CN103608658B - 利用微结构化表面检测样品中的所关注分析物的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于检测样品中所关注分析物的方法。所述方法可包括提供包含微结构化表面的容器，并将所述容器朝所述微结构化表面的方向进行离心以形成所述样品的沉降物和上清液。在离心后，可以将所述容器倒置以使至少一部分所述样品上清液从第二部分滗析出来，使得所述样品的浓缩物（例如包含所述沉降物）保持在微结构化表面中。然后可解析所述微结构化表面中的所述浓缩物中是否有所述所关注分析物。在一些实施例中，所述第二部分的至少一部分可以基本上透明，使得可以从所述容器外侧解析所述浓缩物，而无需在解析之前打开所述容器。

Description

利用微结构化表面检测样品中的所关注分析物的系统和方法
技术领域
本发明整体涉及用于检测样品中的所关注分析物(例如细菌)的方法，具体涉及相对大的样品体积中的所关注分析物的快速检测。
背景技术
测试含水样品中微生物(如细菌、病毒、真菌、孢子等)和/或其他所关注分析物(如毒素、过敏原、激素等)的存在可能在众多应用(包括食品和饮用水安全、传染病诊断和环境监测)中很重要。例如，诸如由普通人群消耗的食品、饮料和/或公用水的可食用样品可能含有或可获得微生物或其他分析物，该微生物或其他分析物根据其所处环境而定可能会滋生或生长。这种生长可能导致病原生物体增殖，从而可能产生毒素或增加至感染性剂量。再例如，可对非食用样品(如地下水、尿液等)进行多种分析方法以确定样品中是否含有特定分析物。例如，可以测试地下水中的微生物或化学毒素，也可以测试尿液中的各种诊断指标以便做出诊断(如糖尿病、怀孕等)。
发明内容
本发明的一些方面提供用于检测样品中的所关注分析物的方法。该方法可包括提供适于容纳样品的容器，该容器包含微结构化表面。该方法还可包括将容器朝微结构化表面的方向离心以形成样品的沉降物和上清液。该方法还可包括在将容器离心后，将容器倒置以使至少一部分样品上清液从第二部分中滗析出来，使得样品的浓缩物保持在微结构化表面中，该浓缩物包含沉降物；并解析微结构化表面中的浓缩物是否有所关注分析物。
本发明的一些方面可提供用于检测样品中的所关注分析物的方法。该方法可包括提供适于容纳样品的容器，该容器包括第一部分和适于联接到第一部分的第二部分。第二部分可包括第一侧面和第二侧面，第一侧面具有微结构化表面且面向容器内部，第二侧面与第一侧面相对且面向容器外侧，其中第二部分的至少一部分基本上透明，使得由第二侧面可以看到微结构化表面。该方法还可包括将容器朝容器第二部分的微结构化表面的方向离心。该方法还可包括在将容器离心后，将容器倒置以使至少一部分样品上清液从微结构化表面滗析出来，使得样品的浓缩物保持在容器第二部分的微结构化表面中，该浓缩物包含沉降物。该方法还可包括解析微结构化表面中的浓缩物是否有所关注分析物，其中解析微结构化表面中的浓缩物包括从容器第二部分的第二侧面解析浓缩物。
通过考虑具体实施方式和附图，本发明的其他特征和方面将变得显而易见。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施例所述的样品检测系统的分解透视图，该检测系统可用于检测样品中所关注分析物的存在。
图2A-2C为图1的样品检测系统的侧面立视图，并且示出了根据本发明的一个实施例的样品检测方法。
图3A-3E为图1的样品检测系统的侧面立视图，并且示出了根据本发明的另一个实施例的分析物检测。
图4为某个时间点图1和图2A-3E的样品检测系统的一部分沿图3C中的线4-4截取的放大示意性局部截面图。
图5为根据本发明的另一个实施例的样品检测系统的分解透视图。
图6A-6C为图5的样品检测系统的侧面立视图，并且示出了根据本发明的一个实施例的样品检测方法。
图7-15为根据本发明的多个实施例的微结构化表面的光学显微照片。
图16A为根据本发明的一个实施例的包含微结构化表面的基材的透视图。
图16B为图16A的基材的俯视平面图。
图16C为图16A和16B的基材沿图16B中的线16C-16C截取的侧截面图。
图16D为图16A-16C的基材截取自图16B中标记为16D的区域的特写俯视平面图。
图16E为图16A-16D的基材截取自图16C中标记为16E的区域的特写侧截面图。
图16F为图16A-16E的基材顶部表面的光学显微照片，放大倍数为50X。
图16G为图16A-16F的基材的截面的光学显微照片，放大倍数为50X。
图16H为图16A-16G的基材的截面的光学显微照片，放大倍数为150X。
图17A为根据本发明的另一个实施例的包含微结构化表面的基材的俯视平面图。
图17B为图17A的基材沿图17A中的线17B-17B截取的侧剖视图。
图17C为图17A和17B的基材截取自图17A中标记为17C的区域的特写俯视平面图。
图17D为图17A-17C的基材截取自图17B中标记为17D的区域的特写侧截面图。
图17E为图17A-17D的基材截取自图17B中标记为17E的区域的特写侧截面图。
图17F为图17A-17E的基材顶部表面的光学显微照片，放大倍数为50X。
图17G为图17A-17F的基材的截面的光学显微照片，放大倍数为50X。
图17H为图17A-17G的基材的截面的光学显微照片，放大倍数为150X。
图18为用于形成根据本发明一个实施例的微结构化表面的模具的光学显微照片。
图19A为用于制备图12的微结构化表面的模具的特写俯视平面图。
图19B为图19A的模具的特写侧面立视图。
图20A为用于制备图13的微结构化表面的模具的特写俯视平面图。
图20B为图20A的模具的特写侧面立视图。
图21A为用于制备图15的微结构化表面的模具的特写俯视平面图。
图21B为图21A的模具的特写侧面立视图。
图22A为用于制备图16A-16H的微结构化表面的模具的特写俯视平面图。
图22B为图22A的模具的特写侧面立视图。
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。本发明可具有其他实施例，并且能够以多种方式实践或实施。另外还应理解，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。除非另有规定或限制，术语“联接到”及其变化形式具有广泛意义并涵盖直接和间接的联接。应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可采用其他实施例，并且可进行结构或逻辑上的改变。此外，诸如“顶部”、“底部”等术语仅用于描述其彼此关联的元件，但不必描述装置的具体取向，用于表明或暗示装置的必需或要求的取向，或规定本文描述的发明在应用时应如何使用、安装、陈列或设置。
在各种期望测试所关注分析物的样品中，分析物可以低浓度存在于样品中，这可能需要样品浓缩为较小体积以达到所关注分析物的合适浓度，从而达到分析技术的检测阈值。
在一些已有的系统和方法中，离心被用于具有足够高的分析物浓度(例如，细菌浓度)的样品，以在离心瓶的底部中形成可见的、堆积的“沉淀物”。然后，可通过滗析或抽吸去除离心处理所产生的上清液。可在滗析和抽吸中采用视觉检测以确定待去除的上清液的合适体积，在上清液和沉淀物之间的界面处可能出现显著的分析物损耗。此外，在具有特别低浓度的所关注分析物的样品中，分析物在离心期间可移至离心瓶的底部，但不会形成可见的沉淀物并且不会紧紧地堆积。在这种情况下，分析物可在滗析或抽吸期间容易地移去，这可降低所关注分析物的总体收集效率，并且可降低样品测试程序的精度。
结果，在一些已有的系统和方法中，采用过滤来浓缩低浓度的样品。虽然过滤可增加样品中所关注分析物的浓度，但从过滤器中回收浓缩样品可能是困难的和/或耗时的。例如，在一些情况下，可能需要大洗脱体积，以从过滤器将浓缩的样品反冲或洗涤出去，特别是对于可能需要大直径的过滤器的大初始样品体积而言。此外，样品的各部分在过滤期间可能变得不可逆地被截留在过滤器中。使用均孔过滤器可以克服截留，然而，滤过均孔过滤器可能是缓慢的，并且均孔过滤器的孔可在过滤期间容易且很快地被堵塞。
本发明整体涉及用于检测样品中(具体地讲是液体样品中，并且更具体地讲是稀的含水样品中)的所关注分析物的存在或不存在(和/或对所关注分析物进行计数)。此外，本发明整体涉及用于快速检测分析物的系统和方法。在一些实施例中，将分析物选择用于检测(例如)水样中的大肠杆菌(Escherichia coli)或其他大肠菌群(例如，存在或不存在)。检测水样中的所关注微生物(或其他分析物)可能存在困难，因为这些微生物的浓度低。由于微生物浓度低，需要使微生物增长(或者需要提高分析物浓度)至可检测水平，而这可能需要花费一定时间，因此现有系统和方法的检测可能非常慢。
然而，本发明者已经发明了用于大大缩短检测样品(例如水样，并且更具体地讲是稀的水样)中的所关注分析物所需时间的系统和方法。具体地讲，本发明的系统和方法可包括将样品浓缩(如基于密度)至包含微结构化凹陷部或孔的微结构化表面中，其中各个微结构化凹陷部可作为小体积(如微升或纳升级)的单独“测试管”，使得样品中的所关注分析物(如果存在)达到高浓度。所关注分析物浓度的提高可有利于并加快样品中分析物的检测，例如以检测样品中分析物的存在/不存在，和/或对其进行计数。存在于微结构中的高浓度、小体积样品等分试样还可有利于对所关注分析物进行计数。
在一些实施例中，所关注分析物可以为所关注微生物自身；而在一些实施例中，分析物可以为活的所关注微生物的指示物。在一些实施例中，本发明可包括用于通过解析样品是否有代表微生物的所关注分析物来确定样品中所关注微生物的存在/不存在的系统和方法。
在一些实施例中，快速检测可指不超过8小时的检测；在一些实施例中，指不超过6小时的检测；在一些实施例中，指不超过5小时的检测；在一些实施例中，指不超过4小时的检测；并且在一些实施例中，指不超过3小时的检测。然而，检测时间可取决于待检测分析物的类型，因为某些微生物比其他微生物增长更快，因而将更快速地达到检测阈值。本领域的技术人员将理解如何确定用于检测所关注分析物(如微生物)的合适测定方法(例如包括合适的酶和酶底物)。然而，对于给定的所关注分析物，不论采用何种测定方法或选择哪种分析物，本发明的系统和方法通常都会比使用标准培养技术(例如在微量滴定板(如96孔板)上基于增长的检测)更快获得结果。即，本发明的系统和方法检测分析物可比标准培养技术(例如，其中每个孔含有100微升样品)快至少50％；在一些实施例中，快至少75％；并且在一些实施例中，快至少90％。
这类要进行所关注分析物的分析的样品可通过多种方式获得。例如，在一些实施例中，待分析的样品自身为液体样品，例如稀液体样品和/或稀含水样品。在一些实施例中，样品可包括用稀释剂洗涤或冲洗所关注的源(例如，表面、传染体等)所产生的液体。在一些实施例中，样品可包括过滤或沉降所关注的源与合适的稀释剂组合形成的液体组合物所产生的滤液。即，大的不溶性物质和/或密度比所关注分析物的密度低或高的物质，例如各种食品、传染体等，可在第一过滤或沉降步骤中从液体组合物中去除，以形成要利用本发明的方法进行分析的样品。
术语“源”可用来指期望测试分析物的食物或非食物。源可以为固体、液体、半固体、凝胶状材料以及它们的组合。在一些实施例中，源可由基材(例如药签或擦拭物)提供，该基材用于(例如)从所关注的表面采集该源。在一些实施例中，液体组合物可包括基材，基材可被进一步分解(例如在搅拌或溶解过程中)，以提高源和任何所关注分析物的回收。所关注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于获得要利用本发明的方法进行分析的样品。例如，“源”可以为水源或流过水管的水，并且相对较大体积的样品可取自该来源以形成要利用本发明的系统和方法进行测试的样品。因此，“样品”也可来自任何上述的源。
术语“食物”通常用于表示固体、液体(例如，包括但不限于溶液、分散液、乳状液、悬浮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、饮用水、其他合适的可食用材料以及它们的组合。
术语“非食物”通常用于指不在“食物”定义之内且通常认为不可食用的所关注的源。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、沉降物、药物、化妆品、膳食补充剂(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”通常用于指能够携带和/或传播传染性生物体的无生命物体或基材。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“分析物”通常用于指要检测(例如通过实验室或现场检测)的物质。可针对具体分析物的存在、数量和/或存活力对样品进行测试。这种分析物可存在于源内(例如内部)或源之外(例如外表面上)。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(如包含金属离子和有机配体的络合物)、酶、辅酶、酶底物、指示染料、染色剂、三磷酸腺苷(ATP)、二磷酸腺苷(ADP)、腺苷酸激酶、萤光素酶、萤光素以及它们的组合。
可利用多种测试方法来识别或定量所关注分析物，包括但不限于微生物测定、生物化学测定(如免疫测定)或它们的组合。在一些实施例中，所关注分析物可以用基因、免疫、比色、荧光、发光等方法进行检测；通过检测从样品中的活细胞释放出来的酶进行检测；通过检测指示所关注分析物的光线进行检测；通过由吸光度、反射率、荧光或它们的组合检测光线来进行检测；或通过以上方法的组合进行检测。即，在一些实施例中，解析样品(或样品的浓缩物)包括通过光学方法解析样品，其可以包括任何上述类型的光学解析方法或任何下文所述的方法。
可以使用的测试方法的具体例子包括但不限于抗原-抗体相互作用、分子传感器(亲和结合)、热分析、显微镜法(例如，光学显微镜、荧光显微镜、免疫荧光显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM))、光谱法(例如，质谱、核磁共振(NMR)光谱、拉曼光谱、红外(IR)光谱、x-射线光谱、衰减全反射光谱、傅里叶变换光谱、伽马射线光谱等)、分光光度法(例如，吸光度、反射率、荧光、发光、比色检测等)、电化学分析、遗传学技术(例如，聚合酶链反应(PCR)、转录介导扩增(TMA)、杂交保护测定(HPA)、DNA或RNA分子识别测定等)、三磷酸腺苷(ATP)检测测定、免疫测定(例如，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、其他合适的分析物测试方法或它们的组合。
术语“微生物”通常用于指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(Norovirus)、诺瓦克病毒(Norwalk virus)、轮状病毒(Rotavirus)、腺病毒(Adenovirus)、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(Papillomavirus)(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、支原体和原生动物。在一些情况下，特别要关注的微生物是病原性微生物，术语“病原体”用于指任何病原性微生物。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、或葡萄球菌属(Staphylococcus spp.)、链球菌属(Streptococcus spp.)、假单胞菌属(Pseudomonasspp.)、肠球菌属(Enterococcus spp.)、沙门氏菌属(Salmonella spp.)、军团菌属(Legionella spp.)、志贺氏菌属(Shigella spp.)、耶尔森菌属(Yersinia spp.)、肠杆菌属(Enterobacter spp.)、埃希杆菌属(Escherichia spp.)、芽孢杆菌属(Bacillus spp.)、李斯特菌属(Listeria spp.)、弯曲菌属(Campylobacter spp.)、不动杆菌属(Acinetobacter spp.)、弧菌属(Vibrio spp.)、梭菌属(Clostridium spp.)以及棒状杆菌属(Corynebacterium spp.)。病原体的具体例子可包括但不限于大肠杆菌，其包括肠出血性大肠杆菌，如血清型O157:H7、O129:H11；铜绿假单胞菌(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(Clostridiumbotulinum)；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(Campylobacterjejuni)；小肠结肠炎耶尔森菌(Yersinia enterocolitica)；创伤弧菌(Vibriovulnificus)；艰难梭状芽孢杆菌(Clostridium difficile)；耐万古霉素肠球菌(Enterococcus)；肠杆菌属[阪崎肠杆菌](Enterobacter[Cronobacter]sakazakii)；以及大肠菌群。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”通常用于指出现在生物体内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、脂质、磷脂、糖类、多糖中的至少一者以及它们的组合。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)、变应原(如花生变应原、蛋变应原、花粉、尘螨、霉菌、毛屑或其中固有的蛋白质等)、激素、毒素(如芽孢杆菌属腹泻毒素、黄曲霉毒素、艰难梭状芽孢杆菌毒素等)、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”通常用于指在某些条件下在给定介质内相对可溶解或不可溶解的物质。具体地讲，在给定的一组条件下，“可溶性物质”是进入溶液并可以溶解在体系的溶剂(如稀释剂)中的物质。“不溶性物质”是在给定的一组条件下，不会进入溶液内并不溶解在体系的溶剂中的物质。源或取自该源的样品可包括可溶性物质和不溶性物质(如细胞碎片)。不溶性物质有时称作颗粒、沉淀或碎片，并且可以包括源物质本身的部分(即来自源的内部或外部(如外表面))或搅拌过程产生的其他源残余物或碎片。此外，包含源和稀释剂的液体组合物可包括较为致密的物质(即，密度比混合物中的稀释剂和其他物质高的物质)和不太致密的物质(即，密度比混合物中的稀释剂和其他物质低的物质)。因此，可以选择样品的稀释剂，使得所关注分析物比稀释剂致密，并且可通过沉降(如离心)而被浓缩。
术语“稀释剂”通常用来指添加至源材料以分散、溶解、悬浮、乳化、洗涤和/或冲洗该源的液体。稀释剂可用来形成液体组合物，由该液体组合物可获得要利用本发明的方法进行分析的样品。在一些实施例中，稀释剂是无菌液体。在一些实施例中，稀释剂可包括各种添加剂，其包括但不限于表面活性剂或其他有助于分散、溶解、悬浮或乳化源以随后对分析物进行测试的合适添加剂；流变剂；抗菌中和剂(例如，用于中和防腐剂或其他抗微生物剂)；包含营养物的富集或生长培养基(例如，用于促进所需微生物选择性生长)和/或生长抑制剂(例如，用于抑制不需要的微生物生长)；pH缓冲剂；酶；指示剂分子(如pH或氧化/还原指示剂)；孢子萌发剂；用于中和消毒剂的试剂(例如，利用硫代硫酸钠中和氯)；用于促进细菌复苏的试剂(如丙酮酸钠)；稳定剂(例如，用于稳定所关注分析物，其含有诸如氯化钠、蔗糖等溶质)；或它们的组合。在一些实施例中，稀释剂可包括无菌水(如无菌双蒸馏水(ddH2O))；一种或多种用于选择性溶解、分散、悬浮或乳化源的有机溶剂；含水有机溶剂；或它们的组合。在一些实施例中，稀释剂为无菌缓冲液(如得自田纳西州孟菲斯(Memphis TN)的Edge Biological的Butterfield氏缓冲液)。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温育一段时间(例如在规定温度下)，以促进所需分析物的这种生长和/或发育。
生长培养基的例子可以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。生长培养基可包括支持一种以上的所需微生物(即所关注分析物)的生长的营养物质。
生长抑制剂的例子可以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、连四硫酸纳、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、氯霉素、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”及其衍生形式一般用于描述使液体组合物运动的过程，例如使这种液体组合物的内容物混合或共混的过程。有多种搅拌方法可以使用，包括但不限于手动摇动、机械摇动、超声振动、涡旋搅拌、手动搅拌、机械搅拌(如通过机械螺旋桨、磁力搅拌棒、或另外的搅拌辅助工具如滚珠)、手动搅动、机械搅动、共混、捏合、以及它们的组合。
术语“过滤”通常用来指按粒度、电荷和/或功能来分离物质的过程。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。因此，可将液体组合物进行“预过滤”，以获得要利用本发明的方法进行分析的样品。可使用多种过滤方法，包括但不限于，将液体组合物(例如，包括所关注的源，从该源可获得待浓缩的样品)滤过过滤器、通过其他合适的过滤方法以及它们的组合。
“沉降”通常用来指按密度分离物质的过程，例如，通过让液体组合物中较为致密的物质(即，密度比混合物中的稀释剂和其他物质高的物质)沉降或下沉，和/或通过让液体组合物中不太致密的物质(即，密度比混合物中的稀释剂和其他物质低的物质)上升或漂浮。沉降可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物质(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，较为致密的物质可与不太致密的物质(和稀释剂)分离开。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要利用本发明的样品检测系统和方法进行浓缩的样品。
“过滤器”通常用来描述用于将液体组合物中的可溶性物质(或可溶性物质和相对较小的不溶性物质)和溶剂与不溶性物质(或相对较大的不溶性物质)分离和/或用于在样品浓缩期间过滤样品的装置。过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(如包含以均匀或不均匀工艺铺设的聚合物纤维，其可被压延)、表面过滤器、深度过滤器、膜(如陶瓷膜(如可以商品名ANOPORE购自新泽西州弗洛厄姆帕尔克的沃特曼有限公司(Whatman Inc.(Florham Park,NJ))的陶瓷氧化铝膜过滤器)、聚碳酸酯膜(如可以商品名NUCLEOPORE购自沃特曼有限公司(Whatman,Inc.)的径迹刻蚀聚碳酸酯膜过滤器))、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，过滤器可构造为根据(例如)尺寸、电荷和/或亲和力从样品中分离出所关注微生物。例如，在一些实施例中，过滤器可构造为截留所关注微生物，使得截留在过滤器上的滤渣中包含所关注微生物。
合适的过滤器的其他例子在下列共同待审的PCT专利公开中有描述：PCT专利公开No.WO2011/156251(Rajagopal等人)，其要求美国专利申请No.61/352,229的优先权；PCT专利公开No.WO2011/156258(Mach等人)，其要求美国专利申请No.61/352,205的优先权；PCT专利公开No.WO2011/152967(Zhou)，其要求美国专利申请No.61/350,147和61/351,441的优先权；以及PCT专利公开No.WO2011/153085(Zhou)，其要求美国专利申请No.61/350,154和61/351,447的优先权，这些专利全文均以引用方式并入本文。
在一些实施例中，术语“滤液”通常用来描述已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。此类滤液和/或上清液可形成待用于本发明的样品。可用于形成本发明中的样品的预过滤系统和方法的例子在提交于2011年6月30日的共同待审的美国专利申请No.61/503356中有描述，该专利全文以引用的方式并入本文。在一些实施例中，可将滤液和/或上清液温育一段时间以使所关注微生物生长，所得的经过温育的滤液和/或上清液可形成待用于本发明的样品。在一些实施例中，可添加生长培养基以有助于所关注微生物生长。
在一些实施例中，术语“滤渣”通常用于描述将液体源(例如待测试的水)进行过滤以将不溶性物质与可溶性物质分开后剩余的固体。此类滤渣可进一步稀释并任选地搅拌、生长(例如，通过添加生长培养基)和/或温育以形成待用于本发明的样品。滤渣可存在于过滤器的一个表面或侧面上和/或可至少部分地渗透到过滤器深处中。因此，在一些实施例中，包含洗脱溶液、洗涤溶液等的稀释剂可用于促进从过滤器除去滤渣。在一些实施例中，可优选表面过滤器(如，比深层过滤器优选)以促进和增强从过滤器除去滤渣。
在一些情况下，可通过改变过滤器位置以使得重力导致截留的生物体与过滤器分离进而从过滤器洗脱，使得截留的所关注分析物(如微生物)从过滤器上洗脱下来。在其他情况下，可通过手动摇动过滤器使截留的分析物与过滤器分离，从而将截留的分析物从过滤器上洗脱下来。在其他情况下，可通过对过滤器进行涡旋使截留的分析物与过滤器分离，从而将截留的分析物洗脱。在其他情况下，分析物可通过泡沫洗脱从过滤器上洗脱下来。
在一些实施例中，不论起始样品的形态如何或它如何得来，可以对样品进行搅拌、生长(例如，通过添加生长培养基)和/或温育以形成待通过本发明的系统和方法进行分析的样品。在一些实施例中，可以在处理过程的各个阶段添加各种试剂，包括但不限于添加到初始样品，添加到滤渣(例如，用稀释剂)或用于形成待测试样品的上清液，涂覆和/或干燥于用作样品浓缩物检测容器的微结构化凹陷部中，或它们的组合。
在一些实施例中，术语“沉降物(sediment)”通常用于描述当更致密的物质从液体组合物中分离出来或除去(例如通过离心)后从上清液中分离出来的“沉淀物(pellet)”或固体。
术语“微结构”或“微结构化特征物”及其衍生词通常用于指具有这样的结构的构造物或者特征物，该结构是凸起的(如，壁)或者凹陷的(如，至少部分地由壁所限定的孔)可辨认几何形状。例如，微结构可包括形成来保持液体、固体、半固体、凝胶材料、其他合适的材料或它们的组合的微结构孔。微结构还可包括至少部分地限定微结构孔的壁或底部。此外，微结构可包括存在于任何上述微结构上的凸起、凹陷部等。例如，微结构孔或壁可具有纹理，这种纹理也可被称为微结构。
在一些实施例中，“微结构化”可以指在至少两个可能的维度上不大于1000微米的特征物；在一些实施例中，不大于500微米；并且在一些实施例中，不大于200微米。然而，在本发明的一些实施例中，“微结构化特征物”可以为任何足以在正常重力下以任意取向保持一部分样品(例如，将样品朝包含微结构化特征物的微结构化表面的方向离心后得到的液体浓缩物)的特征物。因此，本发明的微结构化特征物可具有足够的深度(例如，z维度)或z维度与x-y维度之比(即“纵横比”)(或者反之亦然)，其提供足以保持具有给定表面张力的样品(例如，包含样品沉降物的浓缩液)的毛细作用力。可以调控微结构化特征物的表面能(例如，通过表面处理改性)以提高其保持特性，然而一般来讲，本发明的微结构化特征物(如孔、凹陷部或下陷部)的纵横比能提供必要的毛细作用力以保持所关注样品。
在一些实施例中，纵横比可为至少约0.1；在一些实施例中，为至少约0.25；在一些实施例中，为至少约0.5；在一些实施例中，为至少约1；在一些实施例中，为至少约2；在一些实施例中，为至少约5；并且在一些实施例中，为至少约10。因为在一些实施例中，微结构化特征物(例如凹陷部)的x-y维度可以沿着其深度或z维度变化(例如，如果特征物具有一定的拔模斜度)，则纵横比可以为z维度与“代表性”x-y维度之比。代表性x-y维度可以为顶部维度(即，凹陷部开口处的x-y维度)、底部维度(例如，凹陷部底部处的x-y维度)、中部维度(例如，一半深度位置处的x-y维度)、平均x-y维度(例如，沿深度的平均值)、其他合适的代表性维度等。
术语“微结构化表面”通常用来指包含微结构或微结构化特征物的表面。
术语“微复制(microreplicate)”及其衍生词通常用于指通过在模具中形成正的结构化表面特征物(例如，柱子、销、突起等)的过程生成微结构化表面，该模具用于在材料中形成负的特征物(例如，凹陷部、孔、下陷部等)。
当术语“一级”用于指微结构时，通常用于指在同一表面上的任何微结构当中具有最大尺度的微结构。
当术语“二级”用于指微结构时，通常用于指相对于在同一表面上的一个或多个一级微结构具有较小尺度微结构的微结构。
短语“基本上透明”通常用于指如下物体或基材，其透射波长处于紫外到红外光谱范围(例如，从约200nm到约1400nm，“UV-IR”)中的选定波长处或选定波长范围内的电磁辐射的至少50％；在一些实施例中，透射UV-IR光谱中的选定波长(或范围)的至少约75％；并且在一些实施例中，透射UV-IR光谱中的选定波长(或范围)的至少约90％。
短语“基本上不透明”通常用于指如下物体或基材，其透射波长处于紫外到红外光谱范围(例如，从约200nm到约1400nm，“UV-IR”)中的选定波长处或选定波长范围内的电磁辐射的小于50％；在一些实施例中，透射UV-IR光谱中的选定波长(或范围)的小于25％；并且在一些实施例中，透射UV-IR光谱中的选定波长(或范围)的小于10％。
有关“基本上透明”和“基本上不透明”材料的各种详细信息在PCT专利公开No.WO2011/063332中有描述，该专利全文以引用的方式并入本文。
术语“疏水性”和“亲水性”通常按本领域中的惯常理解使用。因此，“疏水性”材料对水或含水介质的亲和力相对很小或没有，而“亲水性”材料对水或含水介质的亲和力则相对较强。所需的疏水性和亲水性水平可取决于样品性质，但其应用于各种疏水性或亲水性表面时可易于根据对液体样品的简单经验观察进行调整。
在一些实施例中，可使用接触角测定(例如，静态或动态测定)来表征表面的疏水性/亲水性。此类表面特性可归因于表面自身的材料组成，其可能与本体材料无关。即，在一些实施例中，即使形成结构体的本体材料具有较高的疏水性，其将要接触样品的表面也可以改性为亲水性，以使得含水样品(例如)对改性表面具有更高的亲和力。示例性的静态和动态接触角测定方法在实例12和13中有描述。
在一些实施例中，用于形成本发明的微结构化表面的材料的静态水表面接触角(例如，可以在结构化表面上或同一材料的平滑非结构化表面上进行测定)可以为至少约50度；在一些实施例中，为至少约65度；在一些实施例中，为至少约75度；在一些实施例中，为至少约85度；在一些实施例中，为至少约95度；在一些实施例中，为至少约100度；并且在一些实施例中，为至少约130度。
在一些实施例中，用于形成本发明的微结构化表面的材料的动态前进表面接触角(例如，可以在结构化表面上或同一材料的平滑非结构化表面上进行测定)可以为至少约50度；在一些实施例中，为至少约65度；在一些实施例中，为至少约75度；在一些实施例中，为至少约85度；在一些实施例中，为至少约95度；在一些实施例中，为至少约100度；并且在一些实施例中，为至少约130度。
在一些实施例中，用于形成本发明的微结构化表面的材料的动态后退表面接触角(例如，可以在结构化表面上或同一材料的平滑非结构化表面上进行测定)可以为至少约25度；在一些实施例中，为至少约35度；在一些实施例中，为至少约45度；在一些实施例中，为至少约65度；在一些实施例中，为至少约75度；在一些实施例中，为至少约90度；并且在一些实施例中，为至少约100度。
图1示出根据本发明的一个实施例的样品检测系统100。在一些实施例中，样品检测系统100可用于浓缩样品以形成浓缩物(例如，在微结构化凹陷部136中，如下文所述)，还可用于解析浓缩物中是否有所关注分析物，即用于检测所关注分析物的存在或不存在。
用于通过第一次离心步骤提高稀样品的浓度然后通过第二次离心步骤使所得的浓缩物沉淀的浓缩系统和方法的各种细节和特征在PCT专利公开No.WO2010/080232(Halverson)中有描述，该专利公开要求美国专利申请No.61/139,144的优先权，这两项专利全文均以引用方式并入本文中。使用预先过滤处理提高稀样品的浓度的其他系统和方法在PCT专利公开No.WO2010/080236(Halverson)中有描述，该专利公开要求美国专利申请No.61/139,158的优先权，这两项专利全文均以引用方式并入本文中。
在一些实施例中，样品检测系统100可用于通过解析样品中是否有微生物自身或代表微生物存在的所关注分析物，来确定样品中的所关注微生物的存在或不存在。例如，在一些实施例中，微生物自身可以在样品中被浓缩(例如，通过离心沉降到微结构中)，然后在微结构中进行检测；在一些实施例中，代表微生物存在的分析物可以在样品中被浓缩(例如，通过离心沉降到微结构中)，然后在微结构中进行检测。例如，在一些实施例中，可以向样品中添加底物(例如，X-gal糖底物，如实例16所述)，底物在被适当的酶裂解后将发生沉淀。此类沉淀的底物可以被浓缩(例如，通过离心与微生物/细胞一起沉降到微结构中)，并且比起以低浓度存在于大体积样品中的底物可得到更迅速的检测和/或定量。
分析物的各种例子如上文所述，其中包括指示染料。在一些实施例中，此类指示染料可包括沉淀染料和/或内化染料。就沉淀染料而言，染料通常为从细胞中扩散出来的小分子并且可能需要足够的温育时间才可达到可检测浓度，即使其浓缩在微结构中也是如此。然而，就内化染料而言，细胞(即，微生物)自身即可被染料“标记”，并且只要细胞浓缩到微结构中即可进行检测(例如，存在/不存在和/或定量)。
可使用本发明的系统和方法进行的检测的另一个具体的例子，涉及使用化学发光法通过将样品浓缩到微结构中并加入试剂以执行基于ATP的检测来进行检测微生物(例如，存在/不存在和/或定量)。试剂可以在离心前或离心后加入，或将试剂涂覆和/或干燥于微结构化凹陷部136中。在此类实施例中，试剂可包括裂解剂、萤光素(底物)和萤光素酶(酶)。裂解剂可用于打开细胞以释放出ATP，萤光素酶需要ATP以引起萤光素产生化学发光。因此，包含所关注微生物的微结构化凹陷部136将被“标记”(例如，将会发光)，而不含微生物的凹陷部将不会被“标记”(例如，将呈暗色)，从而微生物可间接得到检测。
如图1所示，在一些实施例中，样品检测系统100可包括第一部分102和第二部分104。在一些实施例中，第一部分102和第二部分104可以可拆卸地或永久地联接到一起以形成容器108。
通常，可使用图1的样品检测系统100执行样品检测的方法如下：将样品放置在第一部分102中，并且第一部分102可联接到第二部分104以形成容器108。容器108可以朝第二部分104的方向离心以在第二部分104中形成样品浓缩物，该样品浓缩物保持在第二部分104中。然后可在浓缩物保持在第二部分104中时解析其中是否有所关注分析物。因此，在一些实施例中，“浓缩物”(即，样品的较高浓度部分)还可以称作“截留物”。在一些实施例中，可通过将第二部分104从第一部分102取下来解析浓缩物，任选地密封第二部分104的至少一部分，并从其开口端或封闭端解析第二部分104。作为另一种选择，可通过如下方式解析浓缩物：倒置容器108以从第二部分104移除上清液，然后从其封闭端解析第二部分104中的浓缩物。
本发明的示例性样品检测方法将参照图2A-2C和图3A-3E在下文中进行更详细的描述。
容器108可适于容纳待分析的样品，例如分析是否有一种或多种所关注分析物。样品通常是液体样品，在一些实施例中，为稀液体样品(即，样品中存在的任何所关注分析物以低浓度存在)；并且在一些实施例中，为稀的含水样品。容器108的尺寸和形状可根据需要进行设计以便适应待分析的样品，第一部分102和第二部分104的形状和构造是仅以举例的方式示出。
容器108的第一部分102在图1中仅以举例的方式示出为容器108的适于容纳大部分样品的部分(例如，“管”或“贮存器”)。此外，第二部分104仅以举例的方式示出为容器108的顶盖，其有效覆盖或封闭第一部分102。然而，如图5所示及下文更详细的描述，在一些实施例中，第一部分102可以为容器108的顶盖，而第二部分104可以为适于容纳大部分样品的部分。因此，短语“第二部分”在本文中通常是指容器108的用于保持至少一部分待检测样品的部分(例如，通过微结构，其在下文中有更详细的描述)，而不论该部分为容器108的管还是顶盖。因此，短语“第一部分”通常用于指容器108的另一部分，其与第二部分联接以形成封闭容器。
如上文所述，第一部分102和第二部分104可以可拆卸地联接到一起以形成容器108。仅以举例的方式，第一部分102在图1中示出为具有封闭端或底部112和开口端114的细长管，第二部分104示出为具有封闭端或底部116和开口端118的顶盖。第二部分104的开口端118的尺寸被设计为接纳第一部分102的至少一部分，并且具体地讲，其接纳第一部分102的开口端114，使得将第二部分104与第一部分102联接在一起就封闭和/或覆盖第一部分102的开口端114。再以举例的方式，第二部分104包括内表面120，该内表面120包括一条或多条螺纹121，并且第一部分102包括外表面122，该外表面122包括一条或多条与开口端114相邻的螺纹123。第二部分104的螺纹121被构造用于配合和接合第一部分102的螺纹123，使得第二部分104和第一部分102可以联接到一起。在一些实施例中，第一部分102和第二部分104可联接在一起以形成被密封而与周围环境隔绝的容器108(例如，使得容器108包括不透液密封件、不透气密封件或它们的组合)。例如，在一些实施例中，第一部分102和第二部分104中的一者或两者可包括一个或多个密封件(例如，O形环)。
仅以举例的方式，第一部分102具有锥形封闭端112。再以举例的方式，第一部分102具有凸缘130，该凸缘130从第一部分102的侧壁延伸至与锥形封闭端112的终点相同的距离。凸缘130可以使第一部分102立置，从而有利于第一部分102的抓握、储存和/或运输。
第一部分102和第二部分104可由多种材料形成，包括但不限于聚合物材料、金属(例如，铝、不锈钢等)、陶瓷、玻璃以及它们的组合。聚合物材料的例子可包括但不限于聚烯烃(如聚乙烯、聚丙烯及其组合等)、聚碳酸酯、丙烯酸树脂、聚苯乙烯、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯、其他能够形成独立式和/或自支承容器的合适聚合物材料或它们的组合。第一部分102和第二部分104可由相同材料或不同材料形成。
第一部分102和第二部分104或其部分可以是基本上透明的、非透明的(即，基本上不透明的)或介于两者之间(例如，半透明)，并可具有任何合适的尺寸，这些均取决于待分析的样品的类型、数量和/或尺寸以及待收集和解析的浓缩物的类型、数量和/或尺寸。在一些实施例中，第一部分102可具有至少约1mL、至少约5mL、至少约10mL、至少约25mL、至少约50mL、至少约100mL或至少约250mL的容量。在一些实施例中，第二部分104可具有不大于约1mL、不大于约2mL、不大于约5mL或不大于约10mL的容量。即，在一些实施例中，第一部分102的容量或体积可处于约1mL至约250mL的范围内，并且在一些实施例中，可处于约1mL至约100mL的范围内。
第一部分102和第二部分104的形状、尺寸和联接方式仅仅以举例的方式如上所述和如图1所示。然而，应当理解，第一部分102和第二部分104可以采用多种形状和尺寸。另外，可采用多种联接方式将第一部分102和第二部分104可拆卸地和/或永久地联接在一起，其包括但不限于螺纹(如图中所示)；夹具(例如，弹簧支承夹具、按扣型夹具等)；夹子(例如，弹簧支承夹等)；系带(例如，扎线带)；一个或多个磁铁；条带；胶粘剂；粘合剂；钩环扣件；扣合接头(例如，其中第二部分104用作掀盖)；压合接头(有时也称作“摩擦配合接头”或“干涉配合接头”)；热粘结(例如，对要联接的一个或两个组件加热和/或施压)；焊接(例如，声波(如超声)焊接)；其他合适的联接方式；以及它们的组合。
在一些实施例中，如图1所示，第一部分102可包括标记132，所述标记可用来方便向第一部分102添加所需的体积。
在一些实施例中，第二部分104可包括一个或多个适于保持待分析样品的浓缩物的凹陷部136，每个凹陷部136朝向第二部分104的开口端118开口。每个凹陷部136可包括孔、下陷部、槽等中的至少一者以及它们的组合。在一些实施例中，一个或多个凹陷部136可包含向外突出的微结构之间的槽或空隙空间，例如在Ylitalo等人的美国专利No.6,386,699中所描述的那些。在一些实施例中，一个或多个凹陷部136可包括表面改性(例如，亲水/亲油处理或涂覆)以方便保持所关注浓缩物。凹陷部136不必都具有相同的形状或尺寸，在一些实施例中，第二部分104包括多个凹陷部136，范围为从微结构化的到较大的，并且具有多种形状和构造。在一些实施例中，一个或多个凹陷部136可直接形成于第二部分104的内表面120中；并且在一些实施例中，一个或多个凹陷部136可形成于联接至第二部分104并可形成容器108的一部分的基材(或“插件(insert)”或“镜片(lens)”)中。此类基材将参照图16A-16H和图17A-17H在下文进行更详细的描述。
在一些实施例中，例如将结合图4予以更详细地描述，第二部分104的内表面120的至少一部分可包括微结构化表面138。在使用微结构化表面138的实施例中，一个或多个凹陷部136可以为微结构化凹陷部136，并且微结构化表面138可以包括各种微结构化特征物。
在一些实施例中，第二部分104可以被描述为在第二部分104的第一侧面(其通常面对容器108的内部(或“内侧”)和第一部分102的内部)包括凹陷部136(例如，微结构化表面138)，并且通常包括内表面120或其一部分。特别是，第一侧面140可包括第一主表面148(参见，例如图4)，其中可形成凹陷部136或微结构化表面138，此类凹陷部或“孔”可包括开口端，开口端朝向第二部分104的第一侧面140以及朝向容器108的内部开口。第二部分104还可包括具有第二主表面149(参见，例如图4)的第二侧面141，其通常分别与第一侧面140和第一主表面148相对。第二主表面149的至少一部分可以限定凹陷部136(例如，微结构化凹陷部)的封闭端或底部146的至少一部分。第二侧面141可以面向容器108的外侧，例如，远离第一部分102。因此，保持在第二部分104中的浓缩物可以从第一侧面140或从第二侧面141进行解析，例如在其中第二部分104的至少一部分(例如，封闭端或底部116和/或第二侧面141)基本上透明的实施例中。
如上所述，在一些实施例中，第一部分102的体积(即，第一部分102的容量)可处于约1mL至约250mL的范围内。因此，在一些实施例中，样品的体积可以为至少约1mL；在一些实施例中，为至少约10mL；并且在一些实施例中，为至少约100mL。在一些实施例中，样品的体积为不大于约200mL；在一些实施例中，不大于约100mL；在一些实施例中，不大于约75mL；并且在一些实施例中，不大于约50mL。在一些实施例中，样品的体积的范围为约1mL至约100mL。
在一些实施例中，第二部分104的体积和/或一个或多个凹陷部136的收集体积(即，用于保持一定体积浓缩物的容量)为至少约1微升(μL)；在一些实施例中，为至少约5μL；在一些实施例中，为至少约10μL；并且在一些实施例中，为至少约25μL。在一些实施例中，第二部分104的体积和/或一个或多个凹陷部136的收集体积不大于200μL；在一些实施例中，不大于约100μL；在一些实施例中，不大于约75μL；并且在一些实施例中，不大于约50μL。在一些实施例中，第二部分104的体积和/或一个或多个凹陷部136的收集体积处于约1μL至约100μL的范围内。在一些实施例中，这些体积可以用每单位面积的体积(例如，μL每cm2)表示，从而凹陷部136的收集体积可以与第二部分104的总尺寸无关。
在一些实施例中，第一部分102(或容器108的“接纳”部分)的体积与保持在第二部分104(或容器108的“检测部分”、“顶盖”、“上盖”或“顶盖部分”)中的样品浓缩物(或者截留物)的体积之比为至少约10:1；在一些实施例中，为至少约100:1(102:1)；在一些实施例中，为至少约1000:1(103:1)；在一些实施例中，为至少约10,000:1(104:1)；并且在一些实施例中，为至少约100,000:1(105:1)。在一些实施例中，第一部分102的体积与第二部分104中浓缩物的体积之比处于约10:1至约105:1的范围内。在一些实施例中，如下文中结合图5所述，接纳部分也可以为检测部分。这样，上述比值也可以作为接纳部分与顶盖部分的体积比值。作为另一种选择，在描述顶盖部分与接纳部分的体积比值时可使用上述比值的倒数。
在一些实施例中，浓度增加(即，保持在第二部分104中的所得的浓缩物的浓度(例如，较为致密的物质的浓度，例如所关注分析物的浓度)，除以初始样品的浓度，表示为比值)可以为至少约10:1；在一些实施例中，为至少约100:1(102:1)；在一些实施例中，为至少约1000:1(103:1)；在一些实施例中，为至少约10,000:1(104:1)；并且在一些实施例中，为至少约100,000:1(105:1)。在一些实施例中，浓度效率的范围为约10:1至约105:1。
参照图2A-2C，现在将继续参照图1的样品检测系统100描述样品检测方法150，为了简单和清楚起见，去除了第一部分102的凸缘130。
如图2A所示，样品152可以放置于由第一部分102和第二部分104形成的容器108中，并且容器108可以沿朝向第二部分104的第一方向(或取向)D1倒置和离心。此离心处理可引起包含样品152的更致密物质的浓缩物154(参见图4)移至第二部分104，具体地讲移至第二部分104中形成的一个或多个凹陷部136中。“浓缩物”154通常可包括离心处理所形成的样品沉降物，但也可包括样品的至少一些上清液或稀释剂，这将在下文参照图4作详细描述。
在图2A所示的离心步骤中，在第二部分104中形成和保持浓缩物154所需的离心g力、持续时间和/或循环次数可根据样品152的组成、所关注分析物等因素中的一者或多者而变化。在一些实施例中，浓缩所关注分析物所需的g力大小可取决于分析物的尺寸和密度、稀释剂的密度和粘度以及第一部分102中样品152的体积(即，第一部分102中样品152的高度限定了分析物在规定g力作用下迁移到达第二部分104所需的距离)。沉降速度(V，单位为厘米每秒(cm/s))可用公式1近似得到：
V＝2ga2(ρ1-ρ2)/9η (1)
其中g＝单位为cm/s2的加速度(即，单位为gs*980cm/s2的g力)，ρ1＝单位为g/cm3的分析物密度，ρ2＝单位为g/cm3的样品介质(如稀释剂)的密度，η＝单位为泊(g/cm/s)的粘度系数，a＝单位为厘米的分析物半径(假设为球形形状)。在一些离心机中，g力可以由转速(例如，单位为转数每分钟(RPM))和样品离转子中心的距离决定(即，在相同的转速下，如果样品位置远离转子，样品所受的g力更大)。因此，为了收集样品152中可能位于距第二部分104最远处的所关注分析物，可计算转子中心与设置在最靠近转子处的样品152高度之间的距离，以估计将需要多少g力来使所关注分析物在样品中移动该最远距离，使得所关注分析物的收集最大化。
可利用上述公式计算沉降速度，然后，可通过所关注分析物(如果存在)将需要行进的距离(如最大距离)除以该沉降速度来计算离心时间(即，持续时间)。作为另一种选择，可将期望的时间和距离用来估计沉降速度，然后可利用公式1来计算所需的g力。
在一些实施例中，离心步骤中的g力可以为至少约500·g(例如，在海平面高度的地面上为500*9.8m/s2)；在一些实施例中，为至少约1000·g；并且在一些实施例中，为至少约5000·g。在一些实施例中，离心步骤中的g力可以不大于约100,000·g；在一些实施例中，不大于约50,000·g；并且在一些实施例中，不大于约10,000vg。
在一些实施例中，离心步骤的持续时间可以为至少约1分钟；在一些实施例中，为至少约5分钟；并且在一些实施例中，为至少约10分钟。在一些实施例中，离心步骤的持续时间可以为不大于约120分钟；在一些实施例中，不大于约60分钟；并且在一些实施例中，不大于约20分钟。
如图2B所示，然后可以将容器108倒置，使得离心步骤所得到的上清液156从第二部分104滗析出来，而浓缩物154仍然保持在第二部分104中。术语“倒置”在本文中用来指改变取向，可包括各种角度的取向，而不限于改变取向达180度。第二部分104可适于在正常重力(例如，在标准重力下，即，在海平面处的地球重力加速度标准值，9.8m/s2)下保持浓缩物154。
本发明者意外发现，在一些实施例中，倒置容器108的速度可影响浓缩物154在第二部分104(尤其是在微结构化表面138)中的保持方式。例如，在一些实施例中，如果倒置速度过快，则部分样品可能悬挂在微结构化表面的各个表面、边缘或边角(例如，锐边或锐角)上。即，部分样品(例如，含水样品)可能以不合需要的方式以相对较大的液滴收集于凹陷部136上方，而非分成小体积、高浓度的等份样品而位于凹陷部136中。任何以此类较大体积液滴存在的所关注分析物都可能至少部分地不能够进行正确检测(例如，在成像或光学解析过程中)，因为分析物(如果存在)在这些较大体积液滴中的浓度较低和/或因为较大体积液滴可能没有适当定位以便检测。此外，如果所关注分析物包括运动性微生物，此类覆盖多个凹陷部136的“桥”或“液滴”可能使微生物发生迁移而非离散开，而离散开可有利于对微生物进行计数。
然而，如果容器108以合适的转速和/或以合适的角度(单位为度)进行倒置，则浓缩物154可与上清液156的其余部分实现良好分离，使得浓缩物154基本上包含于凹陷部136中。“基本上包含于”通常可指浓缩物包含于凹陷部136中，在可能包含较大体积样品152或浓缩物154的第一主表面148上未形成可见的(即，以肉眼或裸眼)桥或液滴。
在一些实施例中，倒置速度可以不大于约20度/秒；在一些实施例中，不大于约10度/秒；并且在一些实施例中，不大于约4.3度/秒。此类数值可凭借经验获得，如实例14中所述，其中将容器从-30度(相对于水平方向)倒置到+30度，即倒置了60度。换言之，在一些实施例中，倒置速度可以不大于约0.4rpm；在一些实施例中，不大于约0.35rpm；在一些实施例中，不大于约0.3rpm；在一些实施例中，不大于约0.25rpm；在一些实施例中，不大于约0.20rpm；并且在一些实施例中，不大于约0.15rpm。在一些实施例中，倒置速度可以为0.3rpm；在一些实施例中，倒置速度可以为0.2rpm；并且在一些实施例中，倒置速度可以为0.7rpm。
在一些实施例中，倒置步骤可包括将容器108倒置至少20度(例如，从-10度到+10度，或从0度到+20度等)；在一些实施例中，倒置至少45度；在一些实施例中，倒置至少60度；在一些实施例中，倒置至少90度；并且在一些实施例中，倒置至少180度。例如，在其中第二部分104取向为-90度(例如，相对于水平方向)的实施例中，如图2A所示，容器108可能需要倒置至少90度(例如，倒置到0度)或更大角度才足以清除第二部分104(和微结构化表面138)上的上清液156。
如图2C所示，然后可以从容器108的外侧或外部(即，从第二部分104的第二侧面141和面向第二主表面149的方向，如大箭头所表示)解析(如，光学解析)第二部分104中的浓缩物154。这样，凹陷部136可以从其封闭端或底部146进行检测。在此类实施例中，如上文所述，第二部分104或其至少一部分可以基本上透明，以便从第二侧面141解析浓缩物154(例如，通过光学方法)。另外，此类实施例可采用永久联接在一起的第一部分102和第二部分104，因为检测或解析步骤可以从容器108外侧进行，使得无需为了解析步骤而将第二部分104与第一部分102分开。另外，在此类实施例中，如图2C所示，上清液156可充当湿度贮存器以免浓缩物154在检测过程可得以完成前大量蒸发。
对浓缩物154的解析可包括任何上述的用于检测样品中的所关注分析物的检测方法，包括光学解析方法，如光学扫描、成像或任何上述的其他方法。例如，荧光检测可包括朝向微结构化表面138中的浓缩物154导入第一频率的电磁能量，并检测微结构化表面138的浓缩物154发射的第二频率的电磁能量。再以举例的方式，比色检测可包括在微结构化表面138中的浓缩物154处发射宽频率范围的电磁能量(即，宽频谱光线)，并检测微结构化表面中至少一部分浓缩物154的透射比和吸光度中的至少一者。
在一些实施例中，凹陷部或孔136(如微结构化凹陷部)可包括由第二部分104的第二侧面(或第二主表面)141的至少一部分形成的底部，并且该底部基本上透明，使得可以从第二部分104的第二侧面141(即，从容器108的外侧)看到凹陷部136的内容物。在此类实施例中，凹陷部136的任何侧壁都可以为基本上不透明的，从而防止孔之间产生串扰并提高检测(尤其是光学检测或解析)的效果。
在一些实施例中，第二部分104的至少一部分可包括基本上透明的光学窗口。光学窗口可以至少部分地与凹陷部136(如微结构化表面138)共延(即，重叠)，使得从容器108的外部(尤其是从第二部分104的第二侧面141)可以看到至少部分的凹陷部136(及其内容物)。
尽管仅以举例的方式示出第二部分104通常具有平坦的且平面的第一侧面140和第二侧面141，但并不一定如此。尽管平坦的且平面的侧面可能有助于检测，但第二部分104可具有任何合适的形状或构造。
如图2A-2C所示，在一些实施例中，容器108的第一部分102和第二部分104可以在离心步骤、倒置步骤和检测或解析步骤中保持联接在一起(例如，通过可拆卸地或永久地联接)。然而，在一些实施例中，如参照下文的图3A-3E所述，第二部分104可以在离心后和任选地在倒置过程中或倒置后从第一部分102移除(参见图3C)。
继续参照图1的样品检测系统100，图3A-3E示出了另一种样品检测方法250，为了简单和清楚起见，去除了第一部分102的凸缘130。
与图2A和2B所示的样品检测方法步骤类似，样品检测方法250可包括第一离心步骤(参见图3A)和倒置步骤(参见图3B)。离心步骤包括以朝向第二部分104的第一方向(或取向)D1进行离心以形成上清液156和包含样品沉降物的浓缩物154。可使用上述公式1近似得到在第二部分104中形成和保持浓缩物154所需的离心g力、持续时间和/或循环次数。倒置步骤可包括至少部分地倒置容器108(参见图3B)。
因此，图3A和3B所示的方法250的步骤可以基本上与图2A和2B所示的方法150的那些步骤相同。然而，在方法250中，在倒置之后的步骤中(参见图3C)，第一部分102和第二部分104可以分开。在一些实施例中，可将包含上清液156的第一部分102用于后续的处理步骤(例如，重复的离心步骤，例如图2A中所示的离心步骤)，并且在一些实施例中，可将第一部分102和/或上清液156弃去。
因此，图3D中仅显示了第二部分104。注意，第二部分104已从其在图3C中的取向发生倒置，使得凹陷部136(例如，微结构化表面138)朝向上。并不一定必须如此，但这一取向可能有助于后续的检测步骤。如图3E所示，可任选地在凹陷部136上设置上盖或密封件153以阻止浓缩物154的蒸发。此类密封件153可包括任何合适的密封件，并且可包括但不限于：任何基本上透明的薄膜或条带，所述的基本上透明的薄膜或条带包含被构造为粘附到湿表面的粘合剂，例如有机硅聚脲粘合剂，如美国专利No.6,730,397所述，该专利以引用的方式并入本文；任何基本上透明的薄膜，所述的基本上透明的薄膜被构造为可以热封到微结构化表面138上；其他合适的密封件；以及它们的组合。
如图3E中的大箭头所示，然后可以从第二部分104的第一侧面140对浓缩物154进行解析，或从第二部分104的内部或面向内表面120或第一主表面148对其进行解析。在此类实施例中，第二部分104不一定包含任何基本上透明的部分，因为凹陷部136的开口端147将面向的方向为解析凹陷部136内的浓缩物154所取的方向。然而，应当理解，第二部分104或其一部分仍然可以为基本上透明的(如果需要)。
图4示出了第二部分104沿图3C中的线4-4截取的示意性截面图，其中浓缩物154保持在第二部分104的凹陷部136中。如图4所示，一个或多个凹陷部136(例如，形成微结构化表面138的微结构化凹陷部136)可以形成于第二部分104的内表面120或第一主表面148。在一些实施例中，如图4所示，浓缩物154可包含不溶性物质158和液体160，其还可包含可溶性物质，并且特别是包含密度低于不溶性物质158的可溶性物质。浓缩物154，特别是其中的不溶性物质158(如果存在)可包含(如果存在于样品152中)所关注分析物(例如，所关注微生物或代表所关注微生物的分析物)。
图2A-2C和图3A-3E分别示出以及如上所述的样品检测方法150和250可提供对样品152的浓缩物154(即，任何可能存在于样品152中的所关注分析物)的有效收集，样品152和/或浓缩物154的损失极少。例如，可通过在图2A和3A所示的离心步骤中将第二部分104中的浓缩物154(包含所关注分析物，如果存在)基本上“捕集”来实现有效收集。浓缩物154中所关注分析物的浓度通常比样品152中可能存在的任何所关注分析物浓度要高得多。
根据离心步骤中采用的离心参数和/或第二部分104中采用的凹陷部136的数量、形状和尺寸，可确定保持在第二部分104中的浓缩物154的质量和/或体积。即，可根据待浓缩的样品152和期望的所关注分析物来配置第二部分104(和/或离心步骤)。在一些实施例中，因为第二部分104的凹陷部136的体积是恒定的，所以每次可用第二部分104来获得预测的体积。在一些实施例中，可将更加浓缩的初始样品152添加至容器108中，并且第二部分104的凹陷部136的恒定体积/尺寸可以用来获得已知数量或量的一种或多种所关注分析物，例如，给定的所关注微生物的已知细胞群体。现在将更加详细地说明第二部分104的凹陷部136。
返回图4，一个或多个凹陷部136可形成于第二部分104的内表面120中和/或一个或多个凹陷部136可形成于可联接到(例如，设置得紧靠)第二部分104的内表面120的至少一部分并设置在容器108内的基材(或插件或薄膜)中。在采用基材(或薄膜)的实施例中，基材的厚度可以为至少约25微米；在一些实施例中，为至少约100微米；并且在一些实施例中，为至少约400微米。在一些实施例中，基材的厚度可不超过约2000微米；在一些实施例中，可不超过约1000微米；并且在一些实施例中，可不超过约250微米。
在一些实施例中，基材可以为由各种合适的材料所形成的薄膜，所述材料包括但不限于聚烯烃，例如聚丙烯、聚乙烯或其共混物；烯烃共聚物(例如，与乙酸乙烯基酯的共聚物)；聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯；聚酰胺(尼龙-6和尼龙-6,6)；聚氨酯；聚丁烯；聚乳酸；聚乙烯醇；聚苯硫醚；聚砜；聚碳酸酯；聚苯乙烯；液晶聚合物；乙烯-乙酸乙烯酯共聚物；聚丙烯腈；环状聚烯烃；或它们的组合。在一些实施例中，薄膜可以包含选自以下的化合物：1-(3-甲基-正丁基氨基)-9,10-蒽二酮；1-(3-甲基-2-丁基氨基)-9,10-蒽二酮；1-(2-庚基氨基)-9,10-蒽二酮；1,1,3,3-四甲基丁基-9,10-蒽二酮；1,10-十亚甲基-双-(-1-氨基-9,10-蒽二酮)；1,1-二甲基乙基氨基-9,10-蒽二酮；以及1-(正丁氧基丙基氨基)-9,10-蒽二酮。在一些实施例中，薄膜材料可以包括固化的聚合物。此类固化的聚合物都可以衍生自树脂，所述树脂选自：丙烯酸酯树脂、丙烯酸树脂、丙烯酸基树脂，其衍生自环氧化物、聚酯、聚醚和聚氨酯；烯键式不饱和化合物；具有至少一个丙烯酸酯侧基的氨基塑料衍生物；衍生自异氰酸酯和多羟基化合物(或多胺)的聚氨酯(聚脲)；具有至少一个丙烯酸酯侧基的异氰酸酯衍生物；丙烯酸化环氧化物以外的环氧树脂；以及它们的混合物和组合。
图4示出了根据本发明的一个实施例的凹陷部136。在图1和2所示的实施例中，可以为孔和/或槽的凹陷部136至少部分地由多个壁142所限定。在其中凹陷部136包括孔的实施例中，多个壁142可以包括多个相互交叉的壁142。
在一些实施例中，一个或多个凹陷部136为微结构化凹陷部136并且限定微结构化表面138。在此类实施例中，微结构化表面138可通过多种方法形成，包括多种微复制方法，其包括但不限于浇铸、涂覆、模制和/或压合技术以及其他合适的技术或其组合。例如，微结构化表面138的微结构化可通过下列方法中的至少一个形成：(1)利用具有微结构化图案的模具浇铸熔化的热塑性塑料，(2)将流体涂覆到具有微结构图案的模具上，使流体固化，移除得到的薄膜，和/或(3)使热塑膜通过压料辊从而对着具有微结构图案的模具(例如，凸模具)进行挤压(即，压印)。可以使用本领域内的技术人员已知的许多技术中的任何一种来形成该模具，技术的选择部分地取决于模具材料和所期望外形的特征。其他合适的技术包括蚀刻(如，化学蚀刻、机械蚀刻、反应离子刻蚀等、以及它们的组合)、烧蚀(例如，激光烧蚀等)、光刻法、立体光刻、显微机械加工、滚花(如切滚或酸强化滚花)、刻痕、切削等，或它们的组合。
形成微结构表面138的替代方法包括热塑性挤出法、可固化流体涂覆法，以及压印热塑层，该热塑层也可固化。可找到有关基材或薄膜材料和多种形成微结构化表面138的工艺的额外信息，例如，在Halverson等人的PCT公开No.WO 2007/070310和美国公开No.US2007/0134784；Hanschen等人的美国公开No.US 2003/0235677；Graham等人的PCT公开No.WO2004/000569；Ylitalo等人的美国专利No.6,386,699；以及Johnston等人的美国公开No.US 2002/0128578和美国专利No.US 6,420,622、US 6,867,342和US 7,223,364中可找到，这些专利均以引用方式并入本文。
通过微复制，可大规模制备微结构化表面138而在产品间无明显差异，并且未使用相对复杂的加工技术。在一些实施例中，通过微复制制备的微结构化表面在制备中及制备后各特征物得到保真复制，产品间的差异不大于约50微米。在一些实施例中，微结构化表面138在制备中及制备后各特征物得到保真复制，产品间的差异不大于25微米。在一些实施例中，微结构化表面138具有各特征得到保真复制的表面特征物(即，物品、地方或其区域的表面特征物)，个体特征保真性以约50至0.05微米之间的分辨率得以保持，并且在一些实施例中以约25至1微米之间的分辨率得以保持。
凹陷部136适于保持图2A和3A中所示的且如上所述的离心步骤所获得的浓缩物154。图4中所示的各个凹陷部136具有大致呈矩形的横截面形状并且由至少两个壁142和一个底部或封闭端146形成，并且各个凹陷部136与其相邻的凹陷部136通过壁142分开。各个凹陷部136还包括开口端或开口147。应当理解，凹陷部136可以包括各种形状，只要凹陷部136被限定在第二部分104的内表面120和/或适于连接到内表面120的基材中以便能够保持浓缩物154。换句话讲，各个凹陷部136的形状和尺寸被设计成给浓缩物154提供容器或孔。
不管凹陷部136是否包括孔、下陷部、槽或它们的组合，合适的凹陷部形状的例子可包括但不限于多种多面体形状、平行六面体(例如，如图4和7所示)、拟柱体、棱柱体等，以及它们的组合。例如，凹陷部136可以为多面体、圆锥体、截头圆锥体、棱锥体、截头棱锥体、球体、部分球体、半球体、椭球体、穹顶、圆柱体、立体角(例如，参见图18，其示出了可用于形成立体角形凹陷部的模具)、其他合适的形状以及它们的组合。此外，凹陷部136可具有多种截面形状(包括如图4所示的竖直截面、水平截面或它们的组合)，其包括但不限于：平行四边形、带圆角的平行四边形、矩形、正方形、圆形、半圆形、椭圆形、半椭圆形、三角形、梯形、星形、其他多边形(例如以下如图8所示的六边形)、其他合适的横截面形状中的至少一种以及它们的组合。
在一些实施例中，凹陷部136被成形为包括边或角。这样的边或角可方便将浓缩物154保持在凹陷部136中并且可防止浓缩物154在正常重力下被从凹陷部136移出。例如，在其中浓缩物154具有高表面能或者其中浓缩物154所包括的分子被吸引到构成第二部分104的内表面120的材料或形成凹陷部136的基材的分子的实施例中，浓缩物154可优先地被吸引到凹陷部136的边和/或角(即，在这些地方浓缩物154可保持与两个或更多个表面接触)而不是光滑的单个表面。
在图4所示的实施例中，各凹陷部136的底部146是平坦的且平面的(即，具有面积)，并且与第一主表面148(例如，第二部分104的内表面120的主表面和/或适于与内表面120联接的基材的主表面)大致平行。然而，由于凹陷部136可采用其他形状，因此底部146不必为平面，而是可以包括与第一主表面148具有最大间距的一个点或一条线。例如，在采用一个或多个半球状凹陷部136的实施例中，此类凹陷部136的底部146可以包括半球上的与第一主表面148具有最大间距的点。此外，即使在采用平面底部146的实施例中，底部146也不必完全平坦，而是可以为至少部分地弯曲、平坦或它们的组合。此外，即使在采用平坦的平面底部146的实施例中，底部146也不必与主表面148平行，而是可取向成相对于主表面148成一角度(例如，非零角度)。
此外，在图4所示的实施例中，各个凹陷部136均示出为具有不同的对称线，并且底部146相对于凹陷部136的开口147处于中心位置。然而，应当理解，凹陷部136不必包括任何对称线，并且底部146(不论底部146是否包括点、线或面)也不必相对于凹陷部136的开口147处于中心位置。
图4所示的各个凹陷部136仅以举例的方式示出为具有相同尺寸和形状；然而，应当理解，所有凹陷部136不必具有相同的尺寸或形状。即，各个凹陷部136均可由大概相同的形状和尺寸、相同或相似的形状但不同的尺寸、不同的形状但相似的尺寸、不同的形状和尺寸或它们的组合所形成。例如，在一些实施例中，凹陷部136可包括交替尺寸的形状相似的凹陷部136的图案，或者包括凹陷部136的一些区域，其中同一区域内的凹陷部136的尺寸(或形状)相同，但与相邻区域的凹陷部136的尺寸(或形状)不同，等等，以及它们的组合。
此外，图4所示的凹陷部136仅以举例的方式示出为规则地排列(例如，在其中凹陷部136包括孔的实施例中为格形阵列)。然而，应当理解，凹陷部136可包括多种规则排列或阵列、无规排列或它们的组合。在一些实施例中，凹陷部136在局部或较小范围内无规排列，但该无规排列在较大范围内有序出现或重复。作为另一种选择，在一些实施例中，凹陷部136在较小范围内有序排列，但该有序区域在较大范围内无规排列。
此外，在图4所示的实施例中，所有的壁142均具有相同的尺寸和形状。然而，应当理解，壁可能具有多种其他形状。例如，壁142的截面形状不必是大致的矩形，而是可包括上述截面形状中的任何一种。
壁142和凹陷部136可通过多种尺寸、维度、壁142或凹陷部136之间的距离、相对尺寸等来表征。壁142通常具有诸如厚度、高度、长度、宽度等之类的维度。凹陷部136通常具有诸如半径、直径、高度、宽度、长度等之类的维度的体积。通常，壁142和/或凹陷部136的尺寸、形状和间隔被设计成在第二部分104为任意取向时将浓缩物154保持在凹陷部136中(如，通过毛细力)。
在一些实施例中，壁142的平均厚度为至少约1微米；在一些实施例中，至少约5微米；并且在一些实施例中，至少约10微米。在一些实施例中，壁142的平均厚度可不大于约50微米；在一些实施例中，不大于约30微米；在一些实施例中，不大于约20微米。
壁142的形状和/或尺寸可设计为使得壁142的顶部表面的面积最小，从而任何被收集在壁142的顶部表面上的物质可转移到相邻的凹陷部136中。例如，在一些实施例中，壁142可包括朝向顶部表面的渐缩部。在一些实施例中，顶部表面可包括凸面形状。在一些实施例中，可以采用渐缩部和凸面形状的组合。在一些实施例中，顶部表面并非呈弧形，而是平坦的；然而，限定凹陷部136的开口147的顶部表面平滑，没有或者几乎没有明显的边缘。
在一些实施例中，可选择任何给定区域中的壁142和凹陷部136的构造，使得壁或凹陷部的平均间距P(即，分别为相邻的壁142或凹陷部136之间的中心至中心距离)为至少约1微米；在一些实施例中，为至少约10微米；并且在一些实施例中，为至少约50微米。在一些实施例中，壁或凹陷部的平均间距P不大于约1000微米；在一些实施例中，不大于约800微米；在一些实施例中，不大于约600微米；在一些实施例中，不大于约500微米；在一些实施例中，不大于约200微米；在一些实施例中，不大于约150微米；并且在一些实施例中，不大于约100微米。在一些实施例中，间距P可处于50微米至850微米的范围内。
在一些实施例中，凹陷部136可以在第一主表面148上比在其他表面上更致密地堆积在一起。凹陷部136的堆积密度越高(例如，用平均凹陷部密度或平均孔密度来表示)，通常给定面积的第二部分104的第一侧面140可以容纳更多的浓缩物154。另外，在一些实施例中，如果微结构化表面138在各个凹陷部136之间包括更多的“平台区域(land area)”，有可能样品中更致密的部分(例如，包含所关注分析物)可以被离心到平台区域上，然后在倒置容器时可能往往随上清液被带走。因此，一般来讲，优选在微结构化表面138上有较高的凹陷部密度，以便有较高的捕集可能性。
在一些实施例中，平均凹陷部密度为至少约20个凹陷部/cm2；在一些实施例中，为至少约30个凹陷部/cm2；在一些实施例中，为至少约70个凹陷部/cm2；在一些实施例中，为至少约100个凹陷部/cm2；在一些实施例中，为至少约150个凹陷部/cm2；在一些实施例中，为至少约200个凹陷部/cm2；在一些实施例中，为至少约500个凹陷部/cm2；在一些实施例中，为至少约800个凹陷部/cm2；在一些实施例中，为至少约900个凹陷部/cm2；在一些实施例中，为至少约1000个凹陷部/cm2；在一些实施例中，为至少约2000个凹陷部/cm2；并且在一些实施例中，为至少约3000个凹陷部/cm2。在一些实施例中，凹陷部密度可以为约825个凹陷部/cm2。
在一些实施例中，凹陷部136可通过第一主表面148的平面内x方向的维度(例如，长、宽、半径、直径、对角线等)来表征。短语“平面内”通常用于指x-y平面维度，且仅用于与深度或z方向的维度区分，但并不一定要求该维度完全在第一主表面148的平面内，而是可以包括位于与第一主表面148的平面大致平行的其他类似x-y平面的维度。在一些实施例中，平均凹陷部x-方向(或y-方向)的维度(例如，底部146的宽度)为至少约1微米；在一些实施例中，为至少约10微米；并且在一些实施例中，为至少约50微米。在一些实施例中，平均凹陷部x方向的维度为小于约1000微米；在一些实施例中，小于约500微米；并且在一些实施例中，小于约100微米。
在一些实施例中，平均凹陷部体积为至少约1皮升(pL)；在一些实施例中，为至少约10pL；在一些实施例中，为至少约100pL；并且在一些实施例中，为至少约1000pL(1nL)。在一些实施例中，平均凹陷部体积为不大于约1,000,000pL(1μL)；在一些实施例中，不大于约100,000pL；在一些实施例中，不大于约10,000pL。在一些实施例中，平均凹陷部体积处于10nL(10,000pL)至100nL(100,000pL)的范围内。
表征壁142和凹陷部136的另一种方式是以它们的纵横比来描述。凹陷部136的“纵横比”是指凹陷部136的深度与凹陷部136的宽度之比。壁142的“纵横比”是指壁142的高度与壁142的宽度(或厚度)之比。凹陷部136和/或壁142的纵横比可包括上述那些纵横比。
在一些实施例中，平均壁纵横比为至少约0.01；在一些实施例中，至少约0.05；并且在一些实施例中，至少约1。在一些实施例中，平均壁纵横比不大于约15；在一些实施例中，不大于约10；并且在一些实施例中，不大于约8。
在一些实施例中，壁142的平均高度或凹陷部136的平均深度(即，凹陷部136的封闭端或底部146与凹陷部136的开口端或开口147(即第一主表面148的邻近部分)之间的距离)为至少约5微米；在一些实施例中，至少约20微米；并且在一些实施例中，至少约30微米。在一些实施例中，壁142的平均高度或凹陷部136的平均深度可不大于约1000微米；在一些实施例中，不大于约250微米；在一些实施例中，不大于约100微米；并且在一些实施例中，不大于约50微米。在图4所示的实施例中，壁高基本上与凹陷部深度相同；然而，应当理解并不一定如此。例如，在一些实施例中，凹陷部136包括凹进去甚至低于壁142的底端的部分，使得孔的深度大于壁的高度。然而，即使在这些实施例中，以上尺寸范围也可适用。
在一些实施例中，与图4所示的实施例不同，凹陷部136可具有一定的拔模斜度，使得各个壁142相对于各自的底部146以非零且非直角取向(参见，例如图16E)。在一些实施例中，拔模斜度可用凹陷部136的壁142与竖直方向(即，与平坦底部146垂直或正交的线或面)之间的夹角表示，例如，如图16E所示。在一些实施例中，拔模斜度可以为至少约5度；在一些实施例中，至少约10度；在一些实施例中，至少约12.5度；并且在一些实施例中，至少约15度。在一些实施例中，拔模斜度不大于约50度；在一些实施例中，不大于约30度；在一些实施例中，不大于约25度；并且在一些实施例中，不大于约20度。在一些实施例中，拔模斜度处于约10度至约12.5度的范围内。
无论凹陷部136或壁142自身是否是微结构化的，第二部分104都可包括微结构化表面138，该微结构化表面138包括其他微结构化特征物，例如突起部、下陷部或凹陷部，或者它们的组合。至少一些微结构化特征物可以以纳米级、微米级或宏观级形成。每个微结构特征物可由两个或更多个维度(如，一个或多个进入/离开第一主表面148的平面的维度以及一个或多个在第一主表面148的平面内的维度)限定。在一些实施例中，第一主表面148包括微结构化特征物的构造，使得每个特征物的至少两个维度是微观的。“特征物”可以包括在第一主表面148形成的任何上述微结构化特征物，包括壁142、凹陷部136或任何其他形成于第一主表面148上的微结构化特征物。
微结构化特征物可具有所需的特征尺寸(如，长度、宽度、深度、半径、直径或沿任何方向测量的其他维度)和密度(如，第一主表面148的单位面积的特征物数量)。可构造特征物，使得在全部三个方向上(如，x、y(在第一主表面148的平面内)和z(进入/离开第一主表面148的平面))的特征长度类似。作为另一种选择，可构造特征物，使得在一个或多个方向上的特征长度比其他方向上的大。
在一些实施例中，特征物在一个或多个维度上可具有不大于约500微米的最大特征长度。在一些实施例中，最大特征长度是50微米；并且在一些实施例中，最大特征长度是10微米。在一些实施例中，在一个或多个维度上的最小特征长度是1纳米。在一些实施例中，最小特征长度是10纳米，并且在一些实施例中，最小特征长度是100纳米。此外，在一些实施例中，特征物密度为每平方毫米(mm2)至少100个特征物；在一些实施例中，每平方毫米(mm2)至少1,000个特征物；并且在一些实施例中，每平方毫米(mm2)至少10,000个特征物。
可采用本发明的系统和方法的微结构化表面的其他实施例将参照图7-17H在下文中予以更详细的描述。
图5示出了根据本发明的另一个实施例的样品检测系统200。样品检测系统200具有许多与以上参照图1所示实施例所描述的元件和特征物相同的元件和特征物。因此，与图1所示实施例中的元件和特征物所对应的元件和特征物用200系列的相同的附图标记示出。参考以上附图1-4的描述，以更完整地描述图5所示的实施例的特征物和元件(以及这些特征物和元件的替代形式)。
如图5所示，在一些实施例中，样品检测系统200可包括第一部分202和第二部分204。在一些实施例中，第一部分202和第二部分204可以可拆卸地或永久地联接到一起以形成容器208。
容器208可适于容纳待分析的样品，例如分析是否有一种或多种所关注分析物。样品可以为任何上述的样品。容器108的尺寸和形状可根据需要设计成适应待分析的样品，第一部分202和第二部分204的形状和构造仅以举例的方式示出。
容器208的第二部分204在图5中仅以举例的方式示出为容器208的适于容纳大部分样品的部分(例如，“管”或“贮存器”)。此外，第一部分202仅以举例的方式示出为容器208的有效覆盖或封闭第二部分204的顶盖。
仅以举例的方式，第二部分204在图5中示出为具有封闭端或底部216和开口端218的细长的、基本上呈柱形的管，第一部分202示出为具有封闭端212和开口端214的顶盖。第一部分202的开口端214的尺寸被设计为接纳第二部分204的至少一部分，并且具体来讲，其接纳第二部分204的开口端218，使得第二部分204与第一部分202联接在一起就封闭和/或覆盖第二部分204的开口端218。再以举例的方式，第一部分202和第二部分204被构造为通过扣合型接头联接在一起；然而，可使用任何上述联接方式代替或补充扣合型接头。此外，在一些实施例中，第一部分202和第二部分204中的一者或两者可包括一个或多个密封件(如O形环)。
第一部分202和第二部分204可以由上文针对图1-4所示实施例所述的任何材料形成。第一部分202和第二部分204可由相同材料或不同材料形成。此外，第一部分202和第二部分204可具有如上文针对图1-4所示容器108所述的透明性和尺寸(例如，体积)范围。
在一些实施例中，第二部分204可包括标记，所述标记可用来方便向第二部分204添加所需的体积。
在一些实施例中，第二部分204可包括一个或多个凹陷部236(例如，与其封闭端或底部212相邻或形成于其中)，其适于保持待分析样品的浓缩物，各个凹陷部236朝向第二部分204的开口端218开口。凹陷部236可包括上文针对图1-4所示实施例的凹陷部136所述的任何特征物。一个或多个凹陷部236可直接形成于形成第二部分204的材料中，或者一个或多个凹陷部236可形成于联接至第二部分204并可形成容器208的一部分的基材(或“插件(insert)”或“镜片(lens)”)中。此类基材将参照图16A-16H和图17A-17H在下文进行更详细的描述。
在一些实施例中，第二部分204的内表面220的至少一部分可以包括微结构化表面238。在采用微结构化表面238的实施例中，一个或多个凹陷部236可以为微结构化凹陷部236，并且微结构化表面238可以包括各种微结构化特征物。
与图1-4所示的实施例一样，在一些实施例中，第二部分204可以被描述为包括位于第二部分204的第一侧面240(并且具体地讲位于底部216的第一侧面240)中的凹陷部236(例如，微结构化表面238)，其通常面向容器208的内部(或“内侧”)和第一部分202的内部，并且通常包括内表面220或其一部分。具体地讲，第一侧面240可包括第一主表面248(即，与图4所示的第一主表面148类似)，其中可形成凹陷部236或微结构化表面238，此类凹陷部或“孔”可包括开口端，开口端朝向第二部分204的第一侧面240以及朝向容器208的内部开口。第二部分204还可包括具有第二主表面249的第二侧面241(参见，例如图4)，其通常分别与第一侧面240和第一主表面248相对。第二主表面249的至少一部分可以限定凹陷部236(例如，微结构化凹陷部)的封闭端或底部的至少一部分。第二侧面241可以面向容器208的外部(或“外侧”)，例如，远离第一部分202。因此，保持在第二部分204中的浓缩物可以从第一侧面240或从第二侧面241进行解析，例如在其中第二部分204的至少一部分(例如，底部216和/或第二侧面241)基本上透明的实施例中。
上文针对图1-4所示样品检测系统100的第一部分102所述的任何体积、尺寸和形状也可应用于图5所示样品检测系统200的第二部分204。类似地，上文针对图1-4所示样品检测系统100的第二部分104所述的任何体积、尺寸和形状可应用于图5所示样品检测系统200的第一部分202。类似地，上文针对样品检测系统100的凹陷部136所述的任何特征物也可应用于图5所示样品检测系统200的凹陷部236，包括“收集体积”和各个体积的范围。
在一些实施例中，第二部分204可以称为容器108的“接纳部分”和“检测部分”，并且第一部分202可以称为容器108的“顶盖”、“上盖”或“顶盖部分”。容器208的第二部分204(或“检测部分”)相对于容器208的第一部分202(或“顶盖部分”)的体积范围和体积比值可与上文针对容器108的接纳部分102和顶盖部分104所述的体积比值相同。这样，可使用图5所示的容器208获得的浓度增加及其范围可与使用图1-4所示容器108获得的浓度增加及其范围相同。
参照图6A-6C，现在将继续参照图5的样品检测系统200描述样品检测方法350。
如图6A所示，样品252可以设置在由第一部分202和第二部分204形成的容器208中。容器208(无需首先倒置)可以朝向第二部分204的第一方向(或取向)D1进行离心。此离心处理可引起包含样品252中更致密物质的浓缩物254移至第二部分204，具体地讲移至第二部分204中形成的一个或多个凹陷部236(例如，微结构化表面238)中。“浓缩物”254通常可包括离心处理所形成的样品的沉降物，但也可包括样品的至少一部分上清液或稀释剂，如上文参照图4所述。
在图6A所示的离心步骤中，在第二部分204中形成和保持浓缩物254所需的离心g力、持续时间和/或循环次数可根据样品252的组成、所关注分析物等因素中的一者或多者而变化。
如图6B所示，然后可以将容器208倒置，使得离心步骤所得到的上清液256从第二部分204中滗析出来，而浓缩物254则继续保持在第二部分204中(并且具体地讲保持在第二部分204的凹陷部236或微结构化表面238中)。第二部分204(并且具体地讲凹陷部236或微结构化表面238)可适于在正常重力作用(例如，在标准重力，即海平面的地球重力加速度的标准值9.8m/s2)下保持浓缩物254。即，浓缩物254可以保持在第二部分204中，直到施加足够的g力(例如，沿基本上与第一方向或取向D1相对的第二方向或取向)以从第二部分204移出浓缩物254，而与第二部分204的取向无关。
如图6C所示，然后可从容器208的外侧(即，从第二部分204的第二侧面241)解析第二部分204中的浓缩物254，如大箭头所表示。在此类实施例中，第二部分204或其至少一部分可以基本上透明，以便能够从第二侧面241解析浓缩物254(例如，通过光学方法)。另外，此类实施例可采用永久联接在一起的第一部分202和第二部分204，因为检测或解析步骤可以从容器208外侧进行，使得无需为了解析步骤而将第二部分204与第一部分202分开。另外，在此类实施例中，如图6C所示，上清液256可充当湿度贮存器以免浓缩物254在检测过程可得以完成前大量蒸发。
上文针对图2A-2C所述的使得能够从第二部分204的第二侧面241进行解析的各种方式也可应用于样品检测系统200。
图7示出了根据本发明另一个实施例的示例性微结构化表面338，其采用一级和二级微结构特征物。微结构化表面338具有许多与以上参照图4所示实施例所描述的元件和特征物相同的元件和特征物。因此，与图7所示实施例中的元件和特征物相对应的元件和特征物用300系列的相同的附图标记示出。参考以上附图4的描述，以更完整地描述图7所示实施例的特征物和元件(以及这些特征物和元件的替代形式)。
微结构化表面338包括第一主表面348，该第一主表面348至少部分地由多个一级相互交叉的壁342限定，并且具体地讲由该多个一级相互交叉的壁342的上表面限定。主表面348也可称作“一级微结构化表面”348。一级微结构化表面348包括多个一级凹陷部376(即，在图7中限定为孔)，每个凹陷部至少部分地由四个一级壁342、一个一级底部或封闭端346以及一个一级开口或开口端347限定。
微结构化表面338还包括第二水平或程度的微结构。具体地讲，微结构化表面338包括二级主表面368，其还可称作“二级微结构化表面”368。二级微结构化表面368至少部分地由多个二级相互交叉的壁372限定，并且具体地讲由该多个二级相互交叉的壁372的上表面限定。在图7所示的实施例中，多个二级壁372的上表面与主表面348之间间隔一定距离，使得二级壁372相对于微结构化表面338的主表面348凹陷。
二级微结构化表面368还由多个二级凹陷部366(即，在图7中限定为孔)所限定，每个凹陷部至少部分地由四个二级壁372、一个二级底部或封闭端376以及一个二级开口或开口端377限定。二级底部376与一级微结构化表面348之间间隔一定距离，并且与二级微结构化表面368之间间隔一定距离。在图7所示的实施例中，各个一级底部346至少部分地由多个二级底部376限定，并且二级底部376设置为其与一级微结构化表面348的距离和一级底部346与一级微结构化表面348的距离相同。然而，应当理解，二级底部376不一定与一级底部246设置在相同的深度，相反地，二级底部376可以设置为与一级微结构化表面348相隔另外的距离并且可以与各个一级底部346也间隔一定距离。例如，在一些实施例中，一个或多个一级凹陷部336可包括一个或多个二级凹陷部366，该一个或多个二级凹陷部366设置成使得二级凹陷部366限定一级底部346和二级底部376之间的阶梯构造。
浓缩物可以设置在微结构化表面338的一级凹陷部336和二级凹陷部366中，并且具体地讲设置在二级凹陷部366中。即，每个一级凹陷部336和每个二级凹陷部366均适于保持浓缩物。在如图7所示的实施例中，二级壁372示出为比一级壁342低，然而，应当理解，二级壁372相反可以与一级壁342一样高(或尺寸相对于二级壁372更加相似)。在一些使用较低二级壁372的实施例中，可允许浓缩物溢出二级凹陷部366而仍然保持在微结构化表面338中。
仅以举例的方式，图7所示的实施例包括两个水平或程度的微结构化。然而，附加程度的微结构化可进一步提高浓缩物在微结构化表面238中的保持。此类额外附加的微结构化可以包括附加的三级微结构、四级微结构等。每个附加水平的微结构化可以更加深入主表面348中(例如，由第二部分例如第二部分104、204或限定微结构化表面338的基材提供)，并且所形成的附加孔的底部与一级微结构化表面348的距离可以和一级底部346与一级微结构化表面348的距离相同、不同或其组合。
图7的微结构化表面338示出了一级凹陷部336以及处于各个一级凹陷部336中的多个二级凹陷部366。然而，应当理解，可采用多种规则构造、不规则构造或组合构造。例如，在一些实施例中，不规则一级凹陷部336可包括二级凹陷部366，或者每隔一个一级凹陷部336可包括二级凹陷部366，或者微结构化表面338的一些区域可包括一级和二级凹陷部336和366，而微结构化表面338的一些区域仅仅包括一级凹陷部336，等等。
在图7所示的实施例中，二级壁372相对于一级壁342以约45度的角度取向。然而，应当理解，二级壁372相对于一级壁342可以改为以多种其他角度(例如，0度、90度等)取向。此外，二级凹陷部366示出为具有与一级凹陷部336相同的形状；然而，应当理解，上文针对图1的凹陷部136描述的有关形状、数量、取向、尺寸等的所有可替代方案都适用于图7的微结构化表面338的一级凹陷部336和二级凹陷部366。
二级壁372和二级凹陷部366可具有尺寸范围，且可由上文针对图4所示壁142和凹陷部136给出的尺寸范围来限定。此外，在一些实施例中，二级凹陷部366的平均深度或二级壁372的平均高度为至少约0.1微米；在一些实施例中，为至少约1微米；并且在一些实施例中，为至少约2微米。在一些实施例中，二级凹陷部366的平均深度或二级壁372的平均高度不大于约50微米；在一些实施例中，不大于约20微米；在一些实施例中，不大于约10微米；并且在一些实施例中，不大于约5微米。
二级壁372和二级凹陷部366还可由与一级壁342和一级凹陷部336比较得出的相对大小来限定。例如，在一些实施例中，二级壁的平均高度或二级孔的平均深度比一级壁的平均高度或一级孔的平均深度分别少至少约5微米。一级壁的平均高度和一级孔的平均深度以及一级壁342和一级凹陷部336的其他特性可假定为与上文针对图4的壁142和凹陷部136所述的那些相同。此外，在一些实施例中，二级壁的平均高度或二级孔的平均深度比一级壁的平均高度或一级孔的平均深度分别少至少约20微米；在一些实施例中，分别少至少约50微米；并且在一些实施例中，分别少至少约70微米。
在一些实施例中，一级孔的平均体积与二级孔的平均体积之比为至少约5；在一些实施例中，为至少约30；在一些实施例中，为至少约50；并且在一些实施例中，为至少约150。在一些实施例中，一级孔的平均体积与二级孔的平均体积之比不大于约2,000,000；在一些实施例中，不大于约1,000,000；在一些实施例中，不大于约150,000；并且在一些实施例中，不大于约500。
在图7所示微结构化表面338的一个实施例中，一级凹陷部336(其为孔的形式)和一级壁342包括约250微米的间距(即，分别地，相邻的各一级壁342或各凹陷部336之间的中心至中心间距)。一级凹陷部336的形状为平行六面体形，标称深度为约67微米，并且一级壁342取向成与基材的纵向成45度的角度。一级壁相交处之间的一级壁高度为约67微米，并且在相交区域中的一级壁高度为约75微米。二级壁372的高度为约4微米，并且二级壁372和二级凹陷部366包括约25微米的间距(即，分别地，相邻的各二级壁372或各凹陷部336之间的中心至中心间距)。二级壁372排列为使得其与基材的纵向平行或垂直(即，二级壁372与一级壁342排列成约45度角)。微结构化表面338及其制备方法的实施例的更多详细信息在Halverson等人的PCT公开No.WO 2007/070310中有描述，该专利公开以引用方式并入本文中。
图8-15分别示出了根据本发明的另一个实施例的微结构化表面438、538、738、838、938、1038和1138。微结构化表面438、538、738、838、938、1038和1138具有许多与上文参照图4所示实施例所述的元件和特征物相同的元件和特征物。因此，与图4所示实施例的元件和特征物相对应的元件和特征物分别用400、500、600、700、800、900、1000和1100系列的相同的附图标记给出。参考以上附图4的描述，以更完整地描述图8-15所示实施例的特征物和元件(以及这些特征物和元件的替代形式)。
如图8所示，微结构化表面438包括多个形成于第一主表面448中的凹陷部436，其适于保持样品的浓缩物，例如在第一离心步骤之后(参见，例如图2A、3A和6A)。图8所示的每个凹陷部436至少部分地由六个壁442、一个底部或封闭端446以及一个开口或开口端447限定。因此，每个凹陷部436的水平横截面(即，沿通常平行于每个凹陷部436的底部446的平面截取的横截面)形状为六边形。在一些实施例中，凹陷部436不包括拔模斜度或者拔模斜度为0度。
在一些实施例中，微结构化表面438可以由蚀刻的母模形成，例如，通过使用玻璃板将印模材料压到模具上至1mm的大约最终厚度而形成。
在图8所示的微结构化表面438的一个实施例中，凹陷部436的间距(即，分别地，相邻的壁342或凹陷部336之间中心到中心的间距)可以为大约100微米，壁高(或凹陷部深度)为大约50微米，并且拔模斜度(即，从壁342与垂直方向之间进行测量)为大约10度。
如图9所示，微结构化表面538包括多个形成于第一主表面548中的凹陷部536，其适于保持样品的浓缩物，例如在第一离心步骤之后(参见，例如图2A、3A和6A)。图9所示的每个凹陷部536至少部分地由圆形侧壁542、一个圆形底部或封闭端546以及一个圆形开口或开口端547限定，使得每个凹陷部536的形状基本上为圆柱形。因此，每个凹陷部536的水平横截面(即，沿通常平行于每个凹陷部536的底部546的平面截取的横截面)形状为圆形。此外，凹陷部536采用六角形排列或以六角形堆积的阵列成形。
如上文结合图4所述，微结构化表面438、538、638、738、838、939、1038和1138可通过多种工艺形成。仅以举例的方式说明，在一些实施例中，图9所示的微结构化表面538可通过蚀刻涂覆有光致抗蚀剂的硅片而形成。此类工艺的一个例子在“实例”中描述为制备微结构化表面MS1的工艺。
在一些实施例中，图10-15所示的微结构化表面638、738、838、938、1038和1138可以代表可根据浇铸工艺形成的微结构化表面的例子，所述浇铸工艺包括将熔化的聚合物材料对着配备有凸模具的浇铸辊进行浇铸，所述凸模具具有所需微结构化表面的反转(例如，“负”)图案。此类工艺的一个例子在“实例”中作为制备微结构化表面MS2A-MS2F的工艺有更详细的描述。在此类浇铸工艺中，凸模具有必要具有一定的拔模斜度，以使得模具的每个突起朝向其末端或顶端渐缩，所述模具的末端或顶端进入熔化的聚合物材料中。因此，由该工艺形成的每个凹陷部从其开口端到其封闭端或底部通常会是渐缩的。如本文所用，短语“拔模斜度”可用于指用来制造凹陷部的模具，或指形成于微结构化表面的所得凹陷部中的角度。
如图10所示，微结构化表面638包括多个形成于第一主表面648中的凹陷部636，其适于保持样品的浓缩物。图10所示的每个凹陷部636至少部分地由四个侧壁642(例如，每个侧壁642取向为基本上与相邻侧壁642垂直)、一个底部或封闭端646以及一个开口端647限定，使得每个凹陷部636的形状基本上为平行六面体形(具体是在图10中，为立方体或长方体)。术语“基本上”用于说明任何拔模斜度。然而，应当理解，每个凹陷部636的三维形状可能更接近正截头棱锥，其具有正方形(或矩形)底部646和正方形(或矩形)开口端647以及锥形侧壁642。因此，每个凹陷部636的水平横截面(即，沿通常平行于每个凹陷部636的底部646的任何平面截取的横截面)形状为正方形。如上所述，拔模斜度可有利于在制备微结构化表面638的过程中从形成微结构化表面638的材料移除凸模具。
此外，在图10所示的实施例中，微结构化表面638还包括形成于第一主表面648中并从一个凹陷部636直线延伸至另一个凹陷部的径迹665。在一些实施例中，这仅仅是浇铸工艺中所使用的模具得到的产物(artifact)，但在一些实施例中，径迹665还可起到保持根据本发明的样品的浓缩物的作用。
在一些实施例中(参见，例如图9-10)，第一主表面(例如548和648)可以在各个凹陷部(例如536和636)之间包括较大部分的“平台区域”；而在一些实施例中(参见图8)，凹陷部(例如436)可以非常致密地排列或堆积在第一主表面(例如448)上，使得各个凹陷部之间存在的“平台区域”非常少。一般来讲，凹陷部的堆积密度将以“孔密度”或“凹陷部密度”来描述，如上文结合图4所述。作为另一种选择，这一概念可通过描述第一主表面上的“开放区域百分比”来反映，其通常是指第一主表面被凹陷部(或孔)占据的百分比，与平台区域相对。
如图11所示，微结构化表面738包括多个形成于第一主表面748中的凹陷部736，其适于保持样品的浓缩物。图11所示的每个凹陷部736至少部分地由六个侧壁742、一个底部或封闭端746以及一个开口或开口端747限定，使得每个凹陷部736的形状基本上为六边形，至少在第一主表面748的水平上如此。因此，每个凹陷部736的水平横截面(即，沿通常平行于每个凹陷部736的底部746的平面截取的横截面)形状通常为六边形。在一些实施例中，如图11所示的实施例，微结构化表面738可通过具有形状为圆形的突起顶端的模具形成，使得底部746为圆形。在一些实施例中，如图11所示，凹陷部736可以(例如)朝向底部746渐缩。如上文所述，此类渐缩部通常被称作“拔模斜度”，并且在形成(例如，浇铸)微结构化表面738的过程中可用于从第一主表面748上除去模具。
如图12所示，微结构化表面838包括多个形成于第一主表面848中的凹陷部836，其适于保持样品的浓缩物。图12所示的每个凹陷部836至少部分地由四个侧壁842(例如，每个侧壁842取向为基本上与相邻侧壁842垂直)、一个底部或封闭端846以及一个开口或开口端847限定，使得每个凹陷部836的形状基本上为平行六面体形(具体在图12中，为立方体或长方体)。术语“基本上”用于说明任何拔模斜度。然而，应当理解，每个凹陷部836的三维形状可能更接近正截头棱锥，其具有正方形(或矩形)底部846和正方形(或矩形)开口端847以及锥形侧壁842。因此，每个凹陷部836的水平横截面(即，沿通常平行于每个凹陷部836的底部846的平面截取的横截面)形状为正方形(或矩形)。此外，在图12所示的实施例中，微结构化表面838还包括凸起区域、隆起或突起867，其形成于第一主表面848并围绕每个凹陷部836。每个凸起区域867的形状通常为圆形或半球形。在一些实施例中，这仅仅是由用于产生微结构化表面838(例如，在浇铸工艺中)的模具得来的产物(artifact)。在一些实施例中，可优选使用不会在所得的微结构化表面138中形成此类产物的模具。
图13所示的微结构化表面938与图12所示的微结构化表面838基本上类似，不同的是凹陷部936在第一主表面948上的排列或堆积比在图12中更为致密。即，每个凹陷部936形成于第一主表面948中并且至少部分地由四个侧壁942、一个底部或封闭端946以及一个开口端947限定，使得每个凹陷部936的形状基本上为平行六面体形。术语“基本上”同样用于说明任何拔模斜度。然而，应当理解，每个凹陷部936的三维形状可能更接近正截头棱锥，其具有正方形(或矩形)底部946和正方形(或矩形)开口端947以及锥形侧壁942。因此，每个凹陷部936的水平横截面(即，沿通常平行于每个凹陷部936的底部946的平面截取的横截面)形状为正方形，并且每个凹陷部936被通常为圆形或半球形的凸起区域、隆起或突起967围绕。
可用于形成图12和13所示微结构化表面838和938的模具850和950(例如，凸模具)的例子分别显示在图19A-19B和20A-20B中。如图19A-19B和20A-20B所示，每个模具850和950分别可包括从模具表面或主表面880、980延伸出的多个突起、柱子或销855、955，其各自分别对应于一个凹陷部836、936。如图中所示，每个突起855、955的形状通常为截头棱锥形。如图中所示，突起855、955包括凹陷部836、936的反转或“负”形状。每个突起855、955包括最终将形成并对应于凹陷部836、936的开口端847、947的底部857、957，以及最终将形成并对应于凹陷部836、936的底部或封闭端846、946的顶端859、959。
每个顶端859、959的宽度用“Xt”表示，并且其长度通常用字母“Yt”表示(参见图19A和20A)。每个底部857、957的宽度(或长度)用“Xb.”表示。间距或相邻的突起855、955之间中心到中心的距离用字母“P”表示(参见图19A和20A)，并且突起855、955之间的距离用字母“d”表示(参见图19B和20B)。每个突起855、955的总高度用“HT”表示，并且每个顶端859、959的高度用“Ht”表示(参见图19B和20B)。总高度“HT”将通常分别对应于每个凹陷部836、936的深度。每个突起855、955的拔模斜度用角度α表示。
在一个示例性实施例中，图12和13的凹陷部836和936分别由模具850和950形成，所述凹陷部的测量尺寸和/或计算尺寸在“实例”的表1中给出，在其中微结构化表面838和939分别称为“MS2C”和“MS2D”。此外，模具850和950的示例性实施例的尺寸在“实例”的表2中给出。
如图14所示，微结构化表面1038包括多个形成于第一主表面1048中的凹陷部1036，其适于保持样品的浓缩物。图14所示的每个凹陷部1036至少部分地由六个侧壁1042、一个底部或封闭端1046以及一个开口或开口端1047限定，使得每个凹陷部1036的形状基本上为六方形，至少在第一主表面1048的水平上如此。因此，每个凹陷部1036的水平横截面(即，沿通常平行于每个凹陷部1036的底部1046的平面截取的横截面)形状通常为六边形。在一些实施例中，如图14所示的实施例，微结构化表面1038可通过具有形状为圆形的突起顶端的模具形成，使得底部1046为圆形。每个凹陷部1036包括一定的拔模斜度(例如，如在“实例”中对微结构化表面MS2E所报道)，使得每个凹陷部1036从其开口端1047到其封闭端或底部1046渐缩。此外，凹陷部1036呈六角形堆积，使得其中心到中心的距离(或间距)通常小于类似正方形堆积设计的间距，从而凹陷部密度高于类似正方形堆积设计的密度。
微结构化表面1038可以由类似于模具850、950的模具形成，不同的是突起将呈六角形堆积。例如，在一些实施例中，模具可以包括六角形堆积的突起，其间距P为350微米，顶端直径(即，“特征尺寸”)为225微米，底部直径为300-325微米，并且高度为250微米。
图15所示的微结构化表面1138与图12所示的微结构化表面838或图13所示的微结构化表面938基本上类似，不同的是凹陷部1136在第一主表面1148上的排列或堆积比在图12或13中更为致密。即，每个凹陷部1136形成于第一主表面1148中并且至少部分地由四个侧壁1142、一个底部或封闭端1146以及一个开口端1147限定，使得每个凹陷部1136的形状基本上为平行六面体形。同样，术语“基本上”用于说明任何拔模斜度。然而，应当理解，每个凹陷部1136的三维形状可能更接近正截头棱锥，其具有正方形(或矩形)底部1146和正方形(或矩形)开口端1147以及锥形侧壁1142。因此，每个凹陷部1136的水平横截面(即，沿通常平行于每个凹陷部1136的底部1146的平面截取的横截面)形状为正方形。如图15所示，每个凹陷部1136被正方形凹痕或凹槽包围，其在一些实施例中为用于产生微结构化表面1138的模具的产物(artifact)(例如，在浇铸工艺中)。
可用于形成图15所示微结构化表面和1138的模具1150(例如，凸模具)的一个例子在图21A-21B中示出。如图21A-21B所示，模具1150可包括从模具表面或主表面1180延伸出的多个突起或销1155，其各自对应于一个凹陷部1136。如图中所示，每个突起1155的形状通常为截头棱锥形。如图中所示，突起1155包括凹陷部1136的反转或“负”形状。每个突起1155包括最终将形成并对应于凹陷部1136的开口端1147的底部1157，以及最终将形成并对应于凹陷部1136的底部或封闭端1146的顶端1159。
每个顶端1159的宽度用“Xt”表示，并且其长度通常用字母“Yt”表示(参见图21A)。每个底部1157的宽度(或长度)用“Xb.”表示。间距或相邻的突起1155之间的中心到中心的距离用字母“P”表示(参见图21A)，并且突起1155之间的距离用字母“d”表示(参见图21B)。每个突起1155的总高度用“HT”表示(参见图21B)。总高度“HT”通常将对应于每个凹陷部1136的深度。每个突起1155的拔模斜度用角度α表示。
在一个示例性实施例中，凹陷部1136由模具1150形成，所述凹陷部的测量尺寸和/计算尺寸在“实例”的表1中给出，其中微结构化表面1138被称为“MS2F”。此外，模具1150的一个示例性实施例的尺寸在“实例”的表2中给出。
图16A-16H，特别是图16A-16E，示出了可联接到第二部分(例如，图1-3的第二部分104或图5-6C的第二部分204)的基材或插件1290，并且在其中可以形成微结构化表面1238。如图16A所示，基材1290可包括外壁1291和凸缘1292，其可用于联接到第二部分。第二部分可包括用于接合外壁1291和凸缘1292中的至少一者的啮合脊或特征物。例如，在一些实施例中，基材1290可联接到第二部分以形成容器(例如，图1-3的容器108或图5-6C的容器208)的顶盖，其很类似于具有盖子和罩子的梅森食品瓶，该罩子被构造成用于联接到该瓶并使盖子在该瓶的开口端上保持就位。这样，在一些实施例中，基材1290可以被称作第二部分或第二部分的至少一部分。这样，本文中关于基材1290的任何描述也适用于本发明的“第二部分”。
基材1290还可包括在其中形成微结构化表面1238的第一侧面1240以及与第一侧面1240相对的第二侧面1241，使得第一侧面1240通常面向容器内部，而第二侧面1241通常面向容器外部。
如上提到，在一些实施例中，基材1290的至少一部分(例如，与微结构化表面1238重叠或共延的部分)可以基本上透明，以便从第二侧面1241查看、检测和/或解析微结构化表面1238。具体地讲，微结构化表面1238可包括一个或多个凹陷部1236，所述凹陷部形成于基材1290的第一主表面1248中，凹陷部1236适于保持样品的浓缩物。在一些实施例中，凹陷部1236的至少一部分(例如，其底部1246)可以基本上透明，以便从第二侧面1241查看、检测和/或解析凹陷部1236中的内容物。
图16A-16H所示的每个凹陷部1236至少部分地由四个侧壁1242、一个底部或封闭端1246以及一个开口或开口端1247限定，使得每个凹陷部1236的形状基本为平行六面体形。术语“基本上”用于说明任何拔模斜度α，如图16E所示。即，如图16D-16H所示，每个凹陷部1236的三维形状可能更接近正截头棱锥，其具有正方形(或矩形)底部1246和正方形(或矩形)开口端1247以及从开口端1247到封闭端1246渐缩的锥形侧壁1242。因此，每个凹陷部1236的水平横截面(即，沿通常平行于每个凹陷部1236的底部1246的平面截取的横截面)形状为正方形(或矩形)。此类锥形侧壁1242可以为用于制备凹陷部1236的方法得到的产物(artifact)。在一些实施例中，微结构化表面1238可通过模制形成，这在“实例”中被描述为用于制备微结构化表面MS3A和MS3B的工艺。图16A-16H所示的微结构化表面1238的一个例子在“实例”中被描述为“MS3A”。
图16F-16H的光学显微照片还示出，在一些实施例中，开口端1247可以为至少部分地平滑或圆化。此类平滑或圆化顶部边缘或开口端1247可有助于在离心步骤之后充分地使上清液从保持在凹陷部1236中的浓缩物移除。即，在一些实施例中，如果开口端1247由过于急转的边缘或角度限定，那么在离心之后倒置容器时，液体样品(如含水样品)可能有在这些急转的边缘处断开的倾向。此类颈缩或断开现象可能引起部分液体样品(如上清液)收集在第一主表面1248的小桥或洼处，而不是充分地保持在凹陷部1236中。此类跨接或颈缩可能成为问题，因为如果离心处理所形成大部分沉降物最终位于第一主表面1248上而非处在凹陷部1236内，那些部分可能就不易被检测到。因此，凹陷部1236的开口端1247的平滑或圆化表面和边缘可增强样品沉降物在凹陷部1236中的保持，并且还可增强样品中所关注分析物的检测。如上文提到，可能影响桥、颈缩或洼处在凹陷部1236上方第一主表面1248上的形成的另一个因素是在离心步骤之后倒置包含微结构化表面1238的容器的速度。
在一些实施例中，这可以被描述为具有弯曲、弓形或弧形的上表面的凹陷部1236的侧壁1242，并且第一主表面1248可以被描述为由弯曲、弓形或弧形的表面形成。在一些实施例中，侧壁1242的弧形部分与侧壁1242的其余部分(例如，其从拐点到底部1246之间可以为直线)之间的拐点1245(参见图16H)可以确定保持在凹陷部1236中的浓缩物的高度。拐点还可以称为侧壁1242的弧形部分的正切(或一阶导数)变为平行于侧壁1242的点。实例17描述了如何估计液体(浓缩物)保持在微结构化凹陷部的高度，以及如何确定液体高度与侧壁的拐点相重合。因此，实例17阐述了本发明的微结构化表面中的凹陷部如何可被设计成使得在离心和倒置之后所需高度(如液体高度)的浓缩物(如液体)保持在凹陷部中。此高度还可对应于所关注分析物(如果存在)的所需体积以及所需浓度。因此，可以控制侧壁的几何形状(如曲率半径、拐点等)，以在每个凹陷部中获得体积更少的浓缩物，从而在浓缩物中获得更高浓度的所关注分析物(如果存在)，这可增强检测。
在一些实施例中，微结构化凹陷部的高度可以按凹陷部的底部与相邻侧壁的顶部平面(正切)之间的垂直高度或距离来计算。在一些实施例中，侧壁中的拐点(以及所得的凹陷部中浓缩物的水平或高度)可以出现在凹陷部高度的至少50％的位置处；在一些实施例中，在至少60％处；在一些实施例中，在至少70％；并且在一些实施例中，在至少75％处。在一些实施例中，侧壁中的拐点可以出现在不大于(高于)凹陷部高度95％的位置处；在一些实施例中，在不大于90％处；并且在一些实施例中，在不大于85％处。如实例17中所述，在一些实施例中，拐点可以发生在凹陷部高度的约70％处。
每个底部1246的宽度用字母“X”表示，其长度通常用字母“Y”表示(参见图16D)。间距或相邻凹陷部1236之间中心到中心的距离用字母“P”表示(参见图16D)，并且每个凹陷部1236的垂直高度或深度用字母“H”表示(参见图16E)。
如图16C所示，在一些实施例中，基材1290的凸缘1292可包括与水平方向成β角的呈一定角度的顶部表面。此外，基材1290的总高度或厚度在图16C中用“T1”表示，凸缘1292的高度或厚度在图16C中用“T2”表示。此外，仅以举例的方式，基材1290的形状通常为圆形，并且外壁1291(或包括外壁1291的基材1290的部分)的横向尺寸(例如，圆形实施例中的直径)“X1”在图16C中示出。此外，凸缘1292(或基材1290的包括凸缘1292的部分)的横向尺寸(例如，圆形实施例中的直径)“X2”也在图16C中示出。
可用于形成图16A-16H所示微结构化表面1238的模具1250(例如，凸模具)的一个例子在图22A-22B中示出。如图22A-22B所示，模具1250可包括从模具表面或主表面1280延伸出的多个突起或销1255，其各自对应于一个凹陷部1236。如图中所示，每个突起1255的形状通常为截头棱锥形。如图中所示，突起1255包括凹陷部1236的反转或“负”形状。每个突起1255包括最终将形成并对应于凹陷部1236的开口端1247的底部1257，以及最终将形成并对应于凹陷部1236的底部或封闭端1246的顶端1259。
每个顶端1259的宽度用“Xt”表示，并且其长度通常用字母“Yt”表示(参见图21A)。每个底部1257的宽度(或长度)用“Xb.”表示。间距或相邻的突起1255之间的中心到中心距离用字母“P”表示(参见图22A)，并且突起1255之间的距离用字母“d”表示(参见图22B)。每个突起1255的总高度用“HT”表示(参见图22B)。总高度“HT”通常对应于每个凹陷部1236的深度。每个突起1255的拔模斜度用角度α表示。
在一个示例性实施例中，凹陷部1236由模具1250形成，所述凹陷部的测量尺寸和/计算尺寸在“实例”的表1中给出，其中微结构化表面1238被称为“MS3A”。此外，模具1150的一个示例性实施例的尺寸在“实例”的表2中给出。
模具850、950、1050和1150分别代表用于形成微结构化表面838、938、1038和1138的模具的具体例子。然而，在一些实施例中，突起855、955、1155、1255的顶端859、959、1059、1159的宽度(Xt)或长度(Yt)可不大于约100微米；在一些实施例中，不大于约90微米；并且在一些实施例中，不大于约75微米。
在一些实施例中，突起855、955、1155、1255的底部857、957、1157、1257的宽度或长度(Xb)可不大于约300微米；在一些实施例中，不大于约250微米；在一些实施例中，不大于约150微米；并且在一些实施例中，不大于约100微米。
在一些实施例中，突起855、955、1155、1255的间距或中心至中心距离(P)可不大于约1mm；在一些实施例中，不大于约850微米；在一些实施例中，不大于约800微米；在一些实施例中，不大于约600微米；在一些实施例中，不大于约200微米；并且在一些实施例中，不大于约150微米。
在一些实施例中，突起855、955、1155、1255的底部857、957、1157、1257之间的距离可不大于约600微米；在一些实施例中，不大于约550微米；在一些实施例中，不大于约350微米；并且在一些实施例中，不大于约50微米。
在一些实施例中，突起855、955、1155、1255的总高度(HT)可不大于约500微米；在一些实施例中，不大于约400微米；在一些实施例中，不大于约250微米；并且在一些实施例中，不大于约150微米。
在一些实施例中，突起855、955的顶端859、959的高度(Ht)可不大于约100微米；并且在一些实施例中，不大于约50微米。
在一些实施例中，突起855、955、1055、1155、1255的拔模斜度(α)可以为约5度；在一些实施例中，至少约10度；在一些实施例中，至少约12.5度；并且在一些实施例中，至少约15度。在一些实施例中，拔模斜度不大于约50度；在一些实施例中，不大于约30度；在一些实施例中，不大于约25度；并且在一些实施例中，不大于约20度。在一些实施例中，拔模斜度处于约10度至约12.5度的范围内。
图17A-17H，特别是图17A-17E，示出了可联接到第二部分(例如，图1-3的第二部分104或图5-6C的第二部分204)的基材或插件1390，并且在其中可以形成微结构化表面1338。基材1390具有多个与以上结合图16A-16H所示实施例描述的元件和特征物相同的元件和特征物。因此，与图16A-16H所示实施例的元件和特征物相对应的元件和特征物分别用1300系列的相同的附图标记给出。参考以上附图16A-16H的描述，以更完整地描述图17A-17H所示实施例的特征物和元件(以及这些特征物和元件的替代形式)。图17A-17H所示基材1390与图16A-16H所示基材1290的最显著差别在于微结构化表面1338的凹陷部或孔、尺寸和密度与微结构化表面1238中的不同。即，微结构化表面1338的凹陷部密度远高于微结构化表面1238的凹陷部密度。
如图17A所示，基材1390可包括外壁1391和凸缘1392，其可用于联接到第二部分。如结合基材1290所述，第二部分可包括用于接合外壁1391和凸缘1392中的至少一者的啮合脊或特征物。
基材1390还可包括在其中形成微结构化表面1338的第一侧面1340以及与第一侧面1340相对的第二侧面1341，使得第一侧面1340通常面向容器内部，而第二侧面1341通常面向容器外部。
如上提到，在一些实施例中，基材1390的至少一部分(例如，与微结构化表面1338重叠或共延的部分)可以基本上透明，以便从第二侧面1341查看、检测和/或解析微结构化表面1338。具体地讲，微结构化表面1338可包括一个或多个凹陷部1336，所述凹陷部形成于基材1390的第一主表面1348中，凹陷部1336适于保持样品的浓缩物。在一些实施例中，凹陷部1336的至少一部分(例如，其底部1346)可以基本上透明，以便从第二侧面1341查看、检测和/或解析凹陷部1336中的内容物。
图17A-17H中所示的每个凹陷部1336至少部分地由四个侧壁1342、一个底部或封闭端1346以及一个开口或开口端1347限定，使得每个凹陷部1336的形状基本为平行六面体形。术语“基本上”用于说明任何拔模斜度α，如图17D所示。即，如图17D和17F-17H所示，每个凹陷部1336的三维形状可能更接近正截头棱锥，其具有正方形(或矩形)底部1346和正方形(或矩形)开口端1347以及从开口端1347到封闭端1346渐缩的锥形侧壁1342。因此，每个凹陷部1336的水平横截面(即，沿通常平行于每个凹陷部1336的底部1346的平面截取的横截面)形状为正方形(或矩形)。此类锥形侧壁1342可以为用于制备凹陷部1336的方法得到的产物(artifact)。在一些实施例中，微结构化表面1338可通过模制形成，这在“实例”中被描述为用于制备微结构化表面MS3A和MS3B的工艺。图17A-17H所示的微结构化表面1338的一个例子在“实例”中被描述为“MS3B”。
图17F-17H的光学显微照片还示出在一些实施例中，开口端1347可以为至少部分平滑或圆化，其可具有上文针对基材1290所述的优点。
每个底部1346的宽度用字母“X”表示，其长度通常用字母“Y”表示(参见图17C)。间距或相邻的凹陷部1336之间的中心到中心距离用字母“P”表示(参见图17C)，每个凹陷部1336的垂直高度或深度用字母“H”表示(参见图17D)。
如图17E所示，在一些实施例中，基材1390的凸缘1392可包括与水平方向成β角的呈一定角度的顶部表面。此外，基材1390的总高度或厚度在图17B中用“T1”表示，凸缘1392的高度或厚度在图17B中用“T2”表示。此外，仅以举例的方式，基材1390的形状通常为圆形，并且外壁1391(或基材1390的包括外壁1391的部分)的横向尺寸(例如，圆形实施例中的直径)“X1”在图17B中示出。此外，凸缘1392(或基材1390的包括凸缘1392的部分)的横向尺寸(例如，圆形实施例中的直径)“X2”也在图17B中示出。
一种非常类似于图22A和22B的模具1250的模具可用于形成微结构化表面1338，不同的是用于形成微结构化表面1338的模具包括排列或堆积为堆积密度高于模具1250的堆积密度的销。
在一些实施例中，微结构化表面可包括倒置的(即，上下倒置和中空)的立体角形凹陷部，其可以(例如)利用热固化的聚二甲基硅氧烷(PDMS；可以以商品名184得自密歇根州米德兰的道康宁公司(Dow Corning Corporation,Midland,MI))从凸模具进行复制。此类凸模具1450的一个例子可包括3MTM DIAMOND GRADETM棱柱回射片材(得自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN))的立体角侧，其扫描电镜照片如图18所示。例如，在一些实施例中，可将模具1450放置容器(例如，培养皿)中，立体角朝上。用于形成微结构化表面的材料(例如，PDMS试剂)可以混合(如有必要)并倾注到模具1450上(例如，至大约1mm的厚度)以形成基材。可通过在封闭室中采用反复暴露于真空然后再暴露于大气压进行脱气来去除气泡。然后可任选地覆盖容器，并可固化(例如，在80℃下2小时)微结构材料(例如PDMS)。固化之后，基材可以从模具1450中分离以形成包含微结构化表面的基材，所述微结构化表面包括角锥状(即，三角形或三边锥形)凹陷部。如图18所示，在一些实施例中，模具的中心至中心的距离或“间距”(P)可以为0.42mm。然而，上文给定的P的其他范围也可应用于模具1450。
图4和7-17H表示可利用本发明的系统和方法从样品中分离所关注分析物(如果存在)并检测保持在微结构化表面中的所关注分析物的存在的多种微结构化表面的示例性实施例。微结构化表面138、238、338、438、538、638、738、838、938、1038、1138、1238和1338仅以举例的方式示出，但是应当理解，在本发明的系统和方法中可以采用微结构化表面138、238、338、438、538、638、738、838、938、1038、1138、1238和1338的任何组合。除此之外或作为另一种选择，任何其他本发明所公开的或者等同形式的微结构化表面都可用于第二部分104和204以保持可进行解析的所关注样品的浓缩物。
在一些实施例中，本发明的微结构化表面(例如，任何上述微结构化表面138、238、338、438、538、638、738、838、938、1038、1138、1238和1338、其他合适的微结构或其组合)在凹陷部之间(例如图7所示的一级凹陷部336之间、图7所示的二级凹陷部366之间、图8所示的凹陷部436之间等)可包括“平台区域”(例如，图7所示微结构化表面338的一级侧壁342或二级侧壁372的顶部或图8所示微结构化表面438的壁442的顶部等)。在一些实施例中，可以修改此类平台区域以便于样品(或其部分，例如更致密的物质)移至凹陷部中。例如，如上所述，在一些实施例中，平台区域可以修改为尖的、凸面的、弧形的、弯曲的、弓形的、渐缩的(例如，远离凹陷部的底部或底部渐缩)或其他形状，以促进流体移至凹陷部中。除此之外或作为另一种选择，此类平台区域可以由疏水性强于形成凹陷部内部的表面的材料形成，或改性(例如，通过表面处理)为疏水性强于形成凹陷部内部的表面，使得含水样品对凹陷部的亲和力高于对平台区域的亲和力，从而抑制样品液滴悬挂在平台区域或其他不期望的微结构化表面部分上。美国专利No.6,391,578描述了使用亲水性液体保持区和疏水性平台区域分配样品的方法和装置，该专利全文以引用的方式并入本文。
图11-17H示出了用于以下“实例”部分的微结构化表面538、638、738、838、938、1038、1138、1238、1338。因此，在“实例”中测试的此类微结构的具体尺寸和详细信息在以下“实例”部分的表1中示出。
然而，应当理解，在一些实施例中，尺寸、体积、角度、形状、孔密度和构造可以不同于“实例”中所公开的数值，并且可落入上文给定的此类变量的范围内。
上面描述并在附图示出的实施例仅作为举例呈现，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各元件及其构造和排列进行各种改变。
本文中引用的所有参考资料和专利公开明确地以全文引用方式并入本发明。
如下实施例旨在说明本发明而非进行限制。
实施例
实施例1为用于检测样品中所关注分析物的方法，该方法包括：
提供适于容纳样品的容器，该容器包含微结构化表面；
将容器朝微结构化表面的方向进行离心以形成样品的沉降物和上清液；
在对容器离心后，将容器倒置以使至少一部分样品上清液从第二部分滗析出来，使得样品浓缩物保持在微结构化表面中，该浓缩物包含沉降物；以及
解析微结构化表面中的浓缩物中是否有所关注分析物。
实施例2为实施例1所述的方法，其中容器包括第一部分以及适于联接到第一部分的第二部分，其中第二部分包含微结构化表面，并且还包括：
倒置容器后，使容器的第二部分与容器的第一部分分开；以及
密封微结构化表面以防止蒸发。
实施例3为实施例1或2所述的方法，其中微结构化表面形成容器内表面的至少一部分，并且其中解析微结构化表面中的浓缩物包括从容器内部解析浓缩物。
实施例4为实施例1或2所述的方法，其中微结构化表面形成容器内表面的至少一部分，并且其中解析微结构化表面中的浓缩物包括从容器外部解析浓缩物。
实施例5为实施例4所述的方法，其中邻近微结构化表面的容器的至少一部分基本上透明，从而便于从容器外部解析浓缩物。
实施例6为实施例1-5中任一项所述的方法，其中微结构化表面形成于在容器中并紧靠容器的内表面设置的插件中，使得微结构化表面面向容器内部并形成容器内表面的至少一部分。
实施例7为实施例6所述的方法，其中插件包含聚合物薄膜。
实施例8为实施例1-5中任一项所述的方法，其中微结构化表面形成于容器的内表面中。
实施例9为实施例1-5中任一项所述的方法，其中微结构化表面形成于基材中，该基材形成容器的至少一部分，使得微结构化表面面向容器内部并形成容器内表面的至少一部分。
实施例10为实施例9所述的方法，其中邻近微结构化表面的基材的至少一部分为基本上透明的。
实施例11为实施例1-10中任一项所述的方法，其中容器包括第一部分以及适于联接到第一部分的第二部分，其中微结构化表面形成于第二部分的第一侧面中，在离心过程中第二部分的第一侧面被定位为面向容器内部，并且其中解析微结构化表面中的浓缩物包括从容器第二部分的第一侧面进行解析。
实施例12为实施例1-10中任一项所述的方法，其中容器包括第一部分以及适于联接到第一部分的第二部分，其中微结构化表面形成于第二部分的第一侧面中，在离心过程中第二部分的第一侧面被定位为面向第一部分，其中第二部分还包括与第一侧面相对的第二侧面，并且其中解析微结构化表面中的浓缩物包括从容器第二部分的第二侧面进行解析。
实施例13为实施例12所述的方法，其中邻近微结构化表面的第二部分的至少一部分为基本上透明的。
实施例14为实施例12或13所述的方法，其中微结构化表面包括多个微结构化凹陷部，每个凹陷部都具有底部，并且其中每个底部基本上透明，使得多个微结构化凹陷部的内容物可以从容器第二部分的第二侧面看到。
实施例15为实施例14所述的方法，其中多个微结构化凹陷部中的至少一个包括侧壁，并且其中侧壁基本上不透明。
实施例16为用于检测样品中所关注分析物的方法，该方法包括：
提供适于容纳样品的容器，该容器包括第一部分以及适于联接到第一部分的第二部分，该第二部分包括：
包含微结构化表面的第一侧面，该第一侧面面向容器内部，和
与第一侧面相对且面向容器外侧的第二侧面，其中该第二部分的至少一部分基本上透明，使得从第二侧面可以看到微结构化表面；
将容器朝容器第二部分的微结构化表面的方向进行离心；
将容器离心后，将容器倒置以使至少一部分样品上清液从微结构化表面滗析出来，使得样品浓缩物保持在容器第二部分的微结构化表面中，该浓缩物包含沉降物；以及
解析微结构化表面中的浓缩物中是否有所关注分析物，其中解析微结构化表面中的浓缩物包括从容器第二部分的第二侧面解析浓缩物。
实施例17为实施例16所述的方法，其中第二部分的第二侧面包括基本上透明的光学窗口。
实施例18为实施例17所述的方法，其中光学窗口与至少一部分的微结构化表面共延。
实施例19为实施例16-18中任一项所述的方法，其中微结构化表面包括多个微结构化凹陷部，每个凹陷部都具有底部，并且其中每个底部基本上透明，使得多个微结构化凹陷部的内容物可以从容器第二部分的第二侧面看到。
实施例20为实施例19所述的方法，其中多个微结构化凹陷部中的至少一个包括侧壁，并且其中侧壁基本上不透明。
实施例21为实施例16-20中任一项所述的方法，其中容器的第一部分与第二部分在离心步骤、倒置步骤和解析步骤中保持联接在一起。
实施例22为实施例16-21中任一项所述的方法，其还包括在离心之后将容器的第一部分与第二部分分离。
实施例23为实施例16-22中任一项所述的方法，其中解析微结构化表面中的浓缩物是在容器的第二部分保持与容器的第一部分联接的情况下进行，从而上清液充当湿度贮存器。
实施例24为实施例1-23中任一项所述的方法，其中分析物选自：酶、辅酶、酶底物、指示剂染料、染色剂以及它们的组合。
实施例25为实施例1-24中任一项所述的方法，其中分析物被选择用于检测大肠杆菌或其他大肠菌群的存在或不存在。
实施例26为实施例1-25中任一项所述的方法，其中分析物包含用于检测ATP的试剂。
实施例27为实施例1-26中任一项所述的方法，其中分析物包含用于检测腺苷酸激酶的试剂。
实施例28为实施例1-27中任一项所述的方法，其中分析物包含萤光素酶或萤光素。
实施例29为实施例1-28中任一项所述的方法，其中上清液在解析步骤中保留在容器中以充当湿度贮存器。
实施例30为实施例1-29中任一项所述的方法，其中微结构化表面包括多个微结构化凹陷部，并且其中浓缩物保持在多个微结构化凹陷部的至少一个中。
实施例31为实施例1-30中任一项所述的方法，其还包括在离心之前将容器进行温育，以使样品中的微生物(如果存在)生长。
实施例32为实施例1-31中任一项所述的方法，其还包括在离心之前对容器进行搅拌。
实施例33为实施例1-32中任一项所述的方法，其中倒置容器包括以不大于0.3rpm的旋转速度将容器倒置。
实施例34为实施例1-32中任一项所述的方法，其中倒置容器包括以不大于0.2rpm的旋转速度将容器倒置。
实施例35为实施例1-34中任一项所述的方法，其中解析微结构化表面中的浓缩物包括解析吸光度、透射比、荧光、化学发光及其组合中的至少一者。
实施例36为实施例1-35中任一项所述的方法，其中解析微结构化表面中的浓缩物包括光学解析微结构化表面中的浓缩物。
实施例37为实施例36所述的方法，其中光学解析包括解析微结构化表面中的浓缩物的荧光。
实施例38为实施例36或37所述的方法，其中光学解析包括：
朝微结构化表面中的浓缩物导入第一频率的电磁能量，并且
检测从微结构化表面中的浓缩物发射出的第二频率的电磁能量。
实施例39为实施例38所述的方法，其中光学解析包括以比色法解析浓缩物。
实施例40为实施例36或39所述的方法，其中光学解析包括：
在微结构化表面中的浓缩物处发射宽频率范围的电磁能量，并且
检测微结构化表面中的浓缩物的至少一部分的透射比和吸光度中的至少一者。
实施例41为实施例36-40中任一项所述的方法，其中光学解析微结构化表面中的浓缩物包括光学扫描微结构化表面。
实施例42为实施例36-41中任一项所述的方法，其中光学解析微结构化表面中的浓缩物包括对微结构化表面成像。
实施例43为实施例1-42中任一项所述的方法，其中解析微结构化表面中的浓缩物包括检测指示所关注分析物的存在的光线。
实施例44为实施例1-43中任一项所述的方法，其中解析微结构化表面中的浓缩物包括通过吸光度、反射率或荧光检测光线。
实施例45为实施例1-44中任一项所述的方法，其中解析微结构化表面中的浓缩物包括以免疫学方法检测所关注分析物。
实施例46为实施例1-45中任一项所述的方法，其中解析微结构化表面中的浓缩物包括以遗传学方法检测所关注分析物。
实施例47为实施例1-46中任一项所述的方法，其中解析微结构化表面中的浓缩物包括检测从样品的活细胞中释放出的酶。
实施例48为实施例1-47中任一项所述的方法，其中解析微结构化表面中的浓缩物包括以比色法、荧光法、发光法或它们的组合检测所关注分析物。
实施例49为实施例1-48中任一项所述的方法，其中微结构化表面包括每平方厘米至少约100个凹陷部的凹陷部密度。
实施例50为实施例1-49中任一项所述的方法，其中微结构化表面包括每平方厘米至少约800个凹陷部的凹陷部密度。
实施例51为实施例1-50中任一项所述的方法，其中微结构化表面包括每平方厘米至少约3000个凹陷部的凹陷部密度。
实施例52为实施例1-51中任一项所述的方法，其中微结构化表面的至少一部分包括至少65度的静态水表面接触角。
实施例53为实施例1-52中任一项所述的方法，其中微结构化表面的至少一部分包括至少95度的静态水表面接触角。
实施例54为实施例1-53中任一项所述的方法，其中微结构化表面包括多个凹陷部，并且其中多个凹陷部中的至少一个为截头棱锥形。
实施例55为实施例1-54中任一项所述的方法，其中微结构化表面包括多个凹陷部，并且其中多个凹陷部中的每一个的体积均不大于1微升。
实施例56为实施例1-55中任一项所述的方法，其中微结构化表面包括多个凹陷部，其中多个凹陷部限定了收集体积，并且其中收集体积不大于100微升。
实施例57为实施例1-56中任一项所述的方法，其中微结构化表面包括多个凹陷部，并且其中多个凹陷部中的至少一个包含试剂。
实施例58为实施例57所述的方法，其中试剂包括底物、酶、生长试剂、裂解试剂或它们的组合中的至少一者。
实施例59为实施例1-58中任一项所述的方法，其中所关注分析物在浓缩物中进行检测的时间不大于8小时，如果该分析物存在于样品中的话。
实施例60为实施例1-59中任一项所述的方法，其中所关注分析物在浓缩物中进行检测的时间不大于3小时，如果该分析物存在于样品中的话。
实施例61为实施例1-60中任一项所述的方法，其中所关注分析物包括大肠杆菌和大肠菌群中的至少一者。
下面工作实例和预测性实例旨在说明本发明而非进行限制。
实例
定义
·MS：微结构化表面
·微结构：微结构为形成于热塑性或热固性材料的表面中的孔。每个孔由二维(如横截面)形状(如，正方形、六边形、圆形)表征，其包含顶部开口、一个或多个侧壁以及底部。每个孔的体积以纳升(nL)计，该体积由顶部和底部的面积以及深度限定，该面积按从一个边缘穿过中心点到相对边缘的距离(单位为微米(μm))计算，该深度为从孔的顶部到孔的底部的距离(单位为μm)。
·拔模斜度α(角度)，单位为度：垂直于孔底部的线与孔的侧壁之间形成的角度。
·密度：一平方厘米的表面中的孔的数量。
·间距：从一个孔的一点到相邻孔的同一点之间的孔间距离(例如，中心到中心的距离)，单位为μm。
·开始时间：在图像中首次观测到荧光的时间。微结构的图像以固定间隔采集，例如1小时后、2小时后、3小时后等。“实例”中记录的时间代表在图像中首次观测到荧光的时间。实际开始时间是显示出荧光的图像与上一个图像之间的时间。
·顶盖：带螺纹的离心管上盖，用于固定到离心管(其中顶盖充当本发明的容器的“第二部分”，而离心管则充当其“第一部分”)。
·封盖：平的离心管或离心瓶顶盖，使用摩擦配合固定到离心管(其中封盖形成本发明容器的“第二部分”的至少一部分，而离心管则充当其“第一部分”)。
材料与仪器
·获自美国肯塔基州弗罗伦萨的Topas先进聚合材料有限公司(Topas AdvancedPolymers Gmbh；Florence KY)的聚合物：
·COC1–透明的环状烯烃共聚物；TopasTM 8007X10
·COC2–透明的环状烯烃共聚物，高阻湿性；TopasTM 8007S-04
·COP–透明的环状烯烃聚合物；ZeonorTM 1430R；美国肯塔基州路易斯维尔的瑞翁化学公司(Zeon Chemicals L.P.；Louisville KY)
·PC–Lexan聚碳酸酯；HPS1R；美国德克萨斯州休斯敦的沙特基础工业公司(SABICAmericas Corp.；Houston TX)
·PMMA–WF100聚(甲基丙烯酸甲酯)；日本东京的三菱丽阳株式会社(MitsubishiRayon Co Ltd,Tokyo,Japan)
·PP–聚丙烯5724；美国德克萨斯州休斯敦的道达尔石化集团(TotalPetrochemicals；Houston,TX)
·ColilertTM培养基–ColilertTM大肠菌群/大肠杆菌试验培养基；美国缅因州韦斯特布鲁克的爱德士实验室(IDEXX Laboratories,Inc.；Westbrook,ME)对于“实例”，该培养基如下制备：将来自Snap Pack的用于100mL样品的培养基混合于100mL的无菌水中。
·培养基–Coliforms 100大肠菌群/大肠杆菌试验培养基；美国新泽西州吉布斯敦的EMD化学公司(EMD Chemicals；Gibbstown,NJ)对于“实例”，该培养基如下制备：将来自Snap Pack的用于100mL样品的培养基混合于100mL的无菌水中。
·离心管–50mL自立式离心管(部件号430921)，带顶盖(CentriStarTM离心管顶盖)，离心管及其顶盖均获自美国纽约州康宁的康宁公司(Corning,Inc.；Corning,NY)
·多用途离心机–多用途离心机(型号5804)，带摇摆斗转头(A-4-44)，离心机及其转头均由美国纽约州霍波格的艾本德公司(Eppendorf；Hauppauge NY)制造
·台式离心机–台式离心机(Allegra 25R台式冷冻离心机)，带摇摆斗转头(TS-5.1-500)，离心机及其转头均获自美国加利福尼亚州布雷亚的贝克曼库尔特公司(BeckmanCoulter,Inc.,Brea,CA)
·成像系统–照明/荧光立体显微镜(型号SteREO Lumar.V12)，使用照明光(照明成像仪)或荧光(荧光成像仪)；利用AxioCam MRc 5照相机和AxioVision 4.6.3版程序捕集图像，所有这些均获自美国新泽西州索恩伍德的卡尔蔡司显微成像公司(Carl ZeissMicroimaging,Inc.,Thornwood NJ)。
微结构的制备
1–浇铸PDMS(MS1)
圆柱形微突起阵列是通过在涂覆有光致抗蚀剂的硅片上形成图案并进行湿化学蚀刻来制备。具有阵列(孔)的反转结构的微结构化表面MS1是通过将蚀刻的硅片放置在100mm×15mm的培养皿中(目录号25384-302；美国宾夕法尼亚州西切斯特的VWRInternational公司(VWR International,West Chester,PA))来制备。可热固化的聚二甲基硅氧烷组合物是通过将聚二甲基硅氧烷(PDMS，以商品名SYLGARDB 184获自美国密歇根州米德兰的道康宁公司(Dow Corning Corporation,Midland,MI))试剂按10:1的重量比进行混合，并将其倒到蚀刻的硅片上至厚度约1毫米来制备。通过将培养皿放在玻璃干燥器中并暴露在真空(600mm Hg)下，然后暴露于大气压，来从PDMS除去气泡。重复这个过程三次。将培养皿从干燥器中取出，盖上封盖，并使PDMS在80℃固化2小时。
固化后，将表面形成有微腔阵列的PDMS与硅片分离。每个腔或孔的物理尺寸在表1中示出。PDMS复制结构的光学显微照片(如图9所示)是用照明成像仪在25倍的放大倍数下获取。
2–浇铸聚丙烯薄膜(MS2A–MS2F)
将熔化的聚丙烯树脂(DOW C700-35N聚丙烯树脂DA，美国密歇根州奥本希尔斯的陶氏汽车系统事业部(Dow Automotive,Auburn Hills,MI)浇铸到母模辊上以形成具有微结构化表面的薄膜。用于浇铸具有微结构化表面的树脂的一般程序在美国专利No.6,617,002(Wood)中有描述。使用另一不同的模具来模制表1中示出MS2A–MS2F每个表面。用于形成表面MS2C、MS2D和MS2F的模具上的微结构化表面的物理尺寸在表2中示出。浇铸形成的具有微结构化表面的聚丙烯片材的厚度为约0.1至0.5mm。
包含复制结构MS2–MS2F的聚丙烯片材的光学显微照片是用照明成像仪在25倍的放大倍数下获取，分别如图10-15所示。片材上的构造物的物理尺寸在表1中示出：MS(微结构化表面)；密度(孔密度，以每平方厘米特征物的数量表示)；形状(片材中的构造物的形状)；间距(中心到中心的距离)；顶部(横过顶部的尺寸，单位为μm)；底部(横过底部的尺寸，单位为μm)；深度(从孔的顶部到孔的底部的尺寸，单位为μm)；角度(拔模斜度，单位为度)；以及每个孔的体积，单位为纳升(nL)。
3–注塑封盖(MS3A–MS3B)
使用电火花加工(EDM)制备插件模具，该模具中包含用于注塑出封盖的正方形柱子阵列，所述封盖具有微结构化表面MS3A(图16A-16H)和MS3B(图17A-17H)，其物理尺寸在表1中示出。用于形成表面MS3A的模具上的微结构化表面的物理尺寸在表2中示出。对每个微结构，将插件模具组装在模架中以产生在内表面上具有微结构的封盖，其周边有凸缘用于联接到离心管的顶部。封盖的非结构化侧面为平坦的。对模具进行设计，使得用于模制该微结构化表面的插件模具与用于模制具有各种微结构化表面(例如，有不同的孔密度、结构物尺寸和形状等)的封盖的其他插件模具可互换。
直径为24mm、周边带有凸缘的封盖是在KraussMaffei注塑机(型号K65-CX；德国慕尼黑的克劳斯玛菲技术公司(KraussMaffei technologies；Munich,Germany))中用各种树脂COC1、COC2、COP、PP、PMMA和PC注塑出微结构化表面MS3A或MS3B。将用于每个封盖的树脂粒料进行熔化(COC1、COC2和COP在232至238℃之间熔化，PP在204至215℃之间熔化，PC在285至288℃之间熔化，PMMA在215至227℃之间熔化)，然后在16000psi下进行注塑。模具温度对PP保持为38℃，对COC1、COC2和PMMA保持为66℃，对PC保持为71℃，并且所有树脂的注射时间均为0.78秒。每个封盖单独进行模制。微结构化表面(MS3A和MS3B)的物理特性在表1中示出。
表1–微结构化表面(MS)的物理尺寸
*内接距离(内接在六边形中的圆的直径)
+圆形底部的直径；所用模具的顶端为圆形
**纵横比(深度除以顶部尺寸)
表2–图19A-22B的模具尺寸*
*尺寸得自模具设计图。
**纵横比(深度除以底部尺寸)。
微结构化离心管盖的制备
顶盖1–粘附的薄膜圆盘
使用打孔机从每个具有微结构化表面MS1或MS2A–MS2F的薄膜(表3)上冲切出直径为24mm的圆盘。使用有机硅聚脲转移粘合剂将每个圆盘粘附到平的离心管顶盖的下侧，所述有机硅聚脲转移粘合剂按照美国专利No.6,730,397(Melancon等人)中描述的程序制备，该专利全文以引用的方式并入本文。为了防止离心期间发生泄漏，在顶盖的外槽中设置内径为一英寸的O形环垫圈，该O形环垫圈具有圆的、0.100英寸的截面(部件号AS568A-120，得自美国伊利诺伊州莱克福里斯特的固安捷公司(Grainger,Inc.,Lake Forest,IL))。顶盖用于封闭50mL离心管。
封盖1–具有粘附的薄膜圆盘的透明封盖
如下装配透明的摩擦配合封盖：首先从3-4mm厚的透明的环状烯烃聚合物(COC1)和透明的聚(甲基丙烯酸甲酯)聚合物(树脂玻璃；美国宾夕法尼亚州布里斯托尔的阿科玛公司(Plexiglas；Altuglas International；Bristol PA))加工出直径为24mm的圆盘。从具有微结构化表面MS2A–MS2F的聚丙烯薄膜上切割下圆盘(直径24mm)，并用顶盖1的有机硅脲转移粘合剂将其粘附到透明封盖的下侧。在封盖的外周边加工出槽，并将O形环放置到槽中以提供牢固密封并防止离心过程中发生泄漏。为了进一步固定封盖并提供观察窗口，在离心管顶盖中心冲一个直径24mm的孔，将顶盖通过螺纹接到离心管上并相对封盖拧紧。尽管COC1和PMMA都表现出足以提供透明基材以便于从离心管外侧观察微结构，但COC1在紫外区中的荧光背景较低且在紫外区中的透射率较高。
封盖2–透明注塑封盖
如上所述，具有微结构化表面(MS3A和MS3B)的透明封盖使用各种聚合物(COC1、COC2、COP、PC、PMMA和PP)注塑得到。封盖用于密封50mL离心管，并且离心时使用通常的离心管顶盖进一步紧闭离心管。在每个顶盖的中心冲一个直径24mm的孔，使得顶盖和封盖放置到离心管上时，可以在不打开离心管的情况下通过透明封盖观察微结构化表面和/或对其进行成像。
用于测试的细菌培养物的制备
“实例”中所用的细菌培养物在表3中示出，它们均购自美国弗吉尼亚州马纳萨斯的美国组织细胞收藏中心(American Tissue Culture Collection,ATCC；Manassas,VA)。
表3–“实例”中所用的细菌菌株
用于测试的培养物如下制备：将靶菌株(见表1)的纯培养物接种到TSB(BD胰酶大豆肉汤，美国新泽西州富兰克林湖的BD公司(Becton,Dickinson and Co.,FranklinLakes,NJ))中并在37℃下生长过夜。将培养物在Butterfield氏磷酸盐缓冲液(美国新泽西州皮斯卡塔韦的沃特曼有限公司(Whatman Inc.；Piscataway,NJ))中连续稀释以获得所需的菌落形成单位(cfu)每毫升，以用于接种到水样中。通常，使用包含约101–102cfu/mL的最终两个连续稀释液制备用于测试或平板接种的样品。细菌稀释液中大肠杆菌或其他大肠菌群细菌的浓度通过3MTM PetrifilmTM大肠杆菌/大肠菌群计数板进行定量。粪肠球菌用3MTMPetrifilmTM好氧菌计数板进行定量(两者均得自美国明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Co.,St.Paul,MN))。根据制造商的说明制备和使用平板，并在37℃下温育过夜。平板用3MPETRIFILM读板机(3M公司)进行读取，以确定cfu/mL。
糖染料底物培养基的制备
培养基如下制备：将5克(g)胰蛋白(美国密歇根州底特律的Difco实验室(Difcolaboratories,Detroit,MI))、5g氯化钠、1g山梨醇、1g色氨酸、2.7g磷酸氢二钾、2g磷酸二氢钾和0.1g十二烷基硫酸钠(均购自美国密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(SigmaAldrich,St.Louis,MO))与1000mL双蒸水相混合。将培养基置于121℃下高压消毒15分钟。
将表4中所示的染料底物溶解于DMSO(二甲基亚砜(DMSO，美国密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma Aldrich,St.Louis,MO)))中形成每毫升DMSO含100毫克糖底物的溶液。将底物溶液加入到培养基，从而得到最终浓度为每毫升培养基40微克糖底物(μg/mL)。
表4–糖染料底物
注意：在参比实例和每个实例中一般制备三个样品并进行测试。尽管实例按单数进行描述，但一般均制备并测试三个重复样。计数以结果的平均值表示。荧光开始时间记录首次在图像中观测到荧光的时间。
参比实例-用于大肠杆菌/大肠菌群检测的糖染料底物的选择
a)使用半乳糖苷酶底物检测大肠杆菌
根据上述程序制备出含有糖酶底物的培养基，并将其分配到黑色的96孔底透微量滴定板(美国纽约州罗切斯特的耐洁公司(Nalgene Nunc International,Rochester,NY))中。大肠杆菌培养物如上所述进行制备，并连续稀释以获得所需的含量(cfu/mL)。用10μl连续稀释的细胞对96孔板内的培养基进行接种，以获得每个孔中含有大约1cfu、10cfu或100cfu的孔，并且每个底物最少采用三个孔。使用10微升Butterfield氏缓冲液制备对照孔。将平板置于37℃下温育，并使用Tecan Infinite 200PRO多模式读板机(美国北卡罗来纳州德罕的帝肯美国公司(Tecan US,Inc.Durham,NC)在动力学模式下进行读数。记录随时间变化的荧光强度。根据信号值高于初始读数(背景值)50倍的时间点来确立检测到的时间。结果示于表5中。所测试的所有底物均在大肠杆菌生长时显示出荧光，并且花费了约15至17小时来检测到100微升中的1cfu大肠杆菌。
表5–使用半乳糖苷酶底物检测大肠杆菌
1信号/背景比仅为5:1
b)利用MHC-gal检测大肠菌群
使用表6所列的细菌重复实例a)中所概述的用于检测大肠杆菌的程序。将用MHC-gal制备的培养基分配到96孔微量滴定板中并以经过连续稀释的培养物进行接种，以获得每个孔中大约1cfu、10cfu或100cfu。每种细菌最少使用三个孔。表6中的数据表明MHC-gal是一种合适的半乳糖苷酶底物，适用于检测大肠菌群。
表6–利用MHC-gal检测大肠菌群
c)利用葡糖苷酸酶底物与半乳糖苷酶底物的组合检测大肠杆菌
根据检测大肠杆菌的程序制备、测试培养基并对所得数据进行分析，不同的是使用葡糖苷酸酶底物(Mu-GlcU或Res-GlcU)与半乳糖苷酶底物(MHC-Gal或Flu-di-Gal或Res-Gal)的组合作为糖染料底物，如表7中所示。将培养基分配到96孔微量滴定板中并用经过连续稀释的培养物对孔进行接种，以获得大约1cfu、10cfu或100cfu。表7中的数据表明，在单个孔中使用两种不同底物的组合时，葡糖苷酸酶和半乳糖苷酶的酶活性可以各自通过在不同时间(小时)的荧光进行检测。细菌浓度越高，就能越快检测到反应。
表7–利用葡糖苷酸酶底物和半乳糖苷酶底物检测大肠杆菌
实例1–通过离心将细菌浓缩在微结构中
分别在10mL的Butterfield氏缓冲液(沃特曼(Whatman))中制备大肠杆菌、产气肠杆菌和粪肠球菌的细菌悬浮液，从而得到大约101–102cfu/mL缓冲液，并将其转移至50mL离心管中。每种细菌悬浮液制备六管，并用具有微结构化薄膜圆盘(MS2A至MS2F)的顶盖1牢固封闭。将离心管顶盖朝下放入摇摆斗离心机转头中，并在多用途离心机中以4000RPM(2800g)离心10分钟。对离心管支架进行改进，以将离心管顶盖朝下地旋转。离心后，将离心管取出并缓慢倒置，以使过量的上清液缓冲液流出微结构化薄膜表面并流回到离心管中。小部分缓冲液保留在微结构中。通过0.45mm混合纤维素酯滤膜(HAWP02500，美国马萨诸塞州比尔里卡的密理博公司(Millipore,Billerica,MA))对每个离心管中的上清液进行过滤。
根据制造商的说明书对3MTM PetrifilmTM大肠杆菌/大肠菌群计数板(用于大肠杆菌和产气肠杆菌)和3MTM PetrifilmTM好氧菌计数板(用于粪肠球菌)进行水化。用无菌镊子将滤膜从过滤漏斗中小心取出，并放置到适当的水化平板上，将平板在37℃下温育过夜。在3MTM PetrifilmTM读板机(美国明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Co.；St,Paul MN))中和/或手动地对板进行读数以确定菌落形成单位(cfu)。微结构中的百分比回收率(即，微结构中捕集的细菌的百分比)如下计算：离心之前的初始10mL样品中的cfu减去滤膜上的cfu，再除以初始10mL样品中的cfu并乘以100。不同孔密度下的微结构中的百分比回收率在表8中示出。
表8–微结构化表面中细菌的百分比回收率
实例2–检测浇铸的PDMS微结构中的细菌
在10mL ColilertTM培养基中制备包含总计大约100cfu(10cfu/mL)的大肠杆菌悬浮液，将其分配到50mL离心管中，并用顶盖1牢固封闭，该顶盖用具有圆柱形微结构化表面MS1的浇铸的DPMS制得。对照样品以类似方法制备，但采用100μL的Butterfield氏缓冲液。然后将离心管顶盖朝下放入多用途离心机(离心机1)的摇摆斗转头的离心管支架中，并以4000RPM(2800g)离心20分钟。对离心管支架进行改进，以将离心管顶盖朝下地旋转。离心后，将离心管取出并缓慢倒置以使培养基流回离心管中，而微结构中的培养基通过毛细管作用和表面张力得到保留。然后用直径24毫米的透明粘合剂膜(MicroAmpTM透光粘合剂膜，美国加利福尼亚州福斯特城的应用生物系统公司(Applied Biosystems；Foster CityCA))密封微结构化孔。将该结构在37℃下温育，利用“材料与仪器”章节中所述的成像仪每小时通过条带对结构进行成像。
使用相同的初始大肠杆菌悬浮液制备100mL包含总计大约100cfu(1cfu/mL)细菌的ColilertTM培养基。根据制造商说明书使用市售的水质安全测试试剂盒(ColilertTMQuantitray；美国缅因州韦斯特布鲁克的爱德士实验室(IDEXX Laboratories,Inc.；Westbrook,ME)对溶液进行测试。Quantitray装置具有两个区，其中一个区包含200微升的区室，另一个区则包含2mL的区室。
将具有浇铸的PDMS微结构的顶盖以及水质安全测试盘在37℃下温育，并每小时对其进行成像。大约4小时后，在微圆柱体中开始观测到荧光，而在市售装置中则需大约13小时才可观测到荧光。在对照样品中未观测到荧光。
实例3–快速检测浇铸的聚丙烯微结构中的细菌
在10mL的ColilertTM培养基中制备包含101–102cfu的大肠杆菌悬浮液，将其分配到50mL离心管中，并使用顶盖1将离心管牢固封闭，该顶盖具有微结构化表面MS2A、B、C、D、E或F。对照样品以类似方法制备，但采用100μL的Butterfield氏缓冲液。对离心管进行离心，并将其缓慢倒置，以使培养基流回离心管。取下顶盖，并使用薄纸(Kimwipes)从顶盖边缘小心地除去过量培养基。然后用直径24毫米的透明粘合剂膜(MicroAmpTM透光粘合剂膜，应用生物系统公司(Applied Biosystems))密封含有小部分培养基的微结构化表面，根据实例2的程序将其在37℃下温育，并每小时对其进行成像。大约5小时后，在微结构化表面中开始观测到荧光。在对照样品中未观测到荧光。
实例4–检测浇铸的聚丙烯微结构中的细菌
在10mL的ColilertTM培养基中制备包含101–102cfu细菌(大肠杆菌、产气肠杆菌、弗氏柠檬酸杆菌、肺炎克雷伯菌)的细菌悬浮液，并将其分配到50mL离心管中。对照样品以类似方法制备，但采用100μL的Butterfield氏缓冲液。对于包含产气肠杆菌、弗氏柠檬酸杆菌或肺炎克雷伯菌的每种细菌悬浮液，向ColilertTM培养基中补充加入40μg/mL的MHC-gal或Mu-gal或Flu-gal，以对每种菌株提供三个不同样品。
以相同方式在10mL用于肠球菌(美国缅因州韦斯特布鲁克的爱德士实验室(IDEXXLaboratories,Inc.；Westbrook,ME))的Enterolert中制备包含粪肠球菌的细菌悬浮液，并将其分配到50mL离心管中。对照样品以类似方法制备，但采用100μl Butterfield氏缓冲液。
用每种菌株制备两组离心管。用具有MS2C的顶盖1密封一组离心管，而用包含MS2D的顶盖1密封另一组离心管。根据实例2的程序对离心管进行离心并将其倒置。然后打开顶盖，并使用薄纸(Kimwipes)从顶盖边缘除去过量培养基。用相同顶盖重新封闭每个离心管，并在37℃下温育。定期打开顶盖并在荧光成像仪上对微结构化表面进行成像。
大约3小时后，在微结构化表面中开始观测到大肠杆菌和粪肠球菌的荧光。对于其他大肠菌群，大约4到5小时后开始观测到荧光。在对照样品中未观测到荧光。
实例5–使用大样品体积，检测浇铸的聚丙烯微结构中的细菌
使用打孔机从MS2C和MS2D的微结构化聚丙烯片材中切下直径为40mm的圆盘。使用有机硅聚脲转移粘合剂将圆盘粘附到250mL聚丙烯离心瓶(带密封帽的3141离心瓶；美国纽约州罗切斯特的Nalgene Labware公司(Nalgene Labware；Rochester NY))的密封帽的平坦内表面，以得到顶盖1构造。从顶盖的顶部除去突起，使顶部平坦，并使样品瓶可以顶盖朝下地放入瓶支架中进行离心。顶盖带有密封垫圈以有助于防止离心期间发生泄漏。
在100mL的ColilertTM培养基中制备各自包含101–102cfu的大肠杆菌悬浮液，并将其分配到250mL离心管瓶中。对照样品以类似方法制备，但采用100μL的Butterfield氏缓冲液。用微结构化顶盖牢固封闭样品瓶，并将其顶盖朝下地放入摇摆斗离心机转头中，并在台式离心机中以5000RPM(5300g)离心30分钟。离心后，取出样品瓶并缓慢将其倒置，使培养基排入到样品瓶中。取下顶盖，并使用薄纸小心地从顶盖边缘除去过量培养基。用相同顶盖重新封闭样品瓶，并在37℃下温育。定期取下顶盖，并使用荧光成像仪对微结构化表面进行成像。
以相同方式制备样品，不同的是温育之前对样品瓶离心1小时。5到6小时后，开始观测到荧光。离心1小时比离心30分钟显示得到更多数量的阳性孔。在对照样品中未观测到荧光。
实例6–从外部检测透明聚丙烯复制结构中的细菌
在10mL的ColilertTM培养基中制备包含101-102cfu的大肠杆菌悬浮液，并将其分配到50mL离心管中。对照样品以类似方法制备，但采用100μL的Butterfield氏缓冲液。用由COC1形成的封盖1封闭离心管，将具有微结构化表面MS2C的浇铸的聚丙烯薄膜粘附到其上，并使用标准离心顶盖进一步固定以免泄漏。根据实例2的程序，在多用途离心机中对离心管顶盖朝下地进行离心，并将其倒置。用中心带孔的顶盖替代标准离心管顶盖，并在37℃下温育。根据实例2的程序通过取下顶盖和对微结构化表面进行成像，也可在取下顶盖之前直接透过封盖成像，以在荧光成像仪上对微结构定期进行成像。透过封盖获得的图像相当于对微结构化孔直接进行成像获得的图像。在对照样品中未观测到荧光。
能够通过离心管顶盖或表面成像，则可避免打开离心管以及在微结构上施加覆盖带(以防液体从孔中蒸发)可能发生的处理问题。顶盖中的微结构由于表面张力和毛细管作用力而保持了足够的液体，以便细菌生长。保留在管底的培养基提供了足够的湿度，可以防止液体从孔中蒸发。在室温下，一周内未在封闭管中观测到冷凝现象。
实例7–从外部检测注塑结构中的细菌
用封盖2构造制备本实例中的封盖。封盖由COC1模制得到微结构化表面MS3A和MS3B。离心时用标准螺纹离心管顶盖进一步固定离心管，在温育和成像时换成中心带孔的顶盖。
在10mL的ColilertTM培养基中制备包含101–102cfu的大肠杆菌悬浮液，并将其分配到50mL离心管中。对照样品以类似方法制备，但采用100μL的Butterfield氏缓冲液。用由COC1模制得到的具有微结构化表面MS3A的封盖L2密封离心管，并用标准离心管顶盖对其进一步固定。用由COC1和MS3B模制得到的封盖制备第二离心管。根据实例2的程序对离心管顶盖朝下地进行离心并缓慢将其倒置。用中心带孔的顶盖替换标准顶盖，并在37℃下温育。根据实例2的程序对结构进行成像，不同的是直接透过封盖进行测量而不必取下顶盖。离心得到的上清液保留在离心管中并充当湿度贮存器。
在96孔微量滴定板中，在ColilertTM培养基中对相同的初始大肠杆菌悬浮液进行测试，如参比实例中所述。
如表9所示，在大约4小时后在两种封盖(MS3A和MS3B)中开始观测到Mu-glcU荧光，而在微量滴定板中则为18小时(参见表9)。在对照样品中未观测到荧光。
表9–检测到1cfu大肠杆菌的时间的比较
*“有”是指观测到荧光；“没有”则是指未观测到荧光。
实例8–用于模制的微结构的聚合物
具有微结构化表面MS3A的封盖2构造的封盖由下列聚合物模制得到：COC1、COC2、COP、PMMA、PC和PP。除了由PP模制得到的封盖过于浑浊而无法成像以外，其他所有模制封盖均基本上透明。其他由COC1、COC2、COP、PMMA和PC制得的封盖均很方便检测模制结构中的细菌。COC1、COC2和COP在紫外区的荧光背景最低，并且在紫外区的光学透明度较高且透射率较高，使其在许多情况下更为合乎需要。
实例9–经过初始生长后，从外部检测模制结构中的细菌
在10mL的ColilertTM培养基中制备包含101-102cfu的大肠杆菌悬浮液，并将其分配到50mL离心管中。用由COC2模制得到的具有MS3A的封盖L2密封离心管，并用标准离心管顶盖对其进一步固定。第二种样品以相同方式制备，不同的是由COC2模制得到具有MS3B的封盖2的微结构化表面。对照样品以类似方法制备，但采用100μL的Butterfield氏缓冲液。离心管在振荡培养箱(Innova 4000型振荡培养箱；美国新泽西州爱迪生的NBS公司(NewBrunswick Scientific；Edison NJ))中于37℃下以300RPM振荡2小时。然后根据实例2的程序，对离心管顶盖朝下地进行离心，并缓慢将其倒置，使培养基流回离心管中。用中心带孔的顶盖替换标准顶盖，并在37℃下温育。使用荧光成像仪透过封盖对结构进行成像。
如通过Mu-glcU荧光所测定，在大约5小时后透过两种微结构化表面检测到大肠杆菌的生长。初始生长2小时，然后通过离心使细胞进入微结构中，由此获得的阳性孔的数量高于不经过温育离心得到的数量。在对照样品中未观测到荧光。
实例10–预测性外部检测模制有微结构化表面的样品瓶/管中的细菌
直接检测模制有微结构化表面的样品瓶或管的方法如图6A–6C所示。在本示例中，对样品瓶/管进行模制，使得微结构化表面位于样品瓶/管的底部，使得本示例中的样品瓶/管充当本发明的“第二部分”。通常收集10mL至100mL，并将生长培养基加入到样品瓶/管中的样品。作为另一种选择，可将生长培养基涂覆在微结构化表面中或在样品瓶/管的侧壁上。对样品彻底混合以溶解生长培养基，并在合适的离心机(例如多用途离心机)中对样品瓶/管10至100mL样品进行离心。离心时间通常为10至30分钟，但也可以根据样品尺寸选择更长的离心时间。离心后，取出样品瓶/管，并将其缓慢倒置使培养基从微结构化表面中排走，并在合适的温度(如37℃)下进行温育。每隔一段时间对微结构化表面进行成像或用合适的读数器对其读数，检测到显示阳性信号的孔则表明样品中存在细菌。培养基可包含一种或多种染料底物以指示细菌的存在，例如半乳糖苷酶底物和葡糖苷酸酶可单独使用或组合使用以检测大肠菌群和大肠杆菌。
实例11–检测粘附到瓶底的微结构化表面中的细菌
使用打孔机从具有MS2B、MS2C和MS2D的聚丙烯片材切取直径40mm的圆盘。使用针对顶盖1所述的有机硅聚脲转移粘合剂将每个圆盘粘附到空的稀释瓶(3M掀盖式稀释瓶；3M公司)的底部。在100mL的ColilertTM培养基中制备包含101–102cfu的大肠杆菌悬浮液，并将其分配到每个具有微结构化表面的样品瓶中。对照样品以类似方法制备，但采用100μL的Butterfield氏缓冲液。根据实例2的程序对样品瓶进行离心，不同的是放置样品瓶时顶盖朝上，因为微结构化表面处于瓶底，然后以5000RPM(4500g)对样品瓶离心20分钟。离心后，取出样品瓶，并将其缓慢倒置以从微结构中排出培养基，并以倒置位置在37℃下进行温育。对样品瓶温育8到10小时，排出培养基，然后从中间切割样品瓶，使其适合用荧光成像仪进行成像。以竖立位置对样品瓶进行成像，因为所用的聚丙烯无法透过紫外线。温育8到10小时后，在所有结构中均可观测到大肠杆菌的荧光。在对照样品中未观测到荧光。本实验表明，可通过离心将大体积样品中的细菌浓缩到粘附在瓶底的微结构中并对其进行检测。
实例12–PMMA、COC1、COC2、PC、COP的接触角的测定
在VCA 2500XE Video接触角系统上使用座滴法测定模制聚合物的静态和动态接触角。使用VCA-2500XE图像分析软件对数据进行分析。仪器和软件获自美国马萨诸塞州比尔里卡的AST Products公司(AST Products,Inc.,Billerica MA)。具有微结构化表面MS3A的封盖2构造的模制封盖用PMMA、COC1、COC2、PC和COP聚合物制备。在不具有微结构的扁平侧面上对封盖进行测试。
在测定静态接触角时，室温下向表面滴加1μL水滴。当液滴在表面上形成后立即测量右侧接触角和左侧接触角，注射器尖缩回。
在测定动态接触角时，向表面滴加1μl液滴，并用设置为中速的注射器向液滴中加入或吸取水。获得的视频图像帧显示液滴何时膨胀或收缩的对称性最高，以测定前进和后退动态接触角。以前进与后退接触角之间的差值计算滞后量。结果示于表10中。
表10.静态和动态接触角测量值
实例13–经过和不经表面处理的注塑封盖的微结构表面的接触角测量
用COC2制得的具有微结构化表面MS3A和MS3B的构造封盖2的模制封盖在本实例中使用。
具有微结构的模制侧面首先利用详细描述于美国专利No.5,888,594中的设备进行等离子体处理，该专利全文以引用的方式并入本文中。将模制封盖以微结构朝上安装到圆柱形筒电极上，并用泵使室降至5×10(-4)托的基础压力。将氩气以500sccm(标准立方厘米/分钟)的流量引入室中，等离子体点火，并且在500瓦的功率下维持30秒钟。在氩气等离子体处理之后，将四甲基硅烷(TMS)蒸气以360sccm的流量引入室中，并且等离子体在500瓦的功率下维持30秒钟。在四甲基硅烷蒸气中进行等离子体处理之后，将氧气以500sccm的流量引入室中，并且等离子体在500瓦的功率下维持60秒钟。在这些等离子体处理步骤过程中，室中的压力处于5-10毫托范围。然后将等离子体室与大气连通，从室中取出经过等离子体处理的模制封盖并将其标记为MS3A-4和MS3B-4(表11)。
另一组模制封盖采用氩气等离子体然后是TMS蒸气进行类似的处理。在四甲基硅烷蒸气中进行等离子体处理之后，将氧气引入室中达到所需的TMS与氧气比值，并且等离子体在500瓦的功率下维持60秒钟。在这些等离子体处理步骤过程中，室中的压力处于5-10毫托范围。然后将等离子体室与大气连通，从室中取出经过等离子体处理的模制封盖并将其标记为MS3A-3、MS3B-3、MS3A-2和MS3B-2(表11)。
另一组模制封盖采用氩气等离子体然后是TMS蒸气进行类似的处理。模制封盖未经过氧气处理。经过TMS蒸气处理后，将等离子体室与大气连通，从室中取出经过等离子体处理的模制封盖并将其标记为MS3A-1和MS3B-1(表11)。
未经处理的模制封盖标记为MS3A-0和MS3B-0(表11)。
如实例12中所述，在VCA 2500XE Video接触角系统上使用座滴法测定经过处理和未经处理的微结构表面的静态接触角。
表11.注塑封盖的经过处理和未经处理的微结构表面的静态接触角测量值
实例14–倒置速度对残留液滴在微结构上的形成的影响
构造封盖2的封盖由表12中所示的各种聚合物模制得到微结构化表面MS3A和MS3B。
将1mg荧光素溶于10mL蒸馏水中制得荧光素钠盐(西格玛奥德里奇公司(SigmaAldrich))的溶液，然后将其分配到50mL离心管中。用模制封盖封闭离心管，并用标准离心管顶盖对其密封。根据实例2的程序对离心管离心。然后将离心管顶盖朝下地放在M8474型Thermolyne Vari Mix摇床(美国爱荷华州迪比克的Barnstead Thermolyne公司(Barnstead Thermolyne,Dubuque,IA))中并以表12所示的各种速度旋转。旋转角度为60度(从倒置位置-30度到竖立位置+30度)，并根据完成60度旋转所花的时间计算速度(单位为度/秒)。完成旋转使离心管处于竖立位置后，使用荧光成像仪透过顶部对微结构进行成像和分析。
检查图像中留在微结构的顶部表面上的残留液滴。表12中的结果表明当倒置速度大于约20度/秒(0.3rpm)时存在跨接多个孔的残留液滴。在更高的倒置速度下，液滴数量增加并且液滴的尺寸增大，使得单个液滴跨接更多的孔。所测试的材料的接触角处于85.2至96.4度的范围内。
表12–倒置速度对跨接现象的影响
没有＝在结构的周围没有观测到液滴–未发生跨接。
极少＝观测到偶有小(直径为毫米级)液滴跨接两个或多个孔
一些＝更频繁地观测到液滴；液滴更大(数毫米)并且单个液滴跨接更多的孔
实例15–注塑微结构中水的蒸发速度
用封盖2构造制备本实例中的封盖。封盖由COC2模制得到微结构化表面MS3A和MS3B。离心时用标准螺纹离心管顶盖进一步固定离心管，在温育时替换为中心带孔的顶盖。将10mL蒸馏水分配到50mL离心管中。用具有MS3A或MS3B的模制封盖密封离心管，并用标准离心管顶盖进一步固定。然后根据实例2的程序对离心管顶盖朝下地进行离心并缓慢将其倒置。
在一个实验中，一组填充的封盖每隔一段时间在室温下打开并使用MettlerToledo AG204天平(美国俄亥俄州哥伦布的梅特勒托利多公司(Mettler-Toledo Inc.,Columbus,OH))对其称重。另一组封盖每隔一段时间在室温下打开并立即用直径24毫米的透明粘合剂膜(MicroAmpTM透光粘合剂膜；应用生物系统公司(Applied Biosystems))密封并对其称重。还对密封封盖在37℃下进行温育并每隔一段时间对其称重。
在另一个实验中，将10mL蒸馏水分配到50mL离心管中。用具有MS3B的模制封盖密封离心管，并用标准离心管顶盖进一步固定。然后根据实例2的程序对离心管顶盖朝下地进行离心并缓慢将其倒置。打开封盖，对其称重并立即密封回到同一离心管，并使用标准离心管顶盖进一步固定。将带有密封封盖的离心管保持在37℃下，并对封盖定期称重。每次测量后，立即将封盖密封回到离心管。
实验结果在表13-15中示出。带注塑结构的封盖中全部的水在室温下在15至30分钟内蒸发。以粘合剂膜密封的封盖未表现出可测量的蒸发，而在37℃下温育的18小时，密封封盖有4至8％损失。密封到离心管中的封盖在37℃下温育18小时后表现出17至20％损失。这个损失中有一部分归因于打开封盖进行称重的过程。
表13–室温下水从打开的和密封的封盖的蒸发
nd：未测定
表14–在37℃下，水从以粘合剂膜密封的封盖的蒸发
表15–在37℃下，水从密封到离心管的MS3B封盖的蒸发
实例16–使用发色团和荧光团对透明的聚丙烯复制结构中的细菌进行外部检测
在10mL的培养基中制备包含101-102cfu的大肠杆菌悬浮液，并将其分配到50mL离心管中。对照样品以类似方法制备，但采用100μL的Butterfield氏缓冲液。用由COC1形成的封盖1封闭离心管，将具有微结构化表面MS2C的浇铸的聚丙烯薄膜粘附到其上，并使用标准离心顶盖进一步固定以免泄漏。根据实例2的程序，在多用途离心机中对离心管顶盖朝下地进行离心，并将其倒置。用中心带孔的顶盖替换标准离心管顶盖，并在37℃下温育。定期地在成像系统中使用照明光和荧光直接透过封盖对微结构进行成像。
在96孔微量滴定板中，在培养基中对相同的初始大肠杆菌悬浮液进行测试，如参比实例中所述。
培养基含有荧光团(Mu-glcu)和发色团(X-gal)。颜色变为蓝绿色表明X-gal在半乳糖苷酶作用下裂解，紫外线下的蓝色荧光表明Mu-glcU在葡糖苷酸酶作用下裂解。大约5小时后开始观测到荧光，并且在大约10到12小时后在微结构中可见到沉淀的X-gal。接种有1cfu的微量滴定孔在大约18小时后开始发出荧光并发生颜色改变。在对照样品中未观测到荧光。
实例17–保持在微结构化凹陷部中的体积
的测定如实例10中所述制备容纳体积为大约120毫升的注塑容器(即，瓶或管)。容器由TOPAS 8007S-04聚合物模制得到，并且其底部中包含微结构化表面MS3B(参见，例如图6A-6C)。通过将0.5毫克的带CY5标记的链霉亲和素(Fluorolink PA45001，英国白金汉郡的安玛西亚公司(Amersham Biosciences,Buckinghamshire England))溶解于100毫升蒸馏水中制备荧光溶液。将10毫升该溶液加入容器中。密封容器，并朝微结构化表面的方向在4000RPM下离心10分钟。离心后，将容器取出并以大约0.2RPM的转速手动旋转以将其倒置180度，如实例14中所述。倒置后，上清液留在带封盖的管中以提供湿度贮存器，从而最大限度减少分析过程中微孔中的液体蒸发损失。将容器放置到装配有Achroplan 40X/0.8W物镜的共焦显微镜(蔡司Axioplan 2，带LSM 510激光模块，美国新泽西州索恩伍德的蔡司公司(Zeiss,Thornwood NJ))的载物台上。使用633激光激发(50％功率)和650nm长滤波器获得微结构化凹陷部中溶液的三维图像。设置扫描参数，限定出320微米×320微米×200微米的视野。使用68微米针孔，每1.31微米得到一个Z轴切片。所得的三维图像用于建立凹陷部侧壁顶部的Z轴位置(散射光/反射光)、凹陷部底部以及荧光溶液的高度。使用正交视图模式(X,Z和Y,Z切片)，确定凹陷部侧壁的顶部位于切片131，荧光液位位于切片94并且底部位于切片8。扣除底部水平高度后，确定液位低于微结构的顶部平面(即，侧壁)30％，与侧壁上的拐点相一致，在拐点处，侧壁的曲率半径发生改变并且侧壁从弧形部分转变为平坦部分。
以下权利要求书描述了本发明的各种特征和方面。

Claims (20)

1.一种用于检测样品中所关注分析物的方法，所述方法包括：
提供适于容纳所述样品的容器，所述容器包含微结构化表面，所述微结构化表面的构造用以提供保持所关注样品的毛细作用力，其中所述微结构化表面包括多个微结构化凹陷部，每个凹陷部都具有底部、侧壁和垂直高度，并且其中每个侧壁的上表面为弧形以包括位于所述凹陷部高度的不大于90％的位置处的凸面拐点；
将所述容器朝微结构化表面的方向进行离心以形成所述样品的沉降物和上清液；
在将所述容器离心后，将所述容器倒置以使至少一部分所述样品上清液从所述微结构化表面滗析出来，使得所述样品的浓缩物保持在所述微结构化表面中，所述浓缩物包含所述沉降物；以及
解析所述微结构化表面中的所述浓缩物中是否有所述所关注分析物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述容器包括第一部分以及适于联接到所述第一部分的第二部分，其中所述第二部分包含所述微结构化表面，并且还包括：
倒置所述容器后，使所述容器的所述第二部分与所述容器的所述第一部分分开；以及
密封所述微结构化表面以防止蒸发。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述微结构化表面形成所述容器内表面的至少一部分，并且其中解析所述微结构化表面中的所述浓缩物包括从所述容器内部解析所述浓缩物。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述微结构化表面形成所述容器内表面的至少一部分，并且其中解析所述微结构化表面中的所述浓缩物包括从所述容器外部解析所述浓缩物。
5.根据权利要求4所述的方法，其中邻近所述微结构化表面的所述容器的至少一部分基本上透明，从而便于从所述容器外部解析所述浓缩物。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述微结构化表面形成于在所述容器中并紧靠所述容器的内表面设置的插件中，使得所述微结构化表面面向所述容器内部并形成所述容器内表面的至少一部分。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述插件包含聚合物薄膜。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述微结构化表面形成于所述容器的内表面。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述微结构化表面形成于基材中，所述基材形成所述容器的至少一部分，使得所述微结构化表面面向所述容器内部并形成所述容器内表面的至少一部分。
10.根据权利要求9所述的方法，其中邻近所述微结构化表面的所述基材的至少一部分为基本上透明的。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述容器包括第一部分以及适于联接到所述第一部分的第二部分，其中所述微结构化表面形成于所述第二部分的第一侧面，在离心过程中所述第二部分的所述第一侧面被定位为面向所述容器的内部，并且其中解析所述微结构化表面中的所述浓缩物包括从所述容器的所述第二部分的所述第一侧面进行解析。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述容器包括第一部分以及适于联接到所述第一部分的第二部分，其中所述微结构化表面形成于所述第二部分的第一侧面，在离心过程中所述第二部分的所述第一侧面被定位为面向所述第一部分，其中所述第二部分还包括与所述第一侧面相对的第二侧面，并且其中解析所述微结构化表面中的所述浓缩物包括从所述容器的所述第二部分的所述第二侧面进行解析。
13.根据权利要求12所述的方法，其中邻近所述微结构化表面的所述第二部分的至少一部分为基本上透明的。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述微结构化表面包括多个微结构化凹陷部，每个凹陷部都具有底部，并且其中每个底部基本上透明，使得所述多个微结构化凹陷部的内容物可以从所述容器的所述第二部分的所述第二侧面看到。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述多个微结构化凹陷部中的至少一个包括侧壁，并且其中所述侧壁基本上不透明。
16.根据权利要求1或2所述的方法，其中倒置所述容器包括以不大于0.3rpm的旋转速度倒置所述容器。
17.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述微结构化表面包括每平方厘米至少100个凹陷部的凹陷部密度。
18.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述微结构化表面包括多个凹陷部，并且其中所述多个凹陷部中每一个的体积均不大于1微升。
19.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述微结构化表面包括多个凹陷部，其中所述多个凹陷部限定收集体积，并且其中所述收集体积不大于100微升。
20.根据权利要求1或2所述的方法，其中每个凸面拐点位于所述凹陷部高度的至少70％的位置处。
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