用于样品中的微生物剂的快速的识别和/或表征的系统和方法

摘要

测试被容纳在被密封的试样容器内的试样样品的方法。测试样品使用一次性取样装置从试样容器移除。测试样品的非微生物剂组分被溶解，由此生成溶解的样品。溶解的样品被递送至一次性分离装置。在测试样品中的微生物剂在一次性分离装置内浓缩。被浓缩的微生物剂被询问，例如使用光谱法。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年5月15日提交的名称为“System for Combining  a Non-invasive Rapid Detection Blood Culture System with an Invasive  Microbial Separation and Characterization System(用于组合非侵入性快速检 测血液培养系统与侵入性微生物分离和表征系统的系统)”的美国临时专 利申请第61/216,339号的权益，其并入本文。

背景

本发明解决了本领域中对于用于迅速地表征和/或识别被储存在试样 容器中的样品例如血液或其他生物样品中的微生物剂(microbial agent)的 自动化仪器和方法的长期需要。作为实施例，本公开的仪器和方法迅速地 和自动地提供关于微生物剂的革兰氏类型(阳性的或阴性的)、形态、物 种或其他相关的临床信息的信息。

目前在美国的市场上具有检测血液样品中的微生物的生长并且因此 检测血液样品中的微生物存在的仪器。一种这样的仪器是本发明的受让人 bioMérieux有限公司的BacT/ALERT 3D仪器。该仪器接收容纳血液样品的 血液培养瓶，血液样品例如来自人类患者。该仪器培育(incubate)瓶子。 在培育期间，培育器中的光学检测单元周期性地分析被结合入瓶子的比色 传感器(colorimetric sensor)以检测微生物生长是否已经在瓶子内发生。 光学检测单元、试样容器和传感器在专利文献中被描述，见美国专利 4,945,060；5,094,955；5,162,229；5,164,796；5,217,876；5,795,773；和 5,856,175，这些专利文献中的每个的全部内容均通过引用并入本文。其他 大体上与生物样品中的微生物的检测有关的所关心的现有技术包括以下 专利：U.S.5,770,394、U.S.5,518,923；U.S.5,498,543、U.S.5,432,061、U.S. 5,371,016、U.S.5,397,709、U.S.5,344,417、U.S.5,374,264、U.S.6,709,857； 和U.S.7,211,430。

在检测仪器例如BacT/ALERT 3D和相似的仪器中，一旦血液培养瓶 已经被测试为对于微生物存在是阳性的，那么获得高水平的微生物剂的表 征或微生物剂的物种的识别是困难的，这是由于血液组分以及人工制品的 用于容纳样品的一次性系统(例如瓶子)的干扰。因此，目前的方法使用 瓶子或其他合适的一次性容器以及有关的仪器以用于样品中的微生物的 自然生长和检测，如上文描述的。一旦仪器指示出瓶子对于微生物剂的存 在是阳性的，那么根据目前的方法，“阳性”瓶子被手动地从仪器取回并 且样品的一部分被手动地从瓶子移除并且在琼脂板上培养。在本领域中具 有使样品培养基(sample medium)在培养板上的划线培养(streaking)以 及对板的培育实现自动化的仪器。一种这样的仪器在美国专利6,617,146 中描述。在划线培养之后，板被手动地放置在培育器中并且被周期地检查 微生物的次代培养物的生长。在次代培养物已经充分地生长之后，培养物 的样品被从板取得并且放置在试管中。然后试管被引入又另一个仪器中， 以通过具有多个单独的槽道(well)的一次性测试样品卡进行识别测试。 一次性测试卡是在专利文献中已知的，见例如美国专利4,118,280、 3,963,355、4,018,65；4,116,775和4,038,151、5,609,828、5,746,980、5,766,553、 5,843,380、5,869,005、5,916,812、5,932,177、5,951,952和6,045,758，其 全部内容通过引用并入本文。

然后测试样品卡在本领域中已知的分析仪器例如本受让人的VITEK 2 仪器中被处理。VITEK 2仪器培育测试样品卡并且使用读数器单元周期地 读取测试样品卡的槽道。在卡的其中的一个或多个槽道中的样品的生长产 生微生物剂的识别。VITEK 2仪器在专利文献中描述，见例如美国专利 5,762,873和6,086,824，其内容通过引用并入本文。

从将样品引入血液收集瓶子中的时刻至培养、微生物存在的检测以及 然后微生物的被VITEK 2仪器的识别的这一整个过程通常耗费2-5天。在 阳性的瓶子检测之后发生的识别步骤通常独自占用这些天中的1-3天。

如果血液样品中的微生物剂的检测和识别以及向临床医师报告结果 所耗费的时间可以被从目前的2-5天减少至少于一天，那么对于患者而言 的很大的并且潜在地能够挽救生命的临床益处是可能的。到目前为止本领 域中尚没有满足这种需要的系统。然而，本发明使对生物样品例如血液样 品中的微生物剂的这样的快速的识别和/或表征成为可能。

本文提出的用于迅速地识别和/或表征微生物剂的系统和方法可以被 有利地与用于检测试样容器中的剂(agent)的存在的自动化检测仪器组合， 如在我们的在先临时申请中以及在与本申请同一个日期提交的共同待审 的申请序列号第____________号，案卷号09-271-US中以及在本文公开的实 施方案中描述的。在这种组合中，本发明的系统和方法组合了这样一种检 测仪器，该检测仪器操作成检测容纳有对于微生物剂存在是阳性的血液或 其他样品的容器，以及微生物剂的快速的和自动化的识别。在一个实施方 案中，检测仪器可以被耦合于或集成于如本文描述的在检测时进行微生物 剂的识别和/或表征所必需的另外的步骤的自动化识别和/或表征仪器。所 得到的组合的系统提出用于在检测时进行快速的识别和/或表征的独特的 自动化解决方案，提供了完整的系统解决方案。从首先将生物样品加载入 检测容器(例如瓶子)中至识别和/或表征的总时间在大多数情况下通常少 于24小时。此外，不同于如现有技术中的在瓶子被测试为是阳性的之后 另外耗费一至三天以获得微生物剂的识别和/或表征，这样的结果在使用本 发明的系统和方法时可以潜在地在少于一个小时内获得。本公开的仪器还 提供在白昼或黑夜的任何时间提供快速的和自动化的识别和/或表征结果 的能力。

本公开的系统和方法具有其他附带的益处和特征，包括以下的潜力： (a)减少实验室人员向锋利的和生物公害的材料的暴露；(b)减少实验室 劳动力和使用者错误；(c)改进样品追踪、跟踪能力和信息管理；(d)与 实验室自动化系统的接口连接；(e)改进工作流程和人体工学；(f)通过 递送临床上相关的可行为信息来改进患者护理；以及(g)通过更早地集 中于合适的抗微生物治疗和减少住院时间提供更快的结果，由此潜在地减 少成本。

本公开内容的方法可以在作为独立仪器的自动化识别仪器中实施。可 选择地，仪器可以包括用于自动化检测试样容器是否对于微生物剂的存在 是阳性的以及如果是这样的话那么行进至处理瓶以自动地和迅速地识别 和/或表征微生物剂的系统和部件。

许多另外的相对于现有技术的优点和益处将在下文在以下的详细描 述中被解释。

概述

下文描述提供在被容纳在试样容器例如瓶中的样品中存在的微生物 剂的自动化识别和/或表征的系统和仪器架构。优选的实施方案以全自动化 的方式实现这些特征，即不具有在处理步骤中的直接的人类干预。本发明 将在下文在用于处理血液培养试样容器和识别和/或表征在血液中存在的 微生物剂的系统的内容中被描述，然而系统和方法适用于其他的类型的生 物样品或其他样品。

自动化识别和/或表征仪器接收试样容器(例如培养瓶)作为输入。这 样的试样容器可以被手动地或自动地提供至仪器。在一个可能的实施方案 中，试样容器被预先确定为是“阳性的”，即对于其中的微生物生长来说， 并且因此微生物在容器内的存在已经被检测到。

自动化识别/表征仪器包括自动化的处理步骤和/或设备，即：

(a)样品移除设备，其能操作成从试样容器移除测试样品(即试样样 品的一部分)并且将测试样品加入一次性分离装置，在对样品进行可选择 的溶解步骤之前或之后；

(b)分离和浓缩站，例如离心机或类似物，其在容纳测试样品(或 可选择地溶解的样品)的分离装置上操作，从而将微生物剂从可以在测试 样品中的其他组分分离并且时分离装置内的微生物剂浓缩，例如以小球或 被浓缩的小球状的块体的形式；以及

(c)识别模块，例如读取站，其询问被浓缩的微生物剂以识别和/或 表征微生物剂。

在本文描述的某些实施方案中，识别模块在被浓缩的微生物剂被容纳 在分离装置内时询问被浓缩的微生物剂，并且为此分离装置可以由合适的 材料制造并且是光学上透明的以帮助光学询问。例如，识别模块可以包括 以下特征：于2009年10月30日提交的名称为“Methods for the isolation and  identification of microorganisms(用于微生物的隔离和识别的方法)”的美 国序列号12/589,929；于2009年10月30日提交的名称为“Separation device  for use in the separation，identification and/or characterization of  microorganisms(用于微生物的分离、识别和/或表征的分离装置)”的美国 序列号12/589,969；于2009年10月30日提交的名称为“Method for  separation，identification and/or characterization of microorganisms using  spectroscopy(用于微生物的使用光谱学的分离、识别和/或表征的方法)” 的美国序列号12/589,952；于2009年10月30日提交的名称为“Method for  separation，identification and/or characterization of microorganisms using mass  spectrometry(用于微生物的使用质谱的分离、识别和/或表征的方法)”的 美国序列号12/589,936；于2009年10月30日提交的名称为“Method for  separation and characterization of microorganisms using identifier agents(用于 微生物的使用识别物剂的分离和表征的方法)”的美国序列号12/589,985； 于2009年10月30日提交的名称为“Method for detection，identification  and/or characterization of microorganisms in a sealed container(用于密封容器 中的微生物的检测、识别和/或表征的方法)”的美国序列号12/589,968； 以及于2009年10月30日提交的名称为“Method for separation，identification  and/or characterization of microorganisms using raman spectroscopy(用于微 生物的使用拉曼光谱的分离、识别和/或表征的方法)”的美国序列号 12/589,976，其整个内容通过引用并入本文。设想多种用于在识别仪器中 使用的光学技术，包括例如光谱测定，例如测量来自被浓缩的微生物剂的 固有荧光的荧光光谱、漫反射光谱、拉曼光谱、或其他能够基于微生物的 化学的或物理的组成表征和/或识别微生物的光学技术。在其他实施方案 中，识别仪器可以包括另外的从分离装置移除被浓缩的微生物剂的全部或 一部分并且直接地，例如通过质谱或通过另一种一次性的测试装置(例如 测试条或测试卡片)分析被浓缩的微生物剂的仪器。

在另一个方面，描述用于对被容纳在试样容器中的生物样品中存在的 微生物剂进行快速的识别和/或表征的方法，包括进行以下步骤：

(a)自动地从试样容器抽出生物样品的一部分；

(b)将生物样品的该部分引入分离装置中；

(c)使分离装置内的微生物剂分离和浓缩；以及

(d)分析被浓缩的微生物剂以识别和/或表征微生物剂。

在优选的实施方案中，步骤(a)-(d)被自动地进行。

在某些实施方案中，步骤(a)-(d)可以对同一个试样容器进行多次， 例如周期性地每三十分钟。此外，步骤可以在试样容器经受另外的培育步 骤时周期性地进行。因此，本方法可以在检测仪器的阳性声明之前提供早 期的识别。方法可以利用预测阳性的培养例如脓毒症标记物、临床表现等 等的互补的临床信息以绕过分离检测步骤并且直接地前进至试样容器的 培育并且当微生物生长在试样容器中发生时重复的取样、分离和分析步 骤。

在一个实施方案中，样品可以是生物样品，例如生物流体。生物样品 可以是临床的或非临床的样品。在另一个实施方案中，生物样品包括血液 样品并且方法还包括使所抽出的测试样品中存在的血液组分溶解的步骤。 溶解步骤可以在分离装置中或在用于从试样容器提取样品的一次性取样 装置中或在另一个容器或装置中进行。

在一个实施方案中，识别仪器的主要功能是自动地对试样容器例如培 养瓶进行取样，以识别在样品中存在的微生物剂。在另一个实施方案中， 微生物剂的识别在生物在指数生长阶段中时发生。系统自动化帮助这种及 时的处理。此外，识别仪器可以向临床医师提供和报告最终的识别/表征结 果。

在其中样品的溶解是期望的的应用中，特定的选择性的溶解缓冲剂 (“溶解剂”)对于所有的预期在样品中遇到的生物可能不是最优的。在阳 性的样品由于非最优的溶解过程而不产生识别或表征结果的这种情况下， 系统可以被配置为自动地使用可选择的溶解性缓冲剂制剂再处理样品。关 于在相关联的检测仪器中测量的生长速率的信息可以被用于选择对于再 处理来说最优的溶解缓冲剂制剂。当再处理时，预期的是，真阳性将产生 结果。否则，样品通过检测子系统而被认为是假阳性确定。因此，在仪器 的一个配置中，不同的溶解缓冲剂的多个容器被包括在该仪器中，并且所 选择的溶解缓冲剂被获得，例如被加载入用于从试样容器抽出样品的取样 装置中。

对于本领域中已知的检测技术(例如在BacT/ALERT仪器中)，假阳 性以非常低的比率发生。然而，直到培养样品在培育条件下已经被测试五 天，样品的最终的阴性确定才能够被作出。因此，在一个可能的实施方案 中，识别/表征仪器可以通过自动地将试样容器返回至测试的培育/搅拌/检 测模式而继续测试假的“阳性”培养样品。根据本实施方案，继续的测试 在被容纳在识别/表征仪器中的培育机架内发生。可选择的实施方案是将试 样容器返回至相关联的检测仪器。因此，自动地再引发试样容器的培育是 本公开的另外的可选择的方面。可以利用操作者干预来再引发培育，但是 将需要对机构的操作识别仪器的部分的警戒。

在另一个方面，本发明可以被视为用于对样品中存在的微生物剂进行 快速的识别和/或表征的自动化识别和/或表征仪器。该仪器包括一次性分 离装置的供应部；保持结构，其用于保持多个试样容器，每个容纳待识别 和/或表征的样品；机器人传递机构；样品移除设备，其被耦合于机器人传 递机构，该样品移除设备能操作成从试样容器移除测试样品(即试样样品 的一部分)并且将所述部分加载入分离装置中的一个中；分离和浓缩站， 其在接收测试样品之后在分离装置上操作，从而将微生物剂从所述样品的 所述部分中的其他产物分离并且在分离装置内浓缩微生物剂；以及识别和 /或表征模块，其询问被浓缩的微生物剂以表征和/或识别微生物剂。

在又一个方面，公开用于浓缩在被容纳在试样容器内的试样样品中存 在的微生物剂的方法。方法包括以下步骤：(a)通过机器人设备自动地将 测试样品从试样容器抽出而送入一次性装置中，其中一次性装置加载有密 度缓冲物；(b)通过机器人设备自动地将一次性装置放置入离心机中，以 及(c)离心一次性装置，以由此在分离装置内分离和浓缩微生物剂。

在另一个方面，公开测试被容纳在被密封的试样容器内的试样样品的 方法。方法包括以下步骤：a)使用一次性取样装置从试样容器移除测试样 品并且将测试样品容纳在一次性取样装置中；b)使一次性取样装置内的 测试样品的非微生物剂组分溶解，由此生成溶解的样品；c)将溶解的样品 递送至一次性分离装置；d)在一次性分离装置内浓缩在所述样品的所述 部分中存在的微生物剂；以及e)询问一次性分离装置内的被浓缩的微生 物剂。

在另一个方面，描述用于对试样样品中存在的未知的微生物剂进行快 速的识别和/或表征的方法。方法包括以下步骤：a)使用机器人设备自动 地将样品放置在一次性分离装置内；b)离心一次性分离装置，由此在一 次性分离装置内分离和浓缩微生物剂；c)使用光谱法询问微生物剂以获得 被浓缩的微生物剂的光谱测量；d)将所述光谱测量与包括被浓缩的已知 的微生物剂的光谱测量的基准数据比较，以及e)从比较步骤识别和/或表 征未知的微生物剂。

本发明的方法的步骤可以对同一个试样容器进行多次，例如周期性地 每三十分钟。此外，步骤可以在试样容器经受培育时周期性地进行。本方 法可以通过相关联的检测仪器提供阳性声明之前的早期的识别。方法可以 利用预测阳性的培养例如脓毒症标记物、临床表现等等的互补的临床信息 以绕过分离检测步骤并且直接地前进至试样容器的培育并且当微生物生 长在试样容器中发生时重复用于识别和/或表征的步骤。

在又一个方面，公开用于浓缩样品中存在的微生物剂的方法。样品被 加载入试样容器中。方法包括以下步骤：(a)自动地将样品的一部分从试 样容器抽出而送入一次性取样装置中；(b)自动地将所述样品的所述部分 从一次性取样装置引入一次性分离装置中，分离装置加载有密度缓冲物； 以及(c)自动地离心一次性分离装置，以由此在分离装置内分离和浓缩微 生物剂。

方法可以可选择地还包括在进行自动的离心步骤(c)之前使样品中存 在的细胞组分溶解的步骤。在一个配置中，溶解步骤在一次性取样装置内 进行。溶解步骤包括将样品与选择性的溶解性缓冲剂在取样装置内混合的 步骤。在另一个可选择的配置中，方法包括以下步骤：1)自动地将选择 性的溶解性缓冲剂加入一次性取样装置中；2)自动地将样品的一部分从 试样容器抽出而送入含有选择性的溶解性缓冲剂的一次性取样装置中，以 及3)将选择性的溶解性缓冲剂与样品在一次性取样装置内混合。

在又一个方面，公开识别和/或表征样品中的微生物剂的方法，包括以 下步骤：a)从多种已知的微生物剂的浓度获得包括固有荧光测量的基准数 据；b)将所述基准数据存储在自动化识别和/或表征仪器可访问的机器可 读的存储器中；以及c)在所述仪器中提供(1)浓缩一次性装置内的含有 未知的微生物剂的样品的机器人自动化设备，(2)能够从一次性装置中的 被浓缩的微生物剂获得固有荧光测量的读取单元，以及(3)处理单元， 所述处理单元执行将从样品获得的固有荧光测量与基准数据比较并且自 动地识别和/或表征样品中的未知的微生物剂的指令。

识别仪器的这些和很多更多的方面和特征将在下文参照所附的附图 被讨论。

附图简述

以下的详细描述参照了所附的附图。意图是，本文所公开的实施方案 和附图被认为是例证性的并且以示例而不是限制性的方式被提供。

图1是用于对在样品中存在的微生物剂进行快速的识别和/或表征的 自动化仪器的框图。

图2是在图1中示出的仪器的一种可能的配置的透视图。仪器包括用 于保持试样容器的机架、一次性物品(包括取样装置和分离装置)的暗盒、 机器人传递机构、样品移除设备、离心机形式的分离和浓缩装置以及识别 和/或表征模块(读取站)，识别和/或表征模块(读取站)操作成询问容纳 被浓缩的微生物剂的分离装置以进行微生物剂的识别和/或表征。在一个可 能的实施方案中，图2的仪器可以与自动检测仪器(见下文的图28、47-48) 集成，在这种情况下，用于试样容器的机架是在检测操作期间保持试样容 器的同一个结构。可选择地，识别和/或表征仪器位于自动检测仪器的远方 但是被耦合于自动检测仪器，如图47中所示的以及在我们的在先临时申 请和在与本申请同一个日期提交的共同待决的美国申请序列号 ___________代理人案卷号09-271-US中描述的。

图3是图2的识别和/或表征仪器的俯视平面图，示出了阳性试样容器 的机架在一个用于培育的位置中。

图4是图2的仪器的俯视平面图，示出了用于阳性试样容器的机架被 运动至用于将样品从瓶子抽出的位置以进行识别和/或表征测试。

图5是图2-4的实施方案的另一个透视图。

图6是被与图1的识别/表征仪器共同地使用的分离装置的透视图。分 离装置从阳性试样容器接收样品的一部分。微生物剂在以本文描述的方式 位于分离装置中的毛细管的底部处浓缩。然后被浓缩的微生物剂被识别和 /或表征读取模块询问以表征和/或识别微生物剂。

图7是图6的分离装置的透视图。

图8是图6和7的分离装置的横截面图。

图9是被装配至图6-8的分离装置的下端的端帽的横截面图。

图10是图6的分离装置的横截面图，示出了在离心之后的在分离装 置的毛细管中的被浓缩的微生物剂。

图11是图6的分离装置中的被浓缩的微生物剂正在被识别/表征或读 取模块询问的示意性图示。

图12是图6的分离装置的可选择的实施方案的透视图。

图13是图12的分离装置的横截面。

图14是在识别和/或表征仪器内使用的一次性取样装置的一个实施方 案的图示。

图15是示出了识别和/或表征仪器中的样品移除设备的从一次性装置 的暗盒拾取图14的取样装置中的一个的操作的详细透视图。暗盒包括多 个图6或12的分离装置以及多个图14的取样装置。

图16是示出了样品移除设备的对检测容器的顶部处的阻挡器进行杀 菌以及使检测容器通风的操作的详细透视图。

图17是在图16中示出的位置中的样品移除设备的更详细的图示。

图18是示出了样品移除设备的将检测容器内的样品的一部分抽出送 入图14的一次性取样装置中的一个中的操作的详细透视图。

图19是在图18的位置中的样品移除设备的更详细的图示。

图20A-20C是样品移除设备的三个透视图，示出了将样品分配入分离 装置中的一个中并且将取样装置传递至废物容器的操作。

图21是样品移除设备的一序列的透视图，示出了将分离装置传递至 分离和浓缩站并且在识别和/或表征模块中对分离装置进行光学询问的操 作。

图22是分离和浓缩站以及识别和/或表征模块的更详细的图示。

图23是识别和/或表征仪器的一序列的三个透视图，示出了拾取分离 装置、将分离装置传递至废物容器并且将分离装置放置在废物容器中的操 作。

图24是将分离装置放入废物容器中的操作的更详细的图示。

图25是识别和/或表征仪器的可选择的配置的框图，其中被浓缩的微 生物剂被从分离装置移除并且在移除之后被分析。分析可以通过多个不同 类型的系统或单元中的任何一个进行，系统或单元包括分子诊断测试单 元、质谱单元、或微生物识别测试装置以及相关联的处理仪器。

图26A-26C是示出了在自动地检测微生物剂在试样容器中的存在(图 26A)和自动地识别和/或表征微生物剂(图26B和26C)的操作中进行的 步骤的流程图。

图27是用于样品中的微生物剂的快速的和自动的识别和/或表征的仪 器的第二实施方案的透视图。

图28是图27的仪器的透视图，示出了用于保持试样容器的机架的一 种可能的配置。在图28的实施方案中、机架包括用于试样容器的培育的 特征、用于试样容器的搅拌的特征以及用于试样容器内的微生物生长的自 动检测的特征。因此，图28示出了其中自动检测和识别仪器可以被组合 为单一的仪器的一个实施方案。

图29是图27和28的实施方案的另一个透视图。多轴机器人(multiple  axis robot)用于接近试样容器并且使用一次性取样装置进行取样操作。

图30是容纳一次性取样装置和一次性分离装置的暗盒的透视图，暗 盒可以在图2-5或27-29的仪器中使用。

图31是图29的实施方案中所使用的多轴机器人的透视图。

图32是一次性取样装置的可选择的实施方案的透视图，示出了在图 14中示出的大体上的设计的变化。

图33是图32的取样装置的横截面图。

图34是被示出为夹紧图32的取样装置的图31的机器人的臂的远端 的详细的透视图。

图35是被示出为夹紧图32的取样装置的图31的机器人的臂的远端 的另一个详细的透视图。

图36是在图31的机器人上的泵组件的透视图，泵组件操作成向取样 装置提供真空和正压，以(a)从试样容器中的一个抽出样品的小部分以及 (b)将样品分配入图6和30的一次性分离装置中的一个中(可选择地在 使样品溶解之后)。

图37是使用图32的取样装置对试样容器中的一个进行取样操作的图 31的机器人的透视图。

图38是在图37中示出的取样操作的更详细的视图。

图39是图32的取样装置的透视图，该取样装置被放入图26和27中 示出的旋涡器(vortexer)中以利于在从试样容器中的一个抽出的样品中的 细胞组分的溶解。

图39A是旋涡器的透视图，该旋涡器具有可选择的围绕取样装置的保 持器的盘管加热器以加热保持器并且将取样装置内的样品保持在37摄氏 度。

图40是在涡流操作期间正在被机器人手保持的图32的取样装置的透 视图。

图41A和41B是旋涡器和取样装置的侧视图和横截面图。

图42A和42B是用于被结合入旋涡器中的取样装置的保持器的横截面 图和透视图。

图43A、43B和43C分别是在样品从取样装置被引入分离装置中之前 取样装置和分离装置的横截面图、侧视图和透视图。图43D是取样和分离 装置的另一个透视图，其中取样装置的橡胶针护套显示为被部分地除去， 以示出取样装置的针。

图44是处在适当位置中用于将样品的一部分注射入分离装置中的取 样装置的透视图。

图45是在图44中示出的注射操作的侧视图。

图46是取样装置和分离装置的示出了注射操作的横截图。

图46A是图27的杯和杯保持器的详细视图，示出了杯接收分离装置 中的一个；图46B示出了被插入图46A的杯中的分离装置；图46C是图 46A的杯保持器、杯以及分离装置的横截面。

图47是通过传送器而耦合于自动识别和/或表征仪器的用于检测生物 样品中的微生物剂的检测仪器的示意性的图示。

图48是以自动的方式例如通过传送器来接收试样容器的组合的自动 检测和识别仪器的示意性的图示。

图49是由使用者例如通过打开在仪器的前面板中的门来手动地接收 试样容器的组合的自动检测和识别仪器的示意性的图示。图49的实施方 案可以例如采用在图27中示出的布置被实施。

图50是示出了控制图27-46的仪器的操作的计算机系统的示意性的框 图。

图51A-C是示出了一序列的处理指令的流程图，其使用固有荧光测量 来进行对被浓缩的微生物剂的识别和/或表征。

图52-57是固有荧光(IF)测量及其变换的曲线图，其图示了图51A 的预处理指令在最小化生物组内的菌株与菌株间的差异(strain-to-strain  variation)的方面的益处。

图58和59是对数变换的IF测量的一阶导数的曲线图，示出了在 315nm和415nm的激发波长的物种的子集之间的识别潜在性。

图60是可以与图1的识别/表征仪器共同地使用的分离装置的第二实 施方案的透视图。本实施方案的分离装置具有分离的溶解室和分离的分离 室，二者被流体流动通道连接。

图61是图60的分离装置实施方案的透视图，示出了被从分离装置分 离的顶板和基部板。

图62是在图60中示出的分离装置实施方案的主体部分的俯视图。

图63是沿着图62中示出的分离装置实施方案的线A-A的横截面图。

图64是沿着图62中示出的分离装置实施方案的线B-B的横截面图。

图65是可以与图1的识别/表征仪器共同地使用的组合的取样和分离 装置的透视图。

图66是具有被示出为在打开位置中的夹管阀(pinch valve)的在图65 中示出的组合的取样和分离装置的前视图。

图67是具有被示出为在打开位置中的夹管阀的在图66中示出的组合 的取样和分离装置的横截面图。

图68是具有被示出为在关闭位置中的夹管阀的在图65中示出的组合 的取样和分离装置的前视图。

图69是具有被示出为在关闭位置中的夹管阀的在图67中示出的组合 的取样和分离装置的横截面图。

图70是组合的取样和分离装置的第二实施方案的透视图。

图71是图70中示出的组合的取样和分离装置的横截面图。

图72是图71中示出的阀的横截面图。

图73是可以与图1的识别和/或表征仪器共同地使用的组合的取样和 分离装置的第三实施方案的侧视图。

图74是图73中示出的组合的取样和分离装置的横截面图。

图75是图73中示出的组合的取样和分离装置的分解图。

图76是可以与图1的识别/表征仪器共同地使用的组合的取样和分离 装置的第三实施方案的透视图。

图77A是图76中示出的组合的取样和分离装置的侧视图。

图77B是图77A中示出的组合的取样和分离装置的横截面图。

图78A是图76中示出的组合的取样和分离装置的侧视图。

图78B是图78A中示出的组合的取样和分离装置的横截面图。

详细描述

I.概述

本文描述了一种自动化仪器，其提供用于试样样品例如生物样品中的 微生物剂的自动识别和/或表征的新的构造和方法。识别和/或表征仪器104 在图1中以框图形式示出。两个实施方案在本文中被很详细地描述，第一 实施方案参照图2-26描述并且第二实施方案参照图27-46描述。仪器104 的实施方案在容纳样品的试样容器500(图1)上操作。在一个实例中， 试样容器500是用于将试样样品例如血液样品容纳在其中的标准培养瓶， 例如血液培养瓶。

通常，任何类型的可以含有微生物剂，例如细菌、真菌或酵母物种的 样品都可以被在例如用于生物样品的仪器104中测试。例如，试样样品可 以是被怀疑含有一种或多种微生物剂的临床的或非临床的样品。临床的样 品，例如体液，包括但不限于血液、血清、血浆、血液成份、关节液、尿、 精液、唾液、粪便、脑脊液、胃内容物、阴道分泌物、组织均质物、骨髓 抽取液、骨均质物、痰、抽吸物、拭子和拭子擦洗物、其他体液、以及类 似物。可以被测试的非临床的样品包括但不限于食品、饮料、药物、化妆 品、水(例如饮用水、非饮用水和废水)、海水压载物、空气、土壤、污 水、植物材料(例如种子、叶、茎、根、花、果实)、血液制品(例如血 小板、血清、血浆、白细胞部分等等)、捐献器官或组织样品、生物战样 品、以及类似物。

一个可能的用于本公开的仪器104的配置是在一种组合系统中，该组 合系统将试样容器中的微生物剂的检测与微生物剂的自动识别和/或表征 集成。这样的组合的方法在在先临时申请中以及在与本申请同一个日期提 交的共同待审的申请序列号第____________号，案卷号09-271-US中描述。 这种组合的方法还参照图27的实施方案被描述。

在本配置中，试样容器500(图1)被接种有试样样品(例如临床的 或非临床的样品)并且加载/卸载入自动化检测仪器102中/从自动化检测 仪器102加载/卸载出来(例如图47)。在足以允许微生物的自然放大的时 间间隔(该时间间隔在物种之间不同)之后，试样容器在检测仪器102内 被测试微生物的存在。测试周期性地进行，使得如果试样容器被测试为是 阳性的，那么其立即可以被传递至识别和/或表征仪器104以进行试样样品 的进一步的分析。

检测可以使用多种技术来实现，例如在专利文献中描述的比色传感器 (colorimetric sensor)(见美国专利4,945,060；5,094,955；5,162,229； 5,164,796；5,217,876；5,795,773；和5,856,175)。检测还可以使用微生物 的固有荧光、对培养基的光学散射的变化的检测、或对培养基或顶部空间 中的挥发性有机物的生成的检测来实现。这些技术是本领域中已知的并且 在本文件的背景部分中的上文所引用的专利文献中被描述。

一旦试样容器500在自动化检测仪器102(见图47)中被检测为是阳 性的，那么检测仪器102将通过指示物(例如视觉提示)、或通过在用户 界面显示器处的通知、或通过其他手段来通知操作者。系统可以被设置为 自动地分析阳性试样容器，或需要终端用户在下文描述的识别/表征仪器 104中进行样品分析之前确认。当采用自动表征时，通过电子工具立即通 知医师来自识别/表征系统的结果，这将是可能的。

一旦试样容器在检测仪器102中被确定为是阳性的，那么阳性试样容 器被切换或传递至下文描述的识别和/或表征仪器104。见图47。实现这一 点的方式可以根据检测和识别/表征仪器102和104的物理配置而广泛地变 化。能够实现这一点的方式的一个实施例在下文参照图27描述。

现在具体地参照图1，试样容器或瓶子500被接收在识别和/或表征仪 器104中，以自动的或手动的方式。其发生的方式不是特别重要的，并且 可以根据仪器104的配置而广泛地变化。试样容器500被放置在识别和/ 或表征仪器104中的合适的保持结构或机架1906中。图2、5、27和28 示出了多个可能的用于保持结构1906的配置。保持结构1906典型地适合 于保持多个试样容器500。保持结构1906具有这样一种设施，该设施用于 将试样容器旋转至高于和低于水平的倾斜位置以利于通风和样品移除，如 下文描述的，以及可选择地有利于样品的搅拌并且由此促进微生物生长。 在可选择的配置中，被宣布是阳性的试样容器可以保留在检测仪器102内 的机架中，并且取样可以从检测仪器直接地发生。

识别和/或表征仪器104包括保持或夹持一次性取样装置1902的样品 移除设备1912。其共同地操作以移除测试样品(即在阳性试样容器500中 的试样样品的一部分)，并且然后将该部分加入分离装置1904(见图6-11) 中。分离装置1904可以采取多种形式，并且本文描述了一种配置，在该 配置中分离装置包括用于接收样品的储存器(图8，项2602)和被连接于 储存器2602的毛细管2604。识别/表征仪器104还包括分离和/或浓缩站 1916，分离和/或浓缩站1916可选择地为离心机的形式并且在分离装置 1904上操作从而将微生物剂从测试样品中的其他组分分离并且将分离装 置1904内的微生物剂浓缩。在一个示例中，微生物剂以小球或小球状的 团块的形式在分离装置1904的毛细管2604的底部中被浓缩。识别/表征仪 器还包括询问被浓缩的微生物剂以识别和/或表征微生物剂的识别和/或表 征模块或读取站(图1，1918)。

仪器104接收一次性物品的暗盒1900。一次性物品具有两种类型：(1) 取样装置1902，其用于使试样容器500通风和从试样容器500移除测试样 品，以及(2)分离装置1904，其通过取样装置1902从容器500接收样品 的一部分并且测试样品中的微生物剂在分离装置1904中被浓缩。在仪器 的可选择的配置中，取样装置1902和分离装置1904的功能被组合为单一 的一次性装置，如图60-78中所示的，在这种情况下暗盒1900将仅包括多 个组合的取样和分离装置。

仪器104还包括操作成接近一次性物品1902和1904的机器人传递机 构1910、被保持在保持器或机架1906中的阳性试样容器500、废物容器 1908、分离和浓缩装置1916、以及识别模块1918。机器人传递机构1910 还可以操作成从分离的检测仪器接收阳性试样容器，并且将阳性试样容器 加载入保持结构或机架1906中。机器人传递机构1910根据需要而接近废 物容器、分离和浓缩站1916、识别模块1918和仪器104中的其他模块或 部件，以进行下文描述的功能。传递机构1910的构建的方式可以根据仪 器104的配置而广泛地变化。

样品移除设备1912优选被结合入或耦合于机器人传递机构1910，如 由虚线1913表示的。设备1912还包括用于夹持通风和取样装置1902、分 离装置1904和/或试样容器500中的一个的机器人夹紧和操纵机构。样品 移除设备1912被连接于能够进行机器人夹紧功能的气动系统1914。气动 系统1914可以包括真空泵，如在下文的第二实施方案中描述的。真空泵 操作成向通风和取样装置1902提供真空以从试样容器500吸取样品，并 且向取样装置1902提供正压以将来自取样装置1902的样品注射入分离装 置1904中。识别仪器104的这些方面将全部在下文更详细地描述。

在一个实施方案中，识别模块1918包括照射分离装置1904中的被浓 缩的微生物剂的光源(例如激发光源)。响应于照射，被浓缩的微生物剂 发射出可检测的荧光信号，即固有荧光，如下文描述的。此外，光源对被 浓缩的微生物剂的照射将产生反射信号或瑞利散射信号；这种信号具有与 激发光相同的波长并且提供另外的关于微生物剂的吸收的信息。反射信号 还可以提供荧光数据的归一化的基础。识别模块1918的配置包括用于在 空间上分散反射/荧光光谱的工具，其可以采取分光计的形式。这些荧光和 反射信号(光谱)被传感器阵列1920捕获，传感器阵列1920产生向计算 机1924供应的信号。计算机执行算法以处理反射/荧光信号并且响应地识 别和/或表征微生物剂。在一个实施方案中，具有识别或表征结果的报告被 发送至输出装置1926(例如显示器或相关联的计算机工作站、寻呼机、移 动电话或电子邮件服务器)。所述结果可以包括临床程序类型、对微生物 剂的直接识别(例如达到分类层系中的属或种水平)、或有关样品中的微 生物剂的其他临床信息。

第一实施方案(图1-26)

样品移除设备和从试样容器(例如血液培养瓶500)的取样(图1-5、 15-16，项1910和1912)

以样品头1912的形式的样品移除设备从取样装置1902的暗盒1900 取回取样装置1902(一次性的)(图1、5)。该取样装置1902(图14，也 参见图32、33)可以采取无菌有护套的针或其他器具的形式，以用于刺穿 试样容器500中的阻挡器或其他封闭器构件并且使试样容器通风(如果必 要的话)从而使瓶子压力和大气压力平衡。取样装置(图14、32，1902) 包括用于保持被抽出的测试样品的取样容器或室3204。测试样品将包括试 样样品的一部分和任何存在的培养基。另一个可能的实施方案是取样装置 含有无菌有护套的针并且被直接地连接于或结合入分离装置中(即组合的 取样和分离装置，见图60-78)。样品移除设备1912可以可选择地包括用 于在取样之前净化瓶子的表面的特征(如果需要的话)。

机器人传递机构1910(图5)除了以围绕三个互相正交的平移轴线之 一的一个旋转轴线运动之外，还可以以这三个互相正交的平移轴线运动， 从而能够在瓶子被保持在试样容器保持器1906的机架2310中时将样品移 除设备1912定位为与每个试样容器/瓶子500的接近部位(例如阻挡器或 隔膜)相对。取样装置1902的有护套的针3202与瓶子接近部位的对准可 以通过内置于容器500的停靠特征、视觉系统(例如照相机)或使用预编 程的维度坐标和控制机器人传递机构1910的精确运动来实现。瓶子500 优选被首先向上倾斜，使得在接近部位或阻挡器下方的空间容纳顶部空间 气体并且不容纳液体培养基(liquid media)。本步骤的基本原理是容器应 当首先被通风使得瓶子中的压力接近大气压力。这将防止气溶胶从瓶子的 通风以及过量的流体传递和过分充满以及在瓶子过压状态的情况下的可 能的溢出。

相似地，如果培养尚未生成显著的副产物(例如顶部空间气体)或微 生物不是“气体生产者”，那么将有压力不足条件，或瓶子内部的压力将 低于大气压力，这将使取样困难。无菌性的通风将平衡压力，使得流体样 品可以被从瓶子移除。

在合适的通风之后，瓶子500被倾斜，使得瓶子的进入口被向下定向 并且液体样品可以被传递至取样装置1902。取样装置从试样容器抽出血液 /培养基的例如0.5ml、1.0ml、或2.0ml样品。可选择地，正排量注射器 (positive displacement syringe)状的装置可以被开发以提供在真空或压力 条件的宽范围内的对试样容器的取样。

测试样品中的组分的可选择的溶解

在测试样品已经被从试样容器500抽出之后，其中所含有的任何细胞 组分(例如血细胞)可能需要被溶解，使得它们不干扰下文描述的分离和 识别/表征过程。可选择的溶解步骤可以使用溶解缓冲剂(其是pH被平衡 的表面活性剂溶液)来进行或可以使用超声处理来实现。两种途径都导致 血细胞壁的破裂。溶解操作可以通过离线地或在识别和/或表征仪器104内 将溶解缓冲剂加入一次性取样装置1902中来进行。可选择地，溶解缓冲 剂可以在样品向分离装置1904中的加载期间与血液/培养基样品混合。在 溶解缓冲剂和血液/培养基样品被组合之后，需要进行一定量的搅拌或混 合，以确保溶解缓冲剂接触血细胞以及细胞壁破裂发生。在一个可能的实 施方案中，机器人传递机构可以向上和向下或以其他方式运动以实现这种 混合。在另一个实施方案中，混合站(例如在下文的第二实施方案中描述 的旋涡器)可以被包括在仪器104中以实现这种混合。

作为替代形式，分离装置1904可以具有两个隔间，该两个隔间被热 响应性凝胶分隔或被其他将允许溶解缓冲剂和血液/培养基混合物被组合 然后穿过而进入微生物分离装置中的分离材料分隔。

另一个途径可以结合过滤器，以将微生物收集在表面上并且然后将微 生物再悬浮入接种物中以进行测试。

设想，多个分离装置1904可以以诸如管壳(cartridge)、暗盒、圆盘 或条的形式被提供，以利于使用者容易加载系统。

分离和/或浓缩站(图1、21，项1916)和分离装置(图1、6-11、21， 项1904)

在试样从试样容器的抽出之后，并且在取样装置1902中的细胞组分 (例如血细胞)的可选择的溶解之后，然后样品被注射或以其他方式引入 分离装置1904中的一个中。样品中存在的微生物剂被从其他组分分离并 且在分离装置1904内被浓缩为小球或小球状的团块。

分离装置1904中的微生物的分离和/或浓缩的细节在上文的通过引用 被并入本申请的相关专利申请中描述，但是基本的方法将在下文描述。分 离使用密度溶液或密度缓冲物过滤来实现。在一个实施方案中，分离装置 1904预加载有密度缓冲物。分离和浓缩借助于分离装置1904的离心而发 生。

分离装置1904(图6-11)本身可以采取被密度溶液填充的1-2mm直 径内横截面毛细管的毛细管设计的形式。在该毛细管区域上方处是开放 (即通向较大的横截面区域)的槽形结构，以提供用于血液/培养基样品和 密度溶液的储存器。分离装置的底部表面由具有非常好的紫外线和可见光 透射的材料制成。结构的顶部具有在离心之前施用的盖子。在可选择的配 置中，分离装置可以被从侧面照射，在这种情况下分离装置的下部分由具 有非常好的紫外线和可见光透射的材料制成；毛细管的横截面形状可以是 圆形的或正方形的。

被混合的或被溶解的样品内容物(溶解缓冲剂和测试样品)借助于将 来自取样装置1902的样品注射入分离装置1904中而被加载入分离装置 1904中(见图20A-C和下文的描述)。密度溶液被在识别和/或表征仪器 104中在线地加载入分离装置1904中，或更优选地分离装置1904被装载 成预填充有密度溶液。在混合的或溶解的样品被加载入分离装置1904中 并且装置1904被加盖之后，分离装置1904被加载入离心机1916中。可 选择地，该盖子被配置有隔膜。样品可以通过刺穿隔膜而被加入装置1904， 这防止了对盖子移除和更换的需要。离心机被激活和旋转，例如以高rpm 进行几分钟。这种动作使微生物剂(未被溶解的)经过密度溶液并且在分 离装置1904中的毛细管的基部处浓缩为在管的最底部中的小球或小球状 的团块(见图10，被浓缩的微生物剂小球2804)。在一个实施方案中，加 载有密度缓冲物的装置1904在测试样品的加载之前被离心，以除去任何 气泡或可能以其他方式干扰分离和/或浓缩步骤的类似物。

用于微生物识别和/或表征的识别/表征模块(读取站)(图1、21、22， 项1918)

在分离装置1904已经如上文描述的被离心之后，离心机1916可以被 旋转，使得分离装置1904在读取位置中，在读取位置，识别和/或表征模 块(读取站)1918可以询问被分离的和/或被浓缩的微生物剂(图10，小 球2804)。可选择地，分离装置1904可以被机器人传递机构1910从离心 机移除并且被放置在处于分离位置中的读取站中。

在一个形式中，读取站1918包括用于询问分离装置1904内的被浓缩 的微生物剂(小球)的光学读取器组件。因为血液/培养基样品中的微生物 /微生物剂在分离装置1904中被强迫至毛细管的底部表面(见图10和11)， 所以微生物剂将与底部表面接触。在一个可能的实施方案中，光学读取器 组件观察由于来自激发光源的照射而从被浓缩的微生物剂发射出的荧光 信号(例如固有荧光信号)。

荧光信号(例如固有荧光)来源于被UV、可见光谱或IR光源的激发 (见图11)。光源可以是连续灯，例如用于UV的氘灯或氙灯和/或用于可 见/IR激发的卤钨灯。因为这些光源具有宽范围的发射，所以激发带可以 使用光带通滤光器来减小。其他可以使用的用于发射波长谱宽的方法包括 声光可调滤波器、液晶可调滤波器、一系列的光学干涉滤光片、棱镜光谱 仪和其他仪器。可选择地，以从紫外至近红外的分立波长形式的激光是可 用的；此外，大量的多路方法是本领域技术人员已知的。

可选择地，发光二极管可以被用作窄带激发光源。从240nm至超过 700nm的峰值波长的具有20-40nm的谱宽的LED是可用的。上文的用于 谱宽的减小的方法可以与LED的方法结合，以改进激发光谱和发射光谱之 间的区分。

从样品的发射可以通过光谱区分的任何合适的工具来测量，最优选采 用分光计。分光计可以是扫描单色器，该扫描单色器检测特定的发射波长， 由此使来自该单色器的输出被光电倍增管检测；和/或分光计可以被配置为 成像摄谱仪，由此输出被成像检测器阵列例如电荷耦合器件(CCD)检测 器阵列检测。在一个实施方案中，鉴别器允许荧光和/或散射信号通过光电 探测手段(例如光电倍增管、雪崩光电二极管、CCD检测器阵列、互补金 属氧化物半导体(CMOS)区域传感器阵列和/或电子倍增电荷耦合器件 (EMCCD)检测器阵列)(图1，项1920)来观察。在传感器阵列的前方 的光学透镜系统(图11中的2904)将使形成毛细管2604的底部的 0.78-2.0mm²区域放大，使得其填充传感器阵列的框架。可选择地，一次性 分离装置1902和光纤之间的耦合是没有透镜系统的直接光纤耦合；光纤 探针是在远端处的六个围绕一个的配置，使近端具有用于发射纤维的线性 配置以耦合入分光计的进入狭缝。以多个不同的波长的荧光信号强度被获 取和保存在计算机存储器中。

可选择的配置是将毛细管2604减小至在直径上少于1mm以适应低生 物质样品。此外，毛细管区域的几何形状可以采取其他形状，例如矩形形 状的内横截面。另一个可选择的实施方案是将毛细管的读取配置成用从侧 面读取来代替从底部读取。这样做有两个可能的益处：(1)避免了沉降至 毛细管的基部的碎片或纤维以及(2)提供了在光学上识别多种微生物剂 存在的机会。矩形形状的毛细管可以优选用于这种侧面读取应用。

识别和/或表征模块1918包括针对被存储在存储器中的荧光信号强度 测量而进行操作的计算机(图1，项1924)。所述测量与对也被存储在存 储器中的不同类型的微生物(即革兰氏阳性的、革兰氏阴性的、酵母等等) 的通过实验确定的荧光光谱测量进行比较。计算机执行分类算法，并且产 生微生物剂的分类结果，例如革兰氏分类、革兰氏族和物种。在一个配置 中，被捕获的固有荧光信号的光谱的进一步分析被实现，使得物种识别和 /或表征或对于物种识别的至少最高的三个概率(top three probabilities)被 实现。对由计算机执行的用于识别和/或表征的方法的细节在下文进行解 释。

革兰氏类型、革兰氏科和物种的识别还可以使用微拉曼评价来实现。 拉曼光谱是一种非接触技术，其中样品被激光辐射照射。散射光通过与包 括微生物剂的分子相互作用而被弹性地或非弹性地散射。被弹性地散射的 光称为瑞利散射，而被非弹性地散射的光是拉曼散射。拉曼光谱已经被表 明是潜在地可行的通过微生物的振动光谱的检验而进行的微生物识别和/ 或表征的方法。

激光照射和散射聚集光学系统被设计为将光束聚焦成受近衍射限制 的斑点尺寸。该尺寸确保在微生物上有足够的激光信号，因为拉曼散射是 非常无效率的。聚集光学系统被设计为高效率地捕获散射光并且将其耦合 入光学分光计中以进行分析。拉曼信号可以在一个或多个位置处被获取并 且后续的信号被平均化。

一旦拉曼光谱被获得，便针对光谱中的关键的峰的位置和强度对其进 行分析。将结果与已知的微生物的被存储的基准数据集比较，从而可以获 得革兰氏类型、形态信息和物种识别。来自已知的微生物的基准数据集可 以在相同的仪器中使用相同的方法和读取仪器来获得。

用于识别的方法在本文件起始处的通过引用并入本文的于2009年10 月提交的共同待决的申请中被更详细地描述，并且读者被引导至这样的专 利申请以获得进一步的细节。采用固有荧光和分类层系分类方法的方法也 在下文被详细地解释。

取样装置1902和分离装置1904的处理(图1、23，项1908)

在测试样品被从取样装置1902注射入分离装置1904中之后，取样装 置1902被丢弃入在识别和/或表征仪器104内的生物废物容器1908中。在 分离装置1904的读取之后，分离装置1904也被丢弃在生物废物容器1908 中。生物废物容器被周期性地从识别/表征仪器除去并且被清空，并且然后 被放回至识别/表征仪器中。

用户界面

识别仪器104优选包括向操作者提供有关被加载入识别仪器的试样容 器的状态信息的用户界面(未示出)。用户界面可以包括以下特征中的某 些或全部：

●触摸屏显示器

●在触摸屏上的键盘。

●系统状态

●阳性警报

●向其他系统(DMS、LIS、BCES&其他检测或识别仪器)的通信。

●试样容器状态

●取回试样容器

●视觉和听觉阳性指示物

●USB接口(后备物(back ups)和外部系统接口)

●识别和/或表征结果、系统状态和错误信息的远程通知

用户界面的具体的外观或布局不是特别重要的。

结果被发送至输出装置1926(图1)，输出装置1926可以是计算机存 储器、仪器显示器、打印机、寻呼机、移动电话、个人数字助理、电子邮 件服务器或其他装置。结果将典型地包括以下中的一个或多个：微生物剂 的临床革兰氏类型、微生物剂的物种的识别和/或表征、或其他临床信息。

试样容器500

图1中示出的试样容器500被设计为保持和容纳样品并且可以采取标 准培养瓶例如血液培养瓶的形式。瓶子的优选的实施方案结合用于识别/ 表征仪器104或离线设备内的瓶子500的自动读取的条形码(图1)。瓶子 500包括将容器与环境密封开的具有可刺穿的隔膜的阻挡器(未示出)。可 选择地，如果瓶子被既用于检测又用于自动识别，那么瓶子包括比色传感 器，该比色传感器被形成或放置在瓶子的底部中以用于瓶子500中的微生 物生长的存在的比色检测的目的。图1中示出的类型的试样容器是本领域 中熟知的并且在本文件的背景部分中引用的专利文献中被描述，因此进一 步的描述是不必要的。

瓶子的配置不是特别重要的，并且本发明的系统和方法可以被配适成 适合用于容纳样品的多种容器。因此，血液培养试样容器的本发明的描述 是以示例而不作为限制的方式被提供。

II.第一实施方案的详细描述(图1-26)

图2示出了识别/表征仪器104的一个可能的配置，包括一次性物品的 暗盒1900、用于阳性试样容器的机架或保持器1906、废物容器1908、机 器人传递机构1910、被附接于或以其他方式耦合于机器人传递机构1910 的样品移除设备1912、分离和浓缩站1916和识别和/或表征模块1918。图 3是图2的布置的俯视平面图。保持器1906包括三个机架，三个机架被定 向为处在用于培育和例如从远程检测仪器或手动加载门来接收新的阳性 试样容器的一种位置中。在图4中，机架被运动至用于从试样容器移除样 品和将样品向分离装置1904中加载的位置。

图5是在图4的位置中的识别/表征仪器的透视图，更详细地示出了识 别/表征仪器104。保持器1906包括三个分离的机架2310，每个机架2310 保持二十个试样容器500。机架2310作为单元而围绕水平轴线可旋转，将 试样容器倾斜为向上的取向(在图5中示出)从而实现使试样容器通风的 目的以及将试样容器倾斜为向下的取向(见图15)从而实现样品移除的目 的。

机器人传递机构1910包括竖直导轨2320和水平导轨2324。样品移除 设备1912借助于被连接于导轨的轴环以及马达皮带驱动组件(未示出， 但是是常规的)而从左至右和向上向下运动。因此，当试样容器呈向上的 或向下的取向时，样品移除设备1912可以运动至三个机架2310中的瓶子 位置中的任何位置。样品移除设备1912还可以通过沿着导轨2322滑动而 向前和向后运动。

图5还表示出仪器104包括电子设备2300，电子设备2300包括用于 处理荧光测量的计算机1924、存储分析的结果的存储器2302以及另外的 用于存储用于识别/表征仪器104的操作的程序代码的存储器或处理单元 2304。电子设备2300优选位于在合适的面板(未示出)的后方。

一次性物品的暗盒

图5示出了被加载入识别/表征仪器104中的一次性装置的暗盒1900。 暗盒1900包括多个取样装置1902和分离装置1904。

分离装置1904在图6-11中示出。参照这些附图，分离装置由主体2402 组成，主体2402界定储存器2602和被连接于储存器2602的毛细管2604。 主体2402界定轴线2608并且毛细管2604被沿着轴线2608定向。毛细管 2610的第一端被连接于储存器2602，并且毛细管的第二端2612与端件 2502的管部分2702连通。储存器通过可移除的帽2404来被接近，其中可 移除的帽2404螺纹连接至在主体2402的顶部部分处形成的螺纹2502上。 主体2402的下部分通过端件2502来封闭，其中端件2502借助于装配入 主体中的相应的凹陷部2606中的脊2704以及焊接或使用粘合剂而附着于 主体。端件2502的底部壁2506具有如图8中表示的减小的厚度。端件包 括与主体2402的毛细管2604对准的毛细管2702。紧邻毛细管的第二端的 主体2402由光学透明材料制成；在图7的实施方案中，端件2502是光学 上透明的，以利于位于毛细管2604的底部处的被浓缩的微生物剂2804的 光学询问。分离装置1904加载有密度溶液或“缓冲物”2802(图10)，被 预加载有材料或较不优选地在识别/表征仪器内将材料加入分离装置中。

图12和13示出了分离装置1904的其中分离装置1904的主体是一体 构造的实施方案。壁3002提供对于毛细管2602的下部分的支撑。紧邻毛 细管2604的下部分的主体由光学透明材料制成。

图11示出了分离装置1904内的被浓缩的微生物剂2804的询问操作， 该操作由图1和5的识别模块1918来实施。来自光源的光沿着光纤2902 经过并且被透镜系统2904引导至分离装置1904的基部。光刺激荧光从微 生物剂2804的产生，并且荧光通过光纤2906被引导经过透镜2904和光 纤2902到达识别模块(1918，图1)中的光谱色散系统，到达传感器阵列 (1920，图1)。

取样装置1902在图14中被示意性地并且部分不按比例地示出。装置 1902可以采取注射器状的装置的形式，该注射器状的装置具有界定室3204 的主体3200和有护套的针3202。室3204可以预加载有选择性的溶解缓冲 剂3206。室3204的顶部被密封。室可以具有端口3208，端口3208允许 取样装置被连接于真空或气动单元以利于通风或样品从瓶子500的取样。 溶解缓冲剂3206可以被预加载入取样装置1902中，或其可以在使用时在 仪器中加载入装置1902中。

在一个实施方案中，被加载入取样装置1902中的溶解缓冲剂可以被 设计用于预期被发现的物种。在一个可能的配置中，选择性的溶解缓冲剂 的多个储存器存在于仪器104中，并且溶解缓冲剂中的被选择为对于被容 纳在给定试样容器中的样品是最优的一种溶解缓冲剂在使用时被加载入 取样装置1902。此外，样品可以被各自容纳有不同选择性的溶解缓冲剂的 不同取样装置来重复。

样品移除设备(取样头)1912

图1和5的样品移除设备1912操作成从阳性检测容器500除去在阳 性检测容器500中的生物样品的一部分，并且将该部分加入至从分离装置 的供应部1900获得的分离装置1904。样品移除设备1912的物理配置可以 根据试样容器、取样装置和分离装置的配置而采取多种形式。在图示的实 施方案中，样品移除设备1912采取打开和关闭从而夹持取样装置1902和 分离装置1904的关节指状物的形式。样品移除设备1912被运动至所需的 位置，以借助于机器人传递机构1910的操作来取样并向分离装置中加载。

通风和取样

参照图15，样品移除设备1912被运动至一位置，在该位置，样品移 除设备1912被直接地放置在暗盒1900中的取样装置1902中的一个的上 方。样品移除设备1912的指状物夹紧取样装置1902并且设备1912被向 上升高，从暗盒1900移除取样装置1902。如图16中所示的，试样容器 500被向上倾斜。在瓶子的顶部处的阻挡器使用紫外光或消毒剂(例如漂 白剂或醇)而被杀菌。如图17中所示的，瓶子通过将取样装置的针3202 (图14)引入穿过瓶子500的阻挡器中的可刺穿的隔膜而被通风，将瓶子 的内部内的压力平衡至环境条件的压力。取样装置的端口3208在该过程 期间可以被连接于气动系统(1914，图1)，例如如下文的第二实施方案中 所示的滚动线式泵(rolling diagram pump)1710。

如图18和19中所示的，机架2310然后被旋转至向下的取向。样品 移除设备1912与气动系统共同地将测试样品(即试样样品的一部分)从 瓶子500抽出而送入取样装置1902中。

溶解

取样装置1902可选择地加载有约1ml的溶解缓冲剂3206(图14)。 在本实施方案中，约2ml测试样品被从瓶子500移除，并且在测试样品加 载入取样装置1902中之后例如通过装置1902的搅拌而在取样装置1902 中与溶解缓冲剂混合。溶解操作对非微生物组分例如血细胞是选择性的， 即微生物剂细胞不被溶解。

溶解缓冲剂3206选择性地溶解可能在样品中存在的非期望的细胞(即 非微生物细胞)，例如血细胞和/或组织细胞。非微生物细胞的选择性的溶 解允许微生物从其他可能在样品中存在的组分的分离。因此，溶解溶液是 能够选择性地溶解细胞例如非微生物细胞(例如通过溶解真核细胞膜)的 一种溶解溶液。溶解溶液可以包含一种或多种洗涤剂、一种或多种酶、或 一种或多种洗涤剂和一种或多种酶的组合。

有用的洗涤剂可以包括一种或多种非变性的溶解性洗涤剂，例如 TritonX-100TritonX-100-R、TritonX-114、NP-40、GenapolC-100、 GenapolX-100、IgepalCA 630、Arlasolve^TM200、Brij96/97、CHAPS、 辛基β-D-吡喃葡萄糖苷、皂苷和单十二烷基九乙二醇醚(C12E9， polidocenol)。可选择地，可以包括变性的溶解性洗涤剂，例如十二烷基硫 酸钠、N-十二烷基肌氨酸、脱氧胆酸钠、胆盐、十六烷基三甲基溴化铵、 SB3-10、SB3-12、胺基硫代甜菜碱-14和C7BzO。可选择地，还可以包括 增溶剂，例如Brij98、Brij58、Brij35、Tween80、Tween20、PluronicL64、PluronicP84、非洗涤剂硫代甜菜碱(NDSB 201)、amphipols (PMAL-C8)、和甲基-β-环糊精。在一个实施方案中，聚氧乙烯洗涤剂可 以是优选的。聚氧乙烯洗涤剂可以包含结构C_12-18/E_9-10，其中C12-18表示 12至18个碳原子的碳链长度并且E9-10表示9至10个聚氧乙烯亲水头基 团。例如，聚氧乙烯洗涤剂可以选自由Brij97、Brij96V、GenapolC-100、 GenapolX-100、单十二烷基九乙二醇醚(polidocanol)、乙二胺四乙酸 (EDTA)或其组合组成的组。

溶解溶液还可以包含一种或多种酶。可以在溶解溶液中使用的酶包括 但不限于消化核酸的酶和其他堵塞膜的材料(membrane-fouling material) 的酶(例如蛋白酶XXIII、脱氧核糖核酸酶、神经氨酸苷酶、多糖酶、 Glucanex和Pectinex)。

在另一个实施方案中，可以使用一种或多种另外的剂，包括例如还原 剂例如2-巯基乙醇(2-Me)或二硫苏糖醇(DTT)，稳定剂例如镁、丙酮 酸盐和湿润剂，和/或螯合剂例如乙二胺四乙酸(EDTA)。溶解溶液可以以 任何适合于溶解所期望的细胞的pH来被缓冲，并且pH将取决于多种因素， 包括但不限于样品的类型、待被溶解的细胞以及所使用的洗涤剂。在某些 实施方案中，pH可以在约2至约13、例如约6至约13、例如约8至约13、 例如约10至约13的范围内。合适的pH缓冲剂包括任何能够将pH保持在 期望的范围内的缓冲剂，所述范围例如约0.05M至约1.0M CAPS。

向分离装置1904中的分配以及分离/浓缩

如图20A和20B中所示的，样品移除设备1912将取样装置1902(加 载有被混合的溶解缓冲剂和样品溶液)携带至暗盒1900中的分离装置1902 中的一个的位置。样品移除设备使用取样装置1902的针3202刺穿分离装 置1904的帽，并且将0.5至1.0ml的测试样品+溶解缓冲剂混合物注射入 分离装置1904的储存器中。分配还可以在使分离装置1904打开盖之后和 在重新加盖之后重新加盖分离装置1904之后被进行。然后样品移除设备 将取样装置1902传递至废物容器1908，如图20C中所示的，并且将其存 放入废物容器中。

在一个实施方案中，分离通过离心步骤进行，在离心步骤中样品(例 如被溶解的样品)被放置在之前被加载在分离装置1904中的约1ml液相 密度缓冲物2802(图10)的顶部上，并且装置1904在允许微生物被分离 和浓缩的条件下(例如10,000g)被离心(例如微生物在分离装置1904的 底部和/或侧面形成小球或小球状的团块)。“密度缓冲物”是指具有整个溶 液的同质的密度的溶液。缓冲物的密度被选择成使得样品中的微生物穿过 缓冲物，而样品的其他组分(例如血液培养肉汤、细胞碎片)保留在缓冲 物的顶部或不穿过贯穿整个密度缓冲物。

用于密度缓冲物2802的材料可以是任何具有对于本发明的方法合适 的密度范围的材料。通常，缓冲物的密度在约1.025g/ml至约1.120g/ml的 范围内。在一个实施方案中，材料是硅胶。硅胶可以是不被包覆的(例如 Ludox(W.R.Grace，加利福尼亚州))或被例如硅烷(例如PureSperm(Nidacon Int′l，瑞典)或Isolate(Irvine Scientific，圣安娜，加利福尼亚 州))或聚乙烯吡咯烷酮(例如Percoll^TM、Percoll^TM Plus(Sigma-Aldrich， 圣路易斯，密苏里州))包覆的。硅胶可以以任何合适的介质来稀释，以 形成合适的密度，例如平衡的盐溶液、生理盐水和/或0.25M蔗糖。合适 的密度可以使用以约15％至约80％v/v例如约20％至约65％v/v浓度的硅 胶来获得。另一种合适的用于密度缓冲物的材料是被碘化的对比剂，例如 碘海醇(Omnipaque^TM NycoPrep^TM或Nycodenz)和碘克沙醇(Visipaque^TM或OptiPrep^TM)。合适的密度可以使用以约10％至约25％w/v浓度的碘海 醇或碘克沙醇获得。蔗糖可以被用作对于血液培养样品的以约10％至约 30％w/v例如约15％至约20％w/v浓度的密度缓冲物。其他合适的可以被 用于制备密度缓冲物的材料包括低粘度高密度油，例如显微镜浸镜油(例 如Type DF；Cargille Labs，纽约)、矿物油(例如Drakeol5、Draketex 50、 Peneteck；Penreco Co.，宾夕法尼亚州)、硅油(聚二甲硅氧烷)、氟化硅 油、硅凝胶、metrizoate-Ficoll(LymphoPrep^TM)，例如以对于血液培养样 品的约75％至约100％的浓度，泛影酸葡聚糖(PolymorphoPrep^TM)，例如 以对于血液培养样品的约25％至约50％的浓度，羧甲基纤维素、羟丙基甲基 纤维素、聚环氧乙烷(高分子量)、PluronicF127、PluronicF68、Pluronic化合物的混合物、聚丙烯酸、交联的聚乙烯醇、交联的聚乙烯吡咯烷、PEG 丙烯酸甲基醚、果胶、琼脂糖、黄原胶、结冷胶、Phytagel、山梨糖醇、 Ficoll(例如以对于血液培养样品的约10％至约15％的浓度的Ficoll400)、 甘油、葡聚糖(例如以对于血液培养样品的约10％至约15％的浓度)、糖 原、氯化铯(例如以对于血液培养样品的约15％至约25％的浓度)、全氟 化碳流体(例如全氟正辛烷)、氢氟烃流体(例如Vertrel XF)，以及如本 领域中熟知的类似物。在一个实施方案中，密度缓冲物选自硅胶、碘克沙 醇、碘海醇、氯化铯、甲基泛影酸-Ficoll、泛影酸葡聚糖、蔗糖、ficoll400和/或葡聚糖的以任何组合的一个或多个。密度缓冲物还可以由材料的 组合组成，例如硅胶和油的组合。

向分离和浓缩站(离心机)的传递

如图21中所示的，在使用被混合的或被溶解的测试样品加载分离装 置1904之后，样品移除设备1912取回被加载的分离装置1904，将其从暗 盒1900提升出来，并且将分离装置1904运动至离心机1916。然后分离器 1904被放置入离心机1916的保持器或加载位置中。

样品中的微生物剂的分离和浓缩使用离心机1916而在分离装置1904 内发生。

分离步骤可以被实施成将微生物从样品的其他组分(例如非微生物或 其组分)分离以及将微生物浓缩为为了识别和表征目的而能够被询问的小 球。分离不必须是完全的，即不要求发生100％分离。全部的要求是，微 生物从样品的其他组分的分离应当足以允许微生物的询问而没有来自其 他组分的很大的干扰。

离心机在高速下旋转分离装置1904，以将微生物剂浓缩在分离装置 1904内的毛细管的底部中。溶解缓冲剂在非微生物细胞(例如血细胞)上 的作用、分离装置1904内的密度溶液的存在以及离心的组合会导致微生 物剂从被溶解的血液/肉汤混合物分离以及微生物剂在毛细管的底部中浓 缩为小球或小球状的团块，如图10和11中所示的。

在一个实施方案中，分离装置1904在站1916中使用甩开转头(swing  out rotor)来被离心，使得微生物直接在分离装置1904的底部上形成小球 (在图8、10和13中示出的毛细管的底部中)。分离装置1904被在充分 的加速度下离心并且持续充分的时间，以使微生物从样品的其他组分中分 离(例如小球被形成)。离心加速度可以是约1,000×g至约20,000×g、例如 约2,500×g至约15,000×g、例如约7,500×g至约12,500×g等等。离心时间 可以是约30秒至约30分钟、例如约1分钟至约15分钟，例如约1分钟 至约5分钟。

读取

被示出为毗邻于离心机而定位的识别和/或表征模块(读取站1918) 然后使用荧光光谱(例如固有荧光和/或漫反射率)、拉曼光谱或其他光学 技术来询问被浓缩的微生物剂。在其他实施方案中，小球中的微生物可以 使用质谱测定技术来被询问，例如MALDI-TOF质谱测定、解吸电喷雾电 离(DESI)质谱测定、GC质谱测定、LC质谱测定、电喷雾电离(ESI) 质谱测定和选择性离子流管(SIFT)光谱测定。如图22中所示的，识别 和/或表征模块1918可以物理地定位成紧邻离心机1916，在这种情况下分 离装置1904不需要被机器人传递机构进一步运动。可选择地，识别和/或 表征模块1918可以位于识别/表征仪器内的不同的位置中，并且机器人传 递机构操作成将分离装置运动至识别和/或表征模块1918的位置。

向废物的传递

在读取之后，如图23中所示的，机器人传递机构1910和样品移除设 备1912操作成将分离装置1904从离心机1916提升，将分离装置1904侧 向地传递并且将其放置在废物容器1908中。图24示出了废物容器1904 容纳多个取样装置1902和分离装置1908。当废物容器1908装满时，其被 从仪器移除并且然后被空的废物容器代替。在分离装置的处理之前，分离 装置的下区域的摄影图像可以使用照相机(未示出)被取得，以验证分离 过程并且提供关于分离物的身份的重要的信息，例如小球尺寸、形状、颜 色和密度。

被浓缩的微生物剂的外部处理

虽然在上文的实施方案中被浓缩的微生物剂在其仍然位于分离装置 1904内时被询问，但是可以从分离装置移除被浓缩的微生物剂并且直接地 测试其以识别和/或表征微生物剂。

在本变化形式中，参照图25，分离装置1904被传递至移除装置或站 4302。在站4302，分离装置1904的帽2404被移除并且被浓缩的微生物剂 2804被从分离装置1904移除。然后微生物剂经受一个或多个另外的测试。 在一个可能的配置中，微生物剂被供应至分子诊断测试单元4310，分子诊 断测试单元4310可以包括一次性测试条或类似物以及用于剂的识别的处 理仪器。可选择地，微生物剂的样品可以被施用于MALDI质谱测定板 4314，并且板可以被插入质谱测定单元4312中。可选择地，微生物剂可 以被递送至微生物识别和/或表征测试装置4318(例如测试卡)，并且该卡 可以在处理仪器4316中被培育和测试。

III.操作的方法

流程图(图26A、B、C)

现在将参照图26A-26C来描述在试样容器500经受检测和识别两个步 骤的实施方案中识别/表征仪器104的操作方法。

过程在步骤4402处以样品向容器500中的一个容器的加载以及被加 载的容器500向检测仪器的递送来开始(如在我们的在先临时申请中以及 在共同待审的申请序列号第___________号，“Automated microbial detection  apparatus(自动化微生物检测设备)”，案卷号01120中描述的)。见图47， 仪器102。

在步骤4404，容器500被加载入检测仪器102中，例如通过将检测容 器放置在将容器递送至检测仪器的传送器上或通过手动地加载容器。(见 图47和48和这些图的在下文的描述)

在步骤4406，容器500被在检测仪器102内培育。

在步骤4408，检测容器被读取(通过仪器102中的检测单元)。

在步骤4410，检测容器的读取被分析以确定容器是否是阳性的。如果 否，那么过程沿着否支链4411分支，并且检查计时器是否已经到期(步骤 4412)。如果计时器已经到期，那么瓶子被认为是阴性的并且瓶子在步骤 4414被传递至废物容器。否则，培育继续并且步骤4406、4408和4410周 期地继续。

如果在步骤4410检测容器是阳性的，那么过程前进至是分支4416。 检测容器在步骤4418被运动至在检测仪器中的离开位置。在步骤4420检 测容器被传递至识别/表征仪器104，例如通过将检测容器500运动至传送 带上并且将其运动入识别/表征仪器的入口位置中(见图47)。传递可以通 过某些其他方式发生，其的细节可以广泛地变化。

在步骤4422(图26B)，检测容器被放置入识别/表征仪器104的机架 2310中的一个中。机器人传递机构1910可以在本过程中使用。

在步骤4424，检测容器被无菌地通风。本步骤可以在取样装置的拾取 之前发生或可以在拾取取样装置之后发生，见图15和16。

在步骤4426，取样装置1902中的一个被从暗盒1900拾取。取样装置 1902预加载有如图15中所示的选择性的溶解缓冲剂；可选择地，溶解缓 冲剂被在本时刻加入取样装置。

在步骤4428，如果装配了覆盖取样装置的针3202的保护性帽(未示 出)，则保护性帽被移除。

在步骤4430，针3202被插入直立的被通风的容器500中(见图16和 17)。

在步骤4432，检测容器被反转(见图18和19)并且少量样品(例如 2.0ml样品)被从容器500移除。

在步骤4434，容器500被旋转至直立的取向并且取样装置1902的针 3202被移除。

在步骤4436，小体积(例如0.5ml样品)的空气被引入取样装置中。 这可以使用被连接于取样装置的气动系统1914来自动地实现。

在步骤4438，如果装配了用于针3202的保护性帽，则保护性帽被更 换。

在步骤4440，取样装置1902被反转和搅拌以将测试样品与选择性的 溶解缓冲剂彻底混合。

在步骤4442，如果装配了用于针3202的保护性帽，如果适合的话， 则保护性帽被再次移除。(注意：装配有合适的夹紧或夹持特征的站可以 被提供，以用于自动地移除和更换针的帽或可选择地帽可以保留在针上， 如在第二实施方案中描述的)

在步骤4444，阳性的肉汤/溶解缓冲剂混合物的小部分被丢弃入废物 容器中。

在步骤4446，样品移除设备将取样装置1902运动至在分离装置1904 中的一个的上方的位置(见图38)并且使用取样装置的针刺穿帽。分离装 置1904预加载有本实施方案中的密度缓冲物。

在一个可能的变化形式中，溶解缓冲剂还被加载入具有密度缓冲物的 分离装置1904中并且样品和溶解缓冲剂的混合在分离装置1904内发生。

在步骤4448，样品移除设备1912轻轻地将0.5ml至1.0ml的样品/溶 解缓冲剂混合物(即溶解的样品)加入已经在分离装置1904的储存器中 存在的密度缓冲物的顶部。见图20A和20B。

在步骤4450，样品移除设备1912被运动至废物容器1908的位置并且 取样装置1902被丢弃。见图20C。

在步骤4452，样品移除设备返回至分离装置1904并且将其从暗盒 1900拾取出来并且将其运动至分离和浓缩站1916的位置并且将分离装置 1904放置入离心机中。见图21。

在步骤4454，开始离心机循环。

在步骤4456，在离心过程完成之后，分离装置被运动至识别和/或表 征模块1918(读取站)。如果读取站紧邻离心机，那么离心机被旋转至读 取位置，其中分离装置1904被定位以如11中所示的进行读取。

在步骤4458，开始识别和/或表征模块中的分离装置1904的光学扫描 (见图21、22)。

在步骤4460，在读取操作完成之后，分离装置1904被放置入废物容 器1908中(见图23、24)。

B.询问步骤4458，和在识别模块1918中的微生物的识别和/或表征

一旦在样品中存在的微生物已经在分离装置1904中被分离和/或小球 化，那么被分离的样品或小球可以在步骤4458中被询问(例如利用光谱 方法)以表征和/或识别样品或小球化的微生物。询问可以以非侵入的方式 发生，即小球可以在其保留在分离装置1904中时被询问。以非侵入的方 式识别微生物、可选择地伴随使在分离和表征/识别过程中容器自始至终被 保持密封(例如气密密封)以及使程序自动化的能力，这些能力避免了对 被污染的和/或传染性的样品的持续操纵并且很大地增加了整个过程的安 全性。此外，通过直接询问来表征和/或识别微生物而不用对样品或小球进 一步处理(例如再悬浮、平板接种和菌落的生长)的这种能力很大地增大 了可以进行识别/表征的速度。

在一个实施方案中，光学光谱方法可以被用于分析微生物的一种或多 种固有性质，例如在不存在另外的剂例如染色剂、染料、结合剂等等时在 微生物内存在的性质。在其他实施方案中，光学光谱方法可以被用于分析 微生物的一种或多种非固有的性质，例如仅在另外的剂的辅助下才能够被 检测的性质。询问可以使用下述光谱来实施，例如荧光光谱法、漫反射光 谱法、红外光谱法、太赫兹光谱法、透射和吸收光谱法、拉曼光谱或其组 合，拉曼光谱包括表面增强拉曼光谱(SERS)、空间位移拉曼光谱(SORS)、 透射拉曼光谱和/或共振拉曼光谱。

光谱询问可以通过本领域技术人员已知的对于检测和/或识别微生物 的一种或多种固有的或非固有的性质有效的任何技术来进行。例如，正面 荧光(其中激发光和发射光进入和离开同一个光学表面，并且如果样品是 大体上光学厚的，那么激发光穿透至样品中非常短的距离(见例如Eisinger， J.和J.Flores，“Front-face fluorometry of liquid samples(液体样品的正面荧 光分析)”Anal.Biochem.94：15(1983))可以被用于小球中的微生物的 识别。其他形式的测量，例如落射荧光、反射、吸收和/或散射测量，也可 以在步骤4458中采用。

典型地，光源或激发源导致样品的激发，随后在预确定的时间点或连 续地进行样品的荧光的发射测量。相似地，来自激发源与样品的相互作用 的反射光可以被测量，以提供与识别和/或表征有关的数据。从样品的发射 可以通过光谱区分的任何合适的工具来测量，最优选采用分光计。

在目前优选的实施方案中，对已知的微生物进行控制测量(例如荧光 光谱)，从而允许使用本领域技术人员已知的各种数学方法将被测量的测 试数据与关心的微生物的表征相关联。来自已知的微生物的被测量的测试 数据存储在机器可读的存储器中，例如在仪器104本身内的或在相关联的 数据处理装置例如被连接的工作站内。例如，来自正在被仪器104测试的 样品的数据可以利用本领域技术人员已知的或本领域技术人员能够开发 的软件程序而被与基线或控制测量比较。更特别地，数据可以被许多的多 变量分析方法分析，例如一般化判别分析(GDA)、偏最小二乘法判别分 析(PLSDA)、偏最小二乘法回归、主成分分析(PCA)、平行因子分析 (PARAFAC)、神经网络分析(NNA)和/或支持向量机(SVM)。这些方 法可以被用于在对如上文描述的用于监测、检测和/或表征生物的系统进行 设计时将正在被测试的样品中的关心的未知的微生物基于现有的命名法 而分类为有关的组(例如物种)，和/或基于生物的新陈代谢、致病性和/或 毒力而分类为天然存在的组。

对于增强拉曼(SERS)和荧光信号，微生物可以在离心之前被金和/ 或银纳米粒子覆层，和/或内光学表面可以被具有特定的尺寸和形状的金属 胶体预涂覆(参考文献：Lakowicz，Anal.Biochem.337：171(2005)用于 参考荧光；Efrima等人，J.Phys.Chem.B.(Letter)102：5947(1998)用于 参考SERS)。在另一个实施方案中，纳米粒子在离心之前在密度缓冲物中 存在，并且在微生物经过密度缓冲物时与微生物相关联。

样品照明源(见图11)或激发源可以选自任何数量的如本领域技术人 员已知的合适的光源。可以使用电磁波谱的生成有用数据的任何部分。能 够进行在紫外、可见和/或近红外光谱以及电磁波谱的其他部分中的发射的 光源可以被使用并且是本领域技术人员已知的。例如，光源可以是连续灯， 例如用于生成紫外光的氘或氙弧灯和/或用于生成可见/近红外激发的卤钨 灯。这些光源提供宽发射范围，并且对于具体的激发波长的光谱带宽可以 使用光学干涉滤光片、棱柱和/或光栅来被减小，如本领域中熟知的。

可选择地，多个窄带光源，例如发光二极管和/或激光器，可以在空间 上和/或在时间上是多路的，以提供多波长激发源。例如，从240nm至大 于900nm的发光二极管是可用的，并且光源具有20-40nm(半最大值全宽 度)的光谱带宽。在从紫外至近红外的分立的波长方面激光器是可用的， 并且可以使用为本领域技术人员所熟知的多路方法来采用激光器。

这些光源中的任何的光谱选择性可以通过使用光谱区分工具例如扫 描单色器而被改进。其他的区分的方法可以被使用，如本领域技术人员已 知的，例如声光可调滤波器、液晶可调滤波器、一系列光学干涉滤光片、 棱镜光谱仪等等，以及以任何组合的形式。在选择光谱鉴别器时的一种考 虑将调整能力的范围以及选择性的水平考虑在内。例如，以例证的方式， 鉴别器可以利用具有10nm的选择性的300-800nm的波长范围。这些参数 大体上确定为了实现调整能力范围以及选择性所必需的最优的技术。

典型地，光源导致样品的激发，随后在预确定的时间点或连续地进行 样品的荧光的发射测量。相似地，来自激发源与样品的相互作用的反射光 可以被测量，以提供与检测和/或表征有关的数据。

从样品的发射可以通过光谱区分的任何合适的工具来测量，最优选采 用分光计。分光计可以是扫描单色器，该扫描单色器检测特定的发射波长， 由此使来自从该单色器的输出被光电倍增管检测；和/或分光计可以被配置 为成像摄谱仪，由此输出被成像检测器阵列例如电荷耦合器件(CCD)检 测器阵列检测。在一个实施方案中，鉴别器允许荧光和/或散射信号通过光 电检测工具(例如光电倍增管、雪崩光电二极管、CCD检测器阵列和/或 电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)检测器阵列)来观察。

分光技术用于获得这样的测量，即被优选提供为激发-发射矩阵(EEM) 测量。如在本文中使用的，EEM被定义为荧光物质的发光光谱发射强度， 其作为激发波长和发射波长二者的函数，并且EEM包括全光谱或其子集， 其中子集可以含有单一的或多个的激发/发射对。此外，具有固定的激发波 长的EEM的横截面可以用于示出对于具体的激发波长的发射光谱，并且 具有固定的发射波长的EEM的横截面可以用于示出对于样品的激发光谱。 在一个实施方案中，多个EEM在多于一个具体的激发-发射波长对下被测 量，例如至少在2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个具体的激发-发射 波长对下。

已经发现，正面荧光光谱提供在测量高度散射的且高度淬火的样品的 荧光和/或反射性质中的优势。在一个实施方案中，正面方法可以是特别有 用的。例如，正面荧光可能在高度吸收性的样品中是特别有用的，这是因 为激发束和发射束不需要行进经过样品的大部分，并且因此可以几乎不被 其中可能所含有的干扰组分(例如血细胞和微生物培养基)影响。分离装 置1904的光学表面可以以使得提供可接受的结果的角度来被照明，如本 领域技术人员已知的，(例如Eisinger，J.和J.Flores，“Front-face fluorometry  of liquid samples(液体样品的正面荧光分析法)”Anal.Biochem.94：15-21 (1983))。在一个实施方案中，系统被设计为使得光谱系统除了以最小的 一个固定角度来测量被发射的荧光外，还以最小的一个固定角度来测量被 漫反射的光。

在又另一个实施方案中，来自将试样容器检测为“阳性”的检测系统 (图47中的项102)的非光谱测量，例如探测时间和生长速率，可以被用 于辅助对来自被分离的样品或小球的微生物进行表征和/或识别。此外，从 分离装置的下区域的摄影图像取得的测量可以提供与被分离物的身份有 关的重要信息，例如小球尺寸、形状、颜色和密度。

在某些实施方案中，对被分离的样品或小球中的微生物的表征和/或识 别不需要涉及精确的物种的识别。表征包括生物颗粒的宽泛的编目或分类 以及单一的物种的实际的识别。对来自被分离的样品或小球的微生物的分 类可以包括微生物的表型和/或形态特征的确定。例如，生物颗粒的表征可 以基于可观察到的差异例如组成、形状、尺寸、成簇和/或新陈代谢而被实 现。在某些实施方案中，所关心的生物颗粒的分类可以不需要在先知晓给 定的生物颗粒的特征，而是仅需要与经验上的测量存在一致的相关性，从 而使这种方法比基于具体的结合事件或代谢反应的方法更通用并且更容 易地可适应。如在本文中使用的，“识别”意指确定先前未知的微生物属 于什么科、属、物种和/或菌株。例如，识别先前未知的微生物属于什么科、 属、物种和/或菌株级别。

在某些情况下，表征包括分类模型，分类模型提供对于待被采取的行 动足够有用的信息。如在本文中使用的，优选的分类模型包括组成以下中 的一个或多个：(1)革兰氏组；(2)临床革兰氏组；(3)治疗组；(4)功 能组；以及(5)自然固有荧光组。

(1)革兰氏组：在革兰氏组分类内，微生物可以基于它们的革兰氏 染色反应和总尺寸而被放置入三个宽泛的分类种类中的一个中，所述组选 自以下中的一个或多个：(a)使用革兰氏染色被染成深蓝色的革兰氏阳性 微生物；(b)使用革兰氏染色被染成红色的革兰氏阴性微生物；和(c)酵 母细胞，其使用革兰氏染色被染成深蓝色但是在它们的形态特征和尺寸上 是与细菌不同的非常大的圆形细胞。

(2)临床革兰氏组：革兰氏组还可以被分为代表区别性的形态特征 的多个亚类。这些亚类包括所有的被有经验的实验室技术人员报告的相关 的临床信息，并且因此提供比阳性的或阴性的革兰氏反应更高的水平的识 别。这种具体的分类是非常有利于的，这是因为其通过使用自动化系统来 提供临床上等效的相关的信息从而消除了对依赖于革兰氏染色的品质和/ 或读取显微镜涂片的技术人员的技术水平的顾虑。更具体地，微生物的基 于这种分类模型的亚类可以选自以下中的一个或多个：(a)球菌，其是小 的圆形的细胞；(b)双球菌，其是被结合在一起的两个小的圆形的细胞； (c)杆状菌(rods)，其是矩形的形状；以及(d)杆菌，其是杆状的。这 些可以通过另外的形态信息被确定的亚类的实例包括：(I)革兰氏阳性球 菌；(ii)成链状的革兰氏阳性球菌；(iii)成簇状的(即“葡萄状”的团簇) 革兰氏阳性球菌；(iv)革兰氏阳性双球菌；(v)革兰氏阳性杆状菌；(Vi) 具有内生孢子的革兰氏阳性杆状菌；(vii)革兰氏阴性杆状菌；(viii)革兰 氏阴性球杆菌；(ix)革兰氏阴性双球菌；(x)酵母；以及(xi)丝状真菌。

(3)治疗组：治疗组包括多个微生物物种，这些微生物物种在被从 具体的试样类型分离时被同一类的抗生素或抗生素的混合物治疗(例如， 如在“Sanford Guide to Antimicrobial Therapy 2008”中描述的)。在很多情 况下，临床医生不需要种级别的身份来使得能够进行从初始的经验疗法向 更有针对性的疗法的改变，这是因为多于一个物种可以被抗生素的同一个 选择治疗。这种分类级别正确地将这些“相同治疗”的微生物置于单一的 治疗种类中。这种表征水平的实例包括将高度抵抗性的肠杆菌科(EB)物 种与敏感的EB物种(来自大肠杆菌(E.coli)的肠杆菌属菌(Enterobacter  spp.))区别开，或将对氟康唑抵抗性的念珠菌属(Candida)物种(光滑 念珠菌(C.glabrata)和克鲁斯念珠菌(C.kruzei))与敏感的念珠菌属物 种(白色念珠菌(C.albicans)和近平滑念珠菌(C.parapsilosis))区别等 等。

(4)功能组：根据本发明，微生物还可以基于新陈代谢的、毒力的 和/或表型的特征的组合而被置于多个组中。非发酵性生物可以与发酵性生 物被清楚地区分。此外，生成溶血素的微生物物种可以独立于非溶血的物 种而被分组。在某些情况下，这些组代表比属级别更宽泛的种类(例如大 肠菌类、革兰氏阴性的非发酵的杆状菌)，某些处于属级别(例如肠球菌 属(Enterococcus)、念珠菌属)，并且某些具有更接近于种级别的分辨(例 如对凝固酶阴性的葡萄球菌、α-溶血性链球菌、β-溶血性链球菌、对凝固 酶阳性的葡萄球菌即金黄色葡萄球菌(S.aureus))。

(5)自然固有荧光(“IF”)组：微生物还可以基于通过其自然的和/ 或固有荧光特征而组合在一起的自然趋势来被置于各个种类中。这些组中 的某些可以是与治疗组种类和功能组种类所共有的。这些分组可以包括具 有特征性IF特征的分别的物种，例如粪肠球菌(E.faecali)、化脓性链球 菌(S.pyogenes)或铜绿假单胞菌(P.aeruginosa)，和/或可以含有具有相 对保守的IF特征的小生物群落，例如肺炎克雷伯氏菌(K.pneumoniae)- 产酸克雷伯氏菌组(K.oxytoca)或产气肠杆菌(E.aerogenes)-阴沟肠杆 菌(E.cloacae)组。

除为了识别目的而测量微生物的固有性质(例如固有荧光)之外，方 法可以使用另外的识别物剂以辅助分离和/或识别过程。结合于特定的微生 物的剂，例如亲合力配体，可以被用于分离微生物，以识别微生物的类别 或物种(例如通过结合于独特的表面蛋白质或受体)和/或识别微生物的特 征(例如抗生素抗性)。有用的识别物剂包括但不限于单克隆和多克隆抗 体及其片段(例如用于金黄色葡萄球菌识别的抗-Eap)、核酸探针、抗生素 (例如青霉素、万古霉素、多粘菌素B)、适体、肽模拟、噬菌体衍生的结 合蛋白、凝集素、宿主天然免疫生物标记物(急性期蛋白、LPS结合蛋白、 CD14、甘露糖结合凝集素、鸣钟状受体)、宿主防卫肽(例如防御素、抗 菌肽、proteogrins、蛙皮素)、细菌素(例如抗生素，例如乳酸链球菌素、 美杀菌素、表皮素、gallidermin、以及植物乳杆菌素C、以及II型肽)、噬 菌体、以及对核酸选择性的染料、脂质、碳水化合物、多糖、胶囊剂/粘液 或蛋白质、或其的组合任何。如果剂本身不给出可检测信号，那么剂可以 被标记以提供可检测信号，例如通过将剂共轭于标记物(例如可见的或荧 光的)。标记物包括但不限于荧光的、发光的、发磷光的、放射性的和/或 比色的化合物。剂可以在本发明的方法中的任何步骤被加入微生物，例如 当样品被获得时、在溶解期间和/或在分离期间。在某些实施方案中，剂在 小球中的存在可以在小球的询问期间被确定。其他有用的识别物剂包括微 生物酶的底物、螯合剂、光增敏剂、猝灭剂、还原剂、氧化剂、缓冲剂、 酸、碱(base)、溶剂、固定剂、洗涤剂、表面活性剂、消毒剂(例如醇、 漂白剂、过氧化氢)以及有毒化合物(例如叠氮化钠、氰化钾)以及代谢 抑制剂例如环己酰亚胺等等。相似地，用于测量微生物细胞生活力、新陈 代谢和/或膜电位的许多荧光化合物可以在本发明中被用作识别物剂。如本 领域技术人员将容易地意识到的，具体的微生物对于任何影响其物理状态 或新陈代谢的化合物例如抗生素的敏感性可以通过将该化合物加入样品、 溶解缓冲剂、密度缓冲物或其的任何混合物中而被迅速地确定。

现在将参照图51-59来描述用于使用固有荧光对样品中的微生物剂进 行识别和/或表征的方法的一个实施方案。基本地，该方法可以被实施为一 系列的处理指令，该一系列的处理指令被存储在存储器中并且使用常规的 数据处理器或计算机来执行。该方法执行图51A-51C中示出的算法，其被 设计为在给出来自预先限定组的发射波长的分离物的固有荧光(IF)扫描 下，提供对血液培养分离物(被浓缩的小球)的识别。

在优选的实施方案中，所述方法被编码以作为实施多级别识别算法的 软件指令，不同的级别相应于分类层系的不同的级别。取得输入数据并且 确定微生物的识别的传统的分类算法使用单一的分类模型。当被给予来自 以未知生物的在预先确定组的波长下的固有荧光扫描的数据时，多级别识 别算法根据分类层系的分支——革兰氏类别、科和物种而将生物分类。独 特的特征是在从最高的革兰氏类别至最低的物种的每个识别步骤使用独 立的分类模型。此外，该方法结合了平行的分类模型的使用，以评估结果 之间的一致性。因此，精确的识别和/或表征的概率被最大化，并且不正确 的识别或表征结果的产生被最小化。多级别分类层系分类方法适用于除了 固有荧光数据之外的其他数据集(例如其可以被用于拉曼光谱数据或质谱 数据)。

识别方法包括一组数据预处理步骤(被示出为图51A的块5102、5104 和5106)以及一组分析步骤(图51B、51C中的其余的块5108、5110等 等)。该方法以分类层系的多级别来确定生物的识别。预处理步骤被设计 为获取IF扫描数据，并且进行使给定的生物组或物种内的微生物剂的不同 菌株之间的变化最小化的数据变换。数据分析步骤使用平行的分类模型来 实施多级别的识别，作为将从以下的讨论被理解的。

如上文提出的，优选的实施方案提供以革兰氏级别、科级别和物种级 别的生物识别。在血液培养物中普遍发现的可以被算法识别的生物包括但 不是必须受限于表格1中列出的那些。明显地，对于不同的应用(例如食 品、水、环境样品等等)，生物可以是不同于表1中列出的那些生物，然 而方法是相同的。

表1：固有荧光算法识别生物列表

现在将详细地描述图51A-C中示出的处理步骤或模块。

预处理

步骤5102：获得对于每个激发值i＝1、2、…、x和每个发射值j＝1、2、…、 y组合的荧光值n_ij。发射值/激发值的比率必须落入区间(1.05，1.95)内。

步骤5104：对于每个荧光值n_ij来说，计算自然对数值ln(n_ij)。

步骤5106：计算每个发射值j＝2、3、…、y-1的自然对数变换(来自 步骤5104)的对给定的激发波长i的一阶导数。

有利的是，使用步骤5104和5106二者来变换原始荧光数据，以使每 个生物组内的菌株与菌株间的差异最小化。此外，变换过程趋向于创造在 生物组之间的相似的差异(variance)。图52、53和54以实例的方式图示 了对于在激发315下的发射范围内评估的金黄色葡萄球菌的多个菌株进行 所描述的预处理的效果。在图52中，每条线代表来自单一的菌株的荧光 信号。线5202表示在每个发射值下的平均荧光信号。图53示出了在自然 对数变换(步骤5104)的应用之后的荧光信号中的菌株与菌株间的差异； 注意，所有的菌株的曲线靠近在一起。图54示出了在自然对数变换的一 阶导数的计算(步骤5106)之后的在315nm的激发下的菌株与菌株间的 差异。再次地，注意，所有的菌株的曲线非常靠近在一起，特别是在 400-610nm的发射范围处。

作为另一个实施例，图55示出了在进行变换步骤之前的对于近平滑 念珠菌的在415nm下的激发的荧光信号中的菌株与菌株间的差异。注意在 400-650nm的范围内发射的宽变化。图56中示出了进行自然对数变换之后 的在415nm的激发下的这种生物的菌株与菌株间的差异。图57中示出了 在进行一阶导数变换之后的菌株与菌株间的差异。注意，在图57中，菌 株与菌株间的差异被很大地减小。

分析

步骤5108：在进行预处理步骤之后的分析中的分类的第一级别是革兰 氏分类5108。在本步骤，处理包括两个分支，一个由步骤5110和5112代 表并且另一个由步骤5114和5116代表。图51A不意在暗示分支不能被相 继地进行；分支可以被相继地或并行地进行。

步骤5110：革兰氏分类距离计算。使用对于一组预先限定的激发/发 射对的一阶导数变换来计算对于模型中定义的每个革兰氏类别的距离，

d_a＝[(m-m_a)^t∑^-1(m-m_a)]^1/2

其中

-a＝1、2、3，代表在模型中定义的革兰氏类别

-m代表对于每个激发/发射对i，j的一阶导数的矢量计算值m_ij

-m_a代表来自在激发/发射对i，j下的每个类别a的分布的矢量平均值 m_a(ij)

-t代表矢量的转置

-(m-m_a)代表每个激发/发射对i，j的矢量差m_ij-m_a(ij)

-∑^-1代表所述一组预先限定的激发/发射对的协方差矩阵的倒数。该组 激发和发射对根据已知的微生物的荧光测量(使用预处理)而被通过实验 确定(见图58和59以及以下的讨论)。

术语“模型”被用于指代一组已知的微生物剂，其中对该组已知的微 生物剂，在预先确定的激发波长下的IF测量(包括变换)已经先被获得， 并且对于该组已知的微生物剂，试样是用于分类的候选者，例如表1中列 出的剂。

步骤5112：革兰氏分类解释。

-使u_g代表最大距离阈值

-如果所有距离d₁、d₂以及d₃都大于u_g，那么分类结果是未知的

-否则，确定d_min值，即d₁、d₂和d₃中的最小值

-使w_g代表低分辨阈值因子

-如果d₁、d₂和d₃中多于一个距离小于(d_min*w_q)，那么分类结果是在具 有小于(d_min*w_q)的距离的革兰氏类别之间的低分辨(Low Discrimination)

-如果d₁、d₂和d₃中仅一个距离小于(d_min*w_q)，那么分类结果是相应的 革兰氏类别。

步骤5114：全部科分类距离计算

使用对于一组预先限定的激发/发射对的一阶导数变换来计算对于模 型中定义的每个生物科的距离，

d_a＝[(m-m_a)^t∑^-1(m-m_a)]^1/2

其中

-a＝1、2、…、k，代表在模型中定义的所有的生物科

-∑^-1代表所述一组预先限定的激发/发射对的协方差矩阵的倒数(与上 述相同，该组激发和发射对通过实验被确定)

-m代表对于每个激发/发射对i，j的一阶导数的矢量计算值m_ij

-m_a代表来自在激发/发射对i，j下的每个类别a的分布的矢量平均值 m_a(ij)

-t代表矢量的转置

-(m-m_a)代表每个激发/发射对i，j的矢量差m_ij-m_a(ij)

注意：所述一组预先限定的激发/发射对对于革兰氏分类相对于所有的 物种分类而言能够是独特的。

步骤5116：所有的科分类解释

-使u_f代表最大距离阈值

-如果所有距离d₁、d₂、…、d_a、都大于u_f，那么分类结果是未知的

-否则，确定d_min值，即d₁、d₂、…、d_a中的最小值

-使w_f代表低分辨阈值因子

-如果d₁、d₂、…、d_a中多于一个距离小于(d_min*w_f)，那么分类结果是 在具有小于(d_min*w_f)的距离的生物科之间的低分辨

-如果d₁、d₂、…、d_a中仅一个距离d₁、d₂、…、d_a小于(d_min*w_q)，那 么分类结果是相应的科。

步骤5118：将革兰氏分类解释和全部科分类解释综合，以用于最终的 革兰氏分类结果。

如果革兰氏分类是单一的选择并且全部科分类是单一的选择，那么当 科分类落入革兰氏类别的分类层系中时，被综合的分类结果是所指示的革 兰氏类别。

如果革兰氏分类是单一的选择并且全部科分类是单一的选择，那么当 科分类未落入革兰氏类别的分类层系中时，被综合的分类结果是未知的。

如果革兰氏分类是单一的选择并且全部科分类是低分辨，那么当与相 最短距离关联的科落入革兰氏类别的分类层系中时，被综合的分类结果是 所指示的革兰氏类别。

如果革兰氏分类是单一的选择并且全部科分类是低分辨，那么当与相 最短距离关联的科未落入革兰氏类别的分类层系中时，被综合的分类结果 是未知的。

如果革兰氏分类是低分辨并且全部科分类是单一的选择，那么被综合 的分类结果是与科所存在于的分类层系所在的革兰氏类别相对应的革兰 氏类别。

如果革兰氏分类是低分辨并且全部科分类是单一的选择，那么当革兰 氏类别中没有任何一个与科所存在于的分类层系所在的革兰氏类别相对 应时，被综合的分类结果是未知的。

如果革兰氏分类和全部科分类二者都是未知的，那么被综合的分类结 果是未知的。

然后处理进行至步骤5120，革兰氏科分类，其是分类的第二级别。本 步骤由子步骤5122、5124和5126组成。

步骤5122：革兰氏科分类距离计算。

使用对于革兰氏分类结果特异的一组预先限定的激发/发射对的一阶 导数估计来计算对于模型中定义的每个生物科的距离，

d_a＝[(m-m_a)^t∑^-1(m-m_a)]^1/2

其中

-a＝1、2、…、k，代表在模型中定义的生物科的数量

-∑^-1代表所述一组预先限定的激发/发射对的协方差矩阵的倒数(与上 文关于所述对的描述相同)

-m代表对于每个激发/发射对i，j的一阶导数的矢量计算值m_ij

-m_a代表来自在激发/发射对i，j下的每个类别a的分布的矢量平均值 m_a(ij)

-t代表矢量的转置

-(m-m_a)代表每个激发/发射对i，j的矢量差m_ij-m_a(ij)

步骤5124：革兰氏科分类解释

使u_t代表最大距离阈值

如果所有距离d₁、d₂、…、d_a都大于u_t，那么分类结果是未知的

否则，确定d_min值，即d₁、d₂、…、d_a中的最小值

使w_t代表低分辨阈值因子

如果d₁、d₂、…、d_a中多于一个距离小于(d_min*w_t)，那么分类结果是在 具有小于(d_min*w_t)的距离的生物科之间的低分辨

如果d₁、d₂、…、d_a中仅一个距离小于(d_min*w_t)，那么分类结果是相应 的科。

步骤5126革兰氏科分类结果。

如果革兰氏科分类结果是未知的，那么测试生物分类被最终定为在革 兰氏级别。

如果革兰氏科分类结果是低分辨，那么测试生物分类被最终定为是革 兰氏和被包括在低分辨中的科。

如果革兰氏科分类结果是单一的科，那么来自测试生物的IF数据被进 一步分析以确定物种级别识别是否可以被确定。

步骤5128革兰氏科物种分类。处理指令进行至革兰氏科物种分类级 别，其由子步骤5130、5132和5134组成。

步骤5130革兰氏科物种分类距离计算。

使用对于革兰氏科分类结果特异的一组预先限定的激发/发射对的一 阶导数估计来计算对于模型中定义的每个生物物种的距离，

d_a＝[(m-m_a)^t∑^-1(m-m_a)]^1/2

其中

-a＝1、2、…、k代表在模型中定义的生物物种的数量

-∑^-1代表所述一组预先限定的激发/发射对的协方差矩阵的倒数(与上 文的描述相同)

-m代表对于每个激发/发射对i，j的一阶导数的矢量计算值m_ij

-m_a代表来自在激发/发射对i，j下的每个类别a的分布的矢量平均值 m_a(ij)

-t代表矢量的转置

-(m-m_a)代表每个激发/发射对i，j的矢量差m_ij-m_a(ij)

步骤5132革兰氏科物种分类解释。

-使u_s代表最大距离阈值。

-如果所有距离d₁、d₂、…、d_a都大于u_t，那么分类结果是未知的。

-否则，确定d_min值，即d₁、d₂、…、d_a的最小值。

-使w_s代表低分辨阈值因子。

-如果d₁、d₂、…、d_a中多于一个距离小于(d_min*w_s)，那么分类结果是 在具有小于(d_min*w_s)的距离的生物物种之间的低分辨

-如果d₁、d₂、…、d_a中仅一个距离小于(d_min*w_t)，那么分类结果是相 应的物种。

步骤5134革兰氏科物种分类结果。

如果革兰氏科物种分类是未知的，那么测试生物分类被最终定为在革 兰氏和科级别。

如果革兰氏科物种分类结果是低分辨，那么测试生物分类被最终定为 是革兰氏、科和被包括在低分辨中的物种。

如果革兰氏科物种分类结果是单一的物种，那么测试生物分类被最终 定为在革兰氏、科和物种级别。

在步骤5134、5118和5126处所确定的结果在步骤5136被返回并汇报 给使用者，例如在识别仪器的用户界面上，被传输至附接的工作站，返回 至另一个软件模块，或以其他方式被向使用者产生。

对于生物识别(步骤5134、5118和5126)，在物种之间的分辨只有在 (发射值的自然对数变换的)一阶导数的值在至少一个激发波长的发射范 围的某些部分对于模型中的每个物种是独特的时才是可能的。图58和59 图示了激发波长315nm(图58)和415nm(图59)对物种子集之间的分 辨潜力。参照图58，明显的是，物种中的某些物种可以基于在激发波长 315下的一阶导数而被与其它物种区别开。数学模型使用存在视觉上的差 异的发射的一阶导数值作为用于区别物种的输入(即基准数据)。通过使 用在发射范围内的选择的值的部分，以下物种可以被清楚地与其它物种区 别开：大肠杆菌、流感嗜血杆菌、铜绿假单胞菌和肺炎链球菌。此外，金 黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌可以与其他物种区别开，但不能与彼此区别 开。在以给定的激发波长的发射范围内的值的部分是在上文描述的处理步 骤中的距离计算中的逆矩阵∑^-1中的预先限定的对。这些对可以例如是在 315nm处并且由图58中示出的圆形所指示的发射值范围即(315/300-450)、 (315，485-500)、(315/570-580)内的激发。

参照图59，明显的是，在激发波长415nm的发射具有区别物种的能 力。通过使用在发射范围内的选择的值的部分，近平滑念珠菌和铜绿假单 胞菌可以被清楚地与其它物种区别开。还关心的是，注意，金黄色葡萄球 菌和表皮葡萄球菌的在约发射450nm处发生的一阶导数值之间的差异。当 来自对于波长315和415的发射范围(图58和59)的选择的值的部分的 信息被组合时，模型中的所有的物种都可以以高比率(＞97％可信度)与彼 此区别开。

从上文的描述，将意识到，已经公开识别和/或表征样品中的微生物剂 的方法，包括以下步骤：a)从多种已知的微生物剂的浓度获得包括固有荧 光测量的基准数据；b)将基准数据存储在自动化识别和/或表征仪器(104) 可访问的机器可读的存储器中(例如在图50中示出的计算机中)；以及c) 在所述仪器(104)中提供(1)浓缩一次性装置(1904)内的含有未知的 微生物剂的样品的机器人自动化设备(例如1910/1916)，(2)能够从一次 性装置中的被浓缩的微生物剂获得固有荧光测量的读取单元(1918)，以 及(3)处理单元(计算机，见图50)，所述处理单元执行将从样品获得的 固有荧光测量与基准数据比较并且自动地识别和/或表征样品中的未知的 微生物剂的指令。在一个实施方案中，方法可以还包括以下步骤：d)从 多种已知的微生物剂的浓度获得包括表面增强拉曼光谱(SERS)测量的第 二基准数据；e)将第二基准数据存储在机器可读的存储器中；f)在读取 单元中包括用于对微生物剂进行SERS测量的设备；以及g)处理单元执 行另外的比较SERS测量与第二基准数据的指令。

IV.第二实施方案(图27-46)

识别系统104的第二实施方案将参照图27-46被描述。本实施方案在 总体功能和操作的方面相似于图1-26的第一实施方案；主要的差异是(1) 机器人传递机构1910的不同的构造；(2)提供取样装置1902中的样品和 溶解缓冲剂的涡流，和(3)包括可选择的在保持试样容器500的机架中 的检测特征(见图28)，以检测容器500内的微生物生长，使得识别系统 被与用于检测试样容器是否对于微生物剂的存在是阳性的检测系统紧密 地组合。在第二实施方案的配置的细节上的差别的其他几点将也在以下的 描述中被提到。

然而，第二实施方案，相似于图1-26的第一实施方案，共享相同的总 体目标和设计目的。即，图27-46的第二实施方案使下述内容实现自动化： 测试样品从试样容器的移除(优选在已经作出阳性确定之后不久)，测试 样品中的非微生物细胞的溶解，被溶解的样品向一次性分离装置中的加 载，在分离装置中的被溶解的样品中存在的微生物剂的在分离装置中的分 离和浓缩，以及微生物剂的用于识别和/或表征微生物剂的询问。

培养瓶/试样容器500被手动地或自动地加载入识别仪器104的机架或 保持结构中。在可选择的配置中，试样容器500通过结合入机架中的检测 子系统来被测试微生物的存在。在不具有自动化的手动的现有技术方法 中，技术人员将在瓶子被认为是“阳性”之后从分离的检测仪器移除瓶子。 这可能发生在诊断确定之后的几小时，特别是如果确定是在午夜作出的话 或当实验室人手不足时。然而，当使用该实施方案中的自动化识别仪器时， 微生物剂的自动识别和/或表征的步骤能够在试样容器被认为是“阳性”之 后立即地并且自动地进行。

在溶解性离心和固有荧光测量(都是图示的两个实施方案的特征)的 情况下，可以是期望的是，样品在被相关联的检测仪器确定为阳性之后不 久便能够为了识别和/或表征的目的而被处理。当瓶子被确定为阳性时，微 生物处在生长的指数阶段中。该生长阶段不同于分别在指数阶段之前和之 后的停滞阶段和死亡阶段。该指数阶段中的微生物具有与停滞阶段和死亡 阶段不同的物理和基因表达特征。

通过自动化这一识别和/或表征的过程，技术人员被从系统移除。与现 有技术方法相比，微生物剂的识别和/或表征在本实施方案中能够更迅速地 发生。

A.系统布局

根据第二实施方案的识别仪器104在图27中示出。仪器104包括容 纳多个一次性取样装置1902的第一暗盒1900A以及容纳多个一次性分离 装置1904的第二暗盒1900B。机架或保持结构1906包括用于保持多个容 器500的贮器，其中容器500含有用于识别测试的样品。机架1906被示 出为容纳在隔离的培育包围物1812内。包围物1812包括门1810，门1810 被打开以暴露瓶子500并且允许通过机器人传递机构1910、样品移除设备 1912和取样装置1902而实现瓶子的通风以及测试样品的移除。

机器人传递机构1910包括旋转的基部和可活动的接合部以及在接合 部之间的节段，从而允许机器人传递机构1910以及尤其是被包括在样品 移除设备或取样头1912中的夹紧结构能够接近仪器104中的各个部件。 这些部件包括分离和浓缩装置(离心机1916)、暗盒1900A和1900B、用 于混合取样装置1902内的溶解缓冲剂和测试样品的旋涡器1814、读取站 1918、以及在溶解缓冲剂和密度缓冲物在使用时被加入取样装置或分离装 置的条件中的容纳不同的溶解缓冲剂和/或密度缓冲物的各个容器1802、 1804、1806。机器人传递机构1910能够接近每个瓶子500并且能够可选 择地夹紧和保持瓶子500。因此，机器人传递机构1910可以可选择地是用 于自动地将瓶子500加载入保持结构或机架1906中的装置。可选择地， 瓶子500可以通过被定位在包围物1812的与门1810相对的侧上的进入门 而被手动地加载入机架中。见图49，门4902。

在图27的配置中，离心机杯保持器1800保持小杯状保持器1801，分 离装置1904被放置入小杯状保持器1801中(见图46A)；分离装置1904 和杯状保持器1801的组合被放置入离心机1916中，以进行微生物剂在分 离装置1904中的分离和浓缩。在离心之后，杯状装置1801被返回至杯保 持器1800。样品移除设备1912夹紧分离装置，并且机器人传递机构将其 放置入读取/识别模块1918中。分离装置1904中的被浓缩的微生物剂被读 取/识别模块1918询问。读取步骤可以包括上文描述的特征，例如测量样 品的固有荧光光谱以及通过计算机的辅助对被测量的光谱与含有来自已 知的微生物剂的光谱的数据集进行比较并且使用分类算法分类。在读取之 后，分离装置1904被放置入废物容器中(见图1、15，项1908)。

图28是识别仪器104的可选择的布置的图示。在本实施方案中，培 育包围物的壁或面板被移除，以示出保持瓶子500的机架1906的一个实 施方案。机架1906被结合入围绕竖直轴线旋转的旋转台中。用于非侵入 地检测瓶子是否是阳性的检测仪器被结合入机架1906中。这些方面在于 与本申请同一个日期提交的共同待决的申请序列号 ________________、代理人案卷号01145/MBHB 09-271-E中被更 详细地描述，其内容通过引用并入本文。因此，在本实施方案中，机架1906 和相关联的检测仪器起到用于确定微生物剂在试样容器中存在的自动化 检测系统102的作用。

图29是图27的实施方案的另一个透视图，示出了被包括在机器人传 递机构1910中的离心机1916、旋涡器1814和样品移除设备1912。

图30更详细地示出了一次性物品的暗盒1900A和1900B。虽然每个 暗盒被示出为保持二十五个一次性取样装置1902或分离装置1904，但是 在可更换的暗盒1900内的装置1902和1904的数量或布置是不重要的。

B.机器人传递机构1910和样品移除设备1912

图31是机器人传递机构1910的透视图。传递机构1910被示出为以 六轴机器人的形式。机器人包括由箭头表示的六个旋转接合部1700以及 在机器人接合部之间的节段1702，节段1702线性地扩展或收缩以将被放 置在机器人臂的调节工具(tooling)端处的样品移除设备1912的位置在三 维空间中延伸或收缩或以其他方式运动。滚动隔膜泵组件1710被装配至 机器人传递机构1910，以通过连接管3402将真空或正压施加于取样装置 1902，以利于容器500的通风和取样，如下文描述的。气动系统1914(图 1)提供对形成样品移除设备1912的夹紧调节工具(gripping tooling)的气 动控制。

六轴机器人被选择以允许灵活性、特别是对瓶子通风和取样的能力。 气动的夹紧器1954，见图34和35，被设置在机器人的在最后的旋转接合 部上的调节工具端处。被附接于夹紧器1954的板保持三个端效应器；即， 有三个分离的夹紧部件：用于取样装置1902的夹紧部件1956、用于分离 装置1904和试样容器500的夹紧部件1958、以及用于可以在以后的配置 中使用的真空管的夹紧部件(未示出)。连接器1952被用于将管3402的 自由端附接于在取样装置1902的近端端上的装配部3208(图33)。气动 操作的线性滑动器1950被向前运动以将连接器1952前移为与取样装置 1902接合，以及向后运动以在装置1902被存放在废物容器中时从取样装 置脱离。

夹紧器1954和线性滑动器1950是气动驱动的，使夹紧器和线性滑动 器被同一个空气管线(3602图36)控制。流量控制阀(未示出)控制在 夹紧器和线性滑动器上运动的速率。当取样装置1902待被拾取时，夹紧 部件1956被定位为围绕取样装置1902同时使部件1956打开，并且线性 滑动器1950被缩回。空气阀(未示出)被激活以关闭夹紧器1954和关闭 夹紧部件1956并且前移线性滑动器1950。通过流量控制，夹紧器首先关 闭，抓取取样装置1902。在不久之后，线性滑动器1950前移并且将连接 器(图34中1952)与取样装置1902接合。管路3402将泵组件1710与图 34中的连接器1952和取样装置1902连接，由此建立从取样装置1902通 过管路3402至泵1710(图36)的连接。

C.取样装置1902

取样装置1902在本实施方案中在图32和33中示出。装置1902的用 于对试样容器500进行通风和取样的操作在下文参照图36和37来描述。 装置1902的用于将样品注射入分离装置1904中的操作在下文参照图43-46 来描述。

现在参照图32和33，取样装置1902包括具有橡胶护套3214的18量 规针(18-gauge needle)3202。鲁尔装配部(luer fitting)3212将针3202 连接于5ml注射器主体或管3200。0.2μm疏水过滤器3218被弹性体装配 部3210耦合于注射器主体3200。端口或装配部3208接收管3402(图34)， 管3402被连接于被装配在图31的机器人传递机构1910上的滚动隔膜泵 1710。

护套3214具有四个功能：1)护套针3202以避免针棒损伤，2)保持 针3202无菌，3)防止组分从管3200泄漏出来，以及4)用作弹簧，以在 从试样容器500的取样和分离装置1904的注射期间推回部件(见图44和 45)。护套防止针3202粘附或结合于被装配在试样容器500的端上的隔膜 或阻挡器。当针从隔膜抽出时，橡胶护套抵着隔膜推动，防止针和隔膜的 结合。相似地，在分离装置的注射期间，护套3214的弹簧状压缩抵着分 离装置1904的螺帽推动并且防止针粘附或结合于螺帽。

疏水过滤器3218(图33)防止微生物污染泵送系统和管路。因为该 过滤器是疏水的，所以液体被阻止传至图31的泵1710。过滤器的在防止 污染之外的另一个功能是可重复的流体抽出。一旦液体接触过滤器3218， 那么不再有空气能够从管3200排出，这是因为水阻挡空气的流动。因此， 泵1710可以继续泵送，但是被抽取的液体的体积将是管路体积的函数并 且不是泵的精确度的函数。

D.真空泵组件1710

图31的真空泵组件1710在图36中的透视图中被单独地示出。泵1710 含有被连接于线性致动器1714的滚动隔膜1712。电磁阀1716和1718将 泵从输入切换至输出。在通风步骤期间，使用取样装置1902将瓶子500 的出口通向大气，电磁阀1716和1718被致动成使正压通风穿过系统(输 入)。此外，在取样期间，泵将流体从瓶子500吸取入取样装置1902中。 流体被喷射(输出)至分离器装置1904(图43-44)。对于输入和输出两种 模式，线性致动器1714继续操作，使滚动隔膜1712往复地运动。止回阀 (在图36未示出)参与控制流体的方向。

E.通风和取样

通风和取样步骤在图37和38中示出。机器人1910首先从暗盒1900A 拾取取样装置1902中的一个。机器人1910运动至在图37中示出的位置 中。门1810被打开。图37的机架1816被旋转至朝上指向的位置，并且 通风借助于将取样装置1902的针插入试样容器500中而发生。然后机架 1816被旋转至图37中示出的朝下指向的位置，并且泵1710被操作成将少 量的样品(例如0.5至1.0ml)从试样容器500吸取入取样装置1902中。 取样装置1902预加载有溶解剂，或可选择地溶解剂在通风和取样步骤之 前被加入取样装置1902。在取样装置被在现场加载溶解剂的情况下，机器 人传递机构夹持取样装置中的一个，接近被储存在容器1802、1804、1806 等等中的溶解剂溶液，见图27，并且将1.0ml至2.0ml的溶解剂抽出而送 入取样装置1902中并且然后进行通风和取样步骤。

F.溶解剂和样品在取样装置1902中的混合

如上文提到的，图27-46的实施方案包括用于搅拌取样装置1902的特 征，以将从试样容器抽出的测试样品与在取样装置1902中存在的溶解剂 例如通过涡流而混合抽出。

现在将参照示出了旋涡器1814的图29和39-42来描述涡流。本系统 的独特的特征是旋涡器杯3900，旋涡器杯3900保持取样装置1902。机器 人传递机构1910首先将取样装置1902放置在旋涡器杯3900中(见图39)， 释放取样装置1902，并且然后向上运动至图40中示出的位置中。然后机 器人夹紧器指状物3450围绕着取样装置1902的上文所述的疏水过滤器 3218而松弛地关闭(图32、33)。取样装置1902被松弛地保持在旋涡器 杯3900中，使得旋涡器1814可以自由地搅拌取样装置1902。如果取样装 置1902被紧紧地保持，那么旋涡器1814便不能够自由地搅拌在取样装置 1902中存在的样品/溶解缓冲剂混合物。夹紧器调节工具(gripper tooling) 1956的底部表面1957在涡流期间将取样装置1902束缚在旋涡器1814中。

旋涡器1814包括基部3902，杯或保持器3900通过延伸穿过在保持器 3900的凸缘4204中的洞4202的紧固件而被安装至基部3902，如图41-42 中所示的。保持器3900的内部通道4200被控制尺寸以配合取样装置1902， 如图40和41中所示的。涡流通过以3000rpm循环5秒来充分地混合样品 和溶解缓冲剂。

在一个可选择的配置中，旋涡器杯3900包括加热元件，以将取样装 置1902中的样品保持在37摄氏度。加热可以采取在图39A中示出的线圈 电阻加热器3910的形式。涡流过程的搅拌频率、持续时间和温度可以针 对具体的样品和缓冲剂而变化。

G.被混合的样品向分离装置1904中的注射

可以是期望的是，首先将分离装置加载入离心机中以预旋转溶解性缓 冲剂，并且确保没有被夹带的空气在分离装置的毛细管中存在。此外，如 果光学系统被配置在离心机中，那么品质检查(例如在加入被溶解的样品 之前的分离装置的预读取)可以被进行。质量控制检查可以包括对可以在 分离装置中存在的碎片或纤维的检查、对光学表面的刮痕的检查、或对其 他光学缺陷的检查。在旋涡器1814完成取样装置1902中的样品和溶解缓 冲剂的混合之后，被混合的样品和溶解溶液(溶解的样品)的约1ml部分 然后被注射入一次性分离装置1904中。这种操作可以在分离装置1904仍 然被容纳在图26和27的暗盒1900B内时发生。被混合的样品和溶解缓冲 剂在图43A中作为混合物4302被示出。(图43D示出了橡胶护套3214， 其被示出为被从针3202部分地移除，但是这仅是为了更好地图示护套和 针；针在使用期间被护套覆盖，如图43B和43C中所示的)。

为了实现样品向分离装置1902中的注射，机器人传递机构将(被加 载的)取样装置1902定位在分离装置1904中的一个的上方，如图43A中 所示的，并且然后前进以降低取样装置1902，使得针3202被强迫穿过橡 胶护套3214和被设置在分离装置1904的帽2404中的隔膜4300二者，从 而将针3202的尖端放置入分离装置的内部室2602中。见图44、45和46。 这种动作压缩橡胶护套3214，如图44、45和46中所示的，使护套3214 作用于弹簧并且向帽2404施加力。如图46中所示的，滚动隔膜泵1710 操作成将空气泵送入取样装置1902中，在取样装置的内部中产生的正压 并且由此迫使测试样品/溶解缓冲剂混合物4302通过针而注射入分离装置 1904中，如图46中所示的。混合物4302被分配在已经在分离装置1904 中存在的1.0ml密度缓冲物2802的顶部。

H.被加载的分离装置1904向离心机1916中的传递

在分离装置3202的以这种方式的加载之后，机器人传递机构1910前 进以将取样装置1902传递至废物容器，并且然后拾取被加载的分离装置 1904并且将其放置在由杯保持器1800保持的杯1801中(图28，图 46A-46C)。然后，杯1801和分离装置1904的组合被机器人传递机构1910 拾取和提升使离开保持器1800(图46A)，并且被放置在离心机1916中(图 28)，以进行分离装置1904中的样品的分离和浓缩。

在一个可能的实施方案中，离心机1916不是被索引的(indexed)离 心机，即其在旋转之后不到达精确的相同的位置。离心机盖子由气动气缸 打开和关闭。离心机的位置被机器人传递机构1910上的照相机(未示出) 找到。离心机的照片被取得，并且机器视觉软件确定离心机的位置，使得 分离装置1902可以被正确地放置在离心机中。具体地，照相机寻找转子 上的可信的标志，并且机器人运动至离心机转子中的合适的位置。分离装 置1904被插入合适的位置中以保持离心机1916中的平衡。

离心机可以被配置为每次仅旋转一个分离装置(如在第一实施方案的 情况下)，或每次旋转多个装置，如图27-29中所示的。

机器视觉部件(照相机)可以通过使用被索引的离心机转子而被去除。 在本配置中，离心机转子将在离心之后在同一个位置处停止。这可以通过 使用机械离合器来接合转子并且使其运动经过光学传感器到达正确的位 置而被实现。本方法可以消除与机器视觉相关联的复杂性(例如照射、复 杂的软件算法)和成本，并且因此对于某些实施方案来说可以是优选的。

I.微生物剂在分离装置1904中的分离和浓缩

离心机操作成以每分钟高转数来旋转分离装置1902，并持续足以将分 离装置内的微生物试样浓缩为小球或小球状的团块的时间，如参照第一实 施方案所描述的，例如10,000g持续2分钟。在离心期间，被溶解的红血 球分离至密度缓冲物的顶部，并且完整的微生物在分离装置1902中的1mm 毛细管2604的底部形成小球(见图43A)。离心机盖子利用气动气缸而被 打开并且机器人移除分离装置1902和杯1801。毛细管和保持器的位置通 过机器视觉确定，如在上文的设置步骤中的。分离装置1902和杯1801被 作为一个单元从离心机1918移除并且被放置在杯保持器1800上(使用销 钉1805作为定位机构，见图46C)，并且然后机器人1910拾取分离装置 1902并且将其运动至读取单元1918。

J.被浓缩的微生物剂在分离装置1904中的读取

读取单元1918以上文详细描述的方式询问分离装置1902内形成小球 的被浓缩的微生物剂。结果(对微生物剂的表征和/或识别信息)根据仪器 的配置而被输出至仪器的用户界面、被连接的工作站、打印机或其他输出 装置。

K.试样容器500阻挡器的杀菌

在本发明的仪器104的某些生物学应用中，试样容器500接种有试样 样品，例如人类体液或其他正常地无菌的体液。这通过将试样样品经过针 而注射入在容器500的顶部处形成的阻挡器来实现。可能的是，样品可能 含有生物公害材料。经常，小滴的试样样品，例如血液，可以被留在阻挡 器的表面上。期望的是，在取样和处理之前杀菌该表面，以避免容器500 的被空气传播的或表面的微生物污染。

多种方法可以被开发用于以自动化方式杀菌该表面。这些方法包括：

1)阻挡器表面的紫外杀菌。紫外光是给表面杀菌的标准方法。自动 化可以通过将紫外光源附接于被设置在仪器中的第二机器人或自动化机 构来实现，其中第二机器人或自动化机构将在使瓶子通风或移除测试样品 之前运动至阻挡器表面以进行杀菌。

2)使用消毒剂例如异丙醇或其他化学物来雾化表面并且然后将表面 擦拭干净。目前这是最普遍的杀菌接种部位的手动方法。通常地，拭子被 浸泡在消毒剂中，并且技术人员在接种瓶子或移除样品之前擦拭表面。机 械擦拭在表面上的干燥血液斑点的情况下是必需的，这是因为化学雾化可 以不穿透血液。表面的雾化可以通过用空气加压消毒剂储存器并且将其喷 淋至阻挡器的表面上来被自动化。机械擦拭可以通过拾取拭子或织物擦拭 物并且擦拭阻挡器表面来实现。擦拭表面的其他机械方法包括滚动被浸泡 在消毒剂中的织物。再次地，这些方法可以借助于仪器104中的分离的机 器人机构、或通过视情况而定地向已存在的机器人传递机构1910提供另 外的夹紧/擦拭/雾化/紫外杀菌部件来实现。

L.机器人传递机构1910的其他配置

虽然在图27-29中示出的第二实施方案使用自动化机器人传递机构 1910的六轴机器人来实现部件或材料在仪器中的传递和定位，但是其仅仅 是可以作出的多种选择中的一个并且本公开的范围意图包括其他机器人 传递机构。多轴机器人臂被选择是因为其是灵活的。新的自动化步骤可以 被容易地编程，而不要求主要的机械调节工具重新设计。一旦过程被建立， 那么机器人可以被具有较少轴线的较简单的和较紧凑的机器人或被笛卡 尔(x，y，z)自动化系统代替。笛卡尔系统将比六轴机器人成本更低。笛卡 尔坐标系被例如在第一实施方案中使用(见图5)。

M.电致动器

第二实施方案的致动器中的几个致动器(且尤其是在样品移除设备 1912的夹紧器和滑动器方面)被气动装置(压缩空气)操作。气动机构对 于编程和设计而言是简单的，然而它们不适于用于压缩空气不可用情况下 的临床的或某些实验室的设置。这些致动器可以被电的/机械的系统代替， 例如线性驱动器、步进机和被连接于线性驱动器和螺线管的伺服电动机。

N.可选择的混合方法

在第二实施方案中，旋涡器1814被用于剧烈地混合样品和溶解性缓 冲剂。不同的混合方法，例如超声处理或往复混合，可以被使用以代替涡 流。

O.识别系统的其他应用

已经详细地描述了用于对试样容器例如血液培养瓶进行自动地通风 和取样的方法和仪器。样品被溶解和离心以处理在样品中存在的微生物 剂，以进行进一步的分析。仪器的特征可以适用于其他诊断系统和其他类 型的培养瓶。这些系统可以包括分子生物学测试或用于工业样品的自动化 培养瓶。工业样品可以包括药物或食物的无菌测试。

在分子生物学测试的情况下，在微生物的指数生长期间进行微生物测 试可能是非常重要的。在指数生长阶段期间，微生物的基因表达不同于在 停滞阶段期间。在指数生长阶段之前的停滞阶段中，微生物正在转化它们 的遗传机理以表达蛋白质从而消耗可能不同于其先前环境的培养基营养。 当微生物进入指数阶段时，基因表达已经成为固定的。

自动化检测仪器102，例如在此处和在我们的在先临时申请或 BacT/ALERT系统中所描述的自动化检测仪器，可以确定何时微生物开始 指数阶段，并且上文所述的自动识别方法可以在指数阶段开始之后不久处 理样品。在手动的培养方法中，将难以精确地确定何时微生物进入指数阶 段，这是因为这将必须频繁地检查瓶子的浊度。如果指数阶段的开始被技 术人员错过，那么存在微生物将因为有限的营养被消耗而进入死亡阶段的 风险。因此，在优选的实施方案中，本发明的识别仪器在阳性试样容器被 认为是“阳性”之后不久或立即自动地处理阳性试样容器。

在识别系统的某些其他非临床的实施方案中，溶解步骤是可选择的或 不被预先进行。因此，在取样装置中提供溶解性缓冲剂以及对取样装置进 行涡流在本发明的仪器的每个可能的配置中均不是必需的。

P.试样容器的再取样

上文描述的通风、取样、分离和询问的过程可以根据需要而在同一个 试样容器500上重复。在一个可能的变化形式中，给定的试样容器500利 用加载有不同的溶解性缓冲剂的取样装置1902(例如在现场从溶解性缓冲 剂的供应部加载至仪器中)被相继地取样以及被加载入不同的分离装置 1904中，分离装置1904然后经受分离和浓缩步骤并且然后经受读取。

仪器104还可以在不首先进行检测步骤的情况下进行识别和/或表征 测试；可能缩短识别的时间。这种操作模式可以在预测感染的其他临床数 据可用时被采用。患者状态、生物标记物(例如PCT)等等是可以预测感 染的数据的实例。在这种模式中，试样容器被加载入识别仪器104中(例 如采用任一个实施方案的机架设计)，瓶子在被设置在识别仪器中的机架 中被培育，并且每个瓶子被周期地取样并且经受分离和浓缩步骤以及询问 步骤。如果给定的样品不能够在第一次迭代(first iteration)时被识别或表 征，那么试样容器可以例如每30分钟被再取样，直到足够的微生物剂生 长已经在试样容器内发生，使得对于该随后的迭代的读取步骤返回识别和 /或表征结果。试样容器的培育在试样容器的顺序取样之前和期间发生。

Q.向自动化检测仪器的耦合。

在某些实施方案中，第一实施方案和第二实施方案的自动化识别仪器 104被紧密地耦合于被配置为确定试样容器500是否对于微生物剂的存在 是阳性的自动化检测仪器。这种紧密的耦合优选在试样容器被测试为是 “阳性”时立即提供阳性试样容器500的从检测仪器向自动化识别仪器104 的自动化的转换。

多种用于实现这种耦合的仪器配置在我们的于2009年5月15日提交 的在先美国临时申请序列号61/216,339中描述。几种选择方案在图47和 48中示出。在图47中，自动化检测仪器102被通过传送带4702联接于自 动化识别和/或表征仪器104。到达自动化识别和/或表征仪器104的瓶子被 机器人传递机构1910拾取并且被加载入机架中。在图48中，瓶子被向组 合的检测和自动识别和表征仪器提供(例如，如上文对第二实施方案所提 出的，见图28和上文的讨论)。在这种配置中，保持将到来的试样容器500 的机架包括用于询问被结合入瓶子的底部中的比色传感器的检测仪器。此 外，组合的仪器102+104设置有培育特征，例如设置图27和37的培育包 围物1812。

另外其他的配置是可能的，如在与本申请同一个日期提交的共同待审 的申请序列号第____________号，案卷号09-271-US中描述的。图49示出 了一实施方案，在该实施方案中组合的仪器102+104包括门4902，门4902 用于将瓶子手动加载入组合的检测和识别/表征仪器的机架中。

在图47-49的实施方案中，抽屉4702被设置成提供用于从仪器移除废 物的通路，所述仪器例如试样容器、取样装置和分离装置。

图47-49的仪器的外部面板的物理配置不是特别重要的并且可以广泛 地变化。仪器包括也可以广泛地变化的图形用户界面和显示器4704。

R.计算机系统的示意图

图50是示出了识别和/或表征仪器104及其相关联的计算机控制系统 的示意性的框图。图50中示出的细节可以广泛地变化并且不是特别重要 的，并且因此在此以示例并且不作为限制的方式被提供。

运行LabVIEW(National Instruments)的计算机4902被连接于两个计 算机：(1)通过串联连接的计算机4904以及(2)通过以太网连接的机器 人控制计算机4906。计算机4904控制机架1906和相关联的用于检测瓶子 是否是阳性的检测子系统，通过运动控制器4908对搅拌(振荡)机架1906 的步进电动机进行控制以提供在培育期间的搅拌。步进电动机(未示出) 允许机架被精确地放在适当的位置中以用于通过机器人传递机构1910实 现的通风和取样。

LabVIEW 4902计算机针对阳性的瓶子而查询计算机4904。计算机 4904计算机通过串联连接来答复，并且瓶子ID、阳性的时间和瓶子位置 均被LabVIEW计算机4902解析。瓶子位置被发送至机器人控制器4906， 机器人控制器4906通过被传送至连接于通向机架的门的继电器控制气动 气缸的数字信号来打开通向机架的门(图27，1810)。机器人1910获取取 样装置1902并且使瓶子和样品通风，如上文描述的。

来自机器人控制器4906的数字信号被发送至继电器，以打开和关闭 离心机1916的盖子，启动离心机1916并且控制旋涡器1816。在滚动隔膜 泵上的线性致动器的运动控制通过运动控制器4908而被LabVIEW计算机 4902控制。

被识别模块1918捕获的固有荧光测量被发送至LabVIEW计算机 4902。计算机4902将所测量的光谱与来自已知样品的被存储的基准光谱 进行比较，以识别和/或表征样品中的微生物剂，如上文描述的。为了进行 这种比较，计算机4902包括容纳基准光谱数据和机器可读代码的存储器 (例如硬盘)，机器可读代码存储用于进行这种比较的软件指令，例如上 文描述的算法。计算机4902包括常规的中央处理单元，常规的中央处理 单元使用算法对所获取的数据和所存储的基准数据操作以产生针对正在 被测试的样品的结果，并且通过例如仪器上的用户界面或被附接的外接设 备4910来提供报告。计算机4902可以通过国际互联网协议网络4914与 其他远程地定位的计算机4912通信，例如以共享识别和/或表征结果，将 结果存储在远程数据库中，或与其他实验室信息系统接口连接。

S.分离和取样装置向单一的一次性装置的组合。

如上文描述的，识别和/或表征仪器104包括保持或夹持一次性取样装 置1902的样品移除设备1912。它们共同地操作成移除阳性的检测容器500 (测试样品)中的生物样品的一部分并且将该部分加入分离装置1904中。 分离和取样的功能可以在单一的一次性装置中被执行。

参照图60-64，分离装置6000包括通常以块体(block)形状的主体 6002、顶部板6004和基部板6006。主体具有用于固有荧光测量的光学窗 口；形成窗口的材料是光学上透明并且不发荧光的。通常，主体6002可 以被由本领域中已知的任何已知的塑料材料模塑成或以其他方式形成。如 图62-64中所示的，分离装置6000的主体6002包括溶解室6020、通风通 道6030、流体传递通道6034和分离室6040。溶解室6020和分离室6040 被沿着两个平行且毗邻的竖直轴线6022、6042定向，被界定在主体6002 中，每个室具有顶部终端和底部终端。通风通道6030提供将溶解室的底 部端连接于顶部板6004中的通风或泵送端口6018的第一流体连通通道。 如图63-64中所示的，第一流体连通通道还包括被容纳在主体6002的上表 面6034中并且提供在溶解室6020和通风通道6030之间的流体连通的通 风流体流动凹槽6032。流体传递通道6036提供将溶解室6020的底部端连 接于分离室6040的顶部端以将溶解性缓冲剂和样品从溶解室6020传递至 分离室6040的第二流体连通通道。如图63和65中所示的，第二流体连 通通道还包括被容纳在主体6002的上表面6034中并且提供在溶解室6020 和分离室6040之间的流体连通的通风流体流动凹槽6038。溶解室6020、 通风通道6030和流体传递通道6036均被向装置6000的主体6002的底部 表面6010打开，如图61中所示的。主体6002的底部表面6010可以还包 括提供在溶解室6020的底部和通风通道6030之间流体连通的下流体流动 凹槽6024以及经过阀槽道6026的流体传递通道6036(在下文进一步描 述)。顶部板6004和基部板6006可以通过本领域中已知的手段而附接于 主体6002，以关闭或以其他方式密封室6020、6040和通道6030、6034。 例如，顶部板6004和/或基部板6006可以通过焊接或通过使用粘合剂而被 附着于主体。

如图61中所示的，分离装置6000包括阀6012和贯通顶部板6004的 阀致动器端口6008。阀6012被容纳在主体6002的底部表面6010中的阀 槽道6026内，并且在第一位置和第二位置之间通过外部致动器(未示出) 可打开。当阀6012在第一位置中时，第一流体连通通道从溶解室6020的 底部通过通风通道6030向通风或泵送端口6018“开放”。这种开放的第一 流体连通通道可操作成从装置6000通风过量的压力或通过使用泵(未示 出)向溶解室6020提供真空。当阀6012在第二位置中时，第二流体连通 通道从溶解室6020的底部通过流体传递通道6036向分离室6040“开放”。 这种开放的第二流体连通通道可操作成将溶解性缓冲剂和样品从溶解室 6020向分离室6040传递。如图62中所示的，通风或泵送端口6018和样 品进入端口6016包括穿过顶部板6004的开放通道。在一个可能的实施方 案中，样品进入端口6016还包括可刺穿的隔膜(未示出)。在另一个实施 方案中，注射器针头(未示出)可以被附接或附着于样品进入端口6016， 由此允许溶解和分离装置作为取样装置来操作成直接地从试样容器500获 得样品。

如图63中所示的，分离室6040可以还包括上储存器、中部锥形节段 和下毛细管6048，它们全部被围绕中心竖直轴线布置。如所示的，中部锥 形节段连接较大直径的上储存器和较小直径的毛细管6048。在一个实施方 案中，毛细管6048的底部壁由光学透明材料制成，以利于位于毛细管6048 的底部处的被浓缩的微生物剂(未示出)的光学询问。在另一个实施方案 中，分离装置6000由光学透明材料制成，以利于位于毛细管6048的底部 处的被浓缩的微生物剂(未示出)的光学询问。如所示的，与毛细管6048 相对的底部壁可以具有减小的厚度以利于光学询问，如图62中表示的。 在又另一个实施方案中，光学询问可以从装置6000的侧面发生。根据本 实施方案，块体将包括与毛细管6048并置的凹口部分6010和有减小的厚 度的侧壁。根据本实施方案，分离装置6000由光学透明材料制成，以利 于位于毛细管6048的底部处的被浓缩的微生物剂(未示出)的光学询问。

在操作中，溶解室6020可以加载有从阳性的培养容器取得的溶解缓 冲剂和样品。例如，取样装置1902，如本文其它处描述的，可以用于分离 地或组合地将来自阳性培养容器的溶解缓冲剂和样品存放在溶解室6020 中。在另一个实施方案中，溶解缓冲剂可以被加入表征/识别子系统内的分 离装置6000的溶解室6020。例如，取样装置1902可以用于获得溶解缓冲 剂的试样量(例如从溶解缓冲剂储存器)，然后该试样量可以随后经过主 体6002中的样品进入端口6016(例如可刺穿的隔膜)而存放在溶解室6020 中。然后，取样装置1902可以用于从阳性试样容器500获得样品并且将 该样品经过溶解室端口6016而存放在溶解室6020中。然后溶解缓冲剂和 样品在溶解室6020内混合，例如通过取样装置6000的搅拌和/或涡流。选 择性的溶解步骤被允许持续足以允许溶解反应被实质上完成的时间(例如 1至5分钟)。这种选择性的溶解步骤选择性地溶解可能在样品中存在的非 期望的细胞(即非微生物细胞)，例如血细胞和/或组织细胞。在另一个实 施方案中，溶解室6020可以预加载有在搅拌和/或涡流之前被加载至溶解 室的溶解缓冲剂和样品。在一个实施方案中，取样装置6000可以可选择 地被培育以允许选择性的溶解步骤更迅速地进行。

在溶解步骤之后，被溶解的样品和溶解缓冲剂可以经过流体流动通道 6030而传递至分离室6040，用于使任何微生物从被预加载的密度缓冲物 分离，如本文描述的。阀6012被机械致动器(未示出)外部地向下压动， 由此打开在溶解室6020和分离室6040之间的流体流动通道6030。在分离 室6040上方的泵将混合物经过流体流动通道6030而吸出并送至分离室 6040的顶部。在一个实施方案中，通过将分离装置6000保持成一角度， 流体可以轻轻地沿着分离室6040的内部壁向下流动并且流动至密度梯度 上。

识别/表征仪器104还包括分离和/或浓缩站，分离和/或浓缩站可选择 地以离心机的形式并且在分离装置6000上操作从而将微生物剂从生物样 品的部分中的其他产物分离出并且在分离装置6000内浓缩微生物剂。在 一个实施例中，微生物剂在分离装置6000的毛细管6060的底部中被浓缩 成小球或小球状的团块的形式。

识别/表征仪器还包括询问被浓缩的微生物剂以识别和/或表征微生物 剂的识别和/或表征模块或读取站(见例如图1，1918)。

具有被堆叠的室设计的另一个实施方案在图68-78B中示出。

图65-69图示了组合的取样和分离装置6100。如图65-65和68中所示 的，组合的取样和分离装置6100包括上壳体6102、下壳体6104、以及连 接上壳体6102和下壳体6104的柔性夹管阀6108。如图66和67中所示的， 上壳体包围上溶解室6120，下壳体包围下分离室6140，并且柔性夹管阀 6108界定穿过其的流体传递通道6130。上溶解室6120、流体传递通道6130 和下分离室6140可以被围绕中心轴线6122定向。

组合的取样和分离装置6100还包括一对可相对的压缩翼片6110、阀 致动器块体6106和可操作成“打开”和“关闭”柔性夹管阀6110的可相 对的致动器臂6118。在操作中，阀致动器块体6106可以在第一方向(例 如朝向压缩翼片6110，如由箭头6107表示的)运动以“打开”阀6100。 通过将致动器块体6106朝向压缩翼片6110运动，致动器臂6118将压缩翼 片6110向上推动，使压缩翼片6110远离柔性夹管阀地运动，由此打开阀 6108。在打开位置中，流体流动通道6130被打开，允许在上溶解室6120 和下分离室6140之间的流体连通(如图67中所示的)。阀致动器块体6106 还可以在第二方向(例如远离压缩翼片6110，如由箭头6109表示的)运 动以“关闭”阀6108。当致动器块体6106被远离压缩翼片6110地运动时， 致动器臂6118将一对可相对的压缩翼片6110运动至“关闭”位置，由此 夹捏关闭柔性夹管阀6108(如图69中所示的)。

如图65-66和68中所示的，组合的取样和分离装置6100还包括用于 从试样容器获得样品的注射器针头6112以及用于将真空吸入至溶解室 6120内而由此辅助于装置6100的加载的真空端口6114。可选择地，注射 器可以还包括用于保护注射器针头不受破环和/或污染的护套(未示出)。 此外，如图65-66和68中所示的，组合的取样和分离装置6100包括真空 端口6114。真空端口将包括允许气体经过且防止污染的气体可渗透过滤器 或疏水膜6116。在操作中，真空端口可以被连接于泵(未示出)，该泵可 以将真空施加于取样和分离装置6100以从阳性试样容器取得样品。

如图67和69中所示的，分离室6140包括上储存器6142、中部锥形 节段6144和下毛细管6146，它们全部在溶解室6120的下方被围绕轴线 6122布置。如所示的，中部锥形节段6144连接较大直径的上储存器6142 和较小直径的毛细管6146。在一个实施方案中，毛细管6146的底部壁6150 由光学透明材料制成，以利于位于毛细管6146的底部处的被浓缩的微生 物剂(未示出)的光学询问。在另一个实施方案中，分离装置6100由光 学透明材料制成，以利于位于毛细管6146的底部处的被浓缩的微生物剂 (未示出)的光学询问。如所示的，与毛细管6146相对的底部壁6150可 以具有减小的厚度以利于光学询问，如图67和79中表示的。

在操作中，当柔性夹管阀6108在关闭位置中时，溶解室6120可以加 载有从阳性的培养容器取得的溶解缓冲剂和样品。在一个实施方案中，溶 解缓冲剂可以使用注射器针头6112被加入分离装置6100的溶解室6120。 例如，注射器针头6112可以被用于获得溶解缓冲剂的试样量(例如从溶解 缓冲剂储存器)，将溶解缓冲剂存放在溶解室6020中。然后，注射器针头 6112可以被用于从阳性试样容器500获得样品，将该样品存放在溶解室 6120中。然后溶解缓冲剂和样品例如通过取样装置6100的搅拌和/或涡流 而在溶解室6120内混合。选择性的溶解步骤被允许持续足以允许溶解反 应被实质上完成的时间(例如1至5分钟)。这种选择性的溶解步骤选择 性地溶解可能在样品中存在的非期望的细胞(即非微生物细胞)，例如血 细胞和/或组织细胞。在另一个实施方案中，溶解室6120可以预加载有在 搅拌和/或涡流之前被加载至溶解室的溶解缓冲剂和样品。在又另一个实施 方案中，取样装置6100可以可选择地被培育以允许选择性的溶解步骤更 迅速地进行。

在溶解步骤之后，被溶解的样品和溶解缓冲剂可以被经过流体流动通 道6130传递至分离室6140，以使任何微生物从被预加载的密度缓冲物分 离，如本文描述的。为了将被溶解的样品和溶解缓冲剂传递至分离室6140， 一对可相对的压缩翼片6110被运动至打开位置，由此打开柔性夹管阀6108 并且允许经过流体流动通道6130在溶解室6120和分离室6140之间的流 体连通。当柔性阀6108在打开位置中时，被溶解的样品和溶解缓冲剂将 通过重力流动经过流体流动通道6130并且流动至被容纳在分离室6140中 的密度缓冲物(未示出)上。在一个实施方案中，通过将分离装置6100 保持成一角度，流体可以轻轻地沿着分离室6140的内部壁向下流动并且 流动至密度梯度上。

识别/表征仪器104还包括分离和/或浓缩站，分离和/或浓缩站可选择 地以离心机的形式并且在分离装置6100上操作从而将微生物剂从生物样 品的部分中的其他产物分离出并且使微生物剂在分离装置6100内浓缩。 在一个实施例中，微生物剂在分离装置6100的毛细管6160的底部中被浓 缩成小球或小球状的团块的形式。

识别/表征仪器还包括询问被浓缩的微生物剂以识别和/或表征微生物 剂的识别和/或表征模块或读取站(见例如图1，1918)，如上文描述的。

组合的取样和分离装置6300的另一个实施方案在图70-72中示出。与 图65-69中示出的组合的取样和分离装置相似地，组合的取样和分离装置 6300包括包围溶解室6320的上壳体6302、包围分离室6340的下壳体6104、 以及柔性夹管阀6308，柔性夹管阀6308界定穿过其的流体传递通道6130。

组合的取样和分离装置6300还包括一对可相对的压缩翼片6310、阀 致动器块体6306以及可操作成“打开”和“关闭”柔性夹管阀6308的可 相对的致动器臂6318。在操作中，阀致动器块体6306可以在第一方向(例 如朝向压缩翼片6310，如由箭头6307表示的)运动以“打开”阀6308。 通过将致动器块体6306朝向压缩翼片6310运动，致动器臂6318将压缩 翼片6310向上推动，使压缩翼片6310远离柔性夹管阀地运动，由此打开 阀6308。在打开位置中，流体流动通道6330被打开，允许在上溶解室6320 和下分离室6140之间的流体连通(如图71中所示的)。阀致动器块体6306 还可以在第二方向(例如远离压缩翼片6306)运动以“关闭”阀6308。 当致动器块体6306被远离压缩翼片6310地运动时，致动器臂6318将一 对可相对的压缩翼片6310运动至“关闭”位置，由此夹捏关闭柔性夹管 阀6308(未示出)。

如图70-72中所示的，组合的取样和分离装置6300还包括用于从阳性 试样容器获得样品的注射器针头6312、用于将真空吸入至溶解室6320内 而由此辅助于装置6300的加载的阀端口6314。可选择地，注射器可以还 包括用于保护注射器针头不受破环和/或污染的护套(未示出)。真空端口 将包括允许气体经过但防止污染物的气体可渗透过滤器或疏水膜6116。组 合的取样和分离装置还包括真空室，真空室可选择地预加载有真空，并且 操作性地通过阀6360而连接于取样和分离装置6300以将真空施加于取样 和分离装置6300以从阳性试样容器取得样品。

参照图72，本实施方案的阀机构6360包括泵端口6370，其允许泵(未 示出)将柱塞6380在真空位置和通风位置之间操作。阀6360还包括内部 室6374、真空端口6376和通风端口6378。在操作中，泵(未示出)可以 使柱塞运动至第一位置或真空位置(如图74中所示的)，由此打开从所述 阀端口6372经过内部室6374并且经过真空端口6376到达真空室6362的 流体连通通道。在第一位置或真空位置中，阀6360允许真空被施加于取 样和分离装置6300，由此控制样品从阳性试样容器的取得。柱塞6380还 可以被运动至第二位置或通风位置，由此打开从所述阀端口6372经过内 部室6374并且经过真空端口6378的流体连通通道，由此允许取样和分离 装置在通过真空取得样品之前使试样容器通风。

如图71中所示的，分离室6340可以还包括上储存器6342、中部锥形 节段6344和下毛细管6346，它们全部在溶解室6320的下方被围绕轴线 6322布置。如所示的，中部锥形节段6344连接较大直径的上储存器6342 和较小直径的毛细管6346。在一个实施方案中，毛细管6346的底部壁6350 由光学传递材料制成，以利于位于毛细管6346的底部处的被浓缩的微生 物剂(未示出)的光学询问。在另一个实施方案中，分离装置6300由光 学透明材料制成，以利于位于毛细管6346的底部处的被浓缩的微生物剂 (未示出)的光学询问。如所示的，与毛细管6346相对的底部壁6350可 以具有减小的厚度以利于光学询问，如图71中表示的。

如本领域技术人员将意识到的，本实施方案的取样和分离装置6300 以与第一实施方案的取样和分离装置6100相似的方式操作。因此，本具 体的实施方案的操作的详细描述被排除。在溶解步骤已经被进行之后，本 实施方案的取样和分离装置6300可以被离心以对任何被容纳在其中的微 生物进行分离和/或小球化。本实施方案的取样和分离装置6300可以预加 载有溶解缓冲剂和/或密度缓冲物。

现在参照图73-74，示出了组合的取样和分离装置6200的第三实施方 案。组合的取样和分离装置6200包括上壳体6202、下壳体6204、以及连 接上壳体6202和下壳体6204的旋转连接部6206。如图74中所示的，上 壳体包围上溶解室6220，下壳体包围下分离室6240，并且旋转连接部6206 界定穿过其的流体传递通道6230。上溶解室6220、流体传递通道6230和 下分离室6240可以被围绕中心轴线6222定向，如图74中所示的。

在操作中，旋转连接部6206可以被旋转至“打开”位置。在打开位 置中，流体流动通道6230被打开，允许在上溶解室6220和下分离室6240 之间的流体连通(如图74中所示的)。旋转连接部6206还可以被旋转至 “关闭”位置以关闭流体流动通道6230。如图74中所示的，流体流动通 道包括经过旋转连接部6208的上部分的上开口或通道6232以及经过旋转 连接部6210的下部分的下开口或通道6234。本实施方案的旋转连接部 6206可以还包括在旋转连接部6208的上部分和旋转连接部6210的下部分 之间的密封垫片6218，如图75中所示的，以防止泄漏。

如图73-75中所示的，组合的取样和分离装置6200还包括用于从阳性 试样容器获得样品的注射器针头6212，以及用于将真空吸入至溶解室6220 内由此允许样品被加载入装置6200的溶解室6260中的真空端口6214。可 选择地，注射器可以还包括用于保护注射器针头不受破环和/或污染的护套 (未示出)。真空端口6214将包括允许气体经过且防止污染的气体可渗透 过滤器或疏水膜6216。在操作中，真空端口6214可以被连接于泵(未示 出)，泵可以将真空施加于取样和分离装置6200以从阳性试样容器取得样 品。

如图74中所示的，分离室6240可以还包括上储存器6242、中部锥形 节段6244和下毛细管6246，它们全部在溶解室6220下方被围绕轴线6222 布置。如所示的，中部锥形节段6244连接较大直径的上储存器6242和较 小直径的毛细管6246。在一个实施方案中，毛细管6246的底部壁6250由 光学透明材料制成，以利于位于毛细管6246的底部处的被浓缩的微生物 剂(未示出)的光学询问。在另一个实施方案中，分离装置6200由光学 透明材料制成，以利于位于毛细管6246的底部处的被浓缩的微生物剂(未 示出)的光学询问。如所示的，与毛细管6246相对的底部壁6250可以具 有减小的厚度以利于光学询问，如图74中表示的。

如本领域技术人员将意识到的，本实施方案的取样和分离装置6200 以与第一实施方案的取样和分离装置6100相似的方式操作。因此，本具 体的实施方案的操作的详细描述被排除。在溶解步骤已经被进行之后，本 实施方案的取样和分离装置6200可以被离心以对任何被容纳在其中的微 生物进行分离和/或小球化。本实施方案的取样和分离装置6200可以预加 载有溶解缓冲剂和/或密度缓冲物。

现在参照图76-78B，示出了组合的取样和分离装置6400的另一个实 施方案。组合的取样和分离装置6400包括上壳体6402、下壳体6404、以 及连接上壳体6402和下壳体6404的回转阀6406。如图77B和78B中所 示的，上壳体包围上溶解室6420，下壳体包围下分离室6440，并且回转 阀6306界定穿过其的流体传递通道6430。上溶解室6420、流体传递通道 6430和下分离室6440可以被围绕中心轴线6422定向，如图77B和78B 中所示的。

在操作中，回转阀6406可以通过阀手柄6408被旋转至“打开”位置 6434(见图78B)。在打开位置中，流体流动通道6430被打开，允许在上 溶解室6420和下分离室6440之间的流体连通(如图78B中所示的)。回 转阀6406还可以被旋转至“关闭”位置6434(见图77B)以关闭流体流 动通道6430。

如图76-78B中所示的，组合的取样和分离装置6400还包括用于从阳 性试样容器获得样品的注射器针头6412，以及用于将真空吸入至溶解室 6420内由此允许样品被加载入装置6400的溶解室6460中的真空端口 6414。可选择地，注射器可以还包括用于保护注射器针头不受破环和/或污 染的护套(未示出)。真空端口6414将包括允许气体经过且防止污染的气 体可渗透过滤器或疏水膜6416。在操作中，真空端口6414可以被连接于 泵(未示出)，泵可以将真空施加于取样和分离装置6400以从阳性试样容 器取得样品。

如图77B和78B中所示的，分离室6440可以还包括上储存器6442、 中部锥形节段6444和下毛细管6446，它们全部在溶解室6420的下方被围 绕轴线6422布置。如所示的，中部锥形节段6444连接较大直径的上储存 器6442和较小直径的毛细管6446。在一个实施方案中，毛细管6446的底 部壁6450由光学透明材料制成，以利于位于毛细管6446的底部处的被浓 缩的微生物剂(未示出)的光学询问。在另一个实施方案中，分离装置6400 由光学透明材料制成，以利于位于毛细管6446的底部处的被浓缩的微生 物剂(未示出)的光学询问。如所示的，与毛细管6446相对的底部壁6450 可以具有减小的厚度以利于光学询问，如图77B和78B中表示的。

如本领域技术人员将意识到的，本实施方案的取样和分离装置6400 以与第一实施方案的取样和分离装置6100相似的方式操作。因此，本具 体的实施方案的操作的详细描述被排除。在溶解步骤已经被进行之后，本 实施方案的取样和分离装置6400可以被离心以对任何被容纳在其中的微 生物进行分离和/或小球化。本实施方案的取样和分离装置6400可以预加 载有溶解缓冲剂和/或密度缓冲物。

T.另外的优点和特征

许多另外的优点和特征通过本文描述的系统和方法被获得：

1.系统检测微生物的生长并且在一旦足够的微生物生长发生时利于 容器的取样，所以微生物可以被从血液(或其他样品)分离、提纯和表征， 并且被准备以用于在ID、AST、分子或其他系统中使用和在ID、AST、分 子或其他系统中被测试。

2.系统可以提供：

-自动化加载和卸载

-自动化培育

-培养试样容器的自动化搅拌以加速抗生素中和

-自动化检测系统，用于改进的检测时间，

-在检测时的阳性检测容器的取样，以及自动地准备被提纯的样品，以 及将样品提供至光学询问单元。

-可选择的用于被提纯的样品的表征的第二检测技术，

-光学检测系统的自动化校准

-自动化废物处置系统

3.在15min的阳性瓶子检测时间内的自动化临床革兰氏物种等级识 别抗生素抗性标记物和/或表征，具有伴随的显著的临床益处

4.表征和/或识别测试仅在阳性试样容器上进行。

5.更可信的表征结果(在生长加速阶段期间的立即取样)

6.在指数阶段培养期间的表征是可能的，在静态阶段或稳定阶段期间 的表征也是可能的。

7.快速的血液培养可能性：

-同一个瓶子的多种样品的机会/益处

-培育4-8小时并且然后取样(静态模式)

-败血病和/或筛选阴性试样容器

8.主要的工作流程改进

-用于血液培养的自动化革兰氏结果

-自动识别和/或表征

-提供用于AST或分子测试的被提纯的样品的可能性

9.以容易加载的管壳形式的一次性物品向识别和/或表征仪器的供应

10.仅阳性试样容器(具有临床值的)具有添加的一次性物品的成本

11.通过使用无传感器的瓶子，对于阴性样品有可能节约成本。

12.仅一个系统用于表征和识别。

13.低复杂性血液培养检测系统。

14.识别和/或表征系统可以被配置作为外部的分离的系统，但是其能 够立即取样阳性试样容器的优点将失去。因此，优选的实施方案将识别和 /或表征仪器耦合于检测仪器，以能够进行阳性试样容器的自动化传递。系 统可以在几乎没有或完全没有人类参与的情况下操作24/7。

15.在检测时完成表征的潜力(固有荧光光谱、拉曼光谱、质谱或其 他技术)

16.被简化的培养瓶制造过程。

17.组合的CO₂或其他传感器可以被包括以用于：

-与以前的系统兼容，

-在制造、运输或储存期间的污染检测，

-试样容器在培育/读取系统中的相适应的延迟进入。

18.存储器装置(例如RFID)可以被包括在系统中以存储：

-来自在样品收集时的对瓶子的初始读取的数据(包括时间)，

-来自测试的信息(可以被用于后表征(post characterization))，

-制造信息(批次、日期、期满日、初始读数等等)，

-在收集样品时获取的随时间的患者和样品信息。

19.传送带输入/输出利于自动化和高容量安装。

20.自动化加载/卸载(通过机器人传递机构或传送带)。

21.不具有抽屉的检测仪器的设计通过不将培育器区域暴露于环境空 气而改进内部系统热稳定性。

22.试样容器从一个位置向另一个位置或在一个机架失灵(失效容差) 时从一个机架向另一个机架的自动的运动。

23.检测仪器中和/或识别/表征仪器中的机器人传递机构上的具有图 像分析的摄像机，以辅助：

--试样容器/一次性物品的定位，

--从错误状态的恢复，

--检测溢出，

--用于故障修检(现场服务可以连接于照相机以进行远程诊断和修 复)。

24.可扩展性：

a)通过加入机架/模块的内部容量/功能性可扩展性。

b)通过加入其他仪器的外部可扩展性

25.测量在检测容器中存在的血液的体积

a)通过重量或光学地

b)或听觉地

c)或超声扫描

d)或其他方法。

26.自动化促进了系统的“加载后立即执行”操作。一旦试样容器被 供应至输入传送带或机器人传递机构，操作的其余部分便被自动化并且操 作者可以专心于其他任务。

27.将瓶子在输入或输出时提供至在空间中一固定点，该固定点用于 接口连接至另一个系统。

28.自动化的在加载之前的预先计划和自动化的将错误试样容器返回 至返回站。

29.验证产品的认证以确保伪造的试样容器不被使用。

--使用特定的认证方法

--使用内部照相机寻找制造商徽标、标记物特征等等。

30.用于向阳性试样容器接近的密码保护。

31.阴性瓶子的向瓶子废物中的自动化分配。

32.安全性：

a)消除用于对试样容器进行通风和取样的锋利部暴露

b)减少实验室人员向生物公害材料的暴露

c)一次性物品和/或系统的手动的/自动化去污

d)阻挡器的在取样之前的自动化去污

e)试样容器的自动通风，以消除实验室人员处于操纵具有由于气体产 生生物而导致的高内压的试样容器的风险。

本发明的目前优选的和可选择的实施方案已经被详细地描述。然而， 本领域技术人员将理解，可以作出所公开的实施方案的细节的变化。所有 与本发明的范围有关的问题将通过参照所附的权利要求被回答。