JPH06197752A - 標本中の生物活性を検知するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 血液のような液体標本中の生物活性を皮膚を
貫通しないで検知するための改良された装置の提供。 【構成】 検知装置２０は、２つの側壁２４，２６と、
底部２８と、隔膜によって密封されている開口部３０と
を備えたガラス容器２２を含む。容器２２は、頂部空間
３６を有する培養基と血液との混合体３４を含む。混合
体３４の上面４０の液体と気体との境界面より下方には
圧縮可能な気体バッグ３８が沈められている。液面の高
さを監視するために、光源４２が壁２４に近接して配置
され、大面積の光検知器４４が壁２６に近接して配置さ
れている。光源４２及び光検知器４４は、側壁２６の内
周４８における液体と気体との境界面が光検知器４４上
に投影されるように配置されている。液面の高さが変化
すると、光検知器４４が光源から光を受け取る面積の割
合も変化し光電流出力信号の変化を生じる。光源４２と
光検知器４４との間に色フィルタ５０を含んでもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、血液のような液体標本
中の生物活性を皮膚を貫通しないで検知するための装置
に関する。この装置においては、標本及び培養基は、密
封可能な容器内に入れられ、微生物の存在下で代謝作用
を起こすような状態にさらされる。

【０００２】

【従来の技術】通常は、患者の体液特に血液中のバクテ
リアのような微生物の存在は、血液培養容器を用いて測
定される。少量の血液が密封ゴムの隔膜から培養基を含
む殺菌された容器内に射出される。この容器は、３７°
Ｃで培養されてバクテリアの成長が監視される。

【０００３】一般的な目視監視検査として懸濁液の濁り
を監視する方法がある。公知の装置を使用した方法にお
いては、培養ボトルの頂部空間内で、バクテリアの成長
による代謝作用の副生産物である二酸化炭素成分の変化
が検知される。二酸化炭素成分の監視は、二酸化炭素ス
ペクトル線の放射線化学による赤外線吸収又は圧力／真
空測定を含む従来技術によって十分に確立された方法に
よって行うことができる。しかしながら、これらの方法
は、混合汚染（ｃｒｏｓｓ−ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏ
ｎ）というよく知られた問題を生じる皮膚を貫通してな
される方法を必要とする。一方、圧力／真空測定の場合
には、容器の頂部空間の温度変化が生物活性に関係のな
い圧力変化を生じる。従って、生化学作用と温度による
作用とを区別するために、頂部空間の温度測定を付加的
に行う必要がある。しかしながら、頂部空間内に侵入し
ないでこの頂部空間の温度を監視することは、極めて難
しい問題を有し、現在のところ実用的な解決方法は存在
しない。更に、いくつかの微生物の代謝活性は、頂部空
間に極めて高い圧力を生じる。このことは、種々の微生
物の品種を検知するためには圧力センサが高感度でなけ
ればならないけれどもこの高圧力からの保護もされなけ
ればならないことを意味する。使用される技術によって
は、これらの２つの要件は互いに相反するものであって
同時に満足させることができない。

【０００４】最近、容器内で化学センサを使用する非侵
襲性の新規な方法が開発された。このようなセンサは、
その色を変えるか又は蛍光強度を変えることによって二
酸化炭素濃度の変化に応答する場合が多い。これらのセ
ンサからの出力は、光強度測定に基づく。このことは、
特に、センサを励起するのに使用される光源又は光強度
を監視するのに使用される光検知器が時間が経つと経時
変化を示す場合には、誤差を生じるかもしれないことを
意味する。

【０００５】光強度に基づく方法の不利な点は、二酸化
炭素濃度の変化に応じて崩壊時間が変化する蛍光センサ
と組み合わせた変調励起光を使用することによって解決
することができる。この方法を使用すると、光強度の測
定は時間の測定に置き換えられ、従って、光強度の変化
が測定結果に影響を及ぼさない。しかしながら、最近の
蛍光崩壊時間センサは、極めて高い周波数（典型的には
１００ＭＨｚ以上）において強度変調された高輝度の短
波長光源（５５０ｎｍ以下）を必要とする。このような
光源の好ましい例は、音響−光学（ａｃｏｕｓｔｏ−ｏ
ｐｔｉｃ）光変調器を使用して外部的に変調された５ｍ
Ｗの緑色のヘリウムネオン（ＨｅＮｅ）レーザ（５４
３．５ｎｍ）であろう。このようなレーザと変調器の組
み合わせは高価であり、実際的には、各容器に光源を備
えるよりはむしろ容器がレーザのところへ移動されるで
あろう。更に、このような装置は可動部品を備え、各容
器を連続的に測定する間の時間間隔が比較的長い。そし
て、低廉で高輝度の短波長の半導体ダイオードレーザが
近い将来に開発されるようなことはありそうにない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
技術における問題点を解決した標本内の生物活性を測定
する方法及び装置を提供することを目的とする。すなわ
ち、本発明は、非侵襲性で、化学センサ若しくは高輝度
短波長の光源を必要とせず、高い圧力に対して安全であ
り、頂部空間の温度に対して補償されており、比較的低
廉で、連続的に監視することができる、すなわち診断装
置を動かす必要のない容器によって形成された、血液培
養容器内の生物活性を検知する装置を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明においては、培養
基及び血液標本は密封可能なガラス容器内へ入れられ
る。通常は、非圧縮性の懸濁液が圧縮可能にされ、これ
によって、微生物の成長と関係する容器の頂部空間内の
圧力変化によって生じる液体の液面高さの変化を測定す
ることができる。

【０００８】本発明による懸濁液を圧縮可能とする好ま
しい方法は、培養基／血液混合体の中に気体バッグ（気
体の袋）を導入し、この気体バッグを液体の液面より下
方にすなわち液体と気体との境界面より下方に沈ませる
ことからなる。複数の小さな気体バッグ又は圧縮可能な
粒子を液体中に入れてそこに保持することも可能であ
る。気体バッグの内容物は、大気、気体の混合物若しく
はその他の圧縮可能な流体であってもよい。以下に説明
するように、頂部空間の温度変化による圧力の作用は、
頂部空間内の密度と等しい密度を有する気体を充填した
気体バッグを用いて大きく減少させることができる。こ
のような状況においては、頂部空間内で起こる温度変化
と気体バッグ内で起こる温度変化とは等しく、等しい圧
力変化を生じる。結局、液面の高さは、温度変化によっ
て変化せず、その結果、頂部空間の温度を付加的に監視
する必要はない。

【０００９】血液培養容器内の液面を監視するために、
本発明による装置は、容器の一方の側に配列された光源
を備え、他方の側に大きな面積の光検出器を備えてい
る。光源と光検出器とは、液面の高さが変化したとき
に、ランプからの光を受け取る光検出器の面積の割合も
また影響を受けて、変化した光検出器出力電流を生じる
ように配列されている。従って、血液培養容器内の頂部
空間の圧力は、光検出器の出力信号を記録することによ
って監視することができる。

【００１０】実際上は、内側ガラス壁における液体と気
体との境界面は、大きな面積の光検出器上に影として投
影される。同じ投影原理を実現するのにレンズ系を使用
することもできることが当業者には理解できるであろ
う。本発明による装置は、液体と気体との境界面のエッ
ジ効果を増すために、光源と光検出器との間の光路内に
色フィルタを含んでもよい。

【００１１】特に、容器が振られると、液体と気体との
境界面に、気泡が存在することが知られている。微生物
のいくつかの形態はまた、このような気泡をも発生す
る。このような気泡に関連する問題を回避するために、
本発明の装置は、容器内に配設された端縁がシャープな
不透明な環状フロートを備えてもよい。このようなフロ
ートが使用される場合には、光検出器上に投影される場
所は、内側ガラス壁上の上側フロート端縁である。

【００１２】本発明の装置の圧力感度は、光学的拡大作
用を用いて増加させることができる。光源と液体又はフ
ロート端縁との間の距離は、この端縁と光検知器との間
の距離の何分の１にも小さくすることができる。

【００１３】好ましい光源としては、互いに隔置して水
平方向に配向された複数のフィラメントがある。このよ
うな光源によって、容器内に植え込まれる血液の量の変
化に応じて液面の高さを監視する装置を作動させること
ができる。

【００１４】本発明の別の実施例は、基本的に２つのフ
ランジを備えたガラス管である容器を含む。下側のフラ
ンジは、気体バッグが固定された隔膜によって密封され
る。この気体バッグは、容器を密封する前に、隔膜に取
り付けることができる。上側フランジは、通常の容器す
なわち血液培養基の培養による場合と同様の方法で使用
する。

【００１５】光学的液面高さ監視装置をより正確なもの
とするために、大面積アナログ光検出器を２つの垂直方
向セグメントに分割することができる。これらのセグメ
ントは、両方とも格子状の水平要素を含む透過マスクで
覆われる。各セグメントの格子状の要素は、もう一方の
セグメントの要素に関係させて配置される。更に、この
２つのマスクは、若干異なった全透過率を有する。これ
らの２つの光検出器の出力は、差動増幅器の入力に接続
される。液面高さが動くと、増幅器の出力信号はマスク
の格子定数に応じた振動を示し、出力信号のＤＣ成分に
関係する経時的な傾向を生じる。この傾向は、液面高さ
が上昇しているか下降しているか、すなわち圧力が減少
しているか増加しているかを確立する。このようにし
て、液面高さ監視装置の直線性は、マスクによって決ま
り且つ極めて高くすることができる。大面積アナログ光
検出器の代わりに直線光検出器アレイをしようすること
もできる。

【００１６】フィラメントランプ以外の他の使用可能な
光源は、極めて狭い光放射面積を有するものである。こ
れらの光源としては、発光ダイオード及びレーザダイオ
ードがある。これらの光源は、極めてシャープな端縁の
投影及び最終的には高い分解能を生じる。

【００１７】本発明の別の実施例によれば、培養基及び
血液標本が密封可能なガラス容器に入れられる。通常
は、圧縮不可能な懸濁液が圧縮可能にされる。一般的
に、少なくとも１つの不完全に膨らんだ気体バッグが、
容器の枢動点の一方の側で液体の液面よりも下方に沈め
られる。バクテリア成長過程のような血液培養基内の生
物活性によって、容器の頂部空間内に圧力変化が生じる
であろう。この圧力変化は、液体を介して体積が変化す
る気体バッグ内の気体に伝達される。気体バッグ内の気
体の体積変化によって、液体が容器の一方の側から他方
の側に移動し、容器の応力が変化する。従って、バクテ
リア成長のような生物活性が、例えば、簡単な圧力セン
サを使用して容器の応力を監視することによって検知す
ることができる。

【００１８】

【実施例】本発明の種々の特徴、目的及び利点は、図面
と組み合わせて特許請求の範囲に沿った以下の好ましい
実施例の詳細な説明を読むことによってより明らかとな
るであろう。

【００１９】本発明の原理及び概念を具体化した検知装
置の１つの実施例２０が図１に示されている。この装置
は、２つの側壁２４，２６と、底部２８と、隔膜によっ
て密封されている開口部３０とを備えたガラス容器２２
からなる。容器２２は、頂部空間３６を有する培養基と
血液との混合体３４を含む。通常は非圧縮性の液体が、
混合体３４の上面４０より下方すなわち液体と気体との
境界面より下方に位置決めされている気体バッグ３８を
使用して圧縮可能にされる。図においては１つの気体バ
ッグが示されているけれども、複数の小さな気体バッグ
若しくは圧縮可能な粒子を混合体内に導入し、次いでこ
れらを例えばプラスチック製のメッシュを用いて固定す
ることも可能である。容器２２の内側の液面を監視する
ために、単一フィラメントの光源４２が壁２４に近接し
て配置され、大面積の光検知器４４が壁２６に近接して
配置されている。光源４２及び光検知器４４は、液体の
端縁４６すなわち側壁２６の内周４８における液体と気
体との境界面が光検知器４４上に投影されるように配置
されている。混合体３４の液面が変化すると、光検知器
４４の光源から光を受け取る面積の割合も影響を受け、
光電流出力信号に変化を生じる。従って、光検知器の出
力信号を記録することによって、容器２２の内側の圧力
を監視することができる。レンズ系を含む他の方法を同
様に使用してもよい。

【００２０】検知装置２０はまた、光源４２と光検知器
４４との間に色フィルタ５０を含んでもよい。この色フ
ィルタは、液体と気体との境界面のエッジ効果を増加さ
せるために使用される。光源４２、光検知器４４及びフ
ィルタ５０は、検知装置２０の液面監視装置を構成す
る。血液は、青緑色領域よりも赤色のスペクトル領域で
の吸収がより少ないことがよく知られている。従って、
フィルタ５０は、約６００ｎｍよりも短い遮断波長（カ
ット波長）を有する短波長透過フィルタである。

【００２１】気体バッグ３８の機能は公知の式

【数１】 によって説明される。式（１）において、気体バッグの
体積Ｖ、気体バッグ内の気体の圧力ｐ及び気体バッグ内
の気体の温度Ｔは、相互に関係するパラメータである。
気体バッグ内に包囲されている気体の質量はｍで表さ
れ、Ｒは一般的な気体定数である。バクテリアの成長に
関係して起こる圧力変化は、気体バッグ３８に伝えら
れ、気体バッグの体積変化ｄＶを生じるであろう。一定
の温度に対して、式（１）から、圧力に対する体積の変
化が次のように求められる。

【００２２】

【数２】 気体バッグが容器の内側断面積と等しい断面積Ａを有
し、高さがｈであるとすると、気体バッグの体積Ｖ＝Ａ
ｈの変化によって、式（３）によって求められる液面高
さの変化ｄｈが生じる。

【００２３】

【数３】 図１において、気体バッグ３８は、実際に、容器２２の
内側断面積Ａに等しい断面積Ａを有する。式（３）は、
圧力によって生じる液面高さの変化ｄｈが容器の断面積
と独立しているが気体バッグの高さに比例することを示
している。バクテリアは、典型的には、＋２０ｃｍ水柱
の圧力増加を生じさせると考えられる。従って、大気圧
にほぼ等しい気体バッグの圧力をｐ＝１０００ｃｍ水柱
とすると、高さが３ｃｍの気体バッグに対して０．６ｍ
ｍの液面高さの減少が起こると予想される。

【００２４】気体バッグ３８は、弾性材料によって作ら
なければならないというわけではない。なぜなら、ほと
んど理想的な“体積ばね（ｖｏｌｕｍｅ ｓｐｒｉｎ
ｇ）”の役目を果たすのは、気体バッグを形成する材料
ではなく、気体バッグ内の気体だからである。このこと
によって、本発明の圧力センサ構造の極めて長期間の安
定性が確保できる。しかしながら、バクテリアはまた、
一時的な圧力の低下を生じて、気体バッグ３８内の気体
を膨張させる。この結果、気体バッグ３８は、起こり得
る気体の体積の膨張を許容するために、気体を不完全に
充填すべきである。

【００２５】図２は、光学的拡大方法を利用した構造を
示している。検知装置６０は、装置２０と極めて類似し
ている。この装置は、２つの側壁２４，２６と、底部２
８と、隔膜３２によって密封されている開口部３０とを
備えたガラス容器２２を含む。培養基と血液との混合体
３４を含み、頂部空間３６を備えた気体バッグ３８は、
混合体３４の上面４０より下方に位置決めされている。
光源４２、光検知器４４及びフィルタ５０からなる液面
検知装置は同一のものであってもよい。しかしながら、
光源、光検知器及びフィルタの位置は異なっている。光
源４２と液体の左側の端縁６２との距離がこの端縁から
光検知器４４までの距離の１／１０以下である場合に
は、拡大率は１０倍である。このことは、高さが３ｃｍ
の気体バッグは、２０ｃｍ水柱の圧力変化に対して、光
検知器において６ｍｍの明暗遷移部の移動を生じる。

【００２６】図３は、図２のものと極めて類似している
装置７０を示している。この装置は、２つの側壁２４，
２６と、底部２８と、隔膜３２によって密封されている
開口部３０とを備えたガラス容器２２を含む。容器２２
は、培養基と血液とが組み合わせられた混合体３４を含
み、頂部空間３６を含む。気体バッグ３８は、混合体３
４の上面４０より下方に位置決めされている。しかしな
がら、この装置を血液の体積変化に適合させるために、
単一フィラメントの光源４２は複数フィラメント光源７
２に置き換えられている。光源７２は、互いに平行に配
列され且つほぼ１〜２ｍｍだけ隔てて配置された水平方
向に向いたフィラメント７４を有する。光源７２は、液
面監視装置が容器２２内に植え込まれる血液の量の変化
を許容させる。作動中、コンピュータのような装置制御
部材７６が最初に垂直方向のほとんどのフィラメント７
４を点灯させる。混合体３４が光の一部分を遮断しない
場合には、最大の光電流出力を生じる。次の段階で、制
御装置７６は、第１のフィラメントをＯＦＦさせ、次の
フィラメントをＯＮさせる。光検知器４４の光電流出力
が液面高さ監視装置の理想的な作動状態である最大光電
流の約５０％に等しいレベルに達するまで、この工程が
繰り返される。次の読み取りのために、制御装置７６
は、上記の理想的フィラメントを作動させるであろう。
ＢＡＣＴＥＣ容器のような典型的な容器としては、５ｍ
ｌの血液が推奨される。３ｍｌ〜７ｍｌの可能な範囲が
仮定される場合には、３９ｍｍの内径の容器内の液面高
さは３．４ｍｍだけ変わる。このことは、２〜３のフィ
ラメント７４のみが必要とされることを意味する。ライ
ンフィラメントランプは強い光を射出する。緑／青スペ
クトル領域におけるガラス容器２２の吸収は比較的低
い。従って、フォトダイオードのような比較的低廉な光
検出器を使用して十分な信号／雑音比（Ｓ／Ｎ比）を得
ることができる。

【００２７】フィラメントランプ以外の他の適当な光源
は、極めて狭い射出可能領域を有するものである。これ
らの光源としては、発光ダイオードチップ及びレーザダ
イオードがある。これらの光源は、極めてシャープな投
影端縁を生じ、結果的には高い分解能を生じる。

【００２８】本発明の別の実施例である検知装置９０が
図４に示されている。この装置は、２つの側壁９４，９
６と、底部９８と、隔膜１０２によって密封されている
開口部１００とを有するガラス容器９２を含む。容器９
２は、頂部空間１０６を備えた培養基／血液混合体１０
４を含む。気体バッグ１０８は、混合体１０４の上面１
１０より下方に位置決めされている。複数フィラメント
の光源７２及び光検出器４４もまた示されている。

【００２９】容器９２の高さは高くなっている。その結
果、気体バッグ１０８はより大きく、圧力変化の分解能
が改良される。気体バッグの高さを６ｃｍとすると、２
０ｃｍ水柱の圧力変化に対して光検知器における明暗遷
移部の移動量は１２ｍｍとなる。言い換えると、高さが
高い容器を使用することによって、バクテリアの成長を
検知するのに必要な時間を減じる機会が提供される。

【００３０】特に、容器が振られた場合に、液体と気体
との境界面に気泡が存在することが知られている。いく
つかの微生物もまたこのような気泡を発生する。このよ
うな気泡に関する問題を回避するために、検知装置９０
は、混合体１０４の上面１１０の上方に配置された端縁
がシャープな環状のフロート１１２を含む。このような
フロートを使用した場合、光検知器４４上にフロートの
端縁１１４が投影される。フロートを使用した場合、短
波長透過色フィルタは不要である。代わりに、フィルタ
１１６は、光源７２からの光を透過させる狭い帯域のフ
ィルタである。このようなフィルタは、不要なバックグ
ラウンド放射線が光検知器４４に到達するのを防止する
のに有効である。光源７２が狭い帯域の発光ダイオード
チップ若しくはレーザダイオードである場合には、この
狭い帯域のフィルタは極めて有効である。

【００３１】本発明の別の実施例が図５の検知装置１３
０によって図示されている。この装置は、２つのフラン
ジ１３６，１３８を備えたガラス管１３４から基本的に
構成される培養基／血液混合体１３３を備えた容器１３
２からなる。下側フランジ１３６は、気体バッグ１４２
を担持している隔膜１４０によって密封されている。隔
膜１４４は、上側フランジ１３８を密封して頂部空間１
４６を形成している。本発明のこの実施例は、大量生産
中における血液容器の組立を容易にすることに関して有
利である。液面検出装置１４８は、図４に示したものと
同じであり、フロート１１２を使用している。

【００３２】上記したように、容器の頂部空間内で起こ
るどのような温度変化もまた圧力変化を生じる。明らか
に、この圧力変化はバクテリアの成長と関係がない。従
って、付加的な頂部空間の温度測定は、バクテリア成長
作用と温度による作用とを区別するために必要とされる
であろう。しかしながら、非侵襲的な方法による頂部空
間の温度監視は、極めて難しい問題を有し、実際的な方
法によってこれから解決されなければならない。

【００３３】しかしながら、本発明の装置においては、
頂部空間の温度測定は、事実上必要とされない。式
（１）は次のように変形することができる。

【００３４】

【数４】 式（４）において、ρは頂部空間内の気体の密度であ
る。温度に関する圧力変化は、次のように式（４）から
計算することができる。

【００３５】

【数５】 式（５）は、温度に関する圧力変化ｄｐが、ｐまたはＶ
に依存せず気体の密度にのみ依存することを示してい
る。このことは、気体の密度が等しい場合には、頂部空
間と気体バッグとに対して同じ温度に関する圧力変化が
実現されることを意味する。従って、血液培養容器内の
上液面は、この装置内の全温度変化によって変化しない
であろう。そして、温度の監視は必要とされない。

【００３６】この装置を最も正確なものとするために
は、気体バッグは、容器の側壁の内周と面接触すべきで
ある。頂部空間に影響を与えるこのような温度変化は、
気体バッグ内の気体に同じ程度の影響を与える。気体バ
ッグと容器の側壁との間にいくつかの培養基／血液混合
体が配設される場合には、瞬間的な温度変化が等しくな
いので、不正確な結果が生じるであろう。実際上は、一
般的に、気体バッグ内の大気の密度は、頂部空間内の気
体の密度に十分近く、気体バッグのために特別の気体混
合物を用意する必要はない。しかしながら、このような
特別の混合物は、容易に準備でき且つ気体バッグ内で使
用することができる。

【００３７】図６は、光学的液面監視装置をより正確な
ものとするために使用することができる光検知器構造１
６０を示している。大面積光検知器１６２は、２つの垂
直セグメント１６４と１６６とに分割されている。セグ
メント１６４と１６６とは、透過マスク１６８と１７０
とによって覆われており、これらの透過マスクは複数の
等間隔の格子状の水平部材１７２，１７４を含む。格子
１７２，１７４は、格子定数が２つの隣接した水平格子
部材間の距離に等しい格子定数の１／２だけ互いにずら
されている。更に、マスク１６８と１７０とは、若干異
なる全透過率を有する。この２つの光検知器の出力１７
６，１７８は、差動増幅器１８０の入力端に接続されて
おり、差動増幅器１８０は出力信号１８２を有する。バ
イアス電圧１８４が光検知器の入力端１８６，１８８に
印加される。

【００３８】培養基１９２の液面が変化すると、出力信
号１８２は、マスクの格子定数に応じた変動を示す。出
力信号の変動を監視することによって、高い圧力分解能
が可能となる。このようにして、液面監視装置の直線性
はマスク１６８，１７０によって決まり、極めて高くす
ることができる。出力の変動に加えて、出力信号は、出
力信号のＤＣ成分に関係のある傾向を示す。この傾向
は、液面１９０が上昇しているか下降しているか、すな
わち圧力が減少しているか増加しているかを指示する。

【００３９】２つの格子状のマスク１６８，１７０の光
透過率は、次の式によって概略求めることができる。

【００４０】

【数６】

【数７】 式中、Ａ及びＢは平均透過率を示し、Ｒ及びＳはマスク
の透過変調度を示し、ｋは格子定数をＭとした場合の２
π／Ｍの値を表し、ｈは液面高さを示す。マスクの相対
的な変動はΘによって特徴付けられ、Θはπに固定され
る。Θは、センサ間の位相のずれを表す。水平の格子部
材１７２及び１７４を上記したように位置決めすること
によって、これらの間の位相のずれはπラジアンすなわ
ち１８０°である。従って、マスク１６８と１７０の各
々の２つの光電流の差が極めてわずかな液面高さの変化
に対して最大となる。液面の高さに依存する光電流Ｉ
(ｈ)は、次の式によって与えられる。

【００４１】

【数８】 式中、Ｊｏは、光源の光学的出力、幾何学的ファクタ、
光学フィルタ及び光検知器の感度を含む装置の構造を特
徴付ける値である。下付きの添字ｎは、２つの検知器セ
グメントに対しては１か２とすることができる。差動増
幅器によって測定された光電流差△Ｉは次の式によって
与えられる。

【００４２】

【数９】 図７は、特定の透過率と変調度に対して式（９）によっ
て計算された光電流の差を示す。図７のプロット図にお
いて、マスク１６８の平均光透過率Ａは０．５００であ
り、マスク１７０の平均透過率は０．４８５である。従
って、これらのマスクは透過率が３％だけ異なる。両方
のマスクに対する透過変調度Ｒ及びＳは０．９００であ
ると仮定する。格子定数Ｍは０．２ｍｍである。図７
は、マスク１６８と１７０とを導入することによって、
０．２ｍｍ未満の液面高さの変化を容易に検知すること
ができる。コンピュータ分析方法を使用することによっ
て、高い分解能、良好な直線性及び高いダイナミックレ
ンジを達成することができる。正弦波が包絡線を形成す
る。これらの波のピークから液面の高さがどれだけ変化
したかを測定することができる。これと同時に、平均△
Ｉを測定することによって、平均圧力を計算することが
できる。平均圧力は、バクテリアの種類についての情報
を提供するかもしれない。これらのマスクは、公知の写
真技術を使用して必要とされる正確さで且つ低コストで
大量生産することができる。大面積アナログ光検知器の
代わりに直線状の光検知器アレイを使用することもでき
る。

【００４３】図８は、図２に示した検知装置６０によっ
て得られた、時間に対する光検知器の出力信号のプロッ
ト図である。８ｃｍ水柱の周期的な圧力変化が導入され
た。

【００４４】図９は、時間に対する圧力変化によって図
２の検知装置６０からの応答を示している。強いが短期
間の外部からの機械的な衝撃が容器２２に印加された。

【００４５】図１０は、図２の検知装置６０からの出力
信号を示している。１ｃｍ水柱の段階的な圧力変化が大
気圧に対して−５ｃｍ〜＋２６ｃｍの範囲内で導入され
た。

【００４６】本発明の原理及び概念を異なる測定方法に
よって具体化した検知装置２００が図１１に図示されて
いる。この装置は、ゴム製の隔膜２０４によって密封さ
れ且つ不完全にふくらんだ気体バッグ２０８を保持する
フレーム２０６を含むガラス容器２０２を含む。容器２
０２は、フレーム２０２を貫通する培養基と血液の混合
体２１０を、気体バッグ２０８が液体によって完全に包
囲されるように保持する。この容器の頂部空間２１２
は、容器２０２のゴム隔膜２０４から底部２１４までず
っと延びている。

【００４７】容器２０２は、スリーブ２１６内に装着さ
れ、板ばね２１８によって定位置に保持されている。ス
リーブ２１６は、ロッカー支承２２２によってベアリン
グ支持部材２２０に連結されており、支持部材２２０
は、基板２２４上に取り付けられている。圧力センサ２
３０のフィーラ（触手）２２６は、基板２２４内の開口
部２２８を貫通しており、容器の応力を監視するために
使用されている。

【００４８】上の式（２）に示すように、圧力に関係す
る体積の変化ｄＶは、気体バッグの体積Ｖに比例する。
バクテリアは、典型的には、＋２０ｃｍ水柱の圧力の増
加を生じると予想される。従って、気体バッグ内の気体
の圧力ｐが大気圧にほぼ等しい１０００ｃｍ水柱である
と仮定すると、３６ｍｌの体積の気体バッグに対して
０．７２ｍｌの体積変化が起こると予想される。ｄＶ／
２の体積の量の気体が、容器２０２の一方の側から他方
の側に移動して容器の応力変化を生じている。従って、
液面高さも少なくとも間接的に変化している。

【００４９】起こり得るバクテリアの成長に関係する応
力の変化を予想するために、長さＬで断面積がＡであ
り、ロッカー支承２２２から容器の底部まで伸びている
ロッド状の気体バッグを仮定する。更に、気体バッグの
体積変化ｄＶは、ロッカー支承２２２からの距離ｌと独
立して一定の断面積変化ｄＡを生じると仮定する。これ
らの仮定に基づいて、容器の応力変化ｄＭは次式のよう
に計算することができる。

【００５０】

【数１０】 式（１０）において、ρは液体の密度であり、ｇは重力
９．８１ｍ／ｓ²である。式（１０）において、積分記
号の前に付けられた係数１／２は、移動する液体の半分
だけがロッカー支承を横切るという事実による。

【００５１】ロッカー支承２２２から距離ｌのところで
圧力センサ２３０によって測定される圧力の変化ｄＦ
は、次の式によって与えられる。

【００５２】

【数１１】 式（１１）は、Ｌ／ｌ＝４に対して予期される圧力の変
化ｄＦが体積ｄＶ＝０．７２０ｍｌの液体の重量に等し
いことを示す。式（１１）はまた、ｄＦはＬ／ｌに依存
するがＬの絶対値には依存しないことをも示す。従っ
て、本発明の装置は、必ずしも長い容器を必要としな
い。

【００５３】この実施例においてはまた、頂部空間２１
２と気体バッグ２０８内の気体の密度が等しいときに同
じ温度による圧力変化を生じる。気体の密度が等しい場
合には、検知装置２００における全温度変化によって液
体がロッカー支承２２２を横切って移動することがな
く、温度の監視は不要である。

【００５４】本発明の別の実施例においては、容器の応
力を測定する必要性が排除されている。容器２０２は、
正しい平衡状態に達するようにロッカー支承２２２に関
して調整される。この平衡状態から気体バッグを含まな
い容器の側が底部板に接するまで下がるように極めて細
かい調整がなされる。基板２２４は、ほんの比較的小さ
な傾斜角となるように設定してもよい。この状態では、
バクテリアの成長による圧力の変化によって、上に持ち
上がった容器の側面に向かう液体の移動が生じる。この
側面が元々傾いた側面よりもより重くなるとすぐに、こ
の側面が代わりに下方に傾く。

【００５５】このようにして、電力を全く使用すること
なく用いることができる本発明の装置を構成することが
できる。

【００５６】以上、本発明の装置及び方法を当業者が実
施できるように、本発明の好ましい実施例を説明した
が、特許請求の範囲に規定された本発明の範囲から逸脱
することなく、変更及び変形を施してもよいことが理解
できるであろう。従って、以上の説明は、例示のための
ものであり、本発明の範囲を限定するために使用される
べきではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲を参照
することによってのみ決定されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】光検知器の近くの液体と気体との境界面が投影
される本発明の装置の一実施例を示す断面図である。

【図２】ランプの近くの液体と気体との境界面を光検知
器上に投影することによって光学的拡大方法を利用した
本発明の装置の実施例を示す断面図である。

【図３】複数のフィラメントからなる光源を備えた図２
に示す装置と類似の本発明の装置の実施例の断面図であ
る。

【図４】圧力に対する感度を増すために長い気体バッグ
を使用し、液体と気体との境界面にある気泡によって圧
力の分解能の低下を防止するために不透明なフロートを
使用した、本発明の装置の実施例を示す断面図である。

【図５】２つのフランジを備え、下方のフランジに気体
バッグが固定されている容器による本発明の装置の実施
例の断面図である。

【図６】格子状の透過マスクによって覆われ且つ差動増
幅器に接続された２つの大面積光検出器からなる検知装
置を示す概略図である。

【図７】図６に示した検知装置を使用して得ることがで
きる振動出力信号と液面高さに依存するＤＣ成分とを示
すプロット図である。

【図８】８ｃｍ水柱の周期的な圧力変化に対して図２の
実施例を使用して得られた出力信号を示すプロット図で
ある。

【図９】図２の装置の容器に対して加えられた強い外部
からの機械的な衝撃に対する応答を示すグラフである。

【図１０】大気圧に対して−５ｃｍ〜＋２６ｃｍの範囲
内で１ｃｍ水柱の段階的な圧力に対する図２による装置
の出力信号を示すグラフである。

【図１１】圧力センサを備えた本発明の生物活性物質を
検知する装置の実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

２０ 検知装置、 ２２ ガラス容器、 ３２ 隔
膜、３４ 培養基と血液の混合体、 ３６ 頂部空
間、 ３８ 気体バッグ、４０ 境界面、 ４２
光源、 ４４ 光検知器、 ５０ 色フィルタ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体サンプル内の微生物を検知するため
   の装置であって、 液体培養基と、液体と気体との境界面の上に設けられた
   気体からなる頂部空間と、を備えた少なくとも１つの密
   封可能な容器であって、微生物を成長させるようになさ
   れた容器と、 前記培養基内に沈められた少なくとも１つの圧縮可能な
   手段と、 微生物の成長によって、前記頂部空間内において生じる
   液体の移動量を測定する測定手段と、からなる装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置であって、前記測
   定手段が、液体の液面高さの変化を測定するために使用
   される装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の装置であって、前記圧
   縮可能な手段が、少なくとも１つの部分的に充填された
   気体バッグである装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の装置であって、前記容
   器が、下方フランジと上方フランジとを備えたガラス管
   からなり、前記下方フランジは、当該フランジに固定さ
   れた前記気体バッグを有する第１の隔膜によって密封さ
   れており、前記上方フランジは、第２の隔膜によって密
   封されている装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の装置であって、前記圧
   縮可能な手段の密度が、前記頂部空間内の気体の密度に
   ほぼ等しい装置。
6. 【請求項６】 請求項２に記載の装置であって、前記測
   定手段が、光源と、同光源によって射出された光を受け
   る領域を備えた光検知器とを含む光学的液面高さ監視装
   置からなり、前記容器と前記光源と前記光検知器とは、
   前記培養基の液面高さが変化すると、前記光検知器の受
   光面上に投影される光源からの光の割合が変化して同光
   検知器からの出力信号が変化するようになされた装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の装置であって、前記液
   体と気体との境界面にフロートが配設され、前記光源と
   前記光検知器とは、前記光源からの光が前記フロートの
   端縁と交差するように配置されている装置。
8. 【請求項８】 請求項６に記載の装置であって、前記光
   源が、互いに隔置された複数の水平方向に向いたフィラ
   メントを含み、同フィラメントのうちの１つが、前記光
   検知器の出力信号の最大値の約半分の値を生じるまで前
   記フィラメントを選択的に点灯させるようになされた制
   御装置が用いられている装置。
9. 【請求項９】 請求項６に記載の装置であって、前記光
   検知器が、２つの垂直セグメントを含み、同セグメント
   の各々は、透過マスクによって覆われており且つ複数の
   格子状の部材を備えており、前記セグメントのうちの１
   つにおける前記格子状の部材が前記セグメントの他方に
   おける前記格子状の部材に関係させて配置されている装
   置。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の装置であって、前記
    格子状の部材が、均一な間隔で配置されており、前記セ
    グメントのうちの１つにおける前記格子状の部材が、前
    記他方のセグメントにおける格子状の部材に対して、格
    子定数の１／２だけずらされている装置。