JP2016145841A - 尿中のバクテリアの同定を行うためのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】研究所における種同定の処理のために、より効率的で時間がかからず、必要な作業負荷の少ない処理を提供する。【解決手段】流体サンプル中の微生物の同定及び定量に使用される使い捨てカートリッジのカートリッジ本体によって受けられる使い捨てコンポーネントとしての光学カップ又はキュベットは、処理済み流体サンプルの光学分析のために光が入る開口部と、光学分析を増強させるための反射面と、円錐台の端部までその長さに沿って連続的にテーパー状に形成された側面を有し、光学分析の際に光が下方へと開口部を通して流体サンプルに入り、側面は光学分析を補助するように構成され、反射面が光学分析のため流体サンプルからの蛍光発光を光収集ユニットへ向けて上方へ戻すように反射させるように構成され、光学分析装置において処理済み尿サンプル中に存在する微生物のタイプの同定と定量のために使用される。【選択図】図３Ａ

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、ここにそれら全体を参考文献として合体させる、全て２００７年１０月１０日出願の、米国仮特許出願第６０／９７８，８１０号、第６０／９７８，８２０号、第６０／９７８，８５６号及び第６０／９７８，８６２号の優先権を主張するものである。

（発明の分野）
本発明は、尿サンプル中の微生物、例えばバクテリア、の同定及び定量を行うためのシステムに関する。詳しくは、本発明は、尿サンプル中のバクテリアを同定するためのシステムであって、（１）遠心分離管と、互いに異なる容量を有する２つのピペットチップと、光学カップ又はキュベットと、を含む使い捨てコンポーネントを保持するための使い捨てカートリッジ又はホルダと、（２）前記尿サンプルを処理又は調製するためのサンプル処理装置と、（３）処理済み尿サンプルを分析する光学分析装置と、を有するシステムに関する。４つのコンポーネントを有する前記使い捨てカートリッジは、サンプル処理装置に使用され、特に、前記光学カップ又はキュベットが、前記光学分析装置に使用される。

（関連技術の説明）
一般に、尿サンプル中の微生物、例えばバクテリア、を同定する現在の慣行は、微生物学研究所において微生物を同定するという、複雑で時間がかかり、かつ高コストのプロセスを伴うものである。この現在の慣行では、サンプルが研究所に受け入れられる。次に、これらの標本（被検査試料）は、仕分けされ、ラベリングされて、その後、滅菌ループを用いて血液寒天培地に植菌される。次に、これらの標本は、専用のインキュベータに２４時間入れられる。１日後、研究所の技術者によって、標本の陽性培養と陰性培養とについてのスクリーニングが行われる。一般に、大半の培養物は陰性であり、それらは手作業によって報告される。陽性の培養物は単離されて生化学的流体中に懸濁される。これは、懸濁、希釈、ボルテックス、及び濁度測定を伴うものであるが、それらによって生化学的廃棄物が生じる。次に、前記培養物は、種同定と、標本を複数の試薬に晒す抗生物質感受性テストにかけられる。更にその６〜２４時間の培養期間後、その知見が研究者の技術者によって解釈されて報告される。この全プロセスは、通常、標本結果を得るのに１１の工程と５０時間かかり、そのプロセスには多大な労働力を要する。

その内容をここに参考文献として合体させる共有の米国特許公報ＵＳ２００７／００３７１３５Ａ１は、液体中に懸濁された生物学サンプルを同定し定量化するためのシステムを開示している。この公報の段落００３８には、サンプルキュベットが使用される、と記載されている。これらのキュベットは、周知技術であると言われており、通常、その形状は正方形又は直方形であり（サンプルを収納するためのウェル領域を有する）、ガラスやポリマー材などの透明な材料から形成されている。

米国特許公報ＵＳ２００７／００３７１３５Ａ１

従って、上述した研究所における種同定の処理のために、より効率的で時間がかからず、必要な作業負荷の少ない処理を提供することが求められている。

（発明の要旨）
本発明のシステムは、標本結果を得るためのこの現在のシステムを合理化するものである。当該システムは、環境に優しく、迅速な診断を可能にするものであり、その結果には一貫性があり、何ら試薬を必要とせず、しかも多重機能診断が提供される。尿サンプルは、４つの使い捨てコンポーネント、すなわち、遠心分離管、互いに容量の異なる２つのピペットチップ、及び光学キュベット、を保持する使い捨てカートリッジに入れられる。これらのカートリッジにはバーコードが付され、患者のＩＤと関連付けられている。これらのカートリッジはマガジンに挿入され、その後、このマガジンが、標本を処理するサンプル処理装置に挿入される。調製された標本は、光学キュベットに移され、その後、前記マガジンは標本を分析する光学分析装置に挿入される。前記光学分析装置は、分析を行って、バクテリアの最終処理を可能にする完全な結果を提供する。このシステムは熟練したオペレータを必要とせず、迅速に結果を提供する。このシステムは、効率を向上させ、作業負荷を改善し、時間と費用を節約し、しかも操作が容易である。サンプルの調製を、標本分析と並行して行うことができ、１〜５０の標本を同時に分析することができる。

前記システムは、遠心分離管と、１ｍＬの容量を有する第１ピペットチップと、光学尿サンプルキュベットと、０．５ｍＬの容量を有する第２のピペットチップと、を含む複数の使い捨てコンポーネントを保持するための複数の使い捨てカートリッジと、前記複数の使い捨てカートリッジを受け入れて各使い捨てカートリッジの尿サンプルを処理して調製すると共に、前記尿サンプルを前記使い捨てカートリッジのそれぞれの各光学キュベットに移すように構成されたサンプル処理装置と、前記処理済み尿サンプルを含む光学キュベットと共に前記使い捨てカートリッジを受け入れ、分析を行って標本結果を提供する光学分析装置と、を有する。尿標本をサンプル処理装置で処理し、それらを光学分析装置で分析する全処理は、１つの標本に対して約２０分間かかり、５０の標本に対して最大でも２時間である。

前記使い捨てカートリッジと使い捨てコンポーネントとによって、尿サンプルの調製又は処理に必要なコンポーネントが一箇所、すなわち、１つのカートリッジ内に簡便に配設されていることから、効率が向上し、作業負荷が改善され、時間と費用とが節約される。更に、尿サンプルの処理及び分析に必要な作業負荷とコンポーネントの取り扱いの手作業が減る。更に、カートリッジとそのコンポーネントとが使い捨てである点での便利さもある。すなわち、次の尿標本同定処理のためにこれらの品々を殺菌する必要がなく、作業エリア又は周囲環境、若しくはその両方、の汚染は最小化される。

本発明のサンプル処理装置は尿サンプルを分析のために処理する現在の慣行を合理化する。本発明のサンプル処理装置は、自動化されており、完全にコンパクトで、自己完結型で、何ら試薬を必要としない。尿サンプルは、取り外し可能なカートリッジ内に設けられた遠心分離管に注入される。標本にはバーコードが付され、同様にバーコードが付されたカートリッジと関連付けられる。カートリッジはマガジン内に取り付けられ、次に、このマガジンがサンプル処理装置に挿入されて、この処理装置が標本を分析のために調製する。前記サンプル処理装置は、高度に熟練したオペレータを必要とせず、サンプル又は標本を迅速に処理する。前記サンプル処理装置は、効率を向上させ、作業負荷を改善し、時間と費用とを節約し、操作するのが容易である。複数のサンプルの処理を、１つの標本に対して約２０分間で行うことができ、約５０の標本に対して最大でも１時間である。

前記光学分析装置は、光学システムと、熱制御装置と、ドローア（引き出し）と、を有する。ドローアは、分析される尿サンプルを含む光学カップ又はキュベットを備える複数の使い捨てカートリッジを収納するマガジンを受け入れ、支持し、回転させる回転テーブルを備える。前記光学分析装置は、前記尿サンプルを管理（inventorying）するためのバーコードリーダと、各光学カップ又はキュベットが適正量の処理済み尿サンプルを収容していることを確認するためのレベルセンサと、を更に備えている。前記ドローアがマガジンと共に光学分析装置に挿入されると、マガジンを支持している回転テーブルのための駆動機構がマガジンを回転させてこれをバーコードリーダに対して位置合わせし、次に、マガジンを回転させてこれを光学システムに対して位置合わせする。前記光学システムは、励起モジュールユニットと、光収集ユニットと、分光計と、を備えている。各カップ又はキュベットの温度は、蛍光信号を増大させつつ同時に尿サンプル中のバクテリアの代謝を抑制する温度にまで低下される。熱制御装置は、尿サンプル又はキュベットを備える前記使い捨てカートリッジを含むマガジンの下方の回転テーブル上に置かれた大きな熱物体（large thermal mass）を冷却する。赤外線温度センサが、各尿サンプルの温度を検出し、モニタリングする。

尿サンプル中の微生物のタイプを同定すると共に、それを定量する関連の方法は、尿サンプルを入手する工程と、この尿サンプルを１０ミクロンのフィルタを通過させる工程と、フィルタリング済の尿の２ｍＬのサンプルを得て、それを遠心分離管に投入する工程と、前記２ｍＬのサンプルを約１２，０００×ｇの力で遠心分離し、前記遠心分離管中の前記流体の約９５％の上清液をデカンテーションし、前記デカンテーションされた溶液を生理食塩水で置換し、そしてこれらの工程を約５回繰り返すことにより、前記尿サンプル中のバクテリアを保持する、尿中の溶解物質の１，０００，０００：１希釈物を入手する工程と、最終溶液を光学カップ又はキュベットに移す工程と、前記光学カップ又はキュベットを、少なくとも５つの異なる波長で前記尿サンプルを励起し、蛍光発光を集光して検出し、そして蛍光発光を分光計への案内することを含む光学装置を用いた光学分析にかける工程と、を有する。

本発明のこれら及びその他の課題及び利点は、図面を参照して以下の説明から明らかになるであろう。

複数の使い捨てカートリッジを備えるマガジンの上方斜視図である。 図１Ａに図示のマガジンに使用されている使い捨てカートリッジの上方斜視図である。 図１の使い捨てカートリッジのコンポーネントを示す前方断面図である。 本発明のシステムのサンプル処理装置の複数のコンポーネントを示すサンプル処理装置の斜視図である。 本発明のシステムのサンプル処理装置の複数のコンポーネントを示す別の斜視図である。 本発明のシステムの光学分析装置の複数のコンポーネントを示す光学分析装置の斜視図である。 本発明のシステムの光学系の複数のコンポーネントを示す光学システムの斜視図である。 本発明のシステムの光学分析装置の複数のコンポーネントを示す光学分析装置の別の斜視図である。 分光計のスリットの入口に設けることができる鏡凹面「ホーン（horn）」を図示する略図である。 本発明のシステムの遠心装置の複数のコンポーネントを示す遠心装置の斜視図である。 本発明のシステムのサンプル処理装置の複数のコンポーネントを示すサンプル処理装置の別の斜視図である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明について説明する。これら図面において類似の参照番号は類似の部材に対応する。

図１〜図４を参照すると、尿サンプル中のバクテリアの同定を行うためのシステムは、使い捨てカートリッジ１２（図１及び図２）と、サンプル処理装置１４（図３Ａ、図３Ｂ、図６及び図７）と、光学分析装置１６（図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃ）と、を有する。図１及び図２に図示されているように、カートリッジ１２は、４つの使い捨てコンポーネントを備え、これらは、遠心分離管１８と、１ｍＬの容量を有する第１ピペットチップ２０と、光学カップ又はキュベット２２と、０．５ｍＬの容量を有する第２ピペットチップ２４と、である。なお、ここに記載の本発明のシステムは、いかなる流体中のバクテリアの同定にも適したものであって、尿中に含まれるバクテリアサンプルに限定されるものではない。

遠心分離管１８は、テーパード端部１８ａを備える長手本体１８ｂを有する容器である。一般に、この遠心分離管１８は、最初に尿サンプルを収納し、第１ピペットチップ２０は尿溶解構成物を希釈するために用いることができ、第２ピペットチップ２４は、希釈された尿サンプルを光学分析のために光学カップ又はキュベット２２に移すために用いることができる。使い捨てカートリッジ１２とその使い捨てコンポーネント１８，２０，２２及び２４は、成型が容易で安価に製造可能なプラスチック材から形成することができる。

更に続けて図２を参照すると、使い捨てコンポーネント１８，２０，２２及び２４は、それぞれ、使い捨てカートリッジ１２の別々の箇所３０，３２，３４及び３６に収納される。図示されているように、第１ピペットチップ２０を受け入れこれを持ち運ぶコンパートメント３２の底部は閉塞されており、これにより、第１ピペットチップ２０から滴下物があった場合でも、その滴下物によって使い捨てカートリッジ１２の下の表面が汚染されることはない。各コンポーネント１８，２０，２２及び２４は、使い捨てカートリッジ１２の上面５０によって支持される各コンポーネント１８，２０，２２及び２４にそれぞれ取り付けられるリップ４０，４２，４６及び４８を介して、それぞれの箇所３０，３２，３４及び３６内に懸架されている。

図２及び図４Ａを参照すると、図４Ａの光学分析装置１６には光学カップ又はキュベット２２を使用することができる。好ましくは、尿サンプルは生理食塩水を用いて調製される。その理由は、生理食塩水は、尿分析処理において光学装置を使用する場合に特に重要となる、バクテリアの完全性（integrity）を維持しながらバックグランド蛍光を最小化するという利点が得られるからである。光学カップ又はキュベット２２は、光学分析を補助するための反射コーティングを有する。この光学カップ又はキュベット２２は、ＡＢＳプラスチック材、ガラス、例えばアルミニウムの金属材、から形成することができ、その後、反射材によってコーティングされ又は反射材の膜が形成される。或いは、それに代えて、光カップ又はキュベット２２の製造において、反射材の膜をプラスチック、ガラス、又は金属材に組み込むことも可能である。図２に最もよく図示されているように、光学カップ又はキュベット２２は、光学分析を補助するためのテーパード端部２２ａを備えている。光学分析装置１６のＵＶ光源（図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃ）が、光学カップ又はキュベット２２中の尿サンプルの光学分析のために、光学カップ又はキュベット２２の中央から下へ向けられることが見込まれている。

その１つずつが４つの使い捨てコンポーネント１８，２０，２２及び２４を含む複数の使い捨てカートリッジ１２は、次に、図１に示すようにマガジン２６に挿入され、その後、図３に示すサンプル処理装置１４に装填される。マガジン２６は、そのうちのいくつかに番号が付されている複数の使い捨てカートリッジ１２を収納し、各カートリッジ１２は、患者の標本と対とされ、図１に示される固有のバーコード２８を有する。或いはこれに代えて、マガジン２６を、その後、尿サンプルの光学分析用の装置に挿入することも可能である。好ましくは、そのサンプル処理装置内で処理済み尿サンプルを得るのに使用されるものと同じマガジン２６が、処理済尿サンプルの光学分析用の装置に使用される。

図３Ａ及び図３Ｂのサンプル処理装置１４は、遠心装置３０と、各使い捨てカートリッジ１２の遠心分離管１８（図１）をピックアップし、この遠心分離管１８を遠心装置３０に挿入する回転把持機構３２と、第１ピペットチップ２０を介して尿サンプル中の溶解物を希釈し、この希釈されたサンプルを、第２ピペットチップ２４を介して光学カップ又はキュベット２２（図２）に移すために使用される２つの可動流体移送アーム３４，３４aと、希釈目的で水をサンプルへ供給するためのシリンジポンプディスペンサ流体システム３６と、を備えている。サンプル処理装置１４はドローア３８を更に備え、このドローア３８は、サンプル処理装置１４に挿入された時にマガジン２６を受け入れ、支持し、回転させる回転テーブル４０を有する。ドローア３８は、マガジン２６を回転させるマガジン駆動機構（図示せず）を内蔵している。

一般に、遠心分離管１８は、ユーザによってこの遠心分離管に投入される約２ｍＬのろ過済みの尿サンプルを収納する。次に、このサンプルを遠心分離し、その後、１．０ｍＬ容量の第１ピペットチップ２０を使用して２つのデカンテーションサイクルでその上清をデカンテーションし、更にその後、遠心分離管１８を生理食塩水又は水で再び満たすことによって、生理食塩水又は水で十分に希釈することができる。その後、０．５ｍＬ容量の第２ピペットチップ２４を使用して、遠心分離管１８から約５００μLの流体を取り出し、この５００μLの流体を、指定された患者の各光学カップ又はキュベット２２に分注することができる。次に、この第２ピペットチップ２２を第１ピペットチップ２０に挿入し、これら両ピペットチップ２０，２４を適切に廃棄することができる。なお、希釈及び取り出しのために、２つのピペットチップの代わりに、１つのピペットチップを使用することも可能である。このプロセスは手作業で行っても良いし、自動で行っても良い。

マガジン２６の装填と取り出しは、複数の使い捨てカートリッジ１２が回転可能テーブル４０上に載置されたままで行われる（図１及び図２）。手動ドローアはマガジン駆動機構（図示せず）を内蔵している。マガジン２６がサンプル処理装置１４に挿入されると、回転テーブル４０の駆動機構（図示せず）がマガジン２６を回転させ、バーコードリーダ（図４Ａ中の部材５８）がサンプルの一覧（目録）を作成し、レベルセンサ（図示せず）が、サンプルが適正量注入されたことを確認し、そして第２のセンサ（図示せず）が全ての必要な使い捨てコンポーネント１８，２０，２２及び２４（図２）が各使い捨てカートリッジ１２内に収納されていることを確認する。

次に、遠心分離管１８（図２）の遠心装置３０（図３Ａ及び３Ｂ）への移送について説明する。遠心装置３０の遠心蓋３０ａは、回転把持機構ユニット３２が遠心装置３０にアクセスしこれを装填することを可能にするように適合されている。回転テーブル４０の駆動機構は、各使い捨てカートリッジ１２の遠心分離管１８を回転可能ユニット３２に対する位置にアラインメント（位置合わせ）するように構成されている。回転把持機構３２の把持部材３２ａは、マガジン２６から遠心装置３０へ移送される遠心分離管１８を選択する。遠心ロータ（図示せず）は、遠心装置３０の空の遠心ホルダを装填位置にアラインメントするように構成されている。「Theta Z gripper」と称される把持部材３２は、回転すると共に遠心分離管１８をピックアップし、これを遠心装置３０の空の遠心ホルダへセットするために上下動するラジアル部材である。全ての遠心分離管１８が遠心装置３０に装填されると、遠心装置３０の蓋は閉じられる。

遠心装置３０（図６）は、自動運転されて遠心分離管１８を約１２，０００×ｇの力で約２分間回転させる。遠心装置３０は、その回転時に、各遠心分離管１８を約９０度回転させるように構成された管ホルダを備えている。遠心装置３０は、遠心分離後に正しい管がマガジンのカートリッジに戻されるように正確な位置決めと位置追跡が可能である。この動作によって、遠心分離管１８の底部に、尿サンプル中に存在するバクテリアが固体形成される。

２つの使い捨てカートリッジ１２の２つのサンプルから、一度に上清を取り除くための２つの流体移送アーム３４，３４ａ（図３Ａ及び図３Ｂ）が設けられている。これら２つの流体移送アーム３４，３４ａ（図３Ａ及び図３Ｂ）が１ｍＬ容量の第１ピペットチップ２０を得た後、流体移送アーム３４，３４ａのそれぞれは遠心分離管１８まで２回連続で移動して、そのそれぞれの回において、遠心分離管１８から流体を取り出し、この流体をサンプル処理装置１４の廃棄ポート（図示せず）に分注する。この工程は、第１ピペットチップ２０を、サンプリング中の使い捨てカートリッジにおける当該第１ピペットチップ２０の位置に戻す前であって、回転されてサンプル処理装置１４のサンプリング位置にアラインメントされる使い捨てカートリッジ１２中の次のサンプルについての操作を続ける前に行われる。

希釈のためにサンプルに水又は生理食塩水を供給するためのシリンジポンプディスペンサ流体システム３６が、図７に図示されている。上記段落に記載したように、遠心分離管１８からデカンテーションされた廃棄流体は、システム３６を介してクリーンな処理流体と置き換えられる。２つのシリンジポンプによって、このクリーンな処理流体が、前の工程においてそこから廃棄流体が除去された遠心分離管１８へと分注される。最終再充填工程では、遠心分離管１８中のバクテリアレベルを必要な濃度にするために少量のクリーンな流体が使用される。

遠心分離管１８中のサンプルがクリーンな流体によって十分希釈された後、２つの流体移送アーム３４，３４ａ（図３Ａ及び図３Ｂ）のうちの１つによって遠心分離管１８中のこの処理済みサンプルを、その各使い捨てカートリッジ１２の光学カップ又はキュベット２２へ移す。２つの流体移送アーム３４，３４ａのうちの１つは、これまでまだこの処理に使用されていなかった０．５ｍＬ容量の第２ピペットチップ２４を把持する。この小容量の第２ピペットチップ２４は、遠心分離管１８から約５００μLを引き出し、この流体を指定された患者の各光学カップ又はキュベット２２へ分注するために使用される。その後、この小容量の第２ピペットチップ２４は、両ピペットチップ２０，２４の廃棄処分のため、流体移送アーム３４又は３４aによって大容量の第１ピペットチップ２０に挿入される。

上述した測量／デカンテーション、測量／再充填、測量／流体移送プロセスは、好ましくは、遠心分離管１８中に、尿サンプル中のバクテリアを保持する、溶解物の約１，０００，０００：１の希釈物を得るためのものである。これは、下記の手順によって達成可能である。（１）当業者に知られている手段によって、尿サンプルを１２，０００×ｇの力で遠心分離する、（２）第１ピペットチップ２０を用いて流体の約９５％をデカンテーションする、（３）工程（２）でデカンテーションされた溶液を生理食塩水で置換する、そして（４）第１ピペットチップ２０を用いて、工程（１）、工程（２）及び工程（３）を少なくとも５回繰り返す。その後、遠心分離管１８中の最終処理済み尿サンプルを、第２ピペット２２を用いて光学カップ又はキュベット２２へ移すことができる。

その後、光学カップ又はキュベット２２中の最終処理尿サンプルは、光学カップ又はキュベット２２中の尿サンプル中の微生物の同定又は定量、若しくはその両方、を行うための光学分析に使用することができる。この情報は、前述した米国特許公Ｎｏ．２００７／００３７１３５Ａ１に開示されているシステムを使用して得ることができる。

１つの遠心分離管１８について上述したそれぞれの工程が、サンプル処理装置１４内において、マガジン２６中のそれぞれの使い捨てカートリッジ１２について行われる。なお、各使い捨てカートリッジ１２の廃棄流体は、サンプル処理装置１４中の容器（図示せず）へと廃棄されるか、又は、ドレンに直接流される。次のバッチの尿サンプルを処理するためのサンプル処理装置１４の次の操作の準備中にマガジン２６が取り外される時、廃棄される使い捨て部材、すなわち、使い捨てカートリッジ１２及び使い捨てコンポーネント１８，２０，２２及び２４は、マガジン２６上に留まる。

図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃの光学分析装置１６による分析のための尿サンプルの調製には、以下の工程が含まれる。一般に、尿のサンプルは試験管中で得られる。このサンプルを、１０ミクロン（μｍ）のフィルタに通過させ、このフィルタから２ｍＬのサンプルを得てこれを遠心分離管１８に投入する。この２ｍＬのサンプルを約１２，０００×ｇの力で遠心分離し、その流体の９５％をデカンテーションすることによって、所望の希釈サンプル、すなわち、尿サンプル中のバクテリアを保持した、溶解物の１，０００，０００：１希釈物を得る。この後者の工程を５回繰り返す。このとき、そのそれぞれの回において、デカンテーションされた溶液を生理食塩水で置換する。この処理のため、バクテリアの完全性を維持させながら、処理された尿サンプルが光学分析装置１６に挿入された時に作用するバックグラウンド蛍光を最小化させるように、生理食塩水が選択される。

次に、図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃの光学分析装置１６について説明する。図４Ａを参照すると、光学分析装置１６は、光学システム４４（これは図４Ｂ及び図４Ｃにより詳細に図示されている）と、熱制御ユニット（図示せず）と、光学カップ又はキュベット２２に分析対象の処理済み尿が含まれている使い捨てカートリッジ１２を収納する複数のホルダ５６を有するマガジン５４を受け取り、支持し、回転させる回転テーブル５２を備えたドローア５０と、バーコードリーダ５８（図４Ａ）と、を備えている。

光学分析のための処理済み尿サンプルを含む光学カップ又はキュベット２２を有するカートリッジ１２は、マガジン５４のホルダ５６に挿入されることが理解される。図４Ａは、回転テーブル５２上に搭載されたマガジン５４が光学分析装置１６に装填されている状態を図示している。マガジン５４の装填及び取り外しのため、ドローア５０を手動で引き出す。ドローア５０は、熱制御ユニット（図示せず）と、駆動機構（図示せず）と、を備えている。マガジン５４とドローア５０とのアラインメント構成によって、作業者は、マガジン５４が回転テーブル５２上に装填される時に、このマガジン５４を駆動機構と熱制御ユニットとに正しく向けることができる。ドローア５０とマガジン５４とが手動で光学分析装置１６に挿入されると、駆動機構がマガジン５４を回転させ、この時、バーコードリーダステーション５８（図４Ａ）が、サンプルの一覧を作成する。レベルセンサ（図示せず）は、各カップ又はキュベット２２が適正量のサンプルを含んでいることを確認する。光学カップ又はキュベット２２内の全てのサンプルが分析済みであることをユーザインターフェースが示すと、作業者は光学分析装置１６にアクセスすることができるが、光学分析装置１６のコンポーネントのいずれがまだ移動中である場合、又は、光学システム４４のＵＶ光源がＯＮである場合は、ドローア５０の開放は禁止される。

図４Ａは、光学分析装置１６内に位置した状態で回転テーブル５２上にあるマガジン５４を図示している。光学分析装置１６は、更に、ドローア５０を光学システム４４に対して確実に位置決めする機械式ロックシステム（図示せず）を備えている。駆動機構は、マガジン５４を自動的に回転させて、各カートリッジ１２をバーコードリーダステーション５８内で、かつ、光学システム４４との正確なアラインメント状態に位置決めするように構成されている。光学分析のために各光学カップ又はキュベット２２を光学システム４４に対して適切な位置に固定するため、第２の機械式ロックシステム（図示せず）が用いられる。

図４Ａは、光学カップ又はキュベット２２のための熱制御ユニットを図示している。好ましくは、各光学カップ又はキュベット２２の温度は、蛍光信号を増大させつつ、バクテリアの代謝を抑制する温度にまで低下される。熱電クーラ（ＴＥＣ）である熱制御ユニット４６は、マガジン５４の下方の回転テーブル５２上の大きな熱物体６０を冷却する。この熱物体６０（図４Ａ）は、光学カップ又はキュベット２２と直接接触しており、赤外線温度センサ（図示せず）が、そのサンプルを回転して光学システム４４内に位置決めする前に、各サンプルの温度を検出し、モニタリングする。

次に、光学分析装置１６の光学システム４４について説明する。この光学システムは、図４Ｂにより詳細に図示されている。当該光学システム４４は、３つの分離されたユニット、すなわち、励起ユニット４４（ａ）と光収集ユニット４４（ｂ）と分光計とを備えている。励起光は、好ましくはＬＥＤ（発光ダイオード）として構成される紫外線（ＵＶ）光源から提供される。励起ユニット４４（ａ）に設けられた一連の５つのＬＥＤモジュールによって、各サンプルカップ又はキュベット２２に対して５つの異なる波長で励起信号が提供され、これらは同じ順序で各サンプルカップ又はキュベット２２に適用される。励起時間は、各波長につき約１４秒間である。励起発光は、レンズとフィルタ４４（ｄ）とを介して、図２に図示されているように、キュベット２２中のサンプルの上面に向けられる。各励起波長の形状を狭め、又は制御するために、ナローバンドフィルタが用いられる。これらのフィルタは、励起波長Ｅを下向きにサンプルカップ又はキュベット２２に向け、蛍光発光は、カセットの同じ位置から光収集ユニットに向けて上向きに反射される。蛍光発光は、フィルタ配列によって分割され、方向付けされ得る。図４Ｃは、光学システム４４における配置を図示している。前述したように、機械式ロックシステムによって、サンプルを収容した光学カップ又はキュベット２２が正しくアラインメントされるように駆動機構が位置決めされる。この正確なアラインメントによって、蛍光発光を光学システム４４に向けて反射させて、蛍光の測定を可能にすることができる。測定のために分光計内に蛍光発光を集め、案内するために光学素子（図示せず）が利用される。

更に、光収集ユニットは、分光計に光学カップ又はキュベット２２内のサンプルの蛍光発光を集め、案内するための光学素子を備えている。

光学システム４４は、ＣＣＤ（電荷結合素子）光子検出器を備えるチェルニターナー型（Czerny-Turner）分光計を含むことができ、これによって、蛍光光子は、ＣＣＤ素子に接触する前に複数の鏡面によって反射される。発光蛍光は、所定時間積分することによってＣＣＤ素子上でモニタリングされる。また、光子利用効率を改善するために、チェルニターナー型分光計を、入射スリットとＣＣＤ素子との近傍に設けられる追加の筒状レンズによって改造することも考えられる。更に、図５に概略図示するように、追加の光子をスリットＳを通して案内するべく、分光計ＳＭのスリットＳの入口に鏡面凸部「ホーン（角状部、horn）」Ｈを設けることができる。

図４Ａを参照すると、光学システム４４内に混入する光を最小化するために、光学システム４４は、光漏れ防止エンクロージャ又はハウジング６４を備え、ＣＣＤ素子のカメラは、カメラチップから光学システム４４のエンクロージャ又はハウジング６４へ熱を伝達するための熱電クーラ（ＴＥＣ）（図示せず）を備える。

サンプル処理装置１４及び光学分析装置１６の両方は、これらサンプル処理装置１４及び光学分析装置１６から出入りする空気を、フィルタを介して換気する目的のため、ＨＥＰＡ空気フィルタリングシステムを備える。サンプル処理装置１４と光学分析装置１６とは、更に、作動中に僅かな正圧を有する。但し、この圧力は、ユーザがドアを開放することが可能となる時には、大気圧にまで低下する。サンプル処理装置１４と光学分析装置１６との両方に対する電力は、別体のラックに取り付けられた電源モジュールから供給される。

更に、発光蛍光を励起蛍光の強度と相関させるために、ＬＥＤの強度をモニタリングすることも考えられる。具体的には、光学分析装置１６によって得られた情報を利用して、以下により詳細に説明するように、米国公報Ｎｏ．２００７／００３７１３５Ａ１の図５〜図９に類似のグラフを作り出すことができる。これらのグラフは、サンプルカップ又はキュベット２２中のバクテリアの濃度、蛍光強度、発光波長、及び励起波長、をそれぞれ表している。

上述したように、光学分析装置１６は、その後に尿サンプル中のバクテリアのタイプを同定するために利用される結果を提供する。これは、光学分析装置１６をコンピュータモジュール（図示せず）に接続し、このコンピュータモジュールに、蛍光発光等の得られた情報を入力することによって達成することができる。コンピュータモジュールは、上記米国特許公報Ｎｏ．ＵＳ２００７／００３７１３５Ａ１に記載されているものと類似の方法で、尿サンプルの同定と定量とを行うために、尿サンプルの蛍光の励起−発光マトリクスに基づいて多変数解析を行うことができる。ここで、前記システムは、励起光源を含む蛍光励起モジュールと、励起光源を受けるようにサンプルを位置決めするためのサンプルインターフェースモジュールと、蛍光発光モジュールと、検出装置と、を有する。上述のコンピュータモジュールは、蛍光モジュールに接続される。多変数解析は、尿サンプルの同定と定量化とのための拡張部分最小二乗分析（extended partial least squared analysis）を含むものとすることができる。

更に、異なる複数のＬＥＤパッケージ出力をミックスして均一なＵＶ光源とするために“homogenitor tube（均一管）”を使用することも可能である。本発明に使用される典型的な“homogenitor tube”は、当業者に知られているものと類似のものである。

以上、好適実施例を参照して、本発明について説明した。上述した詳細説明を読むことによって、当業者は自明な改造及び改変に想到するであろう。本発明は、そのような改造及び改変の全てを含むものとして解釈されることが理解される。

Claims (20)

1. 流体サンプルを分析するための光学分析装置であって、
   回転テーブルと、この回転テーブルによって支持されるとともに、複数のカートリッジを収納するように構成されたマガジンと、を有するドローアを備え、
   前記複数のカートリッジのそれぞれは、未処理サンプルのための取り外し可能な管と、流体サンプルを含むための容器を有する光学カップ又はキュベットと、を有し、
   前記光学カップ又はキュベットが円錐台の端部までその長さに沿って連続的にテーパー状に形成された側面と反射面とを有し、
   さらに、各流体サンプルを分析するための光学システムを備え、
   前記光学システムは、前記光学カップ又はキュベットの上方に位置する励起ユニットと、光収集ユニットとを有し、
   光学分析の際に光が下方へ向かい前記光学カップ又はキュベットの開口部を通して前記流体サンプルに入り、前記側面は前記光学分析を補助するように構成され、
   前記光学カップ又はキュベットの前記反射面が、前記流体サンプルから蛍光発光を前記光学システムへ向けて上方へ戻すように反射させる光学分析装置。
2. バーコードリーダステーションを更に備える請求項１に記載の光学分析装置。
3. 前記回転テーブルの下方に配置され、蛍光信号を増大させつつ各流体サンプルの温度を維持させ、バクテリアの代謝を抑制するように構成された熱制御装置を更に備える請求項１に記載の光学分析装置。
4. 各流体サンプルの温度を検出し、モニタリングするための赤外線温度センサを更に備える請求項１に記載の光学分析装置。
5. 前記回転テーブルと、前記光学カップ又はキュベットを有する前記複数のカートリッジと、を自動回転させて、前記バーコードリーダステーションと前記光学システムとに対して位置アラインメントさせるための駆動機構を更に備える請求項２に記載の光学分析装置。
6. 前記光学システムに対して前記ドローアを位置保持するための第１機械式ロックシステムと、
   前記光学システムに対して各カップ又はキュベットを位置保持するための第２機械式ロックシステムと、を更に備える請求項１に記載の光学分析装置。
7. 前記光学システムが、励起モジュールユニットと、光収集ユニットと、分光計と、から構成されている請求項１に記載の光学分析装置。
8. 前記励起モジュールユニットは、複数の異なる励起波長を提供し、
   前記光収集ユニットはＣＣＤ光子検出器であり、
   前記分光計はチェルニターナー型分光計である請求項７に記載の光学分析装置。
9. 前記分光計は、入射スリットと、この入射スリットの近傍に配設された筒状レンズと、追加の光子を前記入射スリットを通るように案内するための鏡面凸ホーンと、を有する請求項７に記載の光学分析装置。
10. 各流体サンプルの温度を維持するための熱制御装置を更に備える請求項１に記載の光学分析装置。
11. 前記励起モジュールユニットが、それぞれの流体サンプルに連続的に励起信号を送る複数のＬＥＤモジュールを有し、前記複数のＬＥＤモジュールは少なくとも５つのＬＥＤモジュールである請求項８に記載の光学分析装置。
12. 流体サンプル中の微生物の同定及び定量のための調製における流体サンプルの処理方法であって、
    流体サンプルを得る工程（ａ）と、
    前記流体サンプルを、フィルタを通過させる工程（ｂ）と、
    フィルタリング済みの流体サンプルを得て、これを取り外し可能な管に注入する工程（ｃ）と、
    光学分析装置における光学分析のために前記フィルタリング済みの流体サンプルを光学カップ又はキュベットに移す工程であって、
    前記光学分析装置は、前記光学カップ又はキュベットの上方に位置する励起ユニットと、光収集ユニットとを有し、
    前記光学カップ又はキュベットが円錐台の端部までその長さに沿って連続的にテーパー状に形成された側面と反射面とを有する容器を有し、
    光学分析の際に光が下方に向かい前記光学カップ又はキュベットの開口部を通して前記流体サンプルに入り、前記側面は前記光学分析を補助するように構成され、
    前記光学カップ又はキュベットの前記反射面が、前記流体サンプルから蛍光発光を光学システムへ向けて上方へ戻すように反射させる工程（ｄ）と、を有する方法。
13. 前記流体サンプルは尿である請求項１２に記載のシステム。
14. 流体サンプル中の微生物の同定及び定量を行うためのシステムであって、
    未処理流体サンプルのための取り外し可能な管と、少なくとも一つの取り外し可能なピペットチップと、光学カップ又はキュベットと、を含む複数の使い捨てコンポーネントを保持する複数の使い捨てカートリッジを備え、
    前記光学カップ又はキュベットは、前記流体サンプルの光学分析のために光が入る開口部を有する容器と、円錐台の端部までその長さに沿って連続的にテーパー状に形成された側面と反射面とを有し、
    さらに、前記複数の使い捨てカートリッジを受け取るとともに、前記流体サンプルを調製し、これらの流体サンプルを、各前記使い捨てカートリッジの各光学サンプルカップ又はキュベットに移すように構成されたサンプル処理装置と、
    前記複数の使い捨てカートリッジを受け取るとともに、前記流体サンプル中に含まれる微生物のタイプと量とを分析する光学分析装置と、を備え、
    前記光学分析装置は、前記光学カップ又はキュベットの上方に位置する励起ユニットと、光収集ユニットとを有し、
    光学分析の際に光が下方へ向かい前記光学カップ又はキュベットの開口部を通して前記流体サンプルに入り、前記側面は前記光学分析を補助するように構成され、
    前記光学カップ又はキュベットの前記反射面が、前記流体サンプルから蛍光発光を光学分析のために前記光収集ユニットへ向けて上方へ戻すように反射させるシステム。
15. 前記ピペットチップは１．０ｍＬの容量を有する請求項１４に記載のシステム。
16. 前記ピペットチップが、前記使い捨てカートリッジ内に固定されている請求項１４に記載のシステム。
17. 前記使い捨てカートリッジはカートリッジ本体を更に有し、前記カートリッジ本体にはバーコードが付されている請求項１４に記載のシステム。
18. 前記光は、紫外（ＵＶ）光を含む請求項１４に記載のシステム。
19. 前記容器は、プラスチック、ガラス及びアルミニウムから成るグループから選択される材料から形成され、前記反射面は、別体に形成された材料層から成るグループから選択される請求項１４に記載のシステム。
20. 前記反射面は前記容器の内側反射面である請求項１４に記載のシステム。

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