CN109862829A - 气体采样装置 - Google Patents

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纳撒尼尔·斯塔克
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Abstract

本文披露的技术部分涉及气体采样装置。根据一些方面，气体采样装置具有壳体，该壳体限定气流孔、气体测试室和从气流孔延伸到气体测试室的气流通路。该壳体还限定传感器插座和对接结构，该传感器插座被构造为可移除地将可抛弃式传感器测试条固持在气体测试室内，并且该对接结构被构造为由对接站接纳。

Description

气体采样装置
本申请于2017年10月19日以波士顿科学SciMed公司(美国国家公司，其是对所有指定国的申请人，美国公民Gregory J.Sherwood、美国公民Nathaniel Stark和美国公民Justin Theodore Nelson为对所有指定国家的发明人)的名义作为PCT国际专利申请提交，并且要求于2016年10月21日提交的美国临时专利申请号62/411,383的优先权，该申请的内容通过援引以其全文并入本文。
技术领域
本文中的实施例涉及气体采样装置、系统和方法。
背景技术
疾病的准确检测可以允许临床医生提供适当的治疗性干预。此外，疾病的早期检测可以得到更好的治疗结果。可以使用许多不同的技术来检测疾病，包括分析组织样品、分析各种体液、诊断扫描等。
某些疾病状态会导致特定化合物产量增加或减少。因此，对气体样品中这些化合物或其模式的检测可以允许早期检测特定的疾病状态。
发明内容
本文披露的技术部分涉及气体采样装置。根据一些方面，气体采样装置具有壳体，该壳体限定气流孔、气体测试室和从气流孔延伸到气体测试室的气流通路。该壳体还限定传感器插座和对接结构，该传感器插座被构造为可移除地将可抛弃式传感器测试条固持在气体测试室内，并且该对接结构被构造为由对接站接纳。
此外或替代性地，该气体采样装置具有单向阀，该单向阀横跨该气流孔与该气体测试室之间的该气流通路而设置。此外或替代性地，该气体采样装置具有调节元件，该调节元件与该气流孔与该气体测试室之间的该气流通路处于连通。此外或替代性地，该调节元件是横跨该气流通路设置的加热元件。此外或替代性地，该过滤元件是由以下组成的组中的至少一个：干燥剂、氧化剂和还原剂。此外或替代性地，该调节元件是沿着该气流通路设置的加热元件。此外或替代性地，该调节元件是与该气体测试室处于流体连通的气体源。此外或替代性地，该调节元件是沿着该气流通路的一部分设置的加热元件。此外或替代性地，该加热元件被构造为加热限定该气流通路的壳体部分的内表面的至少90％。
此外或替代性地，该气体采样装置具有联接到该壳体的传感器。此外或替代性地，该传感器设置在该气流通路上。此外或替代性地，该传感器是二氧化碳传感器。此外或替代性地，该传感器是湿度传感器。此外或替代性地，该传感器是温度传感器。
此外或替代性地，该传感器设置在该壳体的外表面上。此外或替代性地，该传感器是心率传感器。此外或替代性地，该传感器是温度传感器。
此外或替代性地，该气体采样装置的壳体进一步限定了吸气入口和从该气流孔延伸到该吸气入口的吸气通路，并且VOC-过滤器横跨该吸气通路而设置。此外或替代性地，该气体采样装置具有单向阀，该单向阀横跨该吸气入口与该气流孔之间的吸气通路而设置。
根据本文披露的技术的一些其他方面，披露了一种用于收集患者数据的系统。该系统具有气体采样装置，该气体采样装置具有壳体和对接站。该气体采样装置限定了气体测试室、气流孔和从该气流孔延伸到该气体测试室的气流通路。该气体采样装置还限定了传感器插座，该传感器插座被构造为可移除地将可抛弃式传感器测试条固持在该气体测试室内。该对接站被构造为接纳该气体采样装置，并且具有读取装置，该读取装置具有通信硬件以通过该气体采样装置的壳体无线接收数据。
此外或替代性地，该系统具有多个可抛弃式传感器测试条，这些可抛弃式传感器测试条各自被构造为可移除地被该传感器插座和该气体测试室接纳。此外或替代性地，该多个可抛弃式传感器测试条中的每一个都具有识别码。此外或替代性地，该多个可抛弃式传感器测试条中的每一个都具有分立无源传感器电路的阵列。
此外或替代性地，该对接站具有被构造为检测该气体采样装置的接近度传感器。此外或替代性地，该通信硬件具有近场电极，该近场电极被构造为从无源电路接收患者数据。此外或替代性地，该读取装置还具有被构造为通过网络传输数据的联网硬件。此外或替代性地，该系统具有可抛弃式接口件，该接口件被构造为可移除地联接到该气体采样装置在该气流孔周围。此外或替代性地，该可抛弃式接口件具有气流通路衬垫，该衬垫被构造为邻接该气流通路和该气流孔。
本文披露的技术的一些方面涉及分析患者数据的方法。由气体采样装置的壳体限定的气体测试室接纳可抛弃式传感器测试条。该气体采样装置与具有读取装置的对接站对接。该读取装置通过该气体采样装置的壳体从该可抛弃式传感器测试条读取基线数据。读取基线数据后，该气体取采样装置从该对接站脱离。气体样品由该气体测试室接收，使得该气体样品与该可抛弃式传感器测试条接触。在接收到气体样品后，该气体采样装置与该对接站对接。该读取装置通过该气体采样装置的壳体从该可抛弃式传感器测试条读取气体样品数据。
此外或替代性地，通过该对接站将基线数据从经测试的气体数据中移除，以获得调整后的数据。此外或替代性地，该对接站将该调整后的数据与指示疾病的已知数据进行比较。此外或替代性地，该调整后的数据通过网络从该对接站发送到远程系统，并且通过远程系统将调整后的数据与指示多种疾病的已知数据进行比较。此外或替代性地，该基线数据通过对接站识别可抛弃式传感器测试条中的缺陷来读取。此外或替代性地，该基线数据和该经测试的气体数据通过网络由该对接站传输到远程系统。此外或替代性地，该气体采样装置提供其准备好接收气体样品的视觉通知。
附图说明
结合附图考虑当前技术的各种实施例的以下详细说明，可以更全面地理解和领会当前技术。
图1是与本文披露的技术一致的系统的示意性截面图。
图2是根据本文披露的技术的各种实现方式的可抛弃式传感器测试条的一部分的示意图。
图3是根据本文中不同实施例示出的读取电路的一部分和无源传感器电路的电路图。
图4是根据各种实施例的气体采样装置的示意性截面图。
图5是根据各种实施例的气体采样装置的示意性截面图。
图6是根据各种实施例的气体采样装置的示意性截面图。
图7是根据各种实施例的气体采样装置的示意性截面图。
图8是根据各种实施例的气体采样装置的示意性截面图。
图9是根据各种实施例的气体采样装置的示例性实现方式的透视图。
图10是根据各种实施例的另一个气体采样装置的示意性截面图。
图11是根据各种实施例的另一个气体采样装置的示意性截面图。
图12是根据各种实施例的气体采样装置的示例性实现方式的透视图。
图13是从第二视角看到的图9的装置的透视图。
图14是根据各种实施例的基站的示例性实现方式的透视图。
图15是根据各种实施例的系统的示例性实现方式的透视图。
具体实现方式
本文描述的实施例并不旨在是穷举性的也并不将当前描述的技术限制于以下详细说明中披露的精确形式。而是，这些实施例被选择和描述成使得本领域技术人员可以了解和理解这些原理和实践。
本文中提及的所有公开物以及专利都通过援引并入本文。仅为了其披露内容而提供本文中讨论的公开物以及专利。本文中的任何内容均不得解释为承认发明人无权优先于任何公开物和/或专利，包括在此引用的任何公开物和/或专利。
可抛弃式测试条(或传感器元件)可以用于检测气体样品中的分析物，从而允许方便和早期检测特定的疾病状态。特别地，分立的结合检测器可以设置在测试条上，并且可以检测气体样品中的化合物和/或气体样品中的化合物的模式，然后可以用于通过模式匹配算法来识别可能的疾病状态或其他状况。美国公开专利申请号2016/0109440中描述了示例性可抛弃式测试条的多个方面，其内容通过援引并入本文。
然而，存在与这种测试条的实际使用相关联的问题。特别地，既要方便地从患者获取呼吸样品、然后又要处理相同的呼吸样品是具有挑战性的。用于获取气体样品的手持装置可能是理想的，因为它可以容易地被护理提供者操纵，并且甚至可以被相对虚弱并且与更大、更笨重的装置连接存在麻烦的患者使用。然而，一旦获得气体样品，用于从可抛弃式测试元件实际读取数据的一些装置可能相对较大，从而使得手持使用变得困难或不切实际。进一步地，储存要分析的气体，或将气体样品从一个装置输送到另一装置可能会降低气体样品的分析价值，这使得将系统分成多个分立元件变得困难。
本文的实施例涉及与收集气体样品(诸如患者呼出的气体)相关联的系统、装置和相关方法。具体而言，本文披露的一些系统和装置可以用于利用保持用于检测化合物的可抛弃式测试条的第一装置(诸如手持装置)从患者收集气体样品，包括但不限于挥发性有机化合物和/或其模式。然后，手持装置可以与包括从可抛弃式测试条接收或读取数据的电路系统的第二装置(或对接站)对接，该可抛弃式测试条进而可以用于识别疾病状态，诸如癌症、心脏病、感染、多发性硬化、阿尔次海默病、帕金森病等。在一些实施例中，第一和第二装置可以根据需要被清洁和/或消毒，然后与新的可抛弃式测试条一起重新使用，以便对同一个或不同的患者或测试对象进行附加测试。在一些实施例中，基于石墨烯的传感器包括在可抛弃式传感器测试条上，该测试条可以与呼吸分析系统结合使用，以便准确感测浓度非常低的分析物和/或分析物模式，从而允许高灵敏度地快速检测疾病状态。现在将参照附图更详细地描述一些示例性实施例的多个方面。
图1是与本文披露的技术一致的示例性系统100的示意性截面图。应当理解的是，为了便于说明，这个示意图已经被简化，并且本文中的系统和装置的实施例可以包括图1中未示出的各种特征。此外，本文中的系统和装置的一些实施例可能没有图1所示的各种特征。系统100总体上被构造用于收集气体样品并传递与气体样品相关联的数据。系统100具有气体采样装置110和对接站130。
气体采样装置110总体上被构造为收集气体样品并便于气体样品的测试以生成数据。在一些实施例中，气体采样装置110可以被构造为手持装置。在这种情况下，气体采样装置可以被构造为在其使用的某些步骤期间被握在护理提供者、患者或两者的手中，同时还被构造为在其使用的某些步骤期间被固持住或以其他方式定位为与对接站130相关联。
在一些实施例中，气体采样装置110被构造为接收来自患者的气体样品(诸如呼出的气体)，并将气体样品引导至测试地点。气体采样装置110总体上具有壳体120，该壳体限定气流孔122、气体测试室126、传感器插座128、气流通路124和对接结构121。
当接收气体样品时，气体(诸如来自患者的呼吸)可以通过气流孔122进入气体采样装置110、通过气流通路124进入气体测试室126，并与可抛弃式传感器测试条140的一个或多个测量区142接触，然后通过传感器插座128或通过分离的排气口(在该视图中未示出)流出气体测试室126的端部。虽然该视图描绘了传感器插座128与可抛弃式传感器测试条140之间的接触，但是应当理解的是可以存在传感器插座128和可抛弃式传感器测试条140不接触或不形成密封接触的段或区域，从而允许有气体通过传感器插座128流出的路径。
虽然在图1中，气流通路124被示出为与壳体120的内部空间大致相同的尺寸，但是应当理解的是这仅仅是为了便于说明，并且在许多情况下，气流通路124的尺寸可以比壳体120的整个内部尺寸小得多，从而允许壳体120内有供其他部件(诸如本文描述的其他部件，包括但不限于传感器、电源、处理装置、通信硬件、调节元件等)使用的空间。
壳体120可以由各种材料和材料组合构成。壳体120可以是单个紧密结合结构，或者可以由被联接以形成壳体120的多个部件构成。作为说明性示例，壳体120的限定气流通路124的部分可以联接到壳体120的限定气流孔122的部分。壳体120的限定气流通路124的部分可以包括具有各种不同截面尺寸和形状的导管或管。导管或管可以由各种材料形成，包括但不限于聚合物、金属、陶瓷、玻璃、复合材料等。在一些实施例中，作为气流通路124的衬垫的表面可以涂覆有材料，以提供各种期望的功能特性。
气流孔122总体上被构造为在壳体120处提供气体样品的输入。在一些实施例中，气流孔122被构造为与患者的嘴处于流体连通，尽管在一些其他实施例中保护衬垫可以用于在患者的嘴与壳体之间提供屏障，这将在下文中更详细地描述。
气流通路124总体上被构造为将气流孔122处的气体输入引导到气体测试室126。由此，气流通路124总体上从气流孔122延伸到气体测试室126。气流通路124沿气流通路的长度可以具有基本相同的横截面积，或者该横截面积可以变化。在一些实施例中，气体测试室126可以具有与通向它的气流通路不同的内部尺寸(例如，高度、宽度等)。
气体测试室126限定了气体样品的测试地点。在各种实施例中，气体测试室126被构造为接纳可抛弃式传感器测试条140的测量区142。因此，由壳体120限定的传感器插座128总体上被构造为将可抛弃式传感器测试条140可移除地保持在气体测试室126内。在各种实施例中，传感器插座128被构造为可滑动地接纳由使用者手动插入的可抛弃式传感器测试条140。在一些实施例中，插入可抛弃式传感器测试条140，其较长(或长)轴平行于壳体120的较长(或长)轴。然而，在其他实施例中，插入可抛弃式传感器测试条140，其较长(或长)轴相对于壳体120的较长(或长)轴不同地(诸如垂直)定位。下面将更详细地描述示例性传感器测试条。
虽然图1描绘了大致位于气体采样装置110的中间(相对于该图的透视图从上到下)的测试条，但是应当理解的是测试条可以被定位为偏向顶部或底部，以便更靠近壳体120或气体采样装置110的外表面。在某些情况下，在可抛弃式传感器条仍然保持在壳体内的同时，这可以便于对接站更容易地无线读取可抛弃式传感器条。在一些实施例中，可抛弃式传感器条可以被定位为距离壳体120的外表面(或外壁)小于5cm、4cm、3cm、2cm、1cm、0.5cm、0.2cm或更小。
对接站130总体上被构造为收集从测试气体样品生成的数据。对接站130具有读取装置132，该读取装置具有通信硬件以通过气体采样装置110的壳体无线接收数据。在许多实施例中，对接站130的读取装置132被构造为从可抛弃式传感器测试条140无线接收数据。在各种实施例中，读取装置132还可以被构造为通过气体采样装置110的壳体—从可抛弃式传感器测试条140-无线接收基线数据，其中术语“基线数据”被定义为在可抛弃式传感器测试条140暴露于气体样品或患者或测试对象之前收集的数据。在某些情况下，基线数据可以反映在获取患者的气体样品之前恰好在测试室中的任何气体的状况。然而，在其他实施例中，可以有目的地推动环境空气通过测试室，和/或可以为了生成基线数据的目的将已知成分的特定参考气体样品放入测试室中。读取装置132的通信硬件能够与可抛弃式传感器测试条140进行近场通信。在一些实施例中，读取装置132的通信硬件是近场电极或近场读取电路，其被构造为从无源电路接收患者数据，诸如通过检测LRC谐振电路的谐振频率和/或其变化。将参照图3更详细地描述读取装置132如何读取数据的细节。
在一些实施例中，对接站具有接近度传感器，该接近度传感器被构造为检测气体采样装置110何时足够接近对接站130以收集数据。并且，尽管当前未描绘，但是在一些实施例中，可抛弃式传感器测试条140可以具有设置在其上的可以由对接站或另一装置读取的识别信息(诸如识别码、射频识别(RFID)标签、条形码、序列号或识别号码或其他标记，而不是基线或患者样品数据。在这样的实施例中，对接站130(图1)可以被构造为读取、收集、保存和/或潜在地传输该识别数据。
对接站130总体上被构造为气体采样装置110的对接地点。对接站130总体上被构造为物理接纳气体采样装置110。对接站130可以通过本领域普通技术人员将理解的各种结构和构型来接纳气体采样装置110。在各种实施例中，对接站130和气体采样装置110的对接结构121具有配合构型，通过该配合构型，对接站130接纳气体采样装置110的对接结构121。在一些这样的实施例中，对接站130和对接结构121限定过盈配合。然而，在其他实施例中，对接站130可以简单地搁置在对接结构121上或搁置在其中。在一些实施例中，对接站130和对接结构121被构造为将可抛弃式传感器测试条140和读取装置132定位得足够接近以适应读取装置132与可抛弃式传感器测试条140之间的数据传输。在一些实施例中，对接站和对接结构被构造为将可抛弃式传感器测试条140和读取装置132定位成彼此相距6cm、5cm、4cm、3cm或2cm内，或者甚至彼此相距1cm内。
对接站130可以具有各种附加部件。在一些实施例中，对接站130具有处理器136和存储器135。处理器136和存储器135可以被构造为处理和存储从经测试的气体样品获取的数据。例如，存储器135可以本地存储基线数据，并且处理器136可以被构造为从经测试的气体数据中移除收集的基线数据，以获取调整后的数据。这种调整后的数据可以消除环境对经测试的气体数据的影响。在另一示例中，处理器可以被构造为将调整后的数据(或者，在一些实施例中，经测试的气体数据)与指示一种或多种疾病的已知数据进行比较。这种比较可以用于使用比较算法来识别特定疾病的存在。在又一示例中，对接站130的处理器可以被构造为识别可抛弃式传感器测试条140的缺陷。示例性缺陷可以包括制造缺陷和/或过早暴露于环境气体。对接站130可以被构造为收集、保存并潜在地传输这种缺陷的记录。
在各种实施例中，对接站130具有联网硬件134。联网硬件134可以被构造为通过网络将数据传输到远程系统，包括基于云的系统。在一些实现方式中，远程系统可以是医院、诊所、实验室或其他地点。在一些实施例中，联网硬件134被构造为传输从测试气体样品生成的数据。在一些实施例中，联网硬件134被构造为传输基线数据。在一些实施例中，联网硬件被构造为传输调整后的数据。在一些实施例中，远程系统分析它接收的数据。例如，在一些实施例中，远程系统被构造为将调整后的数据与指示多种疾病的已知数据进行比较。这种比较可以识别特定疾病的存在。
在一些实施例中，对接站130具有用户接口138。用户接口138可以被构造为向用户传递信息。例如，用户接口138可以被构造为传递主动数据传输，诸如对接站130与气体采样装置110之间和/或对接站130与网络之间的数据传输。在一些实施例中，用户接口138可以被构造为传递关于测试过程的当前阶段、测试过程的进展、或者接下来是什么步骤或者需要什么动作的信息。例如，在一些情况下，用户接口138可以被构造为传递气体采样装置110准备好接收气体样品或者对接站130已经完成读取来自气体采样装置110的数据。用户接口138还可以被构造为传递传感器测试条的缺陷。用户接口138可以被构造为通过视觉通知、音频通知等进行通信。作为特定示例，闪光灯可以用来指示对接站130正在传输数据。用户接口138可以包括光源，诸如LED或类似的发光装置。
现在将描述使用图1中描绘的系统的一个示例性方法。可抛弃式传感器测试条140被插入气体采样装置110中，使得其被由气体采样装置的壳体限定的气体测试室126接纳。具有可抛弃式传感器测试条140的气体采样装置110与对接站130对接，对接站130的读取装置132通过气体采样装置110的壳体120从可抛弃式传感器测试条140读取基线数据。在读取基线数据之后，气体采样装置110与对接站130脱离，并且气体样品被气体测试室接纳，使得气体样品与可抛弃式传感器测试条140接触。例如，气体采样装置110可以被护理人员物理地抓持，并从对接站130移除，并物理地交给患者或测试对象，然后患者或测试对象可以向气体采样装置110中吹气以提供待分析的气体样品。在其他情况下，气体采样装置110可以由护理提供者握持，而不是由患者或测试对象握持。气体采样装置110然后可以在接收到气体样品之后与对接站130对接，并且通过读取装置132从可抛弃式传感器测试条140读取来自经测试的气体的数据，其中通过气体采样装置110的壳体120读取比较数据。在各种实施例中，可抛弃式传感器测试条140被构造一次性使用。由此，可抛弃式传感器测试条140可以在从可抛弃式传感器测试条140收集样品气体数据之后被丢弃。还设想到使用图1中描绘的系统的各种其他方法。
在各种实施例中，上述气体采样装置110具有传感器插座128和气体测试室126，传感器插座和气体测试室被构造为可移除地接纳一个或多个可抛弃式传感器测试条。图2是根据本文披露的技术的各种实现方式的示例性可抛弃式传感器测试条140(见图1)的测量区200的示意图。分立气体传感器电路的阵列设置在测量区200内，每个电路具有分立的结合检测器202。在一些实施例中，分立的结合检测器202可以是异构的，因为它们在其相对于分析物的结合行为或特异性方面全部彼此不同。在一些实施例中，出于验证目的，一些分立的结合检测器202可以被复制，但是在其他方面与其他分立的结合检测器相比是异构的。
虽然图2的分立的结合检测器202被示为被组织成网格的盒子，但是应了解的是，这些分立的结合检测器可以采取许多不同的形状(包括但不限于：不同的多边形、圆形、卵形、不规则形状等)并且进而，分立的结合检测器的组可以被安排成许多不同的模式(包括但不限于：星形模式、锯齿形模式、放射状模式、符号模式等)。
在一些实施例中，有特异性的分立的结合检测器202跨测量区的长度212和宽度214的顺序可以是基本上随机的。在其他实施例中，该顺序可以是特定的。例如，在一些实施例中，可以对测量区排序，使得对具有较低分子量的分析物有特异性的分立的结合检测器202被定位成离进入的气体流更远，相比之下对具有较高分子量的分析物有特异性的分立的结合检测器202离进入的气体流更近。这样，可以利用可以用于在不同分子量的化合物之间提供分离的色谱效应，以提供化合物与对应的分立的结合检测器的最佳结合。
在一些实施例中，可以将测量区排序成使得，对具有较低极性的分析物有特异性的分立的结合检测器202被定位成离进入的气体流较远的距离，并且对具有较高极性的分析物有特异性的分立的结合检测器202被定位成更靠近进入的气体流。替代地，这些分立的结合检测器202可以按相反的方式来排序。以此方式，在这些测量区附近可以施加电场，使得气体样品流经该电场并且在对应的分立的结合检测器所位于的区域中有效集中来自这些气体样品的分析物。
在特定测量区内的分立的结合检测器202的数量可以是从约1个至约100,000个。在一些实施例中，分立的结合检测器202的数量可以是从约1个至约10,000个。在一些实施例中，分立的结合检测器202的数量可以是从约1个至约1,000个。在一些实施例中，分立的结合检测器的数量可以是从约2个至约500个。在一些实施例中，分立的结合检测器的数量可以是从约10个至约500个。在一些实施例中，分立的结合检测器的数量可以是从约50个至约500个。在一些实施例中，分立的结合检测器的数量可以是从约1个至约250个。
分立的结合检测器202中的每一个可以限定一个或多个电路的至少一部分。作为示例，在一些实施例中，每个分立的结合检测器202可以具有一个或多个无源电路。每个电路的电特性在与来自气体样品的组分结合(诸如特异性和/或非特异性结合)时会发生变化。
分立的结合检测器202可以利用能够特异性结合的分析物结合受体和/或能够非特异性结合的分析物结合受体来官能化。应了解的是，存在可以被利用来促进分析物结合受体的附着的各种化学作用。举例而言，在附着至石墨烯表面上的背景下，可以使用共价或非共价结合途径。共价键结合途径可以包括在有待附接的分子或中间体的自由基或亲双烯体与石墨烯层的C＝C键之间形成共价键。共价结合途径还可以包括在有待附接的分子或中间体的有机官能团与氧化石墨烯(石墨烯衍生物)的氧基之间形成共价键。仅举一个示例，重氮盐可以被加热从而产生高活性自由基，该自由基撞击石墨烯的sp2碳原子从而形成共价键。该重氮盐本身可以被改性成包含用于将石墨烯官能化的所期望官能团、或者可以包括之后能附接至其他所期望官能团上的多个连接基团。石墨烯的官能化的各种方法描述于Georgakilas等人的石墨烯的官能化：共价和非共价方法、衍生物和应用，化学评论(Chemical Reviews)，2012年11月14日；第112(11)卷：第6156-214页、美国公开申请号2011/0017587、和美国公开申请号2014/0275597，他们的全部内容通过援引并入本文。
应了解的是，存在可以用作分析物结合受体的不同结构。用于结合的示例性结构可以包括但不限于：抗体、抗体片段、非免疫蛋白、核酸、其他有机受体、小分子受体、无机受体等。
每个特定的分立的结合检测器202可以具有结合到其上的一个或多个分析物结合受体。在一些实施例中，在特定的分立的结合检测器内的全部分析物结合受体就其分析物结合特性而言可以是相同的。在其他实施例中，在特定区内的分析物结合受体中的至少一些就其分析物结合特性而言可以是彼此不同的。在一些实施例中，每个分立的结合检测器202可以是唯一的。在一些实施例中，独特的分立的结合检测器202可以是交叉反应的，因为它们结合到相同化合物的不同部分或不同构型。在一些实施例中，每个分立的结合检测器202可以具有单个无源传感器电路。在其他实施例中，每个分立的结合检测器可以包括多个无源传感器电路。
图3是根据本文中不同实施例示出的读取电路322的一部分和无源传感器电路302的电路图。无源传感器电路通常是可抛弃式传感器测试条140(图1)的部件，并且读取电路322通常是读取装置132(图1)的部件。在一些实施例中，无源传感器电路302可以具有联接到电感器310的石墨烯变容器(可变电容器)或金属-石墨烯-氧化物电容器304(其中RS代表串联电阻，CG代表变容器电容器)。石墨烯变容器可以用不同的方式来制备并且具有不同的几何形状。仅作为一个示例，在一些方面，栅电极可以凹入绝缘体层中。栅电极可以通过以下方式形成：在该绝缘体层中蚀刻出凹口、接着在该凹口中沉积导电材料以便形成栅电极。在绝缘体层和栅电极的表面上可以形成介质层。在一些实例中，介质层可以由诸如氧化铝、二氧化铪、二氧化锆、硅酸铪或硅酸锆等材料形成。可以在介质层上设置石墨烯层。在一些方面，石墨烯层可以是石墨烯单层。还可以在石墨烯层的表面上设置接触电极。示例性石墨烯变容器的多个方面可以在美国公开申请号2014/0145735中找到，其内容通过援引并入本文。
在各种实施例中，经官能化的石墨烯层(例如被官能化成包括分析物结合受体，是石墨烯变容器的一部分并且因此是传感器电路(诸如无源传感器电路)的一部分，被暴露于在测量区的表面上流过的气体样品下。无源传感器电路302也可以具有电感器310。在一些实施例中，对于每个无源传感器电路302，仅包括单一变容器。在其他实施例中，对于每个无源传感器电路302，包括诸如并联的多个变容器。
在无源传感器电路302中，电路的量子电容在这些分析物结合受体与来自气体样品的组分之间发生结合时改变。无源传感器电路302可以用作LRC谐振电路，其中无源传感器电路302的谐振频率在与来自气体样品的组分结合时发生变化。
读取电路322可以用于检测无源传感器电路302的电特性。作为示例，读取电路322可以用于检测无源传感器电路302的谐振频率和/或其变化。在一些实施例中，读取电路322可以包括具有电阻324和电感326的读取线圈。读取电路322改变频率并进行阻抗测量以识别无源传感器电路302的谐振频率。当无源传感器电路302处于其谐振频率时，读取电路的阻抗的相位与频率的曲线具有最小值(或相位跌落频率)。当变容器电容响应于分析物的结合而变化时，可以发生感测，这改变了谐振频率以及相位跌落频率的值。
图4-图11描绘了具有各种构型的气体采样装置。本领域技术人员将理解，根据期望的气体采样装置的功能性，在构型中的每一个中披露的许多各个元件可以组合在单个气体采样装置中。
如上所讨论，气体采样装置总体上被构造为便于测试接收到的气体样品。在多个实施例中，气体采样装置被构造为调节气体样品，以增强系统从样品收集有意义的数据的能力。在这样的实施例中，气体采样装置可以包含被构造为调节气体样品的调节元件。
图4是合并了一个示例性调节元件450的气体采样装置410的示意性截面图。类似于图1中描述的实施例，当前描述的气体采样装置410具有壳体420，该壳体限定气流孔422、气体测试室426、传感器插座428、气流通路424和对接结构421。
在与当前图一致的实施例中，调节元件450同气流孔422与气体测试室426之间的气流通路424连通。特别地，调节元件450延伸横跨气流通路424。然而，应当理解的是，在其他实施例中，调节元件450并没有一直延伸横跨气流通路。例如，在一些实施例中，调节元件450可以设置在限定气流通路的一部分的导管或管的壁上或壁内。在一些实施例中，调节元件450是过滤元件。调节元件450可以包括导致气体样品的化学改性的一种或多种材料，诸如VOC(挥发性有机化合物)过滤器、干燥剂、氧化剂或还原剂。在一些实施例中，调节元件450是横跨气流通路设置的加热元件。加热元件对于降低气体样品的湿度和/或对于增加气体样品与预期传感器的反应性和/或对于控制温度以调整使用该系统的周围环境的变化可能是期望的。
虽然没有具体描绘，但是在一些实施例中，气体采样装置410可以具有被构造为通过气体测试室426再循环气体样品的一个或多个部件，诸如气流泵或风扇以及再循环气流通路，以将气体样品与气体传感器测试条的接触最大化。在一些实施例中，气体采样装置410被构造为将气体样品密封地包含在至少气体测试室内，使得气体样品保持相对停滞并与传感器测试条440相接触。作为示例，该装置可以包括在气体测试室上游和下游的阀，这些阀可以选择性地打开或关闭，以将气体样品截留在气体测试室内。在一些实施例中，该装置可以包括转向阀，该转向阀可以被选择性地致动，诸如当气体测试室截留气体样品时，以便将可能进入该装置(诸如，如果患者仍在向其内部吹气)的附加气体通过排气通路和/或端口往回传送到该装置外。
图5是具有与一些实施例一致的另一示例性调节元件550的气体采样装置510的示意性截面图。类似于图1中描述的实施例，当前描述的气体采样装置510具有壳体520，该壳体限定气流孔522、气体测试室526、传感器插座528、气流通路524和对接结构521。
在与当前图一致的实施例中，调节元件550同气流孔522与气体测试室526之间的气流通路524连通。特别地，这里调节元件550沿着气流通路的至少一部分设置。在一些实施例中，调节元件550可以延伸到气体测试室526的至少一部分中。调节元件550可以具有各种材料和部件，包括以上提到的材料和部件，诸如导致气体样品的化学改性的材料以及加热元件。
在一些示例中，加热元件可以被定位为沿着、邻近壳体内部的在气体样品通过装置时将接触气体样品的部分(包括但不限于气流通路和/或气体测试室)或在其内。在一些实施例中，加热元件(或多个加热元件)被构造为加热在气体样品移动通过该装置时接触气体样品的壳体表面(诸如内表面)的至少约50％、60％、70％、80％、90％、95％、98％、99％、或者甚至100％，包括但不限于气流通路和/或气体测试室。
图6是具有与一些实施例一致的另一示例性调节元件650的气体采样装置的示意性截面图。类似于图1中描述的实施例，当前描述的气体采样装置610具有壳体620，该壳体限定气流孔622、气体测试室626、传感器插座628、气流通路624和对接结构621。
在与当前图一致的实施例中，调节元件650同气流孔622与气体测试室626之间的气流通路624连通。特别地，这里调节元件650可以是与气体测试室626处于流体连通的气体源。调节元件650可以限定气体贮存器652(在一些实施例中)和与气流通路624处于流体连通的气体输出端654。在一些实施例中，气体输出端654与气体测试室626处于流体连通。
气体源可以是各种气体以及稀释样品气体的气体组合。稀释样品气体对于降低水分量可能是令人期望的。在一些实施例中，气体源是过滤过VOC的空气。在一些其他实施例中，气体源是氮气。
虽然图4-图6各自描绘了具有单个调节元件的气体采样装置，但是应当理解的是，调节元件的多个组合可以结合在与本文披露的技术一致的气体采样装置中。可能期望的是以多种不同的方式调节气体样品，以最大化样品的传感器可读性。
图7是根据各种实施例的另一个气体采样装置的示意性截面图。类似于图1中描述的实施例，当前描述的气体采样装置710具有壳体720，该壳体限定气流孔722、气体测试室726、传感器插座728、气流通路724和对接结构721。
在与当前图一致的实施例中，至少一个传感器750联接到壳体。特别地，传感器750设置在壳体720的外表面上。传感器750可以被构造为在壳体720的外表面处感测可用的各种类型的数据。在一些实施例中，传感器750可以是例如可以从患者的指尖收集数据的心率传感器。在一些实施例中，传感器750可以是可以测量环境温度和/或患者手指或嘴唇的温度的温度传感器。在一些实施例中，传感器750可以测量环境压力。
图8是根据各种实施例的另一个气体采样装置的示意性截面图。类似于图1中描述的实施例，当前描述的气体采样装置810具有壳体820，该壳体限定气流孔822、气体测试室826、传感器插座828、气流通路824和对接结构821。
在与当前图一致的实施例中，至少一个传感器850联接到壳体。特别地，传感器850设置在气流通路824中。传感器850可以被构造为在气流通路824中感测可用的各种类型的数据。在一些实施例中，传感器850可以是可以感测样品气体的湿度的湿度传感器。在一些实施例中，传感器850可以是能够测量样品气体温度的温度传感器。在一些实施例中，传感器850可以测量压力和/或流量。在各种实施例中，传感器850可以测量样品气体中的二氧化碳水平，其一些实施例将在下面参照图10进行描述。
从图7-图8中描绘的传感器收集的数据可以收集各种类型的数据。在一些实施例中，诸如心率、温度或其他测量值的数据可以结合经测试的气体数据帮助诊断患者。
图9是根据各种实施例的气体采样装置的示例性实现方式的透视图。类似于图1中描述的实施例，当前描述的气体采样装置910具有壳体920，该壳体限定气流孔922、气体测试室926、传感器插座928、气流通路924和对接结构921。
在与当前图一致的实施例中，壳体920限定了患者通过其吸气的吸气通路964和吸气入口962以及患者通过其呼气的气流通路924，从该气流通路收集气体样品。在这样的实施例中，可以调节患者吸入的空气，以提高用于感测目的的样品气体的质量。例如，调节元件968可以定位在吸气通路964上，以调节吸入的空气。调节元件968可以与先前描述的调节元件相似或相同，但是在当前图中，调节元件968延伸横跨吸气通路。然而，在一些实施例中，调节元件968可以不延伸横跨吸气通路，或者可以仅部分延伸横跨吸气通路。在一些特定实施例中，调节元件968是VOC过滤器。
在各种实施例中，第一单向阀950可以横跨气流孔922与气体测试室926之间的气流通路924而设置。第一单向阀可以被构造为防止气流从气体测试室926流向气流孔922。类似地，在各种实施例中，第二单向阀966可以横跨气流孔922与吸气入口962之间的吸气通路964而设置。第二单向阀966可以被构造为防止气流从气流孔922流向吸气入口962。注意，已经描述的气体采样装置的一些实施例即使在没有吸气通路的情况下也可以结合单向阀。这种单向阀可以限制可抛弃式传感器测试条与除了样品气体以外的空气(诸如环境空气)接触。
图10是根据各种实施例的另一个气体采样装置的示意性截面图。类似于图1中描述的实施例，当前描述的气体采样装置1010具有壳体1020，该壳体限定气流孔1022、气体测试室1026、传感器插座1028、气流通路1024和对接结构1021。在与当前图一致的实施例中，气体采样装置1010被构造为选择性地(1)收集和(2)排出呼出气体。
壳体1020限定了与气流通路1024处于流体连通的排气口1054。气体采样装置1010具有转向阀1050(或其他部件)，转向阀被构造为选择性地将呼出的空气传送到排气口1054和气体测试室1026。气体采样装置1010可以具有联接到壳体1020的传感器1052。传感器1052设置在气流通路1024上。转向阀1050可以与传感器1052处于功能性连通。传感器1052可以被构造为发送在气流通路中可测量的一种或多种类型的数据，诸如二氧化碳、湿度、温度、压力和流量。
在一些实施例中，传感器1052收集的数据可以表明呼出的空气是从壳体1020排出还是作为样品气体收集在气体测试室1026中。例如，可以监测来自患者的空气中的CO2含量，并且当CO2含量稳定时，呼出的空气可以被转到气体测试室1026。这可能是期望的，因为认为当CO2含量稳定时，呼出的空气最能反映患者体内的气体和状况(并且因此，最能反映可能的疾病状态)，而不是源自于环境空气的气体，这些气体最近被吸入、然后在其中与具有肺和/或肺泡的内部环境平衡之前迅速呼出。
图11是根据各种实施例的另一个气体采样装置的示意性截面图。类似于图1描绘的实施例，当前描述的气体采样装置1110具有壳体1120、气流孔1122和对接结构(不可见)。与先前的图不同，当前的图是示例性可抛弃式传感器测试条1130的测量区1132、1134、1136的正视图。另外，与先前描述的实施例不同，气体采样装置1110的壳体1120限定了多个气流通路1124、1164、1174，这些气流通路各自与特定的气体测试室1126、1166、1176(或单个气体测试室内的分立的段)处于流体连通。在一些情况下，多个气流通路1124、1164、1174可以从单个组合式气流通路开始，然后可以利用气流歧管或类似结构分开。
第一气流通路1124被限定在气流孔1122与第一气体测试室1126之间，该第一气体测试室被构造为接纳可抛弃式传感器测试条1130的第一测量区1132。第二气流通路1164被限定在气流孔1122与第二气体测试室1166之间，该第二气体测试室被构造为接纳可抛弃式传感器测试条1130的第二测量区1134。第三气流通路1174被限定在气流孔1122与第三气体测试室1176之间，该第三气体测试室被构造为接纳可抛弃式传感器测试条1130的第三测量区1136。虽然在当前实施例中描绘了三个气流通路和气体测试室，但是壳体1120可以限定更少或附加的气流通路，并且保持与本文中披露的技术一致。另外，气体采样装置1110可以进一步结合上面参考图9描述的吸气通路。
气体采样装置1110和/或气流通路1124、1164、1174中的每一个可以结合调节元件、传感器、阀及其组合，其中这样的部件可以与本文中先前描述的部件一致。在与当前图一致的实施例中，第一气流通路1124具有第一调节元件1150，第二气流通路1164具有第二调节元件1152，并且第三气流通路1174具有阀1154。
图12是根据各种实施例的气体采样装置1210的示例性实现方式的透视图，并且图13是从不同视角观看的图12的气体采样装置1210的透视图。气体采样装置1210具有壳体1220，该壳体限定气流孔1222、对接结构1221和传感器插座1228。类似于先前图中描绘的实施例，气体采样装置1210具有从气流孔1222延伸到测试室的气流通路，但是在透视图中测试室和气流通路不可见。气体采样装置1210可以结合上述部件，诸如阀、传感器和调节元件。
图13还描绘了上面参照图1简要提及的示例性保护衬垫。保护衬垫1300是被构造为可移除地围绕气流孔1222联接到气体采样装置1210的壳体1220的可抛弃式接口件。保护衬垫1300总体上被构造为防止患者的嘴与气体采样装置1210之间直接接触。在实施例中，可抛弃式接口件具有气流通路衬垫1320，该气流通路衬垫被构造为通过气流孔1222插入以邻接气流通路的一部分(不可见)和气流孔1222。
图14是根据各种实施例的对接站1230的示例性实现方式的透视图，并且图15是根据图12-图14描绘的实施例的系统的示例性实现方式的透视图。对接站1230具有配合结构1239，该配合结构被构造为接纳气体采样装置1210的对接结构1221。对接站1230还具有用户接口1238，该用户接口被构造为向用户传递数据，诸如提供关于测试过程的状态的信息和/或向用户提供关于接下来要采取什么步骤的提示。在当前实施例中并且类似于已经描述的实施例，对接站1230具有在当前图中不可见的内部部件，诸如通信硬件、联网硬件、处理器和存储器。
还应当注意的是，如在本说明书和所附权利要求中使用的，短语“被构造”描述了被构建或构造用于执行特定任务或采用特定构型的系统、设备或其他结构。短语“被构造”可以与其他类似短语互换使用，诸如“被布置”、“被布置和构造”、“被构造和布置”、“构建”、“被制造和布置”等。
本说明书中的所有出版物和专利申请都指示了本技术所属领域的普通技术人员的水平。所有出版物和专利申请通过援引并入本文，其程度如同每个单独的出版物或专利申请确切地并且单独地通过援引指明一样。
本申请旨在涵盖本主题的调整或变化。应当理解的是，以上描述是旨在是说明性的，而不是限制性的。

Claims (15)

1.一种气体采样装置，包括：
壳体，该壳体限定了：
气流孔，
气体测试室，
传感器插座，该传感器插座被构造为可移除地将可抛弃式传感器测试条固持在该气体测试室内，
气流通路，该气流通路从该气流孔延伸到该气体测试室，以及
对接结构，该对接结构被构造为由对接站接纳。
2.如权利要求1和权利要求3-10中任一项所述的装置，进一步包括单向阀，该单向阀横跨该气流孔与该气体测试室之间的该气流通路而设置。
3.如权利要求1-2和权利要求4-10中任一项所述的装置，进一步包括调节元件，该调节元件同该气流孔与该气体测试室之间的该气流通路处于连通。
4.如权利要求1-3和权利要求5-10中任一项所述的装置，其中该调节元件是与该气体测试室处于流体连通的气体源。
5.如权利要求1-4和权利要求6-10中任一项所述的装置，其中该调节元件是沿着该气流通路的一部分设置的加热元件。
6.如权利要求1-5和权利要求7-10中任一项所述的装置，其中该加热元件被构造为加热限定该气流通路的壳体部分的内表面的至少90％。
7.如权利要求1-6和权利要求8-10中任一项所述的装置，进一步包括传感器，该传感器联接到该壳体。
8.如权利要求1-7和权利要求9-10中任一项所述的装置，其中该传感器选自由二氧化碳传感器、湿度传感器和温度传感器组成的组。
9.如权利要求1-8和权利要求10中任一项所述的装置，其中该传感器选自由心率传感器和温度传感器组成的组。
10.如权利要求1-9中的任一项所述的装置，其中该壳体进一步限定了吸气入口和从该气流孔延伸到该吸气入口的吸气通路，其中VOC-过滤器横跨该吸气通路而设置。
11.一种用于收集患者数据的系统，该系统包括
气体采样装置，该气体采样装置限定了气体测试室、气流孔、从该气流孔延伸到该气体测试室的气流通路、以及被构造为可移除地将可抛弃式传感器测试条固持在该气体测试室内的传感器插座，其中该气体采样装置具有壳体；以及
对接站，该对接站被构造为接纳该气体采样装置，其中该对接站包括读取装置，该读取装置具有通信硬件以通过该气体采样装置的壳体无线接收数据。
12.如权利要求11和权利要求13中任一项所述的系统，进一步包括多个可抛弃式传感器测试条，这些可抛弃式传感器测试条各自被构造为可移除地被该传感器插座和该气体测试室接纳。
13.如权利要求11-12中任一项所述的系统，其中该对接站进一步包括被构造为检测该气体采样装置的接近度传感器。
14.一种分析患者数据的方法，该方法包括：
由气体采样装置的壳体限定的气体测试室接纳可抛弃式传感器测试条；
将该气体采样装置与具有读取装置的对接站对接；
由该读取装置从该可抛弃式传感器测试条读取基线数据，其中通过该气体采样装置的壳体读取该基线数据；
读取基线数据后，将该气体取采样装置从该对接站脱离；
由该气体测试室接纳气体样品，由此该气体样品与该可抛弃式传感器测试条接触；
在接收到该气体样品后，将该气体采样装置与该对接站对接；以及
由该读取装置从该可抛弃式传感器测试条读取气体样品数据，其中通过该气体采样装置的壳体读取测试过的气体数据。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括：通过该对接站将该基线数据从该经测试的气体数据中移除，以获得调整后的数据。
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