專利名稱：：讀取器與培養(yǎng)箱的組合的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種改善的新型化驗系統(tǒng)和新型的方法，所述化驗系統(tǒng)和方法利用簡單的讀取裝置和計算機(jī)裝置與加熱裝置聯(lián)用來快速測定樣品中是否存在分析物。
背景技術(shù)：
：在本領(lǐng)域中，用于檢測樣品中的分析物的測定方法(化驗)是已知的?；灥木唧w實例如下在所述化驗中，待檢測的分析物具有特定的顏色光譜、IR光譜或UV光譜，因而可以通過含有光電管、掃描儀、任何類型照相機(jī)的讀取器進(jìn)行檢測，這當(dāng)然是可視的。如果待測分析物的光譜特征不足以勝任檢測，那么通常可以使用間接方法。例如，分析物的存在引發(fā)次級過程，然后導(dǎo)致具有特定光譜特征的產(chǎn)品或事件形成，這個方法是可用的。上述產(chǎn)品或事件可以是有色產(chǎn)品，也可以是pH、氧化還原電勢、溫度等的變化，從而反過來引發(fā)指示劑分子的顏色光譜、IR光譜、氧化還原光譜或UV光譜發(fā)生變化。對于各種應(yīng)用，本領(lǐng)域采用許多類型的次級過程。一個實例是分析物與熒光分子或有色分子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而使產(chǎn)品不具有熒光或顏色或具有不同熒光或顏色，或與之相反。另一個實例是分析物抑制(生物)化學(xué)過程，從而根據(jù)上述(生物)化學(xué)過程作用的不存在(或存在)來間接測定是否存在分析物。后者可以例如通過用于檢測分析物的微生物化驗來說明，所述分析物具體為，諸如牛奶、肉汁、血清、尿、(廢)水等的流體中的抗生素的殘余物以及化學(xué)療法的殘余物。上述化驗的實例已在CA2056581、DE3613794、EP0005891、EP0285792、EP0611001、GBA1467439和US4,946,777中進(jìn)行描述。這些描述都準(zhǔn)備利用如下化驗使用化驗生物體并通過添加到化驗中的指示劑分子指示的變化(例如pH指示劑和/或氧化還原指示劑的顏色變化)得到結(jié)果。指示劑的變化表明存在生長著的化驗生物體。其原理在于，當(dāng)存在于流體中的分析物的濃度足以抑制化驗生物體的生長時，指示劑的顏色保持不變。與此相反，當(dāng)沒有發(fā)生抑制作用時，化驗生物體的生長伴隨著酸的形成或代謝物的減少或其它誘發(fā)指示劑信號的跡象。上述已知化驗包括，采用合適的化驗生物體(優(yōu)選芽孢桿菌菌株、埃希氏菌菌株或鏈球菌菌株)接種的化驗培養(yǎng)基，諸如瓊脂培養(yǎng)基；pH指示劑和/或氧化還原指示劑。將合適的化驗生物體和指示劑，任選的緩沖劑、營養(yǎng)物、表面活性劑等，引入凝膠或簡單保存在溶液中。以如下方式選擇常規(guī)條件化驗生物體存活但不能繁殖，因為缺乏基本的生長必需條件(所述必需條件可以為營養(yǎng)物、特定的pH值或室溫或任何其它基本參數(shù))。在上述方法之中，為了得到可靠且精確結(jié)果或多或少需要嚴(yán)格溫度方案的化驗形成一類特定的方法。這種類型的方法需要培養(yǎng)裝置，從而使化驗保持在預(yù)定溫度或溫度譜下一段特定時間。通常，在使用所安裝的讀取器檢測指示分析物存在的事件以后，確定上述化驗的結(jié)果。WO03/033728描述了上述化驗的實例，所述專利申請涉及如下方法利用耦合到計算機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)掃描儀，通過測定與L^葉顏色模型相關(guān)的樣品的顏色數(shù)值，從而檢測在64X:下培養(yǎng)后存在于樣品(諸如食品，例如肉、牛奶；或體液，例如血液、尿)中的分析物(諸如^內(nèi)酰胺)。后種讀取技術(shù)也公開在EP953149中。這些現(xiàn)有方法的不利之處在于，它僅僅能夠在培養(yǎng)后進(jìn)行讀取操作。這樣的結(jié)果是，諸如用于檢測抗菌劑殘余的微生物化驗的診斷方法僅得到陽性或陰性結(jié)果(即僅僅表明分析物的濃度是否在某一閾值以上或以下)。在采用這些所謂的篩選化驗得到陽性結(jié)果的情況下，不得不采用第二種診斷方法對樣品進(jìn)一步檢測從而確認(rèn)。通常，上述確認(rèn)方法(例如HPLC或質(zhì)譜)非常昂貴，并且在得到結(jié)果以前要花費長時間。因此，在篩選化驗自身過程中讀取化驗結(jié)果將是有利的，因為這將允許獲得更詳細(xì)的信息，從而改善諸如化驗持續(xù)時間、分析物的類型或分析物的濃度的參數(shù)。然而，在如下方法中己知在化驗過程中讀取信息并且同時對該化驗進(jìn)行培養(yǎng)，所述方法基于化驗的一端存在光源并且化驗的另一段選擇光信號，這種方法的實例為公知的ELISA-讀取器。不幸的是，這個原理存在三個主要缺陷。第一，在這個化驗中，樣品被放置在襯底上，并且所需反應(yīng)發(fā)生在所述襯底中，當(dāng)光線或其它類型的輻射穿過樣品和襯底二者時，樣品的性質(zhì)和用量將會干擾測量。第二，上述測量通常所用的裝備大部分由受訓(xùn)人員操作和設(shè)計并且在實驗室環(huán)境中使用。第三，現(xiàn)有原理被設(shè)計為測量唯一特定波長。因此，需要一種裝置和方法，其不具有上述缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供一種用于檢測樣品中分析物的存在的檢測設(shè)備，其包括處理器、存儲器、顯示器、顏色測量裝置，所述存儲器、所述顯示器和所述顏色測量裝置被布置成與所述處理器通信，所述顏色測量裝置被布置成產(chǎn)生光信號，將所述光信號發(fā)送到所述樣品，接收從所述樣品返回的光信號，將所述返回的光信號轉(zhuǎn)換成顏色信號并且將所述顏色信號發(fā)送到所述處理器，所述處理器由存儲在所述存儲器中的指令操作并且被布置成根據(jù)如下方程計算復(fù)合參數(shù)Z的數(shù)值其中Xi是第i個顏色信號，Wi是相應(yīng)的權(quán)重因子，i是在l至n范圍內(nèi)的指數(shù)，n是等于顏色信號數(shù)量的整數(shù)，其特征在于，存在用于維持所述樣品恒定溫度或溫度譜的裝置。而且，本發(fā)明的目的在于，提供一種通過分析來自產(chǎn)生對于化驗培養(yǎng)基的圖像結(jié)果的化驗的圖像數(shù)據(jù)來測定流體中是否存在分析物的方法，包括如下步驟(a)將所述流體的樣品與所述化驗一起在預(yù)定溫度或溫度譜下進(jìn)行培養(yǎng)；(b)獲得所述對于化驗培養(yǎng)基的圖像結(jié)果；(c)采用圖像獲取裝置對所述圖像結(jié)果進(jìn)行成像，從而生成與所述圖像結(jié)果相應(yīng)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)；(d)利用數(shù)據(jù)處理裝置，將存儲的所述圖像結(jié)果和化驗標(biāo)定數(shù)據(jù)之間的關(guān)系應(yīng)用到所述數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生所述化驗的定量結(jié)果，其特征在于，培養(yǎng)步驟(a)與步驟(b)-(C)同時進(jìn)行。具體實施例方式以下術(shù)語和縮略語通篇使用并且定義如下。術(shù)語"化驗培養(yǎng)基"指組合物，諸如溶液、固體，或優(yōu)選溶膠或凝膠，例如包括凝膠劑。凝膠劑的合適實例為瓊脂、海藻酸及其鹽、角叉較、明膠、羥丙基瓜耳膠及其衍生物、刺槐豆膠(長豆角膠)、加工過的麒麟菜屬海藻(processedeucheumaseaweed)等。然而，本令頁域技術(shù)人員將理解，其它類型的固體化驗培養(yǎng)基可以以載體材料為基礎(chǔ)，載體材料諸如為陶瓷、棉花、玻璃、金屬粒子、紙張和任何形狀或形式的聚合物、硅酸鹽、海綿、羊毛等。通常，化驗培養(yǎng)基包含一種或多種指示劑；然而，這些化合物也可以在進(jìn)行化驗以后加入?；炁囵B(yǎng)基可以包括一種或多種類型的化驗生物體或酶作為檢測試劑和營養(yǎng)物。任選地，化驗培養(yǎng)基還可以包含一種或多種緩沖劑、穩(wěn)定劑、以積極方式或消極方式改變某些分析物靈敏度的物質(zhì)和/或增稠劑。改變某些分析物靈敏度的物質(zhì)的實例為葉酸拮抗劑，如歐美德普(ormethoprim)、四氧普林(tetroxoprim)和甲氧芐啶，它們改善化驗生物體對磺胺類化合物的靈敏度；或草酸或氫氟酸的鹽，其改善對四環(huán)素的靈敏度。增稠劑的實例為抗壞血酸甲基硅垸醇果膠酸酯、卡波姆、羧甲基纖維素、鯨蠟硬脂醇(cetearylalcohol)、十六醇、十六酯、椰子酰胺DEA、乳化蠟、葡萄糖、羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、月桂酰胺DEA、亞油酰胺DEA、硅酸鋁鎂、麥芽糊精、PEG-8二硬脂酸酯、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、PVP/十六烯共聚物、氯化鈉、硫酸鈉、大豆油酰胺丙基甜菜堿、黃原膠等?；炁囵B(yǎng)基可以包含在任何類型的容器中；常用的容器為試管、微量滴定板和陪替氏培養(yǎng)皿。術(shù)語"CFU"是集落形成單位(ColonyFormingUnits)的縮寫，指能夠生成微生物群落的微生物、微生物的孢子、部分發(fā)育的微生物的孢子或生殖細(xì)胞的數(shù)目。術(shù)語"讀取器"指能夠捕獲顏色或其它光譜圖像并能將這些圖像翻譯成模擬信號或數(shù)字信號的裝置，諸如掃描儀、數(shù)碼照相機(jī)或攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像裝置(webcamapparatus)等。術(shù)語"流體"指容易流動或者與容器輪廓共形的物質(zhì)(為液體，但不為氣體)。術(shù)語"凝膠劑"指，有助于使混合物變化成凝膠形式或使混合物呈現(xiàn)凝膠形式的化合物。術(shù)語"指示劑"指，用于測量(例如通過顏色或熒光的改變)化驗培養(yǎng)基的關(guān)于特定物質(zhì)(例如酸、堿、氧化劑或還原劑)的存在的狀況的物質(zhì)。例如，術(shù)語"指示劑"可以指被稱為pH指示劑的一種或多種化合物，也可以指被稱為氧化還原指示劑的一種或多種化合物。而且，術(shù)語"指示劑"可以指兩種或多種不同類型指示劑的混合物，諸如pH指示劑和氧化還原指示劑的組合。一般而言，當(dāng)使用兩種或多種指示劑時，這些指示劑進(jìn)行合作，從而較之單獨使用時增強(qiáng)每種指示劑的指示作用。術(shù)語"靈敏度"指，特定體系感受某些狀態(tài)的感知(receptiveness)程度。更具體地，在本發(fā)明中，"靈敏度"指，樣品中的分析物的濃度可被測定的程度。術(shù)語"孢子"指，一種簡單的通常是單細(xì)胞的、通常耐環(huán)境的休眠體，或者由微生物生成并能夠長成新單個微生物的再生體。術(shù)語"溫度譜"指，作為時間函數(shù)的一定范圍的溫度數(shù)值。這可以為線性范圍、雙曲線范圍、指數(shù)范圍、多項式范圍，也可以為適于具體應(yīng)用但不必通過簡單的數(shù)學(xué)函數(shù)描述的任何范圍。預(yù)定溫度是一種均布的溫度譜(genustemperatureprofile)，因為該溫度是在整個時間內(nèi)保持同一的溫度數(shù)值。術(shù)語"閾值"指濃度數(shù)值，在該數(shù)值以上，認(rèn)為存在(陽性)特定的分析物；在該數(shù)值以下，認(rèn)為不存在(陰性)特定的分析物。一般而言，通過局部、區(qū)域或區(qū)域間的規(guī)定對具體樣品中的特定分析物給定閾值，但也可以為了某項研究目的預(yù)設(shè)定閾值?；蛘?，閾值可以是由公式導(dǎo)出的，例如斜率。術(shù)語"透明的"指允許光線穿過材料的任何材料。理想地，透明材料不會保留任何比例的入射光線，然而，因為這種材料是未知的，所以術(shù)語"透明的"具體指允許穿過的光線具有最低損耗的材料。最低損耗可以在低于50。/。.mm'1的范圍內(nèi)，優(yōu)選在低于20e/。.mm—1的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在低于lOM.mm—1的范圍內(nèi)，還要更優(yōu)選在低于5%.mm"的范圍內(nèi)，最優(yōu)選在低于1Q/。.mm"的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于檢測樣品中分析物的存在和濃度的檢測設(shè)備，所述設(shè)備包括處理器、存儲器、顯示器、通信裝置(諸如com端口或USB端口)以及光譜測量裝置，所述存儲器、所述顯示器和所述測量裝置被布置成與所述處理器進(jìn)行通信，并且被布置成產(chǎn)生光信號，將所述光信號發(fā)送到所述樣品，接收來自所述樣品的光信號，將所述光信號轉(zhuǎn)換成顏色信號并且將所述顏色信號發(fā)送到所述處理器，其中，存在用于維持所述樣品的恒定溫度或溫度譜的裝置。這種裝置可以為培養(yǎng)箱，其包括加熱裝置和用于保持樣品的孔(aperture)。測量裝置位于加熱裝置中，或者加熱裝置位于測量裝置中。雖然檢測設(shè)備可以包括在一個源處產(chǎn)生光信號，接著在與所述第一源相對的源處檢測光信號，但是在優(yōu)選的實施方式中，檢測設(shè)備避免與光線穿過樣品和襯底相關(guān)的問題，因為它是基于光反射的原理。因此，利用光反射，不再需要輻射前例如從襯底除去樣品，相應(yīng)地其優(yōu)點在于，可以使用較寬部分的光譜(即還包括紅外)。然而，以上可以利用容易得到且相對廉價的裝置(諸如數(shù)碼相機(jī)、掃描儀、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等)來實現(xiàn)。在本發(fā)明的第一實施方式中，用于維持樣品和化驗培養(yǎng)基的恒定溫度或溫度譜的所述裝置是如下裝置，其包括一個或多個用于保持化驗培養(yǎng)基和/或樣品的孔。樣品和/或化驗培養(yǎng)基可被直接引入孔中，或者可以存在于至少底部是透明的容器中。所述裝置具有透明的底部，至少在樣品和/或化驗培養(yǎng)基所處的那些位置是透明的。通過由在施加電流時升溫的材料構(gòu)成裝置的至少一部分來實現(xiàn)溫度保持，或者由具有預(yù)定溫度的流體循環(huán)通過的材料構(gòu)成裝置的至少一部分來實現(xiàn)溫度保持。作為實例，用于維持樣品和/或化驗的恒定溫度或溫度譜的所述裝置是透明板，例如由玻璃或任意種類的塑料制成的透明板。透明板被如下材料覆蓋，所述材料可以例如通過施加電流進(jìn)行加熱。有利的是，所述材料是透明的或半透明的。在后種情況下，當(dāng)以足夠薄層施加該材料時，允許光線穿過，所述薄層的厚度優(yōu)選在0.01-200/xm范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0.1-50pm的范圍內(nèi)，最優(yōu)選在1-20/mi的范圍內(nèi)，還要最優(yōu)選在5-15/mi的范圍內(nèi)。二氧化鈦是一種特別適于獲得所需效果的材料，但也可以使用本領(lǐng)域已知的其它材料。粒子的尺寸優(yōu)選在0.1-100nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在1-50nm的范圍內(nèi)，最優(yōu)選在10-30nm的范圍內(nèi)。為了加熱材料并因而加熱保持待分析樣品的板，將用于施加電流的裝置附接到所述板上。所述裝置可以是一套附接到板上并與所述材料接觸的電極。所述電極可以由任何允許電流傳送的材料制成；電極的連接可以采用能夠傳送電流的膠來實現(xiàn)。上述電極和膠是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。任選地，通過以類似方式附接到板上并連接到處理器上的溫度傳感器測量溫度。任選地，還將所述電極連接到處理器上，并且指示處理器通過將所需電流施加到電極上從而將所述板的溫度保持在預(yù)定值或預(yù)定譜。樣品和/或化驗培養(yǎng)基可被直接引入加熱裝置的孔中，或者可以存在于至少底部是透明的容器中。所述裝置具有透明的底部，至少在樣品和/或化驗培養(yǎng)基所處的那些位置是透明的。通過由在施加電流時升溫的材料構(gòu)成裝置的至少一部分，來實現(xiàn)溫度保持。在本發(fā)明的另一實施方式中，用于維持樣品和化驗培養(yǎng)基的恒定溫度或溫度譜的所述裝置是如下裝置，其包括一個或多個用于保持化驗培養(yǎng)基和/或樣品的孔。例如由諸如鋁、銅、金、鉛、銀、錫等的金屬制成的熱跡線(heattmce)附接到所述裝置上，上述金屬允許為了得到均勻的溫度梯度產(chǎn)生特定熱輸入。為了提高所述裝置上溫度梯度的精確性，任選包括一個或多個溫度傳感器和/或控制器，從而調(diào)節(jié)電流輸入。在實施例中，所述溫度傳感器電集成在印刷板上，并與所述裝置熱接觸，所述裝置由傳熱材料(諸如鋁、銅或鐵的金屬)制成。通過比例積分微分(PID)控制器或任何其它類型的控制器或其組合控制溫度。為了提高檢測速度和重復(fù)性，可以將加熱裝置在較高溫度下預(yù)熱。在附圖及其說明中，給出了本發(fā)明的檢測設(shè)備(圖1)的實例和加熱裝置(圖2)的實例。盡管這些附圖并不意欲限制本發(fā)明的范圍，但是這些附圖將允許本領(lǐng)域技術(shù)人員再現(xiàn)本發(fā)明。在本發(fā)明的第二方面，提供了一種方法，該方法用于通過分析來自于產(chǎn)生針對化驗培養(yǎng)基的圖像結(jié)果的化驗的圖像數(shù)據(jù)來測定流體中是否存在分析物。更具體地，所述化驗連同待分析的流體樣品需要在預(yù)定溫度下或溫度譜下進(jìn)行培養(yǎng)。溫度或溫度譜依賴于化驗的性質(zhì)。例如，在微生物抑制化驗中，微生物通常需要范圍在25-45°C，優(yōu)選在30-40°C，更優(yōu)選在35-39'C的溫度。然而，諸如喜溫微生物(即嗜熱脂肪芽孢桿菌及其他)的其它微生物需要完全不同的溫度用于最佳生長，即在40-75。C的范圍內(nèi)，優(yōu)選在50-70。C的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在60-68'C的范圍內(nèi)，最優(yōu)選在63-66°C的范圍內(nèi)。有利地，本發(fā)明的方法提供了同時進(jìn)行的化驗培養(yǎng)、獲取針對化驗培養(yǎng)基的圖像結(jié)果以及采用圖像獲取裝置對所述圖像結(jié)果成像以產(chǎn)生與所述圖像結(jié)果相應(yīng)的模擬和/或數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。而且同時，可以使用數(shù)據(jù)處理裝置將存儲的圖像結(jié)果和化驗標(biāo)定數(shù)據(jù)(諸如標(biāo)準(zhǔn)色卡)之間的關(guān)系應(yīng)用到所述數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生對所述化驗的定量結(jié)果?；蛘?，可以采用基于隨時間的色差的多次測量，從而獲得所述定量結(jié)果。后種方法的優(yōu)點在于，可以避免標(biāo)定。在本發(fā)明第二方面的第一實施方式中，通過本發(fā)明第一方面中所概述的用于維持恒定溫度或溫度譜的裝置來維持預(yù)定溫度或溫度譜。有利的是，在所述裝置的每個點在相同的溫度下對所述裝置進(jìn)行加熱。優(yōu)選地，所述裝置各個點之間的溫差不大于l(TC，優(yōu)選不大于5°C，更優(yōu)選不大于2°c，最優(yōu)選不大于rc。在第二實施方式中，連續(xù)或者定期(即至少兩次并且兩次相繼測量之間的時間間隔為0.00001至20分鐘)或者不定期得到圖像結(jié)果，從而盡可能早的確定任何變化。優(yōu)選地，所述時間間隔為0.1分鐘至160分鐘，更優(yōu)選為0.5分鐘至120分鐘，最優(yōu)選為1分鐘至10分鐘。作為時間的函數(shù)測量色值提供了數(shù)個基本優(yōu)點。第一點，本領(lǐng)域所用的許多化驗具有可持續(xù)時間短的缺陷。因為這一點，固定的化驗持續(xù)時間不可避免地會導(dǎo)致精確性較低。其原因在于，給定化驗越陳舊，為了獲得某些結(jié)果花費的時間越長。通過進(jìn)行空白化驗確定所需測試持續(xù)時間可以避免這一點，但是這是一種麻煩的方法，其仍缺乏最佳精確度。然而，現(xiàn)在通過得到作為時間函數(shù)的結(jié)果，則避免了上述缺陷，因為現(xiàn)在可以在化驗過程中精確地測量給定顏色參數(shù)變化的精確時間點。因此，通過使用本發(fā)明的方法，化驗儲存壽命(assaystoragelife)雖然對于化驗本身的適用性仍是重要參數(shù)，但將不再決定該化驗的精確性。第二點，通過在化驗過程初期進(jìn)行測量，提高了化驗的靈敏度。例如，在微生物抑制化驗中，微生物的生長抑制作用發(fā)生在較低分析物濃度下，稍后在化驗過程中分析物的抑制作用開始降低。有利地，根據(jù)分析物的類型，可以在迄今為止前所未有的短時間內(nèi)得到微生物抑制化驗的結(jié)果，即在120分鐘內(nèi)，在90分鐘內(nèi)，或者甚至在60或30分鐘內(nèi)。第三點，除了通過在化驗初期測量來提高靈敏度以外，本發(fā)明的方法還允許在微生物抑制化驗中通過增加微生物的數(shù)量來進(jìn)一步加快分析時間。然而，在現(xiàn)有方法中，這種方法將導(dǎo)致靈敏度降低，在本發(fā)明中以時間函數(shù)形式進(jìn)行測量可能通過縮短化驗持續(xù)時間來抵消靈敏度的降低。作為實施例，現(xiàn)有微生物抑制化驗通常采用的微生物濃度在104至109CFU.ml"的范圍內(nèi)，而本發(fā)明中，上述濃度可以提高兩倍一甚至IOOO倍而不會損失靈敏度。因此，利用高至109、5X109、1010、5X1010、1。n或甚至10^CFU.M1"的微生物濃度，可以實現(xiàn)合適的快速的化驗，這使得化驗的持續(xù)時間在5-120分鐘的范圍內(nèi)，優(yōu)選在30-100分鐘的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在45-90分鐘的范圍內(nèi)。第四點，本發(fā)明的方法允許容易插入一個以上的閾值，從而例如滿足多種(官方)要求。例如，閾值可以與色值對時間關(guān)系的斜率(即二階導(dǎo)數(shù))相關(guān)，同樣地，多個閾值可以與多個斜率值相關(guān)。這允許測量多個靈敏度和/或多種分析物。在第三實施方式中，可用的檢測設(shè)備由處理器、存儲器、顯示器和顏色測量裝置構(gòu)成，所述存儲器、所述顯示器和所述顏色測量裝置被布置成與所述處理器進(jìn)行通信，其中所述顏色測量裝置產(chǎn)生光信號，將所述光信號發(fā)送到所述樣品，接收從所述樣品返回的反射光信號，將所述反射光信號轉(zhuǎn)換成顏色信號并且將所述顏色信號發(fā)送到所述處理器。任選地，對所述顏色信號進(jìn)行操作，從而在所關(guān)注的顏色分量之間實現(xiàn)更好的分離。一個實例是通過數(shù)學(xué)公式(例如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的圖片處理程序(photographicmanipulationprogram)中存在的那些)來修正所關(guān)注的顏色參數(shù)。已表明，使用上述圖片處理程序會導(dǎo)致顏色參數(shù)的明顯差異，從而更容易區(qū)別各種樣品。這種現(xiàn)象導(dǎo)致更早解釋有疑問的化驗，從而使該化驗明顯快于現(xiàn)有化驗。數(shù)學(xué)公式的另一實施例是在所述處理器的協(xié)助下計算復(fù)合參數(shù)的數(shù)值。上述參數(shù)可以為如下方程中的參數(shù)Z:其中Xi是第i個顏色信號，Wi是相應(yīng)的權(quán)重因子，i是在l至n范圍內(nèi)的指數(shù)，n是等于顏色信號數(shù)量的整數(shù)。為了確定化驗中進(jìn)行著的變化，可以進(jìn)行如下次序的步驟1)測定每個樣品的Z值，并確定所述Z值等于值Z〗的時間ti和所述Z值等于值Z2時間t2;2)通過所述處理器根據(jù)公式At=t2—tj十算所述時間"和所述時間t2之間的差A(yù)t。用在本發(fā)明中的合適顏色模型是I^^b模型，所述方程為Z—Wi丄十w2.a+W3.b合適數(shù)值^和Z2的典型實例為30至-30，前提條件是，^大于或等于Z2。另外，上述序列可以按如下條件通過計算展開如果At大于AIM,且如果滿足上述條件，則賦予一個陽性化驗結(jié)果，這表明所述分析物的濃度高于濃度A;如果不滿足上述條件，則賦予一個陰性化驗結(jié)果，這表明所述分析物的濃度低于濃度B，其中濃度A小于濃度B。在最優(yōu)選的實施例中，使用根據(jù)圖4示意的方案的本發(fā)明的檢測設(shè)備。對圖4的說明中詳細(xì)給出了從產(chǎn)生光信號到得到化驗數(shù)據(jù)的過程。在第四實施方式中，可以采用多個樣品，所述樣品之一可以包括具有已知量(諸如閾值量)待測分析物的參照樣品。因此，至少兩個不同流體的樣品與化驗培養(yǎng)基(包括化驗微生物和指示劑)進(jìn)行接觸，同時進(jìn)行培養(yǎng)和監(jiān)測，其中，Zi值由所述處理器設(shè)定為等于任一樣品的最低Z值，前提條件是所述最低Z值比所測的任何樣品的最高Z值低至少10%但不超過50%，并且其中，Z2值由所述處理器設(shè)定為等于所述樣品的最低Z值，前提條件是所述最低Z值比所測的任何樣品的最高Z值低至少90%但不超過200%。在第五實施方式中，提供了一種方法，在所述方法中，上述Z!等于Z2，Zt是在時刻t記錄的Z值，并且所述方法進(jìn)一步包括通過所述處理器計算將Zt與t關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)表達(dá)式的參數(shù)，從而比較該參數(shù)的數(shù)值與對照樣品(對照樣品中，所述分析物的濃度是已知的)的參數(shù)數(shù)值，并且產(chǎn)生信號來表明所述樣品中的所述分析物的濃度高于、等于還是低于對照樣品中分析物的濃度。任選地，在所述對照樣品中的將Zt與t關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)表達(dá)式的參數(shù)在計算機(jī)程序中被預(yù)先設(shè)定和/或可由所述處理器通過網(wǎng)絡(luò)從遠(yuǎn)程處理器獲得。在第六實施方式中，提供一種方法，所述方法用于通過分析來自產(chǎn)生針對化驗培養(yǎng)基的圖像結(jié)果的化驗的圖像數(shù)據(jù)來測定流體中是否存在分析物。以定期間隔連續(xù)得到所述圖像結(jié)果，并將其與存儲的參照數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。這些存儲的參照數(shù)據(jù)由例如數(shù)種已知分析物在不同濃度下的光譜變化曲線組成。隨后，被存儲數(shù)據(jù)與所得數(shù)據(jù)的比較給出了額外的信息，該信息涉及分析物的類型以及這種分析物在樣品中的濃度。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的方法的額外優(yōu)點在于，可以同時檢測分析物的各種類型以及分析物在樣品中的濃度。因此，通過測定已知分析物的光譜變化曲線并將這些曲線存儲在處理器中，可以利用最佳擬合方法(best-fitmethod)將特定化驗結(jié)果與被存儲的數(shù)據(jù)擬合，因而可以推斷出分析物的類型和濃度。利用這個實施方式的方法，可以區(qū)分兩種或多種不同類型的分析物，諸如/3-內(nèi)酰胺抗生素和磺胺類(例如區(qū)分青霉素和磺胺嘧啶)。圖1是本發(fā)明的檢測和培養(yǎng)設(shè)備的實例圖。A部分包括顏色測量裝置B(例如掃描儀)、用于維持樣品恒定溫度或溫度譜的裝置C(諸如含有溫度傳感器的加熱裝置)和通信裝置D。E是(個人)計算機(jī)，其包括通信裝置D、用于確定Z值的算法F、一個或多個溫度控制器G以及與用戶和/或外部裝置接口的軟件H。圖2是圖1所述裝置C和G的細(xì)節(jié)圖，其包括溫度設(shè)定點發(fā)生器I、控制器(例如PID)J、加熱元件K、化驗支架L和溫度傳感器M。為了提高溫度的精確性，裝置J到M包括M可被累積數(shù)次。圖3是如2所述加熱元件和化驗支架的實施例的剖視圖，其包括玻璃板N、加熱器O、支架P、化驗物Q、第二加熱器R和絕緣材料S。圖4是利用本發(fā)明的檢測和培養(yǎng)設(shè)備實施的步驟序列圖。-在Tl中，每次測量后，得自顏色測量裝置B的圖像被描述成一組像素。每個像素包括三種顏色信號紅色、綠色和藍(lán)色(RGB)。像素顏色可被表達(dá)成RGB，但也可以使用其它顏色空間，諸如青色、品紅、黃色和黑色(CMYK)、XYZ以及色調(diào)、飽和度和數(shù)值(HSV)。利用本領(lǐng)域技術(shù)人員己知的技術(shù)來測定化驗物的精確位置，所述技術(shù)例如在WO2003/034341中進(jìn)行描述。然后，取該化驗區(qū)域中的代表性樣品并且根據(jù)化驗物的尺寸得到nXm像素的矩陣(n和m優(yōu)選在1-1000的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在3-100的范圍內(nèi))；nXm的合適實例為20X40、100X100、60X40、20X20，最優(yōu)選9X9)。用于測定代表性樣品的其它形狀可以為圓形、橢圓形或一組自由的像素。Tl的最終結(jié)果是每個化驗物的一組像素，每組包含RGB數(shù)據(jù)，代表所選像素的顏色信息和熒光信息。-在T2中，所有的化驗數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成RGB信息的一個代表性組合。合適方法的實例是計算平均值或中值。-在T3中，根據(jù)光學(xué)測量裝置和設(shè)置，可以標(biāo)定顏色信息。可以應(yīng)用已知的標(biāo)定方法，諸如使用比色卡。標(biāo)定循環(huán)得到標(biāo)定譜(Pr)，其被輸入校正算法中。在當(dāng)前實例中，使用ICC(組內(nèi)相關(guān)系數(shù))曲線。也可以使用其它標(biāo)定方法。T3的結(jié)果是待測化驗物的一組經(jīng)校正的顏色信號RGB。-在T4中，利用已知方法，將RGB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成Lab顏色空間。-F是圖1中所涉及的用于計算Z值的算法Z=Wll+w2.a+W3.b-T5是基于化驗物的位置和Z值對每個化驗的Z值進(jìn)行任選修正。-任選地，在T6中，對于每個化驗，可以取連續(xù)的樣品并進(jìn)行平滑，從而例如排除偏值(outlier)和降噪(noisereduction)。通過已知方法可以實現(xiàn)平滑，例如移動平均值或者計算多個樣品的中值。-任選地，在T7中，為了進(jìn)一步降低噪聲，可對連續(xù)樣品進(jìn)行曲線擬合?？捎们€的實例為，多項式類型、指數(shù)類型和對數(shù)類型。優(yōu)選的曲線是二次多項式曲線。-任選地，在T8中，為了補(bǔ)償由于例如存儲條件造成的可能不利的化驗結(jié)果，可以使用歸一化步驟。最始，補(bǔ)償數(shù)值Zs為0，在m次測量后，Zs校正值可以按如下計算其中，j是化驗次數(shù)，i是被歸一化的樣品數(shù)量。指數(shù)i在1-120的范圍內(nèi)，優(yōu)選在10-90的范圍內(nèi)，最優(yōu)選在40-60的范圍內(nèi)(在公式中以數(shù)值60作為實例)。-當(dāng)至少所需數(shù)量的化驗(Nc)顯示陰性結(jié)果(Zr〈Zth和ZtlKZ截止)時，確定函數(shù)T9。一旦達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)，就可以通過T10來確定每個化驗的結(jié)果(陽性或陰性)。-在T10中，當(dāng)通過T9指示時，可以確定每個化驗Zr的最終結(jié)果Zu。如果Zr^Z斷開，那么結(jié)果為陽性，否則為陰性。當(dāng)應(yīng)用兩個不同的截止值(cut-offvalue)時，還可以得到被認(rèn)為可疑的額外結(jié)果。RGB數(shù)值換算成Lab和Z(包括進(jìn)一步處理得到最終結(jié)果Zu)并不限于上述序列。在另一種實施方式中，可以直接使用RGB或Lab值，從而確定最終結(jié)果。圖5表示青霉素G(5A，左圖)和磺胺嘧啶(5B，右圖)的顏色譜(以z-數(shù)值表達(dá)，y軸)與化驗持續(xù)時間(x軸，以分鐘計)函數(shù)關(guān)系的差異。圖5A的曲線從最低曲線到最高曲線所涉及的樣品包含0、0.4、0.6、0,8、1、1.2、1.6、2、2.4、2.8和3.2ppb的青霉素G。圖5B的曲線從最低曲線到最高曲線所涉及的樣品包含0、20、40、50、60、70、80、100、120、140、200、300禾tl400ppb的磺胺嘧錠。使用如下方程Z=0.35.a—0.65.b。圖6-12表示下表所涉及的七種抗生素的顏色譜(以z-數(shù)值表達(dá)，y軸)之間的差異。Z值被表示為化驗持續(xù)時間(x軸，以分鐘計)的函數(shù)。這些圖中的曲線所涉及的樣品包含濃度遞增的抗生素(以ppb計，見下表)。如詳細(xì)描述所概述的，使用以下方程Z=0.35.a_0.65.b。圖號抗生素圖形符號(濃度以ppb計)參〇X■▲6青霉素G01247磺胺嘧啶025501001502008阿莫西林02349頭孢噻呋05010015025010氯唑西林015306012011土霉素010020030040012紅霉素02550100250實施例實施例1在可商購微生物抑制測試中確定兩種不同抗生素的色值利用本發(fā)明第二方面概述的掃描技術(shù)，在可商購微生物抑制測試(DSMDelvoTest)中利用復(fù)合函數(shù)Z=wL.L+wa.a+wb.b測定濃度在一定范圍內(nèi)的青霉素G和磺胺嘧啶的色值。使用其上安裝有連接到處理器上的溫度傳感器和兩個電極的經(jīng)二氧化鈦涂敷的玻璃板(得自Mansolar，www.mansolar.nl)，將樣品保持在64°C。電極連接到12V電源上，該電源由處理器驅(qū)動。這些實驗的結(jié)果列在圖5中，表明青霉素G和磺胺嘧啶曲線的形狀明顯不同。使這些形狀與存儲在處理器的存儲器中的曲線相關(guān)聯(lián)，可以區(qū)分各種分析物(此處為青霉素G對磺胺嘧啶)。除了上述，圖5還公開了，例如對于磺胺嘧啶，在110分鐘后已可以觀察到0ppb樣品和20ppb樣品之間的差異，而現(xiàn)有方法當(dāng)無分析物樣品達(dá)到Z=-5至-10區(qū)域(該區(qū)域中顏色變黃)時需要至少150分鐘。在可商購微生物抑制測試中利用圖片處理程序確定色值利用本發(fā)明第二方面概述的掃描技術(shù)，在可商購微生物抑制測試(DSMDelvoTest)中利用AdobeElements作為圖片處理程序如下地進(jìn)行分析來測定濃度在一定范圍內(nèi)的青霉素G、磺胺嘧啶和土霉素的色值。將得自掃描儀的圖像保存為.jpg文件，并在AdobeElements中打開。利用暗點標(biāo)記(darkpointmarker)，指定陽性測試，利用亮點標(biāo)記(lightpointmarker)，指定陰性測試。隨后，將色調(diào)值調(diào)節(jié)至數(shù)值大于0(優(yōu)選為10-30)，將飽和度調(diào)節(jié)至數(shù)值大于0(優(yōu)選大于100)。然后利用公式Z=0.35.a-0.65.b確定色值。下表清楚地表明，利用圖片處理程序，可以實現(xiàn)45分鐘的化驗持續(xù)時間，靈敏度為3ppb的青霉素G、200ppb的磺胺嘧啶和200ppb的土霉素。利用圖片<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>實施例3在可商購微生物抑制測試中確定兩種不同抗生素的色值利用本發(fā)明第二方面概述的掃描技術(shù)(圖1-3所示)，在可商購微生物抑制測試DSMDelvoTest⑧中利用復(fù)合函數(shù)Z=w^L+wa.a+wb.b測定濃度在一定范圍內(nèi)的青霉素G、磺胺嘧啶、頭孢噻呋、阿莫西林、氯唑西林、土霉素、紅霉素的色值。<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>使用帶有孔的板將樣品保持在64°C。熱跡線分布在所述板上，這允許為了均勻溫度梯度而產(chǎn)生與位置相關(guān)的特定熱輸入。為了增加所述板上溫度梯度的精確度，使用溫度傳感器和控制器來調(diào)節(jié)電流輸入。通過PID控制溫度。為了提高檢測速度和重復(fù)性，加熱裝置在8(TC的溫度下預(yù)熱，這些實驗的結(jié)果表示在圖6-12中和上表中，結(jié)果表明，對于所述抗生素，所需濃度檢測極限在105分鐘可達(dá)到，而現(xiàn)有方法(諸如DelvoTestSP-NT)在無分析物樣品達(dá)到Z=-5至-10區(qū)域(該區(qū)域中顏色變黃)時需要至少150分鐘。權(quán)利要求1.用于檢測樣品中分析物的存在的檢測設(shè)備，其包括處理器、存儲器、顯示器、顏色測量裝置，所述存儲器、所述顯示器和所述顏色測量裝置被布置成與所述處理器通信，所述顏色測量裝置被布置成產(chǎn)生光信號，將所述光信號發(fā)送到所述樣品，接收從所述樣品返回的光信號，將所述返回的光信號轉(zhuǎn)換成顏色信號并且將所述顏色信號發(fā)送到所述處理器，所述處理器由存儲在所述存儲器中的指令操作并且被布置成根據(jù)如下方程計算復(fù)合參數(shù)Z的數(shù)值其中xi是第i個顏色信號，wi是相應(yīng)的權(quán)重因子，i是在1至n范圍內(nèi)的指數(shù)，n是等于顏色信號數(shù)量的整數(shù)，其特征在于，存在用于維持所述樣品的恒定溫度或溫度譜的裝置。2.如權(quán)利要求1所述的檢測設(shè)備，其中，用于維持恒定溫度或溫度譜的所述裝置是電極附接到其上的采用二氧化鈦涂敷的透明板。3.如權(quán)利要求1所述的檢測設(shè)備，其中，用于維持恒定溫度或溫度譜的所述裝置是由金屬制成的裝置，所述裝置包含孔。4.一種通過分析來自產(chǎn)生對于化驗培養(yǎng)基的圖像結(jié)果的化驗的圖像數(shù)據(jù)來測定流體中是否存在分析物的方法，包括如下步驟(a)將所述流體的樣品與所述化驗一起在預(yù)定溫度或溫度譜下進(jìn)行培養(yǎng)；(b)獲得所述對于化驗培養(yǎng)基的圖像結(jié)果；(c)采用圖像獲取裝置對所述圖像結(jié)果進(jìn)行成像，從而生成與所述圖像結(jié)果相應(yīng)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)；(d)利用數(shù)據(jù)處理裝置，將存儲的所述圖像結(jié)果和化驗標(biāo)定數(shù)據(jù)之間的關(guān)系應(yīng)用到所述數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生所述化驗的定量結(jié)果，其特征在于，培養(yǎng)步驟(a)與步驟(b)-(c)同時進(jìn)行。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，隨時間連續(xù)或者定期地獲得多個圖像結(jié)果。6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，還包括圖片處理。7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，進(jìn)行如下步驟(a)測定每個樣品的Z值，并確定所述Z值等于值Z,的時間h和所述Z值等于值Z2的時間t2;(b)通過所述處理器，根據(jù)公式At=t2—ti計算所述時間t和所述時間t2之間的差A(yù)t。8.如權(quán)利要求4至7中任意一項所述的方法，其中，在小于120分鐘內(nèi)產(chǎn)生所述定量結(jié)果。全文摘要本發(fā)明提供了一種用于檢測樣品中分析物的存在的檢測設(shè)備，所述設(shè)備包括處理器、存儲器、顯示器、顏色測量裝置，其特征在于，存在用于維持所述樣品恒定溫度或溫度譜的裝置。而且，本發(fā)明提供了一種通過分析如下化驗中的圖像數(shù)據(jù)來測定流體中是否存在分析物的方法，所述化驗在化驗培養(yǎng)基中產(chǎn)生圖像結(jié)果，所述方法包括如下步驟(a)將所述流體的樣品與所述化驗一起在預(yù)定溫度或溫度譜下進(jìn)行培養(yǎng)；(b)在化驗培養(yǎng)基上獲得所述圖像結(jié)果；(c)采用圖像獲取裝置對所述圖像結(jié)果進(jìn)行成像，從而生成與所述圖像結(jié)果相應(yīng)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)；(c)利用數(shù)據(jù)處理裝置，將存儲的所述圖像結(jié)果和化驗標(biāo)定數(shù)據(jù)之間的關(guān)系應(yīng)用到所述數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生所述化驗的定量結(jié)果，其特征在于，培養(yǎng)步驟(a)與步驟(b)-(c)同時實施。文檔編號G01N33/00GK101379194SQ200780004945公開日2009年3月4日申請日期2007年2月7日優(yōu)先權(quán)日2006年2月8日發(fā)明者威廉·普魯吉,巴斯特安·谷羅恩,彼得·克尼里斯·蘭吉威爾德,格拉夫提姆·德,雅各布斯·斯塔克申請人:帝斯曼知識產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)管理有限公司