CN102317754A - 用于处理样品的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于处理样品的系统和方法。所述系统可包括装载室、设置成与所述装载室流体连通的检测室，以及至少部分地由所述装载室和所述检测室限定的流体通道。所述系统还可包括滤器，所述滤器被设置成使得其入口与其出口中的至少一个设置在所述流体通道中。所述方法可包括将样品设置在所述装载室中，过滤所述流体通道中所述样品以形成浓缩样品和滤液，在所述检测室上游的位置处从所述流体通道中去除滤液，使所述流体通道中的所述浓缩样品的至少一部分移动至所述检测室，以及分析所述检测室中的所述浓缩样品的至少一部分的目的被分析物。

Description

用于处理样品的系统和方法
技术领域
本发明整体涉及用于处理样品的系统和方法，具体地讲，涉及用于处理液体样品的系统和方法，更具体地讲，涉及用于处理稀释液体样品的系统和方法。
背景技术
测试水性样品中存在的微生物(例如，细菌、病毒、真菌、孢子等)和/或其他目的被分析物(例如，毒素、过敏原、激素等)在各种应用中可能是重要的，这些应用包括食品和水安全、传染性疾病诊断和环境监视。例如，可食用样品(如普通人群所消耗的食品、饮料和/或公用水)可能包含或具有微生物或其他被分析物，该微生物或其他被分析物可随着其所处的环境而滋生或生长。这种生长会导致病原生物体增殖，这会产生毒素或增加至感染剂量。借助进一步的实例，可以对非可食用物采样的样品(如地下水、尿液等)执行多种分析方法，以确定样品是否含有特定被分析物。例如，可对地下水进行微生物或化学毒素检测；以及可对尿液进行多种诊断指标的测试，以便能够进行诊断(如糖尿病、怀孕等)。
发明内容
本发明的一个方面提供了用于处理样品的方法。该方法可包括提供装载室、提供设置与装载室流体连通的检测室，以及提供至少部分地由装载室和检测室限定的流体通道。该方法还可包括将样品设置在装载室中、过滤流体通道中的样品以形成浓缩样品和滤液，以及在检测室上游的位置处从流体通道移除滤液。该方法还可包括使流体通道中的浓缩样品的至少一部分移动至检测室，以及分析检测室中浓缩样品的至少一部分中的目的被分析物。
本发明的另一个方面提供了用于处理样品的系统。该系统可包括适于容纳样品的装载室、设置成与装载室流体连通的检测室，以及至少部分地由装载室和检测室限定的流体通道。该系统还可包括具有入口和出口的滤器，该滤器被设置成使得入口和出口中的至少一个设置在流体通道中。该滤器可适于过滤样品以形成浓缩样品和滤液。该系统还可包括滤液出口，该滤液出口被设置成使得滤液在检测室上游的位置处被从流体通道去除。
通过考虑详细说明和附图，本发明的其它特征和方面将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的样品处理系统的前透视图，所示的样品处理系统联接到真空源。
图2是图1的样品处理系统的局部后平面图。
图3是图1和图2的样品处理系统沿图1中的线3-3截取的局部侧剖视图，为清楚起见去除了一些部分。
图4是根据本发明的另一个实施例的样品处理系统的前透视图。
图5是图4的样品处理系统沿图4中的线5-5截取的局部侧剖视图。
图6是根据本发明的另一个实施例的样品处理系统的局部侧剖视图。
图7-10是根据实例1的分析结果的照片。
图11-12是根据实例2的分析结果的照片。
具体实施方式
在详细说明本发明的任何实施例之前，应当理解本发明在其应用中并不受限于在下文描述中提及的或下列附图中所示的结构细节和部件布置。本发明能有其他的实施例，并且能够以多种方式进行操作或实施。另外应当理解的是，本文中所用的用语和术语的目的是为了进行说明，不应被认为是限制性的。本文中所用的“包括”、“包含”或“具有”以及它们的变化形式意在涵盖其后所列举的项目及其等同项目以及附加项目。除非另外说明或限定，否则术语“连接”和“联接”及其变型均按广义使用，涵盖直接和间接这两方面的连接和联接。另外，“连接”和“联接”不限于物理或机械连接或联接。应当理解，可以利用其它实施例并且在不脱离本发明的范围的情况下可以进行结构或逻辑改变。另外，诸如“前部”、“后部”、“顶部”和“底部”等之类的术语仅用于描述元件因为它们彼此相关，而绝非意在引用设备的特定方位、指示或暗示必需或必要的设备的方位或者指定在使用中将要如何使用、安装、显示或设置本文描述的本发明。
在期望测试一种或多种目的被分析物的各种样品中，被分析物可以低浓度存在于样品中和/或样品体积可以较大。这类情况可能需要浓缩样品以获得合适浓度的目的被分析物，从而达到分析技术上的检测阈值。在一些已有的系统和方法中，可以采用膜过滤来浓缩低浓度的样品，并且该膜过滤可以包括将目的被分析物捕集到微孔膜上以进行识别和/或计数。这样的方法可以包括：真空过滤样品，接着将膜无菌转移至另一容器(如培养皿)，该另一容器包含必要的营养物质，该营养物质可随后在温育期间通过膜中的孔扩散以允许在膜上形成细菌菌落。然后，可以通过对膜上出现的菌落数量进行计数来确定初始样品中微生物的浓度。这样的方法可能需要许多步骤，包括准备生长容器、消毒和设置过滤设备，以及将膜从装置无菌转移至生长培养基。此外，工序受限于用在固态或半固态营养物质制剂上，以限制目的细菌和/或水溶性指标种类的过度扩散。包括在支撑件上捕集细胞以在一个装置中进行进一步分析或检测的其他现有的系统和方法不允许后续的对原样捕集的细胞进行洗脱或从装置中基本上去除不期望的滤液。
本发明整体涉及用于处理样品的系统和方法。通常，本发明的方法可以包括浓缩样品以形成浓缩样品、使流体通道中的浓缩样品的至少一部分移动至检测室(例如，不将浓缩样品暴露于周围环境)，以及分析检测室中的浓缩样品以确定目的被分析物的存在、数量和/或生存力中的至少一种。本发明的系统通常包括用于在一个系统中浓缩和分析样品而不会将样品暴露于周围环境的装置。
本发明可以在能够允许询问大样品体积的单个系统中提供样品浓缩和分析/检测，可以简化样品处理方法，可以减少样品和环境污染，并且可以通过去除不希望的样品部分使其不进行分析而增加分析的灵敏度和精确性。可以简化样品处理方法并且可以减少污染，这至少部分地是因为，通过允许样品浓缩和检测在本发明的单个系统中进行，可以消除向第二个单独装置中的传送步骤(如，收集膜的传送步骤)。此外，在本发明的一些实施例中，在系统中过滤样品的地方可以在空间上与分析样品的地方分开，这可以提高分析灵敏度和精确性，这至少部分地是因为样品的不期望的部分被去除而不进行分析。
可以采用各种方式来获得待处理的样品。例如，在一些实施例中，待处理的样品自身是液体样品，例如稀释液体样品和/或稀释水性样品。在一些实施例中，样品可包括利用稀释剂洗涤或冲洗目的源(例如，表面、传染体等)所产生的液体。在一些实施例中，样品可包括使目的源与合适的稀释剂合并而成的液体组合物过滤而产生的滤液。即，大的不溶解的物质，例如各种食物、传染体或类似物，可以在第一过滤步骤中从液体组合物去除以形成将利用本发明的样品处理系统和方法进行处理的样品。
术语“源”可用于表示希望检测被分析物的食物或非食物。源可以是固体、液体、半固体、凝胶状材料及其组合。在一些实施例中，源可由用来(例如)从目的表面收集源的基质提供。在一些实施例中，液体组合物可包括基质，基质可被进一步分解(例如在搅拌或溶解过程中)，以提高源和所任何被目的分析物的回收率。目的表面可包括多种表面的至少一部分，包括(但不限于)壁(包括门)、地板、天花板、排水管、制冷系统、管道(如风道)、通风孔、马桶座圈、手柄、门把手、扶手、床栏杆(如医院中的床栏杆)、工作台面、桌面、餐具表面(如盘、器皿等)、工作表面、设备表面、衣服等以及它们的组合。源的全部或一部分可用来获得将要利用本发明的样品处理系统和方法进行处理的样品。
术语“食物”通常用于指固体、液体(例如，包括(但不限于)溶液、分散体、乳状液、混悬液等以及它们的组合)和/或半固体可食用组合物。食物的例子可包括(但不限于)肉类、家禽、蛋、鱼、海鲜、蔬菜、水果、预加工食品(如汤、调味汁、糊)、谷物产品(如面粉、谷类食物、面包)、罐装食物、奶、其他乳制品(如奶酪、酸奶、酸奶油)、脂肪、油类、甜点、调味品、香料、面食、饮料、水、动物饲料、其他合适的可食用材料以及它们的组合。
术语“非食物”通常用于表示不在“食物”定义之内且通常认为不可食用的目的源。非食物源的例子可包括(但不限于)临床样品、细胞溶解物、全血或血液的一部分(如血清)、其他体液或分泌物(如唾液、汗液、皮脂、尿液)、粪便、细胞、组织、器官、活组织检查、植物材料、木材、污垢、沉淀物、药物、化妆品、食品补充剂(如人参胶囊)、药剂、传染体、其他合适的非食用材料以及它们的组合。
术语“传染体”通常用于表示能够携带和/或传播传染性有机体的无生命物体或基质。传染体可包括(但不限于)：布、拖把头、毛巾、海绵、抹布、餐具、硬币、纸币、手机、衣物(包括鞋子)、门把手、女性用品、尿布等以及它们的部分或它们的组合。
术语“被分析物”通常用于指待检测(例如通过实验室或现场测试检测)的物质。可以检测样品中特定被分析物的存在、数量和/或生存力。这种被分析物可存在于源内(如内部)或源之外(如外表面上)。被分析物的例子可包括(但不限于)微生物、生物分子、化学品(如杀虫剂、抗生素)、金属离子(如汞离子、重金属离子)、含金属离子的络合物(如含有金属离子和有机配体的络合物)以及它们的组合。
多种测试方法可以用来识别、定量和/或说明被分析物的生存力，包括，但不限于微生物分析、生物化学分析(如免疫测定法)或它们的组合。可以使用的测试方法的具体例子包括但不限于，侧向流动分析、滴定、热分析、显微镜法(如，光显微镜法、荧光显微镜法、免疫荧光显微镜，扫描电子显微镜法(SEM)、透射电子显微镜(TEM))、光谱学(如，质谱、核磁共振(NMR)光谱学、拉曼光谱、红外(IR)光谱学、x射线光谱学、衰减全反射光谱、傅立叶变换光谱学、伽马射线光谱学等)、分光光度法(如，吸光度、荧光、发光等)、色谱法(如，气体色谱法、液体色谱法、离子交换色谱法、亲和力色谱法等)、电化学分析、遗传技术(如，聚合酶链反应(PCR)、转录介导扩增(TMA)、混成保护分析(HPA)、DNA或RNA分子识别分析等)，腺苷三磷酸(ATP)检测分析、免疫分析(如，如酶联免疫吸附测定(ELISA))、细胞毒性测定法、病毒空斑测定法、细胞病变效应评估技术、例如可以利用生长介质(如，琼脂)和/或3MTM PETRIFILMTM底片(如，并且利用3MTMPETRIFILMTM底片阅读器(3M Company，St.Paul，MN)成像的、量化的和/或解释的)进行的培养技术、入侵裂解反应分析(如，INVADER
Figure BPA00001421664400061
分析，得自Third Wave Technologies，Madison，WI，a wholly-ownedsubsidiary of Hologic，Inc.，Bedford，MA)、SMARTDNATM分析(得自Investigen，Inc.，Hercules，CA)、其它合适的被分析物测试方法，或者它们的组合。
术语“微生物”通常用来表示任何原核或真核微观生物体，包括(但不限于)一种或多种细菌(如运动性细菌或植物性细菌、革兰氏阳性菌或革兰氏阴性菌)、病毒(如诺罗病毒、诺瓦克病毒、轮状病毒、腺病毒、DNA病毒、RNA病毒、有包膜病毒、无包膜病毒、人免疫缺陷病毒(HIV)、人乳头瘤病毒(HPV)等)、细菌孢子或内生孢子、藻类、真菌(如酵母、丝状真菌、真菌孢子)、朊病毒、支原体以及原生动物。在一些情况下，特别要关注的微生物是病原性的那些，术语“病原体”用于指任何病原微生物。病原体的例子可包括(但不限于)肠杆菌科(Enterobacteriaceae)成员、或微球菌科(Micrococaceae)成员、或葡萄球菌(Staphylococcus)属物种、链球菌(Streptococcus)属物种、假单胞菌(Pseudomonas)属物种、肠球菌(Enterococcus)属物种、沙门氏菌(Salmonella)属物种、军团杆菌(Legionella)属物种、志贺杆菌(Shigella)属物种、耶尔森氏菌(Yersinia)属物种、肠杆菌(Enterobacter)属物种、埃希杆菌(Escherichia)属物种、芽孢杆菌(Bacillus)属物种、李斯特菌(Listeria)属物种、弯曲菌(Campylobacter)属物种、不动杆菌(Acinetobacter)属物种、弧菌(Vibrio)属物种、梭菌(Clostridium)属物种，以及棒状杆菌(Corynebacterium)属物种。病原体的某些例子可包括(但不限于)大肠杆菌(Escherichia coli)，包括肠出血性大肠杆菌(enterohemorrhagie E coli)例如，血清型O157:H7，O129:H11；绿脓杆菌(Pseudomonas aeruginosa)；蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)；炭疽芽孢杆菌(Bacillus anthracis)；肠炎沙门氏菌(Salmonella enteritidis)；肠道沙门氏菌(Salmonella enterica)血清型鼠伤寒；单核细胞增多性李斯特菌(Listeria monocytogenes)；肉毒梭状芽孢杆菌(Clostridium botulinum)；产气荚膜梭状芽孢杆菌(Clostridium perfringens)；金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)；耐甲氧西林金黄色葡萄球菌；空肠弯曲菌(Campylobacter jejuni)；小肠结肠炎耶尔森菌(Yersinia enterocolitica)；创伤弧菌(Vibrio vulnificus)；艰难梭状芽孢杆菌(Clostridium difficile)；耐万古霉素肠球菌；和阪崎肠杆菌(Enterobacter sakazakii)[Cronobacter]。可能影响微生物生长的环境因素可包括是否存在养分、pH值、含水量、氧化-还原电位、抗微生物化合物、温度、大气气体组成和生物结构或屏障。
术语“生物分子”一般用来指在生物体中出现或由生物体形成的分子或其衍生物。例如，生物分子可包括(但不限于)氨基酸、核酸、多肽、蛋白质、多核苷酸、类脂、磷脂、糖类、多糖中的至少一种以及它们的组合。生物分子的具体例子可包括(但不限于)代谢物(如葡萄球菌肠毒素)、过敏原(如花生过敏原、蛋过敏原、花粉、尘螨、霉菌、毛屑或其内部固有的蛋白质等)、激素、毒素(如芽孢杆菌属腹泻毒素、黄曲霉毒素、艰难梭菌毒素等)、RNA(如mRNA、总RNA、tRNA等)、DNA(如质粒DNA、植物DNA等)、标记蛋白、抗体、抗原、ATP以及它们的组合。
术语“可溶性物质”和“不溶性物质”一般用来指在一定条件下在给定介质中相对可溶或不溶的物质。具体地讲，在一组给定的条件下，“可溶性物质”是指参与溶解并且可溶解于体系的溶剂(如稀释剂)中的物质。“不溶性物质”是指在一组给定的条件下不参与溶解并且不溶解于体系溶剂中的物质。源可包括可溶性物质和不溶性物质(如细胞碎屑)。不溶性物质有时称作颗粒或碎片，并且可以包括部分来源物质本身(即来自来源的内部或外部(如外表面))或搅拌过程产生的其他来源残余或碎片。目的被分析物可存在于可溶性物质或不溶性物质中。
术语“稀释剂”通常用来指添加至源材料中以分散、溶解、悬浮、乳化、洗涤和/或冲洗该源的液体。此外，在浓缩、洗脱和检测的一个或多个期间，可将稀释剂添加至本发明的系统中。在一些实施例中，稀释剂是无菌液体。在一些实施例中，稀释剂可以包括多种添加剂，包括(但不限于)表面活性剂，或其他促进分散、溶解、悬浮或乳化源以用于后续被分析物测试的合适添加剂；流变剂；抗微生物中和剂(如中和防腐剂或其他抗微生物剂的那种)；具有养分(如促进所需微生物选择性生长的养分)和/或生长抑制剂(如抑制不需要的微生物生长的抑制剂)的富集介质或生长培养基；pH缓冲剂；酶；指示分子(如pH值或氧化-还原指示分子)；孢子萌发剂；中和消毒剂的试剂(如中和氯的硫代硫酸钠)；旨在促进细菌复苏的试剂(如丙酮酸钠)；稳定剂(例如，稳定目的被分析物，包括溶质，例如氯化钠、蔗糖等)；或它们的组合。在一些实施例中，稀释剂可以包括无菌水(如无菌双蒸馏水(ddH2O))；一种或多种选择性溶解、分散、悬浮或乳化来源的有机溶剂；水性有机溶剂，或它们的组合。在一些实施例中，稀释剂为无菌缓冲液(如得自Edge Biological(Memphis TN)的巴特菲尔德缓冲液)。在一些实施例中，稀释剂为选择性或半选择性营养制剂，使得稀释剂可用于所需被分析物(如细菌)的选择性或半选择性生长。在这些实施例中，可将稀释剂与源一起培养一段时间(例如在规定温度下)，以促进所需被分析物的这种生长和/或发育。
培养基的例子可包括(但不限于)胰酶大豆肉汤(TSB)、缓冲蛋白胨水(BPW)、通用预富集肉汤(UPB)、李斯特菌富集肉汤(LEB)、乳糖肉汤、博尔顿肉汤、或本领域的普通技术人员已知的其他通用、非选择性或略带选择性的培养基。培养基可包括支持一种以上的所需微生物(即目的被分析物)生长的养分。
生长抑制剂的例子可包括(但不限于)胆酸盐、脱氧胆酸钠、亚硒酸钠、硫代硫酸钠、硝酸钠、氯化锂、亚碲酸钾、连四硫酸钠、磺胺乙酰钠、扁桃酸、连四硫酸半胱氨酸亚硒酸盐、磺胺二甲嘧啶、亮绿、孔雀石绿草酸盐、结晶紫、十四烷基硫酸钠、磺胺嘧啶、阿米卡星、氨曲南、萘啶酮酸钠盐、吖啶黄、多粘菌素B、新生霉素、阿拉磷、有机和无机酸、噬菌体、二氯硝基苯胺孟加拉红、氯四环素、一定浓度的氯化钠、蔗糖和其他溶质以及它们的组合。
术语“搅拌”及其衍生物通常用来描述使材料或对象(如，本发明的样品处理系统)移动的过程，例如，以便打碎、均质化、混合、掺混和/或共混各种组分/元素。例如，在样品浓缩、洗脱和检测的一个或多个期间可以使用搅拌。可使用多种搅拌方法，包括但不限于，手动摇动、机械摇动(如，线性摇动)、声波(如，超声)振动、涡动搅动、机械搅动(如，通过磁力搅拌棒或另外的搅拌辅助，例如滚珠)、手动压实(如，手动振动、挤压、捏合、连续击打等，以及它们的组合)、机械压实(如，机械振动、挤压、捏合、连续击打等，以及它们的组合)，以及它们的组合。
术语“过滤”通常用来指按尺寸、电荷和/或功能分离物质的过程。例如，过滤可包括将可溶性物质和溶剂(如稀释剂)与不溶性物质分离，或过滤可包括将可溶性物质、溶剂和相对较小的不溶性物质与相对较大的不溶性物质分离。结果，过滤可以指的是：(1)任何预过滤步骤，其被采用来获得将利用本发明的样品处理系统和方法进行处理的样品，(2)任何过滤步骤，其被采用来利用本发明的样品处理系统和方法浓缩样品，或(3)，即(1)和(2)这两者。可以使用多种过滤方法，包括但不限于，使液体组合物(例如，包括目的源，从该源可以获得待处理的样品)穿过滤器、其他合适的过滤方法，以及它们的组合。
“沉降”通常用来指将物质按密度分开的过程，例如，通过允许液体组合物中较致密的物质(即，密度比稀释剂和混合物中的其他物质高的物质)沉降。沉降可以通过重力或通过离心进行。然后，通过从较为致密的物质抽吸不太致密的(即，不沉降的或漂浮的)物质和稀释剂、滗析不太致密的物质和稀释剂、以及它们的组合，使较为致密的物质与不太致密的物质(和稀释剂)分开。除了预过滤步骤之外或者代替预过滤步骤的是，预沉降步骤可以用来获得利用本发明的样品处理系统和方法进行处理的样品。
“滤器”通常用来描述用来将液体组合物中的可溶性物质(或可溶性物质和较小的不溶性物质)和溶剂与不溶性物质(或较大的不溶性物质)分离和/或在样品浓缩期间过滤样品的装置。滤器的例子可包括(但不限于)织造网或非织造网(如丝网、布网、塑料网等)、织造或非织造聚合物网(如具有以均匀或不均匀方式铺设的聚合物纤维，其可被压延)、表面滤器、深度滤器、膜(如陶瓷膜(如可以商品名ANOPORE购自Whatman Inc.(Florham Park，NJ)的陶瓷氧化铝膜滤器)、聚碳酸酯膜(如可以商品名NUCLEOPORE购自Whatman，Inc.的径迹刻蚀聚碳酸酯膜滤器))、聚酯膜(如包含径迹刻蚀聚酯等)、筛、玻璃棉、玻璃料、滤纸、泡沫等以及它们的组合。
在一些实施例中，术语“滤液”通常用来描述已经从液体组合物中分离或移除不溶性物质(或至少相对较大的不溶性物质)之后剩下的液体。在一些实施例中，术语“上清液”通常用来描述已经从液体组合物中分离或移除较为致密的物质之后剩下的液体。这样的滤液和/或上清液可以形成利用本发明的样品处理系统和方法进行处理的样品。或者，术语“滤液”可以用来描述样品中的在本发明的样品处理系统和方法的样品浓缩期间被去除的不期望的部分。
样品浓缩可以包括过滤样品以获得浓缩样品，该浓缩样品接下来被进一步处理和询问。如上所述，过滤可以指的是将物质按尺寸、电荷和/或功能分开。虽然以下所述和图1-6中所示的实施例可以用在本发明的多种样品处理方法中，但是图1-5中所示的实施例通常用来浓缩按尺寸过滤的关注样品，而图6通常用来浓缩按电荷过滤和/或功能过滤的关注样品。
图1-3示出了根据本发明的一个实施例的样品处理系统100。样品处理系统100包括装载室102、多个检测室104和设置成将多个检测室104流体联接至装载室102的多个一级通道106。样品处理系统100还包括多个二级通道108，并且每个二级通道108都设置成将一个或多个检测室104(即，图1-3所示的实施例中的一个检测室104)流体联接至一级通道106。
样品处理系统100还包括至少部分地由装载室102、多个检测室104、多个一级通道106和多个二级通道108中的一个或多个限定的流体通道110。样品可以在检测室104中被分析，以说明目的被分析物的存在、数量和/或生存力中的至少一种。
样品处理系统100还可包括端口107或者联接至端口107，样品可以经由该端口被引入至装载室102中。阀可以设置成与端口107(如，在端口107自身中)流体连通，以控制样品到装载室102中的移动。此外，端口107可以经由连接器109联接到上游系统或过程。如上所提及的，样品可在引入至样品处理系统100之前进行预过滤和/或预沉降。这种“预滤器”可以设置在连接器109的上游、连接器109中、端口107中、和/或装载室102中的孔111的上方，当样品被引入至装载室102中时样品穿过该孔111。在一些实施例中，端口107包括Luer锁紧套口，以方便控制将样品引入至装载室102中和/或将端口107连接至连接器109和/或任何其他的上游系统。
在样品处理系统100的上游预过滤和/或预沉降液体组合物以形成将要被引入至样品处理系统100中的样品，可以有利地提高穿过样品处理系统100的材料的纯度并增强对目的被分析物的捕集。此外，预过滤和/或预沉降可以有助于避免堵塞滤器120或样品处理系统100的其他下游部分。然而，预过滤和/或预沉降样品或上游液体组合物不是必需的，并且在一些实施例中，样品被直接引入至样品处理系统100中，而不进行预过滤和/或预沉降。
如图1-3所示，样品处理系统100可以包括第一主侧面103和第二主侧面105。第一主侧面103和第二主侧面105可利用任何合适的材料以多种方式制造。合适材料的实例包括聚合物材料(如，聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯等)、金属(如，金属箔)等，或它们的组合。在一些实施例中，装载室102、检测室104、一级通道106和二级通道108中的一个或多个可以形成在样品处理系统100的一个侧面103/105中，而相对的侧面105/103被设置成基本平坦的片状构造。例如，在一些实施例中，装载室102、检测室104、一级通道106和二级通道108中的一个或多个可以形成于聚合物片材中的第一主侧面103中，该聚合物片材例如已经被模制、真空成形、热成形或以其它方式处理过。然后，第二主侧面105可以设置为，例如，一片金属箔、聚合物材料(如，聚合物膜)、多层复合材料等，或它们的组合，其能够联接到第一主侧面103。在一些实施例中，用于第一主侧面103和第二主侧面105的材料可以选择为呈现良好的防水性。
如图1-3所示，样品处理系统100还可包括设置在装载室102中的一个或多个滤器120。每个滤器120都可包括入口122和出口124，并且每个滤器120都可设置成使得入口122和出口124中的至少一个位于流体通道110中。例如，在图1-3所示的实施例中，滤器的入口122位于流体通道110中，并且出口124设置成使得由滤器120形成的任何滤液经由滤器出口124从流体通道110去除。结果，滤器120限定了滤器流体通道125(见图2和3)。这样，流体通道110可以称为系统100的“一级流体通道”，并且滤器流体通道125可以称为“二级流体通道”，并且在一些实施例中，二级流体通道125可以定向成相对于一级流体通道110成一角度。例如，如图3所示，流体通道110构造为使得流体能够在流体通道110中大致沿着第一方向D1流动，并且滤器120布置成使得流体能够通过滤器120在滤器流体通道125中大致沿着第二方向D2流动，仅仅以举例的方式，第一方向D1和第二方向D2示出为定向成相对于彼此大致垂直，但是也可以是其他的定向角度。在一些实施例中，如图6所示，滤器流体通道125可以被定向成与样品处理系统100的流体通道110成一直线，这将在下面更详细地说明。
每个滤器120都可以适于形成浓缩样品和滤液。样品处理系统100可以包括出口126，即滤液出口，以从流体通道110去除样品的滤液或样品的不期望部分，具体地，在检测室104上游的位置处从流体通道110去除滤液。在一些实施例中，如图1-3(和图4-5，如下所述)所示，滤器120设置成使得滤器出口124指向流体通道110之外，结果，滤液出口126包括滤器出口124。即，在图1-3的实施例中，滤器120设置成使得样品的流过滤器120的部分(即，滤液)将会被引导流出流体通道110，具体地，是远离检测室104。
在一些实施例中，滤液出口126可以与流体通道110流体连通并且邻近滤器120的下游侧设置(但是不必一定包括滤器出口124)，使得滤液在检测室104的上游被从流体通道110去除。在一些实施例中，滤液出口126可以设置成在滤器120下游和检测室104上游的位置处与流体通道110流体连通(例如，如图6图示的实施例所示并且如下所述)。无论滤液出口126是否包括滤器出口124、是否位于滤器出口124附近、和/或是否在滤器120下游的位置处与流体通道110流体连通，滤液出口126都可设置成使得滤液可以在检测室104上游的位置处被从样品处理系统100的流体通道110去除。
可通过采用穿过各滤器120的压差来用滤器120过滤样品。也就是说，可以在各滤器120的上游侧(即，入口122)和下游侧(即，出口124)之间形成压差。在一些实施例中，可以通过向滤器120的上游侧施加正压(如，利用例如注射器、吸气球或类似物的上游手动泵、机械泵，或它们的组合)和/或通过向滤器120的下游侧施加负压来形成该压差。此外，在一些实施例中，样品处理系统100的一部分能够变形以产生压差。例如，在一些实施例中，装载室102能够变形以迫使样品穿过滤器120。在向滤器120的上游侧施加正压的实施例中，一个或多个栓塞或密封件可以移动至阻塞和/或密封流体通道110的下游部分的位置中，以抑制未浓缩的样品过早地移动至检测室104中。这样的堵塞和/或密封可以是可逆的，使得流体通道110能够在需要时再次打开。
在一些实施例中，真空源130可以联接到样品处理系统100，使得真空源130经由滤液出口126与流体通道110流体连通。在滤液出口126包括滤器出口124或与滤器出口124成直线的实施例中，真空源130可以联接到滤器出口124以从流体通道110去除关注样品的滤液。真空源130可以包括但不限于，产生减小的压力的机械泵，诸如注射器-柱塞组合的手动泵等，或它们的组合。在滤器120的下游侧采用负压的实施例中，整个流体通道110同样可以被清空，使得不需要采用堵塞和/或密封来抑制未浓缩的样品过早地移动至检测室104中。
当向滤器120的上游侧施加正压和/或向滤器120的下游侧施加负压时，样品可以移动通过滤器120以形成由滤器120(如，根据尺寸、电荷和/或功能)保持的浓缩样品和穿过滤器120并流出样品处理系统100且选择性地至废弃物箱或另外的容器的滤液。样品处理系统100还可包括孔131(见图1)，端口和/或阀可以联接到该孔。当样品被引入至装载室102中和/或当利用滤器120过滤样品时，孔131可以用作排气口。作为另外一种选择或除此之外，当样品过滤时，装载室102的至少一部分可以例如响应于负压而变形和/或伸缩。
在一些实施例中，相同的过程可以用来将样品引入至样品处理系统100中并用来过滤样品。例如，在一些实施例中，可以横跨装载室102施加正压和/或负压，例如，横跨孔111的上游侧和滤器120的下游侧，使得样品经由孔111移入装载室102中，在滤器120上被浓缩，并且样品的滤液经由滤器出口124(即，也用作滤液出口126)从样品处理系统100的流体通道110去除。这样，样品可以在一个同时的步骤中或者在多个顺序的步骤中被引入至样品处理系统100中并且在样品处理系统100中被浓缩。
在一些实施例中，样品被完全过滤(即，基本上所有的液体都可以从样品中去除)，而在一些实施例中，样品可以被部分地过滤，使得某些液体在过滤之后留在浓缩样品中。
在已经利用滤器120过滤样品以在每个滤器120上形成浓缩样品之后，可任选将一种或多种洗涤溶液引入装载室102中以洗涤每个滤器120上的浓缩样品。一种或多种洗涤溶液的引入可以在像初始样品引入和/或过滤过程这样的过程之后进行。
此外，可将洗脱溶液，例如，在像初始样品引入过程这样的过程之后添加至装载室102中。然而，通常(且不像洗涤溶液那样)，洗脱溶液将不穿过滤器120。即，当洗脱溶液被添加至装载室102中时，滤器出口124可以被覆盖以相对于周围环境关闭滤器120。或者，在一些实施例中，滤器120可以被去除并且可以利用相似尺寸的物体堵塞或密封。洗脱溶液可包括与样品所包含的相同的稀释剂或者不同的材料。洗脱溶液可以被选择成从滤器120洗脱浓缩样品的全部或一部分(即，一种或多种目的被分析物)和/或抑制洗脱浓缩样品的其他部分(即，可能存在于样品中的一种或多种非目标被分析物)。在一些实施例中，可以控制添加至样品处理系统100中的洗脱溶液的体积，使得在洗脱之后所有的体积都移动至检测室104中。
可任选地，可搅动样品处理系统100，以方便从滤器120洗脱浓缩样品的全部或一部分。此外，在一些实施例中，可将样品处理系统100温育以促进一种或多种目的微生物的生长。
在浓缩样品的全部或一部分已从一个或多个滤器120洗脱之后，浓缩样品的全部或一部分可以在流体通道110中(即，浓缩样品不暴露于周围环境)移动至检测室104。也就是说，浓缩样品(或其一部分)可移动至多个一级通道106中的一个或多个中、移动至二级通道108中的一个或多个中、以及移动至检测室104中的一个或多个中。
在一些实施例中，短语“不暴露于周围环境”及其出处指的是在装载室102和检测室104之间传送时不从样品处理系统100中移出样品和/或浓缩样品(如，以防止溢出或污染、方便样品处理、最小化样品损耗等)，使得样品/浓缩样品在样品引入、浓缩、洗脱和传送至检测室104时保留在样品处理系统100的流体通道110中。然而，不暴露于周围环境并不一定意味着样品处理系统100被关闭而不进行气体交换或者其他液体不能引入至样品处理系统100中。例如，在一些实施例中，装载室102、一个或多个检测室104、一个或多个一级通道106、一个或多个二级通道108、它们的一部分、或者它们的组合是可透气体的，或者包括可透气体的膜或隔膜(例如，以允许好氧细菌继续触及氧气)。例如，在一些实施例中，限定了检测室104、二级通道108、一级通道106和装载室102中的至少一个的至少一个壁可以是多孔的并且可以适于允许进行气体交换(如，不透液体)。
可使浓缩样品以多种方式移动至检测室104中，包括但不限于，采用压差、离心作用、采用毛细作用(如，芯吸)、控制滤器120和检测室104之间的流体通道110中的任何表面的表面能等，或者它们的组合。
采用压差可包括施加填充检测室104的正压和/或填充检测室104的真空。例如，可以采用用于施加正压的任何上述装置，包括但不限于，使用上游手动和/或机械泵、采用可变形的装载室102(如，球状的)，或者它们的组合。例如当检测室104是可透气体的并且是不透液体的时，可以实现检测室104的真空填充，使得真空源可以在检测室104的背侧附近施加到样品处理系统100的第二主侧面105，以将浓缩样品从滤器120移动至检测室104。这样的气体渗透性还可以用来使检测室104通风，以方便在正压下进行填充。
尤其是在目的分析物代表浓缩样品中的更致密物质的实施例中可以采用离心作用，使得浓缩样品可以按密度分开。离心作用可以包括将样品处理系统100放在离心机中，以方便沿期望的方向移动浓缩样品。例如，样品处理系统100可以被定向成使得在离心作用期间最致密的物质将被引入至检测室104中。
在离心作用步骤中，将浓缩样品移动至检测室104中所需的离心作用g力和/或持续时间可以取决于浓缩样品的组合物、目的被分析物、滤器120的形状、尺寸和表面能、浓缩样品的表面能等中的一者或多者。在一些实施例中，可以根据Bedingham等人的名称为“Centrifugalfilling of sample processing devices”的美国专利No.6,627,159中所述的工序执行离心作用，将该专利以引用方式并入本文中。在一些实施例中，可能期望的是，用浓缩样品基本上填充样品处理系统100的所有检测室104(如，在列举分析中)。
在一些实施例中，可能期望的是，在一个或多个末端检测室104中浓缩基本上所有的浓缩样品(如，存在/不存在分析中)。在这样的实施例中，将全部浓缩样品移动至样品处理系统100的末端位置所需的g力和/或持续时间可取决于被分析物的尺寸和密度、稀释剂(如，所用的洗脱溶液)的密度和粘度、浓缩样品的体积、和/或浓缩样品行进到达检测室104所需的距离(如，一级通道106和二级通道108的长度)。沉淀速度(V，厘米每秒(cm/s))可以用以下公式近似得到：
V＝2ga2(ρ1-ρ2)/9η
其中g＝用cm/s2表示的加速度(即，用gs*980cm/s2表示的g力)，ρ1＝用g/cm3表示的被分析物密度，ρ2＝用g/cm3表示的介质(如，稀释剂、洗脱溶液等)的密度，η＝用泊(g/cm/s)表示的粘度系数，而a＝用厘米(假设为球形形状)表示的被分析物半径。在一些离心机(如，一些实验室离心机)中，g力可以通过转速(例如，用每分钟的转数(RPM)表示)和样品与转子中心的距离(即样品如果设置成更加远离转子的话则在相同转速下将经历更高的g力)来确定。可以利用上述公式计算沉淀速度，然后，可以通过将浓缩样品需要行进的距离除以沉淀速度来计算离心作用时间(即，持续时间)。或者，期望的时间和距离可以用来估计沉淀速度，然后可以利用上述公式来计算所需的g力。
在一些实施例中，离心作用步骤中的g力可以为至少大约50g(例如，50*9.8m/s2，在地球上的海平面处)，在一些实施例中，为至少大约500g，并且在一些实施例中，为至少大约5000g。在一些实施例中，离心作用步骤中的g力可以不大于大约20,000g，在一些实施例中，不大于大约10,000g，并且在一些实施例中，不大于大约7500g。
在一些实施例中，离心作用步骤的持续时间可以为至少约10秒，在一些实施例中，为至少约1分钟，并且在一些实施例中，为至少约2分钟。在一些实施例中，离心作用步骤的持续时间可以不超过约60分钟，在一些实施例中，不超过约30分钟，并且在一些实施例中，不超过约10分钟。
如上所述，在一些实施例中，毛细作用(如，芯吸)可以用来使浓缩样品移动至检测室104中。例如，一级通道106和二级通道108中的一个或多个可以适配成便于通过毛细作用将浓缩样品从装载室102移动至检测室104中。在一些实施例中，一级通道106和二级通道108中的一个或多个可以包括多个微通道以进一步方便将浓缩样品芯吸到检测室104中。
此外，在一些实施例中，可控制限定流体通道110的表面中的任一个的表面能，以便使浓缩样品从滤器120移动至检测室104。例如，在一些实施例中，一级通道106的一个或多个中的一个或多个表面可以被改变(如，利用亲水性涂层或表面处理)以方便浓缩样品(如，水性浓缩样品)沿着各自的一级通道106移动至检测室104中。除此之外或者可替代的是，在一些实施例中，限定流体通道110的一个或多个表面可以被改变以方便浓缩样品移动离开各自的表面并朝另一区域移动。例如，在一些实施例中，装载室102可以进行表面改变(如，利用疏水性涂层或表面处理)以便于浓缩样品(如，水性浓缩样品)移动离开装载室102的表面并朝向例如一级通道106的其他区域移动。
在浓缩样品已经移动至检测室104中之后，浓缩样品可以被抑制而不能移出检测室104，这可以通过多种方式实现，包括但不限于，堵塞或密封流体通道110的位于检测室104上游的至少一部分、采用使浓缩样品向检测室104之外的扩散最小化的纵横比等，或者它们的组合。
在一些实施例中，利用粘合剂、熔融粘合、折叠、卷曲等以及它们的组合中的一种或多种，一级通道106和二级通道108中的一个或多个可以被堵塞和/或密封，以抑制浓缩样品移出检测室104和/或移动回到检测室104的上游。例如，在本发明中可以采用Bedingham等人的PCT公开WO 02/01180中所述的密封方法和系统，将该公开以引用方式并入本文中。在例如图1-3所示的样品处理系统100的实施例中，其中一级通道106基本上沿其长度彼此平行，并且其中二级通道108相对较短，可以采用这样的密封方法，使得密封一级通道106的至少最下游部分(如同时地，这得益于其平行布置)可有效抑制浓缩样品移出检测室104。
在一些实施例中，通过采用样品处理系统100中的毛细作用力和/或通过采用浓缩样品的表面张力，可以抑制浓缩样品移出检测室104。也就是说，通过确保流体通道110的与检测室104流体连接的任何部分(如，二级通道108(或不采用二级通道108的实施例中的一级通道106))相对于检测室104具有使从检测室104到流体通道110的上游部分中的扩散(流体移动)最小化的纵横比，可以抑制浓缩样品移出特定的检测室104。即，流体通道110的横截面面积(Ap)(如，二级通道108的出口处)和检测室104(流体可以从该检测室移动至流体通道110中)的体积(V)之间的关系可以被控制成抑制从检测室104到流体通道110上游部分的扩散。除此之外或者可替代的是，一级通道106和特定的二级通道108之间的纵横比可以被控制成抑制上游的浓缩样品移动至一级通道106中。
例如，在一些实施例中，流体通道110的横截面面积(Ap)(如，二级通道108的出口处)与检测室104(流体可以从该检测室移动至流体通道110中)的体积(V)的比，即Ap∶V，可以处于约1∶25至约1∶500的范围内，在一些实施例中，可以处于约1∶50至约1∶300的范围内，并且在一些实施例中，可以处于约1∶100至约1∶200的范围内。换句话讲，在一些实施例中，Ap/V的比率可以为至少约0.01，在一些实施例中，至少为约0.02，并且在一些实施例中，至少为约0.04。在一些实施例中，Ap/V的比率可以不大于约0.005，在一些实施例中，不大于约0.003，并且在一些实施例中，不大于约0.002。换言之，在一些实施例中，V/Ap的比率，或者V与Ap之比，可以至少为约25(即25比1)，在一些实施例中，至少为约50(即约50比1)，并且在一些实施例中，至少为约100(即约100比1)。在一些实施例中，V/Ap的比率，或者V与Ap之比，可以不大于约500(即约500比1)，在一些实施例中，不大于约300(即约300比1)，并且在一些实施例中，不大于约200(即约200比1)。
在使用中，可将液体组合物预过滤和/或预沉降，以形成液体样品。或者，可以使用液体样品自身，而不需要任何预过滤或预沉降过程。样品可以经由例如装载室102中的孔111引入至装载室102中。然后，可以用滤器120过滤该样品，以在滤器120上形成浓缩样品，同时使滤液从样品处理系统100的流体通道110中去除，并且被送到废弃物箱或另外的容器。在浓缩样品已经形成于滤器120(如，通过尺寸限制)上之后，在用于样品引入的同一过程之后一种或多种洗涤溶液可以选择性地引入至样品处理系统100中，并且在样品浓缩过程之后从样品处理系统100去除。可在采用的任何洗涤步骤之后，将洗脱溶液引入至样品处理系统100中。洗脱溶液可以适于从滤器120洗脱浓缩样品，并且可以适于选择性地从滤器120洗脱浓缩样品的目的部分。样品处理系统100可以被搅动以方便从滤器120洗脱浓缩样品，使得在装载室102中形成含有洗脱溶液和浓缩样品的至少一部分的液体。然后，可以利用上述任何方法将浓缩样品(和任何洗脱溶液)移动至检测室104中。在浓缩样品已经移动至检测室104中之后，可以利用上述任何方法抑制浓缩样品移出检测室104或者移动至检测室104的上游。
当浓缩样品的目的部分已经移动至(并且保持在)检测室104中时，样品处理系统100可以用来富集该浓缩样品中目的被分析物(如果有的话)。即，检测室104可以包括一种或多种试剂，例如富集介质。试剂可以以液体或固体(如，干燥粉末)形式提供于检测室104中、可以被吸收或涂覆至检测室104的内表面上，或者它们的组合。富集介质可以包括使任何目的被分析物生长(如，在细胞群体中)和/或抑制任何非目标被分析物生长所需的任何介质，并且可以包括以上关于稀释剂所列的材料中的任一种。此外，检测室104可以包括多种指示剂中的任一种，例如变色指示剂、荧光指示剂、化学发光标记指示剂等，以及它们的组合，以便表明目的被分析物的存在、数量和/或生存力中的至少一种。
除此之外或者可替代的是，在一些实施例中，样品可以被富集在装载室102(如，在具有富集介质时且在合适的富集条件下，这些条件例如是时间、温度、压力、湿度等)中，例如以允许目的细菌进行一个或多个翻倍循环。在出现足够的富集之后，可使富集的样品浓缩(如，利用滤器120)，并且可使浓缩样品被洗脱到检测室104中。除此之外或者可替代的是，可在样品已经被浓缩之后将富集介质添加至装载室102中，并且可使浓缩样品在移动至检测室104中之前在装载室102中富集(以及选择性地重新过滤)。
因此，使用样品处理系统100可以引入、浓缩和/或分析样品，而不会在样品首次引入至样品处理系统100中之后曾经“再次打开”样品处理系统100。结果，样品处理系统100可以与样品处理设备完全一体化，在该样品处理设备中可以分析或查询样品，同时使污染和样品损耗两者最小化。
图1-3所示的样品处理系统100仅以举例的方式示出，然而应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，样品处理系统100的部件可以采用多种可替代的形状、数量和构造。此外，本发明中可以采用Bedingham等人的“Sample Processing”专利和公开中所述的多种构造、特征和/或过程，这些专利和公开为美国专利No.6,627,159、No.6,720,187、No.6,734,401、No.6,814,935、No.6,869,666、No.6,987,253、No.7,026,168、No.7,164,107、No.7,435,933、No.7,445,752；美国专利申请公开No.2004/179974、No.2006/188396、No.2006/189000、No.2006/228811、No.2006/269451；以及PCT专利申请公开No.WO02/00347、02/01180、02/01181、02/086454、02/090091和2004/058405，这些专利均以引用方式并入本文中。
例如，可使装载室102成形为便于使浓缩样品移动至一级通道106(如，通过离心作用)，但是应当理解，可以采用任何期望的形状或构造。
此外，一级通道106示出为基本上是平行的，这可有利于将浓缩样品移动至检测室并且还可有利于同时密封一级通道，但是一级通道106也可以具有其他的形状和布置。
此外，在图1-3所示的实施例中，一级通道106、二级通道108和检测室104被布置成阵列，使得每个阵列都包括四十八个检测室104、四十八个二级通道108和一个一级通道106；具有流体联接至装载室102的八个阵列；并且在装载室102中采用四个滤器120。然而，检测室104、二级通道108、一级通道106、滤器120和装载室102也可采用各种数量和布置。例如，在每个阵列中可采用各种数量和布置的检测室104、二级通道108和一级通道106，并且在样品处理系统100中可采用少至一个阵列或结构上尽可能多的阵列。此外，可以采用多个装载室102，使得具有与每个装载室102流体联接的一个阵列(例如下述图4-5中所示的实施例)。例如，在一些实施例中，样品处理系统100可包括一个装载室102、一个滤器120、一个一级通道106和一个检测室104。
此外，一些实施例不包括任何二级通道108，并且在一些实施例中，每个二级通道108都可以是检测室104和相应的一级通道106之间的孔，提供检测室和一级通道106之间的流体连通。
此外，在图1-3所示的实施例中，样品处理系统100示出为包括具有多个滤器120的一个大装载室102。然而，在一些实施例中，一个大装载室102相反可以包括一个大滤器120(如，尺寸和/或形状形成为与装载室102对应)。在一些实施例中，样品处理系统100可以包括结构上尽可能少或尽可能多的滤器120。
此外，在图1-3所示的实施例中，二级通道108示出为是成对的，在相同的下游位置处离开相应的一级通道106。然而，二级通道108可以采用多种其他的构造，例如偏置位置等，如上述Bedingham等人的专利和专利公开中进一步所述的。
此外，可以以多种方式形成样品处理系统100，该多种方式为例如上述Bedingham等人的专利和专利公开中所述的工序。
图4-5示出了根据本发明的另一个实施例的样品处理系统200。样品处理系统200共享有许多与上面结合图1-3的实施例所述的相同的元件和特征。因此，与图1-3所示实施例中元件和特征相对应的元件和特征在200系列中具有相同的编号。为了更完整地描述图4-5所示实施例的特征和元件(以及这些特征和元件的替代形式)，可参考上文结合图1-3作的描述。
样品处理系统200包括第一主侧面203、第二主侧面205和多个样品处理阵列201(在图4仅仅以举例的方式示出了八个)。仅仅以举例的方式，每个样品处理阵列201在图4中示出为包括一个装载室202、多个检测室204(在图4中仅仅以举例的方式示出了四十八个)、一个一级通道206和设置成将多个检测室204与一级通道206流体联接的多个二级通道208(在图4中仅仅以举例的方式示出了四十八个，即每个检测室104一个)。
每个样品处理阵列201都可以限定流体通道210，使得样品处理系统200包括多个流体通道210，在一些实施例中，该多个流体通道210可以彼此流体地隔离。每个流体通道210都至少部分地由相应阵列的装载室202、多个检测室204、一级通道206和多个二级通道208限定。
可以利用样品处理系统200浓缩和分析同样的样品或多种样品。例如，在一些实施例中，样品处理系统200可以用来并行地同时处理多种样品。可以利用与图1中所示且如上所述的孔111类似的孔和与该孔联接的任何端口或阀将样品引入至样品处理系统200中。另外地或可替代地，在一些实施例中，可通过刺穿限定了装载室202的壁(如，利用针和注射器)来将样品引入至装载室202中。此外，在需要时，通过在引入样品时为装载室202排气来方便样品的引入。例如，可以采用如上所述与图1所示的孔131类似的孔。另外地或可替代地，在一些实施例中，限定了装载室202的壁可以被刺穿以为装载室202排气。例如，如Bedingham等人的专利和公开中所述的，可以在装载室202的一个部分中(如，在后壁235中)形成第一孔，并且可以在另一个位置(如，在大致U形的装载室202的另一个后壁237)中形成第二孔以将样品引入至装载室202中。在图4-5中仅仅借助实例示出了U形装载室202，然而，应当理解，装载室202可以采用各种形状和构造。
如图4-5所示，每个样品处理阵列201都还可包括设置在装载室202中的一个或多个滤器220。每个滤器220都可包括入口222和出口224，并且每个滤器220都可设置成使得入口222和出口224中的至少一个位于流体通道210中。与图1-3所示的实施例类似，图4-5所示的每个滤器220的滤器入口222位于流体通道210中，并且每个滤器220的出口224被设置成使得由滤器220形成的任何滤液经由滤器出口224被从流体通道210去除。结果，每个滤器220都限定了滤器流体通道225(见图5)。这样，流体通道210可以称为系统200或相应阵列201的“一级流体通道”，并且滤器流体通道225可以称为“二级流体通道”，并且在一些实施例中，二级流体通道225可以定向成相对于一级流体通道210成一角度。例如，如图5所示，流体通道210被构造成使得流体能够在流体通道210中大致沿着第一方向D1流动，并且滤器220布置成使得流体能够通过滤器220在滤器流体通道225中大致沿着第二方向D2流动，仅仅以举例的方式，第一方向D1和第二方向D2示出为定向成相对于彼此大致垂直，但是也可以是其他的定向角度。
每个滤器220都可以适于形成浓缩样品和滤液。每个样品处理阵列201都可包括出口226，即滤液出口，以从流体通道210去除样品的滤液或样品的不期望部分，具体地讲，在检测室204上游的位置处从流体通道210去除滤液。在一些实施例中，如图4-5所示，每个滤器220都设置成使得滤器出口224指向流体通道210之外，结果，滤液出口226包括滤器出口224。即，在图4-5的实施例中，每个滤器220设置成使得样品的流过滤器220的部分(即，滤液)将会被引导流出流体通道210，具体地讲，是远离检测室204。
在使用中，与以上关于图1-3中所示的样品处理系统100所述的方法及其可替代方案类似地，可使用样品处理系统200和每个样品处理阵列201来处理样品。
图6示出了根据本发明的另一个实施例的样品处理系统300。样品处理系统300共享有许多与上面参照图1-5的实施例所述的相同的元件和特征。因此，与图1-5所示实施例中的元件和特征相对应的元件和特征在300系列中具有相同的编号。为了更完整地描述图6所示实施例的特征和元件(以及这些特征和元件的替代形式)，可参考上文结合图1-5进行的描述。
样品处理系统300包括第一主侧面303和第二主侧面305。样品处理系统300还包括一个或多个装载室302、一个或多个检测室304、一个或多个一级通道306和一个或多个二级通道308。样品处理系统300还包括流体通道310，该流体通道310至少部分地由一个或多个装载室302、一个或多个检测室304、一个或多个一级通道306和一个或多个二级通道308(如果采用的话)限定。为了简单起见，样品处理系统300将参照图6被描述为包括一个装载室302、一个检测室304、一个一级通道306和一个二级通道308，但是应当理解，以上关于图1-3所示样品处理系统100所述的各种布置和构造也可以用在图6所示的样品处理系统300中。
如图6所示，样品处理系统300还可以包括设置在装载室302中的一个或多个滤器320。滤器320可包括入口322和出口324，并且滤器320示出为被设置成使得入口322和出口324两者均位于流体通道310中。结果，滤器320限定了滤器流体通道325。因此，流体通道310可以被称为系统300的“一级流体通道”，并且滤器流体通道325可以被称为“二级流体通道”。在图6所示的实施例中，二级流体通道325与一级流体通道310成一直线，使得流体可以在流体通道310中大致沿着第一方向D1流动，并且滤器320被布置成使得流体还可以通过滤器320大致沿着第一方向D1流动。
在采用大致与流体通道210成一直线的滤器流体通道325的一些实施例中，滤器320可以被构造为例如通过电荷过滤和/或功能过滤来过滤样品。因此，滤器320可以被构造为保持(如，临时地)目的样品部分(如，包括目的被分析物的部分)，而样品的其余部分(即，滤液)穿过滤器320。
在这样的实施例中，样品处理系统300可以包括滤液出口326，该滤液出口326设置在滤器320的下游但是在检测室304的上游，使得移动通过滤器320的任何流体可以在移动至检测室304之前被从流体通道310中去除。例如，滤液出口326可以允许流体大致沿第二方向D2流出流体通道310，该第二方向可以定向成相对于第一方向D1成一角度。仅仅以举例的方式，第一方向D1和第二方向D2可以定向成基本上彼此垂直，但是也能够采用其他的定向角度。
在一些实施例中，如图6所示，流体通道310的至少一部分(如，流体通道310的设置在滤器320下游且设置在检测室304上游的部分)可以适于在滤器320与检测室未流体连通的第一关闭状态和滤器320与检测室304流体连通的第二打开状态之间改变。结果，流体通道310可以在过滤和滤液去除期间(即在形成浓缩样品期间)处于第一关闭状态，并且流体通道310可以在浓缩样品向检测室304移动期间处于第二打开状态。
因此，在一些实施例中，样品处理系统可以包括设置成在位于滤器出口324下游且在检测室304上游的位置处堵塞流体通道310的构件(栓塞、密封件等)340。在一些实施例中，构件340能够在第一位置P1和第二位置P2之间移动，在该第一位置，该构件堵塞流体通道310(如，构件340使得流体通道310处于其第一关闭状态)，在该第二位置，构件340未堵塞流体通道310(如，构件340使得流体通道310处于其第二打开状态)。
结果，构件340可以在过滤和经由滤液出口326去除滤液期间(即，在形成浓缩样品期间)设置在第一位置P1，并且构件340可以在浓缩样品向检测室304移动期间设置在第二位置P2。
另外地或可替代地，在一些实施例中，可将能选择性地致动的阀设置在流体通道310中以控制滤器320和检测室304之间的流体移动。
流体通道310的这种构造(如，采用一个或多个可移动的构件340、阀等)可用于例如采用正压来使样品移动通过滤器320的实施例中。例如在采用负压的实施例中，这样的构造可能不是必要的，这是因为整个流体通道310可以在样品过滤期间被排空。
滤液出口326还可以适于在第一打开状态与第二关闭状态之间改变，在该第一打开状态中，滤器320的下游侧(即，出口324)经由滤液出口326与周围环境(或另一个下游系统或过程)流体连通，在该第二关闭状态中，滤器320的下游侧(即，出口324)未经由滤液出口326与周围环境或另一个装置流体连通。诸如以上所述的构造(如，可移动的构件、阀等)在需要时可以被用来控制通过滤液出口326的流体移动。
在使用中，与以上关于图1-3中所示的样品处理系统100所述的方法及其可替代方案类似地，样品处理系统300可以用来处理样品。
在样品已经在滤器320上被浓缩之后，在上述相同过程之后可以利用一种或多种洗涤溶液(和一个或多个步骤)洗涤滤器320和浓缩样品，其中洗涤溶液可以经由滤液出口326被从流体通道310中去除。在可选的洗涤步骤之后，在与用来将样品引入至样品处理系统300相同的工序之后可将洗脱溶液添加至装载室302中。这样的洗脱溶液可适于中断滤器320和目的被分析物(或浓缩样品中目的部分)之间的任何相互作用，滤液出口326可改变至其第二关闭状态，构件340可移动至其第二位置P2，并且浓缩样品(或目的部分)可以在流体通道310中移动至检测室304。
虽然以上单独地示出和描述了样品处理系统100、200和300，但是应当理解，上述样品处理系统100、200和300以及方法的任何组合都是可能的并且处于本发明的精神和范围内。
如上所述，在本发明的样品处理系统100、200、300中可以采用多种滤器120、220、320，以根据尺寸、电荷和/或功能来浓缩样品。例如，可以采用这样的滤器120、220、320，其带有用于可溶被分析物的离子捕集的表面电荷。仅仅以举例的方式，这样的表面电荷可用于这样的实施例，在该实施例中，细菌在例如浓缩和/或移动至检测室104中之前经受裂解步骤。例如，在一些实施例中，核酸可以被捕集在包括玻璃纤维的滤器120、220、320上，之后被洗涤和洗脱进检测室104中。
此外，样品处理系统100、200、300可用于分析多种目的被分析物。例如，本文公开的样品处理系统100、200、300中的任一个可用于传染性疾病的诊断中，在这种情况下在初始样品中可能存在少量的细菌。可利用一个或多个滤器120、220、320来获得细菌浓度，然后进行细胞裂解、可选的DNA纯化，最后洗脱进检测室104中，该检测室内可容纳有用于识别细菌的试剂(如，聚合酶链反应引物和探针等)。
下面的工作实例旨在示例本发明而非进行限制。
实例
实例1-细菌计数分析
样品处理系统
根据图1-3所示的实施例组装四个样品处理系统100，这四个系统在该实例中用作四个复制品。样品处理系统100每个都包括单个装载室102、8个一级通道106和384个二级通道108及检测室104，每个一级通道106都提供装载室102与48个二级通道108和检测室104之间的流体连通。第一Luer端口与孔111联接，而第二Luer端口与每个样品处理系统的孔131联接。每个样品处理系统100还包括设置在装载室102中的四个滤器120，并且每个滤器120的直径为10mm且均由METRICEL
Figure BPA00001421664400301
膜盘滤器(0.45-微米孔径，得自Pall Corporation，East Hills，NY)冲压而成。
第一主侧面103由聚丙烯形成，并且装载室102、一级通道106、二级通道108和检测室104是通过热成形而形成。第二主侧面105由涂覆有有机硅-聚脲粘合剂的铝箔形成，一般如Bedingham等人的美国专利No.7,026,168中所述。
利用增加滤器120、孔111、131和对应的Luer端口等的额外工序，根据Bedingham等人的PCT申请公开No.WO 02/01180中所述的方法组装样品处理系统100。
为了形成每个样品处理系统复制品，将组件放置在加工工具中，该加工工具被设计成与第一主侧面103中的压印图案匹配，同时该组件完全接触压印特征物之间的平的基体区域。然后，将组件和工具在200℉下以60psi放置在层压机(型号810，得自Sencorp，Inc.，Hyannis，MA)中5秒，以将第一主侧面103粘结至第二主侧面105。
过滤处理
将设计成在装载室102下方与每个样品处理系统复制品的第二主侧面105匹配的真空歧管组装并联接至真空烧瓶，而该真空烧瓶被联接至真空源。为了确保歧管和装置之间的密封，将橡胶垫圈切割成一定尺寸并放置在歧管和样品处理系统100之间。为了在过滤期间支撑滤器120的背面，将半刚性无纺材料层(CELESTRA
Figure BPA00001421664400311
纺粘聚丙烯，得自Fiberweb Inc.，London，England)放置在垫圈和歧管之间。将一件长约8″内径为1/8英寸的硅胶管切割并用倒钩式接头联接至Luer端口中的一个来用作连接器109。
用3-cc注射器将无菌H2O经由连接器109引入至每个样品处理系统中，以填充装载室102并润湿滤器120。移除注射器，然后将连接器109置于100mL的大约1cfu/mL的大肠杆菌(E.coli)(ATCC MG1655)样品中，该样品是在Butterfield缓冲液中由大约109生物体/mL的过夜培养物制得，该过夜培养物在BBLTM Trypticase Soy Broth(得自Becton，Dickinson和Co.，Franklin Lakes，NJ)中培育。通过滤器120过滤样品，捕集细菌并允许缓冲液流出相应样品处理系统100的流体通道110且流入真空烧瓶中。
洗脱和移动至检测室中
通过将15.5g Luria肉汤(LB)添加至Pyrex瓶中的1000mL无菌水中来制备浓度为250μg/mL的LB中的4-甲基伞形酮磷酸盐(MU-phos)原液。将该瓶部分地密封并高压灭菌成无菌溶液。一旦充分冷却，将250mg MU-phos添加至LB以制成原液。将该溶液强烈搅动以确保指示剂溶解。
在用样品处理系统100过滤样品以浓缩样品之后，将一个Luer端口的塞子打开以形成排气口。用1-cc注射器将1mL上述LB中的MU-phos原液通过第二Luer端口引入至装载室102。用高压釜带材(3MTM ESPETM高压釜蒸汽指示剂，得自3M公司，St.Paul，MN)覆盖滤器120的背面。然后用Luer盖密封两个端口。为了从滤器120释放捕集的细菌，将该装置放置在具有平的平台的涡旋搅拌器(VWRMiniVortexer，速度设定6，得自VWR International，West Chester，PA)上30秒。然后，根据Bedingham等人的美国专利No.6,627,159中所述的方法对样品处理系统复制品进行离心(即，以2000RPM进行2分钟)以将洗脱的浓缩样品经由一级通道106移动至检测室104中。随后用触针装置密封一级通道106，如Bedingham等人的PCT专利申请公开No.WO 02/01180中所述。然后将每个样品处理系统复制品在37℃下温育18小时。
检测室的荧光成像
在温育后，用顶光照明(365nm)和UV截止滤光片将每个样品处理系统在凝胶成像仪(Alpha Innotech Chemimager型号5500，得自AlphaInnotech，San Leandro，CA)上成像。用8秒曝光时间获得图像。图7-10示出了利用上述工序测试的四个复制样品处理系统的四个图像，其中图7示出了表1的复制品1，图8示出了表1的复制品2，图9示出了表1的复制品3，图10示出了表1的复制品4。另外，该系统被放置在荧光板测读器(商业名称“SPECTRAMAX”，得自MolecularDevices，Sunnyvale，CA)中。使用350nm激发光和450nm的发射光确定每个检测室104的荧光强度。这样，实现了“自动的”读取。
利用最可能的数量计数
使用公式MPN＝N ln(N/N-X)来估计最可能的数量，其中N是检测室的总数，而X是呈现荧光的“正”隔室数量。因为检测室不包含全部毫升的体积，所以将MPN值乘以1.74(384个1.5-μL检测室)。表1示出了利用上述工序测试的四个复制品的结果。在每个装置中，将100mL的样品浓缩，然后温育18小时。还将用于制备最终的1/mL稀释液的100/mL稀释液的样品镀在3MTM PETRIFILMTM EC板(得自3M公司，St.Paul，MN)上，表示89CFU/mL的计数。表1中示出了利用MPN公式计算的每个复制品的计数结果。
表1.样品处理系统的四个复制品的计数结果
  复制品   计数   MPN结果
  1   23   41
  2   38   70
  3   23   41
  4   17   30
实例2-细菌计数分析
根据上面实例1中所述工序制备样品处理系统的两个复制品，不同的是，滤器120是均孔膜(PORETICS
Figure BPA00001421664400331
聚碳酸酯黑膜，0.4微米孔径，得自GE Osmonics，Minnetonka，MN)。如上面实例1中所述进行过滤(即，浓缩)、洗脱、检测和计算。将用于制备最终～1/mL稀释液的～100cfu/mL样品镀在3MTM PETRIFILMTM EC板(得自3M公司，St.Paul，MN)上，作为对照。在图11和12中示出了两个复制品的图像，其中图11示出了表2的复制品1，图12示出了表2的复制品2。表2中示出了两个复制品的计算结果。
表2.样品处理系统的两个复制品的计算结果
  复制品   计数   MPN结果   对照计数
  1   23   40   24
  2   9   16   21
上面描述的且在附图中示出的实施例仅以举例的方式呈现，并无意于作为对本发明的概念和原则的限制。这样，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对元件及其结构和布置进行各种改变。以下权利要求书描述了本发明的各种特征和方面。

Claims (47)

1.一种用于处理样品的方法，所述方法包括：
提供装载室；
提供检测室，所述检测室被设置与所述装载室流体连通；
提供流体通道，所述流体通道至少部分地由所述装载室和所述检测室限定；
将样品设置在所述装载室中；
过滤所述流体通道中的所述样品以形成浓缩样品和滤液；
在所述检测室上游的位置处从所述流体通道移除所述滤液；
使所述流体通道中的所述浓缩样品的至少一部分移动至所述检测室；以及
分析所述检测室中所述浓缩样品的所述至少一部分的目的被分析物。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括提供滤器，所述滤器具有入口和出口并且被设置成使得所述入口和所述出口的至少一个位于所述流体通道中，其中过滤所述流体通道中的所述样品以形成浓缩样品和滤液包括用所述滤器过滤所述样品。
3.根据权利要求2所述的方法，其中将所述滤器设置在所述装载室中。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中将所述滤器的所述入口设置在所述流体通道中，并且将所述出口设置成使得从所述流体通道去除所述滤液包括经由所述滤器的所述出口去除所述滤液，并且由于过滤所述样品而发生。
5.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中将所述滤器的所述入口和所述出口设置在所述流体通道中，使得在所述滤器下游的位置处从所述流体通道去除所述滤液。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其中所述滤器是多个滤器中的一个。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的方法，其中用所述滤器过滤所述样品包括用所述滤器过滤所述样品以在所述滤器上形成浓缩样品，并且其中在所述流体通道中使所述浓缩样品的至少一部分移动至所述检测室包括使来自所述流体通道中的所述滤器的所述浓缩样品的至少一部分移动至所述检测室。
8.根据权利要求2-7中任一项所述的方法，其中所述流体通道是一级流体通道并且所述滤器限定了二级流体通道，并且其中所述二级流体通道被定向成与所述一级流体通道成一角度。
9.根据权利要求2-8中任一项所述的方法，还包括洗脱来自所述流体通道中所述滤器的所述浓缩样品。
10.根据权利要求1所述的方法，其中移动所述流体通道中所述浓缩样品的至少一部分包括将所述浓缩样品的至少一部分洗脱离开滤器。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的方法，其中洗脱所述浓缩样品包括将洗脱溶液添加至所述装载室。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述样品包含稀释剂，并且其中所述洗脱溶液与所述稀释剂不同。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的方法，还包括搅动所述装载室以促进从所述滤器洗脱所述浓缩样品。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的方法，其中所述装载室是多个装载室中的一个，并且其中将样品设置在所述装载室中包括将样品设置在多个装载室中。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其中提供检测室包括提供被设置成与所述装载室流体连通的多个检测室，并且其中使所述流体通道中的所述浓缩样品的至少一部分移动至所述检测室包括使所述流体通道中的所述浓缩样品的至少一部分移动至所述多个检测室。
16.根据权利要求15所述的方法，其中分析所述检测室中所述浓缩样品的所述至少一部分的目的被分析物包括分析所述多个检测室中所述浓缩样品的所述至少一部分的目的被分析物。
17.根据权利要求15或权利要求16所述的方法，其中所述流体通道进一步由多个通道限定，所述多个通道被设置成将所述多个检测室与所述装载室流体联接，并且其中使所述流体通道中的所述浓缩样品的至少一部分移动至所述检测室包括使所述浓缩样品的至少一部分沿着所述多个通道移动。
18.根据权利要求15-17中任一项所述的方法，其中所述流体通道进一步由一级通道限定，所述一级通道被设置成提供所述装载室和所述多个检测室之间的流体连通，其中所述流体通道进一步由多个二级通道限定，所述多个二级通道被设置成提供所述多个检测室与所述一级通道之间的流体连通，并且其中使所述流体通道中的所述浓缩样品的至少一部分移动至所述检测室包括沿着所述一级通道的至少一部分和至少一个二级通道使所述浓缩样品的至少一部分移动至至少一个检测室。
19.根据权利要求15-18中任一项所述的方法，其中提供装载室包括提供多个装载室，并且其中所述多个检测室中的至少一些被设置成与所述多个装载室中的至少一个流体连通。
20.根据权利要求1-19中任一项所述的方法，还包括抑制所述检测室中所述浓缩样品的所述至少一部分移出所述检测室。
21.根据权利要求20所述的方法，其中抑制所述检测室中所述浓缩样品的所述至少一部分移出所述检测室包括通过毛细作用力进行抑制。
22.根据权利要求20或权利要求21所述的方法，其中抑制所述检测室中所述浓缩样品的所述至少一部分移出所述检测室包括将栓塞和密封件中的至少一个设置在所述检测室上游的流体通道中。
23.根据权利要求1-22中任一项所述的方法，其中所述检测室经由通道与所述装载室流体连通，其中所述流体通道进一步由所述通道限定，并且所述方法还包括使所述流体通道中的所述浓缩样品的至少一部分移动至所述检测室之后密封所述通道。
24.根据权利要求1-23中任一项所述的方法，还包括在使所述流体通道中的所述浓缩样品的至少一部分移动至所述检测室之后密封所述流体通道的至少一部分。
25.根据权利要求24所述的方法，其中密封所述流体通道的至少一部分包括密封所述流体通道设置在所述检测室上游的至少一部分。
26.根据权利要求1-25中任一项所述的方法，其中移动所述浓缩样品的至少一部分包括进行离心。
27.根据权利要求1-26中任一项所述的方法，其中移动所述浓缩样品的至少一部分包括真空填充。
28.根据权利要求1-27中任一项所述的方法，其中移动所述浓缩样品的至少一部分包括通过毛细作用移动所述浓缩样品的至少一部分。
29.根据权利要求1-28中任一项所述的方法，其中移动所述浓缩样品的至少一部分包括通过采用压差来移动所述浓缩样品的至少一部分。
30.根据权利要求1-29中任一项所述的方法，其中移动所述浓缩样品的至少一部分包括通过控制至少部分地限定所述流体通道的表面的至少一部分的表面能来移动所述浓缩样品的至少一部分。
31.根据权利要求1-30中任一项所述的方法，其中分析所述检测室中所述浓缩样品的所述至少一部分的目的被分析物包括检测所述目的被分析物的存在、数量和生存力中的至少一种。
32.根据权利要求1-31中任一项所述的方法，还包括使所述检测室与周围环境通风。
33.一种用于处理样品的系统，所述系统包括：
装载室，所述装载室适于容纳样品；
检测室，所述检测室被设置成与所述装载室流体连通；
流体通道，所述流体通道至少部分地由所述装载室和所述检测室限定；
滤器，所述滤器具有入口和出口，所述滤器被设置成使得所述入口和所述出口中的至少一个设置在所述流体通道中，所述滤器适于过滤所述样品以形成浓缩样品和滤液；以及
滤液出口，所述滤液出口被设置成使得所述滤液在所述检测室上游的位置处被从所述流体通道去除。
34.根据权利要求33所述的系统，其中所述滤液出口包括所述滤器的所述出口。
35.根据权利要求33或权利要求34所述的系统，其中所述滤器的所述入口和所述出口被设置在所述流体通道中，并且其中所述滤液出口被设置在所述滤器下游的位置处。
36.根据权利要求33-35中任一项所述的系统，其中所述滤器被设置在所述装载室中。
37.根据权利要求33-36中任一项所述的系统，其中所述滤器是多个滤器中的一个。
38.根据权利要求33-37中任一项所述的系统，还包括设置成在所述装载室和所述检测室之间流体连通的通道，所述通道进一步限定了所述流体通道的至少一部分。
39.根据权利要求38所述的系统，其中所述通道的至少一部分包括适配成促进所述浓缩样品移动至所述检测室的表面修饰。
40.根据权利要求38-39中任一项所述的系统，其中所述检测室是设置成与所述装载室流体连通的多个检测室中的一个，并且其中所述通道是设置成将所述多个检测室与所述装载室流体联接的多个通道中的一个。
41.根据权利要求38-40中任一项所述的系统，其中所述检测室是设置成与所述装载室流体连通的多个检测室中的一个，并且其中所述通道是一级通道，所述系统还包括多个二级通道，所述多个二级通道被设置成将所述多个检测室与所述一级通道流体联接。
42.根据权利要求38-41中任一项所述的系统，其中所述检测室是设置成与所述装载室流体连通的多个检测室中的一个，并且其中所述装载室是多个装载室中的一个，并且其中所述多个检测室中的至少一些被设置成与所述多个装载室中的至少一个流体连通。
43.根据权利要求33-42中任一项所述的系统，还包括设置在所述检测室上游的流体通道中的栓塞和密封件中的至少一个。
44.根据权利要求33-43中任一项所述的系统，还包括能够相对于所述流体通道在第一关闭位置和第二打开位置之间移动的构件，在所述第一关闭位置中，所述装载室和所述滤器中的至少一个不与所述检测室流体连通，在所述第二打开位置中，所述装载室和所述滤器中的至少一个与所述检测室流体连通。
45.根据权利要求33-44中任一项所述的系统，还包括与所述滤液出口联接的真空源。
46.根据权利要求33-45中任一项所述的系统，其中所述检测室与周围环境通风。
47.根据权利要求33-46中任一项所述的系统，其中限定所述检测室的至少一个壁是可透气体的。
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