圖的其余部分可W進(jìn)一步理 解本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0027] 將參照下文的附圖和數(shù)據(jù)曲線圖更加充分地理解描述，所述附圖和數(shù)據(jù)曲線圖代 表了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例并且不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是本公開范圍的完整記載。
[0028] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的樣本收集和分析系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖；
[0029] 圖2a至2c是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的盒模塊和樣本轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)的實(shí)施例的示意圖；
[0030] 圖3a至3c是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的W收集器的橫截面示出的樣本儲(chǔ)器的示意圖；
[0031] 圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在聚碳酸醋表面中的樣本儲(chǔ)器，聚碳酸醋表面在其邊 緣處使用錐形環(huán)固定在平整表面上；
[0032] 圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的由計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD)模擬獲得的數(shù)據(jù)曲線圖，示 出了d2和x2與收集效率的關(guān)系W及樣本儲(chǔ)器表面處的速度；
[0033] 圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的收集器的橫截面和收集器噴嘴入口處的速度的計(jì)算 流體動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)矢量；
[0034] 圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的由計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬獲得的數(shù)據(jù)曲線圖，示出了噴 嘴角和壁損失之間的關(guān)系；
[0035] 圖8a和8b示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的帶有不同噴嘴喉部長(zhǎng)度的收集器實(shí)施例的 橫截面的示意圖，示意圖上疊置的是計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)顆粒徑跡；
[0036] 圖9a和9b示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的噴嘴直徑（dl)與收集效率和撞擊速度之 間的關(guān)系的數(shù)據(jù)曲線圖；
[0037] 圖10a至10c示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)先收集組件的示意圖；
[003引圖11a示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)先收集組件橫截面的示意圖，其中單向閥起 到低通過濾器的作用，示意圖中疊置的是計(jì)算流體力學(xué)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)10μm顆粒徑跡W及空氣 速度的輪廓；
[0039] 圖1化示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)據(jù)曲線圖，其示出了用于兩種不同的閥彎曲 角度的隨粒徑而變化的顆粒滲透；
[0040] 圖12a示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的收集器實(shí)施例的示意圖，其示出了細(xì)胞破裂和 收集并且顯示了用于確定收集儲(chǔ)器中的DNA與細(xì)胞之比的測(cè)量過程；
[0041] 圖1化示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)據(jù)曲線圖，其示出了由于在更高的P1/P0條 件下細(xì)胞破裂而導(dǎo)致細(xì)胞外DNA增加；
[0042] 圖13示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的樣本收集系統(tǒng)的示意圖；
[004引圖14示出了使用圖13中示出的本發(fā)明實(shí)施例檢測(cè)改進(jìn)與現(xiàn)有技術(shù)Anderson收 集器相比的數(shù)據(jù)曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，示出了用于從患者收集樣本W(wǎng)便診斷的系統(tǒng)和方法。在多個(gè)實(shí)施 例中，樣本收集和分析系統(tǒng)將由患者咳嗽、噴曖或者呼吸排出的顆粒集中在樣本中，用于診 斷患者的呼吸道感染或者其它小疾病。在某些運(yùn)樣的實(shí)施例中（如圖1示意性所示），樣本 收集和分析系統(tǒng)（1)具有預(yù)先收集組件（即，患者界面2);收集器（3)，其流體連通在預(yù)先 收集組件和樣本儲(chǔ)器（4)之間，并起到W下組合功能：有效捕獲從患者排出的空氣的體積、 將排出的空氣朝向樣本儲(chǔ)器引導(dǎo)，并且從排出的空氣中將所需粒徑分離到樣本儲(chǔ)器中。
[0045] 在多個(gè)實(shí)施例中，收集在樣本儲(chǔ)器中的排出的顆粒是分析物源，所述分析物源產(chǎn) 生診斷裝置傳感器的變送器中的信號(hào)。在運(yùn)種實(shí)施例中，該分析物可W是W下液滴中的一 種或者多種：包含有機(jī)、無(wú)機(jī)或者生物分子的液滴，所述液滴提供了疾病的特征；包含來(lái)自 患者的片段或完好的有生命或者死亡細(xì)菌細(xì)胞、病菌或者細(xì)胞的液滴；和來(lái)自患者的干燥 片段或完好的有生命或者死亡細(xì)菌細(xì)胞、病菌或者細(xì)胞的液滴。為了本發(fā)明的目的，運(yùn)些顆 粒（或者分析物）連同構(gòu)成收集儲(chǔ)器的材料的顆粒被稱作樣本巧），所述樣本可W被轉(zhuǎn)移到 診斷裝置化），W產(chǎn)生所述的疾病的診斷結(jié)果。
[0046]W下實(shí)施例將提供上述功能并且可任意組合應(yīng)用在樣本收集系統(tǒng)中。
[0047] 盡管將在下文詳細(xì)描述提供上述功能的樣本收集和分析系統(tǒng)的元件的特定實(shí)施 例，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，運(yùn)些實(shí)施例和元件可W與合乎特定應(yīng)用要求的系統(tǒng)的變形方案中 的任意一種組合使用。
[0048] 盒模塊和樣本轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)
[0049] 在多個(gè)實(shí)施例中，樣本收集和分析系統(tǒng)構(gòu)造成用作完全整合的患者診斷裝置。運(yùn) 種操作要求從樣本收集裝置將樣本無(wú)縫銜接轉(zhuǎn)移到適當(dāng)?shù)脑\斷裝置。為了實(shí)現(xiàn)此目的，樣 本收集在樣本儲(chǔ)器中。如將在下文更加詳細(xì)討論的那樣，樣本儲(chǔ)器介質(zhì)能夠采取多種形式。 不管樣本介質(zhì)如何，在實(shí)施例中，樣本能夠連續(xù)或者成批轉(zhuǎn)移到診斷裝置中。為了連續(xù)轉(zhuǎn) 移，將整合微流體系統(tǒng)，由此將所收集的材料直接轉(zhuǎn)移到診斷裝置，運(yùn)能夠成批地或者實(shí)時(shí) 地檢測(cè)材料，如之前在美國(guó)專利公報(bào)No. 2013/0217029中描述的那樣，其公開內(nèi)容通過引 入結(jié)合在此。然而，在成批轉(zhuǎn)移實(shí)施例中，盒模塊（7)可W結(jié)合到樣本收集系統(tǒng)中。在多個(gè) 實(shí)施例中，該模塊包括便于轉(zhuǎn)移樣本的機(jī)構(gòu)。在運(yùn)樣的實(shí)施例中，盒模塊可W包括W下設(shè)計(jì) 元素中的一個(gè)或者多個(gè)：
[0050] ?易于移除的模塊，其是樣本收集系統(tǒng)的整合部分；
[0051] ?諸如通過條形碼標(biāo)記，W容易地使得樣本與患者關(guān)聯(lián)起來(lái)；
[0052] ?包含樣本儲(chǔ)器，繼而構(gòu)造成包含樣本；
[0053] ?與診斷裝置兼容和直接配合，例如，盒模塊可W與樣本結(jié)合并且將樣本分配到 診斷裝置中，諸如Ce地eidXpert?或者BioFireFilmArray?;^及
[0054] ?可與下述樣本采集幾何機(jī)構(gòu)配合。
[0055] 在多個(gè)運(yùn)種實(shí)施例中，樣本轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)被整合到盒模塊中，該機(jī)構(gòu)是機(jī)械機(jī)構(gòu)、電氣 機(jī)構(gòu)或者任何機(jī)構(gòu)或組合。運(yùn)種移除機(jī)構(gòu)可W包括W下設(shè)計(jì)元素中的一個(gè)或者多個(gè)：
[0056] ?移除裝置，所述移除裝置包括樹斷、折斷或者其它機(jī)構(gòu)中的一個(gè)或者兩個(gè)。
[0057] ?自密封盒模塊，一旦從收集系統(tǒng)移除，所述自密封盒模塊就密封樣本儲(chǔ)器，由此 防止可能包含生物危害物質(zhì)的樣本暴露于外部環(huán)境或者使得人員暴露于運(yùn)種生物危害物 質(zhì)，而且還防止外部環(huán)境元素污染樣本。在一些實(shí)施例中（圖2a和圖化示意性示出），通 過從收集器（12)移除盒模塊（10)將擋片推動(dòng)通過彈黃（未示出）W切斷通往包含分析物 的液體（16)的孔口（14)，所述包含分析物的液體包含在樣本儲(chǔ)器（18)中。
[0058] ?在多個(gè)實(shí)施例中，盒模塊還作為存儲(chǔ)載體。在運(yùn)樣的實(shí)施例中，在收集之前和在 將樣本轉(zhuǎn)移（即，收集之后）到診斷裝置之前，盒模塊保存樣本儲(chǔ)器。因此，盒模塊構(gòu)造成 承受寬的溫度范圍，W保持樣本儲(chǔ)器和其包含的樣本的完整性（對(duì)于后收集存儲(chǔ)為低溫， 而對(duì)于架存存儲(chǔ)預(yù)先收集為高溫）。
[0059] ?在其它實(shí)施例中（如圖2c所述），分配機(jī)構(gòu)要么允許盒模塊與特定的診斷裝置 整合，要么將樣本轉(zhuǎn)移到標(biāo)準(zhǔn)用管或者瓶子，在此之后使用標(biāo)準(zhǔn)用移液吸管或者任何其它 容器。在運(yùn)樣的實(shí)施例中，將機(jī)構(gòu)內(nèi)置到盒模塊中，W便主動(dòng)地迫使樣本儲(chǔ)器中的樣本出 來(lái)，由此產(chǎn)生密封W將轉(zhuǎn)移物與外界環(huán)境隔離。在某些運(yùn)樣的實(shí)施例中，在樣本儲(chǔ)器介質(zhì)是 藥片（如下所述）的情況中，盒模塊中的裝置（諸如棘爪（clicker))將藥片機(jī)械地噴射到 診斷裝置（諸如管）中，所述診斷裝置可W包含水或者其它緩沖液，其中，包含所收集的分 析物的藥片可W溶解并且準(zhǔn)備好進(jìn)行檢測(cè)。在另一實(shí)施例中，其中，樣本儲(chǔ)器介質(zhì)是緩沖液 (如下文所述），盒模塊可W包含一機(jī)構(gòu)（未示出），諸如在注射器中使用的那種柱塞，由此 活塞將包含分析物的液體驅(qū)動(dòng)至容器。
[0060] 有關(guān)圖2a至圖2c描述了結(jié)合上述特征的盒模塊的某些實(shí)施例的操作。在運(yùn)樣 的實(shí)施例中，樣本收集系統(tǒng)（12)預(yù)裝有所有部件，包括盒模塊（10)，如圖2a所示。在從患 者收集樣本之后，斷開盒模塊，如圖化所示。在運(yùn)樣的實(shí)施例中，盒模塊（10)包括樣本儲(chǔ) 器（16)。在收集器中，由患者產(chǎn)生的顆粒流經(jīng)噴嘴。產(chǎn)生流經(jīng)收集器的流的機(jī)構(gòu)將在下文 更加詳細(xì)地描述。在收集器中，樣本儲(chǔ)器垂直于離開噴嘴的流放置，運(yùn)致使流彎曲。顆粒不 會(huì)跟隨方向變化并且被朝向樣本儲(chǔ)器引導(dǎo)，所述顆粒被收集在所述樣本儲(chǔ)器中。（對(duì)于噴 嘴W及其相對(duì)于收集器和樣本區(qū)域的放置的全面描述，參見例如上文引用的美國(guó)專利公報(bào) No. 2013/0217029)。在該實(shí)施例中，樣本儲(chǔ)器是面向噴嘴（20)的空腔，所述空腔聚焦進(jìn)入 的呼吸流出物的流，并且包含作為樣本儲(chǔ)器介質(zhì)的液體緩沖液（16)。將分析物收集在介質(zhì) 中，所述介質(zhì)變成分析物樣本。一旦斷開盒模塊（10)，就使用一機(jī)構(gòu)切斷樣本儲(chǔ)器（16)中 的孔口（16)(未顯示），在一個(gè)實(shí)施例中，該機(jī)構(gòu)可W是彈黃，如圖化所示。然后盒模塊可 W用作存儲(chǔ)裝置，所述存儲(chǔ)裝置保存樣本。接著將盒模塊與診斷裝置（22)的接收端口（24) 整合在一起，從而產(chǎn)生密封，如圖2c所示。然后，盒模塊可W被操作，W通過一機(jī)構(gòu)分配樣 本，在一個(gè)實(shí)施例中，運(yùn)個(gè)機(jī)構(gòu)也可W是柱塞（未示出），所述柱塞也迫使孔口打開并噴射 分析物。
[0061]樣本儲(chǔ)器設(shè)計(jì)
[0062]在多個(gè)實(shí)施例中，樣本儲(chǔ)器定義為接收來(lái)自患者的咳嗽、噴曖或者呼吸的分離的 顆粒并且集中顆粒的介質(zhì)。因此，在多個(gè)實(shí)施例中，包含在儲(chǔ)器內(nèi)的材料少到足W允許在被 供給到分析裝置中之前少于2血。樣本儲(chǔ)器介質(zhì)（圖3a至3c中的26, 28, 30)的尺寸大約 為噴嘴直徑（dl)。樣本儲(chǔ)器自身（32,34,36)與噴嘴（38,40,42)相對(duì)定位，并且可W具有 改變的幾何結(jié)構(gòu)，其中一些幾何結(jié)構(gòu)顯示在圖3a至3c中。圖3a和圖3b中示出的兩個(gè)幾 何結(jié)構(gòu)具有相似的收集特征，其中離開噴嘴的空氣遭遇平整板。
[0063] 其中收集顆粒的樣本儲(chǔ)器介質(zhì)（26,28,30)可W改變，一些僅僅適用于特定幾何 結(jié)構(gòu)而不適用于其它幾何機(jī)構(gòu)。所有運(yùn)些樣本儲(chǔ)器介質(zhì)的相同之處在于它們必須與下游診 斷檢測(cè)方法兼容。例如，如果所使用的方法是用W檢測(cè)分析物的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR)擴(kuò) 增，則必須使用不抑制聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的介質(zhì)。例如，圖3a中的幾何結(jié)構(gòu)適用于與平整的 固體材料或者薄膜（26) -起使用。本設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)施例是使用聚碳酸醋薄膜（44)，其在邊 緣處使用錐形環(huán)（48)固定在平整表面（46)上（參見圖4)。分析物位于平整的固體材料的 表面上并且可W通過將薄膜放置在提取液中而轉(zhuǎn)移到液體?？蒞通過使用聲波降解法1分 鐘來(lái)提取完好的細(xì)胞或者可W使用DNA提取套件來(lái)提取DNA。
[0064] 如在圖3b中提供的幾何機(jī)構(gòu)中所示的其它實(shí)施例適用于