KR102617261B1

KR102617261B1 - 생물학적 지시계의 활성화를 확인하기 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102617261B1
Application number: KR1020180074356A
Authority: KR
Inventors: 벤 프라이어; 옌 팡
Original assignee: 에이에스피 글로벌 매뉴팩처링 게엠베하
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2023-12-28
Also published as: TW201920940A; CN109211853A; JP2019010099A; RU2018121502A; EP3421056B1; CA3008926A1; JP7258479B2; MX2018008166A; KR20190003382A; US11053534B2; AU2018204013A1; TWI786142B; CN109211853B; BR102018013374A2; EP3421056A1; IL260014A; RU2018121502A3; US20190002951A1

Abstract

생물학적 지시계는 부적절하게 활성화될 수 있다. 개시된 본 발명의 주제는 성장 배지를 함유하는 앰풀(ampule)을 갖는 생물학적 지시계(biological indicator)가 검정될 수 있도록 그가 적절하게 활성화된 것을 확인하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 생물학적 지시계의 제1 형광 강도를 측정하는 단계; 생물학적 지시계를 가열하는 단계; 생물학적 지시계의 형광 강도를 제1 형광 강도로부터 제2 형광 강도로 켄칭(quenching)시키는 단계; 제2 형광 강도를 측정하는 단계; 비교 값을 얻기 위하여 제2 형광 강도와 제1 형광 강도를 비교하는 단계; 및 비교 값이 액체 성장 배지의 켄칭 메트릭(metric)에 대응하는 것으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

생물학적 지시계의 활성화를 확인하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR CONFIRMING ACTIVATION OF BIOLOGICAL INDICATORS}

본 명세서에 개시된 발명의 요지는 자립형 생물학적 멸균 지시계(self-contained biological sterilization indicator)에 관한 것이다.

의료 장치는 전형적으로 오염된 장치가 대상에게 사용되어 대상의 감염을 초래할 수 있는 가능성을 최소화시키기 위해 사용 전에 멸균된다. 증기, 과산화수소, 및 가스 플라즈마(gas plasma)와 산화에틸렌(EtO)이 있거나 없는 기상 멸균과 같은 다양한 멸균 기술이 채용될 수 있다. 이들 방법 각각은 멸균될 의료 장치 상으로의 멸균 유체, 전형적으로 가스의 확산율(diffusion rate)에 어느 정도 의존한다.

멸균 전에, 의료 장치는 전형적으로 멸균 유체 - 때때로 멸균제(sterilant)로 지칭됨 - 의 투과를 허용하지만 특히 멸균-후 그리고 패키지가 의료인에 의해 개방될 때까지 오염 유기체의 유입을 방지하는 반-투과성 장벽(semi-permeable barrier)을 갖는 용기 또는 파우치(pouch) 내에 패키징된다. 멸균 사이클(sterilization cycle)이 효과적이게 하기 위해, 패키지 내의 오염 유기체가 사멸되어야 하는데, 이는 멸균 사이클에서 생존한 임의의 유기체가 증식하고 의료 장치를 재오염시킬 수 있기 때문이다.

패키징이 멸균 의료 장치의 오염을 방지하는 데 도움을 주지만, 패키징은 성공적인 멸균 사이클을 달성하는 어려움을 증가시킬 수 있는데, 이는 패키징이 그 내부에 포함된 장치 또는 기구에 멸균제가 도달하는 것을 방해하기 때문이다. 이는 특히 확산-제한 공간(diffusion-restricted space)을 그 내부에 갖는 장치 및 기구의 경우에 문제가 되는데, 이는 이들 확산-제한 공간이 멸균 사이클이 효과적일 수 있는 가능성을 감소시키기 때문이다. 예를 들어, 내시경은 전형적으로 멸균제가 성공적인 멸균 사이클을 달성하기에 충분한 시간 동안 충분한 농도로 그 내부로 확산되어야 하는 길고 좁은 루멘(lumen)을 갖는다.

멸균 사이클이 효과적이었음을 확인하는 것이 의료인이 오염된 의료 장치를 대상에게 사용하는 것을 회피하는 데 도움을 준다. 전형적으로, 멸균된 의료 장치는 그 자체가 오염 유기체에 대해 검사되지 않는데, 이는 그러한 행위가 다른 오염 유기체를 의료 장치에 도입시켜 의료 장치를 재오염시킬 것이기 때문이다. 따라서, 간접 검사가 멸균 지시계의 형태로 개발되었다.

멸균 지시계는 멸균 사이클을 겪는 의료 장치 옆에 또는 그에 근접하게 배치될 수 있는 장치이며, 따라서 멸균 지시계는 의료 장치와 동일한 멸균 사이클을 겪는다. 예를 들어, 멸균제에 대한 알려진 저항성을 가진 사전결정된 양의 미생물을 갖는 생물학적 지시계가 멸균 챔버 내로 의료 장치 옆에 배치되고 멸균 사이클을 받을 수 있다. 사이클이 완료된 후에, 생물학적 지시계 내의 미생물은 임의의 미생물이 사이클에서 생존하였는지 여부를 결정하기 위해 배양될 수 있다.

소정의 생물학적 지시계는 "자립형"으로 지칭된다. 이들 생물학적 지시계는 전형적으로 다량의 미생물을 함유하는 하우징 및 미생물 근처에 위치되는 취약성 용기 내의 성장 배지(growth medium)의 공급원을 포함한다. 다른 생물학적 지시계와 유사하게, "자립형" 생물학적 지시계("self-contained" biological indicator, "SCBI")는 의료 장치와 함께, 예컨대, Johnson & Johnson사의 Ethicon US, LLC의 Advanced Sterilization Products, Division의 STERRAD® System, STERRAD® NX System 또는 STERRAD® 100NX System 내에서 멸균 사이클을 거칠 수 있다. 사이클 후에, 취약성 용기가 파열되어 성장 배지를 방출하고 임의의 생존 미생물을 현장에서 배양할 수 있다. SCBI는 상승된 온도에서, 전형적으로 대략 50℃ 내지 60℃에서 배양될 수 있으며, 이는 생존 미생물의 증식을 촉진시킨다. 구매가능한 제품을 사용한 배양은 전형적으로 약 24시간 동안 지속된다. 이러한 시간 동안, 멸균의 유효성이 확인되지 않은 채로 유지되는 동안에, 의료인은 의료 장치를 사용하지 않는 것이 바람직하다. 이는 병원과 같은 건강 관리 제공업체에게 재고 관리 비효율성을 초래할 수 있는데, 이는 예를 들어 의료 장치가 그들이 사용될 수 없는 동안에 보관되어야 하여, 아마도 건강 관리 제공업체에게, 그렇지 않을 경우에 의료 장치의 충분한 공급량을 보장할 것보다 많은 의료 장치를 그의 재고로 유지할 것을 요구하기 때문이다. 대안적으로, 건강 관리 제공업체는, 배양이 완료되고 멸균 효능이 확인되기 전에 의료 장치를 사용할 수 있다. 그러나, 멸균 효능이 확인되기 전에 의료 장치를 사용하는 것은 의료 시술의 대상을 의료 장치로부터의 감염의 위험에 노출시킬 수 있다.

배양 후에, SCBI는 생존 미생물의 존재를 검출하기 위해 분석된다. 임의의 미생물이 검출된다면, 일부 SCBI는 미생물이 존재하는 경우에 색상을 변화시키는 성장 배지를 통합하도록 설계된다. 색상 변화가 검출되는 경우, 멸균 사이클이 비효과적이었던 것으로 고려될 수 있다. 미생물이 검출되지 않으면, 멸균 사이클이 효과적이었던 것으로 고려될 수 있다. 이러한 색상 변화는, pH 지시 염료를 또한 함유하는 성장 배지를 대사시키는 살아 있는 미생물에 의한 산 생성으로 인해 발생하는 pH의 변화에 기인할 수 있다. 다른 SCBI는 형광단(fluorophore)을 포함하는 성장 배지를 통합하도록 설계되는데, 상기 형광단의 형광성은 배지 내에 함유되는 생존가능한 미생물의 양에 의존한다. 이들 SCBI의 경우, 색상 변화 또는 형광성 정도의 변화가 생존 미생물이 배양 동안 증식되었을 수 있음을 지시한다.

액체 성장 배지를 포함하는 SCBI의 취약성 용기는 흔히 유리로 제조된다. 유리는 예컨대 SCBI의 제조업체로부터 건강 관리 제공업체로의 운송 동안 파손을 회피하기에 충분히 강건하여야 한다. 그러나, 그러한 강건함은 의료인에 의해 원하는 시간에 앰풀(ampule)을 파열시키는 데 필요한 더 큰 힘에 상응한다. 따라서, 일부 SCBI 제조업체는 병원 직원에게, 그들이 앰풀을 파열시키는 것을 보조하기 위한 활성화 장치를 제공한다.

개시된 본 발명의 주제는, 멸균 프로세스가 효과적이었는지를 확인하기 위하여 멸균 프로세스 후에, 성장 배지를 함유하는 앰풀을 갖는 생물학적 지시계가 검정될 수 있도록 그가 적절하게 활성화된 것을 확인하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 생물학적 지시계의 캡을 누르는 단계; 앰풀을 파열시키는 단계; 가열 요소 및 형광 센서를 갖는 생물학적 지시계 분석기 내로 생물학적 지시계를 위치시키는 단계; 가열 요소를 활성화시키는 단계; 생물학적 지시계의 제1 형광 강도를 측정하는 단계; 생물학적 지시계를 가열하는 단계; 생물학적 지시계의 형광 강도를 제1 형광 강도로부터 제2 형광 강도로 켄칭(quenching)시키는 단계; 제2 형광 강도를 측정하는 단계; 비교 값을 얻기 위하여 제2 형광 강도와 제1 형광 강도를 비교하는 단계; 및 비교 값이 액체 성장 배지의 켄칭 메트릭(metric)에 대응하는 것으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 생물학적 지시계의 형광 강도를 켄칭시키는 단계는 생물학적 지시계의 하우징 및 성장 배지를 가열하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 생물학적 지시계의 형광 강도를 켄칭시키는 단계는 생물학적 지시계의 하우징 및 성장 배지를 대략 22℃ 내지 25℃의 온도로부터 대략 57℃의 온도로 가열하는 단계를 포함한다. 추가로, 본 방법은 생물학적 지시계 분석기 내로 생물학적 지시계를 위치시키는 단계 전에 생물학적 지시계를 냉각시키는 단계를 또한 포함할 수 있다. 생물학적 지시계가 냉각되는 이러한 실시예에서, 생물학적 지시계의 형광 강도를 켄칭시키는 단계는 생물학적 지시계를 가열하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 비교 값은 제2 형광 강도와 제1 형광 강도 사이의 차이이다. 다른 실시예에서, 비교 값은 제2 형광 강도 대 제1 형광 강도의 비이다. 일부 실시예에서, 제2 형광 강도는 제1 형광 강도 후에 측정된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제2 형광 강도는 제1 형광 강도에서 대략 210초 후에 측정되고 제1 형광 강도는 생물학적 지시계가 생물학적 지시계 분석기 내에 위치되고 대략 70초 후에 측정된다. 대안적으로, 제1 형광 강도는 생물학적 지시계 분석기의 가열 요소가 활성화되고 대략 70초 후에 측정된다. 일부 실시예에서, 본 방법은 제1 형광 강도의 값이 최소 임계 값과 최대 임계 값 사이에 있는 것으로 결정하는 단계를 추가로 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 최소 임계 값은 대략 0.02 μW/㎠이고 최대 임계 값은 대략 0.10 μW/㎠이다.

본 방법은 또한 생물학적 지시계의 캡을 누르는 단계; 앰풀을 파열시키는 단계; 가열 요소 및 형광 센서를 갖는 생물학적 지시계 분석기 내로 생물학적 지시계를 위치시키는 단계; 가열 요소를 활성화시키는 단계; 생물학적 지시계의 제1 형광 강도를 측정하는 단계; 생물학적 지시계를 가열하는 단계; 생물학적 지시계의 형광 강도를 제1 형광 강도로부터 제2 형광 강도로 켄칭시키는 단계; 제2 형광 강도를 측정하는 단계; 비교 값을 얻기 위하여 제2 형광 강도와 제1 형광 강도를 비교하는 단계; 및 비교 값이 액체 성장 배지의 켄칭 메트릭에 대응하지 않는 것으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 생물학적 지시계의 형광 강도를 켄칭시키는 단계는 생물학적 지시계의 하우징 및 성장 배지를 가열하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 생물학적 지시계의 형광 강도를 켄칭시키는 단계는 생물학적 지시계의 하우징 및 성장 배지를 대략 22℃ 내지 25℃의 온도로부터 대략 57℃의 온도로 가열하는 단계를 포함한다. 추가로, 본 방법은 생물학적 지시계 분석기 내로 생물학적 지시계를 위치시키는 단계 전에 생물학적 지시계를 냉각시키는 단계를 또한 포함할 수 있다. 생물학적 지시계가 냉각되는 이러한 실시예에서, 생물학적 지시계의 형광 강도를 켄칭시키는 단계는 생물학적 지시계를 가열하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 비교 값은 제2 형광 강도와 제1 형광 강도 사이의 차이이다. 다른 실시예에서, 비교 값은 제2 형광 강도 대 제1 형광 강도의 비이다. 일부 실시예에서, 제2 형광 강도는 제1 형광 강도 후에 측정된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제2 형광 강도는 제1 형광 강도에서 대략 210초 후에 측정되고 제1 형광 강도는 생물학적 지시계가 생물학적 지시계 분석기 내에 위치되고 대략 70초 후에 측정된다. 대안적으로, 제1 형광 강도는 생물학적 지시계 분석기의 가열 요소가 활성화되고 대략 70초 후에 측정된다. 일부 실시예에서, 본 방법은 제1 형광 강도의 값이 최소 임계 값과 최대 임계 값 사이에 있는 것으로 결정하는 단계를 추가로 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 최소 임계 값은 대략 0.02 μW/㎠이고 최대 임계 값은 대략 0.10 μW/㎠이다.

생물학적 지시계는 본 방법을 수행하기에 적절한 특성 및 특징을 가질 수 있는데, 본 발명의 주제가 그에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 생물학적 지시계는 앰풀, 하우징, 및 앰풀 내에 포함된 액체 성장 배지를 포함할 수 있고, 액체 성장 배지는 켄쳐(quencher)를 포함한다. 일부 실시예에서, 켄치는 산소가 아니다. 켄쳐는 아닐린, 브로모벤젠, 아크릴아미드, 과산화수소, 이미다졸, 인돌, 및 석신이미드로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 대안적으로, 켄쳐는 금속 이온, 예컨대, Co2+, Ni2+, Cu2+, Hg2+, Pb2+, Ag+, Cr3+, 및 Fe3+로 이루어진 군으로부터 선택된 하나일 수 있다. 일부 실시예에서, 켄쳐는 대략 37 mg/L 초과의 농도로 성장 배지 내에 포함된 산소일 수 있다. 일부 실시예에서, 켄쳐는 대략 40 mg/L 초과의 농도로 성장 배지 내에 포함된 산소일 수 있다. 일부 실시예에서, 생물학적 지시계의 하우징은 UV-투과성 재료를 포함한다. 일부 실시예에서, UV-투과성 재료는 석영을 포함한다. 다른 실시예에서, UV-투과성 재료는 사이클로 올레핀을 포함한다.

본 명세서는 본 명세서에 기술된 본 발명의 주제를 구체적으로 지적하고 명확하게 청구하는 청구범위로 끝맺고 있지만, 발명의 주제는 동일한 도면 부호가 동일한 요소를 식별하는 첨부 도면과 관련하여 취해진 소정 예의 하기의 설명으로부터 더욱 잘 이해될 것으로 여겨진다.
도 1은 생물학적 지시계의 측면도를 단면으로 도시한다.
도 2는 도 1의 생물학적 지시계의 분해도를 도시한다.
도 3은 생물학적 지시계 분석기를 블록도 형태로 도시한다.
도 4는 도 3의 생물학적 지시계 분석기에 의해 수행될 수 있는 도 1 및 도 2의 생물학적 지시계의 활성화를 확인하기 위한 예시적인 방법의 흐름도이다.

하기의 설명은 청구된 본 발명의 주제의 소정의 예시적인 예를 기재한다. 기술의 다른 예, 특징, 태양, 실시예, 및 이점이 하기의 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다. 따라서, 도면 및 설명은 본질적으로 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 자립형 생물학적 지시계("SCBI")(100)가 도시되어 있다. SCBI(100)는 하우징(102) 및 그에 결합된 캡(104)을 포함한다. 캡(104)은 평탄한, 경사진, 아치형, 환형, 또는 원추형 형상, 또는 이들의 일부 조합을 갖는 돌출부(106)를 포함한다. 캡(104)은, 예컨대 과산화수소와 같은 화학적 멸균제에 노출될 때 색상이 변화하는 화학적 지시계(chemical indicator)(108)를 추가로 포함할 수 있다. 캡(104)은 또한 SCBI 내로의 또는 그로부터 밖으로의 가스(예컨대, 공기 또는 멸균제)의 통과를 보조하기 위한 하나 이상의 관통구(109)를 포함할 수 있다. 캡(104)은 하우징(102)에 대해 제1 위치에서 결합되고, 제1 위치로부터 제2 위치로 이동가능하다. 제1 위치에서, 캡(104)은 가스(예컨대, 공기 또는 멸균제)가 주위 환경으로부터 SCBI 내로, 또는 그 반대로 이동할 수 있는 방식으로 하우징(102)에 결합된다. 이러한 위치에서, 하우징(102)의 내부가 주위 환경과 유체 연통하여 SCBI(100) 내로의 멸균제의 도입 및 그로부터의 멸균제의 인출을 허용하도록, 캡(104) 내의 임의의 관통구가 하우징(102) 위에 배치된다. 캡(104)은 그것이 하우징(102)에 대해 제2 위치로 이동하도록 눌릴 수 있다. 이러한 제2 위치에서, 관통구(109)는 하우징(102)의 상부 단부 아래에 배치되며, 이는 하우징(102)과 캡(104) 사이의 억지 끼워맞춤(tight fitting) 관계를 유발하고, 관통구를 차단하여, SCBI(100)의 내부를 주위 환경으로부터 효과적으로 밀봉시킨다.

SCBI(100)는 또한 세균 포자(bacterial spore), 다른 형태의 세균(예컨대, 증식성(vegetative)), 및/또는 활성 효소로 함침되는, 캐리어(110)와 같은 미생물 또는 활성 효소의 공급원을 포함한다. 바실루스(Bacillus), 지오바실루스(Geobacillus), 및 클로스트리디아(Clostridia) 종으로부터의 포자가 포화 증기, 과산화수소, 건열(dry heat), 감마선 조사(gamma irradiation) 및 산화에틸렌을 이용하는 멸균 공정을 모니터링하기 위해 흔히 사용된다. 따라서, 캐리어(110)는 바실루스, 지오바실루스, 및/또는 클로스트리디아 종으로부터의 포자로 함침될 수 있다. 캐리어(110)는 물-흡수성일 수 있고, 여과지(filter paper)로 형성될 수 있다. 천, 부직 폴리프로필렌, 레이온 또는 나일론, 및 미공성 중합체 재료와 같은 시트-유사 재료가 또한 사용될 수 있다. 금속(예컨대, 알루미늄 또는 스테인리스 강), 유리(예컨대, 유리 비드(glass bead) 또는 유리 섬유), 자기(porcelain), 또는 플라스틱과 같은 비-물 흡수성 재료가 또한 사용에 적절하다. 또한, 캐리어(110)는 전술된 재료들의 조합으로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 캐리어(110)는 대략 0.1 내지 0.5 밀리미터의 두께를 가질 수 있다.

캐리어(110) 상의 미생물(들) 또는 생물학적 활성의 다른 공급원은 멸균 사이클에 사용되는 특정 멸균 프로세스에 대한 공급원의 저항에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 증기 멸균 프로세스의 경우, 지오바실루스 스테아로테르모필루스(Geobacillus stearothermophilus) 또는 그의 포자가 사용될 수 있다. 에틸렌 옥사이드 멸균 프로세스의 경우, 바실루스 아트로파에우스(Bacillus atrophaeus)(이전에는, 바실루스 서브틸리스(Bacillus subtilis)), 또는 그의 포자가 사용될 수 있다. 일부 멸균 프로세스에서, 멸균 프로세스 저항성 포자는 지오바실루스 스테아로테르모필루스 포자, 바실루스 서브틸리스 포자, 바실루스 아트로파에우스 포자, 바실루스 메가테리움(Bacillus megaterium) 포자, 바실루스 코아굴란스(Bacillus coagulans) 포자, 클로스트리디움 스포로게네스(Clostridium sporogenes) 포자, 바실루스 푸밀루스(Bacillus pumilus) 포자 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.

SCBI(100)는 또한 제1 단부(114), 제2 단부(116), 및 측벽(118)을 갖는 앰풀(112)을 포함한다. 측벽(118)은 실질적으로 원통형이고, 타원형 또는 원형 단면을 가질 수 있다. 앰풀(112)은 유리 또는 플라스틱과 같은 취약성 또는 취성 재료로 제조될 수 있다. 제1 단부(114) 및 제2 단부(116)는 측벽(118)의 서로 반대편에 있는 단부들에 배치되고, 반타원체 또는 반구체의 형태를 가질 수 있다. 따라서, 제1 단부(114)는 제1 돔(114)으로 지칭될 수 있고, 제2 단부(116)는 제2 돔(116)으로 지칭될 수 있다. 앰풀(112)은 액체 성장 배지를 포함한다. 성장 배지는 캐리어(110) 상에 배치되는 임의의 생존가능한 미생물 또는 생물학적 활성의 다른 공급원의 성장을 촉진시킬 수 있어야 한다. 바람직하게는, 미생물은, 예컨대, SCBI(100) 내의 다른 재료의 형광투시 강도 또는 스펙트럼과 구별되는 형광투시 강도 또는 스펙트럼을 가짐으로써 검출가능한 생성물을 생성하도록 효소 기질(substrate)과 상호작용하는 효소를 생성하도록 선택된다. 성장 배지 내의 미생물의 계속된 성장은 성장 배지 내의 검출가능한 생성물의 농도의 증가를 야기한다. 소정 실시예에서, 검출가능한 생성물은 형광단이다. 따라서, 검출가능한 생성물의 농도의 증가는 형광성의 증가를 야기한다. 다시 말해서, 검출가능한 생성물은 형광성의 변화를 통하여 검출가능하다.

멸균 사이클의 효능을 검출하는 데 사용될 수 있는 효소 및 효소 기질은 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함되고 1991년 12월 17일자로 허여되고 발명의 명칭이 "Rapid Method for Determining Efficacy of a Sterilization Cycle and Rapid Read-Out Biological Indicator"인 미국 특허 제5,073,488호; 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함되고 1995년 5월 23일자로 허여되고 발명의 명칭이 "Rapid Read-Out Biological Indicator"인 미국 특허 제5,418,167호; 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함되고 1993년 6월 29일자로 허여되고 발명의 명칭이 "Rapid Read-Out Sterility Indicator"인 미국 특허 제5,223,401호; 및 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함되고 2016년 4월 26일자로 허여되고 발명의 명칭이 "Biological Sterilization Indicator"인 미국 특허 제9,322,046호에서 확인된다.

적합한 효소는 바실루스 서브틸리스와 같은 포자 형성 미생물로부터 유도된 효소 및/또는 가수분해 효소를 포함할 수 있다. 예시적인 생물학적 지시계에 유용할 수 있는 포자 형성 미생물로부터의 효소는 베타-D-글루코시다아제, 알파-D-글루코시다아제, 알칼리성 포스파타아제, 산성 포스파타아제, 부티레이트 에스테라아제, 카프릴레이트 에스테라아제 리파아제, 미리스테이트 리파아제, 류신 아미노펩티다아제, 발린 아미노펩티다아제, 키모트립신, 포스포하이드롤라아제, 알파-D-갈락토시다아제, 베타-D-갈락토시다아제, 타이로신 아미노펩티다아제, 페닐알라닌 아미노펩티다아제, 베타-D-글루쿠로니다아제, 알파-L-아라비노푸라노시다아제, N-아세틸-베타-글루코스아미노다아제, 베타-D-셀로비오시다아제, 알라닌 아미노펩티다아제, 프롤린 아미노펩티다아제, 지방산 에스테라아제, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.

본 명세서에 개시된 바와 같은 멸균 사이클의 효능을 결정하기 위한 일부 예시적인 방법에서, 효소 기질은 검출가능한 생성물로 변환된다. 예를 들어, 효소 기질은 제1 방출 스펙트럼(예컨대, 제1 형광 방출 스펙트럼)에 의해 특성화될 수 있고, 검출가능한 생성물은 제2 방출 스펙트럼(예컨대, 제2 형광 방출 스펙트럼)에 의해 특성화될 수 있다.

본 명세서에 개시된 바와 같은 멸균 사이클의 효능을 결정하기 위한 일부 예시적인 방법에서, 사용의 적합한 효소 기질은 형광생성 효소 기질을 포함할 수 있다. 유용한 형광생성 효소 기질은 형광생성 4-메틸움벨리페릴 유도체(4-메틸움벨리페론("4-Mu")으로 가수분해가능), 7-아미도-4-메틸-쿠마린의 유도체, 다이아세틸플루오레세인 유도체, 플루오레스카민 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.

예시적인 4-메틸움벨리페릴 유도체는 4-메틸움벨리페릴-2-아세트아미도-4,6-O-벤질리덴-2-데옥시-β-D-글루코피라노시드, 4-메틸움벨리페릴 아세테이트, 4-메틸움벨리페릴-N-아세틸-β-D-갈락토사미니드, 4-메틸움벨리페릴-N-아세틸-α-D-글루코사미니드, 4-메틸움벨리페릴-N-아세틸-β-D-글루코사미니드, 2′-(4-메틸움벨리페릴)-α-D-N-아세틸 뉴라민산, 4-메틸움벨리페릴 α-L-아라비노푸라노시드, 4-메틸움벨리페릴 α-L-아라비노시드, 4-메틸움벨리페릴 부티레이트, 4-메틸움벨리페릴 13-D-셀로비오시드, 메틸움벨리페릴 β-D-N,N′ 다이아세틸 키토비오시드, 4-메틸움벨리페릴 엘라이데이트, 4-메틸움벨리페릴 β-D-푸코시드, 4-메틸움벨리페릴 α-L-푸코시드, 4-메틸움벨리페릴 β-L-푸코시드, 4-메틸움벨리페릴 α-D-갈락토시드, 4-메틸움벨리페릴 β-D-갈락토시드, 4-메틸움벨리페릴 α-D-글루코시드, 4-메틸움벨리페릴 β-D-글루코시드, 4-메틸움벨리페릴 (3-D-글루큐로니드, 4-메틸움벨리페릴 p-구아니디노벤조에이트, 4-메틸움벨리페릴 헵타노에이트, 4-메틸움벨리페릴 α-D-만노피라노시드, 4-메틸움벨리페릴 β-D-만노피라노시드, 4-메틸움벨리페릴 올레에이트, 4-메틸움벨리페릴 팔미테이트, 4-메틸움벨리페릴 포스페이트, 4-메틸움벨리페릴 프로피오네이트, 4-메틸움벨리페릴 스테아레이트, 4-메틸움벨리페릴 설페이트, 4-메틸움벨리페릴 β-D-N,N′,N″-트라이아세틸키토트리오스, 4-메틸움벨리페릴 2,3,5-트라이-o-벤조일-α-L-아라비노푸라노시드, 4-메틸움벨리페릴-p-트라이메틸암모늄 신나메이트 클로라이드, 4-메틸움벨리페릴 β-D-자일로시드 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.

소정 실시예에서, SCBI에서의 형광 응답은, 효소를 포함하고 G. 스테아로테르모필루스의 발아에 중요한 것으로 여겨지는 지오바실루스 스테아로테르모필루스 포자 껍질(spore coat)에서 발견되는 자연발생적인 알파-글루코시다아제 효소에 기초할 수 있다. 알파-글루코시다아제는 포도당과 4-메틸움벨리페릴 α-D-글루코피라노시드(α-MUG)의 4-메틸움벨리페릴 모이어티(moiety) 사이의 결합을 가수분해하는 데 사용될 수 있다. α-MUG는 형광이 아니다. 그러나, 모이어티의 가수분해 및 분리 후에, 4-메틸움벨리페론(4-MU) 생성물은 형광이다. 4-MU는 대략 360 내지 370 나노미터의 파장을 갖는 광을 방출하는 광원과 같은 외부 에너지원에 의해 여기되는 경우에 형광을 발한다. 그렇게 여기되면, 4-MU는 대략 440 내지 460 나노미터의 파장을 갖는 광을 방출한다. 소정 실시예에서, 광원은 대략 365 나노미터의 파장을 갖는 광을 방출하고, 4-MU는 450 nm의 파장을 갖는 광을 방출한다. 4-MU의 형광성은 pH 의존적이다. 예를 들어, 365 나노미터의 파장을 갖는 광에 의해 여기되는 경우, 방출된 광의 강도는 10.3의 pH에서 가장 높다. 강도는 약 7의 pH까지 pH에 따라 감소된다. 이러한 pH 미만에서, 강도는 무시할 정도가 된다.

SCBI(100)는 또한 삽입체(120)를 포함할 수 있다. 삽입체(120)는 상부 표면(124) 및 저부 표면(126)을 갖는 플랫폼(platform)(122)을 포함할 수 있다. 삽입체(120)는 또한 측벽(127)을 포함한다. 플랫폼(122)의 측벽(127)은 하우징(102)의 일부로서 일체로 형성될 수 있는 지지 표면(128) 상에 놓일 수 있다. 플랫폼(122)의 상부 표면(124)과 측벽(127)은 함께 앰풀(112)의 제2 단부(116)를 수용하도록 구성되는 웰(130)을 한정한다. 플랫폼(122)은 액체 성장 배지가 앰풀의 파열 시에 통과할 수 있는, 그를 관통하는 보어(bore)(150)를 한정한다.

SCBI(100)는 하기 단계에 따라 조립될 수 있다. 첫째로, 하우징(102)이 제공된다. 둘째로, 캐리어가 하우징(102)의 저부 벽(144) 상에 놓이도록 캐리어(110)가 하우징(102) 내에 배치된다. 셋째로, 플랫폼(122)의 측벽(127)이 지지 표면(128) 상에 놓이도록 삽입체(120)가 하우징(102) 내에 배치된다. 대안적으로, 도시되지 않은, 지지 표면(128)이 없는 일부 구성에서, 삽입체(120)는 저부 벽(142) 상에 직접 놓일 수 있고, 캐리어(110)와 적어도 부분적으로 접촉할 수 있다. 넷째로, 제2 단부(116)가 삽입체(120)와 접촉하도록 앰풀(112)이 하우징(102) 내에 삽입된다. 마지막으로, 캡(104)이 하우징(102)과 앰풀(112)에 결합된다. 돌출부(106)는 앰풀(112)과 돌출부(106) 사이에 마찰 끼워맞춤이 형성되도록 앰풀(112)과 대략 동일한 직경을 갖는다. 이와 같이 조립되면, 앰풀(112), 하우징(102), 캡(104), 및 삽입체(120)의 중심 길이 방향 축들이 동축이거나 실질적으로 동축이다. 다른 조립 절차가 SCBI(100)의 동일한 구성을 달성하기 위해 수행될 수 있다.

멸균 절차 후에, SCBI(100)가 활성화되고 멸균 사이클이 효과적이었는지 여부를 결정하기 위해 모니터링될 수 있다. SCBI(100)를 활성화시키기 위해, 압축력(146)이 하우징(102)과 캡(104) 사이에 인가된다. 앰풀(112)이 이러한 압축력에 저항하는데, 이는 앰풀(112)이 삽입체(120)와 접촉하고 삽입체(120)가 예컨대 하우징(102)의 지지부(128)와 접촉하기 때문이다. 캡(104)에 인가되는 압축력이 앰풀(112)이 견딜 수 있는 파열력(breakage force)보다 클 때, 앰풀(112)이 파열될 것이다. 일단 앰풀(112)이 파열되면, 캡(104)은 그의 제2 위치로 이동하고, 성장 배지가 방출되어 캐리어(110)를 침지시킨다.

예컨대, 앰풀을 파열시키기 위하여 사용자가 인가하여야 하는 힘을 감소시킴으로써, SCBI를 활성화시키는 것을 용이하게 하도록 다양한 특징부들이 SCBI 내에 포함될 수 있다. 이러한 기능에 대한 예시적인 특징부들은 계류 중인 미국 특허 출원 제15/057,768호 및 제15/397,018호에 개시되어 있다.

SCBI(100)의 활성화는 확인되어야 한다. 예를 들어, 활성화는, 예컨대, 앰풀(112)이 파열된 것, 성장 배지에 캐리어(110)를 침지시키는 것, 상당한 부피의 성장 배지가 삽입체(120)의 저부 표면(126)과 하우징(102)의 저부 벽(144) 사이에 배치되는 것, 및/또는 캡(104)이 제2 위치에 있는 것을 점검함으로써 확인될 수 있다. 실패한 또는 부적절한 활성화가 검출될 수 있는 가능성을 증가시키기 위하여, 다수의 점검이 수행될 수 있다. 예를 들어, 앰풀(112)이 파열된 것을 점검하는 것에 더하여, 성장 배지에 의한 캐리어(110)의 침지가 또한 수행될 수 있다. 생물학적 지시계 분석기(biological indicator analyzer, "BIA")(200)와 같은, SCBI(100)를 검정할 수 있는 전자기계 장치 또는 사용자가 이러한 점검들을 수행할 수 있다. 실패한 또는 부적절한 활성화가 검출될 수 있는 가능성을 증가시키기 위하여, 다양한 점검들이 사용자 및 BIA(200) 둘 모두에 의해 수행되어야 한다.

도 3은 멸균 사이클을 겪은 생물학적 지시계, 예컨대, SCBI(100)를 분석하도록 작동가능한 예시적인 BIA(200)를 블록 형태로 도시한다. BIA(200)는 SCBI를 검정하도록, SCBI에 관한 정보(예컨대, 성장 배지의 위치, 성장 배지의 색, 성장 배지의 광 강도)를 수집하도록, 정보를 처리하도록, 그리고 멸균 사이클이 효과적이었는지를 결정하도록 구성된다. BIA(200)는 복수의 웰들(210)을 포함하고, 이들의 각각은 각각의 SCBI(100) 피검물을 그 안에 수용하도록 구성된다. 2개의 웰들(210)이 도시되어 있지만, 8개의 웰들, 8개 미만의 웰들, 또는 8개 초과의 웰들을 포함하는 임의의 다른 적합한 수의 웰들이 제공될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 각각의 웰(210)은 SCBI(100)가 그 안에 삽입된 경우 그를 인큐베이션하는 데 사용될 수 있는 가열 요소(212)를 추가로 포함한다. 그러한 인큐베이션은 SCBI 내의 임의의 살아 있는 미생물의 증식을 촉진한다. 다양한 실시예에서, 가열 요소는 대략 50℃ 내지 대략 60℃의 웰 온도를 달성할 수 있다. 소정 실시예에서, 가열 요소는 대략 57℃의 온도를 달성할 수 있고, SCBI(100)가 실질적으로 유사한 또는 동일한 온도에 도달하게 할 수 있다. BIA(200)는 또한 명령어 및 제어 알고리즘, 프로세스 정보 등을 실행하도록 작동가능한 프로세서(220)를 포함한다.

각각의 웰(210)은 관련 광원(230) 및 센서(240)를 구비한다. 각각의 광원(230)은 대응하는 웰(210) 내에 삽입된 SCBI(100)의 하우징(102)을 통하여 광을 투사하도록 구성된다. 각각의 센서(240)는 성장 배지에 의해 형광을 발하는 광을 검출하도록 작동가능하다. 각각의 센서(240)는 SCBI(100)가 웰 내에 배치되는 경우에, 센서(240)가 삽입체(120)의 저부 표면(126)과 하우징(102)의 저부 벽(144) 사이의 SCBI(100)의 일부에 인접하도록 각각의 웰(210)에 인접하게 위치된다.

광원(230)은, 예를 들어, 자외선 광을 방출하도록 구성되는 레이저의 형태일 수 있다. 일부 실시예에서, 광원(230)에 의해 방출되는 광은 370 나노미터의 파장을 갖는다. 광원(230)이 취할 수 있는 다양한 다른 적합한 형태가 본 명세서의 교시 내용의 관점에서 당업자에게는 명백할 것이다. 추가의 예로서, 센서(240)는 전하 결합 소자(charge coupled device, CCD)를 포함할 수 있다. 추가로, 이는 형광성에 의해 발생되는 광을 검출하도록 최적화된 센서, 즉, 형광 센서일 수 있다. 일부 실시예에서, 센서(240)는 Hamamatsu에 의해 제조된 규소 포토다이오드 S2386-5K와 같은 규소 포토다이오드이다. 성장 배지의 형광성은 성장 배지 내에 포함된 살아 있는 미생물의 수에 주로 의존한다. 따라서, 센서(240)는 성장 배지가 광원(230)으로부터의 광에 응답하여 형광을 발하는 정도에 기초하여 성장 배지 내의 살아 있는 미생물의 존재를 검출하도록 구성된다. 그러나, 성장 배지의 형광성은 어떠한 형광 켄칭이라도 일어났었는지 여부에 또한 의존한다. 형광 켄칭은 또한 SCBI(100)의 적절한 활성화를 확인하기 위하여 사용될 수 있는데, 이는 아래에서 상세히 설명되는 바와 같다.

BIA(200)는 선택적으로 사용자 피드백 및/또는 입력 장치, 예컨대, 터치 스크린 디스플레이(250)를 추가로 포함한다. 터치 스크린 디스플레이(250)는 생물학적 지시계 분석기(200)의 작동과 관련된 다양한 사용자 인터페이스 디스플레이 스크린을 제공하도록 작동가능하다. 터치 스크린 디스플레이(250)는 또한 통상적인 터치 스크린 기술에 따라 사용자 접촉 터치 스크린 디스플레이(250)의 형태로 사용자 입력을 수신하도록 구성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 생물학적 지시계 분석기(200)는 버튼, 키패드, 키보드, 마우스, 트랙볼 등을 이에 제한됨이 없이 포함하는 다양한 다른 종류의 사용자 입력 특징부를 포함할 수 있다. 터치 스크린 디스플레이(250)를 통해 제공되는 디스플레이는 프로세서(220)에 의해 구동될 수 있다. 터치 스크린 디스플레이(250)를 통해 수신되는 사용자 입력은 프로세서(220)에 의해 처리될 수 있다.

본 예의 BIA(200)는, 광원(230) 및 터치 스크린 디스플레이(250)와 같은 구성요소들을 구동하기 위하여 그리고 데이터, 특히 센서(240)에 의해 수집된 데이터에 대한 계산 및 분석을 수행하기 위하여 프로세서(220)에 의해 실행되는 제어 로직 및 명령어를 저장하도록 작동가능한 메모리(280), 예컨대, 비-일시적 저장 매체(예컨대, 하드 디스크 드라이브 또는 플래시 메모리 드라이브)를 추가로 포함한다. 메모리(280)는 또한 사용자 입력, 센서(240)에 의해 수집된 데이터, 및 이러한 데이터에 기초한 계산결과를 저장하는 데 사용될 수 있다.

BIA(200)에 의해 수집된 형광성 데이터는 시간에 따른 형광성의 변화를 결정하는 데 사용될 수 있다. 그러한 데이터는 형광 켄칭을 결정하는 데 사용될 수 있다. 형광 켄칭은 물질의 형광 강도가 감소되게 하는 다양한 프로세스들을 대체적으로 설명하는 용어이다. 형광 물질의 경우, 그러한 프로세스는 1) 가열, 2) pH 저하; 및 3) 형광 강도의 감소를 야기하는 것으로 알려진 "켄쳐(quencher)"로 종종 지칭되는 다른 물질 또는 재료의 첨가를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 예시적인 켄쳐는 산소, 아닐린, 브로모벤젠, 아크릴아미드, 과산화수소, 이미다졸, 인돌, 및 석신이미드를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 켄쳐는 또한 금속 이온, 예컨대, Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Hg²⁺, Pb²⁺, Ag⁺, Cr³⁺, 및 Fe³⁺일 수 있다.

SCBI(100)가 BIA(200)의 웰(210) 내로 삽입된 경우, 그의 온도는 주위 온도, 예컨대, 실온과 실질적으로 동등할 수 있다. 그러나, 가능하게는, SCBI(100)는 주위 온도보다 더 따뜻한 온도를 가질 수 있는데, 이는 멸균 시스템 내의 진공 챔버가 종종 멸균 사이클의 말미에 주위 온도보다 더 따뜻하기 때문이다. SCBI(100)의 온도와 상관없이, 삽입될 때 또는 그가 BIA(200)의 웰(210) 내로 삽입된 직후(예컨대, 대략 1초, 5초, 또는 15초 후), BIA(200)는 가열 요소(212)를 활성화시켜 SCBI(100)가 실질적으로 유사한 또는 동일한 온도에 도달하도록 웰 내의 온도를 대략 50℃ 내지 대략 60℃로 상승시킨다. 이러한 방식으로 SCBI(100)를 가열하여 SCBI(100)의 구성요소의 형광성을 켄칭시킨다. 켄칭이 성장 배지 내에서 가장 뚜렷하지만, 이는 또한, 하우징(102)을 포함하여 SCBI(100)의 다른 특징부, 즉, 비액체 구성요소 내에, 비록 덜한 정도까지이지만, 존재할 수 있다.

SCBI(100)가 적절하게 활성화되었는지 여부를 결정하기 위하여 SCBI(100)의 다양한 구성요소들이 검정될 수 있다. 적절하게 활성화된 SCBI(100)에서, 성장 배지에 캐리어(110)를 침지시켜야 하고 성장 배지는 삽입체(120)의 저부 표면(126)과 하우징(102)의 저부 벽(144) 사이의 SCBI(100)의 저부에 배치된다. 따라서, BIA(200)는 성장 배지가 그 곳에 존재하는지 여부를 결정하기 위하여 SCBI(100)의 이러한 부분을 검정할 수 있다. 예를 들어, BIA(200)는 광원(230)을 활성화할 수 있다. 소정 실시예에서, 광원(230)에 의해 방출되는 광은 대략 370 나노미터의 파장을 갖는다. 성장 배지가 존재하는 경우, 성장 배지는 여기될 것이고, 센서(240)는 대응하는 형광 강도를 기록하고 대응하는 전압을 프로세서(220)로 출력하여 메모리(280)에 저장할 것이다. 그러나, 성장 배지가 존재하지 않는 경우, 성장 배지는 여기되지 않을 것이다. 그럼에도 불구하고, 광원은, 센서(240)가 대응하는 강도를 기록하고 대응하는 전압을 프로세서(220)로 출력하여 메모리(280)에 저장하도록 SCBI(100)의 다른 특징부 및 재료를 여기시킬 수 있다. 센서(240)에 의해 기록된 강도는 적절하게 활성화된 SCBI(100)의 저부에 성장 배지가 존재하는지 여부 또는 광원(230) 및 센서(240)가 정보를 얻을 수 있는 검정 영역의 외부에, 예컨대, 파열되지 않은 앰풀(112) 내에, 성장 배지가 남아 있도록 부적절하게 활성화된 SCBI(100)의 저부에 성장 배지가 존재하지 않는지 여부에 따라 상이할 것이다.

프로세서(220)는 SCBI(100)의 저부에서 성장 배지의 존재를 검출하도록 프로그래밍될 수 있다. 일부 실시예에서, 광 및/또는 형광 강도에 대응하는 임계 값들이 메모리(280)에 저장될 수 있다. 구체적으로, 삽입체(120)의 저부 표면(126)과 하우징(102)의 저부 벽(144) 사이의 SCBI(100)의 저부 내의 액체에 대응하는 광 및/또는 형광 강도가 메모리(280)에 저장될 수 있다. 측정된 강도를 임계 값들과 비교하면, SCBI(100)가 적절하게 활성화되었는지 여부에 관한 결정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는 측정된 강도가 최소 임계 값과 최대 임계 값 사이에 있는지 여부를 결정하도록 프로그래밍될 수 있다. 임계 값들 사이에 있는 강도 측정치는 성장 배지가 SCBI(100)의 저부에 배치되어 있는 것을 그리고 SCBI(100)가 적절하게 활성화된 것을 나타낼 것이다. 최소 임계 값 미만의 강도 측정치는 성장 배지가 SCBI(100)의 저부에 배치되어 있지 않는 것을 나타낼 것인데, 이는 부적절한 활성화로 인해 파열되지 않은 앰풀(112) 내에 성장 배지가 남아 있기 때문일 것이다. 최대 임계 값 초과의 강도 측정치는 BIA(200) 내의 오작동을 나타낼 수 있다. 광원(230)이 370 nm의 파장을 갖는 광을 제공하는 이들 실시예에서, 최소 임계 값은 대략 0.02 μW/㎠일 수 있고 최대 임계 값은 0.10 μW/㎠일 수 있다. 센서(240)가 Hamamatsu에 의한 규소 포토다이오드 S2386-5K인 이들 실시예에서, 이들 최소 값 및 최대 값은 각각 0.47 볼트 및 2.2 볼트로서 센서(240)로부터 출력될 것이다. 일부 실시예에서, 적절한 활성화를 확인하는 데 사용된 강도 측정치는 SCBI(100)가 웰(210) 내로 삽입된 직후에 또는 삽입되고 최대 대략 300초 후에 취해진다. 소정 실시예에서, 강도 측정치는 SCBI(100)가 웰(210) 내로 삽입되고 대략 70초 후에 취해진다. SCBI 활성화는 이러한 방식으로 최대 대략 90% 내지 95% 정확도를 갖고서 결정될 수 있다. 가열 요소(212)에 의해 유지되는 SCBI(100) 내의 온도 및 광원(230)으로부터의 강도의 변동은 더 큰 정확도가 달성되는 것을 방해할 수 있다.

따라서, 확인의 다른 방법 및 형태, 예컨대, 사용자에 의해 수행되는 시각적 확인, 또는 SCBI(100)의 성장 배지 및 다른 구성요소의 켄칭 효과에 기초한 하기 방법에 의해 확인의 이러한 형태를 보완하는 것이 타당하다.

켄칭은 제1 시간에 취해진 제1 형광 강도 측정치와 제2 시간에 취해진 제2 형광 강도 측정치 사이의 차이 또는 비를 계산함으로써 결정될 수 있다. 켄칭 효과는 전형적으로 고체보다는 액체에서 더 뚜렷한데, 이는 액체 내의 분자들이 고체 내의 분자들보다 더 자주 충돌하기 때문이다. 플라스틱 재료, 특히, 폴리카르보네이트 및 사이클로 올레핀을 포함하여, 의료 장치에 통상 사용되는 투명하거나 투광성인 플라스틱 재료는, SCBI(100)에 사용되는 것과 같은, 4-MU를 함유하는 것을 포함하는 유색 성장 배지와 비교하여, 가열로 인해 형광성의 비교적 작은 감소를 나타낸다. 예를 들어, 실온으로부터 50° 내지 60°로 가열되고 약 4분 동안 높은 온도에서 유지된 후에, 플라스틱 재료는 대략 0 내지 5%의 켄칭 효과, 즉, 형광 강도의 감소를 나타내는 반면, 성장 배지는 대략 5% 내지 25%의 켄칭 효과를 나타낸다.

따라서, BIA(200)는 1) 제1 시간에 제1 형광 강도 측정치를 취하기 위하여, 2) SCBI(100)를 가열함으로써 SCBI(100)의 형광성을 켄칭시키기 위하여, 3) 제1 시간에 뒤이어 제2 시간에 제2 형광 강도 측정치를 취하기 위하여, 4) 두 측정치들 사이의 차이 또는 비를 계산함으로써 제1 형광 강도 측정치를 제2 형광 강도 측정치와 비교하여 켄칭의 정도를 결정하기 위하여, 5) 켄칭의 정도가 SCBI(100)의 단지 고체 또는 비액체 구성요소로부터의 켄칭에 대응하는지 또는 추가로 성장 배지로부터의 켄칭에 대응하는지를 결정하기 위하여, 그리고 6) SCBI(100)가 부적절하게 활성화되었는지 여부를 나타내기 위하여 사용될 수 있다.

제1 형광 강도 측정치는 제1 시간에, 즉, SCBI(100)가 웰(210) 내로 삽입되고 대략 0초 내지 대략 100초 후에 취해질 수 있다. 제2 형광 강도 측정치는 제2 시간에, 즉, 제1 시간에서 대략 0초 내지 대략 300초 후에 취해질 수 있다. 소정 실시예에서, 제1 시간은 SCBI(100)가 웰(210) 내로 삽입된 후 대략 70초이고, 제2 시간은 제1 시간 후 대략 210초(또는 SCBI(100)가 웰(210) 내로 삽입된 후 280초)이다.

비교 및 결정 단계들은 프로세서(220)에 의해 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는 제2 측정치와 제1 측정치 사이의 차이를 계산하고 그 차이를 고체 재료 및 성장 배지로부터 켄칭의 정도에 대응하는 메모리(280)에 저장된 임계 값들과 비교할 수 있다. 대안적으로, 프로세서(220)는 제2 측정치와 제1 측정치 사이의 비를 계산하고 그 비를 고체 재료 및 성장 배지로부터 켄칭의 정도에 대응하는 메모리(280)에 저장된 임계 값들과 비교할 수 있다. BIA(200)가 활성화의 두 가지 점검 - 한 가지는 단 하나의 강도 값이 예상되는 최소 임계 값과 최대 임계 값 사이에 있는지 여부를 결정하는 것이고 다른 하나는 2개의 강도 값들이 형광 켄칭의 예상된 정도에 대응하는지 여부를 결정하는 것임 - 을 수행하는 경우, 적절한 활성화는 높은, 적어도 99%만큼 높은, 정확도로 확인될 수 있다.

표시 단계는, SCBI(100)가 적절하게 활성화되었는지 또는 부적절하게 활성화되었는지를 나타내는 메시지가 디스플레이(250) 상에 디스플레이되게 하는 프로세서(220)의 형태를 취할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, SCBI(100)가 부적절하게 활성화된 것으로 결정한 경우, BIA(200)는 알람을 울릴 수 있다.

가열을 겪는 경우에 비액체 구성요소 및 성장 배지가 거치는 켄칭의 정도의 차이를 향상시키기 위하여, 비액체 구성요소 및 성장 배지의 켄칭 특성은 바뀔 수 있다. 구체적으로, 켄칭에 대한 열의 효과는 성장 배지의 경우에 증가될 수 있고 비액체 구성요소의 경우에 감소될 수 있다. 그렇게 함으로써 센서(240)에 의해 취해진 광 강도 측정치로부터의 켄칭 계산결과에 기초하여 비액체 구성요소와 성장 배지 사이의 구별을 용이하게 할 수 있다. 이어서, 이러한 변형예는 SCBI(100)가 적절하게 활성화되었는지에 관한 켄칭 계산결과에 기초한 결정의 신뢰성을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 아닐린, 브로모벤젠, 아크릴아미드, 과산화수소, 이미다졸, 인돌, 또는 석신이미드와 같은 켄쳐가, 예컨대, 블렌딩에 의해, 성장 배지에 첨가될 수 있다. 산소가 또한 켄쳐로서 고려될 수 있다. 성장 배지는 해수면에서 대략 37 mg/L의 산소 함량을 갖는다. 따라서, 산소 함량은 열에 의해 야기되는 성장 배지의 켄칭을 증가시키기 위하여 대략 40 mg/L, 대략 45 mg/L 또는 그 이상으로 증가될 수 있다. 금속 이온이 또한 켄쳐로서 고려될 수 있다. 예시적인 금속 이온 켄쳐는 Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Hg²⁺, Pb²⁺, Ag⁺, Cr³⁺, 및 Fe³⁺를 포함한다.

추가적으로 또는 대안적으로, 성장 배지는 더 높은 pH를 갖도록 변경될 수 있다. 소정 실시예에서, 성장 배지는 대략 7.7 내지 대략 8.7의 pH를 갖는다. 소정 실시예에서, 성장 배지의 pH는 대략 8.2일 수 있다. 그러나, 켄칭 효과는 대체적으로 약 10의 pH에서 최대로 되는데, 이는 그러한 pH에서, 형광 강도가 또한 최대이기 때문이다. 따라서, 성장 배지의 pH는 대략 8.5, 대략 9, 대략 9.5, 및 대략 10으로 증가될 수 있다.

열에 의해 야기되는 SCBI(100)의 비액체 구성요소(예컨대, 하우징(102) 및 삽입체(120))에서의 켄칭의 정도를 감소시키기 위하여, 비액체 구성요소는 낮은 농도의 산화방지제, 예컨대, 사이클로 올레핀, 및 BIA(200)에 의해 수행되는 검정으로부터 UV 광을 흡수할 수 있는 이러한 구성요소에서 달리 발견되는 임의의 다른 UV 흡수 화합물을 갖는 재료로 제조될 수 있다. 비액체 구성요소는 또한 UV 투과성 재료, 예컨대, 석영 또는 저밀도 폴리에틸렌으로 제조될 수 있다.

켄칭 측정치에 기초하여 비액체 구성요소와 성장 배지 사이를 구별하는 것을 돕도록 온도의 더 큰 증가가 또한 활용될 수 있다. 켄칭의 정도가 온도 변화의 함수이기 때문에, 온도의 더 큰 변화는 전형적으로 온도의 더 작은 변화보다 더 큰 켄칭을 야기한다. 그러한 변화가 SCBI(100)의 비액체 구성요소 및 성장 배지의 켄칭에 영향을 미치지만, 온도의 변화는 비액체 구성요소보다 성장 배지의 켄칭에 더 큰 영향을 미친다. 그러므로, 성장 배지와 비액체 구성요소에 대응하는 켄칭 사이의 구별의 더 큰 정확도는 미생물 성장의 평가에 관하여 설계 구속조건에 따른 온도 차이를 최대로 함으로써 달성될 수 있다. 따라서, BIA(200)는 더 큰 켄칭 효과를 SCBI(100)에 부여하기 위하여 SCBI(100)를 60℃ 초과의 온도로 가열하여, 가열에 의해 부여되는 형광 강도의 임의의 차이를 추가로 뚜렷하게 할 수 있다. 유사한 방식으로, BIA(200)는 온도의 궁극적인 변화와 그에 따른 수반하는 켄칭 효과를 증가시키기 위하여 SCBI(100)를 가열하기 전에 이를 냉각시키는 데 사용될 수 있는 냉각 요소를 웰(210) 옆에 포함할 수 있다.

성장 배지에서의 켄칭은 성장 배지 내의 효소에 의해 발생되는 형광 생성물에 기인하는 형광성의 증가에 의해 상쇄될 수 있다. 따라서, 성장 배지 내에서 발생되는 효소의 양은 발생된 효소와 연관된 미생물 성장을 결정하기 위하여 필요한 설계 구속조건에 따라 최소화되어야 한다.

도 4는 전술된 교시 내용들 중 일부에 따라 SCBI(100)와 같은 생물학적 지시계가 적절하게 활성화되었는지 여부를 결정하기 위한 예시적인 방법(300)을 제시하는 흐름도를 도시한다. 이러한 방법은 BIA(200)가 미생물 증식에 의해 야기되는 형광성의 변화에 대하여 SCBI를 모니터링하는 더 큰 방법의 일부로서 (예컨대, 서브루틴으로서) 수행될 수 있다. 전술된 교시 내용들의 각각이 그리고 그들 모두가 이러한 예시적인 방법에 명시적으로 통합되지 않지만, 명시적으로 제시되지 않은 이들 교시 내용이 켄칭 효과에 기초하여 SCBI(100)와 같은 생물학적 지시계의 활성화를 결정하기 위한 방법에 통합될 수 있다는 것을 이해하여야만 한다. 추가로, SCBI(100), BIA(200), 및 그들 구성요소가 이러한 방법을 제공하는 데 언급되지만, 본 방법이 SCBI(100) 이외의 다른 생물학적 지시계 및 BIA(200) 이외의 다른 생물학적 지시계 분석기로 실행될 수 있다는 것을 이해하여야만 한다.

방법(300)은 건강 관리 종사자가 SCBI(100)를 활성화하기 위하여 하우징(102)과 캡(104) 사이에 압축력(146)을 인가하는 단계(310)로 시작한다. 전형적인 사용에서, 단계(310)는 SCBI가 멸균 절차를 거치게 한 후에 일어난다. 성공적인 활성화는 캡(104)이 제1 위치로부터 제2 위치로 이동하게 하여, 그에 의해 앰풀(112)을 파열시키는데, 이는 그 내부에 함유된 성장 배지가 SCBI(100)의 저부로, 즉, 삽입체(120)의 저부 표면(126)과 하우징(102)의 저부 벽(144) 사이로 유동하는 것을 허용한다. 단계(320)에서, 건강 관리 종사자는 SCBI(100)를 BIA(200)의 웰(210) 내로 삽입한다. 단계(330)에서, BIA(200)는 가열 요소(212)를 활성화시킨다. 단계(340)에서, BIA(200)는 광원(230)을 사용하여 SCBI(100)의 저부의 제1 검정을 수행하여 SCBI 및 센서(240)를 여기시켜 제1 광 강도를 측정한다. 단계(340)는 단계(320)에서 대략 0초 내지 대략 100초 후에 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(340)는 단계(330) 전에 일어날 수 있다. 다른 실시예에서, 단계(340)는 단계(330) 후에 일어날 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(340)가 단계(320)에서 대략 70초 후에 수행될 수 있는 반면, 다른 실시예에서, 단계(340)는 단계(330)에서 대략 70초 후에 수행될 수 있다. 단계(350)에서, 센서(240)로부터 제1 전압 값으로서 출력된 측정된 제1 광 강도가 저장 장치(280)에 저장된다. 단계(360)에서, 프로세서(220)는 제1 전압 값(V₁)을 최소 임계치 전압 값(V_min) 및 최대 임계치 전압 값(V_max)과 비교한다. 광원(230)이 370 nm의 파장을 갖는 광을 방출하고 센서(240)가 Hamamatsu에 의해 제조된 규소 포토다이오드 S2386-5K인 이들 실시예에서, 최소 임계치 전압 값은 대략 0.4 내지 대략 0.5 볼트일 수 있다. 예를 들어, 최소 임계치 전압 값은 대략 0.47 볼트일 수 있다. 최대 임계치 전압 값은 대략 2.1 내지 대략 2.3 볼트일 수 있다. 예를 들어, 최대 임계치 전압 값은 대략 2.2 볼트일 수 있다. 제1 전압 값이 최소 임계치 전압 값보다 작거나 최대 임계치 전압 값보다 크면, SCBI(100)가 부적절하게 활성화되었거나 BIA(200)가 오작동되었을 수 있다. 따라서, 단계(370)에서, 본 방법은 중단될 수 있다. 오류 메시지가 디스플레이(250) 상에 디스플레이될 수 있거나, 알람이 울릴 수 있다. 제1 전압 값이 최소 임계 값과 최대 임계 값 사이에 있는 경우, SCBI(100)는 적절하게 활성화되었을 수 있다. SCBI(100)가 적절하게 활성화되었는지 여부를 확인하기 위하여, BIA(200)는 본 방법을 계속한다.

BIA(200)는 단계(380)에서 SCBI(100)의 제2 검정을 수행한다. 단계(380)의 경우, BIA(200)는 광원(230)을 사용하여 SCBI 및 센서(240)를 여기시켜 제2 광 강도를 측정한다. 단계(380)는 단계(340)에서 대략 0초 내지 대략 300초 후에 수행될 수 있다. 예를 들어, 단계(380)는 단계(340)에서 대략 210초 후에 (즉, 가열 요소(212)가 활성화되고 대략 280초 후에) 수행된다. 단계(390)에서, 센서(240)로부터 제2 전압 값(V₂)으로서 출력된 측정된 제2 광 강도가 저장 장치(280)에 저장된다.

단계(400)에서, 프로세서(220)는 켄칭 메트릭을 계산한다. 예를 들어, 켄칭 메트릭은 "켄칭 차이", 즉, 제2 전압 값과 제1 전압 값 사이의 차이일 수 있거나, 이는 "켄칭 비", 즉, 제2 전압 값과 제1 전압 값 사이의 비의 형태를 취할 수 있다. SCBI(100)의 형광성이 켄칭되지 않은 경우, 제2 전압 값은 제1 전압 값과 동일하여야 하거나 또는 그와 대략 동일하여야 한다. 따라서, 켄칭 차이("QD")가 0과 동일하여야 하거나 또는 그와 대략 동일하여야 하고, 켄칭 비("QR")는 1과 동일하여야 하거나 또는 그와 대략 동일하여야 한다. 단계(400)에서 보여주는 바와 같이, 켄칭 메트릭은 켄칭 비이다. 단계(410)에서, 프로세서는 최소 켄칭(예컨대, 켄칭 비가 대략 95% 초과임)이 존재했는지 또는 실질적인 켄칭(예컨대, SCBI(100)가 대략 57℃로 가열되고, 제1 전압 값이 가열 요소(212)가 활성화되고 대략 70초 후에 측정된 제1 광 강도에 대응하고, 제2 전압 값이 가열 요소(212)가 활성화되고 대략 280초 후에 측정된 제2 광 강도에 대응하는 경우, 켄칭 비가 75% 내지 95%임)이 존재했는지를 결정한다. 최소 켄칭은 성장 배지가 가열될 때 켄칭을 거쳐야 하기 때문에 SCBI(100)가 부적절하게 활성화된 것을 나타낸다. 프로세서(220)가 최소 켄칭을 계산하는 경우, 본 방법이 중단되는 단계(420)가 수행된다. 오류 메시지가 디스플레이(250) 상에 디스플레이될 수 있거나, 알람이 울릴 수 있다. 그러나, 프로세서(220)가 실질적인 켄칭을 계산하는 경우, 단계(430)에서 보여주는 바와 같이, BIA(200)는 그의 주 목적에 따라 SCBI(100)에 대한 그의 평가, 즉, 미생물 성장에 기인할 수 있는 성장 배지의 형광성의 추가 변화의 모니터링을 시작한다.

본 명세서에 기술된 예 및/또는 실시예 중 임의의 것이 전술된 것에 더하여 또는 그 대신에 다양한 다른 특징을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 본 명세서에 기술된 교시 내용, 표현, 실시예, 예 등은 서로에 대해 별개로 고려되지 않아야 한다. 본 명세서의 교시 내용이 조합될 수 있는 다양한 적합한 방식은 본 명세서의 교시 내용을 고려하여 당업자에게 용이하게 명백해질 것이다.

본 명세서에 포함된 본 발명의 주제의 예시적인 실시예를 도시하고 기술하였지만, 본 명세서에 기술된 방법 및 시스템의 추가의 개조가 청구범위의 범주로부터 벗어남이 없이 적절한 변경에 의해 달성될 수 있다. 일부 그러한 변경이 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 위에서 논의된 예, 실시예, 기하학적 구조, 재료, 치수, 비, 단계 등은 예시적인 것이다. 따라서, 청구범위는 기재된 설명 및 도면에서 제시된 구조 및 작동의 특정 상세 사항으로 제한되지 않아야 한다.

Claims

액체 성장 배지를 포함하는 앰풀(ampule) 및 비액체 구성요소를 포함하는 생물학적 지시계(biological indicator)를 분석하기 위한 방법으로서, 상기 방법이
상기 앰풀을 파열시키는 단계;
가열 요소, 광원, 및 형광 센서를 갖는 생물학적 지시계 분석기 내로 상기 생물학적 지시계를 위치시키는 단계;
상기 가열 요소를 활성화시키는 단계;
상기 생물학적 지시계의 제1 형광 강도를 측정하는 단계;
상기 생물학적 지시계의 형광 강도를 상기 제1 형광 강도로부터 제2 형광 강도로 켄칭(quenching)시키는 단계;
상기 제2 형광 강도를 측정하는 단계;
상기 제2 형광 강도 및 제1 형광 강도로부터 켄칭 메트릭(metric)을 계산하는 단계;
상기 켄칭 메트릭을 임계값과 비교하는 단계;
상기 켄칭 메트릭을 임계값과 비교하는 단계에 기초하여, 상기 켄칭 메트릭이 상기 액체 성장 배지가 아닌 상기 비액체 구성요소로부터의 켄칭을 나타내는 것으로 결정하는 단계; 및
상기 켄칭 메트릭이 상기 액체 성장 배지가 아닌 상기 비액체 구성요소로부터의 켄칭을 나타내는 것으로 결정하는 단계에 반응하여, 상기 생물학적 지시계 분석기에 의한 형광의 추가 모니터링을 중단시키는 단계를 포함하고,
여기서, 상기 켄칭 메트릭은 켄칭 비 또는 켄칭 차이를 포함하고;
상기 켄칭 비는 상기 제2 형광 강도의 상기 제1 형광 강도에 대한 비를 포함하고 상기 켄칭 메트릭이 상기 액체 성장 배지가 아닌 상기 비액체 구성요소로부터의 켄칭을 나타내는 것으로 결정하는 단계는 상기 켄칭 비가 95% 초과인 것으로 결정하는 단계를 포함하고;
상기 켄칭 차이는 상기 제2 형광 강도와 상기 제1 형광 강도의 차이를 포함하고 상기 켄칭 메트릭이 상기 액체 성장 배지가 아닌 상기 비액체 구성요소로부터의 켄칭을 나타내는 것으로 결정하는 단계는 상기 켄칭 차이를 상기 비액체 구성요소 및 상기 성장 배지로부터의 켄칭의 정도에 대응하는 임계값과 비교하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 생물학적 지시계의 형광 강도를 켄칭시키는 단계는 상기 생물학적 지시계를 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 생물학적 지시계의 형광 강도를 켄칭시키는 단계는 상기 생물학적 지시계의 하우징 및 상기 성장 배지를 22℃ 내지 25℃의 온도로부터 50℃ 내지 60℃의 온도로 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
제2항에 있어서, 상기 생물학적 지시계 분석기 내로 상기 생물학적 지시계를 위치시키는 단계 전에 상기 생물학적 지시계를 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제2항에 있어서, 상기 제1 형광 강도는 상기 가열 요소가 활성화된 후에 측정되고, 상기 제2 형광 강도는 상기 제1 형광 강도가 측정된 후에 측정되는, 방법.
제5항에 있어서, 상기 제1 형광 강도의 값이 최소 임계 값과 최대 임계 값 사이에 있는 것을 확인하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 형광 강도는 상기 생물학적 지시계가 상기 생물학적 지시계 분석기 내에 위치되고 0초 내지 100초 후의 시간에 측정되고, 상기 제2 형광 강도는 제1 시간에서 0초 내지 300초 후의 시간에 측정되는, 방법.
제7항에 있어서, 제1 시간은 상기 생물학적 지시계가 상기 생물학적 지시계 분석기 내에 위치되고 70초 후이고 제2 시간은 제1 시간에서 210초 후인, 방법.
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