CN108350408B - 用于检测流体样品中有活力的微生物的设备、***和方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述了用于检测微生物对抗感染药的易感性的多种设备、***和方法。方法包括：将包含微生物的样品引入到第一表面和第二表面；将包含微生物的第一表面暴露于第一溶液；将包含微生物的第二表面暴露于第二溶液，其中所述第二溶液包含抗感染药；在将第一表面暴露于第一溶液后，将第一溶液与第一表面分离；在将第二表面暴露于第二溶液后，将第二溶液与第二表面分离；在将第一溶液引至传感器后，监测传感器的第一电特性；在将第二溶液引至传感器后，监测传感器的第二电特性；以及比较第一电特性和第二电特性以评估微生物的易感性。

Description

用于检测流体样品中有活力的微生物的设备、***和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年8月25日提交的美国临时申请第62/209,754号的权益，该申请的内容通过引用以其整体并入本文。
发明领域
本公开内容总体涉及微生物的体外检测，并且更具体地，涉及用于检测流体样品中有活力的微生物的设备、***和方法。
背景
由抗感染药抗性微生物(microorganism)或微生物(microbe)引起的感染是医院、疗养院和其他健康护理环境中健康护理专业人员的显著的问题。例如，此类感染可以引起被称为脓毒症的潜在的威胁生命的并发症，其中由微生物释放到血流中的化合物可以触发危险的全身炎性反应以及血管活性应答(vasoactive response)，引起发热、低血压和可能的死亡。当面对此类感染时，对于临床医师而言，优选的做法是合理地使用抗感染化合物，优选只有缓解感染所必需的那些化合物。然而，今天最常发生的是，直到生物体被鉴定并被测试药物敏感性为止，一直向患者给予广谱抗感染药，通常是多种药物以确保充分治疗。这倾向于导致多药物耐药性微生物。理想情况下，微生物的敏感性将在其存在被鉴定后立即检测。本公开内容呈现了用于实现该目标的设备、***和方法。
用于检测微生物中抗感染药抗性的现有方法和仪器包括昂贵且劳动密集的微生物培养技术以分离微生物，并且包括测试诸如琼脂盘扩散或肉汤微量稀释，其中抗感染药作为液体悬浮液、纸盘或在琼脂培养基上的干燥梯度引入。然而，这些方法需要技术人员的人工解释并且容易发生技术或临床医师失误。
虽然此类组(panel)或培养基的自动化检查可以降低临床医师失误的可能性，目前用于进行这些检查的仪器通常昂贵并且需要不断保养。此外，目前的仪器经常依赖于所探查样品的光学读出，要求庞大的检测装置和电源通路。最重要的是，这些方法需要数天来获得结果，因为微生物在暴露于抗感染药以确定其易感性之前必须在不同培养基中繁殖数次。
此外，此类方法和仪器经常不能直接对患者的体液进行此类测试并且需要冗长的样品制备时间。
作为以上限制和束缚的结果，对于快速且有效地检测患者样品中的抗感染药耐受微生物的改进的设备、***和方法存在需求。
概述
本文描述了用于检测患者样品中的微生物对一种或更多种抗感染药的易感性的各种设备、***和方法。
在一个实施方案中，用于检测样品中的微生物对一种或更多种抗感染药的易感性的方法可以包括将样品引至表面，诸如过滤器表面或基材表面。方法还可以包括将微生物暴露于第一溶液。方法还可以包括在将第一溶液与微生物分离并然后将第一溶液引至传感器后监测传感器的电特性。方法还可以包括将包含微生物的表面暴露于第二溶液，其中第二溶液包含抗感染药。方法还可以包括在暴露表面后将第二溶液与微生物分离。方法还可以包括在将第二溶液引至传感器后，检测传感器的电特性的任何变化。方法还可以包括使用传感器的电特性的任何检测到的变化评估微生物对抗感染药的易感性。
方法还可以包括在将第一溶液引至第一传感器后，监测第一传感器(诸如对照传感器)的第一电特性。
第一表面可以是过滤器表面或孔表面。第二表面可以与所述第一表面分开并且是过滤器表面或孔表面的另一个情况。
方法还可以包括通过确定第一电特性和第二电特性之间的差异比较第一电特性和第二电特性，并且其中第一电特性和第二电特性之间的差异可以是第一溶液和第二溶液的溶液特性的差异的结果。第一溶液和第二溶液的溶液特性的差异可以是第一溶液和第二溶液之间的分子计数和离子浓度中的至少一项的差异。
微生物对抗感染药的易感性可以在检测期内评估。检测期可以少于60分钟。
第一传感器和第二传感器的至少一个可以包括选自由以下组成的组的栅极介电层：氧化铝层、氧化铪层、氧化锆层、硅酸铪层、硅酸锆层、氮化硅层、氮化铝层、氮化铪层、氮化锆层、或其任何组合。第一传感器和第二传感器的至少一个可以是离子敏感的场效应晶体管、有机半导体或导电聚合物。
微生物可以包括选自由以下组成的属的细菌：不动杆菌属(Acinetobacter)、气单孢菌属(Aeromonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、拟杆菌属(Bacteroides)、柠檬酸杆菌属(Citrobacter)、肠杆菌属(Enterobacter)、埃希氏菌属(Escherichia)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)、摩根菌属(Morganella)、潘多拉菌属(Pandoraea)、变形杆菌属(Proteus)、普罗维登菌属(Providencia)、假单胞菌属(Pseudomonas)、罗尔斯通菌属(Ralstonia)、拉乌尔菌属(Raoultella)、沙门氏菌属(Salmonella)、沙雷氏菌属(Serratia)、希瓦氏菌属(Shewanella)、志贺氏菌属(Shigella)、寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)、链霉菌属(Streptomyces)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、肠球菌属(Enterococcus)、或其任何组合。微生物还可以包含选自由以下组成的属的真菌：念珠菌属(Candida)、隐球菌属(Cryptococcus)、或其任何组合。
抗感染药可以选自由以下组成的组：β-内酰胺类、氨基糖苷类、安莎霉素类、糖肽类、脂肽类、喹诺酮类、链阳性菌素类、或其任何组合。抗感染药还可以选自由以下组成的组：氯霉素类、大环内酯类、噁唑烷酮类、磺胺类、四环素类、或其任何组合。抗感染药可包括选自由以下组成的组的抗真菌药：两性霉素B、唑衍生物、棘白菌素类、氟胞嘧啶、或其组合。
在另外的实施方案中，用于检测微生物对其易感的抗感染药的方法可以包括将包含微生物的过滤器表面或基材表面暴露于第一溶液，诸如营养溶液。方法还可以包括将包含微生物的过滤器与第一溶液孵育。方法还可以包括在孵育过滤器后，将第一溶液与微生物分离。方法还可以包括使用传感器或传感器设备，诸如ISFET传感器，监测第一溶液的第一溶液特性。方法还可以包括将包含微生物的过滤器暴露于第二溶液，其中第二溶液包含抗感染药。方法还可以包括将包含微生物的过滤器与第二溶液孵育。方法还可以包括在孵育过滤器后，将第二溶液与微生物分离。方法还可以包括使用传感器监测第二溶液的第二溶液特性。方法还可以包括比较第一溶液特性和第二溶液特性以评估微生物对抗感染药的易感性。
在又另一个实施方案中，用于检测流体样品中的抗感染药耐受性的微生物的方法可以包括将溶液，诸如营养溶液，暂时地暴露于微生物，其中溶液包含抗感染药。方法还可以包括在溶液与微生物分离后，提供与溶液流体连通的传感器，其中传感器可以包括电特性。方法还可以包括在提供与溶液流体连通的传感器后，监测传感器的传感器电特性的变化。方法还可以包括在检测不到传感器的电特性的变化时，提供微生物对抗感染药的易感性的指示。
在另一个实施方案中，用于检测微生物对抗感染药的易感性的方法可以包括将第一溶液递送至表面，诸如过滤器表面或基材表面。第一溶液可以不具有抗感染药并且微生物可以定位于所述表面上。方法还可以包括将第一溶液与微生物和表面分离。方法还可以包括将传感器与第一溶液流体联接。方法还可以包括当传感器与第一溶液流体联接时，监测传感器的电特性。方法还可以包括将第二溶液递送至表面，其中第二溶液包含抗感染药。方法还可以包括将第二溶液与微生物和表面分离。方法还可以包括当传感器与第二溶液流体联接时监测传感器的电特性的变化，以评估微生物对抗感染药的易感性。
附图的几个视图的简要描述
图1图示了用于检测抗感染药易感的微生物的***的一个实施方案。
图2图示了用于检测抗感染药易感的微生物的***的另一个实施方案。
图3图示了用于检测抗感染药易感的微生物的***的另一个实施方案。
图4A图示了具有设置于基材上的活性传感器的基材和外部参考的实施方案的侧视图。
图4B图示了具有设置于基材上的活性传感器和片上参考电极(on-chipreference electrode)的基材的实施方案的侧视图。
图5A图示了具有设置于基材上的活性传感器和对照传感器以及外部参考电极的基材的实施方案的侧视图。
图5B图示了具有设置于基材上的活性传感器、对照传感器和片上参考电极的基材的实施方案的侧视图。
图6A图示了各自具有扩展栅极和外部参考电极的活性传感器和对照传感器的实施方案的侧视图。
图6B图示了各自具有扩展栅极和片上参考电极的活性传感器和对照传感器的实施方案的侧视图。
图7图示了一次性带(disposable strip)上的***的实施方案。
图8图示了处理由活性传感器和对照传感器输出的信号的分析仪和读出器。
图9图示了使用本文所述的方法和***进行的实验的实验结果。
图10图示了使用本文所述的方法和***进行的实验的另外的实验结果。
图11图示了用于检测微生物对一种或更多种抗感染药的易感性的方法的实施方案。
图12图示了用于检测微生物对一种或更多种抗感染药的易感性的方法的另一个实施方案。
图13图示了用于检测微生物对一种或更多种抗感染药的易感性的方法的又另一个实施方案。
图14图示了用于检测微生物对一种或更多种抗感染药的易感性的方法的另一个实施方案。
图15图示了用于检测微生物对一种或更多种抗感染药的易感性的方法的又一个实施方案。
图16图示了用于检测微生物对一种或更多种抗感染药的易感性的方法的另一个实施方案。
详细描述
当结合附图阅读时，从详细描述中可以最好地理解在本文描述的设备、***和方法的变化形式。需要强调的是，根据惯例，附图的各种特征可能不是按比例绘制的。相反，为了清楚起见，各种特征的尺寸可以任意扩大或缩小，并且并非所有特征在每个附图中都可见或标记。附图仅用于说明的目的，并且不意图将权利要求的范围限定或限制为所示的范围。
图1图示了用于检测或评估微生物102对抗感染药104的易感性的***100的实施方案。***100可以包括流体递送设备106、包含过滤器110的过滤器壳体108、基材112和读出器114。基材112可以具有设置于基材112的表面上的一个或更多个传感器116。基材112可以由聚合物材料、金属、陶瓷、半导体层、氧化物层、绝缘体或其组合构成。***100还可包括分析仪118。在图1中示出的其他实施方案中，分析仪118可以被设置于基材112的表面上。在其他实施方案中，分析仪118可以是联接至基材112的独立的单元或设备。
传感器116可以包括一个或更多个活性传感器120、一个或更多个对照传感器122、或其组合。如在图1中示出的实施方案中图示的，一个或更多个活性传感器120和对照传感器122可以设置于基材112的同一侧表面上。在图1中未示出的实施方案中，活性传感器120和对照传感器122可以设置于基材112的不同表面上、不同的基材112上或其组合。例如，图1示出了具有四个传感器116的基材112；但是，设想基材112可以包括任何数量的传感器116。在一个实施方案中，传感器116的至少一个可以是离子敏感的场效应晶体管(ion-sensitive field effect transistor)(ISFET)。传感器116将在随后的部分中更详细地讨论。
当微生物102处于流体样品124中时，***100可以检测或评估微生物102对抗感染药104的易感性的水平。流体样品124可以包括体液，诸如血液、血清、血浆、尿液、唾液、关节液、***、伤口材料、脊髓液、粘液、或其组合。在其他实施方案中，流体样品124还可以包括环境流体，诸如从小溪、河流、湖泊、海洋、污染场所、隔离区域或应急区域采样的液体。流体样品124还可以是食物样品。
微生物102可以是任何代谢的单细胞或多细胞生物体，包括细菌或真菌。在某些实施方案中，微生物102可以是选自由以下组成的属的细菌：不动杆菌属(Acinetobacter)、气单孢菌属(Aeromonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、拟杆菌属(Bacteroides)、柠檬酸杆菌属(Citrobacter)、肠杆菌属(Enterobacter)、埃希氏菌属(Escherichia)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)、摩根菌属(Morganella)、潘多拉菌属(Pandoraea)、变形杆菌属(Proteus)、普罗维登菌属(Providencia)、假单胞菌属(Pseudomonas)、罗尔斯通菌属(Ralstonia)、拉乌尔菌属(Raoultella)、沙门氏菌属(Salmonella)、沙雷氏菌属(Serratia)、希瓦氏菌属(Shewanella)、志贺氏菌属(Shigella)、寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)、链霉菌属(Streptomyces)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、肠球菌属(Enterococcus)、梭菌属(Clostridium)或其任何组合。在其他实施方案中，微生物102可以是选自由以下组成的属的真菌：念珠菌属(Candida)、隐球菌属(Cryptococcus)、或其任何组合。在另一个实施方案中，微生物102可以包括变形虫。在另外的实施方案中，微生物102可以是癌细胞，且抗感染药104可以是化学治疗剂或其他癌症治疗。
如图1中图示的，在步骤1A中，流体递送设备106可以将包含微生物102的流体样品124递送或注射到过滤器壳体108中。在图1中示出的实例实施方案中，流体递送设备106可以是注射器。在图1中未示出的其他实施方案中，流体递送设备106可以是注射筒、微流体通道、移液管、反应管、毛细管、试管、其组合或其中的一部分。
过滤器壳体108可以是被配置为固定或封闭过滤器110的容器(container)或器皿(vessel)。例如，过滤器壳体108可以是注射器过滤器的壳体。过滤器110可以是用于从流体样品124的上清液分离(isolating)或分离(separating)微生物102或其他分子或细胞的网或基质。在某些实施方案中，过滤器110可以选自由以下组成的组：乙酸纤维素、再生纤维素、尼龙、聚苯乙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚四氟乙烯(PTFE)、或其组合。
过滤器110可以包括过滤器表面126。过滤器表面126可以是用于分离或捕获微生物102的过滤器110的部分。过滤器表面126可以包括外表面、延伸到过滤器110内的内表面、或其组合。过滤器壳体108可具有至少一个开口128，其允许来自流体样品124的流体或上清液排出过滤器壳体108。例如，步骤1A可以包括在分离过滤器表面126上的微生物102后，通过开口128丢弃来自流体样品124的流体或上清液的另外的步骤。
在图1中未示出的可选择的实施方案中，流体样品124可以在步骤1A之前的步骤中被预过滤。当流体样品124包括体液时，该预过滤步骤可以包括使用过滤器110的另一个实例微流体过滤器或其组合过滤流体样品124，以从流体样品124滤出包括血细胞或上皮细胞的其他较大细胞组分。
在步骤1B中，同一流体递送设备106或另一个流体递送设备106也可用于将营养溶液130递送或注射到过滤器壳体108。流体递送设备106可以连续地或周期性地将包含微生物102的过滤器表面126暴露于营养溶液130。在一个实施方案中，营养溶液130可以包括包含细菌用胰蛋白胨、酵母提取物、氯化钠及其任何组合的缓冲液。在另一个实施方案中，营养溶液可以包括生长诱导物。生长诱导物可以选自由以下组成的组：碳基诱导物、氮基诱导物、矿物质、微量元素、生物生长因子或其任何组合。例如，生长诱导物可以包括但不限于葡萄糖、氨、镁或其组合。例如，营养溶液130可以是补充有100mM葡萄糖的0.1x Luria肉汤。
营养溶液130中的缓冲液可以是酸性缓冲液或碱性缓冲液。当流体样品124包括体液时，缓冲液可以用于抵消存在于流体样品124中的离子或物质的缓冲效应。
在步骤1C中，包含微生物102的过滤器110可以被加热至30℃和40℃之间的温度，并且允许孵育持续孵育期132。在一个实施方案中，过滤器110可以在过滤器壳体108中时被孵育。在另一个实施方案中，过滤器110可以在孵育前从过滤器壳体108移除。在一些实施方案中，过滤器110可以与营养溶液130孵育。孵育期132可以在从15分钟至超过1小时的范围中。在其他实施方案中，孵育期132可以少于15分钟。孵育期132可以基于微生物102的类型，诸如细菌或真菌的类型来调整。
孵育期132也可以基于存在于流体样品124中的微生物102的量来调整。例如，当微生物102的量低于阈值量时，孵育期132可以增加。可以允许过滤器110与营养溶液130一起孵育以促进微生物102在过滤器表面126上的增殖。孵育过滤器110的一个优点是增加***100对少量微生物102的灵敏度。例如，孵育过滤器110可以允许***100降低其检测水平。在一个实施方案中，***100可以检测少至500个细菌每毫升。在其他实施方案中，***100可以检测少于500个细菌每毫升。在另外的实施方案中，***100可以检测少于1*104个细菌每毫升。
在孵育过滤器110之后，在步骤1D中，同一流体递送设备106或另一个流体递送设备106可以然后用于将过滤器表面126暴露于另外的营养溶液130。将过滤器110暴露于另外的营养溶液130的一个优点是防止容纳微生物102的过滤器壳体108、过滤器110或环境由于微生物102进行的细胞活动、细胞代谢或生长而变得过度酸化。例如，由于微生物102经历细胞代谢或生长，包含微生物102的过滤器壳体108或过滤器110可能变得过度酸化。
如图1中示出的实例实施方案中图示的，步骤1D的暴露步骤的流出物(effluent)或流出液(outflow)可以被引至或施加到设置于基材112上的一个或更多个传感器116。该流出物或流出液可以被称为样品流出物134。
样品流出物134可以通过过滤器壳体108中的开口128被引至设置在基材112上的一个或更多个传感器116。开口128可以包括通道、毛细管、管或其组合。当样品流出物134流动经过滤器110到达传感器116时，样品流出物134可以与过滤器表面126上的微生物102分离。在这些实施方案中，微生物102可以保持与设置于基材112上的传感器116的任何部分分离或防止微生物102与设置于基材112上的传感器116的任何部分接触。
样品流出物134可以包括溶液特性136。溶液特性136可以指构成样品流出物134的溶液的一个或更多个属性。例如，溶液特性136可以包括溶液中的溶质浓度或溶质的绝对数目。溶液特性136可以包括样品流出物134中的离子、有机分子诸如氨基酸、矿物质或其他无机化合物的量或浓度。
由于过滤器表面126上由微生物102产生的或归因于微生物102的离子、有机分子或矿物质的结果,溶液特性136可以变化。溶液特性136可以是微生物102所进行的细胞活动(诸如细胞代谢或细胞生长)的直接或间接的副产物。在一个实施方案中，样品流出物134可以包含氢离子(H+)作为细菌细胞代谢或生长的副产物。在其他实施方案中，样品流出物134可以包含由微生物102产生或归因于微生物102的腺苷三磷酸(ATP)、二氧化碳(CO2)、乳酸、碳酸、硝酸盐(NO3 -)或其组合。
在步骤1E中，在将样品流出物134引至传感器116之后，可以使用同一流体递送设备106或另一个流体递送设备106以将抗感染药104引至包含微生物102的过滤器表面126。在图1示出的实例实施方案中，抗感染药104可以与另外的营养溶液130混合，并且包含微生物102的过滤器表面126可以暴露于另外的营养溶液130。在其他实施方案中，抗感染药104可以被引至与营养溶液130分离的过滤器表面126。
抗感染药104可以包括抑菌抗感染药、杀菌抗感染药或其组合。在某些实施方案中，抑菌抗感染药可以包含β-内酰胺类、氨基糖苷类、安莎霉素类、糖肽类、脂肽类、喹诺酮类、链阳性菌素类、或其任何组合。杀菌抗感染药可以包括氯霉素、大环内酯类、噁唑烷酮类、磺酰胺类、四环素类、其任意组合或其将来的衍生物。
在图1中示出的实例实施方案中，在步骤1C中孵育的过滤器110可以被分成两个单独的过滤器110，每个过滤器110在过滤器表面126上具有微生物102。在该实施方案中，包含抗感染药104的营养溶液130可以在步骤1D中暴露于或被引至包含微生物102的过滤器110之一，并且不含抗感染药104的营养溶液130可以在步骤1E中暴露于或被引至其他过滤器110。在一个实施方案中，步骤1D可以与步骤1E同时或时间上接近地发生。在其他实施方案中，步骤1D和步骤1E可以顺序发生。
在这些实施方案中，由步骤1D的暴露步骤产生的样品流出物134可以被引至与用于分析来自步骤1E的样品流出物134的传感器116不同的传感器116。而且，在这些实施方案中，接收包含抗感染药104的样品流出物134的传感器116可以被称为活性传感器(activesensor)120，并且接收不含抗感染药104的样品流出物134的传感器116可以被称为对照传感器122。
在本公开内容设想的可选择的实施方案中，在步骤1E中暴露于营养溶液130的同一过滤器110可以在稍后的时间点暴露于包含抗感染药104的营养溶液130。在该实施方案中，来自暴露步骤的包含抗感染药104的样品流出物134也可以被引至与步骤1E中用于测量非抗感染药样品流出物134的传感器116相同的传感器116。
在设想的但未在图1中示出的又另一个实施方案中，流体样品124的部分可在步骤1A之前被分到多个过滤器壳体108中。在该实施方案中，每个过滤器壳体108可以包括含有微生物102的过滤器110，所述微生物102来自被布置于过滤器表面126上的流体样品124。每个过滤器壳体108可以被孵育并且多种营养溶液130，包括缺乏抗感染药104的营养溶液130或包含不同类型的抗感染药104的营养溶液130，可以用于暴露各种过滤器110。在该实施方案中，来自各种过滤器壳体108的样品流出物134可被引至基材112上的不同传感器116。
虽然图1图示了基材112上的四个传感器116中的两个用于分析来自流体样品124的样品流出物134，但设想基材112可以容纳任何数量的用于接收样品流出物134的传感器116。例如，基材112可以是用于高通量测定板诸如96孔板、192孔板或384孔板的支撑件或壳体。在该实例中，每个孔板可以与一个或更多个传感器116流体连通。在另一个实施方案中，传感器116可以直接定位在过滤器壳体108下方。
读出器114、分析仪118或其组合可以被配置为在将样品流出物134引至传感器116后监测传感器116的电特性800(参见图8)。例如，读出器114可以通过接收来自设置于基材112上的分析仪118的一个或更多个信号来监测传感器116的电特性800。在一个实施方案中，分析仪118可以包括控制器，以执行关于检测或比较传感器116的电特性800的逻辑命令。在其它实施方案中，控制器可以与读出器114集成或可以耦合到分析仪118的另一个设备。
电特性800可以包括在传感器116处或附近测量的电流、电压、阈值电压、电容、电阻、噪音水平、亚阈值摆幅(subthreshold swing)、感应水平或其组合。读出器114可以电耦合或通信耦合到分析仪118、基材112或其组合，以随时间监测传感器116的电特性800。读出器114还可以被配置为提供传感器116的电特性800的读出。
在某些实施方案中，读出器114可以是移动设备、手持设备、平板设备或计算设备诸如膝上型或台式计算机。在其他实施方案中，读出器114、分析仪118、其组合或其中的任何部分可以被集成到ISFET探针或仪表中。
在图1中示出的实例实施方案中，在步骤1F中，分析仪118、读出器114或其组合可以监测传感器116，诸如活性传感器120和对照传感器122的电特性800。分析仪118、读出器114或其组合可以在将包含抗感染药104的样品流出物134引至活性传感器120后监测活性传感器120的电特性800。另外，分析仪118、读出器114或其组合还可以在将不含抗感染药104的样品流出物134引至对照传感器122后监测对照传感器122的电特性800。分析仪118、读出器114或其组合可以比较活性传感器120的电特性800和对照传感器122的电特性800，以评估微生物102对抗感染药104的易感性。
当样品流出物134的溶液特性136由于样品流出物134中存在的溶质的浓度或量的差异而不同时，传感器116的电特性800可以不同。例如，当被引至活性传感器120的样品流出物134的溶液特性136与被引至对照传感器122的样品流出物134的溶液特性136不同时，活性传感器120和对照传感器122的电特性800可以不同。作为更具体的实例，当样品流出物134的溶液特性136的pH不同或另一种离子、有机分子或其组合的浓度不同时，活性传感器120和对照传感器122的电特性可以不同。
在设想的但未在图1中示出的另一个实施方案中，分析仪118、读出器114或其组合可以在将不含抗感染药104的样品流出物134引至传感器116后监测传感器116的电特性800。在该实施方案中，包含抗感染药104的另外的营养溶液130可以被引至或暴露于包含微生物102的过滤器表面126，并且由该暴露步骤产生的另外的样品流出物134可以被引至传感器116。分析仪118、读出器114或其组合可以在将另外的样品流出物134引至传感器116后检测传感器116的电特性800的任何变化。然后，分析仪118、读出器114或其组合可以使用传感器116的电特性800的任何检测到的变化来评估微生物102对抗感染药104的易感性。
在该实施方案中，传感器116的电特性800的变化可以指示被引至传感器116的样品流出物134的溶液特性136的变化。例如，样品流出物134的溶液特性136的变化可以指示样品流出物134中的离子、有机分子或其组合的浓度的变化。作为更具体的实例，样品流出物134的溶液特性136的变化可以是样品流出物134的pH的变化。
在这些和其它实施方案中，分析仪118、读出器114或其组合可以在检测期138内评估微生物102对抗感染药104的易感性。在一个实施方案中，检测期138可以在从60分钟到240分钟的范围中。在另一个实施方案中，检测期138可以少于60分钟。在又一个实施方案中，检测期138可以大于240分钟。
读出器114可以产生评估微生物102的易感性的输出信号808(参见图8)。在一个实施方案中，输出信号808可以是电信号。在该实施方案中，输出信号808可以呈现为读出器114的显示单元上的图形，诸如文本字符串、数字、符号或其组合。在另一个实施方案中，输出信号808可以是音频信号。
分析仪118、读出器114或其组合可以作为二元评估或分级(gradated)或分层(tiered)评估来评估微生物102对抗感染药104的易感性。在一个实施方案中，分析仪118、读出器114或其组合可以将微生物102对抗感染药104的易感性评估为抗性或非抗性的。在该实施方案中，***100可以将设定量的抗感染药104引至营养溶液130并且读出器114或分析仪118可基于一个传感器116的电特性800的任何检测到的变化或活性传感器120和对照传感器122的电特性800的任何检测到的差异将微生物102的易感性评估为抗性或非抗性的。
例如，当即使在抗感染药104被引至包含微生物102的过滤器表面126后，分析仪118检测到一个传感器116的电特性800的变化时，读出器114、分析仪118或其组合可以将微生物102的易感性评估为对抗感染药104有抗性。并且，例如，当抗感染药104被引至包含微生物102的过滤器表面126后，分析仪118未检测到一个传感器116的电特性800的变化时，读出器114、分析仪118或其组合可以将微生物102的易感性评估为对抗感染药104无抗性。此外，当分析仪118未检测到一个传感器116的电特性800的统计学上显著的变化或超出阈值的变化时，读出器114、分析仪118或其组合可以将微生物102的易感性评估为对抗感染药104无抗性。
作为另一个实例，当分析仪118或读出器114未检测到活性传感器120和对照传感器122的电特性800之间的统计学显著差异时，读出器114、分析仪118或其组合可以将微生物102的易感性评估为对抗感染药104有抗性。更具体地，电特性800的这种统计学显著差异可以是超过阈值的差异。在该实例中，***100可以将来自包含抗感染药104的营养溶液130的样品流出物134引至活性传感器120，并将不含抗感染药104的样品流出物134引至对照传感器122。另外，当读出器114或分析仪118随时间检测到活性传感器120和对照传感器122的电特性800之间的统计学显著差异时，读出器114、分析仪118或其组合可以将微生物102的易感性评估为对抗感染药104无抗性。
在其他实施方案中，读出器114、分析仪118或其组合可以在分级或分层级别上评估微生物102的易感性的水平。例如，读出器114可以将微生物102对抗感染药104的易感性评估为有抗性、轻度易感或易感。在这些实施方案中，不同浓度的抗感染药104可以被引至包含微生物102的过滤器表面126，以评估微生物102对抗感染药104的易感性的水平。
作为更具体的实例，当仅使用一个传感器116来评估微生物102的易感性的水平时，***100可随时间将更大量的抗感染药104引至过滤器表面126，并监测另外的抗感染药104在此时间段内对传感器116的电特性800的影响。作为另一个实例，当多个活性传感器120被设置在基材112上时，***100可以同时或随着时间将不同量的抗感染药104引至不同的活性传感器120，并且读出器114、分析仪118或其组合可比较各个活性传感器120与对照传感器122的电特性800，以评估微生物102对抗感染药104的易感性的水平。
虽然在以上部分讨论了三类易感性性，但本领域普通技术人员应该理解，可使用四类或更多类别的易感性来评估微生物102对抗感染药104的易感性的水平。
图2图示了用于检测或评估微生物102对抗感染药104的易感性的***100的另一个实施方案。***100可以包括流体递送设备106、包括基材孔200的基材112和读出器114。基材112可具有设置于基材表面202上的一个或更多个传感器116。***100还可包括分析仪118。在图2示出的实施方案中，分析仪118可以设置于基材表面202上。在其他实施方案中，分析仪118可以是联接至基材112的独立的单元或设备。
传感器116可以包括设置于基材表面202上的一个或更多个活性传感器120、一个或更多个对照传感器122或其组合。如在图2中示出的实施方案中图示的，活性传感器120和对照传感器122可以设置在基材112的一侧。在图2中未示出的其他实施方案中，活性传感器120和对照传感器122可以设置于基材112的不同侧上或设置于不同基材上。例如，图2示出了具有三个传感器116的基材112；但是，设想基材112可以包括任何数量的传感器116。在一个实施方案中，传感器116的至少一个可以是ISFET。
基材孔200可以包括样品孔204、一个或更多个活性孔206、一个或更多个对照孔208、或其组合。样品孔204、一个或更多个活性孔206、一个或更多个对照孔208、或其组合可以通过基材通道210彼此流体联接或彼此流体连通。基材通道210可以包括设置在基材112上或内部的管、毛细管、微流体通道、凹陷或孔洞(hole)。
包括样品孔204、活性孔206、对照孔208或其组合的基材孔200可以是基材112的表面上的坑(divots)、凹陷或开口。在另一个实施方案中，基材孔200可以是基材112内的封闭空间。在其他实施方案中，基材孔200可以是偶联到基材112的容器(receptacles)或筒。基材孔200也可以通过基材通道210与传感器116流体联接或流体连通。
如在图2中图示的，在步骤2A中，流体递送设备106可以将包含微生物102的流体样品124递送或注射到样品孔204中。在图2中未示出的可选择的实施方案中，流体样品124可以在步骤2A之前的步骤中被预过滤。该预过滤步骤可以包括使用过滤器110、微流体过滤器或其组合过滤流体样品124以从流体样品124滤出包括血细胞或上皮细胞的其他较大细胞组分。
在步骤2B中，同一流体递送设备106或另一个流体递送设备106也可以用于将营养溶液130递送或注射到样品孔204。流体递送设备106可以连续地或周期性地引入营养溶液130或将样品孔204的基材表面202暴露于营养溶液130。在一个实施方案中，营养溶液130可以包括包含细菌用胰蛋白胨、酵母提取物、氯化钠及其任何组合的缓冲液。在另一个实施方案中，营养溶液可以包括生长诱导物。生长诱导物可以选自由以下组成的组：碳基诱导物、氮基诱导物、矿物质、微量元素、生物生长因子或其任何组合。例如，生长诱导物可以包括但不限于葡萄糖、氨、镁或其组合。例如，营养溶液130可以是补充有100mM葡萄糖的0.1xLuria肉汤。
营养溶液130的流可以将样品孔204中的微生物102携带或递送至活性孔206、对照孔208或其组合。例如，样品孔204、活性孔206、对照孔208或其组合可以被成形为具有圆形底部的半球体、具有平坦或平面底部的长方体、圆锥体、截头圆锥体、双曲面或其组合。当微生物102处于活性孔206、对照孔208或其组合中时，整个基材112可以被加热至30℃至40℃之间的温度，并允许孵育持续孵育期132。基材112可以被允许孵育以促进活性孔206、对照孔208或其组合中的微生物102的增殖、代谢或生长。
包括样品孔204、活性孔206、对照孔208或其组合的基材孔200可以被孔涂层212覆盖。孔涂层212可以覆盖或包被孔的底部或侧面。孔涂层212可以包括抗缓冲涂层，诸如酸性涂层或碱性涂层。
孔涂层212还可以是被配置为将微生物102捕获在活性孔206、对照孔208或其组合中的捕获涂层。例如，孔涂层212可以是包含蛋白诸如纤连蛋白、胶原蛋白、层粘连蛋白、骨桥蛋白、聚-D-赖氨酸或其组合的细胞外基质。孔涂层212也可以是带电涂层，诸如胺表面、羧基表面、带电肽表面或其组合。孔涂层212也可以是含氧或含氮的表面。孔涂层212也可以是聚氨酯表面。
活性孔206、对照孔208或其组合可以具有物理屏障214。物理屏障214可以是用于捕获或分离活性孔206、对照孔208或其组合中的微生物102的孔的物理特征或设计。例如，物理屏障214可以是从活性孔206、对照孔208或其组合的下游部分突出的突出部或凸缘。作为另一个实例，物理屏障214可以是活性孔206、对照孔208或其组合的倾斜表面。在设想的但未在图2中示出的另一个实施方案中，物理屏障214可以是设置在样品孔204下游的活性孔206、对照孔208或其组合的开口处的过滤器110。
尽管图2中的实例实施方案示出了物理屏障214作为基材孔200的特征，但物理屏障214也可以是基材通道210的特征。例如，基材通道210可以是微流体通道，其窄到防止微生物102沿着基材通道210朝向传感器116行进的宽度或直径。在该实例实施方案中，基材112可以充当微流芯片或芯片实验室(LOC)。
孔涂层212、物理屏障214或其组合可以作为***100的一部分被包括，以防止或阻止微生物102接触或到达传感器116。在设想但在图2中未示出的另一个实施方案中，电部件或磁部件可以用于捕获或分离活性孔206、对照孔208或其组合中的微生物102。
在步骤2B中递送的营养溶液130或另外的营养溶液130可以连续地或周期地递送或注射到样品孔204、活性孔206、对照孔208或其组合中，直到微生物102被携带或递送到一个或更多个活性孔206、对照孔208或其组合中。活性孔206、对照孔208或其组合可以包括允许活性孔206、对照孔208或其组合中的流体或上清液排出或离开孔进入一个或更多个基材通道210的一个或更多个开口、物理特征、几何形状或设备特征。从活性孔206、对照孔208或其组合中的微生物102分离的流体或上清液可以被称为样品流出物134。
如图2中示出的实例实施方案中图示的，样品流出物134可以被引至、携带或递送至设置于基材112上的一个或更多个传感器116。样品流出物134可以包括溶液特性136。溶液特性136可以包括样品流出物134中的离子、有机分子诸如氨基酸、矿物质或其他无机化合物的量或浓度。
由于活性孔206、对照孔208或其组合中的微生物102产生的或归因于微生物102的离子、有机分子或矿物质的结果，溶液特性136可以变化。溶液特性136可以是微生物102所进行的细胞活动(诸如细胞代谢或细胞生长)的直接或间接的副产物。样品流出物134可以包含H+、ATP、CO2、乳酸、碳酸、NO3 -、或其组合。
基材通道120可以将样品流出物134从一个或更多个活性孔206递送到或引至一个或更多个活性传感器120。此外，单独的基材通道120可以将样品流出物134从一个或更多个对照孔208递送到或引至一个或更多个对照传感器122。
在步骤2C中，在孵育基材112之后或之前，可以使用同一流体递送设备106或另一个流体递送设备106将抗感染药104引至活性孔206。在图2示出的实例实施方案中，抗感染药104可以与另外的营养溶液130混合，并且包含微生物102的活性孔206可以暴露于包含抗感染药104的另外的营养溶液130。在其他实施方案中，抗感染药104可以被引至与营养溶液130分离的活性孔206。
在图2中示出的实例实施方案中，包含抗感染药104的营养溶液130可被递送或引至包含微生物102的活性孔206，而缺乏抗感染药104的营养溶液130可被递送或引至也包含微生物102的对照孔208。在这些实施方案中，从活性孔206流出的样品流出物134可以被引至活性传感器120，并且从对照孔208流出的样品流出物134可以被引至对照传感器122。
在设想的但在图2中未示出的可选择的实施方案中，一个活性孔206可以初始暴露于缺乏抗感染药104的营养溶液130，并且从活性孔206流出的样品流出物134可以被引至传感器116。在该实施方案中，相同的活性孔206可以在稍后的时间暴露于包含抗感染药104的营养溶液130。通过这样做，来自该第二暴露步骤的样品流出物134可以被引至用于测量非抗感染药样品流出物134的传感器116的同一传感器116。
虽然图2图示了基材112上的三个传感器116中的两个用于分析来自流体样品124的样品流出物134，但设想基材112可以容纳任何数量的用于接收样品流出物134的传感器116。例如，基材112可以是用于高通量测定板诸如96孔板、192孔板或384孔板的支撑件或壳体。在该实例中，每个孔板可以与至少一个传感器116流体连通。
读出器114、分析仪118或其组合可以被配置为在将样品流出物134引至传感器116时监测传感器116的电特性800。例如，读出器114可以通过接收来自设置于基材112上的分析仪118的一个或更多个信号来监测传感器116的电特性800。
在图2中示出的实例实施方案中，在步骤2D中，分析仪118、读出器114或其组合可以监测传感器116，诸如活性传感器120和对照传感器122的电特性800。分析仪118、读出器114或其组合可以在将来自活性孔206的样品流出物134引至活性传感器120后监测活性传感器120的电特性800。另外，分析仪118、读出器114或其组合还可以在将来自对照孔208的样品流出物134引至对照传感器122后监测对照传感器122的电特性800。分析仪118、读出器114或其组合可以比较活性传感器120的电特性800以及对照传感器122的电特性800，以评估微生物102对抗感染药104的易感性。
当样品流出物134的溶液特性136由于样品流出物134中存在的溶质的浓度或量的差异而不同时，传感器116的电特性800可以不同。例如，当被引至活性传感器120的样品流出物134的溶液特性136与被引至对照传感器122的样品流出物134的溶液特性136不同时，活性传感器120和对照传感器122的电特性800可以不同。
在设想的但未在图2中示出的另一个实施方案中，分析仪118、读出器114或其组合可以在将不含抗感染药104的样品流出物134引至一个传感器116后监测该传感器116的电特性800。在该实施方案中，包含抗感染药104的另外的营养溶液130可以被递送至或暴露于同一传感器116，并且由此暴露步骤产生的另外的样品流出物134可以被引至传感器116。分析仪118、读出器114或其组合可以在将另外的样品流出物134引至传感器116后检测传感器116的电特性800的任何变化。然后，分析仪118、读出器114或其组合可以使用传感器116的电特性800的任何检测到的变化来评估微生物102对抗感染药104的易感性。
在该实施方案中，传感器116的电特性800的变化可以指示引至传感器116的样品流出物134的溶液特性136的变化。例如，样品流出物134的溶液特性136的变化可以指示样品流出物134中的离子、有机分子或其组合的浓度的变化。作为更具体的实例，样品流出物134的溶液特性136的变化可以是样品流出物134的pH的变化。
在这些和其他实施方案中，分析仪118、读出器114或其组合可以在检测期138内评估微生物102对抗感染药104的易感性。
读出器114还可以产生评估微生物102的易感性的输出信号808。分析仪118、读出器114或其组合可以作为二元评估或分级或分层评估来评估微生物102对抗感染药104的易感性。
例如，当即使在抗感染药104被引至流体联接至活性传感器120的活性孔206后，分析仪118检测到活性传感器120的电特性800的变化时，读出器114、分析仪118或其组合可以将微生物102的易感性评估为对抗感染药104有抗性。并且，例如，当在抗感染药104被引至流体联接至活性传感器120的活性孔206后，分析仪118未检测到活性传感器120的电特性800的变化时，读出器114、分析仪118或其组合可以将微生物102的易感性评估为对抗感染药104无抗性。此外，当分析仪118未检测到活性传感器120的电特性800的统计学上显著的变化或超出阈值的变化时，读出器114、分析仪118或其组合可以将微生物102的易感性评估为对抗感染药104无抗性。
作为另一个实例，当分析仪118或读出器114未检测到活性传感器120和对照传感器122的电特性800之间的统计学显著差异时，读出器114、分析仪118或其组合可以将微生物102的易感性评估为对抗感染药104有抗性。更具体地，电特性800的统计上显著的差异可以是超过阈值的差异。在该实例中，***100可以将来自活性孔206的样品流出物134引至活性传感器120，并将来自对照孔208的样品流出物134引至对照传感器122。另外，当读出器114或分析仪118检测到活性传感器120和对照传感器122的电特性800之间的统计学显著的差异时，读出器114、分析仪118或其组合可以将微生物102的易感性评估为对抗感染药104无抗性。
在其他实施方案中，读出器114、分析仪118或其组合可以在分级或分层级别上评估微生物102的易感性的水平。例如，读出器114、分析仪118或其组合可以将微生物102对抗感染药104的易感性评估为有抗性、轻度易感或易感。在这些实施方案中，不同浓度的抗感染药104可以被引至包含微生物102的不同活性孔206，以评估微生物102对抗感染药104的易感性的水平。
作为实例，当仅使用一个传感器116来评估微生物102的易感性的水平时，***100可随时间将更大量的抗感染药104引至活性孔206，并监测另外的抗感染药104在此时间段内对流体联接至活性孔206的活性传感器120的电特性800的影响。作为另一个实例，当多个活性传感器120被设置在基材112上时，***100可以将不同量的抗感染药104引至不同的活性孔206，并且读出器114、分析仪118或其组合可比较各个活性传感器120与一个或更多个对照传感器122的电特性800，以评估微生物102对抗感染药104的易感性的水平。
图3图示了用于检测或评估微生物102对抗感染药104的易感性的***100的另一个实施方案。***100可以包括流体递送设备106、包含过滤器110的过滤器壳体108和传感器设备300。在一个实施方案中，传感器设备300可以是手持ISFET仪表或探针。
如图3中图示的，在步骤3A中，流体递送设备106可以将包含微生物102的流体样品124递送或注射到过滤器壳体108中。在图3中示出的实例实施方案中，流体递送设备106可以是注射器。在图3中未示出的其他实施方案中，流体递送设备106可以是注射筒、微流体设备、移液管、反应管、毛细管、试管、其组合或其中的一部分。
过滤器壳体108可以是被配置为固定或封闭过滤器110的容器(container)或器皿(vessel)。例如，过滤器壳体108可以是注射器过滤器的壳体。过滤器110可以是用于从流体样品124的上清液分离(isolating)或分离(separating)微生物102或其他分子或细胞的网或基质。
过滤器110可以包括过滤器表面126。过滤器表面126可以是用于分离或捕获微生物102的过滤器110的部分。过滤器表面126可以包括外表面、延伸到过滤器110内的内表面、或其组合。尽管在图3中未示出，过滤器壳体108可具有至少一个开口128，其允许来自流体样品124的流体或上清液排出过滤器壳体108。例如，步骤3A可以包括在分离过滤器表面126上的微生物102后，通过开口128丢弃来自流体样品124的流体或上清液的另外的步骤。
在图3中未示出的可选择的实施方案中，流体样品124可以在步骤3A之前的步骤中被预过滤。当流体样品124包括体液或样品时，该预过滤步骤可以包括使用过滤器110的另一个实例微流体过滤器或其组合过滤流体样品124，以从流体样品124滤出包括血细胞或上皮细胞的其他较大细胞组分。
在步骤3B中，同一流体递送设备106或另一个流体递送设备106也可用于将营养溶液130递送或注射到过滤器壳体108。流体递送设备106可以连续地或周期性地将营养溶液130引至或暴露于包含微生物102的过滤器表面126。在一个实施方案中，营养溶液130可以包括生长诱导物、Luria肉汤、NaCl和缓冲液。
在步骤3C中，包括营养溶液130、过滤器和微生物102的过滤器壳体108可以被加热到约37℃的温度，并且允许孵育持续孵育期132。孵育期132可以在从15分钟至1小时的范围。在其他实施方案中，孵育期132可以少于15分钟。孵育期132可以基于微生物102的类型调整。
孵育期132也可以基于存在于流体样品124中的微生物102的量来调整。例如，当微生物102的量低于阈值量时，孵育期132可以增加。可以允许过滤器110与营养溶液130一起孵育以促进过滤器110上的微生物102的代谢。此外，通过使用本文所述的传感器监测产生的代谢物的速率，可以鉴定微生物，因为不同的微生物具有特征性的倍增(multiplication)和代谢速率。由此公开了另外的特征，即随着时间向微生物提供不同的营养，同时使用本文所述的传感器监测各种代谢物的产生速率以便进一步鉴定微生物。
在孵育过滤器壳体108之后，包含微生物102的过滤器110可以与代表过滤器壳体108中的剩余营养溶液130的溶液分离。该溶液可以被称为样品流出物134。传感器设备300可以在步骤3D中被引至或***到样品流出物134中以确定样品流出物134的溶液特性136。在设想但未在图3中示出的另一个实施方案中，样品流出物134可以通过过滤器壳体108中的开口从过滤器壳体108排空或移到另一容器或器皿中。然后可以使用传感器设备300来确定该另一个容器或器皿中的样品流出物134的溶液特性136。
溶液特性136可以指构成样品流出物134的溶液的一个或更多个属性。例如，溶液特性136可以包括溶液中溶质的浓度或溶质分子的绝对数目。溶液特性136可以包括样品流出物134中的离子、有机分子诸如氨基酸、矿物质或其他无机化合物的量或浓度。
由于过滤器110上的微生物102产生的或归因于微生物102的离子、有机分子或矿物质的结果，溶液特性136可以变化。溶液特性136可以是微生物102所进行的细胞活动(诸如细胞代谢或细胞生长)的直接或间接的副产物。在一个实施方案中，样品流出物134可以包含氢离子(H+)作为细菌细胞代谢或生长的副产物。在其他实施方案中，样品流出物134可以包含由微生物102产生或归因于微生物102的腺苷三磷酸(ATP)、二氧化碳(CO2)、乳酸、碳酸、硝酸盐(NO3 -)、其组合、或者任何其他代谢副产物。
在步骤3C之后，包含微生物102的过滤器110可从包含样品流出物134的过滤器壳体108移除并放置到新的过滤器壳体108中。然后，在步骤3E中，同一流体递送设备106或另一个流体递送设备106可以用于将抗感染药104引至包含过滤器110的新过滤器壳体108中。在一个可选择的实施方案中，步骤3E可以包括在样本流出物134已被从过滤器壳体108的开口排出或移除之后，使用同一流体递送设备106或另一个流体递送设备106来将抗感染药104引至来自步骤3C的过滤器壳体108。
在图3示出的的实例实施方案中，抗感染药104可以与另外的营养溶液130混合，并且包含微生物102的过滤器110可以暴露于另外的营养溶液130。在其他实施方案中，抗感染药104可以被引至与营养溶液130分离的过滤器110。
在步骤3F中，在将抗感染药104引至过滤器壳体108之后，包含营养溶液130、过滤器110、抗感染药104和微生物102的过滤器壳体108可以被加热至约37℃的温度并允许孵育持续孵育期132。
在孵育过滤器壳体108之后，包含微生物102的过滤器110可以与样品流出物134分离。然后在步骤3G中，传感器设备300可以被引至或***到样品流出物134中以确定样品流出物134的溶液特性136。在设想但未在图3中示出的另一个实施方案中，样品流出物134可以通过过滤器壳体108中的开口从过滤器壳体108排出到或移到另一容器或器皿中。然后可以使用传感器设备300来确定该另一个容器或器皿中的样品流出物134的溶液特性136。
然后，在步骤3H中，读出器114可以用于比较来自步骤3G的样品流出物134的溶液特性136和来自步骤3D的样品流出物134的溶液特性136，以评估微生物102对抗感染药104的易感性。例如，读出器114可以用于随时间比较两个溶液特性136。来自步骤3D和步骤3G的溶液特性136可以因存在于样品流出物134中的溶质的浓度或量的差异而不同。例如，溶液特性136可以在其pH值上不同或者在另一种离子、有机分子或其组合的浓度上不同。
读出器114可以在检测期138内评估微生物102对抗感染药104的易感性。在一个实施方案中，检测期138可以在从60分钟到240分钟的范围中。在另一个实施方案中，检测期138可以少于60分钟。在又一个实施方案中，检测期138可以大于240分钟。
读出器114可以产生评估微生物102的易感性的输出信号808。在一个实施方案中，输出信号808可以是电信号。在该实施方案中，输出信号808可以呈现为读出器114的显示单元上的图形，诸如文本字符串、数字、符号或其组合。在另一个实施方案中，输出信号808可以是音频信号。
读出器114可以作为二元评估或分级(gradated)或分层(tiered)评估来评估微生物102对抗感染药104的易感性。在一个实施方案中，读出器114可以将微生物102对抗感染药104的易感性评估为抗性或非抗性的。在该实施方案中，基于溶液特性136的任何检测到的差异，读出器114可以将微生物102的易感性评估为抗性或非抗性的。
例如，当读出器114未随时间检测到来自步骤3D的溶液特性136与来自步骤3G的溶液特性136之间的统计学显著差异时，读出器114可以将微生物102对抗感染药104的易感性评估为有抗性。统计学显著差异可以指超过阈值的差异。而且，当读出器114随时间检测到来自步骤3D的溶液特性136与来自步骤3G的溶液特性136之间的统计学显著差异时，读出器114可以将微生物102对抗感染药104的易感性评估为敏感的。
在其他实施方案中，读出器114可以在分级或分层级别上评估微生物102的易感性的水平。例如，读出器114可以将微生物102对抗感染药104的易感性评估为有抗性、轻度易感或易感。在这些实施方案中，在步骤3E中，不同浓度的抗感染药104可以被引至过滤器壳体108，以评估微生物102对抗感染药104的易感性的水平。读出器114可以随时间比较各个样品流出物134的溶液特性136，以评估微生物102对抗感染药104的易感性的水平。
图4A图示了基材112的实施方案的侧视图，该基材112具有设置在基材112上的活性传感器120以及延伸到与活性传感器120接触的测量液体402中的外部参考电极400。如图4A中描绘的，基材112可以包括基材载体层404和基底介电层406。基材112可以是聚合物层、金属层、准金属层、陶瓷层、有机半导体、有机导体诸如衍生自聚乙炔、聚苯胺、喹吖啶酮的那些或其组合。例如，基材112可以包括硅或硅的氧化物，其允许电压通过基材112施加到传感器通道410。
基底介电层406可以被耦合或可以被设置在基材载体层404上，以将每个传感器116彼此电绝缘或分离。在一个实施方案中，基底介电层406可以包括氧化物材料。在其他实施方案中，基底介电层406可以包括能够提供绝缘的任何其他材料。
在一个或更多个实施方案中，***100的传感器116(包括活性传感器120、对照传感器122或其组合)可使用互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺来制造。例如，活性传感器120、对照传感器122或其组合可以是由p型和n型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)制造的集成CMOS ISFET传感器。在另一个实施方案中，传感器116可以是有机场效应晶体管(OFET)。
如图4A中描绘的，活性传感器120可以包括传感器触点408、位于传感器触点408之间的传感器通道410、耦合到传感器通道410或在传感器通道410之上的栅极介电层412、以及部分地覆盖活性传感器120的栅极介电层412的封装层414。传感器触点408可以包括源极触点和漏极触点。例如，传感器触点408可以包括高度掺杂的p型材料。传感器通道410可以充当两个传感器触点408之间的桥，并且可以包括允许传感器触点408之间的电通信的任何导电材料或涂层。
栅极介电层412可以耦合到传感器通道410或设置在传感器通道410之上。在某些实施方案中，栅极介电层412可以是高k介电层或具有高介电常数(k)的材料层。例如，栅极介电层412可以包括氧化铝、氧化铪、氧化钛、氧化锆、氧化钇、氧化钽、硅酸铪、硅酸锆、氮化硅、氮化铝、氮化铪、氮化锆或其组合。作为更具体的实例，栅极介电层412可以包括二氧化铝、二氧化铪、二氧化锆或其组合。在其他实施方案中，栅极介电层412可以包括二氧化硅层。
包括活性传感器120和对照传感器122的任何传感器116，可以被封装层414部分地覆盖。封装层414可以包括任何惰性的或非导电材料用于保护传感器116免于暴露于测量液体402中的可能损坏或降解传感器116的溶质或污染物中。
如图4A中所描绘的，***100还可以包括与测量液体402和传感器116本身液体连通的外部参考电极400。测量液体402可以指样品流出物134、营养溶液130、流体样品124、其一部分或其组合中的任一个。流体样品124可以从过滤器壳体108、基材孔200或任何其他流体递送设备106引至传感器116。当被引至传感器116时，流体样品124可以覆盖活性传感器120、对照传感器122或其组合。在其他实施方案中，当流体样品124被引至传感器116时，流体样品124可以部分覆盖活性传感器120、对照传感器122或其组合或与活性传感器120、对照传感器122或其组合液体连通。
外部参考电极400可以向测量液体402施加电势，例如液体栅极电势。在一个实施方案中，外部参考电极400可以是独立探针或电极。在其他实施方案中，外部参考电极400可以耦合到读出器114、分析仪118或其组合。外部参考电极400可以具有稳定且周知的内部电压，并且可以充当用于从传感器116所获得的测量结果中去除电噪音的差分噪音滤波器。
在一个实施方案中，外部参考电极400可以是银/氯化银(Ag/AgCl)电极。在其他实施方案中，外部参考电极400可以是饱和甘汞参考电极(SCE)或铜-硫酸铜(II)电极(CSE)。
***100可以使用外部参考电极400来确定或记录活性传感器120的电特性800的相对变化，而不必确定绝对变化。***100还可以使用外部参考电极400来确定或记录活性传感器120与对照传感器122的电特性800之间的相对差异。
背栅极电压Vbg可以通过硅基材施加。ISFET的电特性可以通过施加源极-漏极电压Vsd以测量源极-漏极电流Isd来执行。在另一个实施方案中，液体栅极电压可以经由参考电极施加到溶液。ISFET的电特性可以通过施加源极-漏极电压Vsd以测量源极-漏极电流Isd来执行。在另一个实施方案中，可以通过将栅极电压同时施加到背栅极和液体栅极使用双栅极方法。这允许操作者将设备调整到不同的工作位置，从而优化灵敏度。背栅极电压Vbg被施加到Si基材，而液体栅极电压Vlg经由参考电极施加。同时，液体电势V1可以用参考电极测量。当溶液中的离子浓度变化时，ISFET响应电特性的变化。例如，在质子(H+)变化的情况下，质子与ISFET的氧化物表面相互作用。这是将羟基(-OH)基团暴露于液体的氧化物表面的预期依赖性。由pH变化引起的表面电荷密度的变化通过考虑到-OH基团可以被质子化或去质子化的位点结合模型来描述。该模型预测表面电荷密度和质子浓度之间的近似线性的关系。由于表面电荷充当额外的栅极，ISFET响应于额外的栅极效应。
图4B图示了具有活性传感器120和设置在基材112上的片上参考电极416的基材112的另一个实施方案的侧视图。片上参考电极416可以与外部参考电极400用于相同目的，不同的是作为基材112上的芯片或传感器被制造。片上参考电极416可以邻近或靠近活性传感器120定位。片上参考电极416可以耦合到基底介电层406。片上参考电极416也可以被封装层414部分地覆盖。片上参考电极416可以向测量液体402施加液体栅极电压(VLG)。
片上参考电极416、外部参考电极400或其组合可以包括金属、半导体材料或其组合。在一个实施方案中，对照传感器122可以充当片上参考电极416。片上参考电极416的金属可以被氧化物层、硅烷层或其组合覆盖。由于用于制造这种参考电极的金属或其他材料可能通常对被研究的微生物102具有抑制性或有害影响，因此本文公开的方法和***100的一个优点是将微生物102和***100的与这些参考电极物理接触或流体接触的组件分离。
例如，外部参考电极400可以是Ag/AgCl参考电极。在该实例中，在与某些类型的细菌或真菌接触时，构成外部参考电极400的银离子或银表面可用作抗感染剂。通过将样品流出物134与代表微生物102的细菌或真菌分离，***100可以防止由于参考电极对所研究的微生物102的抗菌作用而导致的假阳性或假阴性结果。例如，过滤器110或基材孔200可以捕获或分离微生物102，但允许营养溶液130或样品流出物134到达传感器116和参考电极。
片上参考电极416可以是与传感器116相比具有非常类似的电性质但具有钝化表面的晶体管，即所谓的参考FET(RFET)。RFET可以是具有pH钝化膜、光阻材料的离子阻挡层或其他聚合物的ISFET。片上参考电极416可以包括覆盖ISFET的一个或更多个pH不敏感层。这种pH不敏感层可以包括硅烷、自组装单层(SAM)、缓冲的水凝胶、PVC、聚对二甲苯、聚ACE或任何其他化学惰性材料。并且，诸如Ag或Pt的金属可以用作在基材载体上蒸发的准参考电极。在另一个实施方案中，片上参考电极416可以是与金属盐组合的金属，诸如Ag/AgCl参考电极。
图5A图示了基材112的又另一个实施方案的侧视图，所述基材112具有设置在基材112上的活性传感器120和对照传感器122，以及延伸到与活性传感器和对照传感器122接触的测量液体402中的外部参考电极400。类似于活性传感器120，对照传感器122可以包括一对传感器触点408、位于传感器触点408之间的传感器通道410、耦合到传感器通道410或在传感器通道410之上的栅极介电层412、以及部分地覆盖对照传感器122的栅极介电层412的封装层414。
传感器触点408可以包括源极触点和漏极触点。传感器通道410可以充当两个传感器触点408之间的桥，并且可以包括允许传感器触点408之间的电通信的任何导电材料或涂层。
栅极介电层412可以耦合到传感器通道410或设置在传感器通道410之上。在某些实施方案中，栅极介电层412可以是高k介电层或具有高介电常数的材料层。例如，对照传感器122的栅极介电层412可以包括氧化铝、氧化铪、氧化钛、氧化锆、氧化钇、氧化钽、硅酸铪、硅酸锆或其组合。作为更具体的实例，栅极介电层412可以包括二氧化铝、二氧化铪、二氧化锆或其组合。在其他实施方案中，栅极介电层412可以包括二氧化硅层。
封装层414可以包括任何惰性的或非导电材料用于保护对照传感器122免于暴露于测量液体402中的可能损坏或降解对照传感器122的溶质或污染物中。
在图5A中示出的实例实施方案中，对照传感器122可以包括耦合到或设置在栅极介电层412上的钝化层500。钝化层500可以包括聚合物层、金属层、自组装单层(SAM)或其组合。钝化层500可以用于防止离子或分子与对照传感器122的表面结合。在其他实施方案中，对照传感器122可以不具有钝化层500，并且对照传感器122的组成可以与活性传感器120相同。例如，钝化层500可以是pH钝化膜、离子阻挡层、光阻材料或任何其他聚合物。另外，钝化层500可以是覆盖ISFET的pH不敏感层。pH不敏感层的实例包括硅烷、SAM、缓冲的水凝胶、PVC、聚对二甲苯、聚ACE或其组合。
图5B图示了具有设置在基材112上的活性传感器120、对照传感器122和片上参考电极416的基材112的另一个实施方案的侧视图。如图5B中示出的，片上参考电极416可以设置在或定位于活性传感器120与对照传感器122之间。
图6A图示了各自具有扩展栅极600的活性传感器120和对照传感器122的实施方案的侧视图。扩展栅极600可以是栅极介电层412的延伸。
图6B图示了各自具有扩展栅极600的活性传感器120和对照传感器122以及与活性传感器120相邻的片上参考点击416的另一个实施方案的侧视图。如图6A和6B中示出的，只有扩展栅极暴露于液体。扩展栅极可以与溶液中的颗粒相互作用。扩展栅极可以减少制作活性传感器120所需的材料的量。
图7图示了制造或设计为一次性带700的***100的实施方案。一次性带700可以包括设置在带状基材诸如基材112上的多个活性传感器120和对照传感器122以及分析仪118。在一个实施方案中，由图1中描绘的步骤1E或步骤1D产生的样品流出物134可被引至一次性带700的一端，并且一次性带700的另一端可被电耦合到或被馈送到读出器114。在另一个实施方案中，如图2的步骤2A中示出的，流体样品124可以被引至一次性带700的一端，并且样品流出物134可以流到一次性带700上的活性传感器120、对照传感器122或其组合。尽管未在图7中示出，但是图2的基材孔200如活性孔206和对照孔208可以设置在传感器116上游的带状基材上。然后读出器114可以评估流体样品124中的微生物102对引至或涂覆在一次性带700上的抗感染药104的易感性。
图8图示了处理由活性传感器120和对照传感器122输出的信号的分析仪118和读出器114的一个实施方案。分析仪118、读出器114或其组合可以监测传感器116(包括活性传感器120、对照传感器122或其组合)的电特性800。
活性传感器120可以产生活性信号802。活性信号802可以指示活性传感器120的电特性800的变化。例如，活性信号802可以指示活性传感器120的电流、电压、阈值电压、电容或电阻的变化。由于接触或被引至活性传感器120的测量液体402的溶液特性136的变化，活性传感器120可以表现出其电特性800的变化。例如，由于引至活性传感器120的样品流出物134的溶液特性136的变化，活性传感器120可以表现出其电特性800的变化。作为更具体的实例，溶液特性136的变化可以是接触或被引至活性传感器120的测量液体402的离子浓度的变化或pH的变化。
对照传感器122可以产生对照信号804。对照信号可以指示对照传感器122的电特性800的变化。可以相对于参考电极分析对照信号。例如，对照信号804可以指示对照传感器122的电流、电压、阈值电压、电容或电阻的变化。类似于活性传感器120，对照传感器122可以由于接触或被引至对照传感器122的测量液体402的溶液特性136的变化，表现出其电特性800的变化。
分析仪118可以接收来自活性传感器120的活性信号802和来自对照传感器122的对照信号804作为输入。分析仪118可以产生差分信号806。在一个实施方案中，差分信号806可以是活性信号802与对照信号804之间的差异。差分信号806或ΔS还可以指示活性传感器120或对照传感器122的电特性800的变化或者活性传感器120和对照传感器122的电特性800之间的差异。读出器114和分析仪118还可以提供反馈回路以控制活性传感器120。
分析仪118还可以将活性信号802和对照信号804从模拟信号(analog)转换为数字。差分信号806可以被传输到读出器114，并且用于评估流体样品124中的微生物102对一种或更多种抗感染药104的易感性。读出器114还可以提供评估微生物102对一种或更多种抗感染药104的易感性的输出信号808。在一个实施方案中，读出器114可以提供指示微生物102对抗感染药104是具有抗性还是敏感的输出信号808。在另一个实施方案中，读出器114可以提供指示微生物102对一种或更多种抗感染药104的易感性的水平(诸如易感、轻度易感或有抗性)的输出信号808。
图9图示了使用本文所述的方法和***100进行的实验的实验结果。图9中的图示出了由***100在特定时间点监测的测量液体402(诸如样品流出物134)的溶液特性136的变化。在该情况下，图9中的图示出了在将抗感染药104引至包含微生物102的过滤器110、基材孔200或其组合之后六十(60)分钟，测量液体402的溶液特性136的变化。
如图9中示出的，溶液特性136的变化可以是测量液体402的pH的变化。例如，图9中的图示出了各种抗感染药104对大肠杆菌的影响。在该实例中，大肠杆菌可以是存在于施加或引至***100的流体样品124中的微生物102中的一种。如图9中示出的，溶液特性136的变化，诸如pH的变化，可以指示微生物102对抗感染药104的抗性，而溶液特性136缺乏变化或缺乏显著变化可以指示微生物102对抗感染药104的易感性。溶液特性136的不显著的变化可以是低于统计学显著百分比或阈值的变化。
例如，一个图示出了在将来自流体样品124的大肠杆菌暴露于不同浓度的呋喃妥因之后60分钟，抗感染药104呋喃妥因对测量液体402(诸如样品流出物134)的pH的影响。如从图中可见的，流体样品124中的大肠杆菌可以耐受约1μg/ml的呋喃妥因，但当暴露于约10μg/ml的呋喃妥因时可以是易感的。
另外，例如，另一个图示出了在将来自流体样品124的大肠杆菌暴露于各种浓度的环丙沙星之后60分钟，抗感染药环丙沙星对测量液体402(诸如样品流出物134)的pH的影响。该图示出了本文公开的***、设备和方法可以用于确定抗感染药对微生物的最小抑制浓度(MIC)。如从图中可见的，流体样品124中的大肠杆菌可以耐受约0.1μg/ml的环丙沙星，但当暴露于约1μg/ml的呋喃妥因时可以是易感的。在该情况下，1μg/ml可以是呋喃妥因对从流体样品124分离的大肠杆菌的MIC。
图10图示了使用本文所述的方法和***100进行的实验的另外的实验结果。图10中的图示出了各种抗感染药104对细菌腐生葡萄球菌(Staphylococcus saprophyticus)的影响。在这些实例中，腐生葡萄球菌可以是存在于施加到或引至***100的流体样品124中的微生物102中的一种。
例如，一个图示出了在来自流体样品124的腐生葡萄球菌暴露于不同浓度的氨苄西林之后60分钟，抗感染药104氨苄西林对测量液体402(诸如样品流出物134)的pH的影响。如可在图中所见的，当将高达50μg/ml的氨苄西林引至包含微生物102的过滤器或孔中时，流体样品124中的腐生葡萄球菌可以对氨苄西林有抗性。
另外，例如，另一个图示出了在来自流体样品124的腐生葡萄球菌暴露于各种浓度的呋喃妥因之后60分钟，抗感染药呋喃妥因对测量液体402(诸如样品流出物134)的pH的影响。如从图中可见的，流体样品124中的腐生葡萄球菌可以耐受约1μg/ml的呋喃妥因，但当暴露于高于1μg/ml的呋喃妥因时可以是易感的。
图11图示了用于检测微生物102对一种或更多种抗感染药104的易感性的方法1100的实施方案。方法1100可以包括在步骤1102中将包含微生物102的表面，诸如过滤器表面126或基材表面202，暴露于第一溶液，诸如营养溶液130。方法1100还可以包括在步骤1104中，在暴露表面后将第一溶液与微生物102分离。方法1100还可以包括在步骤1106中将第一溶液引至传感器116后监测传感器116的电特性800。方法1100还可以包括在步骤1108中将包含微生物102的表面暴露于第二溶液，诸如另外的营养溶液130，其中第二溶液包含抗感染药104。方法1100还可以包括在步骤1110中，在暴露表面后将第二溶液与微生物102分离。方法1100还可以包括在步骤1112中，在将第二溶液引至传感器116后检测传感器116的电特性800的任何变化。方法1100可以还包括在步骤1114中，使用传感器116的电特性800的任何检测到的变化来评估微生物102对抗感染药104的易感性。
图12图示了用于检测微生物102对一种或更多种抗感染药104的易感性的另一个方法1200。方法1200可以包括在步骤1202中将包含微生物102的表面，诸如过滤器表面126或基材表面202，暴露于第一溶液，诸如营养溶液130。方法1200还可以包括在步骤1204中，在暴露表面后将第一溶液与微生物102分离。方法还可以包括在步骤1206中，在将第一溶液引至第一传感器后，监测第一传感器(诸如对照传感器122)的第一电特性。方法1200还可以包括在步骤1208中将包含微生物102的表面暴露于第二溶液，诸如另外的营养溶液130，其中第二溶液包含抗感染药104。方法1200还可以包括在步骤1210中，在暴露表面后将第二溶液与微生物102分离。方法1200还可以包括在步骤1212中，在将第二溶液引至第二传感器(诸如活性传感器120)后，监测第二传感器的第二电特性。方法1200还可以包括在步骤1214中，比较第一电特性和第二电特性以评估微生物102对抗感染药104的易感性。
图13图示了用于检测微生物102对一种或更多种抗感染药104的易感性的另一个方法1300。方法1300可以包括在步骤1302中将包含微生物102的过滤器110暴露于第一溶液，诸如营养溶液130。方法1300还可以包括在步骤1304中将包含微生物102的过滤器110与第一溶液孵育。方法1300还可以包括在步骤1306中，在孵育过滤器110后将第一溶液与微生物102分离。方法1300还可以包括在步骤1308中使用传感器或传感器设备300，诸如ISFET传感器，监测第一溶液的第一溶液特性。方法1300还可以包括在步骤1310中将包含微生物102的过滤器110暴露于第二溶液，其中第二溶液包含抗感染药104。方法1300还可以包括在步骤1312中将包含微生物102的过滤器110与第二溶液孵育。方法1300还可以包括在步骤1314中，在孵育过滤器110后将第二溶液与微生物102分离。方法1300还可以包括在步骤1316中使用传感器116监测第二溶液的第二溶液特性。方法1300还可以包括在步骤1318中比较第一溶液特性和第二溶液特性以评估微生物102对抗感染药104的易感性。
图14图示了用于检测微生物102对一种或更多种抗感染药104的易感性的另一个方法1400。方法1400可以包括在步骤1402中将溶液(诸如营养溶液130)暂时暴露于微生物102，其中溶液包括抗感染药104。方法1400还可以包括在步骤1404中，在溶液与微生物102分离后，提供与溶液流体连通的传感器116，其中传感器116包括电特性800。方法1400还可以包括在步骤1406中在提供与溶液流体连通的传感器116后，针对传感器116的电特性800的变化监测传感器116。方法1400还可以包括在步骤1408中，在检测不到传感器116的电特性800的变化时，提供微生物102对抗感染药104的易感性的指示。
图15图示了用于检测微生物102对一种或更多种抗感染药104的易感性的另一个方法1500。方法1500可以包括在步骤1502中将第一溶液递送至表面，诸如过滤器表面126或基材表面202，其中第一溶液不包含抗感染药104且其中微生物102定位于表面上。方法1500还可以包括在步骤1504中将第一溶液与微生物102和表面分离。方法1500还可以包括在步骤1506中将传感器116与第一溶液流体联接。方法1500还可以包括在步骤1508中，当传感器116与第一溶液流体联接时，监测传感器116的电特性800。方法1500还可以包括在步骤1510中，将第二溶液递送至表面，其中第二溶液包含抗感染药104。方法1500还可以包括在步骤1512中将第二溶液与微生物102和表面分离。方法1500还可以包括在步骤1514中当传感器116与第二溶液流体联接时监测传感器116的电特性800的变化，以评估微生物102对抗感染药104的易感性。
图16图示了用于检测微生物102对一种或更多种抗感染药104的易感性的另一个方法1600。方法1600可以包括在步骤1602中将包含微生物102的流体样品引至第一表面和第二表面。方法1600还可以包括在步骤1604中将包含微生物102的第一表面暴露于第一溶液。方法1600还可以包括在步骤1606中将包含微生物102的第二表面暴露于第二溶液，其中第二溶液包含抗感染药104。方法1600还可以包括在步骤1608中，在将第一表面暴露于第一溶液后，将第一溶液与第一表面分离。方法1600还可以包括在步骤1610中，在将第二表面暴露于第二溶液后，将第二溶液与第二表面分离。方法1600还可以包括在步骤1612中，在将第一溶液引至传感器116后监测传感器116的第一电特性。方法1600还可以包括在步骤1614中，在将第二溶液引至传感器116后监测传感器116的第二电特性。方法1600还可以包括比较第一电特性和第二电特性以评估微生物102对抗感染药104的易感性。
本文描述和图示的每个单独的变化形式或实施方案具有可以容易地与任何其它变化形式或实施方案的特征分离或组合的独立组件和特征。可以进行修改来使特定的情况、材料、物质的组成、方法、方法行动或步骤适应于本发明的目标、精神或范围。
本文列举的方法可以以所列举的事件的逻辑上可能的任何顺序以及事件的列举顺序进行。例如，附图中描绘的流程图或处理流程不需要所示出的特定顺序来实现期望的结果。此外，可以提供额外的步骤或操作，或者可以消除步骤或操作以实现期望的结果。
本领域普通技术人员将理解，本文公开的全部或部分方法可以体现在包括可由计算设备或其他类型的机器的处理器或处理单元读取或可执行的指令的非暂时性机器可读或可访问介质中。
此外，在提供值的范围的情况下，在该范围的上限与下限之间的每一个居间值以及在该规定的范围中的任何其他规定的值或居间值被包括在本发明内。并且，所描述的发明的变化形式的任何任选的特征可以被独立地或与本文描述的任何一种或更多种特征联合地提出和请求保护。
本文提及的所有现有主题(例如，出版物、专利、专利申请和硬件)通过引用以其整体被并入本文，除非在其主题可能与本发明的主题冲突的情况下(在这种情况下，以本文展示的为准)。提供引用的项目仅为了其在本申请的递交日期之前的公开内容。本文不应解释为承认由于在先发明使得本发明不具有优先于此类材料的资格。
对单个项目的引用包括存在复数个相同项目的可能性。更具体地，除非上下文另外明确规定，否则如本文和在所附权利要求中使用的单数形式“一(a)”、“一(an)”、“所述”和“该”包括复数的指示对象。还要注意权利要求可被撰写为排除了任何任选的要素。因此，此声明意图作为关于引用权利要求要素使用此类排他的术语诸如“唯一地(solely)”、“仅仅(only)”等等或使用“负面”限制的先行基础。除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域内的普通技术人员通常理解的相同的含义。
本公开内容并不意图限制于所列具体形式的范围，而是意图覆盖本文描述的变化形式或实施方案的替代、修饰和等同实施方案。进一步地，本公开内容的范围充分涵盖了基于本公开内容对本领域的技术人员可变得明显的其他变化形式或实施方案。本发明的范围仅受所附的权利要求限制。

Claims (13)

1.一种用于检测微生物对抗感染药的易感性的方法，所述方法包括：
将包含所述微生物的流体样品引至包含第一表面的第一容器和包含第二表面的第二容器，其中所述第一表面是第一过滤器的过滤器表面，其中所述第一过滤器包括尼龙过滤器膜和聚醚砜(PES)过滤器膜的至少一种，其中所述第一过滤器被配制为分离或捕获所述微生物；
将第一溶液引入所述第一容器以便包含所述微生物的所述第一表面被暴露于所述第一容器内的所述第一溶液；
将第二溶液引入所述第二容器以便包含所述微生物的所述第二表面被暴露于第二容器内的第二溶液，其中所述第二溶液包含抗感染药；
在将所述第一溶液引入所述第一容器后，将所述第一溶液与所述第一表面分离，其中所述第一溶液与第一表面的分离通过过滤进行；
在将所述第二溶液引入所述第二容器后，将所述第二溶液与所述第二表面分离，其中所述第二溶液与第二表面的分离通过过滤进行；
在将所述第一溶液引至第一传感器后，监测所述第一传感器的第一电特性；
在将所述第二溶液引至第二传感器后，监测所述第二传感器的第二电特性；以及
比较所述第一电特性和所述第二电特性以评估微生物对所述抗感染药的易感性。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第二表面与所述第一表面分开，其中所述第二表面是第二过滤器的过滤器表面，其中所述第二过滤器包括尼龙过滤器膜和聚醚砜(PES)过滤器膜的至少一种。
3.如权利要求1所述的方法，其中比较所述第一电特性和所述第二电特性包括确定所述第一电特性和所述第二电特性之间的差异，并且其中所述第一电特性和所述第二电特性之间的所述差异是所述第一溶液和所述第二溶液的溶液特性的差异的结果。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述第一溶液和所述第二溶液的所述溶液特性的所述差异是所述第一溶液和所述第二溶液之间的分子计数和离子浓度中的至少一项的差异。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述微生物对所述抗感染药的易感性在检测期内评估。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述检测期少于60分钟。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述第一传感器和所述第二传感器的至少一个包括选自由以下组成的组的栅极介电层：氧化铝层、氧化铪层、氧化锆层、硅酸铪层、硅酸锆层、氮化硅层、氮化铝层、氮化铪层、氮化锆层、或其任何组合。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述第一传感器和所述第二传感器的至少一个是离子敏感的场效应晶体管、有机半导体或导电聚合物。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述微生物包括选自由以下组成的属的细菌：不动杆菌属(Acinetobacter)、气单孢菌属(Aeromonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、拟杆菌属(Bacteroides)、柠檬酸杆菌属(Citrobacter)、肠杆菌属(Enterobacter)、埃希氏菌属(Escherichia)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)、摩根菌属(Morganella)、潘多拉菌属(Pandoraea)、变形杆菌属(Proteus)、普罗维登菌属(Providencia)、假单胞菌属(Pseudomonas)、罗尔斯通菌属(Ralstonia)、拉乌尔菌属(Raoultella)、沙门氏菌属(Salmonella)、沙雷氏菌属(Serratia)、希瓦氏菌属(Shewanella)、志贺氏菌属(Shigella)、寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)、链霉菌属(Streptomyces)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、肠球菌属(Enterococcus)、或其任何组合。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述微生物包含选自由以下组成的属的真菌：念珠菌属(Candida)、隐球菌属(Cryptococcus)、或其任何组合。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述抗感染药选自由以下组成的组：β-内酰胺类、氨基糖苷类、安莎霉素类、糖肽类、脂肽类、喹诺酮类、链阳性菌素类、或其任何组合。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述抗感染药选自由以下组成的组：氯霉素类、大环内酯类、噁唑烷酮类、磺胺类、四环素类、或其任何组合。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述抗感染药包括选自由以下组成的组的抗真菌药：两性霉素B、唑衍生物、棘白菌素类、氟胞嘧啶、或其组合。
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