更厚的固體材料，在薄 膜中不能獲得所述更厚的固體材料。例如，不同鹽類作為薄膜是不穩(wěn)定的。因此，在運些情 況下所選擇的材料必須是溶解的材料。在一個實施例中，所選擇的鹽類成球團狀并且插入 在樣本儲器（34)中。分析物被收集在表面上并且在收集之后通過溶解將分析物提取到液 體中。在另一個實施例中，聚乙二醇（PEG)凝膠或者粘性液體放置在樣本儲器中。不同長 度的聚乙二醇分子在不同的含水程度下可溶于水。因此運種性能可W用于控制包含分析物 的聚乙二醇凝膠的溶解。
[0065] 在圖3c中示意性示出的實施例中，可W使用參照圖3a和3b討論的所有材料。另 夕F，液體收集是可行的，如在上文引用的美國專利公報No. 2013/0217029中所描述的那樣。 在運樣的實施例中，與樣本儲器相關(guān)地設(shè)置空腔巧0)，從而允許氣流在接觸樣本儲器的收 集表面巧2)(液體、薄膜或者固體）之前減速。運防止氣流從液體表面攜帶液滴并且最終 耗盡樣本（30)。然而，在適當(dāng)?shù)卦O(shè)計空腔巧0)時必須仔細地考慮。在一些實施例中，空腔 巧0)的開口具有直徑d2,并且液體被放置在離該開口一距離x2處。運兩個參數(shù)必須與噴 嘴直徑dl相關(guān)地進行控制。
[0066] 在確定適當(dāng)參數(shù)時，必須平衡兩個對立現(xiàn)象：1)顆粒的收集效率（即，多少顆粒滲 透到液體）；和2)液體表面處的空氣速度（即，空氣在其接觸表面時將攜帶液體）。為了防 止空氣耗盡液體，空氣速度必須介于lOm/s至20m/s之間。圖5示出了在不同噴嘴參數(shù)條 件下、即在d2/dl和x2/dl的變化下的計算流體動力學(xué)模擬的速度和收集效率結(jié)果。如圖 所示，表面處的速度隨著d2/dl的減小和x2/dl的增大而減小，并且收集效率具有相同的結(jié) 果。在多個實施例中，圖5中示出的曲線可W用作噴嘴和收集器設(shè)計的指引。例如，為了達 到20m/s的速度，當(dāng)d2/dl= 2時，x2/dl必須等于10 (參見圖5中虛線）。在運些條件下， 收集效率大約為60%。而且，針對每種操作條件，產(chǎn)生不同的曲線。因此，圖5中示出的曲 線可W用于構(gòu)造保存特定量的液體例如緩沖液的空腔。而且，通過構(gòu)造尺寸d3,可W控制液 體表面的表面張力。特別地，隨著d3減小，表面張力增大并且使得液體更加難W逃逸。
[0067]收集器幾何結(jié)構(gòu)和操作條件
[0068]收集器的幾何結(jié)構(gòu)還可W工程設(shè)計成控制顆粒壁損失、顆粒反彈、顆粒收集、可制 造性和容易使用性。在幾何結(jié)構(gòu)中存在多個參數(shù)，所述參數(shù)對于收集器設(shè)計而言是很重要 的。提供對運些參數(shù)中的一些的優(yōu)化的示例性實施例被設(shè)置用于圖3a和3b中提供的收集 器實施例并且還可W廣泛應(yīng)用于圖3c中示出的實施例。
[0069] 噴嘴角參數(shù)
[0070] 如圖6中用（θ1)標(biāo)記的噴嘴角是能夠影響顆粒收集效率的收集器幾何結(jié)構(gòu)參數(shù) 中的一個。如圖6所示，在高噴嘴角（θι)的條件下，在噴嘴喉部入口巧6)區(qū)域中產(chǎn)生再 循環(huán)區(qū)域巧4)。運個區(qū)域?qū)е略趪娮烊肟谇?)處產(chǎn)生顆粒損失并且防止運些顆粒抵達收 集儲器介質(zhì)。在低噴嘴角的條件下，運些區(qū)域消失。制造誤差、噴嘴喉部入口中的突出部分 在噴嘴喉部的入口區(qū)域中產(chǎn)生類似的干擾并且放大更大角的影響，導(dǎo)致壁上的顆粒損失升 高。圖7示出了顆粒損失與噴嘴角的關(guān)系并且可W在構(gòu)造收集器噴嘴角時使用。圖7還示 出了突出部分如何影響損失，運也可W用作構(gòu)造收集器時的設(shè)計原理。
[0071]噴嘴喉部長度
[0072] 在圖8a和8b中提供了示例性收集器噴嘴喉部的配置和幾何結(jié)構(gòu)。如圖所示，噴嘴 喉部化0)的長度燈）決定了噴嘴出口化2)處的空氣速度和顆粒速度。足夠長的噴嘴喉部 將允許空氣在離開噴嘴之前達到完全展開流。然而，噴嘴應(yīng)當(dāng)足夠短，W降低噴嘴出口化2) 處的顆粒速度，并因此減小顆粒損失。顆粒能夠達到的最大終端速度為噴嘴出口化2)處的 氣體速度。噴嘴出口化2)處的顆粒速度是決定收集表面處的顆粒的最終速度（或者碰撞 速度）的另一個參數(shù)。特別地，低速度將趨于消除反彈效應(yīng)。因此，最優(yōu)長度將允許實現(xiàn)完 全展開空氣流W及最小的顆粒速度和壁上的顆粒損失。
[0073] 圖8a和圖8b針對10 μ m顆粒通過示出計算流體力學(xué)計算的顆粒徑跡化4)圖解 了該概念。運些大顆粒具有高弛豫時間化并且無法調(diào)整W適于因改變噴嘴喉部入口化8) 中的流動方向而導(dǎo)致的快速流動變化。在較短的噴嘴喉部中（圖8a)燈/dl= 2. 25 ;其中， T是噴嘴喉部長度），顆粒徑跡切換側(cè)部化6)而沒有被壁攔截。運種情況不會出現(xiàn)在較長 的噴嘴（圖8b) (T/dl= 8. 89)中，其中，顆粒被壁化9)攔截，從而導(dǎo)致效率損失。終極顆 粒速度與氣體速度成比例。僅僅lym的顆粒達到終端速度?？紤]到需要低撞擊速度，在運 個實施例中，應(yīng)當(dāng)選擇T/dl= 2. 25的噴嘴長度。盡管運取決于選擇的流率，但是應(yīng)當(dāng)理解 的是，設(shè)計原理仍然應(yīng)用于所有的運行流率。
[0074]噴嘴直徑和工作壓力
[0075] 確定收集器的流率還可W應(yīng)用在構(gòu)造樣本收集系統(tǒng)的整體設(shè)計時。例如，在多個 實施例中，其影響預(yù)先收集組件（或者下文所討論的患者界面）的設(shè)計。假設(shè)使用下文討 論的準(zhǔn)則確定適當(dāng)?shù)牧髀?，則能夠根據(jù)某些規(guī)則設(shè)定噴嘴的直徑。
[0076]噴嘴直徑（dl)對撞擊速度影響最大。需要低撞擊速度（Vi·化< 5)來消除顆粒 反彈，其中，Vi是顆粒速度，化是顆粒直徑：直徑越大，撞擊速度越低（在恒定容積流率的 條件下）。在如下文所述的低速度不理想的某些情況下，Vi·化的大小至多可W為大約5 之內(nèi)，W控制顆粒反彈。顆粒反彈導(dǎo)致收集效率損失。如果速度太低，則其可能因為顆粒能 夠跟隨氣流并且在沒有被驅(qū)動到收集儲器介質(zhì)中的情況下離開收集器而損失收集效率。因 此，可W平衡顆粒撞擊速度和收集效率，W獲得噴嘴直徑。例如，圖9示出了對于5升每分 鐘和6. 5升每分鐘的流率的工作直徑的區(qū)域。
[0077]噴嘴與板距離之比
[007引 當(dāng)噴嘴與板距離之比xl/dl為1. 2《xl/dl《1. 6時，噴嘴與板距離之比在5升 每分鐘的操作條件下不會對顆粒收集或者撞擊速度造成影響。在較高的噴嘴與板距離之比 條件下，小顆?？赡鼙粖A帶到氣流中，導(dǎo)致收集效率降低。
[0079]調(diào)整樣本收集系統(tǒng)W適應(yīng)瞬態(tài)咳嗽流
[0080]初步臨床數(shù)據(jù)表明，在傳統(tǒng)樣本收集設(shè)計中損失了患者排出材料的絕大部分。在 預(yù)先收集組件（或者患者界面）中流率不足W及缺乏捕獲機構(gòu)共同導(dǎo)致咳嗽體積的絕大部 分通過先前設(shè)計的出口逸出。（注意，從開始咳嗽起經(jīng)歷約0. 1秒的時間，咳嗽流率的峰值 為28化/min,運持續(xù)總共約0. 5秒?；颊呖人援a(chǎn)生的平均總體積在男性患者1L和女性患者 0.7化之間變化。參見例如Gupta等人的IndoorAir, 19:517-525, 2009年，其公開內(nèi)容通 過引入結(jié)合在此）。因此，在多個實施例中，樣本收集系統(tǒng)構(gòu)造成適于所測量的咳嗽流率。 在某些實施例中，樣本收集系統(tǒng)構(gòu)造成通過收集器增大流率。在其它實施例中，設(shè)置了暫存 區(qū)域，過多的咳嗽體積在由樣本收集系統(tǒng)抽吸之前可W駐留在所述暫存區(qū)域中。在其它實 施例中，可W協(xié)同地使用上述方法中的兩種。
[0081] 使用收集器流率進行流動補償
[0082] 在約3(K)L/min的峰值咳嗽流率的條件下，大約100%的咳嗽被捕獲，即，如果樣本 收集系統(tǒng)在約3(K)L/min的流率（曲條件下取樣，則其將捕獲全部咳嗽。然而，因為咳嗽流 率相對于時間非線性（參見下表1)，所W可W在較低的Q值條件下捕獲咳嗽的絕大部分。 噴嘴直徑dl的平方限定了流的臨界面積并且因此限定了通過噴嘴的最大流率（Qmax)。換 言之，達到某一Q所需的直徑最小dl是在Qmax=Q的條件下的dl。在表1中列舉了最小 dl。例如，在60L/min的流率條件下，能夠捕獲40%的咳嗽體積，需要2. 5mm的最小dl實現(xiàn) 所述流率。
[0083]
[0084] 使用預(yù)先收集組件進行流動補償
[0085] 相應(yīng)地，在多個實施例中，通過產(chǎn)生暫存部來針對咳嗽流率調(diào)整樣本收集系統(tǒng)，所 述暫存部允許存儲不能被引導(dǎo)到樣本收集系統(tǒng)的樣本儲器的過多的體積并且W等于收集 器的流率的速率抽吸所述過多的體積。如前文所述，樣本收集系統(tǒng)可W由兩個主要部件構(gòu) 成：預(yù)先收集組件（或者患者界面）和收集器，如圖1和圖10所示。在一些實施例中，預(yù)先 收集組件（PCA)構(gòu)造成產(chǎn)生暫存部，由此，過多的咳嗽體積在由收集器抽吸之前通過所述 暫存部駐留。在運樣的實施例中，預(yù)先收集組件（70)具有W下規(guī)定中的一個或者多個：
[0086] ?在使用之后可任意處理。
[0087]?其包括入口（72)，所述入口與呼吸道的外部開口對接。入口接口（72)形成密封 并且允許咳嗽、噴曖、呼吸或者呼吸道的任何其它氣溶膠輸出被朝向樣本收集系統(tǒng)引導(dǎo)。在 一個實施例中，入口可W是吹嘴。在另一個實施例中，入口可W是罩。在又一個實施例中， 入口可W是鼻件，所述鼻件通過鼻孔抽吸呼出的呼吸。
[0088] ?包括操控來自患者的流的機構(gòu)。提供一機構(gòu)，在呼氣期間，憑借所述機構(gòu)，W流 率Q將呼吸道的輸出物引導(dǎo)到WQ1運轉(zhuǎn)的收集器（76)并且將其余流Q2引導(dǎo)到儲器（78) 而沒有損失到外部環(huán)境中。在一些實施例中，提供一機構(gòu)，憑借所述機構(gòu)，防止在吸氣期間 患者通過入口（72)吸入捕獲在儲器中的空氣。在其它實施例中，提供一機構(gòu)，在吸氣期間， 憑借所述機構(gòu)，WQ1的速率將捕獲的呼氣體積朝向收集器（76)引導(dǎo)。
[0089] 0在一個運樣的實施例中，如圖10a所示。預(yù)先收集組件機構(gòu)由兩個單向閥（80， 82)構(gòu)成。在一個實施例中，單向閥（80,82)可W由娃橡膠構(gòu)成，所述娃橡膠附接到表面，該 表面約束其向一個方向彎曲。在另一個實施例中，可W電子控制單向閥（80,82)。在運樣的 實施例中，在呼氣時，預(yù)先收集組件通過單向閥（82)將咳嗽體積引導(dǎo)至可擴張儲器，所述 可擴張儲器放置成與來自患者巧0)的主流的方向成一角度。在一個實施例中，儲器可W是 可充脹的塑料袋，所述可充脹的塑料袋在其充脹時沒有阻力提供。在另一個實施例中，儲器 由性質(zhì)與球囊類似的彈性材料制成，W便提供彈性阻力。在吸氣期間，同一單向閥（82)防 止所捕獲的呼出體積離開儲器并且將其朝向收集器（76)引導(dǎo)。在該階段期間，另一個單向 閥（80)允許患者通過預(yù)先收集組件（70)吸入外界空氣。
[0090] 0在另一個運樣的實施例中，如圖1化所示，除了僅使用了一個單向閥（82)之外， 該機構(gòu)與上述機構(gòu)類似。該機構(gòu)防止患者在使用預(yù)先收集組件的同時吸入。而是通過移除 預(yù)先收集組件指示患者吸