CN109715076B

CN109715076B - 流体取样装置

Info

Publication number: CN109715076B
Application number: CN201780051676.5A
Authority: CN
Inventors: 克拉斯·克尔克霍夫; 温泽拉夫·P·约尔丹诺夫; 杰弗里·A·施米朱
Original assignee: Baozhenati
Current assignee: Biola Therapeutics Inc
Priority date: 2016-09-15
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2022-03-08
Anticipated expiration: 2037-09-12
Also published as: CA3035125A1; EP3512433B1; EP3512433C0; US20190223846A1; TW201815354A; CN109715076A; WO2018050647A1; TWI649060B; AR109529A1; EP3512433A1

Abstract

在本公开的一些实施方式中，流体取样装置包括形成为胶囊、即被配置用于由诸如哺乳动物患者等患者吞咽的外壳。在此类实施方式中，流体取样装置可以被配置成对胃肠道中的流体进行取样。在其他实施例中，根据本公开的流体取样装置可以被配置用于插入体腔中，或者可以植入或以其他方式放置在体内。

Description

流体取样装置

背景技术

胃肠(GI)道的疾病是常见的。此外，在广泛的疾病状况中越来越多地涉及到胃肠道的组成和健康。因此，GI环境的检查和表征引起高度关注。然而，胃肠道难以进入，特别是小肠切片。用于检查胃肠道的最常用技术是通过从口腔或鼻腔或从肛门使用内窥镜器械。但是，此类手术是侵入性的、不舒服的并且需要训练有素的医生来操作。此外，在没有非常复杂的仪器和程序的情况下，小肠的更远端区域是不可接近的。

胶囊内窥镜检查(CE)已成为常规胃肠道检查方法的替代方案。使用CE，可吞咽的电子胶囊在胃肠道中自然通过，同时图像被拍摄并无线传送到外部接收器。

然而，为了正确地诊断和研究肠道的健康，通常有用的是抽吸流体样品用于分析-成像是不够的。例如，针对细胞、酶、生物标志物、代谢组和/或微生物群的存在，可以分析流体样品。有希望的研究的一个特定领域是检查肠道微生物群及其与健康和疾病的关系。具体地，存在表明细菌性生态失调与疾病状态的关系的许多研究。此外，存在通过控制肠道细菌组成来治疗疾病的许多方法。迄今为止，大部分工作是通过检查粪便微生物群。然而，众所周知，小肠中的细菌组成不同于粪便中的细菌组成。此外，在许多条件下微生物组与健康和疾病的关系在小肠中可能更加明显。

用于对胃肠道中的液体进行取样的一些常规取样装置是已知的。然而，此类装置是不切实际的、过于复杂的和/或过分昂贵中的一者或多者。由于这些原因，需要用于对流过胃肠道的流体进行取样的方便的、非侵入性的、可靠的且低成本的方法。

发明内容

本申请描述被配置成对环境中的流体进行取样的流体取样装置。例如，根据本公开的流体取样装置可以被配置为对胃肠道中的流体进行取样的可吞咽胶囊。在一些情况下，可以选择性地控制根据本公开的胶囊以对胃肠道的预定的区域中的流体进行取样。

提供本发明内容来以简化的形式介绍一些概念，所述概念在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用来限制所要求保护的主题的范围。

附图说明

从详细说明和附图将更全面地理解本发明，其中：

图1A是根据本公开的示例性实施方式的第一取向上的流体取样装置的剖视图；

图1B是不同取向上的图1A所示的示例性流体取样装置的剖视图；

图2是根据本公开的另一个示例性实施方式的流体取样装置的剖视图；

图3是根据本公开的另一个示例性实施方式的流体取样装置的剖视图；

图4是根据本公开的另一个示例性实施方式的流体取样装置的正视图；

图5A是根据本公开的另一个示例性实施方式的第一取向上的流体取样装置的剖视图；

图5B是不同取向上的图5A所示的示例性流体取样装置的剖视图；

图6是根据本公开的另外实施例的流体取样装置的示意性剖视图；

图7是可以用于流体取样装置(诸如图1A、图1B、图2至图4、图5A、图5B和图6所示的那些)中的示例性阈值传感器的示意图；

图8是可以用于流体取样装置(诸如图1A、图1B、图2至图4、图5A、图5B和图6所示的那些)中的示例性阈值传感器的示意图；并且

图9是可以用于流体取样装置(诸如图1A、图1B、图2至图4、图5A、图5B和图6所示的那些)中的示例性阈值传感器的示意图。

具体实施方式

本公开描述改进的流体取样装置和系统，其包括具有结合的流体取样能力的可吞咽胶囊。在本公开的一些实施方式中，流体取样装置包括形成为胶囊(即，被配置用于由患者(诸如哺乳动物患者)吞咽)的外壳。在此类实施方式中，流体取样装置可以被配置成对胃肠道中的流体进行取样。在其他实施例中，根据本公开的流体取样装置可以被配置用于插入体腔中，或者可以植入或以其他方式放置在体内。

在一些实施方式中，根据本公开的可吞咽胶囊可以包括限定胶囊容积的外壳和限定取样容器的内壳。内壳可以相对于外壳在胶囊容积内移动。例如，内壳可以沿着胶囊的轴线移动或者可围绕轴线旋转。在一些示例中，内壳可以选择性地在例如流体通过外壳和内壳以进入取样容器的取样位置与例如流体不进入和/或离开取样容器的密封位置之间可移动。

在一些实施例中，内壳可以例如通过偏置构件在壳体内部、在内壳上施加偏置力而朝向密封位置偏置。致动器可以被定位成提供抵抗并克服偏置力的力，以使内壳移动到取样位置。例如，偏置构件可以是弹簧或可变形材料。此外，作为非限制性示例，致动器可以是气体发生器、机电致动器或机械致动器。

根据本公开的示例性实施例，当内壳处于取样位置时，内壳的内部(例如，取样容器)被放置成与胶囊的外部环境流体连通。在一些实施例中，开口可以被设置穿过包括胶囊的外部的外壳，并且穿过内壳的通道在取样位置中连接到开口。在一些示例中，空心针或类似特征可以在壳体的外部中与开口流体连通。当内壳抵抗偏置力按压时，空心针刺穿内壳的一段，以使得胶囊外部的流体穿过开口和空心针进入内壳。

根据本公开的流体取样装置还可以被配置来检测装置在胃肠道中的位置，以便例如从胃肠道的某一部分(例如十二指肠、回肠、结肠等)采集流体样品。因此，在一些情况下，根据本公开的取样装置可以包括感测装置的位置的传感器。例如，传感器可以感测胶囊周围环境的pH水平。传感器还可以可操作地连接到致动器，以使得在感测到预定的pH水平时，传感器发出信号或以其他方式触发致动器以使内部壳体从密封位置移动到取样位置。

本公开总体涉及流体取样装置和系统，并且尽管根据本公开的系统通常将被描述为在体内的，并且更具体地，可吞咽的装置中是有用的，但是本文所述的概念和系统并非如此受限。例如，本公开的概念可能在插入或以其他方式放置在期望从其采集流体样品的任何腔中的装置中是有用的。简单地说，尽管将描述某些实施例和益处，但是受益于本公开，本领域普通技术人员将理解其他实施方式、修改和/或益处。

图1A和图1B是根据本公开的实施例的流体取样装置100的剖视图。如下面将更详细描述，图1A描绘处于密封位置的流体取样装置100，并且图1B描绘处于取样位置的装置100。

流体取样装置100通常包括限定装置100的大小和形状的壳体102。图示的壳体102形状类似于胶囊，并且包括沿着轴线110在第一端106与相对的第二端108之间延伸的大致圆柱形侧壁104。第一端106和第二端108通常是圆顶形的，以促进装置100的更容易吞咽或插入。当然，在其他实施例中，壳体102可以采用其他形状和大小，这取决于应用和/或期望的效果。

在本公开的一些实施例中，壳体102是在体内时基本上不会变形的刚性壳体。例如，壳体102可以由许多已知材料(包括但不限于聚合物、不锈钢等)中的一种或多种制成。优选地，壳体由生物相容性材料制成，所述生物相容性材料被批准和/或在其他方面适合放置在哺乳动物体内。例如，壳体可以由聚乙烯、ABS和/或PEEK形成。

开口112形成为穿过壳体102的孔。在所示的示例中，开口112是总体上沿着轴线110穿过壳体102的第二端108形成的孔。在其他实施例中，开口112可以偏离轴线110和/或可以位于壳体102的第二端108之外。如下面将更详细描述，开口112提供装置100的外部环境与装置100的内部容积114(如由壳体102限定)之间的流体连通。

还如图1A和图1B中所示，内部刚性壳体116设置在壳体102的内部容积114中。内壳116通常是圆柱形的，也沿着轴线110设置，并且限定包括取样容器116的密封容积。内部刚性壳体的至少一部分包括可再密封部分120。如下面将更详细描述，可以通过可再密封部分120进入取样容器116。

刚性壳体116的外圆周，即围绕轴线110的圆周，小于外壳102的侧壁104的内表面的圆周。以这种方式，刚性壳体116可在壳体102内移动，包括沿着轴线110移动。还如图1A和图1B中所示，密封件122，诸如擦拭密封件或O形环，被设置成接触外壳102的侧壁104的内表面和内壳116的外表面。擦拭密封件122优选地限制内壳116在除沿着轴线110之外的任何方向上的移动。擦拭密封件122还可以将装置100的内部容积114分成两个容积，即靠近装置100的第一端106的第一容积和靠近装置100的第二端108的第二容积。在其他实施例中，可以沿着刚性壳体116的轴向长度在其他位置处设置附加密封件。例如，此类附加密封件可以防止刚性壳体116相对于轴线110围绕密封件122枢转。

偏置构件124和致动器126也设置在内部容积114中。更具体地，偏置构件设置在壳体102的第二端108附近，并且致动器126设置在壳体102的第一端106附近。例如，偏置构件124可以包括可压缩材料，所述可压缩材料在压缩力下压缩，但在压缩力移除时膨胀到其初始位置。在本示例中，偏置构件124被选择为使刚性壳体116在远离壳体102的第二端108的方向上偏置。即，偏置构件在刚性壳体116与第二端108之间维持预定的间隔。例如，可压缩材料可以包括硅、橡胶、凝胶、泡沫等。在替代实施例(诸如图2所示的实施例)中，偏置构件124可以可替代地包括弹簧。受益于本公开，其他偏置构件对于本领域技术人员也可以是显而易见的。

致动器126被配置成向刚性壳体116施加足以克服由偏置构件124提供的偏置力的力，从而使刚性壳体116朝向壳体102的第二端108移动。在图1A和图1B的所示示例中，致动器126包括气体发生单元，诸如氢气发生单元。同样在该示例中，提供密封件128以相对于壳体102的侧壁104的内表面密封气体发生单元126。如下面将更详细描述，可以提供密封件128，以使得由气体发生单元126产生的气体被限制到内部容积114的密封件128与上述密封件122之间的区域。在包括下面描述的一些实施例的其他实施例中，致动器126可以不是气体发生单元。例如，致动器126可以是机械弹簧，诸如预加载的螺旋弹簧。在这些实施例的一些中，密封件128可能不是必需的。

装置100还包括靠近壳体102的第一端106的传感器130。传感器130可操作地连接到致动器126，例如，经由一个或多个引线132。传感器可以是阈值传感器，例如，是包括沉积在电极上的肠溶聚合物材料的类型。一些示例性阈值传感器在图6至图8中示出，在下面进行讨论。在该示例中，传感器130或传感器130的一部分设置在壳体102的外表面上。在使用中，升高的pH和含水环境可能导致肠溶聚合物腐蚀。这暴露电极，并且这种情况用作电气开关。需注意，聚合物材料的选择以及层叠不同聚合物材料的可能性使得开关对不同pH环境敏感，并且可以用来例如靶向胃肠道内的不同位置。尽管所示示例示出设置在壳体的第一端106处的传感器130，但是传感器130可以设置在壳体102上的其他位置。

流体取样装置100还包括连接到开口112的空心针134。空心针134从壳体102的第二端108大致向内突出到容积114中。如图1A所示，当装置100处于密封位置时，空心针不会像偏置构件124那样从端部108的内表面突出那么多。因此，空心针不接触内部刚性壳体116。然而，当偏置构件例如通过致动器126向刚性壳体116施加压力以移动到图1B所示的取样位置而朝向壳体102的第二端108压缩时，空心针可以接触并刺穿可再密封部分120。

如上所述，流体取样装置100在图1A中处于密封构型，并且在图1B中处于取样位置。在操作中，流体取样装置100优选地在图1A的密封位置中被摄入或以其他方式插入体内。在一个示例中，装置100被吞咽并横穿胃肠道。传感器130感测装置100在胃肠道中的位置。如上所述，在一些情况下，传感器130是阈值传感器，其例如通过检测pH的变化来识别胃肠道中的预定的位置。在一些示例中，如下面更详细描述，阈值传感器可以包括涂覆有聚合物材料的电极。可以选择聚合物材料在预定的pH水平下腐蚀，从而允许电极的接触并且关闭跨致动器的电路。在图1A至图1B的所示实施例中，致动器126是气体发生器。因此，响应于传感器130感测胃肠道中的状况，气体发生器开始通常在朝向刚性壳体116的方向上将气体发射到容积114中。在其他实施例中，当预定的位置由传感器感测到时，电信号可以产生。该电信号例如经由电子电路通过引线132传送到致动器126。

当压力由于气体发生致动器126产生的气体而在壳体102中形成时，刚性壳体116被迫朝向壳体102的第二端108轴向移动。该移动总体上沿着图1B所示的箭头A。最终，沿着箭头A的方向在刚性壳体116上的压力足以克服由偏置构件124在相对方向上施加的偏置力。更具体地，偏置构件124开始压缩，并且随着偏置构件124的持续压缩，刚性壳体116的可再密封部分120与空心针134接触，并且空心针134刺穿可再密封部分120。在该位置中，通道通过开口112和空心针134产生，所述空心针134将装置100的外部环境与取样容器118连接。在一些实施例中，取样容器118可以处于真空条件下，以使得一旦不可渗透的膜120被空心针刺穿，装置100外部的流体冲入以填充作为取样容器118的空间。例如，流体从装置100的外部进入取样容器118的流动通常由图1B中的箭头B示出。

如图1B所示，壳体102还包括排气装置136。排气装置136可以形成为穿过壳体102的侧壁形成的一个或多个孔隙或孔。在一些优选实施例中，排气装置136可以包括壳体102的侧壁的至少一部分，其由多孔材料制成，所述多孔材料允许壳体102的内部容积114中的气态内容物通过到达壳体102外部的位置。例如，已知一些聚合物，蒸汽或气态材料可以通过所述聚合物迁移，并且壳体102的一部分可以由这种聚合物形成以提供排气装置。在一些实施例中，耗散膜可以例如由硅树脂制成，并且放置在穿过壳体形成的孔或其他开口上。微孔材料也是已知的，并且可以形成排气装置136的一部分。

在所述示例中，排气装置136允许内部容积114中的过压被释放，即，总体上沿着箭头C释放。在该示例中，排气装置136可以包括蒸气可渗透的聚合物，其被选择以使由气体发生器产生的气体以低于气体产生速率的速率通过其耗散(即，因此足够的压力可以积聚在容积114中以使刚性壳体116抵抗偏置力移动)。当气体发生器停止产生气体时，容积114中的气体通过排气装置136逸出，直到由气体施加的力由偏压构件的偏压力克服。当偏置力使刚性壳体116移动回到密封位置时，空心针变得与可再密封部分120脱离，并且可再密封部分重新密封，从而将经由空心针134进入取样容器118的流体密封在取样容器中。

在装置100离开胃肠道之后，可以取回它，因此可以移除和测试取样容器中的流体。

图2示出根据本公开的另一个实施例的另一个流体取样装置200。与装置100类似，装置200也可以被配置成由使用者吞咽，例如，以获得胃肠道中的流体样品。装置200包括胶囊形壳体202，所述壳体202通常包括在圆顶形第一端206与相对的圆顶形第二端208之间延伸的圆柱形侧壁204。开口210被示出为穿过第二端形成，但是其可以形成在壳体202上的其他位置处。也类似于图1A和图1B所示的装置100，装置200包括设置在壳体202中的刚性壳体212。刚性壳体212限定取样容器214。刚性壳体212还包括类似于可再密封部分120的可再密封部分216。

在图2所示的实施例中，还提供偏置构件218来使刚性壳体212偏离开口，并且提供致动器220来选择性地迫使刚性壳体212抵靠偏置构件218。虽然偏置构件如在先前示例中可以包括可压缩材料，但是在该示例中，偏置构件218被示出为螺旋弹簧。而且，代替图1A和图1B的气体发生器，致动器220包括压缩螺旋弹簧和相对于外壳202固定的动力电池222。包括致动器220的弹簧通过易碎线224保持在压缩位置中。易碎线224可操作地连接到动力电池222，并且动力电池例如通过一个或多个引线228与传感器226电连通。如在先前讨论的示例中，传感器226定位在壳体202的第一端206附近，并且被设置来监测装置200的位置。例如，传感器可以包括监测周围环境的pH的pH传感器。

在操作中，装置200可以被吞咽并因此横穿胃肠道。当传感器226例如通过感测预定的pH水平而确定装置200已经到达预定的位置时，传感器226产生电信号，所述电信号触发动力电池222以将集中的电能施加到易碎线224。能量足以使易碎线224弱化并断开，从而释放压缩弹簧。当弹簧220延伸时，接触刚性壳体并以足够的力在刚性壳体212上施加轴向运动以克服偏置构件218的偏置力。如在上面参考图1A至图1B描述的示例中，当刚性壳体212继续朝向壳体202的第二端208移动时，空心针230刺穿刚性壳体212的可再密封部分216，从而产生从装置200的外部到取样容器214的通路。在一些示例中，在易碎线224断开时产生的初始力足以克服偏置构件218的偏置力，以使得刚性壳体212接触针230并且填充取样容器214。然而，在初始力之后，偏置构件218的偏置力可能足以使装置200返回到密封位置。更具体地，在易碎线224断开的平衡状态下，由偏置构件218施加在刚性壳体212上的偏置力足以抵消弹簧222，以使得空心针230与刚性壳体212间隔开。仅通过释放压缩弹簧220产生的初始力足以克服偏置力。以这种方式，样品被收集在取样容器214中，但是装置200返回到密封位置，这将防止额外的流体经由开口210和空心针230进入流体取样容器214。

图3示出根据本公开的实施例的另一个示例性流体取样装置300。如图3所示，流体取样装置300与上面讨论的取样装置100、200有许多相似之处。例如，装置300包括外壳302，所述外壳302形状类似于胶囊，并且包括总体上沿着轴线310在第一端306与第二端308之间延伸的大致圆柱形侧壁404。此外，开口312形成在壳体302的第二端308附近。刚性壳体314设置在由壳体302限定的容积中，并且刚性壳体314限定流体取样容器316。与先前实施例不同，图3还示出设置在流体取样容器316中的淬火剂318。在使用之前，淬火剂318放置在流体取样容器316中。在一些实施例中，提供淬火剂来防止样品一旦被收集就被降解。可以选择淬火剂以抑制细菌与样品的相互作用和生长。在一个示例中，淬火剂可以包括细胞裂解，例如以保留所采集样品的DNA含量。尽管淬火剂在本公开的一些其他实施例中未示出，但是淬火剂可以用于本文所述的流体取样容器中的任一个。

刚性壳体314还包括可再密封部分320，并且装置300包括致动器322，所述致动器322可以是例如气体发生单元、机械致动器和/或机电致动器。装置300还包括例如通过引线330连接到电源326和电子器件328的传感器324。在该示例中，传感器324可以与上面讨论的阈值传感器不同。例如，传感器324可以是基于电子的pH传感器，诸如ISFET。与可以包括跨气体发生单元的简单短路的上述阈值传感器不同，与传感器324相关联的电子器件328可以包括定时器、微控制器和/或无线通信部件。电源326可以是电池等。

尽管致动器322、传感器324和附加的相关部件的结构可以与上面讨论的示例不同，但是效果通常是相同的。例如，传感器被设置成感测位置、地点或预定的环境因素，并且在该感测时，致动器322被驱动以使刚性壳体314大致沿着轴线310朝向壳体302的第二端308移动。与先前实施例一样，空心针332被设置成与开口312流体连通，并且当刚性壳体314朝向第二端308驱动时，空心针332将刺穿刚性壳体314的可再密封部分320，从而允许装置300外部的流体进入流体取样容器318。然而，与其他实施例不同，空心针332通过设置在壳体302的端部308中的通道334相对于开口312偏移。在所示的示例中，通道334形成为包括第二端308的材料的厚度中的路径。更具体地，通道被设置在壳体302的第二端308的内表面308a与外表面308b之间。通道334可以包括蛇形或其他曲折路径，所述蛇形或其他曲折路径可以提供增加的流动阻力，从而延长取样过程所需的持续时间。此外，流动路径可以提供扩散屏障并且改善取样室相对于外部环境的隔离。如图所示，通道334可以消除对诸如上述那些的偏置构件的需要。然而，在其他实施例中，可以使用诸如上述偏置构件124或偏置构件218的偏置构件。当使用偏置构件时，空心针332可能需要比图3所示进一步远离壳体302的内表面308a延伸。

图4示出根据本公开的另一个实施例的流体取样装置400的又一个示例。类似于先前实施例，流体取样装置400包括通常成形为胶囊的外壳402。壳体402包括用于总体上沿着轴线410在第一端406与相对的第二端408之间延伸的大致圆柱形侧壁404。在该示例中，开口412穿过壳体402形成。然而，不是布置在壳体402的端部处的大致轴向开口，而是开口412被示出为穿过壳体402的侧壁404形成的狭槽或类似的细长开口。如在先前实施例中，刚性壳体414被设置在由壳体402限定的容积中并且被配置来相对于外壳402移动。开口416被设置在刚性壳体414的侧壁中。开口416的形状和大小通常对应于外壳402中的开口412。同样在该实施例中，推进器或翼片418被设置在内部刚性壳体414的外部上。翼片418从刚性壳体414的外表面以相对于轴线410成一角度径向向外突出。

装置400还包括致动器，被示出为气体发生器420。气体发生器420例如通过引线424电连接到传感器422。气体发生器420和传感器422可以类似于上面参考本公开的其他实施例所讨论的那些。他们通常以上述方式起作用。更具体地，传感器422被配置来感测装置400的环境的预定状况，并且在感测到该条件时，气体发生单元420产生气体。气体大致在沿着轴线410的方向上从气体发生单元420推动，从气体发生单元420朝向壳体402的第二端408推动。气体优选地接触翼片418，所述翼片418相对于轴向方向倾斜。因此，在翼片418上产生的气体的力在壳体414上施加旋转运动，从而引起壳体414相对于外壳402大致在箭头426的方向上移动。当刚性壳体414相对于外壳402旋转时，形成在刚性壳体414的侧壁中的开口416与形成在外壳402的侧壁404中的开口412配准。因此，允许装置400的环境中的流体进入由刚性壳体414限定的取样容器。

在一些实施例中，刚性壳体414可以继续围绕轴线410旋转，直到开口416不再与壳体402中的开口412配准，从而重新密封内壳416。尽管未示出，但是一个或多个密封件可以用来确保由装置400获得的流体样品在收集之后保持在刚性壳体414中。例如，围绕开口416的擦拭密封件等可以从刚性壳体414的外表面径向向外突出。在该示例中，擦拭密封件可以接触壳体402的侧壁404的内表面，以使得由刚性壳体414限定的取样容器被密封。

图5A和图5B示出根据本发明的流体取样装置500的又一个实施例。装置500包括壳体502，所述壳体502通常包括在第一端506与第二相对端508之间延伸的圆柱形侧壁504。开口510形成在壳体502的第二端508中。然而，与先前实施例不同，在图5A和图5B所示的实施例中，刚性内壳由可膨胀囊512代替。例如，可膨胀囊512可以是折叠袋。囊512限定流体取样容器514，并且淬火剂516可以被设置在流体取样容器514中。

装置500还包括传感器518，所述传感器518例如经由引线520电连接到控制器522。诸如压电泵的泵524可操作地连接到控制器522。泵524经由排气装置526与装置500的外部流体连通，所述排气装置526在与壳体502的第二端508间隔开的位置处穿过侧壁504设置。

流体取样容器514通过空心针528和与开口510流体连通的流体通道530与装置500的外部环境流体连通。

在操作中，如在先前实施例中，传感器518确定装置500何时已到达预定的取样位置。感测预定的位置引起泵524开始将内容物(例如，气体或液体)从壳体502内部泵送到装置500外部的位置，即，经由排气装置526泵送。当空气大致在箭头532的方向上排出时，负压在壳体502内产生，从而引起囊512膨胀。随着囊512膨胀，装置500外部的流体经由由开口510、通道530和空心针528形成的通路被吸入流体取样容器514中。图5B示出流体容器514填充有包含来自胶囊外部的流体样品的分析物溶液并与淬火剂516混合的状态。尽管未示出，但是单向阀可以被设置成与开口510、通道530或空心针528连通，例如，以防止当泵关闭时保持在膨胀的囊512中的流体样品通过开口510退回。

图6示出根据本公开的另外实施例的流体取样装置600的另一个实施例。如在先前示例中，装置600包括壳体602，所述壳体602包括侧壁604，所述侧壁604可以是圆柱形侧壁，在第一端606与第二端608之间延伸。在该实施例中，提供隔板610，其通常将由壳体602限定的内部容积分成两个腔室，一个靠近第一端606，并且另一个靠近第二端608。被布置用于相对于壳体602轴向移动的可移动构件612通常包括轴向延伸穿过隔板610的轴614。第一活塞616定位在第一端606与隔板610之间，并且相对于侧壁604的内表面密封。第二活塞618定位在第二端608与隔板610之间，并且相对于内表面密封。

开口620在第一端606处穿过壳体602形成。开口620经由通路624将装置600的外部环境与取样容器622流体连接。在该实施例中，通路被示出为沿着装置600的轴线延伸的大致圆柱形通道。取样容器622由侧壁604的内表面、第一端606的内表面和第一活塞616限定。

提供气体发生单元626作为靠近壳体602的第二端608的致动器。气体发生单元626的气体输出端经由气体通路628从气体发生单元626引导到第二活塞618的与第二端608相对的侧面。以这种方式，由气体发生单元626产生的气体朝向第二端608推动可移动构件612。可移动构件612的这种移动引起取样容器622膨胀，从而产生负压。负压引起装置600外部的流体经由通路624进入取样容器622。在一些实施方式中，可以提供与通路624连通的单向阀，以防止流体离开取样容器622。如图所示，还提供通气孔630、632，以允许可移动构件612的移动。

图6中描绘的双活塞构型提供一种具体布置，其概述操作原理。然而，存在许多其他可能构型。作为非限制性示例，致动器可以放置在装置的中心中，并且连接两个活塞616、618的一个或多个臂可以靠近侧壁604的内表面定位。

尽管未示出，但是装置600还可以包括传感器，例如上述传感器，以触发气体发生单元626产生气体。装置还可以包括操作所需的控制器和/或其他电子器件。

图7至图9示出可以在本公开的实施例中使用的阈值传感器的实施例。更具体地，图7示出阈值传感器700，其包括第一金属电极702和与所述第一金属电极702间隔开的第二金属电极704。例如，第一金属电极702和第二金属电极704可以电连接到引线，诸如上面讨论的引线132、228、330、424、520。pH敏感材料706被设置在电极702、704上方，以防止金属电极702、704之间的电流连接。选择pH敏感材料706以在预定的pH水平(例如，大于6的pH水平)下熔化或以其他方式溶解。当pH敏感材料606熔化或溶解时，电极702、704被暴露，并且电流接触经由周围流体进行。该电流接触可以直接导致气体发生单元的致动，或者触发有源电子电路。pH敏感层的厚度在一些实施例中可以变化，以产生到取样时刻的预定延迟。例如，这对于靶向胃肠道内的不同区域可能是有用的。

图8示出阈值传感器800的另一个实施例。阈值传感器800包括第一电极802和第二电极804。在该示例中，第二电极804通过pH敏感材料806偏离第一电极802。pH敏感材料806像传感器800的pH敏感材料806一样熔化或溶解很多。然而，在传感器800中，pH敏感材料806的熔化或溶解导致第二电极804物理移动，以与第一电极802进行物理接触。更具体地，pH敏感材料806使第二电极804、迫使第二电极804远离第一电极802，以使得当pH敏感材料806不再存在时，第二电极804返回其未偏置位置，从而接触第一电极802。

图9示出根据本公开的实施例的阈值传感器900的又一个示例。在图9中，提供相对于彼此间隔开的第一电极902和第二电极904。pH敏感材料906被设置在第一电极902与第二电极904之间的空间中。然而，在该示例中，pH敏感材料906是pH敏感凝胶，如果周围液体的pH值超过预定的值，则其吸收该液体。当液体被吸收时，电流接触形成在第一电极902与第二电极904之间，从而发信号通知传感器900的周围环境具有预定的pH值。

诸如图7至图9所示的那些的传感器通常用来确定传感器的环境具有预定的pH，因为胃肠道的区域具有可辨别的pH变化。例如，胃的pH显著不同于小肠的pH。因此，通过确定pH，胶囊可以被容易地配置来对胃中或小肠中的流体进行取样。当然，根据本公开，其他传感器可以用来确定流体取样装置的位置。例如，传感器可以例如使用全球定位技术来感测位置。在其他示例中，可能根本不需要传感器。例如，时钟或计时器可以被设置在流体取样装置中，所述时钟或计时器可以例如自胶囊被吞咽以来而测量时间，其作为替代用来触发流体取样。

虽然上述若干实施例讨论可吞咽的流体取样装置，但是在其他实施例中，装置可能不会被吞咽。例如，流体取样装置可以例如经由肛门或阴道插入体腔中。在这些实施例中，传感器也可以不是必需的。同样在这些实施例中，装置可以包括取回特征，即，用于在取回样品之后移除装置。例如，刚性或柔性结构(像手柄或绳)可以设置在装置的外部上以促进取回。

本领域普通技术人员将理解前述示例性实施例的各种组合。更具体地，本公开不限于图中所示的特征的组合。作为非限制性示例，尽管图1A和图1B示出气体发生单元与可压缩材料偏置构件一起使用，而图2示出弹簧致动器和弹簧偏置构件，但是这些实施例中的任一个可以作为替代包括弹簧致动器和可压缩构件偏置构件或气体发生单元致动器和弹簧偏置构件。类似地，不同类型的传感器，例如ISFET和阈值传感器，可以在不同于所示实施例的实施例中使用。受益于本公开，本领域普通技术人员将理解其他组合，尽管在本文中未明确说明。

尽管已经用结构特征和/或方法动作专用的语言描述了实施例，但是应理解，本发明不一定限于所述实施例的特定特征或动作。相反，公开了具体特征和动作作为实现本发明的说明性形式。例如，虽然描述了具有某些形状、大小和构型的实施例，但是这些形状、大小和构型仅仅是说明性的。而且，虽然描述了一些示例性过程和用途，但是可以不同地制造和/或使用根据本公开的取样装置。

Claims

1.一种用于对腔中的内容物进行取样的装置，所述装置包括：

外壳，所述外壳包括在第一端与沿着轴线与所述第一端间隔开的第二端之间延伸的侧壁以及靠近所述第二端延伸穿过所述侧壁的开口；

取样容器，所述取样容器包括限定容积的刚性壳体和可再密封部分，所述取样容器设置在所述外壳中并且在所述外壳内总体上沿着所述轴线而在相对更靠近所述外壳的所述第一端的密封位置与相对更靠近所述外壳的所述第二端的取样位置之间可移动；

偏置构件，所述偏置构件靠近所述外壳的所述第二端设置在所述外壳中并且被配置成向所述取样容器施加偏置力以使所述取样容器朝向所述密封位置偏置；

气体发生单元，所述气体发生单元靠近所述外壳的所述第一端设置在所述外壳中并且被配置成以足以使所述取样容器克服所述偏置力从所述密封位置移动到所述取样位置的致动速率产生气体；

传感器，所述传感器被设置成感测所述外壳外部的环境的状况，所述传感器电连接到所述气体发生单元以选择性地控制所述气体发生单元产生所述气体；以及

空心针，所述空心针相对于所述外壳固定并与延伸穿过所述侧壁的所述开口流体连通，

其中当所述取样容器处于所述取样位置时所述取样容器的所述可再密封部分由所述空心针刺穿，并且当所述取样容器处于所述密封位置时所述取样容器的所述可再密封部分与刺穿构件间隔开。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括在所述外壳中靠近所述气体发生单元的排气装置。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述排气装置包括具有透气性的透气膜，所述透气膜允许气体以低于所述气体发生单元产生气体的致动速率的速率流动穿过所述透气膜。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述传感器包括pH敏感材料，当所述环境的pH超过阈值pH时，所述pH敏感材料在所述传感器处产生信号。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述偏置构件包括弹簧或可压缩材料，当所述取样容器处于所述密封位置时，所述弹簧或所述可压缩材料从所述外壳的内表面延伸的距离大于所述空心针从所述外壳的所述内表面延伸的距离，并且当所述容器处于所述取样位置时，所述弹簧或所述可压缩材料可压缩以减小所述可压缩材料从所述外壳的所述内表面延伸的所述距离，以使得所述空心针从所述内表面延伸的所述距离大于所述可压缩材料从所述外壳的所述内表面延伸的所述距离。

6.一种用于对腔中的内容物进行取样的装置，所述装置包括：

致动器，所述致动器靠近所述外壳的所述第一端设置在所述外壳中并且被配置成使所述取样容器克服所述偏置力从所述密封位置移动到所述取样位置；以及

刺穿构件，所述刺穿构件以与延伸穿过所述侧壁的所述开口流体连通的方式设置在所述外壳中，

其中当所述取样容器处于所述取样位置时所述取样容器的所述可再密封部分由所述刺穿构件刺穿，并且当所述取样容器处于所述密封位置时所述取样容器的所述可再密封部分与所述刺穿构件间隔开。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述致动器包括气体发生单元，并且由所述气体发生单元产生的气体使所述取样容器从所述密封位置移动到所述取样位置。

8.根据权利要求7所述的装置，还包括在所述外壳中靠近所述气体发生单元的通气孔。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述通气孔包括具有低于所述气体发生单元产生气体的速率的透气性的透气膜。

10.根据权利要求6所述的装置，还包括传感器，所述传感器设置成感测所述外壳外部的环境的状况。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述传感器包括响应于所述环境的阈值pH的阈值传感器。

12.根据权利要求6所述的装置，还包括设置在所述取样容器中的淬火器。

13.根据权利要求6所述的装置，其中所述偏置构件包括弹簧或可压缩材料。

14.根据权利要求6所述的装置，其中所述刺穿构件包括空心针，并且还包括将所述空心针流体连接到所述开口的通道。

15.根据权利要求6所述的装置，其中所述致动器包括弹簧。

16.根据权利要求15所述的装置，其中所述弹簧通过支撑线保持在压缩位置中，并且所述支撑线断开以释放所述弹簧以使所述取样容器移动到所述取样位置。

17.一种用于对腔中的内容物进行取样的装置，所述装置包括：

外壳，所述外壳包括在第一端与沿着轴线与所述第一端间隔开的第二端之间延伸的侧壁以及延伸穿过所述侧壁以将所述外壳的内部与所述外壳的外部流体连接的开口；

限定容积的取样容器，所述取样容器设置在所述外壳中并且相对于所述外壳在密封位置与取样位置之间可移动，其中，在所述取样位置中，来自所述外壳外部的环境的流体通过所述外壳进入所述取样容器；

致动器，所述致动器靠近所述外壳的所述第一端设置在所述外壳中并且被配置成使所述取样容器从所述密封位置移动到所述取样位置；以及

空心针，所述空心针设置在所述外壳中并与所述开口流体连通，其中：

所述取样容器包括可再密封部分，并且

所述致动器使所述取样容器移动到与所述空心针接触，使得所述空心针刺穿所述可再密封部分，从而经由所述空心针和所述开口在所述容积与所述外壳的所述外部之间形成流体连通。

18.一种用于对腔中的内容物进行取样的装置，所述装置包括：

限定容积的取样容器，所述取样容器设置在所述外壳中并且相对于所述外壳在密封位置与取样位置之间可移动，其中，在所述取样位置中，来自所述外壳外部的环境的流体通过所述外壳进入所述取样容器；以及

致动器，所述致动器靠近所述外壳的所述第一端设置在所述外壳中并且被配置成使所述取样容器从所述密封位置移动到所述取样位置，其中：

所述开口穿过所述侧壁的一部分形成，

所述取样容器包括刚性圆柱形壳体、从所述圆柱形壳体的外表面径向向外延伸的翼片、以及形成在所述圆柱形壳体的侧壁中的容器开口，

所述致动器包括气体发生单元，并且

由所述气体发生单元产生的气体接触所述翼片以使所述取样容器相对于所述外壳在所述密封位置与所述取样位置之间旋转，在所述密封位置中，延伸穿过所述外壳的所述侧壁的所述开口与所述容器开口旋转地间隔开，在所述取样位置中，延伸穿过所述外壳的所述侧壁的所述开口与所述容器开口对齐。

19.一种用于对腔中的内容物进行取样的装置，所述装置包括：

所述外壳还包括靠近所述致动器形成在其中的通气孔，

所述取样容器包括与所述开口流体连通的可膨胀袋，

所述致动器包括与所述可膨胀袋间隔开的压电泵，

所述压电泵将所述外壳中所述可膨胀袋外部的所述可膨胀袋与所述压电泵之间的空气经由所述通气孔泵出所述外壳，

所述可膨胀袋响应于所述压电泵将所述空气泵出所述外壳而膨胀，并且

所述可膨胀袋的膨胀通过所述开口将所述外壳外部的流体吸入所述可膨胀袋中。