifen handeln, wobei jede Kachel und/oder jeder Streifen ein zweidimensionales Array von LEDs umfassen kann, die Strahlung emittieren.
Jede lichtemittierende Vorrichtung 420 umfasst ein Array von LEDs, die mit einem Substrat gekoppelt sind. Jedes Substrat ist mit einer Wärmesenke gekoppelt, hierin ein Satz von Kühlrippen. Jedes Substrat einer lichtemittierenden Vorrichtung 420 bildet die Vorderfläche der lichtemittierenden Vorrichtung (z.B. lichtemittierende Oberfläche) und kann ein erstes Ende 422 und ein zweites Ende 424 (gegenüber dem ersten Ende 422) umfassen. Das erste Ende 422 und das zweite Ende 424 jedes der Substrate der lichtemittierenden Vorrichtungen können mit dem Rahmen 404 in Kontakt stehen, während ein mittlerer Abschnitt 426 (z.B. Fläche) jeder der lichtemittierenden Vorrichtungen einer Reagenzienhalterungsvorrichtung (z.B. Vorrichtung 106 von 5-6) zugewandt ist. Von jeder der lichtemittierenden Vorrichtungen 420 wird Licht ungehindert in Richtung der Reagenzienhalterungsvorrichtung emittiert. Die Richtung des von der lichtemittierenden Vorrichtung emittierten Lichts wird durch die Pfeile 430 angezeigt. In einem Beispiel kann der Rahmen 404 konfiguriert werden, um bis zu sieben lichtemittierende Vorrichtungen aufzunehmen, wie in 8 dargestellt ist. In anderen Beispielen kann der Rahmen 404 konfiguriert werden, um mehr als sieben oder weniger als sieben lichtemittierende Vorrichtungen aufzunehmen. Rippen 221 entlang einer Rückseite jeder der lichtemittierenden Vorrichtungen 420 weisen von der Reagenzienhalterungsvorrichtung weg und können Luftzirkulation ermöglichen, um die Überhitzung der modularen Light Engine zu reduzieren.
In einem Beispiel kann der Rahmen 404 direkt darüber sein und dem Gestell 108 mit der Reagenzienhalterungsvorrichtung entsprechen (ohne in flächigem Kontakt mit der Reagenzienhalterungsvorrichtung zu stehen), wenn das Schubfach 104 vollständig in die Öffnung 107 eingesetzt ist, wie in 3 und 5-6 dargestellt ist. Das von den lichtemittierenden Vorrichtungen 420 emittierte Licht kann zur Oberseite 208 der Reagenzienhalterungsvorrichtung 106 gerichtet werden.
9 zeigt eine Ansicht 402 einer Vorderfläche 406 der lichtemittierenden Vorrichtungen 420. Jede der lichtemittierenden Vorrichtungen 420 umfasst eine Reihe von LEDs 440 (in 9 sind zwar sieben Reihen von LEDs dargestellt, doch ist in 9 nur eine Reihe gekennzeichnet). Die LEDs können UV-, IR- und/oder sichtbares Licht emittieren. Die Wellenlänge des UV-Lichts kann im Bereich von 100 nm-290 nm (z.B. 275 nm) liegen, die keimtötend ist und Nukleinsäuren denaturieren kann, einschließlich der kontaminierenden Nukleinsäuren, die im Reagenz in der Reagenzienhalterungsvorrichtung vorhanden sind. Es sind jedoch auch andere Wellenlängen möglich, einschließlich mehrerer Wellenlängen, wie nachstehend näher beschrieben wird.
10 zeigt eine Draufsicht 600 auf die lichtemittierende Vorrichtung 420, mit dem ersten Ende 422 und dem zweiten Ende 424. Sowohl das erste Ende als auch das zweite Ende umfasst einen Rückhaltemechanismus 446, der konfiguriert ist, um sowohl das erste Ende als auch das zweite Ende der lichtemittierenden Vorrichtung 420 mit dem Rahmen 404 zu koppeln, wie in den 8-9 dargestellt ist. Der mittlere Abschnitt 426 der lichtemittierenden Vorrichtung umfasst eine Reihe von LEDs 436. Wie in 10 dargestellt ist, kann die lichtemittierende Vorrichtung 420 eine Reihe von LEDs umfassen, wobei die Reihe bis zu vier Gruppen von LEDs aufnehmen kann, mit bis zu acht LEDs in jeder Gruppe. Die tatsächliche Anzahl der LEDs, die in der lichtemittierenden Vorrichtung enthalten sind, kann jedoch variieren. In einem Beispiel kann die Reihe der LEDs 436 acht LEDs umfassen, die gleichmäßig oder ungleichmäßig voneinander beabstandet sind. In anderen Beispielen ist eine andere Verteilung der LEDs im mittleren Abschnitt 426 der lichtemittierenden Vorrichtung zu sehen, wie z.B. mehr oder weniger LEDs, mehr als eine Reihe, etc. Die in 10 dargestellte lichtemittierende Vorrichtung kann eine Breite von 23 mm aufweisen, obwohl andere Breiten möglich sind. Die lichtemittierende Vorrichtung 420 umfasst ferner mehrere Fingerclips, wie beispielsweise einen Clip 450, der durch Schrauben, wie beispielsweise eine Schraube 452, festgehalten werden. Die Fingerclips können einen elektrischen Kontakt zu den LEDs herstellen.
Jede der LEDs oder Gruppen von LEDs (d.h. Reihen, Spalten oder Gruppen innerhalb der Reihen oder Spalten) kann mit der Steuerung gekoppelt werden, und jede LED oder Gruppe von LEDs wird von der Steuerung aktiviert und deaktiviert. Die Steuerung kann die Energieversorgung der LEDs basierend auf Eingaben regeln, die von einem Benutzer über den Bildschirm 110 oder über den Anschluss 120 empfangen werden, wie vorstehend beschrieben wurde. Jede der LEDs kann Licht gleicher Intensität emittieren, so dass die Reagenzienhalterungsvorrichtung eine gleichmäßige Dosis (z.B. ca. 80% Gleichmäßigkeit) UV-Licht auf der den LEDs zugewandten Oberseite der Reagenzienhalterungsvorrichtung erhält. In einem Beispiel kann das von der modularen lichtemittierenden Engine emittierte UV-Licht an der Oberseite der Reagenzienhalterungsvorrichtung eine ungefähre Intensität von 4,8 mW/cm² aufweisen. Das erzeugte Licht fällt auf die Reagenzienhalterungsvorrichtung, wodurch die Reagenzienhalterungsvorrichtung gleichmäßig bestrahlt wird.
Jede der lichtemittierenden Vorrichtungen kann von der Steuerung individuell geregelt werden. Ebenso kann die Leistung jeder der LEDs oder Gruppen von LEDs durch die Steuerung geregelt werden. In einem Beispiel kann nur ein erster Abschnitt der Reagenzienhalterungsvorrichtung bestrahlt werden, indem nur die dem ersten Abschnitt entsprechenden lichtemittierenden Vorrichtungen aktiviert werden. Ein zweiter Abschnitt der Reagenzienhalterungsvorrichtung darf keine einfallende Lichtemission empfangen, indem die dem zweiten Abschnitt entsprechenden lichtemittierenden Vorrichtungen nicht aktiviert werden. In einem weiteren Beispiel können die dem ersten Abschnitt der Reagenzienhalterungsvorrichtung entsprechenden lichtemittierenden Vorrichtungen bei einer anderen Intensität und/oder einer anderen zeitlichen Dauer betrieben werden als die dem zweiten Abschnitt der Reagenzienhalterungsvorrichtung entsprechenden lichtemittierenden Vorrichtungen.
11 zeigt eine Ansicht 800, bei der eine lichtemittierende Vorrichtung 420 innerhalb des Gehäuses 103 des Mikroplatten-Bestrahlungssystems 100 positioniert ist. Die lichtemittierende Vorrichtung 420 ist über einem Hohlraum 810 positioniert. Das Schubfach 104 ist aus dem Gehäuse 103 heraus ausgefahren. Das Gestell 108 ist konfiguriert, um eine Mikroplatte aufzunehmen. Wenn die Mikroplatte auf dem Gestell positioniert und das Schubfach in das Gehäuse eingesetzt wird, wird die lichtemittierende Vorrichtung 420 zum Erzeugen keimtötender Bestrahlung über der Mikroplatte positioniert.
Ein Verfahren 1200 zum Betreiben eines Mikroplatten-Bestrahlungssystems ist in einem Flussdiagramm in 12 dargestellt. In einem Beispiel kann das Verfahren 1200 verwendet werden, um das Mikroplatten-Bestrahlungssystem 10 und/oder das Mikroplatten-Bestrahlungssystem 100 zu betreiben, die in 1-11 dargestellt sind. Befehle zur Durchführung des Verfahrens 1200 können von einer Steuerung, beispielsweise der Steuerung 14 von 1 und/oder der Steuerung 218 von 2-3, beruhend auf Befehlen, die im Speicher der Steuerung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen, die von der Steuerung vom Bildschirm 110, dem Anschluss 120, der modularen Light Engine 220 usw. empfangen werden, die in 2-11 dargestellt sind, empfangen werden.
Das Verfahren 1200 beginnt mit dem Empfangen eines Hinweises, dass eine Mikroplatte in eine Kammer des Mikroplatten-Bestrahlungssystems eingesetzt wurde. Die Mikroplatte kann in einem Schubfach positioniert werden, das aus dem Bestrahlungssystem der Mikroplatte ausfährt. Die Mikroplatten-Wells können flüssige Reagenzien beinhalten. Daher kann die Mikroplatte auf einer ebenen/flachen Oberfläche des Schubfachs positioniert werden, wie beispielsweise einer Oberfläche von Gestell 108, wobei die Wells der Mikroplatte von der ebenen Oberfläche weg weisen. Nachdem die Mikroplatte in dem Schubfach positioniert ist, kann das Schubfach wieder in ein Gehäuse des Mikroplatten-Bestrahlungssystems eingesetzt werden. In einem weiteren Beispiel können Reagenzienhalterungsvorrichtungen wie Objektträger, Gewebekulturplatten usw. durch Platzieren der Vorrichtungen in dem Schubfach in das Gehäuse eingesetzt werden. In einem weiteren Beispiel kann die Mikroplatte direkt im Inneren des Gehäuses durch eine Öffnung positioniert werden, die durch eine mit der Öffnung gekoppelte Tür zugänglich ist. Sobald sie sich Inneren des Gehäuses befindet, wird die Mikroplatte direkt unter der modularen Light Engine positioniert, so dass die modulare Light Engine eine Lichtemission zur Mikroplatte richten kann, ohne dass es ein physikalisches und optisches Hindernis zwischen der Mikroplatte und der modularen Light Engine gibt. Sobald die Mikroplatte im Gehäuse positioniert ist, wird der Umgebungslicht- und Luftstrom durch die Öffnung blockiert, z.B. durch das Einführen des Schubfachs bis zum Anschlag in das Gehäuse. Die Steuerung kann beruhend auf einer Benutzereingabe und/oder beruhend auf der Feststellung, dass das Schubfach geöffnet und dann geschlossen wurde, einen Hinweis erhalten, dass die Mikroplatte in das Schubfach eingeführt wurde und das Schubfach geschlossen wurde.
Bei 1204 umfasst das Verfahren 1200 das Empfangen von Parametern für einen Bestrahlungszyklus zum Bestrahlen der eingesetzten Mikroplatte. In einem Beispiel können bei 1206 die Parameter über eine Benutzereingabe empfangen werden, z.B. kann der Benutzer die Parameter über ein Bildschirmmenü auswählen, das mit dem Mikroplatten-Bestrahlungssystem gekoppelt ist, und die ausgewählten Parameter können an eine Steuerung, wie die Steuerung 14 von 1, weitergeleitet werden. Die ausgewählten Parameter können die zeitliche Dauer, das räumliche Muster (durch Aktivierung bestimmter lichtemittierender Vorrichtungen), den Intensitätswert, die Dosis (Leistung) usw. umfassen. In einem weiteren Beispiel können bei 1208 die Bestrahlungsparameter über eine kompatible externe Vorrichtung, wie beispielsweise einen Computer, ein USB-Laufwerk usw., empfangen werden, die über einen Anschluss des Mikroplatten-Bestrahlungssystems an die Steuerung weitergeleitet werden kann.
Bei 1210 umfasst das Verfahren 1200 den Betrieb des Mikroplatten-Bestrahlungssystems gemäß den ausgewählten Parametern, um die Mikroplatte und der flüssigen Reagenzien in den Mikroplatten-Wells zu bestrahlen. Die modulare Light Engine kann aktiviert werden, um keimtötende UV-Strahlung mit der gewählten Intensität, Dosis, Muster und Dauer an die Mikroplatte abzugeben. Wie bereits erläutert kann die modulare Light Engine mehrere lichtemittierenden Vorrichtungen, wie beispielsweise LEDs, umfassen. Somit können eine oder mehrere der LEDs bei einer gewählten Intensität, Wellenlänge und Dauer aktiviert werden. Weiterhin kann das gewählte Muster der Lichtemission erreicht werden, indem verschiedene Teilmengen der LEDs zu unterschiedlichen Zeiten und/oder mit unterschiedlichen Parametern aktiviert werden. So können beispielsweise alle LEDs gleichzeitig, mit gleicher oder unterschiedlicher Intensität, Wellenlänge und/oder Dauer aktiviert werden. In einem weiteren Beispiel kann eine erste Teilmenge von LEDs mit einer ausgewählten Intensität, Wellenlänge und/oder Dauer aktiviert werden, während eine zweite, unterschiedliche Teilmenge von LEDs mit einer anderen Intensität, Wellenlänge und/oder Dauer aktiviert werden kann.
Nachdem der Bestrahlungszyklus abgeschlossen ist, fährt das Verfahren 1200 mit 1212 fort, um die bestrahlte Mikroplatte aus dem Gehäuse des Mikroplatten-Bestrahlungssystems auszuwerfen. Die Mikroplatte kann nach Abschluss des Bestrahlungszyklus oder bei Erhalt einer Benutzereingabe, die den Auswurf der Mikroplatte fordert, automatisch ausgeworfen werden. Zum Auswerfen der Mikroplatte kann das Schubfach geöffnet werden und der Benutzer kann dann die Mikroplatte entfernen. Das Verfahren 1200 endet dann.
Auf diese Weise kann eine gesteuerte Dosis keimtötender UV durch eine modulare Light Engine abgegeben werden, die ein Array von Leuchtdioden umfasst, die konfiguriert sind, um keimtötendes UV auf eine Mikroplatte in der Kammer eines Mikroplatten-Bestrahlungssystems zu richten.
In einem Beispiel kann die modulare Light Engine eine Dosis keimtötenden Lichts abgeben, das mehrere Wellenlängen (zwei oder mehr) zur Inaktivierung umfasst. Die für die Inaktivierung verwendeten mehreren Wellenlängen können basierend auf zu inaktivierenden Verunreinigungen ausgewählt werden, z.B. kann UVC-Licht bei 255 nm Nukleinsäuren, UVC-Licht bei 275 nm Proteinstabilität durch gezielte Ausrichtung auf Cystein und Aromaten und UVA-Licht bei 365 nm Lysin in Proteinen (z.B. Enzyme wie RNase A) ins Visier nehmen. In einigen Beispielen können bestimmte kontaminierende Mikroorganismen über Zeit eine Erholung (Reaktivierung) nach UV-Lichtexposition zeigen. Um diese Reaktivierung zu verhindern und eine effiziente und vollständige Inaktivierung zu gewährleisten, können zwei oder mehr Wellenlängen von keimtötendem UV verwendet werden. Darüber hinaus können auch Wellenlängen von Licht außerhalb des UV-Bereichs emittiert werden (zumindest in einigen Beispielen zusammen mit UV-Licht). Beispielsweise kann infrarotes (IR-)Licht (z.B. bei 1640 nm) zum Schmelzen/zur Dissoziation von Alpha-Helices führen, während sichtbares Licht (z.B. bei 405 nm) gängige biologische Pigmente (z.B. von Mikroorganismen produziert und daher auf diese Mikroorganismen ausgerichtet) ins Visier nehmen kann.
Unter Bezugnahme nun auf 13 ist eine zweite Ausführungsform einer Bioinaktivierungsvorrichtung dargestellt. Die Bioinaktivierungsvorrichtung 1300 kann ähnlich wie die Bioinaktivierungsvorrichtung von 1 konfiguriert werden, kann aber als kompakte tragbare Beleuchtungseinheit zur Oberflächendesinfektion ohne das Mikroplattensystem verwendet werden. Eine solche Vorrichtung kann in einem Beispiel als an Ort und Stelle zu verwendende Vorrichtung zur Desinfektion von Oberflächen und Materialien verwendet werden. In einem weiteren Beispiel kann die Bioinaktivierungsvorrichtung von 13 in ein größeres Lichtemissionssystem für Bioinaktivierungsanwendungen (z.B. Desinfektion, DNA-Amplifikation und Sequenzierung) integriert werden. Die Vorrichtung kann im Gehäuse 1301 untergebracht sein und kann beispielsweise ein Steuersystem 1326 (z.B. ein Prozessor und ein Speicher, der Befehle speichert, die vom Prozessor ausgeführt werden können), eine modulare Light Engine 1302 mit einer oder mehreren lichtemittierenden Vorrichtungen (z.B. LEDs) 1306, eine oder mehrere Benutzeroberflächen wie die Benutzeroberfläche 1330 (z.B. eine Maus, Tastatur, Touchscreen, Anzeigemenü) und ein Kommunikationssystem 1328 umfassen, das zum Koppeln der Steuerung mit einer oder mehreren entfernten Rechenvorrichtungen dient.
Die Steuerung des Steuersystems 1326 kann eine elektronische Steuerung sein und einen Speicher umfassen, der Befehle speichert, die ausgeführt werden können, um eines oder mehrere der hierin beschriebenen Verfahren auszuführen. Die Steuerung kann eine oder mehrere physikalische Logikvorrichtungen, wie beispielsweise einen oder mehrere Prozessoren, umfassen, die zum Ausführen von Befehlen konfiguriert sind. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung Hardware oder Firmware umfassen, die konfiguriert ist, um Hardware- oder Firmware-Befehle auszuführen. Der Speicher kann abnehmbare und/oder eingebaute Vorrichtungen umfassen, einschließlich optischen Speicher, Festkörperspeicher und/oder magnetischen Speicher. Die Speicher kann umfassen; flüchtige, nichtflüchtige, statische, dynamische, lese-/schreibgeschützte, schreibgeschützte Vorrichtungen, Vorrichtungen mit wahlfreiem Zugriff, mit sequentiellem Zugriff, ortsadressierbare, dateiadressierbare und/oder inhaltsadressierbare Vorrichtungen. Die Speicher- und Logikvorrichtung(en) können zusammen in eine oder mehrere Hardware-Logikkomponenten integriert werden, wie beispielsweise Feldprogrammierbare Gate Arrays (FPGAs). Das Steuersystem 1326 kann den Aktivierungsstatus (z.B. ein oder aus) sowie die Intensität des von jedem Lichtemitter über die Koppelelektronik 1322 emittierten Lichts steuern.
Die Bioinaktivierungsvorrichtung 1300 kann eine modulare Light Engine 1302 umfassen, die ein Array von Lichtemittern 1306 umfasst, wie beispielsweise Leuchtdioden 1320 (LEDs) oder OLEDs, Plasmaentladung oder andere Lichtemitter. Jeder Lichtemitter oder jede Gruppe von Emittern kann direkt oder indirekt mit der Energiequelle 1324 gekoppelt werden. Jeder Lichtemitter oder jede Gruppe von Emittern kann mit einem Substrat 1308 gekoppelt (z.B. montiert oder verbunden) werden. Das Substrat 1308 kann ferner mit einer thermischen Vorrichtung 1316 gekoppelt werden, die ein aktives thermisches Regelungssystem, wie beispielsweise eine Peltier-Vorrichtung, oder ein passives thermisches Regelungssystem, wie beispielsweise eine Wärmesenke, sein kann. Die modulare Light Engine 1302 kann ähnlich wie die modulare Light Engine 12 und/oder 220 konfiguriert werden und umfasst als solche eine mehrere lichtemittierenden Vorrichtungen, die an ein Substrat gebunden sind (z.B. ein Array von LEDs umfassend), das mit einer Wärmesenke mit Kühlrippen gekoppelt ist. Es sind aber andere Konfigurationen möglich.
Ein Temperatursensor 1310 ist dargestellt, der mit dem Substrat 1308 zum Messen einer Temperatur des Substrats gekoppelt ist. In anderen Beispielen kann der Temperatursensor so positioniert werden, dass er eine Temperatur einer der Lichtquellen direkt misst, und/oder es können zusätzliche Temperatursensoren vorhanden sein. Der Ausgang des Temperatursensors 1310 kann zur Steuerung der thermischen Vorrichtung 1316 und/oder der Intensität des/der Lichtemitter(s) 1306 verwendet werden. Wenn beispielsweise der Ausgang des Temperatursensors anzeigt, dass die Lichtemitter über einer Schwellentemperatur liegen, kann die thermische Vorrichtung (bei einer aktiven thermischen Vorrichtung) aktiviert werden, um die Lichtemitter zu kühlen, und/oder die Intensität der von den Lichtemittern abgegebenen Lichtleistung kann verringert werden, um eine Degradation der Lichtemitter und/oder anderer Komponenten zu vermeiden. In noch weiteren Beispielen kann der Temperatursensor 1310 weggelassen oder mit einer anderen Komponente des Inaktivierungssystems gekoppelt werden.
Das von einem oder mehreren Lichtemittern 1306 emittierte Licht kann sich entlang eines Lichtwegs zu einer Behandlungsoberfläche 1314 fortbewegen. In einigen Beispielen kann das sich entlang des Lichtwegs fortbewegende Licht durch Lichtübertragungsoptik 1312 hindurchgehen, die dazu dienen kann, das Licht zu filtern, zu fokussieren, umzuleiten oder anderweitig zu konditionieren, um ein gewünschtes Beleuchtungsmuster zu erzeugen, bevor es die Behandlungsoberfläche erreicht. Die Lichtübertragungsoptik 1312 kann einen Bandpassfilter, Linsen (z.B. Kugellinse, Kollimatorlinse, Fresnellinse), Kollimatoren, Lichtleiter und/oder andere Optiken umfassen.
Wie bereits beschrieben kann das von den Lichtemittern 1306 erzeugte Licht mehrere Wellenlängen (zwei oder mehr) umfassen, die auf die Behandlungsoberfläche auftreffen. Die Verwendung mehrerer Lichtwellenlängen kann die Anzahl der möglichen Inaktivierungsziele erhöhen. So kann beispielsweise UV-Licht von 255 nm Nukleinsäuren ins Visier nehmen, UV-Licht von 275 nm kann durch gezieltes Abstellen auf Cystein und Aromaten Proteinstabilität ins Visier nehmen, UV-Licht von 365 nm kann Lysin in Proteinen (z.B. Enzyme wie RNase A) ins Visier nehmen, während sichtbares Licht von 405 nm gängige biologische Pigmente (z.B. von einigen Mikroorganismen produziert) ins Visier nehmen kann. Wie nachstehend näher erläutert wird, kann die Verwendung mehrerer Wellenlängen auf einmal synergistisch sein, da die Wirkung der kombinierten Wellenlängen größer ist als die Summe der Wirkungen der einzelnen Wellenlängen. Wie hierin verwendet kann sich der Begriff „mehrere Wellenlängen des Lichts“ auf mehrere Spitzen- oder Durchschnittswellenlängen des Lichts beziehen. Ein Lichtemitter, der konfiguriert ist, um Licht bei 275 nm auszugeben, kann beispielsweise tatsächlich Licht bei 275 nm plus Licht in einem Wellenlängenbereich um 275 nm ausgeben, wie beispielsweise Licht von 270-280 nm. Ein Lichtemitter, der konfiguriert ist, um Licht bei 365 nm auszugeben, kann analog tatsächlich Licht bei 365 nm plus Licht in einem Wellenlängenbereich um 365 nm ausgeben, wie beispielsweise 360-370 nm. Wenn somit hierin auf mehrere Wellenlängen des Lichts Bezug genommen wird, können die mehreren Wellenlängen unterschiedliche Spitzen- oder Durchschnittswellenlängen sein, die beispielsweise von verschiedenen Lichtemittern ausgegeben werden.
In einem Beispiel kann eine bestimmte Anregungswellenlänge des Lichts (X EX, 1332 von einer oder mehreren Wellenlängen) von der modularen Light Engine der Bioinaktivierungsvorrichtung emittiert werden, die auf die Behandlungsoberfläche 1314 auftreffen kann. Wenn sie mit einer Anregungsquelle einer bestimmten Wellenlänge 1332 beleuchtet werden, können Organismen, Proteine und/oder andere Verunreinigungen, die auf der Oberfläche vorhanden sind, eine Fluoreszenz aufweisen. Fluoreszenz bezieht sich auf die molekulare Absorption von Licht bei einer ersten Wellenlänge und seine nahezu sofortige Wiederabgabe bei einer zweiten, längeren Wellenlänge. So kann beispielsweise Licht der Anregungswellenlänge, das von den Lichtemittern 1306 emittiert wird, von Organismen auf der beleuchteten Oberfläche absorbiert werden, was Elektronen im Organismus veranlasst, in einen angeregten Zustand höherer Energie zu wechseln. Wenn die Elektronen wieder in ihren niedrigeren Energiezustand, den Grundzustand, zurückkehren, wird Energie als Photon des Lichts bei der zweiten, längeren Wellenlänge freigesetzt.
Die Menge und Wellenlänge der von den Organismen emittierten Fluoreszenz kann von der molekularen Zusammensetzung der Zelle (z.B. Art des Mikroorganismus) und den Wellenlängen des für die Anregung/Beleuchtung verwendeten Lichts abhängen. Bei Einwirkung von keimtötenden Wellenlängen von UV-, IR- und/oder sichtbarer Strahlung wird die molekulare Zusammensetzung einer Zelle einschließlich ihrer Nukleinsäuren irreversibel verändert, wodurch der Fluoreszenzwert abnimmt. Wenn in einem Beispiel die Behandlungsoberfläche und damit kontaminierende Mikroorganismen und/oder Moleküle mehreren keimtötenden Wellenlängen von Strahlung ausgesetzt werden, die verschiedene Aspekte eines Organismus angreifen (z.B. Proteine, Nukleinsäuren usw.), ist eine Abnahme des Fluoreszenzwerts erkennbar.
Um die Fluoreszenz zu messen (z.B. Intensitätswert und Wellenlänge des emittierten Lichts), können also ein oder mehrere Signaldetektoren in die Bioinaktivierungsvorrichtung integriert werden, die konfiguriert sein können, um die Lichtemission bei der zweiten, längerwelligen Emission X EM_(1334) als Fluoreszenz zu detektieren. In einem Beispiel kann der Fluoreszenzsignaldetektor ein Photodetektor 1318 (z.B. eine Halbleiterphotodiode) sein. Die Bioinaktivierungsvorrichtung kann mit dem Photodetektor 1318 gekoppelt werden, der in der Bioinaktivierungsvorrichtung untergebracht und weiterhin kommunikativ mit dem Steuersystem gekoppelt werden kann. Während des Betriebs der Bioinaktivierungsvorrichtung kann der Photodetektor 1318 eine detektierte Menge/Intensität und Wellenlänge des emittierten Lichts in elektrischen Strom umwandeln und an das Steuersystem 1326 als Maß der Fluoreszenz von der Oberfläche 1314 senden. In einigen Beispielen kann das einfallende und/oder emittierte Licht ein Spektrum von Wellenlängen (zwei oder mehr Wellenlängen) umfassen, und es kann wünschenswert sein, einen Bereich von Wellenlängen zu detektieren. Zusätzlich kann der Fluoreszenzsignaldetektor einen Photodetektor mit einem integrierten Filter umfassen, um unerwünschte spektrale Emissionen (z.B. Rauschen von Wellenlängen außerhalb des gemessenen gewünschten Wellenlängenbereichs) zu reduzieren und das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zu verbessern.
Durch die Messung der Fluoreszenzveränderung mithilfe des Photodetektors (vor und nach Exposition gegenüber Licht mehrerer Längenwellen) kann die Bioinaktivierungsvorrichtung von 13 es dem Benutzer ermöglichen, das Vorhandensein und die Mengen von Mikroorganismen auf der Oberfläche 1314 zu bestimmen. Die Fluoreszenz von der Oberfläche kann durch den Photodetektor vor der keimtötenden Lichtexposition gemessen werden, und Fluoreszenzinformationen können an den Speicher des Steuersystems übertragen und dort gespeichert werden. Die Oberfläche kann dann für eine bestimmte Zeitdauer keimtötendem Licht mit einer gewünschten Intensität, der gewünschten Dosis und dem gewünschten Bestrahlungsmuster ausgesetzt werden. In einem Beispiel können Bestrahlungsparameter von einem Benutzer über ein Menü auf einem mit der Bioinaktivierungsvorrichtung gekoppelten Bildschirm ausgewählt werden, z.B. Benutzeroberfläche 1330, oder über eine externe Vorrichtung, z.B. externe Vorrichtung 1328, erhalten werden. Nach der Lichtexposition kann die Fluoreszenz der behandelten Oberfläche durch den Photodetektor detektiert und gemessen werden und die Informationen können an das Steuersystem weitergeleitet werden. Das Steuersystem kann dann die Fluoreszenzmessungen, die vor und nach der Lichtbehandlung der Behandlungsoberfläche vorgenommen wurden, vergleichen und beurteilen, ob eine Inaktivierung von Verunreinigungen auf der Oberfläche erreicht wurde.
In einigen Beispielen kann die Leistung des Photodetektors während der Emission des keimtötenden Lichts kontinuierlich (oder nahezu kontinuierlich) überwacht werden, um die Inaktivierung der Mikroorganismen und/oder molekularen Verunreinigungen auf der Behandlungsoberfläche zu verfolgen. Die keimtötende Lichtemission kann deaktiviert werden, sobald die detektierte Fluoreszenz eine Schwellenbedingung für die Oberflächenverunreinigungen erfüllt (z.B. unter eine Inaktivierungsschwelle fällt).
Während die mehreren Wellenlängen der Lichtausgabe der modularen Light Engine und die Fluoreszenzregelung vorstehend in Bezug auf ein tragbares Gerät beschrieben wurden, sind andere Konfigurationen möglich. Beispielsweise kann die Bioinaktivierungsvorrichtung in Form eines Mikroplatten-Bestrahlungssystems 10 mit einer modularen Light Engine 12 von 1 ähnlich wie die modulare Light Engine 1302 der Bioinaktivierungsvorrichtung 1300 von 13 konfiguriert werden, so dass von der modularen Light Engine 12 mehrere Wellenlängen von Licht zu einer Mikroplatte ausgegeben werden können. Weiterhin kann das Mikroplatten-Bestrahlungssystem 10 einen Photodetektor, ähnlich dem Photodetektor 1318, umfassen, um die von Mikroorganismen auf einer Oberfläche der Mikroplatte emittierte Fluoreszenz zu messen und die Lichtintensität, Expositionsdauer usw. basierend auf der Fluoreszenz anzupassen, wie nachstehend näher beschrieben wird. In alternativen Ausführungsformen kann die Bioinaktivierungsvorrichtung Teil eines Beleuchtungssystems einer Gewebekulturhaube oder eines anderen Arbeitsraums, einer tragbaren Hohleinheit, z.B. einer mit UV-emittierenden LEDs ausgestatteten Box, sein, so dass zu sterilisierende Materialien (z.B. Fernbedienungen, Schlüssel, schnurlose Telefone, Mobiltelefone usw.) für einen bestimmten Zeitraum in die Box oder eine andere Vorrichtung fallen gelassen werden können.
15 veranschaulicht ein Verfahren 1500 zum Bestimmen der Bioinaktivierung mithilfe von keimtötendem Licht mehrerer Wellenlängen auf Fluoreszenzbasis unter Verwendung einer Bioinaktivierungsvorrichtung, wie der Bioinaktivierungsvorrichtung von 13. In einem Beispiel kann das Verfahren 1500 verwendet werden, um die Bioinaktivierungsvorrichtung von 1, welche das Mikroplatten-Bestrahlungssystem umfasst, zu betreiben. Befehle zur Durchführung des Verfahrens 1500 können basierend auf Befehlen, die im Speicher der Steuerung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen, die an der Steuerung empfangen werden, von einer Steuerung ausgeführt werden, z.B. dem Steuersystem 1326 von 13 oder der Steuerung 14 von 1.
Bei 1502 beginnt das Verfahren 1500 durch Beleuchten einer Oberfläche mit einer Anregungslichtquelle einer bestimmten Wellenlänge A. EX (einzelne oder mehrere Wellenlängen der Anregung). Die zu beleuchtende Fläche kann jede Fläche sein, auf der die Bioinaktivierungsvorrichtung positioniert werden kann. Die Anregungsquelle kann eine oder mehrere gewünschte Beleuchtungswellenlängen umfassen, so dass bei einer Rückstrahlung von der Oberfläche mit einer höheren Wellenlänge ein von der zu behandelnden Oberfläche ausgehender Fluoreszenzwert erreicht werden kann.
Bei 1504 kann das Verfahren 1500 basierend auf einer Menge und Wellenlänge des Lichts, das von einer Oberfläche emittiert wird, die mit einer Anregungsquelle (7. EM) beleuchtet wird, einen anfänglichen Fluoreszenzwert unter Verwendung eines Photodetektors, z.B. Photodetektor 1318 von 13, messen. Die anfängliche Fluoreszenz kann durch den Photodetektor der Bioinaktivierungsvorrichtung vor der Behandlung der Oberfläche mit keimtötender Strahlung mehrerer Wellenlängen detektiert und gemessen werden. Die Information über die gemessene anfängliche Fluoreszenz kann weitergeleitet und im Speicher der Steuerung gespeichert werden.
Bei 1506 kann das Verfahren 1500 Parameter des Bestrahlungszyklus empfangen. Die Parameter des Bestrahlungszyklus können eine gewünschte Bestrahlungsintensität, eine gewünschte Dosis, ein gewünschtes Bestrahlungsmuster und/oder eine Expositionsdauer umfassen, bei denen die zu behandelnde Oberfläche einer keimtötenden Bestrahlung ausgesetzt werden soll. In einem Beispiel können die Parameter des Bestrahlungszyklus über eine Benutzereingabe empfangen werden, wie bei 1508 angezeigt, beispielsweise kann der Benutzer die Bestrahlungsparameter aus einem Menü auf einem Bildschirm auswählen. In einem weiteren Beispiel können die Parameter des Bestrahlungszyklus über einen mit einer externen Vorrichtung gekoppelten Anschluss empfangen werden, wie bei 1510 angezeigt. Beispielsweise können die Parameter von einem Benutzer voreingestellt und auf einem externen Gerät, z.B. einem USB-Laufwerk, gespeichert werden.
Zusätzlich kann das Verfahren, wie bei 1511 angegeben, das Bestimmen von einzelnen Wellenlängen umfassen, die für die Bioinaktivierung basierend auf den Verunreinigungen der Zieloberfläche zu verwenden sind. Die ausgewählten mehreren einzelnen Wellenlängen können von den zu bioinaktivierenden Zielen abhängen. Das/die Ziel(e) können in einem Beispiel ein Enzym sein (z.B. RNase A) und die optimalen Wellenlängen, die für die Inaktivierung ausgewählt werden, können weiterhin auf den relativen Absorptionseigenschaften des Ziels (z.B. RNase A-Enzym) und seinen chemischen Bindungen, auf die abgestellt wird, beruhen. Weiterhin können sich Mikroorganismen in ihrer zellulären Zusammensetzung unterscheiden, beispielsweise können einige Mikroorganismen eine Anfälligkeit für bestimmte Lichtwellenlängen zeigen, da sie eine bestimmte Teilmenge von Verbindungen besitzen, die von der bestimmten Wellenlänge des Lichts angegriffen werden können, während sie gegen andere resistent sind. So kann beispielsweise UV-Licht von 255 nm auf Nukleinsäuren abzielen, UV-Licht von 275 nm kann durch Abstellen auf Cystein und Aromaten Proteinstabilität ins Visier genommen werden, UV-Licht von 365 nm kann Lysin in Proteinen ins Visier nehmen, während sichtbares Licht von 405 nm gängige biologische Pigmente ins Visier nehmen kann. In einem Beispiel kann eine Kombination aus UV-Licht bei 275 nm und 365 nm zur Inaktivierung ausgewählt werden, während in einem anderen Beispiel eine Kombination aus UV-Licht bei 255 nm und 275 nm gewählt werden kann. Die gewählten optimalen einzelnen Wellenlängen können daher auf Vorkenntnissen über die Art der auf der kontaminierten Oberfläche vorhandenen Organismen und damit beispielsweise deren zellulärer Zusammensetzung beruhen. Die Zieloberflächenverunreinigungen können basierend auf den empfangenen Bestrahlungszyklusparametern bestimmt werden, z.B. kann ein Benutzer eine Eingabe eingeben, die die Zieloberflächenverunreinigungen angibt.
Sobald die Parameter des Bestrahlungszyklus ausgewählt sind, kann das Verfahren 1500 zu 1512 vorrücken, um das Bioinaktivierungssystem mit der gewünschten Strahlungsintensität, dem gewünschten Strahlungsmuster und/oder der gewünschten Expositionsdauer basierend auf den vorstehend bei 1506 eingestellten Parametern des Bestrahlungszyklus zu betreiben. Die Bioinaktivierungsvorrichtung kann eine zu behandelnde Oberfläche mit keimtötendem Licht mit den vorstehend beschriebenen ausgewählten Parametern des Bestrahlungszyklus bestrahlen. Der Betrieb des Bioinaktivierungssystems kann das Aktivieren eines oder mehrerer Lichtemitter, wie beispielsweise der vorstehend beschriebenen LEDs, mit der angegebenen Intensität, dem angegebenen Muster, der angegebenen Dauer und der/den angegebenen Wellenlänge(n) umfassen. In Beispielen, in denen mehrere Lichtwellenlängen emittiert werden sollen, kann eine erste Teilmenge von LEDs gesteuert werden, um Licht einer ersten Wellenlänge (z.B. 275 nm) auszugeben, während eine zweite Teilmenge von LEDs gesteuert werden kann, um Licht einer zweiten Wellenlänge (z.B. 365 nm) auszugeben. Um eine gleichmäßige Abdeckung beider Wellenlängen des ausgegebenen Lichts über die gesamte Behandlungsfläche zu gewährleisten, können die verschiedenen Teilmengen von LEDs verschränkt sein, z.B. kann die erste Teilmenge von LEDs abwechseln Reihen mit der zweiten Teilmenge von LEDs aufweisen, abwechselnd Spalten mit der zweiten Teilmenge von LEDs usw. aufweisen.
Das Verfahren 1500 kann Inaktivierung durch Messen des Fluoreszenzwerts nach der Exposition basierend auf einer Menge und Wellenlänge des von der Oberfläche X EM emittierten Lichts unter Verwendung eines Photodetektors bei 1514 detektieren. Wie bereits unter Verweis auf 13 erwähnt kann eine Menge und Wellenlänge des emittierten Lichts (gemessen als Fluoreszenz) auf der molekularen Zusammensetzung von biologischen Organismen und anderen Verunreinigungen, die auf der Oberfläche vorhanden sind, basieren. Bei Lichteinwirkung im keimtötenden Wellenlängenbereich können molekulare Verunreinigungen, die auf der Oberfläche oder in Zellen von auf der Oberfläche vorhandenen Organismen vorhanden sind, irreversibel verändert/gestört werden, was zum Verlust oder zur Verringerung der Fluoreszenz führt. Somit kann der Photodetektor nach der Behandlung einen Fluoreszenzwert der Oberfläche messen, und die Fluoreszenzinformation kann in Echtzeit an die Steuerung weitergeleitet werden, was eine Echtzeitschätzung der Fluoreszenzabnahme ermöglicht, die auf eine Inaktivierung von molekularen Verunreinigungen oder Mikroorganismen hinweist.
Bei 1516 kann das Verfahren 1500 bestimmen, ob die Änderung des Fluoreszenzwerts (anfänglich vs. nach der Exposition) größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Der Schwellenwert bei 1516 kann ein Schwellenwert ungleich Null sein und eine Änderung des Fluoreszenzwertes darstellen, oberhalb dessen die Inaktivierung von Verunreinigungen und/oder Mikroorganismen erfolgreich erreicht werden kann. Die Änderung der Fluoreszenz kann von der Steuerung berechnet werden. Die Steuerung kann eine Differenz (z.B. Änderung) basierend auf der anfänglichen Fluoreszenz (vorstehend bei 1504 erhalten und im Speicher der Steuerung gespeichert) und der Fluoreszenz nach keimtötender Lichteinwirkung (ab 1514) berechnen.
Wenn die Fluoreszenzänderung nicht als größer als der Schwellenwert bestimmt wird (z.B. NEIN bei 1516), kann das Verfahren 1500 bei 1518 die Betriebsparameter des Bioinaktivierungssystems anpassen (z.B. Strahlungsintensität, Strahlungsmuster und/oder Expositionsdauer anpassen). In einem Beispiel kann eine Änderung der Fluoreszenz, die nicht größer als der Schwellenwert ist, darauf hindeuten, dass die Inaktivierung mit den ausgewählten Strahlungsparametern mit den mehreren Wellenlängen erfolglos war (z.B. wurden Mikroorganismen und/oder andere Verunreinigungen nicht erfolgreich inaktiviert). In einem weiteren Beispiel kann eine Änderung der Fluoreszenz unterhalb des Schwellenwerts auf eine teilweise Inaktivierung mit den ausgewählten Strahlungsparametern hinweisen (z.B. wurden Mikroorganismen und/oder andere Verunreinigungen nicht vollständig inaktiviert oder es wurden nicht alle Mikroorganismen und Verunreinigungen inaktiviert). In einem Beispiel können die Betriebsparameter des Bioinaktivierungssystems für Strahlungsintensität, -muster und/oder Expositionsdauer angepasst werden (z.B. kann die Dauer in einem Beispiel erhöht werden). In einem weiteren Beispiel können alternative mehrere Wellenlängen oder zusätzliche Wellenlängen, die andere Aspekte der Mikroorganismen angreifen, ausgewählt und das Verfahren 1500 erneut durchgeführt werden.
Beispielsweise kann eine erste Fluoreszenzreaktion auf die Inaktivierung einer Art von Mikroorganismen (z.B. Bakterien) hinweisen, während eine zweite Fluoreszenzreaktion auf eine unvollständige Inaktivierung einer anderen Art von Mikroorganismen (z.B. Virus) hinweisen kann. Wird demgemäß die erste Fluoreszenzreaktion beobachtet (z.B. eine erste Änderung des Fluoreszenzwerts bei einer bestimmten Anregungswellenlänge), kann festgestellt werden, dass auf der Behandlungsoberfläche Bakterien inaktiviert wurden. Wird auch eine zweite Fluoreszenzreaktion beobachtet (z.B. eine zweite Fluoreszenzänderung bei einer anderen Anregungswellenlänge), kann festgestellt werden, dass das Virus auf der Inaktivierungsoberfläche nur teilweise inaktiviert wurde. An diesem Punkt kann das System die Wellenlänge(n) und/oder die Intensität der Lichtabgabe zur viralen Inaktivierung ändern. Das Verfahren 1500 kann dann eine Schleife zurück zu 1512 durchlaufen, um das Bioinaktivierungssystem mit den gewünschten Wellenlängen, der gewünschten Strahlungsintensität, dem gewünschten Strahlungsmuster und/oder der gewünschten Expositionsdauer basierend auf den Parametern des Bestrahlungszyklus zu betreiben. In noch weiteren Beispielen kann das System anhand der detektierten Fluoreszenz vor der Ausgabe des keimtötenden Lichts automatisch die auf der Behandlungsoberfläche vorhandenen Zielverunreinigungen bestimmen. Zum Beispiel kann das System basierend auf der anfänglich detektierten Fluoreszenz bestimmen, dass sowohl Bakterien als auch Viren auf der Oberfläche vorhanden sind. Das System kann dann automatisch eine oder mehrere Wellenlängen des auszugebenden keimtötenden Lichts auswählen und die Wellenlänge(n) und/oder Intensität des keimtötenden Lichts während des Verlaufs des Sterilisationsprozesses anpassen, um alle identifizierten Verunreinigungen auf der Oberfläche anzugehen. In noch weiteren Beispielen kann eine erste Verunreinigung zunächst detektiert werden, und sobald die erste Verunreinigung vollständig inaktiviert wurde, kann das verbleibende Fluoreszenzsignal das Vorhandensein einer zweiten, anderen Verunreinigung auf der Behandlungsoberfläche anzeigen.
Somit kann die hierin beschriebene Bioinaktivierungsvorrichtung die Inaktivierung verschiedener Arten von Mikroorganismen verbessern, indem Parameter in einem Bestrahlungszyklus geändert oder die Bestrahlungsparameter dynamisch angepasst werden. Als Beispiel kann eine Zieloberfläche eine relativ große Anzahl von Bakterien und eine relativ kleine Anzahl von Viren aufweisen. Die Oberfläche selbst kann geringfügig anfällig für Schäden sein, wenn sie Licht im UV-A-Bereich ausgesetzt wird, so dass eine reine UV-C-Inaktivierungsrezeptur gewählt werden könnte (z.B. kann die Oberfläche aus einer Kunststoff-Paraffinfolie oder einem anderen Material bestehen, das bei Einwirkung von Licht im UV-A-Bereich leicht abbaubar ist). Die Fluoreszenz, die von der großen Anzahl aktiver Bakterien emittiert wird, kann die Anwesenheit des Virus verbergen, bis die meisten Bakterien durch den UV-C-Bestrahlungszyklus inaktiviert sind und die Viruslast detektiert werden kann. An diesem Punkt kann die Bioinaktivierungsvorrichtung den Benutzer auffordern, ein effektiveres virusinaktivierendes Rezept auszuwählen, oder die Bioinaktivierungsvorrichtung kann konfiguriert werden, um automatisch einen kurzen UV-A/UV-C-Zyklus mit zwei Wellenlängen zu aktivieren, der effektiver gegen Viren ist. Demgemäß kann die Zusammensetzung des Behandlungsoberflächenmaterials auch bei der Auswahl geeigneter Parameter für den Bestrahlungszyklus berücksichtigt werden.
Wird hingegen bestimmt, dass die Fluoreszenzänderung größer als der Schwellenwert ist (z.B. JA bei 1516), kann das Verfahren 1500 zu 1520 gehen, um dem Benutzer Inaktivierungsdaten anzuzeigen. In einem Beispiel können die Inaktivierungsdaten einen Grad der Inaktivierung umfassen, der durch die Änderung der Fluoreszenz (z.B. prozentuale Änderung) bestimmt wird. Das Verfahren 1500 kann bis 1522 fortgesetzt werden, um die modulare Light Engine der Bioinaktivierungsvorrichtung zu deaktivieren, indem beispielsweise die LEDs deaktiviert werden. Dann kehrt das Verfahren 1500 zurück.
Auf diese Weise kann die Bioinaktivierung von Mikroorganismen auf Basis von Echtzeit-Fluoreszenzrückmeldungen unter Verwenden der Bioinaktivierungsvorrichtung bestimmt und Betriebsstrahlungsparameter entsprechend angepasst werden, um eine vollständige und schnelle Inaktivierung zu erreichen.
Unter Bezugnahme nun auf 14 ist eine dritte Ausführungsform einer Bioinaktivierungsvorrichtung dargestellt. Die Bioinaktivierungsvorrichtung 1400 kann ähnlich wie die Bioinaktivierungsvorrichtung von 1 konfiguriert werden, kann aber als kompakte tragbare Beleuchtungseinheit zur Oberflächendesinfektion ohne das Mikroplattensystem verwendet werden, ähnlich wie die in 13 gezeigte Ausführungsform. Eine solche Vorrichtung kann an einem Einsatzort zur Desinfektion von Oberflächen und Materialien verwendet werden und optional in ein größeres Lichtemissionssystem für Bioinaktivierungsanwendungen integriert werden. Die Vorrichtung 1400 kann im Gehäuse 1401 untergebracht sein und kann beispielsweise ein Steuersystem 1401 (z.B. mit einem Prozessor und Speicher), eine modulare Light Engine 1402 mit einer oder mehreren lichtemittierenden Vorrichtungen (z.B. LEDs) 1402, eine oder mehrere Benutzeroberflächen wie die Benutzeroberfläche 1430 (z.B. eine Maus, Tastatur, Touchscreen, Anzeigemenü) und ein Kommunikationssystem 1428 umfassen, das zum Koppeln der Steuerung mit einer oder mehreren entfernten Rechenvorrichtungen dient. Die Steuerung des Steuersystems 1426 kann eine elektronische Steuerung sein und einen Speicher umfassen, der Befehle speichert, die ausgeführt werden können, um eines oder mehrere der hierin beschriebenen Verfahren auszuführen. Das Steuersystem 1426 kann den Aktivierungsstatus (z.B. ein oder aus) sowie die Intensität des von jedem Lichtemitter über die Koppelelektronik 1422 emittierten Lichts steuern.
Die Bioinaktivierungsvorrichtung 1400 kann eine modulare Light Engine 1402 umfassen, die ein Array von Lichtemittern 1406 umfasst, die beispielsweise Leuchtdioden 1420 (LEDs) sein können. Jeder Lichtemitter kann direkt oder indirekt mit der Energiequelle 1424 und mit einem Substrat 1408 gekoppelt werden. Das Substrat 1408 kann ferner mit einer thermischen Vorrichtung 1416 gekoppelt werden, die ein aktives oder passives Wärmeregelungssystem sein kann. Ein Temperatursensor 1410 ist dargestellt, der mit dem Substrat 1408 zum Messen einer Temperatur des Substrats gekoppelt ist. In anderen Beispielen kann der Temperatursensor so positioniert werden, dass er eine Temperatur einer der Lichtquellen direkt misst, und/oder es können zusätzliche Temperatursensoren vorhanden sein. Der Ausgang des Temperatursensors 1410 kann zur Steuerung der thermischen Vorrichtung 1416 und/oder der Intensität des/der Lichtemitter(s) 1406 verwendet werden. In noch weiteren Beispielen kann der Temperatursensor 1410 weggelassen oder mit einer anderen Komponente des Inaktivierungssystems gekoppelt werden.
Das von einem oder mehreren Lichtemittern 1406 emittierte Licht kann sich entlang eines Lichtwegs zu einer Behandlungsoberfläche 1414 fortbewegen. In einigen Beispielen kann das sich entlang des Lichtwegs fortbewegende Licht durch die Lichtübertragungsoptik 1412 treten, welche einen Filter, Linsen und/oder einer anderen Optik umfasst, die dazu dienen können, das Licht zu filtern, zu fokussieren, umzuleiten oder anderweitig zu konditionieren, um ein gewünschtes Beleuchtungsmuster zu erzeugen. Wie bereits beschrieben kann das von den Lichtemittern 1406 erzeugte Licht mehrere Wellenlängen (zwei oder mehr) umfassen, die auf die Behandlungsoberfläche auftreffen. Die Emission mehrerer Lichtwellenlängen kann die Anzahl der möglichen Inaktivierungsziele erhöhen, z.B. kann UV-Licht von 255 nm Nukleinsäuren avisieren, UV-Licht von 275 nm kann durch gezieltes Abstellen auf Cystein und Aromaten Proteinstabilität anvisieren, UV-Licht von 365 nm kann Lysin in Proteinen anvisieren und Licht von 405 nm kann gängige biologische Pigmente (die z.B. von einigen Mikroorganismen erzeugt werden) anvisieren. Ferner kann die Verwendung mehrerer Wellenlängen von Licht auf einmal synergistisch sein, da die Wirkung der kombinierten Wellenlängen größer ist als die Summe der Wirkungen der einzelnen Wellenlängen.
In einem Beispiel kann eine bestimmte Wellenlänge von Licht D_o von der modularen Light Engine der Bioinaktivierungsvorrichtung emittiert werden, die auf die Behandlungsoberfläche 1414 auftreffen kann (I_o). Bei Beleuchtung mit einer Anregungsquelle einer bestimmten Wellenlänge D_o können lebende (z.B. intakte) Mikroorganismen, die an der Oberfläche vorhanden sind, das Licht anders reflektieren als tote (z.B. inaktive) Mikroorganismen. Typischerweise verlieren tote Mikroorganismen ihre zelluläre Integrität (z.B. Zellmembran, Zellwand oder Hüllenintegrität können gestört sein), so dass sich ihr Inhalt auf der Oberfläche ausbreiten kann und daher Licht anders als bei lebenden Mikroorganismen reflektieren könnte. Diese Ausbreitung von Zellinhalten kann als Änderung der optischen Eigenschaften (z.B. Verringerung oder Erhöhung des Reflexionsgrades) der Oberfläche detektierbar sein. In einem Beispiel ist eine Änderung des Reflexionsgrads erkennbar, wenn die Oberflächenverunreinigungen mehreren keimtötenden Wellenlängen von Strahlung ausgesetzt sind, die auf verschiedene Aspekte eines Organismus zielen (z.B. Proteine, Nukleinsäuren usw.).
In einem Beispiel kann die Bioinaktivierungsvorrichtung von 14 dieses Kriterium verwenden, um einen Grad der Inaktivierung für eine bestimmte Oberfläche zu beurteilen. Beispielsweise kann eine Oberfläche mit Licht einer bestimmten Wellenlänge beleuchtet und ein anfänglicher Reflexionsgrad I basierend auf einer Menge an reflektiertem Licht gemessen werden. Dann können keimtötende Bestrahlungsparameter ausgewählt werden. In einem Beispiel können die keimtötenden Bestrahlungsparameter basierend auf der Menge des reflektierten Lichts ausgewählt werden, z.B. kann das reflektierte Licht relative Werte und/oder Arten von Verunreinigungen auf der Behandlungsoberfläche anzeigen. Die Oberfläche kann dann für eine bestimmte Zeitdauer mehreren Wellenlängen keimtötenden Lichts mit einer gewünschten Intensität, der gewünschten Dosis und dem gewünschten Bestrahlungsmuster ausgesetzt werden. In einem Beispiel können Bestrahlungsparameter, die eine Kombination von Wellenlängen umfassen, die für die Bioinaktivierung zu verwenden sind, über ein Menü auf einem mit der Bioinaktivierungsvorrichtung gekoppelten Bildschirm ausgewählt werden, z.B. Benutzeroberfläche 1430, oder können über eine externe Vorrichtung, z.B. externe Vorrichtung 1428, gewählt werden. Die Bioinaktivierungsvorrichtung kann mit den gewählten Parametern betrieben werden, um Mikroorganismen auf der bestimmten Oberfläche durch UV- und/oder andere Lichteinwirkung zu inaktivieren. Nach der Exposition kann die Oberfläche wieder mit Licht beleuchtet werden (z.B. einer bestimmten Wellenlänge, die vor der Messung des anfänglichen Reflexionsgrads verwendet wird) und es kann ein Reflexionsgrad nach der Exposition mit keimtötendem Licht gemessen werden. Beruhend auf einer Änderung des Reflexionsgrades von vor der Exposition mit Licht mehrerer Wellenlängen bis nach der Bioinaktivierung mit Licht mehrerer Wellenlängen kann ein Grad der Inaktivierung von Mikroorganismen auf der Oberfläche bewertet werden.
Um eine Menge an reflektiertem Licht zu messen, können ein oder mehrere Signaldetektoren mit einem optionalen Filter in die Bioinaktivierungsvorrichtung 1400 integriert werden, die konfiguriert ist, um den Reflexionsgrad vor und nach der keimtötenden Lichteinwirkung von der Oberfläche 1414 zu detektieren. In einem Beispiel kann der Reflexionsdetektor ein Photodetektor (z.B. Halbleiterphotodiode mit optionalem integriertem Filter) sein, wie beispielsweise der Photodetektor 1418. In einem Beispiel kann auch ein zusätzlicher Photodetektor zur Messung der Fluoreszenz vorhanden sein. Der Photodetektor kann in der Bioinaktivierungsvorrichtung untergebracht und kommunizierend mit dem Steuersystem gekoppelt sein. Während des Betriebs der Bioinaktivierungsvorrichtung kann der Photodetektor 1418 eine detektierte Menge reflektierten Lichts in elektrischen Strom umwandeln und an das Steuersystem 13426 als Maß des Reflexionsgrads von der Oberfläche 1414 senden.
Nach der Lichtexposition kann auf diese Weise der Reflexionsgrad von der behandelten Oberfläche durch den Photodetektor detektiert und gemessen werden und die Information kann an das Steuersystem weitergeleitet werden. Das Steuersystem kann dann die Reflexionsgradmessungen, die vor und nach der Lichtbehandlung der Behandlungsoberfläche vorgenommen wurden, vergleichen und beurteilen, ob eine Inaktivierung von Verunreinigungen auf der Oberfläche erreicht wurde.
In einigen Beispielen kann die Leistung des Photodetektors während der Emission des keimtötenden Lichts kontinuierlich (oder nahezu kontinuierlich) überwacht werden, um die Inaktivierung der Mikroorganismen und/oder molekularen Verunreinigungen auf der Behandlungsoberfläche zu verfolgen. Sobald der detektierte Reflexionsgrad eine Bedingung in Bezug auf einen Schwellenwert erfüllt (z.B. Änderungen über einen Schwellenwert hinaus, die eine Inaktivierung der Verunreinigungen auf der Behandlungsoberfläche anzeigen), kann die keimtötende Lichtemission deaktiviert werden.
Während die mehreren Wellenlängen der Lichtausgabe der modularen Light Engine und die Reflexionsgradrückmeldung vorstehend in Bezug auf ein tragbares Gerät beschrieben wurden, sind andere Konfigurationen möglich. Beispielsweise kann die Bioinaktivierungsvorrichtung in Form eines Mikroplatten-Bestrahlungssystems 10 mit einer modularen Light Engine 12 von 1 ähnlich wie die modulare Light Engine 1402 der Bioinaktivierungsvorrichtung 1400 von 14 konfiguriert werden, so dass von der modularen Light Engine 12 mehrere Wellenlängen von Licht zu einer Mikroplatte ausgegeben werden können. Weiterhin kann das Mikroplatten-Bestrahlungssystem 10 einen Photodetektor, ähnlich dem Photodetektor 1418, umfassen, um die von Mikroorganismen oder anderen molekularen Verunreinigungen auf einer Oberfläche der Mikroplatte emittierte Fluoreszenz zu messen und die Lichtintensität, Expositionsdauer usw. basierend auf dem Reflexionsgrad anzupassen, wie nachstehend näher beschrieben wird.
16 veranschaulicht ein Verfahren 1600 zum Bestimmen der Bioinaktivierung basierend auf dem Reflexionsgrad gemäß der Bioinaktivierungsvorrichtung von 14. In einem Beispiel kann das Verfahren 1600 verwendet werden, um die Bioinaktivierungsvorrichtung von 1, welche das Mikroplatten-Bestrahlungssystem umfasst, zu betreiben. In einem weiteren Beispiel kann das Verfahren 1600 auch die Bioinaktivierungsvorrichtung von 13 betreiben. Befehle zur Durchführung des Verfahrens 1600 können basierend auf Befehlen, die im Speicher der Steuerung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen, die an der Steuerung empfangen werden, von einer Steuerung ausgeführt werden, z.B. dem Steuersystem 1426 von 14, dem Steuersystem 1326 von 13 oder der Steuerung 14 von 1.
Bei 1602 beginnt das Verfahren 1600 durch Beleuchten einer Oberfläche mit einer Anregungslichtquelle einer bestimmten Wellenlänge. Die bestimmte Wellenlänge kann eine Wellenlänge sein, die basierend auf einem robusten Signal-Rausch-Verhältnis ausgewählt wird. Bei Beleuchtung der Oberfläche (z.B. Oberfläche, die mit Mikroorganismen und/oder anderen Verunreinigungen verunreinigt ist) kann Licht, das auf die Oberfläche trifft, in einer Menge/Richtung, die auf dem Vorhandensein, der Menge und der zellulären Integrität der Bestandteile der Oberfläche beruht, zu der Bioinaktivierungsvorrichtung zurückgeworfen werden. Das Licht, das für die Reflexionsgradmessung emittiert wird, kann die gleiche Wellenlänge oder eine andere Wellenlänge haben als das Licht, das für die Sterilisation der Behandlungsoberfläche emittiert wird, wie nachstehend erläutert wird.
Bei 1604 kann das Verfahren 1600 einen anfänglichen Reflexionsgrad Io basierend auf einer Menge an reflektiertem Licht von der Oberfläche unter Verwendung eines Photodetektors messen. In einem Beispiel kann die Menge des reflektierten Lichts proportional zu einer Menge an intakten Mikroorganismen, die auf der Oberfläche vorhanden sind, sein. Das gemessene reflektierte Licht (z.B. Reflexionsgrad) kann einen konstanten Reflexionsgrad von der Oberfläche umfassen. Der anfängliche Reflexionsgrad kann durch den Photodetektor der Bioinaktivierungsvorrichtung gemessen werden, bevor die Oberfläche keimtötender Strahlung ausgesetzt wird. Dies könnte als Hintergrundbeleuchtung betrachtet werden, die dann im Speicher der Steuerung gespeichert werden kann.
Bei 1606 kann das Verfahren 1600 Parameter des Bestrahlungszyklus wählen. Die Parameter des Bestrahlungszyklus können eine gewünschte Bestrahlungsintensität, eine gewünschte Dosis, ein gewünschtes Bestrahlungsmuster und/oder eine Expositionsdauer umfassen, bei denen die zu behandelnde Oberfläche einer keimtötenden Bestrahlung ausgesetzt werden soll. In einem Beispiel können die Parameter des Bestrahlungszyklus über eine Benutzereingabe empfangen werden, wie bei 1608 angezeigt, beispielsweise kann der Benutzer die Bestrahlungsparameter aus einem Menü auf einem Bildschirm auswählen. In einem weiteren Beispiel können die Parameter des Bestrahlungszyklus über einen mit einer externen Vorrichtung gekoppelten Anschluss empfangen werden, wie bei 1610 angezeigt. Beispielsweise können die Parameter von einem Benutzer voreingestellt und auf einem externen Gerät, z.B. einem USB-Laufwerk, gespeichert werden.
Das Empfangen der Parameter des Bestrahlungszyklus kann auch das Bestimmen von einzelnen Wellenlängen (mehreren) umfassen, die für die Bioinaktivierung basierend auf den Zieloberflächenverunreinigungen verwendet werden sollen, wie bei 1611 angegeben ist. Die ausgewählten mehreren einzelnen Wellenlängen können von dem zu bioinaktivierenden Ziel abhängen, z.B. einem Enzym wie RNase A. Die optimalen Wellenlängen, die für die Inaktivierung ausgewählt werden, können weiterhin auf den relativen Absorptionseigenschaften des Ziels (z.B. des Enzyms) und den chemischen Bindungen, die ins Visier genommen werden, beruhen. Weiterhin können Mikroorganismen in ihrer zellulären Zusammensetzung variieren. Einige Mikroorganismen können infolge des Aufweisens einer bestimmten Teilmenge von Verbindungen, die von der bestimmten Wellenlänge des Lichts angegriffen werden können, eine Anfälligkeit für bestimmte Wellenlängen aufweisen, während sie gleichzeitig resistent gegen andere sind. Beispielsweise kann UVC-Licht von 255 nm auf Nukleinsäuren abzielen, UVC-Licht von 275 nm kann durch Angreifen von Cystein und Aromaten Proteinstabilität angreifen, UVA-Licht von 365 nm kann Lysin in Proteinen angreifen und sichtbares Licht von 405 nm kann gängige biologische Pigmente angreifen.
Sobald die Parameter des Bestrahlungszyklus ausgewählt sind, kann das Verfahren 1600 zu 1612 vorrücken, um das Bioinaktivierungssystem mit der gewünschten Strahlungsintensität, dem gewünschten Strahlungsmuster und/oder der gewünschten Expositionsdauer basierend auf den vorstehend bei 1606 eingestellten Parametern des Bestrahlungszyklus zu betreiben. Die Bioinaktivierungsvorrichtung kann eine zu behandelnde Oberfläche mit mehreren Wellenlängen keimtötenden Lichts mit den ausgewählten Parametern des Bestrahlungszyklus bestrahlen. Der Betrieb des Bioinaktivierungssystems kann das Aktivieren eines oder mehrerer Lichtemitter, wie beispielsweise der vorstehend beschriebenen LEDs, mit der angegebenen LED-Intensität, dem angegebenen räumlichen Muster, der angegebenen zeitlichen Dauer und der/den angegebenen Wellenlänge(n) umfassen. In Beispielen, in denen mehrere Lichtwellenlängen emittiert werden sollen, kann eine erste Teilmenge von LEDs gesteuert werden, um Licht einer ersten Wellenlänge (z.B. 275 nm) auszugeben, während eine zweite Teilmenge von LEDs gesteuert werden kann, um Licht einer zweiten Wellenlänge (z.B. 365 nm) auszugeben. Eine gleichmäßige räumliche Abdeckung aller Wellenlängen kann durch den Abwechseln von jeweiligen LEDs oder Gruppen von LEDs in ihrem Positionierungslayout (z.B. Spalte/Reihe mit 275 nm gefolgt von Spalte/Reihe mit 365 nm usw.) gewährleistet werden, welches die gesamte Gruppe (d.h. Array) umfasst.
Bei 1614 kann das Verfahren 1600 die Oberfläche mit der Anregungslichtquelle einer bestimmten Wellenlänge beleuchten. Wie bereits in 14 erwähnt kann eine Menge an reflektiertem Licht (gemessen als Reflexionsgrad) auf einer Menge und der zellulären Integrität der auf der Oberfläche vorhandenen Mikroorganismen beruhen. Bei Exposition gegenüber mehreren Lichtwellenlängen im keimtötenden Bereich können an der Oberfläche vorhandene Mikroorganismen inaktiviert werden, was zu einem Verlust der Zellintegrität und damit zu einem Verlust des Reflexionsgrads (z.B. Abnahme des Reflexionsgrad) führt. Die nachfolgende Varianz des von der Zelloberfläche zum Photodetektor detektierten Lichts und die daraus resultierende Änderung des Photodetektorsignals (elektrische Spannung) kann an die Steuerung weitergeleitet werden, was eine Echtzeitmessung der relativen Änderung des Reflexionsgrades ermöglicht.
Bei 1616 kann das Verfahren 1600 einen Reflexionsgrad nach Bioinaktivierung beruhend auf einer Menge an reflektiertem Licht von der Oberfläche unter Verwendung eines Photodetektors messen. Der Reflexionsgrad kann proportional zu einer Menge an Mikroorganismen, die auf der Oberfläche vorhanden sind, sein, die nach der Bioinaktivierung (z.B. durch UV-Exposition) voraussichtlich abnehmen wird. Der gemessene Reflexionsgrad kann auch einen Beitrag von der Oberfläche umfassen, der ein konstanter Wert sein kann. Die gemessenen Reflexionsgraddaten nach Bioinaktivierung können an die Steuerung weitergeleitet und im Speicher der Steuerung gespeichert werden. Das Verfahren 1600 kann bei 1618 eine Änderung des Reflexionsgrades (I_o -1) berechnen. Die Steuerung der Bioinaktivierungsvorrichtung kann diese Berechnung basierend auf dem anfänglichen Reflexionsgrad I_o, der bei 1604 erhalten wird, und dem Reflexionsgrad I, der bei 1616 erhalten wird, durchführen, nachdem die Oberfläche mit keimtötendem Licht bestrahlt wurde.
Bei 1620 kann das Verfahren 1600 bestimmen, ob die Änderung des Reflexionsgrades (I_o - I) größer als ein Schwellenwert ist. Der Schwellenwert bei 1620 kann ein vorgegebener Schwellenwert ungleich Null sein und eine Änderung des Reflexionsgrades darstellen, oberhalb dessen die Inaktivierung von Mikroorganismen auf der Oberfläche erfolgreich erreicht werden kann. Wenn die Reflexionsgradänderung nicht als größer als der Schwellenwert bestimmt wird (z.B. NEIN bei 1620), kann das Verfahren 1600 bei 1622 die Betriebsparameter des Bioinaktivierungssystems anpassen (z.B. Strahlungsintensität, Strahlungsmuster und/oder Expositionsdauer anpassen). In einem Beispiel kann eine Änderung des Reflexionsgrads von nicht größer als der Schwellenwert darauf hindeuten, dass die Inaktivierung mit den ausgewählten Strahlungsparametern erfolglos war (z.B. wurden Mikroorganismen nicht erfolgreich inaktiviert). In einem weiteren Beispiel kann eine Änderung des Reflexionsgrades von größer als der Schwellenwert auf eine teilweise Inaktivierung mit den ausgewählten Strahlungsparametern hinweisen (z.B. wurden Mikroorganismen nicht vollständig inaktiviert oder es wurden nicht alle Mikroorganismen inaktiviert). In einem Beispiel können die Betriebsparameter des Bioinaktivierungssystems für Strahlungsintensität, räumliches Muster und/oder Expositionsdauer angepasst werden (z.B. in einem Beispiel erhöht werden). In einem weiteren Beispiel können alternative mehrere Wellenlängen oder zusätzliche Wellenlängen, die andere Aspekte der Mikroorganismen angreifen, ausgewählt und das Verfahren 1600 erneut durchgeführt werden.
Wie vorstehend in Bezug auf 15 erläutert kann beispielsweise ein bestimmter Reflexionsgrad (z.B. eine bestimmte Änderung des Reflexionsgrads bei einer bestimmten Wellenlänge oder Lichtintensität) auf eine vollständige Inaktivierung eines Mikroorganismus hinweisen, aber nicht eines anderen (z.B. eine vollständige Inaktivierung von Bakterien, aber eine teilweise Inaktivierung von Viren). In solchen Beispielen kann/können die Wellenlänge(n) und/oder Intensität des keimtötenden Lichts eingestellt werden. In einem weiteren Beispiel kann der Anwender einen längeren Zyklus niedriger Intensität für eine „sanftere“ Behandlung empfindlicher Materialien festlegen. Bei einem solchen Zyklus kann eine lange Dauer von blauem Licht (405 nm) niedriger Intensität gegen Bakterien wirksam sein. Wenn die Sensoren jedoch das Vorhandensein eines aktiven Virus detektieren (z.B. basierend auf dem Reflexionsgradsignal), kann der Benutzer wählen, ob er eine kurze Dauer von Licht von 275 nm hoher Intensität oder von Licht von 275 nm und 365 nm, das wirksamer gegen Viren ist, nutzen möchte. Das Verfahren 1600 kann dann eine Schleife zurück zu 1612 durchlaufen, um das Bioinaktivierungssystem mit den gewünschten Wellenlängen, der gewünschten Strahlungsintensität, dem gewünschten räumlichen Muster und/oder der gewünschten Expositionsdauer basierend auf den Parametern des Bestrahlungszyklus zu betreiben.
Wird hingegen bestimmt, dass die Reflexionsgradänderung größer als der Schwellenwert ist (z.B. JA bei 1620), kann das Verfahren 1600 zu 1624 gehen, um dem Benutzer Inaktivierungsdaten anzuzeigen. In einem Beispiel können die Inaktivierungsdaten einen Grad der Inaktivierung umfassen, der durch die Änderung der Reflexionsgrad (z.B. prozentuale Änderung) bestimmt wird. Das Verfahren 1600 kann bis 1626 fortgesetzt werden, um die modulare Light Engine der Bioinaktivierungsvorrichtung zu deaktivieren, indem beispielsweise die LEDs deaktiviert werden. Dann kehrt das Verfahren 1600 zurück.
Auf diese Weise kann die Bioinaktivierung von Mikroorganismen auf Basis von Echtzeit-Reflexionsgradrückmeldungen unter Verwenden der Bioinaktivierungsvorrichtung bestimmt und Betriebsstrahlungsparameter entsprechend angepasst werden, um eine vollständige und schnelle Inaktivierung zu erreichen.
In einem Beispiel kann jeder Lichtemitter der Bioinaktivierungsvorrichtung von 1, 13 oder 14 Licht einer einzelnen Wellenlänge oder variabler Wellenlängen emittieren, wie von der Steuerung vorgegeben wird. Die meisten derzeit verwendeten Inaktivierungsverfahren und -systeme nutzen eine einzige UV-Wellenlänge, um die Inaktivierung bestimmter Ziele zu erreichen (z.B. kann die Inaktivierung von Nukleinsäuren optimal bei 255 nm durchgeführt werden, die Inaktivierung von Enzymen kann bei 275 nm durchgeführt werden, um Cystein und Aromaten anzugehen, usw.). In manchen Situationen können inaktivierte Ziele (z.B. Enzyme, Mikroorganismen), insbesondere solche, die durch eine einzige keimtötende UV-Wellenlänge inaktiviert werden, über einen Zeitraum eine Erholung (Reaktivierung) nach der UV-Exposition aufweisen.
Ein Beispiel für eine allgegenwärtige molekulare Verunreinigung, die häufig auf Oberflächen im Labor zu finden ist, umfasst das Ribonuklease-Enzymprotein RNase A. RNase A ist nicht nur ein sehr stabiles Enzym, das sehr resistent gegen Denaturierung (Proteinaufschluss) ist, sondern auch als häufige Verunreinigung während der automatisierten DNA-Sequenzierung und - Amplifikation gefunden wird. RNase A kann, selbst wenn es sich in Spurenmengen in Reagenzien und Puffern findet, die zur Sequenzierung und Amplifikation von DNA verwendet werden, Experimente stören und die Ergebnisse beeinträchtigen; RNase A zielt auf RNA, so dass es auch wünschenswert ist, bei Arbeiten mit RNA auch Spurenmengen von RNase A zu entfernen. Die Behandlung mit Diethylpyrocarbonat (DEPC) ist das am häufigsten verwendete Verfahren, das zur Inaktivierung von RNasen in Wasser und anderen Reagenzien genutzt wird. Die DEPC-Behandlung ist jedoch nicht nur zeitaufwendig (z.B. kann es erforderlich sein, dass die Probe mit DEPC über Nacht steht), sondern kann auch sekundäre Chemikalien produzieren, die für die automatisierte DNA-Analyse nicht geeignet sind. Somit dient RNase A als geeignetes Ziel, um die Validität der Bioinaktivierungsvorrichtung unter Verwendung mehrerer Wellenlängen keimtötenden Lichts zu bestätigen, um eine vollständige und effektive Inaktivierung zu erreichen. In einem Beispiel kann eine Kombination aus UV-Licht bei den Wellenlängen 275 nm und 365 nm verwendet werden, um RNase A anzugehen. Wie bereits beschrieben kann UVC-Licht von 275 nm die Proteinstabilität durch gezieltes Abstellen auf Cystein und Aromaten anvisieren, während UVA-Licht von 365 nm Lysin in Proteinen angreifen kann. 17 zeigt die Enzymaktivität von RNase A, gemessen als relative Fluoreszenz, wenn eine mit RNase A kontaminierte Oberfläche mit verschiedenen Intensitäten (Bestrahlungsstärke) von UV-Licht bei 275 nm Wellenlänge über eine bestimmte Zeitdauer behandelt wird. Die horizontale Achse (x-Achse) gibt die Zeit nach dem Einwirken (von UV-Licht) an, und die vertikale Achse (y-Achse) gibt die RNase-A-Enzymaktivität als relative Fluoreszenz an. Die Linie 1702 zeigt eine positive Kontrolle, z.B. eine intakte und aktive RNase A, die keiner UV-Lichtexposition ausgesetzt ist. Linie 1714 zeigt eine negative Kontrolle, z.B. eine Probe, die keine RNase A enthält. Die Linien 1704, 1706, 1708, 1708, 1710 und 1712 zeigen alle RNase A-Aktivität nach einer fünfminütigen Exposition gegenüber zunehmenden Intensitäten der UV-Bestrahlungsstärke, wie in der Legende der Figuren gekennzeichnet.
Um die Fähigkeit der Bioinaktivierungsvorrichtung, RNase A dauerhaft zu inaktivieren, zu testen, wurde eine kontaminierte Oberfläche mit RNase A UVC-Licht von 275 nm ausgesetzt, das von der modularen Light Engine der Bioinaktivierungsvorrichtung emittiert wird. Die Dauer der Exposition wurde bei fünf Minuten festgelegt, mit anschließender Messung der Reaktivierungsaktivität des Enzyms RNase A (relative Fluoreszenz) über einen Zeitraum, wie von der x-Achse in 17 gezeigt. Linie 1704 zeigt eine signifikante RNase A-Aktivität (z.B. ist das Enzym mit nahezu vollständiger Reaktivierung funktionsfähig), nachdem es fünf Minuten lang UVC-Licht von 275 nm bei 10% Bestrahlungsstärke (63,5 mW/cm²) ausgesetzt wurde. Bei Anheben der Bestrahlungsstärke von UVC-Licht von 275 nm auf 25% wurde ein Rückgang der RNase A-Reaktivierung beobachtet (verglichen mit 10% Bestrahlungsstärke), wie durch die Linie 1706 gezeigt wird. Bei Anheben der Bestrahlungsstärke von UVC-Licht von 275 nm auf 50% und anschließend auf 75% nahm die RNase A-Reaktivierung signifikant ab, was auf eine nahezu vollständige Enzyminaktivierung (z.B. Denaturierung oder chemische Modifikation des Enzyms) hinweist, wobei eine Bestrahlungsstärke von 50% (316,7 mW/cm²) die Enzymaktivität erfolgreich hemmt, wie durch die Linien 1708 bzw. 1710 gezeigt wird. UVC-Licht von 275 nm bei 100%iger Bestrahlungsstärke (635,4 mW/cm²) bewirkte bei Prüfung über einen Zeitraum eine vollständige Inaktivierung der RNase A, ohne nachweisbare Enzymreaktivierung, wie durch Linie 1712 gezeigt, ähnlich wie die negative Kontrolle (Linie 1714).
Wie aus Linie 1708 hervorgeht, führte eine 50%ige Bestrahlungsstärke von UV-Licht von 275 nm über einen Zeitraum von fünf Minuten zu einem signifikanten Rückgang der RNase-A-Enzymaktivität bei nahezu vollständiger Inaktivierung (z.B. Denaturierung des Enzyms). In einem Beispiel kann die Dosis des UV-Lichts die Inaktivierung bei einer bestimmten Wellenlänge und Bestrahlungsstärke beeinflussen und entweder durch Änderung der Bestrahlungsstärke (wie in 17 zu sehen) oder durch Änderung der Expositionsdauer (wie in 18 dargestellt) gesteuert werden.
18 zeigt die Enzymaktivität von RNase A, wenn die Oberfläche mit RNase A über zunehmende Expositionszeiträume mit UVC-Licht von 275 nm bei 50% Bestrahlungsstärke behandelt wird. Die horizontale Achse (x-Achse) gibt die Zeit des Einwirkens (von UV-Licht) an, und die vertikale Achse (y-Achse) gibt die RNase-A-Enzymaktivität in relativen Fluoreszenzeinheiten an. Linie 1802 zeigt einen stetigen Rückgang der Enzymaktivität, wenn eine mit RNase A verunreinigte Oberfläche einer zunehmenden Expositionsdauer (Dosen) von UVC-Licht von 275 nm bei 50% Bestrahlungsstärke ausgesetzt wird. Das Ändern (z.B. Erhöhen) der Expositionszeit, um effektiv eine Einzeldosis UVC-Licht bei 275 nm bei 50% Bestrahlungsstärke bereitzustellen, kann zu den gleichen Ergebnissen führen wie die Exposition der Oberfläche gegenüber UVC-Licht bei 275 nm bei einer Bestrahlungsstärke von über 50% (z.B. 75%, 100%).
Wie bereits beschrieben können einige Mikroorganismen eine Resistenz gegen eine einzelne (ausgewählte) Wellenlänge von UV-Licht aufweisen. In einigen Situationen können bestimmte Mikroorganismen im Laufe der Zeit sogar eine Erholung (Reaktivierung) nach einer ausreichend langen UV-Exposition aufweisen, was die einzelne UV-Wellenlängen-Exposition unwirksam macht. Die Reaktivierung kann von der Art des Mikroorganismus und verschiedenen Umgebungsbedingungen wie Licht, Temperatur usw. abhängen. Eine solche Reaktivierung von Mikroorganismen kann auch auf Enzymen beruhen und wurde bei verschiedenen Mikroorganismen wie Bakterien, Viren, mehreren Proteinvektoren, Pilzen usw. beobachtet. Verschiedene Mikroorganismen, die aus verschiedenen Enzymen, unterschiedlichen Zellmembranstrukturen usw. bestehen, können gegenüber unterschiedliche Lichtwellenlängen empfindlich sein (z.B. kann ein bestimmter Mikroorganismus bei einer Lichtwellenlänge empfindlich, bei einer anderen aber resistent sein). Ebenso können einige Makromoleküle bei einigen Wellenlängen eine Inaktivierungsempfindlichkeit aufweisen, während sie bei anderen eine Resistenz zeigen.
Um eine vollständige und effiziente Inaktivierung zu gewährleisten, können zwei oder mehr Lichtwellenlängen verwendet werden, die verschiedene Strukturen oder Wege innerhalb von Organismen angreifen, was zu einer Synergiewirkung führt, wie in 19 dargestellt ist. Unter Bezugnahme auf 19 wird ein Graph 1900 gezeigt, der die Synergiewirkung bei Verwendung mehrerer UV-Wellenlängen auf die RNase A-Enzymaktivität darstellt. Die horizontale (X) Achse gibt die UV-Expositionszeit an, und die vertikale (Y) Achse gibt die relative RNase A-Enzymaktivität basierend auf der Fluoreszenzwirksamkeit an. Linie 1908 zeigt eine positive Kontrolle (z.B. eine intakte und funktionsfähige RNase A), die keinem UV-Licht ausgesetzt wurde und somit keine beeinträchtigte Enzymaktivität aufweist. Linie 1910 zeigt die relative Fluoreszenz der RNase A nach der Exposition mit UVA-Licht von 365 nm (gemessene Bestrahlungsstärke von 10,1 mW/cm²). Linie 1902 zeigt die Inaktivierung der RNase A als Funktion von Zeit, wenn sie UVC-Licht bei 275 nm mit ~50% Intensität ausgesetzt ist (eine gemessene Bestrahlungsstärke von 316,7 mW/cm²). Linie 1904 zeigt die Inaktivierung der RNase als Funktion von Zeit, wenn sie UVC-Licht bei 275 nm mit 100% Intensität ausgesetzt ist (gemessene Bestrahlungsstärke von 635,4 mW/cm²). Linie 1906 zeigt die Inaktivierung von RNase A als Funktion von Zeit, wenn sie einer Wellenlängenkombination unter Verwenden von 275nm UVC bei 50% Bestrahlungsstärke (316,7 mW/cm²) und 365nm UVA (10,1 W/cm²) ausgesetzt ist.
Wie aus dem Graphen 1900 ersichtlich ist, nahm die Aktivität von RNase A allmählich ab und das Enzym wurde nach 15-minütiger Exposition mit 275nm UVC-Licht bei etwa 50% Bestrahlungsstärke vollständig aktiviert, wie aus den relativen Fluoreszenzwerten, die durch die Linie 1902 dargestellt sind, ersichtlich ist. Im Gegensatz dazu wurde RNase A nach einer einminütigen Exposition mit UVC-Licht von 275 nm bei 100%iger Bestrahlungsstärke vollständig inaktiviert. Wie in 17 dargestellt und erläutert können jedoch mehrere Mikroorganismen im Laufe der Zeit nach UV-Exposition eine Erholung (Reaktivierung) zeigen. Um eine solche Reaktivierung zu verhindern und eine effizientere und vollständige Inaktivierung zu ermöglichen, können zwei oder mehr Wellenlängen von UV-Licht verwendet werden, um verschiedene Aspekte eines Organismus oder eines Enzyms (z.B. RNase A) ins Visier zu nehmen. Wie aus Linie 1906 des Graphen 1900 ersichtlich ist, führte die gleichzeitige Exposition von RNase A gegenüber zwei UV-Wellenlängen (d.h. 275nm und 365nm) zu einer schnelleren Inaktivierung. Das Enzym RNase A war nach drei Minuten vollständig inaktiviert, was durch Fluoreszenz gemessen wurde. Die Kombination von Wellenlängen erreichte bei einer niedrigeren Bestrahlungsstärke (50%) des UVC-Lichts von 275 nm erfolgreich eine vollständige Inaktivierung. Darüber hinaus ergab die Kombination von Wellenlängen eine vollständige Inaktivierung nach drei Minuten, verglichen mit 25 Minuten, bei Verwendung von UVC-Licht von 275 nm bei 50%iger Bestrahlung (siehe 18, Linie 1802).
Auf diese Weise ermöglichte die Verwendung von zwei oder mehr Wellenlängen von Licht zusammen (z.B. 275 nm und 365 nm) eine synergistische Wechselwirkung, die eine schnellere und vollständige Inaktivierung ermöglicht. Die Wirkung bei der gleichzeitigen Verwendung kombinierter Wellenlängen war größer als die Summe der Wirkungen jeder Wellenlänge bei sequentieller Verwendung, wie anhand von 18 und 19 zu sehen ist. Die reduzierten Intensitäten und reduzierte Expositionszeit ermöglichen einen operativen Vorteil durch die Verlängerung der Lebensdauer der Bioinaktivierungsvorrichtung.
Die gleichzeitige Verwendung mehrerer UV- und/oder anderer Wellenlängen kann eine effizientere und vollständige Inaktivierung von Mikroorganismen und anderen Verunreinigungen ermöglichen. Eine Echtzeit-Reflexionsgrad- und/oder Fluoreszenzrückmeldung kann ebenfalls genutzt werden, um die Anpassung der Betriebsparameter (z.B. Expositionszeit und/oder Intensitätswert) zu bewirken, um eine vollständige und schnelle Inaktivierung zu erreichen.
Die technische Wirkung der Exposition mit Licht mehrerer Wellenlängen durch die verschiedenen dargestellten Ausführungsformen der Bioinaktivierungsvorrichtung umfasst die irreversible Inaktivierung sowohl molekularer Verunreinigungen als auch biologischer Organismen. Der Betrieb der Bioinaktivierungsvorrichtung kann die Sterilisation von Reagenzien und die Desinfektion von Laborflächen ermöglichen, was sie für reproduzierbare und genaue Hochdurchsatz-Amplifikations- und/oder Sequenzierungsmethoden geeignet macht. Zudem kann sie falsch positive Ergebnisse weiter eliminieren, indem sie das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) erhöht.
Ein Beispiel sieht ein Mikroplatten-Bestrahlungssystem vor, das umfasst: ein Gehäuse, eine Kammer innerhalb des Gehäuses, die konfiguriert ist, um eine Mikroplatte aufzunehmen; und eine modulare Light Engine, die in dem Gehäuse oberhalb der Kammer positioniert ist, wobei die modulare Light Engine eine oder mehrere lichtemittierende Vorrichtungen umfasst, die konfiguriert sind, um Strahlung zu emittieren, die auf eine Oberseite der Mikroplatte gerichtet ist, wenn die Mikroplatte in der Kammer positioniert ist. In einem ersten Beispiel wird die Kammer teilweise durch ein Schubfach gebildet, das konfiguriert ist, um sich in das Gehäuse hinein und aus diesem heraus zu bewegen, wobei das Schubfach ein Gestell zum Halten der Mikroplatte umfasst. In einem zweiten Beispiel, das optional das erste Beispiel umfasst, umfasst jede lichtemittierende Vorrichtung ein Array von Leuchtdioden, die mit einem Substrat gekoppelt sind. In einem dritten Beispiel, das optional eines oder mehrere von erstem und zweitem Beispiel umfasst, umfasst jedes Array von Leuchtdioden einen ersten Satz von Leuchtdioden, die in einer ersten Reihe gleichmäßig beabstandet sind, und einen zweiten Satz von Leuchtdioden, die in einer zweiten Reihe gleichmäßig beabstandet sind. In einem vierten Beispiel, das optional eines oder mehrere von erstem bis drittem Beispiel umfasst, umfasst jedes Array von Leuchtdioden genau sechzehn Leuchtdioden. In einem fünften Beispiel, das optional eines oder mehrere von erstem bis viertem Beispiel umfasst, umfasst die modulare Light Engine genau sieben lichtemittierende Vorrichtungen. In einem sechsten Beispiel, das optional eines oder mehrere von erstem bis fünften Beispiel umfasst, ist jedes Substrat mit einer oder mehreren Kühlrippen gekoppelt. In einem siebten Beispiel, das optional eines oder mehrere von erstem bis sechsten Beispiel umfasst, umfasst das Gehäuse eine Lüftungsöffnung, und das System umfasst weiterhin einen Lüfter, der konfiguriert ist, um Luft von der Lüftungsöffnung und über die eine oder mehreren Kühlrippen umzuwälzen. In einem achten Beispiel, das optional eines oder mehrere von erstem bis siebten Beispiel umfasst, ist, wenn die Mikroplatte in der Kammer positioniert ist, jedes Array von Leuchtdioden zwischen der Mikroplatte und der jeweiligen einer oder den jeweiligen mehreren Kühlrippen positioniert.
In einem neunten Beispiel, das optional eines oder mehrere von erstem bis achten Beispiel umfasst, umfasst jede lichtemittierende Vorrichtung genau drei Kühlrippen. In einem zehnten Beispiel, das optional eines oder mehrere von erstem bis neunten Beispiel umfasst, umfasst das System ferner eine Steuerung, die nicht-flüchtige Befehle speichert, die ausführbar sind, um eine oder mehrere von: einer Lichtintensität, die von jeder Leuchtdiode ausgegeben wird, und einer Dauer der Lichtleistung jeder Leuchtdiode anzupassen. In einem elften Beispiel, das optional eines oder mehrere von erstem bis zehnten Beispiel umfasst, ist jede Leuchtdiode konfiguriert, um Licht einer einzigen, gemeinsamen Wellenlänge auszugeben. In einem zwölften Beispiel, das optional eines oder mehrere von erstem bis elften Beispiel umfasst, ist eine erste Teilmenge von Leuchtdioden konfiguriert, um Licht einer ersten Wellenlänge auszugeben, und eine zweite Teilmenge von Leuchtdioden ist konfiguriert, um Licht einer zweiten, unterschiedlichen Wellenlänge auszugeben.
Ein weiteres Beispiel bietet ein Verfahren zum Bestrahlen einer Behandlungsoberfläche mit einer Bioinaktivierungsvorrichtung, welches die Aktivierung einer ersten lichtemittierenden Vorrichtung der Bioinaktivierungsvorrichtung, um keimtötendes Licht einer ersten Wellenlänge in Richtung der Behandlungsoberfläche zu emittieren, und die Aktivierung einer zweiten lichtemittierenden Vorrichtung der Bioinaktivierungsvorrichtung, um keimtötendes Licht einer zweiten, unterschiedlichen Wellenlänge in Richtung der Behandlungsoberfläche zu emittieren, umfasst. In einem ersten Beispiel beträgt die erste Wellenlänge 275 nm und die zweite Wellenlänge 365 nm. In einem zweiten Beispiel, das optional das erste Beispiel umfasst, umfasst das Verfahren ferner das Deaktivieren der ersten lichtemittierenden Vorrichtung und der zweiten lichtemittierenden Vorrichtung basierend auf einer Rückmeldung von einem Photodetektor der Bioinaktivierungsvorrichtung.
Ein Beispiel sieht eine Bioinaktivierungsvorrichtung vor mit einer ersten lichtemittierenden Vorrichtung, die konfiguriert ist, um keimtötendes Licht einer ersten Wellenlänge zu emittieren; einer zweiten lichtemittierenden Vorrichtung, die konfiguriert ist, um keimtötendes Licht einer zweiten Wellenlänge zu emittieren; einem Photodetektor; und einer Steuerung, die nicht-flüchtige Befehle speichert, die ausführbar sind, um: die erste lichtemittierende Vorrichtung und die zweite lichtemittierende Vorrichtung zu aktivieren, um Licht der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge an einer Behandlungsoberfläche zu emittieren; und die erste lichtemittierende Vorrichtung und die zweite lichtemittierende Vorrichtung basierend auf dem Ausgang des Photodetektors zu deaktivieren. In einem ersten Beispiel ist der Photodetektor konfiguriert, um von der Behandlungsoberfläche reflektiertes Licht zu detektieren, und wobei die Befehle ausführbar sind, um die erste lichtemittierende Vorrichtung und die zweite lichtemittierende Vorrichtung als Reaktion auf den Ausgang des Photodetektors zu deaktivieren, welcher anzeigt, dass sich eine von der Behandlungsoberfläche reflektierte Lichtmenge um einen Schwellenwert geändert hat. In einem zweiten Beispiel, das optional das erste Beispiel umfasst, ist der Photodetektor konfiguriert, um Fluoreszenz zu detektieren, die von einer oder mehreren Verunreinigungen auf der Behandlungsoberfläche emittiert wird, und die Befehle sind ausführbar, um die erste lichtemittierende Vorrichtung und die zweite lichtemittierende Vorrichtung als Reaktion auf den Ausgang des Photodetektors zu deaktivieren, welcher anzeigt, dass sich eine Fluoreszenzmenge, die von der einen oder den mehreren Verunreinigungen auf der Behandlungsoberfläche emittiert wird, um einen Schwellenwert geändert hat. In einem dritten Beispiel, das optional ein oder mehrere oder sowohl das erste als auch zweiten Beispiel umfasst, umfasst die erste lichtemittierende Vorrichtung eine oder mehrere Leuchtdioden, die konfiguriert sind, um Licht bei 275 nm auszugeben, und die zweite lichtemittierende Vorrichtung umfasst eine oder mehrere Leuchtdioden, die konfiguriert sind, um Licht bei 365 nm auszugeben.
Wie hierin verwendet ist ein Element oder Schritt, das im Singular angegeben wird und dem das Wort „ein“ oder „eine“ vorgestellt ist, so zu verstehen, dass mehrere der Elemente oder Schritte nicht ausgeschlossen sind, es sei denn, ein solcher Ausschluss wird ausdrücklich erwähnt. Weiterhin sind Verweise auf „eine Ausführungsform“ der vorliegenden Erfindung nicht so auszulegen, dass sie das Vorhandensein zusätzlicher Ausführungsformen ausschließen, die ebenfalls die genannten Merkmale enthalten. Darüber hinaus können Ausführungsformen, die ein Element oder mehrere Elementen mit einer bestimmten Eigenschaft „umfassen“, „einschließen“ oder „aufweisen“, zusätzliche solche Elemente umfassen, die diese Eigenschaft nicht aufweisen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Die Begriffe „mit“ und „bei denen“ werden als Klartextäquivalente der jeweiligen Begriffe „umfassend“ und „wobei“ verwendet. Darüber hinaus werden die Begriffe „erste“, „zweite“ und „dritte“ usw. nur als Bezeichnungen verwendet und sollen ihren Objekten keine numerischen Anforderungen oder eine bestimmte Positionsordnung auferlegen.
1-11, 13 und 14 zeigen beispielhafte Konfigurationen mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn sie einander direkt kontaktierend oder direkt gekoppelt gezeigt sind, dann können solche Elemente zumindest in einem Beispiel als direkt kontaktierend oder direkt gekoppelt bezeichnet werden. Analog können Elemente, die durchgehend oder aneinander angrenzend gezeigt sind, mindestens in einem Beispiel jeweils durchgehend oder aneinander angrenzend sein. Zum Beispiel können Komponenten, die zueinander in flächigem Kontakt liegen, in flächigem Kontakt stehend bezeichnet werden. Als weiteres Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt positioniert sind, wobei nur ein Raum und keine anderen Komponenten dazwischen liegen, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Als noch weiteres Beispiel können Elemente, die über/unter einander, an zueinander gegenüberliegenden Seiten oder links/rechts von einander gezeigt sind, im Verhältnis zueinander so bezeichnet werden. Wie in den Figuren gezeigt ist, kann in mindestens einem Beispiel ferner ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements als „Oberseite“ der Komponente bezeichnet werden, und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements kann als „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden. Wie hierin verwendet können Oberseite/Unterseite, oberer/unterer, oberhalb/unterhalb relativ zu einer vertikalen Achse der Figuren sein und können verwendet werden, um die Positionierung von Elementen der Figuren relativ zueinander zu beschreiben. Somit sind in einem Beispiel Elemente, die oberhalb von anderen Elementen gezeigt sind, vertikal oberhalb der anderen Elemente positioniert. Als noch weiteres Beispiel können Formen der Elemente, die in den Figuren dargestellt sind, diese Formen aufweisend (z.B. als kreisförmig, gerade, eben, gebogen, gerundet, abgefast, abgewinkelt oder dergleichen ausgebildet) bezeichnet werden. Einander schneidend gezeigte Elemente können in mindestens einem Beispiel ferner als sich schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden. Des Weiteren kann in einem Beispiel ein Element, das in einem anderen Element gezeigt ist oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt ist, als solches bezeichnet werden.
Räumlich relative Begriffe, wie „innen“, „außen“, „darunter“, „unterhalb“, „untere“, „oberhalb“, „obere“ und dergleichen, können hierin zur besseren Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder einem anderen Merkmal, wie in den Figuren dargestellt, zu beschreiben. Räumlich relative Begriffe sollen neben der in den Figuren dargestellten Ausrichtung auch andere Ausrichtungen der verwendeten oder betriebenen Vorrichtung umfassen. Wenn beispielsweise die Vorrichtung in den Figuren umgedreht wird, würden die als „unten“ oder „unterhalb“ beschriebenen Elemente oder Merkmale dann „oberhalb“ der anderen Elemente oder Merkmale ausgerichtet sein. So kann der beispielhafte Begriff „unterhalb“ eine Ausrichtung sowohl oberhalb als auch unterhalb einschließen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen) und die hierin verwendeten räumlich relativen Deskriptoren können entsprechend ausgelegt werden.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, einschließlich der besten Ausführungsform, und auch, um es einem Durchschnittsfachmann des betreffenden Gebiets zu ermöglichen, die Erfindung zu praktizieren, einschließlich der Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen oder Systemen und der Durchführung von enthaltenen Verfahren. Der patentierbare Umfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele umfassen, die für den Durchschnittsfachmann nahe liegen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, wenn sie Strukturelemente aufweisen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente Strukturelemente mit unwesentlichen Abweichungen von dem Wortlaut der Ansprüche umfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62412030 [0001]

Claims

Mikroplatten-Bestrahlungssystem, umfassend: ein Gehäuse; eine Kammer innerhalb des Gehäuses, die konfiguriert ist, um eine Mikroplatte aufzunehmen; und eine modulare Light Engine, die in dem Gehäuse oberhalb der Kammer positioniert ist, wobei die modulare Light Engine eine oder mehrere lichtemittierende Vorrichtungen umfasst, die konfiguriert sind, um Strahlung zu emittieren, die auf eine Oberseite der Mikroplatte gerichtet ist, wenn die Mikroplatte in der Kammer positioniert ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Kammer teilweise durch ein Schubfach gebildet ist, das konfiguriert ist, um sich in das Gehäuse hinein und aus diesem heraus zu bewegen, wobei das Schubfach ein Gestell zum Halten der Mikroplatte umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei jede lichtemittierende Vorrichtung ein Array von Leuchtdioden umfasst, die mit einem Substrat gekoppelt sind.
System nach Anspruch 3, wobei jedes Array von Leuchtdioden einen ersten Satz von Leuchtdioden, die in einer ersten Reihe gleichmäßig beabstandet sind, und einen zweiten Satz von Leuchtdioden, die in einer zweiten Reihe gleichmäßig beabstandet sind, umfasst.
System nach Anspruch 3, wobei jedes Array von Leuchtdioden genau sechzehn Leuchtdioden umfasst.
System nach Anspruch 3, wobei die modulare Light Engine genau sieben lichtemittierende Vorrichtungen umfasst.
System nach Anspruch 3, wobei jedes Substrat mit einer oder mehreren Kühlrippen gekoppelt ist.
System nach Anspruch 7, wobei das Gehäuse eine Lüftungsöffnung umfasst, und ferner umfassend einen Lüfter, der konfiguriert ist, um Luft von der Lüftungsöffnung und über die eine oder die mehreren Kühlrippen umzuwälzen.
System nach Anspruch 7, wobei, wenn die Mikroplatte in der Kammer positioniert ist, jedes Array von Leuchtdioden zwischen der Mikroplatte und der jeweiligen einen oder den jeweiligen mehreren Kühlrippen positioniert ist.
System nach Anspruch 7, wobei jede lichtemittierende Vorrichtung genau drei Kühlrippen umfasst.
System nach Anspruch 3, weiterhin umfassend eine Steuerung, die nicht-flüchtige Befehle speichert, die ausführbar sind, um eines oder mehrere von: einer Intensität von Licht, das von jeder Leuchtdiode ausgegeben wird, und einer Dauer einer Lichtausgabe jeder Leuchtdiode anzupassen.
System nach Anspruch 3, wobei jede Leuchtdiode konfiguriert ist, um Licht einer einzigen, gemeinsamen Wellenlänge auszugeben.
System nach Anspruch 3, wobei eine erste Teilmenge von Leuchtdioden konfiguriert ist, um Licht einer ersten Wellenlänge auszugeben, und eine zweite Teilmenge von Leuchtdioden konfiguriert ist, um Licht einer zweiten, unterschiedlichen Wellenlänge auszugeben.
Verfahren zum Bestrahlen einer Behandlungsoberfläche mit einer Bioinaktivierungsvorrichtung, umfassend: Aktivieren einer ersten lichtemittierenden Vorrichtung der Bioinaktivierungsvorrichtung, um keimtötendes Licht einer ersten Wellenlänge in Richtung der Behandlungsoberfläche zu emittieren; und Aktivieren einer zweiten lichtemittierenden Vorrichtung der Bioinaktivierungsvorrichtung, um keimtötendes Licht einer zweiten, unterschiedlichen Wellenlänge in Richtung der Behandlungsoberfläche zu emittieren.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die erste Wellenlänge 275 nm und die zweite Wellenlänge 365 nm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 14, weiterhin umfassend das Deaktivieren der ersten lichtemittierenden Vorrichtung und der zweiten lichtemittierenden Vorrichtung beruhend auf einer Rückmeldung von einem Photodetektor der Bioinaktivierungsvorrichtung.
Bioinaktivierungsvorrichtung, umfassend: eine erste lichtemittierende Vorrichtung, die konfiguriert ist, um keimtötendes Licht einer ersten Wellenlänge zu emittieren; eine zweite lichtemittierende Vorrichtung, die konfiguriert ist, um keimtötendes Licht einer zweiten Wellenlänge zu emittieren; einen Photodetektor; und eine Steuerung, die nicht-flüchtige Befehle speichert, die ausführbar sind, um: die erste lichtemittierende Vorrichtung und die zweite lichtemittierende Vorrichtung zu aktivieren, um Licht der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge an einer Behandlungsoberfläche zu emittieren; und die erste lichtemittierende Vorrichtung und die zweite lichtemittierende Vorrichtung basierend auf einer Ausgabe von dem Photodetektor zu deaktivieren.
Bioinaktivierungsvorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Photodetektor konfiguriert ist, um von der Behandlungsoberfläche reflektiertes Licht zu detektieren, und wobei die Befehle ausführbar sind, um die erste lichtemittierende Vorrichtung und die zweite lichtemittierende Vorrichtung als Reaktion auf die Ausgabe von dem Photodetektor zu deaktivieren, welche anzeigt, dass sich eine von der Behandlungsoberfläche reflektierte Lichtmenge um einen Schwellenwert geändert hat.
Bioinaktivierungsvorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Photodetektor konfiguriert ist, um Fluoreszenz zu detektieren, die von einer oder mehreren Verunreinigungen auf der Behandlungsoberfläche emittiert wird, und wobei die Befehle ausführbar sind, um die erste lichtemittierende Vorrichtung und die zweite lichtemittierende Vorrichtung als Reaktion auf die Ausgabe von dem Photodetektor zu deaktivieren, welche anzeigt, dass sich eine Fluoreszenzmenge, die von der einen oder den mehreren Verunreinigungen auf der Behandlungsoberfläche emittiert wird, um einen Schwellenwert geändert hat.
Bioinaktivierungsvorrichtung nach Anspruch 17, wobei die erste lichtemittierende Vorrichtung eine oder mehrere Leuchtdioden umfasst, die konfiguriert sind, um Licht bei 275 nm auszugeben, und die zweite lichtemittierende Vorrichtung eine oder mehrere Leuchtdioden umfasst, die konfiguriert sind, um Licht bei 365 nm auszugeben.