JPS6210155B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は微生物の増殖を検定する装置に関し、
とくに微生物増殖時における培地の導電率の時間
的変化を測定することによつて、短時間に微生物
を検定する装置に関する。

微生物の存否、同定および存在範囲の決定は、
生物学、医学、食品、土壌、廃液などの多くの分
野における分析、判断、処理にとつて極めて重要
である。食品の品質管理、廃液処理、医療、医薬
品製造などは、すべて存在する微生物の質的およ
び量的決定によつて左右される。従来このため
に、もとのサンプルを各種の培地中で充分に生長
させることにより、はつきりしたコロニー群を作
り、これを視覚的に測定する必要があつたので、
長時間を要した。微生物のサンプルが測定や同定
に充分なように正長するには、何日もかかるのが
常であり、数週間かかることもある。従来法は、
このように遅く、費用と時間がかかる。また視覚
的には、割合に大きい増殖面が必要であり、計数
装置を用いて多くの培地を処理すると、非常に手
数がかかる。しかし、もつとも重量なことは、医
療の場合、長時間かかるために、問題の微生物を
正しく同定しないで治療を始めなければならない
ことである。病状が悪化すると、効果の有無を見
きわめずに、抗生物質のような不適当な医薬が投
与されることもある。つまり従来の実験的方法に
よつて、正確に短時間に同定することが困難であ
つた。

本発明による装置により、培地に微生物を植え
てから数時間以内に増殖を検定することができ、
しかも微生物の種類、抗生物質の効果およびサン
プルの濃度を、初めてから数時間以内に検定する
ことができる。微生物の検知、同定および特徴づ
けが可能であり、その上、極少量の培地と簡単な
扱いやすい装置とで行なうことができる。さら
に、多数のサンプルを測定し固定するのに必要な
場所を、従来方法よりも非常に小さくできる。

本発明により、密封された滅菌培地を有する培
養室（セル）が供給され、その中にたとえば接種
によつて微生物を含む液体を入れ、培養時の培地
の導電率を測定する。導電率の変化を経時的に記
録し、類似のセルに公知の微生物を植えたときの
既知の記録と比較する。後者の微生物濃度に対す
る導電率の変化はわかつているので、未知の微生
物の増殖率や濃度を検定することができる。また
各種の増殖防止剤を加えたセルの培地に、未知微
生物を植え、導電率の変化の有無や状態を調査す
ることにより、未知微生物の種類と抗生物質に対
する耐性を決定することができる。この種の質的
および量的決定の方法は、後に詳しく述べる。

従つて本発明の第１の目的は、従来方法の数分
の一の時間で、未知の微生物を同定する装置を供
することにある。本発明の第２の目的は、従来方
法では数日ないし数週間かかつた微生物の種類と
量との決定を、数時間以内にする装置を供するこ
とにある。本発明の第３の目的は、所要の多数の
培地に微生物を供給した後、微生物の増殖によつ
て生じる培地の導電率の変化を検定する装置を供
することにある。本発明の第４の目的は、微生物
を培養する場所として使用できる独特の培養室
（セル）と、このセル中の培地の導電率の変化を
測定する手段を供することにある。

本発明は微生物の増殖を検定する装置に関す
る。その際、検定されるべき微生物で汚染された
試料と微生物学的培地に接種し、これを培養す
る。この装置により、培地の最初の導電率を測定
し、その時間的変化を測定し、物質交代作用によ
つて微生物から培地中に排出された産物によつて
生じる培地の導電率の変化を観察し、これによつ
て微生物の増殖を検定する。

本発明により、培地の導電率を測定するため
に、零位法による交流ブリツジを使用する。この
ブリツジは増殖用培地と同じ組成を有する汚染さ
れない培地を基準腕として用いている。この場
合、導電率測定のために、各種の複数のセルを用
いてもよい。個々のセルには、未知微生物の増殖
用培地（以下増殖培地という）と、これに対応す
る基準培地とがそれぞれ入れられる。すべての増
殖培地に検定されるべき微生物で汚染された試料
を接種し、これらの増殖培地の導電率の経時変化
をグラフとして記録する。そして得られたグラフ
を、同種の培地で公知の微生物を培養して得られ
たグラフの既知のデータと比較し、これによつ
て、未知微生物を質的、量的に検定する。

本発明により、微生物の増殖を検定するために
使用される培養室（セル）中で微生物を培養し、
微生物の増殖によつて得られた培地の導電率の変
化を測定し、微生物を検定する。本発明による培
養室（セル）は、滅菌できる電気的不導体からな
る容器、この容器に固定されかつ中応に開口を有
する上板またはカバー、この開口を封じるための
弾性材料からなる栓、容器内に互いに離れて設け
られた電導性の１対の電極、電極を外部に接続す
るために、電極から容器を通つて外に伸びかつ封
じられたリード線からなることを特徴とする。

本発明により、セルの容器の少なくとも一部に
未知微生物を含む培地を入れ、たとえばステンレ
ス鋼からなる電極と電源とを接続する。

本発明により、未知微生物を接種した特定の培
地を有するセルの導電率を測定することにより、
微生物の増殖を短時間に検定することができる。
培地を適当に選べば、任意のサンプルにおけるバ
クテリアなどの微生物の有無、種類、抗生物質耐
性の検知や定量をすることができる。また導電率
測定のときに複数のセルを用いると、異種の微生
物を検定することもできる。

本発明によるセルを改良して、次のように構成
することができる。これによつて、プリント配線
を応用して安価に容易に大量生産することがで
き、しかも得られる検定の結果は良好である。こ
の場合、セルは透水性のない電気的不導体からな
る板状のベース、このベースにプリントされた第
１電極、第１電極に接続されたリード線、非透水
性の電気的不導体からなる板状のベースカバー、
第１電極と一致するようにカバーにプリントされ
た第２電極、ベースとカバーとの間に挿入された
非透水性の電気的不導体からなるスペーサー、お
よび第１、第２電極に接するようにセルに入れら
れた半液体状の培地および第１、第２電極からの
リード線からなり、その際スペーサーは第１、第
２電極と同じ外延をもつ窓を有し、これによつて
窓と電極の間のセルを限定する。

一つのベース板と一つのカバー板の間に多数の
セルを設けることもできる。またベース板やカバ
ー板をプラスチツク板で構成することもできる。

本発明は次の知見に基いている。すべての生物
は、増殖するために栄養分を取り、廃物を排出す
る。この作用は物質交代とよばれる。これについ
ては、微生物も他の生物と変りがなく、特定の栄
養分を消化し、特定の廃物を排出する。通常の栄
養分は、蛋白質、炭水化物、アミノ酸、脂肪など
の、むしろ複雑な有機物であるが、排出物は概し
てかなり簡単な物質で、その多くは導電性のイオ
ン化された物質を含んでいる。これらのイオン性
廃物が培地に排出されると、その導電率は変化す
るであろう。つまり培地の導電率は、培地中の微
生物の増殖から生じるイオン化された廃物の培地
への排出によつて変化する。イオン化された排出
物の量は、微生物の増殖率と、そのときの物質交
代作用と直接に依存する。そして、特定の微生物
に関しては、増殖が盛んであればそれだけイオン
化された排出物も盛んに増加し、これによつて培
地の導電率もそれだけ増大または加速される。イ
オン化された排出物の量と導電率の相対的な差と
は各種の微生物にとつて特有であるから、同じ増
殖率をもつ別の微生物によつて、培地に排出され
る廃物のイオン濃度も導電率も異なる。つまり培
地中で増殖する微生物は、その増殖率とこの種類
に特有の排出物としてのイオン化された混合物の
性質とによつて、培地の導電率を変化させる。

本発明の目的を効果的に達成するために、標準
的な培地の組成を変え、導電率を最大にすること
ができる。このとき、塩濃度と緩衝力とが重要で
ある。微生物の良好な増殖ができる範囲におい
て、培地の塩濃度をできるだけ低くした。これに
よつて導電率も低下するが、微生物の増殖による
培地の導電率の変化も増大する。緩衝力が低いと
微生物の増殖によるPHの変化が増大し、従つて、
導電率の変化も増大する。本発明は、以上の現象
を利用して特殊の微生物を同定し、かつ汚染物質
中の未知微生物の量を測定するのである。本発明
により、培地を含む導電性セルを作り、これに微
生物を接種し、セルの導電率を記録する。そして
導電率の変化を、同じ組成を有する汚染されてい
ない培地と比較することによつて、サンプル中の
未知の微生物の性質とその存在量とを検定する。
このように、セルの導電率の変化によつて、数時
間以内に微生物を検定することができる。

本発明による検定装置の実施例を示す添付図面
により本発明を次に詳記する。第１図の導電性培
養室（セル）１０は一般に立方体で、内部に空所
があり、側壁１１と底部１２とは一体であり、上
板１３は接着剤の類で底部１２に結合されてい
る。その際、セル１０が可塑性材料からなるとき
は、融接してもよい。上板１３の中央の開口１４
は、ゴムなどの弾性材料からなる栓１６で封じら
れている。セル１０の下半分の対向する側には、
二つの電極１７が封じられ、その各接点１８が側
壁１１を通つて外に伸びる部分は封じられてい
る。電極１７は、ステンレス鋼のような化学的に
不活性な導体金属の類からなる。底部１２、側壁
１１および上板１３を有するセル１０を、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリスチレンの類の不
活性で滅菌できる材料で構成するとよい。底部１
２とそこに封じられた電極１７とを同時に成形す
ることもできる。上板１３も封じてもよい。

セル１０を滅菌し、内部容量の約半分位の滅菌
培地を入れ、栓１６で封じて使用する。セル１０
を大量生産するときは、滅菌室で連続的に作業
し、特定の培地を入れた後に滅菌包装する。この
ようにすると、使用者は必要な培地を入れたセル
を選ぶだけでよい。

所要の培地１９を有するセル１０に栓１６をを
通して注射器などにより培養されるべき試料を植
え、他の所要のセルと共に培養容器２１に入れ
る。すべてのセル１０の接点１８を培養器２１の
電気ソケツト２２に接続し、多芯ケーブル２３で
ソケツト２２を検出回路２４（第３図）に接続す
る。回路２４は、電流零位調節用のホイートスト
ン型ブリツジ回路２６を有し、ブリツジの一方の
腕は、植えられたセル１０に接続され、他の腕は
標準セル１０′に接続されている。後者はセル１
０と同じ構成と培地とを有するが、未知の微生物
が植えられていない。ブリツジの第３の腕は適当
な値たとえば10000Ωの固定抵抗２７を有し、第
４の腕は精密な十進抵抗器２８を有する。交流信
号をブリツジ回路２６に供給するために、回路２
６は交流信号源と同期検出器２９の端子３１とに
接続されているので、ブリツジ回路２６の零端子
は、同期検知器２９の信号入力端子３２に接続さ
れたことになる。プリンストン・アブライト・リ
サーチ・インコーポレイテツド製ブロツクイン・
アンブリフアイヤー、JB−４型のような市販の
適当な信号発生および同期検出器を利用すること
ができる。この種の装置は、ブリツジ回路２６の
信号入力端子に交流信号を供給し、ブリツジ回路
の零端子を経て発生された交流信号の増幅度を指
示することができる。

植えられたセル１０の導電率つまり抵抗を測定
する作業は次の通りである。培養器２１にセル１
０と標準セル１０′とを入れ、接点１８を培養器
のソケツト２２に接続し、所要のセルをロータリ
ースイツチ（図示しない）でブリツジ回路２６に
接続し、信号発生器２９からの信号を回路２６に
加え、十進抵抗器２８を調整して同期検出器２９
の目盛を零に合わせ、ブリツジ回路をバランスさ
せる。植種されたセル１０と標準セル１０′との
抵抗の比は、固定抵抗２７と十進抵抗器２８との
抵抗の比に相当する。この回路で、セル１０の抵
抗（および導電率）を10万または100万分の１の
誤差で測定することができる。高感度のため、公
知の培地における微生物の発育を短時間に検定す
ることができる。接種されたセル１０の導電率を
いつでも測定することができる。同様にして他の
セルも測定し、結果を記録する。導電率の時間的
変化をプロツトして得られたカーブは、特定培地
中の特定微生物の特性を示すので、時間、増殖
率、導電率のデータから微生物を短時間に同定す
ることができる。各種微生物の抵抗と時間のカー
ブを示す第４図は、同じ培地を用いて得られたも
ので、シユードモナス、E.コリ、プロテウスお
よびアースロバクタをペプトン１％およびデイフ
コ製デキストリン１％の培地で培養したものであ
る。植えた後300分以内の抵抗の変化を検出回路
２４を用いて測定した結果は、次の通りであつ
た。

シユードモナスの場合、セルの抵抗は初めに約
10300Ωでとくに変化がなく、300分後にごく緩や
かに約10500Ωになつた。プロテウスのセルの抵
抗は、初めに約10300Ω、300分後に約9000Ωであ
つた。アースロバクタのセルの抵抗は、初めに
10300Ωで、300分後に約8550Ωであつた。このよ
うに、同じ導電率のセルと培地とを用いて培養し
ても、菌種によつて導電率カーブは異なる。また
第５図に示すように、培地が異なると同じ微生物
の導電率が変化する。このことを利用して、未知
の汚染微生物の特性を知ることができる。第５図
は、セルと培地とを変えて培養したプロテウスの
例である。

標準Koser培地の20％にうすめた塩とバツフア
ーとを有するクエン酸塩培地では、植えた後30分
後の抵抗は10300Ωで、培養がすんだとき（450分
後）には10330Ωであつた。これに対して、１
当り尿素20ｇ、燐酸カリウム1.82ｇ、燐酸ナトリ
ウム1.9ｇ、イーストエキス0.02ｇ、フエノール
レツド0.002ｇを含む尿素培地で培養した同じセ
ルの抵抗は、30分後には10300Ω、375分後には
8610Ωであつた。標準メチールレツドVoges−
Proskauer培地で培養したプロテウスの抵抗は、
30分後には10300Ω、450分後には9900Ωであつ
た。プロテウスをラクトーゼ培地（ラクトーゼ１
％、デイフコペプトン１％）で培養したときの抵
抗は、30分後には10300Ω、450分後には9920Ωで
あつた。

このように各微生物は、それぞれ固有の抵抗カ
ーブを有するので、各種培地中での公知微生物の
抵抗カーブと同じ培地中での未知の微生物のカー
ブとを比較することによつて、後者を識別するこ
とができる。

本発明によるセルの感度の例として、濃度
350、3500および35000のE.コリを植えたセルの
導電率を測定したところ、著しい変化が生じたの
は、最低濃度のとき340分、中濃度のとき240分、
最高濃度のとき175分後であつた。これによつ
て、バクテリアの数が10倍に増えるためには、約
60−100分を要することがわかつたが、これは世
代時間20−30分に相当し、他の方法で測定した結
果と一致している。またこの結果、三つのバクテ
リアを600分以内に検定できることもわかつた。
つまり血液培地および脊髄液培地の導電率で増殖
を検定すると、10時間以下でよいが、従来方法で
は５−15日かかる。

各種の培地を有するセルを用いる病院や微生物
培養と導電率測定を連続的に行なう時などには、
培養器内にセルを積重ねたり、または50個ほどの
セルを受皿に並べ、受皿の中央に設けられたソケ
ツトにセルのプラグを接続するとよい。

また各微生物の特性の研究が、各種培地中での
増殖の研究ばかりでなく、増殖阻止作用を有する
抗血清の研究のためにも要求されることがある。
この場合、豊富な栄養分を含み、所望の多数の各
種微生物を充分に増殖させることのできる培地、
たとえば大豆のトリプシン分解物に、特定の抗血
清を加えるとよい。また増殖阻止が要求される微
生物のみに有効な抗血清を加えることによつて、
未知の微生物を容易に固定することができる。た
とえば特定種の微生物のみに有効な16種の抗血清
を用いた場合、そのうちの１種以上が未知の微生
物に有効であるならば、第６−１０図からわかる
ように、抗血清を四つのセルに加えるだけで、微
生物を同定することができる。第６図の抗血清は
０から15号までの番号をもつている。培地を含む
第１のセルに少量の抗血清０から７号までを加え
（第７図）第２のセルに０、１、４、５、８、
９、12、13号（第８図）、第３のセルに０、１、
２、３、８、９、10、11号（第９図）、第４のセ
ルに０、２、４、６、８、10、12、14号（第１０
図）を加える。四つのセルのすべてに未知の微生
物を植え、培養、測定する。導電率の時間的変化
によつて、１号セルで微生物が増殖したことがわ
かれば、この物は０から７号までの抗血清によつ
て阻止されないことになる。また３号セルで増殖
すれば、抗血清０、１、２、３、８、９、10、11
号によつて阻止されないことになる。各セル中で
の増殖を１、阻止を０の数で示すと、四つのセル
のすべての結果を、次のように二進法であらわす
ことができる。全部のセルでの増殖は1111、セル
１、３号での増殖と、２、４号での阻止は1010、
セル１、２、３号での増殖と、４号での阻止は
1110である。増殖を阻止とを示すためにセルに与
えた二進法の数値は、特定の抗血清に与えられた
番号に相当する値である。つまり二進法による
1111は十進法の15で、0101は十進法の５である。
以上の抗血清の番号は、その抗血清によつて阻止
された微生物の種類に対応する。同じように64種
の抗血清を６個のセルで試験することができる。

第１１，１２図は他の実施例で、プリント配線
によつて、多数のセルを短時間に安く作ることが
できる。セルの構成は簡単であるが、その性能は
第１実施例のものと同じである。プリントされた
セルは、マイラーのようなプラスチツクベースの
薄層４１上に、アルミニウムのような導電性金属
からなる当て板４２をプリントしたものである。
当て板のリード線４３も同じ金属をプリントした
もので、ベース４１の縁部のピン４４に接続され
ている。ベース４１上に設けられたスペーサー４
６は、マイラーのようなプラスチツク板からな
り、当て板４２に一致する窓を有するので、当て
板４２は上向きに開放されているが、隣りの当て
板から絶縁されている。半固形物の培地４７で当
て板４２を覆う。その分量は、当て板４２とスペ
ーサー４６によつて限定されたセル全部を満たす
のに充分な量とする。各セルに同一または他の培
地を入れることができ、また所要の阻止剤、増殖
促進剤または抗生物質などをセルの培地４７に加
えることもできる。

同様のプラスチツク材料からなる上板４８でセ
ルをカバーする。上板の下面の全部には、アルミ
ミニウムのような導体金属がプリントされ、ベー
ス４１上のすべてのセルに対する共通電極４９を
なしている。このために上板４８の一端にピン
（図示しない）が設けてある。

この種のシート状セルは滅菌的に作られ、使用
まで封じられている。使用時に滅菌された上板４
８を除去し、対象微生物を含む液の薄層５１を、
露出されたセルの全部の培地にスプレーまたは塗
付ける。微生物の液が、培地４７に吸収された
後、再び上板４８をベース４１上に載せる。こう
して得られた小型セルは、ベースまたは底部４
１、電極４２、培地４７、微生物液５１、上板の
共通電極４９および上板４８からなる。

次にピン４４と上板の共通電極用ピンとを導電
率測定装置に接続し、板状セルを培養器に入れ
る。導電率の測定のことはすでに記載した。

プリントされたセルは、たとえば厚み125ミク
ロンのベース４１をもち、スペーサー４６と培地
の厚みは、約200ミクロンである。各当て板４２
中の培地の量は約0.2mlで、約21.59×27.94cmのシ
ートは約50のセルを有する。各セルは約0.05mlの
微生物液を受容する。

【図面の簡単な説明】

本発明の実施例を示す添付図面において、第１
図は本発明による導電性セルの一部切欠斜視図、
第２図は培養器に数個のセルを入れ導電率測定装
置に接続した状態を示す一部切欠斜視図、第３図
はセルの導電率を検定記録する装置の回路図、第
４図は各種の微生物を同じ培地で培養したときの
導電率の時間的変化を示すグラフ、第５図は同じ
微生物を各種培地で培養したときの第４図と同様
のグラフ、第６−１０図は特定微生物を同定する
ために16種の抗血清を四つのセルに加える装置の
説明図、第１１図は第２実施例によるセルの縦断
面図、第１２図は第１１図と同様のセルの上板を
除いた平面図である。 １０，１０′……培養室（セル）、１１……側
壁、１２……底部、１３……上板、１４……開
口、１６……栓、１７……電極、１８……接点、
１９……培地、２１……培養器、２２……電気ソ
ケツト、２３……多芯ケーブル、２４……回路、
２６……ブリツジ回路、２７……固定抵抗、２８
……十進抵抗器、２９……同期検知器（信号発生
器）、３１……端子、３２……入力端子、４１…
…層（ベース）、４２……当て板、４３……リー
ド線、４４……ピン、４６……スペーサー、４７
……培地、４８……上板、４９……共通電極、５
１……微生物液、Ａ……シユードモナス、Ｂ……
E.コリ、Ｃ……プロテウス、Ｄ……アースロバ
クタ、Ｅ……クエン酸、Ｆ……メチールレツド
Voges−Proskauer、Ｇ……ラクトーゼ、Ｈ……
尿素。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 微生物が培地中に排出する代謝産物によつて
   生じる培地中の導電率の変化を測定するための密
   封された微生物培養室において、 電気的不導体の不侵透性膜からなる基板４１、
   上記基板にプリントされた第１電極４２、第１電
   極に接続されたリード線４３、電気的不導体の不
   侵透性膜からなり、かつ上記基板を覆うカバー板
   ４８、第１電極と重なるようにカバー板にプリン
   トされた第２電極４９、第２電極に接続されたリ
   ード線４３、基板４１とカバー板４８との間に挿
   入されたスペーサー４６からなり、その際、スペ
   ーサー４６は上記電極と同じ外延を有する開口を
   有し、これによつて基板とカバー板との間に培養
   室を規定し、この培養室は第１、第２電極と接触
   する半液体状培地を含有し、かつスペーサーとカ
   バー板とによつて封じられている構成を有する培
   養室。 ２ 微生物が培地中に排出する代謝産物によつて
   生じる培地中の導電率の変化を測定することによ
   つて、微生物の増殖を質的または量的に検定する
   装置において、 電気的不導体の不侵透性膜からなる基板４１、
   上記基板にプリントされた第１電極４２、第１電
   極に接続されたリード線４３、電気的不導体の不
   侵透性膜からなり、かつ上記基板を覆うカバー板
   ４８、第１電極と重なるようにカバー板にプリン
   トされた第２電極４９、第２電極に接続されたリ
   ード線４３、基板とカバー板４８との間に挿入さ
   れたスペーサー４６からなり、その際、スペーサ
   ー４６は上記電極と同じ外延を有する開口を有
   し、これによつて基板とカバー板との間に培養室
   を規定し、この培養室は第１、第２電極と接触す
   る半液体状培地を含有し、かつスペーサーとカバ
   ー板とによつて封じられている構成を有する、微
   生物培養用の多数の密封された培養室と、微生物
   が排出する代謝産物によつて生じた培地中の導電
   率の経時的変化をグラフとして記録する手段とか
   らなり、微生物の増殖を質的または量的に検定す
   る装置。