用于评估样品的微生物含量的诊断装置的制造方法
【专利说明】用于评估样品的微生物含量的诊断装置
[0001] 相关申请案的夺叉参考:
[0002] 本申请案是于2014年2月28日提出申请的PCT国际专利申请案且主张于2013 年2月28日提出申请的美国专利申请案第61/770, 391号的优先权，所述申请案的揭示内 容的全文以引用方式并入本文中。
【背景技术】
[0003] 在处理涉及微生物的问题时遇到的困难之一在于微生物在不断变化。微生物包括 例如细菌、真菌、病毒、线虫、细胞培养物和组织。微生物越来越具抗微生物药抗性。抗微 生物药包括抗生素、抗病毒剂、抗真菌剂或杀寄生虫药，且包括噬细菌体、真菌病毒、噬病毒 体、噬线虫体，其是分别攻击细菌、真菌、线虫的病毒。随着抗生素抗性细菌的增多，例如，即 使正确鉴别出细菌的类型，认为可有效地抵抗所述细菌的先前治疗可能也不再有效。更特 定来说，具体细菌种类可能对治疗已产生抗性，且因此对此治疗不再敏感。
【发明内容】
[0004] 概言之，本发明涉及评估样品的微生物含量的诊断装置。在一个可能配置中且通 过非限制性实例，诊断装置执行以下各项中的一或多者：测定微生物的抗微生物药敏感性， 鉴别微生物和对微生物计数。在本发明中描述多个方面，其包括（但不限于）以下方面。
[0005] -个方面是诊断装置，其包含：至少一个界定其中的样品空腔的样品模块；至少 四个排列在样品空腔中的电极；和可操作地连接到电极的电子电路，其中电子电路可以第 一模式和第二模式操作，其中当以第一模式操作时，电子电路操作以测定样品空腔中样品 的电导，且其中当以第二模式操作时，电子电路操作以测定样品空腔中样品的导纳。
[0006] 另一方面是抗微生物药分配器，其包含：无菌载剂材料；和由无菌载剂材料携载 的噬细菌体。
[0007] 另一方面是样品模块，其包含：至少一个衬底；至少四个电极；和在至少一个衬底 中形成的样品空腔，所述样品空腔包含：其中包括电极的传感部分，所述传感部分具有经配 置以在样品空腔内引导由电极产生的电场并使其聚焦的形状；和升气管（chimney)部分， 其从传感部分延伸且具有小于传感部分的横截面大小的横截面大小。
[0008] 另一方面是诊断装置，其包含：多个样品模块；排列在样品模块中的电极；布置在 样品模块的校准模块中的校准液；和耦合到电极的电子组件，其中电子组件可操作以测量 校准池中液体的电导率并使用所测量的电导率测定校准液的温度。
[0009] 其它方面揭示于本文中。
【附图说明】
[0010] 图1是示例性诊断装置的示意性透视图。
[0011] 图2是图1中所展示诊断装置的示例性读取器的方块图。
[0012] 图3是图2中所展示诊断装置的示例性诊断单元的方块图。
[0013] 图4是图3中所展示诊断单元的示例性传感器系统的示意性透视图。
[0014] 图5是图4中所展示传感器系统的示例性样品池的示意性透视图。
[0015] 图6是图5中所展示样品池的横截面侧视图。
[0016] 图7是图5中所展示样品池的俯视图，其还图解说明电极配置和示例性抗微生物 药分配器。
[0017] 图8是另一示例性样品池和另一示例性电极配置的横截面俯视图。
[0018] 图9是另一示例性样品池和另一示例性电极配置的横截面俯视图。
[0019] 图10是另一示例性样品池和另一示例性电极配置的横截面俯视图。
[0020] 图11是另一示例性样品池和另一示例性电极配置的横截面俯视图。
[0021] 图12是图11中所展示的示例性样品池和示例性电极配置的横截面侧视图。
[0022] 图13是图解说明图1中所展示诊断装置的操作的实例的状态图。
[0023] 图14是示例性抗微生物药分配器的透视图。
[0024] 图15是图14中所展示的示例性抗微生物药分配器的透视图，其图解说明将抗微 生物药分配到液体中。
[0025] 图16是图解说明可用于执行本发明各方面的计算装置的示例性架构的示意性方 块图。
[0026] 图17图解说明涉及诊断装置的另一示例性架构。
[0027] 图18图解说明使用诊断装置获得的实验数据。
[0028] 图19图解说明使用诊断装置获得的其它实验数据。
[0029] 图20图解说明使用诊断装置获得的其它实验数据。
【具体实施方式】
[0030] 将参照图式详细描述多个实施例，其中在若干视图中相同参考编号代表相同部件 和组合件。所提到的各个实施例并不限制随附权利要求书的范围。此外，本说明书中所述的 任何实例并不打算具有限制性，且针对随附权利要求书仅陈述许多可能实施例中的一些。
[0031] 概言之，本发明涉及评估样品的微生物含量的诊断装置。在一些实施例中，诊断装 置执行以下各项中的一或多者：测定微生物的抗微生物药敏感性，鉴别微生物和对微生物 计数。
[0032] 在一些实施例中，诊断装置提供快速的（例如一小时）抗微生物药敏感性测试。随 着抗生素抗性细菌的增多，抗微生物药敏感性测试使得医学专业人员能够第一时间开具正 确的抗生素药处方同时减少抗微生物药抗性微生物进化的机会。当具有败血症体征的患者 到达急救室时，那些在第一个小时内开始有效抗微生物药方案的患者具有优于延迟治疗的 患者的结果。此外，在一些实施例中，诊断装置可鉴别和/或筛选需要特殊方案的细菌（例 如MRSA、万古霉素（vancomycin)抗性细菌和其它所述致命细菌），以帮助健康护理专业人 员鉴别和选择有效的治疗方案，同时减少治疗的副作用。还可通过诊断装置对细菌量进行 计数以量化感染的严重程度。
[0033] 在一些实施例中，诊断装置操作以通过测量样品池中样品的一或多种电特性分析 从人类或动物血液、尿液等样品产生的微生物样品。此外，例如，诊断装置的一些实施例操 作以检测食品上有害的微生物且检测存在于下水道、石油、天然气和化工厂的管道中的有 害的腐蚀性微生物。
[0034] 对于每一细菌类型，存在仅攻击并杀死此特定细菌的独特病毒性噬菌体。当细菌 受到经特殊培养的噬细菌体攻击时，细菌可在噬细菌体将其DNA注射到细菌中时释放离 子，由此产生可以电子方式检测到的离子通量。在一些实施例中，阵列中的一些样品池加载 有营养培养液，或加载有微生物加营养培养液，或加载有含有不同病毒性噬菌体的不同抗 生素或含有一种独特噬菌体的抗生素或样品池的至少一些中的每一者的抗生素。所述噬细 菌体可包埋于允许控制噬细菌体的洗脱的材料中。由于每一不同的病毒性噬菌体仅攻击一 种特定细菌，故可确定测试中细菌的身份。在一些实施例中，细菌身份是根据分析仅含有营 养培养液；含有营养培养液和微生物；以及含有营养培养液、微生物和病毒性菌体的样 品池之间的电导率特征的差异来确定。在其它实施例中，细菌身份可根据噬细菌体攻击其 靶细菌时产生的不同信号来确定，此是在利用噬细菌体浸渍材料将细菌引入样品池的前15 分钟内进行。假设噬细菌体可在浸渍于所述材料中的同时长期培养。
[0035] 通过使用已知浓度的不同微生物进行校准测试，可使用含有营养培养液和微生物 的样品池的所测量电导率的值来评价样品池中微生物的浓度（例如，对样品池中的细菌计 数）。
[0036] 抗微生物药（例如抗生素和噬细菌体）使代谢减缓或停止，从而产生一或多种特 异性针对给定抗微生物剂消灭微生物的能力的检测机制。在抗微生物药攻击后第一时间段 (例如一小时）期间监测微生物提供抗微生物药最终结果的良好指示。阵列中的其它样品 池可加载有营养培养液、微生物和多个样品池中的每一者中的独特抗微生物剂阵列。例如， 抗微生物剂包括抗生素、抗微生物肽、噬细菌体和小分子药物。在一些实施例中，不同抗微 生物剂在杀死微生物（例如细菌、真菌、病毒、线虫、细胞培养物或组织）方面的有效性可通 过比较不同样品池中仅营养培养液；营养培养液和微生物；以及营养培养液、微生物和抗 微生物药的电信号（电导或导纳）特征来确定。在其它实施例中，不同数字信号可能与每 一不同抗微生物药和其对微生物对不同抗微生物药的抗性的正面或负面作用相关，每一相 关信号由此变成数字特征。比较数字特征与各数字特征的数据库可确定抗微生物药的有效 性。当可确定细菌身份时，还可任选地利用此信息来确定抗生素有效性。例如，此在鉴别产 员 -内酰胺酶细菌（例如葡萄球菌属（staphylococcusspp))或检测其它超广谱内酰 胺酶（ESBL)细菌时尤其重要。
[0037] 在一些实施例中，还可使用诊断装置检测样品中细菌的混合物。例如，若细菌样品 含有两种不同的细菌，则两种细菌将在多种细胞中生长，但将在一种以上的细胞中观察到 因含有不同噬细菌体的不同细菌中的每一者裂解所致而使生长减缓。
[0038] 诊断装置的一些实施例利用模拟阻抗式/电导式测量仪器和技术来检测和量化 存在于培养物中的细菌。一些实施例还涉及制造阻抗式测量器皿的方法。
[0039] 图1是示例性诊断装置100的示意性透视图。在一些实施例中，诊断装置包括读 取器102、诊断单元104和接口 106。
[0040] 诊断装置100操作以评估样品的微生物含量。在一些实施例中，诊断装置100是 以单一部件形成。然而，在其它实施例中，诊断装置1〇〇是以至少两个部件形成，如图1中 所展示，其包括读取器102和诊断单元104。形成具有至少两个部件的诊断装置100的优点 在于读取器102可配置为可再利用部件，同时诊断单元104可配置为一次性部件。样品全 部含于一次性部件内，而至少大部分电子器件含于读取器内。接口 106容许读取器102与 诊断单元104之间进行通信。
[0041] 在一个实例中，读取器102含有与诊断单元104联合操作以评估样品的微生物含 量的电子组件。在一些实施例中，读取器102包括产生交流电（AC)信号的模拟电子器件，所 述信号提供到诊断单元104用于询问样品。在一些实施例中，读取器102还包括传感电子 器件，所述电子器件用于检测询问期间样品的一或多种特性以评估样品的微生物含量。一 些实施例还包括显示装置110或其它输出装置，其用于输送由诊断装置100执行的微生物 评估的结果。参照图2更详细图解说明和描述读取器102的实例。
[0042] 诊断单元104包括一或多个其中进行样品询问的样品池112。在此实例中，诊断单 元104还包括样品输入口 114和盖116。样品提供到输入口 114中，且盖116固定到样品 输入口 114上以将样品密封在诊断单元104中。样品被引导到一或多个样品池112中。在 一些实施例中，样品通过固定盖116的作用引导到样品池112中。排列在样品池中的电极 118通过接口 106耦合到读取器102。读取器102操作以使用样品池中的电极118询问样 品。参照图3-12更详细图解说明和描述诊断单元104的实例。
[0043] 在一些实施例中，诊断单元104测量样品的至少一种特性。所述特性的实例包括 电特性，例如导纳、电导、电纳等。在一些实施例中测量样品的一或多种特性随时间的变化。
[0044] 在一些实施例中，诊断装置100操作以执行以下各项中的一或多者：鉴别存在于 样品中的微生物的量，鉴别存在于样品中的微生物的类型和确定存在于样品中的微生物是 否（以及到何种程度）对抗微生物药敏感。抗微生物药的实例包括抗生素、杀细菌剂、肽、 噬细菌体、化学治疗剂或其组合。微生物的实例包括细菌、真菌、线虫、细胞培养物和组织。
[0045] 为确定微生物是否对抗微生物药敏感，在一些实施例中，将抗微生物药纳入至少 一个样品池112中。在一些实施例中，多个样品池112各自含有不同的抗微生物药。在一 些实施例中，出于改良诊断结果的准确度的冗余度的目的，抗微生物药可存在于多个样品 池112中。若存在于样品中的微生物对抗微生物药敏感，则诊断单元104将检测相应样品 池112中样品的一或多种特性的变化，例如通过比较其与含有样品但不含抗微生物药的对 照细胞来进行，此容许诊断单元104确定微生物对样品池112中的抗微生物药敏感。
[0046] 在一些实施例中，例如，鉴别微生物有助于追踪感染源，而微生物计数有助于量化 感染的严重程度。
[0047] 图2是诊断装置100的示例性读取器102的方块图。在一些实施例中，读取器102 包括外壳132、电子组件134和诊断单元接口 106A。一些实施例进一步包括微量栗136。在 此实例中，电子组件134包括电源142、包括AC电流源146和AC电压表148的模拟电子器 件144、A/D转换器150、数字信号处理器160、中央处理单元162、计算机可读媒体164、显示 处理器166、显示装置168、通信装置170、加热控制器172 (和加热元件）和输入装置174。 一些实施例进一步包括时钟和一或多个电压表。其它实施例包括更多或更少的组件。
[0048] 诊断单元接口 106A是接口 106的一部分，其经配置以将读取器102耦合到诊断单 元104。作为一个实例，诊断单元接口 106A是经配置以接收并与诊断单元104的读取器接 口 106B电连接的卡片槽。在此实例中，在读取器102与诊断单元之间建立电连接以容许数 字或模拟电信号在读取器102与诊断单元104之间通信。在其它实施例中使用其它类型的 电或数据通信。例如，一些实施例利用无线数据通信，例如使用射频、红外或感应通信装置 和信号。
[0049] 外壳132为读取器102提供保护性外罩。在一些实施例中，外壳132是由塑料形 成。其它实施例是由其它材料形成。外壳132包括容纳读取器102的至少一些组件（例 如微量栗136和电子组件134)的内部空间。在一些实施例中，在外壳132中形成一或多 个孔洞，例如以容许耦合到微量栗的导管通过，容许诊断单元接口 106A耦合到读取器接口 106B(