检测微生物的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术描述了检测培养容器中微生物的方法和装置。该容器包括具有多个道孔的阻隔物以将样品分成多个小份样品。每个小份样品具有其自己的上头空间和传感器。小份样品的空间排列由ＣＣＤ摄像机读出，并分成小份样品以产生导致检测时间显著降低的空间排列。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及降低血培养物中生物活性及体液中分枝杆菌的检测时间(TTD)的方法和设备。通常可使用血液培养小管来测定病人体液，尤其是血液中生物活性物质(如细菌)的存在。将少量血液穿过密闭的橡皮隔片注射进含有培养基的无菌小管中，然后在37℃下温育小管并监测微生物的生长。用于检测微生物存在的技术之一包括视觉检查法。通常，视觉检查法包括监测血液和培养基的液体悬浮液的浊度或最终颜色变化。已知的仪器法测定培养瓶中细菌生长的代谢副产物二氧化碳含量的变化。可通过本领域中成熟的方法，如放射化学法或在二氧化碳光谱线处的红外光吸收法来完成二氧化碳含量的监测。直至现在，这些方法仍需要侵入性的步骤，它们可导致熟知的不同小管间交叉污染的问题。也有人建议在密闭的容器中通过监测正和/或负压力的变化来检测微生物的生长。最近，已开发出涉及安放在小管内部之化学传感器的非侵入性方法。这些传感器通过改变其颜色或改变其荧光强度来对二氧化碳浓度的变化作出反应。在已知的自动化的非侵入性血液培养系统中，各个小管的邻近处放置了单个光源、光谱激发/发射滤光片和光检测器，这导致一个小管与一个小管之间位置敏感性的差异。光源，滤光片和光检测器的老化效应还可引发其它的问题。大多数已知的血液培养传感器所测得的细菌生长期间的光电流仅产生中等程度的对比率，由于这一事实的存在，就需要以广泛而耗时的校准步骤和复杂的检测规则来操作这些系统。另外，还需要柔韧的电缆将单个光源和检测器与仪器的其它部件连接起来。由于每个仪器有大量光源，一般为240个或更多，则当单个光源开始报废时，维修将变得非常不方便而且很昂贵。通过使用改变其持续时间的荧光传感器可克服以强度为基础的传感器配置所带来的不利。在这种情况下，强度的测量被时间参数的测量所取代，强度的变化不会对传感器输出信号再产生影响。已知很多化学传感器材料可以随氧气浓度、PH、二氧化碳浓度或其它化学参数的变化而改变它们的荧光持续时间。通常可利用熟知的相移法来监测传感器荧光持续时间的变化，在此方法中，激发光的强度是被调制的，这就产生了相对于激发相而言发生了相移的强度被调制的荧光发射。根据等式，相移角θ取决于荧光持续时间τtanθ＝ωτ (1)其中ω＝2πf是光调制角频率(circular light modulation frequ-ency)。从等式(1)可看出在ωτ＝1的条件下，相移法可允许有最大分辨率，dθ/dτ。不幸的是，几乎所有已知的pH或二氧化碳敏感性荧光团衰变时间的范围为5ns至500ps，换句话说，需要光调制频率f＝1/2πτ的范围为32MHz至320MHz。可以以如此高的频率来完成光强度的调制，但是它需要仅与激光器联合才有效的声光或电光调制器。而且，检测经调制的荧光需要高速、高敏感性的光检测器，如相当昂贵的微电路板光倍增器。结果，所有商用自动化血液培养系统都以强度监测为基础，它们中无一利用分辨时间的荧光二氧化碳传感器。即使可以以较低费用来操作以荧光持续时间为基础的传感器，所有与样品相关的人为现象却保留下来，尤其是不得不提到所谓的“血液背景效应”，由于血液自身的新陈代谢作用，其荧光强度和/或持续时间连续但不可预料地发生变化。由于血液背景效应随供体、生长培养基、血液量和其它因素的变化而变化，因此很难或不可能区分与血液相关的和与微生物相关的荧光变化。结果，检测规则系统不得不“加强”，以致检测时间相对较长。本专利技术克服了上述问题，所包括的方法和装置可用于只允许有短的检测时间来检测生物活性物质，即使是在常见的由仪器造成的或与样品相关的人为现象存在时。根据本专利技术，通过将标准量的样品，如血液和生长培养基引入密闭容器中，并将样品与生长培养基在容器中混合即可达到上述目的。容器被设计成通过从外面对容器作用，可使容器内的液体样品分成许多小份样品，每一小份样品具有其自己的上头空间及传感装置。被选定的小份样品的数目N大于样品被引入容器时期望的其中含有的初始微生物的数目。与标准血液培养容器相比，当体积降低N倍时，小份样品中导致气体浓度或其它参数的典型变化所需的微生物数目也降低了N倍。结果，小份样品中仅需较少的微生物就可导致传感器输出信号有可测量的改变。因此，检测时间得到首次降低。根据本专利技术，所有小份样品以线形、环形、矩形、六边形、统计学分布或其它形式的空间阵势排列。或通过视觉或者通过仪器将所有小份样品的传感器信号相互比较。相对于不合微生物的小份样品而言，一个或一个以上小份样品中有微生物生长会导致传感器信号发生改变。如果至少有一个小份样品产生的传感器信号不同于其邻居产生的信号，则可认为全部样品为阳性。这样相对于时间的传感器信号的测量转变成相对于距离的传感信号的测量。所有不含微生物的小份样品被当作“参照样品”，即它们可显示出由仪器、样品老化、仪器中温度差异所引起的所有人为现象。尤其是，参照样品可显示出所谓的“血液背景效应”。在根据本专利技术的装置中，只有传感器信号中的空间差异是微生物生长的指示。基于这一事实，所有的人为现象都可排除，对传感器信号分辨率的重大改善也变得实际可行。因此，检测时间(“TTD”)得到第二次降低。两次TTD的降低都为现存的基于生长的系统提供了实质性的改善。例如，72小时的TTD可缩短为12小时。对于分枝杆菌的检测时间(TB)而言，35天的TTD可缩短为5天。在根据本专利技术的装置中，不需要在规则的时间间隔时相对距离来进行传感器信号的测量。因此，由于放入和取出样品而开门所引起的所得数据的间断不会产生负效应。如上所述，由于开门引起的温度波动效应也可排除，检查所谓的“迟放”的小管的阳性也变得容易得多，因为阳性可产生持久的强度相对距离模式，它在任何时候都可被读出。也可以给每个小份样品装备至少两个不同的传感装置，使除了通过分析不同的传感器数据而进行检测微生物外，还可鉴定微生物。下列详细描述结合附图将使本专利技术的这些和其它方面、特征和优点变得显而易见。附图说明图1图示说明相对小份样品的行列数经计算的对细菌的TTD，假定小份样品为二维分布的方形格式；图2图示说明相对于完成检测所需要的微生物数目经计算的细菌的TTD；图3图解说明考虑到通过将样品分成40×40个小份样品而使TTD有所降低时，相对于完成检测所需的细菌数目的经计算的细菌的TTD；图4图解说明相对小份样品的行列数的经计算的分枝杆菌的TTD，假定此行列为二维分布的方形格式；图5图解说明相对于完成检测所需的细菌数目的经计算的分枝杆菌的TTD；图6表示考虑到通过将样品分成40×40个小份样品而使TTD有所降低时，相对于完成检测所需细菌数目的经计算的分枝杆菌的TTD；图7表示考虑到通过将样品分成10×10个小份样品而使TTD有所降低时，相对于完成检测所需细菌数目的分枝杆菌的经计算的TTD；图8表示根据本专利技术的任何空样品容器的截面图；图9表示注射样品的过程中样品容器的截面图；图10表示注射样品并施用外力以分隔样品之后，样品容器的截面图；图11A表示带有荧光化学传感器的空样品容器的截面图；图11B表示图11A所示容器经接种和温育之后的底视图；图12A表示为散射光子移动而设计的空样品容器的截面图12B表示图12A所示容器经接种和温育之后的底视图；图13表示根据本专利技术用于检测微生物的装置；图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测微生物的方法，它包括下列步骤：提供一个密闭的容器；将样品和生长培养基引入密闭容器中以在其中形成液体样品；将密闭容器内的液体样品分成多个小份样品，使每个小份样品都具有其上头空间和传感装置，其中预先选定的小份样品的数目大于将 液体样品引入容器时预期的液体样品内最初含有的微生物的预定数目；监测每个传感装置并将每个传感装置相互比较；和根据对传感装置的比较，确定是否出现微生物生长。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：克劳斯W伯恩德，
申请(专利权)人：贝克顿迪金森公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]