样品制备装置

本发明涉及一种优选用于无菌和生物负载测试的样品制备装置，例如适用于与制 造过程的控制相关的测试目的或适用于制药、生物技术、食品和饮料行业中的最终产品测 试。

无菌或生物负载测试过程需要一种涉及特定消耗品、硬件和样品制备步骤的样品 制备方法，并且该方法在整个工业中被称为标准化方法。在基于生长的无菌测试中，样品制 备涉及通过在保留微生物的校准膜过滤器上方引入的液体营养介质的直接接触和通过在 预定的温度下保温具有过滤膜和营养介质的容器来促进任何待探测的微生物的生长。营养 介质的浊度变化表明微生物的存在。备选地，可以在膜过滤器上目视地探测微生物。

用于这种无菌和生物负载测试的样品制备的仪器和样品制备步骤包括以下典型 步骤：

1. 预湿

预湿用于利用合适的冲洗缓冲液来浸透膜过滤器的多孔部分，以便于主要在抗生素无 菌测试的情况中避免或降低分子结合至膜过滤器的风险。例如，在欧洲药典(European Pharmacopoeia)5.0,2.6.1无菌(Sterility)中描述了这种过程。

带有缓冲溶液的容器，即瓶子，连接至样品制备装置(过滤容器)，如文件US 4036698 A中所描述的那个，通常带有位于缓冲溶液容器和样品制备装置之间的流体连接 中的蠕动泵，并且泵送缓冲溶液穿过样品制备装置。对于每个测试任务而言，在两个或更多 个样品制备装置中的每一个上重复这个步骤。

2. 样品过滤

该步骤用于将微生物浓缩在样品制备装置中的膜过滤器的表面上。带有样品流体的容 器，即瓶子或注射器，通常经由蠕动泵与样品制备装置连接。这个步骤需要在完美等分的样 品转移并且通过相应的样品制备装置过滤的情况下在两个或更多个样品制备装置中的每 一个上同时进行。

3. 冲洗

该步骤用于冲洗样品制备装置或容器的所有管道、内壁，以确定将所有微生物搜集在 膜过滤器的表面处。在该步骤中，冲洗膜过滤器的多孔部分以便去除任何可延迟或防止潜 在污染物(微生物)的生长进展的抑制剂。该步骤同样需要通常经由蠕动泵使带有冲洗流体 的容器，即瓶子连接至样品制备装置，并且通过装置的体积实现期望的流体流动。该步骤同 样必须在两个或多个样品制备装置上进行。

4. 生长介质添加

该步骤用于将合适体积的营养物(好氧或厌氧)带入膜过滤器上方的样品制备装置的 每个中。营养介质容器连接至样品制备装置，并测量合适的体积，并且在该步骤结束时关闭 样品制备装置。这个步骤通常利用带有好氧介质的样品制备装置进行，然后在带有厌氧介 质的另外的样品制备装置上进行。

5. 保温

在该步骤中，两个或更多个样品制备装置或容器为了最佳的生长进展在特定的保温条 件下保温。该保温对于带有好氧和厌氧介质的样品制备装置或容器而言是分开进行的。

6. 读取

通过定期读取，或通过肉眼或通过自动光学检查技术来探测过滤器膜上或流体中的细 丝上的菌落的浊度变化或局部进展，以在预定的保温条件期间复查和探测微生物生长。

7. 鉴定

在样品的正探测(positive detection)的情况下，使用注射器等从样品制备装置或容 器提取液体，并随后进行进一步的分析。

为了在对需要厌氧保温的厌氧介质进行样品测试的情况中从装置中去除氧气，已 知向样品制备装置添加还原剂以去除可能干扰厌氧微生物的生长的分子氧(O2)，因为它与 氧反应并将其还原成水。为此目的已知各种还原剂，并且其包括例如巯基乙酸盐，其与溶解 的O2结合以损耗介质中的O2；氧化酶，其为可放入介质中的细菌呼吸酶，并且其通过形成H2O 将O2与H+结合以去除O2，碳酸氢钠和硼氢化钠；其与少量水混合以产生CO2和H+；或者暴露于 腔室中的钯催化剂，其与腔室中的O2以及H+结合，以去除O2。

腔室中氧气的存在可通过额外提供取决于装置或腔室的体积中的氧的量来改变 颜的厌氧指示器来测试。

上述步骤通常用于无菌测试，并且已经为该过程开发了多种样品制备装置。

例如，文件WO 2013/070730 A2公开了用于无菌测试的样品制备或细胞培养装置。 该装置具有壳体，其包括具有在光学上清晰的窗口的盖子；流体分配通道；流体地连接至流 体分配通道的样品注射端口；基底，其包括过滤器膜放置于上的多孔介质垫；以及位于流体 地连接至介质垫的基底的底部的介质注射端口。盖子配合基底以形成用于第一腔室的无菌 密封件，并且分配通道配置在介质垫上方。穿过盖子中的样品注射端口引入到流体分配通 道中的样品流体均匀地分配至介质垫。壳体配备有分开的被密封的隔室，其包括足以使装 置的内部成厌氧的氧清除器，并且装置具有用于氧清除器的致动器，其由盖子的过度旋转 致使突出刺穿清除剂上的密封件或者通过拉片穿过位于外部的隔膜进入并破坏密封件来 致动。该装置还可包括内部氧含量的指示器。该装置的入口和出口端部优选是自密封的，并 且盖子和膜之间的体积可以是可加压的，以防止过量的介质聚集在垫的顶部或穿过膜泄 漏。

本发明目的是提供一种样品制备装置，优选用于无菌测试，其在进行过程的步骤 的效率和准确性方面、特别是在厌氧条件下建立和监测保温方面被进一步改进。

为了实现该目的，本发明提供了如权利要求1中所限定的样品制备装置，以及如权 利要求16中所限定的样品制备组。样品制备装置的优选的实施方案在从属权利要求中限 定。

例如使用在无菌测试过程中的样品制备装置，其包括第一腔室，第一腔室包括膜 支撑件，在其上放置了或可以放置膜；到第一腔室的入口和来自第一腔室的出口；至少一个 第二腔室，其配备有或适于配备有厌氧发生工具和/或厌氧探测指示器，其中，该至少一个 第二腔室通过连通路径连接至第一腔室，其中，该连通路径由在分接头装置的第一位置中 的分接头装置液密地关闭并且适于在如下情况中打开以允许在第一腔室和至少一个第二 腔室之间的流体连通，即，分接头装置移动至分接头装置的第二位置。

本发明的样品制备装置是关闭的系统，其包括所有在如以上描述的在通用过程中 允许的结构要求，即，待测试的样品的过滤/冲洗，以及样品的厌氧微生物的生长，其在膜上 的过滤器浓缩之后，通过以用户友好、简单和直观的操作容纳了膜的腔室中产生O2消耗，并 且在关闭的单元中没有外部污染的风险并无需用于厌氧发生物质的额外的入口和/或出口 通道。

优选地，分接头装置布置为在第一和第二位置中平移和/或旋转。

优选地，密封组件提供在分接头装置和连通路径之间。

优选地，密封组件布置成，当分接头装置在第一位置中时，密封组件在第一腔室中 承受至少3巴的压力，优选至少5巴。

优选地，密封组件包括配合的锥形密封表面。

优选地，分接头装置包括可移动地容纳在插座中的柄部段，和用户可从外部进入 的操作部件以允许引入实现移动所需的力。

优选地，操作部件包括优选为折板形式的杠杆，其布置成由用户操作，并且柄部段 布置成在插座中被引导以在操作杠杆的情况下进行组合的平移-旋转移动。

优选地，优选充当至第一腔室的入口的流体通道延伸穿过柄部段，并在外部端口 处具有开口。

优选地，密封组件布置在柄部段和插座之间。

优选地，密封组件的配合的锥形密封表面分别在柄部段和插座上形成。

优选地，密封组件包括优选由橡胶制成的另外的密封装置，其提供在将至少一个 第二腔室与第一腔室连接的连通路径的上游的柄部段和插座之间。

优选地，连通路径至第一腔室的连接布置成使得其在样品制备装置的至少一个取 向上与样品制备装置的旋转中心间隔开，并且在所述至少一个取向上向从第一腔室进入到 连通路径(8)中并且进一步进入至少一个第二腔室的流体提供连续的平滑的过渡。

优选地，第一和/或至少一个第二腔室的壁是至少部分透明的，以允许目视检查相 应的腔室的内部空间。

优选地，至少一个第二腔室中的至少一个配备有以适于产生化学反应的物质的形 式的发生工具，优选地抗坏血酸和活性炭的组合，或配备有适于进行物理反应的工具，优选 地配备有布置成用于在施加电流时产生热的碳层的电阻材料。

优选地，至少一个第二腔室中的至少一个配备有以适于产生化学比反应的物质 的形式或以适于发生并供应电信号到装置外部的传感器的形式的厌氧探测指示器。

尽管在样品制备装置在无菌测试过程中的使用方面描述了本发明，但该装置在更 通常意义上对于其中将在厌氧条件下以可预测的、可靠、安全、无菌和可重复的方式处理某 些以体积提供的物质的过程而言是有用的。

本发明的样品制备装置与现有的样品制备程序是兼容的，包括高压过滤和流体供 应，其使用蠕动泵或与连接至入口的加压箱的直接连接；以及真空过滤，其使用真空歧管或 连接至装置的出口的液体泵。

制备用于无菌测试的样品的方法包括：提供至少一种根据本发明的并且包括在第 一腔室中的膜的样品制备装置；将膜预湿；通过膜过滤样品；可选地冲洗膜；传输营养介质， 由此将营养介质带到与膜接触；在通过操作分接头装置来选择的特定的保温条件中保温样 品制备装置，并允许在第一腔室和包括厌氧发生工具的第二腔室之间的流体连通；并在针 对微生物的存在性检查膜之前，样品制备装置可翻转，并且可对该装置施加离心法(有或没 有施加热)以迫使存在于第一腔室中的液体或雾滴穿过连通路径进入到一个或另一个第二 腔室中，并在需要时湿润放置在其中的指示器物质或装置。在由于来自过滤的湿度，而且还 来自在厌氧环境发生期间的化学反应导致的装置内的高浓缩水平的情况中，这可以是特别 有利的。例如，在第二腔室中产生的增加的湿度可以增强厌氧探测传感器的环境中的量热 反应，以实现更高的灵敏度和颜对比度。

现在将基于使用附图的许多优选实施方案来描述本发明。其中：

图1A至1D示出了本发明的样品制备装置在使用过程的各个阶段中的示意图，以解释结 构和功能原理；

图2示出了使用图1所示的原理的样品制备装置的优选实施方案的横截面透视图；

图3A至3C示出了图2的样品制备装置中的分接头装置在操作中的横截面透视图中的细 节；

图4以透视图示出了类似于图2的实施方案的样品制备装置的另一实施方案；

图5示出了图2的样品制备装置中的分接头装置的和第二腔室的横截面透视图的中的 细节；

图6示出了图2的样品制备装置的一种改进方案，其中移除覆盖部并带有两个第二腔 室；

图7示出了使用本发明的样品制备装置的样品制备方法的典型步骤的顺序。

现在接下来将参考装置的示意性原理和原理的各种具体实施方案来描述本发明 的样品制备装置和使用样品制备装置制备用于无菌测试的样品的方法。

图1A至1D以示意图示出了在使用过程的各个阶段中的样品制备装置1连同其基本 结构元件。

本发明的样品制备装置1包括第一腔室2，其包括膜支撑件30，在其上放置了或可 放置膜9，至第一腔室2的入口20和来自第一腔室2的出口21(在图1A至D中未示出，但在图2 和4中示出)。该装置具有至少一个第二腔室3，其配备有或适于配备有厌氧发生工具23和/ 或厌氧探测指示器(稍后将描述)，其中，一个或多个第二腔室3通过连通路径8连接至第一 腔室2。

第一腔室2或主空腔可以是简单的柱形体积，其易于冲洗并且没有警告(caveat) 或凹陷或其它可以形成未完全冲洗的盲管段(dead leg)的突起。第二腔室3可以成形成在 外周缘处或与其同心的围绕第一腔室一个或多个腔室，优选略微升高到第一腔室2的顶壁 25的水平面之上。为了在测试过程期间和之后的各种检查目的，第一腔室2的和/或至少一 个第二腔室3的壁是至少部分地或完全透明的，以允许目视检查相应的腔室2,3的内部空 间，且尤其读取和探测在膜9上的微生物生长。在图2的实施方案中，与膜9相对的第一腔室 的顶部凹壁25以及一个或多个第二腔室3的另外的覆盖部26可以是透明的。这些覆盖部25, 26可固定地附接至壳体的其余部分或与其成整体，或者可以是可移除的。它们也可由透明 材料整体地形成，并与壳体本体连接，壳体本体限定第一和第二腔室以及稍后由非透明的 或不透明的塑料材料描述的其它功能特征。

本发明的装置具有分接头装置4，其成形成使得在第一和一个或多个第二腔室2,3 之间的连通路径8当分接头装置4处于第一位置A(其为关闭的或“过滤/冲洗位置”)中时可 被液密地关闭，并且在如下情况中打开以允许第一腔室2和一个或多个第二腔室3之间的流 体连通，即，分接头装置4移动至第二位置B(其为打开的或“保温”位置)。分接头装置4的在 两个位置之间的移动可通过阻挡原件的平移的或旋转的移动或通过两种类型的移动的组 合。

密封组件15提供在分接头装置4和连通路径8之间，其优选地布置成当分接头装置 4处于第一位置A中时，该密封组件承受在第一腔室2中至少3巴、优选地至少5巴的压力。这 允许在升高的压力下过滤/冲洗第一腔室及其膜，以避免或降低在通道或盲管段中堵塞微 生物的风险，同时避免或降低流体进入和在第二腔室3中湿润厌氧发生材料的风险，即第二 腔室3在过滤期间甚至在加压条件下可以是不透水的。

为了承受第一腔室2中增加的压力水平，密封组件15优选地包括在连接路径8中的 密封元件的接口处的配合的锥形密封表面15a,15b。在其中，在接口处的配合的锥形密封表 面15a,15b以足够的精度形成，密封件将能够在不需要在接口处提供如橡胶等另外的专用 密封材料的情况下承受压力。配合的锥形表面的轴向长度是在它必须承受的额定压力的基 础上来确定的。而且，这些表面的材料也对可产生的摩擦阻力有影响。

在各种附图中所示的优选的实施方案中，分接头装置4包括柄部段10，其可移动地 容纳在形成于装置的壳体中的插座11中，和用户可从外部进入的操作部件12以允许引入实 现柄部段10相对于插座11的移动所需的力，即克服在配合的锥形密封表面处的摩擦力。例 如在图2,4和5中所示，操作部件12可包括优选以折板或凸耳形式的杠杆，其布置成由用户 的拇指操作，并且柄部段10布置成在插座11中被引导以在操作杠杆的情况下进行组合的平 移-旋转移动。用于产生这种移动的典型的工具在图4和5中示出，其并且包括在杠杆上的倾 斜的凹槽或凸轮和固定至柄部段10的销钉，销钉跨在凹槽中或沿着凸轮，使得随着杠杆的 操作，凹槽或凸轮的转动(防止其本身轴向移动)迫使销钉和连同其的柄部段进行由凹槽/ 凸轮的倾斜所限定的轴向移动。凹槽/凸轮的元件和销钉当然可在柄和杠杆之间交换。

在所示的布置方案中，密封组件15的密封表面15b在柄部段10的前端部部分处(图 2和3A中的左侧)的外周上形成，并且配合的锥形密封表面15a在插座11处，即在将第一腔室 和第二腔室分开的壁的直到第二腔室的入口的壁部段处。就简化而言，该装置的尤其的优 势在充当或形成至第一腔室2的入口20的一部分的流体通道16延伸穿过柄部段10并在外部 端口13处具有开口的情况下实现。以该方式，预湿(如果需要)、样品引入和冲洗可以通过相 同的通道实现。端口13可以一种允许紧密地插入到样品测试装备的管、软管或导管中的形 式来提供。它也可布置成与通用连接件协作。

如图3A,3B和3C中所示，密封组件15可包括另外的密封装置22，其优选由橡胶制成 并且以一个或多个O-环的形式或以汽封的形式，其提供在将至少一个第二腔室3与第一腔 室2连接的连通路径8的上游的柄部段10和插座11之间。在该位置处，另外的密封装置22不 必在分接头装置4的关闭位置中承受任何压力(因为上游的锥形的密封表面产生存在于第 一腔室中的压力的足够的密封)，并且在分接头装置4的发生厌氧保温的打开位置B中仅承 受相对较小的压力差。因此其主要目的是保护第二腔室和连通路径8不受在分接头装置4的 两个位置中的外部污染。

如例如在图2和3A以及1D中所示，连通路径8至第一腔室1的连接或过渡部14布置 成使得其在离心机中在样品制备装置1的至少一个取向上(在图1D中从上向下)与样品制备 装置1的(虚构的)旋转中心间隔开，并且使得其向从第一腔室2进入到连通路径8中并且进 一步沿着锥形的密封表面15a进入到至少一个第二腔室3的入口中的流体提供连续的平滑 过渡，在装置的这样的取向上，该入口在与液滴所处的表面相同的水平面处或其以下。在附 图所示的实施方案中，第一腔室2的覆盖部25的内表面与连通路径8齐平。因此，如果对装置 施加离心(有或没有施加热)，这将迫使存在于第一腔室中的液体或雾滴前往第一腔室的外 周并且进入且穿过连通路径8进入一个或多个第二腔室，在其中其可湿润指示器物质或放 置在其中的传感器装置。一个或多个第二腔室中的至少一个优选地配备有(预填充有或尺 寸设计成用于之后容纳其)发生工具，其以适于产生化学反应以产生用于样本保温的特定 气氛的物质的形式，例如抗坏血酸和活性炭的组合，或者带有适于进行物理反应的工具，优 选地带有布置成在施加电流时产生热的碳层的电阻材料。

还可以使用其它适于产生期望的气氛的物质，优选在第一腔室中的厌氧气氛。这 种厌氧发生物质本身是已知的，并且它们可包装在袋子或小袋中或作为松散的物质提供在 腔室中。该物质通过暴露于空气来变得活化，并且该物质迅速降低相应体积内的氧浓度。同 时，无机碳酸盐产生二氧化碳，并且这产生一种气氛，该气氛适用于通过在第二腔室的体积 内使用相应类型的气体发生物质来支持厌氧、微嗜气性或嗜二氧化碳菌的初步分离和培 养。如图3C中所示，当分接头装置4通过移动至第二位置B而打开连通路径8时，致使暴露于 空气并且使物质活化。

此外，至少一个第二腔室3中的至少一个可配备有厌氧探测指示器，其以适于产生 化学比反应(可逆或不可逆)的物质的形式或以适于发生并供应电信号到装置外部的传 感器的形式。在图4中，从装置的底侧突出的电触点24a,b作为用于这种传感器组件的接触 工具的示例而示出。可应用其它接触工具，即以用于电连接的标准小型化插头和插座的形 式，或者甚至是用于将信号从第二腔室传送到外部的无线解决方案。

如果需要电力或电流来操作任何上述装置，则可通过标准电连接件，即与用于信 号输出的引线一起或通过感应将电力或电流供应到装置中。

厌氧探测指示器和厌氧发生工具可提供在相同的第二腔室中或可提供在两个不 同的第二腔室3a,3b中，其布置成，当分接头装置在第二位置中时(见图5)时，两个不同的第 二腔室通过连通路径8同时与第一腔室连通。至腔室的入口可以是不同的，使得液滴在如上 所述的离心期间仅进入需要用于探测目的额外湿度的腔室中的一个中。

第二腔室还可容纳其它物质，如生长或营养介质。

在上述无菌测试过程中，图4和7的样品制备装置的使用包括，当分接头装置4在如 图1A和3B中所示的第一(或关闭的)起始位置A中时，通过入口16,20和出口21将膜支撑件30 上的膜9的预湿。在第二步骤中，样品流体通过相同的入口16,20出口21传输至第一腔室2以 用于过滤样品以在膜9的表面上将微生物浓缩。

此后，如现有技术中那样，当分接头4保持在起始位置中时，通过入口16,20和出口 21进行冲洗步骤。

继之，进行添加生长或营养介质的步骤，并且为此目的该装置可翻转，使得通过出 口21引入营养介质(见图7)。然后，如果需要样品测试，则进行厌氧气氛的发生，因为分接头 装置4主动移动至如图1B和3C中所示的第二(或打开)位置B。该移动打开了连通路径8并允 许在第二腔室3和第一腔室2之间通过连通路径8的流体交换。在将充当保温腔室的第一腔 室和第二腔室中的厌氧发生物质之间建立的连通使物质活化以产生用于样本保温的特定 的气氛。打开的连通路径8允许特定的气氛延伸到第一腔室2或保温腔室中并与膜9上的样 本接触。

第一腔室2中的膜9可以由提供在壳体的底壁的上表面上的网状结构(未示出)支 撑，以限制膜变形并避免局部应力，所述膜变形和局部的应力可损坏膜并允许过滤的样品 排出至出口21(出口端口)。如果需要，可由插头关闭出口21，或者其可配备有阀(未示出)。

随后，样品制备装置可以经受进一步处理，该处理包括根据在不同温度环境中的 好氧或厌氧生长的装置的保温，以及典型的读取和/或鉴定步骤。

尽管该装置以至/来自第一腔室2的单个入口20和单个出口21描述和示出，但是如 果需要，其可任选地配备有适于连接至外部管道的额外的入口或端口。

尽管第一腔室2的覆盖部25示出为壳体的整体部分，但是其可以盖子的形式固定 地或可移除地附接。如上述的覆盖部或盖子优选为透明的以允许或通过肉眼或通过使用光 学自动探测装置来检查第一腔室的膜或保温体积。如果覆盖部25成形成可去除的盖子，将 允许通过充当入口的第一腔室的打开的顶部向装置的第一腔室添加冲洗和/或样品流体。

尽管在附图中未示出，但实施方案的样品制备装置可以这样的方式形成，即第一 和第二腔室不是如图6中那样同心地布置，而是横向地布置但仍整体地连接在装置中。第二 腔室可以与第一腔室集成，但还可与其可移除地相连接。这允许样品制备装置的简单且模 块化制造，因为包括期望的营养介质或厌氧发生物质的第二腔室选择性地附接至第一腔 室。该概念减少了生产用于不同测试应用的样品制备装置所需的构件数量。第一腔室的和 第二腔室的连接需要建立第二腔室的入口与适于由分接头装置打开/或关闭的连通路径的 连通。

尽管在附图中未示出，但样品制备装置可包括为样品制备组的一部分，其包括在 各种图中所示类型的两个样品制备装置和设计成连接样品制备装置的入口与用于将流体 精确地等分分配至样品制备装置的通用的通气针头或取样端口的管组。组中的两个样品制 备装置包括用于厌氧条件且因此在第二腔室中包括厌氧发生物质的一个样本制备装置，而 另一个样品制备装置用于好氧条件且因此不需要包括厌氧发生物质(它当然可与另一个相 同但以不能操作分接头装置的措施来提供)。管组可以设计成用于相应的应用，并且取决于 需要，可以有两个以上样品制备装置。样品制备装置可在第二腔室中装载相同的或不同的 营养介质/厌氧发生物质。插入入口16,30(优选在端口13处)和出口21所需的任何帽还预布 置在该组的包装中。包括管道、夹子、针头等的测试仪器的另外的功能元件可包括在该组 中。整个包装可在灭菌的泡罩中以避免预灭菌的内容物的污染。

可如结合现有技术所描述的那样，通过使用在入口处的外部泵如蠕动泵、加压箱 或注射器或在出口处的真空装置来进行组的使用和通过入口端口并且从出口端口出来的 冲洗或样品流体的引入。还可如现有技术中的那样进行保温，并且环境取决于待探测的胚 或细菌，因为它们具有不同的且特定的生长条件。同样，在样品制备装置中提供的生长或营 养介质对于一组待探测的胚或细菌的组以及对环境条件和保温温度条件来说是特定的。因 为一些微生物需要好氧环境而其它的需要厌氧条件来生长，提供了两种不同的样品制备装 置，一个具有厌氧发生粉末或提供在第二腔室的第三体积中的小袋，而一个不具有这种物 质，例如具有含有带有氧气的大气气体的空的第三体积。

本发明的样品制备装置与包括泵、加压箱或用于进行冲洗和样品过滤的预备步骤 的真空系统的实验室仪器兼容。它还兼容于当前的保温和鉴定方案。最后，样品制备装置有 助于处理废物，因为他减少了在整个无菌测试过程中使用的分开的和独立的容器的数量。