專利名稱：呼吸冷凝液取樣器和檢測(cè)器以及呼吸/呼吸冷凝液取樣器和檢測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)：
呼出氣冷凝液(EBC)中含有多種成分，包含小分子、蛋白質(zhì)及DNA。通過測(cè)量患者的呼出氣冷凝液中這些成分的存在或數(shù)量，可提供診斷及其它信息，包含pH、包含抗炎性或促炎性細(xì)胞因子在內(nèi)的各種蛋白質(zhì)的存在等等。然而，迄今為止，呼吸冷凝液取樣器需要患者向取樣管里面呼氣很長(zhǎng)一段時(shí)間，例如十分鐘，以便收集必要數(shù)量的樣本。這個(gè)過程很費(fèi)時(shí)間，而且患者體力上也有困難。然后將試管送出供在實(shí)驗(yàn)室里分別分析收集到的樣本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于在呼出氣冷凝液中發(fā)現(xiàn)的分析物的直接取樣器和檢測(cè)器。在呼吸冷凝液在到達(dá)傳感器表面之前冷凝或在傳感器表面上直接冷凝時(shí)，瞬時(shí)檢測(cè)呼吸冷凝液中的分析物。因?yàn)榉治龌驒z驗(yàn)是在患者呼氣之后立刻執(zhí)行，所以分析物穩(wěn)定性得到顯著改善，從而提供準(zhǔn)確、可靠、一致且臨床上適用的結(jié)果。在某些實(shí)施例中，提供組合呼吸冷凝液/呼吸取樣器和檢測(cè)器，從而能夠在單次取樣會(huì)話中提供對(duì)冷凝及氣相分析物的多重分析。收集呼吸并將其引導(dǎo)到一個(gè)或一個(gè)以上子系統(tǒng)。在每一子系統(tǒng)內(nèi)，將呼吸部分冷凝，或者阻止其冷凝。所述技術(shù)還允許實(shí)時(shí)連續(xù)地監(jiān)視，因此允許立刻反饋給醫(yī)學(xué)專業(yè)人員及額外的硬件兩者，例如呼吸機(jī)、麻醉機(jī)、藥物輸注系統(tǒng)及心臟起搏器。本發(fā)明的一個(gè)方面是一種新穎的呼吸取樣方案。本文中所述的取樣方案通過以下方式準(zhǔn)許實(shí)時(shí)或接近實(shí)時(shí)的測(cè)量使冷凝液直接在傳感器表面上冷凝，或者提供微流和/或毛細(xì)流動(dòng)路徑，其將冷凝液在冷凝之后傳遞到傳感器。在某些實(shí)施例中，裝置傳感器并入有納米結(jié)構(gòu)的元件，例如碳納米管。這些傳感器使得能用相對(duì)少量的分析物進(jìn)行更快的感測(cè)。要實(shí)現(xiàn)短取樣時(shí)間、減少冷卻及多重試驗(yàn)所需的電力，減少樣本量是至關(guān)重要的。在某些實(shí)施例中，提供組合的呼吸冷凝液/冷凝液取樣器和檢測(cè)器。還提供取樣方案，其中患者向單個(gè)試管或其它輸入端口呼氣一次或一次以上，裝置經(jīng)配置以同時(shí)或連續(xù)接收氣體樣本和冷凝樣本，從而檢測(cè)每一樣本中的一種或一種以上分析物。本文中所述的系統(tǒng)包含這些裝置，且進(jìn)一步包含數(shù)據(jù)分析組件，用于接收呼吸冷凝液導(dǎo)出數(shù)據(jù)及(氣體)呼吸導(dǎo)出數(shù)據(jù)，并使用呼吸冷凝液數(shù)據(jù)及呼吸數(shù)據(jù)兩者產(chǎn)生組合的量度。舉例來(lái)說(shuō)，在某些實(shí)施例中，所述取樣方案使得能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量患者的半胱氨酰白三烯(CysLT)水平與嗜酸性粒細(xì)胞性氣道炎癥比率。


圖I到圖4D呈現(xiàn)根據(jù)某些實(shí)施例的用于組合呼吸冷凝液與呼吸取樣器和檢測(cè)器的流動(dòng)通道配置的示意圖。圖5是根據(jù)某些實(shí)施例的用于呼吸冷凝液取樣器和檢測(cè)器的流動(dòng)通道配置的一部分的示意圖。圖6A是根據(jù)某些實(shí)施例的包含呼吸冷凝液藥筒接收區(qū)域和主動(dòng)冷卻機(jī)構(gòu)的單元的示意表示。圖6B描繪根據(jù)某些實(shí)施例的可根據(jù)某些實(shí)施例使用的一次性冷凝液收集器和檢測(cè)器藥筒。圖7和圖8呈現(xiàn)根據(jù)某些實(shí)施例的用于呼吸冷凝液取樣器和檢測(cè)器的流動(dòng)通道配
置的示意圖。圖9描繪根據(jù)某些實(shí)施例的可根據(jù)某些實(shí)施例使用的一次性冷凝液收集器和檢測(cè)器藥筒。圖IOA和圖IOB描繪根據(jù)某些實(shí)施例的組合呼吸冷凝液與呼吸取樣器和檢測(cè)器的示意圖。
具體實(shí)施例方式在以下描述中，闡述了許多細(xì)節(jié)，以便提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解?？稍跊]有這些細(xì)節(jié)中的一些或所有的情況下實(shí)踐本發(fā)明。在其它例子中，為了免于不必要地模糊本發(fā)明，未描述眾所周知的處理操作。雖然將結(jié)合具體實(shí)施例描述本發(fā)明，但應(yīng)了解，其并不意在將本發(fā)明限于所述實(shí)施例。本文中提到的物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積和原子層沉積意在涵蓋這些工藝的許多變體，包含用等離子、真空或低壓工藝、大氣壓工藝等輔助的工藝。引言呼出氣冷凝液(EBC)中含有多種成分，包含小分子、蛋白質(zhì)及DNA。通過測(cè)量患者的呼出氣冷凝液中這些成分的存在或數(shù)量，可提供診斷及其它信息，包含pH、包含抗炎性或促炎性細(xì)胞因子在內(nèi)的各種蛋白質(zhì)的存在等等。然而，迄今為止，呼吸冷凝液取樣器需要患者向取樣管里面呼氣很長(zhǎng)一段時(shí)間，例如十分鐘，以便收集必要數(shù)量的樣本。這個(gè)過程很費(fèi)時(shí)間，而且患者體力上也有困難。然后將試管送出供在實(shí)驗(yàn)室里分別分析收集到的樣本。本發(fā)明提供一種用于在呼出氣冷凝液中發(fā)現(xiàn)的分析物的直接取樣器和檢測(cè)器。在呼吸冷凝液在到達(dá)傳感器表面之前冷凝或在傳感器表面上直接冷凝時(shí)，瞬時(shí)檢測(cè)呼吸冷凝液中的分析物。因?yàn)榉治龌驒z驗(yàn)是在患者呼氣之后立刻執(zhí)行，所以分析物穩(wěn)定性得到顯著改善，從而提供準(zhǔn)確、可靠、一致且臨床上適用的結(jié)果。在某些實(shí)施例中，提供組合呼吸冷凝液/呼吸取樣器和檢測(cè)器，從而能夠在單次取樣會(huì)話中提供對(duì)冷凝及氣相分析物的多重分析。收集呼吸并將其引導(dǎo)到一個(gè)或一個(gè)以上子系統(tǒng)。在每一子系統(tǒng)內(nèi)，將呼吸部分冷凝，或者阻止其冷凝。所述技術(shù)還允許實(shí)時(shí)連續(xù)地監(jiān)視，因此允許立刻反饋給醫(yī)學(xué)專業(yè)人員及額外的硬件兩者，例如呼吸機(jī)、麻醉機(jī)、藥物輸注系統(tǒng)及心臟起搏器。本文中所述的取樣方案通過以下方式準(zhǔn)許實(shí)時(shí)或接近實(shí)時(shí)的測(cè)量使冷凝液直接在傳感器表面上冷凝，或者提供流動(dòng)通道，其將冷凝液在冷凝之后傳遞到傳感器。在某些實(shí)施例中，裝置傳感器并入有納米結(jié)構(gòu)的元件，例如碳納米管。這些傳感器使得能用相對(duì)少量的分析物進(jìn)行更快的感測(cè)。要實(shí)現(xiàn)短取樣時(shí)間、減少冷卻及多重試驗(yàn)所需的電力，減少樣本量是至關(guān)重要的。在某些實(shí)施例中，提供組合的呼吸冷凝液/冷凝液取樣器和檢測(cè)器。還提供取樣方案，其中患者向單個(gè)試管或其它輸入端口呼氣一次或一次以上，裝置經(jīng)配置以同時(shí)或連續(xù)接收氣體樣本和冷凝樣本，從而檢測(cè)每一樣本中的一種或一種以上分析物。本文中所述的系統(tǒng)包含這些裝置，且進(jìn)一步包含數(shù)據(jù)分析組件，用于接收呼吸冷凝液導(dǎo)出數(shù)據(jù)及(氣體)呼吸導(dǎo)出數(shù)據(jù)，并使用呼吸冷凝液數(shù)據(jù)及呼吸數(shù)據(jù)兩者產(chǎn)生組合的量度。舉例來(lái)說(shuō)，在某些實(shí)施例中，所述取樣方案使得能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量患者的半胱氨酰白細(xì)胞三烯(CysLT)水平與嗜酸性粒細(xì)胞性氣道炎癥比率。見標(biāo)題為“確定對(duì)于使用白三烯調(diào)節(jié)劑的治療的易感性(Methods To Determine Susceptibility To Treatment With Leukotriene Modifiers)”的第2009-0233963號(hào)美國(guó)專利公開案，其以引用的方式并入本文中。在某些實(shí)施例中，提供小型的便攜取樣器和檢測(cè)器單元供在臨床環(huán)境中使用。在患者向連接到便攜單元或其一部分的導(dǎo)管或輸入端口或通道中呼氣時(shí)，呼吸樣本穿過許多個(gè)呼吸冷凝和/或呼吸氣體子系統(tǒng)。子系統(tǒng)可包含樣本調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、流體性質(zhì)測(cè)量子系統(tǒng)和檢測(cè)子系統(tǒng)。某個(gè)子系統(tǒng)可能是這些子系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)類型。舉例來(lái)說(shuō)，單個(gè)子系統(tǒng)可既調(diào)節(jié)樣本又檢測(cè)樣本內(nèi)的分析物。呼吸樣本可串行或并行穿過這些子系統(tǒng)(即，樣本被劃分成子樣本)。在子系統(tǒng)內(nèi)，呼吸氣體和/或呼吸冷凝液可能會(huì)遇到調(diào)節(jié)樣本流體、執(zhí)行對(duì)流體性質(zhì)的測(cè)量和分析已知和未知成分的存在或質(zhì)量的檢驗(yàn)的特征。調(diào)節(jié)樣本流體(液體或氣體)的子系統(tǒng)包含按需要冷凝或阻止樣本冷凝的子系統(tǒng)。執(zhí)行對(duì)流體性質(zhì)的測(cè)量的子系統(tǒng)包含用以執(zhí)行對(duì)樣本的溫度、相對(duì)濕度(RH)、粘性、電導(dǎo)率或其它流體性質(zhì)的測(cè)量的子系統(tǒng)。在某些實(shí)施例中，子系統(tǒng)包含用以調(diào)節(jié)樣本和測(cè)量樣本性質(zhì)的組件。舉例來(lái)說(shuō)，在樣本冷凝器中，可進(jìn)行相對(duì)濕度和/或溫度測(cè)量。在某些實(shí)施例中，子系統(tǒng)經(jīng)配置以使用適當(dāng)?shù)姆椒z驗(yàn)?zāi)承╊A(yù)定成分(例如，質(zhì)子、代謝物、核酸、蛋白質(zhì)、酶、離子、鹽等)的存在和/或數(shù)量。這些方法包含(但不限于)電導(dǎo)率、離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管(ISFET)、包含光學(xué)ELISA和電流測(cè)量ELISA的酶連結(jié)免疫吸收檢驗(yàn)(ELISA)、端點(diǎn)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)和實(shí)時(shí)PCR。在某些實(shí)施例中，子系統(tǒng)經(jīng)配置以使用適當(dāng)?shù)姆椒z驗(yàn)流體的先驗(yàn)未知成分(例如，質(zhì)子、代謝物、核酸、蛋白質(zhì)、酶、離子、鹽等)的存在和/或數(shù)量。這些方法包含(但不限于)質(zhì)譜測(cè)定和NMR。在某些實(shí)施例中，檢驗(yàn)方法之后是信號(hào)分析方法，以識(shí)別流體內(nèi)的組分。在某些實(shí)施例中，便攜單元包含信號(hào)處理組件，包含軟件和/或硬件。在某些實(shí)施例中，將收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到其它組件(例如，在實(shí)驗(yàn)或臨床計(jì)算機(jī)中)以供處理。在某些實(shí)施例中，在穿過流配置途徑中的各個(gè)子系統(tǒng)之后，流體可穿過系統(tǒng)，然后在合適的接收容器(例如，微量離心管、微量滴定盤、泰德拉取樣袋、聚酯薄膜取樣袋、玻璃容器、毛細(xì)管等)中收集，以允許使用適當(dāng)?shù)臉颖痉治黾夹g(shù)進(jìn)行離線分析。圖I到圖3是用于組合呼吸冷凝液/呼吸取樣器和檢測(cè)器單元的實(shí)例流動(dòng)路徑配置的示意圖。雖然描述的是組合呼吸冷凝液/呼吸單元，但在其它實(shí)施例中，提供呼吸冷凝液?jiǎn)卧Ｍㄟ^僅考慮呼吸冷凝液途徑，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解如何從這些圖中導(dǎo)出這類單元的流動(dòng)路徑配置。
首先，在圖I中描繪包含各種呼吸和呼吸冷凝液子系統(tǒng)的流動(dòng)路徑配置。輸入通道10直接接收患者呼出的呼吸，或者在呼吸已穿過一個(gè)或一個(gè)以上輸入端口或其它輸入通道之后接收呼吸。輸入通道10分叉到呼吸感測(cè)通道13和呼吸冷凝液通道14中。在某些實(shí)施例中，進(jìn)入通道13和14中的每一者的流分別由閥5和6控制。根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，閥可自動(dòng)或手動(dòng)打開和關(guān)閉。舉例來(lái)說(shuō)，在某些實(shí)施例中，臨床醫(yī)師可向患者呈現(xiàn)裝置，其中呼吸感測(cè)通道閥5打開，且呼吸冷凝液感測(cè)通道閥6關(guān)閉，并指導(dǎo)患者向輸入通道中呼氣。臨床醫(yī)師可接著關(guān)閉閥5并打開閥6，且指導(dǎo)患者再次呼氣以收集呼吸冷凝液。在其它實(shí)施例中，閥時(shí)序是自動(dòng)化的，由臨床醫(yī)師設(shè)置，或者基于對(duì)已收集了足夠某項(xiàng)測(cè)量使用的樣本的時(shí)間的自動(dòng)確定。如下文進(jìn)一步論述，在某些實(shí)施例中，裝置基于呼吸循環(huán)自動(dòng)控制閥。在替代實(shí)施例中，這兩個(gè)閥均可在組合呼吸/呼吸冷凝液測(cè)量期間打開，流分離到通道13和14兩者中。如果未在執(zhí)行呼吸或呼吸冷凝液測(cè)量，則可關(guān)閉一閥。在替代實(shí)施例中，單兀不包含閥5和6中的一者或一者以上。如果存在，閥5和6可為任何類型的用于調(diào)節(jié)相對(duì)低流率氣體流的適當(dāng)?shù)拈y，包含閘門閥、隔膜閥及類似物。在許多實(shí)施例中，閥5和6是單向或止回閥。閥可放置在任何適
當(dāng)?shù)奈恢谩Ｔ谒镜膶?shí)例中，呼吸氣體樣本通道13包含三個(gè)子系統(tǒng)3'、3"和3"'，且呼吸冷凝液氣體樣本通道14包含三個(gè)子系統(tǒng)4'、4"和4"'。樣本通道可含有許多個(gè)子系統(tǒng)，通常含有用于檢測(cè)一個(gè)或一個(gè)以上已知或未知分析物的至少一個(gè)子系統(tǒng)。按照需要可存在額外的子系統(tǒng)。子系統(tǒng)可包含各種特征，其安裝到通道壁或者在通道壁內(nèi)，或者可包含額外流動(dòng)通道、具有待連接到通道13或14的入口和出口端口的可拆卸藥筒、具有待連接到通道13或14的入口和出口端口的固定外殼。子系統(tǒng)的確切放置和配置可依據(jù)系統(tǒng)實(shí)施方案而變。轉(zhuǎn)到圖2，描述了包含傳感器34上的直接冷凝的流動(dòng)路徑配置。呼吸氣體流動(dòng)通道13包含直列式子系統(tǒng)23和33 :流體調(diào)節(jié)器子系統(tǒng)23和氣相直列式檢測(cè)器33。呼吸冷凝液通道14包含用于呼吸冷凝液檢測(cè)的子系統(tǒng)34。在所描繪的實(shí)施例中，氣體樣本進(jìn)入通道14直接在呼吸冷凝液傳感器34上冷凝。在某些采用傳感器表面上的直接冷凝的實(shí)施例中，呼吸冷凝液通道可包含傳感器34上游的子系統(tǒng)，用以防止在通道壁上發(fā)生過早冷凝。圖3A呈現(xiàn)包含呼吸冷凝液傳感器上游的冷凝子系統(tǒng)的流動(dòng)路徑配置。呼吸冷凝液樣本通道包含冷凝器24和直列式傳感器34。圖3B展示呼吸冷凝液流動(dòng)通道14的一部分的實(shí)例，其包含冷凝器24和直列式傳感器34。冷凝器24和直列式傳感器34經(jīng)由液體流動(dòng)通道連接。如圖所示，呈現(xiàn)兩個(gè)實(shí)例流動(dòng)通道16a上涂覆有電解質(zhì)和/或其它檢驗(yàn)試齊IJ，其在樣本冷凝液行進(jìn)穿過通道時(shí)被樣本冷凝液吸收；流動(dòng)通道16b，其是橫向流動(dòng)/流體通道。通道可為毛細(xì)流動(dòng)通道或微流流動(dòng)通道，具有或不具有微流泵。下文提供從冷凝器到呼吸冷凝液傳感器的流體流動(dòng)的其它細(xì)節(jié)。圖4A到圖4D提供串行布置的流動(dòng)路徑配置的各種實(shí)施方案的實(shí)例。首先，在圖4A中，沿著通道11描繪了四個(gè)子系統(tǒng)氣體調(diào)節(jié)器23、氣體傳感器33、冷凝器24和冷凝液檢測(cè)器34?；颊呦騿卧泻粑?，呼出的呼吸直接或間接進(jìn)入呼吸進(jìn)入通道11。樣本遇到氣體調(diào)節(jié)器和氣體傳感器33，其測(cè)量例如NO的氣相分析物的存在和/或數(shù)量。樣本的全部或一部分接著傳遞到冷凝器24。冷凝液接著前進(jìn)到冷凝液傳感器34。根據(jù)各種實(shí)施例，在通過冷凝器24之后剩下的氣相樣本轉(zhuǎn)向到出口通道(未圖示)或氣相收集組件(未圖示)，或者還被允許經(jīng)過冷凝液傳感器上。圖4B描繪氣體進(jìn)入子系統(tǒng)23的布置，子系統(tǒng)23可向氣體傳感器33測(cè)量和計(jì)量出小型氣體樣本15。舉例來(lái)說(shuō)，子系統(tǒng)23可操作以例如基于取樣時(shí)間收集來(lái)自呼吸的特定部分的氣體體積。氣體的其余部分繼續(xù)前進(jìn)到冷凝器24和冷凝液傳感器34。圖4C和圖4D展示流動(dòng)路徑配置的實(shí)例，其中冷凝液子系統(tǒng)在氣相子系統(tǒng)上游。在圖4B中，呼吸進(jìn)入冷凝器24，接著是冷凝液傳感器34，樣本繼續(xù)前進(jìn)到氣相調(diào)節(jié)器23和氣相傳感器24。圖4C中描繪另一實(shí)例，其中樣本遇到冷凝器24。接著將在冷凝器24中形成的冷凝液經(jīng)由通道16引導(dǎo)到樣本冷凝器34，其中未冷凝的氣體沿著通道11繼續(xù)而遇到氣體調(diào)節(jié)器23"和氣相傳感器33。在所有流動(dòng)路徑配置中，特定子系統(tǒng)的位置和存在將根據(jù)實(shí)施方案而變。舉例來(lái)說(shuō)，在圖4C和圖4C中描繪的實(shí)例中的任一者中，可如上文關(guān)于圖4B所述處理氣體樣本。在另一實(shí)例中，可存在多個(gè)氣相調(diào)節(jié)器。在圖4D中描繪一實(shí)例，其中具有在冷凝器24上游的氣相調(diào)節(jié)器23'?？衫绮捎么伺渲靡苑乐谷魏螛颖驹诘竭_(dá)冷凝器24之前冷凝。如上
所述，根據(jù)各種實(shí)施例，可存在額外子系統(tǒng)，且/或可能不存在某些子系統(tǒng)。總地來(lái)說(shuō)，組合呼吸/呼吸冷凝液?jiǎn)卧辽僖粴怏w呼吸樣本傳感器、一冷凝器和一冷凝液傳感器，其中在某些實(shí)施例中冷凝器和冷凝液傳感器組合成一個(gè)子系統(tǒng)?？偟貋?lái)說(shuō)，呼吸冷凝液?jiǎn)卧淠骱屠淠簜鞲衅?，其中在某些?shí)施例中冷凝器和冷凝液傳感器組合成一個(gè)子系統(tǒng)。如下文所述，在某些實(shí)施例中，單元可在某些實(shí)施例中根據(jù)測(cè)量而加以修改，其中各種子系統(tǒng)遮罩在可拆卸的單用戶或多用戶藥筒中。樣本冷凝的控制如上所述，樣本調(diào)節(jié)子系統(tǒng)可位于傳感器的上游，以操縱呼吸樣本而特定冷凝或特定不冷凝。此外，在任何子系統(tǒng)(傳感器等)內(nèi)，可操縱呼吸樣本以特定冷凝或特定不冷凝?？刹捎妙~外技術(shù)以增加或減少子系統(tǒng)和/或整個(gè)呼吸冷凝液樣本通道和/或整個(gè)呼吸樣本通道或其一部分內(nèi)存在的水蒸氣的量。當(dāng)氣體溫度接近和/或下降到氣體露點(diǎn)以下時(shí)，發(fā)生樣本冷凝。露點(diǎn)隨氣體中的水蒸氣的量而變。露點(diǎn)還受到水蒸氣內(nèi)的成分(例如鹽)的影響。露點(diǎn)以下、露點(diǎn)或露點(diǎn)以上的冷凝的發(fā)生還取決于供水蒸氣冷凝的成核點(diǎn)的可用性。成核點(diǎn)的可用性有利于冷凝，因而允許在比沒有成核點(diǎn)的情況高的溫度下發(fā)生冷凝。氣體可冷凝到各種表面上。這些表面可在可拆卸收集器皿內(nèi)，從而有利于離線分析。所述表面也可為傳感器本身，使得冷凝液直接在傳感器上形成。高表面積和CNT的高導(dǎo)熱率有利于冷凝。所述表面也可附接到流體導(dǎo)管，因而允許蒸汽冷凝，接著流動(dòng)到流體通道中。流體通道可為微流系統(tǒng)的一部分，在此處對(duì)流體進(jìn)行處理和分析。在某些實(shí)施例中，樣本在傳感器和/或感測(cè)元件上直接冷凝?？墒褂萌魏晤愋偷膫鞲衅鳎娀瘜W(xué)傳感器、金屬氧化物傳感器、基于碳納米管的傳感器(FET、電化學(xué)等)和光學(xué)傳感器。傳感器可為任何類型、多個(gè)單個(gè)類型或若干類型的組合。在某些實(shí)施例中，除了分析物感測(cè)元件之外，還可用額外傳感器來(lái)感測(cè)冷凝液的存在，不論成分如何。此傳感器可用于在開始冷凝液分析之前確定是否有足夠的樣本已冷凝?？墒褂萌魏畏椒▉?lái)檢測(cè)冷凝液在傳感器元件上的存在，例如但不限于電導(dǎo)、電容、4線電導(dǎo)率、光傳輸和/或干擾。在電測(cè)量的情況下，可將用于測(cè)量的電極放置在分析物傳感器元件的相反末端上。在某些情況下，還可使用冷凝液分析傳感器電極來(lái)感測(cè)液體的存在。為了冷凝，通過使用帕爾特或其它熱電裝置、具有歧管的冷卻板進(jìn)行局部冷卻或通過在使用之前在冷藏機(jī)或冷凍機(jī)中存放傳感器藥筒將傳感器維持在較低溫度。傳感器與患者呼出呼吸之間的溫差將引起冷凝?？蓪⒗鋮s元件定位于任何適當(dāng)位置或配置以允許呼吸樣本在傳感器上直接冷凝。舉例來(lái)說(shuō)，冷凝液傳感器元件可直接放置在帕爾特元件頂上。在某些實(shí)施例中，將樣本呼吸加熱和/或加濕(增加RH)以在傳感器/多路復(fù)用器裝置上引起冷凝。這可為冷卻傳感器表面的額外或替代方案。執(zhí)行露點(diǎn)計(jì)算以確定確切條件。在替代實(shí)施例中，冷凝表面可被設(shè)置于特定位置和/或具有將冷凝液樣本引導(dǎo)或傳輸?shù)絺鞲衅鞯奶囟◣缀涡螤?。在一?shí)例中，將冷凝表面設(shè)置于傳感器表面上方冷凝液形成于冷凝表面上，接著通過重力和/或其它力被引導(dǎo)到傳感器表面。冷凝表面可為有利于
傳輸?shù)奶囟◣缀涡螤?。在某些?shí)施例中，將定時(shí)器并入到裝置中。舉例來(lái)說(shuō)，在含有多個(gè)傳感器的裝置中，可在特定時(shí)間激活每一傳感器以冷凝和感測(cè)。以此方式，可采用每個(gè)小時(shí)等讀數(shù)。將感測(cè)協(xié)定程序化，其中加熱和冷卻受到控制以按需要允許和防止特定傳感器上的冷凝。在某些實(shí)施例中，可對(duì)感測(cè)進(jìn)行程序化以與外部事件(例如，嗎啡注射)協(xié)調(diào)。在某些實(shí)施例中，使用沿流動(dòng)路徑的單獨(dú)腔室來(lái)收集冷凝的樣本，例如如圖3B中示意性描繪。通過流體通道/橫向流動(dòng)路徑將冷凝的樣本輸送到傳感器。通道可具有用于電化學(xué)檢測(cè)的電解質(zhì)涂層，在輸送樣本時(shí)，電解質(zhì)在樣本中溶解。下文更詳細(xì)地論述冷凝器與傳感器之間的輸送。在傳感器上直接冷凝的情況下，可執(zhí)行電導(dǎo)率測(cè)量以使傳感器響應(yīng)歸一化。確定要收集所需量的流體需要的每次呼吸的冷凝液量和呼吸次數(shù)，以獲得可由傳感器檢測(cè)且在臨床上有關(guān)的分析物濃度。根據(jù)各種實(shí)施例，冷卻板或裝置定位于傳感器下方(或在需要冷凝的其它位置)。其可為熱電冷卻器、具有冷卻通道的板等。冷卻器可在晶片中制造(例如，為了提供具有冷卻和傳感器的兩層晶片)或附接到傳感器裝置底部。在某些實(shí)施例中，將冷卻高度局部化于傳感器，以防止在其它位置發(fā)生冷凝。在某些實(shí)施例中，例如針對(duì)生化應(yīng)用調(diào)整冷卻溫度。冷凝器子系統(tǒng)和/或包含冷凝器的檢測(cè)器子系統(tǒng)包含冷凝表面。在某些實(shí)施例中，冷凝表面是具有高熱導(dǎo)率和/或高表面積的材料。在某些實(shí)施例中，冷凝表面是一種網(wǎng)材料，氣體樣本從中穿過，其中在網(wǎng)上形成冷凝液。在某些實(shí)施例中，冷凝液是金屬絲網(wǎng)。網(wǎng)材料可為平面金屬絲網(wǎng)，其中樣本流垂直于金屬絲網(wǎng)的平面，或者其可為三維金屬絲網(wǎng)材料，樣本穿過其流動(dòng)。網(wǎng)結(jié)構(gòu)可具有任何配置，例如90度或任何其它角度的交叉回交絲。網(wǎng)結(jié)構(gòu)也可通過成組的平行絲來(lái)形成。網(wǎng)定向可經(jīng)配置以將網(wǎng)表面上的冷凝液流優(yōu)化到接收區(qū)段中?？纱惺褂枚鄠€(gè)平面金屬絲網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)所需的總表面積?；蛘?，多個(gè)平行絲可形成冷凝表面。在某些實(shí)施例中，單個(gè)呼吸樣本可提供足夠的呼吸冷凝液以檢驗(yàn)其組分和/或參數(shù)，例如pH、電導(dǎo)率、蛋白質(zhì)、核酸、代謝物、酶等。基于水的飽和蒸汽壓，典型的500mL呼氣中含有介于14微升(假設(shè)30°C和90% RH)與20微升(假設(shè)35°C和100% RH)之間。然而，觀察到的冷凝液回收小于100%。根據(jù)先前闡述的各種實(shí)施例，收集每次呼吸介于約I微升到10微升的冷凝液。在某些實(shí)施例中，I到10微升足以檢驗(yàn)呼吸冷凝液的組分和/或參數(shù)，例如pH、電導(dǎo)率、蛋白質(zhì)、核酸、代謝物、酶等。通過我們新穎的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)測(cè)量來(lái)自單次呼吸的冷凝液所需的高收集效率。在某些實(shí)施例中，有利的是在逐次呼吸的基礎(chǔ)上執(zhí)行呼吸冷凝液檢驗(yàn)。高表面積網(wǎng)冷凝表面和低冷凝液體積提供了在逐次呼吸基礎(chǔ)上執(zhí)行呼吸冷凝液檢驗(yàn)的能力。此外，均勻的冷凝器效率允許這些測(cè)量在呼吸循環(huán)期間可再生和一致。此外，在某些實(shí)施例中，可防止氣體樣本在一個(gè)或一個(gè)以上位置冷凝。可能需要防止冷凝，例如由于環(huán)境條件和/或冷凝器的接近度。例如在氣體調(diào)節(jié)子系統(tǒng)中防止冷凝可能涉及將通道加熱。冷凝液輸送在某些實(shí)施例中，本文中所述的裝置經(jīng)配置以將呼吸冷凝液從一個(gè)或一個(gè)以上冷凝表面輸送到一個(gè)或一個(gè)以上呼吸冷凝液傳感器。在某些實(shí)施例中，在冷凝表面與傳感器之間提供一個(gè)或一個(gè)以上毛細(xì)流動(dòng)通道。在某些實(shí)施例中，在冷凝表面與傳感器之間提供芯吸膜(wicking membrane)或其它材料。在某些實(shí)施例中，提供一個(gè)或一個(gè)以上非毛細(xì)流動(dòng)通道。在這些實(shí)施例中，流體可經(jīng)由以下一種或一種以上力輸送重力、電動(dòng)力、氣動(dòng)壓力、流體壓力、真空、熱、滲透力、抽吸力、雙金屬碟片膜力、柱塞力。在某些實(shí)施例中，患者的呼出氣將為冷凝液提供原動(dòng)力。在某些實(shí)施例中，計(jì)量的量的冷凝液由冷凝液表面?zhèn)鬟f到傳感器。在某些實(shí)施例中，從冷凝液表面到呼吸冷凝液傳感器的流動(dòng)路徑包含界定計(jì)量的樣本體積的兩個(gè)閥。圖5展示呼出氣冷凝液流體路徑的一部分的框圖，其包含冷凝表面524、樣本體積540以及第一閥I和第二閥2。樣本體積540具有確定的大小，例如5 ii L或10 ii L。呼吸在冷凝表面524上冷凝時(shí)或之后，其移動(dòng)到樣本體積540中。樣本體積540可為較長(zhǎng)微流通道的長(zhǎng)度或可為沿所述通道的腔室。關(guān)閉閥2，使冷凝液能收集在樣本體積540中。閥I保持打開，直到樣本體積540被填滿，此時(shí)閥I關(guān)閉，由此將精確量的液體截留在樣本體積540內(nèi)。接著可打開閥2，由此精確計(jì)量體積的冷凝液被移向檢測(cè)器。氣相感測(cè)呼吸樣本氣體可經(jīng)過、穿過、橫穿氣相傳感器元件或被通到氣相傳感器元件附近。傳感器可為任何類型、單一類型的復(fù)合體、數(shù)種類型的組合，或任何其它型式，即電化學(xué)傳感器、金屬氧化物傳感器、碳納米管傳感器、光學(xué)傳感器、場(chǎng)效晶體管傳感器。在某些實(shí)施例中，必要時(shí)可使用干燥劑來(lái)移除呼吸中的水蒸氣。根據(jù)各種實(shí)施例，可另外使用洗滌器、催化轉(zhuǎn)化器或其它氣體調(diào)節(jié)元件。在某些實(shí)施例中，分析的是來(lái)自呼吸周期特定階段的特定氣體體積。舉例來(lái)說(shuō)，在監(jiān)測(cè)NO的情況下，分析呼吸中臨床上相關(guān)的區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，使用上文參照?qǐng)DI描述的閥來(lái)確保首先進(jìn)行氣相檢測(cè)；電子讀取器被提示關(guān)閉氣體樣本通道閥。或者，氣相與冷凝液相檢測(cè)可順次發(fā)生。在其它實(shí)施例中，使用閥和/或檢測(cè)器的順次布置，使冷凝液相檢測(cè)在氣相檢測(cè)之前發(fā)生。氣相檢測(cè)器可檢測(cè)呼出氣樣本中的任何氣相成分。這些氣相成分包含二氧化碳、氧氣、一氧化氮、氮?dú)狻⒍趸?、過氧化氫、丙酮、氨、硫化合物、乙炔、一氧化碳、乙烷和戊烷。如上文所述，在某些實(shí)施例中，提供具有納米結(jié)構(gòu)化感測(cè)元件的傳感器。用于一氧化氮、二氧化碳和其它呼吸成分的碳納米管(carbon nanotube, CNT)檢測(cè)器系統(tǒng)的實(shí)例描述于以下公開案中，各案以引用的方式并入本文中美國(guó)專利公開案第2007-0048180號(hào)，標(biāo)題為“納米電子呼吸分析儀和哮喘監(jiān)測(cè)器(Nanoelectronic Breath Analyzer AndAsthma Monitor) ” ；美國(guó)專利公開案第2007-0048181號(hào)，標(biāo)題為“二氧化碳納米傳感器和呼吸 C02 監(jiān)測(cè)器(Carbon Dioxide Nanosensor, And Respiratory C02 Monitors)”；WO 2008-039165，標(biāo)題也為“二氧化碳納米傳感器和呼吸C02監(jiān)測(cè)器”；美國(guó)專利公開案第2008-0221806號(hào)，標(biāo)題為“具有薄膜抑制層的傳感器、一氧化碳轉(zhuǎn)化器和監(jiān)測(cè)器(SensorHaving A Thin-Film Inhibition Layer, Nitric Oxide Converter And Monitor)，，;以及美國(guó)專利第7，547，931號(hào)，標(biāo)題為“包含對(duì)呼出氣中至少一種氣態(tài)成分具有選擇性敏感性的納米電子傳感器的納米電子二氧化碳檢測(cè)計(jì)接頭(Nanoelectronic Capnometer AdapterIncluding A Nanoelectronic Sensor Selectively Sensitive To At Least One GaseousConstituent Of Exhaled Breath)，，。呼吸冷凝液感測(cè)在某些實(shí)施例中，提供能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)檢測(cè)和分析的呼吸冷凝液取樣器和檢測(cè)器。根據(jù)各種實(shí)施例，此取樣器可與如上文所述的呼吸(氣體)取樣器組合。呼吸冷凝液取樣器可與FET和/或電化學(xué)感測(cè)裝置和/或光學(xué)感測(cè)裝置合用。如上文所述，在某些實(shí)施例中，樣本直接在傳感器上冷凝。此舉可防止浪費(fèi)并消除流體移動(dòng)的必要性。在感測(cè)前，可以使用如上文所述的監(jiān)測(cè)器來(lái)感測(cè)傳感器上是否存在足夠的冷凝液。在傳感器任一端上的接觸電極能夠檢測(cè)橫過傳感器元件的連續(xù)液體膜。在某些實(shí)施例中，使用接觸電極來(lái)測(cè)定呼出氣冷凝液的濃度或稀釋度。舉例來(lái)說(shuō)，可通過將呼吸冷凝液的電導(dǎo)率測(cè)量值與大氣冷凝液的基線電導(dǎo)率相比較，來(lái)確定大氣水蒸氣對(duì)呼吸冷凝液的稀釋。在某些實(shí)施例中，傳感器具有多個(gè)感測(cè)電極，用于感測(cè)不同分析物。在某些實(shí)施例中，單一裝置含有多個(gè)傳感器。在某些實(shí)施例中，將計(jì)時(shí)器并入所述裝置中。舉例來(lái)說(shuō)，在含有多個(gè)傳感器的裝置中，可在特定時(shí)間激活每一傳感器以進(jìn)行冷凝和感測(cè)。以此方式可取得每小時(shí)讀數(shù)等。感測(cè)方案經(jīng)程序化，必要時(shí)，通過控制加熱和冷卻來(lái)允許或防止特定傳感器上發(fā)生冷凝。在某些實(shí)施例中，感測(cè)可經(jīng)程序化以與外部事件(例如嗎啡注射)相協(xié)調(diào)。在某些實(shí)施例中，傳感器包含納米結(jié)構(gòu)化元件，例如CNT-FET、納米結(jié)構(gòu)化電化學(xué)傳感器。由于這些傳感器很小，并且只需要少量分析物，故冷卻要求較低。舉例來(lái)說(shuō)，在某些實(shí)施例中，僅僅需要數(shù)微升呼吸冷凝液。此外，由于獲得此類樣本的時(shí)間很短(例如一次或數(shù)次呼氣)，故可由臨床醫(yī)生收集樣本。在其它實(shí)施例中，可使用光學(xué)傳感器和其它傳感器。在某些實(shí)施例中，傳感器上冷凝液的量受到控制。根據(jù)各種實(shí)施例，通過直接在傳感器上冷凝控制的量；或加熱傳感器以將過量的冷凝液驅(qū)離傳感器；利用電極或放在例如孔等計(jì)量體積頂部處用于感測(cè)孔何時(shí)填滿的其它監(jiān)測(cè)器從所述孔的底部冷卻等，來(lái)控制傳感器上冷凝液的量。必要時(shí)，橫向流或微流通道將計(jì)量體積引導(dǎo)到傳感器。呼吸冷凝液傳感器可用于檢測(cè)呼出氣中存在且可溶于水中的任何分析物。這些分析物包含蛋白質(zhì)和DNA。在一個(gè)特定實(shí)例中，傳感器檢測(cè)一種或一種以上半胱氨酰白三烯(CysLT)，包含LTC4、LTD4和LTE4。在一個(gè)特定實(shí)例中，檢測(cè)LTE4。
在某些實(shí)例中，使用具有納米結(jié)構(gòu)化元件的電化學(xué)傳感器。這些傳感器需要少量分析物。因此，需要的呼氣次數(shù)較少，冷凝時(shí)間相對(duì)較短。這意味著，冷凝效率在取樣周期內(nèi)是均勻的。用于生物化學(xué)檢測(cè)的具有CNT和其它納米結(jié)構(gòu)化元件的電化學(xué)傳感器描述于美國(guó)專利公開案第2008-0185295號(hào)(以引用的方式并入本文)中。在使用電化學(xué)ELISA進(jìn)行的各種蛋白質(zhì)目標(biāo)的電化學(xué)測(cè)量中使用CNT描述于上文標(biāo)識(shí)的參考文獻(xiàn)中。在一個(gè)實(shí)例中，使用CNT與本文所述取樣方案的組合來(lái)檢測(cè)LTE4，將為傳感器配置提供各種選擇。舉例來(lái)說(shuō)，在針對(duì)白三烯的競(jìng)爭(zhēng)性檢驗(yàn)中，根據(jù)各種實(shí)施例，可根據(jù)樣本基質(zhì)、所需靈敏度和其它檢驗(yàn)要求的需要，使用酶標(biāo)記，例如乙酰膽堿酯酶(AChE)、辣根過氧化物酶(HRP)等。在某些應(yīng)用中，同時(shí)檢驗(yàn)呼出氣的氣體和呼出氣的冷凝液將是有益的。在某些應(yīng)用中，可通過獲得有關(guān)呼出氣的氣體和呼出氣冷凝液兩者的信息，達(dá)成更準(zhǔn)確的醫(yī)學(xué)判斷。在一種應(yīng)用中，使用組合的呼吸以及呼吸冷凝液取樣器和檢測(cè)器單元來(lái)測(cè)量NO和LTE4。相同方法可應(yīng)用于呼吸和呼吸冷凝液中的其它值得關(guān)注的分析物。呼吸中目標(biāo)的實(shí)例為丙酮、乙烷、硫化氫、氧氣、戊烷、二硫化碳。呼吸冷凝液中目標(biāo)的實(shí)例為谷胱甘肽、過氧化氫、乙酰膽堿和I-酪氨酸。如結(jié)核病等病癥的標(biāo)記物也是潛在目標(biāo)，例如，可測(cè)量細(xì)菌和揮發(fā)性有機(jī)化合物。在其它實(shí)施例中，使用基于CNT-FET的傳感器測(cè)量CO2以及利用電勢(shì)測(cè)定法測(cè)量PH值作為歸一化傳感器響應(yīng)的手段或作為診斷工具，是可通過本文所述的檢測(cè)器和冷凝器測(cè)量的其它目標(biāo)。很明顯，冷凝器和檢測(cè)器適用于需要測(cè)量呼吸和/或呼吸冷凝液中的標(biāo)記物的任何病癥。在一種應(yīng)用中，使用電化學(xué)酶檢驗(yàn)來(lái)感測(cè)呼吸中的化合物(例如丙酮)。使用酶(例如次級(jí)醇脫氫酶)與產(chǎn)生過氧化氫的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adeninedinucleotide,NADH)輔因子的組合。在所述應(yīng)用中，在小傳感器上具有足夠的酶非常重要。小傳感器設(shè)計(jì)能夠以較小的流體體積進(jìn)行多路復(fù)用。在這些應(yīng)用中，例如碳納米管等納米結(jié)構(gòu)化材料將提供有助于酶固定的高表面積和生物分子親和力益處。根據(jù)各種實(shí)施例，呼出氣冷凝液檢驗(yàn)流動(dòng)路徑配置可包含以下一種或一種以上特征(單獨(dú)或其任何組合)流動(dòng)通道可涂有含熒光團(tuán)/指示劑染料的溶膠貼片以用于非接觸氧氣和PH測(cè)量。可使用跨微流通道的一對(duì)電極以電學(xué)方式執(zhí)行非接觸電導(dǎo)的測(cè)量。電導(dǎo)率測(cè)量可用于確定電極上一定體積冷凝液的存在。此測(cè)量值被用作對(duì)控制閥的反饋。氧氣、pH、電導(dǎo)率和其它測(cè)量值可用于歸一化分析物響應(yīng)。在某些實(shí)施例中，可利用可涂在通道內(nèi)側(cè)的酶標(biāo)記將報(bào)告子抗體(reporterantibody)官能化。含有分析物的冷凝液將溶解報(bào)告子抗體，且分析物+報(bào)告子的結(jié)構(gòu)將與電化學(xué)傳感器電極上的捕獲抗體結(jié)合。在某些實(shí)施例中，使用基于碳納米管(CNT)的電化學(xué)傳感器。為了能取得在附接到CNT后生物分子穩(wěn)定性增加的益處，可將報(bào)告子抗體固定在CNT上。如果這種方法實(shí)現(xiàn)了靈敏度的改良，那么也可使用CNT以使每一報(bào)告子抗體附接多個(gè)酶標(biāo)記。由于捕獲抗體已經(jīng)通過CNT固定在電極上，故通過CNT實(shí)現(xiàn)的報(bào)告子穩(wěn)定的改良將使這一裝置能用于較寬的溫度范圍。藥筒在某些實(shí)施例中，一個(gè)或一個(gè)以上子系統(tǒng)提供于以較大單元嚙合的可拆卸式單次使用或多次使用藥筒中。舉例來(lái)說(shuō)，以下一者或一者以上被提供于藥筒中氣相傳感器、呼吸冷凝液傳感器、冷凝器和/或冷凝表面。在一個(gè)特定實(shí)施例中，藥筒包含冷凝表面、一個(gè)或一個(gè)以上冷凝液傳感器以及將冷凝液從冷凝表面引導(dǎo)到傳感器的一個(gè)或一個(gè)以上通道。圖6A展示包含藥筒槽603的呼吸/呼吸冷凝液?jiǎn)卧?01的示范性實(shí)施例，單次使用藥筒可配合到藥筒槽603中。所述單元也可為呼吸冷凝液專用單元。冷卻機(jī)構(gòu)604經(jīng)配置以冷卻藥筒的冷凝表面。冷卻機(jī)構(gòu)可為熱電裝置、冷卻通道等。圖6B展示與圖6A中描繪的單元嚙合的單次使用藥筒610的示范性實(shí)施例，其包含金屬絲網(wǎng)冷凝表面624、呼吸冷凝液傳感器634和流體通道616?？諝鈽颖玖鞔怪庇诮饘俳z網(wǎng)624的平面，在朝向頁(yè)面中的方向上。藥筒610經(jīng)配置以與槽606中的單元601嚙合。在所描繪的實(shí)施例中，金屬絲網(wǎng)624由接觸冷卻機(jī)構(gòu)604的導(dǎo)熱表面650 (例如金屬)包圍。
來(lái)自傳感器634的電信號(hào)被發(fā)送到與單元601中的電連接(未圖示)介接的接觸612，以被發(fā)送用于信號(hào)分析。單次使用藥筒可用于防止冷凝表面和/或檢測(cè)器上測(cè)量樣本之間的污染。在某些實(shí)施例中，冷凝表面提供于單元中或檢測(cè)器的獨(dú)立藥筒中，并且可在洗滌后再使用。在某些實(shí)施例中，氣相檢測(cè)器位于其自身的可拆卸式藥筒中，所述藥筒經(jīng)配置以與呼吸/呼吸冷凝液?jiǎn)卧獓Ш?。在組合的呼吸/呼吸冷凝液?jiǎn)卧滦枰獌H針對(duì)呼吸的測(cè)量的某些實(shí)施例中，呼吸冷凝液藥筒可用空白藥筒替換。示范性EBC流動(dòng)路徑配置在某些實(shí)施例中，呼吸冷凝液檢測(cè)器經(jīng)配置以執(zhí)行實(shí)時(shí)競(jìng)爭(zhēng)性或非競(jìng)爭(zhēng)性呼吸冷凝液免疫檢驗(yàn)。圖7展示根據(jù)某些實(shí)施例的免疫檢驗(yàn)流動(dòng)路徑，其包含含分析物的冷凝液、針對(duì)分析物的捕獲物質(zhì)(如果存在的話)、報(bào)告子和基質(zhì)。所描繪的示范性流動(dòng)路徑是針對(duì)白三烯檢驗(yàn)；然而，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解如何改進(jìn)適于其它分析物的流動(dòng)路徑。所描繪的流動(dòng)路徑在冷凝表面724處開始。舉例來(lái)說(shuō)，冷凝表面是金屬絲網(wǎng)或金屬絲網(wǎng)系列，其上將形成冷凝液。冷凝液從冷凝表面朝向電導(dǎo)率和PH測(cè)量750行進(jìn)。如下文所述，可以使用電導(dǎo)率檢測(cè)冷凝液的填充。隨后冷凝液與報(bào)告子物質(zhì)742混合，且冷凝液和報(bào)告子流動(dòng)以與捕獲物質(zhì)745相互作用。在所描繪的實(shí)例中，對(duì)于白三烯檢驗(yàn)，捕獲物質(zhì)是針對(duì)半胱氨酰白三烯(CysLT)，但適當(dāng)時(shí)，任何捕獲物質(zhì)都可使用。添加基質(zhì)746以與報(bào)告子反應(yīng)。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，流動(dòng)路徑配置也可包含其它流，例如洗滌液。用于白三烯檢驗(yàn)的示范性捕獲物質(zhì)為抗體、抗體片段、分子受體、適體、寡核苷酸。用于白三烯檢驗(yàn)的示范性報(bào)告子物質(zhì)為酶、金、乳膠、金屬等。報(bào)告子物質(zhì)可連接到任何類型的識(shí)別元件，例如抗體、抗體片段(Fab、Fab2、Fe)適體、分子受體、寡核苷酸。用于白三烯檢驗(yàn)的示范性洗滌基質(zhì)為磷酸鹽緩沖溶液。洗滌溶液可添加有清潔劑或表面活性劑，例如吐溫-20 (Tween-20)、SDS、曲通XlOO (Triton X100)、NP40。過量的報(bào)告子和其它廢料被發(fā)送到廢料747。圖8展示根據(jù)一個(gè)特定實(shí)施例的較為詳細(xì)的流動(dòng)路徑配置。因此，冷凝液經(jīng)由毛細(xì)作用或其它方式從冷凝器表面824流到樣本體積840，如上文參照?qǐng)D5所描述?？山?jīng)由電導(dǎo)率/pH測(cè)量區(qū)850測(cè)量樣本體積通道或腔室840的填充。在樣本體積840任一端上的電極將提供有關(guān)何時(shí)存在通過樣本體積840的導(dǎo)電通路的指示，由此指示樣本體積840填滿。閥I和閥2是三通閥。一旦樣本體積填滿，就使用管線860經(jīng)由閥I將樣本推出樣本體積840。管線860可為氣動(dòng)或射流管線。在使用藥筒的實(shí)施例中，可通過主單元控制管線860脫離藥筒(off-cartridge),或控制其在藥筒上(on-cartridge)。閥2是三通閥，使樣本能在樣本填充階段期間到達(dá)電導(dǎo)率測(cè)量區(qū)850，隨后一旦實(shí)現(xiàn)填滿就將樣本引導(dǎo)朝向傳感器區(qū)834。報(bào)告子體積841類似地經(jīng)由三通閥3和4以及管線862計(jì)量出所需量的報(bào)告子842。盡管未描繪，但可能存在報(bào)告子體積填充感測(cè)機(jī)構(gòu)。樣本與報(bào)告子混合并流到傳感器區(qū)834，傳感器區(qū)834含有電化學(xué)傳感器或(適當(dāng)時(shí))其它類型液相傳感器以及(適當(dāng)時(shí))試劑。洗滌液848和基質(zhì)846管線分別經(jīng)由單通閥8和7控制。過量的報(bào)告子、洗滌液和其它廢料被發(fā)送到廢料847。在某些實(shí)施例中，上述呼吸冷凝液流動(dòng)路徑是在單次使用或多次使用藥筒上實(shí)施。圖9提供單次使用藥筒的實(shí)例，其包含藥筒上流過冷凝表面924、試劑/洗滌液儲(chǔ)積器946、電化學(xué)傳感器934和電接觸912。用于冷凝表面924的冷卻可為主動(dòng)或被動(dòng)的。在一
個(gè)主動(dòng)式系統(tǒng)中，冷凝表面924由例如熱電冷卻器或冷卻通道等散熱器(未圖示)包圍。通常，冷卻機(jī)構(gòu)是脫離藥筒的，位于主單元中。在某些實(shí)施例中，藥筒的一部分是半導(dǎo)體材料，且可為熱電裝置的一部分。在一個(gè)被動(dòng)式系統(tǒng)中，藥筒在使用前經(jīng)冷卻。如上文所述，在某些實(shí)施例中，將呼出氣電導(dǎo)率用作填充指示。在某些實(shí)施例中，其可用于冷凝液歸一化。電導(dǎo)率是對(duì)樣本中水量(稀釋度)的量度。此信息可用于調(diào)整傳感器對(duì)任何稀釋度分析物的響應(yīng)。電導(dǎo)率可利用小叉指式電極測(cè)量。在一種藥筒形式中，藥筒可包含包括電極的層。執(zhí)行AC電導(dǎo)率測(cè)量。如上文所論述，電導(dǎo)率測(cè)量值可提供打開一個(gè)或一個(gè)閥以進(jìn)行進(jìn)一步樣本輸送的信號(hào)。在某些實(shí)施例中，測(cè)量呼出氣冷凝液的pH值。經(jīng)顯示，呼出氣冷凝液的pH值是氣道酸化的替代性測(cè)量。氣道酸化在包含哮喘、囊性纖維化和慢性阻塞性肺病(chronicobstructive pulmonary disease, C0PD)在內(nèi)的許多呼吸道疾病和病癥中很普遍。EBC冷凝液的典型范圍對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化PH為7-8，而對(duì)于酸化為< 6。作為比較，在37°C下純水的pH為6. 81 (因自電離而略呈酸性)且血液的pH為7. 35-7. 45。EBC的pH測(cè)量可為電勢(shì)測(cè)定或電流測(cè)量。在某些實(shí)施例中，出于制造的便利性，測(cè)量為電流測(cè)量，只需要將離子選擇性膜放到電極上。對(duì)于電勢(shì)測(cè)定和電流測(cè)量?jī)煞N測(cè)量方法，都使用離子選擇性膜來(lái)賦予對(duì)H+離子的特異性。一個(gè)示范性離子載體H+選擇性膜材料是TDDA。組合單元如上文所述，在某些實(shí)施例中，取樣方案將呼吸冷凝液和呼吸測(cè)量提供于組合單元中。圖10A和10B提供根據(jù)各種實(shí)施例的此類單元100的各種組件的示意圖。為清楚起見，某些組件未描繪出來(lái)。首先，在圖10A中，描繪了單元100的外部前視圖。其包含外殼101，通常為塑料材料的?？商峁╋@示器102以顯示與即將進(jìn)行的測(cè)量的信息104。在某些實(shí)施例中，顯示器102是觸屏輸入以及輸出界面，接受與所進(jìn)行的檢驗(yàn)、患者等有關(guān)的輸入。在其它實(shí)施例中，單元100包含獨(dú)立輸入界面(例如鍵盤)或連接到外部輸入界面。單元100包含藥筒接受槽106，如上文參照?qǐng)D6A所描述。使用時(shí)，患者呼吸到與通道108流體連通的接頭(未圖示)中，通道108可部分或完全由管材或其它材料制成。圖10B示意性描繪單元100的各種內(nèi)部組件。樣本(例如50m/s)經(jīng)由通道108流入單元100。在所描繪的實(shí)施例中，其流過已經(jīng)插入槽106中的藥筒110中的流通冷凝器。如果不需要呼吸冷凝液測(cè)量，那么藥筒110可為空白藥筒，以允許樣本流過。冷凝液形成且被引導(dǎo)到一個(gè)或一個(gè)以上傳感器，如上文參照?qǐng)D7到圖9所描述。在某些實(shí)施例中，形成每次呼吸約5微升冷凝液且被引導(dǎo)到一個(gè)或一個(gè)以上傳感器。樣本(減去少量現(xiàn)冷凝的水蒸氣)流過通道108中的流通冷凝器在某些實(shí)施例中，孔口 112產(chǎn)生少量反壓力。流量計(jì)經(jīng)安置以提供呼出氣流速的準(zhǔn)確讀數(shù)。流量是通過測(cè)量橫過孔口的壓降測(cè)定。這是低成本的流量測(cè)量方法。如果使用流量計(jì)組件，那么其可安裝在患者與NO子系統(tǒng)前之間(因?yàn)镹O子系統(tǒng)從主管線抽出空氣并由此改變?cè)贜O子系統(tǒng)后進(jìn)行的流量測(cè)量)。當(dāng)捕獲呼吸時(shí)，流速將得到確認(rèn)。在115處，預(yù)定量的呼吸樣本(例如5ml/s)進(jìn)入氣體樣本體積114。氣體樣本體積114受活塞116控制?；钊刂破?31 (例如螺桿傳動(dòng))將活塞拉到左邊以產(chǎn)生預(yù)定體積的體積，從而使樣本流過閥117。一旦樣本體積填滿，閥117就會(huì)關(guān)閉。閥119打開，使得樣本流到氣相檢測(cè)器118。在某些實(shí)施例中，閥經(jīng)控制以允許根據(jù)測(cè)量方案只在呼吸周期中的指定點(diǎn)收集樣
本。舉例來(lái)說(shuō)，可只在呼氣開始后預(yù)定時(shí)間后打開閥116。另外，在某些實(shí)施例中，確定呼出氣流速包含打開旁路閥，以使在可接受流速的范圍外的呼吸(例如，如果患者咳嗽)不被發(fā)送到傳感器。來(lái)自EBC藥筒110和氣相傳感器122的信號(hào)分別經(jīng)由連接120和122發(fā)送到控制器和數(shù)據(jù)處理單元130。在所描繪的實(shí)施例中，控制器和數(shù)據(jù)處理單元130也控制取樣器和檢測(cè)器單元的各個(gè)方面，包含活塞控制器117、閥117和119、藥筒110上的閥、信息顯示器104等。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可以使用一個(gè)或一個(gè)以上軟件和/或硬件組件來(lái)執(zhí)行控制和數(shù)據(jù)處理功能。在另一實(shí)施例中，藥筒110和槽106經(jīng)安置以便在將氣相樣本拉入體積114中后使呼出氣流過冷凝器。在某些實(shí)施例中，可存在兩個(gè)此類藥筒接收槽，一個(gè)在氣相取樣前且一個(gè)在之后，由此使臨床醫(yī)生能根據(jù)特定測(cè)量選擇和插入適合的藥筒。盡管為了達(dá)到理解清楚的目的已經(jīng)相當(dāng)詳細(xì)地描述了前述本發(fā)明，但顯然，可在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)實(shí)行某些修改和變更。應(yīng)注意，存在許多替代性方式來(lái)實(shí)施本發(fā)明的方法、系統(tǒng)和設(shè)備。因此，本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)視為說(shuō)明性而非限制性的，且本發(fā)明不局限于本文給出的細(xì)節(jié)。本文中引用的所有參考文獻(xiàn)都以引用的方式并入用于所有目的。
權(quán)利要求
1.一種用于呼吸取樣和檢測(cè)的便攜式單元，其包括 經(jīng)配置以從患者接收呼出氣樣本的接頭； 與所述接頭流體連通的通道； 安置在所述通道內(nèi)以使呼出氣樣本中的水蒸氣冷凝的冷凝器，所述冷凝器包括冷凝表面； 經(jīng)配置以檢測(cè)所述冷凝的水蒸氣中存在的一種或一種以上分析物的呼出氣冷凝液傳感器；和 經(jīng)配置以檢測(cè)所述呼出氣樣本中的一種或一種以上氣相分析物的氣相檢測(cè)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的便攜式單元，其中所述呼出氣冷凝液傳感器是電化學(xué)傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式單元，其中所述呼出氣冷凝液傳感器是包括納米結(jié)構(gòu)化感測(cè)元件的電化學(xué)傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的便攜式單元，其中所述納米結(jié)構(gòu)化感測(cè)元件是碳納米管(CNT) ο
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的便攜式單元，其中所述冷凝器經(jīng)配置用于主動(dòng)冷卻。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的便攜式單元，其中所述冷凝器經(jīng)配置用于被動(dòng)冷卻。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的便攜式單元，其進(jìn)一步包括與所述冷凝表面熱接觸的熱電裝置。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的便攜式單元，其進(jìn)一步包括與所述冷凝表面熱接觸的冷卻通道。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的便攜式單元，其中所述冷凝表面和呼出氣冷凝液傳感器被容納在可拆卸式藥筒中。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的便攜式單元，其中所述冷凝表面是所述呼出氣冷凝液傳感器的表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求I到9中任一權(quán)利要求所述的便攜式單元，其中所述冷凝表面是金屬絲網(wǎng)。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的便攜式單元，其中所述通道分叉為第一子通道和第二子通道，所述冷凝器在所述第一子通道中，且所述氣相檢測(cè)器安置在所述第二子通道或其分支中。
13.根據(jù)權(quán)利要求I到9或10到12中任一權(quán)利要求所述的便攜式單元，其進(jìn)一步包括安置在所述冷凝表面與所述呼出氣冷凝液傳感器之間的毛細(xì)流動(dòng)通道。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的便攜式單元，其進(jìn)一步包括安置在所述冷凝表面與所述呼出氣冷凝液傳感器之間的微流流動(dòng)通道。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的便攜式單元，其中安置在所述冷凝表面與所述呼出氣傳感器之間的流動(dòng)通道涂有試劑。
16.一種使用來(lái)檢測(cè)呼吸中的分析物的方法，其包括 提供用于呼吸取樣和檢測(cè)的單元，所述單元包括經(jīng)配置以從患者接收呼出氣樣本的接頭； 與所述接頭流體連通的通道； 安置在所述通道內(nèi)以使呼出氣樣本中的水蒸氣冷凝的冷凝器，所述冷凝器包括冷凝表面； 經(jīng)配置以檢測(cè)所述冷凝的水蒸氣中存在的一種或一種以上分析物的液相檢測(cè)器；和 經(jīng)配置以檢測(cè)所述呼出氣樣本中的一種或一種以上氣相分析物的氣相檢測(cè)器； 從患者接收呼出氣樣本； 將全部或一部分所述呼出氣樣本引導(dǎo)到所述冷凝表面以形成冷凝液； 將全部或一部分所述呼出氣樣本引導(dǎo)到所述氣相檢測(cè)器； 將所述冷凝液引導(dǎo)到所述液相檢測(cè)器； 利用所述氣相檢測(cè)器檢測(cè)所述呼出氣樣本中一種或一種以上分析物的存在或量；和 利用所述液相檢測(cè)器檢測(cè)所述冷凝液中一種或一種以上分析物的存在或量。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法,其進(jìn)一步包括將有關(guān)所述呼出氣樣本中一種或一種以上分析物的存在或量的信號(hào)信息以及有關(guān)所述冷凝液中一種或一種以上分析物的存在或量的信號(hào)信息發(fā)送到信號(hào)處理單元。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其包括產(chǎn)生對(duì)所述患者病癥的組合量度，所述組合量度由有關(guān)所述呼出氣樣本中一種或一種以上分析物的存在或量的信號(hào)信息以及有關(guān)所述冷凝液中一種或一種以上分析物的存在或量的信號(hào)信息產(chǎn)生。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述組合量度是半胱氨酰白三烯(CysLT)水平與氣道炎癥的比率。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述呼出氣樣本中的所述一種或一種以上分析物包括一氧化氮且所述冷凝液中的所述一種或一種以上分析物包括LTE4。
21.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法,其中從患者接收呼出氣樣本包括從所述患者接收由不超過五次呼氣產(chǎn)生的樣本。
22.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法,其中從患者接收呼出氣樣本包括從所述患者接收由單次呼氣產(chǎn)生的樣本。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于呼出氣冷凝液中所見的分析物的直接取樣器和檢測(cè)器。當(dāng)所述呼吸冷凝液中的分析物在到達(dá)傳感器表面之前冷凝或直接在傳感器表面上冷凝時(shí)，應(yīng)立即對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。由于在患者呼氣后立即執(zhí)行分析或檢驗(yàn)，故分析物的穩(wěn)定性顯著改良，從而提供準(zhǔn)確、可靠、一致且臨床上適用的結(jié)果。在某些實(shí)施例中，提供組合的呼吸冷凝液/呼吸取樣器和檢測(cè)器，從而能夠?qū)我蝗忧樾沃刑峁┑睦淠囊约皻庀喾治鑫镞M(jìn)行多重分析。呼吸經(jīng)收集并引導(dǎo)到一個(gè)或一個(gè)以上子系統(tǒng)。在每一子系統(tǒng)內(nèi)，所述呼吸部分發(fā)生冷凝或被防止發(fā)生冷凝。所述技術(shù)也允許實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，由此允許即時(shí)反饋到醫(yī)療專業(yè)人員和其它硬件，例如呼吸機(jī)、麻醉機(jī)、藥物輸注系統(tǒng)和心臟起搏器。
文檔編號(hào)G01N27/00GK102803943SQ201080027418
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者布拉德利·N·約翰遜, 干乍恩·喬希, 張英蘭, 雷·拉特凱 申請(qǐng)人:納諾米克斯公司