盒组件的制作方法

实施方案总体上涉及用于流体系统的盒组件，并且具体地涉及可用于确定微生物对测试物质或测试剂的反应的这种盒组件。

背景技术

抗生素耐药细菌是一个日益严重的全球性问题，因为抗生素无法杀死这些细菌或使其停止分裂。在许多情况下，细菌的产生时间非常快(大约20分钟)，由于细菌的产生时间短和相对的遗传不稳定性，细菌可能很快获得对抗生素的耐药性。抗生素耐药细菌感染在人群中越来越普遍，并且这些细菌中的一些甚至已经成为多重耐药菌，有时意味着没有有效的抗生素可用于阻止它们的生长。这些多重耐药细菌是一个严重的公共卫生问题，因为感染这些细菌的患者可能会因为无法治疗他们的细菌感染而死亡。

用于识别和研究微生物(包括但不限于细菌、真菌、寄生虫和病毒)及其对杀死微生物或抑制微生物生长的测试剂(诸如抗生素)的耐药性的传统方法在细菌这个示例中主要限于肉汤微量稀释，其中将不同浓度的抗生素和待测试的细菌添加到微量滴定板的不同孔中。在孵育指定的时间(通常为16至20小时)后，通过测量不同孔中的光学浊度来检查孔的细菌生长。

通常也使用柯比-鲍尔(Kirby-Bauer)试验，这基本上是一种琼脂扩散方法。在此，将含有限定浓度的杀菌或抑菌抗生素的圆片或圆盘放置在铺有细菌的琼脂板上。将琼脂板进行孵育，如果抗生素阻止细菌生长或杀死细菌，则孵育后可见抑制区。

另一种现有技术方法是所谓的E试验。E试验使用浸渍有不同浓度的待评价其杀灭作用或生长抑制作用的测试剂的矩形条。在典型的方法中，细菌铺在琼脂板上的2D培养物中并生长，然后将E试验条放置在琼脂板的顶部。E试验条通过扩散而释放测试剂，并且通常在孵育24小时后检查释放的测试剂的生长抑制作用。

柯比-鲍尔试验和E试验作为用于抗生素敏感性测试(AST)和评估抗生素或其他测试剂对微生物的作用的二维(2D)培养方法有许多局限性。例如，这些设置通常要求将微生物(例如细菌)过夜培养，以允许明确的结果读出，表明特定细菌菌株是否对给定抗生素具有耐药性。另一个局限是，测试物质的抑制浓度的读出只可能在不同的数字步骤中和E试验条所用的选定浓度中进行。用于传统AST的肉汤微量稀释方法的缺点基本相同。

为了缩短AST时间，已经开发了用于快速AST(RAST)的微流体通道系统。此类RAST方法包括基于液滴的微流体通道系统，其中细菌被捕获在包含抗生素的液滴中。基于液滴的系统的局限是只能测试单一抗生素浓度。其他RAST方法包括使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)微通道、在微流体电极结构中对细菌的介电泳捕获、具有抗生素的预负载PDMS层、将细菌共价结合到微流体通道并且使其经受机械剪切应力、使用异步磁珠旋转(AMBR)生物传感器或在微流体琼脂糖通道系统中跟踪单细胞生长。这些不同的RAST方法的主要局限是它们只能测试单一抗生素浓度或一组几个选定的抗生素浓度。

还提出使用微流体系统来分析细菌生物膜的抗生素敏感性。然而，这种微流体系统需要24小时的孵育，并且待测试的细菌必须含有能够表达绿色荧光蛋白(GFP)的质粒。

因此，仍然需要不具有现有技术缺点的用于微生物反应测试的系统。特别需要一种可用于此类系统的盒组件。

技术实现要素：

本发明的一般目的是提供一种盒组件，该盒组件可用在用于微生物反应测试的系统中。

这个和其他目标通过如本文所公开的实施方案来满足。

本发明由独立权利要求限定。在从属权利要求中限定本发明的其他实施方案。

本发明的一个方面涉及一种盒组件，该盒组件包括盖、第一盒半部和第二盒半部以及滑块。盖被构造成定位在第一盒半部和第二盒半部上，并且将第一盒半部和第二盒半部与夹在第一盒半部和第二盒半部之间的滑块保持在一起。滑块包括呈穿过滑块的通孔形式的N≥2个测试室。第一盒半部和第二盒半部中的每一者包括N个串联连接并且由相应壁隔开的废料槽以及通过竖直出口通道并且通过空气阀与废料槽流体连接的过量液体槽。第一盒半部的入口端口被构造成接收液体，该液体顺序地填充每个废料槽和限定在废料槽上方的顶部空间。空气阀的打开导致顶部空间中的液体通过竖直出口通道排放到过量液体槽中，并且导致废料槽中等体积液体的分离。

在实施方案中，滑块包括与滑块的第一端连接的第一通孔和与滑块的第二端连接的第二通孔。在该实施方案中，第一盒半部和第二盒半部各自包括圆周通道，该圆周通道具有被构造成与第一通孔对准的第一开口和被构造成与第二通孔对准的第二开口。第一盒半部和第二盒半部中的每一者还包括互连圆周通道和废料槽的蛇形通道。在该实施方案中，第一盒半部的入口端口与圆周通道流体连接。与圆周通道相比，蛇形通道对液体呈现更高的流动阻力，以使得能够在液体通过蛇形通道进入废料槽之前填充圆周通道。

盒组件使得能够精确计量贮液器中预定体积的液体，以实现测试剂的精确浓度以及在测试室中的3D培养基质上的浓度梯度的受控建立。因此，为了确定微生物对测试剂的反应，包括确定最小抑制浓度(MIC)值，可将存在于生物样品中的微生物暴露于明确限定的浓度梯度。

附图说明

通过参考以下结合附图进行的描述可最好地理解所述实施方案以及其另外的目标和优点，在附图中：

图1是根据实施方案的盒组件及其主要部件的图示；

图2是根据实施方案的具有组装的盒半部和滑块的盒组件的图示；

图3是根据实施方案的组装的盒半部和滑块的顶视图；

图4是根据实施方案的盒组件的图示；

图5是根据实施方案的盒半部连同各种带、膜和盖的图示；

图6是根据实施方案的如在仰视图(上图)、侧视图(中图)和顶视图(下图)中看到的盒半部连同各种带、膜和盖的图示；

图7是根据实施方案的定位在处于运输位置的盒托盘中的盒组件的图示；

图8是根据实施方案的定位在处于装载位置的盒托盘中的盒组件的图示；

图9是根据实施方案的与液体装载相关的盒组件的图示；

图10是根据实施方案的与液体装载相关的盒组件的仰视图；

图11是根据实施方案的与液体装载相关的盒半部的一部分的特写；

图12是根据实施方案的与液体装载相关的盒半部和滑块的顶视图(下图)以及沿线A-A的截面图(上图)；

图13是根据实施方案的与样品装载相关的盒组件的图示；

图14是根据实施方案的与样品装载相关的盒组件的仰视图；

图15是根据实施方案的与压力施加相关的盒组件的图示；

图16是根据实施方案的在施加短压力脉冲之后的盒半部和滑块的顶视图(下图)以及沿线B-B的截面图(上图)；

图17是根据实施方案的在施加短压力脉冲之后的盒半部的一部分的特写；

图18是根据实施方案的与施加长压力脉冲相关的盒组件的仰视图；

图19是根据实施方案的与施加长压力脉冲相关的盒半部和滑块的顶视图(上图)以及沿线C-C的截面图(下图)；

图20是根据实施方案的在施加短欠压脉冲之后沿着图19中的线C-C的截面图；

图21是根据实施方案的处于样品填充位置的盒半部和滑块的侧视图；

图22是根据实施方案的处于流动位置的盒半部和滑块的侧视图；

图23是根据实施方案的盒半部的侧视图；

图24是根据实施方案的在操作期间通过测试室内的3D培养基质建立浓度梯度的盒组件的仰视图；并且

图25是根据实施方案的用于确定微生物对测试剂的反应的系统的示意性概览。

具体实施方式

在所有附图中，相同的附图标记用于相似或对应的元件。

实施方案总体上涉及用于流体系统的盒组件，并且具体地涉及可用于确定微生物对测试物质或测试剂的反应的这种盒组件。

已经得出结论，流体系统(诸如微流体系统)可设计成特别适合于监测或确定微生物对各种测试剂的反应。更详细地，此类具有带有三维(3D)培养基质的测试室的流体系统提供了快速确定微生物对测试剂或实际上对多种测试剂的任何组合的反应的有效工具，该三维培养基质包含相关微生物的培养物。

此类流体系统具有使其成为非常有效的工具的关键特征。首先，可在3D培养基质的至少一部分上快速且准确地建立相关测试剂的稳态梯度。这意味着连续的测试剂浓度范围从3D培养基质的末端部分或侧面中的一者处的高浓度向下建立至3D培养基质的另一端部部分或侧面处的低或零浓度。因此，可对连续的测试剂浓度范围进行测试。这与现有技术形成鲜明对比，在现有技术中，可测试一个或至多几个预定浓度，但不能测试任何连续的浓度范围。因此，可更精确地确定例如抗生素的最小抑制浓度(MIC)。

其次，在3D培养基质中培养微生物。因此，允许微生物在三个维度上生长。这又提供了3D培养基质中存在活的且正在生长的微生物的区域与细胞死亡或低生长的区域之间的显著差异。因此，实施方案提供了增强的信噪比。因此，与在二维(2D)表面上生长为生物膜的微生物相比，更容易区分3D培养基质中的不同区域或区，在该二维表面上可生长较少的微生物，从而产生较低的检测信号。

可在3D培养基质的至少一部分上快速建立测试剂的梯度。这与微生物在三个维度上生长的可能性一起使得能够在非常短的时间内，通常在一个或至多几个小时内读取微生物对测试剂的反应。这应该与通常需要过夜孵育的几种现有技术进行比较。

本发明涉及一种用于流体系统的盒组件，该盒组件被设计成容纳3D培养基质。因此，盒组件可用于流体系统中以监测和确定微生物对测试剂的反应。盒组件的典型应用是分析来自患有细菌感染(诸如败血症)的患者的生物样品(诸如血液样品)对不同抗生素的敏感性，并且在短时间内(通常在1小时至4小时内)确定每种抗生素对生物样品中细菌的MIC。

盒组件优选地呈预装载有测试剂(诸如抗生素)的一次性盒组件的形式，生物样品装载到该盒组件中。流体系统还包括分析仪器，该分析仪器用于在生物样品暴露于抗生素梯度时监测和分析，优选地以光学方式监测和分析细菌生长。

参见图1至6，盒组件1由以下四个主要部件组成：两个盒半部200A、200B、一个滑块300和一个盖100。盒半部200A、200B包括用于生物样品和液体的入口端口210、211以及用于压力接口的连接端口212。滑块300包括呈穿过滑块300厚度的通孔形式的测试室302。将在这些测试室302中形成3D培养基质，并且将监测和分析微生物生长和对测试剂的反应。盖100用于将主要部件保持在一起并且具有支撑功能。

盖100具有封盖105和从封盖105延伸的四个侧壁101、102、103、104，并且包括两个端壁102、104和两个纵向壁101、103。两个端壁102、104优选地包括相应窗口106，该窗口被构造成接纳如图4所示的两个盒半部200A、200B的端壁201、203。

盖100的封盖105包括开口110、111、112、113，当主要部件如图4所示组装在一起时，该开口定位成与两个盒半部200A、200B中的入口端口和连接端口210、211、212对准。封盖105还包括中央开口或窗口107，其提供通过盖100到滑块300和设置在其中的测试室302的视觉访问。在优选实施方案中，支撑结构120从封盖105的底部表面延伸并且支撑滑块盖122，该滑块盖被构造成与盒组件1中的滑块300对准并且覆盖该滑块。支撑结构120布置在盖105处，相邻支撑结构120之间具有间隔，以形成窗口121，从而允许到盒组件1中的盒半部200A、200B中的贮液器240的视觉访问。滑块盖122包括与滑块300中的测试室302对准的开口或窗口123，以提供通过滑块盖122并进入测试室302的视觉访问。

在实施方案中，卡扣配合连接器可用于将盖100与盒半部200A、200B以及夹在第一盒半部200A与第二盒半部200B之间的滑块300互连。在这种情况下，盖110可包括至少一个卡入区域或通孔，诸如在其端壁102、104和/或纵向壁101、103中的每一者中。第一盒半部200A和第二盒半部200B然后可包括突出结构或唇缘，该突出结构或唇缘被构造成进入盖100中的卡入区域或通孔以实现卡扣配合锁定，优选地悬臂卡扣配合锁定。

在实施方案中，盖100可包括一个定位在另一个顶部上的两个卡入区域或通孔。在这种实施方案中，盖100可在两个不同的位置(优选地对应于运输位置(见图7)和装载位置(见图4和图8))锁定到第一盒半部200A和第二盒半部200B。在这种情况下，盒组件1可在运输位置中被递送，其中第一盒半部200A和第二盒半部200B的突出结构或封盖位于盖100中的卡入区域或通孔的最低处。这意味着盒组件1的部件优选地也在运输期间互锁，从而防止部件散落。在装载位置，盖100被向下按压，从而使第一盒半部200A和第二盒半部200B的突出结构或封盖进入盖100中的卡入区域或通孔的最上部，从而使部件在该装载位置保持互锁。

在上述实施方案中，已经描述了卡扣配合连接器，该卡扣配合连接器具有盖100中的卡入区域以及第一盒半部200A和第二盒半部200B中的突出结构或封盖。在另一实施方案中，卡入区域代替地位于第一盒半部200A和第二盒半部200B中，且在盖100中具有匹配的突出结构或封盖。

同样，优选地在对应于运输和装载位置的两个不同位置中互锁盒组件1的部件的其他解决方案也是可能的，并且可代替卡扣配合连接器使用。

滑块300包括两个通孔301，每个通孔设置成与滑块300的相应端部连接。这些通孔301形成流体系统的一部分，以使得液体能够在盒半部200A、200B之间流动并且通过滑块300。这两个通孔301布置成与盒半部200A、200B的前壁204中的相应开口254对准，如图23中更清楚地示出。滑块300的端侧优选地包括突起303，该突起可滑动到盒半部200A、200B的侧壁203中的匹配凹槽中，以使滑块300相对于盒半部200A、200B对准。滑块300可优选地相对于盒半部200A、200B在样品填充位置(图21)与流动位置(图22)之间竖直移动，如在此进一步描述的。

两个盒半部200A、200B优选地是相同的，除了盒半部200A中的一者优选地在贮液器240中预装载有诸如抗生素的测试剂，而另一盒半部200B优选地缺少这种测试剂。在实施方案中，两个盒半部200A、200B中的一者还包括在液体入口中的塞、膜或带，以防止在填充过程中通过圆周通道泄漏，如在此进一步描述的。在下文中，对盒半部200进行更详细的描述，并且除非另有说明，否则该描述适用于两个盒半部200A、200B。

盒半部200包括端侧或壁201、203，其中一个优选比另一个长。端壁203中的一者包括突起206，该突起被构造成滑动到另一盒半部的端壁201中的匹配槽205中。盒半部200还包括后壁202和前壁204，该后壁和前壁被构造成面对滑块300。前壁204包括开口或连接部254，该开口或连接部与滑块300中的通孔301对准，以在流体系统215中提供周向液体流。前壁204还包括多对开口或接口252、253，优选地，滑块300中的每个测试室302有一对。每个此类对包括用于液体流的上部开口或接口252和用于样品流的下部开口或接口253。前壁204中的每对开口或接口252、253以及开口或连接部254和液体包围接口255优选地包括周向包围开口、接口或连接部252、253、254、255的相应垫圈或密封件251。垫圈或密封件251被构造成与滑块300的主表面接触，从而被压在滑块300与前壁204之间以形成液密连接。

盒半部200还包括前述用于生物样品的入口端口210、211以及用于形成流体系统的一部分的分析仪器的压力接口的液体和连接端口212。盒半部200还包括由相应壁233隔开的多个废料槽230。如图12和图16中更清楚地示出，在废料槽230和壁233上方有顶部空间235。盒半部200优选地包括在滑块300中的每个测试室302的一个废料槽230。废料槽230通过图10所示的沿着盒半部200的端壁201、203和后壁202延伸的流体系统215与盒半部200A、200B中的至少一者中的入口端口210流体连接。因此，流体系统215在盒组件1中形成周向连续通道，该通道由盒半部200A、200B中的一者中的第一通道部分、滑块300中的通孔301和盒半部200A、200B中的另一者中的第二通道部分形成。流体系统215还包括每个盒半部200的蛇形通道216，该蛇形通道将周向连续通道与废料槽230互连。

废料槽230通过竖直出口通道234与过量液体槽232流体连接。在废料罐230与过量液体槽232之间还存在流体连接，其形式呈窄通道231，用作废料罐230与过量液体槽232之间的空气阀。在实施方案中，过量液体槽232在其底部包括标记237，以识别各组废料槽230、贮液器240和测试室302。

盒半部200还包括多个贮液器240，优选每个废料槽230有一个此类贮液器240。然后每个废料槽230通过从废料槽230延伸的通道242与相应的贮液器240流体连接，优选地通过限制性过滤器241，在滑块300处转向，然后继续通向贮液器240，如图18所示。盒半部200A、200B中的一者中的贮液器240优选地预填充有相应的测试剂(诸如冻干抗生素)，而盒半部200A、200B中的另一者中的贮液器240优选地缺少测试剂。

图1示出了盒组件1的四个主要部件在互连之前作为单独的部件。图2示出了盒半部200A、200B互连且滑块300夹在盒半部200A、200B的前壁204之间的盒组件1。图3示出了从上方看到的互连的盒半部200A、200B和滑块300。图4示出了盒组件1，其中盖100在装载位置附接到盒半部200A、200B，即盖100被向下推向盒半部200A、200B，使得盒半部200A、200B的端壁201、203进入盖100的端壁102中的窗口106。

图5和图6示出了根据实施方案的盒半部200以及各种带、膜和盖。图6示出了在仰视图(上图)、侧视图(中图)和顶视图(下图)中看到的附接到盒半部200的带、膜和盖。在该实施方案中，两个底部带220、221附接到盒半部200的下侧，以包围盒半部200中的流体部件和通道，参见图6的上图。第一顶部带224覆盖废料槽230和过量液体槽232。诸如聚醚砜(PES)膜的膜223插入在鞋带227与限制杆226之间。在另一实施方案中，如在此进一步描述的，省略了膜223。此外，鞋带227和限制杆226也可省略，这将在本文中进一步讨论。诸如聚四氟乙烯(PTFE)膜的膜225用于覆盖贮液器240。第二顶部带222被设计成覆盖盒半部200中的流体部件和通道。

在实施方案中，盒组件1与处于如图7所示的运输位置中的盖100一起运输，其中盖100将主要部件保持在一起，但防止在盒半部200A、200B与滑块300之间的垫圈或密封件251的压缩。在实施方案中，盒组件1在如图所示的运输过程中也被定位在盒托盘400中。然后盒托盘400在其顶部表面405中包括开口407，盒组件1插入该开口中。

然后使用者优选将盖100向下推入图8所示的装载位置。这导致盒半部200A、200B的前壁204与滑块300之间的垫圈或密封件251的压缩，从而使盒组件1保持紧密，以避免在注入样品和液体时盒半部200A、200B与滑块300之间的接触点的泄漏。

图9示出了当诸如水、水溶液、缓冲溶液、培养基等液体通过盖100中的开口110被装载时的盒组件1，该开口定位成与盒半部200A、200B中的一者中的入口端口210对准。另一盒半部中的相应入口端口210优选地如图5所示用塞214塞住，或者可用膜或带密封。通过开口110注入液体允许在第一步骤中填充两个盒半部200A、200B中的废料槽230，随后将计量体积的液体从废料槽230转移到贮液器240中。

如图10中更清楚地示出，液体首先流过连接两个盒半部200A、200B的圆周通道215。然后，液体流过两个蛇形狭窄通道216，该通道将注入的液体分成两个等体积，每个盒半部200A、200B对应一个体积。与圆周通道215相比，蛇形通道216呈现出明显更高的流动阻力。因此，一旦液体通过开口110和入口端口210注入，液体在进入蛇形通道216之前首先充满圆周通道215。蛇形通道216和圆周通道215的这种设计实现了将注入的液体分成两个等体积，每个盒半部200A、200B对应一个体积。另外，蛇形通道216使得能够以两个盒半部200A、200B中基本相同的流速对两个盒半部200A、200B中的两个系列的废料槽230进行基本定时的填充。

如图11所示，液体从相应的蛇形通道216经由竖直入口通道236充满经由顶部空间235连接的一系列废料槽230。因此，竖直入口通道236以其下端连接到蛇形通道216，而竖直入口通道236以其上端连接到一系列废料槽230。

废料槽230由壁233隔开以形成一系列废料槽230，其通过存在于壁233与顶部带224之间的顶部空间或体积235彼此流体连接。废料槽230一个接一个地被填充。因此，来自蛇形通道216的液体进入第一废料槽230并且开始填充该第一废料槽230。一旦第一废料槽230充满，液体流过壁233，通过顶部空间235将第一废料槽230和第二废料槽隔开，并且开始填充第二废料槽230。如图12所示，该过程继续直到所有废料槽230充满液体。任何过量液体经由竖直出口通道234逸出到过量液体槽232中。

废料槽230的顶部空间235也经由呈狭窄通道形式的空气阀231连接到过量液体槽232。与竖直出口通道234相比，空气阀231呈现出更高的流动阻力。这意味着在填充期间，液体将不会渗透通过空气阀231，而是在废料罐230之间流动，然后当废料罐230充满时，经由竖直出口通道234进入过量液体槽232，同时空气阀231仍然保持关闭，即没有液体通过。

参见图18，液体也可从废料槽230流入互连废料槽230和贮液器240的液体路径或通道242的一部分。然而，任何此类逸出的液体最多到达限制性过滤器241或狭缝。该限制性过滤器241或狭缝的打开压力高于在液体填充过程中逸出的液体可能施加在限制性过滤器241或狭缝上的任何压力。

过量液体槽232可包括吸收材料，该吸收材料被构造成吸收从废料槽230并且通过竖直出口通道234进入过量液体槽232的任何过量液体。吸收材料可以呈海绵、薄膜或由吸收材料，优选所谓的超吸收材料或超吸收聚合物(SAP)制成的其他装置的形式。然后可将吸收材料布置在过量液体槽232中，以具有基本上对应于过量液体槽232的长度或过量液体槽232的长度的一部分的长度。优选地选择过量液体槽232中的吸收材料的高度，使得即使当吸收进入过量液体槽232的任何液体时，吸收材料也不会到达覆盖废料槽230和过量液体槽232的第一顶部带224。因此，在吸收材料的顶部与第一顶部带224之间优选地存在空气间隙，以使得能够打开空气阀231。这意味着吸收材料的高度优选地小于过量液体槽232的高度。

吸收材料可由能够吸收进入过量液体槽232的液体的任何材料制成。在实施方案中，吸收材料由SAP制成，包括但不限于聚丙烯酸钠盐(聚丙烯酸钠)、聚丙烯酰胺共聚物、乙烯马来酸酐共聚物、交联羧甲基纤维素、聚乙烯醇共聚物、交联聚环氧乙烷、聚丙烯腈的淀粉接枝共聚物。也可使用其他吸收材料，包括聚氨酯(PUR)。

过量液体槽232中的吸收材料降低了过量液体槽232中的任何液体阻塞空气阀231的风险，例如如果使用者将倾斜盒组件1以使得过量液体槽232中的任何液体接触空气阀231并且一旦盒组件1再次被调平就保留在空气阀231中。捕获在空气阀231中的任何此类液体可防止或至少阻碍空气阀231的打开。

吸收材料的另一个优点是其将保持互连废料槽230和过量液体槽232的竖直出口通道234打开，即不充满或至少部分充满液体。具有打开的竖直出口通道234使得即使空气阀231被水滴无意地关闭，在操作(分析)期间液体的流动也是均匀的，因为空气可通过竖直出口通道234而不是通过空气阀231流入顶部空间235。

在非常特定的情况下，诸如干燥的环境空气，并且取决于盒组件1的部件的材料和所使用的液体的类型，静电力可能影响盒组件1中的液体的输送，并且特别是废料槽230的填充。例如，如果此类静电力在盖100和/或第一顶部带224中累积，则此类力可在填充期间吸引液体，导致至少一些液体沿第一顶部带224的下侧输送，而不是从废料槽230流到废料槽230。这可能导致不正确地填充盒半部200A、200B中的至少一些废料槽230。

根据各种实施方案，可避免或至少显着地抑制或禁止在此类非常特殊的条件下静电力的积累。例如，可用导电组合物喷涂盖100的底侧，以在盖100的面向废料槽230的至少一部分上形成薄导电层或薄膜。替代地或另外，盖100可由导电材料制成，诸如导电塑料或聚合物，或者可将导电添加剂添加到盖100的材料中以得到导电盖100。另一替代方案是在废料罐230与第一顶部带224之间提供薄导电带或薄膜，诸如铝带或薄膜。然而，其他替代方案包括提供层压的第一顶部带224，其导电薄膜至少附接到第一顶部带224的面向废料槽230的表面上，或者提供涂覆的第一顶部带224，其导电材料至少涂覆或沉积到第一顶部带224的面向废料槽230的表面上。也可使用导电的第一顶部带224。可组合上述用于防止或至少抑制静电力积累的解决方案。

在这一点上，要么将样品注入盒组件1，要么将废料槽300的顶部空间235清除掉，这将在本文中进一步描述。

如图13所示，样品通过盖100中的开口111注入盒组件1，该开口与盒半部中的一者中的入口端口211对准。样品优选地是包含凝胶悬浮液的生物样品，该凝胶悬浮液可在滑块300中的相应测试室302中聚合成培养基质。样品还可任选地包含允许任何微生物(诸如细菌)在培养基质中生长的培养基。本发明可与本领域已知的任何类型的培养基质材料结合使用，该培养基质材料可注入到盒组件1中并且经聚合以形成固体3D培养基质。另外，培养基质一旦形成就应该优选地是透明的，以允许对其中包含的生物样品进行视觉检查和视觉访问。

合适的基质材料的示例包括琼脂糖材料。这种琼脂糖材料的说明性示例是超低胶凝温度(ULGT)琼脂糖。其他合适的材料包括胶原材料，诸如胶原I。胶原I被充分证明支持3D培养。可使用的其他凝胶包括Engelbreth-Holm-Swarm(ECM)凝胶，诸如Matrigel(BD Bioscience，Bedford，MA，USA)或水凝胶，包括通过固相合成法形成的在N端上具有芴基甲氧基羰基(Fmoc)保护基团的苯丙氨酸(Phe)二肽与Fmoc保护的赖氨酸(Lys)的混合物或仅苯丙氨酸。然而，可使用任何类型的生物相容性基质，只要该基质可以以可溶形式施加并且浇铸或聚合以形成固体培养基质。

参见图14，样品从盒半部200A、200B中的一者的入口端口211以曲折图案流动通过通道系统260和滑块300中的测试室302，以用样品填充相应的测试室302。另一盒体半部200B中的相应端口211优选地用过滤器(诸如过滤器塞)塞住，从而允许空气而不是液体通过过滤器逸出。该过滤器防止样品中的任何细菌通过端口211逸出并因而污染盒组件1的外部。

作为说明性而非限制性的示例，这种过滤器可以是PFTE膜，其在干燥时允许空气通过过滤器逸出。然而，当样品到达过滤器并润湿它时，过滤器不再让空气或液体通过过滤器逸出。这可用作指示不应再向入口端口211注入样品的反馈信号。

然后优选地将盒组件1放置在冰箱内，以引发和完成样品的凝胶反应，从而在滑块300的测试室302中形成固体3D培养基质。然后将盒组件1从冰箱中取出，并且现在准备好用于对存在于生物样品中的微生物(诸如细菌)对测试剂(诸如抗生素)的反应进行分析，该测试剂诸如以冷冻干燥形式预装载在盒半部200A、200B中的一者的贮液器240中。在这一点上，盒组件1因此可插入到流体系统的分析仪器中。

如图15所示，诸如空气压力接口的压力接口连接到盖100中的开口112、113，从而连接到盒半部200A、200B中对准的连接端口212。经由压力接口引入短的过压脉冲，通常持续时间为一秒或几十秒，以从液体中清除废料槽230的顶部空间235。该过压脉冲打开连接顶部空间235和过量液体槽232的空气阀231。参见图16和图17，通过过压脉冲打开空气阀231导致顶部空间235中的液体通过竖直出口通道234排出并进入过量液体槽232中。该操作将废料槽230中的液体分成多个单独且相等的液体体积，每个废料槽230对应一个液体体积。

空气阀231优选地呈互连废料槽230的顶部空间235和过量液体槽232的窄通道的形式。与竖直出口通道234相比，窄通道呈现出明显更高的流动阻力。这意味着在连续填充废料槽230期间，任何过量的液体将从顶部空间235流入竖直出口通道234，而不是通过空气阀231流出。竖直出口通道234的尺寸，特别是截面尺寸相对于空气阀231中的窄通道的尺寸优选地设计成通过重力和毛细力产生欠压，该欠压足够大以将过量液体吸入过量液体槽232中，但没有大到在液体填充阶段打开空气阀231的程度。

如本文前面提到的，在样品填充之前，顶部空间235可从液体中清除。在这种情况下，重力作用在竖直出口通道234中的液体上，从而导致空气从过量液体槽232通过空气阀231抽吸并且进入顶部空间235中，即打开空气阀231。这使得顶部空间235中的液体通过竖直出口通道234排放到过量液体槽232中，从而在废料槽230中将液体分离成等体积。

一旦在废料罐230中获得了单独且等体积的液体，则经由过量液体槽232和空气阀231向废料罐230施加更长时间的过压脉冲，通常为一秒或几秒。该压力脉冲将液体从废料槽230中压出，并且经由液体路径或通道242进入贮液器240，如图18所示(仅示出废料槽230、贮液器240和液体路径或通道242中的一者中的液体)。压力脉冲足够强或高，以打开布置在液体路径或通道242中的限制性过滤器241或狭缝，从而允许将废料槽230中的液体排空到贮液器240中。

因此，限制性过滤器241或狭缝具有这样的功能：在填充废料槽230期间，防止液体在液体路径或通道242中通过限制性过滤器241或狭缝，但一旦通过施加压力脉冲克服了限制性过滤器241或狭缝的打开压力，则使液体能够经过限制性过滤器241或狭缝而流过液体路径或通道242。

在实施方案中，限制性过滤器241由膜223(诸如PES膜)和图5所示的限制杆226形成，该限制杆由鞋带227封闭。在狭缝代替限制性过滤器241的情况下，可省略膜223。在这种情况下，限制杆226包括狭缝，或者狭缝可形成在液体路径或通道242中。在后一种情况下，不需要限制杆226，因此可与膜223和限制性过滤器241一起省略。

贮液器240被填充，直到液体到达附接到贮液器240的顶部的膜225，优选地为PTFE膜。布置在贮液器240的顶部上的膜225优选地被设计为放出空气而不是含水液体。因此，膜225保证所有贮液器240填充有相同体积的液体。

图19示出了填充有相同限定体积的液体的贮液器240。在优选实施方案中，一个盒半部200A中的贮液器240预装有测试剂(诸如冻干抗生素)，其溶解在贮液器240中的液体中。另一盒半部200B中的贮液器240优选地不包含这些测试剂，并且因此在这一点上只包含液体。

施加短时间(通常在一秒到几秒的范围内)的欠压脉冲以打开膜225用于空气流动。因此，如图20所示，欠压脉冲在贮液器240的顶部处允许少量空气245进入。在这一点上，滑块300相对于盒半部200A、200B从图21所示的样品填充位置向上移动到图22所示的流动位置，以使存在于测试室302中的3D培养基质与液体路径或通道241接触。

滑块300与盒半部200A、200B之间的相对移动可通过将盒半部200A、200B和盖100向下按压，使滑块300的底部搁置在表面上，或者通过相对于盒半部200A、200B和盖100向上推动滑块300来实现。

滑块300与盒半部200A、200B之间的相对移动另外形成测试室302中的3D培养基质的明确限定的端部或侧面。因此，相对移动实现了凝胶化样品的切割以形成3D培养基质。3D培养基质的新切割的端部或侧面进一步移动以与盒半部200A、200B的前壁204中的液体开口或接口252对准，从而暴露于填充在两个盒半部200A、200B中的相应液体。

如在图23中更清楚地示出的，盒半部200A、200B具有前壁204，该前壁具有两排开口或接口252、253，上部样品填充排和下部液体流动排。前壁204还具有将周向流动通道215联接在一起的两个横向流动连接部或开口254。前壁204还包括液体包围接口255，当滑块300相对于盒半部200A、200B移动到图22所示的位置时，该液体包围接口被布置成用于捕获和包围包含在滑块300的通孔301中的微小液体体积。任选的中心反应或培养室用作参考室305，因此与流动系统没有连接。该图还示出了围绕接口和流动连接部252、253、254、255的垫圈或密封件251。

在实施方案中，被构造成与参考室305对准并且包围该参考室的垫圈或密封件256优选地具有均匀的高度，即，形成固体密封件而不是如优选地用于测试室302的围绕参考室305的圆周密封件。原因在于，当相对于盒半部200A、200B移动滑块300时，这种圆周密封件可捕获微小的空气体积，并且其中该空气体积然后将位于参考室305中的凝胶化样品(3D培养基质)的侧面。捕获的空气然后可干燥在参考室305中取样的胶凝化样品，并且在这种干燥过程中引起胶凝化样品的变形。然而，优选的固体密封件256防止或至少显着地降低了紧挨着胶凝化样品截留空气的风险，从而避免或至少抑制了参考室305中胶凝化样品的任何不期望的干燥。

施加恒定的欠压开始使恒定的流量(诸如约0.5-1.5μl/min)通过与测试室302连接的液体接口。该液体流从贮液器240进入废料槽230，即在填充贮液器240期间基本上与图18所示的流动方向相反。因此，测试室302中的3D培养基质500的一侧暴露于包含测试剂(诸如抗生素)的液体502，而3D培养基质500的另一侧暴露于缺乏测试剂的液体501。因此，流过3D培养基质500一侧的液体502中测试剂的浓度恒定，而流过3D培养基质相对一侧的液体501中测试剂的浓度优选为零。因此，将在3D培养基质500上建立并且维持测试剂的线性浓度梯度。

测试剂的线性浓度梯度优选地由于测试剂通过3D培养基质的扩散而形成。因此，扩散来自所谓的源侧，其在液体中具有相对于另一侧(表示为吸收侧)更高浓度的测试剂。在优选的实施方案中，3D培养基质任一侧上的液体流速优选地保持基本相似，因为此后在测试室302中没有液体流过3D培养基质500。基本相似表示两个流速优选地是相同的，但是由于泵系统流速的固有变化而可稍微不同。因此，流速差优选地小于10％、更优选地小于5％、诸如小于2.5％、最优选地小于1％。

在至少一些测试室302中，也可使用多种(诸如两种)测试剂的组合。在这种情况下，可在测试室302中的3D培养基质500上为所有或两种测试剂建立浓度梯度。替代地，在3D培养基质500上为一种测试剂建立浓度梯度，而另一种测试剂应在3D培养基质500上以基本均匀的浓度存在。这可通过将第一测试剂仅包括在连接到测试室302的贮液器240中的一者中，而第二测试剂优选以相同的量和浓度存在于连接到测试室302的两个贮液器240中。测试剂的此类组合的非限制性但说明性的示例包括哌拉西林/他唑巴坦、头孢他啶/阿维巴坦和头孢洛扎/他唑巴坦。

如图所示，盒组件1优选地包括多个测试室302。这意味着可在盒半部200A中的一者中的不同贮液器240中提供不同的测试剂，从而在盒组件1的单次运行中监测和分析生物样品中的微生物(诸如细菌)对不同测试剂的反应。例如，可确定生物样品中细菌的不同抗生素的MIC，从而选择可用于对抗或治疗受试者中细菌感染的一种或多种合适的抗生素。

盒组件1的设计使得能够在贮液器240中精确地形成等体积的液体，因此，一旦盒半部200A、200B中的一者中提供的测试剂溶解在液体中，在盒半部200A、200B中的一者中的贮液器240中的测试剂就具有明确限定的浓度。这进一步意味着可在测试室302中的3D培养基质500上建立测试剂的明确限定的浓度梯度，并精确确定样品和3D培养基质500中存在的任何微生物的反应，诸如MIC。

特别地，通过打开空气阀231使液体在废料槽230上方的顶部空间235中流出或排出确保了两个盒半部200A、200B中的每个废料槽230包含相同体积的液体，该液体可被转移到相应的贮液器240。

本发明的一个方面涉及一种盒组件1，该盒组件包括盖100、第一盒半部200A、第二盒半部200B和滑块300。盖100被构造成定位在第一盒半部200A和第二盒半部200B上，并且将第一盒半部200A和第二盒半部200B与夹在第一盒半部200A和第二盒半部200B之间的滑块300保持在一起。在该方面，滑块300包括呈穿过滑块300的通孔形式的N≥2测试室302。在该方面，第一盒半部200A和第二盒半部200B中的每一者包括N个串联连接并且由相应壁233隔开的废料槽230，以及通过竖直出口通道234并且通过空气阀231与废料槽230流体连接的过量液体槽232。在该方面，第一盒半部200A的入口端口210被构造成接收液体以便顺序地填充每个废料槽230和限定在废料槽230上方的顶部空间235。根据该方面，空气阀231被构造成打开，以将顶部空间235中的液体通过竖直出口通道234排放到过量液体槽232中，并且在废料槽230中形成等体积液体的分离。

在实施方案中，空气阀231被构造成与竖直出口通道234相比对液体呈现更高的流动阻力，以防止液体在填充废料罐230的过程中通过空气阀231进入过量液体槽232。

在实施方案中，第一盒半部200A和第二盒半部200B中的每一者包括连接端口212，该连接端口被构造成与盖件100中的相应开口112、113对准。在该实施方案中，空气阀231被构造成由通过盖100中的开口112、113施加的第一过压脉冲而打开。

在另一实施方案中，空气阀231被构造成通过从过量液体槽232穿过空气阀231抽吸空气并且进入顶部空间235而打开。在该实施方案中，抽吸空气由作用在竖直出口通道234中的液体上的重力或由包含在过量液体槽232中的吸收材料吸收竖直出口通道234中的液体而引起。

在实施方案中，空气阀231呈互连顶部空间235和过量液体槽232的通道的形式。在该实施方案中，竖直出口通道234相对于空气阀231的通道的截面尺寸被构造成通过重力和毛细力产生欠压，该欠压足够大以将过量液体吸入过量液体槽232中，但没有大到在填充废料槽230期间打开空气阀231的程度。

在实施方案中，第一盒半部200A和第二盒半部200B中的每一者包括N个贮液器240。在该实施方案中，在第一盒半部200A和第二盒半部200B中的一者中的每个贮液器240包括相应测试剂，并且在第一盒半部200A和第二盒半部200B中的另一者中的每个对应贮液器240缺少相应测试剂。此外，每个废料槽230通过液体通道242与相应贮液器240流体连接，该液体通道从废料槽230延伸，在滑块300处转向并且继续通向贮液器240。

在本文使用的第一盒半部200A和第二盒半部200B中的另一者中的对应贮液器240涉及与第一盒半部200A和第二盒半部200B中的一者中的贮液器240一样与滑块300中的相同测试室302流体连接的贮液器240。这意味着存在于包含特定测试剂的贮液器240中的液体通过液体通道242和盒半部200A、200B的前壁204中的上部开口252输送，以将具有特定测试剂的液体流提供到测试室302中的3D培养基质500的一侧。相应地，存在于缺少特定测试剂的对应贮液器240中的液体通过液体通道242和另一盒半部200A、200B的前壁204中的上部开口252输送，以将缺少特定测试剂的液体流提供到测试室302中的3D培养基质500的另一侧。

在实施方案中，第一盒半部200A和第二盒半部200B中的每一者包括连接端口212，该连接端口被构造成与盖件100中的相应开口112、113对准。在该实施方案中，废料槽230中的等体积液体被构造成通过穿过盖100中的开口112、113施加第二过压脉冲而从废料槽230中压出并且经由液体通道242进入贮液器240。

在实施方案中，每个液体通道242包括限制性过滤器或狭缝241。在该实施方案中，第二过压脉冲被构造成打开限制性过滤器或狭缝241，以允许将废料槽230中的等体积液体排空到贮液器240中。

在实施方案中，限制性过滤器或狭缝241被构造成在填充废料槽230期间防止液体通过限制性过滤器或狭缝241，但一旦通过穿过盖100中的开口112、113施加第二过压脉冲而克服了限制性过滤器或狭缝241的打开压力，则使液体能够经过限制性过滤器或狭缝241而流过液体通道242。

在实施方案中，第一盒半部200A和第二盒半部200B中的每一者包括连接端口212，该连接端口被构造成与盖件100中的相应开口112、113对准。在该实施方案中，膜225布置在贮液器240的顶部上，并且被构造成允许空气而不是液体穿过膜225。此外，膜225被构造成通过在盖100中的开口112、113处施加欠压脉冲而打开，以在贮液器240中的液体与膜225之间引入一定体积的空气245。

在实施方案中，滑块300能够相对于第一盒半部200A和第二盒半部200B在样品填充位置和流动位置之间移动。在该实施方案中，液体通道242与滑块300中的测试室302在流动位置但不在样品填充位置流体连接。

在实施方案中，第一盒半部200A和第二盒半部200B中的每一者包括连接端口212，该连接端口被构造成与盖件100中的相应开口112、113对准。在该实施方案中，当滑块300处于流动位置时，贮液器240中的液体被构造成通过在盖100中的开口112、113处施加负压而流过液体通道242进入废料槽230。此外，测试室302中的相应三维(3D)培养基质500的一侧暴露于包含测试剂的液体502，而相应3D培养基质500的另一侧暴露于缺乏测试剂的液体501，以在相应3D培养基质500上建立测试剂的线性浓度梯度。

在实施方案中，滑块300包括与滑块300的第一端连接的第一通孔301和与滑块300的第二端连接的第二通孔301。在该实施方案中，第一盒半部200A和第二盒半部200B中的每一者包括圆周通道215，该圆周通道具有被构造成与第一通孔301对准的第一开口254和被构造成与第二通孔301对准的第二开口254。第一盒半部200A和第二盒半部200B中的每一者还包括互连圆周通道215和废料槽230的蛇形通道216。第一盒半部200A的入口端口210与圆周通道215流体连接，并且蛇形通道216被构造成与圆周通道215相比对液体呈现更高的流动阻力，以使得能够在液体通过蛇形通道216进入废料槽230之前填充圆周通道215。

在实施方案中，第一盒半部200A和第二盒半部200B中的每一者包括竖直入口通道236，该竖直入口通道在其下端处与蛇形通道216流体连接并且在其上端处与废料槽230流体连接。

在实施方案中，滑块300能够相对于第一盒半部200A和第二盒半部200B在样品填充位置和流动位置之间移动。在该实施方案中，第一盒半部200A和第二盒半部200B中的一者包括入口端口211，该入口端口被构造成当滑块300处于样品填充位置时接收包含凝胶悬浮液的生物样品，该凝胶悬浮液能够在滑块300中的测试室302中聚合成三维(3D)培养基质500。此外，第一盒半部200A和第二盒半部200B中的每一者包括通道系统260，该通道系统与滑块300中的测试室302一起形成曲折图案，并且被构造成用在入口端口211处接收的生物样品顺序地填充测试室302。

在实施方案中，滑块300被构造成一旦凝胶悬浮液在测试室302中已聚合成3D培养基质500，就相对于第一盒半部200A和第二盒半部200B从样品填充位置移动到流动位置。在该实施方案中，滑块300与第一盒半部200A和第二盒半部200B之间的相对移动被构造成切割聚合的生物样品，以形成3D培养基质500的明确限定的侧面，并且将3D培养基质500的侧面与第一盒半部200A和第二盒半部200B的前壁204中的液体开口252对准。

在实施方案中，第一盒半部200A和第二盒半部200B中的每一者包括被构造成面向滑块300的前壁204。在该实施方案中，前壁包括N对开口252、253，该开口包括与相应液体通道242流体连接的相应上部开口252和形成通道系统260的一部分的相应下部开口253。此外，可选但优选的垫圈或密封件251布置在前壁204中，以周向地包围开口252、253。

在实施方案中，盖100包括盖105和支撑结构，该支撑结构从盖105延伸并且支撑滑块盖122，该滑块盖包括窗口123，该窗口被构造成与滑块300中的测试室302对准，以提供通过滑块盖122进入测试室302的视觉访问。

本发明的另一方面涉及一种盒组件1，该盒组件包括盖100、第一盒半部200A、第二盒半部200B和滑块300。盖100被构造成定位在第一盒半部200A和第二盒半部200B上，并且将第一盒半部200A和第二盒半部200B与夹在第一盒半部200A和第二盒半部200B之间的滑块300保持在一起。在该方面，滑块300包括与滑块300的第一端连接的第一通孔301和与滑块300的第二端连接的第二通孔301。在该方面，第一盒半部200A和第二盒半部200B中的每一者包括圆周通道215，该圆周通道具有被构造成与第一通孔301对准的第一开口254和被构造成与第二通孔301对准的第二开口254。第一盒半部200A和第二盒半部200B中的每一者还包括串联连接并且由相应壁233隔开的N≥2废料槽230。第一盒半部200A和第二盒半部200B中的每一者还包括互连圆周通道215和废料槽230的蛇形通道216。在该方面，第一盒半部200A包括与圆周通道215流体连接的入口端口210。根据该方面，蛇形通道216被构造成与圆周通道215相比对液体呈现更高的流动阻力，以使得能够在液体通过蛇形通道216进入废料槽230之前填充圆周通道215。

在实施方案中，第一盒半部200A和第二盒半部200B中的每一者包括竖直入口通道236，该竖直入口通道在其下端处与蛇形通道216流体连接并且在其上端处与废料槽230流体连接。

本发明的其他方面涉及一种盒组件1，该盒组件包括盖100、第一盒半部200A、第二盒半部200B和滑块300。盖100被构造成定位在第一盒半部200A和第二盒半部200B上，并且将第一盒半部200A和第二盒半部200B与夹在第一盒半部200A和第二盒半部200B之间的滑块300保持在一起。在该方面，滑块300包括呈穿过滑块300的通孔形式的N≥2测试室302。在该方面，滑块300能够相对于第一盒半部200A和第二盒半部200B在样品填充位置和流动位置之间移动。第一盒半部200A和第二盒半部200B中的一者包括入口端口211，该入口端口被构造成当滑块300处于样品填充位置时接收包含凝胶悬浮液的生物样品，该凝胶悬浮液能够在滑块300中的测试室302中聚合成三维(3D)培养基质500。根据该方面，第一盒半部200A和第二盒半部200B中的每一者包括通道系统260，该通道系统与滑块300中的测试室302一起形成曲折图案，并且被构造成用在入口端口211处接收的生物样品顺序地填充测试室302。

在实施方案中，滑块300被构造成一旦凝胶悬浮液在测试室302中已聚合成3D培养基质500，就相对于第一盒半部200A和第二盒半部200B从样品填充位置移动到流动位置。在该实施方案中，滑块300与第一盒半部200A和第二盒半部200B之间的相对移动被构造成切割聚合的生物样品，以形成3D培养基质500的明确限定的侧面，并且将3D培养基质500的侧面与第一盒半部200A和第二盒半部200B的前壁204中的液体开口252对准。

在实施方案中，第一盒半部200A和第二盒半部200B中的每一者包括被构造成面向滑块300的前壁204。在该实施方案中，前壁包括N对开口252、253，该开口包括与相应液体通道242流体连接的相应上部开口252和形成通道系统260的一部分的相应下部开口253。可选的垫圈或密封件251布置在前壁204中，以周向地包围开口252、253。

盒组件1可由聚合物材料诸如塑料使用例如注射成型制成。更详细地，盖100可由具有足够刚度以将盒组件1的主要部件保持在一起的任何聚合物或塑料材料制成。用于盖100的合适材料的说明性而非限制性示例是聚碳酸酯(PC)。两个盒半部200A、200B可由对预装载到贮液器240中的测试剂呈惰性的任何聚合物或塑料材料制成。这意味着盒半部200A、200B的材料不应该与测试剂反应或分解该测试剂。在实施方案中，盒半部200A、200B的聚合物或塑料材料是疏水聚合物或塑料材料。在这种情况下，材料的疏水性可用于在曲折通道中产生(反)压力。另外或替代地，聚合物或塑料材料优选地是光学透明的，以使得能够通过盖100中的窗口121来监测贮液器240中的液位。用于盒半部200A、200B的合适材料的说明性而非限制性示例是聚丙烯(PP)。滑块300可由对装载到测试室302中的样品呈惰性的任何聚合物或塑料材料制成。该材料优选地还对测试室302中的3D培养基质500呈现足够的粘附力，以防止3D培养基质500被推出测试室302并且进入盒半部200A、200B的流体系统。滑块300优选地也由光学透明材料制成，以使得能够利用合适的光学系统，优选地基于显微镜的系统来监测测试室302中的3D培养基质500。用于滑块300的合适材料的说明性而非限制性的示例包括聚酯，诸如Eastar^TM共聚多酯MN211；苯乙烯甲基丙烯酸甲酯(SMMA)，诸如30；苯乙烯－丁二烯共聚物(SBC)，诸如T。

微生物(诸如细菌)对测试剂(诸如抗生素)的已建立浓度梯度的反应可通过从上方(即通过与测试室302对准的盖100的滑块盖122中的窗口123)或从下方监测测试室302中存在的3D培养基质500来确定。在任一情况下，优选地从滑块300的另一侧提供光，即，如果从滑块300的下方进行监测则从上方提供光，并且如果从该滑块的上方进行监测则从下方提供光。

可如WO 2015/005863中所公开的进行微生物对测试剂的反应的监测或分析。简言之，可基于3D培养基质中的任何边界区相对于3D培养基质500的一侧的位置来确定微生物对测试剂的反应，该边界区在第一反应区与第二反应区之间，在第一反应区中微生物显示对测试剂的第一反应，在第二反应区中微生物显示对测试剂的不同的第二反应。

在特定实施方案中，可基于3D培养基质中任何边界区相对于3D培养基质500的一侧的位置和基于边界区的宽度来确定微生物对测试剂的反应。在另一特定实施方案中，基于3D培养基质500中的任何边界区相对于3D培养基质500的一侧的位置和基于边界区的形状和任选地基于边界区的宽度来确定微生物对测试剂的反应

例如，如果测试剂是抗生素或另一种杀菌剂或抑菌剂，则其中微生物(这里用细菌表示)暴露于相对低浓度的测试剂的第二反应区可以是具有活的且正在生长的细菌的3D培养基质500的部分。第一反应区优选是3D培养基质500中基本上没有活的或正在生长的细菌的部分，因此第一反应区的特征在于相对缺乏细菌(由于细胞死亡或没有细胞生长)。然后边界区构成正在生长的/活的部分与非生长/细胞死亡部分之间的边界或部分。

从而边界区的位置提供了测试剂的特定浓度的信息，在该特定浓度下微生物对测试剂的反应从第一反应区中发生的反应变为第二反应区中发生的反应。可基于边界区的位置确定的测试剂的这种浓度的具体示例是MIC。

边界区的宽度提供了微生物及其对测试剂的反应的附加信息。例如，如果边界区的宽度基本上为零，即基本上是第一反应区与第二反应区之间的界线或边界，则微生物反应的变化发生在测试剂的特定浓度下。然而，如果边界区具有基本上非零的宽度，则微生物反应的变化发生在对应于边界区相应端部的浓度范围内。

具有非零宽度的边界区可进一步提供关于微生物对测试剂的任何耐药性的信息。因此，延伸的边界区可能意味着在一些微生物中存在对测试剂的耐药性，例如因为它们能够在测试剂的浓度下生长，否则该浓度杀死或阻止非耐药微生物的生长。这意味着可使用边界区的宽度以确定或检测微生物在给定时间对测试剂的任何耐药性。

事实上，利用实施方案的盒组件1实际上可检测微生物中诱导对测试剂的耐药性或确实导致对测试剂耐药性丧失的任何突变。因此，当使用3D培养基质500中的微生物培养物运行盒组件1时，可监测边界区随时间的宽度。边界区宽度随时间的增加通常意味着在至少一些微生物中获得对测试剂的耐药性。对应地，边界区宽度的减小通常意味着在先前显示对测试剂的耐药性的微生物中对测试剂的耐药性的丧失。

在实施方案中，参见图25，系统600的分析仪器25可用于拍摄3D培养基质500的至少一个图像，并且处理该至少一个图像以识别图像中的边界区，包括其位置和任选的宽度和/或形状。替代地，至少一个图像的处理由分析仪器610的或连接到该分析仪器的处理器620执行。分析仪器610可使用例如暗视野显微镜、亮视野显微镜或相衬显微镜拍摄3D培养基质500的至少一个图像，然后由计算机或处理器620处理该至少一个图像，该计算机或处理器被配置成基于在该至少一个图像中检测到的光强度来识别边界区。

在特定实施方案中，分析仪器610包括用于拍摄3D培养基质500的图像的显微镜和照相机。在实施方案中，分析仪器610在滑块300中的3D培养基质500之间逐步移动显微镜和照相机。然后，滑块300可优选地包括与每个测试室302相关的相应标记或标识符，以由此清楚地识别照相机在相对于盒组件1的给定位置处拍摄的图像中的特定3D培养基质500。在另一实施方案中，分析仪器610包括被配置成拍摄多个(诸如所有)3D培养基质500的图像的照相机。该实施方案因此放松了在3D培养基质500之间移动照相机的需要。

本发明的又一方面涉及用于确定微生物对测试剂的反应的系统600，参见图25。系统600包括根据任一实施方案的盒组件1。系统600还包括分析仪器610，其被配置成拍摄测试室302中的三维(3D)培养基质500的至少一个图像。3D培养基质500通过包含微生物和凝胶悬浮液的生物样品的聚合而形成。系统600还包括处理器620，其被配置成基于3D培养基质500的至少一个图像确定微生物对测试剂的反应。

在图25中，处理器620被示为通过有线或无线连接到分析仪器610的独立单元。例如，处理器620可代表或形成连接到分析仪器610并且可选地控制该分析仪器的计算机的一部分。在另一实施方案中，分析仪器610包括处理器620。

本发明的盒组件1可用于确定各种微生物、测试剂和反应的身份，并且监测各种微生物、测试剂和反应。因此，本发明在医院诊所、实验室、诊断实验室、保健设施等中具有许多不同的用途。

例如，盒组件1可用于识别MIC或其他对生物活性化合物有影响或没有影响的浓度阈值，以便识别对任何给定微生物的生长、增殖、死亡或存活有影响的生物活性化合物的最小浓度。

此外，通过建立一组不同测试剂的MIC，可在例如诊断测试中建立测试微生物的表型同一性。表型的分析可导致微生物菌株的完全识别，或者导致关于对各种测试剂的反应的微生物的一般分类。

盒组件1还可用于跟踪测试剂对微生物的生长、增殖、存活力或其他行为方面随时间的MIC变化。该方法使得能够监测微生物在几代的时间内的耐药性(诸如抗生素耐药性)的发展或丧失，从而改变微生物代谢或抵抗测试剂作用的能力。这种类型的实验可用于提供测试剂的合适临床剂量和/或给药频率的指示。因此，盒组件1可用于研究任何给定类型微生物中的任何测试剂或测试剂组合的药效学和药代动力学。

盒组件1还可用于评价和识别测试剂(诸如抗生素)的组合，它们一起比单独的测试剂更有效，或评价测试剂是否具有协同效应，或者它们一起是否对例如微生物的生长、增殖、存活力或其他行为方面没有影响。

盒组件1可用于筛选新药物或化合物对微生物生长、增殖、存活力、死亡、扩散能力或微生物的其他行为方面的影响。

盒组件1还可用于快速获得任何给定微生物对临床实践中使用的药剂的第一反应曲线。然后，目标可以是识别适合于抗微生物治疗患有微生物感染的患者的药剂。这甚至可在患者的生命依赖于快速识别引起感染的微生物以设计适当治疗的情况下使用。

盒组件1可进一步用于研究药物或测试剂对已感染病毒的宿主细胞的影响，其中对细胞行为、细胞存活、细胞增殖、细胞死亡和/或细胞分化的影响用作病毒和测试剂对宿主细胞的量和影响的读数。在本申请中，病毒优选地与已知能够感染的细胞一起放置。因此，对病毒颗粒以及对感染的宿主细胞的直接作用，诸如细胞病变作用，可用于研究不同浓度的测试剂的作用。

作为研究药物对寄生虫的作用的示例，可使用被寄生虫感染并在盒组件1的3D培养基质500中培养的人或小鼠红细胞来研究疟疾寄生虫。然后可测试寄生虫和红细胞对一种或多种药物梯度的反应。

在盒组件1的测试室302中的3D培养基质500中培养微生物使得能够将微生物保持在封闭的测试室302内。这为人员提供了保护，使其免受可能有害的微生物的侵害，而且还保护3D培养基质500中的样品免受污染。

上文描述的实施方案应被理解为是本发明的几个说明性示例。本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对实施方案做出各种修改、组合和变化。具体地讲，在技术上可行的情况下，不同实施方案中的不同的部分解决方案可组合在其他配置中。