电子监测生物指示器的基于非酶的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测试灭菌处理的效力的生物指示器，更具体而言，涉及监测此类生物 指示器的基于非酶的方法，在所述方法中，可以电子方式实施此类监测。
【背景技术】
[0002] 生物指示器（BI)是最重要的指示器种类之一。生物指示器最高程度地确保了处 理器内或所处理的载荷（load)自身满足灭菌条件。这种类型的生物指示器意在通过在指 示器内或在指示器上提供极大量的对所述特定处理具有高度抗性的生物体来代表处理系 统的最坏情形。通常细菌芽孢是选择用于监测灭菌系统的生物体。
[0003] 生物指示器通常由接种到载体材料上的微生物组成。所述微生物通常是细菌芽 孢，已知所述细菌芽孢对待在其中使用它们的特定灭菌介质极具抗性。将载体连同医疗器 械载荷一起置于灭菌循环中。在该循环完成后，孵育生物指示器，并监测其生长情况最多至 7天。生物指示器的生长指示灭菌处理不足以达到完全灭菌，而且该医疗器械载荷在使用 前需要被再处理。生物指示器无生长证实了灭菌器内的条件足以至少杀死载荷到指示器上 的细菌芽孢数目（例如，1〇 6个细菌芽孢），因此，在一定程度上确保了医疗器械载荷是无菌 的。可惜的是，许多医疗器械在使用者获知全孵育的结果之前实际上已被使用。因此，在医 院环境下需要在最短的可能时间内检测活的生物指示器芽孢。
[0004] 历史上，对活生物指示器的检测依赖于可视的检测手段。通过生长培养基中的浊 度来证明可看到/检测到活生物体的生长和增殖。这种浊度可耗费数天以变为可注意到 的。另一种可视的且更为常见的检测手段是采用比色pH指示剂。当活生物体开始代谢并 且耗尽在生长培养基中提供的营养来源诸如糖类时，它们排泄出酸性排泄物。随着这些酸 性排泄物在生长培养基中累积，系统的pH降低，如果存在pH指示剂，则导致生长培养基的 颜色变化。通过这一手段实施的检测通常耗费18-48小时。
[0005] 最近以来，通过向生长培养基添加荧光性酶底物，使用荧光来检测所关注的生物 体产生的酶的活性。这种更新的方法将孵育时间从数天缩短至数小时。但是，缩短孵育时 间超出荧光方法所见的范围的主要局限性是对于包括塑料容器和生长培养基在内的众多 生物指示剂组件自然产生的内在背景荧光。真实的、可检测的信号必须高到足以与这种内 在的天然背景荧光区分开。因此，为增加系统的灵敏度，需要减少背景荧光（噪音）或者转 为使用具有更高灵敏度（信号）的不同技术。
[0006] 因此，在现有技术中，生物指示器依赖于比色或者荧光手段来测定活力。检测受到 产生的信号（不论是比色法还是荧光法产生的）需要高于基本背景水平的限制。这导致 对活生物体的检测时间为数小时到数天，以便使信号累积到足以高于背景水平的可检测水 平。对于医院和患者而言，使生物指示器中活生物体的检测时间为数分钟或者更短时间是 有益的。
【发明内容】
[0007] 允许控制信噪比的这样一种方法是电检测。监测系统电性质的变化是一种监测该 系统内其它变化的灵敏手段。然后，可通过适当的电子电路调控所得的电输出，以提供与产 生它们的试剂成正比的放大的且滤过的信号。
[0008] 本发明提供对生物指示器中活微生物的快速检测，使用基于非酶的电子检测方法 来检测因复杂糖的酶分解而得到的简单糖诸如葡萄糖的累积。本发明的基于非酶的系统包 括在活芽孢中存在的至少一种天然存在的糖苷酶以及被调整适于氧化由活芽孢中的糖苷 酶产生的简单糖（诸如葡萄糖）的电极的组合。对灭菌后芽孢提供的孵育或生长培养基不 含简单糖，而具有复杂糖，诸如二糖或多糖。糖苷酶与添加到生长培养基中的复杂糖反应， 并将其分解为简单糖，包括例如至少一个葡萄糖。然后，将简单糖产物暴露于条带（strip) 上的电极，所述电极被调整适于选择性地氧化葡萄糖，产生电子转移，作为其氧化简单糖的 一部分。电子转移的量与活芽孢所产生的简单糖的量成比例。可以电子方式监测和测量氧 化过程中自由电子的转移。如果电子监测检测到电子转移，这意味着至少一些芽孢是活的， 并在灭菌处理中存活，因此，表明灭菌不是有效的。电极可以是在标准的、现有技术水平下 的血糖监测装置中使用的那些电极，事实上，已知的现有技术水平下的血糖监测装置能够 容易地被调整适用于测定合并培养基中任何葡萄糖或简单糖的存在。因此，本发明允许通 过一种极具特异性的、极为灵敏的方法测定灭菌处理的效力，所述方法能简单地实施，并以 电子方式进行测量。在一个实施方式中，所述系统和方法使用设计用于监测糖尿病患者的 血糖水平的标准的、现有技术水平下的装置。
[0009] 因此，在一个实施方式中，本发明涉及一种灭菌指示器系统，包括：
[0010] 一种或多种微生物的芽孢；
[0011] 瓶（vial)，其包含任选的第一个隔室和第二隔室，所述第二隔室含有生长培养基， 所述生长培养基包含能够被所述一种或多种微生物的萌发芽孢转化为单糖的二糖或多糖 中的一种或多种，所述瓶被调整适于在所述瓶暴露于灭菌剂后合并第二隔室的内容物和芽 孢用于分析；
[0012] 条带（Strip)，其包含两个或更多个电极，所述电极被调整适于氧化单糖并携带因 单糖氧化而产生的电信号，其中，所述两个或更多个电极被调整适于在孵育期间和/或孵 育后提供与合并的第二隔室的内容物和芽孢的接触；以及
[0013] 装置，所述装置连接或可连接至所述两个或更多个电极并被调整适于检测和测量 单糖被所述两个或更多个电极氧化时因电子转移而产生的电信号，
[0014] 其中所述系统在暴露于灭菌剂之前不含单糖。
[0015] 在一个实施方式中，第一隔室是不存在的，芽孢被设置在条带上，并且条带最初与 第二隔室是分开的。
[0016] 在一个实施方式中，第一隔室是存在的，芽孢被设置在条带上，并且条带最初与第 一隔室和第二隔室均是分开的。
[0017] 在一个实施方式中，第一隔室是存在的，芽孢被设置在第一隔室中，并且条带最初 与第一隔室和第二隔室均是分开的。
[0018] 在一个实施方式中，第一隔室是存在的，芽孢被设置在第一隔室中，并且条带最初 位于第一隔室中。
[0019] 在一个实施方式中，第一隔室是存在的，芽孢被设置在条带上，并且条带最初位于 第一隔室中。
[0020] 在一个实施方式中，第一隔室是存在的，芽孢被设置在第一隔室中，并且条带最初 位于第二隔室中。
[0021] 在一个实施方式中，所述单糖是葡萄糖。
[0022] 在一个实施方式中，一种或多种微生物包括嗜热脂肪地芽孢杆菌（Geobacillus stearothermophilus)和萎缩芽抱杆菌（Bacillusatrophaeus)中的一种或两种。
[0023] 在一个实施方式中，所述装置是葡萄糖读数器。
[0024] 在一个实施方式中，所述两个或更多个电极通过无线连接可连接至葡萄糖读数 器。
[0025] 在一个实施方式中，所述二糖是麦芽糖，所述麦芽糖被萌发芽孢产生的或萌发芽 孢中存在的葡糖苷酶转化成葡萄糖。
[0026] 在一个实施方式中，所述至少两个电极包含石墨、石墨烯、碳、碳纳米管、金、铂、 钯、银、镍或铜，或者其任意两种或更多种的组合或合金。
[0027] 因此，本发明提供了一种优雅且简单的解决快速测定灭菌处理的效力的问题的方 案，并且提供了适于此类用途的装置。
【附图说明】
[0028] 本发明可与多种灭菌装置一起使用。附随的附图旨在提供适宜的灭菌装置的示例 性的、非限制性的描述，并展示所公开的方法，用于更好地理解本发明的目的，而不是意图 以任何方式对此进行限制。在随附的附图中，相同的部件和特征可以具有相同的参考标号。
[0029] 图1是适合供本发明的实施方式使用的灭菌指示器的第一实施方式在激活前配 置下的剖面示意图。
[0030] 图2是图1的灭菌指示器在已激活配置下的剖面示意图。
[0031] 图3是类似于图1的适合供本发明的实施方式使用的灭菌指示器的第二种实施方 式在激活前配置下的剖面示意图。
[0032] 图4是适合供本发明的一个实施方式使用的含有三个电极的导电条带的示意性 描述。
[0033] 图5是用于本发明的一个实施方式的测试孵育器/读数器的示意性描述。
[0034] 图6是根据本发明的一个实施方式，在测试孵育器/读数器中，在与插入到生长 培养基中的类似于图4的导电条带一起孵育期间，灭菌指示器的一个实施方式的剖面示意 图。
[0035] 图7是根据本发明的一个实施方式的灭菌指示器系统的示意性描述，所述灭菌指 示器系统具有瓶，其中芽孢位于第一隔室中，孵育培养基和条带位于第二隔室中。
[0036] 图8是根据本发明的一个实施方式的灭菌指示器系统的示意性描述，所述灭菌指 示器系统具有瓶，其中芽孢和条带位于第一隔室中，但是彼此是分开的，孵育培养基位于第 二隔室中。
[0037] 图9是根据本发明的一个实施方式的灭菌指示器系统的示意性描述，所述灭菌指 示器系统具有瓶，其中芽孢位于第一隔室中，孵育培养基位于第二隔室中，并且条带与所述 瓶是分开的。
[0038] 图10是根据本发明的一个实施方式的灭菌指示器系统的示意性描述，所述灭菌 指示器系统具有瓶，其中芽孢位于条带上，条带位于第一隔室中，孵育培养基位于第二隔室 中。
[0039] 图11是根据本发明的一个实施方式的灭菌指示器系统的示意性描述，所述灭菌 指示器系统具有瓶，其中芽孢位于条带上，条带与瓶是分开的，第一隔室中不含任何东西， 孵育培养基位于第二隔室中。
[0040] 图12是用于接收反应电极产生的信号，将该信号转换为数字信号并将其传输至 微控制器中的装置的示意性描述。
[0041] 应当理解，为了简洁清楚的说明，附图中显示的元件不一定是按比例绘制的。例 如，为了清楚，有些元件的尺寸相对于彼此可以被放大。此外，适当时，在所述附图之间可以 重复使用参考标号以指示相应的元件。
[0042] 此外，还应当理解，下文描述的方法步骤和结构可以不形成生产最终可用的灭菌 指示器的完整工