CN107429285B - 流体样品中微生物的检测方法、装置和套件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了检测流体样品中微生物的方法。所述方法包括：提供非织造制品；提供疑似包含至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的流体样品；以及使所述流体样品与所述非织造制品接触，使得所述至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的至少一部分结合到所述非织造制品。所述非织造制品包括纤维多孔基质以及网结于所述纤维多孔基质中的浓集剂粒子。所述方法还包括：将结合了所述微生物菌株或靶细胞分析物的非织造制品放置成与至少一种检测试剂接触；以及检测所结合的微生物菌株或所结合的靶细胞分析物的存在。本发明也提供了装置和包括所述装置的套件，用于使流体样品与非织造制品接触。所述装置包括样品容器、过滤器夹持器、非织造制品、以及被构造成将所述过滤器夹持器与接收器接合的适配器。
Description
技术领域
本公开涉及流体样品中微生物的检测方法和装置、以及包括用于检测微生物的装置的套件。
背景技术
细菌自然生长在大多数水生系统中，并且会给用水的工业和市政应用带来问题，所述应用诸如冷却塔、热交换器、饮用水和废水应用、油气勘探、和水力压裂作业。需要监测细菌来开发并执行有效的消毒程序，以使细菌保持在可接受限值内。通常通过基于生长的传统方法来评测水的微生物质量，执行该方法可耗费24至48小时。由于其提供即时结果，基于ATP生物发光测定的快速方法已经用于确定水中的微生物污染度；然而，这些方法的检测灵敏度有限，因为它们需要至少1×105菌落形成单位(cfu)/ml来引发检测性反应。化学处理剂或基质组分的干扰可影响生物发光，例如，导致有误的结果以及生物杀虫剂的不当使用。通过使用更大量的样品(例如，100ml)可提高ATP生物发光测定的灵敏度，但是此类方法可能难以当场实现。
发明内容
本发明提供了可用于检测流体样品(诸如，水或含水分散体)中微生物的装置和方法。
在第一方面，提供检测流体样品中微生物的方法。该方法包括：提供非织造制品；提供疑似包含至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的流体样品；以及使流体样品与非织造制品接触，使得至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的至少一部分结合到非织造制品。非织造制品包括纤维多孔基质以及网结于纤维多孔基质中的多个浓集剂粒子。该方法还包括：将结合了微生物菌株或靶细胞分析物的非织造制品放置成与至少一种检测试剂接触；以及检测所结合的微生物菌株或所结合的靶细胞分析物的存在。
在第二方面，提供一种用于使流体样品与非织造制品接触的装置。该装置包括样品容器、过滤器夹持器、非织造制品、以及被构造成将过滤器夹持器与接收器接合的第一适配器。非织造制品包括纤维多孔基质以及网结于纤维多孔基质中的多个浓集剂粒子。
在第三方面，提供用于使流体样品与非织造制品接触的另一装置。该装置包括样品容器、被构造成与接收器接合的过滤器夹持器、以及非织造制品。非织造制品包括纤维多孔基质以及网结于纤维多孔基质中的多个浓集剂粒子。
在第四方面，提供一种套件。该套件包括：用于使流体样品与非织造制品接触的装置和接收器。该装置包括样品容器、过滤器夹持器、非织造制品、和第一适配器。第一适配器被构造成将过滤器夹持器与接收器接合。非织造制品包括纤维多孔基质以及网结于纤维多孔基质中的多个浓集剂粒子。
附图说明
图1A是根据本公开的示例性样品容器的示意性侧视图。
图1B是根据本公开的示例性过滤器夹持器的示意性剖视图。
图1C是根据本公开的示例性非织造制品的示意性顶视图。
图1D是图1B的过滤器夹持器的示意性端视图。
图1E是图1A的容器的示意性侧视图，该容器通过螺纹拧到图1B的过滤器夹持器上，过滤器夹持器包含图1C的非织造制品。
图2A是根据本公开的示例性样品容器的示意性侧视图。
图2B是根据本公开的示例性第二适配器的示意性侧视图。
图2C是根据本公开的示例性过滤器夹持器的示意性侧视图，该过滤器夹持器通过螺纹拧到图2B的第二适配器上。
图2D是图2A的容器的示意性侧视图，该容器通过螺纹拧到图2C的过滤器夹持器与第二适配器的组合上。
图2E是附接到塞子的图2D装置的示意性侧视图。
图3A是根据本公开的示例性样品容器的示意性侧视图。
图3B是根据本公开的另一示例性第二适配器的示意性侧视图。
图3C是根据本公开的示例性过滤器夹持器的示意性侧视图，该过滤器夹持器通过螺纹拧到图3B的第二适配器上。
图3D是图3A的容器的示意性侧视图，该容器通过螺纹拧到图3C的过滤器夹持器与第二适配器的组合上。
图3E是附接到收集容器的图2D装置的示意性侧视图。
图4A是根据本公开的又一示例性装置的示意性侧视图。
图4B是图4A的装置的示意性顶视图，该装置还包括示例性真空源。
图5是根据本公开的再一示例性装置的示意性侧视图。
图6是根据本公开一个实施方案的样品制备系统的分解透视图，该样品制备系统包括封盖。
图7A是根据本公开的另一示例性过滤器夹持器的示意性透视图。
图7B是根据本公开的示例性第一适配器的示意性透视图。
图7C是根据本公开的图7A的过滤器夹持器的示意性透视图，该过滤器夹持器包括第一适配器和非织造制品。
图7D是根据本公开的样品递送系统的示意性透视图。
图7E是图7C的过滤器夹持器的示意性侧视图，该过滤器夹持器包括图7B的第一适配器并且连接到图7D的样品递送系统。
图8A是根据本公开的检测装置柄部的示意性透视图，该检测装置柄部插入过滤器夹持器中。
图8B是图8A的检测装置柄部的示意性透视图，该柄部从过滤器夹持器中移除，并且用该柄部移除第一适配器和非织造制品。
图8C是图8B的检测装置柄部的示意性侧视图，该柄部插入检测装置中。
图8D是图8C的检测装置柄部的示意性侧视图，该柄部完全插入检测装置中。
图8E是图8D的检测装置的示意性侧视图，该检测装置操作地联接到光度计。
图9A是注射适配器的示意性侧视图。
图9B是注射适配器的另一示意性透视图。
图9C是包括第一适配器的过滤器夹持器的示意性透视图。
图9D是包括非织造制品的过滤器夹持器的示意性透视图，该非织造制品用垫圈固定到第一适配器。
图9E是图9B的注射适配器的示意性透视图，该注射适配器联接到图9D的过滤器夹持器。
图9F是装置的示意性侧视图，该装置包括注射器、图9A的注射适配器、和图9D的过滤器夹持器。
图10A是第一过滤器夹持器部分的示意性透视图。
图10B是第一过滤器夹持器部分的另一示意性透视图。
图10C是第一适配器的示意性透视图。
图10D是图10B的第一过滤器夹持器部分的示意性透视图，第一过滤器夹持器部分包括图10C的第一适配器。
图10E是图10D的第一过滤器夹持器部分的示意性透视图，第一过滤器夹持器部分还包括非织造制品和垫圈。
图10F是第二过滤器夹持器部分的示意性透视图。
图10G是根据本公开的装置的分解侧视图。
图10H是图10G的组装装置的示意性侧视图。
图11A是检测装置柄部的示意性透视图，该柄部从第一过滤器夹持器部分移除，并且用该柄部移除第一适配器和非织造制品。
图11B是图11A的检测装置柄部的示意性侧视图，该柄部插入检测装置中。
图11C是图11B的检测装置柄部的示意性侧视图，该柄部完全插入检测装置中。
具体实施方式
本发明提供了用于监测流体样品中的微生物质量的快速方法。这些方法将以下项进行组合：通过非织造制品将至少一种微生物或靶细胞分析物进行浓缩的装置；以及检测微生物或靶细胞分析物的装置。根据本公开的装置实现了与大量流体样品的接触，并且也允许进一步任选的清洗，以在检测之前移除污染物。非织造制品被容易地转移到接收器以用于检测。根据本公开的方法能够容易地在约15分钟内测出水中的细菌污染度。因此，这些方法和装置适用于基于现场检测流体样品中的微生物和靶细胞分析物。
就以下定义术语的术语表来说，除非在权利要求书或说明书中别处提供了不同的定义，否则整篇申请应以这些定义为准。
术语表
在整个说明书和权利要求书中所使用的某些术语虽然大部分为人们所熟知，但可仍然需要作出一些解释。应当理解，如本文所用：
术语“一个”、“一种”和“该”、“所述”可互换使用，“至少一个(种)”是指一个(种)或多个(种)所述要素。
术语“和/或”意指任一者或两者。例如，“A和/或B”意指仅A、仅B或A和B两者。
如本说明书中所用，由端值表述的数值范围包括该范围内囊括的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4、5)。
除非另外指明，否则说明书和实施方案中使用的表示数量或成分、性质量度等的全部数值在所有情况下都应理解成由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附实施方案列表中示出的数值参数可以随本领域技术人员使用本发明的教导内容寻求获得的期望性质而变化。在最低程度上，并且在不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施方案的范围内的前提下，至少应当根据报告的数值的有效数位并通过惯常的四舍五入法来解释每一个数值参数。
术语“包括”及其变型形式在说明书和权利要求书中出现这些术语的地方不具有限制的含义。
词语“优选的”和“优选地”是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其它情况下，其它实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其它实施方案是不可用的，并且并不旨在将其它实施方案排除在本公开的范围之外。
除非指明或另外限定，否则术语“支撑”和“联接”及其变型形式按广义使用，并且涵盖直接和间接支撑和联接两种情况。应当理解，在不偏离本公开范围的情况下，可采用其它实施方案并且可进行结构变化或逻辑变化。此外，术语诸如“前部”、“后部”、“顶部”、“底部”等仅用于在元件彼此有关时描述元件，但绝非意在描述设备的具体取向、指示或暗示设备的必要或必需取向、或规定本文所述的本发明在使用时将如何使用、安装、显示或定位。
术语“细胞分析物”是指细胞来源的分析物(即，微生物或其组分(例如，细胞或细胞组分，诸如脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)、蛋白质、核苷酸如三磷酸腺苷(ATP)等，以及它们的组合)；整篇说明书对微生物或微生物菌株的提及旨在以更广泛的意义应用于任何细胞分析物)。
术语“浓集剂”意指结合流体样品中的微生物和/或细胞分析物的材料或组合物(优选地，细胞分析物捕集或结合有效率为至少约60％、或至少约70％、或至少约80％、或至少约90％)，从而将微生物和/或细胞分析物浓缩成比在流体样品中存在时更小的体积。
术语“检测”是指鉴定细胞分析物(例如，靶微生物的至少一种组分，从而确定该靶微生物的存在)。
术语“网结”(针对纤维多孔基质中的粒子)意指所述粒子埋附在纤维多孔基质之中和之上(并且优选地分布于其内部)，而非仅仅携带于其表面上。
术语“原纤化”(针对纤维或纤维材料)意指以形成附接到纤维主干上的原纤或分枝的方式进行处理(例如，通过打浆)。
术语“纤维多孔基质”意指非织造网或介质(即，不是织造或针织织物的网或介质)，其包含互层的纤维，例如，包含通过熔吹、纺粘法或其它气流成网技术；梳理法；湿法成网法等等互层的纤维的网)。通常纤维的长度小于100毫米并且不卷曲。
术语“过滤”通常用来描述按粒度、电荷和/或功能分离物质的过程。例如，过滤可包括将可溶物和溶剂(如稀释剂)与不可溶物分离，或其可包括将可溶物、溶剂和相对较小的不可溶物与相对较大的不可溶物分离。多种过滤方法都可以使用，包括，但不限于将液体组合物通过过滤器，沉降后抽出或倒出，其它合适的过滤方法、以及它们的组合。“沉降”用于指使液体组合物中的不可溶物沉降。沉降可通过重力或通过离心进行。接着可通过将可溶物和溶剂从不可溶物中抽吸出、滗析可溶物和溶剂或它们的组合来将不可溶物(或相对较大的不可溶物)与可溶物(或可溶物和相对较小的不可溶物)和溶剂分离。
术语“滤液”通常用来描述已经从液体组合物中移除不可溶物(或至少相对较大的不可溶物)之后剩下的液体。
术语“流体”意指液体、溶液、或液体中的固体或液体分散体。
术语“微生物”意指具有适用于分析或检测的遗传物质的任何细胞或粒子(包括，例如细菌、酵母、病毒和细菌内生孢子)。
术语“微生物菌株”是指可通过检测方法区分的特定类型的微生物(例如，不同属的微生物，属内不同种的微生物或种内不同分离物的微生物)。
术语“聚合物”和“聚合物材料”可互换使用，并且是指通过使一种或多种单体反应而形成的材料。
术语“样品”意指所采集的(例如，待分析的)物质或材料。
术语“样品基质”意指除微生物和/或细胞分析物之外的样品组分。
术语“靶细胞分析物”意指需要进行检测的任何细胞分析物。
术语“靶微生物”意指需要进行检测的任何微生物。
整个本说明书中提及的“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”或“实施方案”，无论在术语“实施方案”前是否包括术语“示例性的”都意指结合该实施方案描述的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的某些示例性实施方案中的至少一个实施方案中。因此，在本说明书通篇各处出现的表述诸如“在一个或多个实施方案中”、“在一些实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”、“在许多实施方案中”或“在实施方案中”不一定是指本公开的某些示例性实施方案中的同一实施方案。此外，特定特征、结构、材料或特性可以在一个或多个实施方案中以任意合适的方式组合。
现在将描述本公开的各种示例性实施方案。本公开的示例性实施方案可以在不脱离本公开的实质和范围的情况下进行各种变型和更改。因此，应当理解，本公开的实施方案并不限于以下所述的示例性实施方案，但应受权利要求书及其任何等同物中所述的限制的控制。
在第一方面，提供检测流体样品中微生物的方法。该方法包括：提供非织造制品；提供疑似包含至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的流体样品；以及使流体样品与非织造制品接触，使得至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的至少一部分结合到非织造制品。非织造制品包括纤维多孔基质以及网结于纤维多孔基质中的多个浓集剂粒子。该方法还包括：将结合了微生物菌株或靶细胞分析物的非织造制品放置成与至少一种检测试剂接触；以及检测所结合的微生物菌株或所结合的靶细胞分析物的存在。
可通过使用本公开的方法浓缩并检测多种微生物，包括，例如，细菌、真菌、酵母、原生动物、病毒(包括无包膜病毒和有包膜病毒)、真菌孢子、细菌内生孢子(例如，芽孢杆菌属(Bacillus)(包括炭疽芽孢杆菌(Bacillus anthracis)、蜡状芽孢杆菌(Bacilluscereus)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis))和梭状芽孢杆菌(Clostridium)(包括肉毒梭状芽孢杆菌(Clostridium botulinum)、艰难梭状芽孢杆菌(Clostridium difficile)和产气荚膜梭状芽孢杆菌(Clostridium perfringens)))等等，以及它们的组合，诸如革兰氏阴性细菌、革兰氏阳性细菌、酵母、真菌、以及它们的组合。可通过使用本公开的方法进行浓缩与检测的靶细胞分析物包括核酸、蛋白质、三磷酸腺苷(ATP)、或它们的组合。
通过使流体样品与非织造制品接触来实现对微生物、细胞分析物、或它们的组合的捕集或结合。在某些实施方案中，接触包括使流体样品过滤通过非织造制品。在精选实施方案中，接触包括使流体样品至少两次穿过非织造制品，诸如，通过在第二次时使滤液透过非织造制品，或通过将非织造制品放入一定量的流体样品中，并搅拌流体样品，使得样品多次穿过非织造制品。该方法任选地还包括：在使流体样品与非织造制品接触之前，使流体样品穿过粗过滤器。使用此类过滤器可移除流体样品中若不移除的话可能堵塞非织造制品的颗粒。合适的粗过滤器包括，例如但不限于，孔径为至少1微米、至少5微米、至少10微米、至少25微米、或至少50微米的过滤器。
有利地，本公开的非织造制品仅要求非织造制品整体上具有非常低的压差，以使流体样品有效地穿过非织造制品。此特性在以下环境中尤为有益，例如，在现场情况下，和/或当没有或有低功率泵可用于传送流体样品时。在本公开的实施方案中，接触包括在以下压力下使流体样品穿过层合制品：14.7磅/平方英寸(psi)(101.3千帕斯卡(kPa))或更小、或4.0磅/平方英寸(psi)(27.58千帕斯卡(kPa))或更小、或3.0psi(20.68kPa)、或2.0psi(13.79kPa)、或1.0psi(6.9kPa)、或0.9psi(6.21kPa)、或0.8psi(5.52kPa)、或0.7psi(4.83kPa)、或0.6psi(4.14kPa)、或甚至0.5psi(3.45kPa)或更小、和至少0.4psi(2.76kPa)或至少0.5psi(3.45kPa)的压力。
在某些实施方案中，该方法还包括：在将结合了至少一种微生物菌株或细胞分析物的非织造制品放置成与至少一种检测试剂接触之前，清洗结合了至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的非织造制品。已经发现，可以在不对所结合或捕集的微生物和/或细胞分析物造成明显损失的情况下移除非织造制品中的污染物，诸如残留的样品基质。在某些实施方案中，清洗包括，例如但不限于，用无菌去离子水或瓶装饮用水冲洗，或用水盐溶液或缓冲溶液冲洗。清洗非织造制品往往移除这样的组分：若不移除的话，该组分可对检测所结合微生物和/或细胞分析物的存在造成干扰，这取决于所采用的具体检测方法。
在某些实施方案中，将结合了微生物菌株或靶细胞分析物的非织造制品放置成与试剂接触包括：将非织造制品放置于接收器中，该接收器包含某种材料，通过该材料可检测出检测信号，其中接收器含有至少一种试剂。比如，将结合了微生物菌株或靶细胞分析物的非织造制品放置成与试剂接触任选地包括：将非织造制品放置于接收器中，接收器被构造成操作地联接到光度计，其中接收器含有至少一种试剂。因此，在此类实施方案中，以下方式有利于检测：将接收器设置在光度计中，用于测量所结合的微生物菌株和/或靶细胞分析物与至少一种试剂反应而产生的光。同样地，接收器可以与其它类型的设备接合，这取决于具体的检测方法。在某些实施方案中，将结合了微生物菌株或靶细胞分析物的非织造制品放置成与试剂接触包括：将非织造制品推入含有至少一种试剂的接收器中。已经发现，可以在不需要移除由非织造制品捕集的微生物菌株和/或靶细胞分析物的情况下检测微生物菌株和/或靶细胞分析物。对附接到非织造制品的微生物菌株和/或靶细胞分析物具有检测能力是有利的，因为与在检测前需要从非织造制品洗脱微生物菌株和/或靶细胞分析物的方法相比，该能力减少了所需的方法步骤数目。此外，非织造制品将微生物菌株和/或靶细胞分析物浓缩成制品的体积，该制品体积通常明显小于与非织造制品接触的流体样品体积。
已被非织造制品捕集或结合(例如，通过吸附、吸收或通过筛分)的微生物和/或细胞分析物可通过基本上任何目前已知或即将开发的所需方法进行检测。此类方法包括(例如)基于培养的方法、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、免疫检测方法和基因检测方法。微生物和/或细胞分析物捕集之后的检测过程可任选地包括：清洗以移除样品基质组分；染色、沸腾或使用洗脱缓冲液或裂解剂以释放浓缩装置中的细胞分析物等。
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记的生物分子(例如，蛋白质或蛋白聚糖)。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、或来自筛选过程的核酸配体来进行。
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着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。
还可通过基因测定(例如，通过核酸杂交或引物导向式扩增)来进行检测。可以将捕集或结合的微生物裂解，以使它们的遗传物质(例如，细胞分析物)可用于测定。裂解方法是熟知的，并且包括例如下述处理：诸如超声处理、渗透休克、高温处理(例如，约50℃至约100℃)以及与酶一起温育，该酶诸如为溶菌酶、葡萄糖酶、酵母裂解酶(zymolose)、溶细胞酶、蛋白酶K、蛋白酶E和病毒内溶素。
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。盐浓度和温度的高严格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测定可区分靶核酸序列中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体的探针标记，诸如放射性标记、荧光标记以及化学发光标记。
尤其可用的基因检测方法是基于引物指导的核酸扩增。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)以及连接酶链反应(LCR))以及等温法和链置换扩增(SDA)(以及它们的组合，优选地，为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。ATP生物发光检测方法通常包括已知的荧光素-荧光素酶体系，其中在存在ATP和二价阳离子(诸如镁或钙)的情况下，荧光素酶催化荧光素的氧化反应。也可使用其它基于发光的检测方法。
在许多实施方案中，检测包括基于培养的检测法、成像检测法、基于荧光的检测法、比色检测法、免疫检测法、基因检测法、基于生物发光的检测法、或它们的组合。
如上所述，非织造制品包括：1)纤维多孔基质；以及2)网结于纤维多孔基质中的多个浓集剂粒子。非织造纤维多孔基质通常为未织造或针织在一起的一层互层纤维的形式。非织造纤维多孔基质可通过任何合适的工艺制备，诸如例如气流成网技术、纺丝成网技术诸如熔吹或纺粘、梳理法、湿法成网法以及它们的组合。在许多实施方案中，非织造纤维基质通过湿法成网技术制备。
适用于制备非织造纤维多孔基质的纤维通常为可浆化或可挤出纤维，诸如在辐射和/或多种溶剂中处于稳定状态的纤维。任选地，聚合物纤维的至少一些可选择为表现出一定程度的亲水性。可用的纤维包括聚合物纤维、无机纤维、以及它们的组合。更具体地，这些纤维包括多种不同类型的纤维，包括聚烯烃纤维和玻璃丝纤维。
合适的聚合物纤维包括由天然聚合物(源于动物或植物源的聚合物)和/或合成聚合物(包括热塑性聚合物和溶剂分散型聚合物)制备的纤维。可用的聚合物包括：聚烯烃(例如，聚(乙烯)(例如，低密度聚乙烯、中等密度聚乙烯、高密度聚乙烯等)、聚丙烯、聚(1-丁烯)、乙烯与丙烯的共聚物、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，诸如聚(乙烯-共-1-丁烯)、聚(乙烯-共-1-丁烯-共-1-己烯)、等等)；聚乳酸；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(亚氨基己二酰亚氨基六亚甲基)、聚(亚氨基己二酰亚氨基十亚甲基)；聚己内酰胺；等等)；聚酰亚胺(例如，聚(均苯四酸酰亚胺)等等)；聚醚；聚(醚砜)(例如，聚(二苯醚砜)、聚(磺基二苯-共-联苯抱氧砜)等等)；聚(砜)；聚(乙烯酯)，诸如聚(醋酸乙烯酯)；醋酸乙烯酯的共聚物(例如，聚(乙烯-共-醋酸乙烯酯)，其中醋酸酯基团的至少一部分已经水解以提供包括聚(乙烯-共-乙烯醇)的各种聚(乙烯醇)的共聚物等等)；聚(磷腈)；聚(乙烯醚)；聚(乙烯醇)；芳族聚酰胺(例如，对芳族聚酰胺，诸如聚(对苯二甲酰对苯二胺)和由特拉华州威明顿的杜邦公司(DuPont Co.,Wilmington,DE)以商品名“KEVLAR”售卖的纤维，所述纤维的浆基于构成浆的纤维长度以各种等级可商购获得，诸如，“KEVLAR 1F306”和“KEVLAR 1F694”，这两者均包括至少4mm长度的芳族聚酰胺纤维；等等)；羊毛；丝绸；纤维素聚合物(例如，纤维素、诸如人造丝的纤维素衍生物、等等)；丙烯酸类聚合物(例如，聚丙烯腈)；聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二酯)；氟化聚合物(例如，聚(氟乙烯)、聚(偏二氟乙烯)、偏二氟乙烯的共聚物，诸如，聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)、三氟氯乙烯的共聚物，诸如聚(乙烯-共-三氟氯乙烯)、等等)；氯化聚合物；聚(碳酸酯)；等等；以及它们的组合。在某些实施方案中，聚合物纤维包括聚烯烃、聚砜、聚酰胺、或它们的组合。
合适的无机纤维包括含有至少一种无机材料的无机纤维，所述无机材料选自玻璃、陶瓷以及它们的组合。通常添加这些纤维以向纤维多孔基质提供强度。例如，含有无机纤维的多孔基质层通常能够弯曲、折叠或起褶而不断裂开。可用的无机纤维包括例如玻璃丝(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等)，以及它们的组合。可用的陶瓷纤维可以是至少部分晶态的(表现出可识别的X射线粉末衍射图案或同时包含晶态相和非晶态(玻璃)相)。在一些应用中，无机纤维包括玻璃丝。
为有利于夹带浓集剂粒子和/或确保高表面积，用于形成非织造纤维多孔基质的纤维通常包含至少一种原纤化纤维(例如，呈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。在许多实施方案中，原纤化纤维由聚烯烃诸如聚(乙烯)或聚丙烯制备，或者由丙烯酸类聚合物诸如聚丙烯腈制备。
合适的聚合物纤维还包括双组分纤维，由于双组分纤维中的材料之一具有不同的熔点，双组分纤维通常有助于将所有基质纤维结合在一起。双组分纤维可具有，例如，皮芯结构、并列结构、海岛型结构、或橘瓣结构等等。示例性并列型双组分纤维为以商品名CHISSO(例如，CHISSO ES)从日本大阪的智索株式会社(Chisso Corporation(Osaka,Japan))商购获得的聚烯烃热粘结双组分纤维。示例性皮芯型双组分纤维为以商品名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,Inc.(Johnson City,TN))商购获得的那些，其由乙烯醋酸乙烯酯(外皮)和聚丙烯(芯)制成，或者由聚酯与聚对苯二甲酸乙二酯(PET)(外皮)和聚酯(芯)的共聚酯制成。
非织造纤维多孔基质包含多种不同类型的纤维。在一些实施方案中，可使用三种、四种或甚至更多种不同类型的纤维来形成多孔基质。例如，可以为了强度和完整性而添加玻璃丝纤维，同时可以为了夹带颗粒而添加原纤化聚(乙烯)。另外，尼龙纤维向多孔基质提供亲水性特征，而原纤化聚(乙烯)纤维向多孔基质提供疏水性特征。如果结合使用原纤化纤维和非原纤化纤维，则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。在一些实施方案中，使用疏水性和亲水性聚合物纤维的混合物。例如，纤维多孔基质可包括疏水性纤维(诸如聚烯烃)加上亲水性纤维(诸如聚砜)的混合物。在一些具体示例中，聚合物纤维包括聚烯烃纤维、双组分纤维、和玻璃丝纤维。
在某些实施方案中，纤维多孔基质不含聚酰胺纤维。已经发现，针对ATP生物发光检测方法，与不含尼龙纤维的纤维多孔基质相比，纤维多孔基质中包含尼龙纤维可导致发光性更低，如以下实施例所讨论。
优选地，用于形成非织造纤维多孔基质的纤维不卷曲。与不卷曲纤维相反，卷曲纤维可通过具有螺旋状外观(例如，尤其是在通过双组分纤维的热活化而获得的卷曲纤维的情况下)等而被辨别为显示重复的特征(如显露为(例如)纤维的波状、锯齿状、正弦等外观)，并且可由本领域普通技术人员容易地识别。示例性卷曲纤维在授予Hauser的美国专利No.4,118,531、以及授予Pike等人的美国专利No.5,597,645、和授予Sommer等人的中国专利2612854中有所描述。
用于形成非织造纤维多孔基质的纤维可以具有以下长度和直径：所述长度和直径可以为具体应用(例如，使流体样品穿过基质)提供具有充分结构完整性和足够孔隙率的多孔基质。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、或至少20毫米，以及至多50毫米、至多40毫米、至多30毫米、或至多25毫米。纤维的直径可为例如至少10微米、至少20微米、或至少30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。
非织造纤维多孔基质通常包括聚烯烃纤维、玻璃纤维和双组分纤维的混合物。在一些具体实施方案中，非织造纤维多孔基质包含原纤化聚乙烯纤维、玻璃纤维和皮芯型双组分纤维的混合物。在一些示例中，非织造纤维多孔基质包含40至80重量％的原纤化聚乙烯纤维、5至20重量％的玻璃纤维、以及5至20重量％的双组分纤维。在一些示例中，非织造纤维多孔基质包含40至80重量％的原纤化聚乙烯纤维、10至30重量％的尼龙纤维、5至20重量％的玻璃纤维、以及5至20重量％的双组分纤维。在其它示例中，非织造纤维多孔基质包含50至70重量％的原纤化聚乙烯纤维、5至15重量％的玻璃纤维、以及5至20重量％的双组分纤维。在其它示例中，纤维多孔基质包含55至65重量％的原纤化聚乙烯纤维、0至20重量％的尼龙纤维、5至15重量％的玻璃纤维、以及10至20重量％的双组分纤维。
在大多数实施方案中，纤维多孔基质仅包含纤维。例如，至少90重量％、至少95重量％、至少98重量％、至少99重量％或至少99.5重量％的干燥纤维多孔基质为纤维。在某些实施方案中，非织造制品包括至少0.1毫米、或至少0.15毫米、或至少0.2毫米、或至少0.3毫米、或至少0.4毫米、或至少0.5毫米、或至少0.6毫米的厚度。非织造制品通常包括至多1毫米、或至多0.9毫米、或至多0.8毫米、或至多0.7毫米、或至多0.55毫米的厚度。换句话说，非织造制品可包括介于0.15毫米和1毫米之间、或介于0.15毫米和0.8毫米之间、或介于0.1毫米和0.7毫米之间的厚度。在某些实施方案中，选择具有朝向厚度范围下端的厚度的非织造制品以使对微生物和/或细胞分析物检测的干扰最小化，诸如，减少试剂渗入非织造制品中所需的时间，或者减少对所产生的检测信号的阻断。
非织造制品通常包括纤维多孔基质以及分布在纤维多孔基质内的浓集剂粒子两者。在大多数实施方案中，基于非织造制品的总干重计，非织造制品包含至少10重量％的浓集剂粒子。如果浓集剂粒子的量低于约10重量％，则非织造制品包含的浓集剂粒子可能不足以有效地捕集流体样品中的微生物或细胞分析物。在一些示例中，基于非织造制品的总干重计，非织造制品包含至少15重量％、至少20重量％、至少25重量％、或至少30重量％的浓集剂粒子。
另一方面，基于非织造制品的总干重计，非织造制品通常包含不大于55重量％的浓集剂粒子。如果浓集剂粒子的量大于约55重量％，则非织造制品可能包含不足量的纤维多孔基质。即，当用于捕集微生物菌株和/或靶细胞分析物时，非织造制品的强度可能不足以使它们保持在一起。在一些示例中，基于非织造制品的总重量计，非织造制品包含不大于50重量％、不大于45重量％、或不大于40重量％的浓集剂粒子。
换句话说，非织造制品通常包含10至55重量％的浓集剂粒子和45至90重量％的纤维多孔基质、15至50重量％的浓集剂粒子和50至85重量％的纤维多孔基质、20至50重量％的浓集剂粒子和50至80重量％的纤维多孔基质、20至45重量％的浓集剂粒子和55至80重量％的纤维多孔基质、25至40重量％的浓集剂粒子和60至75重量％的纤维多孔基质、或30至40重量％的浓集剂粒子和60至70重量％的纤维多孔基质。这些量基于非织造制品的总干重计。
在许多实施方案中，非织造制品(当干燥时)仅包含浓集剂粒子和纤维多孔基质。例如，当干燥时，非织造制品包含至少90重量％、至少95重量％、至少98重量％、至少99重量％、或至少99.5重量％的组合的浓集剂粒子和纤维多孔基质。
浓集剂粒子为非水溶性颗粒材料，其已经用于，当与包含微生物和/或细胞分析物的流体样品接触时，非特异性地捕集微生物菌株、细胞分析物、或它们的组合。浓集剂粒子通常包括微粒。浓集剂粒子通常包括选自于以下的粒子非晶态金属硅酸盐、胍官能化金属硅酸盐、硅藻土、表面改性的硅藻土、胍官能化硅藻土、γ-FeO(OH)、金属碳酸盐、金属磷酸盐、二氧化硅、珍珠岩、胍官能化珍珠岩、以及它们的组合。
在实施方案中，浓集剂粒子包括非晶态金属硅酸盐粒子，诸如非晶态球化硅酸镁、非晶态球形硅酸铝、或它们的组合。非晶态、至少部分熔融颗粒形式的金属硅酸盐可通过任一下述已知方法制备：在受控条件下熔融或软化相对小的进料粒子(例如，平均粒度为最高约25微米)以制备大致椭圆形或球形的粒子(即，具有通常为大致圆化且不含尖角或尖锐边缘的放大二维图像的粒子，包括真正或基本上圆形和椭圆形的形状以及任何其它的圆化或弯曲的形状)。此类方法包括原子化、火焰抛光、直接熔融等。优选的方法为焰熔法，其中至少部分熔融的基本上玻璃态的粒子是通过固体进料粒子的直接熔融或火焰抛光而形成(例如，按照美国专利6,045,913(Castle等人)中所述的方法)。最优选地，此类方法可通过将不规则形状进料粒子的大部分(例如，约15体积％至约99体积％；优选地，约50体积％至约99体积％；更优选地，约75体积％至约99体积％；最优选地，约90体积％至约99体积％)转换成大致椭圆形或球形的粒子而用于制备非晶态球化金属硅酸盐。
一些非晶态金属硅酸盐可商购获得。例如，非晶态的球化硅酸镁可商购获得以用于化妆品制剂中(例如，购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN)的“3M化妆品用微球体CM-111”(3M COSMETIC MICROSPHERES CM-111))。3M化妆品用微球体CM-111(3M COSMETIC MICROSPHERES CM-111)具有2.3g/cc的粒子密度、3.3m2/g的表面积，并具有以下粒度：其中90％小于11微米(即，D90＝11)，其中50％小于5微米，以及其中10％小于2微米。非晶态硅酸铝可商购获得以用于油漆、底漆、粉末涂料和其它涂料中，例如，得自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN)的“3M陶瓷微球体”(3M CERAMICMICROSPHERES)。3M陶瓷微球体(3M CERAMIC MICROSPHERES)为碱性硅酸铝陶瓷微球体，其成型为粒子密度为2.4g/cc的实心球体并且可以三个等级商购获得：W-210、W-410和W-610。W-210粒子具有5m2/cc的表面积和以下粒度：其中95％小于约12微米(即，D95＝12)，其中90％小于约9微米，其中50％小于约3微米，以及其中10％小于约1微米。W-410粒子具有3m2/cc的表面积和以下粒度：95％小于约24微米(即，D95＝24)，90％小于约15微米，50％小于约4微米，以及10％小于约1微米。W-610粒子具有3m2/cc的表面积和以下粒度：95％小于约40微米(即，D95＝40)，90％小于约28微米，50％小于约10微米，以及10％小于约1微米。
在某些实施方案中，浓度剂粒子包含珍珠岩粒子。珍珠岩是天然成形的非晶态火山玻璃，包含约70-75％的二氧化硅和12-15％的氧化铝，以及量更小的其它金属氧化物，包括氧化钠、氧化钾、氧化铁、氧化镁、和氧化钙。当珍珠岩加热膨胀时，其形成轻骨料。合适的珍珠岩粒子的示例包括4106级材料、4156级材料和476级材料，每者均可从印第安纳州克劳福兹维尔的Dicaperl矿产公司(Dicaperl Minerals Corporation(Crawfordsville,IN))商购获得。
在某些实施方案中，浓集剂粒子包括胍官能化金属硅酸盐粒子、胍官能化硅藻土粒子、或胍官能化珍珠岩粒子。胍官能化粒子可，例如，根据共同转让的国际专利申请No.PCT/US2014/040861(Kshirsagar等人)所公开的方法制备。胍官能化金属硅酸盐粒子、胍官能化硅藻土粒子、或胍官能化珍珠岩粒子包括至少一种含胍配体。含胍配体通过用具有下式1所示结构的含胍硅烷使金属硅酸盐、硅藻土、或珍珠岩粒子改性而形成：
X3-nRa nSi–Y–G 式1
在式1中，Si为硅原子，并且G代表式–NH–C(＝NH)–NH2的胍基团。Y为二价基团，该二价基团在一端共价键合到硅原子并且在另一端共价键合到G基团。每个Ra基团，如果存在，独立地为烷基、芳烷基或芳基基团，并且连接到硅原子。每个X为共价键合到硅原子的离去基团并且独立地为烷氧基或酰氧基，并且n为0、1或2。典型的亚烷基可为最多20、最多16、12、10、8、7、6、5、4或甚至最多3个碳，或甚至2个碳，包括二价基团的末端原子在内。在一些实施方案中，Y为包含具有3至6个碳的亚烷基的二价基团。在一个优选的实施方案中，Y为具有3个碳的二价基团(即，丙基)。
在式1中，每个离去基团X独立地为1、2、3、4、5、6、7、8、9个或甚至最多10个碳的烷氧基基团，或者为2个碳，或3、4、5、6、7、8、9个，或甚至最多10个碳的酰氧基基团，其中烷氧基基团或酰氧基基团通过氧原子键合到硅。
在一些实施方案中，n为0。当n为0时，不存在任何Ra基团，并且式1可更简单地重新编写，如式2所示(其中Si、G、Y和X如针对式1所定义)：
X3Si–Y–G 式2
当式1(或式2)的硅烷与金属硅酸盐或珍珠岩粒子表面上的–OH基团反应时，至少一个X离去基团被金属硅酸盐、硅藻土或珍珠岩粒子表面上的硅原子与氧原子之间的共价键取代。包含由式1(其中n＝0(即，与式2中一样))表示的一般类型内的具体示例性含胍配体的胍官能化金属硅酸盐、胍官能化硅藻土、或胍官能化珍珠岩粒子的实施方案示于式3中(式3中的圆表示金属硅酸盐或珍珠岩粒子)：
应当理解，式3表示具体实施方案，其中n为3，并且Y为二价基团，该二价基团为具有3个碳的亚烷基。在式1至式3的每一个中，省略了胍基团的电离态；然而，应当理解，在各种实施方案中，例如，根据其中存在此类胍基团的液体介质的pH，此类胍基团可为带电的或不带电的(例如，质子化的或去质子化的)。
例如，可通过使含胍前体的硅键合可水解基团与粒子的羟基基团反应而便利地获得配体的一个或多个氧与粒子之间的一个或多个共价键。虽然式3的示例性结构示出了三个此类键合氧原子(即，式1中的n＝3)，但应当理解，在各种实施方案中，可提供一个、两个或三个此类键合氧原子。如果少于三个此类氧原子键合到硅原子，则其它取代基(例如，未键合到粒子并且未示于式1中的取代基)可存在于硅原子上。例如，含胍配体可包括涉及Si–O–Si(即，硅氧烷)基团形成的聚合结构，其得自形成于两个或更多个含胍配体前体之间的Si–O键。不受理论限制，据认为，在以下情况下可形成Si–O–Si基团：出现添加水、或其它水性溶剂、或可以水解Si–O–R基团中的化学键以生成附接到粒子的更复杂的含胍配体结构的其它试剂。
聚合的含胍配体网络可以在金属硅酸盐、硅藻土或珍珠岩粒子的表面上形成涂层。在一些实施方案中，可期望获得用聚合的含胍配体官能化的粒子(例如，在聚合的含胍配体中具有至少一个Si-O-Si基团)，作为增加在金属硅酸盐、硅藻土或珍珠岩粒子表面上的含氮胍基团载量的方法。据认为，在至少这些类型的聚合中，金属硅酸盐或珍珠岩粒子表面上的含氮胍基团的载量可达到在1原子％至10原子％范围内的表面氮含量水平，如例如可通过X射线光电子能谱测量。
本公开的胍官能化粒子包括金属硅酸盐粒子、硅藻土粒子和珍珠岩粒子。可用的金属硅酸盐包括金属(诸如镁、钙、锌、铝、铁、钛等等(优选地，镁和铝)以及它们的组合)的硅酸盐。优选的是非晶态金属硅酸盐为至少部分熔融颗粒的形式。在某些实施方案中，更优选的是非晶态球化金属硅酸盐；并且甚至更优选的是非晶态球化硅酸镁。在某些实施方案中，更优选的是非晶态硅酸铝。金属硅酸盐是已知的并且可通过已知方法进行化学合成，或者通过开采和加工天然存在的原矿获得。金属硅酸盐粒子，诸如硅酸镁粒子，承载了足够的表面羟基基团(通常，Si–OH基团)，以使所需数量的含胍配体能够共价连接到其上。可用的珍珠岩包括来自印第安纳州克劳福兹维尔的Dicaperl矿产公司(Dicaperl MineralsCorporation(Crawfordsville,IN))的4106、4156和476级材料。可用的硅藻土粒子可得自天然来源，并且可以从马萨诸塞州沃德希尔的庄信万丰旗下阿法埃莎公司(Alfa Aesar(AJohnson Matthey Company,Ward Hill,MA))商购获得。
本公开的非织造制品中所用的胍官能化金属硅酸盐、硅藻土或珍珠岩粒子可以基本上以任何粒状形式(优选地，相对干燥或不含挥发物的形式)使用，所述粒状形式适于与纤维共混以形成本公开的非织造制品。优选地，胍官能化粒子以粉末形式使用。可用的粉末包括包含微粒(优选地，粒度范围为约1微米(更优选地，约2微米；甚至更优选地，约3微米；最优选地，约4微米)至约100微米(更优选地，约50微米；甚至更优选地，约25微米；最优选地，约15或20微米；其中任何下限可与范围中的任何上限配对，如上所述)的微粒)的粉末。
XPS为一种可提供关于固体表面上存在的元素和化学物质(氧化态和/或官能团)的浓度的信息的技术。XPS通常提供对标本表面的最外侧3纳米至10纳米(nm)的分析。在对于在0.1原子％至1原子％浓度范围内的大多数物质的检测限下，XPS对元素周期表中除了氢和氦之外的所有元素敏感。在一些情况下，例如针对CM-111粒子，XPS的优选表面组成评估条件可包括相对于接受立体角为±10度的样品表面测得的90度的飞离角。本领域的技术人员可以选择合适的仪器设置，用于分析本公开的粒子。
在本公开的实施方案中，通过XPS测得，胍官能化金属硅酸盐粒子具有1原子％至20原子％范围内的表面氮含量。在一些实施方案中，通过XPS测得，胍官能化金属硅酸盐粒子具有至少1原子％、至少2原子％、至少3原子％、至少4原子％、或甚至至少5原子％的表面氮含量。在一些实施方案中，通过XPS测得，胍官能化金属硅酸盐粒子具有至多20原子％、至多15原子％、至多10原子％、至多9原子％、至多8原子％、至多7原子％、或甚至至多6原子％的表面氮含量。通过XPS测得，胍官能化金属硅酸盐粒子的表面氮含量可为上述下限值和上限值的任何组合并且包括这些上限值和下限值在内。本领域的技术人员将会理解，在一些实施方案中，可能优选的是选择这些范围内的较高或较低表面氮含量，具体取决于期望的应用。根据本公开而使用的合适的胍官能化珍珠岩粒子包括：包含珍珠岩并且具有表面组合物的粒子，该表面组合物的表面氮含量如通过XPS所测大于2并且小于或等于约12。根据本公开而使用的合适的胍官能化硅藻土粒子包括：包含硅藻土并且具有表面组合物的粒子，该表面组合物的表面氮含量大于2，并且小于或等于约12。
在一些实施方案中，特别优选的是胍官能化硅酸镁粒子。根据本公开而使用的合适的胍官能化硅酸镁粒子包括：包含非晶态硅酸镁并且具有表面组合物的粒子，该表面组合物的金属原子与硅原子之比大于0.01且小于或等于约0.5(优选地，小于或等于约0.4；更优选地，小于或等于约0.3；最优选地，小于或等于约0.2)，如通过X射线光电子能谱(“XPS”，也称为化学分析用电子能谱(“ESCA”))所测。在一些实施方案中，特别优选的是胍官能化硅酸铝粒子。根据本公开而使用的合适的胍官能化硅酸铝粒子包括：含有非晶态硅酸铝并且具有表面组合物的粒子，该表面组合物的金属原子与硅原子之比大于6.7且小于或等于约17.3，如通过XPS(也称为ESCA)所测。在一些实施方案中，特别优选的是胍官能化珍珠岩粒子。
在实施方案中，浓集剂粒子包含硅藻土粒子，比如，表面改性的硅藻土粒子。硅藻土(或硅藻土粉)是一种由硅藻(一种海洋栖居微生物)残余物生成的天然硅土材料。因此，其可得自天然来源，并且也可商购获得(例如，从马萨诸塞州沃德希尔的庄信万丰旗下阿法埃莎公司(Alfa Aesar,A Johnson Matthey Company,Ward Hill,MA)或者从印第安纳州克劳福兹维尔的Dicaperl矿产公司(Dicaperl Minerals Corporation(Crawfordsville,IN))商购获得)。硅藻土粒子通常包括小的、开放的二氧化硅网络(形式为对称立方体、圆柱体、球体、片、矩形盒等等)。这些粒子中的孔结构通常可为显著均匀的结构。
硅藻土可以作为开采的原材料或以纯化和任选研磨的粒子用于实施本发明的方法。优选地，硅藻土为直径尺寸范围为约1微米至约50微米(更优选地，约3微米至约10微米)的碾磨粒子形式。可任选将硅藻土在使用之前进行热处理以去除有机残余物的任何残迹。如果使用热处理，则可优选热处理为500℃或更低，因为较高温度可产生不利地高含量的结晶二氧化硅。
表面改性的硅藻土在其表面的至少一部分上包含硅藻土承载量，表面处理剂包括二氧化钛、氧化铁、细纳米级金或铂、或它们的组合。可用的表面改性剂包括细纳米级金；细纳米级铂；与至少一种金属氧化物(优选地，二氧化钛、氧化铁或它们的组合)结合的细纳米级金；二氧化钛；与至少一种其它金属氧化物(即，除二氧化钛之外)结合的二氧化钛等等；以及它们的组合。优选的表面改性剂包括：细纳米级金；细纳米级铂；与至少氧化铁或二氧化钛结合的细纳米级金；二氧化钛；与至少氧化铁结合的二氧化钛；以及它们的组合。表面改性的硅藻土可例如根据共同转让的国际专利公开No.WO 2009/046191(Kshirsagar等人)所公开的方法制备。
在实施方案中，浓集剂粒子包括γ-FeO(OH)粒子(也称作纤铁矿)。此类浓集剂粒子的具体示例在共同转让的国际专利公开No.WO2009/046183(Kshirsagar等人)中公开。已经发现γ-FeO(OH)粒子令人惊讶地比其它含铁浓集剂粒子更有效地捕集革兰氏阴性细菌，革兰氏阴性细菌是与人类细菌感染有关的重要关注问题。
γ-FeO(OH)是已知的，并且可通过已知方法化学合成(例如，通过在中性或弱酸性pH下对氢氧化亚铁进行氧化，如在美国专利No.4,729,846(Matsui等人)中为磁带生产目的所描述的，该专利的说明内容以引用方式并入本文)。γ-FeO(OH)还可商购获得(例如，从马萨诸塞州沃德希尔的庄信万丰旗下阿法埃莎公司(Alfa Aesar,A Johnson MattheyCompany,Ward Hill,Mass.)或者从密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich Corporation,St.Louis,MO)商购获得)。
在实施方案中，浓集剂粒子包括二氧化硅粒子。浓集剂二氧化硅粒子的具体示例为二氧化硅微球体，平均直径为约2.5微米，可从宾夕法尼亚州沃灵顿的PolySciences公司(PolySciences,Inc.,(Warrington,PA))商购获得。
在实施方案中，浓集剂粒子包括金属碳酸盐粒子。浓集剂金属碳酸盐粒子的具体示例是碳酸钙，诸如直径范围为2.5-10微米，可从密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich Corporation,St.Louis,MO)商购获得的碳酸钙粒子。
在实施方案中，浓集剂粒子包括金属磷酸盐粒子。浓集剂金属磷酸盐粒子的具体示例是羟磷灰石，诸如粒度为2-8微米，可从密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich(St.Louis,MO))商购获得的1类羟磷灰石粒子。
在一种具体方法中，非织造制品使用湿法成网或“湿成网”工艺制备。在此工艺中，形成分散体，所述分散体包含(a)多根纤维；(b)多个浓集剂粒子；(c)聚合物粘结剂纤维；(d)和分散液，诸如水、水混溶性有机溶剂、或它们的混合物。纤维和浓集剂粒子可一起分散在分散液中。在一些实施方案中，纤维(例如，疏水性纤维)具有有利于纤维在分散液中分散的添加剂、表面处理剂或化学基团。例如，聚烯烃基纤维可具有马来酸酐或琥珀酸酐官能团，或在制备聚烯烃基纤维的熔融加工期间可添加合适的表面活性剂。
湿法成网工艺另外包括脱水，随后加热完成脱水并任选地将一些纤维粘结在一起。
一种或多种助剂或添加剂可用于制备此类非织造制品。可用的助剂包括可增强所得非织造制品的整体性能等的工艺助剂、材料。当使用时，基于非织造制品(例如，纤维和浓集剂粒子)的总干重计，此类助剂的量可以例如至多5重量％、至多4重量％、至多3重量％、至多1重量％、或至多0.5重量％的量存在。助剂的总量通常被选择为尽可能低的，以便使非织造制品中可包含的浓集剂粒子的量最大化。
在一种更具体的湿法成网工艺中，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。在形成浆液后，可将浓集剂粒子和任选的沉淀剂(例如，pH调节剂如明矾)添加到浆液中。
当通过使用本领域中已知的抄片(hand-sheet)法进行湿法成网工艺时，发现向分散体添加组分(即，纤维和浓集剂粒子)的顺序不会显著地影响浓集装置的最终性能。在形成后，可将分散体混合物倾注到模具中，模具的底部可用筛网覆盖。可使分散液通过筛网从混合物(呈湿片材的形式)中排出。在排出足够的液体后，通常可从模具中移除湿片材，并通过挤压、加热或两者的组合来使其干燥。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)。
所得非织造制品为干片材，该干片材具有至少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。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毫米的的平均厚度。如果需要，可使用压延对干片材另外进行挤压或熔合。
在非织造制品中，根据所使用的纤维的性质，浓集剂粒子可以通过化学相互作用(例如，化学键)或物理相互作用(例如，吸附或机械夹带)夹带于纤维多孔基质中。浓集剂粒子通常优选地基本均匀地分布在非织造制品内的所有纤维多孔基质上，比如，包括在纤维多孔基质的每个表面以及纵深上。
一般来讲，如通过扫描电子显微镜法(SEM)测量，干燥非织造制品的平均孔径可在0.1至10微米的范围内。在20至80体积％范围内或在40至60体积％范围内的空隙体积可为可用的。可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)干燥非织造制品的孔隙率。非织造制品(以片材材料形式)的基重可以在约100至约350克每平方米(g/m2)范围内，优选地在约200至约300g/m2的范围内，诸如约250g/m2。
在某些实施方案中，接触包括用样品递送系统使流体样品穿过非织造制品。一种合适的样品递送系统包括独立式容器，该独立式容器包括第一贮存器和可变形自支承式接收器并且包括第二贮存器，该可变形自支承式接收器的尺寸设计成被容纳在独立式容器的第一贮存器中。独立式容器比可变形自支承式接收器更具刚性，并且独立式容器包括基座，基座包括形成于其中的开孔，通过该开孔能够触及到可变形自支承式接收器。因此，经由独立式容器中的开孔向可变形自支承式接收器施加外压从而使流体样品穿过非织造制品，这样使流体样品穿过非织造制品。下文详细讨论了样品递送系统。
在第二方面，提供一种用于使流体样品与非织造制品接触的装置。该装置包括样品容器、过滤器夹持器、非织造制品、以及被构造成将过滤器夹持器与接收器接合的第一适配器。参见图7A，示出了示例性过滤器夹持器14的示意性透视图。过滤器夹持器14被构造成与样品递送系统接合。参见图7B，第一适配器18被构造成将过滤器夹持器14与接收器(未示出)接合。在某些实施方案中，第一适配器18包括具有凸缘19的中空形状(例如，中空圆柱体)，非织造制品16放置在该凸缘上。参见图7C，示出了过滤器夹持器14的示意性透视图，该过滤器夹持器包括设置在过滤器夹持器14内部的第一适配器18以及设置在第一适配器18的凸缘19上的非织造制品16。参见图7D，示出了示例性样品制备系统100的示意性透视图。样品制备系统100包括容器102、内胆104、封盖106、和颈圈108。封盖106包括端口132，该端口从封盖106的中心延伸。下文相对于图6详细描述了样品制备系统。现在参见图7E，示出了示例性装置10的示意性侧视图，包括图7D的样品制备系统100。装置10还包括过滤器夹持器14、非织造制品16、以及设置在封盖106的端口132上的图7C的第一适配器18。在此实施方案中，封盖106还包括多个突起116，所述多个突起与过滤器夹持器14协作，将过滤器夹持器14固定在封盖106上的合适位置。
过滤器夹持器不一定是单独的部件，相反，其可以与封盖是一体的。比如，过滤器夹持器和封盖可模制为一个部件，而不需要端口。在此情况下，过滤器夹持器可具有顶盖以防止将需要在过滤前移除的污染物。然后可移除封盖，并且可将非织造制品从封盖顶部推出来，从而在其移除期间压皱非织造制品。
在第三方面，提供用于使流体样品与非织造制品接触的另一装置。该装置包括样品容器、被构造成与接收器接合的过滤器夹持器、以及非织造制品。针对第二方面和第三方面中的每一者而言，非织造制品包括纤维多孔基质以及网结于纤维多孔基质中的多个浓集剂粒子。过滤器夹持器通常包括外凸缘，外凸缘被构造成与接收器接合。在某些实施方案中，过滤器夹持器包括内凸缘，内凸缘被构造成支撑非织造制品。
参见图1A-1E，示出了根据本公开的示例性装置10，该装置用于使流体样品与非织造制品接触。装置10包括样品容器12；过滤器夹持器14；以及非织造制品16，该非织造制品包括纤维多孔基质15以及网结于纤维多孔基质15中的多个浓集剂粒子17。图1D示出了过滤器夹持器14的示意性底部平面图，其中示出了外凸缘11。过滤器夹持器14的外凸缘11被构造成与接收器(未示出)接合。过滤器夹持器14还包括内凸缘13，内凸缘被构造成支撑非织造制品16。图1B提供了过滤器夹持器14的示意性剖视图，该过滤器夹持器包括邻近内凸缘13设置的非织造制品16。因此，可以从过滤器夹持器14卸下样品容器12，并且容易地从过滤器夹持器14的内部移除非织造制品16，诸如，将其推入接收器中。将过滤器夹持器14构造成与接收器接合，诸如，外凸缘11，简化将非织造制品16从过滤器夹持器14转移到接收器的过程。图1E示出了组装装置，该装置包括附接到过滤器夹持器14(即，通过螺纹拧到过滤器夹持器上)的样品容器12，并且非织造制品16设置在过滤器夹持器14中。本领域技术人员将认识到，可采用其它附接方法(例如，压力配合接合法、卡扣配合接合法、夹紧接合法等)来组装与拆卸装置的两个或更多个部件。
如上所讨论，过滤器夹持器不一定是单独的部件，相反，其可以与样品容器是一体的。然后可移除样品容器，并且可将非织造制品从样品容器内部推出来，从而在其移除期间压皱非织造制品。
参见图2A-2E，示出了根据本公开的另一示例性装置10，该装置用于使流体样品与非织造制品接触。装置10包括样品容器12；过滤器夹持器14，其被构造成与接收器(未示出)接合；非织造制品16，其包括纤维多孔基质15以及网结于纤维多孔基质15中的多个浓集剂粒子17；以及第二适配器22。过滤器夹持器14如上文针对图1A-1E所述进行构造。图2B示出了第二适配器22。在某些实施方案中，第二适配器22被构造成将装置联接到真空源。图2C示出了附接到第二适配器22(即，通过螺纹拧到适配器上)的过滤器夹持器14。图2D示出了附接到过滤器夹持器14的容器12的示意性侧视图，其继而附接到第二适配器22。(没有示出设置在过滤器夹持器14内部的非织造制品。)参见图2E，第二适配器22插入塞子23中，塞子被构造成将装置10附接到真空瓶(未示出)。
参见图3A-3E，示出了根据本公开的又一示例性装置10，该装置用于使流体样品与非织造制品接触。装置10包括样品容器12；过滤器夹持器14，其被构造成与接收器(未示出)接合；非织造制品16，其包括纤维多孔基质15以及网结于纤维多孔基质15中的多个浓集剂粒子17；以及第二适配器22。过滤器夹持器14如上文针对图1A-1E所述进行构造。图3B示出了第二适配器22。在某些实施方案中，第二适配器22被构造成通过侧臂将装置联接到真空源。图3C示出了附接到第二适配器22(即，通过螺纹拧到适配器上)的过滤器夹持器14。图3D示出了附接到过滤器夹持器14的容器12的示意性侧视图，其继而附接到第二适配器22。(没有示出设置在过滤器夹持器14内部的第一非织造制品。)参见图3E，第二适配器22将装置10附接到流体样品收集容器21。因此，在实施方案中，通过如下方式使流体样品与非织造制品接触：将流体样品放到样品容器中，通过第二适配器抽取真空，并在收集容器中收集已经穿过非织造制品的流体样品。
参见图4A，示出了图3D的装置10的示意性侧视图，还包括旋转泵24。在此实施方案中，旋转泵24附接到第二适配器22；然而，在另选实施方案中，旋转泵可代替地附接到过滤器夹持器14。参见图4B，示出了图4A的装置的示意性顶视图，还包括附接到旋转泵24的动力钻25。动力钻25是便捷工具的一个示例，该便捷工具可用于制造真空，尤其当现场使用装置而没有典型的实验室水槽真空瓶时。
参见图5，示出了根据本公开的再一装置10的示意性侧视图，该装置用于使流体样品与非织造制品接触。装置10包括样品容器12；过滤器夹持器14，其被构造成与接收器(未示出)接合；非织造制品(未示出)；第二适配器22；以及注射器28。过滤器夹持器14设置在注射器28与样品容器12之间，并经由管体29连接。在此实施方案中，过滤器夹持器14通过第二适配器22附接到注射器28。包括注射器28，这提供了以下便捷方式用以使流体样品与非织造制品快速接触：仅仅拉动注射器28的活塞27，并用负压迫使流体样品穿过非织造制品。或者，可以在不使用第二适配器22的情况下，将注射器28直接连接到过滤器夹持器14。
样品容器12可以由多种材料形成，包括但不限于，聚合物材料、金属、陶瓷、玻璃、以及它们的组合。合适的聚合物材料的示例包括，比如但不限于，聚烯烃(如聚乙烯、聚丙烯、它们的组合等)、聚碳酸酯、丙烯酸类树脂、聚苯乙烯、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯、能够形成独立式和/或自支承式容器的其它合适的聚合物材料或它们的组合。根据待分析源的类型、量和尺寸，容器12可以为半透明(或甚至透明)或不透明的，并且可以具有任何合适的尺寸。例如，在一些实施方案中，容器12的容量可以为至多50mL、100mL、250mL、300mL、500mL、750mL、或甚至至多1L。
合适的接收器(比如，包含至少一种试剂的接收器)的非限制性示例包括：得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company,St.Paul,MN)的3M CLEAN-TRACE表面ATP棉签(3MCLEAN-TRACE Surface ATP Swab)、得自加利福尼亚州卡马里奥的Hygiena公司(Hygiena,Camarillo,CA)的AQUASNAP ATP水测试(AQUASNAP ATP Water Test)、得自密歇根州兰辛的Neogen公司(Neogen Corporation,Lansing,MI)的ACCUPOINT 2ATP卫生监测系统(ACCUPOINT 2ATP Sanitation Monitoring System)、以及得自Hygiena公司(Hygiena)的PRO-CLEAN快速蛋白残留测试(PRO-CLEAN Rapid Protein Residue Test)。
在另选实施方案中，提供了一种装置，其中样品容器包括注射器。将注射器用作样品容器，允许以下便捷方式用以使流体样品与非织造制品快速接触：仅仅按压注射器的活塞，并用正压迫使流体样品穿过非织造制品。
在装置的任何实施方案中，垫圈设置在非织造制品之上或之下，以使以下能力最小化：一定体积的流体样品绕过非织造制品而非穿过非织造制品。合适的垫圈包括，比如，尺寸被设计成贴合非织造制品周长的橡胶垫圈，诸如由高温弹性硅酮泡沫制成的橡胶垫圈，诸如从伊利诺伊州埃尔姆赫斯特的McMaster-Carr公司(McMaster-Carr(Elmhurst,IL))商购获得的厚度为1/16英寸或1/8英寸的泡沫(例如，部件编号1059N366)。
有利地，较大体积的流体样品任选地穿过非织造制品以浓缩靶微生物和/或靶细胞分析物，容器包括至少50毫升、或至少100毫升、或至少150毫升、或至少300毫升、或至少500毫升、或至多1升的体积。
图6示出了根据本公开的一个实施方案的样品递送系统100。如图6所示，样品递送系统100包括容器102、内胆104、封盖106、颈圈108和盖件109。在一些实施方案中，样品递送系统100的一个或多个部件是无菌的或可通过灭菌和消毒工序灭菌的，所述工序例如水蒸汽、γ辐射、环氧乙烷、过氧化氢、过乙酸、水醇溶液、漂白、以及它们的组合。具有与样品递送系统100相似的特征的系统描述于PCT专利公开No.WO 98/32539、美国专利No.6,536,687和No.6,588,681、PCT专利公开No.2004/060574、PCT专利公开No.2004/060575、美国专利公开No.2004/0164182、PCT专利公开No.2004/094072、PCT专利公开No.WO 2007/079143、PCT专利公开No.WO 2007/079188、和PCT专利公开No.WO2009/067498。
容器102是独立式和/或自承式的，并且包括基座127和侧壁129。术语“独立式”一般用来指能够在不倒塌或不变形且不需要另一物体固定的情况下独立摆放的物体。术语“自支承”一般用来指在其自身重量下不塌缩或变形的物体。例如，袋子通常不是“自支承式”的，因为其在自重作用下无法保持其形状，而是会倒塌或变形。自支承式物体不一定是独立式的。
容器102可以由与上述样品容器相同的材料形成，并且具有任何相同尺寸。
在一些实施方案中，如图6所示，样品递送系统100包括形状和尺寸被设计成被容纳在容器102内的内胆104。内胆104可以为一次性的(如可供使用一次)，以允许在污染风险不大且多次使用之间无需大范围清洗的情况下重复使用容器102。
如图6所示，容器102限定第一贮存器120，并且内胆104限定第二贮存器122。内胆104的形状和尺寸被设计成被容纳在容器102的第一贮存器120内。在一些实施方案中，可将流体样品114添加到第一贮存器120中，流体样品114包含样品基质113和至少一种微生物菌株和/或细胞分析物112。在一些实施方案中，如图6所示，流体样品114定位在第二贮存器122内，并且内胆104定位在第一贮存器120内。在一些实施方案中，内胆104是独立式的和/或自支承式的，其中任一种可以允许在内胆104不倒塌或不变形的情况下，在将内胆104定位在容器102中之前将流体样品114装载至内胆104中。
在某些实施方案中，内胆104为自支承式和/或独立式的，同时也是可变形的。术语“可变形的”用来表示一种结构，该结构在压力(如正压或负压)或应力作用下可改变其初始形状或状态。在采用可变形内胆104的实施方案中，可向内胆104施加压力，以缩小其初始(即未压缩)尺寸。这种压力可以用来促进从内胆104中移除流体样品114(或其滤液)。在此类实施方案中，内胆104可用作可包含流体样品114的可变形自支承式接收器。在一些实施方案中，可变形自支承式接收器也是独立式的。
在图6所示的实施方案中，容器102包括形成于其基座127中的开孔124，用户通过该开孔能够触及到内胆104从而向内胆104施加压力使其变形。此类压力可以直接用手施加，或者通过额外的装置施加，并且可以是手动或自动过程。
在一些实施方案中，内胆104包括相对刚性的基座126和相对薄的可变形侧壁128，使得当以平行于内胆104的纵向轴线的方向向基部126施加压力(例如经由容器102内的小孔124)时，内胆104发生纵向变形(例如，由于侧壁128而非基部126倒塌所导致)。另选地或除此之外，基座126可以比侧壁128厚。
在某些实施方案中，封盖106可移除地联接到内胆104，并且颈圈108用于将封盖106进一步紧固到容器102。例如，在图6中，容器102在侧壁129的外表面上端处包括螺纹131，其形状和尺寸被设计成使颈圈108(具有能够与容器102上的螺纹131接合的内螺纹133)螺纹连接到容器102的上端上。作为使用颈圈108将封盖106固定到容器102的替代方式，可以采用包括夹具在内的其它联接方式和/或任何其它联接方式。在封盖106与内胆104之间、封盖106与容器102之间和/或颈圈108与容器102之间可以采用多种联接方式，以允许各自的部件可移除地彼此联接，这些联接方式包括(但不限于)重力(例如，可以将一部件安放在另一部件或其配合部分顶部上)、螺纹、压力配合接合、卡扣配合接合、磁力、粘合剂、热密封、其它合适的可移除联接方式以及它们的组合。
在一些实施方案中，在加入流体样品114后，不需要再次打开样品递送系统100，使得不需要将容器102、内胆104、封盖106和颈圈108彼此可移除地联接，而是可以彼此永久性地或半永久性地联接。
如图6所示，封盖106还包括：端口132，其可联接到过滤器134；圆柱部分136，其尺寸被设计成被容纳在内胆104内；以及大致呈锥形(如截头圆锥形)的部分138，该部分从圆柱部分136延伸到端口132。在圆柱部分136和锥形部分138之间的连接处，封盖106还包括从圆柱部分136和锥形部分138径向向外延伸的唇缘140。
在一些实施方案中，过滤器134直接联接到封盖106。在一些实施方案中，如图6所示，过滤器134可以由框架135支承并经由框架135联接到封盖106。框架135可以形成过滤器134的一部分，框架135可以是封盖106的一部分，或者框架135可以是联接到过滤器134和封盖106两者的单独元件。框架135可以由多种材料形成，包括但不限于，多种聚合物、金属、陶瓷、玻璃、以及它们的组合。
如图6所示，颈圈108包括向内突出的唇缘156，使得当颈圈108联接到容器102时，颈圈108的唇缘156压迫封盖106的唇缘140，使其与内胆104的唇缘146接触，这使唇缘受压接触容器102的上表面146(例如，以形成更完整的密封)。关于组装样品递送系统100并在样品递送系统100的部件之间形成密封的上述方式仅仅是以举例方式进行了描述和展示。然而，本领域的普通技术人员将会理解，可以采用多种其它机制来组装样品递送系统100的部件并形成密封(例如不透液密封、气密性密封或它们的组合)，使得样品递送系统100在正常工作条件下不会泄漏。
封盖106可以由多种材料形成，包括以上针对样品容器12所列的材料。根据应用用途，封盖106可以为半透明(或甚至透明)或不透明的。
颈圈108可以由多种材料形成，包括但不限于，多种聚合物材料、金属材料、以及它们的组合。例如，颈圈108可以由模制塑料部件或机械加工金属(如铝)部件形成。在一些实施方案中，颈圈108由包含玻璃纤维增强的聚丙烯的模制塑料部件形成。
如图6所示，封盖106的端口132为大致圆柱形和管形，使得端口132限定封盖106的内表面的部分152和封盖106中的开口154。封盖106是中空的，并且当组装样品递送系统100时封盖与第二贮存器122流体连通。端口132不一定是圆柱形的，而是可以根据给定应用采取任何必要的形状。在图6所示的实施方案中，过滤器134联接到端口132(即，经由框架135)，使得过滤器134与封盖开口154以及第二贮存器122流体连通。
在图6所示的实施方案中，盖件109的形状和尺寸被设计成容纳至少一部分端口132。因此，盖件109可以联接到封盖106的端口132，以关闭封盖106中的开口154并密封(如气密地密封)样品递送系统100与环境隔绝。盖件109可使用任何合适的联接方式联接到封盖106。盖件109可以与封盖106一体形成(例如，拉盖式弹簧扣盖)，或者盖件109可以与封盖106是分开的(例如，拧接盖)。盖件109可以由多种材料形成，包括上文针对容器102或颈圈108所列的材料。
过滤器134可以为使流体样品114充分过滤的任何几何形状。在一些实施方案中，过滤器134为可变形和/或可伸缩的(即，使得过滤器134在其自重作用下折叠)。在一些实施方案中，过滤器134为刚性的，并保持其形状(即，在其自重作用下不折叠)。样品递送系统100所用的过滤器134的尺寸和数量及其孔隙度可以变化，这取决于样品基质113中所需的分析物和不可溶物。
仅以举例的方式，在一些实施方案中，流体样品114包含裂解的细菌细胞培养物，所需分析物为DNA、RNA、蛋白质、ATP或代谢物中的一者或多者，并且不可溶物为细胞碎屑。在此类实施方案中，例如，可选择或处理(例如，用生物分子结合剂(如抗体)衍生化)过滤器134，以保留和/或分离细胞碎屑，同时允许所需DNA、RNA、蛋白质、ATP和/或代谢物通过过滤器134以被非织造制品后续捕集。
过滤器134可具有多种孔径，其足以保留来自流体样品114的粒子，同时允许流体样品114中的所需分析物(如果有的话)穿过过滤器134。在一些实施方案中，过滤器134具有至少2微米的平均孔径或目尺寸；在一些实施方案中，至少5微米；在一些实施方案中，至少40微米；在一些实施方案中，至少80微米；并且在一些实施方案中，至少120微米。在一些实施方案中，过滤器134具有至多2000微米的平均孔径或目尺寸；在一些实施方案中，至多1000微米；在一些实施方案中，至多500微米；在一些实施方案中，至多200微米；在一些实施方案中，至多50微米；在一些实施方案中，至多10微米；并且在一些实施方案中，至多1微米(例如，当需要限制细菌穿过过滤器134时)。任选地，过滤器134用作粗过滤器。
过滤器134可由多种材料形成，包括但不限于尼龙、氟化聚合物(例如，聚四氟乙烯(PTFE))、纤维素(例如，改性纤维素，诸如纤维素酯(例如醋酸纤维素)和硝化纤维)、玻璃丝、纸张中的一者或多者以及它们的组合。在一些实施方案中，过滤器134可由织造网、非织造网、模制结构、泡沫、织物、纤维网、以及它们的组合形成。过滤器134的表面积可以通过使过滤器134打褶或通过其它类似技术而增加。通过压延或毡化方法可以控制过滤器134的厚度。
使流体样品与非织造制品接触之后，任选地至少部分拆卸根据本公开的装置，并将第一适配器或过滤器夹持器与接收器接合。当与接收器接合时，非织造制品被容易地从装置上移开，并被放置成与至少一种检测试剂接触。在某些实施方案中，可以用镊子移动非织造制品，而在其它实施方案中，可以将非织造制品推进中空内部和/或推离第一适配器或过滤器夹持器的凸缘，并且与一种或多种检测试剂接触。
参见图8A-8E，示出了至少一种结合的微生物菌株或至少一种结合的细胞分析物的示例性检测方法。图8A示出了包括第一适配器18的过滤器夹持器14以及设置在第一适配器18上的非织造制品16。将检测装置(未示出)的柄部32插入第一适配器18中。图8B示出了从过滤器夹持器14移除的柄部32，其中也在检测装置的柄部32的端部33上从过滤器夹持器移除了第一适配器18和非织造制品16。图8C示出了检测装置30的柄部32的端部33，该端部插入检测装置30中。第一适配器18装配到检测装置30顶部开口之内。图8D示出了向下推入检测装置30中的柄部32。由于第一适配器18的中空构造，随着柄部32完全插入检测装置30中，检测装置30的柄部32的端部33将非织造制品16向下朝检测装置30的下端推动。在此实施方案中，检测装置30包含至少一种设置在检测装置30的下端中的试剂。结合到非织造制品16的微生物菌株和靶细胞分析物有机会与一种或多种试剂反应，并生成可检测信号。参见图8E，检测装置30操作地联接到光度计50，这允许对所生成的发光信号进行检测。
上述用于转移结合微生物和/或细胞分析物的非织造制品的方式仅以举例的方式描述与示出。然而，本领域普通技术人员将理解，可根据检测装置的构造，采用许多其它机制将非织造制品转移到多种检测装置。在某些实施方案中，比如，过滤器夹持器可设置在检测装置上，并且非织造制品通过过滤器夹持器推入检测装置中。
参见图9A-9F，示出了另一示例性装置。更具体地，图9A示出了注射适配器92。注射适配器也可称作第二适配器，比如，装置中用于使流体样品与非织造制品接触的第二适配器，该装置包括：1)样品容器；2)过滤器夹持器；3)非织造制品；4)第一适配器，其被构造成将过滤器夹持器与接收器接合；以及5)第二适配器，其被构造成将过滤器夹持器附接到样品容器。在例示的实施方案中，注射(例如，第二)适配器92有利地包括卢尔锁连接器95，用于注射器与装置剩余部分的快速附接与移除。注射适配器92还包括螺纹部分96，其设置在注射适配器92的外表面上，为注射适配器92的外表面赋予一些灵活性，以助于将注射适配器92的至少一些螺纹部分96插入图9D的过滤器夹持器94中(并且能够在使用后将注射适配器92与过滤器夹持器94分离)。任选地，过滤器夹持器94可具有位于内表面91上的互补螺纹部分，使得注射适配器92和过滤器夹持器94可特定地通过螺纹拧合在一起。或者，可采用将两个部件附接在一起的其它常规方法，诸如，扭锁系统、或压缩配合部件等等。另外，注射适配器92还包括至少一个翼部97(诸如，图9A所示的两个翼部97)，该翼部可任选地提供双重功能：有助于用户操作注射适配器92；以及将凸缘98固定在过滤器夹持器94上。翼部97优选地包括凸块101，其被构造成固定过滤器夹持器94的凸缘98。图9B提供了注射适配器92的不同的示意性透视图。
参见图9C，示出了过滤器夹持器94。过滤器夹持器94包括第一适配器18，该第一适配器设置在过滤器夹持器94中。图9D是包括非织造制品16的过滤器夹持器94的示意性透视图，该非织造制品用垫圈93(例如，O形环)固定到第一适配器18。
图9E是图9B的注射适配器92的示意性透视图，该注射适配器联接到图9D的过滤器夹持器94。任选地，也可在与凸缘98相对的过滤器夹持器94的端部中存在的开孔99处提供卢尔锁连接器(未示出)，用以附接注射器并施加真空将样品穿过非织造制品拉出。相似地，其它真空源可附接到开孔99，诸如泵或真空瓶，并且可适用于确保所有样品穿过装置90中的非织造制品。
图9F是装置90的示意性侧视图，该装置包括注射器28、图9A的注射适配器92、和图9D的过滤器夹持器94。操作时，将流体样品引入注射器28中，然后用注射适配器92的卢尔锁连接器95将注射器附接到装置90的剩余部分。为了捕集流体样品中的微生物，按压注射器28的活塞27，推动流体样品穿过注射适配器92和非织造制品16。然后可以将过滤器夹持器94与注射适配器92分离，以提供通向非织造制品16的入口，用于检测结合的微生物和/或细胞分析物。
任选地，与图8A-8E所示的方法相似，可以将检测装置的柄部插入第一适配器18中。当随后从过滤器夹持器94移除柄部时，也从检测装置的柄部端部上的过滤器夹持器94移除第一适配器18和非织造制品16。接着，可将检测装置的柄部端部插入检测装置中，其中第一适配器18装配到检测装置的顶部开口之内。然后将柄部向下推入检测装置中，并且由于第一适配器18的中空构造，随着柄部完全插入检测装置中，检测装置的柄部端部将非织造制品16向下朝检测装置下端推动。因此，结合到非织造制品16的微生物菌株和靶细胞分析物有机会与一种或多种试剂反应，并生成可检测信号。
参见图10A-10H，示出了另一示例性装置，包括1)样品容器；2)过滤器夹持器；3)非织造制品；以及4)第一适配器，其被构造成将过滤器夹持器与接收器接合。过滤器夹持器14a-14b包括两个可分离部件：第一过滤器夹持器部分14a；以及第二过滤器夹持器部分14b。图10A示出了第一过滤器夹持器部分14a。在例示的实施方案中，第一过滤器夹持器部分14a有利地包括卢尔锁连接器95，用于容器诸如注射器28与装置剩余部分的快速附接与移除。如图10B所示，第一过滤器夹持器部分14a还包括内凸缘13和螺纹部分96，螺纹部分设置在第一过滤器夹持器部分14a的内表面上，这允许第一过滤器夹持器部分14a与图10F的第二过滤器夹持器部分14b的连接(以及允许使用后第一过滤器夹持器部分14a与第二过滤器夹持器部分14b彼此的分离)。因此，第二过滤器夹持器部分14b具有互补螺纹部分96，该部分位于第二过滤器夹持器部分14b的外表面上。或者，可采用将两个部件附接在一起的其它常规方法，诸如，扭锁系统、或压缩配合部件等等。
参见图10C，示出了第一适配器18。在例示的实施方案中，第一适配器18被成形为具有平坦的主表面155以及与平坦主表面155相对的成角主表面157，并且用以限定在平坦主表面155与成角主表面157之间延伸的开孔。第一适配器18被构造成设置在第一过滤器夹持器部分14a中(在内凸缘13上)，如图10D所示，其中平坦主表面155与内凸缘13接触。图10E是第一过滤器夹持器部分14a的示意性透视图，包括：第一适配器18；非织造制品16，其设置在第一适配器18上；以及垫圈93，其设置在非织造制品16上。垫圈93一般由弹性材料组成，以助于防止流体绕过非织造制品16的边缘，而是穿过非织造制品16。根据第一过滤器夹持器部分14a和第二过滤器夹持器部分14b的内部尺寸，第一适配器18可具有短管的形式(与图7B所示的第一适配器18的管体形状相似)。
如上所述，图10F示出了第二过滤器夹持器部分14b。在例示的实施方案中，第二过滤器夹持器部分14b包括：流体渗透型支承件160(其有助于将非织造制品16固定到过滤器夹持器14a-14b中合适的位置)；螺纹部分96；以及出口158，该出口允许流体从过滤器夹持器14a-14b流出。在另选实施方案中，不提供支承件160；而是垫圈93与第一适配器18协作，为非织造制品16提供足够的支承。任选地，也可在第二过滤器夹持器部分14b的端部处存在的出口158处提供卢尔锁连接器(未示出)，用以附接注射器并施加真空将样品穿过非织造制品16拉出。相似地，其它真空源可附接到出口158，诸如泵或真空瓶，并且可适用于确保所有样品穿过装置200中的非织造制品。
现在参见图10G，提供了装置200的分解侧视图。装置200包括：注射器28(例如，样品容器)、第一过滤器夹持器部分14a、第一适配器18、非织造制品16、垫圈93、和第二过滤器夹持器部分14b。相似地，图10H提供了组装装置200的侧视图，包括：1)样品容器(即，注射器28)；2)过滤器夹持器(包括第一过滤器夹持器部分14a和第二过滤器夹持器部分14b)；3)非织造制品16；4)垫圈93；以及5)第一适配器18，其被构造成将过滤器夹持器14a-14b与接收器接合。过滤器夹持器14a-14b包括第一适配器18和非织造制品16。
操作时，将流体样品引入注射器28中，然后用过滤器夹持器14a-14b的卢尔锁连接器95将注射器附接到装置200的剩余部分。为了捕集流体样品中的微生物，按压注射器28的活塞27，推动流体样品穿过第一过滤器夹持器部分14a、第一适配器18、非织造制品16、和第二过滤器夹持器部分14b。然后可以将过滤器夹持器14a-14b分离成其第一过滤器夹持器部分14a和第二过滤器夹持器部分14b，以提供通向非织造制品16的入口，用于检测结合的微生物和/或细胞分析物。
现在参见图11A-11C，与图8A-8E所示的方法相似，可以将检测装置30的柄部32插入第一适配器18中。当随后从第一过滤器夹持器部分14a移除柄部32时，也从检测装置30的柄部32的端部33上的第一过滤器夹持器部分14a移除第一适配器18和非织造制品16。接着，可将检测装置30的柄部32的端部33插入检测装置30中，其中第一适配器18装配到检测装置30的顶部开口之内。然后将柄部32向下推入检测装置30中，并且由于第一适配器18的中空构造，随着柄部32完全插入检测装置30中，检测装置30的柄部32的端部33将非织造制品16向下朝检测装置30的下端推动。因此，结合到非织造制品16的微生物菌株和靶细胞分析物有机会与一种或多种试剂反应，并生成可检测信号。
在第四方面，提供一种套件。该套件包括：用于使流体样品与非织造制品接触的装置、和接收器。该装置包括样品容器、过滤器夹持器、非织造制品、和第一适配器。第一适配器被构造成将过滤器夹持器与接收器接合。非织造制品包括纤维多孔基质以及网结于纤维多孔基质中的多个浓集剂粒子。
通常提供了第二适配器，并且该第二适配器被构造成将过滤器夹持器附接到真空源或附接到收集容器。在某些实施方案中，该装置还包括旋转泵，旋转泵附接到过滤器夹持器或附接到第二适配器。第二适配器和旋转泵如上文关于第一方面所述。在套件的许多实施方案中，接收器含有至少一种试剂，尽管在另选实施方案中，使用套件的时候，可以将一种或多种试剂添加到接收器。接收器通常被构造成操作地连接到检测仪器，诸如光度计。
在许多实施方案中，该套件还包括套件使用说明。此类说明通常包括与上文第一方面一致的方法细节。
提供了包括方法、装置和套件的实施方案。
实施方案1是检测流体样品中微生物的方法。该方法包括：a)提供非织造制品；b)提供疑似包含至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的流体样品；以及c)使流体样品与非织造制品接触，使得至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的至少一部分结合到非织造制品。非织造制品包括：1)纤维多孔基质；以及2)网结于纤维多孔基质中的多个浓集剂粒子。该方法还包括：d)将结合了至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的非织造制品放置成与至少一种检测试剂接触，以及e)检测所述至少一种结合的微生物菌株或结合的靶细胞分析物的存在。
实施方案2是根据实施方案1所述的方法，其中检测包括基于培养的检测法、成像检测法、基于荧光的检测法、比色检测法、免疫检测法、基因检测法、基于生物发光的检测法、或它们的组合。
实施方案3是根据实施方案1所述的方法，其中检测包括基于生物发光的检测法。
实施方案4是根据实施方案1或实施方案2所述的方法，其中试剂包含荧光素酶。
实施方案5是根据实施方案4所述的方法，其中试剂还包含荧光素。
实施方案6是根据实施方案4所述的方法，其中试剂还包含裂解剂。
实施方案7是根据实施方案1至6中任一项所述的方法，其中所述接触包括使流体样品过滤通过非织造制品。
实施方案8是根据实施方案1至7中任一项所述的方法，还包括：在使流体样品与非织造制品接触之前，使流体样品穿过粗过滤器。
实施方案9是根据实施方案1至8中任一项所述的方法，还包括：在将结合了至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的非织造制品放置成与至少一种检测试剂接触之前，清洗结合了至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的非织造制品。
实施方案10是根据实施方案1至9中任一项所述的方法，其中所述放置包括：将结合了至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的非织造制品放置于包含某种材料的接收器中，通过该材料可检测到检测信号。该接收器含有至少一种试剂。
实施方案11是根据实施方案1至10中任一项所述的方法，其中所述放置包括：将结合了至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的非织造制品放置于接收器中，该接收器被构造成操作地联接到光度计。该接收器含有至少一种试剂。
实施方案12是根据实施方案1至11中任一项所述的方法，其中所述接触包括将结合了至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的非织造制品推入含有至少一种试剂的接收器中。
实施方案13是根据实施方案1至12中任一项所述的方法，其中靶细胞分析物包含至少一种核酸、蛋白质、或三磷酸腺苷(ATP)。
实施方案14是根据实施方案1至13中任一项所述的方法，其中所述接触包括使流体样品至少两次穿过非织造制品。
实施方案15是根据实施方案1至14中任一项所述的方法，其中所述接触包括使流体样品在14.7磅/平方英寸(psi)(101.3千帕(kpa))或更小的压力下穿过非织造制品。
实施方案16是根据实施方案1至15中任一项所述的方法，其中所述接触包括使流体样品在4.0psi(27.6kpa)或更小的压力下穿过非织造制品。
实施方案17是根据实施方案1至16中任一项所述的方法，其中所述接触包括使流体样品在0.5psi(3.4kpa)或更小的压力下穿过非织造制品。
实施方案18是根据实施方案1至17中任一项所述的方法，其中微生物菌株选自以下物质的菌株：细菌、真菌、原生动物、病毒、细菌内生孢子以及它们的组合。
实施方案19是根据实施方案1至18中任一项所述的方法，其中靶细胞分析物包括ATP。
实施方案20是根据实施方案1至19中任一项所述的方法，其中纤维多孔基质为非织造纤维层，并且浓集剂粒子遍布于非织造纤维层。
实施方案21是根据实施方案1至20中任一项所述的方法，其中浓集剂粒子包括非晶态金属硅酸盐、胍官能化金属硅酸盐、硅藻土、表面改性的硅藻土、胍官能化硅藻土、γ-FeO(OH)、金属碳酸盐、金属磷酸盐、二氧化硅、珍珠岩、胍官能化珍珠岩、或它们的组合。
实施方案22是根据实施方案1至21中任一项所述的方法，其中所述接触包括用样品递送系统使流体样品穿过非织造制品。该系统包括独立式容器，独立式容器包括第一贮存器和可变形自支承式接收器，可变形自支承式接收器的尺寸设计成被容纳在独立式容器的第一贮存器中且具有第二贮存器，独立式容器比可变形自支承式接收器更具刚性。独立式容器包括基座，所述基座具有形成于其中的开孔，通过该开孔能够触及到可变形自支承式接收器。穿过包括：经由独立式容器中的开孔向可变形自支承式接收器施加外压，使流体样品穿过非织造制品。
实施方案23是根据实施方案1至22中任一项所述的方法，其中非织造制品包括介于0.15毫米和1毫米之间的厚度。
实施方案24是根据实施方案1至23中任一项所述的方法，其中非织造制品包括介于0.15毫米和0.8毫米之间的厚度。
实施方案25是根据实施方案1至24中任一项所述的方法，其中聚合物纤维包括聚烯烃、聚砜、聚酰胺、或它们的组合。
实施方案26是根据实施方案1至25中任一项所述的方法，其中聚合物纤维包括双组分纤维。
实施方案27是根据实施方案1至26中任一项所述的方法，其中聚合物纤维包括原纤化聚烯烃纤维。
实施方案28是根据实施方案1至27中任一项所述的方法，其中无机纤维包括玻璃纤维、陶瓷纤维、或它们的组合。
实施方案29是根据实施方案1至28中任一项所述的方法，其中无机纤维包括玻璃纤维。
实施方案30是根据实施方案1至29中任一项所述的方法，其中无机纤维和聚合物纤维的平均长度小于50毫米。
实施方案31是根据实施方案1至30中任一项所述的方法，其中非织造制品包括：基于非织造制品的总干重计，5至60重量％的浓集剂粒子；以及基于非织造制品的总干重计，40至95重量％的纤维多孔基质。
实施方案32是根据实施方案1至31中任一项所述的方法，其中非织造制品包括：基于非织造制品的总干重计，20至50重量％的浓集剂粒子；以及基于非织造制品的总干重计，50至80重量％的纤维多孔基质。
实施方案33是根据实施方案1至32中任一项所述的方法，其中纤维多孔基质是包含非卷曲聚合物纤维的非织造纤维层。
实施方案34是根据实施方案33所述的方法，其中非织造纤维层包含聚烯烃纤维和玻璃纤维。
实施方案35是根据实施方案1至34中任一项所述的方法，其中纤维多孔基质不含聚酰胺纤维。
实施方案36是根据实施方案1至35中任一项所述的方法，其中浓集剂粒子包括非晶态金属硅酸盐粒子。
实施方案37是根据实施方案36所述的方法，其中浓集剂粒子包括非晶态球化硅酸镁粒子。
实施方案38是根据实施方案36或实施方案37所述的方法，其中浓集剂粒子包括非晶态球形硅酸铝粒子。
实施方案39是根据实施方案36至38中任一项所述的方法，其中浓集剂粒子包括胍官能化金属硅酸盐粒子。
实施方案40是根据实施方案39所述的方法，其中浓集剂粒子包括胍官能化硅酸镁粒子。
实施方案41是根据实施方案39所述的方法，其中浓集剂粒子包括胍官能化硅酸铝粒子。
实施方案42是根据实施方案1至41中任一项所述的方法，其中浓集剂粒子包括硅藻土粒子。
实施方案43是根据实施方案1至42中任一项所述的方法，其中浓集剂粒子包括表面改性的硅藻土粒子、胍官能化硅藻土粒子、或它们的组合。
实施方案44是根据实施方案43所述的方法，其中表面改性的硅藻土在其表面的至少一部分上包含硅藻土承载量，表面处理剂包括二氧化钛、氧化铁、细纳米级金或铂、或它们的组合。
实施方案45是根据实施方案1至44中任一项所述的方法，其中浓集剂粒子包括γ-FeO(OH)粒子。
实施方案46是根据实施方案1至45中任一项所述的方法，其中浓集剂粒子包括珍珠岩粒子。
实施方案47是根据实施方案1至46中任一项所述的方法，其中浓集剂粒子包括胍官能化珍珠岩粒子。
实施方案48是根据实施方案1至47中任一项所述的方法，其中浓集剂粒子包括羟磷灰石粒子。
实施方案49是根据实施方案1至48中任一项所述的方法，其中粒子为微粒。
实施方案50是用于使流体样品与非织造制品接触的装置。该装置包括：1)样品容器；2)过滤器夹持器；3)非织造制品；以及4)第一适配器，其被构造成将过滤器夹持器与接收器接合。非织造制品包括：a)纤维多孔基质；以及b)网结于纤维多孔基质中的多个浓集剂粒子。
实施方案51是根据实施方案50所述的装置，还包括第二适配器，该第二适配器被构造成将过滤器夹持器附接到真空源，附接到收集容器，附接到或样品容器。
实施方案52是根据实施方案50或实施方案51所述的装置，还包括旋转泵，该旋转泵附接到过滤器夹持器或第二适配器。
实施方案53是根据实施方案50至52中任一项所述的装置，还包括设置在非织造制品上的垫圈。
实施方案54是根据实施方案50或实施方案51所述的装置，其中样品容器包括注射器。
实施方案55是根据实施方案50所述的装置，还包括注射器、设置在注射器与样品容器之间的过滤器夹持器。
实施方案56是根据实施方案50所述的装置，其中样品容器包括独立式容器，所述独立式容器包括第一贮存器和可变形自支承式接收器，所述可变形自支承式接收器的尺寸设计成被容纳在独立式容器的第一贮存器中且具有第二贮存器，独立式容器比可变形自支承式接收器更具刚性。独立式容器包括基座，所述基座具有形成于其中的开孔，通过该开孔能够触及到可变形自支承式接收器。穿过包括：经由独立式容器中的开孔向可变形自支承式接收器施加外压从而使流体样品穿过非织造制品。
实施方案57是根据实施方案50至56中任一项所述的装置，还包括接收器，所述接收器被构造成操作地联接到光度计。该接收器含有至少一种试剂。
实施方案58是根据实施方案50至57中任一项所述的装置，其中容器具有至少50毫升的体积。
实施方案59是根据实施方案50至58中任一项所述的装置，其中容器具有至少150毫升的体积。
实施方案60是根据实施方案50至59中任一项所述的装置，其中容器具有至少300毫升的体积。
实施方案61是根据实施方案50至60中任一项所述的装置，其中容器具有至多1升的体积。
实施方案62是根据实施方案50至61中任一项所述的装置，其中纤维多孔基质基本上由无机纤维和聚合物纤维组成。
实施方案63是根据实施方案62所述的装置，其中聚合物纤维包括聚烯烃、聚砜、聚酰胺、或它们的组合。
实施方案64是根据实施方案62或实施方案63所述的装置，其中聚合物纤维包括双组分纤维。
实施方案65是根据实施方案62至64中任一项所述的装置，其中聚合物纤维包括原纤化聚烯烃纤维。
实施方案66是根据实施方案62至65中任一项所述的装置，其中无机纤维包括玻璃纤维、陶瓷纤维、或它们的组合。
实施方案67是根据实施方案66所述的装置，其中无机纤维包括玻璃纤维。
实施方案68是根据实施方案62至67中任一项所述的装置，其中无机纤维和聚合物纤维的平均长度小于50毫米。
实施方案69是根据实施方案50至68中任一项所述的装置，其中非织造制品包括：基于非织造制品的总干重计，5至60重量％的浓集剂粒子；以及基于非织造制品的总干重计，40至95重量％的纤维多孔基质。
实施方案70是根据实施方案50至69中任一项所述的装置，其中非织造制品包括：基于非织造制品的总干重计，20至50重量％的浓集剂粒子；以及基于非织造制品的总干重计，50至80重量％的纤维多孔基质。
实施方案71是根据实施方案50至70中任一项所述的装置，其中纤维多孔基质是包含非卷曲聚合物纤维的非织造纤维层。
实施方案72是根据实施方案50至71中任一项所述的装置，其中纤维多孔基质为非织造纤维层，并且浓集剂粒子遍布于非织造纤维层。
实施方案73是根据实施方案72所述的装置，其中非织造纤维层包含聚烯烃纤维和玻璃纤维。
实施方案74是根据实施方案50至73中任一项所述的装置，其中纤维多孔基质不含聚酰胺纤维。
实施方案75是根据实施方案50至74中任一项所述的装置，其中浓集剂粒子包括非晶态金属硅酸盐、胍官能化金属硅酸盐、硅藻土、表面改性的硅藻土、胍官能化硅藻土、γ-FeO(OH)、金属碳酸盐、金属磷酸盐、二氧化硅、珍珠岩、胍官能化珍珠岩、或它们的组合。
实施方案76是根据实施方案50至75中任一项所述的装置，其中浓集剂粒子包括非晶态金属硅酸盐粒子。
实施方案77是根据实施方案75或实施方案76所述的装置，其中浓集剂粒子包括非晶态球化硅酸镁粒子。
实施方案78是根据实施方案75至77中任一项所述的装置，其中浓集剂粒子包括非晶态球形硅酸铝粒子。
实施方案79是根据实施方案75至78中任一项所述的装置，其中浓集剂粒子包括胍官能化金属硅酸盐粒子。
实施方案80是根据实施方案79所述的装置，其中浓集剂粒子包括胍官能化硅酸镁粒子。
实施方案81是根据实施方案79所述的装置，其中浓集剂粒子包括胍官能化硅酸铝粒子。
实施方案82是根据实施方案50至81中任一项所述的装置，其中浓集剂粒子包括硅藻土粒子。
实施方案83是根据实施方案50至82中任一项所述的装置，其中浓集剂粒子包括表面改性的硅藻土粒子、胍官能化硅藻土粒子、或它们的组合。
实施方案84是根据实施方案83所述的装置，其中表面改性的硅藻土在其表面的至少一部分上包含硅藻土承载量，表面处理剂包括二氧化钛、氧化铁、细纳米级金或铂、或它们的组合。
实施方案85是根据实施方案50至84中任一项所述的装置，其中浓集剂粒子包括γ-FeO(OH)粒子。
实施方案86是根据实施方案50至85中任一项所述的装置，其中浓集剂粒子包括珍珠岩粒子。
实施方案87是根据实施方案50至86中任一项所述的装置，其中浓集剂粒子包括胍官能化珍珠岩粒子。
实施方案88是根据实施方案50至87中任一项所述的装置，其中浓集剂粒子包括羟磷灰石粒子。
实施方案89是根据实施方案50至88中任一项所述的装置，其中粒子为微粒。
实施方案90是一种套件，包括：a)装置，该装置用于使流体样品与非织造制品接触以及b)接收器。该装置包括：1)样品容器；2)过滤器夹持器；3)非织造制品；以及4)第一适配器。第一适配器被构造成将过滤器夹持器与接收器接合。非织造制品包括：a)纤维多孔基质；以及b)网结于纤维多孔基质中的多个浓集剂粒子。
实施方案91是根据实施方案90所述的套件，还包括第二适配器，该第二适配器被构造成将过滤器夹持器附接到真空源或收集容器。
实施方案92是根据实施方案90或实施方案91所述的套件，还包括旋转泵，该旋转泵附接到过滤器夹持器或第二适配器。
实施方案93是根据实施方案90至92中任一项所述的套件，其中接收器含有至少一种试剂。
实施方案94是根据实施方案90至93中任一项所述的套件，其中接收器被构造成操作地联接到光度计。
实施方案95是根据实施方案90至94中任一项所述的套件，还包括套件使用说明。
实施方案96是使流体样品与非织造制品接触的装置。该装置包括：1)样品容器；2)被构造成与接收器接合的过滤器夹持器；以及3)非织造制品。非织造制品包括：a)纤维多孔基质；以及b)网结于纤维多孔基质中的多个浓集剂粒子。
实施方案97是根据实施方案96所述的装置，其中过滤器夹持器包括内凸缘，该内凸缘被构造成支撑非织造制品。
实施方案98是根据实施方案96或实施方案97所述的装置，其中过滤器夹持器包括外凸缘，该外凸缘被构造成与接收器接合。
实施方案99是根据实施方案96至98中任一项所述的装置，还包括适配器，该适配器被构造成将过滤器夹持器附接到真空源，附接到收集容器，附接到或样品容器。
实施方案100是根据实施方案99所述的装置，还包括旋转泵，该旋转泵附接到适配器。
实施方案101是根据实施方案96至98中任一项所述的装置，还包括旋转泵，该旋转泵附接到过滤器夹持器。
实施方案102是根据实施方案96至101中任一项所述的装置，还包括设置在非织造制品上的垫圈。
实施方案103是根据实施方案96所述的装置，还包括注射器、设置在注射器与样品容器之间的过滤器夹持器。
实施方案104是根据实施方案96至103中任一项所述的装置，还包括接收器，接收器被构造成操作地联接到光度计。接收器含有至少一种试剂。
实施方案105是根据实施方案96至104中任一项所述的装置，其中容器具有至少50毫升的体积。
实施方案106是根据实施方案96至105中任一项所述的装置，其中容器具有至少150毫升的体积。
实施方案107是根据实施方案96至106中任一项所述的装置，其中容器具有至少300毫升的体积。
实施方案108是根据实施方案96至107中任一项所述的装置，其中容器具有至多1升的体积。
实施方案109是根据实施方案96至108中任一项所述的装置，其中纤维多孔基质基本上由无机纤维和聚合物纤维组成。
实施方案110是根据实施方案109所述的装置，其中聚合物纤维包括聚烯烃、聚砜、聚酰胺、或它们的组合。
实施方案111是根据实施方案109或实施方案110所述的装置，其中聚合物纤维包括双组分纤维。
实施方案112是根据实施方案108至111中任一项所述的装置，其中聚合物纤维包括原纤化聚烯烃纤维。
实施方案113是根据实施方案109至112中任一项所述的装置，其中无机纤维包括玻璃纤维、陶瓷纤维、或它们的组合。
实施方案114是根据实施方案113所述的装置，其中无机纤维包括玻璃纤维。
实施方案115是根据实施方案109至114中任一项所述的装置，其中无机纤维和聚合物纤维的平均长度小于50毫米。
实施方案116是根据实施方案96至115中任一项所述的装置，其中非织造制品包括：基于非织造制品的总干重计，5至60重量％的浓集剂粒子；以及基于非织造制品的总干重计，40至95重量％的纤维多孔基质。
实施方案117是根据实施方案96至116中任一项所述的装置，其中非织造制品包括：基于非织造制品的总干重计，20至50重量％的浓集剂粒子；以及基于非织造制品的总干重计，50至80重量％的纤维多孔基质。
实施方案118是根据实施方案96至117中任一项所述的装置，其中纤维多孔基质是包含非卷曲聚合物纤维的非织造纤维层。
实施方案119是根据实施方案96至118中任一项所述的装置，其中纤维多孔基质为非织造纤维层，并且浓集剂粒子遍布于非织造纤维层。
实施方案120是根据实施方案119所述的装置，其中非织造纤维层包含聚烯烃纤维和玻璃纤维。
实施方案121是根据实施方案96至120中任一项所述的装置，其中纤维多孔基质不含聚酰胺纤维。
实施方案122是根据实施方案96至121中任一项所述的装置，其中浓集剂粒子包括非晶态金属硅酸盐、胍官能化金属硅酸盐、硅藻土、表面改性的硅藻土、胍官能化硅藻土、γ-FeO(OH)、金属碳酸盐、金属磷酸盐、二氧化硅、珍珠岩、胍官能化珍珠岩、或它们的组合。
实施方案123是根据实施方案96至122中任一项所述的装置，其中浓集剂粒子包括非晶态金属硅酸盐粒子。
实施方案124是根据实施方案122或实施方案123所述的装置，其中浓集剂粒子包括非晶态球化硅酸镁粒子。
实施方案125是根据实施方案122至124中任一项所述的装置，其中浓集剂粒子包括非晶态球形硅酸铝粒子。
实施方案126是根据实施方案122至125中任一项所述的装置，其中浓集剂粒子包括胍官能化金属硅酸盐粒子。
实施方案127是根据实施方案126所述的装置，其中浓集剂粒子包括胍官能化硅酸镁粒子。
实施方案128是根据实施方案126所述的装置，其中浓集剂粒子包括胍官能化硅酸铝粒子。
实施方案129是根据实施方案96至128中任一项所述的装置，其中浓集剂粒子包括硅藻土粒子。
实施方案130是根据实施方案96至129中任一项所述的装置，其中浓集剂粒子包括表面改性的硅藻土粒子、胍官能化硅藻土粒子、或它们的组合。
实施方案131是根据实施方案130所述的装置，其中表面改性的硅藻土在其表面的至少一部分上包含硅藻土承载量，表面处理剂包括二氧化钛、氧化铁、细纳米级金或铂、或它们的组合。
实施方案132是根据实施方案96至131中任一项所述的装置，其中浓集剂粒子包括γ-FeO(OH)粒子。
实施方案133是根据实施方案96至132中任一项所述的装置，其中浓集剂粒子包括珍珠岩粒子。
实施方案134是根据实施方案96至133中任一项所述的装置，其中浓集剂粒子包括胍官能化珍珠岩粒子。
实施方案135是根据实施方案96至134中任一项所述的装置，其中浓集剂粒子包括羟磷灰石粒子。
实施方案136是根据实施方案96至135中任一项所述的装置，其中粒子为微粒。
实施方案137是根据实施方案96或实施方案99所述的装置，其中样品容器包括注射器。
实施方案138是根据实施方案50至89或实施方案96至137中任一项所述的装置，其中非织造制品的基重范围为约150至约350克/平方米(g/m2)。
实施方案139是根据实施方案1至49中任一项所述的方法，其中非织造制品的基重范围为约150至约350克/平方米(g/m2)。
实施方案140是根据实施方案90至95中任一项所述的套件，其中非织造制品的基重范围为约150至约350克/平方米(g/m2)。
实施例：
除非另有说明，否则所有用于实施例的化学物质均可得自密苏里州圣路斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich Corp.(Saint Louis,MO))。除非另外指明，否则所有微生物产品供应和试剂均以标准产品购自西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich)或威达优尔公司(VWR)。
制备包含焙烧型硅酸镁的非织造纤维多孔基质
实施例1、2和3：通过混合各种量的纤维1、纤维2、纤维3、和纤维4来制备纤维预混物，如下表1所示。将纤维添加至4L共混机(以商品名“WARING COMMERCIAL HEAVY DUTYBLENDER,型号37BL84”购自宾夕法尼亚州拉德诺的威达优尔公司(VWR,Radnor,PA))中的3升冷去离子水中并以低速共混30秒。检验混合物的纤维是否均匀分散并且无结节或团块。添加添加剂粒子CM-111和附加升去离子水并以低速混合15秒。
使用制垫设备(以商品名“TAPPI”得自纽约州沃特敦市的威廉姆斯设备公司(Williams Apparatus,Watertown,NY))来制备毡，所述制垫设备具有测得约30厘米(12英寸)见方和30厘米(约12英寸)深度的盒，所述盒的底部具有细目筛网和排液阀。在筛网上将一片约14英寸(36cm)×12英寸(30cm)的聚乙烯纺粘(PET Lutradur 7240，可购自俄亥俄州辛辛那提的Fiberweb公司(Fiberweb,Cincinnati,OH))作为纱布置于筛网上。将盒用自来水填充直至超过筛网约1厘米的高度。将每种纤维和粒子混合物倒入盒中并且立即打开该阀，这产生将水拉出盒的真空。
将纤维非织造毡各自从设备转移到20平方厘米的吸墨纸(96磅白纸，得自明尼苏达州圣保罗的锚纸公司(Anchor Paper,St.Paul,MN))片材上。将每张毡夹在2至4层吸墨纸之间，除去过量的水。然后将压制的毡转移到新鲜的吸墨纸片材上，并且放到设定为110℃的烘箱(以商品名“BLUE M STABIL-THERM OVEN，型号OV-560A2”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))中约3小时，以除去残余水分并形成非织造纤维多孔基质。所得的实施例1和2的纤维多孔基质为大约0.8-1毫米厚。实施例3的纤维多孔基质为大约0.8-0.9毫米厚。
表1：实施例1-3的组合物
| 材料(以克计) | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 纤维1 | 11.08 | 10.98 | 8.83 |
| 纤维2 | 3.01 | 0 | 2.44 |
| 纤维3 | 2.30 | 2.29 | 1.82 |
| 纤维4 | 0 | 1.8 | 1.4 |
| CM-111 | 5.15 | 5.07 | 5.03 |
| 基重(g/m<sup>2</sup>) | 196.66 | 203.44 | 197.74 |
制备包含鸟苷酸硅酸镁的非织造纤维多孔基质
实施例4、5、6、7和8：用上述工序制备实施例4、5、6、7和8的非织造纤维多孔基质。配方示于下表2中。
表2：实施例4-8的组合物
实施例4的基质的厚度为大约0.8-0.9mm，实施例5的基质为大约0.6-0.8mm厚，并且实施例6-8的基质各自为大约0.8-1.0mm厚。
实施例9：实施例中所用的细菌
实施例中所用的各种细菌(参见下表3)获自弗吉尼亚州马纳萨斯的ATCC公司(ATCC(Manassas,VA))。
表3.实施例中所用的细菌
将细菌菌株的纯培养基接种到胰酶大豆液体培养基中(TSB，新泽西州富兰克林湖的贝克顿-迪金森公司(Becton,Dickinson and Company,Franklin Lakes,NJ))并在37℃下生长过夜。在Butterfield磷酸缓冲液(明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN))中逐级稀释该培养基，以获得所需量的菌落形成单位(cfu)/ml，用于掺入水样品中。如下确定大肠杆菌和产气肠杆菌(E.aerogenes)的数量：根据制造商的说明书，将合适量的稀释液涂布到3M PETRIFILM大肠杆菌/大肠菌群测试片(3M公司(3M Company))，并在37℃下温育过夜。如下确定金黄色葡萄球菌(S.aureus)和铜绿假单胞菌(P.aeruginosa)的数量：将合适量的稀释液涂布到3M PETRIFILM好氧菌群测试片(3M公司(3M Company))，并在37℃下温育过夜。用3M PETRIFILM测试片判读仪(3M公司(3MCompany))读取测试片，并确定菌落形成单位(cfu)。
实施例10：非织造纤维多孔基质的细菌捕集效率
将各种细菌掺入100ml的中和过的自来水(用0.1％的硫代硫酸钠中和)或18兆欧双倍的去离子水中，以得到大约100cfu/ml(100ml中总共大约10,000cfu)。从上述各种非织造纤维多孔基质中切割出14mm的圆盘，并将圆盘放到SWINNEX 13过滤器夹持器中(目录编号SX0001300，马萨诸塞州比勒利卡的EMD Millipore公司(EMD Millipore,Billerica,MA))。闭合过滤器夹持器并用BD LUER-LOK针头(产品编号309653，贝克顿-迪金森公司(Becton,Dickinson and Company))附接到60mL的BD注射器上。在附接过滤器夹持器之前，移除注射器中的活塞。将注射器连接到12位的Waters Millipore SEP-PAK真空歧管(马萨诸塞州米尔福德的沃特世公司(Waters Corporation,Milford,MA))。将收集管放到样品架中以收集每个注射器中的滤液。将真空歧管附接到Air Cadet Vacuum/Pressure Station(型号420-3901，伊利诺伊州巴灵顿的Barnant公司(Barnant Company,Barrington,IL))，并且在约15英寸汞柱的真空压力下，将该溶液过滤通过纤维多孔基质材料。过滤耗时不超过一分钟。关于手动过滤，也可通过在针筒内推动注射器活塞来过滤样品。
每次过滤所得的滤液收集在无菌管中，并将1ml的每一种滤液涂布到PETRIFILM测试片上，以计算出溶液中残留的细菌量。将测试片在37℃下温育过夜，并计算测试片上长出的菌落数。在过滤以确定样品中的细菌量之前，也涂布了输入样品。最少在三张测试片上涂布这些样品，并且实验至少重复三次。将输入溶液中细菌的数目以及滤液中残留细菌的数目用于计算捕集效率％。根据材料，细菌捕集率的范围为32％至95％(参见下表4、5、6和7)。不含玻璃丝(纤维4，实施例1和4)的非织造纤维多孔基质的捕集率范围为32％-70％。不含尼龙(纤维2，实施例2和5)的非织造纤维多孔基质的捕集％范围为90％-95％。产气肠杆菌和铜绿假单胞菌具有相似的测试结果(参见表4和6)。
不含纤维2(尼龙)的非织造纤维多孔基质的细菌捕集％表明，其对于细菌捕集并不重要。然而，纤维4(玻璃丝)更重要，因为当移除纤维4(实施例1和4)时，捕集％降低至32％至70％。这就是包含任一类粒子(焙烧型硅酸镁或鸟苷酸硅酸镁)的非织造纤维多孔基质的情况。
实施例11：通过ATP生物发光检测非织造纤维多孔基质中的细菌。
从SWINNEX过滤器夹持器上取下包含结合细菌的每种非织造纤维多孔基质，并通过无菌方式转移到1.5ml的微量离心管中(Plastibrand微型管，德国韦特海姆的BrandGmbH&Co.KG公司(Brand GmbH&Co.KG,Wertheim,Germany))。将200微升包含细菌裂解试剂的CLEAN-TRACE裂解试剂添加到该管中，并涡旋1分钟，并使其在室温下再静置1分钟。向该管中添加250微升的CLEAN-TRACE荧光素-荧光素酶试剂并混合。立即将该管放入台式光度计(20/20n单管型光度计，加利福尼亚州森尼维耳的Turner Biosystems公司(TurnerBiosystems,Sunnyvale,CA))中，并记录RLU测量值。利用随光度计提供的电子表格界面PC软件，从光度计获得发光测量值。用吸量管将包含大约10,000cfu细菌的100微升缓冲液吸移到1.5ml的微量离心管(Plastibrand微型管)中，并且在添加裂解混合物(200微升)和ATP试剂(250微升)之后，类似地测量发光性。将从大约10,000cfu获得的相对光单位用于计算非织造纤维多孔基质中的ATP回收％(参见下表4和5)。未切割材料的ATP回收率从30％至68％不等，并且不含纤维2的基质(实施例2和5)的ATP回收率最高(55％至68％)。
表4.包含焙烧型硅酸镁的未切割非织造纤维多孔基质中的细菌捕集效率和ATP回
收％
表5.包含鸟苷酸硅酸镁的未切割非织造纤维多孔基质中的细菌捕集效率和ATP回
收％
在另一实验中，通过无菌方式将非织造纤维多孔基质切割成小块，然后转移到1.5ml的微量离心管中(Plastibrand微型管)。将200微升的裂解试剂添加到该管中，并涡旋1分钟，并允许其在室温下再静置1分钟。在该管中添加250微升的荧光素-荧光素酶试剂并混合。如上所述测量发光性。非织造纤维多孔基质中的ATP回收％在下表6和7中示出。未切割材料的ATP回收率从52％至77％不等，并且不含纤维2的湿法成网材料(实施例2和5)的ATP回收率最高(65％至77％)。
表6.包含焙烧型硅酸镁的切割型纤维多孔基质中的细菌捕集效率和ATP回收％
表7.包含鸟苷酸硅酸镁的切割型纤维多孔基质中的细菌捕集效率和ATP回收％
实施例12：用集成装置进行ATP细菌捕集与检测
根据制造商说明书，按照CAD制图，使用UV可固化环氧组合物(ACCURA 60环氧树脂)在立体平版印刷机(SLA型SLA-250/40机器)中构建容器、过滤器夹持器和第二适配器。根据(图2E和3E)形成这些装置，但是不包括第一适配器。环氧树脂组合物和机器均由南卡罗来纳州罗克希尔的3D系统公司(3D Systems Corporation；Rock Hill SC)制造。
每件过滤装置作为三个单独部件而形成。过滤器夹持器支撑12mm的圆盘，并且具有螺纹，以将其旋入容器中。第二适配器具有螺纹，以将其连接到过滤器夹持器，并且整个装置组件在图2E和3E中示出。图2E中的第二适配器22具有长柄，并且附接到塞子，以将整个装置组件连接到真空瓶或歧管。图3E中的第二适配器22具有螺纹以将其连接到收集容器，并且具有侧臂以将其连接到真空源。
根据图2E的过滤装置(不包括第一适配器)用SLA所制的部件组装，并且在将过滤器夹持器连接到第二适配器之前，将12mm非织造纤维多孔基质圆盘(实施例1、2或3的基质之一)放到过滤器夹持器的底部处。将具有第二适配器的过滤器夹持器连接到容器，并将整个装置连接到真空瓶。将包含大约共10,000cfu(大约100cfu/ml)细菌的100ml流体样品添加到容器中，并使用真空站过滤(Air Cadet Vacuum/Pressure Station，型号420-3901，Barnant公司(Barnant Company))。收集滤液并涂布，以如实施例10所述确定捕集效率。从真空瓶上拆开该组件，移除过滤器夹持器，并将过滤器夹持器接合到3M CLEAN-TRACEWater Plus-Total ATP检测装置。移除ATP检测装置的柄部，并将过滤器夹持器放到管的顶部上。用柄部将纤维多孔基质圆盘(即，过滤器)向下推入管中，然后移除过滤器夹持器。将柄部恢复到检测装置，并且将圆盘一直向下推到检测室中。振荡该装置约2分钟，然后插入3M CLEAN-TRACE NG光度计中以确定RLU。结果示于下表8中。
表8.使用图2E的过滤装置，获得包含焙烧型硅酸镁的纤维多孔基质中的细菌捕集 效率和ATP回收％。
组装根据图3E的过滤装置(不包括第一适配器)，其包括12mm的湿法成网圆盘(实施例1、2或3的基质之一)。将组装装置连接到瓶子，并将包含大约共10,000cfu(大约100cfu/ml)细菌的100ml流体样品添加到容器中，并使用真空站过滤(Air Cadet Vacuum/Pressure Station，型号420-3901，Barnant公司(Barnant Company))。收集滤液并涂布，以如实施例10所述确定捕集效率。从真空瓶上拆开该组件，移除过滤器夹持器，并将过滤器夹持器接合到3M CLEAN-TRACE Water Plus-Total ATP检测装置。移除ATP检测装置的柄部，并将过滤器夹持器放到管的顶部上。用柄部将纤维多孔基质圆盘(即，过滤器)向下推入管中，然后移除过滤器夹持器。将柄部恢复到检测装置，并且将圆盘一直向下推到检测室中。振荡该装置约2分钟，然后插入3M CLEAN-TRACE NG光度计中以确定RLU。结果示于下表9中。
表9.使用图3E的过滤装置，获得包含焙烧型硅酸镁的纤维多孔基质中的细菌捕集 效率和ATP回收％。
实施例13：测试配方不同的纤维多孔基质，用于通过过滤除去水样品中的大肠杆
菌
将TSA上的大肠杆菌(ATCC 11229)划线培养基在37℃下温育过夜。除去测试片中分离的菌落，并且使用标准微生物环接种到5ml的TSB中并在37℃下在振荡培养箱(INNOVA44，得自新布伦兹威克科学公司(New Brunswick Scientific))中温育20-22小时。将含有约2-3×109cfu/mL的过夜培养基在Butterfield缓冲液中逐级稀释以获得大约1×106cfu/mL的种菌。
如下制备测试样品：用106cfu/mL种菌的1:100稀释液来接种200mL的去离子水(MilliQ梯度系统，马萨诸塞州的密理博公司(Millipore,Ma))，从而产生包含大约104cfu/ml(约4Log cfu/ml)的水测试样品。
从实施例4、5、7和8的非织造纤维多孔基质的每一者中用模具冲压出直径47毫米的圆盘，并将每个圆盘放置于样品夹持器中，该样品夹持器为由聚碳酸酯制成的定制装置。该装置具有三个部件且为圆柱形状，其测得为约60cm直径×约45cm高度。底部部件包括滤盘的支撑筛网和样品出口端口。除了穿过连接至Cole Parmer蠕动泵(型号7553-70)的PVC管材的样品入口端口以外，顶部部分为封闭的，并且在上游侧有排气孔以允许吹扫空气。使用O形环密封件，以防止在上游和下游两侧发生渗漏。内部螺纹提供闭合压力。将47mm的圆盘放到支承筛网的顶部上，在顶部上添加O形环并闭合夹持器。
不进行平行测试，而是单独地测试纤维多孔基质。使用1/8”壁厚PVC管材(VWR产品目录号60985-522)使用Cole Parmer蠕动泵(型号7553-70)，通过含有非织造基质圆盘的样品夹持器来泵送预过滤样品。以12mL/分钟的流量，通过纤维多孔基质来泵送掺料的水。将滤液收集在250mL无菌玻璃瓶中。收集并丢弃第一组100mL的滤液。收集第二组100mL滤液，以作进一步处理。在每组过滤测试之后，拆卸夹持器以使用无菌镊子取出纤维多孔基质。在基质测试之间，用过滤后的500mL灭菌去离子水冲洗过滤装置。
将10ml体积的第二组100ml滤液添加至100ml含有Butterfield缓冲液的拉盖式瓶中，以获得1:10稀释液。将瓶子盖上，并通过振荡手动地混合10秒。除去10ml体积并将该体积添加至另一个拉盖式瓶中以获得1:100稀释液。相似地，将滤液进一步稀释成1:1000和1:10000。将这些100ml的稀释滤液真空过滤通过0.45微米的过滤器。每次过滤后，用过滤后的500ml灭菌去离子水冲洗真空设备，并且用Kimwipes(Kimtech Science Delicate TaskWipers，佐治亚州罗斯威尔的金佰利公司(Kimberly-Clark Professional,Roswell,GA))来擦干。
用无菌镊式测试片将基质从设备上取下，并放到Endo琼脂测试片上，网侧朝上。将测试片在37℃下温育18-20小时。通过手动计数获得测试片上的菌落计数。通过上述工序也对预过滤样品进行稀释和过滤。将cfu/ml菌落计数转换成Log cfu/ml值。基于从所涂布的滤液和预过滤样品中获得的计数，通过使用以下公式计算对数减小值(LRV)。
LRV＝(预过滤样品中的对数cfu/ml)-(滤液样品中的对数cfu/ml)
在实施例4、5、7和8的基质的47mm基质圆盘上进行过滤测试。结果示于下表10中。
表10.用包含鸟苷酸硅酸镁的纤维多孔基质除去大肠杆菌。
制备包含鸟苷酸珍珠岩或焙烧型硅酸镁的非织造纤维多孔基质
实施例14、15、16、17和18：用实施例1、2和3中所述的工序制备实施例14、15、16、17和18的非织造纤维多孔基质。配方示于下表11中。实施例14的基质的厚度为大约2.0至2.3mm，实施例15的基质为大约1.2至1.5mm厚，实施例16的基质为大约0.65至0.85mm厚，实施例17的基质为大约0.6至0.8mm厚，并且实施例18的基质为大约0.6至0.8mm厚。
表11：实施例14-18的组合物
制备包含鸟苷酸珍珠岩(含高压灭菌组分)的非织造纤维多孔基质
实施例19、20和21：用实施例1、2和3中所述的工序制备实施例19、20和21的非织造纤维多孔基质。配方示于下表12中。将组分在121℃下高压灭菌30分钟(AMSCO CENTURY科学型号SV-120高压灭菌器(AMSCO CENTURY Scientific model SV-120pressuresterilizer)，俄亥俄州曼托尔的Steris公司(Steris Corporation,Mentor,OH)，然后与无菌水混合用于制备前述基质。纤维3(双组分乙烯醋酸乙烯酯/聚丙烯纤维)在高压灭菌期间失去其稠度，并且添加该纤维生成了非常脆的基质。实施例19的基质的厚度为大约0.4至0.6mm，实施例20的基质为大约0.4至0.6mm厚，并且实施例21的基质为大约0.8至1.0mm厚。
表12：实施例19-21的组合物
实施例22：实施例14至实施例21中的非织造纤维多孔基质的细菌捕集效率
如实施例10所述来测试实施例14至21中制备的非织造纤维多孔基质的捕集效率。将输入溶液中细菌的数目以及滤液中残留细菌的数目用于计算捕集效率％。根据材料，细菌捕集率范围为88％至99％(参见下表13)。同样地，不含纤维2(尼龙)的纤维基质的捕集％没有显示出任何可评估的变化。用高压灭菌材料制备的基质显示出与非高压灭菌材料相似的回收率。
实施例23：通过ATP生物发光检测非织造纤维多孔基质中的细菌。
如实施例11所述来测试包含结合细菌的每种非织造纤维多孔基质(实施例14至21)的ATP生物发光。将从输入细菌(大约10,000cfu)中获得的相对光单位用于计算非织造纤维多孔基质中的ATP回收％(参见下表13)。ATP回收率从38％至82％不等，并且不含纤维2的基质(实施例16至21)的ATP回收率最高(60％至82％)。
表13.非织造纤维多孔基质中的细菌捕集效率和ATP回收％
实施例24：用涂料制备装置进行ATP细菌捕集与检测
从3M公司(3M Company)获得包括量杯、颈圈、一次性内胆和封盖的3M PPS(涂料制备系统)。根据制造商说明书，按照CAD制图，使用UV可固化环氧组合物(ACCURA 60环氧树脂)在立体平版印刷机(SLA型SLA-250/40机器)中构建过滤器适配器。这些装置根据图7D和7E形成。环氧树脂组合物和机器均由3D系统公司(3D Systems Corporation)制造。
过滤器适配器支撑14mm的圆盘并联接到一次性封盖。过滤器适配器具有内嵌式筒形腔，用以将圆筒支撑在纤维多孔基质下面。根据图7D和7E组装具有过滤器适配器的PPS装置，过滤器适配器包含(实施例14、15、16或17的)纤维多孔基质。将包含共大约10,000cfu(约100cfu/ml)细菌的100ml流体样品添加到量杯中的内胆，用与过滤器适配器联接的封盖封闭，并且用颈圈密封。倒转装置，并用注射器中的活塞推动内胆，以推动流体样品穿过纤维多孔基质。收集滤液并涂布，以如实施例10所述确定捕集效率。
移除PPS中的过滤器适配器，用3M CLEAN-TRACE表面ATP棉签(3M CLEAN-TRACESurface ATP swab)将纤维多孔基质推入圆筒中，并用棉签的柄部掀起具有纤维基质的圆筒。CLEAN-TRACE表面ATP棉签(CLEAN-TRACE Surface ATP swab)在棉签中包含裂解试剂。将棉签引入3M CLEAN-TRACE Water Plus-Total ATP检测装置(3M公司(3M Company))中并推入检测室(图8A至8D)中。振荡包含纤维基质的检测装置1至2分钟，然后插入3M CLEAN-TRACE NG光度计(3M公司(3M Company))(图8E)用于测量生物发光性。
细菌捕集率的范围为92％至99％，并且与使用SWINNEX 13过滤器夹持器(参见下表14)时相似。ATP回收率从32％至75％不等，并且不含纤维2的基质(实施例16和17)的ATP回收率最高(65％至75％)。
表14.使用图7D的过滤装置获得纤维多孔基质中的细菌捕集效率和ATP回收％。
实施例25-28和比较例1与2：用包括注射适配器的装置进行ATP细菌捕集与检测
所制成的水样品从加拿大的油井获得。组装如图9F所示的装置，其中将10ml的所制成的水样品D(即，比较例1)装入10立方厘米的注射器中，并用O形环垫圈将实施例1中非织造纤维多孔基质的直径为14mm的圆盘附连到第一适配器。以逐滴的方式将10ml的所制成的水过滤通过非织造纤维多孔基质，这耗时约一分钟。有利地，所制成的浑浊水样品从注射器适配器直径较小的卢尔锁部分穿到注射器夹持器与过滤器夹持器直径较大的螺纹部分，而不产生足够大的回压，从而要求对注射器活塞施加增大的压力(而不是施加恒压)。丢弃滤液。为了确保所有的所制成的水样品都穿过该圆盘，在注射器中填充5ml空气，将其连接到注射适配器，然后推动空气穿过非织造纤维多孔基质。接着，将两部分彼此通过螺纹拧开而从过滤器夹持器上移除注射器夹持器，从而提供通向非织造纤维多孔基质的入口。获得ATP水测试，并刺穿测试用的箔封口并放在一边。通过以下方式用ATP水测试中的样品收集棒将非织造纤维多孔基质捞起来：将收集棒在基质上旋转几圈。将其端部上粘有非织造纤维多孔基质的样品棒插入到预穿刺测试中并根据制造商关于NG光度计的说明书进行分析。相对光单位(RLU)的所得信号产生实施例25中的读取结果“过滤-不清洗”。
对于“过滤-清洗”测试(即，实施例26)，将所生成的水样品D的10ml样品过滤通过实施例1的非织造纤维多孔基质的14mm圆盘，如上文针对实施例25所述。推动5ml的空气穿过圆盘之后，将包含5ml的不含ATP的水的新注射器附接到注射器夹持器。用不含ATP的水清洗过滤器，并丢弃滤液。用样品收集棒将过滤器从夹持器移除并进行分析，均如上文针对实施例25所述。基质一式两份进行测试。
用该设备来测试所生成的水样品D，但是过滤器夹持器中不具有任何非织造纤维多孔基质，从而使用ATP水测试来生成比较例1的RLU读数。使用以下公式计算CLEAN-TRACE测试(不需要将细菌集中到非织造纤维多孔基质中)中所捕集细菌的ATP信号的提高。数据示于下表15中。
当前测试中ATP信号的成倍增加值＝(后过滤非织造基质圆盘中的RLU/使用CLEAN-TRACE ATP水测试而进行测试的未过滤样品中的RLU)。
用所制成的水样品E(即，比较例2)来测试实施例1中的非织造纤维多孔基质的14mm圆盘，如上文针对实施例25和26所述。实施例27为“过滤-不清洗”测试，而实施例28为“过滤-清洗”测试。数据示于下表15中。
表15.使用图9F的过滤装置，获得(实施例1的)纤维多孔基质中的细菌捕集效率和 ATP回收％。
N＝2，标准差低于10％，除非括号内另有所述。
测试中的量变代表基质干扰。清洗后ATP信号的提高表示抑制物质遗留物的减少，这允许将ATP测定用于快速准确地监测所制成的水样品。清洗并未提高信号的情况表示样品所含的微生物ATP源较少，而固有的ATP源较多。
实施例29和30：制备包含焙烧型硅酸镁的非织造纤维多孔薄基质
通过混合各种量的纤维1、纤维4、纤维5、和纤维6来制备两种纤维预混物，如下表16所示。
对于实施例29，将纤维6添加至4L共混机(以商品名“WARING COMMERCIAL HEAVYDUTY BLENDER,型号37BL84”购自宾夕法尼亚州拉德诺的威达优尔公司(VWR,Radnor,PA))中的3升冷去离子水中，并以中速共混30秒。添加所有其它纤维并以低速另外共混1分钟。检验混合物的纤维是否均匀分散并且无结节或团块。添加颗粒添加剂CM-111和附加升的去离子水，以低速混合15秒。
使用制垫设备(以商品名“TAPPI”得自纽约州沃特敦市的威廉姆斯设备公司(Williams Apparatus,Watertown,NY))来制备非织造纤维多孔毡，所述制垫设备具有测得为约30厘米(12英寸)见方和30厘米(12英寸)深度的盒，所述盒的底部具有细目筛网和排液阀。在筛网上将一片约14英寸(36cm)×12英寸(30cm)的聚乙烯纺粘(PET Lutradur 7240，可购自俄亥俄州辛辛那提的Fiberweb公司(Fiberweb,Cincinnati,OH))作为纱布置于筛网上。将盒用自来水填充直至超过筛网约1厘米的高度。将纤维和粒子添加剂混合物倒入盒中并且立即打开该阀，这产生将水拉出盒的真空。
将纤维非织造毡从设备转移到20平方厘米的吸墨纸(96磅白纸，得自明尼苏达州圣保罗的锚纸公司(Anchor Paper,St.Paul,MN))片材上。将毡夹在2至4层吸墨纸之间，除去过量的水。然后将实施例29中经过按压的毡转移到新的吸墨纸片材上，并将其在设定为125℃的烘箱(HERATHERM烘箱系列OMS100，得自马萨诸塞州沃尔瑟姆的赛默飞世尔科技公司(Thermo Fisher Scientific(Waltham,MA)))中放置约3小时，以除去残留水分并形成非织造纤维多孔基质。实施例29所得的纤维多孔基质为大约0.8至0.90毫米厚。
对于实施例30，如针对实施例29所述制备纤维混合物，除了如所述，使用下表16所示的量。用另外4升冷去离子水填充制垫设备。在设备的筛网上不使用纺粘型纱布。将纤维和粒子添加剂混合物倒入设备中，同时打开阀并排水。通过以下方式将纤维非织造毡从筛网移除：将一片约14英寸(36cm)×12英寸(30cm)的聚乙烯纺粘型织物按压到湿润的毡上并掀起该纱布。所得的干燥后的非织造纤维多孔基质为大约0.8至0.90毫米厚。
表16
测试具有金属硅酸盐的非织造纤维多孔基质，用于获得大肠杆菌的细菌捕集率
将大肠杆菌(ATCC 11229，革兰氏阴性微生物)的划线培养基中的单个菌落接种到10ml的TSB(胰酶大豆培养基，3重量％，得自自Difco公司(Difco))中，TSB在37℃下过夜温育约20小时。所得的细菌原液包含约1×109cfu/ml。将该原液在去离子水中逐级稀释，以制备10cfu/ml、1×102cfu/ml、和1×103cfu/ml的工作原液。
实施例31：用模具冲压实施例29的非织造纤维多孔基质的14mm圆盘，并插入13mm过滤器夹持器(得自密理博公司(Millipore)的SWINNEX夹持器)中。使用10cc注射器将10ml的10cfu/ml工作原液过滤通过每个圆盘。过滤后，丢弃这些圆盘。将滤液收集于无菌的15ml聚丙烯管中。在PAC测试片上涂布1ml体积的滤液。
实施例32：用模具冲压实施例29中的非织造纤维多孔基质的14mm圆盘，并插入13mm过滤器夹持器(SWINNEX夹持器，得自密理博公司(Millipore))中，并根据与实施例31相同的工序用10ml的1×102cfu/ml工作原液来测试大肠杆菌捕集率。
实施例33：用模具冲压实施例29中的非织造纤维多孔基质的14mm圆盘，并插入13mm过滤器夹持器(SWINNEX夹持器，得自密理博公司(Millipore))中，并根据与实施例31相同的工序用10ml的1×103cfu/ml工作原液来测试大肠杆菌捕集率。
实施例34至36：根据与实施例31、32和33相同的工序来测试实施例30的非织造纤维多孔基质的14mm圆盘，以分别生成实施例34、35和36。
也在PAC上涂布大肠杆菌原液。这些为“100％对照液”样品。根据制造商说明书，用PETRIFILM测试片判读仪来测量测试片计数。使用以下公式，计算捕集效率。结果示于表17中。
对照液％＝(所涂布的滤液中的CFU)×100/100％对照液中的CFU
捕集效率％＝100-对照液％
表17.大肠杆菌捕集率
n＝3，除非括号内注明，否则标准偏差％<10％。所涂布的100％对照液总共具有205cfu/ml(24％标准偏差)、1895cfu、和18450cfu。
测试具有金属硅酸盐的非织造纤维多孔基质，用于获得金黄色葡萄球菌的细菌捕
集率
将金黄色葡萄球菌(ATCC 6538，革兰氏阳性微生物)的划线培养基中的单个菌落接种到10ml的TSB(胰酶大豆培养基，3重量％，得自Difco公司(Difco))中，TSB在37℃下过夜温育约20小时。所得的细菌原液包含约1×109cfu/ml。将该原液在去离子水中逐级稀释，以制备10cfu/ml、1×102cfu/ml、和1×103cfu/ml的工作原液。
实施例37：用模具冲压实施例29的非织造纤维多孔基质的14mm圆盘，并插入13mm过滤器夹持器(得自密理博公司(Millipore)的SWINNEX夹持器)中。使用10cc注射器将10ml的10cfu/ml工作原液过滤通过每个圆盘。过滤后，丢弃这些圆盘。将滤液收集于无菌的15ml聚丙烯管中。在PAC测试片上涂布1ml体积的滤液。
实施例38：用模具冲压实施例29中的非织造纤维多孔基质的14mm圆盘，并插入13mm过滤器夹持器(Swinnex夹持器，得自密理博公司(Millipore))中，根据与实施例37相同的工序用10ml的1×102cfu/ml工作原液来测试金黄色葡萄球菌捕集率。
实施例39：用模具冲压实施例29中的非织造纤维多孔基质的14mm圆盘，并插入13mm过滤器夹持器(Swinnex夹持器，得自密理博公司(Millipore))中，根据与实施例37相同的工序用10ml的1×103cfu/ml工作原液来测试金黄色葡萄球菌捕集率。
实施例40至42：根据与实施例37、38和39相同的工序来测试实施例30的非织造纤维多孔基质的14mm圆盘，以分别生成实施例40、41和42。
也在PAC上涂布金黄色葡萄球菌原液。这些为“100％对照液”样品。根据制造商说明书，用PETRIFILM测试片判读仪来测量测试片计数。使用以下公式，计算捕集效率。结果示于表18中。
对照液％＝(所涂布的滤液中的CFU)×100/100％对照液中的CFU
捕集效率％＝100-对照液％
表18.金黄色葡萄球菌捕集率
n＝3，除非括号内注明，否则标准偏差％<10％。所涂布的100％对照液总共具有195cfu/ml(40％标准偏差)、1380cfu(12％标准偏差)、和15950cfu。
虽然以某些示例性实施方案的细节描述了说明书，但应当理解，本领域的技术人员在理解上述内容后，可以容易地想到这些实施方案的更改、变型和等同形式。此外，本文引用的所有出版物和专利均以引用的方式全文并入本文中，犹如被特别地和单独地指出的各个单独的出版物或专利都以引用方式并入一般。已对各个示例性实施方案进行了描述。这些以及其它实施方案在以下权利要求书的范围内。
Claims (21)
1.一种检测流体样品中微生物的方法，所述方法包括：
a)提供非织造制品，所述非织造制品包括：1)纤维多孔基质，其包含聚烯烃纤维、双组分纤维和玻璃纤维；和2)网结于所述纤维多孔基质中的多个浓集剂粒子，其中所述纤维多孔基质不含聚酰胺纤维；
b)提供疑似包含至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的流体样品；
c)使所述流体样品与所述非织造制品接触，使得所述至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的至少一部分结合到所述非织造制品；
d)将结合了所述至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的非织造制品放置成与至少一种检测试剂接触；以及
e)采用基于生物发光的三磷酸腺苷(ATP)检测方法检测所述至少一种结合的微生物菌株或结合的靶细胞分析物的存在。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测还包括基于培养的检测法、成像检测法、基于荧光的检测法、比色检测法、免疫检测法、基因检测法、或它们的组合。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述试剂还包含裂解剂。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述试剂包含荧光素酶。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述接触包括使所述流体样品过滤通过所述非织造制品。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括在将结合了所述至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的非织造制品放置成与至少一种检测试剂接触之前，清洗结合了所述至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的非织造制品。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述放置包括将结合了所述至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的非织造制品放置于包含某种材料的接收器中，通过所述材料能够检测到检测信号，所述接收器含有所述至少一种试剂。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述接触包括将结合了所述至少一种微生物菌株或靶细胞分析物的非织造制品推入含有所述至少一种试剂的接收器中。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述靶细胞分析物包括三磷酸腺苷(ATP)。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述接触包括使所述流体样品在4.0psi(27.6kpa)或更小的压力下穿过所述非织造制品。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述非织造制品包括介于0.15毫米和2毫米之间的厚度。
12.一种用于使流体样品与非织造制品接触的装置，所述装置包括：1)样品容器；2)过滤器夹持器；3)非织造制品，所述非织造制品包括a)纤维多孔基质，其包含聚烯烃纤维、双组分纤维和玻璃纤维；和b)网结于所述纤维多孔基质中的多个浓集剂粒子，其中所述纤维多孔基质不含聚酰胺纤维，其中在ATP生物发光测定中，与包含与所述非织造制品相同的组分、但是纤维多孔基质包含尼龙纤维的比较性非织造制品相比，所述非织造制品实现了改善的％ATP回收率；以及4)第一适配器，所述第一适配器被构造成将所述过滤器夹持器与接收器接合。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述样品容器包括：独立式容器，所述独立式容器包括第一贮存器；可变形自支承式接收器，所述可变形自支承式接收器的尺寸设计成被容纳在所述独立式容器的所述第一贮存器中并且包括第二贮存器，所述独立式容器比所述可变形自支承式接收器更具刚性，所述独立式容器包括基座，所述基座包括形成于其中的开孔，通过所述开孔能够触及到所述可变形自支承式接收器。
14.根据权利要求12所述的装置，还包括第二适配器，所述第二适配器被构造成将所述过滤器夹持器附接到真空源，附接到收集容器，或附接到所述样品容器。
15.根据权利要求12所述的装置，其中所述容器包括至少300毫升的体积。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的装置，其中所述纤维多孔基质是包含非卷曲聚合物纤维的非织造纤维层。
17.根据权利要求12所述的装置，其中所述纤维多孔基质不含尼龙纤维。
18.根据权利要求12所述的装置，其中所述浓集剂粒子包括非晶态金属硅酸盐、胍官能化金属硅酸盐、硅藻土、表面改性的硅藻土、胍官能化硅藻土、γ-FeO(OH)、金属碳酸盐、金属磷酸盐、二氧化硅、珍珠岩、胍官能化珍珠岩、或它们的组合。
19.一种用于使流体样品与非织造制品接触的装置，所述装置包括：1)样品容器；2)过滤器夹持器，所述过滤器夹持器被构造成与接收器接合；以及3)非织造制品，所述非织造制品包括a)纤维多孔基质，其包含聚烯烃纤维、双组分纤维和玻璃纤维；和b)网结于所述纤维多孔基质中的多个浓集剂粒子，其中所述纤维多孔基质不含聚酰胺纤维，其中在ATP生物发光测定中，与包含与所述非织造制品相同的组分、但是纤维多孔基质包含尼龙纤维的比较性非织造制品相比，所述非织造制品实现了改善的％ATP回收率。
20.一种套件，包括：
a.用于使流体样品与非织造制品接触的装置，所述装置包括：1)样品容器；2)过滤器夹持器；3)非织造制品，所述非织造制品包括i)纤维多孔基质，其包含聚烯烃纤维、双组分纤维和玻璃纤维；和ii)网结于所述纤维多孔基质中的多个浓集剂粒子，其中所述纤维多孔基质不含聚酰胺纤维，其中在ATP生物发光测定中，与包含与所述非织造制品相同的组分、但是纤维多孔基质包含尼龙纤维的比较性非织造制品相比，所述非织造制品实现了改善的％ATP回收率；和4)第一适配器；以及
b.接收器，所述第一适配器被构造成将所述过滤器夹持器与所述接收器接合。
21.根据权利要求20所述的套件，还包括所述套件的使用说明。
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