JP3109740B2 - 微生物検出装置 - Google Patents

微生物検出装置

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JP3109740B2
JP3109740B2 JP02508213A JP50821390A JP3109740B2 JP 3109740 B2 JP3109740 B2 JP 3109740B2 JP 02508213 A JP02508213 A JP 02508213A JP 50821390 A JP50821390 A JP 50821390A JP 3109740 B2 JP3109740 B2 JP 3109740B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、試料中での細菌増殖を検出する方法及びデ
バイスに係わる。本発明は特に、試料の増殖に晒された
指示要素を監視することによって試料中での微生物増殖
を検出する電子的装置に係わる。
臨床試料が微生物に汚染されていることは通常、試料
を栄養素の存在下に培養し、所定時間経過後に試料の変
化、または試料を覆う雰囲気の変化を介して微生物活性
を検出することによって決定する。例えば、また、Ahne
l等の米国特許第4,182,656号では、試料を炭素13発酵可
能な基質を含む培地と伴に容器に入れる。容器を密閉し
て試料を、生物学的活性に導く条件下に置いた後、試料
を覆う気体雰囲気中の炭素13の既知の炭素12に対する比
を決定して初期の比と比較する。米国特許第4,152,213
号で特許請求された方法では、密閉容器内の試料中に酸
素消費性細菌が存在することを、試料を覆う雰囲気中の
酸素の減少を容器内の気体の監視によって検出すること
により決定する。米国特許4,073,691号は、培地を収容
した密閉容器内に細菌を含めた生物活性物質が存在する
ことを、試料を覆う気体雰囲気の特性の所定時間経過後
の変化を測定することによって決定する方法を提供す
る。
1984年４月４日付で公開されたヨーロッパ特許出願第
83108468.6号に開示されているように、気体雰囲気中の
CO2変化の非侵入的検出方法がSuppamn等によって教示さ
れている。これら及び他の刊行物に述べられている方法
及び装置はいずれも、培養後の気体雰囲気の変化を測定
するのに放射線測定法の適用または密閉容器への侵入を
必要とするか、または容器が赤外線の透過を妨げない特
別の材料で製造されることを必要とする。
試料、特に血液培養物の微生物汚染を測定する他の公
知方法には、温度、pH、濁り、色、バイオルミネセンス
及びインピーダンスの微細な変化の測定などが有る。こ
れらの方法は通常、細菌の代謝副産物の検出によって微
生物汚染を決定する。微生物汚染は継代培養及び／また
は染色によっても評価することができる。これらの方法
のうち、インピーダンス測定法、放射線測定法及び赤外
分光測定法のみが臨床試料を自動処理し得る可能性を示
している。インピーダンス測定法及び赤外線測定法を除
けば上記諸方法も、液体試料、または該試料を覆う気体
雰囲気の測定を行なうべく容器内に侵入することを必要
とする。
測定の度に試料を覆う雰囲気を汚染し、またその組成
を変えてしまう恐れが有ることに加え、これらの方法で
は、比較的長期間にわたって短い時間間隔で連続的に、
または容易に測定を行なうことはできない。汚染微生物
の増殖速度が微生物の種類、及び元の試料中の微生物の
数次第で異なるので、試料が汚染されていることによっ
て雰囲気または液体試料が検出可能な変化を示す時期を
予測できないことから、このことは重大な欠点となる。
関連する問題点として、汚染を液体試料のpH変化によ
って決定する場合、様々な代謝産物が試料のpHを様々に
変化させるということが有る。例えば、アンモニアの生
成はpHを高めるが、CO2の生成はpHを低下させる。異な
る汚染微生物は異なる増殖速度を有することから、pHが
或る時点で高くなり、別の時点では低くなる可能性も有
る。このように変化可能な上昇−低下は、pHを長い時間
間隔で測定したのでは検出できない。更に、全血試料の
pH測定によって変化を検出する場合、特にインジケータ
ーがpH決定手段である場合には、インジケーターの外観
が血液細胞の存在によって影響され、もしくは曖昧とな
る恐れが有ることもエラーの原因となり得る。比色測定
型インジケーターは、試料の性質によって惹起されるエ
ラーが色素の外観に影響することを防止できる場合にの
み有効に用い得る。
発明の概要 本発明は、微生物増殖用培地を含む試料のpHレベルま
たはCO2レベルの変化を連続的に監視する装置を提供す
ることを目的とする。
本発明はまた、密閉容器内の試料のpHまたはCO2変化
を容器に浸入せずに監視する装置を提供することも目的
とする。
更に本発明は、pHレベルまたはCO2レベルを連続的に
指示するpH及び／またはCO2インジケーターであって、
増殖培地中に有色成分が存在することによって影響され
ないものを提供することをも目的とする。
本発明は、pH及び／またはCO2変化を連続的監視に基
づいて分析することをも目的とする。
pHの絶対値とpHの変化速度との両方を監視することも
本発明の目的である。本発明の上記その他の目的は、血
液その他の体液のような臨床試料を密閉した透明な滅菌
容器内の滅菌増殖培地で培養することによって該試料中
に微生物が存在することを検出する装置を実現すること
により達成される。微生物の存在は、容器の内側面に貼
り付けた使い捨てのセンサーを用いて試料のpH変化また
は試料中でのCO2生成を検出もしくは測定することによ
って決定する。本発明によれば、高濃度の赤血球のよう
な妨害物質の存在下にも、放射線測定法及び侵入的測定
法を用いない手段によって微生物を検出することが可能
である。試料のpHレベル及び／またはCO2レベルが変化
すると、使い捨てセンサーの光反射及び／または吸収特
性が対応して変化する。センサーの反射特性の変化量は
発光及び受光機構が検出し、この機構は可視反射／吸収
の量及び変化速度を監視する装置に信号を送る。上記速
度及び量を分析して、試料もしくは標本中で微生物が増
殖していることを予測し、決定する。センサーの変化量
及びの速度の詳細な特徴を収集するべく、センサーを連
続的に、または短い時間間隔で頻繁にサンプリング及び
／または監視することが可能である。
添付図面を考慮しながら以下の詳細な説明を参照する
ことによって本発明がより良く理解されれば、本発明は
より完全に評価され、また本発明の付随的な利点の多く
が容易に認識されよう。
図面の簡単な説明 第１図は試料容器及び光検出装置の断面図である。
第２図はセンサーの反射率と試料のpHとの特徴的関係
を示すグラフである。
第３図は試料において細菌E.coliの増殖によって惹起
されるpH及びCO2変化を例示する特性曲線のグラフであ
る。
第４図は本発明によって測定した様々な微生物の反射
率の経時変化を示すグラフである。
第５図はしきい値速度発生レベル対一定勾配監視検出
方法を示すグラフである。
第６図は本発明の分析装置の主要な構成要素を示す概
略的なブロック線図である。
第７図は本発明の、同時に８つの試料を監視する例の
説明図である。
具体例の説明 本発明の装置及びデバイスは、血液その他の体液の試
料のような臨床試料中に微生物が存在することを微生物
が産生する代謝産物の増加を測定することによって検出
する非侵入的手段を提供する。試料は、或る一定の微生
物代謝産物の生成を促進する、特別に調製された培地に
添加される。第１図に示したように、試料及び特別に調
製した培地３はインキュベーションのために培養瓶もし
くは培養容器１に収容される。容器１は図示しない頂部
において密閉されている。
新規な使い捨てセンサーもしくはインジケーター２が
瓶１内に、該瓶の内側面に当接するように配置されてい
る。センサー２は、付着媒体もしくは保持媒体と呼称さ
れる固体組成物もしくは膜と、保持媒体上または保持媒
体中に設置された指示媒体とを含む。このような形態の
下に、センサー２は容器１の内側面に対して平らに配置
され、その際指示媒体は外側から見え、かつ細胞、タン
パク質その他の固体や、試料または培地の不透明な、ま
たは有色な成分がインジケーター２と容器１との間に入
り込まないようにして密に封入されている。このような
構成は、インジケーター２と検出機構４及び５との間に
いかなる物体が入り込むことも防止する。場合によって
は、インジケーター２は試料とその増殖培地３から、気
体分子は透過させるがイオンの透過は防止する膜または
固体層によって分離される。このようにしてインジケー
ター２は、pHまたはCO2変化には所望のように晒される
が培地３には直接晒されない。
本発明を用いれば、血液などの体液の、１ミリリット
ル当たり１個程度の僅かな微生物しか含有しない試料を
検出することができる。そのような試料は、微生物の集
団が臨界レベルに達するまで、または代謝産物の増加が
測定可能となるまでに７日にもわたるインキュベーショ
ンを必要とする。本発明の機能の下では、或る種の微生
物の場合濃度が106CFU/mlであれば測定可能なpHまたはC
O2レベルが実現することが判明した。107〜108CFU/mlの
濃度では総ての微生物が測定可能な結果を示した。
本発明は、幾つかの点で新規かつ有利である。
（１） 微生物の代謝産物を、試料を覆う雰囲気中でな
く、培養瓶内の液相中で測定する。
（２） 新規な使い捨てセンサー２を瓶１の内側面に貼
り付け、測定を瓶１の透明な壁の外側から、瓶１の一体
性を損なわずに行なうことができる。
（３） 外部からの測定は、肉眼で調べることによって
か、またはセンサー２の反射率の測定によって所期の測
定を行なう装置を用いて実施し得る。
（４） 試料３の不透明成分または有色成分はセンサー
２の、pH及び／またはCO2レベル変化を検出及び指示す
る能力を妨げない。
（５） 指示薬分子が僅かな体積中に、即ち膜上に、変
色が容易に観察され得るような高濃度で保持される。
（６） 容器に浸入してのサンプリングや容器の手動操
作が不要なので、センサー２を短い時間間隔でのサンプ
リングで実質的に連続して観察し得る。
（７） 連続的な監視から、pHまたはCO2の絶対レベル
及び変化速度を表す特性曲線を描くことができる。
複合微生物培地を構成する栄養成分は、微生物が用い
る代謝経路に影響を及ぼす。有機酸、塩基及び様々な気
体が、用いられる栄養素に依存する比率が産生される。
また、産生される物質は微生物の種毎に様々である。こ
のような物質が液体培地中に存在することによって、該
培地のpHが変化し得る。本発明で用いるセンサーは、環
境のpH変化に応答して測定可能な変化を遂げるpH感応性
指示薬を含む。pHセンサーを、気体は透過させるイオン
は透過させない膜で被膜すれば、指示薬のpHに影響する
CO2やアンモニアのような気体の存在を測定できる。即
ち、微生物の増殖は液体培地のpH変化によってか、また
は微生物によって産生されて培地に溶解した気体を測定
することによって検出し得る。二酸化炭素はあらゆる微
生物が産生する普遍的な代謝物であり、従って微生物増
殖の検出に好ましく用い得る代謝物である。
本発明において教示したCO2センサーとpHセンサーと
は、pH指示薬として有用な分子種と付着／保持媒体とい
う二つの共通の構成要素を有する。pH指示薬は保持媒体
に、共有結合によってかまたは共有結合によらずに付着
させ得る。あるいは他の場合には、pH指示薬を、硬化前
のポリマーマトリックス中に分散させたりして気体透過
性のポリマーマトリックスに封入することが可能であ
る。CO2センサーは第三の構成要素、即ちインジケータ
ー膜を試料及び増殖培地から完全に分離する半透性物質
を有する。これらのセンサーは適当な透明容器１の内側
に適当な接着剤で固定する。
pHまたはCO2センサーの活性分子種としては、蛍光性
及び可視性の様々なpH指示薬を用い得る。指示薬の選択
を制限するのは通常、指示薬は許容可能な動的pH範囲を
有し、かつ既存の前面蛍光または反射率技術で容易に検
出可能な波長変化を呈しなければならないという条件の
みである。
培地のpH変化を検出する本発明によるセンサーは、約
5.0から約8.0までのpH範囲にわたって蛍光強度または可
視色の変化を呈するべきである。
CO2センサー用の指示薬は、CO2濃度変化の検出のため
に約10.0から6.0までのpH範囲内で蛍光強度または可視
色の変化を呈するべきである。
保持媒体と共有結合的にかまたは非共有結合的に結合
し得、かつそのpH指示特性を維持し得るのは或る一定の
pH指示薬分子のみである。本願出願人は、キサンテン、
フェノールフタレイン及びフェノールスルホンフタレイ
ンのグループに属する指示薬が有用であることを発見し
た。
付着／保持媒体は、有機反応を用いてpH指示薬を共有
結合により付着させ得るセルロースのような物質であり
得る。正または負のゼータ電位を有するナイロン膜のよ
うなイオン性保持物質を用いれば、pH指示薬の非共有結
合的付着を実現することが可能である。使用可能なイオ
ン性保持物質としては他に、正または負に荷電されたジ
エチルアミノエチル（DEAE）樹脂または（DEAE）セルロ
ースのようなイオン性樹脂を挙げることができる。イン
ジケーター膜を微生物増殖培地と直接接触させなければ
ならない場合は、予め保持物質をタンパク質で処理する
ことが必要となり得る。
pH指示薬センサーは微生物増殖培地のpH環境に起因す
るpH変化を直接検出する。しかし、上記センサーは、気
体の拡散を選択的に許す一方イオン及び液体を透過させ
ない能力を特徴として有するシリコン、ラテックス、テ
フロンまたは様々なプラスチックのような選択的半透性
組成物もしくは膜で被覆することにより、液体増殖培地
中の気体（例えば二酸化炭素またはアンモニア）と選択
的に反応するように製造することが可能である。センサ
ーがポリマーマトリックスに封入された指示数を含む場
合は、マトリックスを構成するポリマーが、気体は透過
させるがイオンは透過させない半透性バリヤーとして機
能し得る。
ポリマーマトリックスに封入された指示薬を含むCO2
センサーは、pH6〜pH10のpH範囲内で反応性である可視
性または蛍光性のpH指示薬と、CO2の検出に最適なpH環
境を維持する水酸化ナトリウムまたは等価塩基と、液状
指示薬を未硬化ポリマー中に分散させて指示薬のミセル
を形成し得るグリセリンまたは等価乳化剤と、指示薬の
ための適正環境を維持する室温RTVホワイトシリコンの
ような未硬化ポリマーとから成る。ポリマーは、気体は
透過させるがイオンは透過させない特性を有し、かつこ
の特性がオートクレーブ処理による滅菌を行なった時に
変化せず、しかもポリマー自体の化学的または物理的特
性によっても、硬化のための必要条件によっても指示薬
の化学活性に影響しない任意のポリマーを用い得る。
上記４成分で乳濁液を製造し、かつポリマーを硬化さ
せて、pH指示薬のミセルを包囲する半透性マトリックス
を形成するが、このマトリックスは液体微生物増殖培地
に由来するCO2その他の気体を選択的に拡散させ、それ
によって指示薬を前記気体に測定可能なように晒して、
該指示薬の測定可能な可視変色を実現する。センサー２
は別個に製造して培養瓶の内側面に接着し得るが、他の
場合にはセンサー２を瓶の底部に形成し、その場で硬化
させることも可能である。硬化後、センサーを具備した
瓶をオートクレーブ処理などで滅菌する。その明細書が
本明細書に参考として含まれる1988年３月15日付出願の
同時係属米国特許出願第07/168,291号に、pH及びCO2セ
ンサーの特定例が幾つか示してある。本明細書では、特
定のpH及びCO2指示薬についてこれ以上詳述しない。セ
ンサーは、後述する装置及び設備と適正に共働するため
に、pH及び／またはCO2変化を視覚的に検出可能に指示
するものでなければならない。
培地の調製も上記同時係属出願第07/168,291号に述べ
てあるので、ここでは詳述しない。
第１図は、試料及び培地３を収容した培養容器１、及
び容器１の底面に貼り付けられたセンサー２の断面図で
ある。図示した容器１は、光検出器５が挿入された孔８
と発光器４が挿入された孔９とを有するプラットホーム
７上に配置されている。
発光器４と検出器５とは共に、細部を第６図に示した
分析装置６と接続されている。
容器１は、第７図に示したように通常シリンダ形で、
支持台７の上面に設けられた孔10に挿入される。弾性充
填材12を用いることにより、容器１を孔10内で落ち着か
せることができる。孔10の内側に充填材12が内張りされ
ており、充填材12は孔10に挿入された容器１の側壁を弾
性的に押圧する。この充填材は、後述する支持台７の移
動の際に容器１が孔10から抜け落ちるのを防止するべく
設置されている。発光器４及び検出器５は、インジケー
ター２からの反射光の受け取りが最も好ましく行なわれ
る相対角度αを成して取り付けられている。図示した好
ましい具体例での角度αは45度であるが、45度に近い他
の相対角度も許容可能な結果をもたらす。30〜60度の範
囲が好ましく、最良の反射効率を達成するうえで最適で
あると判明した。
発光器４及び検出器５は、適当な相対角度を成すと共
にインジケーター２に対して、光が容器１の外側面で反
射されずにインジケーター２に到達し、該インジケータ
ー２から反射されるような適当角度を成して配置さなけ
ればならない。更に、検出器５は、不正確な読み取りを
防止するべく発光器４による直接照射から遮断されなけ
ればならない。
第７図に、本発明の一具体例の構成の全体を示す。第
７図から知見され得るように、ベース部材７は試料瓶１
を受容するシリンダ形のスロット孔10を複数具えてい
る。任意数の瓶１が、支持台もしくはベース７のスロッ
ト10に配置され得る。ベース７は、揺動モーター26及び
該モーター26に取り付けられた揺動機構28によって揺動
され得るように設置されている。揺動は、適正な微生物
増殖を促進するべく混合物を瓶１内で適正な振動攪拌状
態に維持するのに必要である。ベースはまた、該ベース
に固定されたヒーター30によってか、または制御インキ
ュベーション装置において該ベースを全体的に包囲する
ことによって加熱される。各スロット10は、センサーを
適当に照射し、かつ反射されたルミネセンスを検出する
発光器及び検出器を含む。
後段に詳述するように、各瓶１は、当該瓶の挿入され
たスロットに付属する検出器の出力を選択的に読み取る
ことによって独立に監視され得る。このようにして、コ
ンピューター20が複数の試料を同時に監視することが可
能となり、即ちコンピューターは各試料に関するサンプ
ル読み取りを所望の所定サンプリング速度で所望のよう
に実施し、各試料の微生物増殖の進捗度を後段に詳述す
るようにして評価する。
第６図は、第１図及び第７図に示した信号分析装置６
の信号受信及び処理部の回路図である。LED D11〜D18は
ツェナー安定化定電流源14によって給電される。この電
流源はトランジスタQ1、演算増幅器op17及びツェナーダ
イオードD9を含む。電流源14は、受光ダイオードD1〜D8
を照射するLED D11〜D18の照射を安定させる。
LED D11〜D18は第１図に示した発光器４を表し、フォ
トダイオードD1〜D8は第１図に示した光検出器５を表し
ている。
第６図及び第７図に示した例では支持台７に８個のダ
イオードが取り付けられており、そのうちの４個が図示
してある。図示の具体例は８個の発光器、８個の検出
器、及び八つの並列回路を有するが、これは単なる例で
あり、信号処理装置６によって評価されるべき試料の数
に応じて任意数の発光器−検出器対を用いることが可能
である。
図示したフォトダイオードD1〜D8は、例えばEGG Vac
tech of St.Louis,Missouri製のフォトダイオードVTP
5051であり得る。所与のスペクトル域内での感応検出
が可能な同様のフォトダイオードであれば任意のものを
用いることができる。他の電磁スペクトル域内での検出
が可能な他のフォトダイオードを用いることも、発光器
４をそのスペクトル域内で発光するように設計し、かつ
センサー２を上記他のスペクトル域内での反射特性がpH
またはCO2産生の変化に応答するように設計すれば可能
である。
各ダイオードの出力は、低駆動反転形態に配列された
１対の低オフセット演算増幅器によって増幅される。上
記配列形態は第６図において、図示した回路の該当部分
に参照符号16を付して示してある。
演算増幅器の出力は個々の入力ライン18を介してマル
チプレクサーMUX08に送られ、多重化される。このよう
にして、個別ダイオードD1〜D8のうちのいずれか１個の
出力が監視及び／または分析のために選択され得る。ア
ドレスラインA0〜A2上に３ビットアドレスが発生される
ことによって、コンピューター20は所望のダイオード出
力を選択して、マルチプレクサーMUX08からのDRNライン
８上に読み出すことができる。マルチプレクサーから出
力した信号は受動的に低域濾波及び増幅され、コンピュ
ーター20に付与されるアナログ信号出力とされる。出力
端子22に現れるこのアナログ信号は、まずデジタル信号
に変換してからコンピューターの入力端子24へと送るこ
とも、アナログ信号のまま直接コンピューターに送るこ
とも可能である。
コンピューター20では様々な検出器の出力がコンパイ
ルされて、様々な試料のpHまたはCO2濃度の変化の量及
び速度を表す、第５図に示したような曲線が描かれる。
コンピューターは、描かれた特性曲線を評価して、微生
物が増殖する培養物が存在するかどうかを後述のように
決定するうえで必要な分析も行なう。
第５図を参照して、本発明による分析法の、先行技術
または肉眼での検査による分析法に対して優れている点
を以下に説明する。
第５図の第一のグラフＩには、CO2の絶対レベルを時
間に対してプロットしてあり、また微生物汚染が存在す
るかどうかの決定に用いられ得るCO2しきい値レベルも
示してある。溶液の絶対CO2濃度値は、容器１内のイン
ジケーター２の変色を分析することによって決定され
る。血液などの体液はそれ自体がCO2を産生することに
注意するべきであり、このことは３本の曲線のいずれに
おいてもレベルが恒常的に上昇する点に認められる。こ
のバックグラウンド産生の規模は試料によってきわめて
様々である。特性曲線Ａ、Ｂ及びＣは微生物増殖の例を
示している。特性曲線Ａは高レベルのバックグラウンド
産生を表すが、微生物の増殖は表さない。特性曲線Ａは
しきい値を越え、従って先行技術による分析法の下では
陽性と看做されようが、実は偽の陽性であろう。特性曲
線Ｂは中ぐらいのレベルのバックグラウンド産生と、非
常に目立った増殖とを表す。特性曲線Ｂもしきい値レベ
ルを越えるので、真の陽性として検出されよう。これら
は有意の時間間隔での周期的サンプリング法で検出され
得、なぜならCO2レベルはしきい値より高い値に有意の
期間留まるからである特性曲線Ｃは低レベルのバックグ
ラウンド産生と僅かな増殖とを表し、その結果先行技術
による検出分析では偽の陰性と看做される。
第二のグラフIIは、第一のグラフに示したデータの一
次導関数、即ちCO2産生速度を示す。Ａの速度は高いが
絶えず低下し続けること、Ｂの速度は中ぐらいで、微生
物増殖時に増加していること、及びＣの速度は低く、し
かしやはり微生物増殖時に増加していることが知見され
る。
第三のグラフIIIは、第一のグラフに示したデータの
二次導関数、即ち増殖加速度を示す。このグラフで、特
性曲線Ａが示す加速度は常に負であり、一方Ｂ及びＣが
示す加速度は或る期間に大きい正の値を取る。これらの
グラフを比較してみて、試料Ａに関し、グラフＩに示し
たCO2値はしきい値を越えるが、グラフIIで有意な勾配
変化を呈せず、従ってグラフIIIにおいて加速度が認め
られないことが見て取れる。グラフIIIでは、真の陽性
である二つの試料Ｂ及びＣが試料Ａには無い正の特性を
示すことが知見され得る。
特性曲線ＣはCO2発生速度が比較的低い微生物増殖を
示し、前記速度を低下させる要因としては様々なものが
存在し得る。上記速度が低い場合に、先行技術によるサ
ンプリング法を用いるか、または本発明のインジケータ
ー２を肉眼で検査すると試料Ｃは陰性と決定されよう
が、実は偽の陰性であろう。これは、試料ＣのCO2の絶
対値が、陽性との判断を下すうえで必要とされるしきい
値を決して上回らないことに起因する。しかし、後述す
る本発明のサンプリング、分析及び評価法を用いれば、
試料Ｃで実際に生起している微生物増殖が、該試料のCO
2レベルをグラフＩのしきい値レベルより高めるのに十
分でなくとも微生物存在陽性として検出され、従って試
料Ｃは真の陽性と看做される。
本発明のコンピューター20は、指示されるCO2値を任
意の時間間隔で読み取るように設定され得る。例えば、
１度の読み取りから次の読み取りまでのサンプリング間
隔を10分とした場合、コンピューターはマルチプレクサ
ーMUX08に、適当なセンサーからの入力から読み取った
データを10分間隔で出力するように命令する。出力され
た読み取りデータはコンピューターによって読み取ら
れ、かつ記録される。その後、10分経過したらコンピュ
ーターは新たな読み取りを行ない、値を記録する。
６回のインターバルが過ぎ、７回目のインターバルに
入ると、最初のサンプル（測定値）が放棄される。この
ように、最も古いサンプルを放棄し、かつ最も新しいサ
ンプルを付加することによってコンピューターは更新を
継続し、それによってコンピューターは常に１時間分の
データを保持する。
コンピューター20はこれらのデータを用いて、各２個
の相前後するpH示度をつなぐ曲線の勾配を連続的に決定
し、即ち10分間隔で相前後する各２個の示度同士の間の
“瞬間的な”勾配値を確立する。この勾配は１インター
バル前の勾配と比較され、かつ全部で６インターバル前
までの、即ち１時間前までの勾配と比較される。それに
よって、コンピューターはグラフII及びIIIに示した速
度値及び加速度値を得る。
目下の10分サンプリング休止時間の勾配は、一つ前の
期間の勾配とのみ比較することも、また重み付けして直
前の５期間の勾配と比較することも可能である。コンピ
ューターは、第５図のグラフIIIの曲線Ｂ及びＣが示す
ような正の加速度を探す。正の加速度の持続時間が監視
されるが、加速度は装置の揺らぎあるいはその他のバッ
クグラウンド干渉が持続し得る期間より長い期間正であ
り続けなければならない。例えば、グラフIIIの期間t1
は不十分であるが、期間t2は十分である。
この分析方法は、微生物増殖に関して陽性である例Ｂ
及びＣのいずれもが本発明によって検出される点で有利
である。この分析法は試料中で発生するCO2の絶対値に
は左右されず、CO2増加速度の変化にのみ従属し、この
変化は生物学的陽性試料の指示手段として、絶対CO2値
がしきい値を越えることよりも確実であると判明した。
この分析方法は、連続的な監視及び短い時間間隔での
サンプリングを可能とし、高い精度でのCO2読み取りを
可能にする十分な感度を具えたインジケーター２を提供
する本発明の装置及び教示によってのみ実施できる。
本発明装置によって監視されるセンサーは、増殖す
る、または代謝を行なう微生物が存在すると変色し、pH
変化またはCO2変化を知らせる指示薬を含む。上記変色
は肉眼に明らかであり得るが、装置６を用いることによ
って、測定が外部から高精度で連続的に行なわれるとい
う利点が得られる。好ましい具体例では、発光器及び検
出器は各センサー毎に設置される。しかし、全試料の連
続監視を可能にするものであれば変形した他の例も有効
である。そのような変形例には、各試料瓶を１個以上の
定置検出器に関して移動させるか、または１個以上の検
出器を定置された試料瓶に関して移動させる手段の適用
が含まれる。
上述の好ましい具体例では固体型の（solid state）
照射器及び検出器が用いられるが、本発明の開示後は当
業者にとって明らかとなるように、白熱電球及びアーク
ランプのような照射源を用いることも、また鏡、レン
ズ、光ファイバー、及び光を瓶の中のインジケーターま
で誘導して検出手段への反射を実現するその他の手段を
用いることも可能である。
本発明のその他の目的、利点及び特徴は、上述及び引
き続く検討から当業者には明らかとなろう。
フロントページの続き (56)参考文献 特表 平４−500307（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C12M 1/34 G01N 21/51 - 21/78

Claims (28)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】試料中での微生物増殖を監視する装置であ
    って、 その内部スペースにおいて試料が滅菌培地で培養され
    る、少なくとも一部が透明な密閉可能でかつ滅菌可能な
    容器と、この容器内で透明部分の領域に配置されてお
    り、微生物増殖の代謝物に晒されると、容器の透明部分
    を通して検出され得るその測定可能な特性が、前記透明
    部分を通して容器外部から監視され得る変化を呈し、そ
    れによって密閉後の容器への侵入を伴わずに微生物増殖
    を監視する滅菌可能な１つの指示手段と、 指示手段の測定可能な特性の少なくとも一つに影響を及
    ぼす信号を発生する、この信号が前記透明部分を通して
    指示手段に当たるように指示手段に対して位置決めされ
    た信号発生手段と、 前記透明部分を通して指示手段から前記信号を受け取っ
    てそれに対応する第二の信号を生成するように指示手段
    に対して位置決めされた信号検出手段と、 第二の信号を受信及び処理して指示手段の測定可能な特
    性の変化または大きさを評価し、それによって密閉後の
    密閉可能容器内での微生物増殖を監視する処理手段と、 を含む装置。
  2. 【請求項２】第二の信号を受信する処理手段が回路手段
    であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】回路手段が 第二の信号を選択された時間間隔で受信し、かつ受信の
    度に当該時間間隔の中で第二の信号の特性に生じる何等
    かの変化を比較する手段 を含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】回路手段が、第二の信号を周期的にサンプ
    リングし、第二の信号のサンプル同士を比較し、かつ前
    記サンプルの変化の速度を計算する計算手段を含むこと
    を特徴とする請求項２に記載の装置。
  5. 【請求項５】変化速度を検出してこの変化速度の持続時
    間を測定する手段も含むことを特徴とする請求項１に記
    載の装置。
  6. 【請求項６】信号発生手段が発光ダイオードを含むこと
    を特徴とする請求項１に記載の装置。
  7. 【請求項７】信号検出手段が発光ダイオードの放射光を
    受け取るフォトダイオードを含むことを特徴とする請求
    項６に記載の装置。
  8. 【請求項８】第二の信号を受信する処理手段が発光ダイ
    オードのための安定電流源を含むことを特徴とする請求
    項６に記載の装置。
  9. 【請求項９】指示手段が膜と、微生物の代謝物に晒され
    ると検出可能な変化を呈する指示媒体とを含むことを特
    徴とする請求項１に記載の装置。
  10. 【請求項１０】膜が容器の内側面に張り付けられている
    ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  11. 【請求項１１】指示媒体が容器の内側面に当接するよう
    に配置されており、指示手段の膜は指示媒体を培地から
    分離することを特徴とする請求項１に記載の装置。
  12. 【請求項１２】代謝物がCO2であることを特徴とする請
    求項１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】指示媒体がpHに対して化学的に応答する
    ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  14. 【請求項１４】測定可能な特性が吸光特性、蛍光特性及
    び光反射特性の中から選択されることを特徴とする請求
    項１に記載の装置。
  15. 【請求項１５】変化の加速度を検出する手段をも含むこ
    とを特徴とする請求項１に記載の装置。
  16. 【請求項１６】検出した加速度の持続時間を測定するこ
    とも特徴とする請求項15に記載の装置。
  17. 【請求項１７】第二の信号の大きさを測定する手段をも
    含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  18. 【請求項１８】第二の信号の大きさの持続時間を測定す
    ることも特徴とする請求項17に記載の装置。
  19. 【請求項１９】試料中での微生物増殖を検出する方法で
    あって、 その壁の少なくとも一部が透明である滅菌可能な容器
    と、この容器内で前記透明部分の領域に配置された、微
    生物増殖の代謝物に晒されると変化する指示手段とを用
    意するステップと、 指示手段の測定可能な特性に影響を及ぼす第一の信号を
    発生する、第一の信号が前記透明部分を通して指示手段
    に当たるように指示手段に対して位置決めされた信号発
    生手段を用意するステップと、 指示手段から前記第一の信号を受け取ってそれに対応す
    る第二の信号を生成するように指示手段に対して位置決
    めされた信号検出手段を用意するステップと、 第二の信号を受信及び処理して指示手段の測定可能な特
    性の変化または大きさを評価する処理手段を用意するス
    テップと、試料を滅菌条件下に容器内に導入するステッ
    プと、容器内の試料をインキュベートするステップと、 第二の信号の変化または第二の信号の大きさを検出し、
    それによって密閉後の密閉可能容器内での微生物増殖を
    検出するステップと を含む方法。
  20. 【請求項２０】第二の信号を選択された時間間隔で受信
    するステップ、及び 当該時間間隔の中で第二の信号の特性に生じる何等かの
    変化を比較するステップをも含むことを特徴とする請求
    項19に記載の方法。
  21. 【請求項２１】第二の信号をサンプリングするステッ
    プ、 第二の信号の連続するサンプル同士を比較するステッ
    プ、及び 連続するサンプル同士の間での変化の速度の増加率を計
    算するステップ をも含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
  22. 【請求項２２】増加率を検出するステップ、及び 検出した増加率の持続時間を測定するステップ をも含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
  23. 【請求項２３】測定可能な特性が吸光特性、蛍光特性及
    び光反射特性の中から選択されることを特徴とする請求
    項19に記載の方法。
  24. 【請求項２４】試料中に微生物が存在することを決定す
    る方法であって、 請求項１に記載の装置を用意するステップと、 試料を滅菌容器内に導入するステップと、 容器内の試料をインキュベートするステップと、 指示手段の測定可能な特性の変化を検出手段で、少なく
    とも１種の時間間隔で監視するステップと、 前記測定可能な特性の変化の速度を計算し、それによっ
    て該特性の一次導関数を決定するステップと、 測定可能な特性の一次導関数の大きさを分析して、試料
    中に微生物が存在することを確定するステップと を含む方法。
  25. 【請求項２５】測定可能な特性が吸光特性、蛍光特性及
    び光反射特性の中から選択されることを特徴とする請求
    項24に記載の方法。
  26. 【請求項２６】測定可能な特性の二次導関数を計算する
    ステップ、及び 前記二次導関数の大きさを分析し、それによって試料中
    に微生物が存在するかどうか確認するステップ をも含むことを特徴とする請求項24に記載の方法。
  27. 【請求項２７】前記二次導関数の持続時間を測定するス
    テップも含むことを特徴とする請求項26に記載の方法。
  28. 【請求項２８】試料中に微生物が存在することを決定す
    る方法であって、 請求項１に記載の装置を用意するステップと、 試料を滅菌容器内に導入するステップと、 容器内の試料をインキュベートするステップと、 指示手段の測定可能な特性の変化を検出手段で、少なく
    とも１種の時間間隔で監視するステップと、 前記測定可能な特性の大きさを測定して、試料中に微生
    物が存在することを確定するステップと を含む方法。
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