JP6506741B2 - 殺生物性浄化デバイス - Google Patents

Description

本発明は、流体容器、好ましくは、例えば、細胞培養のための水、または、分子生物学、生化学または微生物学用途に使用される水などの、実験室環境において使用するための精製水だけでなく、一般的な医用または医療において使用するための精製水を貯蔵することを目的とした容器のための殺菌流体浄化キャップに関する。これに関連した発明は、紫外線ＬＥＤ光源に基づく静的な殺生物性または殺菌性の実験室用浄水デバイスに関する。

ボトル入りまたはパッケージ入りの精製水には、厳しい品質管理試験が課され、品質証明書と共に納品される。２種類の水、例えば、細胞培養のための水、および、分子生物学のための水は、臨界的な細胞培養および分子生物学実験を行う科学者による調査を用途対象とする。両種類の水は滅菌されている。さらに、細胞培養のための水は、細胞培養試験が行われており、ピロゲン（pyrogens）、マイコプラズマ、カルシウムおよびマグネシウムを含まない。分子生物学のための水は、ＲＴ−ＰＣＲ試験が行われており、ＲＮａｓｅフリー、ＤＮａｓｅフリー、プロテアーゼフリー、カルシウムフリーおよびマグネシウムフリーである。浄化プロセスに続いて、浄化された水は、例えば、ＰＥＴ容器などの滅菌容器の中へ無菌で充填される。通常は１リットル未満の容量を具備する、これら比較的小さな貯蔵器またはボトルは、室内実験において使用される場所に輸送される。

浄化された水が長期間貯蔵される場合、または、少量の水が容器から取り出される場合、水は塩素または化学除菌剤を含有しないため、残りの水が汚染されるリスクがある。現在この問題点を解決するための様々な対策が行われている。１つは、一度開封されたボトルをすべての未使用の水を含み廃棄することである。もう１つは、一度開封されたボトルを冷凍室で凍結することである。さらなる解決策は、貯蔵器に設置されるか、または、外側から貯蔵器の中へ挿入される、水銀ベースの蒸気ランプを使用すること、または、水が使用される前の水銀ベースのランプリアクタを介して再循環ポンプを使用することである。

水銀を含有するランプを使用する従来のデバイスは、水銀が有毒物質であるため、特有の再循環操作および細心の注意および配慮を必要とする。周囲環境へ放出される水銀汚染は、深刻な脅威である。メンテナンスまたは操作中にランプが破損した場合には特別なリスクが存在する。既存の水銀ランプの取り扱いは、したがってさらなる安全制約および処置を伴う。さらに、既存の水銀ランプは、相当な熱を生み出し、水温を増加させる。より高い水温は、微生物増殖を促進し、容器壁上における水蒸気の凝縮を引き起こし、容器の冷却領域上に、生物膜の生成を助ける静的な液滴を生成する。

問題点の一部を解決するために、ＬＥＤ光源が提案された。１つの例は、殺菌領域において紫外線光を放射する、外側に延伸するペンライトサイズ構造の固体紫外線放射ダイオードを含む、携帯型紫外線水浄化システムのの形で、ＵＳ６５７９４９５Ｂ１に開示されている。システムは、ダイオードの作動のための電池およびタイミング回路を含んでもよい。水の中へ浸漬することによるその意図された接触のため、システムの応用は、意図しない汚染の危険性または複雑な取扱いをもたらす。

ＷＯ２０１０／１０４０９６Ａ１は、注ぎ口を具備する水容器、および、容器の水路内のダイオードによって生成される紫外線を照射するための容器内に位置する紫外線放射ダイオードを含む水浄化部を含む、もう１つの水浄化器を開示する。このデバイスもまた、水浄化部が容器内の水の中へ完全に浸漬するという点において、欠点がある。

本発明の目的は、特に容器が一度開封された場合の、および、特に実験室プロセスまたは医用または医療分野において使用するための水を貯蔵するためのパッケージ式水容器のための、流体容器における微生物増殖を防止し、無菌状態を維持するための改良された解決策を提供することにある。

問題を解決するために、本発明は、請求項１に規定されるような、流体容器のための殺生物性流体浄化キャップを提供する。好ましい態様は、従属請求項に規定される。

本発明による流体容器のための殺生物性流体浄化キャップは、キャップ本体であって、流体容器の注ぎ口上の係合構造に結合して注ぎ口開口を密閉するようにキャップ本体を取り外し可能に取付けるための係合構造を含む、前記キャップ本体、ＵＶ−Ｃ領域で光を放射するように適合される、少なくとも１つのＬＥＤ、ＬＥＤを駆動させるための電子回路、および、電子回路のための電源を含み、ここで、前記ＬＥＤは、キャップ本体に提供される紫外線透過窓によって周囲環境から隔てられ、キャップが容器の注ぎ口に取り付けられた場合に前記ＬＥＤから放射された光が注ぎ口の開口に入射するように、前記キャップ本体に配置される。

本発明の浄化キャップは、既存の容器の変更を必要とすることなく、例えは、ボトル、フラスコまたはバッグ、剛性または半剛性、好ましくは、細胞培養および分子生物学のための実験室用供給品としての役割を果たす、浄化水用の２リットル未満の容量を具備する、工業用に使用される一般的な流体容器に取り付け可能で、組み合わせて使用できるという特別な利点がある。この目的のために、キャップ本体は、このような流体容器の注ぎ口上の係合構造に結合してキャップ本体を取り外し可能に取付けるための係合構造を含む。

１または２以上のＬＥＤが、ＵＶ透過窓によって、典型的には使用時の容器の内側容積である周囲から隔てられるように、、キャップ本体内に組み込まれる。紫外線透過窓は、潜在的な汚染およびダメージを減らし、デバイスの滅菌性を促進するように、ＬＥＤおよびＬＥＤを駆動するための回路および統合された他の制御機能を水の侵入から保護する。

窓およびＬＥＤの配置はまた、水からの熱を遮蔽するため、一度キャップによって閉鎖された容器が開放されて使用される間、バクテリア、ウィルスおよびマイコプラズマを含む微生物増殖を促進するリスクを低減する。本発明のデバイスが、設計および使用においてキャップに対応するという事実から、それは非常に扱いやすく処理しやすい。

デバイスのいずれの要素も、使用時に水と接触しないように意図されている。例えば、容器の向きを変えることによる、不慮の接触の場合であっても、水と接触する唯一の部分は、紫外線透過窓および場合によってキャップの隣接する部分である。
本デバイスは、容器のための通常のキャップデザインを模倣しているものであるから、本デバイスの使用は、実際は自明である。
以下に、本発明の流体容器のための殺生物性流体浄化キャップの好ましい態様が、添付の図面を参照して説明される。

図１は、流体容器の例としての標準のボトルに取り付けられる前と後の本発明の典型的なキャップの透視図である。 図２は、図１のキャップの断面図である。 図３は、部分的に分解配置された図２のキャップの分解組立透視図である。

図４は、ＬＥＤの紫外線透過窓および隣接するキャップの反射部分の詳細を示す配置図である。 図５は、容器上に配置された状態でキャップを通して流体を導入または抽出することを可能にする流体チャネルを含む、図４のキャップの変更を示す同様の配置図である。 図６は、キャップ内に組み込まれた制御機構の図である。

本発明の殺菌流体浄化キャップは、この例では、下部４および上部５から形成されるキャップ本体３を有し、ＬＥＤおよびＬＥＤを駆動する機能要素およびそれらの間の支持要素を収容して、これらの要素を周囲から密封する。キャップ本体３の下部４は、流体容器の注ぎ口の外周部上の係合構造に結合して注ぎ口開口を密閉するようにキャップ本体を取り外し可能に取付けるための係合構造２０（図２、参照）を含む。

係合構造２０は、ねじ込み式、または、バヨネット式、または、例えば、密着ゴムまたはプラスチック密閉構造の形の、摩擦またはフォームロッキング係合による、弾性嵌合機構を含んでもよい。係合構造は、好ましくは、細胞培養または分子生物学のための実験室用供給品としての役割を果たす、通常は浄化水を保持するために使用される容器に関連して使用される通常型のものまたは標準ネジの１つである。この種類の使用のための容器は、２リットル未満の容量を有し、注ぎ口部分以外のすべてが剛性または半剛性または可撓性である、ボトル、フラスコまたはバッグの形態であり、紫外線抵抗性の添加剤を含むＰＥＴ、ガラスまたはプラスチック材料で作られる。

キャップを締め付ける／ねじって外すような取扱いを促進するために、キャップ本体３の上部、および、特に上部５だけでなく下部４は、利用者のキャップ上のグリップを改善する、外側部分における鋸歯状または他の形の摩擦促進表面構造５ａを含んでもよい。そのような構造は、図３において、リブ状またはギザギザ状の部分５ａによって、概略的に示されている。このグリップ部分は、キャップの外表面の他の部分へ延伸してもよく、キャップの全体構造は、これらの図面に示される構造に限定されるものではない。

キャップ本体の内側には、ＵＶ−Ｃ領域、好ましくは、２２０ｎｍ−３００ｎｍの波長の光域、好ましくは、２６０ｎｍ＋／−５ｎｍで光を放射するように適合される少なくとも１つのＬＥＤ７ａが配置される。好適な種類のＬＥＤの発光層は、例えば、異なるウェハー基板上の窒化アルミニウムガリウムのエピタキシャル結晶成長物である。ＬＥＤの電源は、所定の領域の所望の紫外線光強度に基づいて選択され、通常はキャップが共に使用される流体容器のサイズおよび容量に依存する。好ましい紫外線ＬＥＤは、例えば、Ｓｅｏｕｌ Ｏｐｔｏｄｅｖｉｃｅ社の参照番号ＣＵＤ８ＡＦ１Ａのように商業的に入手可能である。

示された例において、以下に詳細に説明されるように、所望の強さを生み出すため、および、強さの調光または変調を可能にするため、さらに、個々のＬＥＤが壊れた場合におけるある程度の冗長性のために、複数のＬＥＤがプリント基板（ＰＣＢ）７上に組み込まれる。

ＰＣＢ７は、好ましくは金属ベースで作られ、周囲への、容器の内側に面する側から見て外方に向くまたは離れた側への、熱の放散を可能にするように、キャップ本体３内に配置される。したがって、ＬＥＤから生成された熱が、キャップ本体３の上部に、より容易に導かれ、容器内の水への実質的な影響なしに周囲に放散される。この場合、リブ形状などの摩擦促進構造５ａは、さらに周囲への熱放散を改善するための表面積を増やす役目を果たす。

キャップはまた、ＬＥＤを駆動するための必要な電子回路１５、および、電子回路のための電源を含む。そのような電源は、キャップ本体内に受け入れられる、使い捨てまたは充電可能なバッテリー（図示せず）、および／または、外部電源（図示せず）へのコネクタ、および／または、非接触送信手段を含んでもよい。コネクタは、好ましくは、ＰＣ周辺機器または携帯電話にも関連して使用される標準の充電装置にしたがったＵＳＢ−ソケットまたはプラグの形状である。この場合、電子回路はまた、コネクタまたは誘導を通した非接触を通して供給される外部電源によって、バッテリーを充電するための機能を含んでもよい。

ＬＥＤ７ａを支持するＰＣＢ７は、複数のスクリュー８ａによってキャップ本体３の下部４から突出するボス８ｂに対して取付けられる保持ブラケット８によってキャップ本体４の下部に取り付けられる。取り付け位置において、密封リング１２および紫外線透過窓６は、キャップ本体４の下部における受け口およびブラケット８の間に介在する。紫外線透過窓は、キャップが容器の注ぎ口に取り付けられた場合に、ＬＥＤから放射された光が窓６を通過して注ぎ口の開口へ入射するように、ＬＥＤを周囲から隔てる。したがって、図２に示されるように、窓は係合構造２０の上方に位置する。密封リング１２は、水が紫外線透過窓より上に入らないことを保証するように任意に提供される。

紫外線透過窓は、例えば、石英ガラスまたはシリカガラスから作られる。キャップ本体の下部および上部の間の空間は、さらにスイッチ１３（図２および３参照）を受け入れ、それは容器の注ぎ口からのキャップの取り外しを検出し、それに応じて好適な回路を介してＬＥＤの駆動を停止することが可能なように配置される。この構造は、キャップが容器から取り除かれた場合に、紫外線透過窓を通して照射されたＬＥＤの紫外線光への直接的な曝露から利用者を守ることができ、バッテリーの寿命を増加させる。この目的のために、例えば、マイクロスイッチレバーの形態の機械的接触、または、機械的スイッチを置き換える好適なセンサーによる非接触を通したスイッチを介して検出されてもよい。

キャップ内へ組み込まれた電子回路１５はまた、リモートデバイスから回路のプログラム機能セッティングへの制御信号を受信するため、および／または、操作パラメータまたは他のデータの読み出しまたは読み込みのためのインターフェイスおよび機能を含む。この制御信号は、ケーブル、外部電源へのコネクタ、および／または、非接触データ交信のための既知の技術手段を通して交信することができる。

キャップ内の電子回路１５はまた、所定の時間および／または強度計画に従ってＬＥＤの調光および／または間欠的な操作を可能にするように、ＬＥＤに供給される駆動電力を調節するための機能を含んでもよい。調光および／または間欠的操作は、容器内の水温上昇を妨げるためのＬＥＤの熱放散を管理するための手段であり、勿論バッテリーの寿命を延ばすであろう。

例えば、タイミングの計画は、バッテリーが空になるまでその１００％の電力でスイッチが入れられるか、または、短い間隔で全てのＬＥＤまたは選択された１つをパルス動作すること、または、低い電力レベルで連続的に照射することを可能にするようにしてもよい。所望の照射パターンは、キャップ本体内に組み込まれたさらなるスイッチを介して選択するか、または、上記のデータインターフェイスを介してプログラムしてもよい。

ＬＥＤ調光機能は、例えば、紫外線照射の平均強度を減らすための様々なデューティーサイクルを有する、ＬＥＤへの信号電力のパルス幅調整によって実施されてもよい。例えば、１０％デューティーサイクル（１０ｍｓオンおよび９０ｍｓオフ）は、微生物の再成長をブロックする一方で、電力供給寿命に劇的には影響しない、紫外線エネルギーの最少レベルを一定に保つ。同様に、熱センサーまたはサーミスタが、ＬＥＤの温度を検出し、過度の熱によって減少するＬＥＤ寿命を延ばすため、および／または、微生物増殖および容器内壁上の蒸着の危険性を減らすために、調光機能を動作させるための回路に組み込まれてもよい。

様々な回路の機能は、ＬＥＤを支持するＰＣＢ上にすべて組み込んでも、または、キャップ本体内の様々な空間に受け入れられる異なるモジュール式ＰＣＢに位置させてもよい。一定の電子回路を受け入れる例示的な別個のＰＣＢは、図３に示され、参照番号１１で特定される。一般的な電源または機能スイッチ１０もまた、キャップ本体に組み込まれ、外側からアクセス可能である。キャップ内に組み込まれてもよい様々な回路機能の例は、例６に示される。この図面においては、制御回路は、“ＬＥＤ制御モジュール”として要約され、外部の要素は、それと通信する機能要素として示される。

キャップ本体は、例えば、バッテリーを交換するために、選択的に取り外すことが可能な、追加のパーツまたはカバーを含んでもよい。そのような追加のリムーバブルパーツは、図３の蓋９によって概略的に示され、これはキャップ本体の上部の上面に取り外し可能に取り付けられている。

蓋９もまた、キャップの使用、または、容器の内容に関わる情報または取扱い説明書を受け入れるために透明である。それはまた、その上に最初の開封日時などに関する手書き表示をすること、または、ＬＥＤ制御モジュールと通信するディスプレイ（すなわち小さなＬＣＤ）または他の表示器を組み込んでもよい。

注ぎ口に向けられる光量を増加させるために、キャップ本体３はまた、紫外線を反射する材料、例えば、アルミニウムまたはＰＴＦＥまたはステンレス鋼で、好ましくは、ＬＥＤ７ａから照射された光に曝される紫外線透過窓６の上流または下流部分において部分的または全体的に作られてもよい。そのような紫外線反射構造１４は、図４に概念的に示され、これらは、方線が注ぎ口開口へ向くように配置される。

アルミニウムの酸化を防止する必要がある場合、例えば、シリカまたは石英などの紫外線透過材料の酸化防止層でコーティングまたは覆われてもよい。紫外線反射材料はまた、他の支持材上のコーティングの形で、使用時に紫外線放射に実際に曝されるこれらの部分に制限されて適用されてもよい。

紫外線ＬＥＤの動作を利用者に信号で知らせるために、可視領域の追加の光源、例えば、可視領域で光を照射するＬＥＤなどが、光が外側から少なくとも部分的に見えるように、ＰＣＢ上に組み込まれてもよい。

図５に概念的に示される他の変形例において、キャップ本体３はまた、キャップが注ぎ口に取り付けられる場合に、キャップ本体の外側に通じるまたはアクセス可能な流体開口部１６、および、容器の注ぎ口開口に通じる流体開口部１７、さらに、これら流体開口部１６、１７の間で延伸し、紫外線透過窓６と注ぎ口開口に面したさらなる紫外線透過窓１９との間を通る、流体チャネル１８を含み、操作時に、第２の紫外線透過窓１９を通過して、容器の注ぎ口開口に入射する前に、ＬＥＤから放射された光が、第１の紫外線透過窓６、そして流体チャネル１８を通過することを可能にする。

この変更は、キャップが注ぎ口上に配置された状態で、例えば、流体開口部１６に連結されるシリンジまたは差し込みチューブを利用して、容器内へ／外への流体を導入および／または抽出することを可能にする。チェックバルブを含むシールまたはシリンジ接続が、容器の内側の無菌状態を保つために開口部１６に提供されてもよい。そのような流体チェネルを通して、容器内へより大量の流体を充填する場合は、追加のベントフィルタ（図示せず）をキャップ本体内へ含んでもよい。

構造はまた、例えば、キャップが下方に面するように容器を逆さまにして、流体開口部１６またはバルブに連結されるシリンジを通して流体を抽出するなど、浄化キャップを取り除くことなく、容器から流体を抽出するために使用することができる。キャップおよび容器の内部の無菌状態を保つために、流体開口部１７に適切な更なる密閉構造を与えても良い。

本発明の流体容器のための殺菌流体浄化キャップは、標準的な容器内の小さな水量に照射すること、および、容器が一度開封された後であっても非常に長期間に渡ってその無菌性を保つことを含む、多くの利点を提供する。紫外線ＬＥＤの波長は、容器を形成するために使用される大抵のプラスチック材料によって完全にブロックされるのに十分なほど狭く深い。キャップ本体の上部内へのＬＥＤの組み込みは、容器内の水温上昇および微生物増殖促進を伴う熱を周囲へ放散することを確実にすることを可能にする。それは、LEDの寿命をのばすことにもなる。

この特徴は、ＬＥＤを駆動するために浄化キャップの回路内へ組み込まれる調光機能によって、さらに改良される。一般的なＬＥＤによる電力消費は、その波長の水銀ベースの解決策より小さく、電力消費の節約および使用時間の延長を可能にする。水銀ベースの浄化コンセプトと比較して、タンクのプラスチック劣化が小さく、水への有機物の浸出が小さく、有害な汚染の危険性がない。

Claims (13)

1. 液体容器（１）のための殺生物性流体浄化キャップ（２）であって、
   キャップ本体（３）であって、流体容器（１）の注ぎ口上の係合構造に結合して注ぎ口開口を密閉するようにキャップ本体（３）を取り外し可能に取付けるための係合構造（２０）を含む、前記キャップ本体、
   ＵＶ−Ｃ領域で光を放射するように適合される、少なくとも１つのＬＥＤ（７ａ）、
   ＬＥＤ（７ａ）を駆動させるための電子回路（１５）、および、
   電子回路（１５）のための電源を含み、
   ここで、前記ＬＥＤ（７ａ）は、キャップ本体（３）に提供される紫外線透過窓（６）によって周囲から隔てられ、キャップ（２）が容器（１）の注ぎ口に取り付けられたときに前記ＬＥＤ（７ａ）から放射された光が注ぎ口の開口に入射するように、前記キャップ本体（３）に配置され、前記キャップ本体（３）が、キャップ本体（３）の容器（１）の注ぎ口からの取り外しを検出し、それに応じて回路を介してＬＥＤ（７ａ）の操作を無効にするように適合されるスイッチ（１３）を含む、前記殺生物性流体浄化キャップ。
2. 前記電源が、キャップ本体（３）に受け入れられるバッテリー、および／または、コネクタ、および／または、外部電源への非接触送信手段を含む、請求項１に記載の殺生物性流体浄化キャップ（２）。
3. 前記電子回路（１５）が、前記コネクタ、および／または、前記非接触送信手段を通して供給される外部電源によって前記バッテリーを充電するための機能を含む、請求項２に記載の殺生物性流体浄化キャップ（２）。
4. 前記電子回路（１５）が、リモートデバイスから回路（１５）のプログラム機能セッティングへの制御信号を受信するためのインターフェイスおよび機能を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の殺生物性流体浄化キャップ（２）。
5. 前記電子回路（１５）が、事前設定された時間、および／または、強度計画に従って、ＬＥＤ（７ａ）の調光および／または間欠操作を可能にするように、ＬＥＤ（７ａ）に提供される駆動電源を調節するための機能を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の殺生物性流体浄化キャップ（２）。
6. 前記電子回路（１５）および前記ＬＥＤ（７ａ）が、金属床を具備するＰＣＢ（７）上に提供され、前記ＰＣＢ（７）は、周囲へ熱を放散できるようにキャップ本体（３）内に配置される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の殺生物性流体浄化キャップ（２）。
7. 前記ＬＥＤ（７ａ）が、２２０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲の波長で光を放射するように適合される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の殺生物性体浄化キャップ（２）。
8. 前記キャップ本体（３）が、アルミニウムまたはＰＴＦＥまたはステンレス鋼などの紫外線を反射する材料で、部分的に作られるかまたは覆われ、必要であれば、ＬＥＤ（７ａ）からの光照射に曝される部分において、酸化を防止する紫外線透過材料の層で覆われる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の殺生物性流体浄化キャップ（２）。
9. 紫外線透過窓（６）と注ぎ口開口との間のキャップ本体（３）の一部が、ＬＥＤ（７ａ）から放射される光線を注ぎ口開口の方向へ向けるための反射板（１４）として形成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の殺生物性流体浄化キャップ（２）。
10. 前記キャップ本体（３）が、キャップ（２）が注ぎ口に取り付けられた場合に、キャップ本体（３）の外側への第１流体開口（１６）、および、容器（１）の注ぎ口開口への第２流体開口（１７）、および、第１流体開口（１６）と第２流体開口（１７）との間に延伸し、紫外線透過窓（６）と注ぎ口開口に面したさらなる紫外線透過窓（１９）との間を通る、流体チャネル（１８）を含み、操作時に、ＬＥＤ（７ａ）から放射された光が、容器（１）の注ぎ口開口に入射する前に、チャネル（１８）内を流れる流体を通過する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の殺生物性流体浄化キャップ（２）。
11. キャップ本体（３）を容器（１）の注ぎ口に取り外し可能に取り付けるための前記係合構造（２０）が、ねじ込み式またはバヨネット式または弾性嵌合機構を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の殺生物性流体浄化キャップ（２）。
12. 前記容器（１）が、２リットル未満の容量を具備する、ボトル、フラスコまたはバッグであり、紫外線抵抗性の添加剤を含むＰＥＴ、ガラスまたはプラスチック材料などの紫外線吸収材料で作られる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の殺生物性流体浄化キャップ（２）。
13. 前記紫外線透過窓（６、１９）が、石英ガラスまたはシリカガラスから作られる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の殺生物性流体浄化キャップ（２）。