CN104379739A - 镧基微生物浓集剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微生物浓集剂，所述微生物浓集剂包含镧和碳酸盐两者。另外，本发明提供了包含所述浓集剂的制品以及使用所述浓集剂浓集微生物的方法。

Description

镧基微生物浓集剂
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2012年6月5日提交的美国临时专利申请61/655,601的权益，该专利的公开内容全文以引用方式并入本文。
技术领域
提供了微生物浓集剂、包含所述浓集剂的制品，以及用于浓集微生物的方法。
背景技术
由微生物污染造成的感染越来越受关注。因此，通常希望或需要分析各种临床、食物、环境和其它类型的样品中微生物的存在以鉴定和/或量化存在的微生物。检测特定微生物的存在的能力通常取决于待分析的样品中的微生物的浓度。
各种物理浓集方法诸如例如过滤、色谱法、离心和重力沉降已用于各种微生物的非特异性捕集。这些物理浓集方法在速度、成本(例如，一些已知方法中的至少一些需要昂贵设备、材料和/或受过训练的技术人员)、样品要求(例如，样品性质和/或体积限制)、空间要求、易用性(例如，已知方法中的至少一些需要复杂的多步方法)、现场使用的适宜性、有效性或它们的组合方面有所不同。无机材料诸如各种金属氢氧化物和/或金属氧化物已在这些方法中的一些诸如例如PCT国际公开号WO 2009/046183 A1(Kshirsagar)、WO 2009/046191 A2(Kshirsagar)、WO 2009/085357 A2(Kshirsagar)、WO 2010/114725 A1(Kshirsagar)、WO 2010/114727 A1(Kshirsagar)和WO 2011/079038(Kshirsagar)中所述的那些方法中用作微生物浓集剂。
发明内容
适用于微生物(例如，各种菌株的细菌、真菌、酵母、原生动物、病毒和细菌内生孢子)的非特异性浓集的新浓集剂是所需的并提供在本文中。另外，提供了包含浓集剂的制品和使用浓集剂浓集微生物的方法。浓集剂包含镧和碳酸盐两者。
浓集剂可用于将微生物诸如病原微生物的浓度提高到适于检测的水平。浓集剂提供浓集各种微生物的快速、廉价且简便(不涉及复杂设备或工序)的方法。浓集剂可在各种条件下，诸如在各种样品基体、各种细菌载量和各种样品体积的情况下有效使用。
在第一方面，提供了浓集微生物的方法。该方法包括提供包含镧和碳酸盐两者的浓集剂。浓集剂具有至少0.05的碳与镧的重量比。该方法还包括提供包含微生物的流体样品以及使浓集剂与该流体样品接触。该方法还包括使微生物结合于浓集剂以形成结合的微生物。
在第二方面，提供了包含浓集剂和结合于浓集剂的微生物的制品。浓集剂包含镧和碳酸盐两者。浓集剂具有至少0.05的碳与镧的重量比。
在第三方面，提供了包含浓集剂和多孔基体的制品。浓集剂包含镧和碳酸盐两者。浓集剂具有至少0.05的碳与镧的重量比。浓集剂分布在多孔基体的表面上、整个多孔基体中，或它们的组合。
具体实施方式
提供了浓集剂、在多孔基体中包含浓集剂的制品以及使用浓集剂浓集微生物的方法。更具体地，浓集剂包含镧和碳酸盐两者。浓集剂可用于浓集或捕集微生物。浓集剂通常不特异性针对任何特定菌株、菌种或微生物类型，因此可用于对样品中的微生物全体群落的浓集。可以使用针对特定菌株的任何已知的检测方法从捕集的微生物群落中检测特定的微生物。
术语“一个”、“一种”、“所述”、“至少一种(个)”可互换使用。
术语“和/或”意指所列要素中的一者或两者。例如，A和/或B意指单独的A、单独的B，或A和B两者。
当术语“包括”及其变型用于说明书和权利要求中时，这些术语不具有限制的意思。
数值范围包括该范围的端点和该范围内的所有数字。
浓集剂包含镧和碳酸盐两者。浓集剂具有至少0.05、至少0.06、至少0.7、至少0.8、至少0.9或至少0.10的碳与镧的重量比。碳与镧的重量比通常为最多0.20或更高、最多0.18、最多0.16、最多0.15、最多0.14或最多0.13。碳与镧的重量比通常在0.05至0.20的范围内、在0.05至0.18的范围内、在0.05至0.16的范围内、在0.05至0.14的范围内、在0.06至0.14的范围内或在0.08至0.14的范围内。
浓集剂中的碳通常来自浓集剂中所包含的碳酸盐。镧摩尔数与碳酸盐摩尔数的比率通常为至少0.3。该比率通常为至少0.4、至少0.5或至少0.6。该比率通常不大于5、不大于4、不大于3或不大于2。例如，镧摩尔数与碳酸盐摩尔数的比率可在0.3至5的范围内、在0.4至4的范围内、在0.4至3的范围内、在0.5至3的范围内或在0.5至2的范围内。
浓集剂中的镧和碳酸盐通常以各种含镧/碳酸盐的材料的形式存在。如本文所用，短语“含镧/碳酸盐的材料”是指包含镧和碳酸盐两者的材料。含镧/碳酸盐的材料可包括例如碳酸镧、碳酸氧镧、羟基碳酸镧等，以及它们的混合物。这些含镧/碳酸盐的材料中的任何一种可以无水形式、水合形式或这两种形式存在。碳酸镧的水合形式通常由式La2(CO3)3·xH20表示，其中x为最多8的数字，诸如在2至8范围内、4至8范围内或3至6范围内的数字。例如，水合碳酸镧可为La2(CO3)3·4H20或La2(CO3)3·8H20。碳酸镧的无水形式通常由式La2(CO3)3表示。碳酸氧镧的水合形式通常由式La2O(CO3)2·yH2O或La2O2CO3·zH2O表示，其中y和z各自独立地为最多4的数字，诸如在1至4或2至4范围内的数字。碳酸氧镧的无水形式通常由式La2O(CO3)2或La2O2CO3表示。羟基碳酸镧的无水形式通常由式La(OH)(CO3)表示。
在一些实施例中，浓集剂不包含氧化镧。在其它实施例中，浓集剂包含最多20重量％的氧化镧。例如，浓集剂可包含最多10重量％、最多5重量％、最多2重量％或最多1重量％的氧化镧。即使存在一些氧化镧，浓集剂中的镧摩尔数与碳酸盐摩尔数的比率也在0.3至5的范围内。
浓集剂通常包含粒子。换句话说，浓集剂中含镧/碳酸盐的材料通常为多个粒子的形式。虽然这些粒子可具有任何所需的尺寸，但是粒子的平均尺寸(即，最大维度的平均尺寸)通常不大于100微米、不大于75微米、不大于50微米、不大于40微米、不大于30微米、不大于20微米，或不大于10微米。粒子通常具有大于1微米、大于2微米或大于5微米的平均粒径。例如，粒子的平均直径可在1至100微米、1至75微米、1至50微米、1至20微米或1至10微米的范围内。
含镧/碳酸盐的材料的粒子可具有任何形状。在一些实施例中，粒子具有薄片状形态。也就是说，粒子三个维度之一(即，x方向、y方向或z方向)明显小于另两个维度。例如，z方向可为另两个维度的小于20％、小于10％、小于5％、小于2％或小于1％。在其它实施例中，粒子是近似球形的。球形形态可由单个粒子或由单独粒子的团聚和/或聚集形成。
在一些实施例中，含镧/碳酸盐的材料包括具有明确限定的x射线衍射图的结晶材料。在其它实施例中，含镧/碳酸盐的材料包括x射线衍射图无峰或仅具有宽峰的无定形材料。在其它实施例中，含镧/碳酸盐的材料的x射线衍射图表明存在无序结晶排列、小结晶区或两者。此类x射线衍射图可仅具有宽峰或者尖峰和宽峰的混合。
可使用任何合适的方法来制备含镧/碳酸盐的材料。在一些实施例中，通过将水溶性碳酸盐、水溶性碳酸氢盐或其混合物添加到水溶性镧盐中形成沉淀物来制备含镧/碳酸盐的材料。合适的水溶性镧盐包括但不限于氯化镧、硝酸镧、醋酸镧等。合适的水溶性碳酸盐和/或碳酸氢盐包括但不限于碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸铵、碳酸氢铵等。通常添加相对于反应混合物中的镧摩尔数的等量或过量的碳酸盐和/或碳酸氢盐。
可调节将碳酸盐和/或碳酸氢盐添加到镧盐中的速率以及反应温度(例如，从室温调节到100℃)以改变含镧/碳酸盐的材料的沉淀粒子的尺寸。通常，较慢的添加速率或较高的反应温度往往会导致形成较大粒子。另外，可调节pH以改变反应速率。一般来讲，升高pH往往会降低反应速率。例如通过使用包含碳酸盐和/或碳酸氢盐与氢氧根离子的混合物的缓冲液，可实现所需的pH。此外，将反应混合物在添加所有的碳酸盐和/或碳酸氢盐之后保持在升高的温度(例如，大于50℃，诸如在50℃至100℃的范围内)下可用于增大平均粒度、缩窄粒度分布或两者。
含镧/碳酸盐的材料的粒子可在沉淀后通过过滤或通过任何其它合适的方法从反应混合物来收集。通常用水洗涤所收集的粒子以除去反应混合物中所使用的任何过量的碳酸盐和/或碳酸氢盐、镧盐的任何剩余抗衡离子，以及碳酸盐和/或碳酸氢盐的任何剩余抗衡离子。可将所收集的粒子在室温下或在升高的温度下，诸如在最高100℃、最高125℃、或最高150℃的温度下干燥。所得的含镧/碳酸盐的材料通常为碳酸镧的水合形式，但可包括其它材料，诸如水合碳酸氧镧、水合羟基碳酸镧或它们的任何混合物。
可对沉淀的含镧/碳酸盐的材料进行进一步热处理(例如，煅烧)。例如，可在至少150℃、至少200℃或至少250℃的温度下对沉淀的含镧/碳酸盐的材料进行热处理(例如，煅烧)。热处理上限温度通常被选择为使得至少大部分热处理材料为含镧/碳酸盐的材料。也就是说，热处理上限温度被选择为使得少于20重量％的热处理材料为氧化镧。此外，浓集剂在大于约500℃的温度下煅烧时，微生物的捕集效率往往会降低。热处理上限温度通常不大于500℃、不大于450℃或不大于400℃。煅烧温度通常在150℃至500℃的范围内、在150℃至400℃的范围内、在200℃至500℃的范围内、在200℃至400℃的范围内、在250℃至500℃的范围内、在250℃至450℃的范围内、在250℃至400℃的范围内、在250℃至350℃的范围内，或在275℃至325℃的范围内。热处理期间使用的大气环境可为空气或惰性气体，诸如氮气、氩气等。
热处理可改变含镧/碳酸盐的材料的化学组成。例如，热处理通常将含镧/碳酸盐的水合材料转化为无水材料。碳酸镧材料可转化为碳酸氧镧材料。基于x射线衍射图，所得热处理的含镧/碳酸盐的材料可看起来比沉淀的含镧/碳酸盐的材料结晶度更低或结晶度更高。
热处理可改变含镧/碳酸盐的材料结合微生物的效果。在一些实施例中，通过在接近300℃，诸如在225℃至375℃范围内、250℃至350℃范围内或275℃至325℃范围内的温度下加热沉淀的含镧/碳酸盐的材料，可获得结合微生物的最大效率。所得的含镧/碳酸盐的材料(其可为不同化合物的混合物)通常具有包含多个宽峰的x射线衍射图，这表明存在无序结晶结构和/或存在小结晶域。
在一些实施例中，含镧/碳酸盐的材料为不同化合物的混合物。该混合物可包含例如选自以下物质的至少两种不同材料：碳酸镧、碳酸氧镧和碱式碳酸镧的无水形式和/或水合形式。作为浓集剂，此类多种化合物的混合物通常可比单独化合物更有效。
微生物可结合于浓集剂。换句话说，浓集剂中的含镧/碳酸盐的材料可用于从流体样品捕集、离析(isolate)、除去、分离(separate)或浓集微生物。可使用可能包含微生物的感兴趣的任何流体样品。流体样品可为液体、液体中的固体的分散体或悬浮液，或第二液体中的第一液体的分散体或悬浮液。流体样品在与浓集剂接触之前可直接使用，可被浓缩(例如，通过离心或蒸发)，或可被稀释(例如，通过添加缓冲液，诸如pH缓冲溶液)。固体或半固体形式的样品可被萃取(例如，通过用流体洗涤或冲洗)或可悬浮或分散在流体中。可通过擦拭和/或用流体冲洗从表面采集样品。样品可包括但不限于生物样品、环境样品、食物样品、饲料样品、实验室样品和工业样品。
在用流体相处理之后可直接或间接使用的一些具体食物样品包括但不限于新鲜农产品、碎肉、奶制品、果汁、饮料等。食物样品也可由对食物加工设备、食物处理设备、食品准备区域等的检查获得。在用流体相处理之后可直接或间接使用的一些具体生物流体包括但不限于全血或全血组分(例如，血浆、富含血小板的血液级分、血小板浓缩液和压积红血细胞)、细胞制剂(例如，分散组织、骨髓穿刺液和椎体骨髓)、细胞悬浮液、尿液、唾液、肺部流体、脑部流体、伤口渗出液、伤口活检样品、眼部流体、脊髓液以及裂解制剂。在用流体相处理之后可直接或间接使用的环境样品包括但不限于饮用水、地下水、土壤样品和工业垃圾样品。其它工业样品是与各种生物过程或药物配制相关联的那些样品。
使流体样品与浓集剂接触。可将浓集剂添加至流体样品，或者可将流体样品添加至浓集剂。可使用任何合适量的流体样品和浓集剂。流体样品的体积通常取决于特定应用。当流体样品与诊断或研究应用相关时，该体积可在微升范围内(例如，1至1000微升)。当流体样品与食物病原体测试相关或用于饮用水测试时，该体积可在毫升至升范围内(例如，1毫升至10升或更多)。当流体样品与工业应用相关时，该体积可为数百升或更多。本领域技术人员可容易地确定相对于流体样品的体积所需的浓集剂的量。在一些应用中，1至10毫克的浓集剂每毫升样品是可用的。
在许多实施例中，可将浓集剂的至少一部分悬浮或分散于流体样品中。例如，可将载有浓集剂的刮勺或试纸条或其它制品浸入流体样品中。在其它实例中，可将流体样品倾倒在载有浓集剂的膜上，或可将流体样品添加到含有浓集剂的管或孔中。在其它实例中，将浓集剂和流体样品在多种容器中的任何一种中混合(使用任何添加顺序)。这些容器可任选地被加盖、关闭或密封，诸如加盖的试管和加盖的瓶子或广口瓶。如果需要，可在添加流体样品之前对容器进行灭菌。
可通过混合(例如，搅动、搅拌、摇动或振动)来增强浓集剂与流体样品之间的接触，使得浓集剂暴露于大部分的流体样品。对于小流体样品(诸如体积小于或等于1毫升的那些样品)而言，根据需要可使用诸如形成涡流的混合方法，如例如在美国专利5,238,812(Coulter等人)中所述。对于较大体积样品(诸如在1毫升至10毫升范围内的那些样品)而言，可通过以“翻滚”方式轻微回转浓集剂和流体样品来实现混合，如例如在美国专利5,576,185(Coulter等人)中所述。接触可进行任何所需的时间段。对于体积为约100毫升或更少的流体样品而言，接触时间可为最多60分钟、最多45分钟、最多30分钟、最多20分钟、最多10分钟或最多5分钟。此类流体样品的接触时间通常为至少5秒、至少10秒、至少15秒、至少30秒或至少1分钟。
如果需要，可将一种或多种添加剂添加到流体样品与浓集剂的混合物中。合适的添加剂包括但不限于裂解试剂、生物发光分析试剂、微生物生长培养基、缓冲液(例如，用以分散或萃取固体样品)、微生物染色试剂、洗涤缓冲液(例如，用以洗去未结合的材料)、洗脱剂(例如，血清白蛋白)、表面活性剂，以及机械磨蚀/洗脱剂(例如，玻璃微珠)。
当流体样品与浓集剂接触时，存在于流体样品中的微生物可结合于浓集剂。结合的微生物(即，结合于浓集剂的微生物)可与残余的流体样品分离。在一些实施例中，此类分离可至少部分地依赖于重力沉降来完成。例如，结合的微生物可在最多60分钟、最多45分钟、最多30分钟、最多15分钟、最多10分钟或最多5分钟的时间段内沉降。在其它实施例中，此类分离可通过诸如离心的技术来完成。在这些实施例的任一者中，可通过滗析、虹吸、过滤或本领域已知的其它方法来除去上清液。结合的微生物在分离步骤过程中可保留在容器或器皿的底部。可替代地，结合的微生物可处于过滤介质上。
在使流体样品与浓集剂接触的其它方法中，浓集剂是浓集装置的一部分，该浓集装置还包括多孔基体。这些浓集装置中的浓集剂为多个粒子的形式，该多个粒子分布在多孔基体的表面上、整个多孔基体中，或它们的组合。可使用任何合适的多孔基体。
在浓集装置的一些实施例中，多孔基体是聚合物型，并且使用可烧结聚合物粒子来形成。也就是说，浓集装置包括(a)烧结聚合物粒子的多孔基体和(b)包含镧和碳酸盐两者的多个浓集剂粒子。浓集剂粒子分布在多孔基体的表面上、整个多孔基体中，或它们的组合。
为了形成该浓集装置，将可烧结聚合物粒子和浓集剂粒子混合在一起，并加热到足以软化聚合物粒子的温度。冷却时，软化聚合物材料熔合在一起以形成烧结聚合物粒子的多孔基体。所得浓集装置通常为实心或自支承多孔基体的形式，其中浓集剂嵌入在多孔基体内、多孔基体的表面上，或两者。浓集装置可具有复杂孔结构(例如，贯穿多孔基体的弯曲孔路径)并且可具有良好机械强度。
在为颗粒形式时能够被烧结的聚合物包括各种热塑性聚合物。具有较高粘度和较低熔体流动速率的热塑性聚合物在烧结过程期间可有利于粒子形状保持。也就是说，如果粒子形状未能保持，则可产生具有较低或没有孔隙度的主体。
可用的热塑性聚合物包括但不限于聚烯烃(包括烯烃均聚物和共聚物以及烯烃和其它乙烯基单体的共聚物)、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚等，以及它们的组合。可用聚合物的代表性例子包括乙烯乙酸乙烯酯(EVA)聚合物、乙烯丙烯酸甲酯(EMA)聚合物、聚乙烯(包括(例如)低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)和超高分子量聚乙烯(UHMWPE))、聚丙烯、乙烯-丙烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯橡胶、聚苯乙烯、聚(1-丁烯)、聚(2-丁烯)、聚(1-戊烯)、聚(2-戊烯)、聚(3-甲基-1-戊烯)、聚(4-甲基-1-戊烯)、1,2-聚-1,3-丁二烯、1,4-聚-1,3-丁二烯、聚异戊二烯、聚氯丁二烯、聚(乙酸乙烯酯)、聚(偏二氯乙烯)、聚(偏二氟乙烯)、聚(四氟乙烯)等以及它们的组合。
在一些更具体的浓集装置中，用于形成聚合物多孔基体的热塑性聚合物包括聚乙烯，诸如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。超高分子量聚乙烯的例子是重均分子量为至少约750,000克/摩尔、至少1,000,000克/摩尔、至少2,000,000克/摩尔或至少3,000,000克/摩尔的那些。
可烧结聚合物可具有宽泛的粒度范围，取决于烧结的聚合物多孔基体中所需的孔(例如，洞、凹陷，或优选地，槽)尺寸。更细小的粒子可产生多孔基体中更细小的孔尺寸。一般来讲，聚合物粒子可以是平均尺寸(即，最长维度的直径)在1至1000微米范围内的微粒。例如，平均粒度可以在1至750微米的范围内、在1至500微米的范围内、在1至300微米的范围内、在5至300微米的范围内、在1至200微米的范围内、在5至200微米的范围内、在10至200微米的范围内、在50至200微米的范围内，或在100至200微米的范围内。所得的孔可以在微米范围内或更小。如果需要，也可通过使用较高和较低熔体流动速率的热塑性聚合物的共混物来改变或控制多孔基体的孔隙度。
可将热塑性聚合物粒子和浓集剂粒子(以及任何可选的添加剂，例如润湿剂或表面活性剂)进行混合和机械性共混(例如，使用商业混合设备)以形成混合物。通常将混合物共混直到其为均匀的。一般来讲，颗粒浓集剂可以基于混合物中固体的总重量计最多90重量％的浓度存在于混合物中。这些固体通常包括聚合物粒子、浓集剂粒子，以及与任选的添加剂相关联的任何另外的固体。如果使用更高量的浓集剂，则浓集装置可包含不足以形成多孔基体的量的聚合物材料，并且所得结构可缺乏完整性。浓集剂可以例如基于混合物中固体的总重量计最多85重量％、最多80重量％、最多75重量％或最多70重量％的量存在。浓集剂的量通常基于混合物中固体的总重量计为至少5重量％。如果浓集剂的量较低，则浓集剂捕集微生物的效率可不够低。浓集剂的量通常基于混合物中固体的总重量计为至少10重量％、至少20重量％、至少30重量％、至少40重量％或至少50重量％。
一些示例性浓集装置包含基于混合物中固体的总重量计5至90重量％的浓集剂粒子以及10至95重量％的聚合物粒子。例如，浓集装置可包含10至80重量％的浓集剂粒子以及20至90重量％的聚合物粒子、20至80重量％的浓集剂粒子以及20至80重量％的聚合物粒子、40至80重量％的浓集剂粒子以及20至60重量％的聚合物粒子，或10至50重量％的浓集剂粒子以及50至90重量％的聚合物粒子。如果需要，可在混合物中包含少量(例如，最多5重量％)的常规添加剂(例如，润湿剂、表面活性剂等)。
可将所得混合物设置在模具或其它合适的容器或基底中。可具有单个腔体或多个腔体的可用模具可由碳钢、不锈钢、黄铜、铝、钛、镍等制成。腔体可具有基本上任何所需形状，前提条件是在完成处理后可将烧结的聚合物多孔基体从模具中除去。可使用商业粉末处理和/或振动设备填充模具。
可通过将热引入模具(例如，通过电阻加热、电感加热或蒸汽加热)进行用以烧结聚合物粒子的热处理。可将模具加热至足以烧结聚合物的温度(例如，通过加热至略低于聚合物的熔点的温度)。该温度通常在90℃至200℃或更高的范围内，具体取决于聚合物粒子的分子量。例如，该温度可在100℃至200℃的范围内、在120℃至200℃的范围内、在100℃至180℃的范围内，或在120℃至180℃的范围内。任选地，可在加热过程期间对混合物施加压力。在热处理之后，可允许模具自然地或通过使用基本上任何方便的冷却方法或装置冷却至环境温度(例如，20℃至25℃范围内的温度)。
可使用美国专利7,112,272(Hughes等人)、7,112,280(Hughes等人)和7,169,304(Hughes等人)中所述的聚合物粒子和处理方法来制备示例性浓集装置。可将两种不同类型的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)粒子共混在一起，其中一种为具有表面卷积的“爆米花形的”并且另一种为基本上球形的。示例性“爆米花形”和球形UHMWPE分别以PMXCF-1(堆密度为0.25-0.30克/立方厘米、平均直径为约30至40微米，在约10微米至约100微米的范围内)和PMX CF-2(堆密度为0.40-0.48克/立方厘米、平均直径为约55至65微米，在约10微米至约180微米的范围内)得自泰科纳公司(Ticona)(塞拉尼斯公司(Celanese)的分部，总部位于德国的法兰克福(Frankfurt,Germany))。也可采用来自其它制造商的UHMWPE粒子，其具有能与之相比的形态、堆密度和粒度并且具有约750,000克/摩尔至约3,000,000克/摩尔范围内的重均分子量。这两种类型的UHMWPE粒子可被选择为具有相同或不同的分子量。在一个更具体的实例中，这两种类型的粒子具有所述范围内的相似分子量；例如，这两种类型的粒子可具有接近3,000,000克/摩尔的重均分子量。可将两种不同类型的UHMWPE粒子以不同的相对量(例如，等量)进行混合并且随后与浓集剂以上述比率进行进一步地混合。任一种UHMWPE可以相比另一种较小的量使用，或者可甚至从混合物中省去，具体取决于浓集装置的所需特性。
在浓集装置的其它实施例中，多孔基体为纤维状的和非织造的。也就是说，浓集装置包括(a)纤维状非织造多孔基体和(b)包含镧和碳酸盐两者的多个浓集剂粒子。浓集剂粒子分布在多孔基体的表面上、整个多孔基体中，或它们的组合。
此类浓集装置可通过能够提供使所述浓集剂粒子网缠结于其中的纤维状非织造多孔基体的基本上任何方法来制备。该类型的多孔基体通常为包含非织造或非针织物的形式的互层纤维的幅材或介质。可用于制备纤维状非织造多孔基体的方法包括但不限于气流成网技术、纺丝成网技术，诸如熔喷法或纺粘法、梳理法、湿法成网以及它们的组合。在一些应用中，可能优选的是通过纺丝成网或湿法成网技术制备纤维状非织造基体。
适用于制备浓集装置的纤维状非织造多孔基体的纤维通常为可浆化或可挤出的纤维，诸如对于辐射和/或各种溶剂稳定的那些纤维。可用纤维包括聚合物纤维、无机纤维以及它们的组合。在许多实施例中，纤维包括聚合物纤维并且通常包括多种不同类型的聚合物纤维。例如，聚合物纤维中的至少一些可被选择为表现出一定的亲水性。
合适的聚合物纤维包括由天然聚合物(衍生自动物或植物来源)和/或合成聚合物(包括热塑性和可溶剂分散的聚合物)制成的那些纤维。可用的聚合物包括羊毛；丝；纤维素聚合物(例如，纤维素、纤维素衍生物，诸如人造丝等)；氟化聚合物(例如，聚(氟乙烯)、聚(偏二氟乙烯)、偏二氟乙烯共聚物(例如，聚(偏二氟乙烯-共聚-六氟丙烯))、三氟氯乙烯共聚物(例如，聚(乙烯-共聚-三氟氯乙烯)等)；氯化聚合物；聚烯烃(例如，聚(乙烯)、聚(丙烯)、聚(1-丁烯)、乙烯和丙烯的共聚物、α烯烃共聚物(诸如乙烯或丙烯与1-丁烯、1-己烯、1-辛烯和1-癸烯的共聚物)、聚(乙烯-共聚-1-丁烯)、聚(乙烯-共聚-1-丁烯-共聚-1-己烯)等)；聚(异戊二烯)；聚(丁二烯)；聚酰胺(例如，尼龙6、尼龙6,6、尼龙6,12、聚(亚胺基己二酰亚胺基六亚甲基)、聚(亚胺基己二酰亚胺基癸亚甲基)、聚己内酰胺等)；聚酰亚胺(例如，聚(均苯四酰亚胺)等)；聚醚；聚(醚砜)(例如，聚(二苯醚砜)、聚(二苯砜-共聚-二苯醚砜)等)；聚(砜)；聚(乙酸乙烯酯)；乙酸乙烯酯的共聚物(例如，聚(乙烯-共聚-乙酸乙烯酯))，其中至少一些乙酸根基团已经水解以提供各种聚(乙烯醇)的共聚物，包括聚(乙烯-共聚-乙烯醇)等)；聚(磷腈)；聚(乙烯酯)；聚(乙烯醚)；聚(乙烯醇)；芳族聚酰胺(例如，对位芳族聚酰胺，诸如聚(对苯二甲酰对苯二胺)以及以商品名“KEVLAR”由特拉华州威名顿的杜邦公司(DuPont Co.,Wilmington,DE)销售的纤维，其浆液以基于制成浆液的纤维长度的多种品级商购获得，所述品级诸如“KEVLAR 1F306”和“KEVLAR 1F694”，两者均包含长度为至少4mm的芳族聚酰胺纤维；等)；聚(碳酸酯)等；以及它们的组合。在一些具体实例中，聚合物纤维包括聚酰胺、聚烯烃、聚砜以及它们的组合。甚至更具体的例子包括尼龙、聚(乙烯)以及它们的组合。
合适的无机纤维包括含有至少一种无机材料的无机纤维，该无机材料选自玻璃、陶瓷以及它们的组合。可用的无机纤维包括例如玻璃纤维(例如，E-玻璃、S-玻璃等)、陶瓷纤维(例如，由金属氧化物(诸如氧化铝)、碳化硅、氮化硼、碳化硼等制成的纤维)，以及它们的组合。可用的陶瓷纤维可以是至少部分结晶的(表现出可识别的X射线粉末衍射图或同时包含结晶相和无定形(玻璃)相)。在一些应用中，无机纤维包括玻璃纤维以及它们的组合。
用于形成纤维状非织造多孔基体的纤维可具有这样的长度和直径，该长度和直径可以为具体应用(例如，用于特定类型的样品基体)提供具有足够结构完整性和足够孔隙度的多孔基体。例如，纤维长度通常为至少约0.5毫米、至少1毫米、至少2毫米、至少3毫米、至少4毫米、至少6毫米、至少8毫米、至少10毫米、至少15毫米、至少20毫米、至少25毫米或至少30毫米。纤维的直径可为例如至少10微米、至少20微米、至少40微米或至少60微米。纤维长度和直径将根据诸如纤维性质和应用类型的因素而变化。
为有利于夹带浓集剂粒子和/或确保高表面积，用于形成纤维状非织造多孔基体的纤维通常包含至少一种原纤化纤维(例如，以被大量较小的附接原纤所围绕的主纤维的形式)。主纤维一般可具有0.5毫米至5毫米范围内的长度以及1微米至20微米范围内的直径。原纤通常可具有亚微米直径。
纤维状非织造多孔基体可包含多种不同类型的纤维。在一些实施例中，可使用两种、三种、四种或甚至更多种不同类型的纤维形成多孔基体。例如，可添加尼龙纤维以获得强度和完整性，同时可添加原纤化聚乙烯以夹带颗粒。如果结合地使用原纤化和非原纤化纤维，原纤化纤维与非原纤化纤维的重量比通常为至少1:2、至少1:1、至少2:1、至少3:1、至少5:1，或甚至至少8:1。
浓集装置通常包含基于浓集装置中固体(例如，纤维、聚合物粘合剂和浓集剂)的总重量计至少10重量％的纤维。如果所包括的纤维的量小于该量，则浓集装置可能不具有足够的孔隙度。一些浓集装置包含至少15重量％、至少20重量％或至少25重量％的纤维。纤维状多孔基体通常包含基于固体的总重量计最多95重量％的纤维。如果纤维的量大于该量，则当与流体样品接触时所存在的浓集剂的量可能不足以捕集微生物。一些示例性浓集装置包含基于固体的总重量计最多90重量％、最多80重量％、最多70重量％、最多60重量％、或最多50重量％的纤维。
纤维状非织造多孔基体通常还包含至少一种聚合物粘合剂。合适的聚合物粘合剂包括相对惰性(与纤维或浓集剂粒子几乎不表现出或不表现出化学相互作用)的天然和合成聚合物材料。可用的聚合物粘合剂包括聚合物树脂(例如，粉末和胶乳形式)、聚合物粘合剂纤维等，以及它们的组合。
用于纤维状非织造多孔基体的合适聚合物树脂包括但不限于天然橡胶、氯丁橡胶、苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯酸酯树脂、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯以及它们的组合。在许多实施例中，聚合物树脂包括丙烯酸酯树脂。
合适的聚合物粘合剂纤维包括唯一粘合剂类型的纤维和双组分纤维。示例性唯一粘合剂类型的纤维包括以商品名KODEL(例如，KODEL 43UD)从美国田纳西州金斯波特的伊士曼化学品公司(EastmanChemical Products(Kingsport,TN,USA))商购获得的纤维。双组分纤维可为例如并列型形式、皮-芯型形式等。示例性并列型双组分纤维是聚烯烃热粘合双组分纤维，其以商品名CHISSO(例如，CHISSO ES)从日本大阪的智索株式会社(Chisso Corporation(Osaka,Japan))商购获得。示例性皮-芯型双组分纤维以商品名MELTY(例如，MELTY 4080)从日本大阪的尤尼吉可公司(Unitika Ltd.(Osaka,Japan))商购获得以及从田纳西州约翰逊城的Minifibers公司(Minifibers(Johnson City,TN))商购获得，其由乙基乙酸乙烯酯(外皮)和聚丙烯(芯)制成。该纤维具有聚酯芯和聚(乙烯)外皮。
不管所用的聚合物粘合剂的类型，所得浓集装置(干燥形式)中的粘合剂的量通常在基于浓集装置中固体(例如，纤维、聚合物粘合剂和浓集剂)的总重量计0.5至10重量％的范围内。此类量的聚合物粘合剂一般可以为纤维状非织造多孔基体提供充分的完整性以用于多种应用，而并不显著地涂覆浓集剂粒子。例如，基于浓集装置中固体的总重量计，聚合物粘合剂的量可在1至8重量％、1至6重量％、1至5重量％、1至4重量％、2至8重量％或3至7重量％的范围内。
优选地，聚合物粘合剂不显著粘附于浓集剂粒子。换句话讲，当通过扫描电子显微镜法检查浓集装置时，少于5％的浓集剂粒子总表面积被聚合物粘合剂覆盖。例如，少于4％、少于3％、少于2％，或甚至少于1％的浓集剂总表面积被聚合物粘合剂覆盖。
该类型的浓集装置可通过包括如下步骤的方法制备：(a)提供多种上述纤维；(b)提供多个上述浓集剂粒子；以及(c)将多根纤维的至少一部分形成为使多个浓集剂粒子的至少一部分网缠结于其中的多孔纤维状非织造基体。如上文所提及的，该形成可以基本上通过能够提供使浓集剂粒子网缠结于其中的纤维状非织造基体的任何方法来进行。
用于制备浓集装置的一种更具体的方法是湿成网或“湿法成网”方法。在该方法中，形成包含如下的分散体：(a)多根纤维、(b)多个浓集剂粒子、(c)聚合物粘合剂和(d)分散液，诸如水、水混溶性有机溶剂，或它们的混合物。可将纤维、浓集剂粒子和聚合物粘合剂组分一起分散在分散液中。可替代地，可分散这些组分中的一种或两种，然后引入其它组分。在一些实施例中，纤维具有促进纤维在分散液中的分散的添加剂、表面处理物或化学基团。例如，基于聚烯烃的纤维可具有马来酸酐或琥珀酸酐官能团，或在熔融加工以制备基于聚烯烃的纤维期间可加入合适的表面活性剂。
湿法成网方法另外包括将聚合物粘合剂至少部分地沉积在纤维的至少一部分上以及从分散体除去分散液。可在除去分散液或脱水步骤之前或之后进行聚合物粘合剂在纤维上的沉积，具体取决于聚合物粘合剂的特性。例如，当聚合物胶乳用作聚合物粘合剂时，可在浓集剂粒子添加之前或之后并且在脱水之前将该聚合物胶乳沉淀在纤维上。在初始脱水之后，可施加热以完成脱水并且对所得的沉积胶乳定型。当聚合物粘合剂纤维用作聚合物粘合剂时，一般可首先进行脱水，随后加热以完成脱水并且熔化聚合物粘合剂纤维(并且由此将聚合物粘合剂沉积在纤维上)。
一种或多种助剂或添加剂可用于制备该类型的浓集装置。可用的助剂包括加工助剂(例如，沉淀剂，诸如铝酸钠和硫酸铝，它们可以有助于使聚合物粘合剂沉淀到纤维上)，可以增强所得浓集装置的整体性能的材料等。当使用时，此类助剂的量可以例如基于浓集装置的总干重(纤维、浓集剂和聚合物粘合剂)计最多5重量％、最多4重量％、最多3重量％、最多1重量％或最多0.5重量％的量存在。助剂的总量通常被选择为尽可能低的，以便使浓集装置中可包含的浓集剂粒子的量最大化。
在一个更具体的湿法成网方法中，纤维(例如，短纤维)可在分散液(例如，水、水混溶性有机溶剂(诸如醇)，或它们的混合物)存在的情况下在容器中共混以形成浆液。在形成浆液之后，可将浓集剂粒子、聚合物粘合剂和任选的沉淀剂(例如，pH调节剂，诸如矾)添加到浆液中。
当通过使用本领域已知的手抄片方法(hand-sheet method)进行湿法成网方法时，未发现这三种组分(即，纤维、聚合物粘合剂和浓集剂粒子)添加到分散体的顺序显著地影响浓集装置的最终性能。然而，在加入浓集剂粒子之后加入聚合物粘合剂可提供表现出浓集剂粒子对纤维一定程度上更好的粘附性的浓集装置。
在形成后，可将分散体混合物倾注到模具中，模具的底部可被筛网覆盖。可以使分散液通过该筛网从混合物(以湿片材的形式)中排出。在足够的液体排出后，一般可以从模具中移出湿片材，并通过压轧、加热或两者的组合来使之干燥。一般来讲，压力在约300至约600kPa的范围内。可使用在90℃至200℃范围内、100℃至175℃范围内、100℃至150℃范围内或90℃至120℃范围内的温度来干燥湿片材。干燥通常除去所有或大部分分散液(例如，基于为形成分散体而添加的分散液的量计，最多85重量％、最多90重量％、最多95重量％、最多98重量％或最多99重量％的分散液)。在湿法成网方法中使用聚合物粘合剂纤维作为聚合物粘合剂时，通常不需要沉淀剂，并且所施加的热可用于熔融该聚合物粘合剂纤维。
所得的干燥片可具有至少0.1毫米、至少0.2毫米、至少0.5毫米、至少0.8毫米、至少1毫米、至少2毫米、至少4毫米或至少5毫米的平均厚度。平均厚度通常为最多20毫米、最多15毫米、最多12毫米或最多10毫米。如果需要的话，可使用压延来提供对干燥片的另外按压或熔合。
在包含纤维状非织造多孔基体的浓集装置中，可通过化学相互作用(例如，化学粘合)或物理相互作用(例如，吸附或机械截留)来截留浓集剂，具体取决于所采用的纤维的性质。
由于浓集装置的容量和效率可以根据其中所包含的浓集剂粒子的量变化，因此相对高的粒子载量一般可为所期望的。浓集装置中的浓集剂的量通常在基于浓集装置中固体(例如，纤维、聚合物粘合剂和浓集剂)的总重量计5至90重量％的范围内。如果使用少于5重量％的浓集剂，则浓集装置浓集微生物的效果可为不期望地低的。如果使用多于90重量％的浓集剂，则可能存在太少纤维而不能形成多孔基体或者结构可能缺乏完整性。在一些示例性浓集装置中，浓集剂以基于浓集装置中固体的总重量计等于至少10重量％、至少20重量％、至少30重量％、至少40重量％或至少50重量％的量存在。浓集装置中浓集剂粒子的量基于浓集装置中固体的总重量计通常为最多85重量％、最多80重量％、最多75重量％、最多70重量％或最多60重量％。浓集剂通常优选地基本上均匀地分布在整个多孔基体中。
一般来讲，如通过扫描电子显微镜法(SEM)测量，干燥片材材料的平均孔尺寸可在0.1至10微米范围内。处于20至80体积％范围内或处于40至60体积％范围内的空隙体积可为可用的。可以通过在纤维混合物中使用具有较大直径或刚度的纤维来修改(增加)干燥片材材料的孔隙度。
干燥片材材料可以是柔性的(例如，其能够围绕0.75英寸(约2cm)直径的芯成辊)。这种柔性可以使片材材料起褶或成辊。片材材料可以具有较低的背压(即，较高体积的液体可以相对快速地通过该片材材料而不产生较高的背压)。如本文所用，“较低的背压”是指在3mL/cm2流速下，微分背压不大于3磅/平方英寸(20.7kPa)、不大于2.5磅/平方英寸(17.2kPa)、不大于2磅/平方英寸(13.8kPa)、不大于1.5磅/平方英寸(10.3kPa)、不大于1磅/平方英寸(6.9kPa)或不大于0.5磅/平方英寸(3.5kPa)，其中该流速是基于片材材料的前表面面积计的。
可将未压延的片材材料切成所需尺寸并用于在与流体样品接触时结合微生物。如果需要(例如，当横跨片材的显著压降不成问题时)，可以在使用前压延片材材料以提高其拉伸强度。当欲使片材材料起褶时，通常避免干燥和压延。
在具有纤维状非织造多孔基体的一些浓集装置中，单层干燥片材材料可为有效的。在其它浓集装置中，使用多层干燥片材材料来提供对微生物的更大结合容量。
上述浓集装置中的任何一种还可包括一种或多种其它组件，诸如例如一种或多种预滤器(例如，以在样品通过多孔基体之前从样品除去较大的粒子)、用于横跨装置施加压差的歧管(例如，以有助于使样品通过多孔基体)，和/或外部壳体(例如，容纳和/或保护多孔基体的一次性料筒)。
可将上述浓集装置中的任何一种以任何合适的方式与含有微生物的流体样品接触。可将浓集装置添加至流体样品，或者可将流体样品添加至浓集装置。可将浓集装置浸入流体样品中，可将流体样品倾注到浓集装置上，可将流体样品倾注到含有浓集装置的管或孔(well)内，或可使样品在浓集装置之上或之中通过。优选地，以一定方式进行接触，使得流体样品通过多孔基体的至少一个孔。
可在各种容器或储存器的任何一种中混合浓集装置和流体样品(使用任何添加顺序)。合适的容器或储存器通常被设计成储存浓集装置和流体样品两者而不渗漏。一些示例性容器可被加盖、封闭或密封。在一些实施例中，容器或储存器是柱或注射器筒。用于实施本发明的方法的合适容器将由具体样品决定，并且可在尺寸和性质上大不相同。例如，容器可以为小容器(例如10微升容器(例如，试管或注射器))或较大容器(例如100毫升至3升容器(例如，锥形瓶或环状圆柱形容器)。
直接接触流体样品的容器、浓集装置以及任何其它设备或添加剂可在使用前进行灭菌(例如，通过受控加热、环氧乙烷气体或辐射来进行)，以便减少或防止任何可导致检测误差的流体样品的污染。浓集装置中足以捕集或浓集特定流体样品的微生物以便成功检测的浓集剂的量是可变化的(具体取决于例如浓集剂和浓集装置的性质和形式以及流体样品的体积)，并且可由本领域的技术人员容易地确定。
浓集装置与流体样品之间的接触时间段可为任何所需的时间量。例如，接触时间可为最多24小时、最多12小时、最多6小时、最多4小时、最多2小时、最多1小时、最多30分钟、最多15分钟、最多10分钟、最多5分钟、最多1分钟、最多30秒或最多15秒。可通过混合(例如通过搅拌、通过摇动，或通过横跨浓集装置施加压差以有利于流体样品通过其多孔基体)来增强接触。
在一些实施例中，流体样品通过浓集装置至少一次(通常仅一次)(例如，通过泵送、压力或重力自流进料)。可使用用于建立横跨浓集装置(例如，注射器或柱塞)的压差的基本上任何类型的泵(例如，蠕动泵)或其它设备。以最多约100毫升/分钟或更高的样品流速通过浓集装置可为有效的。流速可例如在1至100毫升/分钟的范围内、在10至100毫升/分钟的范围内、在10至50毫升/分钟的范围内或在10至25毫升/分钟的范围内。
如果需要，可将一种或多种任选的添加剂添加到流体样品与浓集装置的混合物中。合适的添加剂包括但不限于裂解试剂、生物发光分析试剂、微生物生长培养基、缓冲液(例如，用以分散或萃取固体样品)、微生物染色试剂、洗涤缓冲液(例如，用以洗去未结合的材料)、洗脱剂(例如，血清白蛋白)、表面活性剂以及机械磨蚀/洗脱剂(例如，玻璃微珠)。
当流体样品与浓集装置接触时，存在于流体样品中的微生物可结合于浓集装置中的浓集剂。通常将结合的微生物(即，结合于浓集装置中的浓集剂的微生物)与残余的流体样品分离。也可以在接触之后从浓集装置离析或分离结合的微生物(或其一种或多种组分)。例如，洗脱剂或裂解剂可在浓集装置之上或之中通过。
上述浓集装置中的任何一种可用作从流体样品(例如，水)中除去微生物污染物或病原体的过滤介质。过滤介质包括多孔基体和多个浓集剂粒子，该多个浓集剂粒子分布在多孔基体的表面上，分布在整个多孔基体中，或它们的组合。在一些实施例中，过滤介质包含(a)纤维状非织造多孔基体和(b)多个浓集剂粒子，该粒子网缠结于多孔纤维状非织造基体中。在其它实施例中，过滤介质包含(a)烧结聚合物粒子的多孔基体和(b)多个浓集剂粒子，该粒子嵌入在烧结的聚合物粒子的多孔基体中。
可使用上述浓集剂和浓集装置浓集并检测各种微生物。样品可含有多种微生物菌株，并且任何一种菌株可独立于任何其它菌株而被检测到。这些微生物包括但不限于细菌(包括革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌)、真菌、霉菌、酵母、原生动物、病毒(包括无包膜和有包膜病毒两者)、细菌内生孢子等，以及它们的组合。
待检测的靶微生物属包括但不限于李斯特菌属(Listeria)、埃希氏杆菌属(Escherichia)、沙门氏菌属(Salmonella)、弯曲菌属(Campylobacter)、梭状芽孢杆菌属(Clostridium)、螺杆菌属(Helicobacter)、分枝杆菌属(Mycobacterium)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、志贺氏菌属(Shigella)、肠球菌属(Enterococcus)、芽孢杆菌属(Bacillus)、奈瑟氏菌属(Neisseria)、志贺氏菌属(Shigella)、链球菌属(Streptococcus)、弧菌属(Vibrio)、耶尔森氏菌属(Yersinia)、博代氏杆菌(Bordetella)、包柔氏螺旋体属(Borrelia)、假单胞菌属(Pseudomonas)、酵母菌属(Saccharomyces)、假丝酵母属(Candida)等以及它们的组合。
可作为检测靶标的具体微生物菌株包括大肠杆菌(Escherichiacoli)、小肠结肠炎耶尔森氏菌(Yersinia enterocolitica)、假结核耶尔森菌(Yersinia pseudotuberculosis)、霍乱弧菌(Vibrio cholerae)、副溶血性弧菌(Vibrio parahaemolyticus)、创伤弧菌(Vibrio vulnificus)、单核细胞增多性李斯特菌(Listeria monocytogenes)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、肠道沙门氏菌(Salmonella enterica)、酿酒酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)、白假丝酵母菌(Candida albicans)、葡萄球菌肠毒素亚种(Staphylococcal enterotoxin ssp)、蜡状芽孢杆菌(Bacilluscereus)、炭疽芽孢杆菌(Bacillus anthracis)、萎缩芽孢杆菌(Bacillusatrophaeus)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、产气荚膜梭状芽孢杆菌(Clostridium perfringens)、肉毒梭状芽孢杆菌(Clostridium botulinum)、艰难梭状芽孢杆菌(Clostridium difficile)、坂崎肠杆菌(Enterobactersakazakii)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)等以及它们的组合。
微生物即使结合于浓集剂后通常保持存活。它们能够在有利条件(诸如合适的营养物质)可用的情况下复制或繁殖。
捕集效率也称为微生物浓集剂的结合效率，其通常为基于样品中微生物的总量计的至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％或至少95％。
已被浓集装置或浓集剂捕集或结合(例如，通过吸附或通过筛分)的微生物可通过基本上任何目前已知或以后开发的所需方法来检测。这类方法包括例如基于培养的方法(当时间允许时可为优选的)、显微镜法(例如，使用可用于观察标记有荧光染料的微生物的透射光显微镜或落射荧光显微镜)以及其它成像方法、免疫学检测方法和基因检测方法。在微生物捕集之后进行的检测过程可包括进行清洗以除去样品基体组分、对浓集装置的多孔纤维状非织造基体进行切片或其它方式的破碎、染色、煮沸或使用洗脱缓冲液或裂解剂以从浓集装置中释放细胞分析物等。
免疫学检测是对衍生自靶生物体的抗原物质的检测，该抗原物质通常是充当细菌或病毒粒子的表面上的标志的生物分子(例如，蛋白质或蛋白多糖)。抗原物质的检测通常可通过抗体、选自诸如噬菌体展示之类的过程的多肽或来自筛选过程的适体来进行。
免疫学检测方法是熟知的并且包括例如免疫沉淀和酶联免疫吸附测定(ELISA)。可以多种方式(例如，通过用荧光染料、用量子点或用可产生化学发光的酶或有色底物来标记第一抗体或第二抗体，以及使用酶标仪或侧流装置)来检测抗体结合。
还可通过基因检测(例如，通过核酸杂交或引物定向的扩增)来进行检测，基因检测常常是优选的方法。可以将捕集或结合的微生物裂解，以使它们的遗传物质可用于检测。裂解方法是熟知的并且包括例如下述处理：超声处理、渗压震扰、高温处理(例如，约50℃至约100℃)以及与酶一起培育，该酶例如为溶菌酶、葡萄糖酶、酵母裂解酶(zymolose)、溶细胞酶、蛋白酶K、蛋白酶E或病毒内溶素。
许多常用的基因检测分析检测特定微生物的核酸，包括DNA和/或RNA。基因检测方法中使用的条件的严格性与所检测的核酸序列的变异水平相关。高度严格的盐浓度和温度条件可使检测限于靶标的精确核酸序列。因此，使用高度严格的基因检测可区分靶核酸序列存在小变异的微生物菌株。基因检测可以基于核酸杂交，其中，单链核酸探针与微生物的变性核酸杂交，使得产生包含探针链的双链核酸。本领域技术人员应熟悉用于在凝胶电泳、毛细管电泳或其它分离方法之后检测杂交物的探针标记，例如放射性标记、荧光标记以及化学发光标记。
特别有用的基因检测方法是基于引物定向的核酸扩增的。引物指导的核酸扩增方法包括，例如，热循环方法(例如，聚合酶链反应(PCR)、逆转录酶聚合酶链反应(RT-PCR)和连接酶链反应(LCR))，以及等温方法和链置换扩增(SDA)(以及它们的组合；优选地，PCR或RT-PCR)。用于检测扩增产物的方法包括但不限于例如凝胶电泳分离和溴化乙锭染色以及检测产物中掺入的荧光标记或放射性标记。还可以使用在检测扩增产物之前不需要分离步骤的方法(例如，实时PCR或均相检测)。
生物发光检测方法是熟知的并且包括例如三磷酸腺苷(ATP)检测方法，包括美国专利7,422,868(Fan等人)中所描述的那些方法。也可以使用其它基于发光的检测方法。
由于上述浓集剂和浓集装置是非特异性的或非菌株特异性的，它们可用于提供一般捕集系统，该一般捕集系统允许靶向多种微生物菌株以便在相同样品中分析。例如，在分析食品样品的污染时，希望将相同样品中的单核细胞增多性李斯特菌、大肠杆菌以及沙门氏菌一并检测。在单个捕集步骤之后接着可进行例如PCR或RT-PCR测定，其使用特异性引物来扩增来自这些微生物菌株中每个菌株的不同核酸序列。因此，可避免需要对每个菌株分开进行样品处理和制备程序。
可提供包含如下物质的诊断试剂盒：(a)至少一种上述浓集装置或浓集剂；以及(b)至少一种测试容器或测试试剂(优选地为无菌测试容器或测试试剂)，以用于实施本发明的浓集方法。优选地，诊断试剂盒还包括用于实施所述方法的说明书。
可用的检测容器或储存器包括上文所述的那些并且可用于例如接触、温育、采集洗脱液或其它所需的方法步骤。可用的测试试剂包括微生物培养基或生长培养基、裂解剂、洗脱剂、缓冲液、发光检测分析组分(例如，发光计、裂解试剂、荧光素酶、酶底物、反应缓冲液等)、基因检测分析组分等以及它们的组合。优选的裂解剂是在缓冲液中提供的分解酶或化学物质，并且优选的基因检测分析组分包括靶微生物的一种或多种特异性引物。试剂盒还可任选地包括无菌镊子等。
提供以下各项目，这些项目是用于浓集微生物的方法或包含微生物浓集剂的制品。
项目1是一种用于浓集微生物的方法。所述方法包括提供包含镧和碳酸盐两者的浓集剂。所述浓集剂具有至少0.05的碳与镧的重量比。所述方法还包括提供包含所述微生物的流体样品以及使所述浓集剂与所述流体样品接触。所述方法还包括使所述微生物结合于所述浓集剂以形成结合的微生物。
项目2是根据项目1所述的方法，其中所述浓集剂包含粒子。
项目3是根据项目2所述的方法，其中所述粒子具有不大于100微米的平均直径。
项目4是根据项目1至3中任一项所述的方法，其中所述微生物为一种细菌、真菌、酵母、原生动物、病毒、细菌内生孢子或它们的混合物的菌株。
项目5是根据项目1至4所述的方法，其中所述微生物是革兰氏阴性细菌或革兰氏阳性细菌。
项目6是根据项目1至5中任一项所述的方法，其中所述结合的微生物处于存活状态。
项目7是根据项目1至6中任一项所述的方法，还包括将所述结合的微生物与所述流体样品分开。
项目8是根据项目1至7中任一项所述的方法，其中所述浓集剂包含多个粒子并且还包含多孔基体，其中所述多个粒子分布在所述多孔基体的表面上，分布在整个所述多孔基体中，或分布在所述表面上和整个所述多孔基体中两者。
项目9是根据项目8所述的方法，其中所述多孔基体包含非织造纤维。
项目10是根据项目9所述的方法，其中所述非织造纤维包含原纤化纤维。
项目11是根据项目9所述的方法，其中所述非织造纤维是聚合物纤维、无机纤维，或它们的组合。
项目12是根据项目9至11中任一项所述的方法，其中所述多孔基体还包含聚合物粘合剂。
项目13是根据项目8所述的方法，其中所述多孔基体包含烧结的聚合物材料。
项目14是根据项目13所述的方法，所述烧结的聚合物材料是烧结的热塑性聚合物。
项目15是根据项目1至14中任一项所述的方法，其中提供所述浓集剂包括通过将水溶性镧盐与水溶性碳酸盐溶液、与水溶性碳酸氢盐溶液或与它们的混合物混合而形成沉淀物。
项目16是根据项目15所述的方法，其中提供所述浓集剂还包括在150℃至500℃范围内的温度下加热所述沉淀物。
项目17是根据项目1至14中任一项所述的方法，其中提供所述浓集剂包括将碳酸镧水合物粒子加热至足以至少部分地形成无水碳酸镧的温度。
项目18是根据项目1至14中任一项所述的方法，其中所述浓集剂包含碳酸镧、碳酸氧镧、羟基碳酸镧，或它们的混合物。
项目19是根据项目18所述的方法，其中所述浓集剂包含无水或水合的碳酸镧。
项目20是根据项目18所述的方法，其中所述浓集剂包含无水或水合的碳酸氧镧。
项目21是根据项目1至20中任一项所述的方法，还包括检测所述结合的微生物的存在。
项目22是一种包含下述物质的制品：(a)包含镧和碳酸盐的浓集剂，其中所述浓集剂具有至少0.05的碳与镧的重量比；和(b)结合于所述浓集剂的微生物。
项目23是根据项目22所述的制品，其中所述微生物处于存活状态。
项目24是根据项目22或23所述的制品，其中所述浓集剂包含多个粒子。
项目25是根据项目24所述的制品，其中所述粒子具有不大于100微米的平均直径。
项目26是根据项目22至25中任一项所述的制品，其中所述浓集剂包含碳酸镧、碳酸氧镧、羟基碳酸镧，或它们的混合物。
项目27是根据项目26所述的制品，其中所述浓集剂包含无水或水合的碳酸镧。
项目28是根据项目26所述的制品，其中所述浓集剂包含无水或水合的碳酸氧镧。
项目29是一种包含浓集剂和多孔基体的制品。所述浓集剂包含镧和碳酸盐两者。所述浓集剂具有至少0.05的碳与镧的重量比。所述浓集剂分布在所述多孔基体的表面上、整个所述多孔基体中，或它们的组合。
项目30是根据项目29所述的制品，其中所述浓集剂包含多个粒子。
项目31是根据项目30所述的制品，其中所述粒子是薄片形状。
项目32是根据项目29至31中任一项所述的制品，其中所述多孔基体包含非织造纤维和任选的聚合物粘合剂。
项目33是根据项目32所述的制品，其中所述非织造纤维包括聚合物纤维、无机纤维，或它们的组合。
项目34是根据项目29至31中任一项所述的制品，其中所述多孔基体包含烧结的聚合物材料。
项目35是根据项目34所述的制品，其中所述烧结的聚合物材料包括烧结热塑性材料。
项目36是根据项目29至35中任一项所述的制品，其中所述多孔基体为过滤介质的形式。
项目37是根据项目29至36中任一项所述的制品，其中所述浓集剂包含碳酸镧、碳酸氧镧、羟基碳酸镧，或它们的混合物。
项目38是根据项目37所述的制品，其中所述浓集剂包含无水或水合的碳酸镧。
实例
除非另外指明，否则实例中使用的所有百分比均按重量计。除非另外指明，否则对所有实例均进行双重测试。
材料
除非另外指明，否则所有试剂以标准产品购自西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich)或VWR公司。
除非另外指明，否则包括大肠杆菌(ATCC 51813)、金黄色葡萄球菌(ATCC 6538)、酿酒酵母菌(ATCC 201390)，和单核细胞增多性李斯特菌(ATCC 51414)的所有细菌和酵母培养物购自弗吉尼亚州马纳萨斯的美国典型培养物保藏中心(American Type Culture Collection(ManassasVA))。除非另外指明，否则用于测试的细菌从划线培养物分离，该划线培养物根据标准微生物学操作法通过对胰酶大豆琼脂平板上的培养物划线并在37℃下温育过夜而制备。用于测试的酵母培养物从划线培养物分离，该划线培养物根据标准微生物学操作法通过对酵母浸出粉胨葡萄糖琼脂平板上的培养物划线并在30℃下温育过夜而制备。
如本文所用，术语“纤维1”是指具有1旦尼尔的线性质量密度的原纤化聚乙烯纤维，其以商品名FYBREL600从田纳西州约翰逊城的Minifibers公司商购获得。
如本文所用，术语“纤维2”是指具有2英寸的长度和6旦尼尔的线性质量密度的短切尼龙纤维，其从田纳西州约翰逊城的Minifibers公司商购获得。
如本文所用，术语“纤维3”是指具有5毫米长且具有2旦尼尔的线性质量密度的双组分(乙烯乙酸乙烯酯和聚丙烯)纤维，其从田纳西州约翰逊城的Minifibers公司商购获得。
如本文所用，术语“纤维4”是指玻璃纤维，其以商品名MICRO-STRAND 106-475从科罗拉多州丹佛的舒勒公司(Schuller Inc.(Denver,CO))商购获得。
碳酸镧水合物(La2(CO3)3·xH2O)可购自马萨诸塞州沃德希尔的阿法埃莎公司(Alfa Aesar(Ward Hill,MA))。
氯化镧(LaCl3)可购自新泽西州吉布斯敦的EM科学公司(EMScience(Gibbstown,NJ))。
具有99.9％纯度的硝酸镧六水合物(La(NO3)3·6H2O)粉末可购自马萨诸塞州沃德希尔的阿法埃莎公司。
氧化镧(La2O3)粉末可购自马萨诸塞州沃德希尔的阿法埃莎公司。
碳酸氢钠(NaHCO3)可购自新泽西州吉布斯敦的EMD化工公司(EMD Chemicals,Inc.(Gibbstown,NJ))。
术语“胶乳粘合剂”是指具有50重量％固体的乙酸乙烯酯乳液，其以商品名AIRFLEX 600BP从宾夕法尼亚州阿伦敦的空气产品聚合物公司(Air Products Polymers(Allentown,PA))商购获得。
术语“絮凝剂”是指以商品名MP 9307从路易斯安那州戈尔德的中南化工公司(Midsouth Chemical Co.,Inc.(Ringgold LA))商购获得的聚合物材料。
“去离子水”是指通过以商品名MILLI-Q GRADIENT SYSTEM从马萨诸塞州沃尔瑟姆的密理博公司(Millipore(Waltham,MA))商购获得的净化系统的、电阻率为18兆欧姆的去离子水。
术语“吸附缓冲液”是指pH等于7.2的溶液。100X强度的缓冲液包含溶解于去离子水中的5毫摩尔KCl、1毫摩尔CaCl2、0.1毫摩尔MgCl2和1毫摩尔K2HPO4。
“脑心浸液肉汤(BHI Broth)”是指以商品名DIFCO牛心浸液肉汤(DIFCO BOVINE HEART INFUSION BROTH)从马里兰州斯帕克斯的碧迪公司(Becton Dickinson(Sparks MD))商购获得并根据制造商的说明制成3.7重量％浓度的肉汤。
“Butterfield缓冲液”是指pH等于7.2±0.2的磷酸二氢钾缓冲溶液。该缓冲液可购自宾夕法尼亚州西切斯特的VWR公司(VWR(WestChester,PA))。
“胰酶大豆琼脂平板”是指根据制造商的说明使用3重量％的DIFCO胰酶大豆琼脂制备的平板。DIFCO胰酶大豆琼脂可购自马里兰州斯帕克斯的碧迪公司。
“MOX平板”是指使用针对李斯特菌改良的牛津培养基制备的平板，其可从加利福尼亚州圣玛丽亚的哈迪诊断公司(Hardy Diagnostics(Santa Maria,CA))商购获得。
“YPD琼脂平板”是指根据制造商的说明使用5重量％的酵母浸出粉胨葡萄糖和1.5％的琼脂(两者均从马里兰州斯帕克斯的碧迪公司商购获得)制备的琼脂平板。
“大肠杆菌平板”是指以商品名3M大肠杆菌/大肠菌群Petrifilm测试片(3M E.COLI/COLIFORM PETRIFILM PLATE)从明尼苏达州圣保罗的3M公司商购获得的平板。
“AC平板”是指以商品名3M需氧细菌计数Petrifilm测试片(3MAEROBIC COUNT PETRIFILM PLATE)从明尼苏达州圣保罗的3M公司商购获得的平板。
“YM平板”是指以商品名3M Petrifilm酵母和霉菌测试片(3MPETRIFILM YEAST AND MOLD PLATE)从明尼苏达州圣保罗的3M公司商购获得的平板。
术语“注射器”是指以商品名BD LUER-LOK商购获得的具有尖端的注射器。此类注射器可购自宾夕法尼亚州西切斯特的VWR公司。
术语“过滤片夹”是指以商品名SWINNEX从麻萨诸塞州贝德福德的密理博公司(Millipore Corp.(Bedford,MA))商购获得的13毫米过滤片夹。
术语“匀质器”分别指以商品名STOMACHER 400循环器实验室共混机(STOMACHER 400Circulator Laboratory Blender)商购获得的搅拌器，其可购自宾夕法尼亚州西切斯特的VWR公司。“匀质袋”是指以商品名FILTRA-BAG商购获得的聚乙烯样品袋，其可购自VWR公司。
0.5麦氏比浊标准物(0.5McFarland Standard)使用以商品名DENSICHEK从北卡罗来纳州达勒姆的生物梅里埃公司(bioMerieux,Inc.(Durham,NC))商购获得的密度计制备。0.5麦氏比浊数对应于大约1-1.5×108CFU/ml的细菌浓度。术语CFU是指菌落形成单位数。麦氏比浊标准物被用作基准以调节细菌悬浮液的浊度，使得细菌数量将处于给定范围内。
X射线衍射分析
直接在零背景石英插件上检查样品。使用Philips垂直衍射仪、铜Kα辐射以及散射辐射的正比检测器记录，以全谱扫描形式收集反射几何数据。该衍射仪配有可变的入射光束狭缝、固定的衍射光束狭缝以及石墨衍射光束单色器。用0.04度步长和4秒停留时间从5至80度(2θ)进行全谱扫描。将X射线发生器设定为45kV和35mA。使用粉末衍射文件(PDF)基于衍射图中所观察到的反射来识别样品中存在的相。
扫描电子显微镜(SEM)成像
将样品安装到双面碳带上，而双面碳带粘附于铝短柱上。使用溅镀机(得自加利福尼亚州欧文的泰德佩拉公司(Ted Pella,Inc.,(Irvine,CA))的SEM涂布装置PS3(SEM Coating Unit PS3))用Au/Pd涂布所安装的样品以使成像过程中的充电效应最小化。使用得自马萨诸塞州皮博迪的日本电子株式会社美国公司(JEOL USA,Inc.(Peabody,MA))的JEOL JSM-6400扫描电子显微镜，按照下列成像条件以二次电子模式使所涂布的样品成像：20kV和17mm工作距离(W.D.)。
镧分析
用于元素分析的仪器是珀金埃尔默(Perkin Elmer)Optima 8300电感耦合等离子体(ICP)光发射分光光度计。针对使用包含0、0.2、0.5和1.0百万分率(ppm)镧的酸匹配溶液标准物生成的外部校准曲线来分析样品。使用0.5ppm的质量控制标准物来监测分析期间校准曲线的精确性。0.5ppm钪溶液与样品和标准物一起在线流动以用作内标。在典型分析中，称取10毫克(mg)的样品(精确到0.01mg)到聚丙烯离心管中并用2体积％的硝酸水溶液溶解。一旦固体完全分解，即用去离子水将溶液稀释到50mL。在分析之前，将溶液再稀释100倍(以体积计)以使镧浓度在线性校准范围内。
碳分析
通过使用LECO 932CHNS型元素分析仪燃烧来分析样品中碳的重量百分比。样品以至少三份运行，并且将结果记录为平行测定以及标准偏差的平均值。在分析样品之前，使用磺胺二甲嘧啶标准物生成校准曲线。除非另有说明，否则碳的绝对标准偏差小于重量％。碳的检测极限为0.50重量％。
实例1：浓集剂1
通过向烧杯中6重量％的碳酸氢钠(NaHCO3)水溶液逐滴添加等体积的10重量％的硝酸镧(La(NO3)3·6H2O)水溶液，同时用磁力搅拌棒不断搅拌，来制备含镧/碳酸盐的材料(浓集剂1)。碳酸氢盐添加开始后数分钟，从溶液中沉淀出亮白固体。将固体真空过滤，然后在配有滤纸(WHATMAN(WHATMAN)滤纸#5)的布氏漏斗中用去离子水洗涤。将固体在室温下在空气中干燥过夜，得到含镧的浓集剂1。该材料(浓集剂1)的X射线衍射分析证实存在结构上与矿物水碳镧铈石(PDF：6-0076)相似的相。根据浓集剂1的扫描电子显微镜(SEM)成像，粒子具有板状形态。单独的片晶的厚度为数百纳米，并且平面维度为数微米。这些片晶往往团聚成尺寸为最多数十微米的较大颗粒。碳含量为5.39重量％。镧含量为49.3重量％。碳与镧的重量比为0.109。
实例2：浓集剂2(在300℃下加热的浓集剂1)
在箱式炉(得自英国霍普瓦利的卡博莱特公司(Carbolite LTD(Hope Valley,UK))的CARBOLITE RHF 1500熔炉)中在30分钟内从室温升温到300℃之后，将如实例1中所制备的浓集剂1在石英舟内在300℃下于空气中煅烧一小时。通过x射线衍射分析所得的白色粉末(浓集剂2)，表明存在碳酸镧(PDF：6-0076和/或4-010-3609)。x射线衍射图显示出沿着(200)和(400)平面的强定向以及宽泛的反射，这可归属于无序和/或小粒碳酸氧镧相(PDF：48-1113)。基于浓集剂2的扫描电子显微镜(SEM)成像，该材料具有与实例1中制备的浓集剂1相似的板状形态。板状形态与x射线衍射分析中观察到的强定向效应相符。碳含量为6.73±0.16重量％。镧含量为57.9±0.8重量％。碳与镧的重量比为0.116±0.003。
比较例1：(在550℃下加热的浓集剂1)
在箱式炉(得自英国霍普瓦利的卡博莱特公司的CARBOLITERHF 1500熔炉)中在60分钟内从室温升温到550℃之后，将如实例1中所制备的浓集剂1在石英舟内在550℃下于空气中煅烧一小时。发现所得的白色粉末(比较例1)包含碳酸氧镧(PDF：48-1113)，如X射线衍射所证实。材料的SEM成像显示出与实例2中制备的材料相似的形态和尺寸。碳含量为2.88±0.03重量％。镧含量为72.3重量％。碳与镧的重量比为0.040±0.0004。
实例3：浓集剂3
浓集剂3是市售的碳酸镧水合物(La2(CO3)3·xH2O)。基于x射线衍射，该材料包含镧石(La2(CO3)3·8H2O)(PDF：4-010-3609)。基于扫描电子显微镜(SEM)成像，浓集剂4具有板状形态。单独的片晶的厚度通常大于一微米，并且平面维度为数微米。这些片晶往往团聚成尺寸为最多数十微米的较大颗粒。碳含量为5.31±0.12重量％。镧含量为44±1重量％。碳与镧的重量比为0.121±0.004。
实例4：浓集剂4(加热至300℃的浓集剂3)
在箱式炉(得自英国霍普瓦利的卡博莱特公司的CARBOLITERHF 1500熔炉)中在30分钟内从室温升温到300℃之后，将如实例3中所述的浓集剂3在石英舟内在300℃下于空气中煅烧一小时。所得的白色粉末(浓集剂4)具有与浓集剂1相似的x射线衍射图。基于扫描电子显微镜(SEM)成像，形态和微观结构与浓集剂3相似。碳含量为7.15±0.12重量％。镧含量为57.7±0.3重量％。碳与镧的重量比为0.124±0.002。
比较例2：(加热至550℃的浓集剂3)
在箱式炉(得自英国霍普瓦利的卡博莱特公司的CARBOLITERHF 1500熔炉)中在60分钟内从室温升温到550℃之后，将如实例3中所述的浓集剂3在石英舟内在550℃下于空气中煅烧一小时。根据x线衍射，所得的白色粉末(比较例2)包含碳酸氧镧(PDF：48-1113)。材料的扫描电子显微镜(SEM)成像显示出其具有与浓集剂3相似的形态和尺寸。碳含量为2.86±0.04重量％。镧含量为72.3±0.8重量％。碳与镧的重量比为0.040±0.001。
微生物悬浮液1：：大肠杆菌悬的浮液
使用大肠杆菌(一种革兰氏阴性细菌)的划线培养物在3mL的去离子水中以制备0.5麦氏比浊标准物(McFarland Standard)。将包含108CFU/ml的所得细菌储备液在吸附缓冲液中连续稀释，以获得具有103微生物/毫升悬浮液的细菌悬浮液。
实例5：实例2上大肠杆菌的捕集
通过如下方式制备实例5：将1.0mL体积的微生物悬浮液1添加到含有10毫克的实例2中制备的浓集剂2的带标签的无菌5mL聚丙烯管中，该聚丙烯管以商品名BD FALCON从新泽西州富兰克林湖的碧迪公司(Becton Dickinson(Franklin Lakes,NJ))商购获得。捕集效率示于表1中。
比较例3：比较例1上大肠杆菌的捕集
以与实例5相同的方式制备比较例3，不同的是使用10毫克的比较例1而非浓集剂2。捕集效率示于表1中。
实例6：来自实例3的浓集剂3上大肠杆菌的捕集
以与实例5相同的方式制备实例6，不同的是使用10毫克的实例3中所述的浓集剂3而非浓集剂2。捕集效率示于表1中。
实例7：浓集剂4上大肠杆菌的捕集
以与实例5相同的方式制备实例7，不同的是使用10毫克的实例4中制备的浓集剂4而非浓集剂2。捕集效率示于表1中。
比较例4：比较例2上大肠杆菌的捕集
以与实例5相同的方式制备比较例4，不同的是使用10毫克的比较例2而非浓集剂2。捕集效率示于表1中。
比较例C5：La2O3上大肠杆菌的捕集
以与实例5相同的方式制备比较例C5，不同的是使用10毫克的氧化镧(La2O3)而非浓集剂2。捕集效率示于表1中。
比较例C6：LaCl3上大肠杆菌的捕集
以与实例5相同的方式制备比较例C6，不同的是使用10毫克的氯化镧(LaCl3)而非浓集剂2。捕集效率示于表1中。
比较例C7：LaCl3上大肠杆菌的捕集
通过如下方式制备比较例C7：将10mg的氯化镧添加到1mL经过滤灭菌的去离子水中以制备10mg/mL(40毫摩尔每升的分散体)。然后，将5微升的该分散体添加到无菌5mL的管中的1mL的微生物悬浮液1中。比较例C7的氯化镧浓度为0.2毫摩尔/mL的细菌悬浮液。捕集效率示于表1中。
大肠杆菌的捕集效率：实例5至7和比较例C3至C7
通过如下方式制备对照样品：将1.0mL的微生物悬浮液1添加到带标签的无菌5mL的聚丙烯管中，该聚丙烯管以商品名BD FALCON从新泽西州富兰克林湖的碧迪公司商购获得。未添加浓集剂。一种对照样品包含130CFU/mL的大肠杆菌并且另一种包含135CFU/mL的大肠杆菌。
盖上含有实例5至7、比较例C3至C7和对照样品的管，并在涡旋混合器(得自爱荷华州迪比克的巴恩斯特德国际公司(BarnsteadInternational(Dubuque IA))的THERMOLYNE MAXIMIX PLUS涡旋混合器)上混合。然后将管在室温(25℃)下以每分钟14个循环在平板摇床(得自巴恩斯特德国际公司的THERMOLYNE VARI MIX平板摇床)上搅动10分钟。将比较例C7的管再搅动20分钟，总共搅动30分钟。搅动之后，使每个管沉降10分钟。
根据制造商的说明，将所沉降的材料重悬于1mL的无菌Butterfield缓冲液中，并平铺于AC平板上。将对照样品以相似方式平铺于AC平板上。根据制造商的说明，将平板在37℃下温育18至20小时，并使用3M PETRIFILM读板机(得自明尼苏达州圣保罗的3M公司)分析菌落计数。捕集效率(效率)等于重悬材料上捕集的微生物的以百分比计的数量。根据下式由从重悬材料计数的菌落数量(捕集)和从未处理对照样品计数的菌落数量(对照)计算捕集效率：
捕集效率(％)＝((捕集)/(对照))×100
大肠杆菌的捕集效率结果示于表1中。除非另外指明，否则效率上的标准偏差小于10％。
表1：大肠杆菌的捕集效率
*这些实例的对照样品包含130CFU/mL的大肠杆菌
**这些实例的对照样品包含135CFU/mL的大肠杆菌
微生物悬浮液2：金黄色葡萄球菌悬的浮液
使用金黄色葡萄球菌(一种革兰氏阳性细菌)的划线培养物在3mL的去离子水中制备0.5麦氏比浊标准物。将包含108CFU/ml的所得细菌储备液在吸附缓冲液中连续稀释，以获得具有103微生物/毫升悬浮液的细菌悬浮液。
实例8：浓集剂2上金黄色葡萄球菌的捕集
通过如下方式制备实例8：将1.0mL体积的微生物悬浮液2添加到含有10毫克的实例2中制备的浓集剂2的带标签的无菌5mL聚丙烯管中，该聚丙烯管以商品名BD FALCON从新泽西州富兰克林湖的碧迪公司商购获得。捕集效率示于表2中。
比较例C8：比较例1上金黄色葡萄球菌的捕集
以与实例8相同的方式制备比较例C8，不同的是使用10毫克的比较例1而非浓集剂2。捕集效率示于表2中。
实例9：浓集剂3上金黄色葡萄球菌的捕集
以与实例8相同的方式制备实例9，不同的是使用10毫克的实例3中所述的浓集剂3而非浓集剂2。捕集效率示于表2中。
实例10：浓集剂4上金黄色葡萄球菌的捕集
以与实例8相同的方式制备实例10，不同的是使用10毫克的实例4中制备的浓集剂4而非浓集剂2。捕集效率示于表2中。
比较例C9：比较例2上金黄色葡萄球菌的捕集
以与实例8相同的方式制备比较例C9，不同的是使用10毫克的比较例2而非浓集剂2。捕集效率示于表2中。
比较例C10：La2O3上金黄色葡萄球菌的捕集
以与实例8相同的方式制备比较例C10，不同的是使用10毫克的氧化镧(La2O3)而非浓集剂2。捕集效率示于表2中。
比较例C11：浓集剂LaCl3上金黄色葡萄球菌的捕集
以与实例8相同的方式制备比较例C11，不同的是使用10毫克的氯化镧(LaCl3)而非浓集剂2。捕集效率示于表2中。
比较例C12：LaCl3上金黄色葡萄球菌的捕集
通过如下方式制备比较例C12：将10mg的氯化镧添加到1mL的经过滤灭菌的去离子水中以制备10mg/mL(40毫摩尔每升的分散体)。然后，将5微升的该分散体添加到无菌5mL管中的1mL的微生物悬浮液2中。比较例C12的氯化镧浓度为0.2毫摩尔/mL的细菌悬浮液。捕集效率示于表2中。
金黄色葡萄球菌的捕集效率：实例8至10和比较例C8至C12
通过如下方式制备对照样品：将1.0mL的微生物悬浮液2添加到带标签的无菌5mL聚丙烯管中，该聚丙烯管以商品名BD FALCON从新泽西州富兰克林湖的碧迪公司商购获得。未添加浓集剂。一种对照样品包含140CFU/mL的金黄色葡萄球菌并且另一种包含195CFU/mL的金黄色葡萄球菌。
盖上含有实例8至10、比较例C8至C12和对照样品的管，并在涡旋混合器(得自爱荷华州迪比克的巴恩斯特德国际公司的THERMOLYNE MAXIMIX PLUS涡旋混合器)上混合。然后将管在室温(25℃)下以每分钟14个循环在平板摇床(得自巴恩斯特德国际公司的THERMOLYNE VARI MIX平板摇床)上搅动10分钟。将比较例C12的管再搅动20分钟，总共搅动30分钟。搅动之后，使每个管沉降10分钟。
根据制造商的说明，将所沉降的材料重悬于1mL的无菌Butterfield缓冲液中，并平铺于AC平板上。将对照样品以相似方式平铺于AC平板上。根据制造商的说明，将平板在37℃下温育18至20小时，并使用3M PETRIFILM读板机(得自明尼苏达州圣保罗的3M公司)分析菌落计数。按照上述方法计算捕集效率。金黄色葡萄球菌的捕集效率结果示于表2中。除非另外指明，否则效率上的标准偏差小于10％。
表2：金黄色葡萄球菌的捕集效率
*这些实例的对照样品包含195CFU/mL的金黄色葡萄球菌
**这些实例的对照样品包含140CFU/mL的金黄色葡萄球菌
实例11：浓集剂2上稀释大肠杆菌的捕集
使用大肠杆菌的划线培养物在3mL的经过滤灭菌的水中制备0.5麦氏比浊标准物。将包含1×108CFU/mL的所得细菌储备液在水中连续稀释，以获得具有大约100CFU/mL的细菌悬浮液。通过如下方式制备稀释的悬浮液：用100mL的自来水以1:1000稀释细菌悬浮液，从而提供浓度总共为大约10CFU的稀释微生物悬浮液。将1mL体积的吸附缓冲液和100mL的稀释微生物悬浮液添加到可购自VWR公司的无菌250mL的聚丙烯锥形底部离心管中。
将实例2中制备的浓集剂2(100mg)添加到稀释的微生物悬浮液中。制备平行样品。将管盖上并在室温(25℃)下以14个循环/分钟在平板摇床上搅动30分钟。搅动后，使管的内容物沉降约30分钟。
从每种样品移取出99mL的体积并弃去，留下1mL包含所沉降的材料的水。用移液管从每管取出所沉降的材料并接种到单独的大肠杆菌平板上。根据制造商的说明，将平板在37℃下温育18至20小时，并使用3M PETRIFILM读板机(得自明尼苏达州圣保罗的3M公司)分析菌落计数。计算得出捕集效率为100％，标准偏差小于20％。稀释的微生物悬浮液包含3CFU/100mL。浓集剂2上捕集的平均CFU为3CFU。
实例12：包含浓集剂2(5克)的多孔基体
通过如下方式制备纤维预混物：将30.0克的纤维1、6.0克的纤维2、4.5克的纤维3和3.0克的纤维4与4升的冷自来水以中等速度在4L的共混机(威力商用强力共混机(Waring Commercial Heavy DutyBlender)，37BL84型，得自宾夕法尼亚州拉德诺的VWR公司(VWR Co.(Radnor,PA)))中混合90秒。检查混合物以确保纤维均匀地分散而无结节或结块，并且在需要破碎任何结块的情况下对其进一步共混。随后将1升的纤维预混物加入1升的不锈钢烧杯中并使用叶轮混合器(飞世尔科技(Fisher Scientific)STEDFAST搅拌器SL2400型，得自马萨诸塞州沃尔瑟姆的赛默飞世尔科技公司(ThermoFisher Scientific(Waltham,MA)))以速度设定4混合五分钟。然后将1.0g的胶乳粘合剂分散于50mL的烧杯中的约25mL自来水中，并且添加至该混合物中。用另外约25mL的自来水冲洗该烧杯，将该自来水添加至该混合物并混合约2分钟。将0.5g的絮凝剂以同样方式分散于约25mL的自来水中，并且在混合的同时添加至该混合物，随后添加来自该烧杯的另外约25mL冲洗用水。胶乳粘合剂从溶液中溶出到纤维上，并且该预混物的液相从浑浊变为基本澄清。随后，加入5.0克的实例2中制备的浓集剂2并在涡旋混合器上混合1分钟。
使用可购自纽约州沃特敦的威廉姆斯设备制造公司(WilliamsApparatus(Watertown,NY))的TAPPI制垫装置来制备毡。该装置具有度量约20厘米(8英寸)见方和20厘米(8英寸)深度的盒，该盒的底部具有细目筛网以及排水阀门。将该盒用自来水填充直至超过该筛网约1厘米的高度。将含粒子的混合物倾注到该盒中，并且立刻打开该阀门，从而产生了将水排出该盒的真空。所得的湿法成网毡为大约3毫米厚。
将该湿法成网毡从该装置转移至20厘米见方的吸墨纸(96磅白纸，得自明尼苏达州圣保罗的锚纸公司(Anchor Paper(St.Paul,MN)))。将该毡夹于2至4层吸墨纸(具体取决于该毡的湿度)之间，并在设定为60磅/平方英寸(计算得出约12磅/平方英寸的压力施加于该毡上)的气动压机中于2个强化筛网之间挤压1至2分钟，直至观察到不再有水排出。随后将挤压后的毡转移至新鲜的吸墨纸上并且置于设定为120℃的烘箱(BLUE M STABIL-THERM烘箱，OV-560A2型，得自宾夕法尼亚州怀特迪尔的斯必克公司热力设备与服务事业部(SPX Thermal Product Solutions(White Deer,PA)))约40分钟，以便除去残余的水并且固化胶乳粘合剂以形成多孔基体。
实例13：包含浓集剂2(10克)的多孔基体
根据实例12的工序制备多孔基体，不同的是添加10.0克的浓集剂2。
微生物悬浮液3：单核细胞增多性李斯特菌的悬浮液
使用单核细胞增多性李斯特菌的划线培养物在3mL的脑心浸液肉汤中制备0.5麦氏比浊标准物。将包含大约108CFU/mL的所得细菌储备液在脑心浸液肉汤中连续稀释，以提供具有大约103CFU/mL的细菌悬浮液。
实例14：实例12的多孔基体/浓集剂上单核细胞增多性李斯特菌的捕集
从实例12的制品中冲切14毫米直径盘，并将其插入过滤片夹(SWINNEX)中。使用3mL的注射器将1.5mL的微生物悬浮液3递送到过滤片夹中的盘样品上。将过滤片夹保持在容器上方以收集滤液并在约15秒内完成过滤。捕集效率示于表3中。
实例15：实例13的多孔基体/浓集剂上单核细胞增多性李斯特菌的捕集
根据与实例14所述相同的工序制备和过滤实例15，不同的是从实例13而非实例12的制品冲切盘片。捕集效率示于表3中。
实例14至15上单核细胞增多性李斯特菌的捕集效率
将来自实例14和15中所获得的100微升体积的每种滤液平铺于MOX平板上。通过将100微升的未过滤微生物悬浮液3平铺于MOX平板上来制备对照。在每次过滤后使用表面灭菌的镊子从过滤片夹取下来自实例14和15的盘制品，并且使用100微升的Butterfield缓冲液将其平铺于MOX平板上。将所有平板在37℃下温育18至20小时。对菌落人工计数。
对照样品具有3370CFU/mL(1.5mL中的5055CFU)。所有平铺的盘制品显示单核细胞增多性李斯特菌的生长，表明所捕集的细菌细胞是存活的。
按照如下方式使用滤液的菌落计数计算盘制品的捕集效率。根据下式由从滤液计数的菌落数量(滤液计数)和从未过滤对照样品计数的菌落数量(对照计数)确定过滤效率(效率)：
过滤效率(％)＝((滤液计数)/(对照计数))×100
捕集效率(％)＝100-过滤效率
捕集效率结果示于表3中。
表3：单核细胞增多性李斯特菌的捕集效率
实例 效率(％)
14 63
15 83
实例16：通过实例13的多孔基体/浓集剂除去大肠杆菌
使用大肠杆菌的划线培养物在3mL的无菌去离子水中制备0.5麦氏比浊标准物。将包含1×108CFU/mL的所得细菌储备液在去离子水中连续稀释，以获得具有大约105CFU/mL的细菌悬浮液。
从实例13的制品中冲切14毫米直径盘，并将其插入过滤片夹(SWINNEX)中。使用3mL的注射器将1.0mL的细菌悬浮液递送到过滤器中的盘上。过滤后，收集滤液，在去离子水中以1:100稀释，并平铺于大肠杆菌平板上。通过如下方式制备对照样品：将具有大约105CFU/mL的细菌悬浮液以1:100的因子稀释在Butterfield缓冲液中，然后将1mL的稀释液平铺。将平板在37℃下温育18至20小时。使用3M PETRIFILM读板机确定菌落计数。
对数下降值(LRV)是过滤基体的除菌能力的指示。根据下式，基于对照中菌落计数(CFU/mL)的对数值(对照计数对数)减去滤液中菌落计数的对数值(滤液计数)计算这些值：
LRV＝(Log10(对照计数))-(Log10(滤液计数))
对照具有130,000CFU/mL(5.1Log CFU/mL)的平均菌落计数。滤液中未观察到计数，从而对于实例13的盘制品而言，LRV为5。
微生物悬浮液4：酿酒酵母菌在啤酒中的悬浮液
使用来自YPD琼脂平板的酿酒酵母菌的划线培养物在3mL的购自当地零售商店的啤酒(含4.3％酒精的麦格金牌低度生啤酒(MichelobGolden Light Draft beer))中制备0.5麦氏比浊标准物。将包含大约106CFU/mL的所得酵母储备液在啤酒中连续稀释，以获得包含103CFU/mL的酵母悬浮液。该样品称为对照酵母悬浮液。通过如下方式制备加料啤酒样品：将1:100稀释度的悬浮液接种到100mL的啤酒中以提供10CFU/mL。该样品称为加料啤酒对照或微生物悬浮液4。
实例17：实例12的多孔基体/浓集剂上酿酒酵母菌的浓集
从实例12中冲切14mm的盘，并将其插入过滤片夹(SWINNEX)中。使用20mL的注射器分五批将微生物悬浮液4(100mL)递送至过滤片夹。在全部的样品通过该多孔基体/浓集剂后，使用表面灭菌的镊子将盘转移至空的1.5mL的无菌聚丙烯微量离心管(VWR公司，目录号89000-028)中。这是实例17。
然后，关于测定实例17的捕集效率，将来自样品制备试剂盒(3MCLEAN-TRACE表面ATP系统，得自明尼苏达州圣保罗的3M公司)的100微升的酶溶液和50微升的提取剂溶液加入到微量离心管中。将内容物在涡旋混合器(VWR定速涡旋混合器，得自宾夕法尼亚州西切斯特的VWR公司)上以约3200转/分钟混合5秒钟。通过使用配备有20/20n SIS软件的台式光度计(20/20n单管型光度计，得自加利福尼亚州森尼韦尔的特纳生物公司(Turner Biosystems(Sunnyvale,CA)))，以10秒间隔在相对光单位(RLU)中测量样品的ATP信号1分钟。按照如下所述的方法分析发光值。进行ATP的直接检测，而无需先进行捕集的微生物的提取/洗脱。
通过如下方式测定背景ATP水平：将100mL的未加料啤酒(即，未添加任何酿酒酵母菌的啤酒)过滤通过冲切自实例12的多孔基体/浓集剂的片。根据上述实例17的工序处理该对照盘，并测量ATP信号。
还测量了100微升的仅啤酒的ATP信号(未加料啤酒背景)。未加料啤酒是指未添加任何酿酒酵母菌的啤酒。从包含啤酒的测试样品的ATP信号减去背景ATP信号以计算修正的ATP信号值，如表4所示。
还对103CFU对照(100微升)和未过滤的加料啤酒样品(100微升)测量了ATP信号。这些样品分别用作103CFU对照和加料啤酒对照样品。
根据下列公式由对照的修正ATP信号值计算ATP信号％：
ATP信号％＝(修正的RLU/来自103CFU对照的RLU)×100
结果示于表4中。
表4：ATP信号测量
根据制造商的说明通过将100mL的加料啤酒中的1mL平铺于Y/M平板上来测定酵母计数，并且该样品具有总共1350CFU的酵母细胞。
实例18至19和比较例C13：牛肉样品的过滤
通过如下方式制备碎牛肉样品：将99mL的Butterfield缓冲液和11克的购自当地杂货店的碎牛肉(15％脂肪)添加到匀质袋中，并根据制造商的说明以230rpm的速度在匀质器上处理30秒。
通过如下方式制备实例18：使用10mL的注射器将10mL的碎牛肉样品递送至过滤片夹(SWINNEX)中的实例12的14mm盘。使用装配在过滤片夹入口端口中的注射器和注射器的柱塞来对样品施加正压，直到全部样品通过基体。滤液体积和过滤时间示于表5中。
以与上述实例18相同的方式制备和测试实例19和比较例C13，不同的是实例19使用来自实例13而非实例12的盘，并且比较例C13使用市售的0.22微米聚碳酸酯(PC)WHATMAN滤膜(VWR)，该滤膜经冲切而获得14mm直径的盘。
表5：碎牛肉样品的过滤时间
以上数据说明实例12和13的多孔基体/浓集剂与标准微生物滤膜(聚碳酸酯滤膜)相比稍微不易堵塞，并且在处理复杂样品基体时还具有更大的过滤能力。
实例20至21和比较例C14：豆浆样品的过滤
实例20制备如下。通过如下方式制备豆浆样品：将11mL的购自当地杂货店的豆浆(4.5克脂肪)与99mL的Butterfield缓冲液涡旋。使用10mL的注射器将10mL的样品递送至过滤片夹(SWINNEX)中的实例12的14mm盘。使用装配在过滤片夹入口端口中的注射器和注射器的柱塞来对样品施加正压，直到全部样品通过基体。滤液体积和过滤时间示于表6中。
以与上述实例20相同的方式制备和测试实例21和比较例C14，不同的是实例21使用来自实例13而非实例12的盘，并且比较例C14使用市售的0.22微米的聚碳酸酯(PC)WHATMAN滤膜(VWR)，其直径也为14mm。
表6：豆浆样品的过滤时间
以上数据说明实例12和13的多孔基体/浓集剂与标准微生物滤膜(聚碳酸酯滤膜)相比稍微不易堵塞，并且在处理复杂样品基体时还具有更大的过滤能力。

Claims (15)

1.一种用于浓集微生物的方法，所述方法包括：
(a)提供包含镧和碳酸盐的浓集剂，其中所述浓集剂具有至少0.05的碳与镧的重量比；
(b)提供包含所述微生物的流体样品；
(c)使所述浓集剂与所述流体样品接触；以及
(d)使所述微生物结合于所述浓集剂以形成结合的微生物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述浓集剂包含粒子。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述结合的微生物处于存活状态。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括将所述结合的微生物与所述流体样品分开。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述浓集剂包含多个粒子并且还包含多孔基体，其中所述多个粒子分布在所述多孔基体的表面上，分布在整个所述多孔基体中，或分布在所述表面上和整个所述多孔基体中两者。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述浓集剂包含碳酸镧、碳酸氧镧、羟基碳酸镧或它们的混合物。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，还包括检测所述结合的微生物的存在。
8.一种制品，包含：
包含镧和碳酸盐的浓集剂，其中所述浓集剂具有至少0.05的碳与镧的重量比；和
结合于所述浓集剂的微生物。
9.根据权利要求8所述的制品，其中所述微生物处于存活状态。
10.根据权利要求8或9所述的制品，其中所述浓集剂包含多个粒子。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的制品，其中所述浓集剂包含碳酸镧、碳酸氧镧、羟基碳酸镧或它们的混合物。
12.一种制品，包含：
包含镧和碳酸盐的浓集剂，其中所述浓集剂具有至少0.05的碳与镧的重量比；和
多孔基体，其中所述浓集剂分布在所述多孔基体的表面上、整个所述多孔基体中，或它们的组合。
13.根据权利要求12所述的制品，其中所述多孔基体包含非织造纤维和任选的聚合物粘合剂。
14.根据权利要求12所述的制品，其中所述多孔基体包含烧结的聚合物材料。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的制品，其中所述多孔基体为过滤介质的形式。
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