体液中微生物的快速识别的制作方法
【专利摘要】提供了一种保持所采集的样本的设备，其中按需测试所采集的样本的一部分，而剩余样本保留用于可选的另外分析。按需测试提供关于样本各方面的相对即时的信息，例如，微生物的存在、化学性质、营养状况、污染物的存在。
【专利说明】体液中微生物的快速识别
[0001]相关申请
[0002]本申请要求美国临时专利申请61/482，773和61/596，838的权益。
【技术领域】
[0003]本公开总地涉及医学领域，尤其涉及可以识别特定阈值浓度以上的细菌类型的设备。
【背景技术】
[0004]当患者被允许进入医院或医院的特定病房(例如I⑶(重症监护病房))时，他们通常要通过血液、尿液、皮肤和唾液来测试他们的系统中引起感染的微生物的存在。根据医院协议，该筛选测试在进入医院的各个区域时完成或者针对包括发烧、增多的白细胞数、变色的唾液、含脓的唾液、减少的氧化作用、模糊的胸部X射线等的感染的临床体征来完成。
[0005]目前，唾液样本经由支气管镜检查法、非支气管镜支气管肺泡灌洗术(BAL)、闭合的抽吸导管、打开的抽吸导管或如图1所示的另一采集装置16获得，或者从吐出样本获得。样本之后被容纳在容器10中， 容器10通常经由柔性管连接件12、14或其他部件连接至装置16。当前的容器易于泄漏或溢出，需要医护人员的关注，因为确切的微生物存在是未知的。管从当前容器的断开也有可能引起泄漏。
[0006]容纳样本的容器被运输至临床微生物实验室来用于微生物检测和分析。容器通常在气动管道系统中从I⑶运输至实验室。有时产生的问题是样本在被运输时可能在气动管中溢出或泄漏。这可能弄脏气动系统、损害所运输的其他样本的完整性、并需要对患者再次采样，还具有伴随的风险。
[0007]当临床医生等待微生物数据返回并且患者正显示出感染的临床体征时，通常的做法是给予患者3-5种广谱抗生素以控制可能引起感染的所有可能的微生物。这些抗生素对患者具有毒副作用。例如，一些抗生素可能对肾脏功能有害。过度使用不必要的抗生素可能导致“超级细菌”和抗生素耐药性，这在医疗保健中是公知的问题。使用这些潜在不必要的抗生素还引起医院的较大成本。临床医生还可能隔离被怀疑具有耐药性或高传染性微生物(例如，MRSA或TB)的患者。当然，还会存在隔离被怀疑携带有关微生物的患者的相关费用。
[0008]医生接收到的第一轮微生物数据被称为革兰氏染色。革兰氏染色识别细菌生物是革兰氏阴性还是革兰氏阳性以及细菌的形态(即，球菌、杆菌等)。这使得临床医生移除影响患者未感染的微生物类别的抗生素。革兰氏染色测试耗费约I小时，但连同样本的运输时间和通常的实验室测试积压，大多数I⑶临床医生在12-24小时内接收到革兰氏染色结果。在该时间期间，如上所述患者被置于3-5种广谱抗生素下，直到临床医生查看革兰氏染色结果并移除1-3种不必要的广谱抗生素。
[0009]许多研究已经测试了标准革兰氏染色的特异性和敏感性，一般的共识是革兰氏染色是约80%敏感的并且80%特异的。革兰氏染色是主观测试，因为实验室技术员在显微镜下观察样本来识别细菌细胞中染色的颜色和位置，并且测试结果可能是革兰氏染色不定的，这意味着技术员可能识别不出细菌革兰氏类别。还存在几个步骤来完成革兰氏染色，包括化学洗涤和染色，这取决于用户。如果这些步骤没有很好地进行，测试可能是不准确的。革兰氏染色法一般包括以下步骤:1)将具有细菌涂片的载玻片放在染色架上，2)利用结晶紫对载玻片染色1-2分钟，3)倒出染色剂，4)利用革兰氏碘液浸泡载玻片1-2分钟，5)倒出碘液，6)通过利用丙酮简单冲洗载玻片来脱色(2-3秒)，7)用水充分冲洗载玻片来移除丙酮一不要拖延这一步，8)利用番红复染剂浸泡载玻片2分钟，9)用水冲洗，10)吸干多余的水并用手在(本生)火焰上烤干。
[0010]医生所接收到的第二轮微生物数据被称为微生物特异性。这些结果通常在24-48小时内获得并需要在琼脂平板上培养微生物。微生物特异性识别引起感染的确切微生物并以定量或半定量方式识别该微生物的浓度。这些结果允许临床医生将广谱抗生素改变为针对引起干扰的特定微生物的抗生素。临床医生还可以等待在患者正在好转的情况下改变抗生素或者直到获得进一步的结果。
[0011]医生所接收到的第三轮微生物数据被称为微生物敏感性。这些结果在48-72小时内获得并需要针对已知的抗生素测试所培养的样本以确定微生物的耐药特征。一旦已经知道微生物对于哪种抗生素敏感或者哪种抗生素会杀死该微生物，则临床医生可以改变为一种或至少较少的针对性抗生素来治疗感染。
[0012]由此，本领域需要一种设备，该设备容纳所采集的样本，并由按需测试系统分析样本的一部分，该系统足够容易地在床边工作以实时地给与医生关于患者情况的信息。这将减少医生接收测试结果所花费的时间并作出更好的抗生素处方选择，这在开始适当治疗时对患者产生减小的抗生素耐药性、减小的毒性，改进了患者结果并节省了时间。
【发明内容】
[0013]响应于这里讨论的困难和问题，本公开提供一种样本隔离和按需测试设备(等价地称为“设备”)。该设备包括:容器，被称为“样本杯”，或者“杯”，用于容纳样本；其他随后描述的组件，用于按需测试所采集的样本的一小部分(等价地称为“样本部分”或“样本的一部分”);将剩余样本容纳在杯中，用于可选的另外分析。按需测试提供了关于样本各方面的相对即时的信息，例如，微生物的存在、化学性质、营养状况、污染物的存在。一种示例性按需测试将确定革兰氏阴性细菌的存在、革兰氏阳性细菌的存在、革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌两者的存在、或没有检测到细菌。当检测水平在特定细菌浓度阈值以上时，这种测试被认为临床上显著的，用于指示感染(即，10~3CfU/ml)以及不是感染的一部分的细菌的存在。
[0014]根据本公开，可以使用非支气管镜或支气管镜采集装置来从患者获得例如唾液的样本。当样本是唾液时，期望地，采集装置获得隔膜(corina)下的以及理想地第三代肺叶中的样本。该样本被放置在本发明的设备的杯中。期望地，采集装置与设备集成。测试以及完成该测试所需的所有的组件和添加剂期望完全集成至设备，从而不需要二次处理。如果需要诸如混合和吸入添加剂的其他步骤，则该测试在床边进行将是不实际的。
[0015]该设备还可以用作筛选工具来在允许进入医院或进入医院的特定病房时测试患者以确定患者是否具有临床上显著的细菌浓度。该信息将允许临床医生在感染的临床体征明显之前隔离或治疗患者。该早期信息还可以帮助医院确定患者获得了医源性感染(HAI)还是在入院之前就已经被感染(被称为院外感染(CAI))，用于公共报告和计费目的。
[0016]设备工作的一般方式是:将经由采样导管或支气管镜或期望附接至设备的其他部件获得的样本放置在杯中；允许样本的一部分进入限定预定样本部分体积的室中，将样本部分与样本的剩余部分隔离以使得剩余样本保留为针对可选的另外测试而采集；将隔离的样本部分传导至化验组件，并且在需要的情况下添加一种或多种添加剂(例如，用于细胞溶解)；将样本部分和任何添加剂引导至化验组件来进行测试；在完成测试时，检测器将测试结果传送至外部可见的显示器。
[0017]添加剂和样本部分期望被很好地混合，并且这可以通过机械按钮或滑块或经由附加的按钮、被动和或主动阀、机械马达或其他部件来启动和定时。这样的混合还可以通过同时将样本部分和添加剂经由公共端口引导至化验组件来进行。一旦可选的添加剂和样本部分被混合，它们会被引导至直接接触化验组件。设备允许样本部分和任何需要混合的添加剂对化验组件充分暴露预定时间段，以确保样本部分中的一些和混合的添加剂移动通过化验组件。该时间段的示例尽管优选小于30分钟，但期望约15分钟或更少。在该时间段结束时，检测器可以感测化验组件中测试结果的色度、荧光度、磁性或其他表现的变化。检测器将结果输出至显示器来用于外部可视化。适于用在设备中的检测器的一个示例是光学检测器，其扫描特定强度范围的反射光的变化。当使用这种检测器时，所扫描的测试表现的强度在确定对显示器的输出时是重要因素；当所扫描的强度在特定范围外时，该检测器被编程为防止检测器输出错误结果，例如测试的轻微交叉反应。显示器是重要的，因而用户(例如护士或呼吸治疗师)在解释测试结果时不具有主观性。
[0018]通过提供可靠的样本和快速的床边结果，该设备允许临床医生潜在地对患者开出较少的初始抗生素，由此减小对患者的毒性，降低了抗生素耐药性并且在不必要的抗生素上节省了医院成本。 【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是现有技术的样本采集容器的图。
[0020]图2是侧流化验条带的视图，示出了用于构成条带的各个层和组件。
[0021]图3是根据本公开的样本杯和化验组件的实施例的图，其中该组件进行一种测试。
[0022]图4是图3的实施例的分解图。
[0023]图5A、5B和5C是可以显示所公开的测试的结果的不同方式的图。
[0024]图6是根据本公开的样本杯和化验组件的实施例的图，其中该组件进行两种测试。
[0025]图7是图6的实施例的分解图。
[0026]图8A和8B示出根据本公开的另一实施例的侧视图(8A)和顶视图(8B)，其示出图3和6所示的设备的组件的不同定向。
[0027]图9A和9B是图8的替代视图，示出使用之前的设备的侧视剖面图(9A)和顶视剖面图(9B)。
[0028]图10是杯的一部分内部的近视图，示出从杯至室的开口以及可以过滤大颗粒的肋片。
[0029]图1lAUlB和IlC是图8的替代视图，示出了处于几乎完全启动的位置的设备的侦_剖面图(IIA)、顶视剖面图(IIB)以及中间位置(IIC)。
[0030]图12A、12B、12C示出设备的实施例的部分顶视剖面图(12A)和侧视剖面图。在图12C中，设备未被启动，以及室和杯处于液体连通。在图12B中，设备被启动，并且液体通过活塞经由出口端口移动至化验组件。
[0031]图13A和13B是具有活塞和止回阀的实施例的部分顶视剖面图(13A)和侧视剖面图(13B)。图13C示出在刺穿添加剂箔包装之前启动的设备。图13D示出设备几乎被完全启动并且箔包装被刺穿时的设备。
[0032]图14A、14B和14C是没有用于存在的添加剂的包含结构的实施例的部分顶视剖面图(14A，14C)和侧视剖面图(14B)。图14C示出启动之前的设备，以及图14A和14B示出启动之后的设备。
[0033]应该注意，图9和11-14示出从顶部看的设备的视图，其中没有示出化验组件。【具体实施方式】
[0034] 该设备的机械组件需要容纳样本，分离样本的一部分，将可选的添加剂添加至样本部分，可选地等待指定延迟时间，并且之后将样本部分和添加剂传导至化验组件。在所有步骤中内在被密封以提供液体的分离并防止暴露的生物危害。此外，产物期望具有1-2年保质期(取决于化验组件)，其需要密封性能以及防止液体过早移动的解决方案。最后，临床医生更喜欢进行一个动作来启动设备，而不是多于两个动作。
[0035]重要的是，将要测试的样本部分与杯中的剩余样本分离，以保存剩余样本来用于在需要时的进一步的测试。在杯和室处于液体连通时~l_5ml的样本部分至样本室中的移动可以通过重力、抽吸或其他手段完成。根据样本的粘性，重力可能是一种合理的方法。还可以使用抽吸，如以下进一步描述的。两种方法都期望具有可接受的体积精确度。一旦样本部分处于室中，就可以切断室和杯之间的液体连通。室中的样本部分可以通过例如单向(止回)阀或通过室远离杯的移动来与杯中剩余的样本隔离。过滤器可以存在于杯和室之间以从样本部分过滤出颗粒和唾液凝聚物。
[0036]在一些实施例中，可以添加添加剂以帮助细菌细胞的溶解，用于PH控制等。可能的添加剂包括细菌溶解试剂、缓冲剂、去污剂、三羟甲基氨基甲烷缓冲盐水、牛血清白蛋白、PH调节剂和它们的组合。包含添加剂以与样本部分混合需要有意的设计考虑来解决所包含的这些添加剂的渗透性以达到2年以上保质期。最小化这些添加剂的泄漏对于体积精确度来说是重要的(例如，控制为4:1的添加剂/样本比例)并且限制水的移动和蒸发同样是重要的。薄膜或箔层叠包装是容纳这些添加剂的一种方式。然而，包装难以充分打开以使得其内含物可以被全部倒出。与传输包装的内含物相关的排气问题也可能是有问题的(例如，使用弹性囊)。另外，不要期望使用止回阀来密封接口至包围所述添加剂的限制结构的开口以提供充分的渗透屏障。一种方式是在相对厚壁的圆柱壳的每个端部使用液体不可渗透的活塞来存储添加剂。粗略估计示出包围添加剂的2? mm的聚丙烯或聚乙烯限制壁可以充分地维持它们3年。
[0037]当添加剂被提供与样本部分混合并溶解样本部分时，在它们被输送至化验组件之前预计可能有达到5分钟的延迟。另外，如果需要两种或更多种添加剂，则延迟时间可能针对每种添加剂而不同。用于创建延迟的两种合适的方法是机械定时器或电子定时器。机械定时器可以是钟表型装置(例如，玩具中找得到的发条机构)或限制液压/抑制特征(例如，流动通过孔口的粘性液体)。电子定时器的一个示例是分析模块中包含的微处理器，并且定时的控制由软件处理。
[0038]在一些实施例中，可能期望将多于一种添加剂添加至样本部分。在该情况下，添加剂可能是不兼容的或者可能在混合时迅速劣化，因此用于混合在一起时的两种添加剂的单个限制结构可能将保质期偏好折中。针对该类型的实施例，活塞可以被设计为先将一种添加剂输送至样本部分，再将第二种添加剂输送至样本部分(或者第三种等)。添加剂的该相继输送将避免添加剂不兼容的问题。
[0039]用于添加剂的限制结构的替换是将添加剂直接施加至化验组件的一部分。例如，添加剂可以作为液体被施加至例如侧流化验条带并且被允许干燥。添加剂的干残渣将在样本部分被输送时接触样本部分，并且之后以与在接触化验组件之前与样本部分混合的添加剂相同的方式工作。
[0040]存在许多合理的方法将样本部分和/或添加剂输送至化验组件。一个实施例涉及移动活塞以牵引样本部分与添加剂接触。如果利用薄膜或箔密封来容纳添加剂，则刺穿和排气必须被集成到序列中。另外，在输送样本部分期间建立完全密封是重要的。活塞的激励可以由小型电机(利用导螺杆或齿条和小齿轮)来驱动，可以通过释放弹簧来驱动，或者可以通过柱塞把手的手动推动来驱动。在室上还可能需要渗透膜来允许排气(但不允许液体泄漏)。
[0041]设备的一种使用是当利用合适的化验组件时将样本分类为革兰氏阳性、革兰氏阴性或两者。示例性化验组件包括酶联免疫吸附试验(ELISA)测试、侧流化验、或可以针对特定细菌(假单胞菌属、克雷伯氏菌等)进行测试的流经化验、抗耐药菌株的细菌(MRSA、金黄色葡萄球菌等)、特 定蛋白质、病毒、霉菌、酵母、真菌和酶。
[0042]ELISA测试可以期望地是侧流化验测试条带(LFA)，其是利用视觉(色度)信号的免疫测定(抗体检测)。当细菌处于IO3-1O4菌落形成单位/毫升(cfu/ml)以上时，LFA使用具有“阳性”结果的阈值检测系统。40nm的胶体金可以用作检测标记。根据细菌类别使用多种分析物；脂磷壁酸(LTA)用于革兰氏阳性细菌，以及脂多糖(LPS)用于革兰氏阴性细菌。LFA可以利用2-4测试线之间的多行检测。LFA通常包括一个控制线并且可以是直接抗原结合或夹层复合物。合适的添加剂是电泳缓冲液，由具有去污剂(吐温(Tween) 20)的三羟甲基氨基甲烷缓冲盐水组成，并且非特异蛋白质(牛血清白蛋白或BSA)可以合并在设备中。检测和控制线期望利用基于反射的测量来读取。运行测试的总时间期望是约15分钟并期望小于30分钟。LFA期望具有表1给出的规格。表1的左栏中的项编号可以在图2
中找到，其示出用于侧流化验测试条带的可能配置。
[0043]
【权利要求】
1.一种测试样本的设备，该设备包括:用于容纳样本的杯；与所述杯液体连通的室，用于容纳和限定来自所述杯的样本的一部分；以及活塞，用于将所述样本部分从所述室移动至化验组件。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述样本是从患者采集的唾液。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述样本是从所述患者的肺部采集的。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述活塞的运动将所述样本部分与所述杯隔离。
5.根据权利要求1所述的设备，还包括在输送至所述化验组件之前被添加至所述样本部分的第一添加剂。
6.根据权利要求1所述的设备，还包括在所述化验组件中作为干残渣存在的第一添加剂。
7.根据权利要求5所述的设备，其中所述添加剂通过锁定至第一活塞的第二活塞的运动被添加至所述样本部分。
8.根据权利要求5所述的设备，其中第二添加剂在所述第一添加剂之后被添加至所述样本部分。
9.根据权利要求7所述的设备，其中一旦所述样本部分完全与所述室隔离，所述第一活塞和所述第二活塞彼此解锁锁定。
10.根据权利要求5所述的设备，其中所述样本部分和所述添加剂在接触所述化验组件之前在公共端口中混合。
11.根据权利要求5所述 的设备，其中所述第一添加剂从由以下组成的组中选择:细菌溶剂试剂、去污剂、三羟甲基氨基甲烷缓冲盐水、牛血清白蛋白、PH调节剂和它们的组合。
12.根据权利要求1所述的设备，还包括对所述样本部分进行至少一次测试的化验组件。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述测试包括革兰氏阳性细菌、或革兰氏阴性细菌、或革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌两者的检测。
14.根据权利要求1所述的设备，还包括位于所述杯和所述室之间的过滤器。
15.根据权利要求1所述的设备，还包括检测器，用于感测来自所述化验组件的反射光的变化。
16.根据权利要求15所述的设备，还包括显示器，用于接收关于来自所述检测器的反射光的变化的信息并且向用户显示所述信息。
17.根据权利要求1所述的设备，其中所述化验组件是酶联免疫吸附试验。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述酶联免疫吸附试验是侧流化验。
19.根据权利要求1所述的设备，其中所述室具有对于所述杯的多于一个的分立开口。
20.根据权利要求1所述的设备，其中所述室具有对于所述杯的无界开口。
【文档编号】G01N33/48GK103547221SQ201280021565
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年5月1日 优先权日:2011年5月5日
【发明者】S·M·特谢拉, A·A·赫尔希, B·J·库瓦斯, J·A·凯萨, A·G·威廉姆斯, T·D·赫伯特, J·R·赫德, J·B·格利森, S·C·施密特 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司