KR0178397B1 - 미생물의 검출 기기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 기기는 멸균 용기내에 봉한 지시제 성분의 색변화를 모니터하고 멸균 용기내의 pH 또는 CO₂레벨의 변화에 반응하는 색변화로 멸균 용기내에 포함된 피검물중의 미생물 증식을 나타낸다. 본 발명은 용기내의 pH 또는 CO₂레벨의 절대값을 모니터하거나 pH 레벨의 절대값 변화율을 연속적으로 모니터하기 위한 장치를 포함한다.

Description

[발명의 명칭]

미생물 검출 기기

[발명의 배경]

본 발명은 피검물내의 박테리아 증식을 검출하는 방법 및 기구에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 샘플 증식에 노출되는 지시용 부재(indicating element)를 모니터(moniter)함으로써 샘플내의 미생물 증식을 검출하는 전자 장치에 관한 것이다.

임상 피검물내의 미생물 오염물질의 존재는, 영양 물질의 존재하에서 피검물을 배양하고, 피검물의 변화를 통해서 또는 일정 시간 동안의 피검물 주위의 대기 변화를 통해서 미생물 활성을 검출함으로써 통상적으로 측정된다. 예를 들면, 안넬등(Ahnel, et al.)에 의한 미합중국 특허 제4,182,656 호에서는 탄소 13 발효성 기질을 함유한 배양 배지를 갖는 용기에 샘플을 넣는다. 용기를 밀봉하고, 생물학적 활성을 유도하는 조건에 피검물을 적용시킨 후, 피검물 주위의 기체성 대기중에 있는 알려진 탄소 12에 대한 탄소13의 비율을 측정하고 초기 비율과 비교한다. 미합중국 특허 제4,152,213 호는 용기내의 기체를 모니터하여 피검물 주위 대기중의 산소 양의 감소를 검출함으로써, 밀봉 용기내에서 피검물내의 산소 소모성 박테리아의 존재를 측정하는 방법을 개시하고 있다. 미합중국 특허 제4,073,691 호는 일정 시간후 피검물주위 기체성 대기의 특성 변화를 측정함으로써 배양배지를 포함하는 밀봉 용기내에서 박테리아를 포함한 생물학적 활성 물질의 존재를 측정하는 방법을 개시하고 있다.

기체서 대기중의 CO₂변화량의 비-침투적 검출 방법은 서프만 등(Suppuman, et, al.)에 의한 유럽 특허 출원 제83108468.6호(1984. 4. 4자 공개)에 기재되어 있다. 상기 특허와 기타 공개 문헌에 기재된 방법 및 장치는 모두 배양이후 기체성 대기의 변화를 측정하기 위해서 밀봉 용기의 침투 또는 방사 측정 방법을 필요로 하거나, 또는 그 용기가 적외선의 통과를 허용하는 특수한 물질로 제조될 것을 요구한다.

피검물, 특히 혈액 배양물의 미생물 오염을 측정하는 기타 공지된 방법은 온도, pH, 혼탁도, 색, 생물발광, 및 임피던스의 미세한 변화를 측정하는 것을 포함한다. 일반적으로, 상기 방법들은 박테리아의 대사 부산물을 검출함으로써 미생물 오염도를 측정한다. 미생물 오염도는 2차 배양 및/또는 염색으로도 측정할 수 있다. 상기 방법중, 임피던스, 방사 측정 및 적외선 분광 측정법만이 임상 피검물의 자동화 처리 가능성을 제공한다. 임피던스와 적외선 측정을 제외하고, 상기 방법들은 액체 피검물 또는 피검물 주위의 기체성 대기를 측정하기 위해서는 용기 내부에의 접촉이 요구된다.

측정할 때마다 오염 가능성 및 피검물 주위의 대기 성분의 변화 가능성 이외에도, 상기 방법들은 장시간 동안 단시간 간격으로 용이하게 또는 연속적으로 측정하는 것을 가능하게 하지 않는다. 이것은 본래의 샘플중의 오염 생물체의 수 및 그 생물체 자체에 좌우되어 오염 생물체의 증식 속도가 상이하기 때문에 대기 또는 유체 샘플중의 측정 가능한 변화가 오염된 피검물에 의해 나타나는 때를 예측할 수 없게 하는 심각한 단점이다.

연관된 문제로서, 액체 샘플중의 pH 변화에 의해 오염도를 측정하는 경우, 각종 대사 생성물은 샘플의 pH에 다르게 영향을 미칠 것이다. 예를 들면, 암모니아의 생성은 pH를 상승시키는 반면, CO₂의 생성은 pH를 낮출 것이다. 상이한 오염 유기체의 상이한 증식 속도는 어떤 때에는 pH 증가를 일으키고 또 다른 때에는 pH 감소를 일으킬 수 있다. 이러한 일정하지 않은 증가-감소는 pH를 넓은 간격으로 측정하면 검출되지 않을 것이다. 전혈 샘플의 pH 측정에 의해 변화를 검출하는 경우, 특히, 지시제(indicator)가 pH 측정 수단인 경우, 오차의 또다른 원인은 지시제의 표시가 혈구의 존재에 의해 영향을 받거나 불명확하게 될 가능성이다.

비색 지시제는 피검물의 종류에 의해 발생되는 오차가 염료의 발현에 영향을 주지 않도록 할 수 있는 경우에만 효과적으로 사용될 수 있다.

[발명의 요약]

본 발명의 목적은 미생물 증식을 의한 배양물을 포함하는 피검물의 pH 또는 CO₂레벨의 변화를 연속적으로 모니터하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 모니터 과정중 용기 내부에 접촉하지 않고, 밀봉 용기내에 있는 피검물의 pH 또는 CO₂변화를 모니터하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 pH 또는 CO₂레벨을 연속적으로 지시하며, 증식 배지내의 착색 성분의 존재에 의해서 영향을 받지 않는 pH 및 / CO₂지시제를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 연속 모니터 방식으로 pH 및/또는 CO₂의 변화을 분석율 제공하는 것이다.,

본 발명의 또 다른 목적은 pH 절대값과 pH 변화율 둘다를 모니터하는 것이다.

본 발명의 상기 목적 및 기타 목적은 투명하고 밀봉된 멸균 용기중에서 멸균된 증식 배지로 피검물을 배양함으로써 혈액이나 기타 체액과 같은 임상용 피검물중의 미생물 존재를 검출하기 위한 장치를 제공함으로써 달성된다. 미생물의 존재는 피검물의 pH변화 또는 용기 내면에 부착된 일회용 센서를 사용한 피검물내의 CO₂생성을 측정 또는 검출하므로서 측정된다. 본 발명에 의하면, 비-방사 측정 수단 및 비-침투 수단을 통해서, 고농도의 적혈구와 같은 간섭 물질의 존재하에서도 미생물을 측정할 수 있다. 피검물내의 pH 및/또는 CO₂의 레벨이 변화함에 따라서, 일회용 센서의 빛 반사 및/또는 흡수 특성이 대응하여 변할 것이다. 센서의 반사 특성의 변화량은 가시광선 반사/흡수의 양 및 변화율을 모니터하는 기구에 신호(시그날)를 공급하는 방출 및 수용 메카니즘에 의해 검출된다. 그 다음에는 변화율 및 변화량을 분석하여 피검물이나 샘플내의 미생물 증식 여부를 예측하고 측정한다. 상기 센서는 연속적으로 또는 빈번한 시간 간격으로 샘플링 및/또는 모니터할 수 있는데, 이것은 센서 변화량 및 변화율의 상세한 특성을 수집하는 것을 가능하게 한다.

본 발명과 그 장점은 첨부한 도면과 함께 이하 기술하는 상세한 설명을 참고하면 더 잘 이해될 것이다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 피검물 용기(jar)와 광검출기 장치의 단면도이다.

제2도는 센서의 반사율과 샘플의 pH 사이의 특정적인 관계를 나타낸 그래프이다.

제3도는 이콜리(E, coli) 박테리아의 증식에 의해 야기되는 샘플내의 pH 및 CO₂변화를 예시한 그래프이다.

제4도는 본 발명에 의해 측정된 시간에 따른 각종 미생물의 반사율 변화를 나타낸 그래프이다.

제5도는 한계 증식을 레벨 : 일정한 기울기(threshold rate of generation level versus constant slope)를 모니터하는 검출 방법을 나타낸 그래프이다.

제6도는 본 발명의 분석 장치의 주요 부재를 도식으로 나타낸 불록도이다.

제7도는 8개의 동시 모니터 샘플을 예시한 본 발명의 한 구체예의 투시도이다.

[구체적인 실시예의 설명]

본 발명의 장치 및 기구는 미생물에 의해 생성된 대사 산물의 증가를 측정함으로써 혈액 샘플이나 기타 체액과 같은 임상용 피검물에서 미생물의 존재를 검출하기 위한 비-침투적 수단을 제공한다. 어떤 미생물의 대사 산물의 생성을 촉진시키는 특별 제조한 배지에 피검물을 첨가한다. 제1도에 나타낸 바와 같이, 배양을 위해 피검물 및 제조 배지(3)를 배양 용기 또는 병(1)에 넣는다. 용기(1)를 위쪽에서 밀봉한다(도시하지 않음).

특별한 일회용 센서 또는 지시제(2)를 병(1)의 내벽에 배치한다. 센서(2)는 부착 또는 지지용 매체로 지칭되는 고형 조성물 또는 막을 포함하며, 지시제 매체를 상기 지지용 매체 위에 또는 그 안에 장착시킨다. 상기 방식으로, 센서(2)는 용기(1)의 내면에 대해 평평하게 배치하여 지시제 매체가 외부에서 보이도록 하며, 세포, 단백질, 또는 기타 고체 또는 지시제(2)와 용기(1) 표면 사이에 모이는 피검물이나 배지의 불투명 또는 유색 성분에 대해서 밀봉한다. 이것은 어떤 물체가 지시제(2)와 검출기 장치(4) 및 (5) 사이에 오는 것을 방지할 것이다. 어떤 구체예에서는, 기체 분자의 통과는 허용하지만, 이온의 통과는 배제하는 막 또는 고형 층에 의해, 지시제(2)가 피검물 및 그것의 증식 배지(3)로부터 분리되어 있다. 상기 방식에서는, 지시제(2)는 필요에 따라 pH 또는 CO₂변화에 노출될 것이지만, 배지(3)에 직접적으로 노출되지는 않을 것이다.

1 밀리리터당 1개 정도의 유기체를 포함하는 혈액과 같은 체액 피검물은 본 발명을 사용하여 검출할 수 있다. 상기 피검물은 유기체 집단이 임계점에 도달하거나, 또는 대사 산물의 증가가 측정될 수 있기 전에, 최고 7일 동안의 배양을 필요로 한다. 본 발명의 실시를 통해 어떤 유형의 유기체의 106 CFU/ml 농도가 pH 또는 CO₂의 측정 가능한 수준을 제공한다는 것을 알 수 있었다. 모든 유기체 들은 10⁷내지 10⁸CFU/ml의 농도에서 측정 가능한 결과를 나타냈다.

본 발명은 몇가지 면에서 특유하며 유용하다 : (1) 미생물의 대사 산물은 피검물 주위의 대기중이아닌 배양 병의 액상에서 측정된다.

(2) 특이적인 일회용 센서(2)가 병(1)의 내면에 부착되어 있어서, 병(1)의 완전성을 해치지 않고 병(1)의 투명한 벽 외부로부터 측정할 수 있다.

(3) 센서 (2)의 반사율을 측정하는 기기나 육안 관찰에 의해 외부 측정이 행해질 수 있다.

(4) 피검물(3)의 불투명하거나 유색의 성분은 pH 및/또는 CO₂레벨의 변호를 검출 및 지시할 수 있는 센서(2)의 능력을 저해하지 않는다.

(5) 고농도의 지시제 분자는 색의 변화가 쉽게 관찰될 수 있도록, 작은 부피내에서, 즉, 막에서 유지된다.

(6) 센서(2)의 관찰은 침투적 샘플링(sampling) 또는 용기 조작이 필요하지 않기 때문에, 매우 짧은 시간 간격으로 샘플링을 하여 본래 연속적을 이루어질 수 있다.

(7) pH 또는 CO₂의 변화율 및 절대치의 특징은 연속적인 측정으로부터 이끌어낼 수 있다.

복합 미생물 배지를구성하는 영양 성분은 미생물에 의해 이용되는 대사경로에 영향을 미친다. 유기산, 염기 및 각종 기체류는 사용 가능한 영양물질에 따라 비례하여 생성된다. 상기 생성물은 또한 미생물의 종에 따라 달라진다. 액체 배지중에 상기 생성물이 존재하면 pH 가 변할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 센서는 pH 민감성 지시제를 포함하는데, 이것은 주위의 pH 변화에 대한 반응으로 측정 가능한 변화를 야기한다. pH 센서가 기체 투과성, 이온 불투과성 막으로 덮인 구체예에 있어서는, 지시제의 pH에 영향을 미치는 기체(예 : CO₂또는 암모니아)의 존재를 측정한다. 따라서, 미생물 증식은 액체 배양배지의 pH 변화 또는 미생물에 의해 생성되어 배지중에 용해되는 기체를 측정함으로써 검출할 수 있다. 이산화탄소는 모든유기체에 의해 생성되는 일반적인 대사물질이며, 따라서, 미생물 증식을 검출하는데 바람직한 대사물질이다.

본 발명에 개시하는 CO₂및 pH 센서는 두가지 공통 부재, 즉 pH 지시제로서 유용한 분자종 및 부착/지지(attachment/support) 매체를 공유한다. pH 지시제는 공유 또는 비공유 결합에 의해지지 매체에 부착될 수 있다. 또 다르게는, 지시제는 경화시키기 전에 중합체 매트릭스 내에 유화시킨 pH 지시제와 같이 기체 투과성인 중합체 매트릭스내에 캡슐화시킬 수 있다. CO₂센서는 피검물과 증식배지로부터 지시제 막을 완전히 분리시키는 반 투과성 물질인 제3의 부재를 포함한다. 이 센서는 적당한 접착제로 적합한투명 용기(1) 내부에 고정시킨다.

형광성이고 육안 관찰 가능한 많은 상이한 pH 지시제를 pH 또는 CO₂센서중의 활성 분자종으로 사용할 수 있다. 일반적으로, 지시제 선택의 유일한 제한은 허용 가능한 동적 pH 범위를 갖고 현재의 전면 형광 또는 반사 기법으로 용이하게 검출할 수 있는 파장 변화를 나타낼 것을 필수 요건으로 한다는 점이다.

본 발명에 따른 배양 배지중의 pH 변화를 검출하기 위한 센서는 약 5.0 내지 약8.0의 pH 범위에 걸쳐 형광 강도 또는 육안 관찰 가능한 색의 변화를 나타내야 한다.

CO₂센서용 지시제는 CO₂농도의 변화를 검출하기 위하여 약 10.0 내지 6.0의 pH 범위내에서 형광 강도 또는 육안 관찰 가능한 색의 변화를 나태내야 한다.

단지 어떠 pH 지시제 분자만이지지 매체에 공유 결합하거나 비공유 결합하여 그것의 pH 지시 성질을 보유할 수 있다. 크산텐, 페놀프탈레인 및 페놀셜폰프탈레인 그룹에 속한 지시제가 유용하다는 것이 밝혀졌다.

부착/지지 매체는 유기 반응을 이용하여 pH 지시제가 공유적으로 부착될 수 있는 셀롤로스와 같은 물질일 수 있다.

pH 지시제의 비공유적 부착은 음성 또는 양성의 제타전위(Zeta potential)를 갖는 이온성지지 물질(예 : 나일론 막)을 사용하여 수득할 수 있다. 사용가능한 기타 이온성 지지물질은 양이온 또는 음이온 수지이며, 그 예로는 디에틸아미노 에틸(DEAE) 수지 또는 (DEAE) 셀롤로스 등이 있다. 지시제 막이 미생물 증식배지와 직접 접촉하는 경우 지지물질을 단백질로 사전 처리하는 것이 필요할 수 있다. pH 지시제 센서는 미생물 증식 배지의 pH 환경에 의한 pH 변화를 직접적으로 검출한다. 그러나, 이 센서는 이온과 액체의 통과는 배제하면서 기체의 확산은 선택적으로 허용할 수 있는 것을 특징으로 하는 실리콘, 라덱스, 테프론 또는 각종 플라스틱과 같은 선택적 반투과성 조성물 또는 막으로 센서를 덮음으로써 액체 증식 배지중의 기체(예 : 이산화탄소 또는 암모니아)와 선택적으로 반응시킬 수 있다. 중합체 매트릭스내에 캡슐화된 지시제를 함유하는 센서의 경우, 매트릭스를 형성하는 중합체는 기체 투과는 허용하지만, 이온 투과는 허용하지 않는 반투과성막으로 작용할 수 있다.

캡슐화된 지시제의 구체예로서, CO₂센서는 pH 6 내지 10 범위에서 활동하는 가시성 또는 형광성 pH 지시제, CO₂검출을 위한 최적 pH 환경을 유지하는 수산화나트륨 또는 그와 동등한 염기, 경화되지 않은 중합체내에 유화된 지시제 용액의 미셀(micelle)을 생성할 수 있는 글리세롤 또는 그와 동등한 유화제, 및 지시제에 적합한 환경을 유지하는 실온 RTV 백색 실리콘과 같은 경화되지 않은 중합체로 이루어진다. 기체는 투과시키지만 이온은 투과시키지 못하기만 하면, 그자체의 화학적 또는 물리적 성질 또는 그것의 경화 요건으로부터, 지시제의 화학활성에 영향을 미치지 않으며, 가압멸균에 의해 멸균할 때 그것의 성질을 변화시키지 않는 모든 중합체를 사용할 수 있다.

상기 4성분으로 유제를 제조하고, 중합체를 경화시켜서, pH 지시제 미셀 주위에 반투과성 매트릭스를 형성하는데, 이것은 액체 미생물 증식 배지로부터 CO₂및 다른 기체의 선택적 확산을 가능하게 하여, 그 결과 지시제를 측정가능하게 노출시켜서 지시제 색의 변화를 가시적으로 측정할 수 있게 한다. 센서(2)는 별도로 제조하여 배양 병의 내면에 부착시킬 수 있고, 또 다르게는 센서(2)를 병의 바닥에 형성하여 그대로 경화시킬 수 있다. 경화 후, 센서가 있는 병을 가압멸균 등에 의해 멸균한다. 다수의 pH 및 CO₂센서의 특이적인 실례가 공계류중인 미합중국 특허 출원 제07/168,291 호 (1988. 3. 15 일 출원)에 제시되어 있으며, 이것을 본 발명에서는 참고하였다. 특이적인 pH 및 CO₂지시제는 상기 사항 이외에는 본 명세서에서 상세히 기재하지 않았다. 센서는 후술하는 기기 및 장치와 적당하게 상호 작용하기 위해서는 육안으로 검출할 수 있는 pH 및/또는 CO₂변화의 표시를 제공하여야 한다.

유사하게, 배양 배지 제제의 경우도, 공계류중인 특허 출원 제 07/168,291 호에 기재되어 있으며, 따라서 본 명세서에서 상세히 기재하지 않는다.

제1도는 내부에 샘플과 배지(3)를 포함하고 바닥면에 센서(2)가 부착된 배양 용기(1)의 횡단면도이다. 배양 용기(1)는 광검출기(5)가 삽입된 개구(8)와 방출기(4)가 삽입된 개구(9)를 갖는 플랫포옴(7)에 위치하고 있다.

방출기(4)와 검출기(5)는 둘다 제6도에서 더 상세히 나타낸 분석 장치(6)에 연결되어 있다.

용기(1)는 일반적으로 제7도에 도시한 바와 같이 실린더형으로서, 기판(7)의 상단면에서 개구(10)에 고정되며, 탄성의 팩킹 물질(12)을 사용하여 개구(10)내에 안정하게 유지된다. 개구(10)의 내부는 용기가 개구에 고정되는 경우, 용기(1)의 측벽에 대하여 탄성에 의해 압착되는 팩킹 물질(12)로 채워진다. 이러한 팩킹은 후술한 바와 같인 기판(7)이 움직이는 동안 용기(1)가 개구(10)에서 떨어져 나가지 않도록 한다. 방출기(4)와 검출기(5)는 지시제(2)로부터의 반사광을 최적으로 수용하도록 상대각 α로 배치된다. 도시된 바람직한 구체예에서 α각은 45°이지만, 기타 45°에 가까운 상대각은 허용할만한 결과를 제공한다. 30° 내지 60°의 바람직한 범위는 최상의 반사 효율을 제공하는데 최적인 것으로 밝혀졌다.

방출기(4)와 검출기(5)는 적당한 상대 각도 및 지시제(2)에 대한 적당한 각도로 배채되어야 하며, 빛이 용기(1)의 외부로는 반사되지 않지만, 지시제(2)에 도달하여 그것으로부터 반사되어야 한다. 또한, 부정확한 판독을 방지하기 위해서는, 방출기(4)로부터 직접 비춰지는 것으로부터 검출기(5)가 차단되어야 한다.

제7도는 본발명의 한 구체예의 전체 형태를 나타낸다. 제7도에 예시된 바와같이, 기재부(base member)(7)는 샘플병(1)을 수용할 수 있도록 다수의 실린더형 슬롯(slot) 구멍(10)을 갖는다. 몇 개의 병(1)을 기판 또는 기재(7)의 슬롯(10)에 위치시킬 수 있다. 기재(7)는 그것에 부착된 진동 모터(26)와 진동 메카니즘(28)으로 진동시킬 수 있도록 배치한다. 진동은 병(1)안에서 혼합물을 적당하게 진탕 및 교반시켜서 적당한 미생물의 증식을 촉진시키는데 필요하다. 또한 기재에 고정된 히터(30)를 사용하거나 또는 조절 항온배양 장치로 기재 전체를 둘러싸서 기재를 가열한다. 슬롯(10) 각각은 센서를 적당하게 발광하게 하여 반사된 발광을 검출하기 위한 방출기 및 검출기를 포함한다.

후술한 바와 같이, 각각의 병(1)은 각각의 병이 삽입된 슬롯과 관련하여 검출기의 출력을 선택적을 판독함으로써 독립적으로 모니터될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 컴퓨터(20)은 다수의 샘플을 모니터할 수 있는데, 소정의 원하는 샘플링 속도로 원하는 대로 각 샘플의 샘플 계측을 동시에 하고, 후술하는 바와 같이 각 샘플의 미생물 증식의 진행을 동시에 평가할 수 있다.

제6도는 제1도와 제7도에 도시한 시그날 분석 기구(6)의 시그날 수용 및 처리부를 나타낸 회로도이다. LED의 D 11내지 D 18은 제너(Zener) 안정화된 일정한 전원(14)에 의해 동력을 공급한다. 전원은 트랜지스터 Q1 작용 amp op 17과 제너 다이오우드(diode) D9을 포함한다. 전원(14)은 LED 11 내지 18 발광 다이오드 리셉터 D1 내지 D8에 안정한 발광을 제공한다.

LED D10 내지 D18 은 제1도에 도시한 광 방출기(4)를 나타내며 광 다이오우드 D1 내지 D8은 제1도에 도시한 광 검출기(5)를 예시한다.

제6도 및 제7도에서는, 8개의 다이오우드가 기판(7)에 장착되는데, 그중 4개가 도시되었다. 예사한 구체예는 8개의 광 방출기, 8개의 검출기 및 8개의 평행한 회로를 나타내며, 이것은 단지 예시용이며, 단일 처리 장치(6)에 의해 평가되는 샘플의 수에 따라 어떤 수의 방출기와 검출기 쌍도 이용될 수 있다.

도시된 광 다이오우드 D1 내지 D8 은 가령, 미합중국, 미주리주, 세이트 루이스에 소재한 EGG Vactech에서 시판하는 VTP 5051 광 다이오우드일 수 있다. 주어진 스펙트럼 범위에서 민감하게 검출할 수 있는 유사한 광 다이오우드도 이용될 수 있다. 다른 형식의 전자기 스펙트럼에서 검출할 수 있는 기타 광 다이오우드는, 광 방출기(4)가 상기 스펙트럼 부분에서 방출하도록 고안되고, 센서(2)가 pH 또는 CO₂생성의 변화에 대한 응답으로 스첵트럼의 다른 부분에서 반사 특서을 타나내도록 고안된다면 이용될 수 있다.

각 다이오오드의 출력(output)은 낮은 구동력 전환형으로 배치된 한쌍의 저오프셋 작용 증폭기에 의해 증폭된다. 상기 배치는 제6도에서 16으로 표시된 회로부로 도시하였다.

작용 증폭기의 출력은 각 입력 라인(18)에 있는 다중 교환기 MUX08 로 다중 교환시킨다. 이 방법으로, 각 다이오우드 D1 내지 D8 중 하나의 출력을 선별하여 모니터 및/또는 분석한다. 어드레스 라인 A 0 내지 A2 에 제공된 3비트(bit) 어드레스를 제공함으로써 컴퓨터(20)는 소정의 다이오우드 출력을 선별하여 다중 교환기(multiplexer) MUX08 로부터 DRN 라인 8에서 판독할 수 있다.

다중 교환기에서 나온 시그날은 수동적을 저통과율로 여과 및 증폭되고 컴퓨터(20)의 아날로그 시그날 출력으로 제공된다. 출력 터미널(22)의 이러한 아날로그 시그날은 먼저 디지털 시그날로 전환되며, 그후 컴퓨터의 입력 말단(24)을 통과하거나, 또는 아날로그 시그날로서 컴퓨터에 직접 통과될 수 있다.

컴퓨터(20) 내부에서, 각종 검출기의 출력을 수집하여, 제5도에 나타낸 각종 샘플의 pH 또는 CO₂농도의 변화율과 변화량의 곡선 특성을 이끌어낸다. 또한 컴퓨터는 필수적인 분석을 실시하여 상기에서 이끌어낸 특성을 평가하고, 후술하는 바와같인 발생한 미생물 배양의 존재 또는 부재를 결정한다.

제5도의 그래프와 관련하여, 선행 기술에서 이용되는 상기 분석법에 대해 본 발명을 사용하거나 가시 관찰법을 사용한 분서겁의 장점을 하기에서 설명한다.

제5도의 첫 번째 그래프(I)에서, CO₂의 절대값을 미생물 오염이 존재하는지를 결정하기 위해 사용되는 한계 CO₂레벨과 함께, 시간에 대하여 도시했다. 용액중의 CO₂절대 농도값은 용기(1) 내부에서 지시제(2)의 색 변화를 분석함으로써 측정한다. 혈액과 같은 체액은 그 자체가 CO₂를 생성하여 3개의 그래프 모두에서 지속적으로 상승하는 것으로 나타나는 것을 주지해야 한다. 이러한 백그라운드 생성 정도는 피검물에 따라 크게 달라진다.

특성 A, B 및 C 는 예시적인 미생물 증식을 나타낸다. 특성 A 는 높은 백그라운드 생성 수준을 갖지만, 미생물 증식은 없음을 나타낸다. 이것은 한계 레벨을 지나가며, 따라서 종래 기술의 분석법에서는 양성으로 간주되지만 허위(false) 양성일 것이다. 특성 B 는 중간 정도의 백그라운드 수준 및 강한 가시성 증식을 나타낸다. 특성 B 도 한계 레벨을 지나기 때문에 진정(true) 양성으로 검출될 것이다. 이것은 CO₂레벨이 상당 기간 동안 한계 레벨 이상으로 유지되기 때문에, 샘플링 사이에 상당한 경과 시간을 갖는 주기적 샘플링법으로 검출할 수 있다. 특성 C 는 낮은 백그라운드 생성 및 낮은 증식의 조합을 나타내며, 그 결과 종래의 검출법하에서는 허위 음성으로 나타난다.

두 번째 그래프 (Ⅱ)는 첫 번째 그래프 데이터의 첫 번째 변형, 즉, CO₂생성율을 나타낸다. A 의 생성율은 높지만 일정하게 감소하였으며, B 의 생성율은 중간정도이면서 미생물 증식시간에 따라 증가했으며, C의 생성율은 낮지만, 미생물 증식시간에 따라 증가했음을 알 수 있다.

세 번째 그래프(Ⅲ)는 첫 번째 그래프 데이터의 두 번째 변형, 즉 증식 가속도를 나타낸다. 이 그래프에서 특성 A 는 일정한 음(negative)의 가속도를 나타낸 반면, B 와 C 는 강한 양(positive)의 가속도를 갖는 시간을 보여준다. 그래프를 비교하면, 샘플 A 의 CO₂값은 그래프(I)의 한계치 위로 상승하지만, 그래프(Ⅱ)에서는 현저한 기울기 변화가 없으며, 따라서 그래프(Ⅲ)에서는 가속도가 없는 것을 알 수 있다. 그래프(Ⅲ)에서 2개의 진정 양성 샘플 B 와 C 는 샘플 A 에 존재하지 않는 양성의 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.

특성 C 는 여러 가지 요인에 기인할 수 있는 낮은 CO₂생성율을 나타내는 미생물 증식을 제시한다. 이 경우, 종래 기술의 샘플링 기법을 이용하거나 또는 본 발명의 지시제(2)의 가시적 관찰을 통해서, 이 샘플은 허위 음성일 수 있는 음성으로 측정될 것이다. 이것은 샘플 C 의 CO₂절대값이 양성 판독을 나타내는데 필요한 한계치 이상으로 상승하지 않는다는 사실에 기인한다. 그러나, 후술하는 본 발명의 샘플링, 분석 및 평가 기법이 사용되는 경우에는, 샘플의 CO₂를 그래프(I)의 한계 레벨 이상으로 상승시키는데 충분하지는 않지만, 이러한 실제 미생물 증식은 양의 박테리아 존재로 검출될 것이고, 따라서 진정 양성으로 될 것이다.

본 발명의 컴퓨터(20)는 지정된 간격으로 지시된 CO₂값을 판독하도록 조정할 수 있다. 예컨대, 판독 사이에 10분의 샘플링 간격을 사용할 때에는, 다중 교환기 MUX08가 10분 간격으로 적당한 센서 입력으로부터 판독치를 출력하도록 컴퓨터를 설정할 수 있다. 그 컴퓨터에 의해 판독치가 판독되고, 기록된다. 컴퓨터는 10분후 다른 판독치를 취하고, 그 값을 기록한다.

6개의 간격으 얻은후, 7번째 간격을 취하면 첫 번째 간격은 탈락된다. 이러한 방식으로 컴퓨터는 가장 오래된 샘플을 탈락시키고, 가장 최근의 샘플을 추가함으로써 계속 갱신하고, 따라서 항상 컴퓨터는 사용할 수 있는 한시간 동안의 데이터를 갖고 있게 된다.

컴퓨터(20)는 상기 샘플들을 사용하여 각각 인접한 한쌍의 pH 판독값을 연결하는 곡선의 기울기를 연속적으로 결정하고, 따라서 각각 인접한 한쌍의 10분 간격의 판독값 사이의 순간 기울기 값을 설정한다. 이 기울기를 이전의 간격 기울기 및 전체6개 간격 또는 1 시간 이전의 간격 기울기와 비교한다. 이것은 그래프(Ⅱ)와 (Ⅲ)에 나타낸 생성율 및 가속도 값을 컴퓨터에 제공한다.

현재의 10분 샘플링 시기의 기울기는 최종 시기의 기울기에 대해서만 비교될 수 있고, 또는 중량 기준으로 최종 5 개 시기의 기울기에 대해서 비교될 수도 있다. 이 컴퓨터는 제5도의 그래프(Ⅲ)에서 곡선 B 와 C 에 의해 나타난 것과 같이 양의 가속도를 찾는다. 양의 가속도의 시간 경과를 모니터하며, 이 가속도는 기기의 동요 또는 기타 백그라운드 간섭으로 인한 것보다 더 긴 시간 동안 양의 값으로 존재하여야 한다. 예를 들면, 그래프(Ⅲ)에서 시간 간격 t1은 불충분한 반면, 시간 간격 t2는 충분하다.

상기 분석 방법은 박테리아 증식의 양의 값을 갖는 구체예 B 와 C 둘다 본 발명에 의해 검출된다는 점에서 유용하다. 이러한 분석 방법은 샘플내에서 발생한 CO₂의 절대값에 따라 결정되는 것이 아니라, CO₂절대값에 의한 한계치의 교차보다는 양성의 생물학적 샘플의 보다 신뢰성 있는 지시제인 것으로 확인된 CO₂증가율 변화에 따라 결정된다.

이 분석 방법은 연속적인 모니터링 및 짧은 간격의 샘플링을 가능하게 하고 얻어지는 높은 정확도의 CO₂판독을 가능하게 하는 충분한 민감도를 지닌 지시제(2)를 제공하는 본 발명의 장치 및 기법을 통해서만 이루어질 수 있다.

상기 기기에 의해 모니터되는 센서는 미생물 증식 또는 대사가 존재하여 pH 또는 CO₂의 변화를 일으키는 경우 색을 변화시키는 지시제를 포함한다. 색 변화가 눈으로 볼 수 있을 정도로 명백할 수 있지만, 기기(6)의 사용은 측정의 객관성, 민감성 및 연속성의 장점을 제공한다. 바람직한 구체예에서는, 광 방출기 및 검출기가 각 센서에 구비된다 그러나, 모든 샘플을 연속적으로 모니터하기 위해 다른 대안도 이용가능하다. 상기 대안은 각 피검물 병을 고정된 하나 이상의 검출기를 지나 이동시키거나 또는 하나 이상의 검출기를 정지된 병을 지나 이동시키는 수단을 사용하는 것을 포함한다.

상술한 바람직한 구체예에서는, 고체 상태의 발광체 및 검출기를 사용한다 : 그러나, 백열등과 아크 램프 등의 발광원을 사용할 수도 있으며, 거울, 렌즈, 광 섬유, 및 검출 수단에 대한 반사에 대하여 병내의 지시제로 빛을 향하게 하는 다른 수단도 이용할 수 있다.

본 발명의 기타 목적, 장점 및 특징들은 당업자에게는 명백하게 이해될 수 있다.

Claims (11)

1. 미생물 증식의 부산물에 노출되어 반사 특성의 변화를 나타내는 지시제(indicator)를 모니터하는 기기로서, a) 상기 노출시 지시제를 수용하고 이 지시제를 원하는 방향으로 배치하는 하우징(housing) : b) 상기 지시제의 반사 특성의 스펙트럼 범위내로 시그날을 방출하고, 이 시그날의 상기 지시제에 부딪치도록 지시제와 관련하여 배치한 방출기 : c) 상기 지시제로부터 상기 시그날의 반사를 수용하고 그것에 대응하는 두 번째 시그날을 산출하기 위해 상기 지시제와 관련하여 배치한 검출기 : 및 d) 상기두번째 시그날을 수용하고 이 두 번째 시그날을 처리하여 상기 지시제의 반사 특성 변화를 평가하는 회로 수단을 포함하는 기기.
2. 제1항에 있어서, 상기 방출기는 발광 다이오우드(diode)를 포함하는 기기.
3. 제2항에 있어서, 상기 검출기는 상기 발광 다이오우드의 방출 광의 반사광을 수용하는 광 다이오우드를 포함하는 기기.
4. 제2항에 있어서, 상기 회로 수단은 상기 발광 다이오우드에 대한 안정화된 전원을 포함하는 기기.
5. 제3항에 있어서, 상기 회로 수단은 선택된 시간 간격으로 상기 두 번째 시그날을 수용하고 상기 시간 간격 동안 상기 두 번째 시그날의 특성 변화를 비교하는 컴퓨터 수단을 포함하는 기기.
6. 제1항에 있어서, 상기 회로 수단은 상기 두 번째 시그날을 주기적으로 샘플링하고, 상기 두 번째 시그날을 연속 샘플을 비교하고, 연속 샘플 사이의 변화율의 증가 속도를 계산하는 컴퓨터 수단을 포함하는 기기.
7. 제6항에 있어서, 상기 컴퓨터 수단은 양의 증가 속도를 검출하고 상기 양의 증가 속도의 지속시간을 측정하는 수단을 포함하는 기기.
8. 미생물 증식의 부산물에 노출되어 반사 특성 변화를 나타내는 지시제를 모니터하는 방법으로서, a) 상기 노출중 지시제를 수용하고 사기 지시제를 원하는 방향으로 배치하는 하우징을 제공하는 단계; b) 상기 지시제의 반사 특성의 스펙트럼 범위내로 시그날을 방출하고, 이 시그날의 상기 지시제에 부딪치도록 지시제와 관련하여 배치한 방출기를 제공하는 단계; c) 상기 지시제로부터 상기 시그날의 반사를 수용하고 그것에 대응하는 두 번째 시그날을 산출하기 위해 상기 지시제와 관련하여 배치한 검출기를 제공하는 단계; 및 d) 상기 두 번째 시그날을 수용하고, 이 두 번째 시그날을 처리하여 상기 지시제와 반사 특성 변화를 평가하는 회로 수단을 제공하는 단계를 포함하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 선택된 시간 간격으로 상기 두 번째 시그날을 수용하는 단계; 및 상기 시간 간격동안 상기 두 번째 시그날의 특성 변화를 비교하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
10. 상기 두 번째 시그날을 주기적으로 샘프링하는 단계; 상기 두 번째 시그날의 연속 샘플을 비교하는 단계; 및 연속 샘플 사이의 변화율의 증가 속도를 계산하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
11. 제10항에 있어서, 야의 증가 속돌를 검출하는 단계 ; 및 상기 양의 증가 속도의 지속 시간을 측정하는 단계를 추가로 포함하는 방법.