JP2021527821A - 微生物を含むサンプルの溶液特性を測定するためのデバイス、システムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
微生物を含むサンプルの溶液特性を決定するための様々な装置、システム、および方法が開示される。一実施形態では、サンプルを受け入れるように構成されたサンプルチャンバを含むサンプル容器と、参照導管内に規定された参照導管空洞を有する参照導管を含む参照センサ部材とを含むセンサ装置が開示される。前記参照導管空洞は、参照緩衝ゲル、緩衝液またはウイッキング部材で少なくとも部分的に満たすことができる。参照導管のセグメントはサンプルチャンバ内に延在することができる。参照電極材料は、前記ウィッキング部材の近位端に配置されるか、または前記参照導管空洞内に部分的に延在させることができる。当該センサ装置はまた、サンプルと流体接触している活性電極を有する能動型センサ構成要素を含むこともできる。サンプルチャンバ内のサンプルは、サンプル容器の表面に沿って規定された通気口を通って通気することが可能である。
【選択図】図９Ａ
【選択図】図９Ａ
Description
関連出願への相互参照
本出願は、2018年６月19日出願の米国仮出願第62/687,167号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
技術分野
本出願は、2018年６月19日出願の米国仮出願第62/687,167号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
技術分野
本開示は、一般に、サンプルの溶液特性を測定するための診断デバイスに関し、より詳しくは、微生物を含むサンプルの溶液特性を測定するためのデバイス、システム、および方法に関する。
背景
背景
抗感染症薬耐性の感染性病原体または微生物によって引き起こされる感染症は、病院、老人ホーム、その他の医療環境の医療専門家にとって重大な問題である。例えば、このような感染症は、敗血症として知られる潜在的に命に関わる合併症を引き起こす可能性があり、感染性病原体により血流中に放出された化学物質が、発熱、低血圧および死を引き起こす可能性のある血管作動性反応だけでなく、危機的な全身炎症反応を引き起こし得る。そのような感染症に直面した場合、好ましい行動方針は、臨床医が抗感染症化合物を慎重に使用すること、好ましくは感染症を軽減するために必要なものだけを使用することである。
しかしながら、今日最も頻繁に行われている行為は、生物体が特定されて薬剤感受性について試験されるまで、治療の適切性を確保するために、広域スペクトルの抗感染症薬、多くの場合複数の薬を患者に投与することである。これは、多剤耐性の感染性病原体をもたらす傾向がある。理想的には、感染性病原体の存在が確定されたら、即座にその感受性が検出されるだろう。そのような感染性病原体の抗感染症薬に対する感受性を決定するためには、当該感染性病原体を含むサンプルを定量しなければならず、そのためには該サンプルを微生物の増殖またはその欠如について分析する必要がある。
生物学的サンプルまたは他のタイプのサンプル中の感染性病原体を分析するために使用される既存のバイオセンサは、活性電極を有する能動型センサ部材と、目的のサンプルとイオン交換的接触状態にある参照溶液に浸漬された参照電極を有する参照センサ部材とを含む。従来、これは、KClなどの水性参照緩衝液中でAg/AgCl電極を使って行われている。しかし、この従来のセンサ設計は、様々な理由から理想的なものではない。まず第一に、銀や塩化銀がサンプル中に拡散し、サンプル内の微生物の増殖を阻害する可能性があるため、サンプルに対して実施される何らかの測定を複雑にしてしまう。更に、従来の参照溶液は、しばしば薄いガラス壁を有する使い捨て容器中に提供されるため、製造、保管および輸送費用がかかる。更に、サンプルと参照溶液との間に形成される塩橋を介した微生物の拡散は、参照溶液を汚染する恐れがある。その上、従来のバイオセンサは、しばしば、参照電極をシリコンダイ表面上に配置する必要があり、貴重なウェハー不動産を使用するため、そのようなセンサの費用をさらに増大させた。
上記の限界と制限の結果として、微生物を含むサンプルを微生物の増殖またはその欠如について迅速かつ効果的にアッセイするための改善されたデバイス、システムおよび方法が必要とされている。そのような解決手段は費用効率が高くあるべきであり、従来のバイオセンサの欠点に対処しなければならない。
微生物を含むサンプルの溶液特性（例えば、ORPまたはpH）を測定するための装置、システムおよび方法が開示される。一実施形態では、サンプルの溶液特性を測定するためのセンサ装置が開示される。センサ装置は、サンプルを受け入れるように構成されたサンプルチャンバと参照センサ部材とを備えた、サンプル容器を備えることができる。参照センサ部材は、参照導管空洞、参照導管第一開口部および参照導管第二開口部を含む、参照導管を備えることができる。参照センサ部材はまた、ウィック遠位端とウィック近位端を有する参照導管空洞を通って延在するウィッキング部材も備えることができる。ウィッキング部材の少なくとも一部は、サンプルの少なくとも一部がウィッキング部材によってウィック近位端の方向に引き寄せられるように、サンプルチャンバと流体接続状態にすることができる。参照センサ部材はまた、ウイック近位端に配置された参照電極材料も備えることができる。
センサ装置は、活性電極材料を含む能動型センサ部材をさらに備えることができる。活性電極材料の少なくとも一部は、サンプルチャンバ内に延在し、サンプルチャンバがサンプルで少なくとも部分的に満たされると、サンプルと流体接触することができる。
参照センサ部材と能動型センサ部材とは、導電接続によってパラメーター分析器へ電気的に結合することができる。サンプルの溶液特性は、活性電極材料と参照電極材料との間で測定された電位差に基づいて決定することができる。
センサ装置は、サンプル容器に取り外し可能に連結されるように構成された、容器キャップを備えることができる。参照導管は、容器キャップの底面から延出することができる。容器キャップは、一部を非導電体材料で作製することができる。容器キャップは、ウィッキング部材の少なくとも一部が容器キャップを通して見えるように、一部を透明な非導電体材料で作製することができる。
サンプル容器は、セラミック材料とポリマー材料のうちの少なくとも１つで一部を作ることができる。参照電極材料は、ウイック近位端上に供給または分配される導電性インクであることができる。ウイック近位端上に供給または分配された導電性インクは、硬化によって硬くすることができる。幾つかの実施形態では、導電性インクは銀−塩化銀インクであることができる。
ウィッキング部材は一部を多孔質高分子材料で作ることができる。幾つかの実施形態では、ウィッキング部材は、一部を高密度ポリエチレン（HDPE）で作ることができる。他の実施形態では、ウィッキング部材は一部を天然繊維で作ることができる。ウィッキング部材は約15μm〜約150μmの間にサイジングされた細孔を含むことができる。
ウィッキング部材は、ウィッキング部材の少なくとも表面が界面活性剤により被覆されるように界面活性剤で処理することができる。界面活性剤は、ウイッキング部材の親水性を増大させるように構成することができる。
センサ装置は、サンプル容器の底面および側面の少なくとも１つに沿って範囲が規定された通気口を更に含むことができる。幾つかの実施形態では、疎水性通気性膜が、通気口を覆うことができる。通気口と疎水性通気性膜は、空気が通気口と疎水性通気性膜を通ってサンプルチャンバに入ることができ、サンプルチャンバを曝気することができるように構成することができる。
参照センサ部材が容器キャップとして実装される場合、容器キャップは、アタッチメント接続を介してサンプル容器に取り外し可能に連結するように構成することができ、そして追加の疎水性通気性膜が、容器キャップの底面の少なくとも一部を覆うことができる。これらの実施形態では、容器キャップがアタッチメント接続（例えばねじ接続）を介してサンプル容器上にねじ込まれると、気流経路を構築することができる。気流経路は、通気口、疎水性通気性膜、サンプルチャンバ、追加の疎水性通気性膜、およびアタッチメント接続に沿って容器キャップとサンプル容器との間に範囲が規定された空隙（エアギャップ）を含むことができる。
幾つかの実施形態では、センサ装置によって測定される溶液特性はpHであり、能動型センサ構成要素の活性電極材料は、一部をpH感受性材料で作製することができる。いくつかの実施形態では、pH感受性材料は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、五酸化タンタル、二酸化ハフニウム、二酸化イリジウム、二酸化ルテニウム、および二酸化ジルコニウムのうちの少なくとも１つを含む。
他の実施形態では、測定される溶液特性は、サンプルの酸化還元電位（ORP)であることができ、そして能動型センサ部材の活性電極材料は、レドックス感受性材料で一部を作ることができる。レドックス感受性材料は、白金、金、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、五酸化タンタル、二酸化ハフニウム、二酸化イリジウム、二酸化ルテニウム、および二酸化ジルコニウムの少なくとも１つを含むことができる。それらのおよび他の実施形態では、パラメータ分析器は電圧計とマルチメーターの少なくとも一部であり得るか、またはそれらを備え得る。
参照センサ部材も開示される。参照センサ部材は、サンプルを受け入れるように構成されたサンプル容器に取り外し可能に連結するように構成することができる。参照センサ部材は、参照導管空洞を含む参照導管も備えることができる。幾つかの実施形態では、参照センサ部材は、容器キャップとして実装することができる。参照導管は、容器キャップの下側から延出することができる。
参照センサ部材は、ウイック遠位端とウイック近位端を有する参照導管空洞の一部の中に配置されたウイッキング部材を備えることができる。ウイッキング部材の少なくとも一部は、サンプルの少なくとも一部分がウイッキング部材によってウイック近位端の方向に引き寄せられるように、容器キャップをサンプル容器に取り付けるとサンプルと流体接触状態となるように構成することができる。参照センサ部材は、ウイック遠位端に配置された参照電極材料を備えることもできる。参照電極材料は、該参照電極材料と電気通信した活性電極に比較して、実質的に安定な電極電位を示すように構成することができる。
参照センサ部材は、一部を非導電体材料で作ることができる。参照センサ部材が容器キャップとして実装される場合、容器キャップは非導電体材料の一部で作ることができる。幾つかの実施形態では、容器キャップは、ウイッキング部材の少なくとも一部が容器キャップを通して目に見えるように、透明な非導電体材料の一部で作ることができる。
幾つかの実施形態では、参照電極材料は、ウイック遠位端上に供給または分配された導電性インクであることができる。ウイック近位端に供給または分配された導電性インクは、硬化によって固めることができる。幾つかの実施形態では、導電性インクは銀−塩化銀インクであり得る。
ウイッキング部材は、一部を多孔性高分子材料で作ることができる。別の実施形態では、ウイッキング部材は一部を天然繊維で作ることができる。ウィッキング部材は約15μm〜約150μmにサイジングされた細孔を含むことができる。
ウイッキング部材は、該ウイッキング部材の少なくとも表面が界面活性剤により覆われるように、界面活性剤により処理することができる。界面活性剤はウイッキング部材の疎水性を高めるように構成することができる。
サンプルの溶液特性を測定する方法も開示される。その方法は、サンプル容器のサンプルチャンバに、感染性病原体を含むサンプルを充填し、参照センサ部材（例えば容器キャップとして実装されている）をサンプル容器に取り付け、参照センサ部材の参照電極材料をパラメータ分析器に電気的に結合し、そして該パラメータ分析器を、活性電極材料を含む能動型センサに電気的に結合し、そして活性電極材料と参照電極材料との間で測定された電位差に基づいてサンプルの溶液特性を測定することを含み得る。
活性電極材料の少なくとも一部は、サンプルチャンバ中に延在し、サンプルと流体接触状態である。参照センサ部材は、参照導管空洞、参照導管第一開口部および参照導管第二開口部を有する、参照導管を備えることができる。参照導管空洞は、ウイック遠位端とウイック近位端を有する参照導管空洞を通って延びるウイッキング部材により少なくとも部分的に満たすことができる。
ウイッキング部材の少なくとも一部は、サンプルチャンバ内のサンプルと流体接触することができる。サンプルの少なくとも一部は、ウイッキング部材によりウイック近位端の方向に引き寄せることができる（例えば毛管作用により）。
参照電極材料はウイック近位端に配置することができる。参照電極材料はウイック近位端上に供給または分配された導電性インクであり得る。導電性インクは、硬化によって硬くすることができる。幾つかの実施形態では、導電性インクは、銀−塩化銀インクであり得る。
該方法は、サンプル容器の底面と側面の少なくとも１つに沿って規定された通気口を通しておよびその通気口を覆っている疎水性の通気性膜を通して、サンプルチャンバ中に空気をポンプ注入することを更に含むことができる。ここで、前記サンプルチャンバ中にポンプ注入された空気は、サンプルに空気を含ませる。サンプルチャンバ中にポンプ注入された空気は、容器キャップの下面の少なくとも一部を覆っている追加の通気性膜を通って、そしてアタッチメント接続に沿って容器キャップとサンプル容器の間に規定された空隙（エアギャップ）を通ってサンプルチャンバを出ることができる。
サンプルの溶液特性を決定する段階は、サンプルのpHを測定すること含みうる。活性電極材料はpH感受性材料の一部で作ることができる。幾つかの実施形態では、pH感受性材料は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、五酸化タンタル、二酸化ハフニウム、二酸化イリジウム、二酸化ルテニウム、および二酸化ジルコニウムのうちの少なくとも１つを含むことができる。
他の実施形態では、サンプルの溶液特性を決定する工程は、サンプルの酸化還元電位（ORP）を測定することを含み、ここで活性電極材料は、一部をレドックス感受性材料で作られる。レドックス感受性材料は白金、金、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、五酸化タンタル、二酸化ハフニウム、二酸化イリジウム、二酸化ルテニウム、二酸化ケイ素、および二酸化ジルコニウムの少なくとも１つを含み得る。
参照センサ部材を製造する方法が開示される。この方法は、サンプルを受け入れるように構成されたサンプル容器に取り外し可能に連結されるように構成された容器キャップを提供することを含む。参照導管は、容器キャップの底面から延出する。参照導管は、参照導管空隙を含み得る。この方法は、参照導管空洞中にウイッキング部材を配置することも含み得る。ウイッキング部材はウイック遠位端とウイック近位端を含み得る。当該方法は、ウイック近位端上に導電性インクを供給または分配し、そして該導電性インクが硬くなるまで導電性インクを硬化させることを更に含み得る。
当該方法は、ウイック近位端上に、約50μL〜500μLの間の導電性インクの容量を供給または分配することを更に含み得る。導電性インクは、100℃より上の温度で硬化することができる。導電性インクは約60分〜約180分の時間に渡り硬化することができる。
幾つかの実施形態において、参照導管は徐々に先細にすることができる。ウイッキング部材は、ウイッキング部材がウイック近位端からウイック遠位端まで徐々に先細になるように成形することができる。
サンプルのpHを測定するためのセンサ装置の別の実施形態が開示される。センサ装置は、サンプルを受け入れるように構成されたサンプルチャンバと参照センサ部材とを含むサンプル容器を備え得る。
参照センサ部材は、参照空洞、参照導管第一開口部および参照導管第二開口部を有する、参照導管を備える。幾つかの実施形態では、参照導管空洞は、参照緩衝ゲルで部分的に満たすことができる。参照導管のセグメントはサンプルチャンバ中に延出することができる。参照導管第二開口部は、サンプルが参照緩衝ゲルと流体接触できるように構成することができる。参照電極は、参照緩衝ゲルで満たされた参照導管中に部分的に延在することができる。
センサ装置は、サンプルチャンバ中に延在する活性電極と、活性電極ハウジング内に部分的に収容された活性電極とを備える、能動型センサ部材を更に備え得る。活性電極はサンプル接触面を含み得る。
活性電極は、活性電極ハウジングの遠位端に配置させることができる。活性電極ハウジングは、サンプル接触面がサンプルと流体連絡（fluid communication）した状態になるようにサンプル接触面を露出させるように構成することができる。
導電性接触層を活性電極に連結し、活性電極ハウジング内の活性電極の近位に配置することができる。導電性接触層と参照電極は、電圧計への導電性接続により電気的に結合することができる。サンプルのpHは、活性電極と参照電極の間の電位差に基づいて測定することができる。
参照導管は導管壁を有し得る。導管壁は、参照導管第一開口部の第一開口面積が参照導管第二開口部の第二開口面積よりも大きくなるように、参照導管近位端から参照導管遠位端まで徐々に先細にすることができる。
参照電極は参照電極チップを含み得る。参照電極チップは、参照電極が参照導管空洞中に部分的に延在している場合、参照緩衝ゲルの容積が、参照導管の第二の開口部から参照電極チップを分離する容積であるように参照導管の第二開口部の近位に配置することができる。参照導管空洞は、約100μL〜約500μLの参照緩衝ゲルで満たすことができる。
参照電極は１つ以上の金属の一部で作ることができる。幾つかの実施形態では、参照電極は白金、ステンレス鋼またはその組み合わせの一部で作ることができる。
活性電極は酸化金属の一部で作ることができる。幾つかの実施形態では、活性電極は一部を二酸化シリコン、酸化アルミニウム、二酸化チタン、五酸化タンタル、二酸化ハフニウム、酸化イリジウム、二酸化ルテニウム、二酸化ジルコニウム、またはそれらの組み合わせで作製することができる。
導電性接触層は１つ以上の金属の一部で作ることができる。導電性接触層はアルミニウム、銅、白金、またはそれらの組み合わせの一部で作ることができる。
幾つかの実施形態では、参照緩衝ゲルは、寒天粉末と参照緩衝液とから形成された寒天ゲルであることができる。寒天ゲル中の寒天粉末は、約１％(w/v％）〜約５％（w/v％）の濃度であることができる。
参照緩衝液は、ヘキサシアン化鉄(III）酸カリウム、ヘキサシアン化鉄(II)酸カリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二ナトリウム、またはその組み合わせを含むことができる。別の実施形態では、参照緩衝液は塩化カリウムを含み得る。
センサ装置は、通気導管を備えることができる。通気導管のセグメントは、サンプルチャンバ中に延出することができる。通気導管はサンプル容器内のサンブルを曝気するように構成することができる。
サンプルの酸化還元電位（ORP）を測定するためのセンサ装置の別の実施形態も開示される。センサ装置は、サンプルを受け入れるように構成されたサンプルチャンバを含むサンプル容器と参照センサ部材とを備えうる。
参照センサ部材は、参照導管空洞、参照導管第一開口部および参照導管第二開口部を有する、参照導管を備えることができる。参照導管空洞は、参照緩衝ゲルで少なくとも部分的に満たすことができる。参照導管のセグメントは、サンプルチャンバ中に延在することができる。
参照導管の第二開口部は、サンプルが参照緩衝ゲルと流体接触できるように構成することができる。参照電極はその一部分が、参照緩衝ゲルで満たされた参照導管空洞中に延在することができる。
センサ装置は、能動型センサ部材を更に備えることができる。能動型センサ部材は、サンプルチャンバ中に延在する活性電極ハウジングと、その活性電極ハウジング内に部分的に収容された活性電極とを更に備えることができる。活性電極は、サンプル接触面を有することができる。活性電極は、活性電極ハウジングの遠位端に配置させることができ、そして活性電極ハウジングは、サンプル接触面がサンプルと流体接続するようにサンプル接触面が露出するように構成することができる。活性電極と参照電極は、導電接続により電圧計に電気的に結合することができる。サンプルのORPは、活性電極と参照電極の間の電位差に基づいて測定することができる。
参照導管は、導管壁を含み得る。導管壁は、参照導管第一開口部の第一開口部積が参照導管第二開口部の第二開口面積よりも大きくなるように、参照導管近位端から参照導管遠位端まで徐々に先細にすることができる。参照導管空洞は約100μL〜約500μLの参照緩衝ゲルで満たすことができる。
参照電極は参照電極チップを含むことができる。参照電極チップは、参照電極が参照導管空洞中に部分的に延出する時、参照緩衝ゲルの容積が参照導管の第二開口部から参照電極チップを分離するような関係で、参照導管空洞の近位に配置することができる。
参照電極は一部を１つ以上の金属で作ることができる。幾つかの実施形態では、参照電極は一部を白金、ステンレス鋼、またはその組み合わせの部分で作ることができる。
活性電極は一部を１つ以上の金属、１つ以上の酸化金属、またはその組み合わせで作ることができる。例えば、活性電極は一部を白金、金、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、五酸化タンタル、二酸化ハフニウム、二酸化イリジウム、二酸化ルテニウム、二酸化ジルコニウム、またはその組み合わせで作ることができる。
参照緩衝ゲルは、寒天粉末と参照緩衝ゲルとから形成された寒天ゲルであることができる。寒天ゲル中の寒天粉末は約１％（w/v％）〜約５％（w/v％）の濃度であることができる。
参照緩衝液は、ヘキサシアン化鉄(III)酸カリウム、ヘキサシアン化鉄(II)酸カリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二ナトリウム、またはその組み合わせを含むことができる。別の実施形態では、参照緩衝液は塩化カリウムを含み得る。
センサ装置は、通気導管または通気口を含むことができる。通気導管のセグメントはサンプルチャンバ中に延在することができる。通気導管はサンプル容器内のサンプルを曝気するように構成することができる。
サンプルのpHを測定するためのセンサ装置の別の実施形態も開示される。センサ装置は、サンプルを受け入れるように構成されたサンプルチャンバを含むサンプル容器と参照センサ部材とを備えることができる。
参照センサ部材は、参照導管第一開口部を規定する参照導管近位端、参照導管第二開口部を規定する参照導管遠位端、および参照導管近位端と参照導管遠位端との間の参照導管空洞を含む、参照導管を備えることができる。
参照導管空洞は、参照緩衝液で少なくとも部分的に満たすことができる。参照導管のセグメントはサンプルチャンバ中に延在することができる。参照電極は、参照緩衝液で満たされた参照導管空洞中に部分的に延在することができる。
参照導管遠位端にイオン交換膜を連結することができ、そのイオン交換膜は参照導管の第二開口部を塞ぐように構成することができる。イオン交換膜は、サンプルが参照緩衝液と混ざり合うのを防ぐが、イオンがイオン交換膜を貫通できるように構成することができる。
センサ装置は、能動型センサ部材を更に備え得る。能動型センサ部材は。サンプルチャンバ中に延在している活性電極ハウジングと、その活性電極ハウジング内に部分的に収容された活性電極とを更に備えることができる。
活性電極はサンプル接触面を有することができる。活性電極は、活性電極ハウジングの遠位端に配置することができ、活性電極ハウジングは、サンプル接触面がサンプルと流体連絡するようにサンプル接触面を露出させるように構成することができる。
導電性接触層は、活性電極ハウジング内の活性電極に連結させることができ、そして活性電極に対して近位に配置することができる。導電性接触層と参照電極は、電圧計への導電性結合により電気的に結合することができ、ここでサンプルのpHは、活性電極と参照電極との間の電位差に基づいて測定される。
参照導管は、導管壁を含み得る。導管壁は、参照導管第一開口部が参照導管第二開口部よりも大きくなるように、参照導管近位端から参照導管遠位端まで徐々に先細にすることができる。参照導管空洞は、約100μL〜約500μLの参照緩衝液で満たすことができる。
参照電極は参照電極チップを含むことができる。参照緩衝液の容積が参照電極チップをイオン交換膜から分離するように、参照電極が参照導管空洞中に部分的に延出している場合、参照電極チップはイオン交換膜の近位に置くことができる。
幾つかの実施形態では、イオン交換膜はペルフルオロスルホン化イオノマー膜であることができる。例えば、ペルフルオロスルホン化イオノマー膜はNafion（登録商標）膜であることができる。イオン交換膜は約25μm〜約180μmの厚さを有することができる。
参照電極は、一部を１つ以上の金属で作ることができる。例えば、参照電極は一部を白金、ステンレス鋼またはその組み合わせで作ることができる。
活性電極は、一部を金属酸化物で作ることができる。例えば、活性電極は、一部を二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、五酸化タンタル、二酸化ハフニウム、二酸化イリジウム、二酸化ルテニウム、二酸化ジルコニウム、またはその組み合わせで作ることができる。
導電性接触層は、一部を１つ以上の金属で作ることができる。幾つかの実施形態では、導電性接触層は一部をアルミニウム、銅、白金、またはその組み合わせで作ることができる。
参照緩衝液は、ヘキサシアン化鉄(III)酸カリウム、ヘイキサシアン化鉄(II)酸カリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二ナトリウム、またはそれらの組み合わせを含むことができる。他の実施形態では、参照緩衝液は塩化カリウムを含むことができる。
センサ装置は、通気導管をさらに備えることができる。通気導管のセグメントは、サンプルチャンバ中に延在し、ここで通気導管は、サンプル容器内のサンプルを曝気するように構成される。
参照センサ部材は、参照センサ部材がサンプル容器から脱着可能であるようにサンプル容器に取り外し可能に連結することができる。
サンプルの酸化還元電位（ORP）を測定するためのセンサ装置の別の実施形態が開示される。センサ装置は、サンプルを受け入れるように構成されたサンプルチャンバを含むサンプル容器と、参照センサ部材とを備える。
参照センサ部材は、参照導管第一開口部を規定する参照導管近位端と、参照導管第二開口部を規定する参照導管遠位端と、前記参照導管近位端と前記参照導管遠位端との間の参照導管空洞と、を含む参照導管を備えることができる。参照導管空洞は、少なくとも部分的に参照緩衝液で満たすことができる。参照導管のセグメントは、サンプルチャンバ中に延在することができる。センサ装置は、参照緩衝液で満たされた参照導管空洞中に部分的に延在している参照電極を更に備えることができる。
イオン交換膜は、参照導管遠位端に連結することができ、そして参照導管の第二開口部を塞ぐように構成することができる。イオン交換膜は、サンプルが参照緩衝液と混合するのを防ぐが、イオンがイオン交換膜を横断する（通過する）のを許容するように構成することができる。
更に、センサ装置は能動型センサ部材を備えることができる。能動型センサ部材は、サンプルチャンバ中に延在している活性電極ハウジングと、その活性電極ハウジング内に部分的に収容された活性電極とを備え得る。
活性電極はサンプル接触面を有することができる。活性電極は、活性電極ハウジングの遠位端に配置することができ、そして活性電極ハウジングは、サンプル接触面がサンプルと流体連絡するようにサンプル接触面を露出させるように構成される。
活性電極と参照電極とは、導電性接続によって電圧計に電気的に結合することができる。サンプルのORPは、活性電極と参照電極との間の電位差に基づいて測定することができる。
参照導管は、導管壁を含み得る。幾つかの実施形態では、導管壁は、参照導管第一開口部の第一開口面積が参照導管第二開口部の第二開口面積よりも大きくなるように、参照導管近位端から参照導管遠位端まで徐々に先細にすることができる。参照導管空洞は、約100μL〜約500μLの参照緩衝液で満たすことができる。
参照電極は参照電極チップを備えることができる。参照電極チップは、参照緩衝液の容積が参照電極チップをイオン交換膜から分離するように参照電極が参照導管空洞中に部分的に延在している場合、イオン交換膜の近位に配置することができる。
参照電極は、一部を１つ以上の金属で作ることができる。例えば、参照電極は一部を白金、ステンレス鋼、またはその組み合わせで作ることができる。
活性電極は、一部を１つ以上の金属、１つ以上の金属酸化物、またはそれらの組み合わせで作ることができる。例えば、活性電極は、白金、金、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、五酸化タンタル、二酸化ハフニウム、二酸化イリジウム、二酸化ルテニウム、二酸化ジルコニウム、またはそれらの組み合わせで作ることができる。
幾つかの実施形態において、参照緩衝液は、ヘキサシアン化鉄(III)酸カリウム、ヘキサシアン化鉄(II)酸カリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二ナトリウム、またはそれらの組み合わせを含み得る。他の実施形態では、参照緩衝液は塩化カリウムを含むことができる。
前述したように、イオン交換膜は、参照導管の遠位端に連結され、参照導管の第二開口部を塞ぐように構成され得る。いくつかの実施形態では、イオン交換膜はペルフルオロスルホン化イオノマー膜であることができる。例えば、ペルフルオロスルホン化イオノマー膜はNafion（登録商標）膜であることができる。イオン交換膜は、約25μm〜約180μmの厚さを有することができる。
センサ装置は、通気導管を更に備えることができる。通気導管のセグメントはサンプルチャンバ中に延在することができる。通気導管は、サンプル容器内のサンプルに曝気するように構成することができる。
参照センサ部材は、参照センサ部材がサンプル容器から脱着可能であるように、サンプル容器に取り外し可能に連結することができる。
図５Ｂは、従来型KCl参照溶液と、pH 7溶液をpH 4溶液で交換した後の参照緩衝ゲル中の白金電極を用いて行ったpH測定を表す。
図７Ｂは、測定期間の間、従来型ORPプローブ、およびイオン交換膜を有する参照センサ部材とKCl参照溶液との間の電位差を使った、大腸菌の細菌増殖のORP測定を表す。
詳細な説明
本明細書に記載の装置、システムおよび方法の変形は、添付の図面と併せて読むと詳細な説明から最も良く理解される。通常のプラクチスに従って、図面の種々の特徴を計ることはできないかもしれないことが強調される。ある種の特徴の寸法は、明確にするために拡大または縮小されているが、どの図面でも全ての特徴が目に見えるまたは標識できるわけではない。図面は、特許請求の範囲を図示されるものに限定または制限することを意図しない。
本明細書に記載の装置、システムおよび方法の変形は、添付の図面と併せて読むと詳細な説明から最も良く理解される。通常のプラクチスに従って、図面の種々の特徴を計ることはできないかもしれないことが強調される。ある種の特徴の寸法は、明確にするために拡大または縮小されているが、どの図面でも全ての特徴が目に見えるまたは標識できるわけではない。図面は、特許請求の範囲を図示されるものに限定または制限することを意図しない。
図１Ａは、サンプル１０２のpHを測定するためのセンサ装置１００の一実施形態を表す。図１Ａはセンサ装置１００の垂直断面図を表す。
センサ装置１００は、サンプル１０２を受け入れるように構成されたサンプルチャンバ１０６を有するサンプル容器１０４を備えることができる。サンプル１０２は、患者または対象から得られたサンプル、生物学的サンプル、環境サンプル、および食品サンプルの少なくとも１つを含み得る。患者または対象から得られたサンプル１０２は、その患者または対象の体液および該患者もしくは対象から得られた標本（swab）の少なくとも１つを含むことができる。
幾つかの実施形態では、患者または対象はヒト患者またはヒト対象であることができる。別の実施形態では、患者または対象は非ヒト動物患者または非ヒト対象であることができる。
幾つかの実施形態では、体液は血液、尿、血清、血漿、唾液、痰、精液、母乳、関節液、脳脊髄液などの脊髄液、創傷材料、粘液、便に伴う液体、膣分泌物、滑液、喀痰液、腹水、心膜液、羊水、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
これらおよび他の実施形態では、患者または対象から得た標本（スワブ）は、創傷スワブ、直腸スワブ、膣スワブ、前述のスワブの再懸濁物、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
全てのそのような実施形態では、サンプル１０２は、多数の微生物または感染性病原体を含むことができる。本開示の装置、システムおよび方法は、微生物定量法または抗生物質感受性試験（AST）法の一部として、サンプル１０２を微生物増殖についてアッセイするために使用することができる。
幾つかの実施形態では、サンプル１０２は、患者または対象から得られたサンプル、生物学的サンプル、環境サンプルおよび食品サンプルの少なくとも１つより誘導された細菌培養物を含むことができ、またはそれを指すことができる。例えば、サンプル１０２は、患者または対象から得られた体液または標本から誘導された細菌培養物または再懸濁細菌培養物を含むことができ、それを指すことができる。より具体的な例として、サンプル１０２は。微生物増殖が陽性と試験された患者または対象から得られた体液またはスワブより誘導された細菌培養物または再懸濁細菌培養物を含むことができる。
より具体的には、サンプル１０２が、微生物増殖が陽性であると検定された患者または対象から得られた血液より誘導され細菌培養物を含むことができる。いくつかの実施形態では、サンプル１０２は、陽性血液培養物であるか、またはそれを言及する。本開示の目的のために、陽性血液培養物は、細菌増殖について陽性と検定された患者または対象から採取された血液から誘導された細菌培養物であり得る。例えば、患者は敗血症の症状（例えば高熱、悪寒など）を示す可能性があり、血液（例えば5 mLから10 mL）を患者から採取して、細菌増殖培地（例えば30 mLから40 mLの増殖培地）を含む市販の血液培養容器または管中に移すことができる。次に、血液培養容器または管を35℃±２℃でインキュベートして、細菌を増殖させることができる。患者の血液が細菌で汚染されている場合、細菌は容器または管内で複製するだろう。次に、血液培養システムまたは装置を使用して細菌増殖をモニタリングすることができ（容器または管内での細菌のCO2生成をモニタリングすることによる等）、当該システムまたは装置は、臨界CO2閾値が満たされている場合、サンプルを細菌増殖について試験「陽性」であると判定することができる。病原体のタイプと増殖速度に依存して、血液培養物は７時間〜３日間の間陽性になりうる。そのような「陽性血液培養物」は、次いで本明細書中に開示される装置、システムおよび方法のいずれかを使うなど、更なる下流の試験に使用することができる。
追加の実施形態では、サンプル１０２は、水流、川、湖、海、汚染地域、隔離地帯、救急領域、またはそれらの組み合わせから得られた環境サンプルを含むことができる。他の実施形態では、サンプル１０２は、食品調製施設、食事施設、廃棄施設、またはそれらの組み合わせから得られた食品サンプルを含むことができる。
幾つかの実施形態では、サンプル容器１０４に導入する前に、サンプル１０２に水性増殖培地を添加することができる。別の実施形態では、サンプル１０２がサンプル容器１０４中に注入、送達、または他の方法で導入されたら、水性増殖培地をサンプル１０２に添加することができる。
一実施形態では、水性増殖培地は、グルコースが補足されたミュラー・ヒントン・ブロス（MHG）であることができる。別の実施形態では、水性増殖培地は、バクトトリプトン、トリプシン大豆消化物、酵母エキス、牛肉エキス、カチオン調整ミュラー・ヒントン・ブロス（CAMHB）、デンプン、カゼインの酸水解物、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化ナトリウム、血液、または馬溶血血液（LHB）などの溶血血液、CAMHB-LHB、グルコースまたは他の炭水化物、またはそれらの組み合わせを含む溶液であることができる。
本明細書に開示される装置、方法およびシステムを使ってアッセイすることができる微生物または感染性病原体は、細菌や真菌をはじめとする任意の代謝性単細胞または多細胞生物であることができる。幾つかの実施形態では、微生物または感染性病原体は、アシネトバクター属（Acinetobacter）、アセトバクター属（Acetobacter）、放線菌属（Actinomyces）、アエロコッカス属（Aerococcus）、アエロモナス属（Aeromonas）、アグロバクテリウム属（Agrobacterium）、アナプラズマ属（Anaplasma）、アゾリゾビウム属（Azorhizobium）、アゾトバクター属（Azotobacter）、バチルス属（Bacillus）、バクテリオデス属（Bacteriodes）、バルトネラ属（Bartonella）、ボルデテラ属（Bordetella）、ボレリア属（Borrelia）、ブルセラ属（Brucella）、バークホルデリア属（Burkholderia）、カリマトバクテリウム属（Calymmatobacterium）、カンピロバクター属（Campylobacter）、クラミジア属（Chlamydia）、クラミドフィラ属（Chlamydophila）、シトロバクター属（Citrobacter)、クロストリジウム属（Clostridium）、コリネバクテリウム属（Corynebacterium）、コクシエラ属（Coxiella）、エーリキア属（Ehrlichia）、エンテロバクター属（Enterobacter）、エンテロコッカス属（Enterococcus）、エシェリキア属（Escherichia）、フランシセラ属（Francisella）、フゾバクテリウム属（Fusobacterium）、ガードネレラ属（Gardnerella）、ヘモフィルス属（Haemophilus）、ヘリコバクター属（Helicobacter）、クレブシエラ属（Klebsiella）、ラクトバチルス属（Kactobacillus）、レジオネラ属（Legionella）、リステリア属（Listeria）、メタノバクテリウム属（Methanobacterium）、ミクロバクテリウム属（Microbacterium）、ミクロコッカス属（Micrococcus）、モルガネラ属（Morganella）、モラクセラ属（Moraxella）、マイコバクテリウム属（Mycobacterium）、マイコプラズマ属（Mycoplasma）、ナイセリア属（Neiserria）、パンドレア属（Pandoraea）、パスツレラ属（Pasteurella）、ペプトストレプトコッカス属（Pestostreptococcus）、ポルフィロモナス属（Porphyromonas）、プレボテラ属（Prevotella）、プロテウス属（Proteus）、プロビデンシア属（Providencia）、シュードモナス属（Pseudomonas）、ラルストニア属（Ralstonia）、ラウルテラ（Raoutella）、根粒菌属（Rhizobium）、リケッチア属（Rickettsia）、ロカリメア属（Rochalimaea）、ロチア属（Rothia）、サルモネラ属（Salmonella）、セラチア属（Serratia）、シュワネラ属（Shewanella）、赤痢菌属（Shigella）、スピリウム属（Spirillum）、スタフィロコッカス属（Staphylococcus）、ストレプトフォモナス属（Strenotrophomonas）、ストレプトコッカス属（Streptococcus）、ストレプトマイセス属（Streptomyces）、トレポネマ属（Treponema）、ビブリオ属（Vibrio）、ウォルバキア属（Wolbachia）、エルシニア属（Yersinia）またはそれらの組み合わせから選択された細菌であることができる。他の実施形態では、微生物または感染性病原体は、カンジダ属（Candida）またはクリプトコッカス属（Cryptococcus）またはカビから選択された１つまたは複数の真菌類であり得る。
本明細書に開示の方法およびシステムを使ってアッセイすることができる他の特定の細菌は、黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）、ブドウ球菌（Staphylococcus lugdunensis）、コアグラーゼ陰性ブドウ球菌種〔未分化のスタフィロコッカス・エピデルミディス（Staphylococcus epidermidis）、スタフィロコッカス・ヘモリティクス（Staphylococcus haemolyticus）、スタフィロコッカス・ホミニス（Staphylococcus hominis）、スタフィロコッカス・カピティス（Staphylococcus capitis）を含むがそれに限定されない〕、エンテロコッカス・フェカリス（Enterococcus faecalis)、エンテロコッカス・フェシウム（Enterococcus faecium）〔未分化のエンテロコッカス・ファシウム（Enterococcus faecium）および他のエンテロコッカス種（Enterococcus spp.）を含むが、これらに限定されず、だたしエンテロコッカス・フェカリス（Enterococcus faecalis）を除く〕、ストレプトコッカス・ニューモニエ（Streptococcus pneumoniae）、ストレプトコッカス・ピロゲネス（Streptococcus pyogenes；化膿連鎖球菌）、ストレプトコッカス・アガラクチエ（Streptococcus agalactiae）、ストレプトコッカス種〔未分化のストレプトコッカス・ミティス（Streptococcus mitis）、ストレプトコッカス・ピオゲネス（Streptococcus pyogenes）、ストレプトコッカス・ガロリティクス（Streptococcus gallolyticus）、ストレプトコッカス・アガラクチエ（Streptococcus agalactiae）、ストレプトコッカス・ニューモニエ（Streptococcus pneumoniae）を含むがこれらに限定されない〕、シュードモナス・エルギノーザ（Pseudomonas aeruginosa）、アシネトバクター・バウマニイ（Acinetobacter baumannii）、クレブシエラ種（Klebsiella spp.）〔未分化のクレブシエラ・ニューモニエ（Klebsiella pneumoniae）、クレブシエラ・オキシトカ（Klebsiella oxytoca）を含むがこれらに限定されない〕、エシェリキア・コリ（Escherichia coli；大腸菌）、エンテロバクター種（Enterobacter spp.）〔未分化のエンテロバクター・クロアセ（Enterobacter cloacae）、エンテロバクター・エロゲネス（Enterobacter aerogenes）を含むがこれらに限定されない〕、プロテウス種（Proteus spp.）〔未分化のプロテウス・ミラビリス（Proteus mirabilis）、プロテウス・ブルガリス（Proteus vulgaris）を含むがこれらに限定されない〕、シトロバクター種（Citrobacter spp.)〔未分化のシトロバクター・フロインディ（Cytrobacter freundii）、シトロバクター・コセリ（Cytrobacter koseri）を含むがそれに限定されない〕、セラチア・マルセッセンス（Serratia marcescens）、カンジダ・アルビカンス（Candida albicans）、カンジダ・グラブラタ（Candida glabrata）、およびカンジダ・トロピカリス（Candida tropicalis）を含むことができる。
アッセイすることができる他のより特定の細菌は、アシネトバクター・バウマニィ（Acinetobacter baumannii）、アクチノバチルス種（Acinetobacillus spp.）、アクチノマイセス属、アクチノマイセス種〔アクチノマイセス・イスラエリ（Actinomyces israelii）およびアクチノマイセス・ナエスランディ（Actinomyces naeslundii）を含むがそれに限定されない〕、アエロモナス種〔アエロモナス・ヒドロフィラ（Aeromonas hydrophila）、アエロモナス・ベロニィ・ビオバル・ソブリア（アエロモナス・ソブリア）（Aeromonas veronii biovar sobria (Aeromonas sobria)）およびアエロモナス・カビエ（Aeromonas caviae）を含むがそれに限定されない〕、アナプラズマ・ファゴサイトフィルム（Anaplasma phagocytophilum）、アルカリゲネス・キシロソキシダンス（Alcaligenes xylosoxidans）、アクチノバチルス・アクチノミセテムコミタンス（Actinobacillus actinomycetemcomitans）、バチルス属〔バチルス・アントラシス（Bacillus anthracis；炭疽菌）、バチルス・セレウス（Bacillus cereus）、バチルス・サブチリス（Bacillus subtilis）、バチルス・スリンジェンシス（Bacillus thuringiensis）、およびバチルス・ステロサーモフィルス（Bacillus stearothermophilus）を含むがこれらに限定されない〕、バクテリオイデス属〔バクテリオイデス・フラギリス（Bacteroides fragilis）を含むがこれらに限定されない〕、バルトネラ属〔バルトネラ・バシリフォルミス（Bartonella bacilliformis）およびバルトネラ・ヘンゼラエ（Bartonella henselae）を含むがこれらに限定されない〕、ビフィドバクテリウム属、ボルデテラ種〔ボルデテラ・パーツッシス（Bordetella pertussis；百日咳菌）、ボルデテラ・パラパーツッシス（Bordetella parapertussis；パラ百日咳菌）、およびボルデテラ・ブロンキセプチカ（Bordetella bromchiseptica）、ボレリア種〔ボレリア・レクレンチス（Borrelia recurrentis）およびボレリア・バーグドルフェリ（Borrelia burgdorferi；ライム病菌）を含むがこれらに限定されない〕、ブルセラ種〔ブルセラ・アボルツス（Brucella abortus、ブルセラ・カニス（Brucella canis）、ブルセラ・メリンテンシス（Brucella melintensis）、ブルセラ・スイス（Brucella suis）を含むがこれらに限定されない〕、ブルクホルデリア種〔ブルクホルデリア・シュードマレイ（Burkholderia pseudomallei）およびブルクホルデリア・セパチア（Burkholderia cepacia）を含むがこれらに限定されない〕、カンピロバクター種〔カンピロバクター・ジェジュニ（Campylobacter jejuni）、カンピロバクター・コリ（Campylobacter coli）、カンピロバクター・ラリ（Campylobacter lari）およびカンピロバクター・フェタス（Campylobactet fetus）、カプノサイトファガ（Capnocytophaga）種、カルジオバクテリウム・ホミニス（Cardiobacterium hominis）、クラミジア・トラコマティス（Chlamydia trachomatis）、クラミドフィラ・ニューモニエ（Chlamydophila pneumoniae）、クラミドフィラ・プシッタチ（Chlamydophila psittaci）、シトバクター種、コクシエラ・バーネッティ（Coxiella burnetti）、コリネバクテリウム種〔コリネバクテリウム・ジフテリエ（Corynebacterium diphthariae；ジフテリア菌）、コリネバクテリウム・ジェイケウム（Corynebacterium jeikeum）およびコリネバクテリウムを含むが、これらに限定されない〕、クロストリジウム種〔クロストリジウム・パーフリンジェンス（Clostridium perfringens；ウェルシュ菌）、クロシトリジウム・ジフィシレ（Clostridium difficile）、クロストリジウム・ボツリナム（Clostridium botulinum）およびクロストリジウム・テタニ（Clostridium tetani；破傷風菌）を含むがこれらに限定されない〕、エイケネラ・コロデンス（Eikenella corrodens）、エンテロバクター種〔エンテロバクター・アエロゲネス（Enterobacter aerogenes）、エンテロバクター・アグロメランス（Enterobacter agglomerans）、エンテロバクター・クロアカエ（Enterobacter cloacae）およびエシェリキア・コリ（Escherichia coli；大腸菌)〔日和見大腸菌、腸管毒素原性大腸菌、腸侵入大腸菌、腸管病原性大腸菌、腸管出血性大腸菌、腸管凝集性大腸菌および尿路病原性大腸菌を含むがこれらに限定されない〕、エンテロコッカス種〔エンテロコッカス・フェカリス（Enterococcus faecalis）およびエンテロコッカス・フェシウム（Enterococcus faecium）を含むがこれらに限定されない〕、エールリキア種〔エールリキア・カフェンシア（Ehrlichia chafeensiaおよびエールリキア・カニス（Ehrlichia canis）を含むがこれらに限定されない〕、エリシペロスリックス・ルシオパシエ（Erysipelothryx rhusiopathiae；ブタ丹毒菌）〕、ユーバクテリウム（Eubacterium）種、フランシゼラ・チュラレンシス（Francisella tularensis；野兎病菌）、フゾバクテリウム・ヌクレアタム（Fusobacterium nucleatum）、ガードネラ・ヴァギナリス（Gardnerella vaginalis）、ゲメラ・モルビロラム（Gemella morbillorum）、ヘモフィルス種〔ヘモフィルス・インフルエンゼ（Haemophilus influenzae；インフルエンザ菌）、ヘモフィルス・デュクレイ（Haemophilus ducreyi；軟性下疳菌）、ヘモフィルス・パラインフルエンザ（Haemophilus parainfluenzae）、ヘモフィルス・ヘモリティカス（Haemophilus haemolyticus）およびヘモフィルス・パラヘモリティカス（Haemophilus parahaemolyticus）を含むがこれらに限定されない〕、ヘリコバクター種〔ヘリコバクター・ピロリ（Helicobacter pylori、ヘリコバクター・シネディ（Helicobacter cinaedi）およびヘリコバクターフェネリエ（Helicobacter fennelliae）、キンゲラ・キンギィ（Kingella kingii）、クレブシエラ種〔クレブシエラ・ニューモニエ（Klebsiella pneumoniae）、クレビシエラ・グラニュロマティス（Klebsiella granulomatis）およびクレブシエラ・オキシトカ（Klebsiella oxytoca）、ラクトバチルス種、リステリア・モノサイトゲネス（Listeria monocytogenes）、レプトスピラ・インテロガンス（Laptospira interrogans）、レジオネラ・ニューモフィラ（Legionella pneumophila）、レプトスピラ・インテロガンス（Leptospira interrogans）、ペプトストレプトコッカス種、モラクセラ・カタラーリス（Moraxella catarrhalis）、モルガネラ種、モビランカス（Mobiluncus）属、ミクロコッカス種、マイコバクテリウム種〔マイコバクテリウム・レプレ（Mycobacterium leprae）、マイコバクテリウム・ツベルクロシス（Mycobacterium tuberculosis；結核菌）、マイコバクテリウム・アビウム（Mycobacterium avium）、マイコバクテリウム・ボビス（Mycobacterium bovis）、およびマイコバクテリウム・マリナム（Mycobacterium marinum）を含むがこれらに限定されない〕、マイコプラズマ種〔マイコプラズマ・ニューモニエ（Mycoplasma pneumoniae）、マイコプラズマ・ホミニス（Mycoplasma hominis）およびマイコプラズマ・ゲニタリウム（Mycoplasma genitalium）を含むがこれらに限定されない〕、ノカルジア種〔ノカルジア・アステロイデス（Nocardia asteroides）、ノカルジア・シリアシゲオリギカ（Nocardia cyriacigeorgica）およびノカルジア・ブラシリエンシス（Nocardia brasiliensis）を含むがこれらに限定されない〕、ナイセリア種〔ナイセリア・ゴノロエ（Neisseria gonorrhoeae；淋菌）およびナイセリア・メニンギティディス（Neisseria meningitidis；髄膜炎菌）を含むがこれらに限定されない〕、パスツレラ・マルトシダ（Pasteurella multocida）、プレシオモナス・シゲロイデス（Plesiomonas shigelloides）、プレボテラ種（Prevotella）、ポルフィロモナス種（Porphyromonass）、プレボテラ・メラニノゲニカ（Prevotella melaninogenica）、プロテイス種〔melaninogenicaの、プロテウス種〔プロテウス・ブルガリス（Proteus vulgaris）およびプロテウス・ミラビリス（Proteus mirabilis）を含むがこれらに限定されない〕、プロビデンシア種〔プロビデンシア・アルカリファシエンス（Providencia alcalifaciens）、プロビデンシア・レトゲリ（Providencia rettgeri）、プロビデンシア・スツアルティ（Providencia stuartii）を含むがこれらに限定されない〕、シュードモナス・エルギノーザ（Pseudomonas aeruginosa） 、プロピオニバクテリウム・アクネス（Propionibacterium acnes）、ロドコッカス・エクイ（Rhodococcus equi）、リケッチア種〔リケッチア・リケッチィ（Rickettsia rickettsii）、リケッチア・アカリ（Rickettsia akari）およびリケッチア・プロワゼキィ（prowazekii） を含むがこれらに限定されない〕、オリエンチア・ツツガムシ（Orientia tsutsugamushi） （旧称：リケッチア・ツツガムシ（Rickettsia tsutsugamushi））、およびリケッチア。チフィ（Rickettsia typhi）を含むがこれらに限定されない〕、ロドコッカス種（Rhodococcus）、ステノトロフォモナス・マルトフィラ（Stenotrophomonas maltophilia）、サルモネラ種〔サルモネラ・エンテリカ（Salmonella enterica）、サルモネラ・チフィ（Salmonella typhi）、サルモネラ・パラチフィ（Salmonella paratyphi）サルモネラ・エンテリティディス（Salmonella enteritidis）、サルモネラ・コレラスイス（Salmonella cholerasuis）およびサルモネラ・チフィムリウム（Salmonella typhimurium）を含むがこれらに限定されない〕、セラチア属〔セラチア・マルセサンス（Serratia marcesans）およびセラチア・リキファシエンス（Serratia liquifaciens）を含むがこれらに限定されない〕、シゲラ種（赤痢菌）〔シゲラ・ジセンテリエ（Shigella dysenteriae）、シゲラ・フレクスネリ（Shigella flexneri）、シゲラ・ボイディ（Shigella boydii）およびシゲラ・ゾネイ（Shigella sonnei）を含むがこれらに限定されない〕、スタフィロコッカス種〔スタフィロコッカス・アウレウス（Staphylococcus aureus）、スタフィロコッカス・エピデルミディス（Staphylococcus epidermidis）、スタフィロコッカス・ヘモリティカス（Staphylococcus hemolyticus）、スタフィロコッカス・サプロフィティカス（Staphylococcus saprophyticus）を含むがこれらに限定されない〕、ストレプトコッカス種〔ストレプトコッカス・ニューモニエ（Streptococcus pneumoniae；肺炎連鎖球菌）（例えばクロラムフェニコール耐性血清型4肺炎連鎖球菌、スペクチノマイシン耐性血清型6B肺炎連鎖球菌、ストレプトマイシン耐性血清型9V肺炎連鎖球菌、エリスロマイシン耐性血清14型肺炎連鎖球菌、オプトチン耐性血清14型肺炎連鎖球菌、リファンピシン耐性血清型18Cの肺炎連鎖球菌、テトラサイクリン耐性血清型19F肺炎連鎖球菌、ペニシリン耐性血清型19F肺炎連鎖球菌およびトリメトプリム体制血清型23F肺炎連鎖球菌、クロラムフェニコール体制血清型4肺炎連鎖球菌、リファンピシン体制血清型18C肺炎連鎖球菌、ペニシリン耐性血清型19F肺炎連鎖球菌、またはトリメトプリム耐性血清型23F肺炎連鎖球菌）を含むがこれらに限定されない〕、ストレプトコッカス・アガラクティエ（Streptococcus agalactiae）、ストレプトコッカス・ミュータンス（Streptococcus mutans）、ストレプトコッカス・ピオゲネス（Streptococcus pyogenes）、Ａ群連鎖球菌（Group A Streptococci）、ストレプトコッカス・ピオゲネス（Streptococcus pyogenesis；化膿連鎖球菌）、Ｂ群連鎖球菌（Group B Streptococci）、ストレプトコッカス・アガラクティエ（Streptococcus agalactiae）、Ｃ群連鎖球菌（Group C Streptococci）、ストレプトコッカス・アンギノサス（Streptococcus antinosus）、ストレプトコッカス・エキスミリス（Streptococcus equismilis）、Ｇ群連鎖球菌（Group G Streptococci）、ストレプトコッカス・ボビス（Streptococcus bovis）、Ｆ群連鎖球菌（Group F Streptococci）、ストレプトコッカス・アンギノサス（Streotococcus anginosus）およびＧ群連鎖球菌（Group G Streptococci）、スピリルム・マイナス（Spirillum minus）、ストレプトバチルス・モニリフォルミ（Streptobacillus moniliformi）、トレポネーマ種〔トレポネー
マ・カラテウム（Treponema carateum） 、トレポネーマ・ペテニュー（Treponema petenue）、トレポネーマ・パリダム（Treponema pallidum）およびトレポネーマ・エンデミカム（Treponema endemicum）、トロフェリマ・ホワイペリ（Tropheryma whippelii）、ウレアプラズマ・リティクム（Ureaplasma urealyticum）、ベイヨネラ種（Veillonella spp）、ビブリオ種〔ビブリオ・コレラ（Vibrio cholerae）、ビブリオ・パラヘモリティカス（Vibrio parahemolyticus）、ビブリオ・バルニフィカス（Vivrio vulnificus）、ビブリオ parahaemolyticus）、ビブリオ・バルニフィカス（Vibrio vulnificus）、ビブリオ・アルギノリティカス（Vibrio alginolyticus）、ビブリオ・ミミカス（Vibrio mimicus）、ビブリオ・ホリセ（Vibrio hollisae）、ビブリオ・フルビアリス（Vibrio fluvialis）、ビブリオ・メキニコヴィイ（Vibrio metchnikovii）、ビブリオ・ダムセラ（Vibrio damsela）およびビブリオ・フルニシィ（Vibrio furnisii ）、エルシニア種〔エルシニア・エンテロコリティカ（Yersinia enterocolitica）、エルシニア・ペスティス（Yersinia pestis；ペスト菌）およびエルシニア・シュードツベルクロシス（Yersina pseudotuberculosis）およびキサントモナス・マルトフィリア（Xanthomonas maltophilia）を含むがこれらに限定されない〕を含み得る。
マ・カラテウム（Treponema carateum） 、トレポネーマ・ペテニュー（Treponema petenue）、トレポネーマ・パリダム（Treponema pallidum）およびトレポネーマ・エンデミカム（Treponema endemicum）、トロフェリマ・ホワイペリ（Tropheryma whippelii）、ウレアプラズマ・リティクム（Ureaplasma urealyticum）、ベイヨネラ種（Veillonella spp）、ビブリオ種〔ビブリオ・コレラ（Vibrio cholerae）、ビブリオ・パラヘモリティカス（Vibrio parahemolyticus）、ビブリオ・バルニフィカス（Vivrio vulnificus）、ビブリオ parahaemolyticus）、ビブリオ・バルニフィカス（Vibrio vulnificus）、ビブリオ・アルギノリティカス（Vibrio alginolyticus）、ビブリオ・ミミカス（Vibrio mimicus）、ビブリオ・ホリセ（Vibrio hollisae）、ビブリオ・フルビアリス（Vibrio fluvialis）、ビブリオ・メキニコヴィイ（Vibrio metchnikovii）、ビブリオ・ダムセラ（Vibrio damsela）およびビブリオ・フルニシィ（Vibrio furnisii ）、エルシニア種〔エルシニア・エンテロコリティカ（Yersinia enterocolitica）、エルシニア・ペスティス（Yersinia pestis；ペスト菌）およびエルシニア・シュードツベルクロシス（Yersina pseudotuberculosis）およびキサントモナス・マルトフィリア（Xanthomonas maltophilia）を含むがこれらに限定されない〕を含み得る。
さらに、本明細書に開示の方法とシステムを使ってアッセイすることができる他の微生物または感染性病原体としては、カンジダ種〔カンジダ・アルビカンス（Candida albicans）、カンジダ・グラブラタ（Candida glabrata）、カンジダ・トロピカリス（Candida tropicalis）、カンジダ・パラプシロシス（Candida parapsilosis）およびカンジダ・クルセイ（Candida krusei）を含むがこれらに限定されない〕、アスペルギルス種〔アスペルギルス・フミガトウス（Aspergillus fumigatous） 、アスペルギルス・フラブス（Aspergillus flavus）、アスペルギルス・クラバツス（Aspergillus clavatus）を含むがこれらに限定されない〕、クリプトコッカス種〔クリプトコッカス・ネオフォルマンス（（Cryptococcus neoformans）、クリプトコッカス・ガッティ（Cryptococcus gattii）、クリプトコッカス・ラウレンティイ（Cryptococcus laurentii）およびクリプトコッカス・アルビダス（Cryptococcus albidus）を含むがこれらに限定されない〕、フザリウム種〔フザリウム・オキシスポラム（Fusarium oxysporum）、フザリウム・ソラニ（Fusarium solani）、フザリウム・ベルティシロイデス（Fusarium verticillioides）およびフザリウム・プロリフェラタム（Fusarium proliferatum）を含むがこれらに限定されない〕、リゾプス・オリゼ（Rhizopus oryzae）、ペニシリウム・マルネフェイ（Penicillium marneffei）、コクシディオデス・イミティス（Coccidiodes immitis）およびブラストマイセス・デルマティティディス（Blastomyces dermatitidis）を挙げることができる。
サンプル容器１０４は、一部を不活性または非導電体材料で作ることができる。幾つかの実施形態では、サンプル容器１０４は一部を高分子材料、セラミック材料もしくはガラス、またはそれらの組み合わせで作ることができる。より具体的な例として、サンプル容器１０４は、一部をポリ塩化ビニル（PVC）、ポリ（メチルメタクリレート）（PMMA）、ポリジメチルシロキサン（PDMS）、またはそれらの組み合わせを含むかそれで作ることができる。
センサ装置１００は、参照センサ部材１０８と能動型センサ部材１２２も備えることができる。参照センサ部材１０８は、参照導管空洞１１２、参照導管第一開口部１１４および参照導管第二開口部１１６を含む参照導管１１０を更に含むことができる。
参照導管１１０は導管壁１３８を有することができ、参照導管近位端１４０から参照導管遠位端１４２まで徐々に先細にすることができる。一実施形態では、参照導管１１０は、同じく円錐形または円錐体形として実質的に成形された参照導管空洞１１２を有する円錐形または円錐体形として実質的に成形することができる。別の実施形態では、参照導管１１０は、多角形の基部を有する細長いピラミッドとして実質的に成形することができる。例えば、参照導管１１０は、細長い三角形のピラミッド、正方形のピラミッド、または五角形のピラミッドとして実質的に成形することができる。追加の実施形態では、参照導管１１０は、円筒形の参照導管空洞１１２を有する円筒として実質的に成形することができる。これらの実施形態では、参照導管１１０はまた、先細の参照導管遠位端１４２も有することができる。
参照導管空洞１１２は、参照緩衝ゲル１１８で少なくとも部分的に満たすことができる。参照導管１１０は、サンプル１０２が参照導管空洞１１２内の参照緩衝ゲル１１８と流体接触できるように参照導管の第二開口部１１６が構成されるように、参照導管１１０はサンプルチャンバ１０６中に延在することができる。例えば、参照導管第二開口部１１６は、参照緩衝ゲル１１８と液固間接触できるようにすることができる。こうして、塩橋は、その塩橋の接合点（界面）として作用する液固界面により形成することができる。
一実施形態では、参照緩衝ゲル１１８は、参照緩衝液と共に混合した寒天粉末から形成された寒天ゲルであることができる。別の実施形態では、参照緩衝ゲル１１８は、参照緩衝ゲル溶液と混合した別のタイプの多糖類から形成されたゲルであることができる。より具体的な例として、使用した寒天粉末は、Sigma-Aldrich社により提供された寒天粉末（例えばSigma-AldrichTM 寒天粉末05040）またはThermo Fisher Scientific社により提供された寒天粉末（例えばFisher SicentificTM寒天粉末、カタログ番号S14153）のような市販の寒天粉末であることができる。
参照緩衝液は、水性レドックス緩衝液であり得る。一実施形態では、参照緩衝液は、脱イオン水、ヘキサシアン化鉄酸カリウム、リン酸二水素、リン酸水素二ナトリウム、またはそれらの組み合わせを含む、レドックス水性緩衝液であり得る。例えば、参照緩衝液は、脱イオン水（例えば、約95％〜99％）、ヘキサシアン化鉄（III）酸カリウム（例えば、約0.1％〜0.9％）、ヘキサシアン化鉄（II）酸カリウム（例えば、約0.1％〜99％）、リン酸二水素カリウム（例えば約0.5％未満）、およびリン酸水素二ナトリウム（約0.5％未満）を含む、水性レドックス緩衝液であることができる。より具体的な例として、参照緩衝液は、Mettler-Toledo AG社より提供された220 mV/pH 7レドックス緩衝液（製品コード51350060）であることができる。
他の実施形態では、参照緩衝液は、3M KClを含む水性レドックス緩衝液とすることができる。より具体的な例として、参照緩衝液は、Mettler-Toledo AG社により提供される3M KClレドックス緩衝液（物品番号63056165）であり得る。
一実施形態では、参照緩衝ゲル１１８は、約１％（w/v％、g/mL）の濃度の寒天粉末を含み得る。別の実施形態では、参照緩衝ゲル１１８は、約５％（w/v％、g/mL）の濃度の寒天粉末を含むことができる。幾つかの実施形態では、参照緩衝ゲル１１８は、約１％（w/v％、g/mL）〜５％（w/v％、g/mL）の濃度の寒天粉末を含むことができる。他の実施形態では、参照緩衝ゲル１１８は、約５％（w/v％、g/mL）〜10％（w/v％、g/mL）の濃度の寒天粉末を含むことができる。
参照緩衝ゲル１１８は、水性参照緩衝液の沸点より上に水性参照緩衝液を加熱し、そして寒天粉末をその加熱した水性参照緩衝液中に攪拌することにより、作製することができる。寒天粉末が加熱した水性緩衝液中に完全に溶解したら、その高温ゲルスラリーを参照電極空隙１１２に注ぎ、室温に冷ますことができる。参照緩衝ゲル１１８は、高温ゲルを参照導管空洞１１２内で室温に冷ますと固化することができる。
一実施形態では、参照導管空洞１１２は、約100μLの参照緩衝ゲル１１８で満たすことができる。別の実施形態では、参照導管空洞１１２は、約500μLの参照緩衝ゲル１１８で満たすことができる。別の実施形態では、参照導管空洞１１２は、約100μL〜約500μLの参照緩衝ゲル１１８で満たすことができる。更なる実施形態では、参照導管空洞１１２は、約500μL〜約１mLの参照緩衝ゲル１１８で満たすことができる。参照緩衝ゲル１１８の量は、参照導管空洞１１２の容積、参照導管１１０のサイズ、サンプル容器１０４のサイズ、またはその組み合わせに依存しうる。
参照センサ部材１０８は、参照緩衝ゲル１１８で満たされた参照導管空洞１１２中に延在している参照電極１２０も備えることができる。参照電極１２０は、参照緩衝ゲル１１８で満たされた参照導管空洞１１２中に部分的に延出することができる。
より具体的な例として、参照電極１２０は、参照電極チップ１４４を含むことができる。参照電極チップ１４４は、参照電極１２０が参照緩衝ゲル１１８で満たされた参照導管空洞１１２中に部分的に延在している場合、参照導管の第二開口部１１６に近接して配置することができる。より詳しくは、参照緩衝ゲル１１８の容量は、参照電極チップ１４４を参照導管の第二開口部１１６から分離することができる。参照導管空洞１１２内の参照電極１２０の位置は、次のセクションでより詳細に説明することにする。
参照電極１２０は一部を１つ以上の金属で作ることができる。一実施形態では、参照電極１２０は、白金（Pt）、ステンレス鋼、またはそれらの組み合わせで作ることができる。他の実施形態では、参照電極１２０は、一部を別のタイプの導電性金属で作ることができる。例えば、参照電極１２０は、参照電極１２０のセグメント（例えば参照電極チップ１４４およびその参照電極チップ１４４に近接した参照電極１２０のセグメント）が、参照緩衝ゲル１１８を貫通し、そして参照緩衝ゲル１１８内に存在するように、参照緩衝ゲル１１８中に挿入された金属製のピン、ワイヤーまたはロッドであることができる。
本願により成し遂げられた１つの予想外の発見は、参照緩衝ゲル１１８が、その参照緩衝ゲル１１８とサンプル１０２とにより作られる液固界面を横切る拡散を遅くし、かつそのような参照センサ部材１０８がpH測定のための有効な参照電池として使用できることである。
センサ装置１００は、サンプル１０２を受け入れるように構成されたサンプルチャンバ１０６中に延在している活性電極ハウジング１２４を含む能動型センサ部材１２２も備えることができる。能動型センサ部材１２２は、活性電極ハウジング１２４により少なくとも一部収容または包囲された活性電極１２６も備えることができる。
活性電極ハウジング１２４は、不活性または非導電体材料で作ることができる。活性電極ハウジング１２４は、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリ（メチルメタクリレート）（PMMA）、ポリジメチルシロキサン（PDMS）、セラミック、二酸化ケイ素（SiO2）または種々のタイプのガラス、またはそれらの組み合わせなどの高分子材料を含むことができる。
活性電極１２６は、サンプル接触面１２８を含むことができる。活性電極１２６は、活性部材の遠位端１３０に配置することができる。活性電極ハウジング１２４は、サンプル接触面１２８がサンプル１０２と流体連絡するようにサンプル接触面１２８を露出するように構成することができる。
幾つかの実施形態では、活性電極１２６は一部を金属酸化物で作ることができる。例えば、活性電極１２６は一部を二酸化ケイ素（SiO2）、酸化アルミニウム（Al2O3）、二酸化チタン（TiO2）、五酸化タンタル（Ta2O5）、二酸化ハフニウム（HfO2）、二酸化イリジウム（IrO2）、二酸化ルテニウム（RuO2）、二酸化ジルコニウム（ZrO2）またはそれらの組み合わせで作ることができる。
能動型センサ部材１２２は、活性電極１２６に連結されておりかつ活性電極１２６の近位に配置された導電性接触層１３２を含むことができる。導電性接触層１３２は、活性電極ハウジング１２４の中に収容されるかまたは活性電極１２４により包まれることができる。
導電性接触層１３２は一部を１つ以上の金属で作ることができる。幾つかの実施形態では、導電性接触層１３２は、アルミニウム（Al）、銅（Cu）、白金（Pt）、またはそれらの組み合わせで作ることができる。導電性接触層１３２および参照電極１２０は、導電性接続１３４または導電線によって電圧計１３６に電気的に結合することができる。導電性接続１３４は一部を導電体材料として作製することができる。一実施形態では、導電性接続１３４は銅線であり得る。例えば、導電性接続１３４は、電着銅、圧延なまし銅、高延性電着銅、またはそれらの組み合わせであり得る。他の実施形態では、導電性接続１３４は一部を銀またはニッケルで作ることができる。
幾つかの実施形態では、電圧計１３６は、高インピーダンス電圧計であり得る。導電性接続１３４は、活性電極１２６（導電性接触層１３２を介して）と参照電極１２０を電圧計１３６に電気的に結合することができる。サンプル１０２のpHは、活性電極１２６と参照電極１２０の間の電位差に基づいて測定することができる。
センサ装置１００は、通気導管１４６も含むことができる。通気導管１４６のセグメントは、通気導管１４６内の内腔または空洞がサンプルチャンバ１０６と流体連絡しているように、サンプルチャンバ１０６の中に延在することができる。通気導管１４６は、サンプル容器１０４内に収容されたサンプル１０２を曝気するように構成することができる。サンプル１０２の通気は、微生物への酸素の供給量を増やすことにより、サンプル１０２内の微生物の増殖速度を増大させることができる。更に、通気は、バイオフィルム形成を抑制するためにサンプル容器１０４の内壁からの微生物の脱着を可能にすることもできる。
図１Ｂは、サンプル１０２の酸化還元電位（ORP）を測定するためのセンサ装置１０１の一実施形態を示す。図１Ｂは、センサ装置１０１の側方断面図を示す。
センサ装置１０１は、サンプル１０２を受け入れるように構成されたサンプルチャンバ１０６を有するサンプル容器１０４を備えることができる。サンプル１０２は、センサ装置１００に関して記載したものと同じサンプル１０２であることができる（図１Ａ参照）。サンプル１０２は、多数の微生物または感染性病原体を含むことができる。本明細書に開示の装置、システムおよび方法は、微生物定量法または抗生物質感受性試験（AST）法の一部として微生物の増殖またはその欠如についてサンプル１０２を分析するために使用することができる。
幾つかの実施形態では、水性増殖培地は、サンプル容器１０４中に導入する前にサンプル１０２に添加することができる。別の実施形態では、水性増殖培地は、サンプル１０２がサンプル容器１０４中に注入、送達または他の方法で導入された後で、サンプル１０２に添加することができる。
一実施形態では、水性増殖培地は、グルコース補足ミュラー・ヒントン（Mueller Hinton）ブロス（MHG）であり得る。他の実施形態では、水性増殖培地は、バクト・トリプトン、トリプシン大豆消化物、酵母エキス、牛肉エキス、カチオン調整ミュラー・ヒントン（Muller Hinton）ブロス（CAMHB）、デンプン、カゼインの酸加水分解物、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化ナトリウム、血液もしくはウマ溶血（LHB）などの溶血、CAMHB-LHB、グルコースもしくは他の炭水化物、またはそれらの組み合わせを含む溶液であり得る。
サンプル容器１０４は、一部を不活性または非導電体材料で作ることができる。幾つかの実施形態では、サンプル容器１０４は、高分子材料、セラミック材料もしくはガラス、またはそれらの組み合わせを含むかまたは一部をそれから作ることができる。より具体的な例として、サンプル容器１０４は、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリ（メチルメタクリレート）（PMMA）、ポリジメチルシロキサン（PDMS）、またはそれらの組み合わせを備えるかまたは一部をそれで作ることができる。
センサ装置１０１は、参照センサ部材１０８と能動型センサ部材１２２も含むことができる。参照センサ部材１０８は、参照導管空洞１１２、参照導管第一開口部１１４および参照導管第二開口部１１６を含む、参照導管１１０を更に含むことができる。
参照導管１１０は、導管壁１３８を有することができる。導管壁１３８は、参照導管近位端１４０から参照導管遠位端１４２まで徐々に先細にすることができる。一実施形態では、参照導管１１０は、円錐形または円錐台形（frustoconic）として実質的に成形された参照導管空洞１１２を有する円錐形または円錐台形（frustoconic）として実質的に成形することができる。別の実施形態では、参照導管１１０は、多角形の基部を有する細長いピラミッドとして実質的に成形することができる。例えば、参照導管１１０は、細長い三角形のピラミッド、正方形のピラミッド、または五角形のピラミッドとして実質的に成形することができる。追加の実施形態では、参照導管１１０は、実質的に円筒形の参照導管空洞１１２を有する円筒として実質的に成形することができる。これらの実施形態では、参照導管１１０はまた、先細の参照導管遠位端１４２を有することができる。
参照導管空洞１１２は、参照緩衝ゲル１１８で少なくとも部分的に満たすことができる。参照導管１１０は、サンプル１０２が参照導管空洞１１２内の参照緩衝ゲル１１８と流体接触できるように、参照導管の第二開口部１１６が構成されているようなサンプルチャンバ１０６中に延在することができる。例えば、参照導管の第二開口部１１６は、サンプル１０２が参照緩衝ゲル１１８と液固接触できるようにすることができる。
一実施形態では、参照緩衝ゲル１１８は、参照緩衝液と混合した寒天粉末から形成された寒天ゲルであることができる。別の実施形態では、参照緩衝ゲル１１８は、参照緩衝液と混合した寒天粉末から形成された寒天ゲルであることができる。別の実施形態では、参照緩衝ゲル１１８は、参照緩衝液と混合した別のタイプの多糖類から形成されたゲルであることができる。より具体的な例として、使用される寒天粉末は、Sigma-Aldrich社により提供される寒天粉末（例えば、Sigma-AldrichTM寒天粉末05040）またはThermo Fisher Scientific社により提供される寒天粉末（例えばFisher ScientificTM 寒天粉末、カタログ番号S14153）などの市販の寒天粉末であることができる。
参照緩衝液は、水性レドックス緩衝液であり得る。一実施形態では、参照緩衝液は、脱イオン水、ヘキサシアン化鉄酸カリウム、リン酸二水素、リン酸水素二ナトリウム、またはそれらの組み合わせを含むレドックス水性緩衝液であり得る。例えば、参照緩衝液は、脱イオン水（例えば、約95％〜99％）、ヘキサシアン化鉄（III）酸カリウム（例えば、約0.1％〜0.9％）、ヘキサシアン化鉄（II）酸カリウム（例えば、約0.1％〜0.9％）、リン酸二水素カリウム（例えば約0.5％未満）、およびリン酸水素二ナトリウム（約0.5％未満）を含む水性レドックス緩衝液であり得る。より具体的な例として、参照緩衝液はMettler-Toledo社により提供される220 mV/pH 7レドックス緩衝液（製品番号51350060）であることができる。
別の実施形態では、参照緩衝液は3 M KClを含む水性レドックス緩衝液であることができる。より具体的な例として、参照緩衝液は、Mettler-Toledo社により提供される3 M KClレドックス緩衝液（物品番号63056165）であることができる。
一実施形態では、参照緩衝ゲル１１８は、約１％（w/v％、g/mL）の濃度の寒天粉末を含むことができる。別の実施形態では、参照緩衝ゲル１１８は、約５％（w/v％、g/mL）の濃度の寒天粉末を含むことができる。いくつかの実施形態では、参照緩衝ゲル１１８は、約１％（w/v％、g/mL）〜５％（w/v％、g/mL）の濃度の寒天粉末を含むことができる。他の実施形態では、参照緩衝ゲル１１８は、約５％（w/v％、g/mL）から10％（w/v％、g/mL）の間の濃度の寒天粉末を含むことができる。
参照緩衝ゲル１１８は、水性緩衝緩衝液の沸点より上に水性緩衝液を加熱し、そしてその加熱した水性緩衝液に寒天粉末を加熱することにより作製することができる。寒天粉末が加熱水性緩衝液中に完全に溶解した後、その高温ゲルスラリーを参照導管空洞１１２に注ぎ入れ、室温に冷ますことが可能である。その高温ゲルが参照導管空洞１１２内で室温に冷めると、参照緩衝ゲル１１８が固化しうる。
一実施形態では、参照導管空洞１１２は、約100μLの参照緩衝ゲル１１８で満たすことができる。別の実施形態では、参照導管空洞１１２は約500μLの参照緩衝ゲル１１８で満たすことができる。別の実施形態では、参照導管空洞１１２は、約100μL〜約500μLの参照緩衝ゲル１１８で満たすことができる。更なる実施形態では、参照導管空洞１１２は、約500μL〜約１mLの参照緩衝ゲル１１８で満たすことができる。参照緩衝ゲル１１８の量は、参照導管空洞１１２の容積、参照導管１１０のサイズ、サンプル容器１０４のサイズ、またはその組み合わせに依存しうる。
参照センサ部材１０８は、参照緩衝ゲル１１８で満たされた参照導管空洞１１２中に延在している参照電極１２０も備えることができる。参照電極１２０は、参照緩衝ゲル１１８で満たされた参照導管空洞１１２中に部分的に延在することができる。
より具体的な例として、参照電極１２０は参照電極チップ１４４を含み得る。参照電極チップ１４４は、参照電極１２０が参照緩衝ゲル１１８で満たされた参照導管空洞１１２中に部分的に延びている場合、参照導管の第二開口部１１６に対して近位に配置することができる。より具体的には、参照緩衝ゲル１１８の容積は、参照導管の第二開口部１１６から参照電極チップ１４４を分離することができる。参照導管空洞１１２内の参照電極１２０の位置は、次のセクションでより詳細に論じることにする。
参照電極１２０は、一部を１つ以上の金属で作ることができる。一実施形態では、参照電極１２０は一部を白金（Pt）、ステンレス鋼、またはその組み合わせで作ることができる。別の実施形態では、参照電極１２０は、一部を別のタイプの導電体材料で作ることができる。例えば、参照電極１２０は、参照電極１２０のセグメント（例えば参照電極チップ１４４およびその参照電極チップ１４４に対して近位の参照電極１２０のセグメント）が参照緩衝ゲル１１８を貫通し、参照緩衝ゲル１１８内に存在するように、参照緩衝ゲル１１８中に挿入された金属製のピン、ワイヤーまたはロッドであることができる。
本願により成し遂げられた１つの予想外の発見は、参照緩衝ゲル１１８が、その参照緩衝ゲル１１８とサンプル１０２により形成される液固界面を横切る拡散を遅くし、そしてそのような参照センサ部材１０８が、ORP測定のための有効な参照電池として使用できる時間の量を延長することである。
センサ装置１０１は、サンプル１０２を受け入れるように構成されたサンプルチャンバ１０６中に延在している活性電極ハウジング１２４を含む、能動型センサ部材１２２も備えることができる。能動型センサ部材１２２は、活性電極ハウジング１２４により少なくとも部分的に収容または取り囲まれた活性電極１４８も含むことができる。
活性電極ハウジング１２４は、不活性または非導電体材料製であることができる。活性電極ハウジング１２４は、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリ（メチルメタクリレート）（PMMA）、ポリジメチルシロキサン（PDMS）、セラミック、二酸化ケイ素（SiO2）もしくは種々のタイプのガラス、あるいはそれらの組み合わせなどの高分子材料を含むことができる。
活性電極１４８はサンプル接触面１２８を含み得る。活性電極１４８は、活性部材遠位端１３０に配置することができる。活性電極ハウジング１２４は、サンプル接触面１２８がサンプル１０２と流体連絡するように、サンプル接触面１２８を露出するように構成することができる。
幾つかの実施形態では、活性電極１４８は一部を１つ以上の金属、１つ以上の金属酸化物、またはその組み合わせで作ることができる。例えば、活性電極１４８は一部を白金（Pt）、金（Au）、レドックス感受性金属酸化物、またはそれらの組み合わせで作ることができる。幾つかの実施形態では、レドックス感受性金属酸化物は、二酸化ケイ素（SiO2 ）、酸化アルミニウム（Al2O3）、二酸化チタン（TiO2）、五酸化タンタル（Ta2O5）、二酸化ハフニウム（HfO2）、二酸化イリジウム（IrO2）、二酸化ルテニウム（RuO2）、二酸化ジルコニウム（ZrO2）、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
活性電極１４８と参照電極１２０とは、導電性接続１３４または導電線によって電圧計１３６に電気的に結合することができる。導電性接続１３４は、一部を導電体材料で作ることができる。一実施形態では、導電性接続１３４は銅線であり得る。例えば、導電性接続１３４は、電着銅、圧延なまし銅、高延性電着銅、またはそれらの組み合わせであり得る。他の実施形態では、導電性接続１３４は一部を銀またはニッケルで作ることができる。
幾つかの実施形態では、電圧計１３６は、高インピーダンス電圧計であり得る。サンプル１０２のORPは、活性電極１４８と参照電極１２０との間の電位差に基づいて測定することができる。
センサ装置１０１は、通気導管１４６も備えることができる。通気導管１４６のセグメントは、その通気導管１４６内の内腔または空洞がサンプルチャンバ１０６と流体連絡するようにサンプルチャンバ１０６中に延在することができる。通気導管１４６は、サンプル容器１０４内に受容されたサンプル１０２を曝気するように構成することができる。サンプル１０２への通気は、微生物への酸素の供給を増加させることにより、サンプル１０２内の微生物の増殖速度を増加させることができる。更に、通気は、バイオフィルム形成を抑制するために、サンプル容器１０４の内壁からの微生物の脱着を可能にすることができる。
図１Ｃは、サンプル１０２のpHを測定するためのセンサ装置１０３の別の実施形態を示す。図１Ｃは、センサ装置１０３の側方断面図を示す。
センサ装置１０３は、サンプル１０２を受け入れるように構成されたサンプルチャンバ１０６を有するサンプル容器１０４を備えることができる。サンプル１０２は、センサ装置１００（図１Ａに示すような）およびセンサ装置１０１（図１Ｂに示すような）に関して記載されたのと同じサンプル１０２であることができる。サンプル１０２は、多数の微生物または感染性病原体を含むことができる。本明細書中に開示の装置、システムおよび方法は、微生物定量法または抗生物質感受性試験（AST）法の一部としての微生物増殖またはその欠如についてサンプル１２０を分析するために用いることができる。
幾つかの実施形態では、水性増殖培地は、サンプル容器１０４中に導入する前に、サンプル１０２に添加することができる。別の実施形態では、水性増殖培地は、サンプル１０２がサンプルチャンバ１０４中に注入、送達または他の方法で導入された後で、サンプル１０２に添加することができる。
一実施形態では、水性増殖培地は、グルコースが補足されたミュラー・ヒントン（Muller Hinton）ブロス（MHG）であることができる。別の実施形態では、水性増殖培地は、バクトトリプトン、トリプシン大豆消化物、酵母エキス、牛肉エキス、カチオン調整したミュラー・ヒントンブロス（CAMHB）、デンプン、カゼインの酸加水分解物、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化ナトリウム、血液または馬溶血血液（LHB）などの溶血血液、CAMHB-LHB、グルコースまたは他の炭水化物、またはその組み合わせを含有する溶液であることができる。
サンプル容器１０４は一部を不活性または非導電体材料で作ることができる。幾つかの実施形態では、サンプル容器１０４は、高分子材料、セラミック材料もしくはガラス、またはそれらの組み合わせで作ることができる。より具体的な例として、サンプル容器１０４は、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリ（メチルメタクリレート）（PMMA）、ポリジメチルシロキサン（PDMS）、もしくはそれらの組み合わせを含むか、または一部をそれで作ることができる。
センサ装置１０３は、参照センサ部材１０８および能動型センサ部品１２２も備えることができる。参照センサ部材１０８は、参照導管第一開口部１１４を規定する参照導管近位端１４０と、参照導管第二開口部１１６を規定する参照導管遠位端１４２と、参照導管近位端１４０と参照導管遠位端１４２の間の参照導管空洞１１２とを含む、参照導管１１０を更に備えることができる。
参照導管１１０は、導管壁１３８を含むことができ、そして導管壁１３８は、参照導管近位端１４０から参照導管遠位端１４２まで徐々に先細にすることができる。一実施形態では、参照導管１１０は、実質的に円錐形または円錐台形（frustoconic）として成形された参照導管空洞１１２を有する、円錐形または円錐台形（frustoconic）として成形することができる。別の実施形態では、参照導管１１０は、多角形の基底部を有する細長いピラミッドとして実質的に成形することができる、例えば、参照導管１１０は、細長い三角形のピラミッド、正方形のピラミッド、または五角形のピラミッドとして実質的に成形することができる。追加の実施形態では、参照導管１１０は、実質的に円筒形の参照導管空洞１１２を有する円筒として実質的に成形することができる。これらの実施形態では、参照導管１１０は、先細の参照導管遠位端１４２を有することができる。
参照導管１１０は、サンプルチャンバ１０６がサンプル１０２で満たされると参照導管１１０の少なくとも一部がサンプル１０２中に浸漬するように、サンプルチャンバ１０６中に延在することができる。例えば、参照導管遠位端１４２は、サンプルチャンバ１０６内のサンプル１０２中に浸漬することができる。
参照センサ部材１０８は、参照導管遠位端１４２に連結されたイオン交換膜１５０を備えることができる。イオン交換膜１５０は、サンプル１０２内の微生物が参照導管空洞１１２に入らないように参照導管の第二開口部１１６を塞ぐように構成することができる。しかしながら、イオン交換膜１５０は、イオンがイオン交換膜１５０を貫通して荷電平衡を維持できるようにする。
幾つかの実施形態では、イオン交換膜１５０は、ペルフルオロスルホン化イオノマー膜であることができる。より具体的な例として、イオン交換膜１５０は、E.I. du Pont de Nemours and Companyにより提供されるNafion（登録商標）膜であることができる。また、例えば、イオン交換膜１５０は、旭化成株式会社により提供されるAciplex（登録商標）膜またはAGC Chemical Americas, Inc.により提供されるFlemion（登録商標）膜であることができる。
幾つかの実施形態では、イオン交換膜１５０は、約25μm〜約180μmの厚さを有することができる。より具体的には、イオン交換膜１５０は、約25μm〜約100μmの厚さを有することができる。イオン交換膜１５０は、約100μm〜約180μmの厚さを有することもできる。
別の実施形態では、イオン交換膜１５０は、約180μm〜約200μmの厚さを有することができる。例えば、イオン交換膜は約183μmの厚さを有することができる。
参照導管空洞１１２は、参照緩衝液１５２で少なくとも部分的に満たすことができる。参照緩衝液１５２は、水性レドックス緩衝液であることができる。
一実施形態では、参照緩衝液１５２は、脱イオン水、ヘキサシアン化鉄酸カリウム、リン酸二水素、リン酸水素二ナトリウム、またはその組み合わせを含むことができる。例えば、参照緩衝液１５２は、約95％〜99％（v/v％）の脱イオン水、約0.1％〜0.9％（w/v％）のヘキサシアン化鉄(III)酸カリウム、約0.1％〜0.9％（w/v％）のヘキサシアン化鉄(II)酸カリウム、約0.5％（w/v％）未満のリン酸二水素カリウム、および約0.5％（w/v）未満のリン酸水素二ナトリウムを含み得る。より具体的な例として、参照緩衝液は、Mettler-Toledo社により提供される3 M KClレドックス緩衝液（物品番号63056165）であることができる。
別の実施形態では、参照緩衝液１５２は、3 M KClを含む水性レドックス緩衝液であることができる。より具体的な例として、参照緩衝液は、Mettler-Toledo社により提供される3 M KClレドックス緩衝液であることができる。
一実施形態では、参照導管空洞１１２は、約100μLの参照緩衝液１５２で満たすことができる。別の実施形態では、参照導管空洞１１２は、約500μLの参照緩衝液１５２で満たすことができる。別の実施形態では、参照導管空洞１１２は、約100μL〜約500μLの参照緩衝液１５２で満たすことができる。更なる実施形態では、参照導管空洞１１２は、約500μL〜約１mLの参照緩衝液１５２で満たすことができる。参照緩衝液１５２の量は、参照導管空洞１１２の容積、参照導管１１０のサイズ、サンプル容器１０４のサイズ、またはそれらの組み合わせに依存しうる。
参照センサ部材１０８は、参照緩衝液１５２で満たされた参照導管空洞１１２中に延在している参照電極１２０を備えることもできる。参照電極１２０は、参照導管空洞１１２中に部分的に延在することができる。
より具体的な例として、参照電極１２０は、参照電極チップ１４４を含むことができる。参照電極チップ１４４は、参照緩衝液１５２で満たされた参照導管空洞１１２中に参照電極１２０が部分的に延在している時、イオン交換膜１５０に対して近位に配置することができる。より詳しくは、参照緩衝液１５２の容積は、参照電極チップ１４４をイオン交換膜１５０から分離することができる。参照導管空洞１１２内の参照電極１２０の位置については、次のセクションで論じることにする。
参照電極１２０は、一部を１つ以上の金属で作ることができる。一実施形態では、参照電極１２０は一部を白金（Pt）、ステンレス鋼またはそれらの組み合わせで作ることができる。他の実施形態では、参照電極１２０は一部を別のタイプの導電性金属で作ることができる。例えば、参照電極１２０は、参照電極１２０のセグメント（例えば参照電極チップ１４４およびその参照電極チップ１４４に対して近位の参照電極１２０のセグメント）が参照緩衝液１５２中に浸漬するように、金属製のピン、ワイヤーまたはロッドであることができる。
サンプル１０２は、イオン交換膜１５０が塩橋の接続器（インターフェイス）として働くようにイオン交換膜と流体接触することができる。イオン交換膜１５０の一方の側から他方の側へとイオンが拡散して荷電平衡を維持することができる。
センサ装置１０３は、サンプル１０２を収容するように構成されたサンプルチャンバ１０６中に延在している活性電極ハウジング１２４を含む、能動型センサ部材１２２も備えることができる。能動型センサ部材１２２は、活性電極ハウジング１２４により少なくとも部分的に収容または取り囲まれた活性電極１２６も備えることができる。
活性電極１２４は、不活性または非導電体材料で作ることができる。活性電極ハウジング１２４は、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリ（メチルメタクリレート）（PMMA）、ポリジメチルシロキサン（PDMS）、セラミック、二酸化ケイ素（SiO2）もしくは種々の種類のガラス、またはそれらの組み合わせなどの高分子材料を含むことができる。
活性電極１２６は、サンプル接触面１２８を含むことができる。活性電極１２６は、活性部材の遠位端１３０に配置することができる。活性電極ハウジング１２４は、サンプル接触面１２８がサンプル１０２と流体連絡するようにサンプル接触面１２８を露出するように構成することができる。
幾つかの実施形態では、活性電極１２６は一部を金属酸化物で作ることができる。例えば、活性電極１２６は一部を二酸化ケイ素（SiO2）、酸化アルミニウム（Al2O3）、二酸化チタン（TiO2）、五酸化タンタル（Ta2O5）、二酸化ハフニウム（HfO2）、二酸化イリジウム（IrO2）、二酸化ルテニウム（RuO2）、二酸化ジルコニウム（ZrO2）、またはそれらの組み合わせで作ることができる。
能動型センサ部材１２２は、活性電極１２６に連結されそして活性電極１２６に対して近位に配置された導電性接触層１３２も備えることができる。導電性接触層１３２は、活性電極ハウジング１２４の中に収容されまたはそれにより取り囲むこともできる。
導電性接触層１３２は、一部を１つ以上の金属で作ることができる。幾つかの実施形態では、導電性接触層１３２は、一部をアルミニウム（Al）、銅（Cu）、白金（Pt）またはそれらの組み合わせで作ることができる。導電性接触層１３２と参照電極１２０は、導電性接続１３４または導電線により電圧計１３６に電気的に結合することができる。導電性接続１３４は一部を導電体材料で作ることができる。一実施形態では、導電性接続１３４が銅線であることができる。例えば、導電性接続１３４は、電着銅、圧延なまし銅、高延性電着銅またはそれらの組み合わせであり得る。他の実施形態では、導電性接続１３４は、一部を銀またはニッケルで作ることができる。
幾つかの実施形態では、電圧計１３６は、高インピーダンス電圧計であり得る。導電性接続１３４は、活性電極１２６（導電性接触層１３２を介して）および参照電極１２０を電圧計１３６に電気的に結合することができる。サンプル１０２のpHは、活性電極１２６と参照電極１２０との間の電位差に基づいて測定することができる。
センサ装置１０３は、通気導管１４６を含むことができる。通気導管１４６のセグメントは、通気導管１４６内の内腔または空洞がサンプルチャンバ１０６と流体連絡しているようにサンプルチャンバ１０６の中に延在することができる。通気導管１４６は、サンプル容器１０４内に受容されたサンプル１０２を曝気するように構成することができる。サンプル１０２への通気は、微生物への酸素の供給量を増加させることにより、サンプル１０２内の微生物の増殖速度を増大させることができる。更に、通気は、バイオフィルム形成を抑制するためにサンプル容器１０４の内壁からの微生物の脱着を可能にすることもできる。
図１Ｄは、サンプル１０２のORPを測定するためのセンサ装置１０５の別の実施形態を示す。図１Ｄは、センサ装置１０５の側方断面図を示す。
センサ装置１０５は、サンプル１０２を受け入れるように構成されたサンプルチャンバ１０６を有するサンプル容器１０４を備えることができる。サンプルは、センサ装置１００（図１Ａに示す）、センサ装置１０１（図１Ｂに示す）およびセンサ装置１０３（図１Ｃに示す）に関して論じたのと同じサンプル１０２であることができる。サンプル１０２は、多数の微生物または感染性病原体を含み得る。本明細書に開示の装置、システムおよび方法は、微生物定量法または抗生物質感受性試験（AST）法の一部として微生物増殖またはその欠如を分析するために用いることができる。
幾つかの実施形態では、水性増殖培地は、サンプル容器１０４中に導入する前にサンプル１０２に添加することができる。別の実施形態では、水性増殖培地は、サンプル１０２がサンプル容器１０４中に注入、送達、または他の方法で導入された後、サンプル１０２に添加することができる。
幾つかの実施形態では、水性増殖培地はグルコースを補足したミュラー・ヒントン・ブロス（Muller Hinton Broth；MHG）であることができる。別の実施形態では、水性増殖培地は、バクトトリプトン、トリプシン大豆消化物、酵母エキス、牛肉エキス、カチオン調整済のミュラー・ヒントン・ブロス（CAMHB）、デンプン、カゼインの酸加水分解物、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化ナトリウム、血液またはウマ溶血（LHB)を含む溶血、CAMHB-LHB、グルコースもしくは他の炭水化物、またはその組み合わせを含む溶液であることができる。
センサ装置１０５は、サンプル１０２を受け入れるように構成されたサンプルチャンバ１０６を有するサンプル容器１０４を備えることができる。サンプル１０２は、センサ装置１００（図１Ａに示す）およびセンサ装置１０１（図１Ｂに示す）に関して論じたのと同じサンプル１０２であることができる。サンプル１０２は、多数の微生物または感染性病原体を含み得る。本明細書に開示の装置、システムおよび方法は、微生物定量法または抗生物質感受性試験（AST）法の一部として微生物増殖またはその欠如を分析するために用いることができる。
サンプル容器１０４は、一部を不活性または非導電体材料で一部作ることができる。幾つかの実施形態では、サンプル容器１０４は高分子材料、セラミック材料もしくはガラス、またはその組み合わせを含むかまたは一部をそれから作ることができる。より具体的な例として、サンプル容器１０４は、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリ（メチルメタクリレート）（PMMA）、ポリジメチルシロキサン（PDMS）またはその組み合わせを含むかまたは一部をそれから作ることができる。
センサ装置１０５は、参照センサ部材１０８および能動型センサ部材１２２も備えることができる。参照センサ部材１０８は、参照導管第一開口部１１４を規定する参照導管近位端１４０、参照導管第二開口部１１６を規定する参照導管遠位端１４２、および前記参照導管近位端１４０と前記参照導管遠位端１４２との間にある参照導管空洞１１２を含む、参照導管１１０を更に備えることができる。
参照導管１１０は、導管壁１３８を有することができ、その導管壁１３８は、参照導管近位端１４０から参照導管遠位端１４２にかけて先細にすることができる。一実施形態では、参照導管１１０は、円錐形または円錐台形（frustoconic）として実質的に成形された参照導管空洞１１２を有する、円錐形または円錐台形として実質的に成形することができる。別の実施形態では、参照導管１１０は、多角形に成形された基底部（base）を有する細長いピラミッドとして実質的に成形することができる。例えば、参照導管１１０は、細長い三角形ピラミッド、四角形ピラミッドまたは五角形ピラミッドとして実質的に成形することができる。追加の実施形態では、参照導管１１０は、実質的に円筒形の参照導管空洞１１２を有する円筒として実質的に成形することができる。これらの実施形態では、参照導管１１０は先細の参照導管遠位端１４２を有することも可能である。
参照導管１１０は、サンプルチャンバ１０６がサンプル１０２で満たされると参照導管１１０の少なくとも一部分がサンプル１０２中に浸されるように、サンプルチャンバ１０６中に延在することができる。例えば、参照導管遠位端１４２は、サンプルチャンバ１０６内のサンプル１０２に浸され得る。
参照センサ部材１０８は、参照導管遠位端１４２に連結されたイオン交換膜１５０を備えることができる。イオン交換膜１５０は、サンプル１２０内の微生物が参照導管空洞１１２に入らないように、参照導管第二開口部１１６を塞ぐように構成することができる。しかしながら、イオン交換膜１５０は、荷電平衡を維持するためにイオンがイオン交換膜１５０を横断できるようにすることができる。
幾つかの実施形態では、イオン交換膜１５０は、ペルフルオロスルホン化イオノマー膜であることができる。より具体的な例として、イオン交換膜１５０は、E.I. duPont de Nemours and Companyにより提供されるナフィオン（Nafion；登録商標）膜であることができる。また、例えば、イオン交換膜１５０は、旭化成株式会社により提供されるアシプレックス（Aciplex；登録商標）膜またはAGC Chemicals Americas, Inc.により提供されるフレミオン（Flemion；登録商標）膜も可能である。
幾つかの実施形態では、イオン交換膜１５０は約25μm〜約180μmの厚さを有することができる。より具体的には、イオン交換膜１５０は、約25μm〜約100μmの厚さを有することができる。イオン交換膜１５０は、約100μm〜約180μmの厚さを有することもできる。
別の実施形態では、イオン交換膜１５０は、約180μm〜約200μmの厚さを有することができる。例えば、イオン交換膜１５０は、約183μmの厚さを有することができる。
参照導管空洞１１２は、参照緩衝液１５２で少なくとも部分的に満たすことができる。参照緩衝液１５２は、水性レドックス緩衝液であり得る。
一実施形態では、参照緩衝液１５２は、脱イオン水、ヘキサシアノ鉄酸カリウム、リン酸二水素、リン酸水素二ナトリウム、またはその組み合わせを含むことができる。例えば、参照緩衝液１５２は、約95％〜約99％（v/v％）の脱イオン水、約0.1％〜0.9％（w/v％）のヘキサシアノ鉄（III）酸カリウム、約0.1％〜0.9％（w/v％）未満のヘキサシアノ鉄（II）酸カリウム、約0.5％（w/v％）未満のリン酸二水素カリウム、および約0.5％（w/v％）未満のリン酸水素二ナトリウムを含むことができる。より具体的な例として、参照緩衝液は、Mettler-Toredo AG社により提供される220 mV/pH 7レドックス緩衝液（製品コード51350060）であることができる。
別の実施形態では、参照緩衝液１５２は、3 M KClを含む水性レドックス緩衝液であることができる。より具体的な例として、参照緩衝液は、Mettler-Toledo AGにより提供される3M KClレドックス緩衝液（物品番号63056165）であることができる。
一実施形態では、参照導管空洞１１２は、約100μLの参照緩衝液１５２で満たすことができる。別の実施形態では、参照導管空洞１１２は、約500μLの参照緩衝液１５２で満たすことができる。別の実施形態では、参照導管空洞１１２は、約100μL〜約500μLの参照緩衝液１５２で満たすことができる。更なる実施形態では、参照導管空洞１１２は、約500μL〜約１mLの参照緩衝液１５２で満たすことができる。参照緩衝液１５２の量は、参照導管空洞１１２の容積、参照導管１１０のサイズ、サンプル容器１０４のサイズ、またはその組み合わせに依存しうる。
参照センサ部材１０８は、参照緩衝液１５２で満たされた参照導管空洞１１２中に延在する参照電極１２０も備えることができる。参照電極１２０は、参照緩衝液１５２で満たされた参照導管空洞１１２中に部分的に延出することができる。
より具体的な例として、参照電極１２０は、参照電極チップ１４４を備えることができる。参照電極チップ１４４は、参照電極１２０が参照緩衝液１５２で満たされた参照導管空洞１１２中に部分的に延在している場合、イオン交換膜１５０の近位に配置することができる。より具体的には、参照緩衝液１５２の容量は、参照電極チップ１４４をイオン交換膜１５０から分離することができる。参照導管空洞１１２内の参照電極１２０の位置は、次のセクションでより詳細に説明することにする。
参照電極１２０は、一部を１つ以上の金属で作ることができる。一実施形態では、参照電極１２０は、一部を白金（Pt）、ステンレス鋼、またはその組み合わせで作ることができる。別の実施形態では、参照電極１２０は、一部を別のタイプの導電材料で一部を作ることができる。例えば、参照電極１２０は、参照電極１２０のセグメント（例えば参照電極チップ１４４およびその参照電極チップ１４４に近接した参照電極１２０のセグメント）が参照緩衝液１５２中に浸されるように、参照緩衝液１５２中に挿入された金属製のピン、ワイヤ、またはロッドであることができる。
サンプル１０２は、イオン交換膜１５０が塩橋の接触面（インターフェイス）として働くようにイオン交換膜１５０と流体接触させることができる。イオンは、イオン交換膜１５０の一方の側から他方の側へと拡散して荷電平衡を維持することができる。
センサ装置１０５は、サンプル１０２を受け入れるように構成されたサンプルチャンバ１０６中に延在している活性電極ハウジング１２４を含む能動型センサ部材１２２も備えることができる。能動型センサ部材１２２は、活性電極ハウジング１２４により少なくとも部分的に収容されたまたは取り囲まれた活性電極１４８も備えることができる。
活性電極ハウジング１２４は、不活性または非導電体材料から製造することができる。活性電極ハウジング１２４は、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリ（メチルメタクリレート）（PMMA）、ポリジメチルシロキサン（PDMS）、セラミック、二酸化ケイ素（SiO2）、もしくは種々のタイプのガラス、またはその組み合わせといった高分子材料を含むことができる。
活性電極１４８は、サンプル接触面１２８を有することができる。活性電極１４８は、活性部材遠位端１３０に配置することができる。活性電極ハウジング１２４は、サンプル接触面１２８がサンプル１０２と流体連絡するように、サンプル接触面１２８を露出するように構成することができる。
幾つかの実施形態では、活性電極１４８は一部を１つ以上の金属、１つ以上の金属酸化物、またはその組み合わせで作ることができる。例えば、活性電極１４８は、一部を白金（Pt）、金（Au）、レドックス感受性金属酸化物、またはその組み合わせで作ることができる。幾つかの実施形態では、レドックス感受性金属酸化物は、二酸化ケイ素（SiO2）、酸化アルミニウム（Al2O3）、二酸化チタン（TiO2）、五酸化タンタル（Ta2O5）、二酸化ハフニウム（HfO2）、二酸化イリジウム（IrO2）、二酸化ルテニウム（RuO2）、二酸化ジルコニウム（ZrO2）またはその組み合わせを含むことができる。
活性電極１４８および参照電極１２０は、導電接続１３４または導電線により電圧計１３６に電気的に結合することができる。導電接続１３４は、一部を導電材料で作ることができる。一実施形態では、導電接続１３４は、一部を導電材料で作ることができる。一実施形態では、導電接続１３４は銅線であることができる。例えば、導電接続１３４は、電着銅、圧延なまし銅、高延性電着銅、またはその組み合わせであることができる。別の実施形態では、導電接続１３４は、一部を銀またはニッケルで作ることができる。
幾つかの実施形態では、電圧計１３６は高インピーダンス電圧計でありうる。サンプル１０２のORPは、活性電極１４８と参照電極１２０の間の電位差に基づいて測定することができる。
センサ装置１０５は、通気導管（電線管）１４６を備えることもできる。通気導管１４６のセグメントは、その通気導管１４６内の管腔または空洞がサンプルチャンバ１０６と流体連絡するようにサンプルチャンバ１０６中に延在することができる。通気導管１４６は、サンプル容器１０４内に受容されたサンプル１０２に通気するように構成することができる。サンプル１０２への通気は、微生物への酸素供給量を増加させることによりサンプル１０２内の微生物の増殖速度を増加させることができる。更に、通気は、バイオフィルム形成を抑制するために、サンプルチャンバ１０４の内壁からの微生物の脱着を可能にすることができる。
図２は、センサ装置２００の一実施形態の上面斜視図を示す。センサ装置２００は、図１Ａのセンサ装置１００、図１Ｂのセンサ装置１０１、図１Ｃのセンサ装置１０３、および図１Ｄのセンサ装置１０５をはじめとする、前に記載したセンサのいずれかであることができまたはそれを参照することができる。
図２に示すように、サンプル容器１０４は、容器本体２０４に連結された容器キャップ２０２を備えることができる。一実施形態では、容器本体２０４は、実質的に円筒形の容器または管であることができる。別の実施形態では、容器本体２０４は、実質的に立方体状、ピラミッド状、または円錐形の容器もしくは管であり得る。容器キャップ２０２は、容器本体２０４に連結または取り付けるように構成された形状を有することができる。
一実施形態では、容器キャップ２０２は、ねじ式のねじ込み継手によってサンプル容器１０４に連結することができる。容器キャップ２０２は、留め具、ラッチ、締まりばめ、またはその組み合わせによってサンプル容器１０４に連結することができる。ユーザー（例えば臨床医または研究技術者）がサンプル１０２をサンプル容器１０４のサンプルチャンバ１０６中に分配できるように、容器キャップ２０２を容器本体２０３から取り外すまたは脱着することができる。
一実施形態では、容器キャップ２０２は、その容器キャップ２０２の表面に沿って規定される参照口（ポート）２０６を有することができる。参照口２０６は、容器キャップ２０２の表面上に規定される開口部またはチャネルであることができる。
幾つかの実施形態では、容器本体２０４から容器キャップ２０２を分離すると参照導管１１０もサンプルチャンバ１０６から取り外されるように、参照導管１１０を容器キャップ２０２と統合することができる。これらのおよび他の実施形態では、参照口２０６が、参照導管空洞１１２へのアクセスを提供する開口部またはチャネルであることができる。例えば、参照電極１２０は、参照口２０６および参照導管第一開口部１１４を通して参照導管空洞１１２の中に挿入または他の形で延出することができる。
別の実施形態では、参照導管１１０を含む参照センサ部材全体１０８は、その参照センサ部材全体１０８がサンプル容器１０４から脱着可能であるように、サンプル容器１０４に取り外し可能に連結することができる。例えば、参照導管１１０は、容器キャップ２０２に取り外し可能に連結することができる。これらのおよび他の実施形態では、参照口２０６は、サンプルチャンバ１０６へのアクセスを提供することができる。参照導管１１０（参照緩衝ゲル１１８または参照緩衝液１５２のいずれかを含む）は、参照口２０６から挿入または他の形で延出することができる。
図２は、容器キャップ２０２が、その容器キャップ２０２の表面に沿って規定される通気口２０８も有することができることを示す。通気口２０８は、通気導管１４６へのアクセスを提供することができる（図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、または図１Ｄのいずれかを参照のこと）。例えば、サンプル容器１０４内のサンプル１０２に空気を送るために、通気管または通気ホースを通気口２０８から通気導管１４６中に挿入することができる。
容器キャップ２０２は、容器キャップ２０２の表面に沿って規定される排気口２１０も有することができる。排気口２１０は、サンプル容器１０４内の微生物により生産される過剰の空気またはガス状副産物をサンプルチャンバ１０６から排出させることが可能である。
サンプル容器１０４は、容器本体２０４の側面に沿って規定される側面口２１２も含むことができる。側面口２１２は、サンプルチャンバ１０６へのアクセスを提供する開口部またはチャネルでありうる。能動型センサ部材１２２の少なくとも一部は、サンプル容器１０４に連結されると側面口２１２から延出することができる。幾つかの実施形態では、能動型センサ部材１２２は、能動型センサ部材１２２の新しいインスタンスが能動型センサ部材１２２の旧型または使用済みインスタンスを置き換えることができるように、サンプル容器１０４に脱着可能に連結することもできる。
図３Ａは、参照センサ部材１０８の一実施形態の側方断面図を示す。図３Ａに示される参照センサ部材１０８は、図１Ａのセンサ装置１００または図１Ｂのセンサ装置１０１の部品として使用することができる。
参照導管１１０は、参照導管近位端１４０から参照導管遠位端１４２へと先細にされた導管壁１３８を有することができる。更に、参照導管近位端１４０は、参照導管遠位端１４２により規定される第二開口面積よりも大きい第一開口面積を規定しうる。例えば、第一開口面積は約19 mm2〜約80 mm2であり、第二開口面積は約0.79 mm2〜約3.14 mm2であることができる。
図３Ａに示される例示の実施形態では、参照導管１１０は、細長い逆円錐体形として実質的に成形することができる。この実施形態では、参照導管第一開口部１１３と参照導管第二開口部１１６の両方とも、実質的に円形であり、そしてそれぞれ第一開口部直径３００と第二開口部直径３０２により規定され得る。幾つかの場合、第一開口部直径３００は、約5.00 mm〜約10.0 mmであることができる。第二開口部直径３０２は、約1.00 mm〜約5.00 mmであることができる。
図３Ａはまた、参照緩衝ゲル１１８を約5.00 mm〜約20.0 mmのゲル高さ３０４にまで満たすことができることも示す。ゲル高さ３０４は、参照導管空洞１１２の容積に依存して異なることができる。前に記載した通り、参照導管空洞１１２は、約100μLの参照緩衝ゲル１１８で満たすことができる。別の実施形態では、参照導管空洞１１２は、約500μLの参照緩衝ゲル１１８で満たすことができる。他の実施形態では、参照導管空洞１１２は約100μL〜約500μLの参照緩衝ゲル１１８で満たすことができる。更なる実施形態では、参照導管空洞１１２は、約500μL〜約１mLの参照緩衝ゲル１１８で満たすことができる。参照緩衝ゲル１１８の量は、予め決められた基準時間を達成するように最適化することができる。例えば、幾つかの場合、参照緩衝ゲル１１８の量は、3.0時間〜6.0時間の間の基準時間を達成するように最適化することができる。
参照電極１２０は、参照導管第二開口部１１６から分離距離３０６だけ分離することもできる。一実施形態では、分離距離は約1.0 mmであることができる。別の実施形態では、分離距離３０６は約5.0 mmであることができる。別の実施形態では、分離距離３０６は約1.0 mm〜約5.0 mmであることができる。
図３Ｂは、参照センサ部材１０８の別の実施形態の側方断面図を示す。図３Ｂに示される参照センサ部材１０８は、図１Ｃのセンサ装置１０３または図１Ｄのセンサ装置１０５の部品として使用することができる。
参照導管１１０は、参照導管近位端１４０から参照導管遠位端１４２まで先細にされた導管壁１３８を含むことができる。更に、参照導管近位端１４０は、参照導管遠位端１４２により規定された第二開口面積より大きい第一開口面積を規定することができる。例えば、第一開口面積は約19 mm2〜約80 mm2であることができ、第二開口面積は約0.79 mm2〜約3.14 mm2であることができる。
図３Ｂの例示の実施形態では、参照導管１１０は、細長い逆円錐台形（upside-down frustoconic）として実質的に成形することができる。この実施形態では、参照導管第一開口部１１４と参照導管第二開口部１１６の両方とも、実質的に円形であり、そしてそれぞれ第一開口部直径３００と第二開口部直径３０２により規定され得る。幾つかの場合、第一開口部直径３００は、約5.00 mm〜約10.0 mmであることができる。第二開口部直径３０２は、約1.00 mm〜約5.00 mmであることができる。
図３Ｂはまた、参照緩衝液１５２が約5.00 mm〜約20.0 mmの溶液高さ３０８にまで満たすことができることも示す。溶液高さ３０８は、参照導管空洞１１２の容積に依存して異なることができる。前に記載した通り、参照導管空洞１１２は、約500μLの参照緩衝液１５２で満たすことができる。別の実施形態では、参照導管空洞１１２は、約100μL〜約500μLの参照緩衝液１５２で満たすことができる。更なる実施形態では、参照導管空洞１１２は、約500μL〜約１mLの参照緩衝液１５２で満たすことができる。参照緩衝液１５２の量は、予め決められた基準時間を達成するように最適化することができる。例えば、幾つかの場合、参照緩衝液１５２の量は、3.0時間〜6.0時間の間の基準時間を達成するように最適化することができる。
参照電極１２０は、イオン交換膜１５０から分離距離３０６だけ分離することもできる。一実施形態では、分離距離は約1.0 mmであることができる。別の実施形態では、分離距離３０６は約5.0 mmであることができる。別の実施形態では、分離距離３０６は約1.0 mm〜約5.0 mmであることができる。
イオン交換膜１５０は、約25μm〜約180μmの膜厚さ３１０を有することができる。より具体的には、イオン交換膜１５０は、約25μm〜約100μmの膜厚さ３１０を有することができる。イオン交換膜１５０は、約100μm〜約180μmの膜厚さ３１０を有することもできる。
図４は、高インピーダンス電圧計（例えば電圧計１３６）に電気的に結合した活性電極（例えば活性電極１２６または活性電極１４８）および参照電極（例えば参照電極１２０）の概略図を示す。前に記載した通り、参照センサ部材１０８は、参照緩衝ゲル１１８またはイオン交換膜１５０のいずれかがサンプル容器１０４内のサンプル１０２と流体接触（または液固間接触）しているように構成することができる。加えて、活性電極（例えば活性電極１２６または活性電極１４８）もサンプル容器１０４内のサンプル１０２と流体接触することができる。
参照電極は、参照緩衝ゲル１１８または参照緩衝液１５２のいずれかの中に浸漬または挿入され、そして高インピーダンス電圧計（例えば電圧計１３６）に電気的に結合することができる。活性電極は、導電接続１３４を介してその高インピーダンス電圧計に電気的に結合することもできる、参照電極は、活性電極に比較して安定な半電池電位としては垂らすことができ、そして活性電極と参照電極との間の電位差を用いて、サンプル１０２のpHまたはORPを求めることができる。
図５Ａは、高電位ORP溶液の添加後に、参照緩衝ゲル中で従来型KCl参照溶液とステンレス鋼参照電極とを使って行ったORP測定を示すグラフである。センサ装置１０１（図１Ｂ参照）の有効性を試験するために、既知の高電位ORP溶液（例えばVirkonTM（商標）粉末を含む水性混合物）をORP緩衝液（例えば220 mV/ pH 7 ORP緩衝液）に添加した。生じた電位差の変化は、従来型KCl参照溶液を用いる従来型ORPプローブ（例えばMettler-Toledo AG社により提供されるMettler ToledoTM（商標）ORPプローブ）と、参照緩衝ゲル１１８中に浸漬されたステンレス鋼参照電極１２０を備えるセンサ装置１０１の両方を用いて測定した。従来型ORPプローブとセンサ装置１０１は、同じ白金（Pt）活性電極を使用した。図５Ａに示される通り、両センサの設定は、既知の高電位ORP溶液の添加に応答して同様に振るまった。参照緩衝ゲル１１８を含む参照センサ部材１０８は、従来型ORPプローブ中の従来型KCl参照と同様な安定な参照電位を維持した。
図５Ｂは、pH 7溶液をpH 4溶液と交換した後に、従来型KCl参照溶液と参照緩衝ゲル中の白金参照電極とを使って行ったpH測定を示すグラフである。センサ装置１００（図１Ａ参照）の有効性を評価するために、pH 7溶液をpH 4溶液と交換することにより、pH変化を誘導した。生じた電位差の変化を、従来型KCl参照溶液を用いる従来型pHプローブ（例えばMettler-Toledo AG社により提供されるMettler ToledoTM（商標）pHプローブ）と、参照緩衝ゲル１１８中に浸漬された白金参照電極１２０を備えるセンサ装置１００の両方を用いて測定した。従来型pHプローブとセンサ装置１００は、同じ二酸化イリジウム（IrO2）活性電極を使用した。図５Ｂに示される通り、両センサの設定は、pHのステップ変化に応答して同様に機能した。参照緩衝ゲル１１８を含む参照センサ部材１０８は、KCl参照溶液を有する従来型pHプローブと同様な感度とステップ高を示した。
参照電位を維持した。
参照電位を維持した。
図６は、１％寒天ゲル緩衝液、５％寒天ゲル緩衝液および従来型KCl参照溶液中の参照電極を使った、大腸菌（E. coli）細菌増殖のORP測定を示すグラフである。図６に示す通り、大腸菌を含む溶液のORPを、従来型KCl参照溶液と更にセンサ装置１０１の２つのインスタンスとを有する従来型ORPプローブを使ってモニタリングした。第一インスタンスでは、参照緩衝ゲル１１８は、１％（w/v％）の寒天粉末を含んだ。第二インスタンスでは、参照緩衝ゲル１１８は５％（w/v％）の寒天粉末を含んだ。３つのセンサ設定全てに同じ白金（Pt）活性電極を使用した。図６に示すように、３つのセンサ設定全てが同様に機能し、かつ同様な増殖曲線を描いた。信号タイミングの差はいずれも、３つの白金（Pt）活性電極の変動性の範囲内であった。
図７Ａは、従来型ORP緩衝液を高電位ORP溶液（例えばVirkonTM溶液）で置き換え、次いで従来型ORP緩衝液にもう一度切り替えた時に行った、一定のORP測定を示すグラフである。破線は、従来型KCl参照溶液を有する従来型ORPプローブを使って測定されたORPシグナルを示す。予想通り、ORPプローブにより測定されたORPシグナルは、従来型ORP緩衝液を高電位ORP溶液と交換した時に急上昇し、そして高電位ORP溶液を従来型ORP緩衝液にもう一度切り替えた時に再び急降下した。
実線は、従来型KCl参照溶液を含む従来型参照センサ部材と、イオン交換膜１５０（例えばNafionTM（商標）膜）を含む参照センサ部材との間の電位差の測定を示す。図７Ａに示すように、従来型参照センサ部材とイオン交換膜１５０を含む参照センサ部材との間の電位差は、ORP参照溶液を高電位ORP溶液に交換した時であっても未変化のままであった。
図７Ｂは、従来型ORPプローブを使った大腸菌（E. coli）細菌増殖のORP測定と、イオン交換膜を有する参照センサ部材とKCl参照溶液を有する従来型参照センサ部材との間の電位差を示すグラフである。図７Ｂに示す通り、大腸菌を含む溶液のORPは、従来型KCl参照溶液を有する従来型ORPプローブを使ってモニタリングした。図７Ｂ中の破線は、そのような測定の結果を示す。図７Ｂ中の実線は、従来型KCl参照溶液とイオン交換膜１５０を含む参照センサ部材との間の電位差を示す。図７Ｂに示すように、電位差は大腸菌増殖期間の間、未変化のまま保持された（15時間までも）。
図８は、サンプル１０２の溶液特性（例えばpHまたはORP）を測定するためのセンサ装置８００の別の実施形態を示す。センサ装置８００は、サンプルチャンバ９０８（例えば図９Ａ）がその中に規定されるサンプル容器８０２を備える。サンプルチャンバ９０８は、サンプル１０２を受け入れるように構成することができる。センサ装置８００は、参照センサ部材８０４も備えることができる。幾つかの実施形態では、参照センサ部材８０４は、サンプル容器８０２の開放端を覆うように構成された容器キャップ８０６の一部として製造することができる。
幾つかの実施形態では、サンプル容器８０２は、キュベットであることができる。別の実施形態では、サンプル容器８０２は、診断用管、試験管の一部、ガラス容器、または別のタイプの実験用容器もしくは管であることができる。
本開示により考慮される幾つかの実施形態では、サンプル容器８０２は、ウェルプレートのサンプルウェルを指すことができる。ウェルプレートは、従来のウェルプレートまたはマイクロタイタープレートよりも深いウェルを有する汎用ウェルプレートであることができる。
参照センサ部材８０４は、参照導管空洞９０２、参照導管第一開口部９０４および参照導管の第二開口部９０６を含む、参照導管９００を備えることができる（例えば、図９Ａおよび９Ｂ参照）。参照導管９００は、サンプル容器８０２のサンプルチャンバ９０８中に延在するように構成された細長いチャネルまたは通路であることができる。
センサ装置８００は、参照導管空洞９０２内に配置されそして参照導管空洞９０２の長さに沿って延在しているウイッキング部材９１０も含むことができる（例えば図９Ａと９Ｂ参照）。ウイッキング部材９１０と参照導管空洞９０２については、次のセクションでより詳細に論じることにする。
センサ装置８００は、ウイッキング部材９１０の近位端に配置された参照電極材料８０８を更に含むことができる。参照センサ部材８０４が容器キャップ８０６として製造される場合、参照電極材料８０８は、その参照電極材料８０８が容器キャップ８０６のキャップ先端８１０からアクセス可能であり且つ目に見えるように、容器キャップ８０６のキャップ先端８１０から突出または延出することができる。例えば、開口部は、容器キャップ８０６のキャップ先端８１０に沿って規定され、そして参照電極材料８０８は容器キャップ８０６のキャップ先端８１０に沿って規定された開口部から突出または延出することができる。図面に示していないが本開示により企図される別の実施形態において、参照電極材料８０８は、容器キャップ８０６の側面８１２または角から突出することができる。
参照センサ部材８０４が容器キャップ８０６として製造される場合、容器キャップ８０６はサンプル容器８０２に取り外し可能に取り付けるまたは連結することができる。例えば、容器キャップ８０６は、ねじ込み継手９４４を介してサンプル容器８０２に取り外し可能に取り付けるまたは連結することができる（図９Ａと９Ｂを参照のこと）。別の実施形態では、容器キャップ８０６は、締まりばめ、圧入（例えば先細の圧入、膨張圧入など）、スナップ止め、ラッチ、またはその組み合わせによって、サンプル容器８０２に取り外し可能に取り付けまたは連結することができる。
これらのまたは別の実施形態では、容器キャップ８０６は、サンプル容器８０２の一部分（例えば近位部分）にぴったり入るまたはそれを覆うことができる。これらの実施形態では、容器キャップ８０６の側面８１２は、サンプル容器８０２の容器壁８１４を超えて放射状に延びることができる。サンプル容器８０２は実質的に円筒形であり、容器キャップ８０６の形状がサンプル容器８０２の形状と適応し、容器キャップ８０６の外周（または円形フットプリント）がサンプル容器８０２の外周（または円形フットプリント）よりも大きくてよい。
センサ装置８００は、能動型センサ部材８１６も備えることができる。能動型センサ部材８１６はサンプル容器８０２の容器壁８１４に沿ってセットするかまたは他の方法で配置することができる。能動型センサ部品８１６は、次のセクションでより詳細に論じることにする。参照センサ部材８０４と能動型センサ部材８１６は、導電性接続によりパラメータ分析器９１６に電気的に結合することができる（例えば図９Ａ）。サンプル１０２の溶液特性は、能動型センサ部材８１６の活性電極材料９１８（例えば図９Ａ）と参照電極材料８０８の間で測定された電位差に基づいて測定することができる。
幾つかの実施形態では、センサ装置８００を使って測定またはモニタリングされる溶液特性は、サンプル１０２のpHであることができ、そして能動型センサ部材８１６の少なくとも一部分はpH感受性材料の部分で作ることができる。pH感受性材料は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、五酸化タンタル、二酸化ハフニウム、二酸化イリジウム、二酸化ルテニウム、および二酸化ジルコニウムの少なくとも１つを含むことができる。
それらのおよび他の実施形態では、センサ装置８００を使って測定またはモニタリングされる溶液特性は、サンプル１０２の酸化還元電極（ORP）であることができ、そして能動型センサ部材８１６の少なくとも一部はレドックス感受性材料の部分で作ることができる。レドックス感受性材料は、白金、金、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、五酸化タンタル、二酸化ハフニウム、二酸化イリジウム、二酸化ルテニウム、および二酸化ジルコニウムを含むことができる。
上述したように、サンプル１０２は感受性病原体または微生物（例えば細菌、真菌など）を含むことができる。センサ装置８００は、微生物の定量法、サンプル調製法または抗生物質感受性試験（AST）法の一部として微生物または感受性病原体の増殖またはその欠如についてサンプル１０２を分析するために使用することができる。
上述したように、サンプル１０２は、患者または対象から得られたサンプル、生物学的サンプル、環境サンプルおよび食品サンプルの少なくとも１つより誘導された細菌培養物を含むか、またはそれを指すことができる。例えば、サンプル１０２は、患者または対象から得られた体液もしくは標本（スワブ）から誘導された細菌培養物または再懸濁済みの細菌培養物を含むかまたはそれを指すことができる。より具体的な例として、サンプル１０２は、微生物増殖が陽性であると検定された細菌培養物または再懸濁済の細菌培養物を含むことができる。
より具体的には、サンプル１０２は、微生物増殖が陽性であると検定された患者または対象から得られた血液から誘導された細菌培養物を含むことができる。幾つかの実施形態では、サンプル１０２は、陽性血液培養物であるかそれを指すことができる。本開示の目的上、陽性血液培養物は、細菌増殖が陽性であると検定された患者または対象から採取された血液より誘導された細菌培養物であることができる。
幾つかの実施形態では、水性増殖培地は、サンプル容器８０２に導入する前に、サンプル１０２を希釈するためにサンプル１０２に添加することができる。別の実施形態では、水性増殖培地はサンプル１０２をサンプル容器８０２中に注入、送達または他の方法で導入した後で、サンプル１０２に添加することができる。
一実施形態では、水性増殖培地は、グルコースが補足されたミュラー・ヒントン・ブロス（Muller Hinton Broth）（MHG）であり得る。別の実施形態では、水性増殖培地はバクトトリプトン、トリプシン大豆消化物、酵母エキス、牛肉エキス、カチオン調整ミュラー・ヒントン・ブロス（CAMHB）、デンプン、カゼインの酸加水分解物、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化ナトリウム、血液もしくは馬溶血血液（LHB）を含む溶血血液、CAMHB-LHB、グルコースもしくは他の炭水化物、またはその組み合わせであることができる。
センサ装置８００を使ってアッセイすることができる微生物または感染性病原体は、上述した細菌および真菌の種または属のいずれかを含む任意の代謝性単細胞または多細胞生物であることができる。
サンプル容器８０２、容器キャップ８０６、またはその組み合わせは、一部を非導電体材料で作るまたはそれから二次加工（fabricate）することができる。サンプル容器８０２、容器キャップ８０６またはその組み合わせは、非浸出または滅菌可能材料で作ることができまたはそれから二次加工することができる。サンプル容器８０２、容器キャップ８０６、またはその組み合わせは、一部を高分子材料（例えば、熱可塑性、光硬化ポリマー、またはその組み合わせ）、セラミック材料もしくはガラス、またはその組み合わせで作ることができ、またはそれから二次加工することができる。例えば、サンプル容器８０２、容器キャップ８０６またはその組み合わせは、一部をポリカーボネート、ポリプロピレン（PP）、ナイロン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ABS）、ポリエチレン（PE）、ポリスチレン（PS）、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリ（メチルメタクリレート）（PMMA）、ポリジメチルシロキサン（PDMS）、またはその組み合わせで作ることができ、またはそれから二次加工することができる。より具体的な例としては、サンプル容器８０２、容器キャップ８０６、またはその組み合わせは、成形されたポリカーボネートまたはSomos（登録商標） WaterShed XCなどの硬化低粘度液体フォトポリマーで一部を作ることができる。
図９Ａは、センサ装置８００の側方断面図を示す。図９Ａに示されるように、センサ装置８００は、容器キャップ８０６として製作された参照センサ部材８０４とサンプル容器８０２とを備えることができる。容器キャップ８０６は、サンプル容器８０２に取り外し可能にまたは脱着可能に連結または固定することができる。
参照センサ部材８０４は、参照導管空洞９０２と、参照導管第一開口部９０４と、参照導管の第二開口部９０６とを有する参照導管９００を備えることができる。参照導管９００は、サンプル容器８０２のサンプルチャンバ９０８中に延在するように構成された細長いチャネルまたは通路であることができる。
センサ装置８００は、参照導管空洞９０２内に配置されたまたは参照導管空洞９０２の長さに沿って延在しているウイッキング部材９１０も備えることができる。幾つかの実施形態では、ウイッキング部材９１０は参照導管空洞９０２内の全ての空間を満たすまたは占有することができる。別の実施形態では、ウイッキング部材９１０は、参照導管空洞９０２内の空間を部分的に満たすまたは部分的に占有することができる。
ウイッキング部材９１０は、ウイック遠位端９１２とウイック近位端９１４を有することができる。ウイッキング部材９１０の少なくとも一部は、参照センサ部材８０４（例えば容器キャップ８０６）がサンプル容器８０２に取り付けられ、固定されまたは連結されると、サンプルチャンバ９０８中のサンプルの少なくとも相当量が、ウイック近位端９１４の方向にウイック遠位端９１２の少なくとも一部分により引き上げられ、吸収され、または他の方法でウイッキングされるように、サンプルチャンバ９０８と流体連絡することができる。
幾つかの実施形態では、ウイック遠位端９１２の少なくとも一部は、ウイック遠位端９１２がサンプルチャンバ９０８中に突出または延出するように、参照導管の第二開口部９０６を貫通して延びることができる。これらの実施形態では、サンプルチャンバ９０８がサンプル１０２により満たされると、ウイック遠位端９１２が液体サンプル１０２中に延出または突出する。
別の実施形態では、ウイック遠位端９１２全体が、そのウイック遠位端９１２がサンプルチャンバ９０８中に突出または延出しないように、参照導管第二開口部９０６の近位にまたはその上方に配置される。これらの実施形態では、ウイック遠位端９１２は、まだサンプルチャンバ９０８と流体連絡（fluid communication）しており、液体サンプル１０２は、毛管作用によってまたはサンプル容器８０２を摂動／振盪することによって参照導管９００中に引き上げられることにより、ウイック遠位端９１２に到達するまたは接触することができる。
図９Ａは、参照導管９００が、参照導管空洞９０２の容積が参照導管第一開口部９０４から参照導管第二開口部９０６まで徐々に細くなるまたは狭くなるように先細にすることができる。ウイッキング部材９１０の形状は、参照導管空洞９０２の形状と合致するまたは適合することができる。ウイッキング部材９１０は、ウイッキング部材９１０の形状がウイック近位端９１４からウイック遠位端９１２まで徐々に細くなるまたは狭くなるように構成することができる。
ウイッキング部材９１０は、一部を多孔質材料で作ることができる。ウイッキング部材９１０は、一部を約15μm〜約150μm（例えば約50μm）にサイジングされた細孔を含む材料で作ることができる。
幾つかの実施形態では、ウイッキング部材９１０は、一部を高分子材料から作ることができる。より具体的な例として、ウイッキング部材９１０は、一部を15μm〜約150μmにサイジングされた細孔を含む多孔質高分子材料で作ることができる。一実施形態では、ウイッキング部材９１０は、一部を高密度ポリエチレン（HDPE）で作ることができる。例えば、ウイッキング部材９１０は、一部を約50μmにサイジングされた細孔を有するHDPEで作ることができる。
別の実施形態では、ウイッキング部材９１０は、一部を天然繊維で作ることができる。例えば、ウイッキング部材９１０は、一部をセルロース繊維、パルプ、紙、綿、またはその組み合わせで作ることができる。
ウイッキング構成部材９１０は、ウイッキング部材９１０の少なくとも表面が界面活性剤により覆われるように界面活性剤で処理することができる。幾つかの実施形態では、ウイッキング部材９１０は、参照導管９０２中に導入する前に界面活性剤で処理するかまたは界面活性剤を含む溶液中に浸漬することにより飽和することができる。界面活性剤は、ウイッキング部材９１０の親水性を増加させるように（すなわち、ウイッキング部材９１０の実質的に疎水性の表面をより親水性にするように）構成することができる。幾つかの実施形態では、界面活性剤は、フッ素系界面活性剤であり得る。別の実施形態では、界面活性剤は、１つ以上のポロキサマー（Poloxamer）などの非イオン性界面活性剤であることができる。より具体的な例として、界面活性剤はPluronic（登録商標）F-68を含むことができる。
参照センサ部材８０４は、ウイック近位端９１４に配置された参照電極材料８０８も備えることができる。参照電極材料８０８は、ウイック近位端９１４上に供給または分配された導電性材料であることができる。
幾つかの実施形態では、参照電極材料８０８は、ウイック近位端９１４上に供給または分配された導電性インクであり得る。ウイック近位端９１４上に供給または分配された導電性インクは、硬化により固めることができる。より具体的には、導電性インクは、銀−塩化銀（Ag−AgCl）インクであり得る。
参照電極材料８０８の少なくとも一部は、ウイッキング部材９１０と物理的接触することができる。幾つかの実施形態では、参照電極材料８０８の少なくとも一部は、容器キャップ８０６を超えて突出または延出することができる。参照電極材料８０８は、ウイック近位端９１４に配置された硬化された硬化物であることができる。幾つかの実施形態では、参照電極材料８０８は、容器キャップ８０６の中央に配置させることができる。
本明細書に開示のウイッキング部材９１０の１つの利点は、該ウイッキング部材９１０が液体サンプル１０２を引き上げることができ、かつサンプル１０２が参照電極材料８０８の方にウイッキング部材９１０の細孔から毛管作用により前進できることである。例えば、液体サンプル１０２はウイック近位端９１４の方にウイッキングされ（毛管作用で運ばれ）、そこで該サンプルが参照電極材料８０８と流体接触状態になる。
参照電極材料８０８が銀−塩化銀（Ag-AgCl）のような材料で作られている場合、ウイッキング部材９１０は、さもなければサンプル１０２中に自由に拡散するであろう銀イオン（Ag+）に対する障壁または障害物として機能することもできる。そのような銀イオンは、サンプル１０２中の微生物または感染性病原体の増殖にとって有害であるかまたは他の方法で影響を及ぼし得る。ウイッキング部材９１０は、サンプル１０２中へのそのようなイオンの拡散を遅らせるまたは失速させることにより、有害な銀イオンに対する障壁または障害物として機能しうる。本明細書中に開示の寸法と形状を有するウイッキング部材９１０は、そのような有害イオンの拡散を減速するまたは失速させるのに有効であり得る。
参照センサ部材８０４は、導電性接続１３４によりパラメータ分析器９１６へ電気的に結合することができる。パラメータ分析器９１６は、電圧計またはマルチメータであることができる。例えば、パラメータ分析器９１６は、前述した電圧計１３６のような高インピーダンス電圧計であることができる。
センサ装置８００は、サンプル容器８０２の容器壁８１４に沿って取り付けられたまたは他の方法で配置された能動型センサ部材８１６も備えることができる。図面に示してない別の実施形態では、能動型センサ部材８１６は、サンプル容器８０２の底に沿って取り付けることができまたは他の方法で配置することができる。
能動型センサ部材８１６は、活性電極材料９１８、活性電極ハウジング９２０、および導電性接触層９２２を備え得る。活性電極材料９１８の少なくとも一部分は、サンプルチャンバ９０８と流体連絡することができる。例えば、活性電極材料９１８の少なくとも一部が、サンプルチャンバ９０８中に延出または突出することができる。活性電極材料９１８は、サンプルチャンバ９０８がサンプル１０２で少なくとも部分的に満たされると、活性電極材料９１８の少なくとも層または表面がサンプル１０２と流体接触するように配置させることができる。
活性電極ハウジング９２０は、活性電極材料９１８、導電性接触層９２２またはその組み合わせを部分的に取り囲むまたは収容することができる。活性電極ハウジング９２０は、容器壁８１４と同じ材料で作られ、そして容器壁８１４の成形特徴を成している。幾つかの実施形態では、活性電極ハウジング９２０は、サンプル容器８０２の容器壁８１４に沿って規定された導管またはチャネルであり得る。別の実施形態では、活性電極ハウジング９２０は、サンプル容器８０２の底に沿って規定される。活性電極ハウジング９２０は、活性電極ハウジング９２０の一方の端に活性電極材料９１８の少なくとも一部を露出させ、そして活性電極ハウジング９２０の他方の端に導電性接触層９２２の少なくとも一部を露出させることができる。特定の実施形態では、１つ以上の導電性接続１３４が、活性電極ハウジング９２０を通って導電性接触層９２２または活性電極材料９１８と物理的に接触することができる。
導電性接触層９２２は、活性電極材料９１８に連結させることができ、そして活性電極材料に近接してもしくは外側に放射状に位置させるまたは他の方法で配置させることができる（例えばサンプル容器８０２の外側に向かって近くに）。導電性接触層９２２は一部をアルミニウム（Al）、銅（Cu）、白金（Pt）またはそれらの組み合わせで作ることができる。導電性接触層９２２は、パラメータ分析器９１６を介して導電性接続１３４により参照電極材料８０８に電気的に結合することができる。導電性接続１３４は一部を導電体材料で作ることができる。導電性接続１３４は、導線または導電線であり得る。一実施形態では、導電性接続１３４は、銅線または銅配線であり得る。例えば、導電性接続１３４は、電着銅、圧延なまし銅、高延性電着銅、またはそれらの組み合わせであり得る。他の実施形態では、導電性接続１３４は、一部を銀またはニッケルで作ることができる。導電性接続１３４は、サンプル容器８０２がサンプル１０２で少なくとも部分的に満たされると、参照センサ部材８０４および能動型センサ部材８１６と接触することができる。
サンプル１０２の溶液特性は、活性電極材料９１８と参照電極材料８０８との間で測定される電位差に基づいて測定することができる。参照電極材料８０８は、参照電極として機能し、活性電極材料９１８と比較して安定な半電池電位を提供することができ、活性電極と参照電極との間の電位差を用いてサンプルのpHまたはORPを求めることができる。例えば、参照電極材料８０８ （例えば、Ag-AgClインク）は、活性電極材料９１８が参照電極材料８０８と電気的通信状態である場合、活性電極材料９１８に比較して実質的に安定な電極電位を示すように構成することができる。
いくつかの実施形態では、測定またはモニタリングされる溶液特性は、サンプル１０２のpHであることができる。別の実施形態では、測定またはモニタリングされる溶液特性は、サンプル１０２の酸化還元電位（ORP）であり得る。
測定またはモニタリングされる溶液特性がpHである場合、活性電極材料９１８は、pH感受性材料であり得る。pH感受性材料は、二酸化ケイ素（SiO2）、酸化アルミニウム（Al2O3）、二酸化チタン（TiO2）、五酸化タンタル（Ta2O5）、二酸化ハフニウム（HfO2）、二酸化イリジウム（IrO2）、二酸化ルテニウム（RuO2）、二酸化ジルコニウム（ZrO2）もしくはそれらの組み合わせのいずれかであるかまたはそれを含むことができる。
測定またはモニタリングされる溶液特性がORPである場合、活性電極材料９１８は、レドックス感受性材料であり得る。レドックス感受性材料は、白金（Pt）、金（Au）、レドックス感受性金属酸化物、またはそれらの組み合わせのいずれかであるか、またはそれらを含むことができる。より具体的には、レドックス感受性材料は、二酸化ケイ素（SiO2）、酸化アルミニウム（Al2O3）、二酸化チタン（TiO2）、五酸化タンタル（Ta2O5）、二酸化ハフニウム（HfO2）、二酸化イリジウム（IrO2）、二酸化ルテニウム（RuO2）、二酸化ジルコニウム（ZrO2）もしくはそれらの組み合わせのいずれかであるか、またはそれを含むことができる。
図９Ａに示されるように、参照センサ部材８０４が容器キャップ８０６として実装される場合、その容器キャップ８０６は、キャップ幅９２４（または半径）と地キャップ高さ９２６とにより規定される寸法を有することができる。幾つかの実施形態では、キャップ幅９２４は約10.0 mm〜約20.0 mmであり得る。例えば、キャップ幅９２４は約15.7 mmであり得る。幾つかの実施形態では、キャップ高さ９２６は約5.0 mm〜約20.0 mmであり得る。例えば、キャップ高さ９２６は、約10.5 mmであり得る。容器キャップ８０６がサンプル容器８０２に固定、取り付け、または他の方法で結合されるとき、センサ装置８００は、サンプル容器８０２の底部から容器キャップ８０６のキャップ上部８１０まで測定される装置高さ９２８を有することができる。
いくつかの実施形態では、装置高さ９２８は、約20.0 mm〜約50.0 mmであり得る。他の実施形態では、装置高さ９２８は、約25.0 mm〜約35.0 mmであり得る。例えば、装置高さ９２８は、約31.3 mmであり得る。
図９Ａに示す通り、ウイッキング部材９１０は、ウイック近位端９１４からウイック遠位端９１２まで測定した場合のウイック高さ９３０を有することができる。幾つかの実施形態では、ウイック高さ９３０は、約10.0 mm〜約20.0 mmの間であることができる。より具体的には、ウイック高さ９３０は、約14.0 mm〜約15.0 mmであることができる。例えば、ウイック高さ９３０は、約14.8 mmであることができる。
ウイック高さ９３０を有するウイッキング部材９１０の１つの利点は、そのようなウイッキング部材９１０が、参照電極材料８０８からサンプルチャンバ９０８中の微生物を豊富に含むサンプル１０２の方へと流れる或る種の有害なイオン（例えば銀イオン）への障壁または障害物として働きながら、十分な量のサンプルを参照電極材料８０８の方向に引き上げることを可能にする点である。
図９Ａは、参照電極材料８０８が、参照材料の高さ９３２（または厚さ）および参照材料の幅９３４（または直径）を有することも示す。参照電極材料が銀−塩化銀（Ag−AgCl）の硬化して硬くなった物（硬化物）である場合、参照電極材料の高さ９３２と参照材料の幅９３４は、それぞれ、銀−塩化銀の硬化物の高さと幅であることができる。
幾つかの実施形態では、参照材料の高さ９３２は、約0.2 mm〜1.0 mmであることができる。例えば、参照材料の高さ９３２は約0.4 mmであることができる。幾つかの実施形態では、参照材料の幅９３４は約2.0 mm〜約5.0 mmであることができる。例えば、参照材料の幅９３４は約3.0 mmであることができる。本明細書に開示の参照電極材料８０８の１つの利点は、参照電極材料８０８が安定な参照電極として機能することができること、つまり10時間までの試験もしくは操作の間安定な参照電位を提供することができることである。
図９Ａに示す通り、参照電極材料８０８は、ウイッキング部材９１０と参照導管９００により作られる窪み（divot）、陥没または凹型部分の中に少なくとも部分的に位置するまたは配置することができる。参照電極材料８０８が硬化したまたは硬くなった導電性のインクまたは溶液（例えばAg-AgClインク）である場合、窪み、陥没または凹型部分は硬化すべき液体インクまたは溶液のための受け入れ空間として働くことができる。
図９Ａはまた、センサ装置８００がサンプル容器８０２の底面、サンプル容器８０２の容器壁８１４、またはその組み合わせに沿って規定された通気口９３６を備えることができることを示す。通気口９３６は、第一の通気性膜９３８により覆うことができる。通気口９３６と第一の通気性膜９３８は、ガス９４０がサンプルチャンバ９０８に入ることができるように構成することができる。幾つかの実施形態では、ガス９４０は、周囲空気（例えば研究室、臨床施設または検査施設内の空気）であることができる。別の実施形態では、ガス９４０は、加圧された酸素、二酸化炭素、窒素およびアルゴンの組み合わせを含むことができる。通気口９３６および第一の通気性膜９３８は、空気が通気口９３６を通ってサンプルチャンバ９０８に入り、サンプルチャンバ９０８内のサンプル１０２を曝気することができるようにする。サンプル１０２への通気は、サンプルチャンバ９０８内に酸素に富んだ環境を提供することにより、シュードモナス・エルギノーザ（Pseudomonas aeruginosa）またはアシネトバクター・バウマニィ（Acinetobacter baumanii）のような好気性生物に有利であり得る。サンプル１０２への通気は、サンプル１０２内の微生物集団の増殖を加速することができる。
通気口９３６は、サンプル容器８０２の底面、サンプル容器８０２の容器壁８１４、またはその組み合わせに沿って規定される開口部またはチャネルであり得る。例えば、通気口９３６は、容器底の中央または中心に規定され得る。
さらなる実施形態では、通気口９３６は、容器キャップ８０６のキャップ頂点８１０に沿って規定することができ、そしてガス９４０をサンプル容器８０２の上部からサンプルチャンバ９０８中にポンプ注入することができる。
ガス９４０（例えば周囲の空気）は、マイクロポンプまたは別のポンプ型の装置によってサンプルチャンバ９０８中にポンプ注入することができる。ガス９４０（例えば周囲の空気）は、通気口９３６および第一の通気性膜９３８を通ってサンプルチャンバ９０８中に約1.0〜10.0 mL/分の一定の流速でポンプ注入または他の方法で供給することができる。別の実施形態では、ガス９４０（例えば周囲の空気）は、通気口９３６と第一の通気性膜９３８を通って特定のデューティー（負荷）サイクルでサンプルチャンバ９０８にポンプ注入または他の方法で指し向けることができる。
図９Ａはまた、第二の通気性膜９４２が容器キャップ８０６の底面の少なくとも一部を覆うことができることも示す。第二の通気性膜９４２は、サンプルチャンバ９０８内の任意の液体がサンプル容器８０２の外に漏出するのを防ぎながら、サンプルチャンバ９０８中に任意のガス９４０をポンプ注入または他の方法で導入してサンプルチャンバを出るようにすることができる。第二の通気性膜９４２は、サンプルチャンバ内に生成または発生した任意のガス状副産物がサンプルチャンバ９０８から出ることも可能にする。
幾つかの実施形態では、第一の通気性膜９３８と第二の通気性膜９４２は、同じ材料から製造される。第一の通気性膜９３８と第二の通気性膜９４２は、疎水性通気性フィルムまたは薄いシートで作ることができる。例えば、第一の通気性膜９３８と第二の通気性膜９４２は共に、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）製であるかまたはそれを含み得る。
図９Ａに示される通り、容器キャップ８０６は、サンプル容器８０２の近位部分の上にねじ式継手９４４を介して取り外し可能にもしくは脱着可能に連結するまたは留めることができる。容器キャップ８０６（参照センサ部材８０４の一部として機能する）が、ねじ式継手９４４によってサンプル容器８０２に留められるまたは連結されると、空気が第一の通気性膜９３８を通って通気口９３６に入りサンプルチャンバ９０８中に入り、そして第二の通気性膜９４２を通ってサンプルチャンバ９０８を出て、空気ギャップ948が容器キャップ８０６とサンプル容器８０２の間に規定されるので、空気流路が構築され得る。
図９Ｂは、センサ装置８００の参照センサ部材８０４の一実施形態を示す。図９Ｂに示す通り、参照センサ部材８０４は、容器キャップ８０６の底面９５０から延びている参照導管９００を含む容器キャップ８０６として実装または製造することができる。参照導管９００は、容器キャップ８０６の底面950から延びている細長いチャネルであることができる。参照導管９００は中空であることができ、そして参照導管第一開口部904から参照導管第二開口部906まで延びる参照導管空洞９０２により規定することができる。
参照導管空洞９０２は、参照導管９００の全長を通して延在することができる。参照導管空洞９０２は、実質的に円柱、細長い円錐形、細長い円錐台形（fructoconic）、細長い直方体、またはそれらの組み合わせとして成形することができる。ウイッキング部材９１０の形状は参照導管空洞９０２の形状と適合し一致させることができる。
容器キャップ８０６は一部を、透明もしくは清澄な材料または透明もしくは清澄な非導電体材料で作ることができる。他の実施形態では、容器キャップ８０６は、一部を半透明またはシースルー材料で作製することができる。例えば、図９Ｂに示されるように、ウィッキング部材９１０の少なくとも一部は、容器キャップ８０６の側面８１２を通して見ることができる。これにより、センサ装置８００のユーザーまたはオペレーターは、容器キャップ８０６がサンプル容器８０２に固定され、サンプル１０２の少なくとも一部分が確実にウイック近位端９１４の参照電極材料８０８に到達できるようになった時、ウィック遠位端９１２からウィック近位端９１４への流体サンプル１０２のウィッキング現象を観察することができる。いくつかの実施形態では、容器キャップ８０６は一部を、透明または清澄な高分子材料、ガラス、またはそれらの組み合わせの一部で作ることができる。
参照センサ部材８０４を製造する方法は、サンプル容器８０２に取り外し可能に連結されるように構成された容器キャップ８０６を提供することを含む。サンプル容器８０２は、サンプル１０２を受け入れるように構成することができる。上述した通り、参照導管９００は、容器キャップ８０６の底面９５０から延在することができる。参照導管９００は参照導管空洞９０２を含み得る。これらのおよび他の実施形態では、当該方法は、容器キャップ８０６の中心に規定された参照導管９００を有する容器キャップ８０６の形状をした参照センサ部材８０４を鋳造（成形）することも含む。例えば、容器キャップ８０６は、射出成形または注型を通して成形することができる。別の実施形態では、該方法は、容器キャップ８０６の中心に規定された参照導管９００を有しかつ参照導管９００の長さに渡り延在している参照導管空洞９０２を有する容器キャップ８０６を3D印刷することを含み得る。
本方法はさらに、参照導管９００の参照導管空洞９０２中にウイッキング部材９１０を設置または配置することを含み得る。ウイッキング部材９１０は、ウイック遠位端９１２とウイック近位端９１４を含み得る。例えば、ウイッキング部材９１０は、一部を多孔性高分子材料（例えばHDPE）、天然繊維、またはその組み合わせで作ることができる。ウイッキング部材９１０は、参照導管空洞９０２中に導入または配置する前に、界面活性剤で処理し、浸漬し、または他の方法で飽和させることができる。
幾つかの実施形態では、ウイッキング部材９１０、参照電極材料８０８（例えば硬化した導電性インク）、またはその組み合わせの表面上に溝または畝（うね）を構築することができる。ウイッキング部材９１０、参照電極材料８０８またはその組み合わせの表面積を増加させることにより、参照電極の半電池電位の安定性を高めることができる。
この方法は、導電性インク（Ag-AgClインク）をウイック近位端９１４の上に供給または分配することも含み得る。導電性インクは、注射器、スポイト、液滴ディスペンサー、またはピペットを介してウイック近位端９１４に分配または他の方法で供給することができる。導電性インクは、ウイック近位端９１４とそのウイック近位端９１４を取り囲む参照導管９００のセグメントとにより規定される、窪み（ディボット）、溝または陥没に分配または他の方法で供給することができる。
導電性インクを分配することは、ウイック近位端９１４上に約50μLから約500μLの導電性インクを分配することを更に含み得る。より具体的には、導電性インクを分配することは、ウイック近位端９１４上に約80μLから約120μLの間の導電性インクを分配することを更に含み得る。例えば、この方法は、ウイック近位端９１４に約100μLの導電性インクを分配することを含むことができる。
導電性インクは、次いで、導電性インクが硬くなり参照電極材料８０８になるまで硬化させることができる。幾つかの実施形態では、該方法は、100℃より上の温度で導電性インクを硬化させることを伴う。より具体的には、約110℃と120℃の間の温度で導電性インクを硬化させることを含み得る。例えば、当該方法は、115℃で導電性インクを硬化させることを含み得る。導電性インクは、導電性インクを硬化させるのに約60分〜約180分の時間に渡り硬化させることができる。例えば、導電性インクは、約110分〜約130分の時間に渡り硬化させることができる。例えば、導電性インクは120分間硬化させることができる。より具体的には、導電性インクは115℃で120分間硬化させることができる。
サンプル１０２の溶液特性を測定する方法は、サンプル容器８０２のサンプルチャンバ９０８をサンプル１０２で満たすことを含み得る。サンプル１０２は、感染性病原体または微生物を含むことができる。この方法はまた、容器キャップ８０６として構成された参照センサ部材８０４をサンプル容器８０２に取り付けることを含むこともできる。
容器キャップ８０６は、参照導管空洞９０２、参照導管第一開口部９０４および参照導管第二開口部９０６を含む、参照導管９００を含むことができる。参照導管空洞９０２は、ウイック遠位端９１２とウイック近位端９１４を有する参照導管空洞９０２を通って伸びているウイッキング部材９１０により一部充填することができる。
ウイック部材９１０の少なくとも一部は、サンプルチャンバ内のサンプル１０２と流体接触することができる。サンプル１０２の少なくとも一部は、ウイック近位端９１４の方向にウイッキング部材９１０によりくみ上げることができる。参照電極材料８０８（例えば硬化した導電性インク）は、ウイック近位端９１４の所に配置することができる。この方法は、参照電極材料８０８をパラメータ分析器９１６（例えば高インピーダンス電圧計）に電気的に結合し、そしてそのパラメータ分析器９１６を、活性電極材料９１８を含む能動型センサ部材８１６に電気的に結合することを更に含むことができる。活性電極材料９１８の少なくとも一部は、サンプルチャンバ９０８中に延びることができ、そしてサンプルチャンバ９０８中のサンプル１０２と流体接触させることができる。ウイッキング部材９１０がサンプル１０２をくみ上げるまたはウイッキングする（毛管作用で引き上げる）と、サンプル１０２は参照電極材料８０８に到達し、サンプル１０２内の電荷が、参照電極材料８０８と活性電極材料９１８との間の電気的結合（接続）を確立することができる。この時点で、回路が形成され、次いでそれを利用してサンプル１０２の電位変化の測定を実行することができる。
当該方法は更に、活性電極材料９１８と参照電極材料８０８との間で測定される電位差に基づいて、サンプル１０２の溶液特性を決定することを更に含み得る。上述したように、測定される溶液特性は、サンプル１０２のpH、サンプル１０２のORP、またはその組み合わせであることができる。
当該方法はまた、サンプル容器８０２の底面と側面の少なくとも１つに沿って規定される通気口９３６を通って、サンプルチャンバ９０８中に空気をポンプ注入することも含むことができる。疎水性の通気性膜（例えば第一通気性膜９３８）が通気口９３６を被覆することができる。サンプルチャンバ９０８中にポンプ注入される空気は、サンプル１０２を曝気し、サンプル１０２内の感染性病原体または微生物の増殖を促進することができる。
サンプルチャンバ９０８中にポンプ注入される空気は、容器キャップ８０６の底面９５０の少なくとも一部分を覆っている追加の通気性膜（例えば第二通気膜９４２）を通って、そして最終的に容器キャップ８０６とサンプル容器８０２の間に規定されるエアギャップ９４８（図９Ａ参照）を通って（例えば、サンプル容器８０２の雄型ねじと容器キャップ８０６の雌型ねじの間に規定される空気ギャップ９４８を通って）出ることができる。
図１０は、３種類の異なるセンサ設定を使って経時的に測定されたサンプルの３つのアリコートの酸化還元電位（ORP）の変化を示す。全てのそのようなサンプルは、大腸菌エシェリキア・コリ（Escherichia coli）（E. coliまたはECo）を含んでいた。１つのそのようなセンサ設定は、活性電極材料９１８としてのレドックス感受性材料（例えばORP能動型センサ）を含む能動型センサ部材８１６と、市販の既製の銀−塩化銀参照電極とを含んだ。このセンサ設定は対照（コントロール）として機能し、そしてそれらの測定より得られた結果は、大腸菌増殖の別の測定のための標準またはベンチマークとして機能した。他の２つのセンサ設定は、活性電極材料と同じレドックス感受性材料を含む能動型センサ部材８１６を備えていたが、ただし本明細書中に開示の容器キャップ806を参照センサ部材８０４として使用した。容器キャップ８０６が参照センサ部材８０４として機能するこのような場合には、参照電極材料８０８は銀−塩化銀（Ag-AgCl）インクの硬くなった硬化蒸着物であった。そのようなセンサ設定では、使用したAg-AgClインクは、Creative Materials社によって開発されたAg-AgCl 113-09であった。他のセンサ設定では、使用したAg-AgClインクはCreative Materials社によって開発されたAg-AgCl 126-49であった。
３つの大腸菌増殖曲線により示される通り、容器キャップ８０６を参照センサ部材として使用する２つのセンサ設定は、従来型の市販の既製の銀−塩化銀参照電極を使用するセンサ設定と同様に実行した。信号タイミングの任意変化は、使用した能動型センサに基づいて許容範囲内であった。
図１１は、種々の大腸菌株を含むアウトプットサンプルの塗抹細菌コロニーに対して行った細胞計数（カウント）の結果（コロニー形成単位（CFU）/mLとして表す）を示すグラフである。幾つかの実施形態では、本明細書に開示のセンサ装置８００は、抗生物質感受性試験で入力情報（インプット）として通常使用される、既定の微生物濃度、例えば0.5 マクファーランド(McFarland)（MCF）〜0.6 MCFの出力サンプル（0.5 McF〜0.6 McFと同等の濁度を示す微生物懸濁液 ）を調製するためのシステムの一部として使用することができる。
ダークカラーのバーは、標準の濁度（光学密度）メーターにより測定した場合の、0.5 McFおよび0.6 McFの濁度を示す品質管理（QC）サンプルを表す。QCサンプルは、コロニーを18〜24時間培養プレートから生理食塩水中に最終濃度約0.5 McF〜0.6 McF （約0.5 McF〜0.6 McFの濃度は抗生物質感受性試験の許容入力濃度である）に再懸濁することによって調製した。QCサンプルは、ATCC 25922として知られる大腸菌の品質管理株で構成された。かようなQCサンプルの濁度レベルが0.5 McFおよび0.6 McFに達したら、そのようなサンプルを次いで塗布し、塗布されたサンプルにおいて生存細胞数（カウント）を計測した（そのようなカウントの結果は、グラフ上CFU/mLの単位で表示される）。
図１１中の種々の白色バーは、本明細書に開示のセンサ装置８００を使って調製した規定濃度の出力サンプルに対して行った細胞カウントを表す。出力サンプルは、敗血症患者からの陽性血液培養物由来の種々の大腸菌株を含む元サンプルより調製した。約1.50×108 CFU/mL（0.5 McFの濁度を示す）の規定濃度を、全てのそのような出力サンプルの目標値として設定した。
種々の大腸菌株を含む元サンプルを、本明細書に開示のサンプル容器８０２のサンプルチャンバ９０８中に導入した。参照センサ部材８０４（例えば容器キャップ８０６）をそのようなサンプル容器８０２に留め、次いでパラメータ分析器９１６によりサンプルの溶液特性の変化を経時的に測定またはモニタリングした。
このシステムは、パラメータ分析器９１６に通信可能に連結された１つ以上のコンピュータ装置を備えることもできる。この１つ以上のコンピュータデバイスは、特定の感染性病原体種に関連したある特定の検索表（例えば種特異的検索表）または種間もしくはユニバーサル検索表を検索し、サンプルチャンバ９０８内のサンプルの溶液特性の変化に基づいてサンプルチャンバ９０８内の感染性病原体のリアルタイム濃度を決定することができる。
幾つかの実施形態では、濃度データは、パラメータ分析器９１６、１つ以上のコンピュータデバイスまたはその組み合わせによりモニタリングもしくは測定された溶液特性のリアルタイム変化に基づいて、１つ以上の検索表から直接決定することができる。これらの実施形態では、サンプルチャンバ９０８内のサンプルの溶液特性のリアルタイム変化は、検索表の閾値溶液特性変化に直接マッピングすることができ、それはサンプルチャンバ９０８内の感染性病原体の推定濃度に直接関連づけることができる。
別の実施形態では、１つ以上の検索表とセンサ装置８００により測定もしくはモニタリングされるリアルタイム溶液特性変化からの閾値データに基づいた１つ以上のコンピューターデバイスにより、追加の計算とデータの補間を実施することができる。例えば、規定濃度の出力サンプルを調製する１つの方法は、第一の閾値時間、第二の閾値時間、少なくとも１つの検索表からの濃度データおよび所望の規定濃度に基づいて、サンプルチャンバ９０８内の感染性病原体が規定濃度に到達するのに必要な時間の量に相当するサンプルインキュベーション時間またはサンプル調製時間を計算することを含み得る。この方法は、米国特許出願第16/430,266号明細書中に更に記載され、その内容は全体が参照により本明細書中に組み込まれる。
図１１から分かるように、本明細書に開示のセンサ装置８００を用いて一部作成された出力サンプル（0.5 McFの）に対して行った塗布細胞カウントを、18〜24時間培養プレートからコロニーを再懸濁しそしてそのような懸濁液の濃度を光学密度測定を使って決定するという「ゴールドスタンダード（究極の判断基準）」を使って作製した0.5 McFと0.6 McF QCサンプルに対して好都合に比較した。センサ装置８００と本開示の方法を用いて調製したほとんど全ての出力サンプルは、QCサンプルの許容可能範囲内に感染性病原体濃度を有するサンプルをもたらした。図１１は、センサ装置８００および本明細書に開示の方法が、規定濃度（例えば0.5 McF細菌サンプル）の出力サンプルを効果的に作製するために用いることができることを示す。
図１２は、好気性細菌シュードモナス・エルギノーザ（Pseudomonas aeruginosa(PA)；緑膿菌）を含む２つのサンプル１０２の増殖速度に対する通気の効果を示す。増殖速度は、サンプル１０２の濁度に基づいて測定した（細菌懸濁液の濁度を表すためのマクファーランド（McFarland; McF）参照標準に基づいて決定した濁度を用いる）。サンプル溶液の濁度が大きいほど、サンプル１０２内のPAeの濃度が高くなる。
図１２に示されるように、サンプル１０２への通気（破線のプロットで示される）は、サンプル１０２が0.5 マクファーランド(McF)と同等の濁度レベルに達するのに要する時間が、非通気の、つまり沈滞したサンプル１０２（実線のプロットで示される）に比較して有意に減少するように、サンプル１０２内の細菌の増殖速度を増加させた。サンプル１０２は、通気口９３６と通気性膜９３８を通ってサンプルチャンバ９０８中にガス（例えば外気、酸素など）をポンプ注入することにより曝気することができる。幾つかの実施形態では、通気口９３６は、サンプル容器８０２の底部側に規定することができる。ガス９４０または外気は、約1 mL/分〜約10 mL/分の一定流速でサンプルチャンバ９０８中にポンプ注入することができる。
図１３は、本明細書中に開示のセンサ装置８００を使った、２つの0.5 McFarland細菌サンプルの調製時間に対する通気の効果を示す。そのような0.5 McFサンプルは、１つ以上の抗生物質感受性試験の一部などの更なる下流試験のために調製することができる。
図１３に示されるように、緑膿菌Pseudomonas aeruginosa（PAe）を含むサンプルで満たされた１つのサンプル容器８０２を通気し、一方でPAeを含む同様なサンプルで満たした別のサンプル容器８０２は通気しなかった。参照センサ部材８０４として働く容器キャップ８０６を次いで各サンプル容器８０２に留め、次いで各センサ装置８００をサンプルのORP変化を検出するために用いるパラメータ分析器９１６に電気的に結合した。
パラメータ分析器９１６に連結されたコンピュータデバイスまたは別のデバイスは、次いでサンプル容器８０２の各々の内部のサンプルのORP変化を記録し、そしてそれらの値をパラメータ分析器９１６に連結したコンピュータデバイスから読み出された１つ以上の検索表の中のデータと、またはコンピュータデバイスによりアクセス可能なデータベースと比較した。
図１３に示されるように、通気したサンプル容器８０２内のPAeの濃度が、約160分で0.5 McFarlandの規定濃度に到達したのに対し、沈滞した、つまり非通気のサンプル容器８０２内のPAeの濃度は、約460分で0.5 McFarlandの同規定濃度に到達した。よって、サンプル容器８０２を通気することが、サンプルチャンバ９０８内の細菌増殖速度を有意に増加させることが証明された。
本明細書に記載のまたは描写される個々の変形または態様は別々の構成要素と特徴を有しており、それらは他の変形または実施形態のいずれかの特徴から容易に区別することができ、またはそれらの特徴と組み合わせることができる。特定の状況、材料、組成物、対象物に至るプロセス、プロセス行為もしくは工程に、本発明の目的、精神または範囲に適応するように変更を行うことが可能である。
本明細書に言及される方法は、列挙された事象の順序の他に、列挙された事象を論理的に可能である任意の順序で、実施することができる。例えば、図面に描写されているフローチャートまたはプロセスフローは、所望の結果を達成することが示された特定の順序を要求するわけではない。更に、追加の工程または操作を提供することが可能であり、あるいは所望の結果を達成するために工程もしくは操作を削除することが可能である。
本開示の方法の全体もしくは一部を、コンピュータデバイスまたは他のタイプの機械のプロセッサもしくは処理装置（PU）により読み取り可能または実行可能な機器を含む、非一時的な（持続的な）コンピュータ読み取り可能またはアクセス可能な媒体中に具体化できることは、当業者により理解されるだろう。
更に、数値の一定範囲が提供される場合、その範囲の上限と下限の間の全ての介在値
並びに他の任意の指摘の値または指摘の範囲内の任意の他の介在値は、本発明の範囲内に包含される。また、記載される本発明の変形のいずれか任意の特徴は、独立に、または本明細書中に記載の特徴のいずれか１つもしくは複数と組み合わせて、記載され特許請求される。
並びに他の任意の指摘の値または指摘の範囲内の任意の他の介在値は、本発明の範囲内に包含される。また、記載される本発明の変形のいずれか任意の特徴は、独立に、または本明細書中に記載の特徴のいずれか１つもしくは複数と組み合わせて、記載され特許請求される。
本明細書中に言及される全ての現在の主題（例えば刊行物、特許、特許出願およびハードウエア）は、その全体が参照により本明細書中に組み込まれるが、ただし、その主題が本発明のものと競合する場合はその限りでない（その場合には本明細書中に提供されるものが優先される）。参照されるアイテムは、単に本願の出願日より以前のそれらの開示のためだけに提供される。本明細書中のいかなるものも、本発明が先行発明によってそのような材料に先行する権利を付与されないことの承認として解釈してはならない
単数形のアイテムへの言及は、そのアイテムの複数が存在する可能性を含む。より具体的には、本明細書および添付の特許請求の範囲内で用いる場合、単数形の「aもしくはan（１つの）」、「said（前記）」および「the（その）」は、文脈が明白に他のものを指示しない限り、複数の指示対象を含む。更に、請求項は、任意の要素を除外するように草案されてもよいことにも留意されたい。従って、この表現（statement）は、請求の範囲の要素の列挙または「否定的な」限定の使用との関連で、「単独に」、「〜のみ」等のような排他的な用語法の使用のための先行詞（antecedent basis）として機能するように意図される。別段の定義がない限り、本明細書で使用される全ての技術用語と科学用語は、本発明が属する当業者により一般に理解されるのと同じ意味を有する。
本開示は、記載された特定形態の範囲に限定されるものではないが、本明細書に記載の変形または実施形態の代替物、修正および均等物を包含するものと意図される。更に、本開示の範囲は、本開示を鑑みて当業者に明白になりうる他の変形または実施形態を全て包含する。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
Claims (105)
- サンプルの溶液特性を測定するためのセンサ装置であって、該センサ装置は
(1) サンプルを受け入れるように構成されたサンプルチャンバを含むサンプル容器；
(2) 参照センサ部材であって、
(a) 参照導管空洞と、参照導管第一開口部と、参照導管第二開口部とを含む参照導管；
(b) ウイック遠位端とウイック近位端を有し、前記参照導管空洞を通って延在するウイッキング部材であって、前記ウイッキング部材の少なくとも一部が、前記サンプルの少なくとも相当量が前記ウイッキング部材によって前記ウイック近位端の方向に引き寄せられるように前記サンプルチャンバと流体連絡しているウイッキング部材；および
(c) 前記ウイック近位端に配置された参照電極材料
を備える参照センサ部材；
(3) 活性電極材料を含む能動型センサ部材であって、前記活性電極材料の少なくとも一部が、前記サンプルチャンバ中に延在し、かつ前記サンプルチャンバが前記サンプルで満たされると前記サンプルと流体接触状態になる、能動型センサ部材；
を備え、
前記参照センサ部材と前記能動型センサ部品とが、導電性接続によってパラメータ分析器に電気的に結合され、そして前記サンプルの溶液特性が、前記活性電極材料と前記参照電極材料との間で測定された電位差に基づいて決定されることを特徴とする、センサ装置。 - 前記サンプル容器に取り外し可能に連結されるように構成された容器キャップを更に備え、前記参照導管がその容器キャップの底面から延出している、請求項１に記載のセンサ装置。
- 前記容器キャップが一部非導電材料で作られている、請求項２に記載のセンサ装置。
- 前記容器キャップが、前記ウイッキング部材の少なくとも一部が前記容器キャップを通して見えるように透明な非導電体材料で一部作られている、請求項３に記載のセンサ装置。
- 前記サンプル容器が、セラミック材料と高分子材料の少なくとも１つで一部で作られている、請求項１に記載のセンサ装置。
- 前記参照電極材料が、前記ウイック近位端上に供給または分配された導電性インクである、請求項１に記載のセンサ装置。
- 前記ウイック近位端上に供給または分配された前記導電性インクが、硬化によって固められる、請求項６に記載のセンサ装置。
- 前記導電性インクが銀−塩化銀インクである、請求項６に記載のセンサ装置。
- 前記ウイッキング部材が多孔質高分子材料から一部作られている、請求項１に記載のセンサ装置。
- 前記ウイッキング部材が高密度ポリエチレン（HDPE）で一部作られている、請求項９に記載のセンサ装置。
- 前記ウイッキング部材が天然繊維から一部作られている、請求項１に記載のセンサ装置。
- 前記ウイッキング部材が約15 μm〜約150 μmにサイジングされた細孔を含む、請求項１に記載のセンサ装置。
- 前記ウイッキング部材が、前記ウイッキング部材の少なくとも表面が界面活性剤により覆われるように界面活性剤で処理され、ここで前記界面活性剤が前記ウイッキング部材の親水性を増大させるように構成される、請求項１に記載のセンサ装置。
- 前記サンプル容器の底部側と側方側の少なくとも１つに沿って規定された通気口；および
前記通気口を覆っている疎水性通気性膜であって、前記通気口および前記疎水性通気性膜は、空気が前記通気口と前記疎水性通気性膜を通って前記サンプルチャンバに入り、前記サンプルチャンバを曝気できるように構成されている、疎水性通気性膜
を更に備える、請求項１に記載のセンサ装置。 - アタッチメント接続を介して前記サンプル容器に取り外し可能に連結されるように構成された容器キャップと、
前記容器キャップの底面の少なくとも一部を覆っている追加の疎水性通気性膜と
を更に備え、
ここで前記容器キャップが前記アタッチメント接続によって前記サンプルチャンバにねじ込まれると、気流経路が構築され、ここで前記気流経路が、前記通気口、前記疎水性通気性膜、前記サンプルチャンバ、追加の疎水性通気性膜、および前記アタッチメント接続に沿って前記容器キャップと前記サンプル容器との間に限定された空隙を含む、請求項１４に記載のセンサ装置。 - 測定される前記溶液特性がpHであり、そして前記活性電極材料がpH感受性材料で一部作られている、請求項１に記載のセンサ装置。
- 前記pH感受性材料が、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、五酸化タンタル、二酸化ハフニウム、二酸化イリジウム、二酸化ルテニウムおよび二酸化ジルコニウムの少なくとも１つを含む、請求項１６に記載のセンサ装置。
- 測定される前記溶液特性がサンプルの酸化還元電位（ORP）であり、そして前記活性電極材料がレドックス感受性材料で一部作られている、請求項１に記載の装置。
- 前記レドックス感受性材料が白金、金、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、五酸化タンタル、二酸化ハフニウム、二酸化イリジウム、二酸化ルテニウム、二酸化ジルコニウムの少なくとも１つを含む、請求項１８に記載のセンサ装置。
- 前記パラメータ分析器が電圧計とマルチメーターの少なくとも一部を備える、請求項１に記載のセンサ装置。
- 参照センサ部材であって、
サンプルを受け入れるように構成されたサンプル容器に取り外し可能に連結されるように構成された容器キャップと；
前記容器キャップの底面から延出している参照導管であって、参照導管空洞を有する参照導管と；
ウイック遠位端とウイック近位端とを有する参照導管空洞の一部の中に配置されたウイッキング部材であって、前記容器キャップが前記サンプル容器に連結されると、前記サンプルの少なくとも相当量が前記ウイッキング部材によって前記ウイック近位端の方向に引き寄せられるように、前記ウイッキング部材の少なくとも一部が前記サンプルと流体接触するように構成されている、ウイッキング部材と；
前記ウイック近位端に配置された参照電極材料であって、前記参照電極材料が、前記参照電極材料と電気的に結合している活性電極に比較して、実質的に安定な電極電位を示すように構成される、参照電極材料と
を備える参照センサ部材。 - 前記容器キャップが非導電体材料で一部作られている、請求項２１に記載の参照センサ部材。
- 前記容器キャップが、前記ウイッキング部材の少なくとも一部が前記容器キャップを通して見えるような透明な非導電体材料で一部作られている、請求項２２に記載の参照センサ部材。
- 前記参照電極材料が、前記ウイック近位端上に供給または分配された導電性インクである、請求項２１に記載の参照センサ部材。
- 前記ウイック近位端上に供給または分配された前記導電性インクが、硬化によって固められる、請求項２４に記載の参照センサ部材。
- 前記導電性インクが銀−塩化銀インクである、請求項２４に記載の参照センサ部材。
- 前記ウイッキング部材が多孔質高分子材料から一部作られている、請求項２１に記載の参照センサ部材。
- 前記ウイッキング部材が天然繊維で一部作られている、請求項２１に記載の参照センサ部材。
- 前記ウイッキング部材が約15 μm〜約150 μmにサイジングされた細孔を含む、請求項２１に記載の参照センサ部材。
- 前記ウイッキング部材が、前記ウイッキング部材の少なくとも表面が界面活性剤により覆われるように界面活性剤で処理され、ここで前記界面活性剤が前記ウイッキング部材の親水性を増大させるように構成される、請求項２１に記載の参照センサ部材。
- サンプルの溶液特性を決定する方法であって、
(1) サンプル容器のサンプルチャンバを、感染性病原体を含むサンプルで満たし；
(2) 前記サンプル容器に容器キャップを取り付け、
ここで前記容器キャップは参照導管空洞を有する参照導管と、参照導管第一開口部と、参照導管第二開口部とを備え、
ここで前記参照導管空洞が、ウイック遠位端とウイック近位端を有する参照導管空洞を通って延在しているウイッキング部材により一部満たされており、
ここで前記ウイッキング部材の少なくとも一部が前記サンプルチャンバ内のサンプルと流体接触しており、かつ前記サンプルの少なくとも相当量が前記ウイッキング部材により前記ウイック近位端の方向に引き寄せられ、
ここで前記ウイック近位端に参照電極材料が配置されており；
(3) 前記参照電極材料をパラメータ分析器に電気的に結合し、そして前記パラメータ分析器を、活性電極材料を含む能動型センサ部材に電気的に結合し、
ここで前記活性電極材料の少なくとも一部は、前記サンプルチャンバ内に延在し、前記サンプルと流体接触状態になり；そして
(4) 前記活性電極材料と前記参照電極材料との間で測定された電位差に基づいて前記サンプルの溶液特性を決定する
ことを含む方法。 - 前記参照電極材料が前記ウイック近位端上に供給または分配された導電性インクである、請求項３１に記載の方法。
- 前記ウイック近位端上に供給または分配された前記導電性インクが、硬化によって固められる、請求項３２に記載の方法。
- 前記導電性インクが銀−塩化銀インクである、請求項３２に記載の方法。
- 前記サンプル容器の底面側と側方側の少なくとも１つに沿って規定された通気口を通っておよび前記通気口を覆っている疎水性通気性膜を通って、サンプルチャンバ中に空気をポンプ注入し、ここで前記サンプルチャンバ中にポンプ注入された空気がサンプルを曝気する、請求項３１に記載の方法。
- 前記サンプルチャンバ中にポンプ注入された空気が、前記容器キャップの底面の少なくとも一部を覆っている追加の通気性膜を通って、およびアタッチメント接続に沿って前記容器キャップと前記サンプル容器との間に規定された空隙を通って、サンプルチャンバから出ていく、請求項３５に記載の方法。
- 前記サンプルの溶液特性の決定が、前記サンプルのpHを測定することを含み、そして前記活性電極材料がpH感受性材料で一部作られている、請求項３１に記載の方法。
- 前記pH感受性材料が二酸化ケイ素、二酸化アルミニウム、二酸化チタン、五酸化タンタル、二酸化ハフニウム、二酸化イリジウム、二酸化ルテニウム、および二酸化ジルコニウムの少なくとも１つを含む、請求項３７に記載の方法。
- 前記サンプルの溶液特性の決定が、サンプルの酸化還元電位（ORP）を測定することを含み、そして前記活性電極材料がレドックス感受性材料で一部作られている、請求項３１に記載の方法。
- 前記レドックス感受性材料が、白金、金、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、五酸化タンタル、二酸化ハフニウム、二酸化イリジウム、二酸化ルテニウム、および二酸化ジルコニウムの少なくとも１つを含む、請求項３９に記載の方法。
- 参照センサ部材を製造する方法であって、
サンプルを受け入れるように構成されたサンプル容器に取り外し可能に連結されるように構成された容器キャップを提供し、ここで前記容器キャップの底面から参照導管が延出しており、前記参照導管は参照導管空洞を有し；
前記参照導管空洞中にウイッキング部材を配置し、ここで前記ウイッキング部材はウイック遠位端とウイック近位端とを有し；
前記ウイック近位端上に導電性インクを供給または分配し；そして
前記導電性インクが固まるまで前記導電性インクを硬化させる
ことを含む方法。 - 前記導電性インクが約100℃より高い温度で硬化される、請求項４１に記載の方法。
- 前記導電性インクが約60分〜約180分の時間に渡り硬化される、請求項４１に記載の方法。
- 前記ウイック近位端上に供給または分配される導電性インクの容量が、約50μL〜約500μLである、請求項４１に記載の方法。
- 前記参照導管が先細になっており、そして前記ウイッキング部材が前記ウイック近位端から前記ウイック遠位端まで徐々に先細になるように前記ウイッキング部材が成形される、請求項４１に記載の方法。
- サンプルのpHを測定するためのセンサ装置であって、前記センサ装置は
(1) サンプルを受け入れるように構成されたサンプルチャンバを含むサンプル容器；
(2) 参照センサ部材であって、
(a) 参照導管空洞と、参照導管第一開口部と、参照導管第二開口部とを備える参照導管；
ここで前記参照導管空洞は参照緩衝ゲルで少なくとも部分的に満たされており；
ここで前記参照導管のセグメントが前記サンプルチャンバ中に延在しており；
ここで前記参照導管第二開口部が、前記サンプルが前記参照ゲルと流体接触できるように構成されており；および
(b) 前記参照緩衝ゲルで満たされた前記参照導管空洞中に部分的に延在している参照電極
を備える参照センサ部材；
(3) 能動型センサ部材であって、
(a) 前記サンプルチャンバ中に延在している活性電極ハウジング；
(b) 前記活性電極ハウジング内に部分的に収容された活性電極；
ここで前記活性電極はサンプル接触面を含み；
ここで前記活性電極は前記活性電極ハウジングの遠位端に配置され、そして前記活性電極ハウジングは、前記サンプル接触表面が前記サンプルと流体連絡するように、前記サンプル接触表面を露出させるように構成されている；および
(c) 前記活性電極に連結されておりかつ前記活性電極ハウジング内の活性電極に対して近位に配置された導電性接触層
を備える能動型センサ部材
を備えており、
前記導電性接触層と参照電極とが導電性接続によって電圧計に電気的に結合され、そして前記サンプルのpHが前記活性電極と前記参照電極との間の電位差に基づいて測定される、センサ装置。 - 前記参照導管が導管壁を含み、そして前記参照導管第一開口部の第一開口面積が前記参照導管第二開口部の第二開口面積よりも大きくなるように、前記導管壁が参照導管近位端から参照導管遠位端まで先細になっている、請求項４６に記載のセンサ装置。
- 前記参照電極が参照電極チップを含み、そして参照緩衝ゲルの容積が前記参照電極チップを前記参照導管第二開口部から分離するように、前記参照電極が参照導管空洞中に部分的に延在しているときに、前記参照電極チップは、前記参照導管第二開口部の近位に配置される、請求項４６に記載のセンサ装置。
- 前記参照電極が１つ以上の金属で一部作られている、請求項４６に記載のセンサ装置。
- 前記参照電極が白金、ステンレス鋼またはその組み合わせで一部作られている、請求項４９に記載のセンサ装置。
- 前記参照導管空洞が約100μL〜約500μLの参照緩衝ゲルで満たされている、請求項４６に記載のセンサ装置。
- 前記活性電極が金属酸化物で一部作られている、請求項４６に記載のセンサ装置。
- 前記活性電極が二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、五酸化タンタル、二酸化ハフニウム、二酸化イリジウム、二酸化ルテニウム、二酸化ジルコニウムまたはそれらの組み合わせで一部作られている、請求項５２に記載のセンサ装置。
- 前記導電性接触層が１つ以上の金属で一部作られている、請求項４６に記載のセンサ装置。
- 前記導電性接触層が、アルミニウム、銅、白金またはそれらの組み合わせで一部作られている、請求項５４に記載のセンサ装置。
- 前記参照緩衝ゲルが、寒天粉末と参照緩衝液から形成された寒天ゲルである、請求項４６に記載のセンサ装置。
- 前記寒天ゲル中の寒天粉末が約１％（w/v％）〜約５％（w/v％）の濃度である、請求項５６に記載のセンサ装置。
- 前記参照緩衝液が、ヘキサシアン化鉄(III)酸カリウム、ヘキサシアン化鉄(II)酸カリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二ナトリウム、またはそれらの組み合わせを含む、請求項５６に記載のセンサ装置。
- 前記参照緩衝液が塩化カリウムを含む、請求項５６に記載のセンサ装置。
- 通気導管を更に含み、前記通気導管のセグメントが前記サンプルチャンバ内に延在し、前記通気導管が前記サンプル容器内のサンプルを曝気するように構成されている、請求項４６に記載のセンサ装置。
- サンプルの酸化還元電位（ORP）を測定するためのセンサ装置であって、前記センサ装置は
(1) 前記サンプルを受け入れるように構成されたサンプルチャンバを含むサンプル容器；
(2) 参照センサ部材であって
(a) 参照導管空洞と、参照導管第一開口部と、参照導管第二開口部とを備える参照導管；
ここで前記参照導管空洞は参照緩衝ゲルで少なくとも部分的に満たされており；
ここで前記参照導管のセグメントが前記サンプルチャンバ中に延在しており；
ここで前記参照導管第二開口部が、前記サンプルが前記参照ゲルと流体接触できるように構成されている；および
(b) 前記参照緩衝ゲルで満たされた前記参照導管空洞中に部分的に延在している参照電極
を含む参照センサ部材；
(3) 能動型センサ部材であって、
(a) 前記サンプルチャンバ中に延在している活性電極ハウジング；および
(b) 前記活性電極ハウジング内に部分的に収容された活性電極
を備えた能動型センサ部材；
ここで前記活性電極はサンプル接触面を備え；そして
ここで前記活性電極は前記活性電極ハウジングの遠位端に配置され、そして前記活性電極ハウジングは、前記サンプル接触表面が前記サンプルと流体連絡するように、前記サンプル接触表面を露出させるように構成されている；
を備えており、
ここで前記導電性接触層と参照電極とが導電性接続によって電圧計に電気的に結合され、そして前記サンプルのORPが前記活性電極と前記参照電極との間の電位差に基づいて測定される、前記センサ装置。 - 前記参照導管が導管壁を備え、そして前記参照導管第一開口部の第一開口面積が前記参照導管第二開口部の第二開口面積よりも大きくなるように、前記導管壁が参照導管近位端から参照導管遠位端まで先細になっている、請求項６１に記載のセンサ装置。
- 前記参照電極が参照電極チップを含み、そして参照緩衝ゲルの容積が前記参照電極チップを前記参照導管第二開口部から分離するように、前記参照電極が前記参照導管空洞中に部分的に延在しているときに、前記参照電極チップは、前記参照導管第二開口部の近位に配置される、請求項６１に記載のセンサ装置。
- 前記参照電極が１種以上の金属で一部作られている、請求項６１に記載のセンサ装置。
- 前記参照電極が白金、ステンレス鋼またはそれらの組み合わせで一部作られている、請求項６４に記載のセンサ装置。
- 前記参照導管空洞が、約1 μＬから約500 μＬの参照緩衝ゲルで満たされている、請求項６１に記載のセンサ装置。
- 前記活性電極が、１種以上の金属、１種以上の金属酸化物、またはそれらの組み合わせので一部作られている、請求項６１に記載のセンサ装置。
- 前記活性電極が、白金、金、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、五酸化タンタル、二酸化ハフニウム、二酸化イリジウム、二酸化ルテニウム、二酸化ジルコニウム、またはそれらの組み合わせで一部作られている、請求項６７に記載のセンサ装置。
- 前記参照緩衝ゲルが、寒天粉末および参照緩衝液から形成された寒天ゲルである、請求項６１に記載のセンサ装置。
- 前記寒天ゲル中の寒天粉末が約１％（w/v％）〜約５％（w/v％）の濃度である、請求項６９に記載のセンサ装置。
- 前記参照緩衝液が、ヘキサシアン化鉄(III)酸カリウム、ヘキサシアン化鉄(II)酸カリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二ナトリウム、またはそれらの組み合わせを含む、請求項６９に記載のセンサ装置。
- 前記参照緩衝液が塩化カリウムを含む、請求項６９に記載のセンサ装置。
- 前記通気導管のセグメントが前記サンプルチャンバ内に延在し、前記通気導管が前記サンプル容器内のサンプルを曝気するように構成されている通気導管をさらに備える、請求項６１に記載のセンサ装置。
- サンプルのpHを測定するためのセンサ装置であって、前記センサ装置が
(1) サンプルを受け入れるように構成されたサンプルチャンバを備えるサンプル容器；
(2) 参照センサ部材であって、
(a) 参照導管第一開口部を規定している参照導管近位端と、参照導管第二開口部を規定している参照導管遠位端と、前記参照導管近位端と前記参照導管遠位端との間に存在する参照導管空洞とを備える、参照導管；
ここで前記参照導管空洞は参照緩衝液で少なくとも部分的に満たされており；
ここで前記参照導管のセグメントが前記サンプルチャンバ中に延在している；および
(b) 前記参照導管遠位端に連結されておりかつ前記参照導管第二開口部を塞ぐように構成されているイオン交換膜；
ここで前記イオン交換膜は、サンプルが前記参照緩衝液と混ざり合うのを防止するが、イオンが前記イオン交換膜を横切るのは許容するように構成されている；および
(c) 前記参照緩衝液で満たされた参照導管空洞中に部分的に延出している参照電極
を備える参照センサ部材；
(3) 能動型センサ部材であって、
(a) 前記サンプルチャンバ中に延在している活性電極ハウジング；および
(b) 前記活性電極ハウジング内に部分的に収容された活性電極
を備えた能動型センサ部材；
ここで前記活性電極はサンプル接触面を含み；そして
ここで前記活性電極は前記活性電極ハウジングの遠位端に配置され、そして前記活性電極ハウジングは、前記サンプル接触表面が前記サンプルと流体連絡するように、前記サンプル接触表面を露出させるように構成されている；およぼ
（c) 前記活性電極に連結されておりかつ前記活性電極ハウジング内の活性電極に対して近位に配置された導電性接触層
を備える能動型センサ部材
を備えており、
前記導電性接触層と参照電極とが導電性接続によって電圧計に電気的に結合され、そして前記サンプルのpHが前記活性電極と前記参照電極との間の電位差に基づいて測定される、
センサ装置。 - 前記参照導管が導管壁を含み、そして前記参照導管第一開口部の第一開口面積が前記参照導管第二開口部第二開口面積よりも大きくなるように、前記導管壁が参照導管近位端から参照導管遠位端まで先細になっている、請求項７４に記載のセンサ装置。
- 前記参照電極が参照電極チップを含み、そして参照緩衝液の容積が前記参照電極チップを前記イオン交換膜から分離するように、前記参照電極が参照導管空洞中に部分的に延在しているときに、前記参照電極チップは、前記イオン交換膜の近位に配置される、請求項７４に記載のセンサ装置。
- 前記参照電極が１つ以上の金属で一部作られている、請求項７４に記載のセンサ装置。
- 前記参照電極が白金、ステンレス鋼またはその組み合わせで一部作られている、請求項７９に記載のセンサ装置。
- 前記参照導管空洞が約100μL〜約500μLの参照緩衝液で満たされている、請求項７４に記載のセンサ装置。
- 前記活性電極が金属酸化物で一部作られている、請求項７４に記載のセンサ装置。
- 前記活性電極が二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、五酸化タンタル、二酸化ハフニウム、二酸化イリジウム、二酸化ルテニウム、二酸化ジルコニウムまたはそれらの組み合わせで一部作られている、請求項８０に記載のセンサ装置。
- 前記導電性接触層が１つ以上の金属で一部作られている、請求項７４に記載のセンサ装置。
- 前記導電性接触層が、アルミニウム、銅、白金またはそれらの組み合わせで一部作られている、請求項８２に記載のセンサ装置。
- 前記参照緩衝液が、ヘキサシアン化鉄(III)酸カリウム、ヘキサシアン化鉄(II)酸カリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二ナトリウム、またはそれらの組み合わせを含む、請求項７４に記載のセンサ装置。
- 前記参照緩衝液が塩化カリウムを含む、請求項７４に記載のセンサ装置。
- 前記イオン交換膜がペルフルオロスルホン化イオノマー膜である、請求項７４に記載のセンサ装置。
- 前記ペルフルオロスルホン化イオノマー膜がナフィオン（Nafion）（登録商標）膜である、請求項８６に記載のセンサ装置。
- 前記イオン交換膜が約25μm〜約180 μmの厚さを有する、請求項７４に記載のセンサ装置。
- 通気導管を更に含み、前記通気導管のセグメントが前記サンプルチャンバ内に延在し、前記通気導管が前記サンプル容器内のサンプルを曝気するように構成されている、請求項７４に記載のセンサ装置。
- 前記参照センサ部材がサンプル容器から脱着可能であるように、前記参照センサ部材が前記サンプル容器に取り外し可能に連結される、請求項７４に記載のセンサ装置。
- サンプルの酸化還元電位（ORP）を測定するためのセンサ装置であって、前記センサ装置が
(1) サンプルを受け入れるように構成されたサンプルチャンバを含むサンプル容器；
(2) 参照センサ部材であって、
(a) 参照導管第一開口部を規定している参照導管近位端と、参照導管第二開口部を規定している参照導管遠位端と、前記参照導管近位端と前記参照導管遠位端との間に存在する参照導管空洞とを備える、参照導管；
ここで前記参照導管空洞は参照緩衝液で少なくとも部分的に満たされており；
ここで前記参照導管のセグメントが前記サンプルチャンバ中に延在している；および
(b) 前記参照導管遠位端に連結されておりかつ前記参照導管第二開口部を塞ぐように構成されているイオン交換膜；
ここで前記イオン交換膜は、サンプルが前記参照緩衝液と混ざり合うのを防止するが、イオンが前記イオン交換膜を横切るのは許容するように構成されている；および
(c) 前記参照緩衝液で満たされた参照導管空洞中に部分的に延出している参照電極
を備える参照センサ部材；
(3) 能動型センサ部材であって、
(a) 前記サンプルチャンバ中に延在している活性電極ハウジング；
(b) 前記活性電極ハウジング内に部分的に収容された活性電極
を備える能動型センサ部材；
ここで前記活性電極はサンプル接触面を含み；そして
ここで前記活性電極は前記活性電極ハウジングの遠位端に配置され、そして前記活性電極ハウジングは、前記サンプル接触表面が前記サンプルと流体連絡するように、前記サンプル接触表面を露出させるように構成されている；
を備えており、
前記活性電極および前記参照電極は、導電性接続によって電圧計に電気的に結合され、そして前記サンプルのORPが前記活性電極と前記参照電極との間の電位差に基づいて測定されることを特徴とするセンサ装置。 - 前記参照導管が導管壁を含み、そして前記参照導管第一開口部の第一開口面積が前記参照導管第二開口部の第二開口面積よりも大きくなるように、前記導管壁が参照導管近位端から参照導管遠位端まで先細になっている、請求項９１に記載のセンサ装置。
- 前記参照電極が参照電極チップを含み、そして参照緩衝液の容積が前記参照電極チップを前記イオン交換膜から分離するように、前記参照電極が前記参照導管空洞中に部分的に延在しているときに、前記参照電極チップは、前記イオン交換膜の近位に配置される、請求項９１に記載のセンサ装置。
- 前記参照電極が１つ以上の金属で一部作られている、請求項９１に記載のセンサ装置。
- 前記参照電極が白金、ステンレス鋼またはその組み合わせで一部作られている、請求項９４に記載のセンサ装置。
- 前記参照導管空洞が約100μL〜約500μLの参照緩衝液で満たされている、請求項９１に記載のセンサ装置。
- 前記活性電極が、１つ以上の金属、１つ以上の金属酸化物又はその組み合わせで一部作られている、請求項９１に記載のセンサ装置。
- 前記活性電極が、白金、金、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、五酸化タンタル、二酸化ハフニウム、二酸化イリジウム、二酸化ルテニウム、二酸化ジルコニウムまたはそれらの組み合わせで一部作られている、請求項９７に記載のセンサ装置。
- 前記参照緩衝液が、ヘキサシアン化鉄(III)酸カリウム、ヘキサシアン化鉄(II)酸カリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二ナトリウム、またはそれらの組み合わせを含む、請求項９１に記載のセンサ装置。
- 前記参照緩衝液が塩化カリウムを含む、請求項９１に記載のセンサ装置。
- 前記イオン交換膜がペルフルオロスルホン化イオノマー膜である、請求項９１に記載のセンサ装置。
- 前記ペルフルオロスルホン化イオノマー膜がナフィオン（Nafion）（登録商標）膜である、請求項１０１に記載のセンサ装置。
- 前記イオン交換膜が約25μm〜約180 μmの厚さを有する、請求項９１に記載のセンサ装置。
- 通気導管を更に含み、前記通気導管のセグメントが前記サンプルチャンバ内に延在し、前記通気導管が前記サンプル容器内のサンプルを曝気するように構成されている、請求項９１に記載のセンサ装置。
- 前記参照センサ部材がサンプル容器から脱着可能であるように、前記参照センサ部材が前記サンプル容器に取り外し可能に連結される、請求項９１に記載のセンサ装置。
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