CN103025415A - 用于培养容器的带搅动*** - Google Patents

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Abstract

样品培养容器搅动组件包括具有连接到其上的大量的容器接收夹子的环形带，容器接收夹子中的每一个适合用于将样品培养容器保持到带。带被垂直定向。组件还包括上滑轮和下滑轮，带在所述上滑轮和下滑轮上方被驱动。驱动电动机围绕滑轮驱动带。样品培养容器的搅动是通过带在滑轮上的旋转及样品培养容器通过夹子的保持来实现的。

Description

用于培养容器的带搅动***
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年7月22日提交的题目为“Belt Agitation System forCulture Bottles”的美国临时专利申请第61/400,201号的权益，其被并入到本文中。
发明领域
本发明涉及用于搅动培养样品容器的方法和***，比如例如放置在自动的细菌生长检测设备中的培养容器。样品在受控温度下孵化(incubate)且搅动，以促进样品容器内的细菌生长。
发明背景
对于诊断疾病且施用正确的细菌破坏药物来说，医院患者样品的快速且准确的处理是关键的。目前市场上存在检测生物样品中的微生物生长的仪器。一个这样的仪器是本受让人bioMérieux，Inc.的
Figure BDA00002760290100011
3D仪器。仪器接收包含测试样品例如来自人患者的测试样品的培养瓶。仪器孵化瓶子，且在孵化期间，孵化器中的光学检测单元定期分析结合在瓶子中的比色传感器，以检测瓶子内是否已经发生微升物生长。光学检测单元、瓶子和传感器被描述在专利文献中，参见美国专利4,945,060、5,094,955、5,162,229、5,164,796、5,217,876、5,795,773及5,856,175，其中每一篇专利的整体内容通过引入被结合到本文中。通常涉及生物样品中的微生物检测相关的其它相关技术包括下面的专利：U.S.5,770,394、U.S.5,518,923；U.S.5,498,543、U.S.5,432,061、U.S.5,371,016、U.S.5,397,709、U.S.5,344,417、U.S.5,374,264、U.S.6,709,857及U.S.7,211,430。
现有的培养检测***方法处理***到货架(rack)中的瓶子样品。安装到每一个货架背部的是包含用于每一个瓶子的光学检测器的电路板。多个检测器需要简单且便宜的设计。优化用于快速检测的光学检测设计对于单个瓶子定位是过于昂贵的。
在目前的实践中，货架组件安装在抽屉中或垂直地堆叠在门的后面。通过使货架定位成纵向于拉的方向，抽屉最小化了仪器台的空间。开打抽屉将样品暴露到可减缓细菌生长且增加检测时间的环境空气温度中。将货架安排在门的后面改进温度控制，但通常导致显著更大的仪器。
发明概述
在第一个方面，提供一种样品培养容器搅动组件，包括具有连接至其的多个容器接收夹子的环形带。每一个夹子适合用于接收且保持样品培养容器(例如，培养瓶)。带被垂直定向(即，以垂直姿态)。该组件包括上滑轮和下滑轮，带在上滑轮和下滑轮上被驱动。驱动电动机驱动滑轮上的带。样品培养容器的搅动是通过带在上滑轮和下滑轮上的旋转及样品培养容器通过夹子的保持来实现的。
在一个可能的构型中，组件包括固定在毗邻于带的位置上的光学扫描仪或检测单元。电动机运转以使环形带和连接至其的样品容器移动到毗邻于光学扫描仪的读取位置。因此，光学扫描仪或检测单元用于提供用于多个样品容器的检测特征(例如，用于检测每一个容器中的微生物生长)。
在另一方面，公开了用于分析用于微生物生长的样品容器的检测仪器(例如，培养仪器或血液培养仪器)。该仪器包括以垂直定向的环形带的形式的多个搅动组件、上滑轮和下滑轮及容器接收和保持夹子。搅动组件被垂直定向且以径向的方式相互间隔，以节约空间且提供用于容器搅动的紧凑布置。搅动组件中的每一个包括至少一个光学扫描仪或检测单元，用于访问保持在相应的搅动组件中的样品容器。在一个可能的构型中，多个搅动组件被安装到转位机构(indexing mechanism)或转盘，用于搅动组件关于垂直轴的旋转。仪器可以被配置成完全靠机器人操作，且为此可以包括用于在装载位置中抓住样品容器且自动将样品容器***保持夹子中的机器人操纵器或机械臂。在另外的方面，检测仪器可以包括气候受控的内部室(或孵化室(incubation chamber))，用于保持环境以促进和/或增加可以存在于样品容器中的任何微生物的生长。
在再一方面，公开了搅动至少一个样品容器或瓶子的方法，包括下面的步骤：提供具有多个保持夹子的垂直环形带，保持夹子中的每一个牢固地将样品容器保持在其中；以及旋转环形带，且因此以垂直方式在上滑轮和下滑轮上旋转样品容器。当容器围绕滑轮旋转时，完成容器搅动。由于容器在夹子保持组件内不滑动，所以随着它们围绕滑轮旋转，容器基本上是反向的(关于水平轴)。
该方法可以包括包含以下步骤的任选特征：在进行样品容器搅动的同时孵化样品容器。
作为另一实例，当保持在带中的样品容器移动通过访问结合在样品容器内的传感器的固定光学扫描仪(检测单元)时，带没有中断地持续运动。用于保持在带搅动***中的所有瓶子的单独固定的光学扫描仪简化了仪器的设计，且允许样品容器的连续扫描。可选择地，带可以暂时停止，以便使保持在其中的样品容器定位成毗邻于访问结合在样品容器内的传感器的光学扫描仪。
附图简述
图1是培养检测仪器的等轴侧视图，培养检测仪器包括放置在盖板后面且在后面的图中阐述的带搅动***。仪器的上前盖具有用于查看仪器状态的检测器和用于瓶子装载的进出门(access door)。前门的下方是阴性瓶子废弃物抽屉。
图2是图1的仪器的等轴侧视图，其除去外盖以显示以径向构型的搅动模块组件以最小化空间且最大化仪器内的瓶子密度。
图3是图2的搅动模块组件的顶视图，显示径向定位。
图4是前门打开的图1的培养检测仪器的等轴侧视图，显示用于将瓶子***和取出搅动模块组件的装载***和机器人操纵臂。
图5A和图5B是图2-4的搅动模块组件中的一个的等轴侧视图，显示搅动带组件、搅动带驱动电动机和瓶子传感器光学扫描仪。瓶子旋转通过固定的光学扫描仪且仅在该位置被读取，从而消除了大量的光学检测***的需要，如现有技术***中的每一个瓶子一个***。
图6是从搅动模块组件中的结构的其余部分分开显示的搅动带的等轴侧视图，显示了等间隔的侧面衬垫(profile pad)，其提供用于安装使瓶子保持到带上的瓶子保持夹子。
图7是连接到图6的侧面衬垫的瓶子保持夹子的等轴侧视图，显示保持瓶子中的一个。保持夹子有裂缝(split)以允许侧部是弹簧装载的，用于保持瓶子。裂缝还提供用于简单的瓶子除去机构的开口。
图8是图7的注射成型的塑料瓶子保持夹子，但没有瓶子。径向外形特征被形成在靠近夹子端部的夹子侧部中，用于接合到在瓶子中形成的相应凹槽或制动器中，其显示在图7中。随着其旋转通过图5A和图5B的光学扫描仪，弹簧装载的侧部和后部的保持外形牢固地保持且准确地定位瓶子位置。
详述
本文描述样品容器搅动组件及搅动至少一个样品容器的方法，其中搅动组件包括具有连接到至其的大量的容器接收夹子的环形带。本公开还描述用于分析样品容器的微生物生长的检测仪器(例如，培养仪器或血液培养仪器)，仪器包括至少一个样品容器搅动组件。本文所描述的样品容器30(例如，在图2-5和图7中所显示的)以标准的培养瓶的形式。然而，如本领域的技术人员将容易地理解的，其它设计构型是可能的且是本领域已知的。
图1是培养检测仪器10的等轴侧视图，培养检测仪器10包括带搅动***，该带搅动***放置在封装搅动***(如在后面的图中作为物品20所阐述的)的盖板后面。如所示的，培养检测仪器包括左侧板和右侧板12A、顶板和底板12B及前板和后板12C。如本领域已知的，检测***10可以包括气候受控的内部室(或孵化室)，如通过由侧板12A、顶板和底板12B及前板和后板12C产生的封闭物所定义的。封闭室可以包括加热元件或用于保持环境的其它特征，以促进和/或增加可以存在于样品容器30中的任何微生物的生长。
仪器的上前盖12C是以门的形式且具有监测器14，用于查看仪器状态或用于为操作者或实验技术人员提供关于装载在检测***中的容器的状态信息。如所示的，上前盖12C还包括用于样品容器(例如，培养瓶)的装载或卸载(例如，被检测为对于微生物生长是有利的容器的卸载)的进出门16。进出门16的下方是阴性瓶子废弃物抽屉18，用于对于微生物生长的存在被测试为阴性的容器。如本领域已知的，其中存在有微生物剂的样品容器或瓶子30在本文中被称为“阳性的”。然而，在指定时间已经过去之后对于微生物生长被检测为阴性的样品容器或瓶子30在本文中被称为“阴性”容器或瓶子。
全部意义上来说，仪器10起到接收包含待检测的样品的样品容器或瓶子30(图2-4)的作用，孵化容器30，孵化期间在容器上进行搅动，且定期访问在容器中形成的传感器，以检测在样品容器内是否已经发生微生物生长。孵化和访问方面对于本搅动发明不是特别重要的且仅简单描述。
图2是图1的仪器10的等轴侧视图，其中除去了侧盖12A、顶盖12B和后盖以显示本公开的搅动***20。搅动***20采用以径向构型的若干个相同的搅动模块组件22的形式，以最小化空间且最大化仪器内的容器或瓶子密度。搅动模块组件22被安装到可旋转的旋盘或转盘(carousel)24，旋盘或转盘24用作转位机构。旋盘24关于垂直轴旋转，以便选择性地将组件22中的任一个放置在定位在进出门16后面的容器装载位置56(图4)的对面。每一个搅动模块组件22被垂直地安装且围绕旋盘24等距离地被放置。搅动模块组件22包括上空转滑轮(upper idler pulley)26和下驱动带滑轮28，在上空转滑轮和下驱动带滑轮上装配有垂直定向的环形带70(图5B、图6)。滑轮26和28是轮齿滑轮(gear toothed pulley)。驱动带滑轮28被连接到电动机38(图5A)。上空转滑轮26被连接到带张紧装置(未显示)。样品容器(瓶子)30被保持在单独的容器接收和保持夹子60(图7)中，该容器接收和保持夹子60通过侧面衬垫80固定到带70(图6)。带70通过驱动电动机38(图5A)旋转，从而围绕带的路径携带瓶子。当瓶子30围绕环形带、上空转滑轮和驱动带滑轮旋转时，完成瓶子的搅动。由于瓶子在夹子60内不滑动，所以随着它们围绕滑轮26和28旋转，瓶子30基本上是颠倒的(关于水平轴)。根据上滑轮和下滑轮之间的距离及带旋转速率，在顶部和底部的瓶子30的搅动之间可以存在短的停留时间。
当每一个瓶子30到达刚好在上空转滑轮26上方的带70的顶部位置时，随着瓶子30通过光学扫描仪或检测单元40(图2、图3、图5A)被读取，带70继续运动。如本领域已知的，光学扫描仪或检测单元40包括用于访问结合在瓶子30中的传感器的合适的光学或检测布置。例如，光学扫描仪40可以具有在本文件的上文中所引用的专利文献中所描述的且在培养检测仪器比如申请人的受让人bioMerieux，Inc的
Figure BDA00002760290100061
3D仪器中被商业化的光源和检测器布置。在一个实施方式中，扫描仪或检测单元40被优化，用于检测瓶子传感器颜色变化(例如，比色传感器)。光学扫描仪或检测单元被定位在瓶子30的保持夹子60的旋转半径上，从而使扫描仪40关于由保持夹子保持的瓶子30的基部中心居中。带70被移动到下一个位置且相邻的瓶子30被移动经过扫描仪或检测单元40。可选择地，带70可以被短暂地停止，用于通过扫描仪或检测单元40读取样品容器。
图2还显示了向通过图1的盖板限定的包封物(即孵化室)提供暖空气的鼓风机/加热器***32，从而建立在搅动和读取期间用于样品容器的孵化环境。电源34为用于仪器10的搅动***20、检测单元和其它电子部件的电动机提供功率。这些细节不是非常重要的且因此省略了进一步描述。
图3是图2的搅动模块组件的顶视图，显示搅动模块组件22的径向定位。可旋转的旋盘或转盘24关于垂直轴(例如，顺时针或逆时针)旋转，如通过箭头25所示的。如技术人员将容易地理解的，旋盘或转盘24的旋转允许样品容器30的搅动。在另外的实施方式中，旋盘或转盘24可以旋转，以便使任意的瓶子位置(例如，沿着带70的右手侧定位的瓶子30)进入到与机器人操纵器或机械臂52相对的位置中，以便使得瓶子30能够被***到带70中的接收和保持夹子60中的一个中，或以从接收和保持夹子60中除去瓶子30中的一个。为了使给定的瓶子30获得相应于机器人操纵器52的高度的准确高度，带70可能需要围绕上滑轮26和下滑轮28旋转一定的量，以便将保持相关瓶子的夹子60放置到带70的右侧上的正确高度且放置在用于瓶子的***或取出的位置中。
图4是打开前门12C的图1的培养检测仪器10的等轴侧视图，显示用于将容器30***搅动模块组件22和将容器30从搅动模块组件22取出的装载和卸载***50及机器人操纵臂52。在这个构型中，装载和卸载***50包括传送带54，传动带54将瓶子30推进到毗邻于机器人操纵器52的保持位置或装载位置56。通常，可以使用本领域已知的任意类型的机器人操纵器52。图4所示的阐述的机器人操纵器52关于水平轴可旋转且包括来回移动的抓取结构或手指。机器人操纵器52旋转到图4所定位的其中显示瓶子30的保持位置的正上方位置。抓取结构延伸以抓取瓶子30。然后，机器人操纵器关于水平轴旋转到图4所示的位置中，且抓取结构延伸，以将瓶子30***到机器人操纵器52正对面的夹子60中。然后，抓取结构释放且通过图7的带保持夹子60将瓶子保持在适当的位置中。如本领域的技术人员将容易地理解的，装载和卸载***50及机器人操纵器52可以用一个或多个支撑杆或其它类似的支撑结构来支撑在仪器10内(为了清楚，已经从图中省略了支撑杆)。例如，在一个实施方式中，机器人操纵器52可以通过水平定向的支撑杆支撑在仪器内。根据这个实施方式，机器人操纵器52可以沿着支撑杆运动(例如，以水平的方式从右到左，或反之亦然)，并且/或者机器人操纵器52或支撑杆本身可以关于水平轴旋转，从而允许机器人操纵器52将容器或瓶子30的定向从垂直定向(例如，直立定向)变化成水平方向(即，使得瓶子30平躺在其侧面上)。在另外的实施方式中，机器人操纵器52可以通过垂直支撑杆来支撑，从而允许机器人操纵器52上下移动支撑杆(即，沿着垂直轴)。图4的装载***50和机器人操纵器52的其它特征可以包括描述在下面的自动化装载特征和瓶子抓取特征：(1)2010年5月14日提交的题目为“Combined detectioninstrumentfor culture specimen containers and instrumentfor identificationand/or characterization of a microbial agent in a sample”的未决的美国申请系列第12/800,467号；和/或(2)2010年5月14日提交的题目为“Automatedmicrobial detection apparatus”的美国申请系列第12/780,126号；其内容通过引用并入本文。
机器人操纵器52还被用于卸载阳性和阴性瓶子30。在阳性瓶子30的情况下，机器人操纵器52将从保持夹子60中取回瓶子且使瓶子运动到装卸和卸载***50。一旦抓取机构将释放瓶子30且任选地传送机可以将瓶子移动到进出站58，其中使用者或实验技术员可以取回瓶子。以类似的方式，机器人操纵器52可以从保持夹子60中取回阴性瓶50，将瓶子放入被定位在阴性瓶废弃物抽屉18(图1)后面的废弃物容器中。
图5A和图5B是图2-4的搅动模块组件中的一个的等轴侧视图，其中图5A主要从后面显示组件且图5B从前面显示组件。图5A显示搅动带70、搅动带驱动电动机38及光学扫描仪或检测单元40。图5B显示上空转滑轮26和下驱动带滑轮28。瓶子30旋转通过固定的光学扫描仪或检测单元40且仅在该位置被读取，从而消除了多个光学检测***的需要，如现有技术***中的每一个瓶子一个检测***。铝通道36为组件22提供刚性安装基部。
图6是从搅动模块组件22中的结构的后面单独显示的搅动带70的等轴侧视图，显示等间隔的侧面衬垫80，侧面衬垫80提供用于安装图7的将瓶子30保持到带的瓶子接收和保持夹子的结构。
图7是连接到图6的侧面衬垫的瓶子接收和保持夹子60的等轴侧视图，显示保持瓶子30中的一个。保持夹子60有裂缝(61)以允许侧部62是弹簧装载的，用于瓶子保持。裂缝61(侧部62之间的缝隙)还提供用于简单的瓶子30取出机构的开口。夹子60单独显示在图8中。夹子包括与图6的衬垫80的外形相配合的一对通道64，允许夹子60在衬垫80上滑动。夹子60通过螺纹紧固件(未显示)固定到衬垫80，螺纹紧固件延伸通过孔66且被接收在衬垫80中的螺纹孔82中(图6)。保持夹子60可以以任何常规的方式紧固到带且不认为图6-8的详述是关键的。
裂缝61及侧面狭槽63还为条形码扫描仪(未显示)提供开口，以在搅动的过程中读取快速运动(on the fly)的条形码。搅动带驱动电动机具有集成编码器(integrated encoder)(未显示)且通常可以了解每一个瓶子安装衬垫80的位置。通过其条形码识别的每一个样品容器可以具有特定的带位置。如果识别的瓶子30被错误地移动到另一个夹子位置，仪器可以在条形码扫描期间识别放错的瓶子且显示“异常的瓶子装载”标记或类似物。
在一个可能的构型中，瓶子30包括制动圈(detent ring)或凹槽90，制动圈或凹槽90围绕瓶子30的侧壁的圆周延伸。夹子60包括以突出的脊的形式的瓶子保持外形92，当瓶子30被完全***到夹子60中时，瓶子保持外形92扣入凹槽90中，从而牢固地夹紧瓶子，且保证瓶子在用于读取的正确或“有效的”位置中且不被移动远离扫描仪40，远离扫描仪可造成包含在瓶子30中的传感器的不正确读取。夹子60可以用塑料注射成型法来制造。
夹子60是具有稍微小于瓶子30的外直径的内直径的如图7和图9所示的裂缝。侧部62提供一些弹性，以扩大且抓取瓶子30。随着瓶子30进入保持夹子60，侧部62扩大，应用围绕瓶子表面的均匀力。随着瓶子端部附近的接合凹槽90扣入侧部62的内侧面上的相应外形92中，瓶子被锁定在适当的位置中。保持夹子60中的裂缝还提供可开口，用于通过抓紧容器的顶部且通过迫使侧部62扩大且释放瓶子以将瓶子30旋转出夹子，将阴性瓶移出到废弃物容器中的简单机械取出臂。
尽管图3的实施方式以机器人装载和卸载为特征，在可选择的构型中，瓶子30可以手动接近。
从上文的描述，将理解，带搅动组件已经被描述用于保持大量的样品容器，带搅动组件为样品容器提供搅动，最大化了瓶子30的密度(参见图3的布置)，最小化了仪器尺寸，且通过每一个带仅需要一个光学检测器/扫描仪(40)，简化结合在样品容器内的传感器的光学检测。当然，两个或更多个检测器/扫描仪40可以被包含在仪器中，但通常是不必要的。
所附的权利要求被认为是公开的发明的进一步描述。

Claims (15)

1.一种样品培养容器搅动组件，包括：
环形带，其具有连接至其的多个容器接收夹子，所述容器接收夹子中的每一个适合于将样品培养容器接收且保持到所述带，所述带以垂直姿态定向；
上滑轮和下滑轮，所述带在所述上滑轮和所述下滑轮上被驱动；及
驱动所述带的驱动电动机，其中所述样品培养容器的搅动是通过所述带在所述上滑轮和所述下滑轮上的旋转及所述样品培养容器通过所述夹子的保持来实现的。
2.如权利要求1所述的搅动组件，其中所述样品培养容器是培养瓶。
3.如权利要求1或2所述的搅动组件，还包括毗邻于所述带放置的光学检测单元，其中所述电动机运转以使所述环形带及连接至其的样品容器运动到毗邻于所述光学检测单元的读取位置，因此所述光学检测单元用于提供用于检测所述容器中的微生物生长的特征。
4.如权利要求1、2或3所述的搅动组件，其中所述夹子包括通过裂缝分开的相对的第一侧和第二侧。
5.如权利要求1、2、3或4所述的搅动组件，还包括沿着所述带放置的多个衬垫，所述夹子连接到所述衬垫。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的搅动组件，其中所述夹子还包括用于接合所述样品容器外部上的相应特征的容器保持特征。
7.一种用于分析用于微生物生长的样品容器的检测仪器，包括：
如权利要求1-6所述的多个搅动组件，所述搅动组件垂直定向且以径向方式相互隔开；
所述搅动组件中的每一个包括至少一个光学扫描仪，用于访问保持在相应的搅动组件中的样品容器。
8.如权利要求7所述的检测仪器，其中所述多个搅动组件被安装到使所述搅动组件关于垂直轴旋转的转位机构。
9.如权利要求7或8所述的检测仪器，还包括抓取所述样品容器且将所述样品容器***到所述保持夹子中的机器人操纵器。
10.一种搅动样品容器的方法，包括下面的步骤：
提供具有多个保持夹子的垂直环形带，所述保持夹子中的每一个牢固地将样品容器保持在其中；且
旋转所述环形带并因此以垂直的方式在上滑轮和下滑轮上旋转所述样品容器。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述样品培养容器是培养瓶。
12.如权利要求10或11所述的方法，还包括在进行所述样品容器的搅动的同时，孵化所述样品容器的步骤。
13.如权利要求10、11或12所述的方法，还包括以下步骤：停止所述带的运动，以便使保持在其中的样品容器定位成毗邻于访问结合在所述样品容器中的传感器的光学检测单元。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述光学检测单元被定位成毗邻于所述上滑轮和所述下滑轮中的一个。
15.如权利要求10、11、12、13或14所述的方法，还包括在保持在所述带中的样品容器被移动通过且毗邻于访问结合在所述样品容器中的传感器的光学检测单元的同时，连续地移动所述带。
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