KR20150124980A - 샘플의 균수를 평가하는 진단 장치 - Google Patents
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Abstract
진단 장치는 샘플의 균수를 평가한다. 일부 실시예에서, 진단 장치는 샘플의 균수가 평가되는 복수의 샘플 셀을 포함한다. 전자 회로는 샘플 셀들 내의 샘플과 상호작용하는 전극에 신호를 가하는데 사용된다. 전자 회로는 또한 샘플의 하나 이상의 특성을 측정한다. 측정된 특성들을 사용하여, 진단 장치는: 미생물을 식별하기, 미생물을 계수하기, 및 샘플 내에 미생물의 항균제 민감도를 결정하기의 하나 이상을 실시한다.
Description
관련 출원의 참조
본 출원은 2014년 2월 28일자로 PCT 국제특허출원으로서 제출되고, 2013년 2월 28일자 출원된 미국 특허출원 제61/770,391호의 우선권을 주장하며, 이 출원의 개시 내용은 그 전체가 본원에 참고로 통합되어 있다.
미생물(micorbes)을 포함하는 문제점들의 처리 시에 마주치는 어려움들 중의 하나는 미생물이 계속적으로 변화한다는 점이다. 미생물은 예를 들어, 박테리아, 균류, 바이러스, 선충류, 세포 배양, 및 조직(tissue)을 포함한다. 미생물은 항균제 저항에 적응되고 있다. 항균제는 항생제, 항바이러스제, 항진균제, 또는 기생충 구제약을 포함하며, 박테리아, 균류, 선충류 각각을 공격하는 바이러스들인, 박테리오파지, 균 바이러스, 바이로파지(virophage), 네마토파지(nematophage)를 포함한다. 항균제 저항성 박테리아의 증가와 함께, 예를 들어, 박테리아의 종류가 적절하게 식별되더라도, 그러한 박테리아에 효과적으로 대항할 것으로 생각되었던 종래 치료는 더 이상 효과적이지 못할 수 있다. 특히, 박테리아의 특별한 종은 치료에 저항하도록 발전될 수 있으며, 따라서 더 이상 그러한 치료에 민감하게 반응하지 않을 것이다.
일반적으로 말해서, 본 개시물은 샘플의 균수(microbial content)를 평가하는 진단 장치에 관한 것이다. 하나의 가능한 형태로서 제한하지 않는 실례를 들면, 진단 장치는, 미생물의 항균제 민감도를 결정하기, 미생물을 식별하기, 및 미생물을 계수하기의 하나 이상을 실시한다. 다양한 양태가 이 개시물에 기재되어 있으며, 이는 아래 양태를 포함하며 이것으로 제한하지 않는다.
하나의 양태는, 샘플 캐비티(cavity)를 내부에 형성하고 있는 적어도 하나의 샘플 모듈; 상기 샘플 캐비티 내에 배치된 적어도 4개의 전극; 및 상기 전극들에 작동가능하게 접속된 전자 회로를 포함하는 진단 장치로서, 상기 전자 회로는 제1 모드 및 제2 모드로서 작동될 수 있으며, 상기 제1 모드에서 작동할 때, 전자 회로는 샘플 캐비티 내에서 샘플의 컨덕턴스(conductance)를 결정하도록 작동하고, 상기 제2 모드에서 작동할 때, 전자 회로는 샘플 캐비티 내에서 샘플의 어드미턴스(admittance)를 결정하도록 작동한다.
다른 양태는 살균성 캐리어 재료; 및 상기 살균성 캐리어 재료에 의해 운반되는 박테리오파지를 포함하는 항균제 디스펜서(dispenser)이다.
다른 양태는, 적어도 하나의 기판; 적어도 4개의 전극; 및 상기 적어도 하나의 기판 내에 형성된 샘플 캐비티를 포함하는 샘플 모듈로서, 상기 샘플 캐비티는, 내부에 전극들을 포함하는 감지부; 및 상기 감지부로부터 연장하는 침니부(chimney portion)를 포함하고, 상기 감지부는 샘플 캐비티 내의 전극들에 의해 발생된 전기장들을 지향하며 집속하도록 구성된 형상을 가지며, 상기 침니부는 상기 감지부의 단면 치수보다 작은 단면 치수를 갖는다.
아직 다른 양태는, 복수의 샘플 모듈; 상기 샘플 모듈들 내에 배치된 전극들; 상기 샘플 모듈들의 보정 모듈(calibration module) 내에 배치된 보정 유체; 및 전극들에 결합된 전자 구성부품들을 포함하고, 상기 전자 구성부품들은 보정 셀 내에서 유체의 전도율(conductivity)을 측정하며 측정된 전도율을 사용하여 보정 유체의 온도를 결정하도록 작동될 수 있다.
추가의 양태들이 본원에 개시되어 있다.
도 1은 실례의 진단 장치의 개략 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 진단 장치의 실례의 판독기의 블록 선도.
도 3은 도 2에 도시된 진단 장치의 실례의 진단 유닛의 블록 선도.
도 4는 도 3에 도시된 진단 유닛의 실례의 센서 시스템의 개략 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 센서 시스템의 실례의 샘플 셀의 개략 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 샘플 셀의 단면 측면도.
도 7은 도 5에 도시된 샘플 셀의 평면도이며, 또한 전극 형태 및 실례의 항균제 디스펜서를 도시하고 있다.
도 8은 다른 실례의 샘플 셀 및 다른 실례의 전극 형태의 상부 단면도.
도 9는 다른 실례의 샘플 셀 및 다른 실례의 전극 형태의 상부 단면도.
도 10은 다른 실례의 샘플 셀 및 다른 실례의 전극 형태의 단면 평면도.
도 11은 다른 실례의 샘플 셀 및 다른 실례의 전극 형태의 단면 평면도.
도 12는 도 11에 도시된 실례의 샘플 셀 및 실례의 전극 형태의 단면 측면도.
도 13은 도 1에 도시된 진단 장치의 작동의 실례를 도시하는 상태 다이어그램.
도 14는 실례의 항균제 디스펜서의 사시도.
도 15는 도 14에 도시된 실례의 항균제 디스펜서의 사시도이며, 항균제의 유체 내로의 분배를 도시하고 있다.
도 16은 본 개시물의 양태를 실시하는데 사용될 수 있는 계산 장치의 실례의 아키텍처(architecure)를 도시하는 개략 블록 선도.
도 17은 진단 장치를 포함하는 다른 실례의 아키텍처를 도시한다.
도 18은 진단 장치를 사용하여 구한 실험 데이터를 도시한다.
도 19는 진단 장치를 사용하여 구한 추가의 실험 데이터를 도시한다.
도 20은 진단 장치를 사용하여 구한 추가의 실험 데이터를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 진단 장치의 실례의 판독기의 블록 선도.
도 3은 도 2에 도시된 진단 장치의 실례의 진단 유닛의 블록 선도.
도 4는 도 3에 도시된 진단 유닛의 실례의 센서 시스템의 개략 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 센서 시스템의 실례의 샘플 셀의 개략 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 샘플 셀의 단면 측면도.
도 7은 도 5에 도시된 샘플 셀의 평면도이며, 또한 전극 형태 및 실례의 항균제 디스펜서를 도시하고 있다.
도 8은 다른 실례의 샘플 셀 및 다른 실례의 전극 형태의 상부 단면도.
도 9는 다른 실례의 샘플 셀 및 다른 실례의 전극 형태의 상부 단면도.
도 10은 다른 실례의 샘플 셀 및 다른 실례의 전극 형태의 단면 평면도.
도 11은 다른 실례의 샘플 셀 및 다른 실례의 전극 형태의 단면 평면도.
도 12는 도 11에 도시된 실례의 샘플 셀 및 실례의 전극 형태의 단면 측면도.
도 13은 도 1에 도시된 진단 장치의 작동의 실례를 도시하는 상태 다이어그램.
도 14는 실례의 항균제 디스펜서의 사시도.
도 15는 도 14에 도시된 실례의 항균제 디스펜서의 사시도이며, 항균제의 유체 내로의 분배를 도시하고 있다.
도 16은 본 개시물의 양태를 실시하는데 사용될 수 있는 계산 장치의 실례의 아키텍처(architecure)를 도시하는 개략 블록 선도.
도 17은 진단 장치를 포함하는 다른 실례의 아키텍처를 도시한다.
도 18은 진단 장치를 사용하여 구한 실험 데이터를 도시한다.
도 19는 진단 장치를 사용하여 구한 추가의 실험 데이터를 도시한다.
도 20은 진단 장치를 사용하여 구한 추가의 실험 데이터를 도시한다.
다양한 실시예가 도면을 참고하여 상세히 설명되며, 도면에서는 유사한 번호가 여러 도면에 걸쳐 유사한 부품들 및 조립체들을 대표한다. 다양한 실시예의 참고는 여기에 첨부된 청구범위로 제한하지 않는다. 추가로, 본 명세서에 기재된 어떠한 실례들은 제한할 의도는 없으며 단순히 첨부된 청구범위의 가능한 많은 실시예의 일부를 설명하는 것에 불과하다.
일반적으로, 본 개시물은 본 개시물은 샘플의 균수를 평가하는 진단 장치에 관한 것이다. 몇개의 실시예에서, 진단 장치는, 미생물의 항균제 민감도를 결정하기, 미생물을 식별하기, 및 미생물을 계수하기의 하나 이상을 실시한다.
일부 실시예에서, 진단 장치는 급속 (예로서, 1시간) 항균제 민감도 테스트를 제공한다. 항균제 내성 박테리아의 증가와 함께, 항균제 민감도 테스트는 항균제 내성 미생물이 진화할 기회를 주지 않는 첫 시간에 전문 의료진이 정확한 항균제를 처방할 수 있게 한다. 환자가 패형증 징후를 갖고 응급실에 도착할 때, 첫 1시간 내에 시작된 유효 항균제 체제를 갖는 그러한 환자는 치료가 지연된 환자에 비하여 더 좋은 결과를 가진다. 덧붙여, 진단 장치는, 일부 실시예에서, 치료의 부작용을 감소시키면서 효과적인 치료 프로토콜(protocols)을 식별하고 선택하는데 있어서 의료 전문가를 도와주기 위하여, 특수 프로토콜 (예로서, MRSA, 반코마이신 내성 박테리아, 및 다른 그러한 치명적 박테리아)을 요구하는 박테리아를 식별 및/또는 스크린할 수 있다. 박테리아의 양을 계수하는 것은 또한 감염의 강도(severity)를 정량화하기 위한 진단 장치에 의해 실시될 수 있다.
일부 실시예에서, 진단 장치는 샘플 셀들에서 샘플의 하나 이상의 전기적 특성들을 측정함으로써 사람 또는 동물의 혈액, 소변 등의 샘플로부터 발전된 미생물 샘플들을 분석하도록 작동한다. 또한, 진단 장치의 일부 실시예는 식품에서의 해로운 미생물을 검출하며, 그리고 예를 들어 하수관, 오일, 가스 및 화학제 플랜트의 파이프라인들에 존재하는 해로운 부식성 미생물을 검출하도록 작동한다.
각각의 박테리아 종류에 대해 특정 박테리아만을 공격하여 죽이는 고유 바이러스 세포가 있다. 박테리아가 특별히 배양된 박테리오파지로부터 공격을 받을 때, 박테리아는 박테리오파지가 그들의 DNA를 박테리아에게로 주입할 때 이온을 방출하도록 하여 전자적으로 검출될 수 있는 이온 플럭스(ionic flux)를 유발시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 어레이 내의 몇 개의 샘플 셀에는 영약액이 적재되거나, 또는 미생물과 영양액이 함께 적재되거나, 또는 다른 바이러스 세포를 갖는 항생제 또는 적어도 몇 개의 샘플 셀 내에서 하나의 고유 세포 또는 항생제를 갖는 항생제들이 적재된다. 그러한 박테리오파지들은 박테리오파지의 제어된 용리(elution)를 허용하는 재료 내에 매립될 수 있다. 각각 다른 바이러스 세포가 단지 하나의 특정 박테리아를 공격하기 때문에, 테스트에서 박테리아의 ID(identity)가 결정될 수 있다. 일부 실시예에서 박테리아 정체는 영양액만을 수용하는 샘플 셀; 영양액 및 미생물들을 수용하는 샘플 셀; 및 영양액과 미생물들 및 바이러스 세포를 수용하는 샘플 셀 사이에 전기 전도율 시그니처들(signatures)의 차이를 분석하는 것으로부터 결정된다. 다른 실시예에서, 박테리아 정체는, 박테리오파지가 그들이 목표로 하는 박테리아를 공격할 때 발생하는 구별된 신호로부터 결정될 수 있으며, 이러한 공격은 박테리오파지가 함침된 재료를 갖는 샘플 셀로 박테리아가 주입되는 처음 15분 내에 발생한다. 우리는 박테리오파지가 그러한 재료 내에 함침되어 있는 동안 긴 유통기한을 가지고 배양될 수 있다고 추정한다.
다른 미생물들의 농도를 알고 있는 상태에서 보정 테스트를 실시함으로써, 영양액 및 미생물들을 수용하는 샘플 셀들에 대한 측정된 전도율의 값은 샘플 셀 내의 미생물들의 농도를 평가(예로서, 샘플 셀 내의 박테리아의 수를 계수)하는데 사용될 수 있다.
항생제 및 박테리오파지와 같은 항균제는 신진대사를 느리게 하거나 정지시켜서, 미생물을 근절할 수 있는 주어진 항균제의 능력에 특정한 하나 이상의 검출 메카니즘을 생성한다. 항균제 공격 후 제1 주기 (예로서 1시간) 동안 미생물을 모니터하는 것은 항균제의 최종 결과에 양호한 지시를 제공한다. 어레이 내의 다른 샘플 셀들에는 영양액, 미생물들, 및 복수의 샘플 셀 각각에서 고유의 항균제의 어레이가 적재될 수 있다. 항균제는 예를 들어, 항생제, 항균 펩티드, 박테리오파지 및 저분자 의약품(small molecule drug)을 포함한다. 일부 실시예에서, 박테리아, 균류, 바이러스, 선충류, 세포 배양, 또는 조직과 같은 미생물들을 죽이는데 있어서 다른 항균제의 유효성은 다양한 샘플 셀들에서 영양액 단독; 영양액 및 미생물들; 영양액, 미생물들 및 항균제의 전기적 신호 (컨덕턴스 또는 어드미턴스) 시그니처들을 비교함으로써 결정될 수 있다. 다른 실시예에서, 구별되는 디지털 신호는 각각 구별되는 항균제, 및 구별되는 항균제에 대한 미생물 내성에 관한 양의 효과 또는 음의 효과와 관련될 수 있으며, 각각 관련된 신호는 따라서 디지털 시그니처가 된다. 디지털 시그니처를 디지털 시그니처의 데이터베이스와 비교함으로써 항균제의 유효성을 결정할 수 있다. 박테리아 정체가 결정될 수 있을 때, 이러한 정보는 또한 선택사양으로 항생제 유효성을 결정하는데 사용될 수 있다. 이것은 특히, 예를 들어, 스타필로코커스 종(staphylococcus spp)과 같은 베타-락타마제(β-lactamase) 생성 박테리아가 확인될 때 또는 다른 광범위(expended-spectrum) 베타-락타마제(ESBL) 박테리아가 검출될 때 중요하다.
일부 실시예에서, 샘플 내의 박테리아의 혼합물은 또한 진단 장치를 사용하여 검출될 수 있다. 예를 들어, 박테리아 샘플이 2가지의 다른 박테리아를 수용하면, 양쪽 박테리아의 성장은 다수의 셀에서 발생하지만, 성장의 감소는 다른 박테리오파지를 갖는 다른 박테리아 각각의 세포 용해(lysis)로 인하여 하나보다 많은 셀에서 보일 것이다.
진단 장치의 일부 실시예는 영양액 배양에서 나타나는 박테리아의 검출 및 정량화를 위해 아날로그 임피던스 측정/전도율 측정 기구 및 기술을 이용한다. 또한 일부 실시예는 임피던스 측정 용기를 제작하는 방법과 관련되어 있다.
도 1은 실례의 진단 장치(100)의 개략 사시도이다. 일부 실시예에서, 진단 장치는 판독기(102), 진단 유닛(104) 및 인터페이스(106)를 포함한다.
진단 장치(100)는 샘플의 균수를 평가하도록 작동한다. 일부 실시예에서, 진단 장치(100)는 단일 부품으로서 형성된다. 그러나, 다른 실시예에서 진단 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 판독기(102) 및 진단 유닛(104)을 포함하는 적어도 2개의 부품으로서 형성된다. 진단 장치(100)를 적어도 2개의 부품으로 형성하는 장점은 판독기(102)가 재사용가능한 부품으로서 구성될 수 있고 한편 진단 유닛(104)은 일회용 부품으로서 구성될 수 있다는 점이다. 샘플은 일회용 부품 내에 전체적으로 수용되고, 한편 적어도 대부분의 전자기기가 판독기 내에 수용된다. 인터페이스(106)는 판독기(102)와 진단 유닛(104) 사이에 소통을 허용한다.
하나의 실례로서, 판독기(102)는 샘플의 균수를 평가하기 위해 진단 유닛(104)과 함께 작동하는 전자 구성부품들을 내장한다. 일부 실시예에서, 판독기(102)는 샘플을 조사하기 위한 진단 유닛(104)에 제공되는 교류(AC) 신호를 발생하는 아날로그 전자기기를 포함한다. 판독기(102)는 또한 일부 실시예에서, 샘플의 균수를 평가하기 위해 조사(interrogation) 중에 샘플의 하나 이상의 특성을 검출하기 위한 감지용 전자기기를 포함한다. 또한 일부 실시예는 진단 장치(100)에 의해 실시되는 미생물 평가의 결과를 전달하기 위한 디스플레이 장치(110) 또는 다른 출력 장치를 포함한다. 판독기(102)의 실례가 도 2를 참고하여 도시되고 설명된다.
진단 유닛(104)은 샘플의 조사가 일어나는 하나 이상의 샘플 셀(112)을 포함한다. 이 실례에서, 진단 유닛(104)은 또한 샘플 입력 포트(114) 및 캡(116)을 포함한다. 샘플은 입력 포트(114) 내로 공급되며, 캡(116)이 샘플 입력 포트(114)에 고정되어 진단 유닛(104) 내에 샘플을 봉쇄한다. 샘플은 하나 이상의 샘플 셀(112) 내로 향하게 된다. 일부 실시예에서, 샘플은 캡(116)을 고정하는 작용을 함으로써 샘플 셀(112)들 내로 향하게 된다. 샘플 셀들 내에 배치된 전극(118)들은 인터페리스(106)를 통해 판독기(102)에 결합된다. 판독기(102)는 샘플 셀들 내의 전극(118)을 사용하여 샘플을 조사하는 작동을 한다. 진단 유닛(104)의 실례가 도 3 내지 도 12에 더 상세히 도시되어 설명된다.
일부 실시예에서, 진단 유닛(104)은 샘플의 적어도 하나의 특성을 측정한다. 그러한 특성들의 실례는 어드미턴스, 컨덕턴스, 서셉턴스(susceptance) 등과 같은 전기적 특성을 포함한다. 샘플의 하나 이상의 특성들의 시간에 따른 변화가 일부 실시예에서 측정된다.
일부 실시예에서, 진단 장치(100)는: 샘플에 제시된 미생물의 양을 식별하기, 샘플에 제시된 미생물의 종류를 식별하기, 및 샘플에 제시된 미생물들이 항균제에 민감한지(및 어느 정도로 민감한지) 여부를 결정하기의 하나 이상을 실시하도록 작동한다. 항균제의 실례는 항생제, 살균제, 펩티드, 박테리오파지, 화학요법약(chemotherapeutic), 또는 이들의 조합을 포함한다. 미생물의 실례는 박테리아, 균류, 선충류, 세포 배양, 및 조직을 포함한다.
미생물이 항균제에 민감한지 여부를 결정하기 위하여, 일부 실시예에서 항균제가 샘플 셀(112)들 중 적어도 하나에 포함된다. 일부 실시예에서, 다중 샘플 셀(112)들 각각은 다른 항균제들을 수용한다. 일부 실시예에서, 진단 결과의 정확성을 개선하는 여분의 목적을 위해, 항균제가 다중 샘플 셀(112)들 내에 존재할 수 있다. 샘플에 제시된 미생물이 항균제에 민감하다면, 진단 유닛(104)은 대응하는 샘플 셀(112)에서 샘플의 하나 이상의 특성들의 변화를 검출하는데, 즉 이 샘플 셀을, 항균제가 없이 샘플을 수용하는 대조 셀과 비교하며, 진단 유닛(104)이 미생물이 샘플 셀(112) 내의 항균제에 민감한지를 결정하도록 허용한다.
일부 실시예에서, 미생물을 식별하는 것은 예를 들어, 감염의 근원을 추적하는데 도움을 주며, 동시에 균수를 계수하는 것은 감염의 강도를 정량화하는데 도움을 준다.
도 2는 진단 장치(100)의 실례의 판독기(102)의 블록 선도이다. 일부 실시예에서, 판독기(102)는 하우징(132), 전자 구성부품(134)들, 및 진단 유닛 인터페이스(106A)를 포함한다. 일부 실시예는 추가로 마이크로펌프(136)를 포함한다. 이 실례에서, 전자 구성부품(134)들은 전원(142), AC 전류원(146) 및 AC 전압계(148)를 포함하는 아날로그 전자기기(144), A/D 컨버터(150), 디지털 신호 처리기(160), 중앙처리장치(162), 컴퓨터 판독가능 매체(164), 디스플레이 프로세서(166), 디스플레이 장치(168), 통신장치(170), 히터 제어기(172)(및 가열요소), 및 입력장치(174)를 포함한다. 일부 실시예는 추가로 클록 및 하나 이상의 전압 미터(voltage meter)를 포함한다. 다른 실시예는 더 많거나 더 적은 구성부품들을 포함한다.
진단 유닛 인터페이스(106A)는 판독기(102)를 진단 유닛(104)에 결합시키도록 구성되어 있는 인터페이스(106)의 일부분이다. 하나의 실례로서, 진단 유닛 인터페이스(106A)는 진단 유닛(104)의 판독기 인터페이스(106B)를 수용하여 전기적으로 접속되도록 구성된 카드 슬롯이다. 이러한 실례에서, 전기 접속은 판독기(102)와 진단 유닛 사이에 만들어져서 판독기(102)와 진단 유닛(104) 사이에 디지털 또는 아날로그 전기 신호의 통신을 가능하게 한다. 전기 또는 데이터 통신의 다른 유형이 다른 실시예에서 사용된다. 예를 들어, 일부 실시예는 무선 데이터 통신을 이용하는데, 즉 무선 주파수, 적외선, 또는 유도성 통신장치 및 신호를 사용한다.
하우징(132)은 판독기(102)를 위한 보호 인클로저(enclosure)를 제공한다. 일부 실시예에서, 하우징(132)은 플라스틱으로 형성된다. 다른 실시예는 다른 재료로 형성된다. 하우징(132)은, 마이크로펌프(136) 및 전자 구성부품(134)과 같은, 판독기(102)의 구성부품들 중 적어도 몇 개를 수용하는 내부 공간을 포함한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 개구부가 하우징(132)에 형성되어서, 마이크로펌프에 결합된 도관의 통과를 가능하게 하고, 전단 유닛 인터페이스(106A)가 판독기 인터페이스(106B)(도 3)에 결합되게 하고, 그리고 통신장치(170)의 통신 포트에 사용된다. 일부 실시예에서, 통신장치(170)는 복수의 통신 서브 구성부품을 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 통신장치(170)는 센서 시스템(192)(및 특히 데이터 저장장치(208), 이들 모두가 도 3을 참고하여 더 상세히 설명되어 있다)과 통신하는데 사용되는 RFID 판독기를 포함한다. 하우징(132)은 하나 이상의 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 적어도 하우징(132)의 일부분은 디스플레이 장치(168)를 볼 수 있도록 투명하다.
일부 실시예는 마이크로펌프 시스템(136)을 포함한다. 마이크로펌프 시스템(136)은 인터페이스(106)(또는 별개의 인터페이스)의 도관을 통해 진단 유닛(104)의 유체공학 시스템(190)에 연결되며, 차압을 발생하여 진단 유닛 내의 유체를 샘플 셀(112)들로 이동시킨다. 도 3을 참고하여 설명한 바와 같이, 진단 유닛(104)의 일부 실시예는 유체공학 시스템을 포함하지 않으며, 이에 따라 마이크로펌프(136)가 그러한 실시예에서는 필요하지 않다. 대안으로, 일부 실시예에서, 진단 유닛(104)은 마이크로펌프(136)를 이용하지 않고 스스로 차압을 발생한다.
전원(142)은 전력을 저장하며 전력을 전자 구성부품(134)에 공급한다. 일부 실시예에서, 전원(142)은 배터리이다. 일부 실시예는 추가로 배터리 충전용 전자기기를 포함한다. 다른 가능한 실시예에서, 전원(142)은, 메인 전원(mains power)과 같은 외부 전워으로부터 전기 에너지를 받아들여서 이 전기 에너지를 적절한 형태(3, 12, 또는 ±15V와 같은 비교적 저전압)로 변환하도록 구성된 전력공급 전자기기를 포함한다.
아날로그 전자기기(144)가 진단 유닛 인터페이스(106A)에 결합된다. 일부 실시예에서, 아날로그 전자기기(144)는 AC 전류원(146) 및 AC 전압계(148)를 포함한다. AC 전류원(146)은 진단 유닛 인터페이스(106A)를 통해 진단 유닛(104)의 샘플 셀(112) 내의 전극들의 제1세트에 공급되는 AC 신호를 발생한다. 하나의 실례로서, AC 전류원(146)은 연속 AC 전류를 발생하며 공급한다. 일부 실시예에서, AC 신호는 약 100 Hz 내지 약 5 kHz 범위에 있는 주파수를 갖는 사인파이다. 일부 실시예에서, AC 신호는 약 100 Hz 내지 약 10 kHz 범위에 있는 주파수를 갖는 사인파이다. 일부 실시예는 약 40 kHz의 주파수를 가진다. 일부 실시예는 약 3 kHz의 주파수를 가진다.
AC 전압계(148)는 진단 유닛(104)의 샘플 셀(112)들 내의 전극들의 제2세트에서 발생되는 아닐로그 신호를 진단 유닛 인터페이스(106A)를 통해 수신하며, 신호의 AC 전압을 결정한다. 일부 실시예에서, AC 전압계(148)는 예를 들어, 샘플 셀(112)들 내의 전극들의 제2세트를 가로지르는 전압을 결정한다. 일부 실시예에서, AC 전압계(148)는 또한 전극들의 제1세트 및 AC 전류원(146)을 가로지르는 전압을 결정하도록 작동될 수 있다.
일부 실시예는 전극(118)들에 직접 전기 접속되어 있는, 복수의 AC 전류원(146) 및/또는 복수의 AC 전압계(148)를 포함하며, 한편 다른 실시예에서 하나 이상의 멀티플렉서(multiplexer)(143)가 아날로그 전자기기(144)와 전극(148)들 사이에 배치된다. 멀티플렉서(143) 및 아날로그 전자기기(144)는 중앙처리장치(162)에 의해 제어된다.
일부 실시예에서, 아날로그 전자기기(144)는, 샘플 셀(112) 내에서 샘플의 어드미턴스, 컨덕턴스 및 일정 위상 요소를 측정하여 결정하도록 최적화된 주기, 주파수, 전압 및 전류와, 시간에 따른 이들의 변화를 제어한다. 아날로그 전자기기(144)는 일부 실시예에서 중앙제어장치(162)에 의해 제어된다. A/D 컨버터(150)는 디지털 신호 처리기(160)에 의해 더 분석하기 위해 감지된 값을 디지털 값으로 변환한다.
디지털 신호 처리기(160)는 전극(118)들의 신호를 해석하기 위한 알고리즘을 실행하며, 중앙처리장치(162)에 의해 제어된다. 일부 실시예에서, 디지털 신호 처리기(160)는 컴퓨터 판독가능 저장 매체(164)에 저장된 시그니처 데이터베이스에 접근하며 신호를 시그니처와 비교한다. 다른 실시예에서, 디지털 신호 처리기(160)는 인식 알고리즘 또는 양쪽의 조합에 기초하여 신호를 직접 해석한다. 디지털 신호 처리기(160)에 의해 사용되는 특정 알고리즘은 예를 들어 진단 유닛(104)의 모델 번호에 의해 결정되는 샘플 셀(112)의 유형에 의해 결정된다.
일부 실시예는 중앙처리장치(162)를 포함한다. 중앙처리장치(162)는 처리장치의 실례이다. 일부 실시예에서, 중앙처리장치(162)는 진단 장치(100)의 전체 작동을 제어한다. 예를 들어, 중앙처리장치(162)는 일부 실시예에서, 마이크로펌프(136)의 작동을 제어하며, 전자 구성부품(134)의 작동 모드를 선택하며, 선택된 작동 모드(도 12를 참고하여 더 상세시 설명됨)에 따라 전자 구성부품(134)을 제어하며, 통신장치(170)를 통해 외부 장치들과 통신한다.
컴퓨터 판독가능 매체(164)는 중앙처리장치(162)에 또는 그 일부에, 및/또는 판독기(102)의 다른 처리장치들(예로서, 디지털 신호 처리기(160) 및 디스플레이 프로세서(166)) 중 하나 이상에 통신가능하게 연결된다. 컴퓨터 판독가능 매체의 실례는 여기에 설명한 바와 같은 컴퓨터 판독가능 저장장치이다.
디스플레이 프로세서(166)는 사용자에게 시각적(visual) 형태로 정보를 전달하기 위해 하나 이상의 디스플레이 장치(168)를 제어하도록 작동한다. 일부 실시예에서, 디스플레이 프로세서(166)는 또한 디스플레이 장치가 터치 감응 디스플레이(touch sensitive display)일 때 입력 장치로서 작용한다. 하나의 실례로서, 디스플레이 장치(168)는 발광 다이오드(LED)와 같은 복수의 광원이다. 다른 실례로서, 디스플레이 장치(168)는 액정 디스플레이(LCD), LED 디스플레이 등과 같은 2차원 디스플레이이다.
통신장치(170)는 일부 실시예에서 판독기(102)와 다른 장치, 즉 컴퓨팅 장치, RFID 저장 매체, 또는 데이터 통신 네트워크 사이에 통신이 가능하도록 제공되어 있다. 일부 실시예에서, 통신장치(170)는 다중 통신장치들을 포함한다. 일부 실시예에서, 통신장치(170)는 USB 케이블 또는 이더넷(Ethernet) 케이블과 같은 통신 케이블과 연결하기 위한 통신 포트를 포함한다. 다른 실시예에서, 통신장치는 RFID 판독기, 와이파이(Wi-Fi) 통신장치, 셀룰러 통신장치 또는 블루투스(Bluetooth) 통신장치와 같은 무선 통신장치이다.
일부 실시예는 히터 제어기(172), 및 미생물 성장에 기여하는 온도를 달성하여 유지하기 위해 진단 유닛(104)에 열을 가하도록 구성되어 있는 가열요소를 포함한다. 일부 실시예에서, 가열요소는 가열패드(즉, 인큐베이터 워머(incubator warmer)) 내에 배치되며, 가열패드는 판독기(102)의 하우징으로부터 외부 또는 부분적으로 외부에 있을 수 있으며, 적어도 진단 유닛의 일부가 가열패드에 접하도록 배열되어 있다. 일부 실시예에서, 가열패드는 실리콘 가열패드이다. 일부 실시예에서, 가열요소는 텅스텐선 또는 니크롬선으로 형성된다. 일부 실시예에서, 열전대, 또는 다른 온도 검출 장치가 가열패드에, 판독기(102)에, 또는 진단 유닛(104)에 제공되어서, 판독기(102)에 피드백을 제공하여 판독기(102)가 샘플 셀(112)들 내에 필요한 온도 또는 온도 범위를 유지할 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 열전대는 직접 전해질 용액 내로 삽입된다.
일부 실시예는 하나 이상의 입력 장치(174)를 포함한다. 입력 장치(174)는 버튼, 스위치, 터치 감응 디스플레이 등을 포함할 수 있다. 다른 인터페이스 장치도, 즉 오디오(예로서, 음성) 인터페이스와 같은 것도 역시 사용될 수 있다. 입력 장치는 진단 장치(100)를 켜고 끄는데 사용될 수 있으며, 그리고 여기서 도 11을 참고하여 설명한 바와 같이 제1 작동 상태와 제2 작동 상태 사이로 장치를 조정하는 것과 같이 장치의 작동 모드를 조정하는데 사용될 수 있다. 다른 입력장치가 다른 실시예에 제공되어 있다.
판독기(102)의 예시적 실시예는 단지 실례로 제공되어 있다. 다른 실시예는 더 많거나 작은 구성부품들을 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 구성부품들의 일부는 단일 구성부품으로 조합될 수 있다.
일부 실시예에서, 판독기(102)는 2개 이상의 부품으로 형성된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 판독기(102)는 통합 휴대 전화기를 포함한다. 다른 가능한 실시예에서, 판독기(102)는 휴대 전화기를 수용하여 상호작용하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 판독기(102)는 모바일 컴퓨팅 장치(예로서, 스마트폰, 랩탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등), 데스크탑 컴퓨터, 또는 다른 컴퓨팅 장치와 같은 컴퓨팅 장치를 포함한다. 컴퓨팅 장치는 판독기(102) 내에 통합될 수 있으며, 또는 예를 들어 판독기(102)와 데이터 통신을 주고 받도록 외부에 있을 수 있다.
다른 판독기(102)의 구성도 가능하다. 예를 들어, 다중 부품을 포함하는 판독기(102)의 다른 가능한 형태는 제1 부품 및 제2 부품을 포함한다. 판독기의 제1 부품은 전자 구성부품(134)들의 적어도 일부를 내장하는 하우징을 포함한다. 판독기의 제2 부품은 그 자신의 하우징을 가지며, 적어도 히터 제어기(172)의 가열요소를 포함하는 워밍 크래들(warming cradle)을 형성한다. 제1 부품은 센서와 워밍 크래들 사이의 통신을 가능하게 하는 제1 인터페이스를 통해 제2 부품과 연결된다. 제2 부품은 진단 유닛 인터페이스(106A)를 통해 진단 유닛(104)과 연결된다.
도 3은 도 1에 도시된 진단 장치(100)의 실례의 진단 유닛(104)의 블록 선도이다. 이 실례에서, 진단 유닛(104)은 하우징(188), 유체공학 시스템(190) 및 센서 시스템(192)을 포함한다.
또한 이 실례에서, 유체공학 시스템(190)으로의 입력은 샘플 입력 포트(114) 및 캡(116)을 포함한다. 실례의 유체공학 시스템(190)은 유체원(203)을 위시하여 여과 시스템(202), 및 매니폴드(206)를 위시하여 샘플 분배 시스템(204)을 포함한다. 실례의 센서 시스템(192)은 샘플 셀(112)들 및 전극(118)들을 포함한다.
일부 실시예에서, 진단 유닛(104)은 샘플 입력 포트(114)를 통해 샘플을 수용한다. 일부 실시예에서, 진단 유닛(104)은 추가로 샘플이 수용될 때 샘플의 일부 또는 모두를 임시로 저장하기에 적절한 내부 체적을 가지는 샘플 입력 용기(receptable)를 포함한다.
광범위한 종류의 샘플이 다양한 실시예에서 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 샘플은 미생물을 갖는 감염이 의심되는 피험자(subject)으로부터, 식품 또는 물 샘플, 토양 샘플로부터, 또는 표층 또는 다른 환경원으로부터 얻어진다. 피험자로부터 얻은 샘플은 예를 들어, 소변, 혈액, 땀, 점액, 타액, 정액, 질 분비물, 토사물, 눈물, 피지, 흉수, 복막액, 위액, 귀지, 수액, 모유, 내림프액, 외림프액, 수양액, 유리액, 바이오매스, 점막, 대변 샘플, 감염된 세포 또는 조직, 폐 세척물, 세포 추출물, 생검 및 이들의 조합을 포함하거나 이로부터 얻어질 수 있다. 샘플은 추가로 효모, 균류, 바이러스, 선충류, 세포 배양 또는 조직의 근원들을 포함할 수 있다.
일단 샘플이 샘플 입력 포트(114) 내에 수용되면, 일부 실시예에서, 캡(116)이 제공되어 샘플 입력 포트(114)에 고정될 수 있다. 일부 실시예에서, 캡(116)은 잠금 캡이며, 잠금 캡은 캡이 샘플 입력 포트(114)에 고정된 후 캡의 제거에 저항하는 록킹 형태(locking feature)를 포함한다. 이러한 방법으로, 샘플이 진단 유닛(104)의 하우징(188) 내에 수용된다. 일부 실시예에서, 하우징(188)(캡(116)을 포함)은 밀봉식 인클로져를 형성한다. 일부 실시예에서, 밀봉식 하우징은, 하우징(188)의 밀봉식 인클로저 내에서 생물학적 위험으로 간주될 수 있는 생물학적 물질을 계속 수용하는 상태로 진단 유닛(104)을 폐기할 수 있게 허용한다. 따라서 일부 실시예에서, 진단 유닛(104)은 일회용 폐기 유닛이다.
일부 실시예에서, 캡(116)은 진단 유닛(104) 내에 차압을 생성하는 플런저에 부착된 기계식 캠을 구동하고, 다음에 플런저가 유체공학 시스템(190)의 자동화를 구동한다. 다른 실시예에서 샘플 핸들러의 자동화는 판독기(102)에 내장된 마이크로펌프(136)에 의해 구동된다.
일부 실시예에서, 수용된 샘플은 유체공학 시스템(190)에 의하여 센서 시스템(192)으로 전달된다. 그러나 다른 실시예서는 유체공학 시스템(190)이 생략되고, 영양액에서 재부유된 수동 처리된 샘플이 센서 시스템(192)과 함께 작업하도록 설계되고, 그리고 사용자에 의하여 직접 항균제 디스펜서(282)와 함께 센서 시스템(192)으로 입력될 수 있다. 일부 그러한 실시예는 사용자가 그들의 특정한 응용예를 위해 디바이스를 주문할 수 있는 융통성을 부여한다. 예를 들어, 일부 실시예에서 판독기(102)는 진단 장치(100)에 만들어진 주문사항(customizations)을 사용자가 식별하도록 허용하는 주문화 응용예를 포함한다.
일부 실시예에서, 유체공학 시스템(190)은 샘플 입력 포트(114)(또는 샘플 입력 용기)로부터 수용된 샘플을 여과하여 유체원(203)으로부터 받은 영양액과 혼합한 후에 센서 시스템(192)으로 전달한다. 일부 실시예에서, 유체공학 시스템(190)은 도 2에 도시된 판독기(102)의 마이크로펌프(136)에 의하여 구동된다. 다른 실시예에서, 여과 시스템(202)은 다른 근원, 즉 잠금 캡(116)의 삽입 및 회전에 의하여 형성된 압력과 같은 것에 의하여 구동된다. 일부 실시예에서, 캡(116)은 캡 시스템에 부착되며, 여기서 캡을 회전시키면 플런저가 차압을 생성하여 유체공학 시스템(190)을 구동한다.
일부 실시예에서, 유체공학 시스템(190)은 수용된 샘플을 여과하는 여과 시스템(202)을 포함한다. 하나의 실례로서, 여과 시스템(202)은 소변을 취급하도록 특별하게 만들어지고, 하나 또는 다수의 여과 스테이지, 즉 제1 스테이지 및 제2 스테이지를 포함한다. 소변 샘플의 경우에, 여과 시스템(202)의 제1 스테이지는 소변 샘플로부터 혈액 및 단백질을 제거하도록 제공될 수 있다. 제2 스테이지에서, 미생물이 소변 샘플에서 제거된다. 미생물은 다음에 진단 유닛(104)에 의하여 추가로 평가되기 위해 제2 스테이지로부터 제거될 수 있다. 야생 박테리오파지를 포함하는 나머지 소변은 폐기물 용기로 보내진다.
일부 실시예에서, 샘플은 샘플 셀들 내에 샘플들이 배치되기 전에 여과 시스템(202)을 통해 처리된다. 일부 실시예에서, 예를 들어 샘플들은 큰 입자, 세포 및 세포 파괴물을 제거하도록 여과된다. 일부 실시예에서, 여과 시스템(202)은 필터를 통해 샘플을 지나게 하는 것이 제공된다. 필터는 예를 들어 약 5 미크론의 크기를 갖는 개구부들을 가질 수 있다. 필터는 큰 입자들을 유지하면서 미생물을 통과시킨다. 여과 시스템은 추가로 2차 필터를 포함할 수 있다. 2차 필터는 필터의 표면에 박테리아를 남기는 더 작은 크기의 필터(예로서, 약 0.45 미크론의 크기의 개구부들을 갖는)를 사용하는 것과 같이, 샘플(예로서 소변)에서 불필요한 매체를 제거하는데 사용될 수 있으며, 박테리아는 진단 장치(100)에 의해 추가의 테스트를 받기 위해 영양액에서 제거 및 부유될 수 있다. 일부 실시예에서, 부가의 필터링 스테이지가 자생 박테리오파지를 포획하기 위해 상술한 제1 필터링 스테이지와 제2 필터링 스테이지 사이에 제공된다. 예를 들어, 0.22 미크론 개구부들을 갖는 필터가 사용될 수 있다. 시간이 지난 후 이러한 자생 바이러스는 다음에 살아있는 나머지 박테리아를 검출하도록 항균제를 수용한 샘플 셀들 내로 재되입될 수 있으며, 따라서 박테리오파지가 살아있는 박테리아만을 공격할 것이다. 모든 박테리아는 어떤 샘플에서 자생 박테리아의 숙주를 가진다.
여과 시스템(202)의 일부 실시예는 또한 유체원 및 혼합장치를 포함한다. 유체원(203)은 센서 시스템(192) 내에서 사용하기 위한 샘플과 혼합될 수 있는 유체의 근원을 제공한다. 유체는 단일 유체 또는 유체들의 조합이 될 수 있다. 유체의 실례는 전해질을 포함하는 것과 같이, 전해질 용액이다. 전해질 용액의 하나의 실례는 배양액이다. 다른 실례는 하나 이상의 다른 배양액 또는 다른 유체들과 조합된 배양액이다. 전해질 또는 영양액은 테스트되는 미생물의 성장을 지원해야 한다. 본원에 사용된 샘플은 일반적으로, 여과 및/또는 다른 유체와 혼합되기 전 또는 후를 포함하여, 샘플 입력 포트(114) 내에 수용된 생물학적 유체(또는 어떤 다른 유체, 물질, 또는 다른 입력물)의 적어도 일부분을 수용하는 어떠한 유체를 지칭한다.
정확한 반복성 결과를 얻기 위해, 이온성 메이크업(ionic makeup)이 미리 규정된 범위 내에서 엄밀하게 제어되는 것이 바람직하다. 또한, 미생물 수명 징후의 실시간 모니터링이 필요하기 때문에, 전해질 용액은 미생물 성장을 지원해야 하며 또한 촉진해야 한다.
샘플 분배 시스템(204)은 수용된 샘플을 센서 시스템(192) 내의 샘플 셀(112)들로 분배하도록 구성되어 있다. 일부 실시예에서, 샘플 분배 시스템(204)은 동질성 샘플을 균일하게 혼합하여 샘플 셀(112)들의 적어도 일부로 배달하는 매니폴드(206)를 포함한다. 일부 실시예는 샘플 셀(112)들 중 하나 이상이 대조 셀로서 사용되도록 하기 위해, 샘플 셀(112)들 모두로 샘플을 배달하지 않는 매니폴드(206)를 포함한다. 일부 실시예에서 샘플 분배 시스템(204)은 샘플의 실질적으로 동일한 양을 샘플 셀(112)들로 제공하는 측량장치를 포함한다. 다른 가능한 실시예에서, 샘플 셀(112)들의 충전 레벨 센서들은 유체공학 시스템(190)으로 피드백을 제공하여 샘플 셀(112)들 내의 샘플의 적절한 충전 레벨을 구하도록 작동한다.
센서 시스템(192)은 하나 이상의 샘플 셀(112) 및 샘플 셀들 내에 배치된 전극(118)들을 포함한다. 센서 시스템(192)의 실례가 도 4를 참고하여 더 상세히 도시되고 설명된다.
일부 실시예에서, 센서 시스템(192)(또는 진단 유닛 내의 다른 곳)은, 환자 정보, 진단 결과, 진단 유닛 모델 번호, 진단 유닛 시리얼 번호, 또는 이들의 조합과 같은 데이터를 저장하기 위해 데이터 저장장치(208)를 포함한다. 일부 실시예에서, 데이터 저장장치(208)는 예를 들어 수동 판독-기록 RFID 장치이다. 일부 실시예에서, 데이터 저장장치(208)는 판독기(102)의 통신장치(170)(도 2)의 RFID 판독기에 의해 기록 및 판독될 수 있다.
판독기 인터페이스(106B)는 일부 실시예에서 진단 유닛(104)과 판독기(102)(도 2) 사이에 전기 또는 데이터 통신을 가능하게 하도록 제공되어 있다. 하나의 실례로서, 판독기 인터페이스(106B)는 판독기(102)의 진단 유닛 인터페이스(106A)의 대응 카드 슬롯 내에 삽입될 수 있는 복수의 전기 접촉 핀을 갖는 카드형 인터페이스를 포함한다. 다른 인터페이스들이 다른 실시예에서 사용되며, 즉 데이터 통신 포트(예로서, USB, 시리얼 등) 또는 무선 통신장치가 사용된다. 판독기 인터페이스(106B)는 샘플 셀(112)들 내의 샘플의 조사를 위해 판독기(102)와 전극(118)들 사이에 통신을 가능하게 한다.
일부 실시예에서, 진단 유닛(104)은 적어도 1분 이하, 5분 이하, 10분 이하, 15분 이하, 20분 이하, 30분 이하, 45분 이하 또는 60분 이하의 시간 동안 진단 평가를 실시하기 위해 판독기(102)(도 2)에 결합되어 있다.
도 4는 도 3에 도시된 진단 유닛의 실례의 센서 시스템(192)의 개략 사시도이다. 이 실례에서, 센서 시스템(192)은 베이스 기판(222), 복수의 샘플 셀(112)(샘플 셀들(112A 내지 112X)을 포함), 및 전극(118)들을 포함한다.
이 실례에서, 센서 시스템(192)은 베이스 기판(222)을 포함한다. 베이스 기판(222)의 실례는 인쇄회로판과 같은 회로판이다. 베이스 기판(222)의 다른 실례는 플렉스 회로와 같은 가요성 기판이다, 베이스 기판은 하나 이상의 층으로 형성될 수 있으며, 적어도 하나의 절연층을 포함한다. 하나 이상의 전도층이 일부 실시예어서 제공되며, 즉 접지면 또는 전기 트레이스를 포함하는 하나 이상의 층과 같은 것이 제공된다. 일부 실시예에서, 베이스 기판(222)은 전극들과 판독기 인터페이스(106B)(도 4에는 도시안 됨) 사이에서 전기 전도체들을 포함한다.
샘플 셀(112)들은 베이스 기판(222) 상에 배치되며 지탱된다. 일부 실시예에서 샘플 셀(112)들은 재료의 단일 피스로 형성되며, 한편 다른 실시예에서 샘플 셀(112)들은 개별 피스이다. 아직 다른 실시예에서, 샘플 셀(112)들의 서브세트는 단일 피스로 형성된다(예로서, 샘플 셀(112)들의 각각의 열(row)은 재료의 단일 피스로 형성된다). 하나의 예시적 실시예에서, 샘플 셀(112)들은 성형된 플라스틱 또는 사출성형된 플라스틱과 같은 플라스틱으로 제조된다. 샘플 셀(112)의 재료는 의학적으로 인가된 절연재로 제작될 수 있다. 이 재료는 샘플에서 미생물들의 성장에 악영향을 주지 않는 것이 바람직하다. 샘플 셀(112)들은 접착제 또는 다른 접착층 또는 접착 재료와 같은 체결구에 의해 베이스 기판(222)에 결합된다. 또한, 일부 실시예는 샘플 셀(112)들과, 가스켓 층과 같은 베이스 기판(222) 사이에 하나 이상의 재료를 포함한다. 일부 실시예에서, 샘플 셀(112)들은 베이스 기판(222)에 접합된다. 샘플 셀들을 베이스 기판(222)에 연결하는 하나 이상의 체결구는 양호하게 샘플 셀(112)들 사이에서부터 샘플 또는 다른 유체의 누설을 방지하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 샘플 셀(112)들은 리드 프레임에서 전극들 주위에 성형된다.
일부 실시예에서, 센서 시스템(192)은 복수의 샘플 셀(112)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 센서 시스템(192)은 24개의 샘플 셀들(112A 내지 112X)의 배열을 포함한다. 일부 실시예에서 샘플 셀들은 열들(rows)과 행들(columns)의 그리드로 배열된다. 이러한 실례에서, 샘플 셀들은 4열 및 6행으로 배열된다. 다른 실시예에서, 센서 시스템(192)은 2 내지 50, 또는 2 내지 48, 또는 2 내지 36, 또는 2 내지 24의 범위에서 복수의 샘플 셀(112)을 포함한다. 샘플 셀들은 하나 이상의 열들(예로서, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 이상의 열)로 배열될 수 있다. 샘플 셀들은 예를 들어 정육면체, 원통, 또는 사각형의 형상을 가질 수 있으며, 또한 6각형 형상과 같은 다른 형상을 가질 수 있다. 또한 일부 실시예에서 샘플 셀(112)들은 모두 재료의 단일 피스로 형성된다. 예를 들어, 샘플 셀(112)들은, 일부 실시예에서 전극들을 형성하는 리드 프레임 주위에 성형되는 플라스틱 재료의 단일 피스로 형성된다.
샘플 셀(112)들은 그 내부에 샘플 챔버를 포함한다. 전극(118)들은 여기에 더 상세히 설명하는 바와 같이, 샘플의 하나 이상의 특성을 결정하기 위한 샘플과 상호작용하기 위해, 샘플 셀(112)들 내에 배치된다. 샘플 셀(112)의 더 특정한 실례는 도 5 내지 도 10을 참고하여 도시되고 더 상세히 설명된다.
일부 실시예에서, 샘플 챔버의 형상은 전극들의 위치선정을 포함하여 특성들의 더욱 정확한 측정을 제공하도록 턴(turn)되므로, 전극들에 인가된 전기 신호들에 의해 발생되는 전기장의 형상이 신호-대-소음 성능에 최적화된다.
일부 실시예에서, 샘플 셀(112)들은 샘플 챔버들의 크기 및 형상이 실질적으로 동일하도록 제작된다. 이러한 방법으로, 샘플 셀들은 유사한 차원 상수를 가지며, 진단 장치가 이하에 더 상세히 설명된 바와 같이, 하나 이상의 다른 셀의 측정된 특성들과 비교할 때 하나 이상의 샘플 셀들의 측정된 특성들 사이를 비교할 수 있게 된다.
일부 실시예에서, 전극(118)들은 베이스 기판(222)상에 형성된다. 샘플 셀(112)들과 베이스 기판(222) 사이의 밀봉을 향상시키기 위해, 전극들은 베이스 기판(222)의 표면에 형성된 오목 영역들 내에 형성되어서, 전극들의 표면들이 베이스 기판(222)의 표면과 동일 평면에 있을 수 있다. 일부 실시예에서 상기 오목 영역들은 나노웰(nanowells)이다. 다른 가능한 실시예에서, 전극들은 기판(222)의 표면상에 형성된다. 아직 다른 가능한 실시예에서, 전극들은 샘플 셀(112)들의 샘플 챔버의 벽들과 같은 다른 장소들에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 샘플 셀(112)들은 바닥면을 포함하고, 전극(118)들은 상기 바닥면의 내측면상에 또는 샘플 셀(112)들의 바닥 부근의 측벽들상에 배열된다.
전극(118)들은 어떠한 귀금속, 그래핀 또는 그래피놀형 물질(graphenol-like substances)로 코팅된 금속, 또는 이들의 하나 이상의 조합(예로서 금속 합금)과 같은 다양한 재료의 하나 이상으로 제조될 수 있다. 하나의 실례로서, 전극(118)들은 금속 핀으로 형성된다. 다른 가능한 실시예에서, 전극(118)들은 금 도금된다. 일부 실시예에서, 전극들은 베이스 기판(222) 상에 패턴처리되며 금 도금된 전극들이다. 일부 실시예에서, 전극(118)들은, 납땜-마스크가 인가되기 전 또는 후(예로서 인쇄회로기판의 경우), 베이스 기판(222) 상의 구리 트레이스들에 직접 인가된 그래피놀형 물질로 코팅된다. 다른 실시예는 플렉스 회로를 만들기 위해 가요성 플라스틱 기판상에 직접 인쇄된 금 또는 그래핀을 사용한다. 다른 실시예는 플라스틱 진단 유닛(104) 내에 성형된 리드 프레임의 노출된 팁들로부터 형성된 전극들을 채용한다.
일부 실시예에서, 각각의 전극의 크기와 전극들 각각의 이격 거리는 정밀하게 제어된다. 실시예에서, 전극들의 크기는 실질적으로 동일하며, 즉 전극들은 5%, 1%, 0.1% 0.01% 또는 0.001% 미만의 크기의 차이를 가진다. 일부 실시예에서, 다른 샘플 셀들에서 전극들 사이의 거리는 실질적으로 동일하며, 즉 전극들 사이의 거리 차이가 5%, 1%, 0.1% 0.01% 또는 0.001% 미만이다. 일부 실시예에서, 전극 크키들 및 전극들 사이의 거리는 1% 이하의 차이로 제어된다.
일부 실시예에서, 샘플 셀들은 도 7 및 도 12 내지 도 13을 참고하여 더 상세히 도시되고 셜명된 바와 같이, 항균제 디스펜서(282)을 추가로 포함한다.
도 5 내지 도 7은 샘플 셀(112)의 실례를 도시한다.
도 5는 실례의 샘플 셀(112)의 개략 사시도이다. 샘플 셀(112)의 부분들은 샘플 셀(112)의 내부 구조를 예시하기 위해 투명하게 도시되어 있다. 이러한 실례에서, 샘플 셀(112)은 본체(240), 입력 개구(242), 샘플 챔버(244), 및 전극(118)들을 포함한다. 일부 실시예에서 샘플 챔버(244)는 침니(246) 및 조사 영역(248)을 포함한다.
샘플은 개구(242)를 통해 수용된다. 일부 실시예에서, 입력 개구(242)는 도 3에 도시된 샘플 분배 시스템(204)의 매니폴드(206)에 결합된다. 개구(242)는, 개구(242)와 매니폴드(206)를 연결시키기 위해, 배관과 같은 유체 전달관에 연결되도록 구성되는 바와 같이, 일부 실시예에서 커플링 포트를 포함한다. 샘플 분배 시스템(204)은 샘플을 매니폴드를 통과시켜 입력 개구(242)로 전달한다. 다른 가능한 실시예에서, 샘플은 피펫(pipette) 또는 다른 샘플 용기 또는 유체 전달관을 사용하는 것과 같이, 입력 개구(242) 내로 사용자 또는 다른 장치에 의해 직접 공급된다.
샘플이 입력 개구(242)를 통과한 후, 다음에 샘플은 샘플 챔버(244)의 침니(246)를 통과하고, 다음에 조사 영역(248) 내로 들어간다.
샘플 챔버(244)의 조사 영역(248) 내에 배치된 전극(118)들은 판독기(102)(도 2에 도시됨)의 아날로그 전자기기(144)와 같은 전자 회로망에 전기적으로 접속되며, 아날로그 전자기기는 하나 이상의 전극(118)에서 전기 신호를 발생하며 하나 이상의 다른 전극(118)에서 전기 신호를 검출하도록 작동한다. 다음에 검출된 전기 신호는 샘플의 하나 이상의 특성을 평가하는데 사용된다.
도 6은 도 5에 도시된 실례의 샘플 셀(112)의 개략 측면도이다. 이 실례에서, 샘플 셀(112)은 본체(240), 입력 개구(242), 샘플 챔버(244), 및 전극(118)들을 포함한다.
이 실례에서, 샘플 챔버(244)는 조사 영역(248) 및 침니(246)를 모두 포함한다. 조사 영역(248)은 샘플의 정확한 체적을 보유하는 크기로 되어 있다. 조사 영역은 샘플 셀(112)들 중에 균일한 결과를 제공하기 위해 샘플을 조사하기 전에 전체적으로 채워지는 것이 바람직하다. 전기 신호가 하나 이상의 전극(118)에 인가될 때, 샘플 내에 전류뿐만 아니라 전기장이 발생한다. 조사 영역이 전체적으로 채워지지 않으면, 샘플 내에 생성된 전류 및 전기장이 변경되며, 잠재적으로 샘플의 하나 이상의 측정된 특성들에서 변화를 초래하게 된다. 따라서, 샘플의 주어진 유형에 대해(예로서, 혈액, 소변, 등), 조사 영역(248)의 체적은, 샘플의 그러한 주어진 유형에 대해 통상적으로 얻어질 수 있는 샘플 체적들에 기초하여 샘플에 의해 채워질 수 있도록 충분히 작게 선택된다. 일부 실시예에서, 조사 영역(248)의 체적은 약 0.1mL 내지 약 10mL, 또는 약 0.5mL 내지 약 2mL, 또는 약 1mL 내지 약 1.5mL 범위에 있다.
침니(246)는 조사 영역으로부터 연장되며, 일부 실시예에서 조사 영역(248)의 체적에 부가하여 샘플의 부가 체적을 수용하도록 제공된다. 이러한 방법으로, 샘플의 체적은 정확하게 조사 영역(248)의 체적에 일치하도록 정확하게 측정되지 않으며, 오히려 그 대신에 조사 영역(248)의 체적보다 다소 크게- 조사 영역(248)의 체적과 침니(246)의 체적을 조합한 체적 정도까지 크게 될 수 있다. 일부 실시예에서 침니의 체적은 약 0.01mL 내지 약 2mL, 또는 약 0.1mL 내지 약 0.2mL, 또는 약0.14mL 범위에 있다. 일부 실시예에서 침니의 체적은 조사 영역의 체적의 약 5% 내지 약 20%, 또는 약 1% 내지 약 10%, 또는 약 10%의 범위에 있다.
침니(246)의 형태는 샘플의 측정된 특성들에 중대한 영향을 주지 않고 샘플 체적의 약간의 변화를 허용한다. 예를 들어, 침니(246)는 조사 영역(248)의 단면 치수(W1)보다 더 작은 단면 치수(W2)를 가진다. 추가로, 침니(246)는 조사 영역(248)으로부터 멀리 연장되며, 침니(246)를 통해 흐르기 위한 전류를 위한 복귀로를 제공하지 않는다. 그 결과, 전기 신호가 하나 이상의 전극(118)에 인가될 때, 침니 내에 있는 샘플의 어떠한 부분을 통해 전류가 거의 전도되지 않는다. 따라서, 샘플의 레벨이 침니(246)의 상단 또는 그 부근(즉, 개구(242)에)에 있거나, 침니(246)의 바닥 또는 그 부근에 있거나, 또는 그들 사이의 어느 곳에 있든지, 샘플의 하나 이상 측정된 특성들은 크게 변하지 않는다. 따라서 침니(246)는 침니(246)의 총 체적까지 샘플의 체적의 변화를 허용하는 샘플 체적 버퍼(buffer)를 제공한다.
이러한 실례에서, 침니는 폭(W2) 및 동일한 깊이(D2, 도시되지 않음), 그리고 높이(H2)를 가진다. 침니의 체적은 W2 x D2 x H2이다. 따라서 체적은 이러한 치수들 중 어떤 것을 증가 또는 감소시킴으로써 조정될 수 있다. 예를 들어, 체적은 침니의 높이(H2)를 조정함으로써 증가 또는 감소될 수 있다. 하나의 예로서, 폭 W2는 약 1mm 내지 약 20mm, 또는 약 2mm 내지 약 6mm, 또는 약 4mm 내지 약 5mm의 범위, 또는 약 4.5mm 이다. 이러한 실례에서, 높이 H2는 약 1mm 내지 약 50mm, 또는 약 5mm 내지 약 10mm, 또는 약 6mm 내지 약 8mm의 범위, 또는 약 7mm 이다.
일부 실시예에서, 조사 영역(248)은 중앙 영역(262) 및 반경방향 연장 암들(264)(암들(264A 내지 264D)을 포함함)을 포함한다. 도 7에 가장 잘 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서 조사 영역(248)은 플러스, 십자, 또는 "X"의 단면 형상을 가진다.
이러한 실례에서, 중앙 영역(262)은 정사각형 수평 단면 및 직사각형 수직 단면을 가진다. 예로서, 중앙 영역(262)은 폭(W2), 동일한 깊이(D2, 도 6에 도시되지 않음), 그리고 높이(H3+H4)를 가진다. 일부 실시예에서, 폭(W2)은 침니의 폭(W2)과 동일하다. 다른 실시예에서, 중앙 영역(262)의 폭은 침니의 폭과 다르다. 하나의 실례로서, 중앙 영역(262)의 높이(H3+H4)는 약 2mm 내지 약 35mm, 또는 약 5mm 내지 약 20mm, 또는 약 10mm 내지 약 14mm의 범위, 또는 약 12mm 이다.
4개의 암들(264)은 중앙 영역(262)으로부터 반경방향으로 연장한다. 암들 각각은 직선 영역(266)을 가지며 반원통형 영역(268)에서 끝난다. 직선 영역(266)은 H4에서 (H3+H4)까지 변하는 테이퍼진 높이를 가진다. 반원통형 영역(268)들은 직선 영역(266)의 깊이(D3, 도시되지 않음)와 동일한 지름, 및 높이(H4)를 가진다. 하나의 실례로서, 직선 영역(266)의 길이는 약 1mm 내지 약 20mm, 또는 약 2mm 내지 약 6mm, 또는 약 4mm 내지 약 5mm의 범위, 또는 약 4.5mm 이다. 이 길이는 중앙 영역(262)의 길이 W2보다 크거나 작을 수 있다. 이러한 실례에서, 반원통형 영역(268)의 지름은 약 1mm 내지 약 20mm, 또는 약 2mm 내지 약 6mm, 또는 약 4mm 내지 약 5mm의 범위, 또는 약 4.5mm 이다. 반원통형 영역의 높이(H4)는 약 2mm 내지 약 30mm, 또는 약 5mm 내지 약 20mm, 또는 약 8mm 내지 약 12mm의 범위, 또는 약 9.6mm 이다.
일부 실시예에서, 조사 영역(248)의 상부(250)는 테이퍼진 형상을 가진다. 조사 영역(248) 내의 샘플에서 기포가 있다면, 그러한 기포는 샘플의 하나 이상 측정된 특성들을 잠재적으로 변화시킬 것이다. 형상(250)의 테이퍼진 형상은, 기포가 조사 영역(248)의 상단으로 상승할 때 기포를 수집하여 기포를 침니(246)를 향하여 나아가게 한다. 다음에 기포는 침니(246)를 지나 샘플의 표면까지 상승하며 샘플에서 빠져나간다. 따라서 샘플 측정의 정확도가 향상된다. 이러한 실례에서, 상부(250)는 테이퍼 각도 A1을 가진다. 일부 실시예에서 테이퍼 각도 A1은 약 10도 내지 약 80도, 또는 약 10도 내지 약 45도, 또는 약 10도 내지 약 20도 범위에 있다. 일부 실시예는 약 15도의 각도 A1을 가진다. 이러한 실례가 반원통형 영역(268) 앞에서 끝나는 테이퍼진 상부(250)를 도시하고 있지만, 다른 가능한 실시예에서 테이퍼진 상부(250)는 암들(264)의 단부들까지 연장한다.
여기에 설명된 예시적 실시예는 단지 예를 들어 제공되어 있다. 다른 실시예는 여기에 설명된 치수들보다 크거나 작은 치수를 가질 수 있다. 추가로, 샘플 셀(112)의 전체 치수는 샘플 챔버(244)의 치수보다 큰(또는 동일한) 어떠한 필요한 치수가 될 수 있다.
도 7은 도 5에 도시된 실례의 샘플 셀(112)의 개략 평면도이다. 또한 도 7은 베이스 기판(222), 전기 전도체들(280)(전도체들(280A 내지 280D)를 포함함), 및 실례의 항균제 디스펜서(282), 뿐만 아니라 판독기(102)(도 2에 도시됨)의 AC 전류원(146) 및 AC 전압계(148)를 도시하고 있다.
이미 설명한 바와 같이, 샘플 셀(112)의 이러한 실례는 본체(240) 및 샘플 챔버(244)를 포함한다. 샘플 챔버(244)는 개구(242), 침니(246), 및 조사 영역(248)을 포함한다. 조사 영역(248)은 중앙 영역(262) 및 암들(264)(암들(264A-D)을 포함함)을 포함한다. 샘플 셀(112)은 일부 실시예에서에서 베이스 기판(222)상에 배치되고, 전극(118)들(전극들(118A-118D)을 포함함) 및 항균제 디스펜서(282)가 베이스 기판상에 배치된다.
실례의 샘플 챔버(244)의 단면 형상이 도 7에 도시되어 있으며, 이는 플러스, 십자, 또는 "X"의 일반적 형상을 가지며, 여기서 암들(264)은 중앙 영역(262)으로부터 반경방향으로 연장하며, 인접한 암들에 대해 직각으로 연장한다. 예를 들어, 암들(264A, 264C)은 암들(264B, 264D)에 대해 수직으로 연장하며, 한편 암(264A)은 암(264C)과 평행하게 연장하고, 암(264B)은 암(264D)과 평행하게 연장한다.
이러한 실례에서, 전극(118)들은 암들(264) 각각의 한 단부에서 베이스 기판(222)상에 배치된다. 각각의 전극(118A-118D)은 제각기 전기 전도체들(280A-280D)에 전기적으로 연결된다. 전기 전도체들(280)은 판독기(102)의 아날로그 전자기기(144)에 연결된다. 예로서, 전극들(118A, 118B)은 AC 전류원(146)에 전기적으로 연결되고, 전극들(118C, 118D)은 AC 전압계(148)에 전기적으로 연결된다. 전극(118A)은 저전류(LCUR) 단자로서 작동한다. 전극(118B)은 고전류(HCUR) 단자로서 작동한다. 전극(118C)은 고전위(HPOT) 단자로서 작동한다. 전극(118D)은 저전위(LPOT) 단자로서 작동한다. 일부 실시예에서, 추가의 전기 접속이 가능하며, 즉 여기에 설명된 바와 같이 멀티플렉서를 사용함으로써 추가의 접속이 가능하다. 일부 실시예에서, AC 전압계(148)는 전극들(118A, 118B)을 가로지르는 전압, 뿐만 아니라 전극들(118C, 118D) 또는 전극들의 다른 조합을 가로지르는 전압을 판독할 수 있다.
일부 실시예에서, 컨덕턴스의 측정은 구동된 또는 강제로 힘이 가해진 전극들(즉, 118A-118B)에서 용량성 리액턴스에 둔감한다. 또한 이 측정은 전압 감지 전극들(즉, 118C-D)에서 용량성 리액턴스에 둔감하며, 왜냐하면 리액턴스가 수 백 Hz 또는 그보다 높은 Hz의 주파수에서 전압 감지 기구의 입력 임피던스에 비하여 중요하지 않기 때문이다. 저주파수 성능은 전극 극성화(polarization)로부터 더 많은 용량성을 생성하기 위해 더 큰 전극(118)들을 사용함으로써 향상된다.
일부 실시예에서, 4개의 전극 샘플 셀(도 5 내지 도 12에 도시된 실례들 중 어느 하나를 포함함)은 기하학적 상수(geometry constant)에 의해 스케일링(scaling)된 전도율의 직접 측정을 제공한다. 기하학적 상수에 의하여 샘플 셀(112) 내용물의 전도율을 스케일링하는 것은 측정된 컨덕턴스를 산출한다.
본원에 정의된 기하학적 상수(ξ)는 아래 수학식 1로서 컨덕턴스(G) 및 전도율(κ)과 관련되어 있다:
[수학식 1]
여기서 GO 및 κO는 특별한 온도에서의 기준 값들이다.
기하학적 상수는 아래 수학식 2로서 온도 계수(ζ)의 지식에 따라 온도G(T)에서 컨덕턴스로부터 계산될 수 있다:
[수학식 2]
따라서 개별 기하학적 상수의 그룹의 평균은 다음과 같다:
[수학식 3]
셀들의 그룹이 다양한 전해질 농도를 포함한다면, 평균 기하학적 상수는 전도율 및 온도계수가 타당하게 일치되고 있다는 것을 가정하에서 유효값
으로서 나타날 수 있다. 다음에, 고유 스케일링 상수는 시간의 함수로서 각각의 컨덕턴스 곡선에 대해 유도될 수 있으므로, 스케일링된 곡선들은 셀들이 실제 기하학적-상수 값들의 평균에 가까이 양호하게 일치된 기하학적 상수들을 가지는 것처럼 나타난다. 스케일링 상수들의 세트는 아래 수학식으로서 상기 기하학적 상수로부터 얻어질 수 있다:
[수학식 4]
상기 가정하에서, κO는 스케일링 상수로부터 삭제된다. 예를 들어,
[수학식 5]
전체 데이터 세트에 걸쳐 적용된 이러한 수학식들은 각각의 시간 지점에 대한 Cn 세트를 생성한다.
급속 웜업(warm-up) 주기 동안과 같이 열 구배의 존재시에 정확하게 온도를 측정할 수 없다는 것은, 정확한 Gn(To) 값들 및 따라서 상기 스케일링 상수들을 계산할 수 있다는 것이 틀렸음을 입증한다. 그러나, 웜업에 따라서 시간 주기에 걸쳐 각 셀의 스케일링 상수를 평균화하는 것은 단일의 유용한 값을 산출한다. 시간의 온도 Gn(T) 함수에서 각 컨덕턴스에는 스케일링된 함수를 얻기 위해 대응하는 스케일링 상수(Gn)가 곱해질 수 있다:
[수학식 6]
동일한 온도에서 테스트 셀들 모두를 갖는 경우에, 상기 실례로부터 스케일링 상수 수학식은 다음과 같이 간략하게 된다:
[수학식 7]
전해질 용액의 정확한 전도율 측정은 다중 샘플 셀(112)들 내에서 이온성 농도의 정량화 비교를 용이하게 한다. 전해질 용액이 살아있는 미생물의 첨가와 함께 배양액(nutrient media)(종종 대안으로 부용(broth)으로서 언급됨)를 포함하면, 미생물의 존재는 부용 성분에서 미생물의 대사 활동으로 인하여 이온 농도의 효과적인 증가로서 검출될 수 있다. 살아있는 박테리아의 존재로 인하여 초래된 전도율의 증가는 박테리아와 함께 부용을 담고있는 샘플 셀(Cell 1) 및 부용만을 담고있는 샘플 셀(Cell 0)에서 얻어진 전도율 측정의 차이로서 표현될 수 있다. 이러한 실례에서, 샘플 셀들은 4개의 전극들(118A-118D), 각각 AC 전류원(146)으로부터 전류를 전달하기 위한 한 쌍의 전극(118A-118B)("강제된 전극들") 및 AC 전압계(148)에 의해 측정된 바와 같은, 전류에 반응하여 샘플 셀 내에서 발전된 전압을 감지하기 위한 한 쌍의 전극(118C-118D)("감지된 전극들")을 가진다. 2개의 샘플 셀이 차원이 양호하게 일치되면, 전도율에서의 스케일 차이는 아래 수학식으로서 컨덕턴스 측정치들의 차이로부터 구해진다:
[수학식 8]
여기서 κB는 박테리아 활동에 기열할 수 있는 Cell 1에서 전도율의 몫이며, G1은 Cell 1의 컨덕턴스이며, G0은 Cell 0의 컨덕턴스이며, ξ1 및 ξ0는 Cell 1 및 Cell 0의 각각의 차원 상수이며, If1 및 If0는 Cell 1 및 Cell 0에서 흐르는 각자의 전류이며, Vs1 및 Vs0는 Cell 1 및 Cell 0의 각자 감지된 전압이다. 셀들이 양호하게 일치되지 않으면, 각자의 값 ξ1 및 ξ0이 Cell 1 및 Cell 0에 적용된다:
[수학식 9]
여기서 κ1 및 κ0는 Cell 1 및 Cell 0에서 전해질 용액의 각자의 전도율이다.
κB 의 크기(magnitude)는 샘플 셀 1에 제시된 박테리아 콜로니 형성 유닛(CFU)의 수에 따라 단조적으로 증가하기 때문에, 이것은 박테리아 농도를 산출(또는 정량화)하며 시간에 따른 변화를 실시간 모니터링하기 위한 기초를 제공한다.
κB 를 구하는데 사용된 동일한 방법에 의하여, 부용, 박테리아 및 항균제를 담고 있는 다른 샘플 셀(Cell 3)은 항균제 디스펜서(282)에 의해 제공된 항균제에 의해 반대되는 박테리아 활동에 기여할 수 있는 전도율(κA)의 일부를 가진다:
[수학식 10]
κO, κB 및 κA 사이의 관계는 박테리아 대사 활동의 증가 및 감소를 검출하기 위해 실시간으로 분석될 수 있다. 이러한 데이터 관계로부터, 주어진 항균제의 유효성이 평가될 수 있다.
일부 실시예에서, 미생물 부용 용액의 컨덕턴스 측정을 정량화할 때, 또는 별개의 테스트들로부터 나온 결과들을 비교할 때, 온도 보정이 유익하다. 일부 부용 레시피는 통상적으로 약 20,000 ppm/℃의 선형 온도계수에 따라 전도율을 산출한다. 금속 테스트 결과는 부용 배양균(broth cultures)을 혼합하여 샘들 셀들 내로 전달하며, 테스트를 시작하기 전에 열평형 조건을 기다리지 않는 것을 요구한다. 미생물 부용 배양균은 성장을 촉진시키기 위해 35℃, 37℃, 또는 35℃ 내지 37℃ 범위(정상 체온)와 같은 정상 체온에서 배양되며, 따라서 약간의 온도 제어가 필요하지만, 배양기 온도의 신속하고 고도로 정확한 피드백 제어는 측정 시스템에 비용 및 복잡성을 추가할 것이다. 부용의 온도가 테스트 동안 모니터되면 보정이 테스트 데이터에 적용될 수 있지만, 정확한 직접 모니터링은 일회용 폐기 센서를 위해 특히 바람직하지 않은 비용 및 복잡성을 추가할 수 있다. 온도의 제어 또는 모니터링을 요구하지 않는 온도 보정의 간접 방법은 비용 및 성능면에서 유리할 수 있다. 아래는 일부 실시예에서 사용되는 조화로 복수의 샘플 셀을 테스트할 때 적절한 그러한 방법을 설명한다.
부용만을 담고있는 대조 셀(상기 Cell 0)은 기준 온도에서의 전도율 및 온도 계수를 알고 있으면 온도를 지시하는데 사용될 수 있다:
[수학식 11]
여기서 T는 전도율 κ0(T)가 측정되는 부용 온도이며, T0은 부용 전도율 κ0(T0)을 알고 있는 기준 온도이며, ζ는 온도 계수이다.
박테리아와 함께 부용을 담고있는 다른 셀(상기 Cell 1)이 Cell 0에서와 동일한 온도 T에서 측정된다면, 그때 기준 온도에서의 전도율은 아래 수학식 12와 같이 표현될 수 있다:
[수학식 12]
이러한 마지막 2개의 수학식을 조합하면 다음과 같다:
[수학식 13]
이러한 방법을 사용하는 가정은 다음과 같다: 부용에 첨가된 미생물 농도는 온도 계수에 무시할 수 있는 효과를 가지며, 샘플 셀들은 무시할 수 있는 양만큼 온도 차이가 난다. 테스트 동안 온도 측정이 불필요하며 또한 온도 계수는 알 필요가 없다는 점에 주목하라.
대안의 방법은 테스트 주기에 걸쳐 발생하는 온도 범위 내의 임의의 온도값에서 샘플 셀의 컨덕턴스, 또는 내용물의 전도율을 표현하는데 사용될 수 있다. 다시 위에서 규정한 Cell 0 및 Cell 1을 사용하고 동일한 가정에서는, 임의의 테스트 지점에서 Cell 0 내의 측정된 부용 컨덕턴스는 G0A로서 정의될 수 있다. 수정율(Rn)의 세트는 그때 각 테스트 지점에서 다음과 같이 발생될 수 있다:
[수학식 14]
다음에, 각각 측정된 컨덕턴스 값 G0n이 Rn의 적절한 값으로 곱해지면, 모든 Gon 전도율 값들은 상기 Gon 값으로 수정될 것이다.
Cell 1의 컨덕턴스에 적용된 수정율들 Rn의 이러한 동일한 세트는 예를 들어 부용 플러스 박테리아 컨덕턴스 값들로부터 부용의 온도 의존도를 제거하는 결과를 초래할 것이다.
부용 단독과 부용 플러스 박테리아 컨덕턴스 사이의 나머지 차이들은 그 때 전적으로 박테리아 존재로 인하여 초래될 것이다.
G0A는 실제 데이터-지점 측정치일 필요는 없다는 점에 주의하라. 양호한 실시예에서 G0A는 측정된 G0n 데이터 세트의 중간 평균값으로서 규정될 수 있다. 다음에, G1comp는 마치 온도가 테스트 기간에 걸쳐 얻어진 평균값에서 상수로 유지된 것과 같은 데이터를 나타낸다.
박테리아는, 박테리오파지에 의해 공격을 받았을 때, 매체의 배경 전도율에 대해서조차 이러한 측정 기술에 의해 검출될 수 있는 이온들의 양을 용인한다. 박테리오파지들은 그들이 하나 및 단 하나의 박테리아 종 또는 변종(sub-species)을 공격하도록 배양될 수 있다. 추가로, 박테리오파지는, 박테리아가 초기 공격 중에 이온들을 방출하도록 선택될 수 있다. 하나 및 단 하나의 박테리아를 공격하는 박테리오파지를 사용할 때, 박테리아의 식별(ID)은 이온 급증(ionic surge) 및 살아있는 박테리아의 최종 감소를 관찰함으로써 가능하며, 살아있는 박테리아의 최종 감소는 배양된 박테리오파지 및 목표 박테리아의 도입이 박테리아의 신속한 식별을 가능하게 한 후 주기 동안(즉, 처음의 5 내지 15분) 발생한다.
결국, 항균제-특히 항생제 및 박테리오파지-는 신진대사를 느리게 또는 중지시키며, 미생물을 근절할 수 있는 주어진 항균제의 능력에 특정한 하나 이상의 검출 메카니즘을 생성한다. 항균제 공격 후 일정 주기 동안(즉, 처음 1시간) 미생물을 모니터링하는 것은 항균제의 최종 결과의 양호한 지시를 부여한다.
박테리아를 식별하는 알고리즘은, 박테리아가 박테리오파지를 포함하는 항균제의 존재하에 있는 동안 전기적 성질 및 열적 성질을 모니터링하는 것과, 일부 실시예에서 동시에 항생제에 대한 박테리아의 반응을 개별 테스트 셀들에서 시험하는 것을 포함한다. 샘플 셀들에 대한 조합된 분석은 정확도를 증가시킨다. 더구나, 여분의 식별 테스트 셀들을 추가하는 것은 식별의 정확도를 증가시킨다.
항생제에 대한 박테리아 민감도를 식별하는 알고리즘은 또한 박테리아 식별 테스트로부터 나온 결과들을 고려하여 전기적 및 열적 성질들을 모니터링하는 것과, 통계적으로 항균제 민감도 테스트 결과들의 정확도를 향상시키기 위해 여분(redundancy)을 사용하는 것을 포함한다.
이러한 실시예에서, 항균제(항생제 또는 박테리오파지를 포함)는 습기가 없는 환경에서 항균제의 미리 측정된 농도들 저장하도록 설계되며 추가로 항균제와 영양액이 서로 접촉하였을 때 항균제를 영양액 내로 용리(eluent)하도록 설계된 섬유질 기판 내에 함침된다.
실험 셋업이 실행되었다. 실험 셋업의 성능은 표준 도금 기술을 사용하여 박테리아를 계수하는 작업 공정을 이용하여 시험되었다. 박테리아는 테스트가 시작되기 전에 (실험 또는 근원 박테리아에서 사용된 박테리아의 3개의 브라켓팅 회석물(bracketing dilutions)의 배양 평판들을 제조함으로써) 계수되었다. 근원 항균제는 야간 배양 기술을 사용하여 근원 박테리아에 대해 시험되었다. 실험 후 각각의 셀은, 부용이 실험 중에 오염되었다/오염되지 않았다; 항균제는 박테리아에 대해 작용하였다/작용하지 않았다; 및 대조 박테리아의 정확한 성장(박테리아-단독 셀의 내용물로부터 제조된 2개의 브라켓팅 회석물로부터 배양 평판을 제조함으로써)을 보여주기 위해 도금되었다. 일반적으로, 각각의 실험은 4개의 셀: 부용 단독, 미생물 단독, 진실 포지티브(true positive)를 발생하기 위한 항균제, 진실 네거티브(true negative)를 발생하기 위한 항균제를 사용하였다.
도 8은 다른 실례의 샘플 셀(112) 및 다른 실례의 전극 형태에 대한 단면 상단 도면이다. 샘플 셀(112)은, 조사 영역(248)을 포함하는, 내부에 형성된 샘플 챔버(244)를 갖는 본체(240)를 포함한다. 전극들(118A-118D)은 샘플 챔버(244) 뿐만 아니라 항균제 디스펜서(282) 내에 배열된다. 전기 전도체들(280A-280D)은 전극들(118A-118D)에 전기 접속을 제공하여, 전극들(118A-118D)을 판독기(102)의 아날로그 전자기기(144)에 연결시킨다.
전극들(118)은 전극(118A)을 포함하며, 상기 전극(118A)은 저전류(LCUR) 단자로서 작동하며 전기 전도체들(280A)를 통해 AC 전류원(146)에 연결된다. 전극(118B)은 고전류(HCUR) 단자로서 작동하며, 전기 전도체들(280B)를 통해 AC 전류원(146)에 연결된다. 전극(118C)은 고전위(HPOT) 단자로서 작동하며, 전기 전도체들(280C)를 통해 AC 전압계(148)에 연결된다. 전극(118D)은 저전위(LPOT) 단자로서 작동하며, 전기 전도체들(280D)를 통해 AC 전압계(148)에 연결된다.
샘플 챔버(244)는 샘플의 조사가 발생하는 조사 영역(248)을 포함한다. 이러한 실례에서, 조사 영역(248)은 길이방향 측벽들(302, 304) 및 반원형 단부들(306, 308)을 포함하는 세장형 형상을 가진다. 일부 실시예에서, 세장형 조사 영역(248)은, 항균제 디스펜서(282)를 위해 조사 영역(248) 내에 추가의 공간을 제공하는, 측벽들(302, 304)에 헝셩된 리세스들(310, 312)를 포함한다.
구동된 또는 강제된 전극들(118A, 118B)은 세장형 조사 영역 내에 배열되고, 이는 AC 전류원(146)에 의해 에너지를 받았을 때 AC 전류를 발생하며, AC 전류는 세장형 조사 영역을 통해 고전류 전극(118B)으로부터 저전류 전극(118A)으로 흐른다.
샘플 챔버(244)는 또한 감지 영역들(314, 316)을 포함한다. 감지 영역들(314, 316)은 모두 세장형 조사 영역(248)의 공통 측벽(304)으로부터 연장한다. 감지 영역들(314)은 좁은 암부를 포함하며, 상기 좁은 암부는 측벽(304)에 대해 수직으로 연장하며 좁은 암부의 단부들에 있는 큰 원형 영역에서 끝난다. 감지된 전극들(118C, 118D)은 각자 감지 영역들(314, 316)의 큰 원형 영역에 배열된다. 일부 실시예에서, 샘플 챔버(244)는 리세스들(310, 312) 사이에서 연장하는 중심축에 대해 대칭이다.
도 9는 다른 실례의 샘플 셀(112) 및 다른 실례의 전극 형태의 상단 단면도이다. 샘플 셀(112)은, 조사 영역(248)을 포함하여, 본체(240) 및 샘플 챔버(244)를 포함한다.
조사 영역(248)은 길이방향 측벽들(322, 324) 및 평평한 단부 벽들(326,328)을 갖는 스트레이트(straight) 세장형 영역을 포함한다. 리세스들(330, 332)은 일부 실시예에서, 항균제 디스펜서(282)의 위치에 인접하여, 측벽들(322, 324)에 형성된다.
강제된 영역들(334, 336)은 공통 방향에서 측벽(322)의 반대편 단부들로부터 연장한다. 강제된 영역들(334, 336)은 측벽(322)으로부터 연장하는 좁은 암부들을 포함한다. 강제된 영역들(334, 336)의 좁은 암부들 각각의 부분은 각자 평평한 단부 벽들(326, 328)과 함께 공통 벽을 공유한다. 강제된 영역들(334, 336)은 더 큰 원형 단부 영역들에서 끝난다.
강제된 전극들(118b, 118A)은 강제된 영역들(334, 336)의 더 큰 원형 단부 영역들에 배열된다. 고전류 전극(118B)은 예를 들어, 강제된 영역(334)에 배열되고, 저전류 전극(118A)은 강제된 영역(336)에 배열된다. 고전류 전극(118B) 및 전전류 전극(118A)은 각자 전기 전도체들(280B, 280A)을 통해 AC 전류원(146)에 연결된다.
감지된 영역들(338, 340)은 유사하게 강제된 영역들(334, 336)의 방향에 평행하지만 반대 방향인 공통 방향으로 측벽(324)의 반대편 단부들로부터 연장한다. 감지된 영역들(338, 340)은 측벽(324)으로부터 연장되는 좁은 암부들을 포함한다. 감지된 영역들(338, 340)의 좁은 부분들 각각의 부분은 각자 평평한 단부 벽들(326, 328)과 공통 벽을 공유한다. 이 감지된 영역들(338, 340)은 더 큰 원형 단부 영역들에서 끝난다.
감지된 전극들(118C, 118D)은 감지된 영역들(338, 340)의 더 큰 원형 단부 영역들에 배열된다. 고전위 전극(118C)은 감지된 영역(338)에 배열되고, 저전위 전극(118D)은 예로서 감지된 영역(340)에 배열된다. 고전위 전극(118C) 및 저전위 전극(118D)은 각자 전기 전도체들(280C, 280D)를 통해 AC 전압계(148)에 연결된다.
이러한 실례에서, 조사 영역(248)은 단부 벽들(326, 328)을 통해 연장하며 그리고 리세스들(330, 332)을 통해 연장하는 중심축들에 대해 대칭이다. 따라서, 전극들의 기능들은 샘플 셀(112)의 작동을 변경함이 없이 대응하여 교체될 수 있다.
도 10은 다른 실례의 샘플 셀(112) 및 다른 실례의 전극 형태의 상단 단면도이다. 샘플 셀(112)은, 조사 영역(248)을 갖는 샘플 챔버(244)를 포함한다.
이러한 실례에서, 조사 영역(248)은 단일 측벽(342)을 갖는 원통형 형상을 가진다. 전극들(118A-118D) 모두는 원통형 조사 영역(248) 내에서 샘플 셀(112)의 바닥에 배열된다. 항균제 디스펜서(282)는 또한 샘플 셀(112) 내에 배열된다.
도 11 및 도 12는 다른 실례의 샘플 셀(112) 및 다른 실례의 전극 형태를 도시한다. 도 11은 단면 상단 도면이고, 도 12는 단면 측면도이다. 이러한 실례의 샘플 셀(112)은, 조사 영역(248)을 갖는 샘플 챔버(244)(도 12)를 포함한다.
이러한 실례에서, 조사 영역(248)은 단일 측벽(342)을 갖는 원통형 형상을 가진다. 전극들(118A-118D) 모두는 원통형 조사 영역(248) 내에서 샘플 셀(112)의 바닥에 배열된다. 원통형 형상을 갖는 침니(246)는 입력 개구(242)로부터 조사 영역(248)으로 연장한다. 항균제 디스펜서(282)는 항균제 디스펜서 지지부(284)의 상단에서 수평 자세로 배열되며, 상기 항균제 디스펜서 지지부(284)는 침니(246)를 가로질러 연장하며 십자 또는 X-형상을 가진다.
도 13은 진단 장치(100)의 작동의 실례를 도시하는 상태도(350)이며, 또한 진단 장치(100)를 작동하는 방법을 예시한다. 이러한 실례에서, 진단 장치(100)는 상태들 352, 354, 356에서 작동한다.
진단 장치(100)는 상기 진단 장치(100)가 켜질 때 상태 352에서 시작한다. 켜지기 전에, 진단 장치(100)는 샘플의 적절한 양을 진단 유닛(104)의 샘플 입력 포트(114)(도 3) 내로 추가하는 것에 의하여 샘플을 조사하기 위한 준비를 갖추게 된다. 일단 켜지면, 진단 장치(100)는 상태 354 또는 356 중 하나로 전이한다.
진단 장치가 상태 352에서 작동할 때, 진단 장치는 샘플에서 측정을 실시하기 위해 4개의 전극들(118A-118D) 모두를 이용한다. 일부 실시예에서, 강제된 전극들(예로서, 118B, 118A)의 제1 세트는 샘플을 통해 전류 흐름을 발생하기 위해 AC 전류원(146)에 의해 에너지를 받는다. 감지된 전극들(예로서, 118C, 118D)의 제2 세트는 다음에 샘플의 하나 이상의 특성을 검출하기 위해 AC 전압계(148)에 의해 사용된다.
예를 들어, 일부 실시예에서 진단 장치(100)는 샘플의 컨덕턴스를 측정하도록 작동한다. 다음에 컨덕턴스 측정치는 샘플에 존재하는 박테리아의 양을 계수하는데 사용된다. 일부 실시예에서 박테리아의 양은 콜로니 형성 유닛(CFU)의 양으로서 결정된다.
다른 실례로서, 일부 실시예에서 진단 장치(100)는 샘플에 존재하는 박테리아의 유형을 식별하도록 작동한다. 박테리아의 유형을 식별하기 위해, 진단 장치(100)는 복수의 샘플 셀을 가로질러 시간에 걸쳐 샘플의 컨덕턴스를 모니터한다. 적어도 샘플 셀들 몇개는 다른 항균제를 포함하는 항균제 디스펜서를 포함한다. 예를 들어, 박테리아의 식별은 이온 급증(및 대응하는 컨덕턴스의 증가) 및, 샘플 셀(112) 내에 존재하는 박테리아를 공격하는데 효과적인 항균제의 도입 후에 주기 동안(즉, 처음 5 내지 15분) 발생하는 살아있는 박테리아의 결과적 감소(및 대응하는 컨덕턴스의 감소)를 관찰함으로써 가능하게 된다. 따라서 진단 장치(100)는 유효 항균제를 갖는 샘플 셀들에서 발생하는 컨덕턴스의 변화를 모니터할 수 있으며, 그리고 유사하게 유효 항균제를 갖지 않는 다른 샘플 셀들에서 컨덕턴스의 변화가 거의 발생하지 않는 것을 결정할 수 있다. 추가로, 컨덕턴스는 어떠한 샘플이 없이 대조 유체를 담고있는 대조 셀, 및/또는 대조 유체 및 샘플을 담고있지만 항균제를 갖지 않는 대조 셀과 같은, 하나 이상의 다른 대조 셀들과 비교될 수 있다.
진단 장치가 제2 모드(356)에서 작동할 때, 하나 이상의 샘플 셀(112)에서 2개의 이상의 전극들이 샘플의 하나 이상의 특성을 측정한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 진단 장치(100)는 샘플의 어드미턴스를 측정하도록 작동한다. 어드미턴스는, 예를 들어, 강제된 전류가 강제된 전극들 사이의 전압에 의해 나누어졌을 때, 계산될 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 모드(356)는 샘플 셀 내에서 단지 2개의 전극(118)을 이용한다. 대안으로서, 전극들은 어드미턴스 측정을 위해 4개의 전극을 이용하도록 쌍들로 작동될 수 있다.
일부 실시예에서, 전극들은 판독기(102)(도 2에 도시된)의 전자 구성부품들을 사용하여 제어된다.
제2 상태(356)는 화학적 공정 및 생물학적 활동을 모니터하기 위해 샘플의 임피던스 측정(impedimetric measurements)을 실시하는데 사용될 수 있다. 특히 일부 실시예에서, 판독기(102)는 영양액(배양액)에서 박테리아의 정량화를 검출 및 실시간 모니터링하기 위한 임피던스계 전자기기를 포함하는 전자 구성부품을 포함한다. 임피던스 전자기기는, 배양 매체 내의 미생물에 의하여 복합체의 대사화(metabolization)에 의해 생성된 이온 농도의 변화로부터 초래되는, 미생물 배양 내의 어드미턴스 변화에 의존한다. 임피던스 측정은 미생물 콜로니 카운트를 위한 도금 기술과 같이, 다른 기술에 비하여 편리함 및 신속한 결과의 이점을 제공한다.
어드미턴스 측정은 AC 신호로 실시될 수 있다. 일반적으로, 샘플 셀(112)의 어드미턴스는 복잡하다. 어드미턴스의 감수성 성분은, 각각의 전극-샘플 인터페이스에서 형성하는, 전극 성극화로서도 알려진, 전하 이중층으로부터 발생되는 캐피시턴스로 인하여 명백하다. 샘플 셀(112)의 특별한 기하형상 내에 담긴 전해액의 벌크 전도율은 어드미턴스의 전도성 성분을 결정한다. 전해액에서 이온의 농도 및/또는 유형의 변화는 감수성 성분 및 전도성 성분 양쪽의 변화를 생성한다. 어드미턴스/임피던스 모델링을 위해, 셀은 직렬로 연결된 캐패시터 및 레지스터로서 표시될 수 있다. 분배 효과를 포함하도록 정위상 요소(constant phase element)를 인가하는 것과 같이 더 정교한 모델은 상세한 분석을 위해 유익하다.
셀 어드미턴스를 주파수의 함수로서 모델링하는 데 있어서 정위상 요소의 유효성은 셀 내에서 완화 시간 또는 이온화 에너지의 분배를 나타낼 수 있으며, 결과적으로 주파수의 파워(power)로서 반비례로 변화하는 무작위 전기 잡음을 초래한다. 정위상 요소는 또한 셀-대-셀 반복성을 물리칠(confound) 수 있는 전극 표면 조도로 인한 가변성에 통찰력을 제공한다. 셀 커패시턴스를 구체화하며 이온 농도와 이온 유형 및 온도에 따라 변하는 전하 이중층은 또한, 침전물, 생물막(biofilm), 또는 전극들에서의 기포와 같이 문제를 일으키는 영향에 반응할 수 있다.
더구나, 전극 표면에서의 반데르발스 힘(Van der Waals forces)은 전해잭 내에서 이온 농도의 변화에 대한 용량성 반응을 감소시키는 필름 성장을 지지한다. 이것은 측정 순서 동안 시간의 함수로서 어드미턴스의 추가 변화 및 감응도의 감소를 초래한다. 무작위 변수들, 즉 잡음 및 필름 성장은 전해액의 단위 체적당 미생물 콜로니 형성 유닛(CFU)의 측정에 유용한 신호대잡음비를 제한한다.
주도적으로 저주파에서 캐패시턴스를 측정함으로서 부과되는 많은 제한사항을 회피하기 위해, 용량성 서셉턴스가 전체 어드미턴스에 덜 기여하도록 더 높은 주파수에서 측정이 실시될 수 있다. 다음에 벌크 전해질의 컨덕턴스는 측정된 셀 어드미턴스를 지배한다. 그러나, 셀 어드미턴스의 분배된 성질은 단순히 주파수를 변화시킴으로써 이러한 매개변수의 충분한 격리를 허용하게 될 레지스터-캐패시터(직렬 RC) 모델을 적용하는 것을 물리친다. 실제로, 이러한 측정된 컨덕턴스는 캐패시턴스와 관련되어 변하는 것으로 알려져 있다. 또한, 이온 농도의 주어진 분율 변화에 대해서, 결과적인 캐패시턴스의 분율 변화가 통상적으로 컨덕턴스의 분율 변화보다 1보다 큰 자릿수(more than one order of magnitude)보다 많은 것으로 관찰되고 있다. 따라서 "컨덕턴스" 매개변수는 "캐패시턴스(capacitance)" 매개변수에 비하여 잡음이 더 작게 나타나지만, 또한 이온 농도의 변화에 대해 응답이 늦게 나타난다.
따라서, 제2 상태(356)가 어드미턴스를 측정하며 미생물 민감도를 평가하는데 사용될 수 있는 반면, 제1 상태(354)는 확장된 정확도 및 제2 상태(356)를 통해 이용할 수 있는 것 이상으로 동적 범위를 얻는데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 상태(354) 중에 사용된 4-단자(four-terminal) 기술의 응용은 테스트 샘플을 통해 전류를 공급하는 2개의 단자, 및 내부의 연속 전압 강하를 감지하는 2개의 단자를 포함한다. 상태(354) 중에 작동하는 4-단자 셀의 실시예는 단순히 단자들 및 상호접속부들의 직렬 임피던스를 배제하는 것 대신에 전극 성극화의 효과를 배제함으로써 제2 상태(356)를 작동할 때보다 강제된/구동된 전극들에서의 효과에 덜 민감하다. 추가로, 제1 상태는 또한 기하형성에 의존하는 샘플 셀 계수에 의해 스케일링되는 전해액 전도율의 직접 측정을 제공할 수 있다.
진단 장치(100)는 예를 들어, 샘플에 존재하는 미생물의 항생제 민감도를 결정하기 위해 어드미턴스 측정을 사용할 수 있다. 예를 들어, 진단 장치(100)는 미생물이 샘플 셀에 존재하는 항균제에 대해 낮은 민감도, 중간 민감도 또는 높은 민감도를 갖는지 결정할 수 있다.
일부 실시예는 도 11에 도시되지 않은 하나 이상의 추가 상태를 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예는 유체 처리 상태를 포함하며, 상기 유체 처리 상태 동안 유체공학 시스템(190)은 수용된 샘플을 처리하여 샘플 셀(112)들 내로 분배하도록 작동된다.
도 14 및 도 15는 항균제 디스펜서(282)의 실례를 도시한다.
도 14는 실례의 항의 사시도이다. 이 실례에서, 항균제 디스펜서(282)는 캐리어 재료(370) 및 항균제(372)를 포함한다.
캐리어 재료(370)는 종이, 직물 등과 같은 종류의 재료의 피스이다. 일부 실시예에서, 캐리어 재료(370)는 샘플 셀(112)의 내부(예로서, 샘플 셀(112) 자체의 내부, 또는 도 4에 도시된 바와 같은 베이스 기판(222))에 부착하도록 구성된 체결구를 포함한다.
일부 실시예에서, 캐리어 재료(370)는 그 길이 및 폭보다 작은(예로서, < 10%, 또는 < 1%) 두께를 갖는 재료의 박막시트이다. 이것은 샘플과 상호작용하기 위해 증가된 표면적을 제공한다.
항균제(372)는 캐리어 재료(370)에 의해 운반된다. 일부 실시예에서, 항균제(372)는 캐리어 재료(370)의 외측에 적용된다. 일부 실시예에서, 항균제(372)는 또한 캐리어 재료(370) 내에 수용된다. 항균제 디스펜서(항균제(372) 및 캐리어 재료(370)를 포함)는 사용되기 전에 건조된다.
이러한 항균제 디스펜서(282)는 직사각형, 원형, 원통형, 정사각형, 삼각형 또는 기타 형상을 위시하여, 다른 실시예에서 여러 가지 가능한 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 항균제 디스펜서(282)의 캐리어 재료(370)의 앞면(face) 표면들은 습기에 약간 강화되고, 에지들은 습기가 용이하게 스며들어서 미리 측정된 항균제(372)를 주변 액체로 용리하도록 하는 섬유질 재료에 액세스(access)를 부여한다. 항균제 디스펜서(282)의 하나의 실시예는 특정한 박테리오파지를 사용하거나 또는 항균제로서 박테리오파지 칵테일(bacteriophage cocktail)을 특별하게 설계한다.
항균제 디스펜서의 하나의 실례는 미국 뉴저지주 프랭클린 레이크스의 Becton, Dickinson and Company로부터 구할 수 있으며 항생제 약물을 포함하는, SENSI-DISC™ 민감도 테스트 디스크이다.
다른 가능한 실시예에서, 항균제 디스펜서(282)는 박테리오파지 또는 박테리오파지 칵테일을 포함한다. 박테리오파지는 박테리아 내에서 감염시키며 복제하는 바이러스이다. 예를 들어, 요로 감염의 검출을 위해서, 대장균, 스타피로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureaus), 클렙시엘라(Klebsiella), 프로테우스(Proteus), 슈도모나스(Pseudomonas), 및 엔테로박터(Enterobacter)를 포함할 수 있는 그러한 박테리아 세트에 특정한 박테리오파지가 선택된다. 사용될 수 있는 박테리오파지의 실례는, 파지 T1, T4 57, VD13, 92, PB-1, 또는 특수하게 배양된 관심 박테리오파지를 포함하며, 단독으로 또는 조합하여 사용된다. 박테리오파지의 농도는 밀리리터당 플라크 형성단위(PFU)에 의해 식별될 수 있다.
일부 실시예에서, 박테리오파지는 다음의 특색(features)들을 하나 이상 또는 모두 갖는데: 하나의 종 및 유일한 한 종을 공격하도록 배양되고 격리되며; 칼륨 이온이 신속하게 방출되도록 박테리아 세포벽의 구멍을 통해 DNA를 삽입하며; 동결건조되었을 때 장시간의 유통기한을 가지며(즉, 2년 초과의 건조된 유통기한); 재수화되었을 때 신속하게 회복하며; 변종(sub-species)을 목표로 한다면, 그 종을 목표로 하는 칵테일에서 공존하며; 초기 박테리아 농도에 무관하게 그리고 박테리아가 급속생장기에 있는지 여부에 관계없이 박테리아를 공격할 것이며; 신속한 수명 사이클(용해에 30분보다 작게 또는 더 짧게)을 가지며; 및 유효 공격을 막는 어떤 저항성 박테리아를 최소화하기 위해 포괄적인 파지 혼합물이다- 샘플에서 사실상 모든 박테리아를 제거하기 위해 단일 종의 다중 변종을 목표로 하는 다른 파지를 충분히 가진다. 이러한 특색들은 예를 들어 카우도비랄레스(Caudovirales) 파지에서 찾을 수 있다.
도 15는 샘플 셀(112)의 샘플 챔버(244)의 내측에 배열된, 도 14에 도시된 실례의 항균제 디스펜서(282)의 사시도이다. 샘플 챔버(244)는 샘플(380)을 포함한다. 도 15는 또한 항균제(372)를 샘플(380)로 분배하는 것을 도시한다.
이러한 실례에서, 항균제 디스펜서(282)는 샘플 셀(112)의 샘플 챔버(244) 내에 배열된다. 일부 실시예에서, 항균제 디스펜서(282)는 도시된 바와 같이 수직 배향으로 샘플 챔버(244)의 내측에 체결된다. 수직 배향은 샘플 챔버(244) 내에 노출되는 캐리어 재료(370)의 표면적을 증가시킨다. 다른 가능한 실시예에서, 항균제 디스펜서(282)는 수평으로 고정된다. 임의의 실시예에서, 항균제 디스펜서(282)는 샘플 셀의 침니(246)(도 5, 도 11, 도 12) 내에 배치된다.
샘플(380)이 샘플 챔버(244) 또는 침니(246) 내에 제공될 때, 샘플은 항균제 디스펜서(282)를 젖게 한다. 젖었을 때, 항균제(372)가 캐리어 재료로부터 방출되어 샘플(380) 내로 전달된다. 큰 표면적 및 비교적 작은 내부 체적으로 인하여, 대부분의 항균제(372)가 신속하게 샘플(380) 내로 전달된다.
일부 실시예에서, 복수의 샘플 셀(112)은 다른 항균제를 담는 다른 항균제 디스펜서(282)를 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 적어도 10개의 샘플 셀(112) 각각은 다른 항균제를 분배하기 위한 항균제 디스펜서(282)를 내장한다. 하나의 예로서, 항균제는 박테리아의 특정 종을 용해하는 적어도 10개의 다른 박테리오파지이다. 진단 장치(100)는 그때, 샘플 셀에 존재하는 미생물이 항균제에 의해 영향을 받는지 여부를 결정하도록 10개의 샘플 셀을 모니터하기 위해 작동하며, 만일 영향을 받는다면 예를 들어 미생물의 정체(identity)가 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 적어도 하나 이상의 샘플 셀(112)은 항생제를 분배하는 항균제 디스펜서(282)를 포함한다. 통상적으로 적어도 2개의 샘플 셀(112)은 대조 집단(controls)으로서 작용하며, 이 경우 샘플 셀(112)들은 항균제 디스펜서(282)를 포함하지 않을 수 있으며, 또는 대안으로 항균제(372)가 없는 항균제 디스펜서(282) 캐리어 재료(370)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 대조 샘플 셀은 전해액을 담고 있으며 샘플(380)(및 내부에 포함된 미생물) 또는 항균제(372)를 담고 있지 않다. 제2 대조 샘플 셀은 전해액 및 샘플(및 내부에 포함된 미생물)을 담고 있지만, 항균제(372)를 포함하지 않는다. 추가의 대조 샘플 셀들은 일부 실시예에서, 전해질과, 박테리오파지 또는 전해질을 포함하는 항균제 디스펜서를 포함하며, 그리고 박테리오파지 이외에 항균제를 포함하는 항균제 디스펜서를 담고있는 것과 같은 것으로 존재한다. 다른 항균제 민감도 테스트, 항균제 식별 테스트 또는 미생물 계산을 실시하기 위해 다른 개수의 샘플 셀을 갖는 많은 다른 실시예가 가능하다.
도 16은 본 개시물의 양태를 구현하는데 사용될 수 있는 컴퓨팅 장치(410)의 예시적 아키텍처를 도시하는 개략 블록 선도이다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치(410)는 판독기(102)(도 2)의 통신 장치(170)를 통해 진단 장치(100)에 연결될 수 있다. 다른 가능한 실시예에서, 컴퓨팅 장치(410)는 판독기의 부분이다(CPU(162), 컴퓨터 판독가능 매체(164), 디스플레이 프로세서(166), 디스플레이 장치(168), 통신 장치(170) 및 전원(142)을 제공하는 것과 같이). 예를 들어, 컴퓨팅 장치는 별개의 컴퓨팅 장치(410)로서 이하에 설명될 것이다.
컴퓨팅 장치(410)는 일부 실시예에서, 중앙처리장치(CPU)와 같은 적어도 하나의 처리장치(420)를 포함한다. 다양한 저리장치가 다양한 제조업자, 예로서 Intel 또는 Advanced Micro Devices로부터 이용될 수 있다. 이러한 실례에서, 컴퓨팅 장치(410)는 또한 시스템 메모리(422), 및 시스템 메모리(422)를 포함하는 다양한 시스템 구성부품을 처리장치(420)에 연결하는 시스템 버스(424)를 포함한다. 시스템 버스(424)는 메모리 버스, 또는 메모리 제어기; 주변 버스; 및 다양한 버스 아키텍처들 중 어느 것을 사용하는 로컬 버스를 포함하는 버스 구조물들의 몇 개의 유형들 중 하나이다.
컴퓨팅 장치(410)에 적합한 컴퓨팅 장치들의 실례는 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 모바일 컴퓨팅 장치(스마트폰, iPod® 또는 iPad® 모바일 디지털 기기, 또는 기타 모바일 장치들), 또는 디지털 명령을 처리하도록 구성된 다른 장치를 포함한다.
시스템 메모리(422)는 판독전용메모리(ROM)(426) 및 램덤 액세스 메모리(RAM)(428)을 포함한다. 시동 동안과 같이 컴퓨팅 장치(410) 내에서 정보를 전달하도록 작용하는 기본 루틴을 포함하는 기본 입력/출력 시스템(430)은 통상적으로 ROM(426)에 저장된다.
컴퓨팅 장치(410)는 또한 일부 실시예에서 디지털 데이터를 저장하기 위해, 하드 디스크 드라이브와 같은 보조 기억장치(432)를 포함한다. 보조 기억장치(432)는 보조 기억 인터페이스(434)에 의하여 시스템 버스(424)에 연결된다. 보조 기억장치(432)들 및 그들의 관련 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 판독가능 지령들(애플린케이션 프로그램 및 프로그램 모듈)의 비휘발성 기억장치, 데이터 구조물 및 컴퓨팅 장치(410)를 위한 다른 데이터를 제공한다.
여기에 설명된 예시적 환경이 보조 기억장치로서 하드 디스크 드라이브를 채용하고 있지만, 컴퓨터 판독가능 저장매체의 다른 유형이 다른 실시예에서 사용된다. 컴퓨터 판독가능 저장매체의 이러한 다른 유형의 실례는 자기 카세트, 플래시 메모리 카드, 디지털 비디오 디스크, 베르누이 카트리지(Bernoulli cartridge), RAM, 또는 ROM을 포함한다. 일부 실시예는 넌-트랜지터리(non-transitory) 매체를 포함한다. 부가로, 그러한 컴퓨터 판독가능 저장매체는 지역 저장장치 또는 클라우드계 저장장치를 포함한다.
다수의 프로그램 모듈이, 오퍼레이팅 시스템(436), 하나 이상의 애플리케이션 프로그램(438), 다른 프로그램 모듈(440)(여기에 설명된 소프트웨어 엔진과 같은), 및 프로그램 데이터(442)를 포함하는, 보조 기억장치(432) 또는 메모리(422)에 저장될 수 있다. 컴퓨팅 장치(410)는 Micorsoft Windows™, Google Chrome™, Apple O, Google Droid™, Google Ice Cream™, 및 컴퓨팅 장치에 적절한 어떤 다른 오터레이팅 시스템과 같은 어떠한 적절한 오퍼레이팅 시스템을 이용할 수 있다.
일부 실시예에서, 사용자는 하나 이상의 입력장치(444)를 통하여 컴퓨팅 장치(410)에 입력을 공급한다. 입력장치(444)의 실례는 키보드(446), 마우스(448), 마이크(450), 및 터치 센서(452)(터치패드 또는 터치 감응 디스플레이와 같은)를 포함한다. 다른 실시예는 다른 입력장치(444)를 포함한다. 입력장치는 종종 시스템 버스(424)에 연결되어 있는 입력/출력 인터페이스(454)를 통해 처리장치(420)에 접속된다. 이러한 입력장치(444)는 병렬 포트, 직렬 포트, 게임 포트, 또는 범용 시리어 버스와 같은, 입력/출력 인터페이스들 중 몇 개에 의하여 접속될 수 있다. 입력장치와 인터페이스(454) 사이의 무선 통신이 또한 가능하며, 적외선, BLUETOOTH 무선 기술, 802.11a/b/g/n, 셀룰러, 또는 일부 가능한 실시예에서 다른 무선주파수 통신 시스템을 포함한다.
이러한 실례의 실시예에서, 모니터, 액정 디스플레이, 프로젝터, 또는 터치 감응 디스플레이 장치와 같은, 디스플레이 장치(456)가 또한 비디오 어댑터(458)와 같은 인터페이스를 통해 시스템 버스(424)에 접속된다. 디스플레이 장치(456)에 추가하여, 컴퓨팅 장치(410)는 스피커 또는 프린터와 같은, 다양한 다른 주변 장치들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
근거리 통신망 환경, 광역 통신망 환경(인터넷과 같은) 또는 개인 영역 네트워크에서 사용될 때, 컴퓨팅 장치(410)는 통상적으로 위에서 지적된 어떤 하나 이상의 무선 통신 장치를 사용하듯이, Ethernet 인터페이스 또는 무선방식과 같이 네크워크 인터페이스(460)를 통해 네트워크(462)에 접속된다. 네크워크 인터페이스(460)는 일부 실시예에서 많은 다른 종류의 네트워크와 인터페이스할 수 있다. 다른 가능한 실시예는 다른 통신장치를 사용한다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치(410)의 일부 실시예는 네크워크(462)(예로서 인터넷 또는 셀룰러 네트워크)를 가로질러 통신하기 위한 모뎀을 포함한다.
예를 들어, 일부 실시예에서 애플리케이션 프로그램(438)은 데이터 저장매체(208)(도 3)에 저장하기 위한 환자 정보를 전달하기 위해, 그리고 유사하게 진단 장치(100)로부터 진단 결과를 수신하여 그러한 결과를 네트워크를 가로질러 다른 컴퓨팅 장치에 전달하기 위해 작동한다.
일부 실시예에서, 컴퓨팅 장치(410)는 클라우드 데이터 기억 시스템에 저장하기 위해 진단 장치(100)로부터 네트워크로 진단 결과를 전달한다. 유사하게, 컴퓨팅 장치(410)는 일부 실시예에서 클라우드 데이터 기억장치에 디지털 데이터를 전달하도록 작용하며, 필요한 분석 프로세싱이 컴퓨팅 장치(410) 또는 진단 장치(100)에 대해 너무 광범위할 때와 같이 추가의 분석 프로세싱을 위해 작동한다.
컴퓨팅 장치(410)는 통상적으로 컴퓨터 판독가능 매체의 적어도 일부 형태를 포함한다. 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨팅 장치(410)가 접근할 수 있는 어떤 이용가능한 매체를 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 판독가능 저장매체 및 컴퓨터 판독가능 통신 매체를 포함한다.
컴퓨터 판독가능 저장매체는, 컴퓨터 판독가능 명령, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보를 저장하도록 구성된 어떠한 디바이스에서 실행되는, 휘발성 및 비휘발성 매체, 제거식 및 비제거식 매체를 포함한다. 컴퓨터 판독가능 저장매체는 RAM, ROM, 전기식 소거가능 프로그램가능 ROM, 플래시 메모리 또는 기타 메모리 기술, 컴팩트 디스크 ROM, 디지털 다기능 디스크(DVD) 또는 다른 광기억장치, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 기억장치 또는 자기 기억장치, 또는 필요한 정보를 저장하는데 사용될 수 있으며 또한 컴퓨팅 장치(410)가 접근할 수 있는 어떠한 다른 매체를 포함하며, 이것으로 제한하지 않는다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 통신 매체를 포함하지 않는다.
컴퓨터 판독가능 통신 매체는 통상적으로 컴퓨터 판독가능 명령, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 반송파 또는 다른 운송 메카니즘과 같은 조절된 데이터 신호에서 기타 데이터를 포함하며, 어떠한 정보 전달 매체를 포함한다. 용어 "조절된 데이터 신호(modulated data signal)"는 이 신호에서 정보를 암호화하는 방법으로 설정 또는 변화된 하나 이상의 특성을 갖는 신호를 지칭한다. 예를 들어, 컴퓨터 판독가능 통신 매체는 유선 네트워크 또는 직접-유선 네트워크 접속과 같은 유선 매체, 및 음향, 무선주파수, 적외선와 같은 무선 매체, 및 기타 무선 매체를 포함한다. 상술한 어떤 것의 조합도 역시 컴퓨터 판독가능 매체의 범위에 포함된다.
도 16에 도시된 컴퓨팅 장치는 또한 하나 이상의 그러한 컴퓨팅 장치들을 포함할 수 있는 프로그램가능 전자기기의 실례이며, 다중 컴퓨팅 디바이스가 포함되었을 때, 그러한 컴퓨팅 디바이스는 다양한 기능, 방법, 또는 여기에 설명된 작동을 집합적으로 실행하기 위해 적절한 데이터 통신 네트워크와 함께 연결될 수 있다.
도 17은 진단 장치(100)를 포함하는 다른 실례의 아키텍처를 도시한다. 이 실례에서, 진단 장치(100)는 유체공학 시스템(190), 센서 시스템(192), 판독기 컴퓨팅 유닛(102A), 판독기 아날로그 유닛(102B), 인터페이스 애플리케이션(438)을 포함하는 컴퓨팅 장치(410), 데이터 통신 네트워크, 및 클라우드 서버 컴퓨팅 장치(510)를 포함한다.
이러한 실례에서, 유체공학 시스템(190)은 의료계 종사자로부터 샘플을 받는다. 판독기 컴퓨팅 유닛(102A)은 작동 모드 또는 기타 입력을 선택하는 것과 같이 의료계 종사자로부터 입력을 수신한다.
유체공학 시스템(190) 및 센서 시스템(192)은 판독기 컴퓨팅 유닛(102A)의 제어하에 작동하며, 샘플은 센서 시스템(192) 및 판독기 아날로그 유닛(102B)에 의해 평가된다.
데이터 통신은 판독기 컴퓨팅 유닛(102A)과 컴퓨팅 장치(410) 사이에서 발생한다. 데이터 통신은 또한 데이터 통신 네트워크를 가로질러 컴퓨팅 장치(410)와 클라우드 서버(510) 사이에서 발생한다. 그러한 데이터 통신의 실례는 여기에 설명되어 있다.
도 17 내지 도 20은 진단 장치(100)를 사용하여 구한 실험 데이터를 도시한다.
본 개시물은 적어도 2개의 맥락에서 단어 "셀(cell)"을 사용한다. 하나의 맥락은 생물학적 "셀"이며, 다른 맥락은 "샘플 셀"이다. 혼란을 피하기 위하여 샘플 셀은 대안으로 샘플 유닛, 테스트 셀, 테스트 유닛, 샘플 모듈 등으로서 언급될 수 있다.
일부 실시예는 아래의 것을 하나 이상 포함한다:
액체 매체에 존재하는 미생물의 모니터링을 위한 임피던스 측정장치는: a. 시간의 함수로서 살아있는 미생물의 균수를 모니터하는데 사용하기 위해; b. 미생물의 항생제 민감도를 결정하는데 사용하기 위해; 및/또는 c. 선택된 항균제를 사용하여 미생물을 식별하는데 사용하기 위해, 전해액, 격납 용기, 전기 자극으로 구동되는 2개의 전극(강제된 전극들) 및 전기 신호를 감지하는 2개의 전극(감지된 전극들)을 포함한다.
전압 또는 전류인 전기 자극을 갖는 디바이스.
ac 전압인 감지된 전기 신호를 갖는 디바이스.
강제된 전극들 사이를 흐르는 전기 신호 흐름의 경로를 따라 배치된 감지된 전극들을 갖는 디바이스.
강제된 전극들이 기하학적 형상 경계를 따라 인접하도록 그리고 감지된 전극들이 기하학적 형상 경계를 따라 인접하도록 4-코너(four-cornered) 기하학적 형상으로 배열된 전극들을 갖는 디바이스.
최적 성능을 위해 전기장을 지향시키면서 전극들을 포위하도록 일반화된 전해질 격납 용기 경계의 형상을 갖는 디바이스.
전해질 셀의 바닥을 포함하는 평면 기판상에 조립된 전극들을 갖는 디바이스.
평면 기판을 포함하는 인쇄회로판을 갖는 디바이스.
전해질 셀의 측벽들 내에 및 전해질 셀의 바닥에 또는 인접하여 설치된 전극들을 갖는 청구항 제6항의 디바이스.
셀이 전해액으로 채워질 때, 하나 또는 복수의 항균제의 측정량을 셀 내로 도입하기 위해 항균제 함침된 재료를 배치하도록 한정되어 있는 체적을 갖는 디바이스.
미생물 농도의 지시를 제공하도록 눈금이 새겨진 디바이스.
시간의 함수로서 미생물 농도의 증가 및 감소를 검출하기 위한 알고리즘.
다중 셀로부터 측정 데이터의 온도 보상을 가지며 전해액만을 포함하는 셀을 기준으로 하는 알고리즘.
개별 셀들 내에서 상대적인 생물학적 활동을 지시하기 위해 개별 셀들로부터 데이터를 비교하는 능력을 갖는 알고리즘.
특별한 셀 내에 존재하는 항균제의 유효성을 구별하는 능력을 갖는 알고리즘.
알고리즘이 컴퓨팅 장치에 의해 또는 컴퓨팅 장치를 사용하여 실행되는, 여기에 설명된 어떤 알고리즘.
젖었을 때 박테리오파지를 전해액으로 방출하는, 하나 이상의 박테리오파지의 측정된 농도로 함침된 재료를 보유하는 규정 체적을 갖는 디바이스.
젖었을 때 항균제를 전해액으로 방출하는, 하나 이상의 항균제로 함침된 재료를 보유하는 규정 체적을 갖는 디바이스.
감지된 전압이 컨덕턴스 또는 어드미턴스를 계수하는데 사용되는 방법.
격납 용기 충전 계수에 의존하여 셀 계수를 완화하는 형상을 갖는 디바이스.
격납 용기를 갖는 디바이스는: a. 적어도 하나의 기판; b. 적어도 4개의 전극; 및 c. 적어도 하나의 기판에 형성된 샘플 캐비티를 포함하며, 상기 샘플 캐비티는, i. 내부에 전극들을 포함하여, 샘플 캐비티 내의 전극들에 의해 발생된 전기장을 지향 및 집속하도록 구성된 형상을 갖는 감지부, 및 ii. 감지부로부터 연장하며, 감지부의 단면 크기보다 작은 단면 크기를 가지는 형상을 포함하며, 상기 형상은 체적을 가지며 연장하고, 연장부의 체적은 샘플의 체적이 전극들로부터 전기 측정에 실질적인 영향을 주지 않고 변화하도록 허용한다.
테스트 주기 동안 온도 변화에 대한 시그니처들 모두를 수정하기 위해 영양액 단독 샘플 캐비티 내의 컨덕턴스를 사용하는 방법.
테스트 동안 동일한 온도에서 모든 샘플 캐비티들 내에 액체를 유지하는 수단.
더욱 활발한 어드미턴스 및 컨덕턴스 시그니처를 달성하도록 요구되는 경우 샘플 홀더를 35℃의 온도로 가열하는 수단.
아날로그 AC 전류 및 전압을, 어드미턴스 및 컨덕턴스 시그니처를 용이하게 계산 및 비교하는데 사용될 수 있는 디지털 포맷으로 변환하기 위해 A/D 컨버터를 사용함.
여러 가지 가능한 샘플 캐비티 및 전극 기하형상들 중 하나 및 전극 크기 및 간격의 필요한 기계 허용오차들 및 이들이 샘플 홀더에서 복수의 샘플 캐비티를 위한 보정 계수의 변화에 어떻게 영향을 주는지를 포함하는 진단 장치.
영양액 단독 샘플 캐비티로부터 온도 보상을 달성하기 위해 그리고 전극들에서 바이오필름 성장의 부작용을 피하기 위해 컨덕턴스의 4-단자 측정을 이용하는 방법.
전극 표면에서 도금 효과 및 전기분해를 회피하기 위해 인가된 교류 및/또는 전압에 대한 한계를 한정함으로써 진단 장치를 작동하는 방법.
항균제 디스펜서의 구성에 사용되는 생체적합성 재료를 규정하는 방법.
각각의 박테리아 유형에 특정한 바이러스 파지(viral phage)를 제공하며 이 바이러스 파지를 사용하여 박테리아를 식별하는 방법.
효과적인 파지 공격의 고유 컨덕턴스 시그니처를 사용하는 방법.
박테리아 성장을 촉진하며 제어된 전도율 및 온도 계수를 갖는 영양액을 사용하는 진단 장치.
영양액+박테리아 샘플 캐비티와, 영양액+박테리아+바이러스 파지 샘플 캐비티 사이에서 어드미턴스 및/또는 컨덕턴스 시그니처들의 비를 식별하는 것을 포함하는, 샘플 내에 존재하는 미생물들을 식별하는 방법.
영양액+박테리아 샘플 캐비티와, 영양액+박테리아+항균제 샘플 캐비티 사이에서 어드미턴스 및/또는 컨덕턴스 시그니처들의 비를 결정하는 것을 포함하는, 식별된 박테리아를 위한 유효 항균제를 식별하는 방법.
영양액+박테리아 샘플 캐비티의 컨덕턴스 시그니처를 식별하는 것을 포함하는, 샘플 내의 박테리아의 CFU 농도를 결정하는 방법.
샘플 홀더를 35℃의 온도로 가열하는 수단.
상술한 다양한 실시예는 단지 예시로 제공되어 있으며 여기에 첨부된 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 기술에 숙련된 자는 여기에 설명되고 도시된 실례의 실시예 및 응용예를 따르지 않고 또한 아래 청구범위의 진정한 정신 및 범위를 벗어나지 않고, 다양한 변경 및 수정이 만들어질 수 있음을 용이하게 인식할 것이다.
Claims (8)
- 진단 장치로서,
샘플 캐비티를 내부에 형성하고 있는 적어도 하나의 샘플 모듈;
상기 샘플 캐비티 내에 배치된 적어도 4개의 전극들; 및
상기 전극들에 작동가능하게 접속된 전자 회로를 포함하고,
상기 전자 회로는 제1 모드 및 제2 모드로서 작동될 수 있으며, 상기 제1 모드에서 작동할 때, 상기 전자 회로는 상기 샘플 캐비티 내에서 샘플의 컨덕턴스(conductance)를 결정하도록 작동하고, 상기 제2 모드에서 작동할 때, 상기 전자 회로는 상기 샘플 캐비티 내에서 상기 샘플의 어드미턴스(admittance)를 결정하도록 작동하는, 진단 장치. - 제1항에 있어서,
상기 진단 장치는 상기 샘플에서 미생물을 식별하도록 작동하는, 진단 장치. - 제1항에 있어서,
상기 진단 장치는 상기 샘플에서 미생물들을 계수하도록 작동하는, 진단 장치. - 제1항에 있어서,
상기 진단 장치는 상기 샘플에서 미생물의 항균제 민감도를 결정하는, 진단 장치. - 항균제 디스펜서로서,
살균성 캐리어 재료; 및
상기 살균성 캐리어 재료에 의해 운반되는 박테리오파지(bacteriophage)를 포함하는 항균제 디스펜서. - 샘플 모듈로서,
적어도 하나의 기판;
적어도 4개의 전극들; 및
상기 적어도 하나의 기판 내에 형성된 샘플 캐비티를 포함하고,
상기 샘플 캐비티는,
내부에 상기 전극들을 포함하는 감지부로서, 상기 샘플 캐비티 내의 상기 전극들에 의해 발생된 전기장들을 지향하며 집속하도록 구성된 형상을 갖는 상기 감지부; 및
상기 감지부로부터 연장하는 침니부(chimney portion)로서, 상기 감지부의 단면 치수보다 작은 단면 치수를 갖는 상기 침니부를 포함하는, 샘플 모듈. - 제6항에 있어서, 상기 침니부의 형상 및 위치는 상기 샘플 캐비티의 외측에서 상기 샘플의 초과부분을 저장하는 동안 상기 샘플의 체적 변화를 허용하고, 이에 의하여 상기 샘플의 체적 변화가 상기 전극들의 전기적 측량에 실질적으로 영향을 주지 않는, 샘플 모듈.
- 진단 장치로서,
복수의 샘플 모듈들;
상기 샘플 모듈들 내에 배치된 전극들;
상기 샘플 모듈들의 보정 모듈 내에 배치된 보정 유체; 및
상기 전극들에 결합된 전자 구성부품들을 포함하고,
상기 전자 구성부품들은 상기 보정 셀 내에서 상기 유체의 전도율을 측정하며 측정된 전도율을 사용하여 상기 보정 유체의 온도를 결정하도록 작동될 수 있는, 진단 장치.
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| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |