JP2018534095A

JP2018534095A - 物体を滅菌および／または脱免疫化するためのシステムおよび方法

Info

Publication number: JP2018534095A
Application number: JP2018536059A
Authority: JP
Inventors: ケヴィン・ステイド; ジョン・エリクソン; テリーザ・エル・オキーフェ
Original assignee: オンエイティディグリーズシー・テクノロジーズ・コーポレイション
Priority date: 2015-09-24
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2018-11-22
Also published as: IL258075A; CN108430521A; US20190328912A1; WO2017053668A1; EP3352802A1; CA2999908A1; EP3352802A4

Abstract

物体を滅菌および/または脱免疫化するためのシステムが、滅菌および/または脱免疫化されることとなる物体を中に収容するように構成された周囲圧力にある定置チャンバを備える。電磁デバイスが、チャンバに結合され、物体にマイクロ波を送るように構成される。溶剤スプレーサブシステムが、チャンバに結合され、物体が溶剤で完全に被覆および/または飽和されるように物体に溶剤を適用するように構成される。電磁デバイスおよび溶剤スプレーサブシステムに結合されたコントローラサブシステムが、所定の時間量にわたり溶剤スプレーサブシステムを作動させ、所定の時間量にわたり電磁デバイスを作動させ、このサイクルを、物体上のタンパク質を不可逆的に破壊して物体を滅菌および/または脱免疫化するために所定の回数にわたり反復する、というサイクルを提供するように構成される。

Description

関連出願
本願は、米国特許法第119条、第120条、第363条、および第365条、ならびに連邦規則集第1.55条および第1.78条の下において、2015年9月24日に出願された米国特許仮出願第62/232,055号に基づき利益および優先権を主張する。この仮出願は、参照により本願に組み込まれる。

本発明は、物体を滅菌および/または脱免疫化するためのシステムおよび方法に関する。

医学的治療および医学的診断が従来の大型切開プロセスから遠ざかることにより、医用デバイスは、可撓性がより高くなりより複雑なものとなった。可撓性を与えるおよび/または切開をより小さくするために、医用デバイスには、多様なプラスチック等を含む非金属材料がしばしば使用される。さらに、その器具は、関節部および細ルーメンをしばしば備える。

関節部および細ルーメンを有するプラスチックからなる医用デバイスは、従来のオートクレーブ滅菌法の過酷な条件に耐えるに十分な頑丈性をしばしば有さない。その結果、それらの医用デバイスは、再利用のためには強力な洗浄プロセスおよび消毒プロセスによる調製のみが可能となるが、これらのプロセスは、本明細書では感染性タンパク質と定義する感染性因子および/または免疫原性因子をとりわけ含む、不十分な滅菌がなされた医用器具を使用して後に治療がなされる患者に対して感染症および損傷を与え得る胞子形成細菌、栄養細菌、真菌、感染性タンパク質および免疫原性タンパク質、ならびに毒性タンパク質をしばしば後に残す。

これらの感染性因子のいくつかは、医用器具の完全な洗浄および消毒により効果的に除去され得る。他の感染性因子は、医用器具から除去することが極めて困難である。米国疾病管理予防センター(CDC)は、消毒プロセスおよび滅菌プロセスに対する抵抗性に基づき感染性因子および微生物の例をリスト化している。以下の表1を参照されたい。

HIVウイルスなどのいくつかの感染性因子は、医用器具からの除去が容易である。栄養細菌を含む多くは、除去が中程度に困難である。プリオンなどの他の感染性因子は、現代の医用器具を損傷および/または破壊する極めて過酷な条件によってのみ破壊され得る。使用前に医用器具から感染性因子を除去することに失敗すると、患者は損傷および死の極めて高いリスクにさらされ得る。

滅菌は、胞子形成細菌を含む物体からあらゆる形態の感染性因子を完全に破壊または除去する物理的または化学的なプロセスである。かかる胞子により、細菌は、高温および他の過酷な条件に対する耐性を得る。無菌性保証水準(SAL)で測定されるが、無菌性は、絶対条件であり、すなわちアイテムは無菌であるか、または無菌でないかのいずれかである。消毒は、細菌胞子を例外とする用具上の多数のまたは全ての感染性因子を除去するプロセスである。消毒は、絶対的なものではなく、以下の3つの異なるレベルに分類される。1)高レベル消毒:これは、滅菌に必要とされるよりも短い曝露期間にわたり利用される化学滅菌の利用により、多数の細菌胞子を例外とする全ての微生物を殺す。2)中レベル消毒:これは、マイコバクテリア、栄養細菌、殆どのウイルス、および殆どの真菌を殺し得るが、細菌胞子を必ずしも殺さない。3)低レベル消毒:これは、殆どの栄養細菌、一部の真菌、および一部のウイルスを殺し得る。

栄養細菌は、除去が中程度に困難であり得るに過ぎないが、多くの栄養細菌は、洗浄および消毒の後に医用器具を依然として汚染することが分かっている。患者に疾患を引き起こすことに加えて、複数の種が、抗生物質を用いた患者の治療の最中であっても細菌の繁殖および感染性の維持を可能にする遺伝子を備えることが判明している。例としては、とりわけクロストリジウム・ディフィシル(C. diff)、CRE(カルバペネム耐性腸内細菌)、およびMRSA(メチシリン耐性黄色ブドウ球菌)が含まれ、これらは多数の抗生物質に対する耐性を有し、医療環境においては重篤な腸内感染ならびに生死にかかわる血流感染、肺炎、および手術部位感染を引き起こし得る。

プリオン(PrP-プロテアーゼ抵抗性タンパク質)は、新変異型のクロイツフェルト・ヤコブ病を含む多様な疾患を引き起こす伝染性感染性因子の固有のカテゴリーである。プリオンは、タンパク質のみであり、DNAまたはRNAを含まないため、それらの破壊は、滅菌の代わりに不活性化と呼ばれ得る。プリオンは、正常なタンパク質(PrP_C)を開き疾患を引き起こす形態(PrP_SC)へと再び折り畳むことを促進することによって病徴を引き起こす異常に折り畳まれたタンパク質(PrP_SC)である。殆どの感染性因子では、従来の熱的システムおよび熱的方法または蒸気システムおよび蒸気方法は、これらの因子に永続的な非感染性を与えるに十分であった。しかし、かかる従来の熱方法および蒸気方法は、医用器具から感染性プリオンを除去することはできない。

ある特定の再利用可能な医用用具または医用器具に対してどのレベルの滅菌または消毒が適切であるかを判断する場合に、米国疾病管理予防センター(「CDCP」)は、適切な滅菌がなされていない場合の使用によりもたらされる感染リスク度合いにしたがって致命的、半致命的、非致命的のいずれかとして医用用具および医用器具などのアイテムを分類した分類体系を利用する。致命的アイテムは、任意の微生物により汚染された場合に最も高い感染リスクレベルを示す。例としては、組織または血管系に進入する医用用具および医用器具が含まれ、体腔内で使用される外科用具および外科器具、心臓カテーテルおよび尿路カテーテル、インプラント、ならびに超音波プローブが含まれる。医用用具および医用器具は、使用と使用との間で滅菌されなければならない。医用用具および医用器具などの半致命的アイテムは、次に最も高い感染リスクレベルを示すが、これらは肺または消化管の粘膜などの粘膜に接触するアイテムである。半致命的アイテムは、患者間において一般細菌胞子を移送する可能性は一般的に低いが、細菌、マイコバクテリア、およびウイルスなどの他の有機体を移送することが可能となる傾向が高い。半致命的アイテムは、最低限の高レベル消毒を必要とする。腹腔鏡および関節鏡は、理想的に無菌化されるべきであるが、これらは時として患者間において半致命的レベル消毒を受ける。

皮膚には接触するが粘膜には接触しない医用用具および医用器具などの非致命的アイテムは、患者間における感染移送の最も低いリスクを示す。患者ケアで使用される例としては、血圧カフ、差込便器、および松葉づえ等、ならびに他の関連アイテムが含まれる。

例えば参照により本明細書に組み込まれる米国特許第6,900,421号に開示されているような、医用器具を滅菌および/または消毒するために熱、蒸気、水、およびマイクロ波の組合せを使用することが当技術において知られている。この米国特許第6,900,421号は、内圧および真空に耐え、1気圧超の蒸気を発生させ、チャンバ内に蒸気を導入し、この蒸気を除去するまたはこの蒸気を窒素と置換することが可能な封止された第1のチャンバを必要とすることによって加圧されなければならない複雑かつ厄介なシステムを教示している。

マイクロ波放射、熱、および水を使用して材料を加熱、消毒、および滅菌するための別の従来の装置が、米国特許第5,879,643号に開示されており、これもまた参照により本明細書に組み込まれる。その米国特許内で開示されるように、マイクロ波デバイスは、チャンバ内に位置する容器内部で塵芥にマイクロ波エネルギーを照射する。この米国特許第5,879,643号もまた、処理対象の材料を湿らせる加熱された水を用いたスプレーシステムの使用を教示する。この米国特許第5,879,643号の目的は、水を使用することにより、水を過度に加熱してしまう場合のあるマイクロ波の使用の結果として生じ得る火災リスクを解消することである。

現時点において本願の譲受人が所有する米国特許第7,507,369号、米国特許第7,687,045号、および米国特許第7,939,016号は、郵便物を消毒および/または殺菌するための別の複雑かつ厄介なシステムを教示している。それらの米国特許において開示されているように、消毒すべき郵便物が、回転ドラム内に配置され、放射源、マイクロ波、紫外線放射、および化学的除染ユニットにさらされる。

マイクロ波、水、蒸気、および/または熱の中の1つまたは複数を使用する上記で論じた従来のシステムはいずれも、物体を滅菌および/または脱免疫化するための、とりわけ細菌胞子、栄養細菌、ウイルス、真菌、感染性タンパク質または免疫原性タンパク質、および毒性タンパク質を含む、感染性因子および/または免疫原性因子の構成成分であるタンパク質の不可逆的破壊の教示または開示ができていない。

一態様では、物体を滅菌および/または脱免疫化するためのシステムが特徴付けられる。このシステムは、滅菌および/または脱免疫化されることとなる物体を中に収容するように構成された周囲圧力にある定置チャンバを備える。チャンバに結合された電磁デバイスが、物体にマイクロ波を送るように構成される。チャンバに結合された溶剤スプレーサブシステムが、物体が溶剤で完全に被覆および/または飽和されるように物体に溶剤を適用するように構成される。電磁デバイスおよび溶剤スプレーサブシステムに結合されたコントローラサブシステムが、所定の時間量にわたり溶剤スプレーサブシステムを作動させ、所定の時間量にわたり電磁デバイスを作動させ、このサイクルを、物体上のタンパク質を不可逆的に破壊して物体を滅菌および/または脱免疫化するために所定の回数にわたり反復する、というサイクルを提供するように構成される。

一実施形態では、タンパク質は、胞子形成細菌、栄養細菌、ウイルス、真菌、感染性タンパク質または免疫原性タンパク質、および毒性タンパク質を含み得る、感染性因子および/または免疫原性因子の構成成分である。電磁デバイスおよびチャンバは、改良されたマイクロ波オーブンとして構成され得る。電磁デバイスは、所定の周波数範囲でマイクロ波を発生させるように構成され得る。電磁デバイスは、所望の周波数でマイクロ波を発生させるように構成され得る。コントローラサブシステムは、電磁デバイスにより提供される出力量と、マイクロ波出力期間と、デューティサイクルと、マイクロ波を印加するためのモードとを制御するように構成され得る。このモードは、パルス幅変調(PWM)および比例・積分・微分(PID)を含み得る。コントローラサブシステムは、電磁デバイスの電力を約1,000ワットに設定して約2.54GHzの周波数でマイクロ波を提供するように構成され得る。このシステムは、電磁デバイスに結合されたモード撹拌器をさらに備え得る。溶剤スプレーサブシステムは、溶剤を収容するためのリザーバとポンプとを備え得る。コントローラサブシステムは、溶剤スプレーサブシステムが所定の時間量にわたり物体に溶剤を適用するようにポンプを制御するように構成され得る。溶剤は、システムによる破壊を最も被りやすくなるようにタンパク質の変性を助け得る水、イオン性洗剤、および非イオン性洗剤の中の1つまたは複数を含み得る。コントローラは、約2分間にわたり溶剤スプレーサブシステムを作動させ、約4分間にわたり電磁デバイスを作動させ、このサイクルを、12回にわたり反復して物体上のタンパク質を不可逆的に破壊する、というサイクルを提供するように構成され得る。電磁デバイスは、所望の温度を含む所定の温度範囲までチャンバおよび物体を加熱するように所定の時間量にわたり作動され得る。システムは、所望の温度を含む所定の温度範囲までチャンバ内部の環境および物体を加熱するように構成された、チャンバに結合された1つまたは複数の加熱デバイスを備え得る。システムは、チャンバ内部の温度を測定するように構成された複数の温度センサを備え得る。コントローラサブシステムは、所定の時間量にわたり溶剤スプレーサブシステムを作動させ、所定の時間量にわたり1つまたは複数の加熱デバイスを作動させることにより所望の温度を含む所定の温度範囲までチャンバおよび物体を加熱し、所定の時間量にわたり電磁デバイスを作動させ、このサイクルを、物体上のタンパク質を不可逆的に破壊して物体を効果的に滅菌および/または脱免疫化するために所定の回数にわたり反復する、というサイクルを提供するように構成され得る。

別の態様では、物体を滅菌および/または脱免疫化するための方法が特徴付けられる。この方法は、滅菌および/または脱免疫化されることとなる物体を中に収容するように構成された周囲圧力にある定置チャンバを提供するステップと、物体にマイクロ波を送るステップと、物体に溶剤を適用して溶剤で物体を完全に被覆および/または飽和させるステップとを含む。また、この方法は、所定の時間量にわたり溶剤を適用し、所定の時間量にわたり物体にマイクロ波を送り、このサイクルを、物体上のタンパク質を不可逆的に破壊して物体を滅菌および/または脱免疫化するために所定の回数にわたり反復する、というサイクルを提供するステップを含む。

一実施形態では、タンパク質は、胞子形成細菌、栄養細菌、ウイルス、真菌、感染性タンパク質または免疫原性タンパク質、および毒性タンパク質を含む、感染性因子および/または免疫原性因子の構成成分であり得る。溶剤は、約2分間にわたり物体に適用され、マイクロ波は、約4分間にわたり物体に印加され、このサイクルは、12回にわたり反復され得る。マイクロ波は、約2.54GHzの周波数で提供され得る。この方法は、所望の温度を含む所定の温度範囲までチャンバ内部の環境および物体を加熱するステップを含み得る。この方法は、所定の時間量にわたり物体に溶剤を適用し、所定の時間量にわたり熱を印加し、所定の時間量にわたりマイクロ波を印加し、このサイクルを、物体上のタンパク質を不可逆的に破壊して物体を滅菌および/または脱免疫化するように所定の回数にわたり反復する、というサイクルを提供するステップをさらに含み得る。

好ましい一実施形態の以下の説明および添付の図面から、他の目的、特徴、および利点が当業者には想起されよう。

物体を滅菌および/または脱免疫化するためのシステムの一実施形態の主要構成要素を示す概略ブロック図である。改良されたマイクロ波オーブンとして構成された、図1に示すシステムの三次元正面図である。図2に示す改良されたマイクロ波オーブンの内部を示す三次元図である。図1および図2に示すコントローラサブシステムの主要構成要素をさらに詳細に示す概略回路図である。図1および図2に示すコントローラサブシステムの主要構成要素をさらに詳細に示す概略回路図である。図1および図2に示すコントローラサブシステムにより制御される様々なパラメータの一例を示すスクリーンショットを示す図である。物体を滅菌および/または脱免疫化するための方法の一実施形態に関連する主要ステップを示す流れ図である。図1〜図6に示すシステムおよび方法を使用して滅菌および/または脱免疫化されることとなる感染性因子および/または免疫原性因子を上に有するフィルタストリップの一例を示す図である。図1〜図6に示すシステムおよび方法を使用して滅菌および/または脱免疫化されることとなる感染性因子および/または免疫原性因子を上に有するフィルタストリップの一例を示す図である。図1〜図6に示すシステムおよび方法を使用して滅菌および/または脱免疫化された図7Bに示す試料についてのウエスタン解析の一例を示す図である。図1〜図6に示すシステムおよび方法を使用して滅菌および/または脱免疫化されることとなる異なる感染性因子を上に有する別のフィルタストリップの一例を示す図である。滅菌および/または脱免疫化されることとなる物体を中に収容するための、図1〜図3に示すチャンバ内部に配置され得る汚染チャンバの例を示す三次元正面図である。

以下に開示する好ましい実施形態とは別に、本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な様式で実施または実行され得る。したがって、本発明は、その適用において以下の説明の中で示されるまたは図面に示される構成の詳細および構成要素の配置に限定されない点を理解されたい。本明細書内で1つのみの実施形態が説明される場合でも、その特許請求の範囲はその実施形態に限定されるものではない。さらに、その特許請求の範囲は、ある特定の排除、限定、または権利放棄を明示する明白かつ説得力のある証拠が存在しない限りは限定的に読解されるべきではない。

上記の背景技術の章において論じたように、マイクロ波、水、蒸気、および熱の中の1つまたは複数を使用して物体または医用器具を滅菌および/または消毒する従来のシステムおよび方法は、加圧される、適用前に水を加熱する、滅菌または消毒されることとなる材料を中に配置するための容器をチャンバ内部に必要とする、除染および/または滅菌のためにマイクロ波を使用する結果として生じ得る火災を消化するために水を使用する、あるいは回転ドラムに依存する、複雑で厄介なシステムである。かかるシステムは、物体を滅菌および/または脱免疫化するためのタンパク質の不可逆的破壊の教示ができていない。

図1に示すのは、とりわけプリオンおよび同様のタイプの感染性タンパク質を含む感染性タンパク質、ウイルス、胞子形成細菌、栄養細菌、真菌、感染性タンパク質または免疫原性タンパク質、ならびに毒性タンパク質を含む、感染性因子および/または免疫原性因子にさらされており、それらを上に有する物体12を滅菌および/または脱免疫化するためのシステム10の一実施形態である。本明細書で定義されるように、滅菌および/または脱免疫化されることとなる物体12は、医用器具および外科器具、医用デバイス、外科用具、歯科器具、歯科デバイス、および歯科用具、獣医器具、獣医デバイス、および獣医用具、または滅菌および/または脱免疫化を必要とする任意の物体もしくは物を含み得る。システムは、周囲圧力の、ならびに滅菌および/または脱免疫化されることとなる物体12を中に収容するように構成された定置チャンバ14を備える。また、システム10は、医用器具にマイクロ波を送るためにチャンバに結合された電磁デバイスを備える。一例では、電磁デバイスは、4つのマグネトロン16を備えてもよく、これらはそれぞれ図示するようにチャンバ14に結合された導波管18を有する。他の例では、それぞれが関連付けられた導波管18を有する3つ以下または5つ以上のマグネトロン16が存在してもよい。好ましくは、導波管18を有するマグネトロン16により提供されるマイクロ波は、所定のマイクロ波周波数範囲を中心とした波長であり、例えば約900MHz〜約30GHzの間、または所望の周波数を中心としたものである。一例では、マグネトロン16の出力は、導波管18を有する各マグネトロン16が約2.45GHzを中心とする周波数でマイクロ波を発生させるように、例えば所望の出力レベルに設定されるなど制御され得る。他の例では、マグネトロン16の出力は、マイクロ波の周波数が2.45GHz超または2.45GHz未満を中心とし得るように設定され得る。

また、システム10は、物体12が溶剤22により完全に被覆および/または飽和されるように、滅菌および/または脱免疫化されることとなる物体12に対して溶剤22を適用するように構成されたチャンバ14に結合された溶剤スプレーサブシステム20を備える。一例では、溶剤22は周囲温度であってもよい。他の設計では、溶剤22は、所要に応じて滅菌および/または脱免疫化を改善するために加熱されてもまたは冷却されてもよい。一例では、溶剤スプレーサブシステム20は、溶剤22を貯蔵する溶剤リザーバ24と、ライン28により溶剤リザーバ22に結合されたポンプ26とを備える。ポンプ26は、ライン34により溶剤アトマイザ30へと、および/またはライン36により溶剤アトマイザ32へと溶剤22を送達する。また、溶剤スプレーサブシステム20は、滅菌および/または脱免疫化されることとなる物体12に送られる溶剤22を回収する、ライン40によりチャンバ14に結合された廃液リザーバ38を備え得る。溶剤22は、水、イオン性洗剤、および/または非イオン性洗剤、あるいはそれらの組合せであってもよく、例えばドデシル硫酸ナトリウム(SDS、ラウリル硫酸ナトリウムとも呼ばれる)、Tween(ポリソルベート)、Triton X-100(疎水性ポリエチレンオキシド鎖および芳香族炭化水素親油基または芳香族炭化水素疎水基を有する非イオン界面活性剤)、NP-40(ノニルフェノキシポリエトキシルエタノール)、オクチルグルコシド、非界面活性剤スルホベタイン、緩酸および緩塩基、過酸化水素、銅、ニッケル、ヨウ素、亜鉛、銀、金、スズ、および鉛を含む生物静止性元素、抗菌性元素、ならびに抗真菌性元素であり得る。溶剤22がイオン性洗剤または非イオン性洗剤である場合には、溶剤22は、システム10による滅菌および/または脱免疫化をより受けやすくなるように、好ましくは汚染因子または汚染タンパク質の変性を支援する。

また、システム10は、ライン40、42、44、および46により導波管18を有する1つまたは複数のマグネトロン16からなる電磁デバイスに対して、ならびにライン48により溶剤スプレーサブシステム20に対して結合されたコントローラサブシステム40を備える。コントローラサブシステム40は、所定の時間量にわたり溶剤スプレーサブシステム20を作動させ、所定の時間量にわたり電磁デバイスを作動させ、このサイクルを、物体12上のタンパク質を不可逆的に破壊して物体12を効果的に滅菌および/または脱免疫化するために所定の回数にわたり反復する、というサイクルを提供するように構成される。本明細書において、不可逆的に破壊されたタンパク質は、組織、バイオマス、または有機体の中の分離タンパク質および/またはタンパク質であり得る。物体12上のタンパク質は、とりわけ胞子形成細菌、栄養細菌、ウイルス、真菌、感染性タンパク質または免疫原性タンパク質、および毒性タンパク質を含む、感染性因子および/または免疫原性因子の構成成分である。一例では、溶剤スプレーサブシステム20は、溶剤22で物体12を完全に飽和または被覆するために2分間にわたり作動される。この例では、溶剤22は水である。次いで、電磁デバイスが、約2.450GHzの周波数でマイクロ波を提供するために1,000ワットにて4分間にわたり作動される。次いで、このサイクルが、物体12上のタンパク質を完全にかつ不可逆的に破壊して物体12を滅菌および/または脱免疫化するために12回にわたり反復される。一例では、電磁デバイス16により発生されるマイクロ波は、チャンバ内の温度を例えば約20℃〜約140℃などの所定の温度範囲へと、および例えば約100℃などの所望の温度へと上昇させる。他の例では、溶剤が適用される時間量は、2分よりも長いまたは短いものであってもよく、電磁デバイスが作動される時間量は、物体12を効率的に滅菌および/または脱免疫化するために4分よりも長いまたは短いものであってもよい。溶剤スプレーサブシステム20および電磁デバイスを作動させるサイクル数は、12サイクルよりも多くてもまたは少なくてもよく、例えば1サイクル、4サイクル、8サイクル、12サイクル、16サイクル、または物体12を効果的に滅菌および/または脱免疫化するための任意の所望のサイクル数であっ
てもよい。

一例では、システム10は、図示するように改良されたマイクロ波オーブン50として構成され得る。一例では、改良されたマイクロ波オーブン50は、図1に示すように改良されたものであるMicrowave Research & Applications, Inc、Carol Stream、Illinois 60188から市販のマイクロ波オーブンであってもよい。同様のパーツが同様の番号を付されている図2は、好ましくは例えば汎用コンピュータ、ラップトップ、パーソナルコンピュータ、または同様のタイプのコンピューティングデバイスなどのコンピュータサブシステム60を備えるコントローラサブシステム40を有する改良されたマイクロ波オーブン50として構成されたシステム10の三次元図を示す。図3は、改良されたマイクロ波オーブン50の内部を示し、溶剤スプレーサブシステム20(図1)のアトマイザ30および32の例をさらに詳細に示す。

コントローラサブシステム40(図1および図2)は、コントローラサブシステム40の一部であってもよい、1つまたは複数のプロセッサ、ASIC、ファームウェア、ハードウェア、および/またはソフトウェア(ファームウェア、常駐ソフトウェア、およびマイクロコード等を含む)、あるいはハードウェアおよびソフトウェアの両者の組合せを備え得る。図4は、この例では図示するようにマイクロプロセッサ100と、ラップトップコンピュータ60と、温度センサ84(図1)(以降で論じる)、マイクロ波制御部、および湿度センサ102等への関連接続部とを含む、コントローラサブシステム40の主要構成要素をさらに詳細に示す概略回路図を示す。

コンピュータ可読媒体またはメモリの任意の組合せが、コントローラサブシステム40に対して使用されてもよい。コンピュータ可読媒体またはメモリは、コンピュータ可読信号媒体またはコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。コンピュータ可読記憶媒体またはメモリは、電気的、磁気的、光学的、電磁的、赤外線式、または半導体式のシステム、装置、もしくはデバイス、またはそれらの任意の適切な組合せであってもよい。他の例としては、1つまたは複数のワイヤ、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリーメモリ(ROM)、消去可能プログラマブルROM(EPROMもしくはフラッシュメモリ)、光ファイバ、ポータブルコンパクトディスクROM(CD-ROM)、光記憶デバイス、磁気記憶デバイス、または前述のものの任意の適切な組合せを有する電気接続部が含まれ得る。

コントローラサブシステム40の1つまたは複数の実施形態の命令または動作を実現するための1つまたは複数のプログラム用のコンピュータプログラムコードが、Lab View(登録商標)または同様のIDEなどの適切なIDEにおいて実行されてもよく、あるいは例えばC++、Smalltalk、およびJava(登録商標)等のオブジェクト指向プログラム言語、ならびにC言語または同様のプログラミング言語などの従来の手続き型プログラミング言語を含む、1つまたは複数のプログラミング言語の任意の組合せにおいて記述されてもよい。

これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータのプロセッサまたは他のプログラマブルデータ処理装置を介して実行される命令によって、流れ図および/またはブロック図のブロック内に指定された機能/動作を実装するための手段を生成するように、汎用コンピュータのプロセッサ、コントローラ、プロセッサ、またはコントローラサブシステム40の一部として含まれるもしくはコントローラサブシステム40とは別個である同様のデバイスに対して、あるいはマシンを作り出すための他のプログラマブルデータ処理装置に対して提供され得る。

また、コンピュータプログラム命令は、コンピュータ可読媒体内に格納された命令によって、流れ図および/またはブロック図のブロック内に指定された機能/動作を実装する命令を含む製造品を作り出すように、コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置、または他のデバイスにある特定の様式で機能するように命令し得るコンピュータ可読媒体内に格納されてもよい。

また、コンピュータプログラム命令は、一連の動作ステップがコンピュータ、他のプログラマブル装置、または他のデバイス上において実行されて、コンピュータまたは他のプログラマブル装置上で実行される命令によって流れ図および/またはブロック図のブロック内に指定された機能/動作を実装するためのプロセスが提供されるようなコンピュータ実装プロセスを作り出すように、コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置、または他のデバイス上にロードされてもよい。

好ましくは、コントローラサブシステム40は、電磁デバイスの1つまたは複数のマグネトロン16により提供される出力量と、マイクロ波出力期間と、デューティサイクルと、マイクロ波印加モードとを制御する。マイクロ波出力期間およびデューティ時間は、電磁デバイスがオンおよびオフである時間量を決定する。デューティサイクルは、この期間との組合せにおいて機能する。ある期間の間において、マグネトロン16(図1)は、オン時間にわたりオンとなり、次いでオフ時間にわたりオフとなる。これが、システム10およびその方法の滅菌および/または脱免疫化プロセスの期間の間反復される。デューティサイクルは、マイクロ波がオンである時間パーセンテージを特定する。

例えば、図5は、コントローラサブシステム40(図1および図2)のコンピュータサブシステム60(図2)により発生される制御インターフェース画面58の一実施形態を示す。この例では、制御インターフェース画面58(図5)により、ユーザは1つまたは複数のマグネトロン16(図1)に提供される出力を、制御ボタン62を使用して結果的に得られるマイクロ波の周波数を、制御ボタン64を使用してマイクロ波出力期間を、制御ボタン66を使用してデューティサイクルを、および制御ボタン70を使用してモードを設定することが可能となる。一例では、このモードは、パルス幅変調(PWM)または比例・積分・微分(PID)を含み得る。

一例では、所定の時間量にわたり溶剤スプレーサブシステム20(図1)の作動サイクルを提供するために、デューティサイクルは、デューティサイクル制御ボタン164を使用してプログラミングされ(0%〜100%)、出力期間は、出力期間制御部162を使用して例えば60秒などに設定される。モードは、モード制御部166を使用してPWMに設定される。

本発明の一実施形態の物体を滅菌および/または脱免疫化するための方法は、滅菌および/または脱免疫化されることとなる物体を中に収容するように構成された周囲圧力の定置チャンバを提供するステップ200と(図6)、チャンバ内部の物体にマイクロ波を送るステップ202と、滅菌および/または脱免疫化されることとなる物体に溶剤を適用して溶剤で物体を完全に飽和および/または被覆するステップ204とを含む。また、この方法は、所定の時間量にわたり溶剤を適用し、所定の時間量にわたり物体にマイクロ波を送り、このサイクルを、物体上のタンパク質を不可逆的に破壊して物体を滅菌および/または脱免疫化するために所定の回数にわたり反復する、というサイクルを提供するステップ206を含む。

以下の実施例は、本発明を例証するように意図され、本発明を限定するようには意図されない。

(実施例)
タンパク質の破壊
溶剤の蒸発と、例えばマイクロ波などの電磁放射と、チャンバ内部の環境および滅菌および/または脱免疫化されることとなる物体を所望の温度を含む所定の温度範囲にまで加熱するマイクロ波により発生される熱との組合せが、タンパク質を不可逆的に破壊することによって感染性因子および/または免疫原性因子を上に有する物体を効果的に滅菌および/または脱免疫化することを実証するための実験を行った。この実施例では、安定的なPrPタンパク質を実験のために選択した。なぜならば、安定的なPrPタンパク質は、標準的なオートクレーブの利用によっては不可逆的に破壊することができないからである。これらの実験のために、フィルタペーパを例えばストリップ80(図7A)などのストリップへと切断し、それぞれが約1μgの構造的に頑丈なマウスPrPタンパク質を収容し、100%コットンペーパー内に包まれ、外来汚染を回避するために図7Bに示すように定位置にて縫われた試料を生成した。この汚染物質を、処理中の安定性を上昇させるために第2の100%コットンペーパー層内に配置した。これらの試料を上記で論じたようなシステム10およびその方法を用いて、水分飽和およびマイクロ波の種々の適用サイクル数にわたって処理した。処理後に、試料を標準的なウエスタンブロット解析にかけた。このために、試料をローディングバッファ中に懸濁させ、沸騰させることによりこれらのタンパク質を変性し、変性タンパク質ゲル上で泳動させて完全なタンパク質および実質的に完全なタンパク質を小さなポリペプチドおよびアミノ酸から分離した。次いで、これらの試料をナイロン膜に移した。次いで、これらの膜を、具体的にはタンパク質のC末端付近の領域に結合しHRP標識二次抗体を用いて視覚化される一次抗体と共に培養した。このプロセスにより、完全または部分的に完全なタンパク質試料の検出が可能となる。小さなポリペプチドおよびアミノ酸へと不可逆的に分解され、破壊されたタンパク質は、視覚化されないことになる。ウエスタンブロット解析を用いることにより、図1〜図6の中の1つまたは複数を参照として上記で論じたようなシステム10およびその方法の処理サイクルの特定の組合せによって、図8において82で示されるレーン5により示されるようなゲルのタンパク質バンドが存在しないことで示されるように、タンパク質試料が不可逆的かつ完全に破壊されたことを確認することができた。他の処理条件は、非常に頑丈なタンパク質を破壊できなかった。

(実施例2)
追加パラメータ試験
あるセット数の生物学的胞子で含浸された生物学的インジケータストリップを使用して物体12を滅菌および/または脱免疫化する、システム10およびその方法の1つまたは複数の実施形態の能力を判定するための試験を行った。この手技のために、感染性因子を上に有する生物学的インジケータストリップ284(図9)を、例えば286(図3)で示されるチャンバ14(図1および図3)内に配置し、上記で論じたようなシステム10およびその方法を使用した溶剤およびマイクロ波の所定の適用サイクル数にかけた。これらの滅菌サイクル後に、生物学的インジケータストリップ286を、培養基内に配置し、10日間にわたり培養した。この期間中に細菌が増殖した場合には、滅菌は失敗となる。この10日間で細菌が増殖しなかった場合にのみ、滅菌システム10およびその方法はその滅菌能力が認められることになる。

利用される滅菌技術に応じて、3つの胞子形成細菌の中の1つが、滅菌が成功したことの判定のために使用される。蒸気滅菌(オートクレーブ)の能力を評価するために、細菌種G.ステアロサーモフィルス(胞子数10⁴-10⁶)を使用した。ガンマ線放射滅菌については、細菌種B.パミラス(胞子数10⁴-10⁶)を使用した。エチレンオキシド(ETO)滅菌については、細菌種B.アトロファエウス(胞子数10⁴-10⁶)を使用した。B.アトロファエウスは、炭疽菌(病原性B.アンスラシス)の標準的な代替種である。

標準的な生物学的インジケータストリップ284(図9)を使用する実験のために、チャンバ14および物体12の温度を例えば約60℃〜約160℃の間などで変化させた。物体12の飽和および電磁デバイスの出力およびサイクルを、図1〜図6の中の1つまたは複数を参照として上記で論じたように適用した。システム10およびその方法は、G.ステアロサーモフィルスおよびB.パミラスの胞子を約100℃〜約120℃の間で滅菌することができた。システム10およびその方法は、B.アトロファエウスを120℃〜140℃の間で滅菌することができた。

さらなる試験を細菌種B.アトロファエウス(炭疽菌代替物)を使用して行った。この実験のために、挿入される胞子数を10⁴-10⁶から極大数10^-10まで対数的に増加させた。この試験は150℃にて80サイクルで行われた。システム10およびその方法は、全ての胞子を殺すことに成功した。

この結果は、システム10およびその方法が、滅菌および/または脱免疫化される必要のある任意の物体を効率的かつ効果的に滅菌および/または脱免疫化するために、物体上のタンパク質を完全にかつ不可逆的に破壊するというものである。システム10は、滅菌および/または脱免疫化されることとなる物体上に見出され得る、胞子形成細菌、栄養細菌、ウイルス、真菌、感染性タンパク質または免疫原性タンパク質、および毒性タンパク質を含む、感染性因子および/または免疫原性因子の構成成分であるタンパク質を効果的に不可逆的に破壊する。システム10は、使用が容易であり、加圧を必要とせず、チャンバ内部での容器の使用を必要としない。また、システム10およびその方法は、背景技術の章において上記で論じた従来のシステムよりもはるかに複雑でない。システム10により不可逆的に破壊されるタンパク質としては、多様な疾患を引き起こす伝染性感染性因子の固有のカテゴリーであるプリオンが含まれる。

一実施形態では、システム10(図1)は、マグネトロン16および導波管18により発生されるマイクロ波のより均一な分布を提供するために、図示されるように導波管18とチャンバ14との間で結合されたモード撹拌器54を備えてもよい。

また、システム10(図1)は、チャンバ14内部の温度を測定するように構成された、図示するようにライン86、87、88、および89によりコントローラサブシステム40に結合された複数の温度センサ84を備えてもよい。

また一設計では、チャンバ14内部の環境ならびに滅菌および/または脱免疫化されることとなる物体12を例えば20℃〜140℃などの所定の温度範囲、例えば約100℃などにまで加熱するために図1を参照として上記で論じた電磁デバイスを使用する代わりに、システム10は、チャンバ14内部の環境ならびに滅菌および/または脱免疫化されることとなる物体12を所望の温度を含む所定の温度範囲へと加熱するために、図示するようにチャンバ14の壁部に結合された例えばヒータ90、92などの1つまたは複数のヒータを備えてもよい。

一設計では、コントローラサブシステム40は、温度設定点制御部120(図5)、高しきい値制御部122、低しきい値制御部124、高出力制御部126、低出力制御部128、ループ遅延制御部130、出力期間制御部132、デューティサイクル制御部134、およびモード制御部136と、Kp(比例係数)制御部138、Ki(整数係数)制御部140、およびKd(微分係数)制御部142とを備えてもよく、これらの中の1つまたは複数が、チャンバ14内部の環境および物体12を所定の温度範囲または所望の温度にまで加熱するために、ヒータ90、92(図1)により提供される温度パラメータを設定するために使用され得る。

一例では、コントローラサブシステム40は、所定の時間量にわたり溶剤スプレーサブシステム20を作動させ、所定の時間量にわたり加熱デバイス90、92を作動させ、所定の時間量にわたり電磁デバイスを作動させ、このサイクルを、物体12上のタンパク質を不可逆的に破壊して物体12を滅菌および/または脱免疫化するために所定の回数だけ反復する、というサイクルを提供するように構成されてもよい。

一設計では、システム10は、回転はめ歯歯車250(図10)を備えてもよく、これは、好ましくは図1および図3に示すチャンバ14の床部に結合される。またこの設計では、システム10は、はめ歯歯車250に結合された汚染チャンバ252または(汚染チャンバ)254を備える。図示するように、汚染チャンバ252は、滅菌および/または脱免疫化されることとなるより大型の医用器具を収容するように設計され、汚染チャンバ254は、滅菌および/または脱免疫化されることとなるより小型の医用器具を収容するように設計される。

本発明の具体的な特徴が、いくつかの図面において示され、他の図面では示されないが、これは、本発明によれば各特徴が他の特徴のいずれかまたは全てと組み合わされ得るため、もっぱら便宜上の理由によるものである。本明細書において、「含む」、「備える」、「有する」、および「伴う」という語は、幅広くおよび包括的に解釈されるべきであり、いかなる物理的相互連結にも限定されない。さらに、本願にて開示されるいかなる実施形態も、唯一の可能な実施形態として理解されるべきではない。他の実施形態が、当業者には想起され、添付の特許請求の範囲内に含まれる。

さらに、この特許のための本願の手続き中に示されるいかなる補正も、出願時の本願に示されたクレーム要素の権利放棄とはならない。すなわち、当業者があらゆる可能な均等物を文言上包括するクレームを起草することを合理的に期待することは不可能であり、多くの均等物は、補正の時点においては予見不能であり、放棄対象(それが存在する場合)の妥当な理解を超えるものであり、補正の根本的理由は、多くの均等物に対して微塵の関係も有し得ず、および/または補正されるクレーム要素のなんらかの非実質的代替物の記載を本出願人に期待することも不可能であるとする多数の他の理由が存在する。

10 システム
12 物体
14 定置チャンバ
16 マグネトロン
18 導波管
20 溶剤スプレーサブシステム
22 溶剤
24 溶剤リザーバ
26 ポンプ
28 ライン
30 溶剤アトマイザ
32 溶剤アトマイザ
34 ライン
36 ライン
38 廃液リザーバ
40 ライン、コントローラサブシステム
42 ライン
44 ライン
46 ライン
48 ライン
50 マイクロ波オーブン
54 モード撹拌器
58 制御インターフェース画面
60 コンピュータサブシステム
62 制御ボタン
64 制御ボタン
66 制御ボタン
70 制御ボタン
84 温度センサ
86 ライン
87 ライン
88 ライン
89 ライン
90 ヒータ
92 ヒータ
100 マイクロプロセッサ
102 湿度センサ
120 温度設定点制御部
122 高しきい値制御部
124 低しきい値制御部
126 高出力制御部
128 低出力制御部
130 ループ遅延制御部
132 出力期間制御部
134 デューティサイクル制御部
136 モード制御部
138 Kp(比例係数)制御部
140 Ki(整数係数)制御部
142 Kd(微分係数)制御部
162 出力期間制御部
164 サイクル制御ボタン
166 モード制御部
252 汚染チャンバ
254 汚染チャンバ
284 生物学的インジケータストリップ

Claims

物体を滅菌および/または脱免疫化するためのシステムであって、
滅菌および/または脱免疫化されることとなる物体を中に収容するように構成された周囲圧力にある定置チャンバと、
前記物体にマイクロ波を送るように構成された、前記チャンバに結合された電磁デバイスと、
前記物体が溶剤で完全に被覆および/または飽和されるように前記物体に前記溶剤を適用するように構成された、前記チャンバに結合された溶剤スプレーサブシステムと、
所定の時間量にわたり前記溶剤スプレーサブシステムを作動させ、所定の時間量にわたり前記電磁デバイスを作動させ、このサイクルを、前記物体上のタンパク質を不可逆的に破壊して前記物体を滅菌および/または脱免疫化するために所定の回数にわたり反復する、というサイクルを提供するように構成された、前記電磁デバイスおよび前記溶剤スプレーサブシステムに結合されたコントローラサブシステムと
を備える、システム。
前記タンパク質は、胞子形成細菌、栄養細菌、ウイルス、真菌、感染性タンパク質または免疫原性タンパク質、および毒性タンパク質を含む、感染性因子および/または免疫原性因子の構成成分である、請求項1に記載のシステム。
前記電磁デバイスおよび前記チャンバは、改良されたマイクロ波オーブンとして構成される、請求項1に記載のシステム。
前記電磁デバイスは、所定の周波数範囲で前記マイクロ波を発生させるように構成される、請求項1に記載のシステム。
前記電磁デバイスは、所望の周波数で前記マイクロ波を発生させるように構成される、請求項4に記載のシステム。
前記コントローラサブシステムは、前記電磁デバイスにより提供される出力量と、マイクロ波出力期間と、デューティサイクルと、前記マイクロ波を印加するためのモードとを制御するように構成される、請求項1に記載のシステム。
前記モードは、パルス幅変調(PWM)および比例・積分・微分(PID)を含む、請求項6に記載のシステム。
前記コントローラサブシステムは、前記電磁デバイスの電力を約1,000ワットに設定して約2.54GHzの周波数でマイクロ波を提供するように構成される、請求項6に記載のシステム。
前記電磁デバイスに結合されたモード撹拌器をさらに含む、請求項1に記載のシステム。
前記溶剤スプレーサブシステムは、前記溶剤を収容するためのリザーバとポンプとを含む、請求項1に記載のシステム。
前記コントローラサブシステムは、前記溶剤スプレーサブシステムが所定の時間量にわたり前記物体に前記溶剤を適用するように前記ポンプを制御するように構成される、請求項10に記載のシステム。
前記溶剤は、水、イオン性洗剤、および非イオン性洗剤の中の1つまたは複数を含む、請求項1に記載のシステム。
前記コントローラは、約2分間にわたり前記溶剤スプレーサブシステムを作動させ、約4分間にわたり前記電磁デバイスを作動させ、このサイクルを、前記物体上のタンパク質を不可逆的に破壊するために12回にわたり反復する、というサイクルを提供するように構成される、請求項1に記載のシステム。
前記所定の時間量にわたり前記電磁デバイスを作動させることにより、所望の温度を含む所定の温度範囲まで前記チャンバおよび前記物体を加熱する、請求項1に記載のシステム。
所望の温度を含む所定の温度範囲まで前記チャンバ内部の環境および前記物体を加熱するように構成された、前記チャンバに結合された1つまたは複数の加熱デバイスをさらに含む、請求項1に記載のシステム。
前記チャンバ内部の温度を測定するように構成された複数の温度センサをさらに含む、請求項15に記載のシステム。
前記コントローラサブシステムは、所定の時間量にわたり前記溶剤スプレーサブシステムを作動させ、所定の時間量にわたり前記1つまたは複数の加熱デバイスを作動させて所望の温度を含む所定の温度範囲まで前記チャンバおよび前記物体を加熱し、所定の時間量にわたり前記電磁デバイスを作動させ、このサイクルを、前記物体上のタンパク質を不可逆的に破壊して前記物体を効果的に滅菌および/または脱免疫化するために所定の回数にわたり反復する、というサイクルを提供するように構成される、請求項15に記載のシステム。
物体を滅菌および/または脱免疫化するための方法であって、
滅菌および/または脱免疫化されることとなる物体を中に収容するように構成された周囲圧力にある定置チャンバを提供するステップと、
前記物体にマイクロ波を送るステップと、
前記物体に溶剤を適用して前記溶剤で前記物体を完全に被覆および/または飽和させるステップと、
所定の時間量にわたり前記溶剤を適用し、所定の時間量にわたり前記物体に前記マイクロ波を送り、このサイクルを、前記物体上のタンパク質を不可逆的に破壊して前記物体を滅菌および/または脱免疫化するために所定の回数にわたり反復する、というサイクルを提供するステップと
を含む、方法。
前記タンパク質は、胞子形成細菌、栄養細菌、ウイルス、真菌、感染性タンパク質または免疫原性タンパク質、および毒性タンパク質を含む、感染性因子および/または免疫原性因子の構成成分である、請求項18に記載の方法。
前記溶剤は約2分間にわたり前記物体に適用され、前記マイクロ波は約4分間にわたり前記物体に印加され、このサイクルは12回にわたり反復される、請求項18に記載の方法。
前記マイクロ波は、約2.54GHzの周波数で提供される、請求項18に記載の方法。
所望の温度を含む所定の温度範囲まで前記チャンバ内部の環境および前記物体を加熱するステップをさらに含む、請求項18に記載の方法。
所定の時間量にわたり前記物体に前記溶剤を適用し、所定の時間量にわたり熱を印加し、所定の時間量にわたり前記マイクロ波を印加し、このサイクルを、前記物体上のタンパク質を不可逆的に破壊して前記物体を滅菌および/または脱免疫化するように所定の回数にわたり反復する、というサイクルを提供するステップをさらに含む、請求項22に記載の方法。