CN113430105A - 用于从半固体表面收集微生物生长的设备和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的题目为用于从半固体表面收集微生物生长的设备和装置。一种从半固体表面收集生物样品的设备。该设备具有带有近端和远端的轴，以及与轴在近端集成的尖端。所述尖端具有适应于在其上收集微生物或从其释放微生物或两者兼具的表面，其中适应表面包括凹进或延伸部的至少一个特征，以增加尖端的表面积并在其上收集微生物。此类特征的示例包括具有约1000μm或更小尺寸的微特征。其它示例包括移液管尖端。

Description

用于从半固体表面收集微生物生长的设备和装置
本申请是分案申请，原申请的申请日为2016年4月8日、申请号为201680033172.6、发明名称为“用于从半固体表面收集微生物生长的设备和装置”。
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年4月8日提交的美国临时申请号62/144,574的申请日的权益，所述临时申请的公开内容在此通过引用并入本文。
发明背景
本文公开了用于从在半固体表面上生长的微生物菌落收集一种或多种包含微生物的样品以便制备液体溶液中的微生物悬浮液的设备和装置。
作为医疗诊断的常规实践，生物样品如血液提取自病人并被分析以诊断和治疗疾病。根据指示，例如通过血液培养(诸如来自Becton，Dickinson and Company的BACTECTM FX和BACTECTM 9000系列)或通过在琼脂平板上划线培养(手动或通过自动化器械，例如Becton，Dickinson and Company出售的InnovaTM)，可以分析样品以确定微生物是否存在于样品中。如果确定微生物存在，则有医学和经济两方面理由来鉴别存在的特定微生物以及为了利于治疗鉴别微生物的抗生素耐药性/易感性。
许多种类的微生物(microorganism)(以下也被称为微生物(microbes))，特别是细菌和单细胞真菌，可以通过质谱(“mass spec”)过程来鉴别，诸如基质辅助激光解吸电离(“Maldi”)。还期望分析抗微生物剂在抑制来自临床样本的微生物分离物的生长方面的有效性。这种分析被称为抗微生物易感性试验(“AST”)。在MALDI和AST分析物两者的制备中，从待用于制作重悬浮样品的半固体培养基收集微生物菌落。
通常，从用于样品制备的菌落拾取样品的过程是手工过程。尽管已经向自动化系统进步，但当前的自动化过程和设备从单个菌落移去仅少量样品。这些设备需要多次拾取以移去包含于若干菌落中的生物质(biomass)，以获得用于下游试验(例如，MALDI或AST)必需的足够样品。另外，这些系统使用将微生物直接应用于Maldi制备平板的直接涂片过程。寻求用于悬浮样品中有效收集微生物生长的改进设备。
发明概述
本文公开的设备是用于收集半固体表面上生长的微生物来制备在液体溶液中的微生物悬浮液的“一次拾取工具”，该微生物悬浮液用于进一步鉴别(利用MALDI或其它技术)和/或AST试验。
本发明的一个实施方式包括轴和尖端组件。所述轴具有近端和远端，其中尖端固定于轴并且从轴延伸。所述尖端具有当尖端与微生物菌落接触时在其上收集微生物的适应表面。所述适应表面可以是格栅图案或直径可变的。所述适应表面还可以包括刀片、把手、长钉或脊。所述适应表面还可以有助于微生物的释放。
在另一个实施方式中，组件具有位于轴的近端或接近轴的近端的腔和排放通道或多个排放通道，从而提供用于收集微生物的适应表面。所述腔可以被格栅覆盖或可以包含一个或更多个刀片。所述刀片可以是螺旋状的或直的，或可以从腔延伸。
仍然在另一个实施方式中，组件具有可移除尖端。可移除尖端可以是通过磁力、压紧或螺纹附连于组件的近端的护套。护套可以包括勺，以进一步利于微生物收集。
在另一个实施方式中，拾取工具具有延伸通过套筒的杆和刀片组件。杆具有近端和远端，其中远端是中正延伸，以利于操作工具。杆的近端具有径向延伸的一个或更多个刀片。一旦拾取工具定位且限定选择的微生物样品，通过操纵杆的远端，杆和刀片组件能够沿套筒向下推进，从而利于收集微生物。通过操纵远端，杆和刀片组件也能够收回以利于释放微生物。
仍然在另一个实施方式中，拾取工具具有非磁杆和磁棒组件。非磁杆具有远端和近端，其中远端是中正延伸，以利于操作工具。磁棒从非磁杆的近端径向延伸。所述组件容纳在具有至少一个顶端开口的管中，所述顶端开口使得磁棒自由旋转。管具有延伸超过组件以形成凹进的底部。此实施方式进一步包括附连到刮刀顶部的铁磁线，形成刮刀组件。刮刀组件磁性附连于管的凹进中的磁棒。一旦拾取工具定位选择的微生物，非磁杆的远端被操纵以用刮刀组件在管的凹进中收集微生物。非磁杆的远端也可以被操纵以利于从管的凹进释放微生物。远端可以被手动或自动操纵。
本发明在下面进一步详细描述。
附图简述
图1图示说明本文描述的拾取工具的端部的实施方式。
图2A-2F图示说明图1中端部的尖端的实施方式的细节视图。
图3A-3C图示说明图1所示的拾取工具端部的可替换尖端几何形状的细节视图。
图4A-4D图示说明图1所示的拾取工具端部的可替换尖端几何形状的细节视图。
图5A-5I图示说明图1所示的用于拾取工具端部的尖端几何形状的额外特征的细节视图。
图6A-6B图示说明本发明的实施方式，其中拾取工具具有挖取或刮勺部分。
图7图示说明用于图1所示的拾取工具端部的尖端的另一个实施方式，所述尖端是具有塑料护套的金属探针。
图8图示说明用于图1的端部的尖端的另一个实施方式，根据本发明的一个实施方式，尖端具有可拆卸护套和用于收集微生物的推动机构。
图9A-9E是图示说明拾取工具的一个实施方式和用于收集和释放样品的一次拾取过程的透视图。
图10A-10C图示说明利用磁搅拌器组件的本发明一个实施方式的未组装部分。
图11A-11D图示说明本发明一个实施方式的磁搅拌器组件。
图12示出图11A、11B、11C中的组件的透视图。
图13A-13D图示说明根据使用图11D所示的工具的本发明的一个实施方式使用磁搅拌器组件的拾取过程。
图14图示说明作为本发明的一个实施方式的移液系统。
图15图示说明作为本发明一个实施方式的微特征图案。
图16图示说明具有图15的微特征图案的拾取工具。
详细描述
本文公开的拾取工具的实施方式能够从表面拾取期望量的生物样品。如上所述，拾取工具用于收集形成在营养培养基(称为琼脂、培养基等)表面上的菌落形式的样品(例如，微生物，诸如细菌、真菌等)。由本文描述的拾取工具收集的样品的量优选足够制备液体溶液中的微生物重悬浮液(约1×107至约1×1010CFU/ml)。目标是约3×108CFU/ml。在优选的实施方式中，工具能够在一次拾取中获得足够样品。“一次拾取”工具被配置为具有样品收集表面，该样品收集表面适于在单次拾取中获得足够样品以制备将用于随后Maldi鉴别的重悬浮液。在优选的实施方式中，同样的悬浮液也将用作用于抗微生物易感性试验(AST)的样品源。
拾取工具包括轴和尖端组件。轴是利于操作工具的中正延伸。轴具有远端和近端。轴的远端可以被自动或手动操纵以利于拾取和释放过程。拾取工具的近端包括尖端，该尖端具有用于收集或移除微生物的适应表面。尖端可以是轴的分离部件，或者轴和尖端可以是整体集成的。
工具旨在作为自动拾取系统的一部分，从而工具被机器人设备接收或者被本文描述的工具的其它合适的机械载体接收。适合用于承载和操纵本文描述的工具的机器人设备和其它机械设备对本领域技术人员是公知的并且在此不再详细描述。本文描述的工具还可以被手动操作，尽管工具的自动操作是优选的。
工具可以以各种方式附连到其载体。例如，工具可以通过利用吸力而被磁性附连或通过机械附连(例如由载体的阴螺纹部分接收的阳螺纹部分或通过摩擦配合)而被附连。工具可被附连到载体的各种方式对本领域技术人员是公知的并且在此不再详细描述。工具还可以以压合方式附连，以使所述工具“搭扣”在其载体上，并且通过被推开或拉开而从载体移除。一旦收集的样品已经从工具释放用于进一步处理，工具通常从载体移除。
拾取工具被承载到设置目标样品的表面上。通常，表面是已经形成样品菌落的培养基表面。在由机器人设备承载拾取工具的那些实施方式中，设备感测拾取工具和培养基的相对位置并且将拾取工具推进到目标菌落所位于的培养基表面上的位置。在拾取工具获得样品之后，拾取工具从培养基表面收回，从而从设置在培养平板(例如培养皿或有盖培养皿/陪替氏培养皿)中的琼脂表面移除样品。假设不考虑菌落之间的交叉污染，设备可以从多个菌落移除样品而无需拾取之间的清洗。
拾取工具可以具有带有特征或修饰(modification)(例如，植绒特征、多孔特征、粗糙特征、模制特征、纹理特征、孔隙特征或凹状特征)的适应拾取表面，以利于拾取和/或释放样品。具有约1至约2毫米尺寸的拾取表面的总体尺寸。拾取表面的尺寸受限于拾取工具的大小和待拾取的菌落的大小。适应表面修饰是设计选择的问题，并且影响适应表面选择的因素是拾取工具的大小、菌落的大小和菌落的纹理及其它属性。在某些实施方式中，这些表面适应或修饰被认为是微特征，因为它们具有约1000μm或更小的特征尺寸。在某些实施方式中，微特征具有一个或更多个约100μm至约500μm数量级的尺寸。如本文所用的微特征包括尺寸在纳米尺度直至约1000μm的特征。微特征能够以多种规则图案和不规则布置定向。出于图示说明的目的，本文提供了许多示例。工具的适应表面也可以具有诸如排放口或毛细管型间隙的特征，这允许当拾取菌落时微生物能够被接收进工具中的腔中。通过当拾取工具置于溶液中时使液体流过工具以将微生物释放进溶液，这些或其它特征(例如，排放口、孔等)还可以利于从工具中移除微生物。
拾取工具可以被旋转、上下竖直移动或以其他方式操纵以从半固体培养基表面获得生物质。一旦置于溶液中，工具可以被搅动以利于释放。例如，工具可以被旋转、振动或上下移动以实现样品从工具释放进溶液中用于进一步处理。工具还可以与搅拌机构合并或关联，搅拌机构将进一步利于样品从拾取工具的释放或随后悬浮液中拾取样品的均质。
一次拾取工具的各种实施方式描述于下图中。
图1是本文描述的本发明的若干实施方式的透视图。图1图示说明拾取工具的端部(即轴100和顶部)。轴100被拾取工具的手柄接收或者以其他方式附连到拾取工具的手柄。本文中的拾取工具可以手动使用或在自动化系统中使用。在手动系统中，拾取工具轴具有在工具远侧部分上的把手，用于手动操纵工具。在自动化系统中，拾取工具轴100由机器人机构接收。如上所述，拾取工具通过任意常规附连机构(例如，压合、吸力、螺纹耦合等)附连到机器人机构，并且机器人被操纵以定位拾取工具以收集样品并沉积样品用于进一步处理。轴100的近端上的尖端具有适于收集样品的表面。尖端可以具有平表面101或包含如烤架或格栅表面102的特征，通过尖端与待捕获菌落的简单接触，该特征利于生物质的捕获。尖端还可以具有弯曲刀片103、直刀片104、小把手105、脊106或其它构型以利于将样品从尖端释放进溶液中。
图2图示说明工具的各种实施方式。图2A-2D示出拾取工具的直径的变化。工具可以具有非常小的直径(0.5mm)以拾取未很好分离的非常小的菌落。可替换地，工具可以具有比较大的直径(10mm)以拾取大菌落。图2E和2F示出拾取工具的各种不同表面变化。本领域技术人员知道菌落拾取所需的精确性和避免从一个或多个相邻菌落拾取的需要。而且，琼脂表面可以变化(例如巧克力琼脂具有不同于沙氏葡萄糖琼脂的表面和稠度)。从不同琼脂表面收集微生物的准确性受拾取工具在琼脂上的压强的影响(较小的拾取工具表面积将在琼脂上施加更多的力)。工具的重量也可以影响菌落拾取的准确性，较重的工具比较轻的工具更能戳进琼脂中。假设工具重量保持恒定，具有较大表面积的尖端可以用于较软琼脂表面，而具有较小表面积的尖端可以用于较硬的琼脂表面，以增加拾取过程中拾取工具在琼脂上的压强。
在某些实施方式中，拾取工具具有微或毫微的图案、特征或表面修饰，在此被称作为微特征。微特征具有约1000μm或更小的尺寸。在一些实施方式中，微特征大小在约100μm至约500μm的范围内。参考图15，图示说明微特征图案的两个示例。此类特征图示为1401、1402。这些特征提供了控制表面张力、摩擦力等的表面。以各种材料来提供这种特征。利用提供这种图案的常规工艺可以形成图示说明的图案。例如，这种图案可以是弹性材料模制的、冲压的、蚀刻的等。这种图案可以作为拾取工具尖端上的微特征，像图2A-2F或本文别处图示的那些尖端。这种图案被图示在图16中拾取工具的尖端上，该工具具有约30mm的直径。在图16中图示的微特征1501的尺寸为约100μm至约500μm。
图3描绘了适应尖端几何结构，其包括用于样品收集的接触表面之上的空间。尖端可以是具有如图3A图示的凹进部分的平表面，在收集期间采样的生物质被保留在凹进部分处。在另一个实施方式中，尖端具有图示为图3B中的台架的带孔隙的捕获表面。在其他实施方式中，尖端具有相对于轴的唇状延伸部301，如图3C所图示。唇状延伸部301倾斜，以导致在轴转动时样品生物质向上推进到延伸部的斜面之上。斜面具有升高的延伸边缘，以当样品沿斜面向上推进时将样品保持在延伸部上。唇状延伸部301也有助于生物质样品的释放，因为通过在溶液中移动拾取工具产生的剪切力导致溶液迫使样品离开工具。
图4进一步图示说明能够捕获样品生物质的尖端的其它实施方式。尖端可以具有围绕周界的环(collar)401和通过尖端中心的等分棒或刮刀402、404。通过提供贮存器以保持生物质，环401有助于样品生物质收集，同时当等分刮刀402、404旋转时等分刮刀402、404将生物质铲进环贮存器。图4A和4B示出直等分刮刀402，而图4C和4D图示说明螺旋等分刮刀404。
尖端也可以具有延伸穿过尖端的一个或更多个排放通道403。通过当尖端与待采样的生物质旋转接触时迫使生物质样品进入尖端空隙，排放通道有利于样品生物质的收集。排放通道403也允许样品生物质从尖端分散进溶液中。一旦释放，样品释放到其中的溶液(例如肉汤、水等)流过通道403，从尖端腔推动样品。图4B和4D图示说明具有排放通道的拾取工具实施方式。
图5A-5I图示说明根据本发明的拾取工具的尖端的额外实施方式。尖端可以具有环绕有“刀片”(如螺旋桨刀片)的中心孔501，刀片具有如郁金香状503或桨类型504或螺旋桨505的各种构型，并且以各种构型(例如螺旋状的502、直的503或504)布置。这种“刀片”提供了更深的凹进，该凹进利于更好的样品生物质收集和保留。刀片可以从尖端延伸，像502、503和505，或者嵌入尖端内，像505。
参考图5E，中心表面特征504在尖端上并且接触时将菌落等分，并且开始将材料按进凹进空穴501中。当工具旋转时，此特征也充当表面刮刀，完成菌落材料从琼脂表面的移除。在此实施方式中，在中心表面特征504的任一侧有凹进空穴。
在旋转过程中，图5E中图示的工具的外周上的额外刮刀511将拾取的菌落材料保持在凹进空穴501中。
在将样品从拾取工具释放进溶液的过程中，当四个滑槽512浸入稀释液时，在旋转时四个滑槽512允许稀释液流入凹进空穴501中。稀释液流动通过凹进501将收集在凹进501中的拾取的菌落材料逐出。
本文预期的拾取工具组件的某些实施方式具有在中心针或管522上的肩部特征(未示出)，以允许拾取工具从拾取模块弹出。
再次参考图4A，另一实施方式是具有中心孔或孔隙410但没有等分刮刀402的拾取工具。在此实施方式中，如果中空芯拾取工具所附连的拾取模块具有气动或射流能力，此中空芯或通路起“吸管特征”的作用以帮助向上吸取或汲取材料并且还允许稀释液按需要在两个方向流动以帮助逐出材料。在此实施方式中，中空芯拾取工具的配件包括在器械的控制下的空气引导件，以便正和负空气流可以通过吸管供应。这允许：i)从平板吸取菌落；将菌落推入稀释液中，菌落被分散进该稀释液中用于进一步分析；iii)是一种廉价溶液；iv)避免菌落转移对拾取工具尖端的表面润湿性的敏感性的问题；准备可调的吸推压力或体积以提供适合不同菌落类型的条件(即不同密度和稠度的菌落具有不同的收集和分散需求)；v)通过从表面“真空吸取”菌落，从较小的直径区域收集更多菌落；vi)拾取工具可以预加载有溶液以协助分散和混合；以及允许与空气的低气溶胶混合，协助收集和分散。
图5C的实施方式被称作郁金香设计。此尖端构型将向上吸起并保持液体(在一个实施方式中大约25μl，但特定尖端吸收的流体量大体是设计选择的问题)以从微滴定托盘中的微滴定孔制备连续稀释。该设计使用毛细管特性以在目标流体中的旋转过程中将流体保持在“郁金香花瓣”503槽513中，然后在转移和旋转之后槽允许保留的流体与下一稀释管混合。槽513引导流体在花瓣503之间流动，从中逐出收集的样品。
图5C中的尖端可以与上述中空管集成以提供两种设计的组合优势。图5C的实施方式提供了成角度的“花瓣”或“刀具”503，其将会逐出收集在其上的样品(例如细菌)，如图5D和5H图示的实施方式。存在如图5D的实施方式图示的中心腔501。中心腔501如图5D图示的实施方式那样保持收集的细菌。
参考图5I，拾取工具尖端的顶部中的凹进特征520允许用拾取模块(未示出)上的中心针或管522拾取工具521。图5I的实施方式中的特征521是提供刷样结构的弹性鬃毛。在一个实施方式中，弹性鬃毛可以构造为如上所述的那些的微特征。
如上所述，特定的拾取工具设计基于作为拾取目标的菌落的特性来选择。申请人注意到细菌菌落可以是亲水的、阴离子的、导电的等。如果亲水细菌正在被收集，在尖端也是亲水的情况下是有利的。在此类实施方式中，特征(即刀具503)的表面张力将收集的亲水样品保留在所述特征上。
亲水特征可以通过用使用聚阳离子(例如PDDA、PAH等)或聚阴离子(PSS)的自组装单层涂覆尖端而被提供。
而且，如果尖端是阴离子的，其可以进一步有助于细菌释放进稀释液中。对于此类尖端，将提供这种阴离子表面的材料的示例是作为最终自组装单层的PSS(聚(4-苯乙烯磺酸钠))。
如果尖端是导电性的，这使得能够使用电容检测来检测尖端相对于琼脂表面的位置。
在另一个实施方式中，尖端表面是开放格栅506或网，与前面提及的台架特征相似，尖端表面具有当获取样品时允许空气容易被替代的侧通道507。在另一个实施方式中，尖端具有带挖取表面509的环形凸出508。在另一个实施方式中，尖端是中空的或凹面的，具有排放通道，从而便于样品收集。
图6A图示说明具有勺尖端601的拾取工具的另一实施方式。尖端601通过套在轴602的末端上的塑料护套而被固定到轴602。勺尖端601可以在拾取之间移除和/或是一次性的。
图6B图示说明具有刮勺610的拾取工具的另一个实施方式，刮勺610将样品聚集到孔隙611中。用于收集样品的格栅构型610的优势在上面详细讨论。
图7图示说明拾取工具的一个实施方式，在所述拾取工具中，护套701可移除地接合到轴702的末端。护套701通过利用夹持力(例如压配合、磁力)附连到轴702，其中用于收集样品生物质的挖取或其它表面从护套701延伸。轴702被提供有释放机构703，在使用后该释放机构703将护套701推离轴702。
图8是其中护套801拧在轴802的末端上的另一实施方式。护套601、701、801可以为拾取工具提供许多功能。护套601、701、801考虑更少的消耗，因为轴602、702、802自身可以被再利用，并且仅护套部分601、701、801随使用而更换。护套601、701、801适应智能自动化拾取工具设计，由于其适应传感器和压力换能器的使用，所述传感器和压力换能器考虑到用于样品收集和将样品沉积在溶液中的拾取工具的智能放置。
拾取工具近端处的尖端表面可以是植绒、开放网格、烧结珠子或其它多孔或粗糙表面。尖端也可以是利于样品生物质捕获的模塑设计。拾取工具也能够由多种材料制成，包括精细特征可以被模塑或机械加工到其中的金属或聚合物。然而，材料应当是生物惰性的，以便不干扰随后的试验。尖端可以由钢或铝制成或者也可以由聚合材料(例如聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯)模制。此外，拾取工具可以由柔性或弹性材料制成，所述柔性或弹性材料允许工具拾取样品而不损坏培养基(例如琼脂)表面。取决于使用的材料，尖端可以是一次性的或可重复使用的。尖端也可以由按配方制造或改造以具有如上所述的特定属性(例如亲水属性或导电属性)的材料制成。
拾取工具可以用于多种用于收集样品的方法，例如利用循环或旋转运动以接触并收集样品。拾取工具可以起到移液管或涡流的作用以将样品汲取到尖端上。这可以涉及流体流或真空以利于生物体的拾取。这在上面的其中拾取工具具有中空芯的实施方式中描述了。在其它实施方式中，拾取工具通过使尖端简单接触样品来收集样品。
此外，本文描述的拾取工具的尖端可以由多种材料制成并且具有多种表面处理(例如表面粗糙化、化学处理或其它修饰)。在这一点上，拾取工具可以由利于拾取和释放的成品材料或专门材料制成。所述材料能够具有施加于表面的添加剂或涂层或处理以利于拾取或释放。所述处理的示例包括单独的等离子体或电晕处理，或接着添加十二烷基硫酸钠、triton、自组装单层或其它溶液以改变尖端的表面润湿性或其它属性。
图9图示说明拾取工具的一个实施方式以及收集和释放样品的一次拾取过程。图9A具有两个部件，具有翼片902组件的可模制拾取杆901和套筒903部件。图9B显示了图9A的组装部件。在图9B中，可模制拾取杆901和翼片902组件在升高位置905中被插入到套筒903中。一旦在升高位置905，拾取工具被置于定位的菌落904之上。图9C示出了在获取样品之前限制特定菌落并调整套筒903位置的过程。
图9D图示说明菌落拾取的过程。当拾取工具在升高位置905并与样品904连通时，以旋转运动稍微向下推动可模制拾取杆901，以使翼片902获取在翼片902和套筒903之间的腔906中的样品904。一旦所需样品被获取，处于升高位置905的拾取工具移动到图9E的释放过程。带有样品904的拾取工具的末端被收集管907封装。接着，以与捕获运动相反的旋转运动机械向下推动管至推出位置908。向下的释放旋转运动使翼片902通过套筒903底部暴露，并且包含于腔906中的样品904被释放到收集管907中用于进一步的下游处理。
对拾取工具可以有额外的改造以帮助样品从工具释放进溶液用于进一步处理。在一些实施方式中，磁性或导电材料用于进一步增强生物体的获取。图示说明利用磁性获取样品生物质的拾取工具的一个实施方式示出在图10中。图10是磁搅拌器1003。磁搅拌器利用从表面收集样品生物质的刮刀桨1008，样品在所述表面上培养用于试验(例如琼脂)。
图10图示说明利用磁搅拌器组件的本发明的一个实施方式的未组装部分。图10A是具有附连至非磁杆1001的磁棒1002的组件的侧剖视图。磁搅拌器组件1003由控制器1004控制。控制器1004激活搅拌器机构1003。所述激活导致搅拌器以顺时针或逆时针方向旋转。控制器也被配置为在一次性管1005中伸出或收回磁搅拌器组件1003。(图11B)图10B图示说明具有顶部开口1006的一次性管1005的侧剖视图，所述顶部开口1006具有允许磁棒1002在一次性管1005中自由旋转的内直径。管1005延伸超过形成凹进1007的磁棒，其中刮刀1008安装在凹进1007中。图10C显示了一次性非磁刮刀1008的侧剖视图和透视图，所述一次性非磁刮刀1008具有附连到其顶部的一次性铁磁线1010。组装的一次性铁磁刮刀1009具有大约等于图10B中管1005的底部的凹陷1007的高度。
图11描述了在拾取过程之前的磁性拾取工具的构型。图11A图示说明磁搅拌器1003如何通过顶部开口1006插入管1005中。铁磁刮刀1008置于待命位置。图11B图示说明磁搅拌器1003如何进一步沿管1005向下推进。搅拌器或手动或自动推进。适合于推进组件中的磁搅拌器的自动机构是众所周知的，在此不再详细描述。铁磁刮刀1008置于待命位置。图11B图示说明管1005如何连同磁搅拌器1003一起被定位在铁磁刮刀1008之上并将铁磁刮刀1008吸引至凹进1007中，凹进1007在管1005底部的磁搅拌器1003之下。参考图11C，菌落1101位于生物接种表面1102顶部上。图11D图示说明承载铁磁刮刀1008的管1005如何连同磁搅拌器1003一起被置于菌落1101之上。
图12描绘了图11A-11C的透视图。图12图示说明附接到非磁刮刀1008顶部的线1010。图12还图示说明沿管1005向下推进的组件1003。图12还图示说明与磁棒1002磁性接合的线1010。
图13图示说明磁性一次拾取工具在当其从样品收集样品生物质并将生物质沉积在液体试剂容器1303中时的实施方式。图13A图示说明磁搅拌器1003以逆时针方向自旋以收集样品。同样，磁性刮刀1008具有翼片或桨，所述翼片或桨被配置为当磁性刮刀旋转时将样品收集到翼片或桨上。再次，磁搅拌器1003可以手动或通过自动机构(例如机器人机构)旋转。搅拌器组件1003的旋转可以通过电机机构或电磁机构实现。此类机构是本领域众所周知的，在此不再详细描述。
图13B图示说明管1005与磁搅拌器1003、铁磁刮刀1008和收集的样品生物质1101一起正在从培养基表面1102取回。图13C图示说明管1005与铁磁刮刀1008和收集的菌落1101一起被插入到液体试剂容器1303中。磁搅拌器1003优选以与图13A相反的方向(例如顺时针)自旋(通过手动或是机械方式)，以将收集的样品生物质1101释放进液体试剂容器1303中。刮刀1008是多孔或类似网状的，这利于当刮刀1008在溶液中旋转时将样品释放到溶液内。图13D图示说明管1005与铁磁刮刀1008一起如何从液体试剂容器1303中被移除。一次性刮刀1008从磁搅拌器1003释放。刮刀1008被丢弃，但管1005和搅拌器组件1003可被清洁并再利用。可替换地，铁磁刮刀1008可以被释放到液体试剂容器1303中并且当其响应于外部应用的磁场自转时被用作释放样品的磁力“搅拌棒”。
在另一个实施方式中，图14描绘了自动移液系统。在此实施方式中，拾取工具是具有约0.2mm至约0.7mm小内直径的移液管，该移液管是可操作的以利于从培养基表面拾取样品。在另一个实施方式中，内直径的范围是约0.2mm至约0.5mm。在一些实施方式中，外直径可以高达约1.2mm或甚至更大。外直径将取决于内直径和移液管材料的厚度。利用电容检测系统自动化和设计移液系统，以允许移液管降低直至移液管的尖端接触包含样品的琼脂表面。然后自动化的移液系统可以将移液管进一步降低到进入菌落中约0至1mm。移液管尖端的降低允许移液管与琼脂表面接合而不破坏琼脂，并与琼脂表面形成密封。一旦形成密封，移液管吸取一定体积的样品进入移液管主体内。这在移液管尖端内造成真空并允许更大体积的样品被收集。收集的样品的体积可以为约1mL或更多。
一旦一定体积的样品被收集，移液管从琼脂表面缓慢收回。移液管的缓慢收回造成尖端内和周围的吸力，该吸力有效地将生物体真空吸离琼脂表面。更多的样品可以被真空吸离琼脂表面以产生更高的微生物密度(即每体积更大数量的CFUS)。如图14所示，除了由于尖端很好地进入目标菌落而最初捕获在尖端内的部分菌落之外，尖端外部附近的微生物也被吸进移液管。
在已经获取样品之后，在仍然另一个实施方式中，移液系统可以进行移液尖端在液体悬浮液中的连续快速吸取和分散。例如，移液系统可以在20秒时间段内重复高达约24次的连续收回并且分散300μL样品中的约250μL。重复动作在移液管尖端引起高剪切力。高剪切力允许包含微生物的样品的结块或粘液样物质(mucoid stands)的分散，以产生更均匀的悬浮液。
尽管已经参考特定实施方式描述了本发明，应当理解这些实施方式仅是本发明的原理和应用的说明。因此应当理解可对说明性的实施方式做出诸多修改并且可以设想其它布置，而不背离所附权利要求限定的本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.用于从半固体表面收集生物样品的自动方法，包括：
提供适应于接收移液管尖端的机器人移液器，
降低所述移液管尖端直到其接触目标菌落布置的表面以便所述移液管尖端与所述目标菌落接触，
使所述移液管尖端进一步前进直到所述移液管尖端与支持所述目标菌落的所述表面接触从而形成与所述表面的密封；
利用空气协助，收集一部分样品；
从与所述表面和所述目标菌落的接触收回所述移液管尖端；
使所述移液管尖端与置于容器中的流体接触放置；
利用空气协助，将来自所述移液管尖端的一部分所述样品分散到溶液中，然后将至少一部分所述样品吸回到所述移液管尖端，从而将剪切力引入到通过所述移液管尖端收集的一部分所述样品上；和
利用空气协助，将来自所述移液管尖端的至少一部分所述样品分散到所述溶液中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面为营养培养基的表面。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括监测所述移液管尖端的电容，其中被监测的电容的变化指示所述移液管尖端与所述目标菌落之间的接触。
4.根据权利要求1所述的方法，包括继续监测所述移液管尖端的电容，直到电容的变化指示所述移液管尖端与所述样品之间的接触。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述移液管尖端具有开口，所述样品通过所述开口被收集，并且该开口具有约0.2mm至约0.7mm的内径。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述内径为约0.2mm至约0.5mm，并且外径高达约1.2mm。
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