用于檢測和鑒別微生物培養樣品中的微生物的方法、系統和裝置制造方法

用于檢測和鑒別微生物培養樣品中的微生物的方法、系統和裝置制造方法
【專利摘要】本文提供了用于檢測和/或鑒別培養樣品中的一種或多種特定微生物的方法、系統和裝置。指示劑粒子，如各自與對所關注的一種或多種微生物具有親和力的一種或多種特異性結合成員締合的表面增強拉曼光譜(SERS)活性納米粒子，可以與所述培養樣品中的特定微生物形成復合物。此外，攪動也與對所關注的一種或多種微生物具有親和力的一種或多種特異性結合成員締合的磁性捕獲粒子可以用于捕獲微生物-指示劑粒子復合物并且使所述復合物集中在試驗器皿的局部區域中以供后續檢測和鑒別。這種復合物可以被分散、團化和再分散以使得培養樣品可以在孵育期間再測試多次，從而允許實時監測所述培養樣品。
【專利說明】用于檢測和鑒別微生物培養樣品中的微生物的方法、系統 和裝置 發明領域
[0001] 本發明所公開的主題涉及用于檢測、鑒別和定量培養樣品中的微生物的方法、系 統和裝置。更具體地說，所述主題涉及使用指示劑粒子來檢測和鑒別能夠支持微生物生長 的生物防護樣品中的一種或多種微生物。
[0002] 發明背景
[0003] 檢測微生物培養物中的臨床樣品（例如，血液、糞便、尿液等）中的低水平的微生 物（包括病原體）的能力在近年來已經獲得了顯著的重要性。類似地，微生物培養對于檢 測如食品、化妝品和藥品等工業樣品中的微生物（包括病原體）的公共衛生是重要的。檢 測這些微生物的能力不僅提供了用于處理已經被暴露的人們的技術，而且用于可以防止暴 露的情況，例如當測試食品樣品時。
[0004] 食源性疾病不僅在衛生方面、而且在衛生保健成本方面對社會有顯著影響。據⑶C 估計，每年約1/6的美國人（或4800萬人）患病，128, 000人住院，并且3, 000人死于食源 性疾病（參看http://www. cdc. gov/foodsafety/facts. html)。還估計，食源性疾病在美國 每年造成1520億美元用于衛生相關的花費,特別是對于由彎曲菌屬的種（Campylobacter spp·)、沙門氏菌（Salmonella)、單核細胞增生性李斯特菌（Listeria monocytogenes) 和大腸桿菌（E.coli)引起的細菌感染（參看 http://www.producesafetyproject.org/ admin/assets/files/Health-Related-Foodborne-Illness-Costs-Report· pdf-1, pdf)〇
[0005] 在美國所見的食品安全的當前水平是政府法規與受市場激勵（如法律責任、品牌 價值、信譽和出售更多食品產品的希望）影響的行業自我監測組合的結果。在美國，負責食 品安全的主要機構是美國農業部（u. S Department of Agriculture ;USDA)食品安全檢驗 局（Food Safety and Inspection Service ;FSIS)，其負責肉類、家禽和經加工的蛋制品的 安全；以及食品和藥物管理局（Food and Drug Administration ;FDA)，其負責幾乎所有的 其它食品。在1996年，USDA的FSIS頒布了病原體減少危害分析關鍵控制點（PR/HACCP)條 例，其例如授權屠宰廠進行通用大腸桿菌測試。其它FSIS法規對兩種致命的病原體-即食 肉類和家禽中的單核細胞增生性李斯特菌和碎牛肉中的大腸桿菌0157:H7強制執行零界 限（參看http://www. ers. usda. gov/briefing/foodsafety/private. htm) 〇 最近，國會批準 通過了食品安全現代化法案（Food Safety Modernization Act),在過去幾年里食源性疾 病的持續爆發一從菠菜到胡椒到花生強調了這項立法的迫切性。
[0006] 食品測試可以對食品樣品本身進行，即最終產品材料、中間物或引入的原材料。 另外，實施HACCP(危害分析和關鍵控制點（Hazard Analysis and Critical Control Point))計劃以控制生產環境，從而使病原體引入到食品樣品中的風險最小化。作為許多 HACCP計劃的一部分，從表面、地板、排水管和加工設備獲取環境樣品，然后針對病原性生物 體的存在和不存在進行分析。如果檢測到病原體的話，那么可以將其分離并且對其進行進 一步確認性測試。
[0007] 現今，所進行的所有食品病原體測試都需要培養步驟來富集樣品中所含的潛在低 水平的微生物。在培養樣品之后，移出一部分并且針對病原體的存在進行測試。培養后的 病原體測試可以通過免疫試驗（例如，bioMerieux的Vidas?自動化ELISA平臺或SDIX 的RilliklChek#側向流試驗）或通過基于PCR的測試（例如，DuPont Qualicon的 ΒΑΧ?系統、Bi0-Rad的iQ-Check?系統）來完成。如果病原體存在于起始樣品中，那 么培養步驟可以使病原體的濃度增加高達I. 0E8-1. 0E9cfu/mL，使得打開培養后的樣品使 使用者和環境都暴露于污染的風險下。這種暴露阻止了許多食品生產者現場進行病原體測 試，取而代之的是選擇將樣品發送到外部實驗室以供測試。另外，因為不知道哪些樣品含有 病原體并且處于什么水平，所以食品安全測試方案使用很長的培養時間以確保給予最壞情 形的一種受損病原體足夠的時間生長到可檢測濃度。結果，具有較高病原體負荷的樣品比 可能嚴格必需的時間培養了更長時間，從而導致得出結果的時間延遲。因此，在病原體測試 方法的領域中需要使得出結果的時間最小化并且降低設施和人員暴露于所培養的病原體 的風險。
[0008] 對于臨床樣品（如血液）來說存在類似的問題。自從20世紀80年代中期以 來，伴隨著免疫功能不全的患者群體的規模擴大，由機會性病原體（如酵母、真菌和分枝 桿菌）引起的敗血癥的發生率已經上升。菌血癥（血流中存在細菌）和真菌血癥（血流 中存在真菌或酵母）通常通過收集靜脈血液樣品并且將血液樣品安置在含有適合于促 進所關注的細菌或真菌生長的生長培養基的血液培養瓶中來檢測。一般參看Reimer等 人，"Update on Detection of Bacteremia and Fungemia", Clinical Microbiology Reviews 10 (3)，444-465 (1997)。然后，可以將血液培養樣品孵育一段時間并且間歇性地檢 查細菌或真菌生長的指征。
[0009] 在本領域中已知用于監測血液培養瓶中的細菌或真菌生長的儀器化方法通常檢 測血液培養瓶中二氧化碳和/或氧濃度的變化。這些儀器檢測微生物的存在和不存在，但 不是特異性地針對所存在的特定類型的生物體。對于名義上無菌的樣品（如血液）來說， 樣品中的微生物檢測可以指示嚴重的疾病。然而，陽性結果被認為是部分或初步結果并且 通常不是可行的。因為疾病的最佳治療依賴于生物體的鑒別以及其抗生素敏感性的確定， 所以實驗室人員必須可推進陽性培養物到完全鑒別（ID)和抗微生物敏感性測試（AST)。生 物體的鑒別需要實驗室人員取得陽性血液培養樣品用于進一步樣品處理。
[0010] 陽性血液培養結果，即指示微生物的存在但沒有指示微生物的身份的結果之后的 樣品處理常常包括將微生物歸類為兩大類生物體之一：革蘭氏陽性或革蘭氏陰性。基于在 培養過程中檢測CO2或O2的血液培養試驗無法區分如金黃色葡萄球菌（S. aureus)的病原 性生物體與如表皮葡萄球菌（S.印idermidis)的污染物，因為這些方法僅僅對生長和不存 在生長敏感。生物體的分類和鑒別是在檢測血液培養樣品中的生長之后進行。舉例來說，試 劑盒可用于區分葡萄球菌（Staphylococcus)和鏈球菌（Streptococcus)種與其它生物體。 試劑盒還可用于區分如金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的生物體。然而，這些試劑盒需要 從血液培養瓶中移出至少等分試樣的血液培養樣品以及可能潛在地使操作人員暴露于病 原體或破壞一部分可以用于其它分析的血液培養物的其它程序。試劑盒還通常需要受培訓 的實驗室工作人員可進行測試，這潛在地導致了當實驗室人員不可進行另外測試（例如， 在僅單班作業的醫院中）時在血液培養樣品變成陽性的情況下可行的臨床結果的延遲。 toon] 雖然現今存在儀器來檢測血液中微生物的存在或不存在（例如，通過使用二氧化 碳或氧傳感器），但這些儀器通常不適用于非無菌樣品，如糞便或食品樣品。對于如食品等 樣品來說，預期存在顯著濃度的良性微生物，并且因此用二氧化碳或氧傳感器檢測生物體 本質上不適用。對于食品樣品來說，關鍵是在高的良性微生物群落的背景下檢測低水平的 病原性生物體的存在以避免食源性疾病的傳播。
[0012] 因此，需要用于不僅檢測在名義上無菌的樣品的培養步驟期間生物體的存在或不 存在，而且鑒別生物體的方法、系統和裝置。對于如糞便和食品等非無菌樣品來說，還需要 用于以生物防護方式鑒別培養物中潛在有害的生物體的方法、系統和裝置。這些方法、系統 和裝置使使用者干預最小化，從而使時間、受培訓的人員加上人員和環境對病原體的潛在 暴露減到最少。 發明概要
[0013] 本發明所公開的主題的實施方案提供了用于檢測微生物培養物中的特定微生物 的存在、量和/或身份的方法、系統和裝置。根據一個實施方案，本發明所公開的試驗可以 在培養器皿內進行，以使得特定微生物的檢測和/或鑒別與培養相結合來進行，而不需要 使用者干預。一種或多種微生物可以在單一培養物內鑒別。可以對培養器皿完全進行生物 防護以使得微生物的生長以及微生物的檢測和鑒別可以在不暴露使用者或周圍環境的情 況下發生。此外，歸因于培養物的生物防護，培養物的分析可以在不需要使用者取得培養物 或洗滌培養物的情況下發生。
[0014] 光學活性的指示劑粒子，如各自與對所關注的一種或多種微生物具有親和力 的一種或多種特異性結合成員締合的表面增強拉曼散射（Surface Enhanced Raman Scattering ;SERS)活性納米粒子，可以與微生物培養樣品中的特定微生物形成復合物。因 此，光學活性的指示劑粒子可以是能夠產生光信號的任何粒子，這種光信號可以在沒有洗 滌步驟的情況下在培養樣品中檢測到。此外，也與對所關注的一種或多種微生物具有親和 力的一種或多種特異性結合成員（其和與指示劑粒子締合的特異性結合成員可以是相同 的或不同的）締合的磁性捕獲粒子可以用于捕獲微生物-指示劑粒子復合物并且使復合物 集中在試驗器皿的局部區域中以供后續檢測。重要地，本發明所公開的方法、系統和裝置的 實施方案允許"實時"檢測和鑒別正在發生微生物的活性生長的樣品中的微生物。樣品可 以包括包含以下的微生物培養物：生長培養基和來自人或動物（馴養的或原種的）的臨床 樣品，如血液、糞便、尿液或腦脊液。樣品還可以包括包含以下的微生物培養物：生長培養基 和工業樣品，如食品、奶制品、飲料、水、環境、農產品、個人護理產品（包括化妝品）、生物技 術或藥品。重要地，試驗可以在不使使用者或環境暴露于樣品（"封閉系統"）的情況下以 生物防護方式進行，并且可以通過在培養進行時隨著時間監測試驗信號來提供自動的、晝 夜不停的微生物檢測和鑒別。檢測和鑒別與微生物培養的組合可以使得可行的結果較早可 用。
[0015] 通過本發明對微生物的檢測可以直接或間接進行。對于在培養物中生長的微生物 的直接檢測來說，與磁性捕獲粒子和指示劑粒子締合的特異性結合成員可以對基本完好的 微生物具有親和力，例如通過結合到細菌或酵母的表面。對于間接檢測來說，與磁性捕獲粒 子和指示劑粒子締合的結合成員可以對微生物的副產物具有親和力。副產物的實例可以包 括（但不限于）分泌蛋白、毒素和細胞壁組分。直接和間接檢測模式可以單獨或組合使用。
[0016] 根據本發明的另一個實施方案，提供一種用于計量所需量的培養樣品的器皿。所 述器皿包括用于在其中接收培養樣品的容器，其中所述容器具有開口端和封閉端。所述器 皿還包括被配置成以流體密封連接方式嚙合容器的開口端的蓋子。另外，所述器皿包括耦 合到蓋子并且包括一個或多個儲集器的筐體，其中所述筐體被安置在所述容器的開口端與 封閉端之間。在使用多個儲集器的情況下，每個儲集器被配置成容納不同體積的培養樣品。 此外，所述器皿包括一個或多個與蓋子嚙合的針組件，其中所述針組件包括在相應的儲集 器內延伸的針。每個針被配置成選擇性地抽取相應的儲集器中所含的樣品，其中每個針被 進一步配置成嚙合小瓶用于以生物防護方式將樣品從儲集器轉移到所述小瓶。因此，所述 器皿可以適合于計量所需量的樣品用于在單一容器中進行兩種不同的試驗（例如，沙門氏 菌或李斯特菌），同時有助于以生物防護方式將樣品轉移到檢測小瓶。在本發明的另一個實 施方案中，用于接收樣品的試驗小瓶由被配置成保持真空的塞子或隔片和頂帽密封。在試 驗小瓶頂帽與計量器皿上的含有針的兼容端口連接時，樣品以生物防護方式轉移。小瓶頂 帽含有用以保留外部擠出的流體以防轉移并且保護使用者以免與轉移表面接觸的特征。
[0017] 本發明的另一個實施方案是針對一種用于自動處理多個含有培養樣品的管的系 統。所述系統包括用于在其中接收多個樣品管的孵育箱，其中所述孵育箱被配置成在預定 溫度下孵育樣品管。舉例來說，這些管可以水平地并且彼此相鄰地定位。根據一個實施方 案，孵育箱可以被配置成在不同溫度下孵育不同試驗。所述系統進一步包括耦合到托盤并 且被配置成在孵育箱內移動樣品管的第一平移裝置（例如，沿著Y軸移動的"Y臺")，其中第 一平移裝置被進一步配置成將樣品管從孵育箱移動到檢測區并且攪動檢測區內的樣品管。 舉例來說，第一平移裝置可以沿著其縱軸移動樣品管。所述系統還包括被配置成將磁場施 加到檢測區內的多個樣品管的磁體組件，以及被配置成詢查檢測區內的多個樣品管中的每 一者用于檢測一種或多種微生物的光學裝置。所述系統包括耦合到光學裝置并且被配置成 移動檢測區內的光學裝置用于詢查樣品管中的每一者的第二平移裝置（例如，沿著X軸移 動的"X臺"）。所述系統還可以包括耦合到磁體組件和光學裝置并且被配置成移動檢測區 內的磁體組件和光學裝置以接近垂直堆疊在第一托盤上方的管的另一個托盤的第三平移 裝置（例如，沿著Z軸移動的"Z臺"）。因此，所述系統提供了用于在孵育培養管期間實時 處理多個樣品的自動化和高通量系統。
[0018] 附圖簡述
[0019] 已經這樣概括地描述了本發明所公開的主題，現在將參考附圖，這些附圖不一定 按比例繪制，并且其中：
[0020] 圖1是示出根據本發明的一個實施方案檢測和鑒別培養樣品中的微生物的方法 的示意圖。
[0021] 圖2是示出根據本發明的一個實施方案用于容納和轉移培養樣品的富集器皿和 檢測小瓶的示意圖。
[0022] 圖3是示出根據本發明的一個實施方案間歇性地檢測和鑒別培養樣品中的微生 物的方法的示意圖。
[0023] 圖4是示出根據本發明的一個實施方案實時檢測和鑒別培養樣品中的微生物的 方法的示意圖。
[0024] 圖5A-5E說明了根據本發明的一個實施方案的富集器皿的各種視圖。
[0025] 圖6是根據本發明的一個實施方案的富集器皿的橫斷面視圖。
[0026] 圖7是根據本發明的一個實施方案的富集器皿的分解圖。
[0027] 圖8是根據本發明的一個實施方案的富集器皿的蓋子的底視圖。
[0028] 圖9A-9C是根據本發明的一個實施方案的富集器皿的筐體的各種視圖。
[0029] 圖IOA和IOB說明了根據本發明的一個實施方案的檢測小瓶的頂帽。
[0030] 圖IlA和IlB說明了根據本發明的一個實施方案的檢測小瓶的頂帽。
[0031] 圖12是根據本發明的一個實施方案嚙合檢測小瓶的頂帽的橫斷面視圖。
[0032] 圖13A和13B是根據本發明的一個實施方案嚙合檢測小瓶的頂帽的透視圖和分解 圖。
[0033] 圖14A和14B是根據本發明的一個實施方案嚙合檢測小瓶的頂帽的透視圖和分解 圖。
[0034] 圖15是根據本發明的一個實施方案嚙合富集器皿的檢測小瓶的橫斷面視圖。
[0035] 圖16和17是根據本發明的一個實施方案嚙合富集器皿的檢測小瓶的橫斷面視 圖。
[0036] 圖18是示出根據本發明的一個實施方案在培養瓶內的磁性捕獲粒子-微生 物-SERS活性指示劑粒子復合物的示意圖。
[0037] 圖19描繪了根據本發明的一個實施方案的SERS活性指示劑粒子。
[0038] 圖20描繪了根據本發明的一個實施方案的SERS活性指示劑粒子。
[0039] 圖21描繪了根據本發明的一個實施方案的SERS活性指示劑粒子。
[0040] 圖22示出了根據本發明的一個實施方案與4, 4'-聯吡啶（DIPY)拉曼活性染料締 合的SERS活性指示劑粒子的代表性SERS光譜。
[0041] 圖23示出了根據本發明的一個實施方案針對沙門氏菌在整個培養時間上繪制的 代表性SERS信號。
[0042] 圖24描繪了根據本發明的一個實施方案用于實時監測微生物生長的系統。
[0043] 圖25描繪了根據本發明的另一個實施方案用于實時監測微生物生長的系統。
[0044] 圖26-29說明了根據本發明的一個另外的實施方案用于實時監測微生物生長的 系統的各種視圖。
[0045] 圖30是根據本發明的一個實施方案用于固持樣品管的托盤的透視圖。
[0046] 圖31說明了根據本發明的一個實施方案用于將樣品管加載到托盤中，將托盤加 載到孵育箱中以及從孵育箱中移出托盤的順序步驟。
[0047] 圖32是根據本發明的另一個實施方案用于固持樣品管的托盤的透視圖。
[0048] 圖33A-33C是根據本發明的多個實施方案用于固持樣品管的托盤的部分視圖。
[0049] 圖34是根據本發明的一個實施方案的孵育箱的透視圖。
[0050] 圖35-39是圖26-29中所示的系統的各種橫斷面視圖。
[0051] 圖40是根據本發明的一個實施方案的孵育箱的后門的放大視圖。
[0052] 圖41是根據本發明的一個實施方案的X臺的透視圖。
[0053] 圖42是根據本發明的一個實施方案的磁體組件、X臺和Z臺的透視圖。
[0054] 圖43是根據本發明的一個實施方案處于降低位置的磁體組件、團化/讀出組件、 X臺、Y臺和Z臺的側視圖。
[0055] 圖44是圖26-29中所示的系統的另一個透視圖。
[0056] 圖45和46是根據本發明的一個實施方案的磁體組件、團化/讀出組件和X臺的 部分透視圖。
[0057] 圖47是根據本發明的一個實施方案的磁體組件和Y臺的部分透視圖。
[0058] 圖48A-48B是根據本發明的實施方案用于實時監測在柜中密封的微生物生長的 系統的透視圖。
[0059] 圖49說明了根據本發明的一個實施方案用于攪動和團化培養樣品的方法。
[0060] 圖50描繪了根據本發明的一個實施方案的團化和光學系統。
[0061] 圖51和52說明了根據本發明的實施方案用于團化培養樣品的替代性磁體排列。
[0062] 圖53描繪了根據本發明的一個實施方案的金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的多 重檢測。
[0063] 圖54示出了比較在有和沒有適合用于本發明的多個實施方案中的SERS HNW試劑 的情況下血液培養樣品的大腸桿菌生長的檢測時間的實驗的結果。
[0064] 圖55示出了根據本發明的一個實施方案監測團化對腸道沙門氏菌（Salmonella enterica)亞種血清型鼠傷寒腸道沙門氏菌（enterica serovar Typhimurium)，此后被稱 作鼠傷寒沙門氏菌（Salmonella Typhimurium)(或其它血清型沙門氏菌名稱）的生長的影 響的圖表。
[0065] 圖56示出了根據本發明的一個實施方案說明團化對微生物生長的影響的圖表。 [0066] 圖57說明了根據一個實施方案在用固定磁體團化之后水中的SERS-磁性珠粒預 復合物（PC)的圖像。
[0067] 圖58A-58B是根據一個實施方案使用固定磁體和不同攪動頻率在SDIX沙門氏菌 二級培養基中PC團塊形成的圖像。
[0068] 圖59A-59B是根據一個實施方案使用耦合磁體和不同攪動頻率在SDIX沙門氏菌 二級培養基中PC團塊形成的圖像。
[0069] 圖60示出了根據本發明的一個實施方案使用單重SERS檢測比較血液中的白色念 珠菌（C. albicans)的檢測時間的圖表。
[0070] 圖61示出了根據本發明的一個實施方案使用多重SERS方法比較血液中的白色念 珠菌的檢測時間的圖表。
[0071] 圖62示出了根據本發明的一個實施方案使用多重SERS方法比較血液中的大腸桿 菌和表皮葡萄球菌的檢測時間的圖表。
[0072] 圖63說明了根據本發明的一個實施方案使用需氧培養基和抗生素吸收樹脂實時 檢測血液中的大腸桿菌的圖表。
[0073] 圖64示出了根據本發明的一個實施方案針對不同樣品體積檢測血液中的大腸桿 菌的圖表。
[0074] 圖65A示出了根據一個實施方案在鼠傷寒沙門氏菌的二次富集期間帶有在多個 時間捕獲的圖像的SERS曲線。
[0075] 圖65B示出了根據一個實施方案在陰性樣品的二次富集期間帶有在多個時間捕 獲的圖像的SERS曲線。
[0076] 圖65C示出了根據一個實施方案在鼠傷寒沙門氏菌的二次富集期間帶有在多個 時間捕獲的圖像的SERS曲線。
[0077] 圖66示出了根據一個實施方案在鼠傷寒沙門氏菌的二次富集期間對于不同攪動 速率的疊加SERS曲線。
[0078] 圖67示出了根據本發明的一個實施方案分別對于陽性樣品和陰性樣品的團塊的 圖像。
[0079] 圖68A-68C說明了根據本發明的實施方案在食品樣品的培養期間實時檢測大腸 桿菌的SERS曲線。
[0080] 圖69說明了根據本發明的一個實施方案在食品樣品的培養期間實時檢測腸炎沙 門氏菌（Salmonella Enteritidis)的 SERS 曲線。
[0081] 圖70說明了根據本發明的一個實施方案在培養期間實時檢測從不銹鋼上擦拭的 李斯特菌的SERS曲線。
[0082] 圖71示出了根據本發明的一個實施方案使用線性攪動檢測鼠傷寒沙門氏菌的階 段的流程圖。
[0083] 圖72說明了根據本發明的一個實施方案在鼠傷寒沙門氏菌、腸炎沙門氏菌和陰 性樣品的二次富集期間的疊加SERS曲線。
[0084] 圖73示出了根據本發明的一個實施方案在鼠傷寒沙門氏菌的二次富集期間形成 的團塊的圖像。
[0085] 圖74示出了根據一個實施方案在腸炎沙門氏菌（S. Enteritidis)和肯塔基沙門 氏菌（S. Kentucky)的二次富集期間從搖擺攪動和線性攪動獲得的SERS曲線。
[0086] 圖75示出了根據本發明的一個實施方案在有和沒有SERS試劑的情況下含有在 EDTA兔血漿中的金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的樣品管的圖像。
[0087] 圖76示出了根據本發明的一個實施方案在有和沒有SERS試劑的情況下使用金黃 色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的乳膠凝集試驗的圖像。
[0088] 圖77是根據本發明的一個實施方案的磁性粒子與SERS標簽的混合物的革蘭氏染 色的放大圖像。
[0089] 圖78是根據本發明的一個實施方案在有磁性粒子和SERS標簽的情況下金黃色葡 萄球菌和大腸桿菌的革蘭氏染色對照的放大圖像。
[0090] 圖79示出了根據本發明的實施方案在有SERS試劑的情況下使用金黃色葡萄球菌 和表皮葡萄球菌的血液培養物劃線的CHROMagar金黃色葡萄球菌板的圖像。
[0091] 圖80是根據本發明的一個實施方案在有Sensi-disc?測試紙錠的情況下使用大 腸桿菌的血液培養物劃線的瓊脂板的圖像。
[0092] 圖81是示出根據本發明的一個實施方案在有和沒有試劑的情況下大腸桿菌的區 直徑測量值的表格。
[0093] 圖82是示出根據本發明的一個實施方案在有和沒有SERS試劑的情況下使用BD Sensi-discs?和多種微生物的人工抗生素敏感性測試的結果的匯總的表格。
[0094] 圖83示出了根據本發明的一個實施方案在有和沒有試劑的情況下使用大腸桿菌 和白色念珠菌的血液培養物劃線并且覆蓋有抗真菌BD Taxo?紙錠的瓊脂板的圖像。
[0095] 圖84是示出根據本發明的一個實施方案在沙門氏菌二級培養基中使用不同攪動 頻率和團化時間形成的團塊的圖像的表格。
[0096] 圖85是示出根據本發明的一個實施方案的攪動頻率對團塊分散的影響的表格。
[0097] 圖86說明了根據本發明的另一個實施方案的富集器皿。
[0098] 圖87是根據本發明的一個實施方案的注射器的橫斷面視圖。
[0099] 圖88是根據本發明的一個實施方案與富集器皿嚙合的注射器的橫斷面視圖。
[0100] 圖89A-89C是根據本發明的多個實施方案與富集器皿嚙合的注射器的放大橫斷 面視圖。
[0101] 圖90A和90B是根據本發明的一個實施方案的注射器的放大橫斷面視圖。
[0102] 圖91是根據本發明的一個實施方案的注射器的橫斷面視圖和柱塞的透視圖。
[0103] 圖92是根據本發明的另一個實施方案的注射器的橫斷面視圖和柱塞的透視圖。
[0104] 圖93-95說明了根據本發明的多個實施方案的復原臺。
[0105] 圖96是根據本發明的一個實施方案的所制造的熒光二氧化硅納米粒子的圖像。
[0106] 圖97示出了描繪根據本發明的一個實施方案的所制造的熒光二氧化硅納米粒子 和常規SERS標簽的信號強度的圖表。
[0107] 圖98示出了描繪根據本發明的一個實施方案用于檢測菠菜中李斯特菌的存在的 所制造的熒光二氧化硅納米粒子和常規SERS標簽的信號強度隨時間而變的圖表。
[0108] 圖99示出了描繪根據本發明的一個實施方案用于檢測甘藍中李斯特菌的存在的 所制造的熒光二氧化硅納米粒子和常規SERS標簽的信號強度隨時間而變的圖表。
[0109] 圖100是根據本發明的一個實施方案的富集器皿的容器的透視圖。
[0110] 圖101是根據本發明的一個實施方案的富集器皿的蓋子的頂視圖。
[0111] 圖102是圖101中所示的蓋子的底視圖。
[0112] 圖103是圖101中所示的蓋子的底透視圖。
[0113] 圖104是圖101中所示的蓋子的側視圖。
[0114] 圖105是圖101中所示的蓋子的橫斷面視圖。
[0115] 圖106是根據本發明的一個實施方案的富集器皿的筐體的側視圖。
[0116] 圖107是圖106中所示的筐體的頂視圖。
[0117] 圖108是圖106中所示的筐體的底視圖。
[0118] 圖109是圖106中所示的筐體的透視圖。
[0119] 發明詳述
[0120] 現在將在下文中參考附圖來更充分地描述本發明所公開的主題，在這些附圖中示 出了本發明所公開的主題的一些但不是所有實施方案。本文中闡述的本發明所公開的主題 的許多修改和其它實施方案將被具有前述描述和相關圖示中所呈現的教義的權益的本發 明所公開的主題所屬領域的技術人員所想到。因此，應了解，本發明所公開的主題并不限 于所公開的特定實施方案，并且修改和其它實施方案意圖被包括在隨附權利要求書的范圍 內。盡管本文中采用特定術語，但其僅以一般和描述性的意義使用并且不是出于限制的目 的。
[0121] 術語"一個（a/an)"和"所述"當在本申請（包括權利要求書）中使用時指的是 "一個或多個"。因此，舉例來說，提及"一個樣品"包括多個樣品，除非上下文明顯是相反的 (例如，多個樣品），等等。
[0122] 在本說明書和權利要求書通篇，詞語"包含"以非排他的意義使用，上下文另有要 求的情況除外。
[0123] 如本文所用的術語"約"當指的是一個值時意味著涵蓋指定值和其變化。這些變 化可以是在一些實施方案中指定量±100%、在一些實施方案中±50%、在一些實施方案 中±20%、在一些實施方案中±10%、在一些實施方案中±5%、在一些實施方案中±1%、 在一些實施方案中±0.5%以及在一些實施方案中±0.1%，因為這些變化適于進行所公 開的方法或采用所公開的組成。
[0124] 此外，當量、濃度或其它值或參數以范圍、優選范圍、或上限優選值和下限優選值 的清單給出時，這應被理解為特定地公開由任何對的范圍上限或優選值和任何范圍下限或 優選值形成的所有范圍，不論范圍是否獨立地公開。在本文中敘述數值的范圍的情況下，除 非另有規定，否則范圍意圖包括其端點以及在這個范圍內的所有整數和分數。本發明所公 開的主題的范圍并不意圖限于在定義范圍時所敘述的特定值。
[0125] 本發明的實施方案提供了利用指示劑粒子（例如，表面增強拉曼散射（SERS)活性 指示劑粒子），用于通過均質免洗試驗（HNW)檢測和/或鑒別細菌培養樣品中的一種或多 種微生物的系統和方法。更具體地說，本發明的實施方案描述了用于隨著樣品內的微生物 水平隨時間而增加來"實時"監測微生物濃度的技術。指示劑粒子與對受測試的一種或多 種微生物具有親和力的一種或多種特異性結合成員締合。當與含有所關注的一種或多種微 生物的微生物培養樣品接觸時，在所關注的一種或多種微生物和與特異性結合成員締合的 指示劑粒子之間可以形成復合物，一般在本文中被稱作指示劑粒子-微生物復合物。指示 劑粒子-微生物復合物可以被磁性捕獲粒子捕獲并且集中起來以在局部區域（即，"測量 區"）中形成團塊以用于通過測量信號（例如，SERS光譜）和/或視覺檢查團塊的圖像進 行檢測。如本文所用的術語"團塊"并不意味著限制，并且在一個實施方案中指的是通過施 加磁場而促進定位在局部區域中的多個指示劑粒子和磁性捕獲粒子的集合，其中這個團塊 使用視覺、光學或其它適合手段可檢測。團塊還可以包括在之間捕獲的微生物（如果存在 的話），并且其它組分和/或微生物可以非特異性地附接到磁性粒子。團塊可以暫時形成， 因為如下文更詳細地論述，在去除磁場后團塊即可分散。
[0126] 此外，本發明的多個實施方案關于通過隨著時間形成、分散和再形成團塊而在相 同微生物培養樣品內重復進行HNW試驗的能力。這能夠在微生物培養樣品內實時監測特定 分析物的濃度并且當微生物濃度隨時間變化（例如，響應于細菌生長）時特別有價值。更 具體地說，本發明的實施方案關于在微生物培養器皿內進行HNW試驗，從而同時檢測和鑒 別生長中的微生物的能力。另外，這種技術可以與監測培養樣品的其它方法（如氣體傳感 器或圖像分析）聯合使用。
[0127] 根據本發明的一個實施方案，在器皿中進行樣品的微生物培養，所述器皿還含有 HNW試劑。將培養器皿插入到允許在受控的溫度下孵育并且含有光學裝置（例如，拉曼光學 裝置、拉曼激光器和分光計）的儀器中。在培養期間以規律的時間間隔施加磁場，并且從磁 性團塊讀出SERS信號。團塊在讀數之間分散以允許試劑與樣品繼續相互作用。隨著目標 生物體濃度在整個富集過程中增加，一旦微生物濃度達到SERS技術的檢測閾，即通過這種 技術進行微生物的檢測和鑒別。在培養期間連續監測SERS信號的能力確保了使用最低必 需培養時間并且當檢測和鑒別微生物時儀器可以自動地向使用者發警報。
[0128] 另一個實施方案使用相機來監測在HNW試驗期間團塊的形成和尺寸，所述試驗在 培養器皿內含有經偶聯的指示劑粒子和磁性珠粒以及經靶向的病原體。隨著HNW試驗進 行，從相機視圖的圖像顯示，團塊尺寸增大，并且在一些情況下團塊消失。團塊尺寸的生長 和/或團塊的消失是經靶向的病原體存在的指示。在含有經偶聯的指示劑粒子和磁性珠粒 并且沒有病原體的樣品分析期間所捕獲的圖像顯示團塊尺寸沒有變化并且沒有團塊消失。 這種檢測方法可以單獨或與另一種檢測方法聯合使用。
[0129] I.檢測和鑒別微牛物培養樣品中的微牛物的一般考虎
[0130] 如本文所用的術語"微生物培養樣品"指的是包含具有含微生物的潛力的"臨床" 或"工業"樣品的組合物，這種樣品被安置在培養基（例如，血液培養肉湯）中、與培養基 混合或以其它方式組合，這種培養基能夠支持疑似存在于樣品中的一種或多種微生物的生 長。更具體地說，本發明所公開的主題的實施方案提供了用于檢測微生物培養樣品中的微 生物的方法、系統和裝置，其包括能夠支持如血液、糞便、尿液或腦脊液的臨床樣品中或如 食品、環境棉簽或海綿、水、化妝品、衛生產品、藥品或打算被動物或人類使用或消耗的其它 產品的工業產品樣品中的微生物生長的培養基。
[0131] 尤其使用光學或光譜測定方法檢測和/或鑒別微生物培養樣品中的微生物，由于 樣品基質的復雜性而可能存在許多挑戰。臨床樣品，特別是如血液或糞便的那些樣品，是光 吸收的，這使得在沒有洗滌或溶胞步驟來去除原始樣品的光學干擾組分的情況下難以檢測 光學或光譜信號。工業樣品，如食品或化妝品樣品，可能是光吸收的，再次需要洗滌或溶胞 步驟來去除原始樣品中的光學干擾物。盡管已經報道了在血液和食品樣品存在下應用SERS 來檢測哺乳動物細胞和微生物并且診斷應用SERS活性指示劑粒子來檢測多種分析物，但 應用SERS活性指示劑粒子來"實時"監測細菌和真菌濃度，因為尚未報道由于微生物生長 引起的濃度變化。如本文所用的"實時"并不意味著限制并且可以指的是連續或以預定的 時間增量監測培養樣品。舉例來說，可以在沒有打開樣品管，從而維持樣品的生物防護的情 況下，經預定的孵育時段，以預定的時間增量（例如，每30分鐘、1小時等）重復測試培養樣 品。如本文所用的"生物防護"也并不意味著限制并且可以指的是培養樣品處于封閉系統 中，以使得培養樣品所局限的容器外的周圍環境并不暴露于所培養的微生物。
[0132] 此外，本發明所公開的方法允許在微生物培養物中以不會抑制受檢測的微生物的 生長的方式診斷使用指示劑粒子。
[0133] 檢測在微生物生長期間病原體的存在或不存在的當前方法，例如血液培養柜，并 不特異性地檢測生物體，而是檢測代謝的非特異性產物（例如，二氧化碳）。因此，這些傳 感器可能潛在地被其它過程所產生的二氧化碳誤觸發，這些過程如氧化、降解以及作為血 液樣品中的正常菌叢的血液培養細胞（例如，哺乳動物細胞）的呼吸。這種顯著的'血液背 景'信號是重要的噪聲源，這使正性算法變復雜并且降低總體分析靈敏度。如本發明所公開 的方法中所描述，由特異性結合事件產生的信號將為病原體存在的明顯指示并且將不太可 能被曲解。
[0134] 本發明的多個實施方案允許全部處于單一小瓶的幾何形狀內的連續生長、檢測和 鑒別。SERS HNW技術能夠使得培養系統能提供關于生長的陽性樣品連同另外的鑒別信息 (例如，革蘭氏染色信息或鑒別）的晝夜不停的（24小時/ 一周7天）警報。與當前市場上 的檢測生長的不存在或存在的血液培養系統成對比，SERS HNW試驗可以提供微生物或微生 物種類的鑒別。可以選擇偶聯到SERS和磁性粒子的抗體以特異性地鑒別革蘭氏陽性對比 革蘭氏陰性細菌。重要地，SERS技術的固有的多重能力是血液培養和工業應用的關鍵。
[0135] 現有基于氣體的傳感器，如血液培養柜中所用的那些，不適合于檢測其中存在預 期高水平的背景良性微生物的樣品（例如糞便、食品或環境樣品）中病原性微生物的存在。 當前沒有已知的用于食品或環境樣品內的實時病原體檢測的方法，因為這些類型的樣品通 常具有在培養期間也生長的背景（良性）微生物，所以基于生長的傳感器不能區分背景生 物體的生長與目標病原體的生長。
[0136] 另外，用于微生物鑒別的現有方法需要樣品制備和/或洗滌步驟的組合來去除干 擾組分，使背景信號減到最小，和/或產生光學透明的樣品。因為樣品制備和洗滌的需要， 所以不能在正在進行的培養中應用這些方法。
[0137] SERS-HNW試驗通過產生可以在臟的或未分離的樣品中讀出的拉曼信號來克服需 要洗滌步驟的問題。這個試驗還能夠在復雜基質中進行多重檢測和鑒別，從而使其適用于 血流感染或食品病原體的多重檢測。先前已經公開了 HNW試驗的這些屬性。然而，在所有已 知的先前公開中，將HNW試驗單次應用到單一樣品，S卩，形成一個團塊并且讀出以產生"應 答"（鑒別+檢測）。尚未指示HNW試驗的進行將與培養中的實時監測的特定要求相容，具 體地說：
[0138] -需要維持培養物的活力（與微生物形成復合物不能抑制生長）；
[0139] -一旦磁性團塊已經形成，即能夠可靠地并且可重現地分散磁性團塊以使SERS和 磁性試劑能夠與樣品繼續相互作用；
[0140] -SERS HNW試驗信號能夠響應目標濃度的連續變化而增加和減小；以及
[0141] -能夠以大體積進行HNW試驗，例如通常用于血液培養和工業應用中的大體積，因 為將初始預期試劑體積要求將是成本高昂的和/或將不能形成代表整個體積的團塊。（將 預期任何大小合理的磁場僅僅從局部微環境牽引磁性粒子。）
[0142] 根據本發明的一個實施方案的HNW試驗可以用于檢測在食品或環境樣品中生長 的病原體，如大腸桿菌、李斯特菌、沙門氏菌等。因為甚至單一的受損生物體的存在是顯著 的，所以通常培養樣品以使病原體恢復并選擇性地生長到可檢測水平。因為初始樣品可能 具有一定范圍的病原體濃度、不同水平的病原體損傷和/或高度可變的競爭性背景微生 物，所以達到任何給定的分析方法的檢測限所需的培養時間可以廣泛變化。出于這個原因， 通常制定檢測方案用于"最壞情況"的情形，即，選擇培養時間長度以確保單一的受損病原 體生長到可檢測水平。然后，在培養完成時進行病原體的檢測和鑒別（例如，通過免疫試驗 或PCR)。因為預先不能知曉在任何給定的樣品中病原體的初始負荷，所以對所有樣品進行 這個長培養方案以確保沒有漏掉病原體。然而，可能許多樣品在較短的培養方案之后將得 到陽性檢測和鑒別，從而向測試者提供樣品有問題的較早通知。基于SERS的HNW試驗與培 養的組合允許在整個培養中實時監測樣品中的病原體負荷，從而提供在培養方案中盡可能 早地檢測具有較高病原體負荷的樣品的顯著優勢。
[0143] II.用于鑒別微牛物培養樣品中的微牛物的系統、方法和裝置
[0144] 本發明的實施方案是針對用于檢測和鑒別培養樣品中的微生物的方法、系統和裝 置。參考圖1，過程一般包括在器皿中提供多個指示劑粒子、結合成員和磁性捕獲粒子以及 添加可能包括一種或多種微生物的樣品。器皿還可以包括培養或生長培養基以有助于微生 物的選擇性或另外生長。然后孵育樣品并且攪動一段預定的時間。在孵育過程中在所選的 時間點或按預定的時程，將磁場施加到器皿以形成團塊。然后用光源詢查團塊以產生檢測 和分析的可檢測信號（例如，SERS光譜）。然后可以使團塊分散并且在下一個確定的時間 點重復這個過程。
[0145] 圖2示出了可以用于檢測和鑒別培養樣品中的微生物的方法和裝置的一個實施 方案。在這點上，圖2說明了獲得所需體積的環境樣品（例如，約IL或更少）、食品樣品（例 如，約25g至375g，得到約250mL至3L的體積）或臨床樣品（例如，約IOOmL或更少）并且 放在富集器皿中。在這種情況下，富集器皿被配置成有助于沙門氏菌或李斯特菌試驗的分 析。將富集器皿孵育一段預定的時間，之后以生物防護方式將預定量的樣品轉移到檢測小 瓶，這將在下文進一步詳細地解釋。然后，將檢測小瓶放在實時SERS系統中用于進一步孵 育和使用SERS技術自動分析，這也在下文進一步詳細地論述。
[0146] 根據一個實施方案，SERS系統被配置成容納多個檢測小瓶并且從而提供高通量系 統。SERS系統還可以被配置成有助于多個不同試驗的自動分析。舉例來說，SERS系統可以 包括用于每個試驗的處理和分析的專用區。
[0147] 根據本發明的實施方案的系統和方法提供微生物培養樣品中的微生物生長的實 時監測。圖3示出了微生物生長的間歇性監測的實施方案或終點實施方案。在這個實施方 案中，將SERS HNW試劑1添加到進行培養的器皿2中。將培養基3和樣品4添加到器皿2 中，并且將器皿2放到孵育箱5中以允許微生物（例如細菌、酵母或細胞）生長。在使用 者選擇的時間點（在培養期間或在培養時段結束時），將器皿從孵育箱5中移出并且放在 SERS讀出器6中，所述讀出器（在適當混合樣品之后）形成磁性團塊并且讀出拉曼信號。 然后，如果沒有檢測到拉曼信號，那么可以將器皿再插入到孵育箱5中以給予進一步生長 的時間。
[0148] 圖4示出了在細菌生長期間連續監測SERS信號的替代性實施方案。在這個實施 方案中，將孵育箱和SERS讀出器集成為單一儀器7,所述單一儀器在規定的時間點形成磁 性團塊，讀出SERS信號，并且使試劑分散，而不需要使用者干預。
[0149] A.富集器皿和檢測小瓶
[0150] 在一些實施方案中，適合與本發明所公開的方法、系統和裝置一起使用的微生物 培養瓶、管、注射器、小瓶、器皿等（例如，富集器皿和檢測小瓶）可以由玻璃或塑料制成。在 一些應用中，多層塑料對于控制透氣性是理想的。在微生物培養器皿由多層塑料制成的那 些實施方案中，瓶子可以是注塑成型或吹塑成型的并且具有聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙 烯、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET)、環烯烴共聚物（COC)或其任何共聚物或混合 物的內層和外層，其由尼龍、乙烯乙烯醇（EVOH)、聚乙烯乙烯醇或其共聚物或混合物的中間 層隔開。然而，應了解，器皿在其它實施方案中可能不是多層的并且使用類似技術（例如， 注塑成型或吹塑成型）形成。在一些應用中，可以用表面涂布或化學方法處理器皿的組分 以控制器皿/樣品相互作用或物理特性。在一些實施方案中，器皿可以對可見光輻射透明， 不過在特定實施方案中，這種透明度不是必需的。另外，在一些實施方案中，本發明所公開 的器皿可以適合滅菌。此外，在一些實施方案中，器皿適合于需氧或厭氧培養。在一個實施 方案中，器皿是透氣的。另外，器皿可以包括沿著其長度恒定的壁厚，這可以增強團化和光 學分析。
[0151] 圖5A-5E和圖7描繪了根據本發明的一個實施方案的富集器皿50。任選地，富集 器皿50可以容納經干燥的培養基或肉湯。富集器皿一般包括蓋子52、筐體54、針組件56 和容器58。蓋子52與筐體54嚙合并且被配置成以流體密封連接方式嚙合并密封容器58， 例如使用螺紋或卡扣配合附接。在一個實例中，蓋子52可以被擰到容器58上，但將包括一 個或多個回退特征以防止在沒有另外脫離回退特征（例如，下壓并旋轉蓋子以去除）的情 況下擰松蓋子。因此，蓋子52、針組件56和筐體54可以耦合在一起以使得能夠作為一個單 元嚙合并脫離容器58。舉例來說，蓋子52和筐體54可以按卡扣配合方式或使用其它適合 的技術耦合在一起，這些技術如粘合劑、熱熔或緊固件。在這點上，圖9C說明了筐體54可 以包括緊固件孔60用于與緊固件62嚙合以將蓋子和筐體緊固在一起（也參看圖5A)。圖 8示出了包括多個孔65的蓋子底部，這些孔與筐體上的相應的孔60對齊（參看圖9C)用于 接收通過其的緊固件62。同樣地，針組件56可以使用類似的緊固技術附接到蓋子52,這些 技術如壓緊配合、螺紋嚙合或粘合劑。容器58被配置成在內部容納所需量的樣品，并且因 此根據需要可以是各種尺寸和形狀。舉例來說，圖5A-5C、圖7和圖100說明了容器58的示 例性的形狀。在一個實施方案中，筐體54和容器58可以是透明的或半透明的以促進容器 內的可見性并且特別是儲集器64、66內的樣品的可見性。另外，圖100說明了容器58可以 包括一個或多個體積線59用于使容器中所含的樣品量可見。圖7還說明了器皿50可以包 括用于確保蓋子52與容器58之間的流體密封連接的墊圈68或其它密封元件。
[0152] 富集器皿50包括一對針組件56和儲集器64、66。然而，應了解，在替代性實施方 案中可以存在一個或多個針組件56和儲集器64、66。在所說明的實施方案中，一個針組件 56和儲集器64或66經過配置以供與特定類型的試驗（例如，沙門氏菌或李斯特菌）一起 使用。因為使用不同培養基和樣品尺寸來培養不同微生物，所以富集器皿有助于使用單一 筐體用于不同試驗。
[0153] 圖9A-9C中更詳細地示出了筐體54。筐體54包括一對儲集器64、66,其中每個儲 集器被配置成容納預定的樣品體積。如所示，儲集器64、66遠離容器58的底部隔開，其中 這個空間被配置成容納所需的樣品。在這點上，第一儲集器66被配置成容納比第二儲集器 64更大的體積。在一個特定實施方案中，第一儲集器66被配置成容納約5mL并且第二儲集 器64被配置成容納約100yL。如所示，儲集器64、66可以經過定形以有助于樣品計量以及 與相應的針組件56對齊。舉例來說，圖5A-5C和圖6說明了每個針70被插入到儲集器64、 66內并且達到其中的最低位置以確保移出基本上所有經計量的樣品。因此，針70的長度可 以視儲集器的尺寸作調整，這是因為在第一儲集器66內延伸的針長于在第二儲集器64內 延伸的針。儲集器64、66的形狀可以是適合于保留所需量的樣品的任何形狀。舉例來說， 圖5A、5B、5C、5E和9B示出了第二儲集器64具有一般呈圓錐的形狀，而第一儲集器66具有 沿著針和錐體朝著針的基底延伸的表面。
[0154] 圖9C特別說明了筐體54包括通過其界定的許多孔72、74。通常，容器58中的樣 品量在容器處于直立位置時將低于孔72,但將至少低于每個儲集器64、66的入口以使得可 以計量所需的體積。孔72可以被界定于鄰近儲集器的筐體內，而孔74可以被界定通過鄰 近蓋子哨合部分78的筐體的上表面76。定位于鄰近儲集器64、66的孔72被配置成排出相 應的儲集器內的過量樣品。就是說，當富集器皿50從直立水平位置傾斜以填充儲集器64、 66之一時，使器皿返回到直立位置使得儲集器被樣品過度填充并且過量樣品將隨后通過孔 72排出。這樣的話，在每個儲集器64、66內以可重復的方式計量所需的體積。在筐體54的 上表面76中界定的孔74可以用于允許樣品進入儲集器64、66,同時也防止樣品中不需要的 顆粒被轉移到儲集器中。應了解，筐體54可以視將要計量的樣品量和樣品的類型作修改， 例如通過修改儲集器64、66的尺寸和深度以及孔的尺寸和深度。在這點上，圖9C說明了孔 72、74可以在彼此不同的方向上呈錐形以幫助排出，其中鄰近儲集器的孔72的入口大于筐 體的上表面76中的孔74的入口。較小孔入口可以用于過濾任何不合需要的粒子以免進入 儲集器。另外，圖106-109說明了這樣一個實施方案，其中筐體54包括大約相同尺寸的孔 72、74。此外,筐體54還可以包括被配置成幫助流體通過筐體排出的肋條75或其它凸起 表面。具體地說，肋條75可以處于筐體54的中心以通過向能夠排出高于筐體的過量流體 的表面提供與筐體的上表面76中的其余孔不同的排出特征而有助于在過濾和排出期間排 氣。圖106和108說明了這樣一個實施方案，其中儲集器64、66的底表面可以包括一個或 多個凸出119,其通過從儲集器中吸收流體并且允許來自多個排出孔72的流體合并來幫助 排出。
[0155] 如圖9B中所示，每個儲集器64、66與筐體的上表面76被相應的頂部空間80、82分 隔開。頂部空間80、82允許當容器傾斜時樣品容易地進入相應的儲集器64、66。因此，當容 器58傾斜時，樣品通過在筐體54的上表面76中界定的孔74進入到頂部空間80或82中， 并且進入儲集器64或66。當容器58返回到直立位置時，儲集器64或66由于過量樣品位 于頂部空間80或82中而被過度填充，其中過量樣品然后通過鄰近儲集器界定的孔72排出 并且回到容器中。如圖9B中所示，鄰近儲集器64、66界定的孔72定位在通到儲集器中的 開口下方以有助于排出和計量所需量的樣品。
[0156] 每個儲集器64、66與如圖5A-5C和圖6中所示的相應的針組件56對齊。在一個 實施方案中，蓋子52包括蓋子嚙合部分78,其中蓋子嚙合部分被配置成如上文所論述將筐 體54和蓋子耦合在一起。蓋子嚙合部分78和筐體54具有比容器58的開口的內徑小的外 徑以被配置成插入到容器內。蓋子嚙合部分78還可以包括用于接收延伸到儲集器64、66 中的相應的針組件56的開口。針70定位在蓋子嚙合部分78內以使得針被配置成嚙合如 下文進一步詳細論述的檢測小瓶。在這點上，蓋子嚙合部分78包括與相應的開口 102U04 相對的圓錐或錐形表面105,這個開口被配置成接收針組件56并與其嚙合。針70進一步 延伸通過在圓錐表面105的底部界定的相應的開口到達頂部空間80、82中以及相應的儲集 器64、66內（參看圖5A-5C和圖6)。圖6說明了每個針組件56可以與蓋子嚙合部分78嚙 合以使得針70延伸到最接近儲集器64、66。圖6說明了蓋子52還可以包括在內部界定的 排氣口 86以允許任何無害的氣態副產物從容器中逸出，從而防止在培養期間壓力積累。圖 102-103和105說明了一個替代性實施方案，其中排氣柱125從蓋子52的底表面延伸。排 氣柱125界定通過其的開口用于接收和嚙合過濾器以過濾退出容器58的任何氣態副產物。 排氣柱125與排氣口 86對齊。在這點上，排氣柱125被配置成引導無害的氣態副產物通過 排氣柱中的開口并且通過在蓋子52的上表面中界定的排氣口 86。
[0157] 圖102-103和105還說明了蓋子52可以進一步包括從蓋子的底表面向外延伸的 嚙合柱127。如圖106、107和109中所示，嚙合柱127被配置成與從筐體54的上表面向外 延伸的對應的嚙合柱129對齊并嚙合。如所說明，嚙合柱127具有比嚙合柱129小的直徑， 不過這些柱的相對尺寸必要時可以反過來。另外，圖103-105中所示的嚙合部分78被配置 成嚙合在筐體54的上表面上界定的對應的嚙合部分121 (參看圖106、107和109)。具體地 說，嚙合部分78可以定尺寸并且被配置成覆蓋并包圍嚙合部分121。嚙合121表面的外周 可以界定多個肋條123。當使嚙合表面78和121彼此嚙合（例如，通過相對于彼此滑動和 /或旋轉）時，肋條可以被配置成壓縮肋條123。壓縮可以足夠在蓋子52與筐體54之間形 成摩擦配合。在一個實施方案中，肋條123可以被壓碎或以其它方式變形以形成摩擦配合。
[0158] 每個針組件56被配置成嚙合相應的檢測小瓶100。檢測小瓶100可以包括特定的 頂帽配置用于與在蓋子52中界定的相應的開口 102U04搭配。因此，每個頂帽可以與特定 類型的樣品相結合以使得使用微生物的錯誤培養基的風險降到最低。舉例來說，蓋子52可 以包括當頂帽被定向為嚙合鍵槽110時僅允許與檢測小瓶的頂帽搭配的鍵控開口 1〇4(參 看圖6)。圖101示出了蓋子52的一個替代性實施方案，其中鍵槽110被界定為沿著開口 104的長度，包括沿著圓錐表面105。鍵槽110可以被界定在開口的內表面上（如圖6中所 示），或在開口的內表面和外表面兩者上（如圖101-103中所示）。
[0159] 圖IOA和IOB說明了適合與檢測小瓶一起使用的頂帽106的一個示例性的實施方 案。在這點上，頂帽106包括多個肋條108,這些肋條被配置成嚙合在蓋子52的開口 104 中界定的相應的鍵槽11〇(參看圖OT)。因此，為了將頂帽106插入到開口 104內，肋條108 將需要在鍵槽110內徑向對齊。另外，頂帽106包括多個嚙合特征112,這些嚙合特征被配 置成以卡扣配合方式嚙合檢測小瓶100。卡扣連接可以使檢測小瓶100的橢圓化以及在操 作期間頂帽106的變位減到最小。應了解，頂帽106和檢測小瓶100可以使用其它適合的 技術緊固在一起，這些技術如螺紋或卷曲套管/頂帽嚙合、粘合劑、超聲波焊接和/或熱熔。 圖13A說明了根據本發明的一個實施方案與檢測小瓶100嚙合的頂帽106。
[0160] 如上文所提及，頂帽106可以具有用于不同試驗的不同配置以使得使用不正確的 檢測小瓶100的風險被消除。舉例來說，圖IlA和IlB說明了一個替代性頂帽114配置，而 圖14A示出了與檢測小瓶100嚙合的頂帽114。如所說明，每個頂帽106U14可以包括多個 肋條108和嚙合特征112。頂帽114可以被配置成被接收在相應的開口 102內，不過開口不 需要包括對應的鍵槽。因此，頂帽114可以被接收在開口 102內而與其徑向取向無關，但頂 帽114將不能被插入到開口 104內。因此，頂帽106的肋條108可以防止接近蓋子52中的 開口 102,正如頂帽114的外徑可以防止接近開口 104-樣。
[0161] 圖12、圖13B和圖14B說明了根據本發明的一個實施方案的檢測小瓶100和頂帽 114的另外特征。就是說，頂帽114包括塞子116和安置在頂帽與塞子之間的吸收墊118。 吸收墊118可以用于吸收在將樣品從富集器皿50轉移到檢測小瓶中之后退出檢測小瓶100 的任何樣品，從而使得對技術人員或環境的暴露減到最小。頂帽114還可以具有指狀托腳 117以防止可能潮濕的襯墊的偶然接觸。此外，塞子116可以是任何適合的材料，其被配置 成與檢測小瓶100 (即，液體和氣體）形成流體密封連接，以及被針刺穿以在被針刺穿之后 再密封成流體密封連接并且嚙合檢測小瓶。舉例來說，塞子116可以是適合的橡膠或彈性 體材料。圖12還說明了嚙合特征112與檢測小瓶100的凸出115之間的嚙合。因此，頂帽 106U14可以按卡扣配合方式與檢測小瓶100嚙合，這將防止頂帽的無意去除或變位。凸出 115的形狀可以是將允許與嚙合特征112保持卡扣配合的任何形狀。
[0162] 檢測小瓶100可以包括試劑和任選的培養基，例如特定生長培養基，這取決于樣 品中正在測試的微生物。試劑和培養基可以按經干燥（例如，脫水）的形式或潮濕（例如， 水合）的形式存在于檢測小瓶中。舉例來說，培養基和試劑可以經干燥。檢測小瓶100還 可以在塞子116與其嚙合時容納真空。因此，當將檢測小瓶100插入到蓋子52中的相應的 開口 102、104內時，塞子116和吸收墊118被針70刺穿，并且儲集器64或66內的樣品被 牽引通過針并且進入檢測小瓶中（參看圖15-17)。在一個實例中，延伸到開口 102或104 中的針70的部分可以包括保護套管120,這個保護套管被配置成隨著檢測小瓶100被向下 推并且與針嚙合而被壓縮。當保護套管120被壓縮時，針70暴露出來并且穿透塞子116， 從而允許真空牽引儲集器64或66內所含的樣品部分。在完成流體轉移并且移出檢測小瓶 100之后，保護套管120返回到其原始形狀，從而罩蓋針70。這樣的話，富集器皿50與檢測 小瓶100之間的樣品轉移以生物防護方式進行。每個檢測小瓶100內的真空可以是足以從 儲集器中牽引所需量的樣品的任何量（例如，對于5mL樣品來說S-IOmL的抽吸容量）。檢 測小瓶100中任何進一步過量的真空被來自儲集器64或66的流體之后的空氣排空。
[0163] 檢測小瓶100可以提供有試劑、有或沒有培養基或生長培養基、塞子116、墊118 和頂帽106或114、帶真空或不帶真空，這取決于最終使用者（例如，外包使用對比內部使 用）。在這方面，檢測小瓶100可以僅組裝到塞子116用于僅保留試劑，而頂帽106或114 向需要接近檢測小瓶的內部的使用者獨立地提供。或者，如圖12中所示，檢測小瓶100可 以預組裝有塞子116、墊118和頂帽106、114組合。此外，根據一個實施方案，培養基和試劑 的量是由檢測小瓶100而不是初始富集體積決定。
[0164] 這樣的話，富集器皿50和檢測小瓶100的配置能夠含有樣品并且以生物防護方式 轉移，從而限制暴露于技術人員或設施。富集器皿50還有助于精確計量所需體積的樣品， 同時也被配置成容納多種類型的樣品。舉例來說，這可以特別適用于沙門氏菌和李斯特菌， 其中利用不同試驗、培養基和樣品量。富集器皿50和檢測小瓶100也被配置成通過在富集 器皿與檢測小瓶之間并有搭配特征來降低不正確的小瓶將用于測試的風險。
[0165] 圖86和88說明了富集器皿125的另一個實施方案。如前述，器皿125包括以流 體密封方式與容器128嚙合的蓋子126。如所示，富集器皿125包括從蓋子126延伸并且進 入容器128中的縱向注射器支柱130。注射器支柱130可以附接到蓋子126,或可以與其一 體成型。注射器支柱130包括被配置成在內部接收注射器134的開口 132,并且一般定形為 與注射器134成搭配關系。在注射器支柱130的基底處嚙合包括針座133和針135的針組 件，其中針座與注射器支柱嚙合，并且針在容器128內延伸并且被配置成通過其抽吸樣品。 針135可以包括在注射器134內的針部分上延伸的可壓縮蓋罩141。如也在上文所論述，蓋 子126可以包括排氣口 131以允許無害的氣態副產物從容器中逸出。
[0166] 圖87說明了注射器134的一個實施方案，其一般包括把柄136、|禹合到把柄的柱塞 桿137、頂帽138、耦合到柱塞桿末端的柱塞139、隔片140和密封件146。圖87進一步說明 了注射器134被配置成嚙合開口 132,例如使用扭鎖式接口 142,用于支持在將樣品從容器 128中抽吸出的同時所施加的牽引力。因此，柱塞137在注射器134內可縱向位移。隔片 140被配置成用針刺穿并且在去除針后再密封。在其它實施方案中，隔片140還包括吸收墊 和托腳特征以防止由于可能通過隔片逸出的任何流體而對使用者造成污染。密封件146與 注射器134和頂帽138嚙合以形成流體密封連接。注射器134還可以包括安置在開口 132 內的第一較大孔口 149和包括第二較小孔口 151的頸區157。如圖87和88中所示，延伸 段153從頸區157延伸并且進入較大孔口 149中以使得較小孔口 151的一部分在較大孔口 149內延伸。如下文更詳細地論述，可能存在一個或多個在延伸段153與頸區157的基底之 間界定的狹縫或開口 155。
[0167] 圖89A-89C說明了當將樣品從容器128中移出并且進入注射器134中時，初始位 置、"軟"停止和"硬"停止的進程。如圖89A中所示，當注射器134與注射器支柱130嚙合 時，柱塞139定位在鄰近處于初始位置的針135并且被配置成壓縮蓋罩141以允許容器128 與注射器134之間經由針流體連通。圖88進一步說明了針135被配置成當注射器134與 注射器支柱130嚙合時穿透隔片140。隨著柱塞桿137從注射器134向外牽引，樣品的一部 分144被牽引通過針135并且進入孔口 151中，并且柱塞桿上的第一嚙合特征145嚙合密 封件146以停止其進一步抽取。以這種方式，樣品按所需的速率抽取，借此，流體能夠追及 真空以防止下吸樣品。
[0168] 在圖89C中，柱塞桿137從注射器134進一步抽出，借此，柱塞桿137上的第二嚙 合特征147嚙合密封件146以防止柱塞桿進一步抽出。另外，第一嚙合特征145在密封件 146中所界定的囊148內嚙合，這防止柱塞桿137在注射器134外進一步位移。如圖89C中 所示，柱塞139可以被安置在注射器134的延伸段153內以使得由于柱塞桿137和柱塞139 經過定位以使孔口 151不再關閉而可能不會進一步抽真空。就是說，當柱塞139不再罩蓋 開口 155時，孔口 149和151彼此流體連通以使得不再抽真空。此外，柱塞桿137與密封件 146的嚙合防止柱塞桿牽引回到注射器134中，同時還防止使用者進一步抽出柱塞以及冒 險暴露于樣品。
[0169] 圖90A和90B說明了柱塞桿137的另一個實施方案。柱塞桿137包括被配置成在 頂帽138內所界定的狹縫內滑動的縱向肋條159。此外，圖90B示出了柱塞137能夠被扭轉 而使肋條159與狹縫脫離并且嚙合頂帽138以防止柱塞返回到注射器134中。
[0170] 圖91和92說明了替代性的柱塞桿和柱塞，其可以用于從容器128中抽取不同體 積。在這點上，圖91對應于結合圖87、88和圖89A-C所描述者。因此，柱塞139適合于抽 取較小體積到較小孔口 151中（例如，約125yL)。因此，柱塞的尺寸和柱塞桿的長度可以 根據需要而變化。在另一個實施方案中，圖92示出了柱塞161，其適合于抽取樣品到較大孔 口 149中（例如，約5mL)。因此，注射器134適合與不同柱塞一起使用以抽取不同體積的樣 品，這在測試不同微生物（例如，李斯特菌和沙門氏菌）時是適用的。此外，使用者可以接 收預組裝的注射器134和柱塞/柱塞桿，或使用者能夠添加試劑、復原流體等，然后將柱塞 /柱塞桿組裝到注射器。
[0171] 根據本發明的一個實施方案用于檢測和鑒別微生物培養樣品中的一種或多種微 生物的方法可以在微生物培養器皿中進行。微生物培養器皿可以在內部安置有一種或多種 指示劑粒子和一種或多種磁性捕獲粒子，各自與對受測試的一種或多種微生物具有親和力 的一種或多種結合成員（例如，抗體）締合。指示劑粒子和磁性捕獲粒子可以在內部安置 疑似含有受測試的一種或多種微生物的臨床或工業樣品之前、同時或之后被安置在微生物 培養器皿中。培養物生長培養基可以在添加臨床或工業樣品之前、同時或之后被安置在微 生物培養器皿中。一旦已經將指示劑粒子、磁性捕獲粒子、培養基和臨床或工業樣品引入到 培養器皿中，然后即連續或間歇性地攪動培養器皿以混合指示劑粒子和磁性捕獲粒子與組 合的樣品和培養基。在本文所描述的優選實施方案中，攪動型態（例如，速度和/或位移） 可以在培養或讀出周期的不同階段變化。當存在于臨床或工業樣品中時，受測試的一種或 多種微生物可以結合與指示劑粒子和磁性捕獲粒子締合的一種或多種結合成員以形成磁 性捕獲粒子-微生物-指示劑粒子復合物。
[0172] 在指示劑粒子是SERS活性的情況下，圖18示出了在培養器皿2內的磁性捕獲粒 子-微生物-SERS活性指示劑粒子復合物的一個實例。SERS活性指示劑粒子10與對受測 試的一種或多種微生物12具有親和力的一種或多種特異性結合成員11締合。磁性捕獲粒 子13也與對受測試的一種或多種微生物12具有親和力的一種或多種特異性結合成員14 締合。磁性捕獲粒子13可以結合到一種或多種微生物12,這一種或多種微生物還可以結 合到SERS活性粒子10,以形成磁性捕獲粒子-微生物-SERS活性粒子復合物，在本文中也 被稱作夾心復合物，其中微生物同時被一種以上特異性結合成員結合。在這種特定的夾心 復合物中，至少一種特異性結合成員14附接到磁性捕獲粒子13,并且至少一種其它特異性 結合成員11附接到SERS活性指示劑粒子10。因此，微生物12被"夾入"磁性捕獲粒子13 與SERS活性指示劑粒子10之間。
[0173] 磁場經由磁體15施加到樣品以吸引磁性捕獲粒子13,從而使磁性捕獲粒子-微生 物-SERS活性指示劑粒子復合物局部化為在培養器皿2內部的測量區9內的團塊用于檢測 SERS信號。然后可以在團塊處引導來自光源16的輻射，并且可以通過拉曼檢測器17來檢 測SERS信號。光源16和檢測器17分別用于誘導和測量由SERS活性指示劑粒子10產生的 拉曼特征圖。磁性捕獲粒子-微生物-SERS活性指示劑粒子復合物的局部化提供了 SERS信 號，其強度反映微生物濃度，這是通過使結合到磁性粒子的SERS活性指示劑粒子局部化到 檢測區中而達成，從而使其與保留在溶液中的未結合的SERS活性指示劑粒子隔離來達成。
[0174] 在一些實施方案中，測量區可以沿著微生物培養瓶或器皿的內表面定位。舉例來 說，就瓶而言，測量區可以沿著以下內表面定位：在瓶頸內或鄰近瓶頸的內表面；包含瓶中 部的內表面；或沿著鄰近例如獨立的傳感器的瓶基底的內表面，這種傳感器如基于熒光的 傳感器或基于比色的傳感器；或在不存在獨立的傳感器的實施方案中，沿著微生物培養瓶 的基底（即，底部）的內表面定位。在一個優選實施方案中，測量區沿著一般處于培養瓶或 器皿的中部的內表面定位。因此，測量區可以定位在瓶或器皿的中心或相比瓶或器皿的末 端更接近瓶或器皿的中心（例如，在器皿的中間50 %以內）。
[0175] 只有在微生物在團塊中作為結合成員-微生物-指示劑粒子復合物的一部分而結 合時才實現所關注的一種或多種微生物的檢測和/或鑒別。就是說，當一種或多種微生物 不存在于微生物培養樣品中，或如果存在的話，微生物不具有由與指示劑粒子締合的結合 成員識別的表位時，不會產生信號。在這樣的情況下，指示劑粒子基本上不存在于測量區 中。
[0176] 如果在施加磁場并且光學詢查團塊后沒有觀測到顯著的SERS信號，那么牽引到 團塊中的磁性粒子可以分散回到溶液中以與樣品繼續相互作用。如果微生物的存在低于技 術的檢測限，那么微生物濃度可以在微生物于培養基中生長時隨著時間而增加以使得最終 在未來施加磁場后即在測量區中檢測到SERS信號。本質上，形成磁性團塊，進行光學詢查， 分散，使其與樣品相互作用，然后以指定的頻率再形成，直到從結合成員-微生物-指示劑 粒子復合物觀測到信號或確定樣品對于所關注的微生物呈陰性。在這整個過程中的多個階 段攪動培養器皿可以起到關鍵作用。攪動是為了多種目的。第一，其確保了 SERS和磁性粒 子與樣品和培養基的混合，從而允許形成結合成員-微生物-指示劑粒子復合物。第二，其 確保了磁性粒子在形成團塊后即分散回到溶液中。第三，在一個優選實施方案中，攪動可以 在施加磁場的同時發生。在施加磁場期間的攪動使來自培養器皿內的各個空間點的流體進 入局部化磁場的區域中，從而確保從局部化磁場外部的樣品區域收集磁性粒子。最后，在含 有顆粒（例如樹脂、木炭或碳酸鈣）的樣品中，在團化之前和期間的攪動可以限制沉降到檢 測區域中并且干擾光信號的這些顆粒的數目。不同攪動速率和型態可以對于這些不同功能 中的每一者是最佳的。
[0177] 舉例來說，不同攪動速率（即，頻率）和"行程"（即，沿著軸的小瓶位移）可以用 于測量周期的不同階段。在一個示例性的實施方案中，測量周期可以包括混合、預先團塊分 散、團化、讀出和分散，其中每個階段具有特定的攪動速率和行程。在這點上，混合包括在孵 育期間發生攪動的階段，而預先團塊分散在混合之后和團化之前發生。團化在預先團塊分 散之后進行并且繼之以讀出階段。讀出階段對應于通過讀出頭詢查小瓶，而分散階段是為 了將要在小瓶內再分散的團塊而提供。在階段之間可能存在或可能不存在延遲。在一個實 施方案中，階段的攪動速率和行程可以分別在約〇至3Hz和約0至IOOmm的范圍內。舉例 來說，根據本發明的實施方案可以使用以下攪動速率和行程：混合-約〇. 5至I. 5Hz和25 至75mm ;預先團塊分散-約1至2Hz和25至75mm ;團化-約0· 5至2Hz和25至75mm ;讀 出-OHz和Omm ;以及分散-約1至2Hz和約25至75mm。此外，每個階段的特定時間段也可 以變化。舉例來說，混合階段可以比預先團塊分散、團化、讀出和分散階段（例如，每個階段 約5至120秒）明顯更長（例如，約5至60分鐘）。
[0178] 圖23示出了對于沙門氏菌來說被磁性捕獲粒子捕獲的結合成員-微生物-指示 劑粒子復合物的時間依賴性SERS信號強度的一個實例。一般來說，SERS信號上坡的開始可 以指示微生物的存在。在這點上，在約6小時的培養時間之后，可以指示微生物的存在，而 在約9小時處的峰指示更高濃度的微生物。然而，如也在圖23中所示，在SERS信號下坡時， 微生物可以繼續存在，例如在約12小時處。在這種情況下，下坡也可以表示微生物的存在， 其可以提供在某些情況下鑒別正性的有用手段，例如當在孵育開始時存在大量微生物的時 候。這樣的話，SERS信號的上坡或下坡可以指示培養樣品中微生物的存在。在這點上，可 以在孵育時段期間隨著時間定期進行讀出以鑒別SERS信號的這些變化。
[0179] B.指示劑粒子
[0180] 如本文所用的"指示劑粒子"可以是能夠產生信號的任何粒子，這種信號可以在培 養樣品中直接檢測而無需移出樣品，例如進行洗滌步驟。舉例來說，指示劑粒子當被詢查 (例如，使用光源）時可以產生任何光信號（例如，熒光或拉曼或光學圖像）。指示劑粒子 的實例包括SERS活性粒子、量子點、近紅外熒光團或近紅外熒光粒子。
[0181] "表面增強拉曼散射"或"SERS"指的是當拉曼活性分子被吸附到某些金屬（例如， 金或銀）的表面上或非常接近這個表面（例如，在約50人以內）的時候增強拉曼散射信 號或強度時所發生的現象。在這樣的情況下，可以增強由拉曼活性分子產生的拉曼信號的 強度。"表面增強共振拉曼散射"或"SERRS"指的是當非常接近SERS活性納米粒子表面的 報道分子與激發波長產生共振時所發生的SERS信號增大。"拉曼散射"一般指的是入射在 分子上的光子的非彈性散射。非彈性散射的光子具有不同于入射光頻率（vO)的光頻率 (vi)。入射光與非彈性散射的光之間的能量差（ΛΕ)可以表示為（ΛΕ) =h| v〇-vi|，其 中h是普朗克常數（Planck's constant)，并且對應于被分子吸收的能量。入射輻射可以具 有任何頻率v〇,但通常是可見或近紅外光譜區中的單色輻射。絕對差I V0-Vil是紅外 (例如振動）頻率。"拉曼散射"輻射的頻率Vl可以大于或小于V 〇,但頻率V 1〈 VO (斯 托克斯福射（Stokes radiation))的光量大于頻率V 1> v〇(反斯托克斯福射）的光量。
[0182] 如本文所用的術語"輻射"指的是呈電磁輻射形式的能量，這種電磁輻射可以誘 導受測試的樣品中的表面增強拉曼散射，這種樣品如包含具有一種或多種與其締合的SERS 活性報道分子的SERS活性納米粒子的樣品。更具體地說，術語"輻射"指的是呈電磁輻射 形式的能量，這種電磁輻射使得納米粒子的表面誘導、發出、支持或以其它方式引起最接近 納米粒子表面的報道分子中的光散射，例如拉曼散射。
[0183] 如本文所用的"報道分子"指的是當用適當波長的輻射照射時能夠產生拉曼光譜 的任何分子或化合物。"報道分子"在本文也可以被稱作"標記"、"染料"、"拉曼活性分子" 或"SERS活性分子"，其中每一者都可以互換使用。
[0184] 本領域的一般技術人員將了解，多種分子可以充當SERS報道分子。舉例來說，一 些熒光染料分子也可以被用作SERS報道分子。參看例如。2008年6月6日提交的Thomas 等人的美國專利申請號12/134,594以及2008年6月6日提交的Thomas等人的PCT國際 專利申請號PCT/US2008/066023,其中每一者以全文引用的方式并入。一般來說，適合用作 SERS報道分子的分子可以是小分子、大分子或絡合分子，不過分子不需要絡合來充當SERS 報道分子。在一些實施方案中，SERS報道分子可以具有至少一個芳環。此外，不希望受任 何一個特定理論約束，鍵極化率的變化為拉曼活性所需。而且，對稱分子傾向于展現特定和 強烈的拉曼信號。有利地，報道分子展現高拉曼散射截面和充分表征的光譜特征圖。
[0185] 如本文中所提到的SERS活性納米粒子包括具有誘導、引起或以其它方式支持表 面增強拉曼光散射（SERS)或表面增強共振拉曼光散射（SERRS)的表面的納米粒子。許多 表面能夠產生SERS信號，包括粗化表面、紋理化表面和其它表面，包括平滑表面。
[0186] 適合與本發明所公開的試驗一起使用的SERS活性指示劑粒子包括誘導拉曼效應 的核心，并且可以進一步包括位于核心的外表面上的一層或多層和一個或多個類型的SERS 活性材料，以及任選地部分或完全封裝核心或SERS活性材料的封裝物。
[0187] 圖19-21示出了 SERS活性指示劑粒子的各種實例。圖19示出了具有單一 SERS 活性納米粒子21作為核心的SERS活性指示劑粒子20,其具有位于納米粒子核心的外表面 上的報道分子22以及完全封裝核心和報道分子的一層二氧化硅23。這些SERS活性指示劑 粒子描述于Natan的美國專利號6, 514, 767中，這個專利以全文引用的方式并入本文中。
[0188] 如本文所用的術語"納米粒子"指的是至少一個尺寸在約Inm至約IOOOnm的范 圍內，包括介于Inm與IOOOnm之間的任何整數值（包括約1、2、5、10、20、50、60、70、80、90、 100、200、500和IOOOnm)的粒子。在一些實施方案中，SERS活性指示劑粒子的核心是金屬 納米粒子。在一些實施方案中，SERS活性指示劑粒子是球形粒子或基本上呈球形的粒子， 其直徑介于約2_與約 20011111之間（包括約2、5、10、20、50、60、70、80、90、100和 20011111)。 在一些實施方案中，SERS活性指示劑粒子的直徑介于約2nm與約IOOnm之間（包括約2、5、 10、20、30、40、50、60、70、80、90和IOOnm)，并且在一些實施方案中介于約20nm與IOOnm之 間（包括約 20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、 42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、 67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、 92、93、94、95、96、97、98、99 和 IOOnm)。
[0189] 適合與本發明所公開的試驗一起使用的SERS活性指示劑粒子還可以包括包含兩 種或更多種納米粒子的核心。圖20示出了在核心中具有第一 SERS活性納米粒子31和第 二SERS活性納米粒子32的SERS活性指示劑粒子30,其具有位于第一 31與第二32SERS 活性納米粒子之間的報道分子33。這些SERS活性指示劑粒子描述于Natan的美國專利號 6, 861，263中，這個專利以全文引用的方式并入本文中。關于另一個實例，還參看2003年 12月18日公布的Kreimer等人的美國專利申請公布號2003/0232388,其以全文引用的方 式并入本文中。因此，SERS活性指示劑粒子的核心可以包括單一納米粒子或可以包括聚集 在一起的多個納米粒子。如本文進一步公開，這些聚集體也可以被封裝起來。
[0190] 適合與本發明所公開的方法一起使用的SERS活性指示劑粒子的核心通常包含至 少一種金屬，即，至少一種選自元素周期表的通常被稱為金屬的元素。適合的金屬包括11 族金屬，如Cu、Ag和Au,或本領域的技術人員已知的支持SERS的任何其它金屬，如堿金屬。 在一些實施方案中，核心納米粒子基本上包含單一金屬元素。舉例來說，金納米粒子的制備 由Frens，G.，Nat. Phys. Sci.，241，20 (1972)描述。在其它實施方案中，核心納米粒子包含 至少兩種元素的組合，如合金，例如二元合金。在一些實施方案中，核心納米粒子是磁性的。
[0191] 在其它實施方案中，SERS活性指示劑粒子的核心包括兩種組分，其中第一 種材料形成內核，其被由第二種材料形成的外殼包圍，如Au 2S/Au核殼粒子。圖21示 出了具有被由Au形成的外殼42包圍的Au2S的內核41作為核心的這種SERS活性 指示劑粒子40,其具有位于核心的外表面上的報道分子層43以及完全封裝核心和 報道分子層的一層二氧化硅44。已經報道了 Au2SAu核殼粒子具有廣泛可調諧的近 IR 光學共振。參看 Averitt, R. D.等人，''Ultrafast optical properties of gold nanoshells〃，JOSA B, 16 (10)，1824-1832 (1999)。此外，可以使用 Ag 核 /Au 殼粒子， 如 Cao, Y. W.等人，〃DNA_modified core-shell Ag/Au nanoparticles"，J. Am. Chem. Soc.，123(32)，7961-7962(2001)所描述的那些，或Au核/Ag殼粒子，或涉及SERS活性 金屬的任何核殼組合。適合用于核殼粒子中的其它組合也適合與本發明所公開的主題 一起使用，包括Au或Ag功能化的二氧化硅/氧化鋁膠體、Au或Ag功能化的TiO 2膠體、 Au納米粒子包覆的Au納米粒子（參看例如Mucic等人，〃DNA_directed synthesis of binary nanoparticle network materials"，J. Am. Chem. Soc.，120(48)，12674(1998))； Au納米粒子包覆的TiO2膠體；以及具有Si核心與金屬外殼（即，"納米殼"）的粒子，如 銀包覆的SiO 2膠體或金包覆的SiO2膠體。參看例如Jackson等人，Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 101 (52) : 17930-5(2004);還參看 Oldenburg 等人的美國專利號 6, 344, 272 和 6, 685, 986,其中每一者以全文引用的方式并入本文中。在生物傳感應用中這些納米殼的使 用已有描述。參看West等人的美國專利號6, 699, 724,其以全文引用的方式并入本文中。
[0192] 適合用作SERS活性指示劑粒子的核心的另一類納米粒子包括具有內表面的納米 粒子。這些納米粒子包括空心粒子和空心納米晶體或多孔或半多孔納米粒子。參看例如 Ostafin等人的美國專利號6, 913, 825,其以全文引用的方式并入本文中。在一些實施方案 中，具有內表面的核/殼和納米粒子可以展現改進的SERS信號。
[0193] 雖然認識到粒子形狀和縱橫比可以影響納米粒子的物理、光學和電子特征，但內 表面區域的特定形狀、縱橫比或存在/不存在不會對作為納米粒子的粒子的限制條件產生 影響。因此，適合用作SERS活性指示劑粒子的核心的納米粒子具有多種形狀、尺寸和組成。 此外，納米粒子核心可以是實心的，或在一些實施方案中，如上文剛才所描述是空心的。用 作核心的適合納米粒子的非限制性實例包括膠態金屬空心或經填充的納米棒、磁性、順磁 性、導電或絕緣納米粒子、合成粒子、水凝膠（膠體或棒），等等。本領域的一般技術人員將 了解，納米粒子可以按多種形狀存在，包括（但不限于）球體、桿、圓盤、棱錐、立方體、圓柱 體、納米螺旋、納米彈簧、納米環、桿狀納米粒子、箭頭狀納米粒子、淚珠狀納米粒子、四角狀 納米粒子、棱柱狀納米粒子，以及多個其它幾何和非幾何形狀。
[0194] 此外，適合用作SERS活性指示劑粒子的核心的納米粒子可以是各向同性或各向 異性的。如本文中所提到的各向異性納米粒子具有一定長度和寬度。在一些實施方案中， 各向異性納米粒子核心的長度是平行于產生納米粒子的孔隙的尺寸。在一些實施方案中， 各向異性納米粒子核心具有約350nm或更小的直徑（寬度）。在其它實施方案中，各向異 性納米粒子核心具有約250nm或更小的直徑（寬度），并且在一些實施方案中具有約IOOnm 或更小的直徑（寬度）。在一些實施方案中，各向異性納米粒子核心的寬度介于約15nm至 約300nm之間。此外，在一些實施方案中，各向異性納米粒子核心具有一定長度，其中這個 長度介于約IOnm與350nm之間。
[0195] 大量SERS文獻（實驗和理論）表明，各向異性粒子（桿、三角形、棱柱）可以提供 與球體相比增大的拉曼信號增強。舉例來說，所謂的"天線效應"預示著拉曼增強預期在更 高曲率的區域處更大。各向異性粒子的許多報道最近已有描述，包括銀（Ag)棱柱和"分枝 的"金（Au)粒子。
[0196] 各向異性的Au和Ag納米棒可以通過以類似于產生Nanobareodes?.粒子 (Oxonica Inc. ,Mountain View, California)的方式電沉積到預成型的氧化錯模板中來 產生。參看例如 Nicewarner-Pena, S. R.等人，''Submicrometer metallic barcodes"，Sc ience, 294, 137-141 (2001) ；ffalton, I. D.等人，''Particles for multiplexed analysis in solution:detection and identification of striped metallic particles using optical microscopy", Anal. Chem. 74, 2240-2247 (2002)。這些粒子可以通過將材料（通常 是Au和Ag)的交替層沉積到預成型的氧化鋁模板中來制備，并且可以具有約250nm的直徑 和約6微米的長度。
[0197] 也適合用于本發明所公開的方法中的SERS活性指示劑粒子包括復合納米結構， 例如衛星結構和核殼結構，如2008年3月20日提交的Weidemaier等人的PCT國際專利申 請號PCT/US2008/057700中所公開，這個申請以全文引用的方式并入本文中。
[0198] 用于檢測培養樣品中的微生物的SERS試驗和裝置的實施方案的一個優點是可以 制備的SERS活性納米粒子的多樣性，這些納米粒子各自具有獨特的SERS特征圖。適用于 本發明所公開的方法的代表性SERS活性指示劑粒子包括（但不限于）來自Oxonica Inc. (Mountain View, California)的SERS活性指示劑粒子。這些SERS活性指示劑粒子包括經 SERS報道分子標記并且封裝于玻璃外殼中的納米粒子核心。
[0199] 代表性的非限制性報道分子包括4, 4' -聯吡啶（DIPY)、D8-4, 4' -聯吡啶 (d8DIPY)、反-1，2-雙（4-吡啶基）-乙烯（BPE)和2-喹啉硫醇（QSH)，其中每一者已經 在2006年2月23日公布的Natan等人的美國專利公布號2006/0038979中被公開為有用 的拉曼活性報道染料，這個公布以全文引用的方式并入本文中。用于本發明所公開的方法 的適合的報道分子的另外非限制性實例包括1，2-二（4-吡啶基）乙炔（BPA)、4_偶氮雙 (吡啶）（4-AZP)、、GM19、1- (4-吡啶基）-1-氰基-2- (2-氟-4-吡啶基）-乙烯（CNFBPE)、 1-氰基-1-(4-喹啉基）-2-(4-吡啶基）-乙烯（CQPE)、染料10和4-(4-羥基苯偶氮）吡 啶（136-7)。經4, 4'-聯吡啶（DIPY)標記的SERS活性納米粒子的代表性SERS光譜提供于 圖22中。如圖22中所示，DIPY染料分子在約1601cm-l處具有主峰。
[0200] 適合與本發明所公開的方法一起使用的SERS活性指示劑粒子包括（但不限 于）2008年6月6日提交的Thomas等人的美國專利申請號12/134, 594和2008年6月6日 提交的Thomas等人的PCT國際專利申請號PCT/US2008/066023 (其中每一者以全文引用的 方式并入）中所公開的包含表面增強拉曼散射（SERS)活性報道分子的納米粒子核心，以及 2008年3月20日提交的Weidemaier等人的PCT國際專利申請號PCT/US2008/057700(其 以全文引用的方式并入本文中）中所公開的多種SERS活性指示劑粒子。
[0201] 在一些實施方案中，SERS活性指示劑粒子包含封裝物。SERS活性納米粒子具有在 水溶液中聚集的趨勢并且一旦聚集就難以再分散。此外，一些拉曼活性分子的化學組成與 用于將其它分子（如蛋白質）連接到金屬納米粒子的化學法不相容。這些特征可以限制拉 曼活性分子、附接化學法以及將要連接到金屬納米粒子的其它分子的選擇。因此，在一些實 施方案中，本發明所公開的方法包括SERS活性指示劑粒子，其中報道分子當貼附，例如吸 附或共價連接到納米粒子核心時，可以被包覆或封裝在例如不同材料的外殼中，這種材料 包括介電材料，如聚合物、玻璃、金屬、金屬氧化物（如TiO 2和SnO2)、金屬硫化物或陶瓷材 料。制備這些SERS活性指示劑粒子的方法描述于Natan的美國專利號6, 514, 767中，其以 全文引用的方式并入本文中。
[0202] 封裝物的厚度可以視SERS活性指示劑粒子所需的物理特性而變化。取決于納米 粒子核心、封裝物和染料的特定組合，封裝物的厚涂層，例如大約1微米或更厚的涂層，可 以潛在地減弱拉曼信號。此外，薄涂層可能導致封裝物表面上的分子干擾相關微生物的拉 曼光譜。同時，物理特性，如沉降系數，可以受封裝物的厚度影響。一般來說，封裝物越厚， 金屬納米粒子核心上的SERS活性染料與周圍溶劑的隔離越有效。
[0203] 在封裝物是玻璃的實施方案中，玻璃的厚度通常可以在約Inm至約70nm的范圍 內。在示例性的非限制性實施方案中，SERS活性指示劑粒子包含具有在約50nm至約IOOnm 的范圍內的直徑的金納米粒子，其被封裝在具有在約5nm至約65nm、在一些實施方案中約 IOnm至約50nm、在一些實施方案中約15nm至約40nm的范圍內并且在一些實施方案中約 35nm的厚度的玻璃球體中。本發明所公開的SERS活性指示劑粒子的尺寸的最佳化可以由 本領域的一般技術人員來實現。
[0204] 此外，包含SERS活性染料的SERS活性指示劑粒子可以用可以結合到目標微生物 的分子功能化，這種分子如結合對的特異性結合成員。在結合目標微生物后，SERS活性報道 分子的SERS信號以可以確定目標微生物的存在或量的方式變化。功能化的SERS活性指示 劑粒子的使用具有優于非功能化的指示劑粒子的幾個優點。第一，官能團通過提供與目標 微生物的特異性相互作用而對指示劑粒子提供一定程度的特異性。第二，目標微生物本身 不需要是拉曼活性的；其存在可以通過觀測連接到納米粒子核心的拉曼活性染料的SERS 信號的變化來確定。這些測量在本文中被稱作"間接檢測"，其中培養樣品中目標微生物的 存在或不存在是通過檢測不是直接從所關注的微生物發出的SERS信號來確定。
[0205] 在其它實施方案中，SERS活性指示劑粒子包含SERS活性納米粒子作為核心，沒有 報道分子或封裝物存在。核心的表面可以用可以結合到目標微生物的分子功能化，這種分 子如結合對的特異性結合成員。在結合目標微生物后，檢測目標微生物本身的SERS光譜以 確認目標微生物的存在或量。這些測量在本文中被稱作"直接檢測"，其中血液培養樣品中 目標微生物的存在或不存在是通過檢測直接從所關注的微生物發出的SERS信號來確定。
[0206] SERS活性指示劑粒子可以經過功能化以按至少兩種不同方式結合到目標分析物。 在一些實施方案中，SERS活性報道分子，S卩，SERS活性染料，可以與結合對的特異性結合成 員偶聯，而在其它實施方案中，結合對的特異性結合成員可以直接連接到納米粒子核心。在 納米粒子核心至少部分被封裝外殼包圍的實施方案中，結合成員可以連接到封裝外殼的外 表面。
[0207] C.特異性結合成員
[0208] 如本文所用的術語"特異性結合成員"和其語法派生形式指的是存在至少一個獨 立的互補結合分子的分子。特異性結合成員是與特定分子（例如，所關注的微生物）結合、 連接或以其它方式締合的分子。當特定類型的特異性結合成員結合特定類型的分子時，特 異性結合成員被稱作"特異性結合對"。舉例來說，抗體將特異性地結合抗原。因此，"特異 性結合對"指的是兩種不同分子，其中分子之一經化學或物理手段特異性地結合第二分子。 在這個意義上，受測試的微生物是特異性結合對的互相起作用的成員。適合與受測試的特 定微生物一起使用的代表性結合成員提供于下文中。
[0209] 此外，特異性結合對可以包括作為原始特異性結合伴侶的類似物的成員，例如，具 有類似于分析物的結構的分析物類似物。所謂"類似"意味著，舉例來說，使用本領域中熟 知的比對程序和標準參數與分析物的氨基酸序列相比，分析物類似物具有至少約60%或 65 %序列同一性、約70 %或75 %序列同一性、約80 %或85 %序列同一性、約90 %、91 %、 92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%或更高的氨基酸序列同一性的氨基酸序列。
[0210] 特異性結合成員當例如與SERS活性指示劑粒子偶聯時，以能夠產生可檢測的拉 曼信號的方式與受測試的特定微生物相互作用，這種拉曼信號當特定微生物存在或不存在 時或當特定微生物隨著時間以不同濃度存在時可辨別。
[0211] 術語"產生可檢測信號"指的是以能夠檢測結合成員-微生物復合物的方式識別 報道基團的存在或報道基團的特性變化的能力，這種報道基團如SERS活性報道分子。此 夕卜，可檢測信號的產生可以是可逆的或不可逆的。信號產生事件包括連續的、程序化的和階 段性的方式，包括一次性或可再用的應用。可逆的信號產生事件可以是瞬時的或可以是時 間依賴性的，只要確立與分析物的存在或濃度的關聯性即可。
[0212] 特異性結合成員與例如微生物之間的結合、連接或締合可以是化學或物理的。術 語"親和力"指的是在特定結合位點處結合對的一個結合成員與另一個成員之間的吸引力 的強度。術語"特異性"和其派生形式指的是結合成員將優先結合到結合對的另一個預期 成員（與樣品中的其它組分相對的目標）的可能性。結合對的一個結合成員（例如，結合 蛋白）與另一個結合成員（例如，配體或分析物）之間的這種結合可以是可逆的。
[0213] 此外，如2008年6月6日提交的Thomas等人的美國專利申請號12/134,594和 2008年6月6日提交的Thomas等人的PCT國際專利申請號PCT/US2008/066023(其中每一 者以全文引用的方式并入）中所公開，在一些實施方案中，聚乙二醇（PEG)連接子可以用于 將特異性結合成員連接到SERS活性指示劑粒子、磁性捕獲粒子，或連接到固體支撐物。在 本發明所公開的方法中，連接子分子，例如PEG，還可以用于將特異性結合成員連接到SERS 活性指示劑粒子，或磁性捕獲粒子。PEG連接子的使用可以減少本發明所公開的試驗中的非 特異性結合。消除非特異性吸附可能成為試驗性能的重大挑戰。舉例來說，在磁性捕獲試 驗中，非特異性結合可以包括來自溶液的蛋白質或其它生物分子粘附到呈現目標分析物的 結合成員的磁性捕獲粒子或SERS活性指示劑粒子的表面的過程，或磁性捕獲粒子和SERS 活性納米粒子的表面經由非特異性相互作用彼此粘附的過程。在一些實施方案中，PEG連 接子包含具有在線性分子的任一個末端上的官能團的雙功能PEG分子，這個官能團由兩個 或更多個乙二醇子單元隔開。在一些實施方案中，PEG分子包含2個與約1000個之間的乙 二醇子單元。在特定實施方案中，PEG連接子包含至少12個乙二醇子單元。此外，PEG連接 子的特征可以為具有約200Da至約100, OOODa的分子量。
[0214] 取決于結合成員，本領域的一般技術人員在回顧本發明所公開的主題后將認識 至|J，可以使用除PEG以外的連接子。舉例來說，烷硫醇可以用作抗體和肽的連接子。短鏈烷 硫醇，包括（但不限于）S-乙酰基硫代乙酸N-琥珀酰亞胺酯（SATA)和S-乙酰基硫代丙酸 N-琥珀酰亞胺酯（SATP)，在巰基脫保護之后可以用作連接子。其它特性也可以決定連接子 的選擇，例如連接子鏈的長度。舉例來說，PEG可能是理想的，因為其還用來保護試劑的表 面并且是柔性的，這可以增強試劑結合到所關注的分析物的能力。
[0215] 在一些實施方案中，特異性結合成員是免疫球蛋白，在本文中也被稱作抗體，其包 含結合到目標微生物上或由其分泌的抗原的抗原結合區。
[0216] 適合用于本發明所公開的方法和裝置中的抗體和其片段可以是天然存在的或重 組來源的，并且可以包括（但不限于）多克隆抗體、單克隆抗體、多特異性抗體、人抗體、人 源化抗體、靈長源化抗體或嵌合抗體、單鏈抗體；表位結合片段，例如Fab、Fab'和F(ab'）2、 ?(1、？￥、單鏈？￥(80?￥)、二硫鍵連接的？￥(8(^￥)、包含可變輕域（\^)或可變重域（￥!{)的片 段、由Fab表達文庫產生的片段；以及抗獨特型（抗Id)抗體。在所有情況下，抗體或其片 段將具有一個或多個對目標抗原具特異性的互補決定區（CDR)。出于本發明的目的，"抗體 的互補決定區"是結合到表位的抗體的那個部分，包括對于這種結合所必需的任何骨架區， 并且其可以由人重鏈V、D和J區、人輕鏈V和J區和/或其組合所編碼的氨基酸殘基的子 組所組成。
[0217] 本領域的技術人員能夠使用標準的領域公認的技術來制備任何這類抗體衍生物。 舉例來說，Jones等人（1986)Nature 321:522-525公開了將人抗體的CDR用來自小鼠抗體 的那些CDR置換。Marx (1985) Science 229:455-456論述了具有小鼠可變區和人恒定區的 嵌合抗體。Rodwell (1989) Nature 342:99-100論述了來源于抗體CDR信息的較低分子量的 識別元件。Clackson (1991) Br. J. Rheumatol. 3052:36-39論述了經遺傳工程改造的單克隆 抗體，包括Fv片段衍生物、單鏈抗體、融合蛋白嵌合抗體和人源化哨齒動物抗體。Reichman 等人（1988)Nature 332:323-327公開了大鼠高變區已經接枝到上面的人抗體。Verhoeyen 等人（1988) Science 239:1534-1536教導了將小鼠抗原結合位點接枝到人抗體上。
[0218] D.磁性捕獲粒子
[0219] 適合與本發明所公開的實施方案一起使用的磁性捕獲粒子可以包含約15%至約 100%的磁性材料，例如磁鐵礦，包括約15%的磁鐵礦、約20%的磁鐵礦、約25%的磁鐵礦、 約30 %的磁鐵礦、約35 %的磁鐵礦、約40 %的磁鐵礦、約45 %的磁鐵礦、約50 %的磁鐵礦、 約55 %的磁鐵礦、約60 %的磁鐵礦、約65 %的磁鐵礦、約70 %的磁鐵礦、約75 %的磁鐵礦、 約80 %的磁鐵礦、約85 %的磁鐵礦、約90 %的磁鐵礦、約95 %的磁鐵礦以及約15 %與約 100%之間的任何整數。此外，磁性捕獲粒子可以具有在約IOOnm至約12微米的范圍內的直 徑。在一些實施方案中，磁性捕獲粒子具有在約400nm至約8微米的范圍內的直徑。在其 它實施方案中，磁性捕獲粒子具有在約800nm至約4微米的范圍內的直徑。在另外的其它 實施方案中，磁性捕獲粒子具有在約1. 6微米至約3. 5微米的范圍內的直徑，包括（但不限 于）約 1. 6、約 1. 7、約 1. 8、約 1. 9、約 2. 0、約 2. 1、約 2. 2、約 2. 3、約 2. 4、約 2. 5、約 2. 6、約 2. 7、約2. 8、約2. 9、約3. 0、約3. 1、約3. 2和約3. 3、約3. 4、約3. 5以及約4. 5微米。適合 用作磁性捕獲粒子的代表性粒子可以獲自Bangs Laboratories, Inc. (Fishers, Indiana)、 Life Technologies (Carlsbad, CA)或Polyscience Laboratories (Warrington, Pennsylva nia)。
[0220] 粒子的磁性捕獲可以使用本領域中已知的任何方法來實現，包括（但不限于）在 試驗器皿的局部區域放置強磁體或誘導磁場。局部化磁場可以例如用一個或多個永磁體、 電磁體和/或材料（例如，鐵類金屬）來誘導以引導、限制或聚焦磁場。如圖18中所描繪， 其代表一個實施方案，磁體15用于使磁性捕獲粒子-微生物-SERS活性指示劑粒子復合物 局部化到測量區9內。然后，可以使所需波長的入射輻射（例如激光束）聚焦在集中的磁性 捕獲粒子-微生物-SERS活性指示劑粒子復合物的團塊上，并且從復合物獲得SERS信號。
[0221] E.用于監測微生物培養樣品中的生長的實時系統
[0222] 圖24描繪了實時系統150的一個實施方案，其提供了微生物培養樣品中的微生物 生長的實時監測用于自動檢測臨床和工業樣品中的病原體。系統150包括在溫度控制的殼 體內固持多個培養器皿154的圓盤傳送帶152。舉例來說，可以使用多達25個微生物培養 器皿。在這個實施方案中，器皿154被放在圓盤傳送帶152的邊緣周圍，所述圓盤傳送帶旋 轉以將每個器皿依次以可程序化的頻率（例如，每10-60分鐘讀出一次）呈遞到團化和讀 出臺156。團化和讀出臺156包括用以形成團塊的磁體組件連同含有用于落射照明和信號 收集的適當過濾器和透鏡的光學讀出頭。舉例來說，照明可以由785nm波長穩定的激光來 提供，并且在適于拉曼光譜法的分光計上檢測所收集的信號。在團化和讀出給定的樣品之 后，圓盤傳送帶152旋轉以將圓盤傳送帶中的下一個樣品呈遞到團化和讀出臺156。依次 繼續直到圓盤傳送帶152中的所有樣品都被讀出，屆時圓盤傳送帶進入自旋模式，其中圓 盤傳送帶連續旋轉直到下一個測量周期。圓盤傳送帶以及團化和讀出臺被安裝到從搖擺平 臺延伸的臂上。所得"偏移式搖擺"運動通過線性和搖擺運動來提供攪動。搖擺平臺以針 對測量周期的所有階段所選的頻率操作，歷時實驗的持續時間。攪動是為了多個目的。第 一，從一個測量周期的結束到下一個測量周期的開始，其確保了 SERS和磁性粒子與樣品和 培養基的混合，從而允許形成結合成員-微生物-指示劑粒子復合物。第二，在已經讀出團 塊之后，其確保了磁性粒子分散回到溶液中。第三，在團化期間，攪動將來自樣品器皿內的 各個空間點的流體中的磁性粒子運載到局部化磁場的區域中，確保從局部化磁場外部的樣 品區域收集磁性粒子。最后，在含有顆粒（例如樹脂、木炭或碳酸鈣）的樣品中，在團化之 前和期間的攪動可以防止這些顆粒沉降到檢測區域中并且干擾光信號。隨著目標生物體 的濃度在整個富集過程中增加，一旦微生物濃度達到技術的檢測閾，就通過光學，例如SERS 技術對微生物進行檢測和鑒別。在培養期間連續監測SERS信號的能力確保了使用最低必 需培養時間并且當檢測和鑒別到病原體或微生物時儀器可以自動地向使用者發警報。
[0223] 圖25示出了系統200的另一個實施方案，其被配置成處理多個樣品。在這個特定 實施方案中，平行地處理微生物培養樣品中的每一者并且在相同的高溫區內孵育。在這個 實施方案中，樣品管在同一水平面中對齊。系統200可以被放在形成高溫區的殼體內。
[0224] 所有樣品一起攪動用于試劑結合、團化和團塊分散階段。在一個實施方案中，在團 化之后，所有樣品停止攪動，并且其被相繼讀出。平行處理需要與第一系統150配置中所用 的圓盤傳送帶不同的樣品安排。在這里，樣品管202在平坦的托盤204中定位成彼此鄰近。 在這個實施方案中，通過沿著管202的縱軸進行線性往復運動來實現攪動，這可以在整個 試驗中針對不同頻率和型態而程序化。這允許不同類型和水平的攪動用于團塊形成、團塊 分散和試劑結合階段。其還允許攪動停止以供讀出。通過平行樣品處理方法使得在每個階 段不同攪動的程序化成為可能。
[0225] 圖25中所示的系統200包括磁體組件206,其被配置成繞樞軸轉動到鄰近管202 的位置用于團化，然后繞樞軸轉動遠離樣品管用于詢查。對于圖25中所示的系統200的 實施方案來說，光學詢查可以使用在團塊形成之后繞樞軸轉動遠離樣品管202的磁體組件 206來進行以允許光學讀出頭208接近樣品管的測量區。在這種配置中可能抽出磁體組件 206,因為樣品在讀出期間不攪動。替代地，一對磁體可以按提供狹縫的方式排列，通過這個 狹縫用讀出頭208獲取讀數，其中磁體在團化之后維持在原位。因此，讀出頭208被配置成 沿著磁體之間的狹縫移動以詢查每個管。這通過消除了在管的團化與讀出之間移動磁體的 需要而提供優勢。
[0226] 圖26-29說明了用于自動和實時監測培養樣品中的微生物生長的系統250的另一 個實施方案。系統250被配置成同時自動處理一個或多個不同試驗。一般來說，系統250 包括由單一的團化/讀出組件254服務的多個孵育箱252,所述團化/讀出組件在孵育箱后 面移動以在檢測區中一次一個地服務（團化和讀出）每個托盤256。每個孵育箱252被配 置成接收固持多個樣品管258的托盤256。管的每個托盤256被配置成從孵育箱252移動 到團化/讀出組件254,在此形成團塊并且在檢測區中收集數據。團化/讀出組件254包括 用以形成團塊的磁體組件260和用以收集光信號的光學組件（例如，拉曼光學裝置、激光器 和分光計）。
[0227] 在一個實施方案中，系統250包括多個孵育箱252。各種試驗可以在不同溫度下孵 育培養樣品。因此，系統250可以包括可以在不同溫度下操作的多個高溫區262 (孵育區）， 其中每個區包括一個或多個孵育箱。同時處理每個孵育箱252中的試驗，其中每個孵育箱 可以包括固持一個或多個樣品管258的一個或多個托盤256。然而，樣品管258可能不一定 一批處理。在這點上，每個樣品管258可以在不同時間被放在孵育箱252中，從而對于其測 試時段來說具有不同的起始時間。樣品管258在其測試時段期間可以全部暴露于相同的重 復測試周期。大多數樣品管258可以成批地一起引入。如圖26和27中所示，系統包括四 個孵育箱252,其被分成兩個高溫區262。高溫區262可以垂直排列以使得兩個孵育箱252 與相應的高溫區相結合。相同的高溫區262如圖27中所示垂直堆疊。然而，應了解，高溫區 262必要時可以水平或并排地排列。每個區262可以包括維持在相同的孵育箱水平下的一 個或多個孵育箱252,其在常用溫度下操作。在一個示例性的實施方案中，區262經過配置 以供處理沙門氏菌和李斯特菌試驗，所述試驗被維持在不同溫度下（例如，分別為約42°C 和30°C )。因此，系統250被配置成處理不同樣品管258 (例如，檢測小瓶）而與試驗的類 型無關。
[0228] 在一個實施方案中，每個孵育箱252形成適合于在內部接收托盤256并且維持對 于培養特定樣品所必需的預定溫度的殼體。孵育箱252的一個實例示于圖34中。孵育箱 252可以包括基塊264,其包括底表面和側表面、前門和后門266、268以及頂表面270。孵育 箱252可以由適合于提供溫度控制的殼體的多種材料形成。舉例來說，孵育箱252可以由 單一的機加工金屬基塊264(例如，鋁）構造，所述機加工金屬基塊形成溫度控制的區域的 底面和側面，而金屬板（例如，鋁）形成頂表面270。孵育箱252還可以包括在基塊左側的 通道272,其被配置成支撐皮帶傳動機274用于在Y臺278的控制下使托盤256在Y方向上 振蕩。托盤256的運動范圍延伸超出經加熱區的深度以將托盤沖程提供到在孵育箱252后 面的團化/讀出區域中。因此，每個托盤256的運動范圍將基于適當攪動管258以及將管 在孵育箱252外部重定位用于由團化/讀出組件254進行團化和圖像分析所需的行進量。
[0229] 在一個實施方案中，孵育箱252包括前門266和后門268,其中這些門與頂表面 270和基塊264協作以形成殼體。前門266被配置成由操作人員選擇性地打開和關閉（參 看例如圖31)。舉例來說，前門266可以被配置成向下擺動以使得托盤256可以從孵育箱 252的前部延伸最小距離，并且這個門將不會阻礙管的接取或可見性。前門266可以使用多 種技術來安裝以有助于打開和關閉。舉例來說，前門266可以被安裝在扭轉彈簧加載的鉸 鏈上，所述扭轉彈簧加載的鉸鏈在托盤退回到孵育箱252中之后即關閉這個門。推送機構 可以從托盤的前部的一側或兩側延伸以幫助打開門。根據一個方面，信號旗位于前門266 的內部，其被配置成中斷安裝在孵育箱252的內側壁上的光學傳感器以在關閉前門時進行 傳感。
[0230] 類似地，后門268可以被配置成在托盤256退出和再進入孵育箱252的后部之后 打開和關閉（參看圖40)。因此，隨著托盤256退出孵育箱252,托盤被配置成將后門268 推到至少部分打開狀態。如同前門266 -樣，后門268可以被安裝在扭轉彈簧加載的鉸鏈 上，并且隨著托盤從孵育箱252的后部露出，在托盤256的后部的特征可以被配置成將后門 推到打開狀態。護套276被配置成接收退出孵育箱252后的托盤256,并且經過配置以沿 著Z軸運動，如下文進一步詳細解釋。一旦后門268部分打開，護套276可以被配置成隨著 護套沿著Z軸上升以與孵育箱252對齊來完全打開后門。使用保持門打開的護套276,托 盤256在團化/讀出區域中自由移動而不受來自后門268干擾。后門268被配置成當托盤 256回縮到孵育箱252中并且護套276下降時關閉。孵育箱252可以包括傳感器用于指示 托盤256適當定位在其中。舉例來說，在后門268內部的信號旗可以被配置成中斷安裝在孵 育箱的內側壁上的光學傳感器以在關閉后門時進行傳感。所述傳感器也可以用作托盤256 的本地指示器。因此，后門傳感器可以確立從孵育箱252的后部進去或出來的托盤256位 置。第二本地傳感器在每次偏移到團化/讀出區域中期間可以相對于團化和光學硬件對于 每個托盤256本地定位。
[0231] 因為每個孵育箱252是溫度控制的，所以孵育箱可以用絕緣材料包裹（例如，閉孔 泡沫絕緣）。高溫區262中的每一者也可以用絕緣材料隔開，其在這些區維持在不同溫度下 時適用。在區之間還可以存在間隙以限制區之間的串擾。另外，當一個孵育箱門266或268 對前部或后部打開并且另一個門關閉時，絕緣材料可以用于防止熱相互作用。絕緣隔離片 可以隔開區262中的孵育箱。類似地，區262也可以使用隔離片和絕緣材料隔開。
[0232] 每個孵育箱252使用加熱元件來加熱。舉例來說，加熱元件可以被配置成經基塊 264進行加熱或在孵育箱內提供經加熱的空氣。根據一個實施方案，加熱元件是粘附到基塊 264的底表面或以其它方式與基塊264的底表面集成的平坦加熱元件。加熱元件的功率分 布可以作調整以使跨越托盤256中的管258的熱梯度減到最小，從而補償通過孵育箱252 左側的Y傳動機278組件的熱損失。每個孵育箱252可以提供有一個或多個傳感器用于監 測其中的溫度，例如孵育箱內基塊264和/或空氣的溫度。
[0233] 如上文所論述，每個孵育箱252被配置成在內部接收相應的托盤256。圖30-32說 明了適合定位在相應的孵育箱內的托盤256的示例性的實施方案。每個孵育箱252中的托 盤256被配置成容納多個管258。在所說明的實施方案中，托盤256固持15個管258以使 得每個高溫區262固持30個管，不過可以使用任何數目的管。管258可以在托盤256中的 每一者中水平排列成平面陣列。在圖31中所示的一個實施方案中，技術人員手動地將樣品 管258放到可移出的樣品托盤256中。技術人員然后將托盤256放到孵育箱252中。當確 定陽性結果時或當結果保持陰性持續一段預定的時間時，試驗完成。當完成試驗時，技術人 員移出托盤256以用新的管258再裝填。或者，技術人員可以在需要時個別地移出和/或添 加管到托盤中，而不停止在托盤或鄰近的孵育箱中的其它管內已經處于進行中的試驗。可 以隔離陽性樣品用于進一步分析。在另一個實施方案中，托盤256是不可移出的。因此，管 258可以個別地放到每個孵育箱252中的不可移出的托盤256中。在又另一個實施方案中， 在孵育箱252包括用于在內部固持管258的適合構件的情況下，托盤256可能是多余的。
[0234] 在托盤256中管258的水平和并排排列有助于從孵育箱252的前部加載個別的樣 品管或托盤。前部加載避免了在系統的前部使用工作臺空間或島狀空間，因為頂部加載的 托盤將需要延伸出系統的前部接近管的長度以有助于頂部加載。此外，當使用者將過度的 壓力施加在懸臂式延伸的托盤上時，托盤和滑動支座將需要承受高負荷。
[0235] 每個托盤256可以具有多種尺寸和配置用于固持管258并且有助于放置在孵育箱 252內。舉例來說，圖31說明了管258被插入在托盤256中所界定的相應的狹縫284內。 管258可以使用力或安置在托盤256內的干涉配合或偏置元件保持在適當位置。在托盤 256從孵育箱252中可移出的情況下，如圖33A-33C中所示，托盤可以包括一個或多個夾持 特征286,其允許技術人員固持托盤并且在孵育箱內操縱托盤。
[0236] 在一個實施方案中，托盤256包括縱向狹縫284以使得管258的一部分透過托盤 可見。縱向狹縫284還允許管258在托盤256的底表面下方凸出以提供與團化磁體288的 接觸區域。為了確保跨越托盤256與磁體充分接觸，每個管258在托盤中可以具有垂直順 性。舉例來說，隨著磁體上升而碰到管，彈簧可以固持管258向下抵著磁體。彈簧還可以通 過與振蕩托盤運動相對地摩擦而保持管258在托盤256中。
[0237] 根據一個實施方案，托盤256被配置成在Y臺278的控制下在每個孵育箱252中 沿著Y軸水平地振蕩以攪動含有樣品、培養基和試劑的管。這種水平運動可以實現幾個功 能：
[0238] a)攪動用于在孵育箱252中動力學混合；
[0239] b)使管延伸出孵育箱252的前部以供操作人員加載和卸載；
[0240] c)使管延伸出孵育箱252的后部到團化/讀出組件254 ;
[0241] d)攪動管258以分散沉降的材料一例如，培養基或樣品的固體組分；
[0242] e)在團化/讀出組件254中攪動管258和磁體288以形成團塊；
[0243] f)使管258定位在讀出頭290上方用于數據收集；
[0244] g)使管標簽定位在條形碼讀出器上方用于樣品ID ;
[0245] h)使團塊定位在相機上方以使團塊可見用于內部控制、基于圖像的檢測方法或遠 程診斷；
[0246] i)攪動管258以在讀出后分散團塊；
[0247] j)操作孵育箱前門266 ;
[0248] k)操作孵育箱后門268 ;
[0249] 1)使空氣在孵育箱252中循環以減小溫度梯度。
[0250] 如圖34中所示，系統包括Y臺278用于沿著Y軸移動托盤256,包括用于振蕩或 攪動托盤并且移動托盤進出孵育箱252的后部。如圖27中所示，每個孵育箱252可以包括 沿著Z軸安置的相應的Y臺278以使得彼此垂直間隔。托盤256可以使用一個或多個托架 282耦合到Y臺278。舉例來說，托盤256可以從安裝在線性導軌292上的托架282伸出懸 臂，其中線性導軌被安裝到孵育箱基塊264上。Y臺278包括馬達280用于繞著在導軌292 兩端的同步帶輪傳動皮帶274。應了解，Y臺278被配置成以多種頻率和振幅攪動托盤256， 這取決于特定試驗和應用。舉例來說，托盤256在孵育箱252中的時候相比定位在團化/ 讀出組件254中的時候可以更緩慢地振蕩。
[0251] Y臺278組件還可以用絕緣材料密封，而傳動Y臺的馬達280在絕緣區域外部。托 盤256和托架282可以移動通過絕緣材料中的開口。
[0252] 系統250還包括位于孵育箱252后面的Z臺294 (參看圖39、42和43)。Z臺294 被配置成沿著Z軸運載護套276、磁體組件260、光學組件（例如，分光計308、拉曼探針310 等）和X臺296。Z臺294可以包括被配置成在垂直線性導軌300上搭載的托架298。馬 達302被配置成使Z臺在Z方向上上升和下降（例如，使用安置在耦合到Z臺支架306的 軸304內的線性螺釘和螺母）。傳感器可以用于指示Z臺294何時處于其在Z方向上行進 的底部。分光計308、磁體組件260、護套276和X臺296被安裝到Z臺支架306上并且作 為一個整體在Z方向上全部一起行進。Z臺294被配置成在Z方向上移動以容納退出孵育 箱252的每個托盤256。Z臺294也被配置成在底部孵育箱252下方行進，足以允許底部孵 育箱后門268關閉。
[0253] 如圖42、45和46中所示，系統250還包括磁體組件260。磁體組件260可以包括安 裝到磁體框架318上的一個或多個磁體288,所述磁體框架被配置成將磁場施加到管258， 從而有助于在每個管內形成團塊。舉例來說，圖45和46說明了一對縱向磁體288,其間隔 開一段足夠的距離以允許讀出頭290延伸通過其來獲得讀數。因此，磁體288在團化之后 并且在管258用讀出頭290讀出的同時可以保持在原位。每個縱向磁體288可以是單一磁 體或端對端排列的多個磁體的集合。
[0254] 當使磁體288與水平定向的管258的底部接觸或非常接近這個底部時，可以形成 團塊。管258和磁體288在團塊形成期間輕輕地振蕩以確保懸浮中的磁性粒子通過磁場并 且被吸引到磁場聚焦點。根據一個實施方案，磁體組件260被安裝到托架312上，所述托架 在Y方向上在貼附到Z臺支架306的導軌314上搭載（參看圖46)。導軌314可以平行于 Y臺導軌292。
[0255] 當托盤256延伸出孵育箱252的后部并且進入團化/讀出組件254中時，Z臺294 可以從下方沿著Z軸上升。如圖42和47中所示，從磁體框架318向外延伸的引腳316被 配置成與托盤256下面的孔哨合。一旦哨合，磁體框架318即與托盤256稱合，并且磁體框 架和托盤能夠在Y方向上沿著導軌314 -起移動。因此，在一個實施方案中，團化/讀出組 件254被配置成一次處理一個托盤256。團化振蕩振幅可以視特定地針對特定試驗的許多 因素而變化。在一個實例中，振蕩振幅可以高達約50_。磁體框架318和托盤256可以在 Y臺在Y方向上完全行進的位置處耦合，而團化振蕩的中心可以從耦合位置向前定位以容 納Y方向上的1/2振幅。
[0256] 在一個實施方案中，在振蕩管258與磁體288之間的少量相對運動允許磁場將磁 性粒子聚集成更密實的團塊。因此，托盤256與磁體框架318之間的松散耦合可能是合乎 需要的。這種耦合可以例如通過將框架318安裝在保持于在兩個彈簧之間的框架318中的 狹縫中的塊上來實現。隨著托盤256在Y方向上前后振蕩，框架318相對于托盤移動，因為 彈簧在第二次振蕩運動中交替地壓縮。松散耦合沖程可以是例如約5mm。將選擇彈簧常數 以提供最佳振蕩頻率。
[0257] 根據本發明的一個實施方案，磁體組件260被配置成同時團化托盤256中的管258 中的每一者。磁體288可以被配置成在管258用讀出頭290讀出的同時保持在原位。或者， 團塊可以足夠穩固以允許磁體288或管258遠離彼此移動以供讀出。
[0258] 圖41示出了耦合到Z臺294的X臺296的一個實例。因此，X臺296被配置成在 Z方向上由Z臺移動。X臺296還有助于讀出頭290在X方向上運動用于讀出管258中的 每一者。X臺296掃描在管258的陣列下面的讀出頭290以在形成團塊之后收集試驗數據。 在團化期間，X臺296移動到X位置，這允許耦合的托盤256移動而不干擾讀出頭290和磁 體組件260。在團化之后，在托盤256保持固定下，X臺296平移到每個管258,從而暫停收 集數據直到所有管都被讀出。X臺296然后在托盤256移動之前重定位到其初始位置。在 一個示例性的實施方案中，X臺傳動機（例如，馬達320和皮帶322)被安裝在Z臺支架306 中的通道324中，并且利用與Y臺278類似的設計。讀出頭290被安裝到托架326上，所述 托架被配置成沿著X臺296的導軌328移動。柔性套管330可以用于將讀出頭290的電纜 和柔性纖維光纜從Z臺294導引到移動讀出頭。柔性套管330被配置成不僅保護光導纖維 束，而且允許纖維在X方向上彎曲并且提供所需的彎曲半徑。
[0259] 根據另一個實施方案，X臺296被配置成運載條形碼讀出器（未示出）用于讀出 管258中的每一者上的條形碼或其它標識符。舉例來說，條形碼讀出器可以用于確認管258 處于正確的高溫區262中，從而防止假陰性。條形碼可以包括其它資料，如鑒別和試驗信 息。如上文所論述，管258可以包括縱向狹縫284,其有助于用條形碼讀出器進行這種讀出。 另外，條形碼讀出器可以提供關于團塊的成像資料用于內部控制、基于圖像的檢測方法和/ 或遠程診斷。
[0260] 如上文所論述，護套276被配置成在托盤退出孵育箱252的后部時接收每個托盤 256。具體地說，絕緣的護套276在Z臺294上運載并且被配置成與每個孵育箱252對齊以 當托盤256延伸出孵育箱的后部到團化/讀出區域254中時包圍這個托盤。在托盤256延 伸出孵育箱252的時候，絕緣的護套276使托盤溫度變化減到最小。護套276提供絕緣的 套管并且阻礙氣流冷卻托盤256和其中所含的管258。而且，護套276是由使其熱質量降到 最低并且因此在與前一個區的溫度不同的溫度下與托盤256的熱能交換降到最低的材料 來構造。舉例來說，護套276可以包含用絕緣材料包圍的薄鋁結構。在一個特定實施方案 中，進入約42°C下的護套的約30°C下的托盤的溫度將不會增加超過約0. 5°C。
[0261] 可以存在在孵育箱252與對齊的護套276之間界定的間隙332,使得孵育箱不能完 全調節護套中的溫度。在孵育箱252中的溫度高于環境溫度的那些情況下，包圍護套276 的空氣可以比托盤256更冷，因此來自護套的熱傳遞將朝向更低的托盤溫度。然而，一些試 驗具有由托盤256從孵育箱252到護套276中的移動引起的變化所應有的可接受的溫度 容限。舉例來說，對于42°C下的沙門氏菌和30°C下的李斯特菌，試驗相比溫度上升（例如 +〇. 5°C )更容忍短暫的負溫度下降（例如約_2°C )。因此，可能沒必要與孵育箱252形成 良好的熱密封，只要負偏移在可接受的容限內即可。
[0262] 除了包圍延伸的托盤256之外，護套276還可以密封如圖42中所示的磁體組件 260。因此，如上文所論述，護套276可以定尺寸以使Z臺294能夠與磁體組件260垂直移 動用于耦合和解耦合托盤256。此外，護套276可以包括切口以向沿著護套底部的讀出頭 290并且向經由Y臺278沿著側面移動的托架282提供空隙。護套276的頂部也可以包括 切口用于孵育箱后門268。
[0263] 如圖48A和48B中所示，系統250的前述組件可以密封于柜334中。皮革形成在 孵育箱252和團化/讀出區域254周圍的柜334以控制氣流并且添加熱控制。柜334還可 以提供在里面操作光學組件（例如，激光器）的安全殼體。系統250可以進一步包括一個 或多個可見或可聽信號用于指示試驗的狀況。舉例來說，一個或多個LED 336可以用于指 示試驗正在進行中以及何時出現陽性結果。出于這種目的，每個管258和/或托盤256可 以包括相關聯的LED 336。當孵育箱252的前門266打開或關閉時，不同的LED顏色可以用 于不同的指示，其中顏色可以是可見的。
[0264] 孵育箱252通常維持在高于周圍環境的溫度下。為了幫助實現這個溫度差并且確 保過量的熱不會傳遞到延伸到護套276中的托盤256,可以采用氣流路徑。還可以使用具有 過濾器的風扇向柜334加壓以減少灰塵滲透，并且可以使用其它熱耗散技術用于如馬達等 組件。其它技術，如熱電冷卻器，可以用于進一步冷卻柜334。
[0265] 如本領域的一般技術人員所知，各種電氣組件可以用于與系統250經接口連接并 且控制系統250。舉例來說，各種馬達驅動板可以用于控制馬達并且提供與如傳感器和編碼 器的其它裝置的接口。其它板可以用于提供另外的功能性，例如向讀出頭290和分光計308 提供功率和接口信號以及驅動加熱器并且讀出相關聯的熱敏電阻。另外，系統250可以采 用如微控制器的各種其它組分用于以本領域的一般技術人員所知的自動化方式來控制系 統。
[0266] E.攪動和團化技術
[0267] 圖49描述了根據本發明的一個實施方案的攪動和團化方法，其已經被開發出來 以使試劑體積減到最小并且獲得代表大體積（例如，高達250mL)的讀數。這主要通過在施 加磁場期間沿著縱軸攪動培養器皿來實現。在管的側面上沿著縱軸的方向形成團塊。可以 選擇樣品比管體積（例如1:2)、管長度/寬度縱橫比（例如7:1)和攪動參數的結果的組 合以使性能優化。攪動通過確保來自更大體積的粒子與磁體非常接近來促進更有效的團塊 形成。另外，攪動通過施加遠離磁場方向的力而幫助保持非復合的細胞、微生物和松散固體 (例如血液培養樣品中的樹脂）在團塊外部。
[0268] 圖50描繪了用于形成和詢查磁性團塊的裝置的一個實施方案。這個裝置可以用 于圖24中所示的圓盤傳送帶系統150的實施方案中。在圖50中所說明的實施方案中，磁 體組件由包圍含有物鏡的光學讀出頭部分并且與其共線的環形磁體的堆疊組成。空心的錐 形鋼尖將磁場聚焦在錐體的尖端，使得團塊在讀出頭的焦點處形成。這種安排使團塊與讀 出頭的焦點自動對齊并且放松了關于管、磁體和讀出頭的對齊的限制。團塊、磁體和讀出頭 的一致對齊對于在試驗過程中跨越所有樣品的一致測量是重要的，并且這種設計跨越樣品 管、經過在試驗過程中的多次讀出以及跨越儀器提供了可靠且可重復的團塊形成。
[0269] 圖51和52示出了形成團塊的替代方法，其已經根據上文所描述的系統來使用。管 在水平面中的對齊允許光信號使用在團化后抽出或維持在團化位置的磁體讀出。這允許測 試各種磁體幾何形狀。兩種已經證實尤其有效。一種被稱為"正北向上"，其使用具有與管 正交定向的磁化的條形磁體（圖52)。這形成了對于使用讀出頭讀出來說理想的對稱圓形 團塊。另一種幾何形狀被稱為"正北面向正北對"（圖51)，其中兩個條形磁體定位于彼此 鄰近和平行。磁化貫穿每個磁體的厚度沿著與磁體正交的線定向，使得北極面向彼此。在 磁體之間存在適當間隔下，最高場梯度的區域處于磁體之間的區域中，使得團塊聚焦在磁 體之間的區域中，這可容易接近以供使用適當位置的磁體讀出。
[0270] 在本發明的另一個實施方案中，還添加相機到測試臺以監測在SERS-HNW試驗期 間團塊的形成和尺寸，這個試驗在培養器皿內含有經偶聯的SERS指示劑粒子和磁性珠粒 以及經靶向的病原體。隨著HNW試驗進行，從相機視圖顯示，團塊尺寸增大，并且在一些情 況下團塊消失。團塊尺寸的生長和/或團塊的消失是經靶向的病原體存在的指示。在含有 經偶聯的SERS指示劑粒子和磁性珠粒并且沒有病原體的樣品分析期間所捕獲的圖像顯示 團塊尺寸沒有變化并且沒有團塊消失。這種病原體檢測方法可以單獨或與另一種檢測方法 聯合使用，另一種檢測方法如先前所描述的作為驗證的手段的SERS分析。
[0271] 本發明所公開的方法的實施方案可以使用本領域中已知的任何適 合的分光計或拉曼分光計系統來進行，包括例如多模式多分光計拉曼分光計 (Centice, Morrisville, North Carolina, United States of America),例如 Brady 等人 的美國專利號7, 002, 679中所公開的拉曼分光計系統，所述專利以全文引用的方式并入本 文中。適合的分光計或拉曼分光計系統的其它非限制性實例包括Hamamatsu C9405CA和 Intevac ReporteR,并且包括光纖f禹合和自由空間光學配置。適合與本發明所公開的SERS 活性指示劑粒子一起使用的另外儀器公開于2008年3月20日提交的Weidemaier等人的 PCT國際專利申請號PCT/US2008/057700中，所述申請以全文引用的方式并入本文中。
[0272] 用于進行基于液體的磁性捕獲SERS試驗的代表性方法公開于2008年3月20日 提交的Weidemaier等人的PCT國際專利申請號PCT/US2008/057700中，所述申請以全文引 用的方式并入本文中。如也在PCT/US2008/057700中所公開，這些方法可以包括用于補償 磁性團塊尺寸、形狀或定位的變化的參考和對照方法，以及用于在基于液體的磁性下引試 驗中產生改進的拉曼參考光譜和光譜分析的方法。此外，多個報道分子可以用于形成內部 參考信號，這種信號可以用于將背景噪聲與信號檢測區分開來，特別是在展現或預期展現 相對弱的信號的樣品中。
[0273] 此外，如2008年6月6日提交的Thomas等人的美國專利申請號12/134,594和 2008年6月6日提交的Thomas等人的PCT國際專利申請號PCT/US2008/066023(其中每一 者以全文引用的方式并入）中所公開，適合用作SERS活性指示劑粒子中的報道分子的染料 通常展現具有窄線寬的相對簡單的拉曼光譜。這種特征允許檢測相同樣品體積中的幾個不 同的拉曼活性種類。因此，這種特征允許制造多個SERS活性指示劑粒子，每個包括不同的 染料，使得每種染料的拉曼光譜可以在不同類型的指示劑粒子的混合物中區分出來。這種 特征允許多重檢測小樣品體積中的幾個不同的目標種類，在本文中被稱作多重試驗。
[0274] 因此，在一些實施方案中，一種以上類型的結合成員可以連接到SERS活性指示劑 粒子。舉例來說，連接到SERS活性指示劑粒子的結合成員的類型可以變化以提供對不同 目標微生物具有不同親和力的多種試劑。以這種方式，試驗可以檢測所關注的一種以上微 生物，或對一種以上微生物展現不同的選擇性或敏感性。SERS活性指示劑粒子可以針對培 養樣品作調整，在培養樣品中一種或多種微生物的存在或一種或多種微生物的濃度可以變 化。
[0275] SERS試驗的試劑可以包括一種以上類型的標記，例如，一種以上類型的SERS活性 報道分子，這取決于試驗的需要。舉例來說，在不同波長處展現拉曼信號的SERS活性報道 分子可以用于形成對于所關注的特定微生物來說獨特的拉曼"指紋"，從而增強試驗的特異 性。不同報道分子可以連接到已經連接有不同的特異性結合成員的納米粒子核心以提供能 夠檢測所關注的一種以上微生物（例如，所關注的多種微生物）的試劑。
[0276] 在本發明的一個實施方案中，SERS HNW技術的多重能力用于鑒別引起血流感染的 最常見生物體中的六種。六種不同類型或"風格"的SERS活性指示劑粒子存在于血液培養 瓶中，每種與對將要檢測的六種生物體之一具特異性的抗體偶聯。器皿中還有能夠與SERS 活性指示劑粒子形成夾心的磁性捕獲粒子。磁性捕獲粒子可以經過配置以使得存在將多個 SERS活性指示劑粒子夾在中間的常見捕獲抗體或抗體組，或者，六種獨立的磁性偶聯物可 以存在于器皿中，其中每種磁性偶聯物獨特地能夠與六種SERS活性指示劑粒子中的每一 者形成夾心。當形成磁性團塊并且從團塊讀出SERS信號時，所測量的拉曼光譜將為來自團 塊中所存在的SERS活性指示劑粒子的每種風格的貢獻；SERS活性指示劑粒子的存在指示 了 SERS活性指示劑粒子對其具特異性的微生物的存在。去卷積算法可以有效地區分六種 個別的SERS活性指示劑粒子的光譜與所測量的總光譜。
[0277] 圖53示出了僅使用兩種SERS活性指示劑粒子的多重實施方案的示意圖。在一個 優選實施方案中，保留了標準氣體傳感器（例如BACTEC?)，以便同時監測SERS信號和pH傳 感器信號。這能夠有效檢測不被SERS HNW抗體識別的任何微生物。
[0278] 如2008年3月20日提交的Weidemaier等人的PCT國際專利申請號PCT/ US2008/057700中進一步公開，在涉及SERS活性指示劑粒子的本發明所公開的試驗中，可 以通過添加第二等分試樣的報道分子來放大SERS光譜，這些報道分子能夠產生可檢測信 號并且與對至少一種SERS活性報道分子具有親和力的至少一種特異性結合成員締合，在 將樣品和/或至少一種SERS活性報道分子安置在內部之前、同時或之后這至少一種SERS 活性報道分子與一種或多種SERS活性指不劑粒子締合，其中第二等分試樣的報道分子和 與SERS活性指示劑粒子締合的至少一種SERS活性報道分子是相同的。在一些實施方案中， 第二等分試樣的報道分子包含與能夠產生SERS信號的SERS活性指示劑粒子締合的SERS 活性報道分子。在將第二等分試樣的報道分子安置到試驗器皿中的那些實施方案中，第二 等分試樣的報道分子的特異性結合成員不會識別包含捕獲區或連接到磁性捕獲粒子的一 種或多種特異性結合成員。
[0279] F.工作流程實例
[0280] 根據一個示例性的實施方案，用于檢測和鑒別沙門氏菌的培養樣品可以與前述實 施方案聯合提供。在一個實施方案中，首先在富集器皿內的非選擇性培養基中培養沙門氏 菌，接下來以生物防護方式轉移到含有檢測試劑和第二選擇性培養基的檢測小瓶中。一般 來說，沙門氏菌測試包括將具有任選的補充物的培養基添加到培養基制備器皿中。然后使 培養基分散到富集器皿中，并且將樣品添加到富集器皿中。任選地，在添加到富集器皿中之 前使樣品均化（例如，通過消化或摻合）。在這種情況下，將來自培養基制備器皿的培養基 連同樣品一起添加到均化器中。在均化之后，將樣品轉移到富集器皿中，并且將蓋子附接到 器皿。一旦已經將培養基和樣品添加到富集器皿中并且已經附接富集器皿的蓋子，可以讀 出器皿上的條形碼用于監管鏈鑒定的目的。然后孵育富集器皿一段預定的時間。在孵育之 后，可以用條形碼讀出器掃描富集器皿和檢測小瓶。檢測小瓶包括選擇性培養基和特定地 檢測沙門氏菌的檢測試劑。在檢測小瓶中的培養基脫水的情況下，將復原流體添加到檢測 小瓶中，并且倒置小瓶以供混合。然后傾斜富集容器以用所需量的樣品（例如，100 μ L)填 充相應的儲集器。將檢測小瓶插入到富集器皿中以嚙合開口內的針用于以生物防護方式將 樣品轉移到檢測小瓶中。然后將檢測小瓶插入到實時自動化系統內用于樣品的孵育和自動 測試，包括樣品的團化和光學分析。在檢測陽性樣品后，可以移出檢測小瓶，用條形碼掃描 器掃描，并且發送用于進一步處理。
[0281] 在一個替代性的示例性實施方案中，用于檢測和鑒別李斯特菌的培養樣品可以與 前述實施方案聯合提供。在一個優選實施方案中，在檢測小瓶內李斯特菌的培養在富集器 皿中所用的相同培養基中進行，以使得在整個工作流程中使用單一培養基。一般來說，李斯 特菌測試包括將具有任選的補充物的培養基添加到培養基制備器皿中。然后使培養基分散 到富集器皿中，并且將樣品添加到富集器皿中。任選地，在添加到富集器皿中之前使樣品均 化（例如，通過消化或摻合）。在這種情況下，將來自培養基制備器皿的培養基連同樣品一 起添加到均化器中。在均化之后，將樣品轉移到富集器皿中，并且將蓋子附接到器皿。一旦 已經將培養基和樣品添加到富集器皿中并且已經附接富集器皿的蓋子，還可以讀出器皿上 的條形碼用于監管鏈鑒定的目的。然后孵育富集器皿一段預定的時間。在孵育之后，可以 用條形碼讀出器掃描富集器皿和檢測小瓶。檢測小瓶包括特定地檢測李斯特菌的檢測試 齊U。然后傾斜富集容器以用所需量的樣品（例如，5mL)填充相應的儲集器。將檢測小瓶插 入到富集器皿中以嚙合端口內的針用于以生物防護方式將樣品轉移到檢測小瓶中。然后將 檢測小瓶插入到實時自動化系統內用于樣品的孵育和自動測試，包括樣品的團化和光學分 析。在檢測陽性樣品后，可以移出檢測小瓶，用條形碼掃描器掃描，并且發送用于進一步處 理。
[0282] G.復原臺
[0283] 圖93-95說明了可以與本發明的實施方案聯合使用的復原臺。如上文所論述，在 檢測小瓶中的培養基脫水的情況下，可以將復原流體添加到檢測小瓶中。復原臺有助于計 量所需體積并且能夠在不排空檢測小瓶內所保留的真空的情況下添加復原流體。圖93說 明了一個實施方案，其中復原臺350包括具有夾管閥354的囊狀物352或類似的二級儲集 器。復原臺350通過重力加料以使得流體被配置成自主儲集器行進，通過管道358,并且當 閥354打開時進入囊狀物352中。舉例來說，杠桿356可以順時針旋轉以嚙合或夾緊管道 358,從而在閥354處關閉管道。使用者然后能夠將檢測小瓶360插入到進入口 362中，使 得安置在進入口內的針嚙合塞子364以將復原流體抽取到管中。在檢測小瓶360從進入口 362移出之后，塞子364被配置成密封檢測小瓶以維持內部的真空。此外，囊狀物352被配 置成自動再填充以使得復原臺350始終是準備好的。
[0284] 或者，圖94說明了根據另一個實施方案包括旋轉閥376的復原臺375。在這點上， 復原流體被儲存在儲集器378中并且通過重力加料到第二儲集器或囊狀物中。當旋轉閥 376處于"關閉"位置時，沒有流體由于從囊狀物中泄漏而可以從進入口 380逸出。為了轉 移流體，旋轉閥376可以旋轉到"打開"位置。將檢測小瓶382插入到進入口 380內，借此， 當塞子嚙合安置在進入口內的針時，然后可以從囊狀物中移出流體。將閥376旋轉到打開 位置還關閉了進料到囊狀物中的重力管線。當閥376旋轉回到關閉位置時，囊狀物能夠自 動再填充。旋轉閥376可以用旋鈕或其它適合的機構操作用于打開和關閉閥，不過旋轉動 作不是為了實現閥的這種打開和關閉所必需的（例如，閥通過線性運動而啟動）。
[0285] 圖95描繪了根據本發明的另一個實施方案包括與旋轉閥404流體連通的注射器 402的復原臺400。不同于先前的實施方案，復原臺400不是通過重力加料，使得通過啟動 注射器將復原流體從儲集器406中抽取并且進入注射器402中。在這點上，注射器402可 以被配置成當旋轉閥404處于關閉位置時抽取所需量的復原流體到注射器或安置在其中 的囊狀物中。一旦填充注射器，將閥404旋轉到打開位置允許通過將檢測小瓶插入到進入 口 408內并且嚙合安置在進入口 408內的針來取得注射器內所含的流體。將閥404旋轉到 打開位置關閉了從儲集器406向囊狀物進料的管線。再次，應了解，旋轉閥404可以是有助 于閥的打開和關閉的任何適合的機構。同樣地，注射器402可以是被配置成從儲集器406 中抽取所需量的復原流體的任何適合的裝置。
[0286] 所描繪的實例展示了不需要外部電源的復原臺。本領域的技術人員還可以預想到 被供電的流體計量系統。
[0287] III.代表件微牛物
[0288] 本發明的實施方案可以用于檢測由菌血癥和真菌血癥引起的疑似血流感染。通 常以不同時間間隔從受試者，例如患者的獨立的靜脈中收集多個血液樣品，時間間隔取決 于受試者的癥狀，例如發熱的觀測，或一些其它初始診斷。一定體積的血液樣品，例如對于 成人約3mL至約IOmL以及對于兒科樣品約lmL，在收集之后可以被安置到血液培養生長瓶 中。通常，對于每個收集周期來說，將一個樣品安置在適合于需氧生物體的血液培養生長瓶 中并且將一個樣品安置在適合于厭氧生物體的血液培養生長瓶中。
[0289] 不同于本領域中已知的檢測產氣量的增加作為血液培養樣品中微生物生長的量 度的方法，本發明所公開的方法有利地允許檢測細胞內病原體（例如，細菌、病毒）。細胞內 微生物或病原體在其它細胞（例如，真核細胞）內生長和繁殖，并且因此不能使用本領域中 已知的氣體傳感器來檢測。可以使用本發明所公開的方法檢測的代表性的細胞內微生物包 括（但不限于）沙眼衣原體（Chlamydia trachomatis)和結核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis)ο
[0290] 表I中所呈現的微生物作為菌血癥或敗血癥的病因而通常在受試者中發現，并且 以其在受試者中發現的次序來排序。表2中還注釋了共同代表血液培養樣品中所有陽性結 果的80%的那些微生物以及被認為受處理的那些微生物。
[0291]
【權利要求】
1. 一種用于檢測樣品中的一種或多種微生物的方法，所述方法包括： (a) 提供疑似含有一種或多種微生物的樣品； (b) 將所述樣品安置在試驗小瓶中，其中所述試驗小瓶在內部安置有能夠支持微生物 生長以形成培養樣品的培養基和包含與對所述一種或多種微生物具有親和力的至少一種 特異性結合成員締合的一種或多種指示劑粒子的試劑；以及與對所述一種或多種微生物具 有親和力的至少一種特異性結合成員締合的一種或多種磁性捕獲粒子，其中與所述指示劑 粒子締合的所述結合成員和與所述磁性捕獲粒子締合的所述結合成員可以是相同的或不 同的； (c) 如果所述一種或多種微生物存在于所述樣品中，那么孵育所述培養樣品一段預定 的時間以形成磁性捕獲粒子-微生物-指示劑粒子復合物； (d) 攪動所述試驗小瓶； (e) 使所述磁性捕獲粒子_微生物_指示劑粒子復合物暴露于磁場以誘導所述復合物 遷移到所述試驗小瓶的局部區域； (f) 光學詢查所述試驗小瓶的所述局部區域以誘導所述指示劑粒子產生可檢測信號來 檢測所述樣品中的所述一種或多種微生物； (g) 分散所述磁性捕獲粒子-微生物-指示劑粒子復合物；以及 (h) 重復步驟（c)-(g) -次或多次。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中重復步驟（c)-(g)以規律的時間間隔發生。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中步驟（c)和（d)同時發生。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中步驟（e)形成包含磁性捕獲粒子-微生物-指示 劑粒子復合物的團塊。
5. 根據權利要求4所述的方法，其中所述團塊是使用視覺或光學手段可檢測的。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中所述樣品包括血液樣品。
7. 根據權利要求1所述的方法，其中所述樣品包括食品樣品。
8. 根據權利要求1所述的方法，其中所述樣品包括環境樣品。
9. 根據權利要求1所述的方法，其中所述樣品包括農業樣品。
10. 根據權利要求1所述的方法，其中將所述樣品安置在試驗小瓶中包括從器皿中連 同任選的培養基一起轉移所需量的所述樣品，其中所述器皿包括： 容器，其用于在內部接收培養樣品，所述容器具有開口端和封閉端； 蓋子，其被配置成以流體密封連接方式嚙合所述容器的所述開口端； 筐體，其耦合到所述蓋子并且包括至少一個儲集器，所述筐體被安置在所述容器的所 述開口端與所述封閉端之間，所述儲集器被配置成在內部容納一定體積的培養樣品；以及 至少一個針組件，其與所述蓋子嚙合，所述針組件包括在所述儲集器內延伸的針， 其中所述針被配置成選擇性地抽取所述儲集器中所含的樣品，并且其中所述針被進一 步配置成嚙合小瓶用于以生物防護方式將所述樣品從所述儲集器轉移到所述小瓶。
11. 根據權利要求1所述的方法，其中將所述樣品安置在試驗小瓶中包括以生物防護 方式從其中不存在所述磁性粒子和指示劑粒子的器皿中連同任選的培養基一起提取所述 樣品。
12. -種用于計量所需量的樣品的器皿，所述器皿包括： 容器，其用于在內部接收樣品，所述容器具有開口端和封閉端； 蓋子，其被配置成以流體密封連接方式嚙合所述容器的所述開口端； 筐體，其耦合到所述蓋子并且包括至少一個儲集器，所述筐體被安置在所述容器的所 述開口端與所述封閉端之間，所述儲集器被配置成在內部容納一定體積的樣品；以及 至少一個針組件，其與所述蓋子嚙合，所述針組件包括在所述儲集器內延伸的針， 其中所述針被配置成選擇性地抽取所述儲集器中所含的樣品，并且其中所述針被進一 步配置成嚙合小瓶用于以生物防護方式將所述樣品從所述儲集器轉移到所述小瓶。
13. 根據權利要求12所述的器皿，其中所述容器是由對可見光輻射透明的材料構造。
14. 根據權利要求12所述的器皿，其中所述筐體界定第一儲集器和第二儲集器，并且 其中所述蓋子界定具有在所述第一儲集器內延伸的第一針的第一針組件和具有在所述第 二儲集器內延伸的第二針的第二針組件。
15. 根據權利要求14所述的器皿，其中所述第一針和所述第一儲集器被配置成以供與 第一種類型的試驗一起使用，其中所述第二針和所述第二儲集器被配置成以供與第二種類 型的試驗一起使用，并且第一種類型的試驗不同于所述第二種類型的試驗。
16. 根據權利要求15所述的器皿，其中所述第一儲集器被配置成容納約5mL，并且其中 所述第二儲集器被配置成容納約100 U L。
17. 根據權利要求12所述的器皿，其中所述筐體界定被配置成幫助流體通過所述筐體 排出的肋條。
18. 根據權利要求12所述的器皿，其進一步包括在所述至少一個儲集器上方的頂部空 間以使得當所述容器傾斜時所述樣品能夠容易地進入所述至少一個儲集器。
19. 根據權利要求18所述的器皿，其中所述筐體界定至少一個孔，其中所述孔被配置 成使得在所述容器被返回到直立位置之后過量樣品能夠排入到所述容器中。
20. 根據權利要求12所述的器皿，其中所述蓋子界定排氣口用于允許任何無害的氣態 副產物從所述容器中逸出以防止所述容器內的壓力積累。
21. 根據權利要求12所述的器皿，其進一步包括從所述蓋子的底表面延伸的排氣柱， 其中所述排氣柱界定通過其的開口用于接收和嚙合過濾器以過濾退出所述容器的氣態副 產物。
22. 根據權利要求12所述的器皿，其進一步包括從所述蓋子的底表面向外延伸的第一 嚙合柱和從所述筐體的上表面向外延伸的第二嚙合柱，其中所述第一嚙合柱被配置成與所 述第二嚙合柱對齊并嚙合。
23. 根據權利要求12所述的器皿，其中所述蓋子界定至少一個被配置成允許搭配所述 小瓶的特定頂帽的鍵控開口。
24. 根據權利要求12所述的器皿，其中所述針包括罩蓋所述針的保護套管，其中所述 保護套管被配置成隨著所述小瓶被向下推并且與所述針嚙合而被壓縮，并且其中所述保護 套管被配置成隨著所述小瓶離開與所述針的嚙合而返回其罩蓋所述針的原始形狀以能夠 進行所述生物防護方式的轉移。
25. 根據權利要求12所述的器皿，其中所述蓋子進一步包括至少一個回退特征以防止 在沒有另外脫離所述回退特征的情況下擰松所述蓋子。
26. -種與用于計量所需量的樣品的容器一起使用的蓋子組件，所述蓋子組件包括： 蓋子，其被配置成以流體密封連接方式嚙合容器的所述開口端，所述蓋子任選地含有 墊圈； 筐體，其耦合到所述蓋子并且包括至少一個儲集器，所述儲集器被配置成在內部容納 一定體積的樣品；以及 至少一個針組件，其與所述蓋子嚙合，所述針組件包括在所述儲集器內延伸的針， 其中所述針被配置成嚙合小瓶用于以生物防護方式將樣品從所述儲集器轉移到所述 小瓶。
27. 根據權利要求26所述的蓋子組件，其中所述筐體界定第一儲集器和第二儲集器， 并且其中所述蓋子界定具有在所述第一儲集器內延伸的第一針的第一針組件和具有在所 述第二儲集器內延伸的第二針的第二針組件。
28. 根據權利要求27所述的蓋子組件，其中所述第一針和所述第一儲集器被配置成以 供與第一種類型的試驗一起使用，其中所述第二針和所述第二儲集器被配置成以供與第二 種類型的試驗一起使用，并且第一種類型的試驗不同于所述第二種類型的試驗。
29. 根據權利要求28所述的蓋子組件，其中所述第一儲集器被配置成容納約5mL，并且 其中所述第二儲集器被配置成容納約100 U L。
30. 根據權利要求26所述的蓋子組件，其中所述筐體界定被配置成幫助流體通過所述 筐體排出的肋條。
31. 根據權利要求26所述的蓋子組件，其中所述蓋子界定排氣口用于允許任何無害的 氣態副產物逸出。
32. 根據權利要求26所述的蓋子組件，其進一步包括從所述蓋子的底表面延伸的排氣 柱，其中所述排氣柱界定通過其的開口用于接收和嚙合過濾器以過濾氣態副產物。
33. 根據權利要求26所述的蓋子組件，其進一步包括從所述蓋子的底表面向外延伸的 第一嚙合柱和從所述筐體的上表面向外延伸的第二嚙合柱，其中所述第一嚙合柱被配置成 與所述第二嚙合柱對齊并嚙合。
34. 根據權利要求26所述的蓋子組件，其中所述蓋子界定至少一個被配置成允許搭配 小瓶的特定頂帽的鍵控開口。
35. 根據權利要求26所述的蓋子組件，其中所述針包括罩蓋所述針的保護套管，其中 所述保護套管被配置成隨著小瓶被向下推并且與所述針嚙合而被壓縮，并且其中所述保護 套管被配置成隨著小瓶離開與所述針的嚙合而返回其罩蓋所述針的原始形狀以能夠進行 所述生物防護方式的轉移。
36. 根據權利要求26所述的蓋子組件，其中所述蓋子進一步包括至少一個回退特征以 防止在沒有另外脫離所述回退特征的情況下擰松所述蓋子。
37. -種檢測小瓶，其用于以生物防護方式將樣品從儲集器轉移到所述小瓶，其中所述 檢測小瓶包括： 主體，其具有開口；以及 頂帽，其用于嚙合所述主體并且密封所述開口，其中所述頂帽包括被配置成保持內部 真空的塞子并且任選地包括吸收墊，其中所述頂帽界定被配置成在器皿的蓋子的鍵控開口 內配合的多個肋條。
38. 根據權利要求37所述的檢測小瓶，其中所述主體沿著長度界定恒定的壁厚以增強 團化和光學分析。
39. -種檢測小瓶，其用于以生物防護方式從儲集器轉移樣品，其中所述檢測小瓶包 括： 主體，其具有開口；以及 頂帽，其用于嚙合所述主體并且密封所述開口，其中所述頂帽包括被配置成保持內部 真空的塞子并且任選地包括吸收墊，其中所述頂帽可以被配置成配合指定的轉移口。
40. 根據權利要求39所述的檢測小瓶，其中所述主體沿著長度界定恒定的壁厚以增強 團化和光學分析。
41. 一種注射器，其用于以生物防護方式將樣品從儲集器轉移到所述注射器，其中所述 注射器包括： 主體； 把柄； 柱塞桿，其耦合到所述把柄； 頂帽； 柱塞，其耦合到所述柱塞桿的末端并且被配置成在所述主體內縱向位移； 隔片；以及 密封件。
42. -種用于自動處理多個含有培養樣品的管的系統，所述系統包括： 孵育箱，其用于在內部接收多個樣品管，所述孵育箱被配置成在預定溫度下孵育所述 樣品管； 第一平移裝置，其耦合到所述樣品管并且被配置成移動所述樣品管用于攪動所述樣品 管，所述第一平移裝置被進一步配置成將所述樣品管從所述孵育箱移動到檢測區并且攪動 所述檢測區內的所述樣品管； 磁體組件，其被配置成將磁場施加到所述檢測區內的所述多個樣品管； 光學裝置，其被配置成詢查所述檢測區內的所述多個樣品管中的每一者用于檢測一種 或多種微生物；以及 第二平移裝置，其耦合到所述光學裝置并且被配置成移動所述檢測區內的所述光學裝 置用于詢查所述樣品管中的每一者。
43. 根據權利要求42所述的系統，其中所述磁體組件被配置成繞樞軸轉動遠離所述樣 品管以用所述光學裝置詢查。
44. 根據權利要求42所述的系統，其中所述系統界定可以在不同溫度下操作的多個高 溫區，其中每個高溫區被配置成含有一個或多個孵育箱。
45. 根據權利要求42所述的系統，其進一步包括至少一個被配置成加熱所述孵育箱的 加熱元件。
46. 根據權利要求42所述的系統，其中所述孵育箱被配置成接收用于固持多個樣品管 的托盤。
47. 根據權利要求46所述的系統，其中所述第一平移裝置被配置成沿著所述孵育箱的 軸水平地振蕩所述托盤。
48. 根據權利要求42所述的系統，其中所述磁體組件包括一對間隔開的縱向磁體，并 且其中所述光學裝置包括在所述對的縱向磁體之間延伸的讀出頭。
【文檔編號】C12M1/00GK104364653SQ201380030468
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年3月15日 優先權日:2012年4月12日
【發明者】K·韋德梅爾, R·L·坎佩爾, E·G·卡盧瑟斯, A·C·庫里, K·G·多蘭, A·萊伯曼-文森, W·D·伍德雷, M·M·H·庫洛達, A·D·蘭特茲, D·李文斯頓, M·J·麗茲, A·R·洛克哈特, E·李特馳, E·A·法羅斯, D·E·格雷里克, J·凱斯勒, S·羅夫特, J·S·奧佳拉, M·A·泰爾莫, M·巴特寇維克, S·N·丹霍夫, G·S·克拉莫, T·D·郝伯特, M·L·瑪紹, J·A·普雷斯科特, R·J·蘇莫爾維勒, M·S·烏爾里奇, D·S·塞巴 申請人:貝克頓·迪金森公司