автоматическая система и способ обнаружения точечного источника биологического агента

Формула изобретения

1. Полностью автоматизированная система обнаружения биологических агентов, содержащая устройство для идентификации биологического агента, собирающее устройство для отбора аэрозольной пробы частиц распыленного биологического агента по меньшей мере на одном участке контроля, устройство для концентрирования аэрозолей, предназначенное для получения жидкой пробы из аэрозольной пробы, автоматическое струйное устройство для хранения и переноса порции жидкой пробы в контейнер типа картриджа, автоматическую механическую систему перемещения контейнера из зоны накопления в пункт заливки жидкости струйного устройства, а затем в устройство для идентификации биологического агента, и управляющее устройство для обеспечения общего автоматического управления системой, для управления устройством на указанном по меньшей мере одном участке контроля и для сообщения в заданное место результатов тестирования, производимого устройством для идентификации биологического агента.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что собирающее устройство выполнено с возможностью непрерывного отбора проб частиц, а система перемещения контейнера выполнена с возможностью периодического перемещения контейнера из зоны накопления в пункт заливки жидкости струйного устройства, а затем к устройству для идентификации биологического агента.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что струйное устройство выполнено с возможностью периодического переноса порции жидкой пробы в указанный контейнер до перемещения контейнера к устройству для идентификации биологического агента.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что собирающее устройство содержит колпак или кожух, установленный в пункте отбора проб на участке контроля.

5. Система по п.4, отличающаяся тем, что колпак или кожух расположен на пути транспортировки почты почтообрабатывающего устройства.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что колпак или кожух расположен в зоне захвата почты на пути ее транспортировки, а система включает зажимное устройство для почты, расположенное вблизи кожуха или колпака.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство для концентрирования аэрозолей включает предварительный сепаратор типа сухого циклона и концентратор аэрозолей типа мокрого циклона.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что струйное устройство выполнено с возможностью временного удержания пробы в резервуаре, в котором обеспечен доступ к пробе для проведения одного или нескольких анализов, в то время как устройство для концентрирования аэрозолей собирает следующую пробу.

9. Система по п.1, отличающаяся тем, что струйное устройство выполнено с возможностью хранения остающейся порции жидкой пробы.

10. Система по п.1, отличающаяся тем, что механическая система перемещения контейнера содержит захватный рабочий орган для захвата и перемещения контейнера типа картриджа.

11. Система по п.10, отличающаяся тем, что зона накопления содержит стеллаж для размещения ряда контейнеров типа картриджа, причем захватный рабочий орган расположен над указанным стеллажом.

12. Система по п.11, отличающаяся тем, что стеллаж выполнен в виде удлиненной стойки для линейного размещения контейнеров типа картриджа, причем захватный рабочий орган расположен над стеллажом с возможностью автоматического перемещения в двух перпендикулярных направлениях на удлиненных направляющих для захвата и перемещения одного контейнера за один раз к струйному устройству и устройству для идентификации биологического агента и возврата контейнера от указанных устройств.

13. Система по п.12, отличающаяся тем, что струйное устройство и устройство для идентификации биологического агента расположены на одной линии со стеллажом, в результате чего для захватного рабочего органа необходимо движение только по двум осям.

14. Система по п.13, отличающаяся тем, что для управления захватным рабочим органом предусмотрено устройство управления, которое образует часть указанного управляющего устройства.

15. Система по п.14, отличающаяся тем, что устройство управления выполнено с возможностью управления автоматической работой струйного устройства и механизма введения и извлечения картриджа, причем указанный механизм образует часть устройства для идентификации биологического агента.

16. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство для идентификации биологического агента содержит идентификатор биологического агента на основе полимеразной цепной реакции (ПЦР).

17. Система по п.16, отличающаяся тем, что идентификатор содержит по меньшей мере один скрининг-картридж с пробой для одной генной последовательности целевого биологического агента и внутреннего контроля.

18. Система по п.16, отличающаяся тем, что устройство для идентификации биологического агента содержит одну ячейку, включающую автоматическую замену картриджей.

19. Система по п.1, отличающаяся тем, что управляющее устройство включает локальный управляющий компьютер, связанный с устройством для идентификации биологического агента, устройством для концентрирования аэрозолей, струйным устройством и механической системой перемещения и управляющий работой указанных устройств и системы.

20. Система по п.19, отличающаяся тем, что управляющее устройство дополнительно включает удаленный компьютер оперативного управления, связанный и управляющий локальным управляющим компьютером и передающий результаты тестирования в заданное место.

21. Система по п.20, отличающаяся тем, что удаленный компьютер оперативного управления связан с локальным управляющим компьютером проводной связью.

22. Система по п.20, отличающаяся тем, что удаленный компьютер оперативного управления связан с локальным управляющим компьютером радиосвязью.

23. Система по п.18, отличающаяся тем, что удаленный компьютер оперативного управления состоит из основного и резервного управляющих компьютеров.

24. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит шкаф для размещения устройства для концентрирования аэрозолей, струйного устройства, механической системы перемещения и устройства для идентификации биологического агента.

25. Способ обнаружения биологического агента в объектах, подлежащих доставке и перемещаемых по транспортному пути, в котором отбирают аэрозольную пробу от указанных объектов по меньшей мере на одном участке транспортного пути, получают жидкую пробу из аэрозольной пробы, переносят порцию жидкой пробы в контейнер типа картриджа, механически перемещают контейнер к устройству для идентификации биологического агента, которое анализирует жидкую пробу на наличие частиц заданного биологического агента, сообщают в заданное место результаты анализов, полученные посредством устройства для идентификации, и осуществляют общее автоматическое управление способом.

26. Способ по п.25, отличающийся тем, что объекты представляют собой объекты почтовой корреспонденции.

27. Способ по п.25, отличающийся тем, что на этапе отбора аэрозольной пробы зажимают указанные объекты на участке захвата транспортного пути.

28. Способ по п.27, отличающийся тем, что на этапе отбора аэрозольной пробы устанавливают устройство для зажима указанных объектов и кожух или колпак для отбора аэрозольных проб, выдавливаемых из объектов.

29. Способ по п.28, отличающийся тем, что на этапе перемещения периодически перемещают контейнер с жидкой пробой к устройству для идентификации биологического агента.

30. Способ по п.29, отличающийся тем, что на этапе перемещения используют механическую систему перемещения, снабженную захватным рабочим органом для захвата и перемещения контейнера типа картриджа под управлением локального управляющего компьютера.

31. Способ по п.30, отличающийся тем, что на этапе перемещения периодически захватывают и перемещают контейнер типа картриджа из ряда контейнеров, размещенных на стеллаже под захватным рабочим органом.

32. Способ по п.28, отличающийся тем, что на этапе переноса порции жидкой пробы временно хранят пробу в резервуаре, в котором обеспечен доступ к пробе для проведения одного или нескольких анализов.

33. Способ по п.32, отличающийся тем, что на этапе переноса хранят оставшуюся порцию жидкой пробы.

34. Способ по п.25, отличающийся тем, что устройство для идентификации биологического агента включает идентификатор биологического агента на основе полимеразной цепной реакции (ПЦР).

35. Способ по п.25, отличающийся тем, что на этапе получения жидкой пробы используют предварительный сепаратор типа сухого циклона и концентратор аэрозолей типа мокрого циклона.

36. Способ по п.25, отличающийся тем, что при осуществлении управления способом используют локальный управляющий компьютер.

37. Способ по п.30, отличающийся тем, что при осуществлении управления способом также используют удаленный управляющий компьютер.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к системам обнаружения биологической опасности, в особенности к системе обнаружения таких биологически опасных агентов, как возбудитель сибирской язвы, в почтовых отправлениях.

Уровень техники

Современный уровень техники систем обнаружения биологических агентов включает: (1) автоматизированные системы, используемые, например, военными, основанные на одном из методов иммунологического анализа; и (2) ручные системы, включающие устройство для биологической идентификации, используемые в лабораториях квалифицированными специалистами. Уровень чувствительности и специфичности автоматизированных систем иммунологического анализа, используемых военными, не является достаточным для применения в гражданских целях, таких как проверка почтовых отправлений в почтовой службе США. Ручные системы, требующие квалифицированного персонала для подготовки пробы и интерпретации результатов анализа, также не пригодны для применения на производстве.

Типичная известная система биологического обнаружения состоит из следующих подсистем: (а) пускового механизма для обнаружения присутствия биологического агента и запуска процесса взятия проб; (b) сборника аэрозолей для взятия проб из воздуха; и (с) идентификатора для идентификации специфического биологического агента.

В патентном документе WO 02/029380, дата публикации 11.04.2002 описана подобная система, включающая камеру, на вход которой подается поток воздуха, смешиваемый с жидкостью. Камера снабжена циклонным сепаратором, отделяющим жидкость, захватывающую из воздуха подлежащие анализу биологические частицы. Полученные жидкие пробы переносятся в контейнер для последующего анализа методом полимеразной цепной реакции.

В ручной системе обнаружения отобранная жидкая проба вручную извлекается из сборника аэрозолей, подготавливается и вручную вводится в идентификатор биологического агента. Этот процесс отнимает много времени, опасен и может привести к ошибочным результатам из-за ненадлежащей подготовки пробы.

В почтовой службе США испытывались различные системы биологического обнаружения, связанные с почтообрабатывающим оборудованием, но они были признаны ненадежными в плане установления различий между письмами, содержащими споры бактерий, и незараженными письмами, или письмами, содержащими ложные порошки.

Раскрытие изобретения

Таким образом, главной задачей изобретения является обнаружение распыленного биологического агента в аэрозольной пробе.

Следующей задачей изобретения является обнаружение распыленного биологического агента, выделенного из почтового отправления.

Еще одной задачей изобретения является создание системы обнаружения биологического агента, обладающей более высокой чувствительностью и пониженным уровнем ложного обнаружения (ложной тревоги) по сравнению с существующими технологиями.

В изобретении используется метод полимеразной цепной реакции (ПЦР), наиболее пригодный для применения в почтовой службе США. Пределы обнаружения для метода, основанного на иммунологическом анализе, находятся в диапазоне от 10000 до 100000 спор на один миллилитр пробы. Метод ПЦР продемонстрировал способность обнаруживать менее 200 спор на один миллилитр пробы. Такая разница в чувствительности является определяющей, и равноценна разнице между обнаружением и пропуском смертельной угрозы при применении в почтовой службе. Кроме того, поскольку метод ПЦР обнаруживает последовательность ДНК агента, его применение значительно уменьшает вероятность ложного обнаружения по сравнению с системами, основанными на методах иммунологического анализа.

Это достигается автоматической системой обнаружения точечного источника биологически опасных веществ (система БДС), которая состоит из комбинации аппарата автоматической струйной транспортировки со сборником аэрозолей и идентификатором биологического агента. Изобретение включает приспособления для выполнения следующих важнейших задач: отбора и предварительного разделения частиц при помощи улавливающего колпака и системы пассивной фильтрации сухим циклоном; непрерывного собирания частиц в жидкую пробу; автоматического переноса жидкости в заданные моменты времени в картридж для анализа пробы; автоматического захвата картриджа и переноса его в устройство для идентификации биологического вещества на основе полимеразной цепной реакции (ПЦР) для определения последовательности ДНК, с целью идентификации биологического агента; автоматическое повторное тестирование при различных ошибках; автоматическое подтверждающее тестирование при предварительных положительных результатах; автоматический перенос жидкости в хранилище по выполнении анализа; и автоматическую систему оповещения назначенного персонала (организаций) об опасности при наступлении определенных событий. Вся система обнаружения опасных биологических веществ работает под контролем центрального управляющего компьютера.

Более конкретно, в первом аспекте изобретения предлагается полностью автоматизированная система обнаружения биологических агентов, содержащая устройство для идентификации биологического агента; собирающее устройство для отбора аэрозольной пробы частиц распыленного биологического агента по меньшей мере на одном участке контроля; устройство для концентрирования аэрозолей, предназначенное для получения жидкой пробы из аэрозольной пробы; автоматическое струйное устройство для хранения и переноса порции жидкой пробы в контейнер типа картриджа; автоматическую механическую систему перемещения контейнера из зоны накопления в пункт заливки жидкости струйного устройства, а затем в устройство для идентификации биологического агента; и управляющее устройство для обеспечения общего автоматического управления системой для управления устройством на указанном по меньшей мере одном участке контроля и для сообщения в заданное место результатов тестирования, производимого устройством для идентификации биологического агента.

Собирающее устройство предпочтительно выполнено с возможностью непрерывного отбора проб частиц, а система перемещения контейнера предпочтительно выполнена с возможностью периодического перемещения контейнера из зоны накопления в пункт заливки жидкости струйного устройства, а затем к устройству для идентификации биологического агента.

В предпочтительном варианте струйное устройство выполнено с возможностью периодического переноса порции жидкой пробы в указанный контейнер до перемещения контейнера к устройству для идентификации биологического агента. Собирающее устройство может содержать колпак или кожух, установленный в пункте отбора проб на участке контроля или на пути транспортировки почты почтообрабатывающего устройства. Колпак или кожух может быть также расположен в зоне захвата почты на пути ее транспортировки, при этом система включает зажимное устройство для почты, расположенное вблизи кожуха или колпака.

В следующем варианте устройство для концентрирования аэрозолей включает предварительный сепаратор типа сухого циклона и концентратор аэрозолей типа мокрого циклона.

Струйное устройство предпочтительно выполнено с возможностью временного удержания пробы в резервуаре, в котором обеспечен доступ к пробе для проведения одного или нескольких анализов, в то время как устройство для концентрирования аэрозолей собирает следующую пробу. Струйное устройство может быть также выполнено с возможностью хранения остающейся порции жидкой пробы.

В еще одном варианте механическая система перемещения контейнера содержит захватный рабочий орган для захвата и перемещения контейнера типа картриджа.

Зона накопления предпочтительно содержит стеллаж для размещения ряда контейнеров типа картриджа, причем захватный рабочий орган расположен над указанным стеллажом. Стеллаж предпочтительно выполнен в виде удлиненной стойки для линейного размещения контейнеров типа картриджа, причем захватный рабочий орган расположен над стеллажом с возможностью автоматического перемещения в двух перпендикулярных направлениях на удлиненных направляющих для захвата и перемещения одного контейнера за один раз к струйному устройству и устройству для идентификации биологического агента и возврата контейнера от указанных устройств.

В дальнейшем варианте струйное устройство и устройство для идентификации биологического агента расположены на одной линии со стеллажом, в результате чего для захватного рабочего органа необходимо движение только по двум осям.

Для управления захватным рабочим органом может быть предусмотрено устройство управления, которое образует часть указанного управляющего устройства. Это устройство управления предпочтительно выполнено с возможностью управления автоматической работой струйного устройства и механизма введения и извлечения картриджа, причем указанный механизм образует часть устройства для идентификации биологического агента.

Устройство для идентификации биологического агента предпочтительно содержит идентификатор биологического агента на основе полимеразной цепной реакции, который предпочтительно содержит по меньшей мере один скрининг-картридж с пробой для одной генной последовательности целевого биологического агента и внутреннего контроля.

В еще одном предпочтительном варианте устройство для идентификации биологического агента содержит одну ячейку, включающую автоматическую замену картриджей.

Управляющее устройство предпочтительно включает локальный управляющий компьютер, связанный с устройством для идентификации биологического агента, устройством для концентрирования аэрозолей, струйным устройством и механической системой перемещения и управляющий работой указанных устройств и системы. Управляющее устройство может дополнительно включать удаленный компьютер оперативного управления, связанный и управляющий локальным управляющим компьютером и передающий результаты тестирования в заданное место. Удаленный компьютер оперативного управления может быть связан с локальным управляющим компьютером проводной связью или радиосвязью. Удаленный компьютер оперативного управления предпочтительно состоит из основного и резервного управляющих компьютеров.

В наиболее предпочтительном варианте система дополнительно содержит шкаф для размещения устройства для концентрирования аэрозолей, струйного устройства, механической системы перемещения и устройства для идентификации биологического агента.

Во втором аспекте изобретение предлагает способ обнаружения биологического агента в объектах, подлежащих доставке и перемещаемых по транспортному пути, в котором отбирают аэрозольную пробу от указанных объектов по меньшей мере на одном участке транспортного пути; получают жидкую пробу из аэрозольной пробы; переносят порцию жидкой пробы в контейнер типа картриджа; механически перемещают контейнер к устройству для идентификации биологического агента, которое анализирует жидкую пробу на наличие частиц заданного биологического агента; сообщают в заданное место результаты анализов, полученные посредством устройства для идентификации; и осуществляют общее автоматическое управление способом.

На этапе отбора аэрозольной пробы объекты, которые могут представлять собой объекты почтовой корреспонденции, предпочтительно зажимают на участке захвата транспортного пути.

В предпочтительном варианте на этапе отбора аэрозольной пробы устанавливают устройство для зажима указанных объектов и кожух или колпак для отбора аэрозольных проб, выдавливаемых из объектов, а на этапе перемещения периодически перемещают контейнер с жидкой пробой к устройству для идентификации биологического агента.

На этапе перемещения могут использовать механическую систему перемещения, снабженную захватным рабочим органом для захвата и перемещения контейнера типа картриджа под управлением локального управляющего компьютера, а также периодически захватывать и перемещать контейнер типа картриджа из ряда контейнеров, размещенных на стеллаже под захватным рабочим органом.

В следующем предпочтительном варианте на этапе переноса порции жидкой пробы временно хранят пробу в резервуаре, в котором обеспечен доступ к пробе для проведения одного или нескольких анализов. На этом этапе могут также хранить оставшуюся порцию жидкой пробы.

В дальнейшем предпочтительном варианте на этапе получения жидкой пробы используют предварительный сепаратор типа сухого циклона и концентратор аэрозолей типа мокрого циклона, а при осуществлении управления способом используют локальный управляющий компьютер и удаленный управляющий компьютер.

Система обнаружения биологического агента в соответствии с изобретением не ограничивается применением в почтовой службе США, но особенно важна для нее, принимая во внимание тот факт, что она обеспечит большую безопасность сотрудников, быстро выявляя присутствие токсичных биологических агентов в почтообрабатывающем оборудовании. Система оповестит персонал, работающий с оборудованием, и, таким образом, могут быть быстро приняты соответствующие меры для удержания опасных биологических агентов, таких как возбудитель сибирской язвы, в обрабатываемой почте и, следовательно, предотвращения распространения биологических агентов по оборудованию почтовой службы и среди населения.

Принцип изобретения делает работу системы независимой от оптического ввода сигнала запуска. Однако при желании устройство оптического запуска может быть использовано, например, для регистрации пиковых концентраций частиц, образующихся во время перерывов в обработке почты. Такая регистрация позволит идентифицировать зараженную машину и приблизительное время прохода зараженного письма через машину после того, как идентификатор обнаружил наличие биологического агента. В будущем, если надежность оптического пускового устройства повысится, предлагаемая система может быть объединена с пусковым устройством, работающим параллельно процессу непрерывного сбора. В таком исполнении пусковое устройство будет использоваться для оповещения оператора о необходимости отправки пробы на анализ, в результате чего реакция на инцидент станет более быстрой.

Более полно область применения настоящего изобретения станет понятна из нижеследующего подробного описания. Однако должно быть понятно, что подробное описание и конкретный предпочтительный пример осуществления изобретения приведены только в качестве иллюстрации, поскольку для специалиста очевидны различные изменения и модификации в пределах изобретения.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение станет более понятным из подробного описания, приведенного ниже, и сопровождаемого чертежами в качестве иллюстраций, где

на фиг.1А и 1В представлены блок-схемы, иллюстрирующие два варианта структуры управления полностью автоматизированной системой биологического обнаружения в соответствии с изобретением, которой снабжен узел почтовой службы США;

на фиг.2 показана блок-схема, изображающая установку в соответствии с изобретением, которой снабжен узел почтовой службы США;

на фиг.3 изображена блок-схема системы с установкой по фиг.2;

на фиг.4A-4D показано расположение и механические детали двух типов систем для отбора проб аэрозолей на почтообрабатывающем устройстве;

на фиг.5 представлен вид спереди варианта осуществления изобретения, включающего концентратор аэрозольных частиц, автоматическую струйную систему подготовки проб, хранилище картриджей, систему перемещения и устройство ПЦР-идентификации в соответствии с изобретением;

на фиг.6А, 6В и 6С представлены перспективные изображения соответственно сверху и в разборе картриджа для проб, используемого с устройством ПЦР-идентификации по фиг.5;

на фиг.7 показана диаграмма, иллюстрирующая операции, выполняемые в картридже для проб по фиг.6А-6С; и

на фиг.8 представлена функциональная схема последовательности операций системы биологического обнаружения в соответствии с изобретением.

Осуществление изобретения

Общее представление о системе. На различных чертежах, где подобные компоненты обозначены одинаковыми позициями, показана система обнаружения биологически опасных веществ (далее сокращенно именуемая система БДС) 10 для предприятия по обработке почты, такого как узел почтовой службы США, область применения которой, однако, не ограничена указанной службой. Система может обслуживать одно почтообрабатывающее устройство или два и более почтообрабатывающих устройства в зависимости от конфигурации обслуживаемой почтообрабатывающей системы. В случае двух и более систем биологического обнаружения возможны различные конфигурации системы.

На блок-схемах, изображенных на фиг.1А и 1В, БДС 10 состоит из нескольких блоков контроля 12₁ ... 12_n (фиг.1А) и 12₁ ... 12₄ (фиг.1В), тогда как на фиг.2 показан только один блок контроля 12. В любом случае, одним или несколькими блоками контроля 12 управляет центральный узел 14 управления и контроля, соединенный с внешней сетью 16 наблюдения и экстренного реагирования. На фиг.1А показан единый узел 14, тогда как на фиг.1В показан основной контроллер 15₁ и резервный контроллер 15 ₂.

Как показано на фиг.1А, каждый блок контроля 12 ₁ ... 12_n соединен с центральным узлом 14 управления и контроля проводной сетью 18. На фиг.1В используются как проводная сеть 18, так и радиосвязь 19. В качестве средств коммуникации предусмотрена также локальная сеть как основное средство и модем как резервное средство. Каждый из блоков контроля 12₁ ... 12_n состоит из трех главных подсистем, управляемых соответственным управляющим процессором 20, а именно: подсистемы 22 отбора и концентрации аэрозолей и струйной транспортировки, подсистемы 24 перемещения картриджа и подсистемы 26 биологического идентификатора, которые будут более подробно рассмотрены далее.

При желании может быть также добавлен счетчик 28 частиц, как показано на фиг.2. Подсистемы 22, 24 и 26 установлены на общем шасси, включающем шкаф 30.

Как показано на фиг.3, а также на фиг.4A-4D, каждый блок контроля 12 системы BDS 10 содержит колпак 32 для взятия проб воздуха в области одной или более характерных точек, в данном примере в зоне захвата 34 в канале 36 транспортировки почты высокоскоростного автоматического почтообрабатывающего устройства 33. На фиг.4А представлен канал 36 системы лицовки и штемпелевания писем. Типичные почтообрабатывающие устройства, такие как конвейеры системы лицовки и штемпелевания, транспортируют почтовые отправления вертикально, зажимая письмо между двумя лентами 11 и 13, как показано на фиг.4С. В зоне 35 захвата 34 почтообрабатывающее устройство переходит от свободного потока почтовых отправлений, то есть потока, в котором отправления следуют единой массой, к потоку, в котором почтовые отправления следуют поштучно. В указанной зоне устройство 15 для поштучного разделения зажимает отдельное почтовое отправление и отделяет его от массы почтовых отправлений. Расположение колпака 32 для взятия проб в зоне захвата 34 выбрано на основании 5 опыта, который показывает, что частицы, содержащиеся в почтовом отправлении, выбрасываются при зажиме почтового отправления устройством 15. Колпак 32 для взятия проб имеет форму, позволяющую улавливать фактически все частицы, выделяемые из конверта в этой критической точке. Колпак для взятия проб включает боковые желоба 17 ₁ и 17₂, закрепленные с каждой стороны почтового канала 31. Боковые желоба 17₁ и 17₂ имеют вырезы 19₁ и 19₂, позволяющие проходить через них лентам 11 и 13 конвейера транспортировки почты, улавливая при этом большую часть частиц, выбрасываемых из почтового отправления. Пара прокладок 21₁ и 21 ₂ расположена в верхней части боковых желобов 17 ₁ и 17₂ для соединения с навесным колпаком 32. Навесной колпак 32, когда он находится в нижнем положении, является конечным элементом туннеля, образованного базовой плитой 23 почтообрабатывающего устройства, двумя боковыми желобами 17₁ и 17₂ и навесным колпаком 32. Навесной колпак имеет такую форму, что частицы направляются на вход шланга 37 для взятия проб, расположенного в конце туннеля. Размер туннеля рассчитан таким образом, чтобы интенсивность потока взятия проб концентратором аэрозолей (номинально 450 литров в минуту) обеспечивала достаточную скорость воздуха в туннеле, такую, чтобы частицы, которые можно вдохнуть (до 10 микрон), не осаждались внутри туннеля, но оставались во взвешенном состоянии. Кроме того, прохождение писем через туннель создает воздушный поток и перемешивает воздух так, что частицы не оседают в туннеле и могут быть забраны на входе шланга 37 для взятия проб, ведущего к подсистеме 22 отбора и концентрации аэрозолей. Колпак 32 подвешен, как показано на фиг.4А, что позволяет поднять его для разбора скопления писем, которое иногда образуется в области устройства для поштучного разделения.

Альтернативные системы взятия проб были разработаны для других частей почтообрабатывающего оборудования. В частности, коллекторная система 35 была разработана для устройства штемпелевания большеформатных писем, как показано на фиг.4D. Эта коллекторная система создает направленный вниз воздушный поток в накопительной зоне устройства штемпелевания большеформатных писем. После штемпелевания писем они укладываются в стопки или возвращаются в упорядоченную группу таким образом, чтобы их можно было поместить в контейнер и транспортировать на следующий этап обработки. Когда письмо оказывается в накопителе, поворотный рычаг 39 отодвигает письма, чтобы освободить пространство для следующего письма, выходящего из-под штемпеля. Поворотный рычаг 39 постоянно толкает письма, находящиеся в накопителе, от чего частицы, находящиеся в письме, выбрасываются наружу. Эти выброшенные частицы втягиваются вниз через отверстия в базовой плите или плитах 41 во всасывающие коллекторы 43, и далее через остальные компоненты системы. Подобные колпаки для взятия проб или коллекторы для взятия проб могут быть разработаны для других типов почтообрабатывающего оборудования.

В первый раз, когда письмо, например, зажимается в зоне захвата 34, воздух выталкивается из конверта. Если внутри конверта находятся какие-либо частицы, часть их будет выброшена из конверта в этой зоне. Отбор проб производится в колпаке 32, находящемся в зоне захвата 34, путем улавливания частиц, выброшенных в зоне захвата. Конструкция колпака и скорость взятия проб воздухосборником согласованы между собой таким образом, что воздух внутри колпака отбирается со скоростью, при которой захватываются практически все частицы, имеющиеся на этом участке конвейера. Это создает два преимущества: уменьшается количество пыли, возникающей при обработке почты, позволяя увеличить интервалы между необходимыми чистками, и обеспечивается сбор для анализа наибольшего количества целевых частиц.

После того как частицы захвачены, они по шлангу 37 направляются в сухой циклон 38, предпочтительно устанавливаемый в шкафу 30 системы БДС, как показано на фиг.4В, в котором используется аэродинамический размер частиц для отделения более крупных частиц от тех, размер которых позволяет их вдохнуть, и которые тем самым представляют наибольшую угрозу для здоровья людей. Это очищает аэрозольную пробу и препятствует засорению расположенного дальше оборудования крупными частицами пыли и волокон, а также не дает им нарушать процесс биологического обнаружения. Крупные частицы задерживаются в контейнере 40 и удаляются. Никакая фильтрующая среда, которая может оказаться забитой пылью, не используется. Контейнер 40 также предпочтительно размещается в шкафу 30.

Воздух из зоны захвата 34 может, при желании, непрерывно контролироваться опционным счетчиком частиц 28, как показано на фиг.3, который определяет число частиц в секунду в нескольких размерных диапазонах, проходящих через пункт взятия проб воздуха. Счетчик частиц 28 регистрирует предисторию прохождения частиц, которая может помочь идентифицировать зараженное устройство сортировки почты и примерное время прохода зараженного письма через устройство в случае, если контрольный блок, описанный ниже, обнаружит биологический агент. При обнаружении пика в потоке подсчитанных частиц, имеющих характеристики, соответствующие характеристикам предмета поиска, такого как возбудитель сибирской язвы, система может также использовать это событие для автоматического запуска процесса анализа пробы, который будет описан ниже. Оцениваемые характеристики частиц могут включать среди прочего количество, размер, форму и характер флуоресценции. В качестве устройства запуска можно использовать также масс-спектрометр (не показан).

Как уже упомянуто, система БДС, предлагаемая изобретением, может нормально работать и без счетчика частиц 28; однако при его использовании она может проводить анализы биологического агента периодическим образом в соответствии с графиком работы, установленным для оборудования почтовой службы США.

В каждом из блоков контроля 12₁ ... 12_n, как указывалось выше, имеется подсистема 22 отбора и концентрации аэрозолей, подсистема 24 автоматического перемещения картриджей с пробами и подсистема 26 биологического идентификатора, как показано на фиг.5.

Как показано на фиг.5, подсистема 22 отбора и концентрации аэрозолей предпочтительно модели SpinCon^®, непрерывно втягивает пробы воздуха из колпака 32 для взятия проб и вводит пробы в приблизительно 10 мл жидкости, находящейся в стеклянном сборнике (не показан). В определенные моменты времени в соответствии с рабочим графиком, составленным для конкретной установки, раствор перекачивается из сборника в сосуд, в котором он по желанию может смешиваться с буферной жидкостью при помощи одного или более буферных насосов 44. Часть, номинально 2 мл, смешанной пробы перекачивается в один из картриджей 46 на участке 48 заливки, после того как он будет перенесен туда двухкоординатным рабочим органом 50, который входит в состав подсистемы 24 перемещения картриджей. При желании в картридж на участке 48 заливки могут быть добавлены дополнительно буферный и обрабатывающий растворы.

Затем рабочий орган 50 автоматически вставляет картридж 46 в подсистему 26 биологического идентификатора, которой предпочтительно является системный прибор 47 GeneXpert , выполняющий анализ полимеразной цепной реакции (ПЦР), способный установить с высокой степенью надежности, содержат ли какие-либо частицы в жидкой пробе биологический агент. Прибор 47 автоматически обрабатывает пробу и проводит ПЦР-анализ, чтобы установить, присутствует ли в пробе один или несколько биологических агентов. Если результат испытания оказывается положительным в отношении агента или агентов, наличие которых проверяется, либо неопределенным, указывающим на то, что некоторые внутренние проверки, входящие в ПЦР-анализ, не были произведены должным образом, проводится контрольная проверка с использованием другой части первоначальной пробы и нового картриджа. После выполнения анализа оставшаяся проба переносится из сосуда в бутыль для отходов или в бутыль для хранения с целью последующего подтверждения результатов анализа в лабораторных условиях и сохранения в качестве улики. Система может по выбору сохранять либо все пробы, либо только те, которые дали положительный результат анализа.

Подсистема 24 биологического идентификатора предпочтительно управляется дистанционно из центрального узла 14 управления и контроля (фиг.1), который образует интерфейс с сетью 16 почтовой службы США, но может при желании быть сконфигурирован для локального управления.

Система БДС непрерывно собирает аэрозоли из выбранной зоны захвата в канале 36 транспортировки почты почтообрабатывающего устройства, как показано на фиг.4А и 4В. Периодически, в соответствии с производственным графиком предприятия, жидкие пробы, содержащие частицы, анализируются посредством автоматического ПЦР-теста. Этот первичный анализ называется предварительным тестом или скрининг-тестом. Если результаты теста на наличие интересующего вещества отрицательны, никаких дальнейших действий не требуется, и работа предприятия продолжается в обычном режиме.

Если результат теста «предварительно положительный», система должна автоматически провести подтверждающий (контрольный) тест, по выбору используя критерий, независимый от скрининг-теста, такой как вторичная последовательность генов исследуемого организма. Результаты предварительно положительного и подтверждающего тестов передаются в сеть наблюдения и экстренного реагирования. Результаты могут быть использованы для принятия наиболее подходящих решений относительно эвакуации персонала и вариантов экстренного реагирования, и проведения дальнейшего анализа сохраненной пробы в сторонней лаборатории. Фиг.8 иллюстрирует такую последовательность событий.

Элементы системы. Узел управления. Теперь рассмотрим предмет изобретения более подробно. Узел 14 контроля и управления (фиг.1А и 1В) обеспечивает координацию и связь всех элементов системы обнаружения биологически опасных агентов (система БДС). Узел 14 контроля и управления разработан для того, чтобы: (a) обеспечить единый пользовательский интерфейс для всей системы биологического обнаружения; (b) позволить пользователю быстро определить состояние всех элементов, связанных с системой; и (с) воспринимать команды для изменения параметров, что позволяет изменять конфигурацию, включая опции, такие как частота тестирования отобранных проб, количество печатаемых отчетов, пароли и уровни доступа, пороговые уровни индикации сообщений об ошибках и другие системные состояния. На самом низшем уровне узел 14 контроля и управления обеспечивает подачу сигнала тревоги, при получении положительного результата от прибора 47 для биологической идентификации. В узел 14 входит управляющий компьютер (не показан), который передает операторам и супервизорам информацию о состоянии всей системы. Кроме того, этот компьютер соединен сетью со всеми датчиками, такими как счетчики частиц, и с каждым блоком контроля 12. Узел 14 обеспечивает высокий уровень сбора статистических данных от каждого элемента, что необходимо для отчетов и отображения на экране. Кроме того, узел 14 сообщает данные о результатах проверки в приборе для биологической идентификации, соотносит данные, получаемые от счетчика частиц, с результатами каждого ПЦР-теста и отслеживает данные, выдаваемые счетчиком частиц за определенные периоды времени.

Процессорное управление. В каждом блоке контроля 12 установлен управляющий процессор 20, посылающий и принимающий сигналы от управляющего компьютера, установленного в узле 14 контроля и управления. Управляющий процессор 20 осуществляет функции процессорного управления, т.е.: (а) управляет жидкостным сопряжением между подсистемой 22 отбора и концентрации и подсистемой 26 биологического идентификатора; и (б) реагирует на любые ошибки или сигналы тревоги от подсистемы 22 и подсистемы 26.

Функции процессорного управления, обеспечиваемые процессором 20, отделены от узла 14 контроля и управления, поскольку управляющий процессор 20 обрабатывает срочные сигналы, влияющие на работу элементов системы в блоке контроля 12, включающем подсистему 22 отбора и концентрации аэрозолей, подсистему 24 перемещения картриджей и подсистему 26 биологического идентификатора.

Сборник и концентратор аэрозолей. С предлагаемой системой могут быть использованы подсистемы 22 отбора и концентрации аэрозолей различного типа, однако, предпочтительным вариантом этого устройства является запатентованная система SpinCon^®, разработанная в Midwest Research Institute (MRI). Система SpinCon ^® 22 является эффективным устройством, хорошо соответствующим широкому диапазону современных требований, предъявляемых к отбору проб из воздуха, включая сбор биологических аэрозолей, твердых частиц, содержащихся в воздухе, и растворимых испарений. Основной элемент для отбора проб в системе SpinCon^® 22 - это так называемый контактор - вертикальная стеклянная трубка (не показана) с почти тангенциальной вертикальной прорезью сбоку, открытая с верхнего конца. Жидкость помещается в контактор, воздух втягивается через прорезь и выходит через открытый конец контактора. Прорезь действует как трубка Вентури или инжекционная форсунка; когда воздух проходит через прорезь, он ускоряется и затем сталкивается с вращающейся жидкостью в контакторе, образуя мокрый циклон. Затем жидкость для взятия проб дробится на множество мелких капель, что значительно увеличивает площадь поверхности, соприкасающейся с воздухом. Эти капли затем начинают следовать за воздушным потоком. Прорезь проходит практически в тангенциальном направлении, поэтому воздушный поток пересекает хорду круглого сечения контактора. В это время частицы из воздуха подхватываются жидкостью. Когда воздух и капли достигают другой стороны контактора, капли ударяются о стенку, и снова образуется поток жидкости. Одна и та же жидкость дробится снова и снова, вследствие чего концентрация частиц в жидкости линейно возрастает в функции времени. Вращающаяся жидкость в контакторе покрывает только 30-40% прорези, поэтому только 30-40% воздуха, втягиваемого в устройство, берется в качестве пробы.

Система SpinCon^® 22 очень эффективна для взятия биологических проб размером от 1 до 10 микрон, а также и многих типов частиц меньшего размера и даже химических проб с размером агломерата меньше 1 микрона. Это происходит благодаря раздробленному состоянию жидкости в месте взятия проб; обширная поверхность собирает более крупные частицы, в то время как броуновское движение, которое управляет движением мелких частиц, позволяет жидкости подхватить частицы меньшего размера.

Автоматика перемещения картриджей. Подсистема 24 перемещения картриджей, как показано на фиг.5, механически связывает подсистему 22 отбора и концентрации с прибором 47 ПЦР-теста подсистемы 26 биологического идентификатора. Кроме двухкоординатного манипулятора или рабочего органа 50, содержащего захват 52 для надежного удержания картриджа 46, в подсистему 24 перемещения картриджей входит также конвейер 54, расположенный над стеллажом 56 для хранения картриджей, который вмещает заданное количество картриджей 46 с жидкими пробами, такое, чтобы обеспечить до 10 часов работы без вмешательства оператора. В процессоре 20 (фиг.3) имеется контроллер, осуществляющий процесс перемещения картриджей и обеспечивающий связь с остальной частью предлагаемой изобретением системы БДС для координации всех процессов переноса и идентификации.

Двухкоординатный рабочий орган (манипулятор) 50, изображенный на фиг.5, содержит механическое устройство простой, недорогой конструкции, форма которого соответствует контуру подсистемы 26 биологического идентификатора (длинный размер X, короткий - Y). Он помещается в том же шкафу 30, что и подсистема 22 и подсистема 26, так что образуется компактная встроенная система обнаружения.

К дополнительным особенностям подсистемы 24 перемещения картриджей относятся: (а) шаговый двигатель с обратной связью по положению; (b) он по одному подводит картриджи 46 для жидких проб одновременно к трем иглам для подкожного впрыскивания, две из которых 60 и 62 показаны на фиг.5, для заливки пробы и буфера без дополнительных осей перемещения; (с) отсутствие прямого контакта с оператором; (d) интерфейс контроллера с системой управления более высокого уровня; и (e) механизм 64 ввода и извлечения в прибор 47 для биологической идентификации.

Биоидентификатор. Как уже упомянуто, для обнаружения опасных биологических агантов широко применяются два метода: (1) иммунологический анализ и (2) полимеразная цепная реакция (ПЦР). Метод иммунологического анализа основан на специфическом взаимодействии антител с патогенным организмом. Это взаимодействие обычно обнаруживается оптическим или электрохимическим способом. ПЦР непосредственно обнаруживает последовательность ДНК биологического агента.

Метод ПЦР был выбран для настоящего изобретения из-за его повышенной чувствительности и специфичности. Предел обнаружения для метода, основанного на иммунологическом анализе, находится в диапазоне от 10 000 до 100 000 спор на миллилитр пробы. Метод ПЦР продемонстрировал способность обнаруживать менее 200 спор на миллилитр пробы. Такая разница в чувствительности является критической и может быть равноценна разнице между обнаружением и пропуском смертельной угрозы, например, при применении в системе почтовой службы США. Поскольку метод ПЦР обнаруживает последовательность ДНК агента, его применение значительно уменьшает вероятность ошибочного положительного результата по сравнению с системами, основанными на методах иммунологического анализа. Кроме того, могут быть отслежены последовательности, связанные с вирулентными свойствами организма. Это также может быть критично для применения в системе почтовой службы США, поскольку ошибочный положительный результат может вылиться в большие финансовые потери, если он станет причиной ненужного отключения почтообрабатывающего оборудования.

Метод ПЦР признан одним из самых надежных лабораторных методов, наряду с методами культивации, для подтверждения результатов иммунологического анализа и других методов полевого обнаружения. В последние годы развитие метода ПЦР в реальном времени позволило проводить реакцию за 30 минут и менее. Это дало возможность использовать реакцию ПЦР в полевых условиях, там, где необходимы быстрые результаты. Однако все существующие в настоящее время методы ПЦР требуют подготовки пробы для удаления из нее ингибиторов, таких как гуминовые кислоты из почвы, присутствие которых может привести к ложному отрицательному результату, и добавления реагентов, необходимых для проведения реакции ПЦР. Такая подготовка пробы требует серьезных лабораторных действий, которые персонал почтовой службы США не может производить в существующих почтовых учреждениях. По этой причине большая часть систем ПЦР не может применяться в почтовой службе или на подобных промышленных предприятиях.

Предлагаемое изобретение использует систему биоидентификатора ПЦР с полностью автоматическими процессами подготовки пробы и обнаружения, включающую в себя систему GeneXpert , разработанную Cepheid of Sunnyvale, Калифорния. Эта система состоит из двух компонентов: многокамерного картриджа одноразового использования, такого, какой показан на фиг.6А-6С под номером 46, и прибора 47 для ПЦР-анализа. Подсистема 22, описанная выше, автоматически загружает жидкую пробу в картридж 46 GeneXpert , который затем переносится в прибор 47 GeneXpert рабочим органом 50. После этого прибор 47 GeneXpert автоматически производит полную подготовку пробы и амплификацию ДНК посредством реакции ПЦР с последующим анализом без дополнительного участия оператора. Жидкая проба и жидкие реагенты автоматически переносятся из одной камеры 60 (фиг.6В) в другую в картридже одноразового использования, как показано на фиг.7. Жидкости перемешиваются, молекулы и организмы разделяются, производится очистка, фильтрация и лизис клеток. Все это происходит автоматически, без вмешательства оператора. Прибор GeneXpert автоматически осуществляет все этапы обработки жидкости.

Ключевыми преимуществами прибора GeneXpert для биологической идентификации, примененного в изобретении, является следующее.

(a) Реагенты для проведения реакции ПЦР на месте установки - Необходимые химикаты (или реагенты) для проведения реакции ПЦР находятся в картридже 46 GeneXpert и установлены на заводе. Следовательно, оператор не должен обращаться с чувствительными реагентами. Поскольку они предварительно смешаны и лиофилизированы на заводе, отсутствует риск неправильного смешивания оператором и, следовательно, нет необходимости замораживать картриджи.

(b) Лизис спор - в прибор 47 GeneXpert встроена зона ультразвукового лизиса, которая вскрывает споры, высвобождая ДНК из клетки, приблизительно за 15 секунд. Такой продуктивности не достигает ни одна из известных систем анализа ДНК. Системы, которые не лизируют клетки, не могут гарантировать, что ДНК организма будет доступна для обнаружения методом реакции ПЦР. Системы, не использующие лизис, могут легко выдать ложный отрицательный результат, особенно для таких спор, как возбудитель сибирской язвы.

(с) Удаление ингибитора - обычные биологические пробы многих типов содержат посторонние химикаты, включая обыкновенную грязь, затрудняющие проведение реакции ПЦР. Присутствие этих ингибирующих химикатов может стать причиной неудачного проведения реакции ПЦР, следствием которого будет ложный отрицательный результат. Прибор GeneXpert 47 улавливает споры, затем промывает их в ПЦР-совместимом буферном растворе для удаления любых потенциальных ингибиторов непосредственно перед проведением реакции ПЦР. Системы, не удаляющие ингибиторы, могут легко дать ложный отрицательный результат.

(d) Концентрация патогенных организмов - патогенные организмы могут присутствовать в необработанных пробах или в воздухе в чрезвычайно низких концентрациях, оставаясь, тем не менее, инфекционными. Чтобы обеспечить максимально возможную чувствительность для обнаружения таких патогенных организмов, прибор 47 GeneXpert экстрагирует и повышает концентрацию спор из первоначальной пробы относительно большого объема (до нескольких миллилитров) в маленькую пробирку картриджа 46 для проведения реакции ПЦР. Другие устройства для проведения реакции ПЦР просто берут малую часть имеющейся жидкой пробы и проводят реакцию ПЦР на этой малой части. Результатом концентрирующей способности прибора 47 GeneXpert является то, что нормальная чувствительность системы по крайней мере в 10 раз выше, чем у подобных устройств, не концентрирующих пробу.

(e) Отсутствие заражения окружающей среды или перекрестного заражения - поскольку все операции с жидкостью при использовании реакции ПЦР производятся автоматически и внутри картриджа 46, при использовании прибора GeneXpert не может произойти случайного заражения окружающей среды или аппаратуры продуктом реакции ПЦР. Например, если результаты проверки определенной пробы на наличие возбудителя сибирской язвы оказываются положительными, концентрация ДНК возбудителя сибирской язвы в полученной жидкости очень высока. В системе, обслуживаемой вручную, малые части этой жидкости могут попасть в окружающую среду при перенесении из пробирки в пробирку. Если ДНК возбудителя сибирской язвы из сосуда, в котором проводилась реакция ПЦР, попадет в окружающую среду, это может стать источником зараженной ДНК и причиной ложных положительных результатов последующих тестов. Поскольку жидкости всегда сохраняются внутри картриджа 46 в GeneXpert , появление таких ложных положительных результатов исключено.

(f) Прочные камеры для проведения реакции - картриджи 46 GeneXpert и встроенные камеры 60 для проведения реакции, как показано на фиг.6В, полностью изготовлены из пластмассы. Напротив, другие подобные устройства имеют стеклянные камеры, которые легко бьются. Когда камеры разбиваются, они не только создают необходимость проведения технического обслуживания, но могут также заразить окружающую среду ДНК возбудителя сибирской язвы, вновь становясь источником потенциальных ложноположительных результатов последующих тестов.

(g) Обнаружение нескольких целей - при использовании реакции ПЦР окончательная идентификация возбудителя сибирской язвы, например, требует обнаружения двух разных сегментов ДНК. Прибор 47 GeneXpert обладает универсальной мультиплексной способностью, при которой множественные цели ДНК могут определяться одновременно в одной и той же камере 60 картриджа. Мультиплексная способность - это важнейшее отличие при анализе ДНК и обнаружении патогенных организмов. Например, при наличии системы GeneXpert , один тест или анализ на присутствие до четырех веществ можно произвести в одном картридже 46 одноразового использования. И напротив, окончательный подтверждающий тест на присутствие одного вещества, такого как возбудитель сибирской язвы, может быть произведен в одном картридже 46. Этот анализ включает три зонда для трех разных сегментов ДНК и один зонд для внутреннего контроля. В приборе 47 GeneXpert такой анализ можно провести в единственном тестовом картридже 46. Наконец, наиболее надежные режимы проведения реакции ПЦР требуют наличия внутренней «контрольной» последовательности ДНК. Эта контрольная последовательность амплифицируется и определяется наряду с ДНК-«целью» (такой как возбудитель сибирской язвы) для подтверждения того, что реакция ПЦР производится должным образом, являясь по существу проверкой качества и надежности. Прибор 47 GeneXpert имеет четыре независимых канала оптического обнаружения. Соответственно, этот продвинутый, но необходимый, мультиплексный режим может применяться для: (1) обнаружения нескольких патогенных организмов; (2) подтверждающего тестирования; и/или (3) контроля качества и надежности.

При существующих методах ПЦР необходимо раздельное проведение положительного и отрицательного контрольных тестов, чтобы убедиться в целостности реагента или успешном удалении ингибиторов при подготовке пробы. Новая схема внутреннего контроля, которая устраняет необходимость проведения этих внешних контрольных тестов, достигается уникальным сочетанием внутреннего контроля и проверки целостности зонда, называемой проверкой зонда. Внутренний контроль состоит из участка ДНК, последовательность которого отличается от последовательности ДНК-цели, и соответствующего зонда, иммобилизованного на шариках для проведения анализа продукта реакции ПЦР. Внутренний контроль протекает одновременно с тестовой реакцией и используется для подтверждения того, что реагент функционирует нормально, и что ингибиторы ПЦР были успешно удалены при подготовке пробы.

Работа системы. При использовании в почтовой службе США система обнаружения биологического агента в соответствии с изобретением устанавливается на почтообрабатывающем оборудовании. Работой системы биологического обнаружения управляет управляющий процессор 20, и его работа синхронизирована с работой контролируемого почтообрабатывающего оборудования таким образом, что она может начаться только тогда, когда подсистема отбора и концентрации аэрозолей находится в рабочем режиме. Блок-схема, представленная на фиг.8, показывает последовательность операций.

Прежде, чем начать отбор проб, система БДС должна быть инициализирована и подготовлена к сбору данных. Ниже приводится описание ежедневных настроек: (1) запуск узла управления и контроля; (2) задание параметров сбора на текущий день. К параметрам сбора относятся настройки для каждого прохода в последовательности цикла. К настройкам относятся идентификационный номер пробы (ID), время пуска, время остановки и описание анализа. Описание анализа связано с цепочкой команд, используемой прибором GeneXpert для проведения анализа ПЦР. Цепочки команд сохраняются локально в управляющем процессоре 20 (фиг.3). Узел 14 управления и контроля (фиг.1А и 1В) сможет загрузить описание нового анализа и связанной с ним цепочкой команд в управляющий процессор. И (3) подключение шкафов системы БДС. Система автоматически произведет проверку связи и состояния систем; промоет и заправит жидкостные линии; предупредит в случае низкого уровня жидкости.

В заданное время система БДС инициирует процесс отбора воздуха. Для этого приводится в действие подсистема 22 отбора и концентрации. Индикатор (не показан) на шкафу 30 (фиг.5) указывает, что система включена.

Затем берутся пробы воздуха из одной или нескольких зон захвата 34 почтообрабатывающего оборудования, как показано на фиг.4А и 4В. Зона или зоны отбора проб определена (определены) эмпирически, основываясь на опытном определении мест, в которых из почтовых отправлений при обработке выходит наибольшее количество частиц. Из воздухосборного колпака 32 воздух проходит через заземленный антистатический шланг 37 в предварительный сепаратор типа сухого циклона 38, предназначенный для удаления частиц, размер которых выходит за пределы диапазона от 1 до 10 микрон, опасного для вдыхания.

Из сухого циклона 38 собранные аэрозоли направляются в подсистему 22 SpinCon^® отбора и концентрации аэрозолей, как показано на фиг.5. Как отмечено выше, подсистема 22 вводит воздух в небольшой объем жидкости. Сборник аэрозолей работает при расходе около 450 л/мин. По мере того, как воздух проходит через устройство, циклонное смешивание переносит большую часть целевых частиц в жидкость. Жидкая среда остается в подсистеме 22 для непрерывного повышения концентрации целевых частиц в жидкости. В начале процесса сбора 10 мл стерильной воды впрыскивается в систему. В процессе сбора уровень воды контролируется, и испарившаяся вода заменяется впрыскиваемой водой для поддержания объема пробы 10 мл.

В запланированное время остановки или в ответ на ввод сигнала запуска управляющий процессор 20 посылает на подсистему 22 команду на передачу жидкой пробы для анализа. Процесс сбора аэрозолей и операции лицовки/штемпелевания прерываются, пока проба переносится в собирающий резервуар 43 (фиг.5), а затем подсистема 22 отбора и концентрации аэрозолей вновь заполняется, чтобы начать следующий цикл сбора.

Когда жидкая проба переносится в резервуар 43, она смешивается с раствором, содержащим добавки, сводящие к минимуму торможение реакции ПЦР. Жидкая проба остается в резервуаре некоторое время, например приблизительно две минуты, для тщательного смешивания добавок с раствором и для того, чтобы все частицы большого размера осели на дне бутыли или бутылей 42 резервуара.

Пока жидкость отстаивается, захват 52 рабочего органа 50 подсистемы 24 перемещения картриджей, как показано на фиг.5, забирает картридж 46 для проведения реакции ПЦР со стеллажа 56 и устанавливает его на участке 48 заливки жидкости в шкафу системы БДС, как показано на фиг.5. Три иглы на участке 48 заливки жидкости, две из которых показаны под номерами 60 и 62, протыкают уплотнение наверху картриджа 46 и позволяют залить пробу и буферные растворы в соответствующие камеры картриджа.

Перекачка жидкости осуществляется при помощи перистальтических насосов 44. По завершении перекачки пробы картридж 46 устанавливается в прибор 47 GeneXpert , и процесс анализа пробы запускается.

После установки картриджа 46 в прибор GeneXpert начинается автоматический процесс подготовки пробы. Проба концентрируется, промывается, дезинтегрируется ультразвуком, смешивается с реагентами ПЦР и переносится в камеру 60 для проведения реакции (фиг.6В) с целью проведения термических циклов реакции ПЦР, как показано на фиг.7. Каждый из этих этапов, а также параметры, контролирующие непосредственно анализ ПЦР, детально проработаны в файле исследования, относящемся к конкретному тесту.

ТЕСТЫ

По завершении всех этапов подготовки пробы начинается термоциклический анализ ПЦР. Первичный тест ПЦР называется скрининг-тестом. Этот тест нацелен на одну или более последовательностей генов для каждого из представляющих интерес организмов. Помимо целевых организмов скрининг также включает сигнал внутреннего контроля, который обеспечивает внутренний надежный контроль за должным прохождением реакции ПЦР. При выполнении термических циклов ПЦР характер флуоресценции в камере проведения реакции картриджа контролируется и подвергается анализу на каждом термическом цикле при помощи алгоритма, анализирующего форму кривой роста ПЦР, включая такие характеристики, как порог цикла и конечный момент, чтобы определить, указывает ли результат ПЦР на наличие целевых организмов.

Отрицательный результат скрининг-теста. В нормальных условиях результаты скрининга оказываются отрицательными (N). Результаты теста отсылаются в узел 14 управления и контроля (фиг.1), где они протоколируются.Тестовый картридж 46 удаляется из прибора 47 GeneXpert и возвращается на место, на стеллаж 56 для хранения картриджей. Остатки жидкой пробы в бутыли или бутылях 42 резервуара переносятся в бутыль для хранения или, как вариант, в бутыль для отходов, если параметр «хранить все» выключен (OFF). Резервуар 43 SpinCon^® готов для принятия следующей пробы.

Положительный или предварительно положительный результат скрининга. Если прибор 47 ПЦР для биологической идентификации выдает положительный (Y) результат скрининга, результаты отсылаются в узел 14 управления и контроля, откуда рассылаются оповещения согласно предписаниям и плану реагирования, а затем проводится контрольный тест, как описано ниже.

Ошибка или ингибирование при скрининге. Если прибор 47 ПЦР обнаруживает ложный результат скрининга, результаты теста также отсылаются в узел 14 управления и контроля, откуда и в этом случае рассылаются оповещения согласно предписаниям и плану реагирования. Система способна использовать альтернативный анализ для контрольного теста, основанного на природе ошибки в первоначальном скрининге. Если фоновая флуоресценция покажет, что возникла регидратация шарика или другие проблемы, связанные с проведением реакции, часть архивной пробы будет использована для повторения того же анализа в новом картридже 46. Если причиной ошибки послужило наличие ингибиторов в пробе, часть архивной пробы будет использована для проведения слегка измененного анализа. При проведении этого анализа будет: (1) произведена дополнительная промывка; (2) осуществлен более высокий уровень разбавления; и (3) откорректированы пороги положительного обнаружения в соответствии с измененным разбавлением.

Контрольный тест. В случае положительного результата (Y) скрининга, (a) узел 14 управления и контроля посылает уведомляющее извещение о предварительном положительном результате исследования в предусмотренный контактный перечень, (b) подсистема 24 перемещения картриджей (фиг.5) извлекает картридж, предназначенный для контрольного теста, и переносит его в пункт заливки, где картридж заполняется частью пробы, оставшейся в резервуаре, и буферными растворам. В зависимости от веществ, подлежащих исследованию, контрольный тест может состоять просто из повторения скрининга, или он может быть выполнен в специальном "контрольном" картридже 46 , содержащем заливку для альтернативных последовательностей генов, (с) выбирается соответствующий способ исследования для контрольного картриджа и (а) контрольный картридж 46 автоматически загружается в прибор 47 GeneXpert , и проводится контрольный анализ.

Отрицательный результат контрольного теста. Система переносит оставшуюся жидкую пробу в бутыль для хранения. При отрицательном (N) результате контрольного теста система не генерирует сигналов тревоги и не инициирует действий экстренного реагирования, результаты испытания в GeneXpert направляются в узел 14 управления и контроля, где они протоколируются, и рассылаются извещения о результатах испытания. Картридж первоначального скрининга, контрольный картридж и архивная камера факультативно могут быть вручную извлечены из системы и помещены на хранение в холодильник для последующего анализа с целью определить причину первоначального положительного результата.

Ошибка или ингибирование при контрольном тесте. Если результатом контрольного теста является ошибка или ингибирование, система не генерирует сигналов тревоги и не инициирует действий экстренного реагирования, результаты испытания в GeneXpert направляются в узел 14 управления и контроля, где они протоколируются, и рассылаются извещения о результатах испытания согласно предписаниям и плану реагирования. Может быть произведен еще один контрольный тест, если осталось достаточное количество пробы.

Положительный результат контрольного теста. Система переносит оставшуюся жидкую пробу в бутыль для хранения. При положительном (Y) результате контрольного теста результаты испытания в GeneXpert направляются в узел 14 управления и контроля, где они протоколируются, и рассылаются извещения о результатах испытания. Вступает в действие план экстренного реагирования.

Описанное выше представляет собой уникальную систему обнаружения токсичных биологических агентов, в особенности возбудителя сибирской язвы, в устройствах, которые транспортируют и обрабатывают различные объекты, например на почте.

Подробное описание, представленное выше, только иллюстрирует принципы изобретения. Следует поэтому учитывать, что для специалиста будут очевидны различные устройства, которые хотя и не описаны и не показаны здесь в явном виде, воплощают принципы изобретения и, следовательно, не выходят за его рамки.