电阻抗法细菌检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种可以检测液体样品中是否存在微生物的仪器和方法。一个配有电极的器皿用来容纳待测的一定量的液体样本。并设置第二个电极，两个电极均与样本直接接触。一个随时间变化的信号加载到一个电极上，另一个电极则与相敏信号检测器相连。相敏信号检测器可以测定异相信号振幅为零时的频率。零点交叉频率作为基线，其变化时可以指示微生物的生长情况。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电阻抗法细菌检测系统 相关申请对照参考本申请要求2012年2月15日提交的第61/599，100号美国临时专利申请提交日的优先权，这里将其公开内容引为参考文献。 专利技术背景该专利技术涉及临床样本中的微生物检测领域，尤其涉及对生物样本中是否含有细菌实施快速检测。检测生物样本中是否含有微生物，如细菌，对于人体健康很有必要。一般此类检测需要培养出足够的微生物时，才能进行检测。样本中微生物生长需要多种培养基，只有当待测样本中有足够数量微生物时，才能保证微生物被检测到。例如，通常在含30毫升供细菌繁殖的生长培养基的培养瓶中，加入约1ml的全血进行接种，用来检测临床血液样本是否染菌。培养瓶中的样本在35°C下自动进行培养，通过检测样本中细胞代谢和生长产生的副产物来测定样本中是否含有细菌。在一个实施例中，细菌代谢产物(如CO2)可通过培养瓶中放置的化学传感器进行检测。在总体积为80ml的培养瓶中，含有一个生长的细菌菌落时，通常需要微生物数量升至5X 19CFU(菌落形成单位)才能检测得到。很显然，1ml的血液样本中要达到如此高的数值，需要从I个或者2个微生物发生细菌倍增以产生细菌群落。一个实现快速细菌检出的方法是，将1ml样本溶液与所需生长培养基混合(通常30ml的生长培养基与1ml的血液样本混合)，然后分离成放于密闭的样本室中的大量小体积副样本。这种方法在Berndt的美国5770440号和5891739号专利中已有记述，这里将其引为参考文献。被本专利引用为文献的Monthony等人的美国5716798号专利中，阐述了一些小体积样本室(每孔体积为250 μ I的96孔板)彼此不紧连，但是有一个顶部连接空间。Monthony等人考虑使用比色法，荧光法，放射性测定，浊度法和红外分析法检测样本孔中是否染菌。Monthony等人报告称，采用较小样本体积可以缩短细菌检测时间(TTD)。虽然将1ml血液原样与30ml生长培养基混合后分离，在实现快速细菌检测方面取得了成功。但是设计一个实际的多室样本容器用于检测I个或以上样本室中是否存在微生物则是一个难题。例如，如果仅在一个或两个小样本室中检测到细菌生长，则需要对这些样本室进行判定和样本提取，以便从这些样本室中移出染菌样本溶液。检测结果阳性的样本溶液的可以用于下游分析，如ID(如飞行时间质谱)和药物敏感试验(AST)。从样本组中分散的一些小样本室的分散室中准确移除样本又是一个难题。对于检测微生物生长而使用小体积样本室的方法存在的另一个难题是，如何选择合适的检测器。单个样本室的光询问需要测定准确，以保证测量结果与适合的样本室紧密相关。要避免样本孔之间的信号交叉串扰。每个孔配置独立的化学传感器，则使得成本高而难以实施。介电阻抗测试被认为是化学传感器应用的替代方法。然而，介电阻抗测试方法商业应用的障碍在于，阻抗对温度改变敏感。保持血液培养瓶温度超过+/-0.05°C对于获得理想的临床细菌检测环境仍不切实际。Sengupta, S等人认为参考文献LabChip,第6卷，682-692页(2006年)中的“微尺度多频率电抗测定技术可以用于检测样本中低浓度生物颗粒中细菌的生长情况”，在这里引为参考文献。100 μ I容积的微流体样本室可以用于检测对细菌存在的响应。Sengupta等人称，相对于简单电介导电性测量而言，当使用长而极细的通道状含有液体样本的，并且两端配有极小电极的样本室时，可以提高检测响应。Sengupta等人称通过使用高达10MHz的频率时，可以检测液体样本的电容量，这对于由于细菌存在和/或生长引起的样本电容变化更加敏感。Sengupta等人进一步表示“使用倍频微通道阻抗方法可以快速检测食品样本中的细菌增殖情况” Scns&Instrumen.FoodQual.，第四卷，108-118页(2010年)和Puttaswamy，S等人称，“新颖的电学测定方法可以用于血液培养基中的活性细菌的检测。”J.Chin.MicroB1.，49卷第6期，2286-2289页(2011年)。这里都加以引用为参考文献。对于使用Sengupta，S等人的介电电导率法方法检测样本中的细菌方法，温度波动是最大的难题。Sengupta的方法应用的另一个限制是I小时后需要重新填充微流体室(或更换微流体室中的样本为新鲜的样本)使下一步测量用到新的样本。这种方法10小时内消耗约Iml液体样本，这是由于以前每次采集的样本成分均被丢弃。为了获得更好的信噪比，可能需要多次取样；对于生长缓慢的微生物，随时间消耗的样本量会是一个严峻的难题。因此，应用介电测试方法检测液体样本中是否存在细菌，需要加以改善，这样会有良好的商用价值。 专利技术的简要说明这里展示的是宏观可见的液体样本的微生物检测仪器和方法，对于血液培养基检测，最先考虑使用的样本体积，通常为40ml (10ml血液和30ml生长培养基)。这种仪器和方法，便于测量电容性电抗分量，不受环境影响，可使用相对简单，低成本一次性的样本室，样本测量室可用于介电测量独立样本成分，在基线检测时便于与其他样本室进行比较，同时可以提高样本微生物检测的快速检测能力。本专利技术的实施方案之一是电阻抗法细菌检测方法。这种方法需要一个装有可能含有微生物的液体样本的器皿。器皿配有电极，以使样本设置于电极之间。液体样本至少与两个电极中的一个有直接接触。器皿本身可能含有一个或多个样本室，每个样本室配有电极，以使室中的任何样本都设置于两个电极之间。器皿和多室板(例如，微量滴定板)是本领域所熟知的方法，本文不再赘述。随时间变化的电信号施加于与液体样本接触的第一电极上。第二个电极则与相敏信号检测器进行电气连接。选择随时间变化的电信号频率，以使检测器在所选的频率上测得的异相信号振幅为O。相敏信号检测器随时监控异相信号振幅。如果检测到信号振幅增大，就提示液体样本中有微生物生长。另一种实施方案采用电阻抗法细菌检测方法，随时间变化的电信号施加于与液体样本接触的第一电极上。第二个电极则与相敏信号检测器进行电气连接。相敏信号检测器随时监控异相信号振幅。这种方法中，异相信号振幅为零时的频率经上述电信号调谐进行测定，由此上述检测器测量的异相信号振幅为零。该步骤经预先设置的时间间隔进行重复测定。如果检测到所在频率上的信号振幅增大，就提示液体样本中有微生物生长。另一种实施方案中，由压控振荡器发出的随时间变化的电信号施加于第一电极上。第二个电极则与相敏信号检测器进行电气连接。该实施方案中，检测器的整合异相输出信号充当压控振荡器的频率控制输入信号，而经该振荡器检测的异相信号振幅调谐为零。随时间检测的调谐信号频率增加，就提示液体样本中有微生物生长。本专利技术的另一个实施方案是借助以电阻抗法为基础的细菌检测仪器。该仪器配有可以容纳上述单个器皿或多孔板的容器。单个器皿或者多孔板上的一个或多个样本孔中的液体样本疑似含有微生物。无论是单个器皿或者多孔板上的样本孔都装有两个电极，以便样本放置于两者之间，并可以与第一和第二个电极接触。该仪器有一个信号源，它可以向第一个电极发送随时间变化的电信号，也可以向第二个电极发送在液体样本中传递的信号。该仪器含有与器皿中第二电极相连的相敏信号检测器。信号检测器可以显示液体样本电容量的变化。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻抗法细菌检测方法，包括如下步骤的：提供一个装有可能含有微生物的液体样本的器皿，并设置于第一和第二电极之间；提供一个随时间变化的电信号予与液体样本接触的第一电极，其中第二电极与相敏信号检测器电气连接；及选择一个能使检测器检测的异相信号振幅在特定频率下为零的电信号频率； 监测一段时间内的异相信号振幅，如果振幅在某段时间内增加，则说明液体样本中有微生物在生长。2．如权利要求1 所述的电阻抗法细菌检测方法，其中，在阵列室的多数可能含有细菌的样本室中，至少有一个样本室，设置于电阻抗细菌检测方法装置的第一与第二电极之间，该方法进一步包括：提供一个随时间变化的电信号予连接阵列式的多数样本室中的第一电极，接收由多数样本室传输的随时间变化的电信号至相敏信号检测器。3．如权利要求1 所述的电阻抗法细菌检测方法，其中样本溶剂应大于40毫升。 4. 如权利要求1 所述的电阻抗法细菌检测方法，其中样本中应含有微生物生长所需要的培养基。 5. 如权利要求4 所述的电阻抗法细菌检测技方法，其中样本包含10毫升的血液与30毫升的生长培养基组成。 6. 如权利要求2所述的电阻抗法细菌检测方法，其中阵列室拥有相同的顶部空间。7. 如权利要求1所述的电阻抗法细菌检测方法，其中底部电极整合入器皿底部，上电极延伸入器皿中与样本接触。8．一种电阻抗法细菌检测方法，包括如下步骤：提供一个样本容器，至少含有一个可能含有微生物的器皿，并设置于第一和第二电极之间；提供一个随时间变化的电信号予第一电极，其中第二电极与相敏信号检测器电气连接；及通过此检测器检测异相信号振幅随时间的变化；通过调节电信号的频率，确定当异相信号振幅为零时的频率，这样上述检测器检测的异相信号振幅也为零； 按照确定的时间间隔，重复上述步骤；上述频率在一段时间内的增加即表示微生物在样本室中繁殖。9．如权利要求8所述的电阻抗法细菌检测方法，在阵列室的多数可能含有细菌的样本室中，至少有一个样本室设置于电阻抗细菌检测方法装置的第一与第二电极之间； 该方法进一步包含：提供一个随时间变化的电信号予连接阵列式的多数样本室中的第一电极，接收由多数样本室传输的随时间变化的电信号至相敏信号检测器。 10. 如权利要求8所述的电阻抗法细菌检测方法，其中样本溶剂应大于40毫升。 11. 如权利要求8所述的电阻抗法细菌检测方法，其中样本中应含有微生物生长所需要的培养基。12．如权利要求11所述的电阻抗法细菌检测方法，其中样本应包含10毫升的血液与30毫升的生长培养基。13．如权利要求9所述的电阻抗法细菌检测方法，其中阵列室拥有相同的顶部空间。14．如权利要求9所述的电阻抗法细菌检测方法，其中底部电极整合入器皿底部，上电极延伸入器皿中与样本接触。15．一种电阻抗法细菌检测方法，包括如下步骤：提供一个样本容器，至少需包含一个可能装有微生物的器皿，该样本器皿应放置于两个电极之间，并与两个电极直接接触； 通过压控振荡器，提供一个随时间变化的电信号予第一电极，第2电极与相敏信号检测器电气连接；提供一个检测器的集成异相输出信号至频率控制信号输入的压控振荡器，借此振荡器被调谐为一个异相检测信号为0的频率，其中上述调谐频率在某段时间的增加即表示微生物在液体样本中繁殖。16．如权利要求15所述的电阻抗法细菌检测方法，其中在阵列室的多数可能含有细菌的样本室中，至少有一个样本室设置于电阻抗细菌检测方法装置的第一与第二电极之间；该方法进一步包含：提供一个随时间变化的电信号予连接阵列式的多数样本室中的第一电极，接收由多数样本室传输的随时间变化的电信号至相敏信号检测器。17．如权利要求15所述的电阻抗法细菌检测方法，其中样本量大约为40毫升。18．如权利要求15所述的电阻抗法细菌检测方法，其中样本中应含有微生物生长所需要的培养基。19．如权利要求18所述的电阻抗法细菌检测方法，其中样本应包含10毫升的血液与30毫升的生长培养基。20．如权利要求16所述的电阻抗法细菌检测方法，其中阵列室拥有相同的顶部空间。21．如权利要求15所述的电阻抗法细菌检测方法，其中底部电极整合入器皿底部，上电极延伸入器皿中与样本接触。22．一种电阻抗法细菌检测方法，包括如下步骤：一个样本容器，至少含有一个可能含有微生物的器皿，并设置于第一和第二电极之间；一个向第一电极提供随时间变化的电信号的信号源，该信号通过液体样本传输至第二电极；一个连接于器皿第二电极的相敏信号检测器；信号检测器的输出，表明液体样本电容量的变化。23．如权利要求22所述的电阻抗法细菌检测装置，在阵列室的多数可能含有细菌的样本室中，至少有一个样本室设置于电阻抗细菌检测方法装置的第一与第二电极之间，进一步包括：信号分离器，用于向阵列室多数样本室的第一电极提供随时间变化的电信号，及多路转接器，用于接收多数样本室传输的...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.15 US 61/599,1001.一种电阻抗法细菌检测方法，包括如下步骤的: 提供一个装有可能含有微生物的液体样本的器皿，并设置于第一和第二电极之间；提供一个随时间变化的电信号予与液体样本接触的第一电极，其中第二电极与相敏信号检测器电气连接 '及 选择一个能使检测器检测的异相信号振幅在特定频率下为零的电信号频率；监测一段时间内的异相信号振幅，如果振幅在某段时间内增加，则说明液体样本中有微生物在生长。2.如权利要求1所述的电阻抗法细菌检测方法，其中，在阵列室的多数可能含有细菌的样本室中，至少有一个样本室，设置于电阻抗细菌检测方法装置的第一与第二电极之间，该方法进一步包括: 提供一个随时间变化的电信号予连接阵列式的多数样本室中的第一电极，接收由多数样本室传输的随时间变化的电信号至相敏信号检测器。3.如权利要求1所述的电阻抗法细菌检测方法，其中样本溶剂应大于40毫升。4.如权利要求1所述的电阻抗法细菌检测方法，其中样本中应含有微生物生长所需要的培养基。5.如权利要求4所述的电阻抗法细菌检测技方法，其中样本包含10毫升的血液与30毫升的生长培养基组成。6.如权利要求2所述的电阻抗法细菌检测方法，其中阵列室拥有相同的顶部空间。7.如权利要求1所述的电阻抗法细菌检测方法，其中底部电极整合入器皿底部，上电极延伸入器皿中与样本接触。8.一种电阻抗法细菌检测方法，包括如下步骤: 提供一个样本容器，至少含有一个可能含有微生物的器皿，并设置于第一和第二电极之间； 提供一个随时间变化的电信号予第一电极，其中第二电极与相敏信号检测器电气连接；及 通过此检测器检测异相信号振幅随时间的变化； 通过调节电信号的频率，确定当异相信号振幅为零时的频率，这样上述检测器检测的异相信号振幅也为零；按照确定的时间间隔，重复上述步骤； 上述频率在一段时间内的增加即表示微生物在样本室中繁殖。9.如权利要求8所述的电阻抗法细菌检测方法，在阵列室的多数可能含有细菌的样本室中，至少有一个样本室设置于电阻抗细菌检测方法装置的第一与第二电极之间；该方法进一步包含: 提供一个随时间变化的电信号予连接阵列式的多数样本室中的第一电极，接收由多数样本室传输的随时间变化的电信号至相敏信号检测器。10.如权利要求8所述的电阻抗法细菌检测方法，其中样本溶剂应大于40毫升。11.如权利要求8所述的电阻抗法细菌检测方法，其中样本中应含有微生物生长所需要的培养基。12.如权利要求11所述的电阻抗法细菌检测方法，其中样本应包含10毫升的血液与30毫升的生长培养基。13.如权利要求9所述的电阻抗法细菌检测方法，其中阵列室拥有相同的顶部空间。14.如权利要求9所述的电阻抗法细菌检测方法，其中底部电极整合入器皿底部，上电极延伸入器皿中与样本接触。15.一种电阻抗法细菌检测方法，包括如下步骤: 提供一个样本容器，至少需包含一个可能...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳斯W伯恩特，
申请(专利权)人：BD公司，
类型：发明
国别省市：美国;US