JP6863729B2 - サーモクロミックセンシングデバイス、システム、および方法 - Google Patents

Description

本開示は、一般に、サーモクロミックセンシングを用いて物質を分析するためのデバイスならびに関連するシステムおよび方法に関する。

感受性試験は、例えば細菌、菌類などの生体物質の増殖を阻害するまたは死滅させる物質の有効性を決定するために行われる。場合によって感受性試験の目的は、抗生物質または他の薬剤治療の成功または失敗を予測することである。試験は、種々の薬剤タイプ、薬剤の組み合わせ、および／または薬剤濃度に対する特定微生物の増殖または増殖不足を決定するために試験容器にて行われる。感受性試験は一般に、制御された条件下で行われ、例えば特定タイプの細菌によって生じる感染を処置するために最も有効な薬剤タイプ、組み合わせおよび／または投与量を同定するために使用され得る。

抗生物質試験のための感受性試験は、患者から得られた初代培養液からの細菌の二次培養液を増殖させることを含み得る。現在のところ、細菌の培養は、試験されている薬剤の測定可能な作用が検出可能となる前に、多くの複製サイクルを含んでいる。適切な治療が迅速に患者に送達できるように、感受性試験に必要とされる時間を短縮することが望ましい。

一部の実施形態は、生体物質を培養するのに好適な培地を含有するように構成された１つ以上の試験位置を有する試験容器を含むデバイスを対象とする。サーモクロミック材料は、１つ以上の試験位置に熱的に結合される。サーモクロミック材料は、サーモクロミック材料の温度変化を生じる生体物質によるエネルギー変換の増減に応答してサーモクロミック材料から放射される光のスペクトルシフトを示すように構成される。

一部の実施形態において、例えば試験容器、例えば試験プレートは、生体物質を培養するのに適した培地を含有するように構成された１つ以上の試験ウェルを含む。コーティングは、試験ウェルに熱的に結合される。コーティングは、サーモクロミック材料の温度変化を生じる生体物質によるエネルギー変換の増減に応答してサーモクロミック材料から放射される光のスペクトルシフトを示すように構成されたサーモクロミック材料を含む。

一部の実施形態は、複数の試験位置を有する無菌試験容器を含む試験キットを対象とする。生体物質を培養するのに好適な培地は、試験位置にて試験容器によって含有される。サーモクロミック材料は、試験位置に熱的に結合される。サーモクロミック材料は、サーモクロミック材料の温度変化を生じる生体物質によるエネルギー変換の増減に応答してサーモクロミック材料から放射される光のスペクトルシフトを示すように構成される。

一部の実施形態によれば、方法は、生体物質を培養するのに好適な培地を含有するように構成された１つ以上の試験位置を有する試験容器を提供する工程を含む。サーモクロミック材料は、１つ以上の試験位置に熱的に結合されるように配設される。サーモクロミック材料は、サーモクロミック材料の温度変化を生じる生体物質によるエネルギー変換の増減に応答してサーモクロミック材料から放射される光のスペクトルシフトを示すように構成される。

図１は、一部の実施形態に従うサーモクロミックセンシング試験容器の平面図である。 図２は、図１の試験容器の断面図である。 図３は、一部の実施形態に従ういくつかの試験ウェルの底部付近においてｘおよびｙ方向に試験プレートにわたって延びる層に堆積されたサーモクロミック材料を含む試験プレートの断面図である。 図４は、一部の実施形態に従う試験培地内に配設されたサーモクロミック材料と共に、少なくとも１つの生体物質を培養するための培地を含有するように構成された多数の位置を含む試験容器の断面図である。 図５は、一部の実施形態に従う相対的に平坦な基材上の領域内に生体物質を培養するのに適した培地を含有する位置を含む試験容器の断面ダイアグラムを示す。 図６は、一部の実施形態に従って相対的に平坦な基材上の領域内に生体物質を培養するのに適した培地を含有する位置を含む試験容器の断面ダイアグラムを示す。 図７は、一部の実施形態に従うサーモクロミックセンシング試験容器を製造するためのプロセスを示すフローダイアグラムである。 図８は、生体物質の同定のために構成されたサーモクロミックセンシング試験容器の断面図である。 図９Ａは、一部の実施形態に従うサーモクロミック温度センシング試験システムのブロックダイアグラムを示す。 図９Ｂは、一部の実施形態に従う２つのカラーチャンネルを含むサーモクロミック温度センシング試験システムの一部のダイアグラムを示す。 図１０Ａは、一部の実施形態に従うサーモクロミック材料から放射される光のスペクトルにおけるシフトの存在および／または量を決定するために使用できる波長シフト検出器を概念的に示す。 図１０Ｂは、一部の実施形態に従う反射光および透過光の両方を検出する波長シフト検出器を概念的に示す。 図１１Ａは、一部の実施形態に従うサーモクロミック試験プロセスを示すフローダイアグラムである。 図１１Ｂは、一部の実施形態に従うサーモクロミック試験プロセスを示すフローダイアグラムである。 図１２Ａは、一部の実施形態に従うサーモクロミックセンシングを用いる熱光学抗菌剤感受性試験（ＴＯＡＳＴ）のためのプロセスを示すフローダイアグラムである。 図１２Ｂは、一部の実施形態に従うサーモクロミックセンシングを用いる熱光学抗菌剤感受性試験（ＴＯＡＳＴ）のためのプロセスを示すフローダイアグラムである。 図１３Ａは、一部の実施形態に従うサーモクロミックセンシングを用いる細菌同定および熱光学抗菌剤感受性試験のためのプロセスを示すフローダイアグラムである。 図１３Ｂは、一部の実施形態に従うサーモクロミックセンシングを用いる細菌同定および熱光学抗菌剤感受性試験のためのプロセスを示すフローダイアグラムである。 図１３Ｃは、一部の実施形態に従うサーモクロミックセンシングを用いる細菌同定および熱光学抗菌剤感受性試験のためのプロセスを示すフローダイアグラムである。 図１４Ａは、図１０Ａにて議論された波長シフト検出器を用いて、熱イオンセンシングの範囲にわたって抗生物質を用いない場合と最小阻害濃度の抗生物質を用いる場合との増殖Ｅ．ｃｏｌｉコロニーについての時間に対する温度ΔＴ（Ｋ）のシミュレーションされた変化を示すグラフを示す。 図１４Ｂは、コロニー増殖の最初の２０分に対応し、図１０Ａに議論された波長シフト検出器を用いて達成可能な測定解像度を示す図１４Ａのグラフの一部を示す。

図は必ずしも正確な縮尺ではない。図で使用される同様の数字は、同様の構成要素を指す。しかし、所与の図においてある構成要素を指すためにある数字を使用することは、同じ数字で標識された別の図の構成要素を制限することを意図するものではないことが理解される。

サーモクロミズムは、温度に基づく材料の色変化である。サーモクロミック材料の色変化は、相対的に不連続で突然であり得るか、または温度範囲にわたって徐々に変動し得る。スペクトル変化は、サーモクロミック材料からの散乱光、反射光、吸収光および／または蛍光に顕著に現れ得る。サーモクロミック材料は、有機もしくは無機物質であってもよく、および／またはモノマーもしくはポリマーであってもよい。本開示の手法に関して特に興味深いものは、サーモクロミック液晶であり、これは光反射率に基づくサーモクロミズムを示す。

本明細書に記載される手法は、生体物質のエネルギー変換によって生じる温度変化を光学的に示すためにサーモクロミック材料を用いた温度センシングを含む。本明細書に記載されるサーモクロミックセンシング技術を用いてモニターできる生体物質の非限定リストは、細菌、古細菌、原生生物、菌類、植物細胞、動物細胞、適切な宿主細胞中のウィルス、適切な宿主細胞中のファージ、癌細胞培養液、および組織細胞培養液の１つ以上を含む。生体物質のエネルギー変換の割合は、生きた細胞のアンサンブル代謝に関連し得る。特に細胞有糸分裂により増大する細胞の数は、アンサンブル代謝の増大の形態である。結合した個々の細胞の代謝は、アンサンブル代謝を含む。代謝は、多くの場合、グルコースまたは他の炭水化物の酸化を含み、エネルギーおよび化学副生物を放出する。この文脈において、代謝は、化学エネルギーが他の形態のエネルギー（熱を含む）に変換される機構であることを意味する。従って熱は、代謝を行う物質または生体の温度変化を生じ得る。生体の温度変化は、細胞培養培地、緩衝材料、容器材料およびサーモクロミック材料を含む周囲材料の温度変化、通常は温度上昇をもたらす。１つの材料から隣の材料への熱移動の量は、材料の特性に依存する。故に、材料選択によって熱移動を制御できる。代謝によって発生する熱は、容器材料への移動から分離され、代わりにサーモクロミック材料に熱的に接続または結合されるのが望ましい。代謝によって発生する熱は、好ましくはサーモクロミック材料の温度変化をもたらす。アンサンブル代謝の増大は、生体物質の「増殖割合」としておよび／または生体物質の量の増減について記載できる。正の増殖割合は、細胞にとって健康的な生存条件を示し、多くの場合アンサンブル内での生きた細胞の数の増大に対応する。本明細書で開示されるサーモクロミックセンシングデバイス、システムおよび方法は、生体物質の増殖を検出および／またはモニターするために使用でき、種々の医薬品、例えば薬剤タイプ、薬剤投与量、および薬剤の組み合わせ、例えば抗菌薬、抗ウィルス薬、および／または抗真菌薬の有効性を決定するのに特に有用である。

スペクトルシフトは、いずれかの種類の発光、吸収、蛍光、反射もしくは透過または他のいずれかの光スペクトルで生じ得る。光スペクトルのスペクトルシフトは、２つの光のスペクトルの重心間の差異として記載できる。波長シフトは、例えば較正測定にて決定される間接的な重心位置または公称重心位置を用いて、測定された重心位置を決定することによって決定されてもよい。波長シフトは、参照される波長シフト測定を行うと同時に有効に２つの異なるスペクトルの２つの異なる重心を比較することによって決定されてもよい。光スペクトルまたは光強度スペクトルは、種々の測定ユニットにおいて測定されてもよい。一般に、スペクトルの変動するパラメータ（すなわち横座標）は、多くの場合波長で測定される光子エネルギーである。こうした測定において、波長シフトは、波長単位、例えばナノメートル（ｎｍ）単位で測定できる。特定の発光スペクトル、特に発光ピークまたはガウス型発光プロファイルに関して、ピーク波長は、重心位置の良好な近似であり、または互いに対するピーク位置の差異は波長シフトの良好な近似である。実際の測定において、重心決定は、波長シフト検出範囲にわたって変動し得る測定パラメータによって影響を受ける場合があり、結果として重心測定に寄与する追加の測定因子、例えば検出器の波長依存感受性が存在する。これらの測定影響は、測定のシステム誤差として考慮でき、較正によって補償されることが多い。いずれかのこうした誤差は、補償されない場合であっても、重心、波長または波長シフト測定の一部として考慮されるべきである。注目すべきは、発光スペクトルが、２つの発光最大値を有する、例えば２つの相対的に区別可能な発光分布からなり得ることである。これらの合わせた発光スペクトルの重心はなおも計算および測定でき、波長シフトはなおもこうしたスペクトルについて計算できる。特に、２つの蛍光発光スペクトルは、発光スペクトルの１つが温度により発光強度を変化させるような方法で使用される場合、温度変化がスペクトル全体の波長シフトをもたらす。

図１および図２は、一部の実施形態に従うサーモクロミックセンシング試験容器１００のそれぞれ平面図および断面図である。実質的に平面の試験プレートであってもよい試験容器１００は、少なくとも１つの生体物質１５０を培養するために培地１４０を含有するように構成される１つ以上の位置１０１を含む。一部の実施形態において、試験位置は、例えば試験プレート上の埋め込まれた位置にある試験ウェルであってもよい。試験容器１００は培地を含有するように構成されたいずれかのタイプの容器または構造であってもよいが、一部の実施においては、試験容器１００は、ＭＩＣＲＯＴＩＴＥＲ試験プレート、例えば標準２４ウェルＭＩＣＲＯＴＩＴＥＲプレート、標準９６−ウェルＭＩＣＲＯＴＩＴＥＲプレート、標準３８４−ウェルＭＩＣＲＯＴＩＴＥＲプレート、または標準１５３６−ウェルＭＩＣＲＯＴＩＴＥＲプレートなどである。試験容器１００が試験プレートである実施において、試験プレートの試験ウェルは、生体物質１５０を培養するための培地を含有するように構成された位置１０１を提供する。各試験ウェルは、培地１４０を含有するために壁１０１Ａおよび底部１０１Ｂを有する。一部の実施において、試験容器１００は、試験ウェルを覆うおよび／または試験ウェル内の培地をシールするカバー１０２を含んでいてもよい。

試験容器１００は培地を含有するように構成されたいずれかのタイプの容器または構造であってもよいが、一部の実施において試験容器１００は、流体の取扱いのために標準ＭＩＣＲＯＴＩＴＥＲプレートピッチ距離、例えば標準２４−ウェルＭＩＣＲＯＴＩＴＥＲプレートピッチ距離、標準９６−ウェルＭＩＣＲＯＴＩＴＥＲプレートピッチ距離、標準３８４−ウェルＭＩＣＲＯＴＩＴＥＲプレートピッチ距離、または標準１５３６−ウェルＭＩＣＲＯＴＩＴＥＲプレートピッチ距離などを維持してもよい。これは、例えば、試験容器が、互換性のあるＭＩＣＲＯＴＩＴＥＲ流体インターフェースを用いることによって、標準ＭＩＣＲＯＴＩＴＥＲ流体取扱いツール（例えばマルチプレックスピペット）で充填できるが、サンプルは、後に、ＭＩＣＲＯＴＩＴＥＲ標準と必ずしも互換性が必要ではないいずれかの他の適切な位置、例えば試験ウェルの単列、例えば２４、９６、３８４、または１５３６ウェルにルーティングされることを意味し得る。

サーモクロミック材料１１０の少なくとも１つのタイプは、１つ以上の試験位置に熱的に結合される。種々の実施形態において、サーモクロミック材料は、試験位置、例えば試験ウェル１０１中、試験ウェル上および／または試験ウェルの周りに配設されてもよい。サーモクロミック材料１１０は、試験位置内に含有される培地１４０および／または生体物質１５０に熱的に結合される。サーモクロミック材料１１０は、生体物質１５０によるエネルギー変換により生体物質１５０および／または培地１４０の温度変化に応答したサーモクロミック材料１１０からの光、例えば散乱光、反射光または蛍光のスペクトルシフトを示すように構成および配列される。サーモクロミック材料１１０は、生体物質１５０のエネルギー変換による温度変化に感受性であるように、生体物質１５０に十分近いおよび／または熱的に結合されるように位置付けられる。

少なくとも１つのタイプのサーモクロミック材料１９０は、サーモクロミック材料１９０が試験ウェル１０１の周囲環境に熱的に結合されるように、試験位置付近に配設される。一部の実施形態において、サーモクロミック材料１９０は、試験位置に熱的に結合されたサーモクロミック材料のコーティング、例えば試験ウェルの底部に配設されるサーモクロミックコーティングである。

少なくとも１つのタイプのサーモクロミック材料１９１は、試験ウェルよりも大きい温度範囲をモニターするために、試験プレートに配設される。この温度センシング領域は、試験ウェルのいずれかにある生体物質のエネルギー変換の量によって大きくは影響を受けず、むしろプレートをインキュベータに移動させ、試験プレート温度が名目上の温度条件に近づいたら、試験プレートの温度進展を追跡する。加えて、機能する適切なインキュベータは、この読出により追跡または制御できる。

個々の位置１０１または試験容器１００の全体は、カバー１０２を含んでいてもよく、これが蓋および／またはシール、例えばシーリングフィルムを含んでいてもよい。１つのタイプのシーリングフィルムは、通気性の無菌膜（例えばＣｏｒｎｉｎｇマイクロプレートシーリングテープホワイトレーヨン（アクリルを用いる）またはＴｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｇａｓ Ｐｅｒｍｅａｂｌｅ Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｓｅａｌｓ）である。このシーリングフィルムを試験容器１００に直接配置し、無菌バリアを提供して、次いでその上にカバー１０２（例えば無菌でないプラスチック）を配置できる。

別の実施形態は、容器を覆う蓋１０２として無菌の非通気性接着剤シール（例えばＥ＆Ｋ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ＳｅａｌＰｌａｔｅ Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｍｉｃｒｏｐｌａｔｅ Ｓｅａｌｓ）を使用する。このタイプのフィルムは気密性シールを提供するので、シーリングフィルムの頂部上に別の蓋を必要としない。嫌気性細菌に関して、カバー１０２は、Ｏ２を排除するためのバリアを提供するために使用できる。培地で試験位置を埋め、気密シールを用いることにより、嫌気性細菌の増殖を可能にする。

図２の断面図に示されるように、サーモクロミック材料１１０は、それぞれ個々の試験ウェル１０１の壁１０１Ａおよび／または底部１０１Ｂに沿って配設されたサーモクロミック材料１１０のコーティングであってもよい。サーモクロミック材料は、図３の断面図に示されるように、いくつかの試験ウェル１０１の底部１０１Ｂ付近においてｘおよびｙ方向に試験プレートにわたって延びる層１１１、例えば連続層であってもよい。

サーモクロミック材料１１０（図２を参照）、１１１（図３を参照）から放射される光のスペクトルシフト、例えば反射光、散乱光、透過光および／または蛍光のスペクトルシフトは、１つ以上の光学検出器を用いて検出できる。光学検出器は、試験容器に対して、サーモクロミック材料から放射される光を検出可能ないずれかの位置に位置してもよい。例えば、一部の実施形態において、検出器は、試験ウェル１０１の壁１０１Ａの上方、下方および／または沿って位置付けられてもよい。

一部の実施形態において、サーモクロミック材料１１０から放射される反射光、散乱光、透過光および／または蛍光は、適切な光学構成要素１８０、例えばレンズ、対物レンズ、レンズの組み合わせ、結像光学系、平面鏡、凹面鏡、凸面鏡、繊維、格子、プリズム、および他の要素によって光学検出器上に中継される。光学構成要素は、画像情報を維持してもよく、またはしなくてもよい。

一部の実施形態において、サーモクロミック材料１１０から放射される反射光、散乱光、透過光および／または蛍光は、周囲光である測定光、例えば日光、室内灯から生じ、これがサーモクロミック材料１１０、１１１と遭遇し、サーモクロミック材料１１０、１１１によって散乱、透過、反射または吸収される。一部の実施形態において、少なくとも１つの光源１９５、１９６は、測定光１９５Ａ、１９６Ａを発光し、試験ウェル１０１に指向させ、こうして測定光１９５Ａ、１９６Ａは、サーモクロミック材料１１０、１１１と遭遇する。

一部の実施形態において、サーモクロミック材料１１０、１１１は、測定光１９５Ａ、１９６Ａの一部を反射する。図２および図３は、試験ウェル１０１の底部の上方および／または下方に位置付けられた検出器１９８、１９９によって検出できる反射光１９８Ａ、１９９Ａを示す。一部の実施形態において、サーモクロミック材料１１０、１１１は、測定光１９５Ａ、１９６Ａの一部を吸収し、測定光１９５Ａ、１９６Ａの吸収により、サーモクロミック材料１１０、１１１は蛍光を発する。図２および図３は、試験ウェル１０１の上方および／または下方に位置付けられた１つ以上の検出器１９８、１９９によって検出できる蛍光１９８Ｂ、１９９Ｂを示す。一部の実施形態において、測定光１９５Ａ、１９６Ａの一部は、サーモクロミック材料１１０、１１１によって散乱される。散乱光１９８Ｃ、１９９Ｃは、試験ウェル１０１の上方および／または下方に位置付けられた１つ以上の検出器１９８、１９９によって検出できる。一部の実施形態において、測定光１９５Ａ、１９６Ａの一部は、サーモクロミック材料１１０、１１１によって透過される。透過光１９８Ｄ、１９９Ｄは、試験ウェル１０１の上方および／または下方に位置付けられた１つ以上の検出器１９８、１９９によって検出できる。一部の実施形態において、測定光は、導波管、例えば光ファイバーまたはポリマー導波管によってサーモクロミック材料に伝搬されてもよい。一部の実施形態において、サーモクロミック材料からの反射光、散乱光、透過光または蛍光は、導波管を通して検出器に伝搬されてもよい。一部の実施形態において、導波管は、測定光および／またはサーモクロミック材料から放射される光を伝搬するために試験容器に一体的に形成されてもよい。一部の実施形態において、サーモクロミック材料から放射される反射光、散乱光、透過光または蛍光は、ウェルプレート構造に一体化された、例えば試験プレートの射出成形の間に形成されたレンズを通して検出器に伝搬されてもよい。

一部の実施形態において、試験ウェル１０１の領域において試験プレート１００の少なくとも一部１００Ａは、測定光１９６Ａの波長および／またはサーモクロミック材料１１０から放射される反射光１９９Ａ、散乱光１９９Ｂ、透過光１９９Ｄまたは蛍光１９８Ｃの波長において実質的に光学的に透過性である。実質的に光学的に透過性とは、測定光および／またはサーモクロミック材料から放射される光の波長における光の透過率が５０％を超えることを意味する。一部の実施形態において、サーモクロミック材料から放射される反射光、散乱光、透過光または蛍光は、平坦な透明底部、例えばガラス、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネートまたは石英を通して検出器に伝搬されてもよい。

生体物質のエネルギー変換により、試験位置にてサーモクロミック材料の温度上昇をもたらす。これらの温度上昇は、サブケルビンであり、約１ミリケルビン（ｍＫ）未満であってもよい。温度変化は、種々の因子、例えば試験体積、生きた細胞の数、周囲温度、試験体積の断熱、緩衝剤条件などに依存し得る。本明細書において議論されるように、サーモクロミック材料は、試験容器の温度を光学的に示すために使用できる。サーモクロミック材料は、種々の光学作用、例えば温度依存性蛍光強度または温度依存性反射または散乱スペクトルを示すことができる。特にサーモクロミック液晶は、非常に強い温度依存性反射スペクトルを示す。

生体物質のサーモクロミック温度センシングのために使用されるサーモクロミック材料は、いずれかの好適なタイプのサーモクロミック材料、例えばサーモクロミック液晶、ロイコ染料、蛍光体、ＤＰＰＣに結合したプロダン、および／または蛍光タンパク質を含んでいてもよい。サーモクロミック液晶において、スペクトル変化は、温度依存性分子間隔から生じる。例えば、サーモクロミック液晶表面から特定の選択された反射率をモニターすることにより、レシオメトリックカラー測定におけるＫあたりの強度の１３，０００％までの変化または数百ｎｍ／Ｋから約１０００ｎｍ／Ｋまでの波長シフトを示す。ジパルミトイルホスファチジルコリン（ｉｐａｌｍｉｔｏｙｌｐｈｏｓｐｈａｔｉｄｙｌｃｈｏｌｉｎｅ）（ＤＰＰＣ）に結合した６−プロピオニル−２−（ジメチルアミノ）ナフタレン（プロダン）は、４０℃〜５０℃で、６ｎｍ／Ｋの蛍光発光シフトを示す。約０．３ｎｍ／Ｋの発光波長のシフトを示す緑色蛍光タンパク質は、サーモクロミック材料の例であり、これはサーモクロミック温度センシングのために遺伝的／生物学的に最適化でき、例えば医薬品感受性試験および／または生体物質の増殖／低下の他のモニタリングのために最適化できる。

一部のサーモクロミック材料の蛍光強度の変化は、温度に対して特に感受性であることができる（場合によっては度あたり１００％を超える）。一部の状況において、サーモクロミック温度センシングはさらに、２つの異なるタイプのサーモクロミック材料の応答を異なる温度応答に関して比較し、２つのサーモクロミック材料からの２つの発光ピーク間の強度比変化をモニターすることによって向上させることができる。場合によって、２つのサーモクロミック材料は、一方の材料が、温度依存性蛍光強度変化を示し、他方が温度に独立するか、最初の材料とは反対の変化を有するように選択される。

非限定例として、約１０００ｎｍ／Ｋの波長シフトを有するサーモクロミック液晶は、生体物質によるエネルギー変換による約１０μＫの温度変化に供される場合に、約１０ピコメートル（ｐｍ）の波長シフトを示し得る。一部の実施において、エネルギー変換による１．６×１０^−６Ｋ〜１．６×１０^−５Ｋの温度変化は、１．６〜１６ピコメートル（ｐｍ）の波長シフトをもたらす。一部の実施形態において、サーモクロミック材料は、約０．５ｎｍ／Ｋ〜約１０００ｎｍ／Ｋの範囲において、温度に関する蛍光、反射率または散乱スペクトルにおけるスペクトルシフトを示すように構成されてもよい。

一部の構成において、１つ以上の任意の追加層またはコーティングは、サーモクロミック材料層の１つまたは両方の主要面に沿って配設できる。一部の実施形態において、任意の追加の層は、試験ウェル１０１の底部１０１Ｂおよび／または壁１０１Ａに沿って延びてもよい。例えば、１つ以上の任意の追加層１２０、１２１、１３０、１３１は、図２および図３に示されるように、各試験ウェル１０１内においてサーモクロミック材料コーティング１１０、１１１と培地１４０および／または生体物質１５０との間に位置付けできる。一部の実施において、任意の追加層１３０の少なくとも１つは、光吸収層であってもよい。サーモクロミック材料１１０、１１１と培地１４０および／または生体物質１５０との間に位置付けられた光吸収層の使用は、層の吸収特性によりサーモクロミックセンシングの感受性を向上できる。サーモクロミック材料コーティング１１０、１１１によって反射、散乱、吸収されない光は、ここで反射光、散乱光または蛍光検出に寄与しない。光ブロッキング層の使用は、検出器によって検出される、非シグナル光により生じた検出器シグナルの構成要素を低減することによってサーモクロミックセンシングのノイズに対するシグナル比を向上でき、ここで非シグナル光はサーモクロミック材料から放射される光以外の光である。

一部の実施において、任意の追加層１３０、１２１の少なくとも１つは、熱伝導層であってもよい。サーモクロミック材料１１０、１１１と培地１４０および／または生体物質１５０との間に位置付けられた熱伝導層の使用により、培地１４０および／または生体物質１５０からサーモクロミック材料コーティング１１０、１１１への改善された熱伝導率によりサーモクロミックセンシングの感受性を向上できる。生体物質１５０によって変換されたエネルギーは、培地１４０内での熱発生をもたらし、それによって培地および／または生体物質１５０の温度上昇をもたらす。培地と周囲環境との間の温度差は、推移ゾーンにおいて温度勾配を生じる。サーモクロミック材料は推移ゾーンの一部であるので、熱伝導層が培地からサーモクロミック層への熱移動を確実にし、両方が理想的には同じ温度を有する場合が有益である。例えば熱伝導層は、インジウムスズオキシド（ＩＴＯ）、金属、ダイアモンド、酸化亜鉛、グラフェン、グラファイト、およびインジウムホスフィドからなってもよい。

一部の実施において、任意の追加層１３１、１２０の少なくとも１つは、断熱層であってもよい。サーモクロミック材料１１０、１１１と試験容器構造のベース材料との間に位置付けされた断熱層の使用により、サーモクロミック材料１１０、１１１から周囲平衡温度までの低い熱伝導率によってサーモクロミックセンシングの感受性を向上できる。試験容器構造自体のベース材料は、低い熱伝導率材料から製造されるのが望ましい。

一部の実施形態において、任意の追加層１２１、１３０の少なくとも１つは、サーモクロミック材料１１０、１１１を培地１４０から分離するように位置付けられた無菌コーティングであってもよい。例えば、サーモクロミックコーティング１１０、１１１は、試験ウェルの底部表面に沿って配設されてもよく、無菌生体適合性コーティングが、サーモクロミックコーティングにわたって配設され、結果としてサーモクロミックコーティングが、試験ウェルの底部と無菌コーティングとの間にある。例えば無菌コーティングは、パリレン、インジウムスズオキシド（ＩＴＯ）、金属、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ダイアモンド、酸化亜鉛、グラフェン、グラファイト、およびインジウムホスフィドの１つ以上を含んでいてもよい。理想的には、これらのコーティングはまた生体適合性でもある。

図４は、少なくとも１つの生体物質１５０を培養するための培地１４０を含有するように構成された多数の位置４０１を含む試験容器４００を示す。一部の実施形態において、サーモクロミック材料、例えばサーモクロミック粒子または領域４１０は、図４の断面ダイアグラムに示されるように、試験培地１４０内に配設される。

サーモクロミック材料４１０から放射される光のスペクトルシフト、例えば反射光、散乱光、透過光および／または蛍光のスペクトルシフトは、１つ以上の光学検出器を用いて検出できる。光学検出器は、試験容器に対して、サーモクロミック材料から放射される光を検出可能ないずれかの位置に位置してもよい。例えば、一部の実施形態において、検出器１９８、１９９は、図４に示されるように、試験ウェル４０１の上方および／または下方に位置付けられてもよい。

一部の実施形態において、サーモクロミック材料から放射される反射光、散乱光、透過光および／または蛍光は、サーモクロミック材料４１０と遭遇する周囲光である測定光から、例えば日光、室内灯から導かれる。一部の実施形態において、少なくとも１つの光源１９５、１９６は、測定光１９５Ａ、１９６Ａを発光し、試験ウェル４０１の方に指向させ、こうして測定光１９５Ａ、１９６Ａは、サーモクロミック材料４１０と遭遇する。

一部の実施形態において、測定光１９５Ａ、１９６Ａの一部は、サーモクロミック材料４１０によって反射される。反射光１９８Ａ、１９９Ａは、試験ウェル４０１の底部の上方および／または下方に位置付けられたフォトセンシング素子１９８、１９９によって検出できる。

一部の実施形態において、測定光１９５Ａ、１９６Ａの一部は、サーモクロミック材料４１０によって吸収され、サーモクロミック材料４１０が蛍光を発する。蛍光１９８Ｂ、１９９Ｂは、試験ウェル４０１の上方および／または下方に位置付けられた１つ以上のフォトセンシング素子１９８、１９９によって検出できる。

一部の実施形態において、測定光１９５Ａ、１９６Ａの一部は、サーモクロミック材料４１０によって散乱される。散乱光１９８Ｃ、１９９Ｃは、試験ウェル４０１の上方および／または下方に位置付けられた１つ以上のフォトセンシング素子１９８、１９９によって検出できる。

一部の実施形態において、試験ウェル４０１の領域において試験プレート４００の少なくとも一部４００Ａは、測定光１９６Ａの波長および反射光１９９Ａ、散乱光１９９Ｂおよび／または蛍光１９８Ｃの波長において実質的に光学的に透過性である。

一部の構成において、１つ以上の任意の追加層またはコーティング４２０は、試験ウェル４０１の底部または他の場所に沿って、例えば試験ウェル４０１の壁４０１Ａに沿って配設できる。一部の実施形態において、任意の追加の層は、試験ウェル４０１の底部４０１Ｂおよび／または壁４０１Ａの両方に沿って延びてもよい。一部の実施において、任意の追加層４２０の少なくとも１つは、断熱層であってもよい。断熱層は、試験位置４０１から試験容器４００の犠牲材料または周囲への低い熱移動により、サーモクロミックセンシングの感受性を向上させるように設計できる。

一部の実施において、任意の追加層４２０の少なくとも１つは、光ブロッキング層であってもよい。光ブロッキング層の使用は、非シグナル光によって生じる検出器シグナルの構成要素を低減することによってサーモクロミックセンシングのノイズに対するシグナル比を向上でき、ここで非シグナル光はサーモクロミック材料から放射される光以外の光である。

図５および図６は、１つ以上の生体物質５６０を培養するのに好適な培地５４０を含有するように構成された位置５０１、６０１を含む試験容器５００、６００の断面ダイアグラムを示す。これらの実施形態において、培地５４０は、相対的に平坦な基材５００Ａ上の領域内に含有されてもよい。一部の実施形態において、位置５０１、６０１は、位置５０１、６０１内に培地を含有するように構成された表面処理またはコーティング５０５、例えば疎水性表面処理によって規定されてもよい。図５に示されるように、サーモクロミック材料は、位置５０１にて基材５００Ａ上に配設される層５１０であってもよい。

個々の位置５０１または試験容器５００の全体は、カバー５７０、例えばシールおよび／または蓋を含むもので覆われてもよい。一部の実施形態において、試験容器は、追加の蓋を有するまたは有していないシーリングフィルムで覆われる。一部の実施形態は、シールを有するまたはシールを有していてない保護蓋を使用する。カバー５７０は、蒸発による熱損失を低減し、試験位置５０１において試験容器５００内の適切な環境を維持するために役立つ。例えば、一部の実施形態において、哺乳類の細胞を、試験位置に配設し、これは適切なガス雰囲気、例えば５％のＣＯ_２を含有する特定のヘッド体積を必要とする。別の例として、嫌気性細菌が試験位置に配設され、このカバーは、これらの細菌にとって毒性であるＯ_２を排除するのに役立つバリアを提供する。故に、培地で試験位置を満たし、気密シールを用いて嫌気性細菌の増殖を可能にする。

１つのタイプのシールは、通気性の無菌膜（例えばＣｏｒｎｉｎｇマイクロプレートシーリングテープホワイトレーヨン（アクリルを用いる）またはＴｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｇａｓ Ｐｅｒｍｅａｂｌｅ Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｓｅａｌｓ）である。このシーリングフィルムを試験容器に直接配置し、無菌バリアを提供して、次いでその上に蓋（例えば無菌でないプラスチック）を配置できる。

別の実施形態は、容器を覆う無菌の非通気性接着剤シール（例えばＥ＆Ｋ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ＳｅａｌＰｌａｔｅ Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｍｉｃｒｏｐｌａｔｅ Ｓｅａｌｓ）を使用する。このタイプのフィルムは気密性シールを提供するので、蓋が所望でないかまたは追加の保護が必要でない限り、シーリングフィルムの頂部上に別の蓋を必要としない。

図６に示されるように、サーモクロミック材料は、培地５４０内のサーモクロミック領域６１０、例えば培地内に埋め込まれたサーモクロミック粒子であってもよい。

試験容器５００、６００は、上記で議論されるように、サーモクロミック材料の上方および／または下方に配設された１つ以上の任意の追加の層５２０、５３０、６２０を含んでいてもよい。例えば、追加の任意層５２０、５３０、６２０は、熱吸収層、光ブロッキング層および無菌生体適合層の１つ以上を含んでいてもよい。場合により、上記で議論されるように、試験容器は、カバー５７０、例えばシールおよび／または蓋を含む。

図７は、一部の実施形態に従ってサーモクロミックセンシング試験容器を製造するためのプロセスを示すフローダイアグラムである。プロセスは、試験構造を提供する工程７１０、試験構造の試験位置に熱的に結合されたサーモクロミック材料を配設する工程７２０を含む。例えば、試験構造が標準ＭＩＣＲＯＴＩＴＥＲ試験プレートである一部の実施形態において、サーモクロミック材料は、１つ以上のサーモクロミック材料を用いて標準試験プレートの試験ウェルをコーティングすることによって配設されてもよい。例えば、標準プレートの試験ウェルのすべての底部および／または壁はコーティングできる。一部の実施形態において、一部の試験ウェルの底部および／または壁はサーモクロミック材料でコーティングされてもよいが、他の試験ウェルはコーティングされないままである。一部の実施形態において、サーモクロミック材料は、試験ウェルによって含有される培地にサーモクロミック粒子を配置することによっておよび／または試験ウェル内にサーモクロミック材料を含有する培地を配置することによって試験位置に配設されてもよい。

一部の実施形態において、追加の機能材料層、例えば熱伝導層、光ブロッキング層、断熱層は、試験構造に配設されてもよい７３０。追加の機能層は、サーモクロミック材料が試験位置に配設される前またはされた後に配設されてもよい。続いて、試験構造を無菌化すること７４０は、以下の方法：熱、化学物質または照射の１つ以上によって達成されてもよい。

熱無菌化は、湿熱（スチーム）または乾熱のいずれかを用いて達成されてもよい。化学物質は、多くのプラスチックを含む感熱性材料を無菌化するために使用されてもよい。ガスまたは液体のいずれかが使用されてもよい。化学無菌化のために使用されるガスは、エチレンオキシド（ＥｔＯ）、二酸化窒素（ＮＯ_２）またはオゾンを含む。液体化学無菌化は、グルタルアルデヒド、ホルムアルデヒド、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、または過酢酸を用いて達成されてもよい。放射線無菌化は、電子線、Ｘ線、ガンマ線、または亜原子粒子による照射を用いて達成されてもよい。

一部の実施形態において、無菌化試験構造は、パッケージの機械的一体性が不注意にまたは意図的に損なわれるまで、パッケージの内容物が無菌状態であるようにパッケージされ、シールされる。通常の意図的な開口部は無菌試験プレートを維持し、意図されたサンプルからの生体のみで試験容器を満たすことができる。

１つ以上の試験物質、例えば医薬、抗菌、抗真菌物質が、培地内に含有されてもよい。試験容器の異なる位置、例えば試験容器１００の試験ウェル１０１は、異なるタイプ、組み合わせ、および／または濃度の試験物質１６０を含んでいてもよく、ここでこの生体物質１５０は各試験位置において同じである。設定されたこの試験は、異なるタイプ、組み合わせ、および濃度の試験物質の生体物質への作用をモニターするために使用できる。一部の実施形態において、試験物質１６０のタイプ、組み合わせおよび／または濃度は、多数の試験位置において実質的に同じであってもよく、生体物質は異なってもよい。設定されたこの試験は、同じタイプ、組み合わせおよび濃度の試験物質の、異なるタイプの生体物質への作用を試験するために使用できる。

一部の実施において、サーモクロミックセンシング試験容器は、医薬、例えば抗菌剤感受性試験（ＡＳＴ）のために使用される。試験物質１６０は、１つ以上のタイプの抗生物質を含み、試験位置は、異なるタイプ、異なる組み合わせおよび／または異なる濃度の抗生物質を含有する。ＡＳＴに使用するのに好適な抗生物質および抗生物質の組み合わせの例としては：アミカシン、アモキシシリン／クラブラン酸、アンピシリン、アンピシリン／スルバクタム、アジスロマイシン、アズトレオナム、セファロチン、セファゾリン、セフェピム、セホキシチン、セフタジジム、セフトリアキソン、セフロキシム、セファロチン、クロラムフェニコール、シプロフロキサシン、クラリスロマイシン、クリンダマイシン、ダプトマイシン、ドリペネム、エルタペネム、エリスロマイシン、ガチフロキサシン、ゲンタマイシン、イミペネム、レボフロキサシン、メロペネム、モキシフロキサシン（Ｍｏｘｉｆｌａｘａｃｉｎ）、ナリジクス酸、ニトロフラントイン、ノルフロキサシン、オフロキサシン、オキサシリン、ペニシリン、ピペラシリン、ピペラシリン／タゾバクタム、リファンピシン、スルファメトキサゾール、シナシッド、テトラサイクリン、チカルシリン、チカルシリン／クラブラン酸、チゲサイクリン、トブラマイシン、トリメトプリム、トリメトプリム／スルファメトキサゾールおよびバンコマイシンが挙げられるが、これらに限定されない。

図８に示される一部の実施において、サーモクロミックセンシング試験容器１００は、生体物質１５０の同定のために使用される。試験物質８６０は、炭素源利用を測定するために１つ以上のタイプの基材（例えばマンニトール、グルコース、ラクトース、マルトース、シトレート、アセテート、アセトアミド）、酵素活性（例えばカタラーゼ、オキシダーゼ、コアグラーゼ、ピラーゼ（ｐｙｒａｓｅ）、ウレアーゼ、デカルボキシラーゼ、ジヒドロラーゼ、フェニルアラニンデアミナーゼ、システインデスルフラーゼ（Ｈ２Ｓ生成）、トリプトファナーゼ（インドール生成）、またはレジスタンス（例えばバシトラシン、ノボビオシン、オプトヒン）を含む。増殖培地は、試験物質８６０に加えて、指標物質（８６１）を含有してもよい。指標物質の例としては：ブロモチモールブルー、クエン酸鉄アンモニウム、ブロモクレゾールパープル、塩化第二鉄、硫酸鉄、４−ジメチルアミノベンズアルデヒドおよびメチルレッドが挙げられるが、これらに限定されない。一部の実施形態において、生体物質の同定のために使用される試験物質８６０は、適切な生体物質１５０の存在下でインキュベートされる場合に蛍光または発色性化合物を直接生成する。

他の実施形態において、指標物質８６１は、試験物質８６０が適切な生体物質１５０の存在下でインキュベートされる場合に、蛍光または発色性化合物を生成する。試験化合物の存在下、生体物質の増殖に対するサーモクロミック材料の応答を測定することに加えて、試験化合物８６０の存在下、生体物質１５０のインキュベーションから得られる蛍光または吸光度は、光源１９５、１９６の一方または両方を用い、検出器１９８、１９９および／または追加の光源および／または試験位置の上方または下方に位置付けられる検出器を用いて測定できる。

ＴＯＡＳＴ機構または他の光学手段によって測定される場合に酵素基材、増殖促進剤および増殖阻害剤の組み合わせは、代謝または他の生化学プロファイルを与え、これは生体の同定のために使用されてもよい。

血流感染の場合、例えばＡＳＴは、陽性血液培養液からの生体物質の分離および同定の後に行われてもよい。同定工程は、上記で記載されるようにサーモクロミックセンシング試験容器を用いて行われてもよい。他の実施において、生体物質は、別の方法、例えば標準増殖および生化学特徴または迅速な同定方法、例えばマトリックス支援レーザー脱離／イオン化飛行時間型質量分析（ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳ）を用いて同定されてもよい。別の実施において、ＡＳＴは、生体物質の同定の前に開始されてもよく、陽性血液培養液のグラム染色結果により、ＡＳＴに使用するための試験化合物の適切なパネルを選択する。

一部の実施形態において、試験容器は１回使用の使い捨て構成要素として設計できる。一部の実施形態において、サーモクロミックセンシング試験容器は、例えば図１から図６と関連して議論されるように、無菌サーモクロミックセンシング試験容器を含むキットの一部であってもよい。一部の実施において、キットのサーモクロミックセンシング試験容器は、培地および試験物質でプレ充填できる。一部の実施において、試験物質は、試験容器の異なる試験位置にプレ充填される異なるタイプ、量および／または組み合わせの医薬品または他の試薬を含む。一部の状況において、キットを受容する試験室は、試験位置に生体物質を挿入し、試験位置それぞれにおいてプレ充填された試験物質のタイプ、量および／または組み合わせの効力の試験し、次いで試験完了後にキットを廃棄する。場合によって、一部の試験位置は、コントロール位置として使用されてもよく、ここで試験物質および／または生体物質は、コントロール試験位置では挿入されない。

試験容器は、サーモクロミックセンシングを用いる試験物質の自動試験を促進するシステムのコンパートメントに脱着可能に挿入されるように構成されてもよい。一部の実施において、試験容器は、このコンパートメントの適合性フィーチャと係合した機械的保持フィーチャを有するカートリッジとして構成されてもよい。図９Ａは、一部の実施形態に従ってサーモクロミック温度センシング試験システム９００のブロックダイアグラムを示す。一部の実施形態において、試験システム９００は、周囲環境、例えば試験容器９０２の光、温度、湿度、ガス組成、ＣＯ_２濃度などおよび／または試験中のシステムの他の構成要素を自動的に制御するように構成されたインキュベータ９０５を含む。試験容器の環境が制御されない試験システムまたは追加の熱補償が必要とされるもしくは所望される試験システムにおいて、温度の変動を説明するように構成された回路網９３０を使用してもよい。温度補償回路網９３０は、温度作用ひいては生体物質によるエネルギー変換以外の因子によって生じるサーモクロミック材料のスペクトルシフトを補償するように構成された補償回路網に結合された温度センサを含んでいてもよい。これらの温度作用は、室温の変動によって生じる場合があり、個々の試験ウェル１０１のために使用される光学温度測定範囲の最大温度測定範囲より大きくてもよい。故に、個々の試験ウェル、個々の試験ウェルの群またはすべての試験ウェルの温度は、温度補償回路網９３０で調節できる。温度補償回路網９３０は、加熱器、冷却器、抵抗加熱器、放射加熱器、熱交換器、給水器、熱電冷却器、ペルチェ素子、蒸発冷却器、温度センサ、サーミスタ、サーモカプラ、およびサーモクロミック材料の波長シフト検出に基づく光学温度読出センサ（例えば１９１および１９０）を含有してもよい。

一部の実施形態において、試験容器９０２は、試験位置１０１に流体的に結合された流体チャンネル１８５Ｂ（図１に示す）を含み、結果としてホストインキュベーションおよび読出システム９００からの熱平衡化液体、例えば主に水系の液体が、消毒剤の添加を潜在的に伴って、試験容器９０２に接続できる。流体チャンネル１８５Ｂは、流体を、試験位置および／またはコントロール位置付近の試験容器の熱交換領域に導入できる。試験容器９０２への熱平衡化液体のマスフローは、例えばガスを循環させることによる熱交換または純粋な放射熱交換よりも迅速でより安定な方法で、試験部位１０１の内容物を含むデバイス温度を熱平衡化する。

一部の実施形態において、試験容器９０２は、試験位置１０１に流体結合された流体チャンネル１８５Ａ（図１に示す）を含み、結果として試験物質は、これらの流体チャンネルを通っていくつかのまたはすべての試験位置に満たされることができる。

図９Ａによって示されるように、試験容器９０２は、試験システム９００のコンパートメント９０１に着脱可能に挿入されてもよいカートリッジとして構成できる。試験容器９０２は、機械的フィーチャ９０２Ａ、例えば突起を含み、これが機械的フィーチャ９０１ａ、例えばコンパートメントのスロットと係合して、コンパートメント９０１内に試験容器９０２を機械的に位置付け、保持する。加えて、試験容器９０２は、人（例えば英数字の組み合わせ、シリアル番号または名称）、あるいは適切な機械（例えばバーコードまたはＱＲコード（登録商標））によって読み取られることができる独自のマーキングまたは識別子を保持できる。試験容器９０２はまた、測定試験領域を規定する位置合わせマーキング、例えば各試験容器１０１について各サーモクロミック材料領域１１０（図２を参照）、１１１（図３を参照）の周りのブルーリング、座標系を形成するライン、試験容器上にいくつかの位置での位置合わせクロスで標識できる。特に、カメラシステム（ＲＧＢ、差分照明、ハイパースペクトル、ダイクロイックミラーマルチプレックスカメラなど）は、サーモクロミック材料のマルチプレックス読出として作用する場合、試験容器上のマーキングは、自動読出のための関心領域（ＲＯＩ）、すなわち試験位置１０１を示し得る。マーキングはまた、座標系を提供することによって関心領域を示し得る。この場合関心領域は、既知の予備規定された座標に位置し得る。

システム９００は、測定光を生じ、試験容器９０２の試験位置に対して測定光を指向させるように構成された測定光源９１０を含むことができる。光源９１０は、測定光を発光するように構成された光エミッタ、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）、ランプおよび／またはレーザーおよび試験容器の試験位置に測定光を指向させるように構成される構成要素を含む。一部の実施において、測定光は、試験容器の試験位置にわたって測定光を走査することによって、例えばミラーを走査することによってまたはミラーもしくはミラーアレイを回転させることによって（デジタルライトプロセッシング）、または音響工学モジュレータによってまたは位相アレイ光学系によって複数の試験位置に対して光学的にマルチプレックスまたは指向される。一部の実施において、測定光走査は、例えばレンズおよび／またはミラーアレイを用いて、複数の試験位置にわたって固定測定光エミッタにより実施されてもよい。一部の実施形態において、試験位置にわたって測定光を走査することは、光源および試験容器を互いに物理的に移動させることによって実施されてもよい。一部の実施形態において、測定光は、光学導波管を通して試験位置に指向されてもよい。一部の実施形態において、測定光は、試験関心領域のサブセットに到達してもよく、または測定光は、例えば試験容器のすべてのサーモクロミック材料領域の総面積を照明することによって同時に試験領域すべてに到達してもよい。

一部の実施形態において、測定光は、個々に対処可能な２つ以上の区別可能な測定光源または測定光特徴を含んでいてもよい。例えば、異なるスペクトル発光特徴を示す２つ以上の個々に切替可能なＬＥＤは、測定光源として作用できる。これらの光源は、異なるスペクトルレジームにおいてサーモクロミック液晶の反射率を交互にプローブできる。光強度検出器、例えばモノクロカメラは、この場合第１のＬＥＤの光スペクトル、および次いで第２のＬＥＤの光について空間的に分解された反射光の強度値を比較できる。故に、一部の実施形態において、非常に異なるスペクトル特徴を有するＬＥＤは、波長シフトを測定するためにモノクロム光検出器で利用できる。あるいは、単一の広い光源（例えばランプ、蛍光体コーティングを有するＬＥＤなど）が測定光を提供するために使用でき、反射光、透過光または散乱光の色識別は、ＲＧＢカメラを用いて行われることができる。ＲＧＢカメラのスペクトル選択性は、人の目の色選択性を表すことを目的とし、故に色選択性の選択は、ＲＧＢカメラが検出器として使用される場合に限定されてもよい。一部の実施形態において、光の異なるフィルタ（例えば誘電透過フィルタ、吸収透過フィルタ）を連続して利用する色感受性カメラシステムが使用でき、またはいくつかの画像センサを使用するカメラシステムが使用でき、進入光は図９Ｂを参照して以下に議論されるように、ダイクロイックミラーのような色選択性素子によって分割される。

システム９００は、試験容器のサーモクロミック材料から放射される光、例えば反射、散乱および／または蛍光のスペクトルにおいて変化を検出するように構成された１つ以上の光学検出器を含む検出器サブシステム９２０を含む。センサは、フォトダイオード、フォトトランジスタ、光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード、波長シフト検出器、ＲＧＢカメラ、ハイパースペクトルカメラ、スペクトロメータ、分光器、ダイクロイックミラー撮像面分割型画像センサ、フーリエ分光計、およびダイクロイックミラー撮像面分割型センサの１つ以上を含んでいてもよい。一部の実施形態において、センサと試験位置との間の１対１対応が存在してもよい。他の実施形態において、試験位置よりも少ないセンサが存在してもよく、複数の試験位置から放射される光が、単一のセンサに光学的にデマルチプレックスされる。一部の実施において、光学デマルチプレックスは、異なる期間の間に、複数の試験位置それぞれから放射される光をセンサに選択的に指向することによって達成されてもよい、例えば可動ミラー、例えば走査ミラーまたは回転ミラーまたはミラーアレイ（デジタルライトプロセッシング）を用いるデマルチプレックス、または音響工学モジュレータによるもしくは位相アレイ光学系によるデマルチプレックス。一部の実施において、光学マルチプレックスは、試験容器に対してセンサを物理的に移動させることによって、および／またはセンサに対して試験容器を物理的に移動させることによって達成されてもよい。検出器サブシステム９２０の出力は、放射光のスペクトル変化を検出、分析および／またはモニターするように構成されるプロセッサ９４０に提供できる。プロセッサ９４０は、試験結果を分析するようにおよび／または試験結果のレポートをフォーマットに作成するように構成されてもよく、このフォーマットはコンピュータ制御のユーザーインターフェース９５０を介して表示でき、送信でき、またはいずれかの方法でユーザーに伝搬できる。一部の実施形態において、プロセッサ９４０は、試験が行われているときに連続アップデートをユーザーインターフェース９５０に送信してもよく、ここでユーザーインターフェースは連続的にそのディスプレイをアップデートし、ユーザーは試験結果の通知を迅速に受けることができる。一部の実施において、プロセッサ９４０は、ユーザーインターフェース９５０に送信される警告シグナルを生じるように構成されてもよく、ここでユーザーインターフェース９５０は、プロセッサ９４０によって送信される警告シグナルに基づいて警告、例えば聴覚および／または視覚警告を生じる。

図９Ｂは、一部の実施形態に従ってサーモクロミック温度センシング試験システム９００の一部９６０を示す。図９Ｂに示されるシステムの一部は、一部の実施形態に従って試験物質の自動試験を促進する２つのカラーチャンネル９７１、９７２を含む。図９Ｂにおいて、試験位置９６２Ａにて配設されるサーモクロミック材料を有する複数の試験位置９６２Ａを含む試験容器９６２は、インキュベータ９６１内に配設されるように示される。インキュベータ９６１は、試験容器９６２の周囲環境を制御する。測定光は、例えば広いバンドの測定光を提供する１つ以上の発光デバイスを含む測定光源９６５によってシステム９６０に提供される。試験容器９６２の空間的な領域９６２Ｂからの光は、ダイクロイックミラー９７０によって２つのチャンネルに分離される。結像光学系、例えばレンズ９８１〜９８３は、空間領域９６２Ｂ、例えば試験容器９６２とダイクロイックミラー９７０との間および／または２つのカラーチャンネル９７１、９７２の一方もしくは両方において光の経路に配設されてもよい。レンズ９８１は、ダイクロイックミラー９７０上にある空間領域９６２Ｂからの光を結像する。ダイクロイックミラー９７０は、２つの異なるカラーチャンネル９７１、９７２に光を分離し、各カラーチャンネルはカメラ９９１、９９２と関連する。各カラーチャンネル９７１、９７２は、異なる波長において、実質的に同じ空間領域９６２Ｂの画像９６２Ｂ−１、９６２Ｂ−２を提供する。ダイクロイックミラー９７０は、中心波長λ_中心を有し、こうしてλ_中心より大きい波長を有する光が第１のカラーチャンネル９７１においてカメラ９９１に指向され、λ_中心未満の波長を有する光が第２のカラーチャンネル９７２においてカメラ９９２に向かって指向される。

画像９６２Ｂ−１、９６２Ｂ−２が十分に同一ではない場合、画像９６２Ｂ−１、９６２Ｂ−２における転換、回転またはスケーリング変換が使用されて、画像をオーバレイでき、結果としてそれらは、実質的に同じ空間領域９６２Ｂを表す。画像９６２Ｂ−１、９６２Ｂ−２は、通常、１つ、いくつかまたはすべての試験位置９６２Ａを含有し、試験位置９６２Ａに配設されるサーモクロミック材料を含んでいてもよい。一部の実施形態において、画像９６２Ｂ−１、９６２Ｂ−２は、マーキングのような追加情報を含む。追加のマーキングは、コンピュータビジョンおよび画像処理の周知の技術によって同定されてもよく、それらは較正データ、患者データ、機械的位置合わせなどのような操作パラメータを有するシステムを提供してもよい。マーキングに含有されるいずれかの関連情報は、システムのプロセッサ９４０において処理できる（図９Ａ参照）。画像９６２Ｂ−１、９６２Ｂ−２は、各画像ピクセルについて異なる波長領域において異なる光強度の表示を含む。

一部の実施形態において、空間領域９６２Ｂにおけるサーモクロミック材料から放射される光は、画像９６２Ｂ−１、９６２Ｂ−２に含まれる。これらの実施形態において、色画像９６２Ｂ−１、９６２Ｂ−２における各ピクセルについて波長シフトを計算することによって結像領域の温度マップを得ることができる。ピクセルの群は、所与の画像において関心領域（ＲＯＩ）に組み合わせてもよい。ＲＯＩ内において、ピクセルの組み合わせは、例えばＲＯＩの強度を表すために、ＲＯＩのピクセル値に基づいてＲＯＩのピクセルの平均強度、ＲＯＩの合計強度、ＲＯＩの中央強度、またはいずれかの他の数学的操作を計算することによってプロセッサ９４０により行われてもよい。一部の実施形態において、画像上のＲＯＩは、実質的には試験位置９６２Ａとオーバラップする。複数のＲＯＩは各画像において規定でき、特に画像の各試験位置９６２Ａは少なくとも１つのＲＯＩと関連し得る。ＲＯＩは、それと関連する少なくとも２つの値を有する。これらの２つの値は、少なくとも２つのカラーチャンネルを起源とする光強度を表す。ＲＯＩの波長シフトは、例えば、２つのカラーチャンネルにおけるＲＯＩの平均値を他方から差し引き、その値を２つのＲＯＩ平均値の合計で除することによって計算されてもよい。一部の実施形態において、ハイパースペクトルカメラシステムは、ＲＯＩの波長シフトを決定するために使用される。こうしたシステムにおいて、波長に対するピーク強度は、ＲＯＩの最も高い強度を有する波長領域の画像を見出すことによって決定されてもよい。こうした状況において、カラーフレーム間のＲＯＩの強度値を外挿することが可能となり得る。一部の実施形態において、ＲＧＢカメラシステムが使用される。ＲＯＩの波長シフトは、３つのチャンネルの１つ、例えばブルーチャンネルを省略し、レッドおよびグリーンチャンネルを上記で記載される２つのチャンネルとして処理することによって計算されてもよい。レッドおよびグリーンチャンネルを付加し、この合計を第１のカラーチャンネルとして、上記で記載されるような第２のカラーチャンネルを提供するブルーチャンネルで処理することも可能となり得る。

カメラに基づく検出システムを用いて、上記で記載されるようなＲＯＩにおける波長シフトを決定するいくつかの方法がある。一部の実施形態において、ＲＯＩは試験位置９６２ａを含有でき、サーモクロミック材料は試験位置に熱的に結合される。故に、ＲＯＩの波長シフトはそのＲＯＩの温度に関連でき、それによって試験容器の試験位置の温度に関連できる。理想的には、カメラシステムは、経時的に試験位置の温度進展を計算するためにすべての試験位置およびすべての陽性および陰性コントロール位置を結像し、それを陽性コントロール位置温度進展と経時的に比較することによって分析する。

上記で記載されたシステム実施形態のいずれかは、容器における局所波長シフトをトレースすることによって試験容器の多くの位置の温度進展をトレースするのに適している。少なくとも１つのサーモクロミック材料が少なくとも関連する試験位置およびコントロール位置において試験プレートにわたって分配されることを仮定すれば、局所的な波長シフトは、プレート上の局所的な温度を表す。

周囲温度変化は、個々の試験位置中／試験位置上の温度変化に独立して、試験プレート全体の波長シフトに影響する。これらの周囲温度変化は、試験プレートにわたって必ずしも均質ではない。試験位置の温度変化は、試験物質を含有しない隣接コントロール位置の温度変化によって参照されることができ、それによって周囲温度変動のコモンモード除去のための試験位置として作用する。コントロール位置は、試験位置を囲んでもよく、または試験位置とは異なるサイズまたは形状を有していてもよいことが注目に値する。特に、コントロール位置は、生体物質を含有しなくてもよく、故にこのコントロール位置は、周囲温度変化をトレースする陰性コントロール位置として作用する。各測定時点において陰性コントロール位置の温度を試験位置の温度から差し引くことによって、周囲温度変化に独立して試験位置の温度変化を時間を通して一次までトレースする。陽性コントロール位置は、生体物質の代謝およびそのコロニー増殖を阻害できる薬剤を有していない生体物質を含有する。実際、システム条件、例えば公称周囲温度、周囲ガス組成などは生体物質の増殖を促進するように選択されるべきである。陽性コントロール位置は、他の試験位置が補正される同じ方法で、陰性のコントロール位置からの読取値を用いて周囲温度変化について補正されてもよい。

図１０Ａは、スペクトル分布の中心を決定するために、図９Ａにおいて議論される検出器サブシステム９２０として使用できる波長シフト検出器１０００を概念的に示す。それによって、例えばサーモクロミック材料から放射される光のスペクトルのシフトの存在および／または量は、スペクトル光分布の２つ以上の中心を比較することによって決定できる。サーモクロミック材料から放射され、中心波長λ_ｉによって特徴付けられる光１０１０は、スペクトル変動する光透過構造１０２０に対するインプット光である。透過構造１０２０は、その出口表面１０２０Ａの横軸１０９９に沿った位置の関数として透過関数が変動するように、横変透過関数を有する。透過関数の変動は、例えば勾配に従う波長に関する強度変動を含むことができ、この勾配は横軸１０９９に沿って継続して均一に変動する場合に、一定の透過勾配であり得る。透過関数の変動は、横軸１０９９に沿ったステップ様の様式において波長に関して強度が変動する場合に、スパイク様の透過勾配であり得る。より一般的には、光は、インプット光に応答して、透過光またはアウトプット光が波長の関数として横方向の位置で変動する場合に、横変を伴う透過光として本明細書で記載され、この横方向の位置での変動はインプット光には存在しなかった。横方向位置での変動を、領域１０４２および１０４４によって図１０Ａに示す。示されるように、透過構造１０２０の領域１０４２は、波長λ_ａ付近を中心とするサブ範囲にサブバンドの光を伝搬する。同様に、領域１０４４は、波長λ_ｂ付近を中心とするサブ範囲においてサブバンドの光を伝搬する。結果として、線１０４６および１０４８によってそれぞれ表される領域１０４２および１０４４からの光は、異なる位置でフォトセンシング構成要素１０６０に入射する。中心波長λ_ａによって特徴付けられる光は、位置１０６２にてフォトセンシング構成要素１０６０の部分によって主に検出される。中心波長λ_ｂによって特徴付けられる光は、位置１０６４にてフォトセンシング構成要素１０６０の部分によって主に検出される。インプット光１０１０を特徴とする中心波長が初期にλ_ａである場合、インプット光の波長のλ_ｂへの変化は透過構造１０２０を出る光の位置の変化を生じる。この位置変化は、フォトセンシング構成要素１０６０の位置１０６２および１０６４において検出される光の変化によって示される。より一般的には、波長λ_ａおよびλ_ｂでの入射光の強度間の相違は、位置１０６２および１０６４の位置にて検出された光の差異によって示されることができる。波長λ_ａおよびλ_ｂ間の波長シフトまたは透過構造１０２０の表面１０２０Ａでの波長分布の別の変化は、位置１０６２および１０６４にて提供される光子の関連する量を変化させることができ、２つの位置で提供される量が、それらの変化前とは異なる変化後の互いの関係を有することを意味する。例えば、量は、増大または低減し得るが、１つの位置での量が他方の位置での量より大きいまたはより小さい部分になるような量である；１つの位置での量は、他方の位置での量よりも小さいものから大きいものへ変化でき；または１つの量は増大し得るが、他方は低減し得る；など。これらのタイプの変化すべてが経時的に生じ得る。

図１０Ａは、ピークエネルギー値を有する光サブバンドを有する２つの異なる入射スペクトルパターンに応答してフォトセンシング構成要素１０６０にわたって光強度と位置との間の関係を示す。波長λ_ａでのピーク強度を有する第１のパターンは、曲線１０６６によって表される強度分布を有するフォトセンシング構成要素１０６０上の光スポットをもたらす。波長λ_ｂにピーク強度を有する第２の分布は、同様に、曲線１０６８によって表される強度分布を有する光スポットをもたらす。理解されるように、透過構造１０２０からのインプット光１０１０の狭い光バンドがλ_ａからλ_ｂに連続的に推移する場合に、曲線１０６６によって表される第１の光スポットは、それが曲線１０６８によって表される第２の光スポットの位置に到達するまでに、経時的に連続する一連の位置をたどり得る。

グラフはまた、第１および第２の光スポットに応答して、位置１０６２および１０６４によってセンシングされる光子の量を示す。第１のスポットがフォトセンシング構成要素１０６０に提供される場合、フォトセンシング構成要素１０６０の位置１０６２は、位置１０６２によってセンシングされる光子の量にほぼ比例した測定量Ｉ_１、すなわちＩ_ａ１を生じ、位置１０６４によってセンシングされる光子の量にほぼ比例した測定量Ｉ_２、すなわちＩ_ｂ１を生じる。Ｉ_１およびＩ_２は、例えば位置感受性光検出器によって得られる光電流であることができる。第２スポットがフォトセンシング構成要素１０６０上にある場合、位置１０６２は、Ｉ_ａ２に比例する量をセンシングし、位置１０６４はＩ_ｂ２に比例する量をセンシングする。わかるように、位置１０６２および１０６４によってセンシングされる相対量は変化し、第１のスポットの相対的な量（Ｉ_ａ１／Ｉ_ｂ１）は１より大きく、第２のスポットの相対量（Ｉ_ａ２／Ｉ_ｂ２）は１より小さい。同様に、差異（Ｉ_ａ１−Ｉ_ｂ１）は正の量である一方で、差異（Ｉ_ａ２−Ｉ_ｂ２）は負の量である。さらに、同様の比較が他の隣接または付近の位置で行われる場合、各スポットのピーク強度位置は、最も高いセンシング量を有するフォトセンシング構成要素上の位置を見つけることによって、近似できる。

一部の実施形態において、隣接またはオーバーラップスペクトル領域の強度は、積算され、分布における波長シフトを決定するために比較される。フォトセンシング構成要素１０６０は、２つの検出器を含んでいてもよく、スペクトル領域にわたる積算は、２つの検出器、例えばフォトダイオード、スプリットフォトダイオードまたは光電子倍増管（ＰＭＴ）を用いて、２つの隣接領域１０６２、１０６４を測定することによって行われることができる。

スペクトル変動する透過構造１０２０は、線形変動性フィルタまた空間分散素子（例えばプリズム、格子など）を含むことができる。フレキシブル測定のために、スタックされたまたは多極のＰＭＴが分光器に使用できる。測定は、少なくとも約０．０１Ｈｚから少なくとも約１ＭＨｚまでまたはそれ以上の周波数で行われてもよい。横変透過構造１０２０および位置感受性フォトセンシング構成要素１０６０の組み合わせは、波長シフトを、１０フェムトメートル（ｆｍ）より顕著に小さいまたはさらに５ｆｍよりも小さい、例えば約３ｆｍに分解し得る。フォトセンシング構成要素１０６０の個々のフォトダイオードは、トランスインピーダンスアンプ１０８０で増幅される光電流Ｉ_１およびＩ_２を生じることができる。シグナル減算および加算は、分析器によってサンプリングの前に優れたノイズ性能のためにアナログ回路を用いて行われてもよい。次いで波長分布の中心は、λｉ〜（Ｉ_１−Ｉ_２）／（Ｉ_１＋Ｉ_２）によってコンピュータ計算できる。一部の実施形態において、波長シフト検出器１０００の総サイズは、フォトセンシング構成要素１０６０のサイズに近づくことができ、これは載置および長期間の安定性に有益である。本明細書に開示されるサーモクロミック温度センシング手法と関連して使用できるインプット光の波長シフトの測定を含む追加の情報は、同一出願人の米国特許第７，７０１，５９０号に記載されている。

図１０Ｂは、スペクトル検出器１０７０の別の実施形態を示す。測定光に応答するサーモクロミック材料（図１０Ｂには図示せず）から放射される光１０７１のすべての波長は、ダイクロイックミラー１０７２を通って指向される。ダイクロイックミラー１０７２は、特定の波長領域を反射するが、他の波長領域は透過する。例えばダイクロイックミラー１０７２は、すべての波長λ_１＜λ_中心を透過し、すべての波長λ_２＞＝λ_中心を反射できる。２つの異なる検出器である第１の検出器１０８１および第２の検出器１０８２は、ダイクロイックミラー１０７２からの透過光および反射光を回収するように配設される。検出器１０８１は、ミラーの中心波長λ_中心よりも小さい波長領域に含有される総光強度を測定するために使用されてもよく、検出器１０８２は、ミラーの中心波長λ_中心よりも大きい波長領域に含有される総光強度を測定するために使用されてもよい。中心波長付近を中心とするスペクトル分布に関して、両方の測定された光強度は、同一である（曲線１０７１Ａ）。より長い波長にシフトするスペクトル分布（曲線１０７１Ｂ）に関して、検出器１０８２は、検出器１０８１よりも高い光強度を測定する。故に上記で記載される方法を用いて使用されるこの検出器は、スペクトル光強度分布を検出する別の方法を示す。

一部の実施形態において、追加の光学素子１０７５が光検出経路に導入されてもよい。例えば、検出器１０８１、１０８２の前の追加のバンドパスフィルタは、所与の温度変化に関して最大シフトを示すスペクトル領域に検出された光を制限するために使用されてもよい。一部の実施形態において、追加の光学素子１０７５は結像レンズを含んでいてもよい。結像は、光検出器が画像検出器、例えばカメラである場合に、特に興味深い場合がある。完全な試験容器の全領域が照明されてもよく、複数の試験部位からの測定光は、試験容器を少なくとも２つのカメラ上で結像させることによって、図１０Ｂに示されるようなスキームにおいて同時にセンシングされてもよい。同時に撮影された２つの画像に関して、色分布、ひいてはすべての試験位置の温度は、ここで両方のカメラにおいて各試験位置に適切なピクセルの記録強度を測定することによって測定できる。試験容器における追加のマーキングは、画像中の試験位置を同定するために使用されてもよい。

サーモクロミックセンシングは、種々の医薬品、例えば抗生物質、抗菌剤、抗真菌剤、癌薬剤などの効力試験するような種々の試験プロトコルのために使用されてもよい。図１１Ａのフローダイアグラムは、一部の実施形態に従うサーモクロミック試験プロセスを示す。生体物質を、サーモクロミック試験容器の試験位置に配設された培地に挿入する（１１０１）。一部の実施形態において、試験物質も培地に配設される。生体物質は、試験位置に位置するサーモクロミック材料に熱的に結合される。サーモクロミック材料から放射される光のスペクトルシフトを検出する（１１０２）。スペクトルシフトは、生体物質によるエネルギー変換によって生じる温度変化に応答して生じる。生体物質によって変換されたエネルギーの量および／または割合は、スペクトルシフトに基づいて決定されてもよい（１１０３）。例えば、一部の実施において、生体物質は病原体であり、生体物質によって変換されたエネルギーの量および／または割合は、試験物質、例えば抗生物質に対する生体物質の感受性を示す。一部の実施において、生体物質は、細胞または組織培養液であり、生体物質によって変換されたエネルギーは、突然変異または細胞もしくは組織培養液に対する試験物質の他の作用に関連し得る。

上記で議論されるように、サーモクロミックセンシングは、抗生物質または抗菌剤感受性試験に特に有用である。抗菌剤感受性試験の目的は、病原体の可能性としての薬剤耐性を検出すること、および特定の感染のために選択された薬剤に対する病原体の感受性を保証することである。抗菌剤感受性試験は、定量的な結果、例えば抗菌剤試験物質の最小阻害濃度を提供してもよく、および／または病原体に対して試験物質の効力の定性的評価を提供してもよい。多くの細菌によって示される耐性の新規および新興機構は、耐性を正確に検出するためにＡＳＴの能力に関するビジランスが必要である。これらの耐性の新興機構の観点において特に、細菌分離株の抗菌剤に対する感受性レベルの表現型の測定が、今後数年間臨床に関連し続ける可能性がある。

ＡＳＴは、微生物の複製における薬剤の作用を測定し、どの薬剤が細菌を死滅するのに最も適しているかを決定する。ＡＳＴは、どの薬剤がインビボで最良に作用するかを予測するためにインビトロで平行して多くの薬剤を試験してもよい。故に、ＡＳＴは、薬剤の広いサンプルを試験してもよく、結果として処置選択を、特定の細菌のために最も有効な抗菌薬剤に向けることができる。

図１１Ｂは、一部の実施形態に従って試験プロセスを示すフローダイアグラムである。サーモクロミックセンシング試験容器の試験位置は、サンプルで満たされる（１１１２）。サンプルは、培地、生体物質、試験されるべき物質、例えば抗生物質、および一部の実施形態においてはサーモクロミック材料の１つ以上を含んでいてもよい。サンプルおよびサンプル付近の他の構造、例えば試験位置およびコントロール位置は、インキュベーションチャンバにおいて熱平衡化される（１１１４）。試験位置およびコントロール位置を含む試験容器の１つ以上の領域は、測定光で照明される（１１１６）。領域の画像は、カメラシステムによって検出される（１１１８）。一部の実施において、領域の複数の画像が検出され、画像の位置合わせフィーチャは、画像を位置合わせするためにレジストレーションされる（１１２０）。画像間の変換は、位置合わせに基づいて計算される。画像内の関心領域が同定される（１１２２）。例えば、関心領域は、試験位置ならびに／あるいは陽性および／または陰性参照コントロール位置を含んでいてもよい。画像の関心領域の光強度（１１２４）および波長シフト（１１２６）が決定される。関心領域の温度が決定され（１１２８）、これは試験位置ならびに陽性および／または陰性コントロール位置の温度を決定することを含む。工程（１１１８）から（１１２８）によって示されるプロセスは、試験の結論まで繰り返される。関心領域の温度変化を分析する（１１３０）。温度変化に基づくいずれかの重要な知見が報告される（１１３２）。一部の実施形態において、位置合わせフィーチャのレジストレーションおよび画像間の変換の計算は、それぞれの測定ループの間に行われるよりむしろ、一回行われて試験のために使用されてもよい。

相当量の細菌分離株の現在の試験は、共通の病原体における可能性としての薬剤耐性を検出するために１２〜２４時間かかる。本明細書で議論されるサーモクロミックセンシング手法は、インキュベーション容器、例えばインキュベーション試験ウェルの温度をモニターするために光学熱量測定を使用し、それによって病原体培養液の増殖を決定する。開示された手法は、検出感度を顕著に増大させることによってＡＳＴを加速でき、終点測定によるのではなくむしろ、実際の時間で細菌増殖（またはその不存在）をモニターする能力を提供する。一部の実施形態において、本明細書に記載されるサーモクロミックセンシング技術の使用は、現在の手法に比較した場合に、６０％を超えて、７０％を超えて、またはさらに８０％を超えて、抗生物質の最小阻害濃度を得るために必要とされる時間を短縮できる。図１２Ａは、一部の実施形態に従ってサーモクロミックセンシングを用いる熱光学抗菌剤感受性試験のためのプロセスを示すフローダイアグラムである。患者サンプルが血液培養機器による増殖に関して陽性としてフラッグされた後（１２１０）、サンプルのアリコートはグラム染色に供され（１２２０）、グラム陰性またはグラム陽性として細菌を同定する。血液培養培地から分離し、適切な濃度に懸濁した後、細菌をＴＯＡＳＴ用の試験容器に導入する（１２３０）。細菌は、試験容器の試験位置の培地中で培養し（１２４０）、ここで異なる試験位置は、異なるタイプ、濃度および／または組み合わせの抗生物質を含有する。サーモクロミック材料は試験位置に配設され、細菌のエネルギー変換をセンシングするために熱的に結合される。試験位置それぞれのサーモクロミック材料から放射される光のスペクトルシフトを検出する（１２５０）。異なるタイプ、濃度および／または組み合わせの抗生物質に対する細菌の感受性はスペクトルシフトに基づいて決定される（１２６０）。

図１２Ｂは、一部の実施形態に従ってサーモクロミックセンシングを用いるためのプロセスを示すフローダイアグラムである。患者サンプルが血液培養機器による増殖に関して陽性としてフラッグされた後（１２１０Ｂ）、サンプルのアリコートはグラム染色に供され（１２２０Ｂ）、グラム陰性またはグラム陽性として細菌を同定する。培養液は、例えば標準生化学試験または迅速質量分析法を介して同定試験に供される（１２３０Ｂ）。細菌の同定の後、細菌をＴＯＡＳＴのために試験容器に導入する（１２４０Ｂ）。細菌は、試験容器の試験位置にて培地中で培養し（１２５０Ｂ）、ここで異なる試験位置は、異なるタイプ、濃度および／または組み合わせの抗生物質を含有する。サーモクロミック材料は試験位置に配設され、細菌のエネルギー変換をセンシングするために熱的に結合される。試験位置それぞれのサーモクロミック材料から放射される光のスペクトルシフトを検出する（１２６０Ｂ）。異なるタイプ、濃度および／または組み合わせの抗生物質に対する細菌の感受性はスペクトルシフトに基づいて決定される（１２７０Ｂ）。

図１３Ａは、一部の実施形態に従ってサーモクロミックセンシングを用いる細菌同定および熱光学抗菌剤感受性試験のためのプロセスを示すフローダイアグラムである。患者サンプルが血液培養機器による増殖に関して陽性としてフラッグされた後（１３１０）、サンプルのアリコートはグラム染色に供され（１３２０）、グラム陰性またはグラム陽性として細菌を同定する。血液培養培地から分離し、適切な濃度に懸濁した後、細菌を同定（１３３０）用およびＴＯＡＳＴ（１３５０）用の試験容器に導入する。同定（１３３０）のために、細菌は、試験容器の試験位置にて培地中で培養され（１３３５）、ここで異なる試験位置は、異なるタイプ、濃度および／または組み合わせの試験物質および指標物質を含有する。サーモクロミック材料は試験位置に配設され、細菌のエネルギー変換をセンシングするために熱的に結合される。試験位置それぞれのサーモクロミック材料から放射される光のスペクトルシフトを検出する（１３７０）。細菌の同定は、例えば図８の記載において説明されるように、スペクトルシフトに基づいて決定される（１３７５）。加えて、試験物質および指標物質の存在下、細菌のインキュベーションから得られた増殖培地の色変化を検出する（１３４０）。細菌同定は、増殖培地の色変化に基づいて決定される（１３４５）。ＴＯＡＳＴ（１３５０）のために、細菌は、試験容器の試験位置にて培地中で培養し（１３５５）、ここで異なる試験位置は、異なるタイプ、濃度および／または組み合わせの抗生物質を含有する。サーモクロミック材料は試験位置に配設され、細菌のエネルギー変換をセンシングするために熱的に結合される。試験位置それぞれのサーモクロミック材料から放射される光のスペクトルシフトを検出する（１３６０）。異なるタイプ、濃度および／または組み合わせの抗生物質に対する細菌の感受性はスペクトルシフトに基づいて決定される（１３６５）。

図１３Ｂは、一部の実施形態に従ってサーモクロミックセンシングを用いる細菌同定および熱光学抗菌剤感受性試験のためのプロセスを示すフローダイアグラムである。患者サンプルが血液培養機器による増殖に関して陽性としてフラッグされた後（１３１０Ｂ）、サンプルのアリコートはグラム染色に供され（１３２０Ｂ）、グラム陰性またはグラム陽性として細菌を同定する。血液培養培地から分離し、適切な濃度に懸濁した後、細菌を同定（１３３０Ｂ）用および抗菌剤感受性試験ＴＯＡＳＴ（１３５０Ｂ）用の試験容器に導入する。同定のために、細菌は、試験容器の試験位置にて培地中で培養し（１３３５Ｂ）、ここで異なる試験位置は、異なるタイプ、濃度および／または組み合わせの試験物質および指標物質を含有する。サーモクロミック材料は試験位置に配設され、細菌のエネルギー変換をセンシングするために熱的に結合される。試験位置それぞれのサーモクロミック材料から放射される光のスペクトルシフトを検出する（１３４０Ｂ）。細菌の同定は、スペクトルシフトに基づいて決定される（１３４５Ｂ）。ＴＯＡＳＴのために、細菌は、試験容器の試験位置にて培地中で培養し（１３５５Ｂ）、ここで異なる試験位置は、異なるタイプ、濃度および／または組み合わせの抗生物質を含有する。サーモクロミック材料は試験位置に配設され、細菌のエネルギー変換をセンシングするために熱的に結合される。試験位置それぞれのサーモクロミック材料から放射される光のスペクトルシフトを検出する（１３６０Ｂ）。異なるタイプ、濃度および／または組み合わせの抗生物質に対する細菌の感受性はスペクトルシフトに基づいて決定される（１３６５Ｂ）。

図１３Ｃは、一部の実施形態に従ってサーモクロミックセンシングを用いる細菌同定および熱光学抗菌剤感受性試験のためのプロセスを示すフローダイアグラムである。患者サンプルが血液培養機器による増殖に関して陽性としてフラッグされた後（１３１０Ｃ）、サンプルのアリコートはグラム染色に供され（１３２０Ｃ）、グラム陰性またはグラム陽性として細菌を同定する。血液培養培地から分離し、適切な濃度に懸濁した後、細菌を同定（１３３０Ｃ）用およびＴＯＡＳＴ（１３５０Ｃ）用の試験容器に導入する。同定のために、細菌は、試験容器の試験位置にて培地中で培養し（１３３５Ｃ）、ここで異なる試験位置は、異なるタイプ、濃度および／または組み合わせの試験物質および指標物質を含有する。試験物質および指標物質の存在下、細菌のインキュベーションから得られた増殖培地の色変化を検出する（１３４０Ｃ）。細菌同定は、増殖培地の色変化に基づいて決定される（１３４５Ｃ）。ＴＯＡＳＴのために、細菌は、試験容器の試験位置にて培地中で培養し（１３５５Ｃ）、ここで異なる試験位置は、異なるタイプ、濃度および／または組み合わせの抗生物質を含有する。サーモクロミック材料は試験位置に配設され、細菌のエネルギー変換をセンシングするために熱的に結合される。試験位置それぞれのサーモクロミック材料から放射される光のスペクトルシフトを検出する（１３６０Ｃ）。異なるタイプ、濃度および／または組み合わせの抗生物質に対する細菌の感受性はスペクトルシフトに基づいて決定される（１３６５Ｃ）。

細菌は、生きている場合はセルあたり２ｐＷのオーダーで生じる。故に盛隆な病原体培養液は、有糸分裂または他の複製機構による培養増殖により、それらのエネルギー変換を経時的に増大させる。培養液の阻害されたまたは低下するエネルギー変換アウトプットは培養死を示す。抗菌剤感受性試験において、培養液の阻害または低下エネルギー変換アウトプットは、抗菌剤薬剤の効力に関連する。本明細書に記載される試験容器および／または波長シフト検出器と関連して記載されるサーモクロミックセンシング試験容器を用いるサーモクロミックセンシングは、約１００Ｈｚのサンプリング割合にてΔλ≒３ｆｍの波長変化を分解でき、これは約６０ナノケルビン（ｎＫ）の温度変化についての解像度を提供する。１４ビットの解像度でサンプリングされた５０ｎｍ／Ｋのスペクトルシフトを示すサーモクロミック材料を用いる場合に温度測定バンド幅は、約１ミリケルビン（ｍＫ）である。図１４Ａは、本明細書で議論された波長シフト検出器を用いて、サーモクロミックセンシングの１ｍＫ（約２９０分）の範囲にわたって、抗生物質を用いない場合（グラフ１４０１）と最小阻害濃度（ＭＩＣ）の抗生物質を用いる場合（グラフ１４０２）とに関して、増殖Ｅ．ｃｏｌｉコロニーについての時間に対する温度ΔＴ（Ｋ）の変化を示すグラフを示す。総試験体積は０．１ｍｌであると仮定すると、初期細菌濃度は、ｍｌあたり５０００００コロニー形成ユニットであることが仮定される。

図１４Ｂは、コロニー増殖の最初の２０分に対応するグラフ１４０１、１４０２の一部を示す。図１４ＢのΔＴ軸に沿った目盛線は、波長シフト検出器の６０ｎＫの解像度を示す。故に、本明細書に開示される手法を用いて最初の約１０〜２０分の試験は、抗菌剤試験のためのＭＩＣを同定するのに十分な増殖トレンドを示すことができることが、図１４Ｂのグラフから理解される。特に、阻害されていないコロニー増殖は試験部位の温度の指数関数的増大をもたらす。故に試験部位の上昇温度は、隆盛な細菌コロニーを示し、阻害された増殖と比較するために温度参照として使用できる。阻害されたコロニー増殖は、増殖が全く起こらない場合に、より小さな温度増大をもたらすか、または一定温度になる。故に生体物質の阻害されたおよび阻害されていない増殖を伴う試験部位は、経時的にそれらの異なる温度進展によって同定できる。故に生体物質は伴うが、増殖阻害剤は伴わない試験ウェルは、一部の実施形態において陽性のコントロール部位として作用する。抗菌剤感受性試験の間、異なる抗菌薬を有する異なる試験部位は、異なる時間での薬剤の作用を示し得る。１つの薬剤は、第２の薬剤よりも迅速に微生物に作用できるが、両方の薬剤は、対象とする細菌コロニーを阻害するのに有効であり得る。故に、異なる試験部位において温度の連続的な報告は、第２の薬剤の効力または第１の薬剤の第２の濃度の効力についてよりも早く特定薬剤の効力についての情報を与えてもよい。結果として、試験部位の差動温度の連続的な報告は、こうした試験部位の細胞生存率の連続的表示を提供し得る。終点測定とは異なり、こうした報告システムは、現在のところ最良に機能する試験物質について連続的にすべてのユーザーにアップデートできる。臨床診療において、医師は、自動化様式、例えば電子メールまたはテキストメッセージによって、対応するウェル中のエネルギー変換が長期間連続して低かった場合に、特定の患者に有効な第１の薬剤が同定されていることをＴＯＡＳＴシステムにより知ることができる。同時に、インキュベータの温度制御された環境内であっても周囲温度は、試験部位の温度上昇に比べて顕著にドリフトし得る。一部の実施形態において、生体物質を有していない陰性のコントロール部位またはウェルは、周囲温度のドリフトを評価するために使用される。

細菌増殖に限定されないが、これらを含む生体物質の増殖を阻害する試験物質の効力を評価するために、試験位置の温度進展を経時的にモニターする。試験プレートの完全なインキュベーションおよび読出システムへの初期挿入の後、温度は強く変動し、初期温度読取は無視されることが予測される。十分な温度安定化の後、陽性コントロール位置は、例えば１４０１に示されるように、温度変化を示す。生体物質の増殖を有効に阻害する試験物質を有する試験位置は、１４０２に示されるように温度進展を示す。増殖を阻害するだけでなく、細胞障害性または殺菌作用を生じ、結果としてネクローシスもしくはアポトーシスまたは生体物質の死もしくは代謝低減のいずれかの他の形態が誘導される試験物質は、陽性コントロール位置に比べて試験位置の温度低下をもたらす。経時的な温度変化は、一般に、陽性コントロール位置の１つと陰性コントロール位置の１つとの間にある。試験物質に対する生体の応答を決定するためにいくつかの計量が使用できる。単純な非限定例として、陽性コントロール位置と試験位置との間の温度差の絶対値は、試験位置での試験物質の阻害されない増殖を決定するために、実験期間の過程において、特定の閾値、例えば１０μＫ未満を維持する。あるいは同じ閾値計算は、いくつかの陽性コントロール位置の温度を平均することによって行うことができる。阻害または非阻害増殖計量のための別の例は、コントロール位置の絶対温度によって規格化される温度差であってもよい。計量の別の例は、時間に対する温度導関数の考慮であってもよい。評価手順の別の例は、温度−時間進展データへの曲線適合、例えば指数関数的増殖適合であってもよい。次いでコントロールおよび試験位置の個々の適合パラメータは、試験位置の生体物質の増殖またはその欠失を評価するために使用されてもよい。これらは、ＴＯＡＳＴシステムにおいて生じた基本的なデータから意味のある情報を抽出するために使用できる可能性としてのデータ評価概念の単なる例であることが理解される。生体および特定の試験の実際の意図に依存して、これらの概念またはその他が利用されてもよい。

特に断らない限り、明細書および特許請求の範囲において使用されるフィーチャサイズ、量および物理的特性を表現するすべての数は、用語「約」によってすべての場合に修飾されることが理解されるべきある。従って、反対のことが示されない限り、前述の明細書および添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本明細書に開示される教示を利用する当業者が得ようとする所望の特性に依存して変動し得る近似値である。終点によって数値範囲が使用されることは、この範囲内のすべての数字（例えば１〜５は１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４および５を含む）およびこの範囲内のいずれかの範囲を含む。

Claims (11)

1. 生体物質を培養するための培地を含有する１つ以上の試験位置を有する試験容器と、
   前記１つ以上の試験位置に熱的に結合されたサーモクロミック材料であって、前記サーモクロミック材料が前記サーモクロミック材料の温度変化に応答して前記サーモクロミック材料から放射される光のスペクトルシフトを示すように構成される、サーモクロミック材料と
   を含むデバイス。
2. 前記生体物質が、細菌、古細菌、原生生物、菌類、植物細胞、動物細胞、適切な宿主細胞中のウィルス、宿主細胞中のファージ、癌細胞、および組織細胞の１つ以上を含む、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記サーモクロミック材料から放射される光のスペクトルシフトが、前記サーモクロミック材料から放射される散乱光、反射光および蛍光の少なくとも１つのスペクトルシフトを含む、請求項１に記載のデバイス。
4. １つ以上の追加層をさらに含む、請求項１に記載のデバイスであって、前記追加層が、生体適合性層、光ブロッキング層、熱伝導層の１つ以上を含み、前記１つ以上の追加層が、前記サーモクロミック材料と前記培地との間に配設される、デバイス。
5. 生体物質を培養するための培地を含有する１つ以上の試験位置を有する試験容器と、
   前記１つ以上の試験位置に熱的に結合されたコーティングであって、前記コーティングが前記サーモクロミック材料の温度変化に応答して前記サーモクロミック材料から放射される光のスペクトルシフトを示すように構成されるサーモクロミック材料を含むコーティングと
   を含むデバイス。
6. 前記試験容器が、試験プレートを含み、
   前記１つ以上の試験位置が、試験プレートの試験ウェルであり、
   前記コーティングが、前記試験ウェルに熱的に結合した前記サーモクロミック材料の層である、
   請求項５に記載のデバイス。
7. １つ以上の追加層をさらに含む、請求項６に記載のデバイスであって、前記追加層が、生体適合性層、光ブロッキング層、熱伝導層の１つ以上を含み、前記１つ以上の追加層が、前記サーモクロミック材料の層と前記培地との間に配設される、デバイス。
8. 複数の試験位置を有する無菌試験容器と、
   前記試験位置にて前記試験容器によって含有される培地であって、生体物質を培養するための培地と、
   前記試験位置に熱的に結合されたサーモクロミック材料であって、前記サーモクロミック材料が前記サーモクロミック材料の温度変化に応答して前記サーモクロミック材料から放射される光のスペクトルシフトを示すように構成される、サーモクロミック材料と
   を含むキット。
9. 前記１つ以上の試験位置に１つ以上の試験物質をさらに含む、請求項８に記載のキット。
10. 前記１つ以上の試験物質が、前記試験位置に、異なるタイプ、異なる量、および異なる組み合わせの薬剤を含む、請求項９に記載のキット。
11. 生体物質を培養するための培地を含有するように構成された１つ以上の試験位置を有する試験容器を提供する工程と、
    １つ以上の試験位置に熱的に結合されるようにサーモクロミック材料を配設する工程であって、前記サーモクロミック材料が、前記サーモクロミック材料の温度変化を生じる前記生体物質によるエネルギー変換の増減に応答して前記サーモクロミック材料から放射される光のスペクトルシフトを示すように構成される工程と
    を含む方法。

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