于90度的容纳有液体的容器的截面图；
[0081] 图Ib为接触角等于90度的容纳有液体的容器的截面图；
[0082] 图Ic为接触角大于90度的容纳有液体的容器的截面图；
[0083] 图2示出了在表面上的液滴从而定义接触角；
[0084] 图3为包括了弯月面降低构件的容器的截面图，所述弯月面降低构件具有平坦 (flat)阶梯状表面特征；
[0085] 图4为包括了弯月面降低构件的容器的截面图，所述弯月面降低构件具有倾斜阶 梯状表面特征；
[0086]图5为用于包括了弯月面降低构件的容器的嵌入物的截面图，所述弯月面降低构 件具有平坦阶梯状表面特征；
[0087]图6为用于包括了弯月面降低构件的容器的嵌入物的截面图，所述弯月面降低构 件具有倾斜阶梯状表面特征；
[0088] 图7为示出了 6孔板中的孔的弯月面覆盖％的图，所述6孔板在涂覆了涂覆材料 的孔壁上具有嵌入物。
[0089] 图8为示出了 6孔板中的孔的弯月面覆盖％的图，所述6孔板具有完整的阶梯特 征并且在阶梯的上方用涂覆材料涂覆。
【具体实施方式】
[0090] 在下文将描述各种装置或方法以提供每项请求保护的发明的实施方案的实例。下 文描述的实施方案并未对任何请求保护的发明进行限制并且任何请求保护的发明均可以 涵盖与下文描述的那些所不同的方法或装置。所请求保护的发明不限于具有下文描述的任 何一种装置或方法的所有特征的装置或方法，或不限于下文描述的多个或所有的装置所共 有的特征。在下文中描述的装置或方法可以不是任何所请求保护的发明的实施方案。在 本文件中未请求保护的、下文描述的装置或方法中所公开的任何发明可以为另一保护手段 (protectiveinstrument)--例如延续专利申请--的主题，并且申请人、发明人或所有 人不意欲通过该文件中的公开内容放弃、不请求保护或向公众捐献任何所述发明。
[0091]当液体被置于固体表面上时，液体表面呈现出代表有关三相（固相、液相和汽相） 的理化性质的特征性形状。在这三相的接触点处由液体和固体表面所限定出的角称为"接 触角"（0)。这个角的幅度是由液-汽（LV)界面、液-固（LS)界面、和固-汽（SV)界面的 界面自由能（表面张力，Y)确定的。在液体被置于多孔板的培养皿或孔中的情况中，当液 体与固体表面之间的接触角不为90度时，弯月面就形成了。当接触角小于90度时，形成了 凹形的弯月面，而当接触角大于90度时，形成了凸形的弯月面。
[0092] 由于如上所定义的接触角特性，溶液与容纳固体界面的表面能通常被认为是确定 弯月面形状和幅度（例如弯月面宽度、高度和/或面积％ )的限定特征。不过，除了液体 和固体表面的表面能以外，理化特性对于确定平静的含水液体的弯月面形状也具有重要作 用。此类特性包括（a)固体表面的三维拓扑学，（b)液相的组成，（c)固体表面的物理和化 学异质性，以及（d)液体对固体表面的构型改变的诱导性。这造成了接触角滞后，而接触角 取决于上文提及的表面特性的相互作用，所述接触角滞后使得难以基于表面化学从理论上 估算弯月面幅度。本发明的发明人知道目前仍没有任何通用的理论来精确模拟复杂系统 中的接触角，因此通常凭经验确定不同的液体/固体组合的接触角滞后以及所产生的弯月 面。
[0093] 出于几个原因，弯月面对于在容纳液体的容器、培养皿或孔中存在的物体的光学 成像而言可能会造成问题。液体表面的曲率会造成照明光的折射和反射，并在弯月面的区 域内形成光干扰。另外，弯月面使得固体表面附近的液体深度有所改变并且可造成物体在 培养皿或孔的壁附近不均匀分布。
[0094]在数字显微镜的使用中，已经使用了几个方法补偿弯月面效应。可将观察限定在 孔的中心部分，或者当在弯月面内成像时，可增强曝光。物理障碍物，例如盖玻片，也已经用 于压缩弯月面。然而，所述方法是繁琐的并且可能缩小取样的图像区域从而遗漏了细胞培 养物的相关区域而使得这样的方法不能定量。
[0095] 缓解弯月面形成的一个技术是将涂料涂覆到原本光滑的容器壁上，该涂料在具体 被涂覆的壁表面与具体的液体之间的液-固界面处提供所需的表面特性，从而产生约为90 度的动态最小接触角。然而，由于液-固界面的这些表面特性取决于液体的理化特性之间 的复杂的相互作用以及固体表面的化学和物理异质性，因此，对于具有不同特性的液体会 需要不同的壁聚合物或表面涂料。另外，将涂料仅涂覆到容器壁上而不使所述涂料到达容 器底部上是困难的。涂覆容器底部可导致容器底部不完全润湿，这样会接着引起强烈凹陷 的弯月面并对显微镜的使用造成干扰。
[0096] 缓解弯月面形成的另一个技术是在容器壁上创建物理特性以使得弯月面保持在 一个特定的水平，或者通过创建具有交替的凸形弯月面和凹形弯月面的区域使得在评价光 干扰的时候获得有效平坦的弯月面。前一方案的弊端可能会是弯月面降低仅对特定流体体 积奏效，并且如果特征上方的壁被流体润湿的话会显现出弯月面形成，例如在常规处理培 养容器的时候发生弯月面形成。后一方案的弊端是制造起来会是复杂的。
[0097] 有效减小具有不同表面能的各种各样的含水溶液的弯月面幅度的方法（其中所 减小的弯月面在常规处理期间得到维持）对于许多成像和生物学应用来说会是有利的。
[0098] 对于理想的均匀表面，理论或固有接触角的幅度由Young氏方程给出：
[0099]yLVcos0 =ysv-ySL (I)
[0100] 就本申请的目的而言，液相被认为是水溶液、特别是包含生物聚合物如蛋白质、肽 和多糖的粘稠水溶液、或者是细胞培养基。
[0101] 如在上文详细地解释过的一样，可影响在液体和固体表面之间形成的接触角的特 性可包括（a)固体表面的三维拓扑学，（b)液相的组成，（C)固体表面的物理和化学异质性， 以及（d)液体对固体表面的构型改变的诱导性。上述性质（C)和（d)通过引起接触角滞 后作用而对弯月面形状产生影响，其中所述滞后作用被定义为，对于液滴，当液相、固相和 汽相的接触点在固体表面上前进和后撤时，所观察到的液滴的最大和最小接触角之间的差 异。当液体在固体表面上前进时，观察到接触角大于当液体从固体表面后撤时的接触角。这 些"前进"和"后退"接触角分别被认为是动态最大和动态最小接触角，且它们的差异被称为 接触角滞后作用。这种滞后作用是由为克服所述表面上的疏水域和亲水域的不均匀性（化 学不均匀性）所需的能量所产生的，或者是由为克服所述固体表面上的物理障碍（物理不 均匀性、或表面"粗糙性"）所需的能量所产生的。
[0102] 对于化学不均匀性，当水溶液在表面上前进时，所述表面上的疏水域将阻碍所述 溶液的移动，并导致接触角增大；而当所述溶液从表面往后退时，所述表面上的亲水域将使 得液体保留在所述表面上，导致接触角增大。
[0103] 对于物理不均匀性，表面的细微变化将阻碍溶液的移动，对液体的前进前缘产生 阻力（由此增大接触角），而当液体后退时使液体-固体表面的后退边界退缩（由此减小接 触角）。
[0104] 而通过与液相接触所引起的固体表面的构型改变给观察到的接触角引入额外的 滞后作用。表面构型的改变是聚合物固体表面当暴露于液体时所述聚合物固体表面上的官 能团再定位以便使得固相和液相之间的表面处的界面张力最小化导致的。这种再定位被认 为主要包括围绕分子轴旋转表面官能团，而不是聚合物的大分子结构的重排。其结果是已 经暴露于液相的固体表面的（即，已经"湿化的"）部分将展现出改变的表面能。对于与固体 疏水性聚合物的表面相接触的含水液体，由于疏水部分自表面转开，因此预期湿化表面与 非湿化表面相比展现出降低的疏水性。因此，当液相在湿化表面上后退时，相对于非湿化表 面上的所述液体的静态接触角产生减小的接触角。这进一步促成后退接触角的幅度改变。
[0105] 水溶液的组成很可能影响接触角滞后作用。例如，存在调节液体和固体表面之间 的疏水和亲水相互作用的成分或改变液-汽界面和液-固界面的表面能的成分很可能影响 滞后作用。预期存在具有极性和非极性区域的分子（例如表面活性剂、磷脂、或脂肪酸）可 调节改变固体表面上的疏水和亲水部分和含水液体之间的相互作用。此类分子也可对固相 的表面官能团的构型施加不同影响，从而进一步改变接触角。此外，被增溶的成分可粘附于 固体表面，从而改变其表面能并影响接触角。例如，已经示出含白蛋白的溶液可由于蛋白质 吸附于表面上而影响溶液与疏水表面的接触角。此外，水溶液的组成可影响液体的粘度，并 因而影响当系统受到物理扰动之后恢复其平衡状态所需的能量（即高粘性溶液与较低粘 度的类似溶液相比使得平衡时的接触角发生改变）。
[0106] 通常通过以下两种方法之一来确定前进和后退接触角：（1)卧滴法（sessiledrop method)，其中将液相滴放置于固体表面上。在这种情况中，通过增加液滴的体积而得到前 进角，并通过从液滴移除体积而得到后退角。（2)Wilhelmy板方法，其中将聚合物表面缓慢 浸入液相（产生前进接触角），然后自该表面撤退（产生后退接触角）。这些方法产生不同 的绝对接触角，这是因为卧滴法具有静止的水平表面，而Wilhelmy板方法具有运动的垂直 表面。
[0107] 为了清楚起见，将在圆筒管中论述液体的弯月面形成，不过，上述接触角和弯月 面的各方面适用于各种形状的容器（例如，四方形、圆形、或三角形的筒（tube)、孔或其他 容器）。通常，当水溶液被放置于疏水圆筒内时，弯月面的形状由于液体的水平面在圆筒 内升高而由前进接触角决定。对于理想的均匀表面，当液体添加完毕时，弯月面的形状将 按照Young氏方程（上文）所定义的系统的固有接触角的要求达到平衡。不过，在实际 (real-world)应用中，不太可能有理想的均匀表面。因此，如果系统不完全静止，则接触角 滞后作用将会开始起作用。另外，容器的任何物理扰动（例如振动、旋转、或因容器运动而 引起的加速/减速）可能会导致液体水平面的运动，而所述三相接触线（即，固相、液相和 汽相的交汇点）将发生前进接触角和后退接触角的循环。继这一循环之后，新的平衡接触 角建立。新的平衡接触角不可由Young氏固有接触角表示，而可由湿化表面上的溶液的后 退接触角表示。目前，本发明的发明人知道仍没有通用的理论来精确模拟复杂系统中的这 种接触角，因此最好凭经验确定不同系统的后退接触角以及所产生的弯月面（见下文的实 施例）。
[0108] 一般来说，在由固体表面所容纳的典型水溶液的完全静止的系统中，弯月面形状 通过由Young氏方程所预测的固有接触角所限定。不过，此类静态系统在常规的实验室任 务中极其罕见，特别是因为涉及溶液的操作通常需要在添加至容器中之后进行物理混合。 在更加常见的情况中，液体表面受到物理扰动，弯月面形状易受接触角滞后作用、容器内壁 表面的拓扑学和水溶液组分的影响。在实际工作条件下，系统的后退接触角被认为是弯月 面形状和幅度的首要指标。因此，尽管90度的固有接触角是完全静态系统中完美的平坦弯 月面的特征，但在受到物理扰动的系统（在绝大多数实际应用中经常遇到的情况）中则需 要90度的后退接触角来维持平坦的弯月面。
[0109]目前的测定容器和孔板的一个局限性在于，培养皿或孔的周边处的培养基弯月面 在板的周边附近引起光学变形。使用可见光显微镜在可见光透射或暗视野模式或在荧光模 式在这一区域中很难看到细胞或集落。使用照相机和静止光学元件或使用移动光学元件 (如扫描仪中的移动光学元件）所获取的图像会显示出弯月面效应。人脑的图形识别能力 可处理不同背景，且人体观察者能够鉴定出图像中或显微镜下的实体。但是，在没有弯月面 的情况下更容易鉴定出实体。此外，当背景为可变的时基于计算机的图像分析的难度大大 增加，这是因为常规的方法利用背景和前景之间的强度或亮度差异来辨别物体。因此，对于 对培养孔或培养容器中的细胞和其它实体进行手工成像和自动成像而言，消除由于弯月面 引起的光干扰均具有优势。这种优势可延及其中进行光学或分光光度测定或观测的任何测 定法，其包括例如基于荧光、UV光、红外光和可见光的测定法。
[0110] 已经示出，如果培养容器的垂直壁表现出的表面能导致大约90度的固有接触角， 可使得培养基的弯月面幅度最小化，这继而减小通常见于培养容器边缘附近的暗缘。此外， 已经示出，对培养容器内的常规水溶液和培养基的物理扰动导致形成弯月面。这是因为接 触角滞后作用通常在水溶液和固体表面的界面处出现。
[0111] 也已经示出，如果处理培养容器的壁以提供约90度的后退接触角，所述表面的弯 月面降低特征对于物理扰动和长时间温育均稳定。这提高了手工操作者和自动系统辨别培 养容器边缘附近的实体的能力。
[0112] 参考图la-lc，示出了容纳有液体102的容器100的实例。为了清楚和便于描述 起见，在本申请中，将容器100描述为具有侧壁104和底106的圆柱形容器或筒，在包含了 固相的圆柱形筒中讨论液体的弯月面形成。然而，应理解容器100可以为任何合适的形状 (例如，四方形、圆形、或三角形的筒、孔或其他容器），并且可以具有更多或更少数目的侧 壁104(例如四方形容器可以具有四个正交侧壁）。虽然容器的侧壁104以垂直示出，但 是应理解在一些实例中每个侧壁104中的至少一部分可以是倾斜的、弯曲的或成其它形状 的。侧壁104还包括内表面（innerorinteriorsurface) 105用于接触在容器100内容 纳的液体102。
[0113] 在本实例中，容器底106如所示出的一样是平坦的，而在其它实例中，容器底106 可以是倾斜的、凹形的、凸形的或任何其它合适的形状。不论容器底106的实际形状如何， 容器100限定了底面108,其与容器的上端110间隔开并在与平坦容器底106相同的方向上 与容器侧壁104相交。在本实例中，容器底106位于底面108内部。在具有不平坦的底的 其它实例中，容器底106可不与底面108重合。
[0114] 容器100可以由任何合适的材料制得。任选地，可选择适于引入微表面拓扑学或 适于涂覆亲水性、疏水性和超疏水性表面涂料的材料。合适的材料的实例包括聚合物材料、 聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯或者其它合适的聚烯烃或类似的固体 聚合物基材。
[0115] 疏水性涂覆材料可以为例如基于硅氧烷的材料、基于含氟聚合物的材料、石油膏 或石蜡。超疏水性涂料可由纳米结构膜构成，例如由硅、碳或全氟碳聚合物组成的纳米管的 膜。这些涂料在本领域中已知为纳米管"毯（carpet) "、"树木（forest)"或"膜"。纳米结 构的膜也可由其它规则或不规则组织化的分子组合体构成而产生纳米特征的表面。
[0116] 如所示例的，构造容器100以容纳一定体积的液体102。液体102具有自由表面或 上表面114,该表面具有液体表面张力。液体表面张力的特性和特征可取决于所述液体的组 成。可以容纳于容器100中的液体102的实例包括盐、糖、蛋白质、糖蛋白、多糖、甲基纤维 素、琼脂、胶原、或其它类似的胶凝剂的水溶液。
[0117] 参考图la，在容器侧壁104的内表面105与液体的自由表面114的界面处，液体表 面的外周部分可以在容器1〇〇内以与自由表面水平114不同的水平接合容器100的内表面 105。自由表面114与液体-侧壁界面之间的表面水平差异是指弯月面118所具有的