CN116134128A - 用于测试无生命表面、群体和个体的病原体感染的组合物、装置和方法 - Google Patents

用于测试无生命表面、群体和个体的病原体感染的组合物、装置和方法 Download PDF

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Abstract

本文披露了用于对从受试者获取的空气样本中的分析物进行检测的组合物、装置和方法。组合物可以包含在无生命表面上，比如由个体佩戴的面罩，该面罩具有用于捕获分析物的测试基材。

Description

用于测试无生命表面、群体和个体的病原体感染的组合物、装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年5月26日提交的美国临时专利申请序列号63/029,974的优先权和权益，该申请通过援引以其全文结合于此。
背景技术
本披露总体上涉及医学以及整体工业和环境卫生。更特别地，本披露涉及用于从个体获取的空气样本中的分析物的组合物、装置和方法。
医学监测和诊断涉及样本采集和分析。样本采集可以涉及侵入性方法和非侵入性方法。样本采集的侵入性方法包括比如手术和抽血等程序，这些程序可能造成患者疼痛、不适和紧张。较温和形式的侵入性样本采集方法可以包括用拭子擦拭。侵入性样本采集方法中使用的装置也可能是昂贵的，并且需要无菌处理以防止样本受到污染。通过减少个体在样本采集期间的疼痛和不适，非侵入性样本采集方法可能优于侵入性样本采集方法。
病原体的快速检测和鉴定对于预防和监测感染的存在和传播非常重要，包括预防和减轻全球性流行病的传播。对表面和个体进行测试以检测病原体的存在，以便可以对个体进行适当的诊断、进一步测试和/或治疗。还可以对个体进行测试以检测针对病原体的循环抗体，这指示该个体过去曾接触过病原体并产生了抵抗感染的免疫反应。
对比如生物标志物等分析物的检测和鉴定可以帮助疾病的诊断和/或进展，确定有效性和/或对治疗的反应，并且允许纠正和/或调整治疗剂量。分析物的检测也可以用于对可能有害的化学物质的环境接触以及药物使用(比如非法药物使用)进行检测。生物标志物的检测还可以提供与内部生理状态有关的信息，包括疾病、代谢状况、毒素、以及某些化学物质的存在。
目前的测试无法在大流行(比如COVID-19大流行)期间满足社会需求。例如，在COVID-19大流行期间，曾经有一段时间，每天进行大约50万次测试，而每天需要进行超过2000万次测试，这表明测试规模存在差距。目前的测试也存在缺点和挑战，比如规模化、样本采集和提取、测试成本、与样本采集相关的疼痛、传播风险、测试无效(例如，体温检查)以及未能对无症状人群进行测试。目前的测试也遗漏了谁在传播疾病的基本度量。
目前的使用鼻拭子进行样本采集的测试受到拭子供应有限的影响，样本采集可能是疼痛且不舒服的，并且需要由经过培训的医疗保健专业人员进行采集。样本(比如唾液、痰液、口水、灌洗液和其他口腔液样本)的采集可能需要专用设备以及进一步的处理以将分析物从口腔液中分离出来。无论使用何种样本采集方法，获取的样本都可能开始降解，并且样本采集试剂可能会受到供应链延迟的影响。随后必须将样本从采集装置中取出或与其分离，这可能是低效的并且影响用于对样本进行分析的测试的灵敏度。用于采集唾液样本和鼻腔样本的采集装置增加了复杂性并且受到底层样本采集基质的污染的影响，即，唾液拭子和鼻拭子含有许多化学物质，需要在提取目标分析物之前将这些化学物质去除。蛋白酶和核糖核酸酶也可以在提取之后降解目标分析物。采集材料的表面积与必要的洗脱和提取缓冲液的比率影响目标分析物的浓度。目标分析物的浓度越大，测试越灵敏。针对形状因数和性能的最佳材料的确认提供了最大测试灵敏度。
因此，需要开发用于对表面、群体和个体进行分析物测试的组合物、包括这些组合物的装置、以及使用这些组合物的方法。在全球范围内低价测试呼出的生物气溶胶是市场上仍未满足的关键需求。
简要说明
一方面，本披露涉及一种面罩插入物，该面罩插入物包括第一层、测试基材以及第二层，该测试基材用于捕获从受试者获取的空气样本中的分析物，其中，第一层和第二层形成基本上包围测试基材的外层，其中，第一层和第二层的重叠区域相结合，其中，测试基材的至少一部分与第一层和第二层中的至少一者结合，并且其中，测试基材被配置为与外层的至少一部分分离。
一方面，本披露涉及一种系统，该系统包括：面罩插入物，该面罩插入物包括第一层、测试基材以及第二层，该测试基材用于捕获从受试者获取的空气样本中的分析物，其中，第一层和第二层形成基本上包围测试基材的外层，其中，第一层和第二层的重叠区域相结合，其中，测试基材的至少一部分与第一层和第二层中的至少一者结合，并且其中，测试基材被配置为与外层的至少一部分分离；以及由使用者佩戴的面罩，其中，该面罩插入物联接至面罩的表面。
另一方面，本披露涉及一种用于检测从受试者获取的空气样本中存在分析物的方法，该方法包括：从个体采集由受试者佩戴的测试基材；以及对测试基材的分析物进行分析。
附图说明
当考虑到其以下详细描述时，将更好地理解本披露，并且除了以上阐述的特征、方面和优点之外的特征、方面和优点将变得显而易见。这种详细描述参考以下附图，在附图中：
图1是描绘面罩插入物的一个实施例的前视图的图示。
图2是描绘面罩插入物的一个实施例的前视图的图示，示出了部分外层分离以露出测试基材。患者或医疗保健提供者在面罩插入物的每一端夹住外层并沿大箭头的方向向外拉(拉力由大箭头指示)。装置的夹点可以是不对称的。图示右侧的夹点夹住外层和内测试基材。图示左侧的夹点仅夹住外层。通过夹住端部并向外拉，穿孔部允许移除左侧的外保护层、同时保留保护层以固定右侧的内测试基材。在移除部分外层之后，患者或医疗保健提供者在图示的右侧的夹点处固定外保护层，以保护测试基材不被可能包含核糖核酸酶、蛋白酶和其他污染物的手触碰。然后患者或医疗保健提供者可以将采集基材放置在小瓶中以进行测试。
图3是描绘面罩插入物的前视图和侧视图的图示。侧视图描绘了用于将面罩插入物附接至面罩的微型钩的分层和定位。
图4是描绘具有缓冲液孔并具有集成式垂直流测定部的面罩插入物的图示。
图5是描绘具有缓冲液分配装置并具有集成式垂直流测定部的面罩插入物的图示。
图6是描绘具有缓冲液分配装置并具有集成式垂直流测定部的面罩插入物(外层被移除)的图示。还描绘了多重垂直流测定平台。
图7是描绘具有三个缓冲液分配装置并具有集成式垂直流多重测定部的面罩插入物(外层被移除)的图示。
图8是描绘具有三个缓冲液分配装置并具有集成式垂直流多重测定部的面罩插入物(外层被移除)的图示。
图9A是描绘具有三个缓冲液分配柱塞装置并具有集成式垂直流多重测定部的面罩插入物(外层被移除)的图示。
图9B是描绘三个缓冲液分配柱塞装置的放大图的图示。
图10是描绘具有缓冲液孔并具有集成式侧流测定部的面罩插入物(外层位于适当的位置)的图示。
图11是描绘具有缓冲液分配装置并具有集成式侧流测定部的面罩插入物(外层位于适当的位置)的图示。
图12是描绘具有缓冲液分配装置并具有集成式侧流测定部的面罩插入物(外层被移除)的图示。
图13A至图13C描绘了测试基材的一个示例性实施例，展示了接片。图13A描绘了测试基材的一个示例性实施例，其具有4个接片部分和一个标签部分。测试基材可以具有穿孔部，这些穿孔部平行于顶部边缘(且位于标签部分下方)并且位于单独的接片之间，使得可以将接片独立地从测试基材上移除。图13B描绘了测试基材的一个示例性实施例，其具有4个接片部分和一个标签部分。这些接片部分相隔一定间隙，但附接至标签部分。测试基材可以具有穿孔部，这些穿孔部平行于顶部边缘(且位于标签部分下方)并且位于单独的接片之间，使得可以将接片独立地从测试基材上移除。图13C描绘了测试基材的一个示例性实施例，其具有四个未连接的接片部分。
图14描绘了图13的实施例作为使用者佩戴的面罩的一部分。
图15描绘了多层测试基材的一个示例性实施例，其具有4个接片部分、一个内测试基材，该内测试基材在所有侧面均受到保护并且由可以从外保护层中释放出来的具有高表面积的材料制成。
图16描绘了用于从测试基材提取和扩增RNA的流程图。
说明书
本披露总体上涉及用于测试无生命表面、群体和个体的病原体感染的组合物、装置和方法。特别地，本披露涉及用于对由受试者呼出的空气样本中的分析物进行检测的装置。
在一方面，本披露涉及一种面罩插入物。参考图1至图3，面罩插入物包括第一外层、测试基材和第二外层。第一层或第二层中的一者朝向(靠近)受试者的面部，而另一层联接(附接)至由受试者佩戴的面罩的内表面。
如图1至图3中所展示的，第一层和第二层的尺寸比测试基材(用井号标记示出并且其外边界成虚线)更宽且更长并且共同形成外层。第一层和第二层彼此重叠但不与测试基材重叠的外边缘(被示为对角线“/”)结合在一起以形成包围测试基材的封套或套筒。图3中所描绘的侧视图展示了内测试基材的尺寸如何略小于外层。图3还展示了紧固件(例如，图3中所展示的实施例中的微型钩)在远离受试者面部的外层表面上的位置并且起作用以将面罩插入物附接至由受试者佩戴的面罩。第一层和第二层的重叠端也彼此结合(在图1和图2中称为“夹点”)。第一层和第二层的边缘的结合还产生了阻挡或大幅度减少空气通过第一层和第二层并围绕测试基材行进的屏障。因此，第一层和第二层的结合将气流引导朝向测试基材。外层还用作测试基材的保护层，并允许在不直接接触测试基材的情况下处理和操纵面罩插入物。外层包括用于通过提供生物气溶胶带通来捕获大小小于100微米的生物气溶胶的材料。外层包括压降非常低的材料，该材料允许生物气溶胶容易流过而到达测试基材。外层允许生物气溶胶通过，同时不允许宏观污染物(包括核糖核酸酶和蛋白酶)接触内测试基材，这些宏观污染物会使分析物降解。面罩插入物类似于带通滤波器作用，以允许较大的生物气溶胶通过外层，而分析物被测试基材捕获。
面罩插入物的边缘沿着边缘具有微型钩或粘合剂的条状物，这些条状物允许面罩插入装置附接至任何面部覆盖材料并且在不损坏面部覆盖物的情况下容易移除。
外层沿着线被穿孔，使得当使用者夹住两端并将外层向外拉时，外层的这部分被拉开并且可以被处理掉。这暴露了内捕获基材，同时允许使用者仍然在一端上紧握外基材而不污染捕获基材。使用者现在可以将内基材放置在小瓶中以进行测试。
第一层和第二层可以由相同材料或不同材料制成。用以制作第一层和第二层(且共同地为外层)的合适材料包括例如纺粘聚丙烯、纺粘聚酯、熔喷纤维、梳理成网非织造纤维等。用以制作第一层和第二层(且共同地为外层)的特别合适的材料包括0.50oz至0.75oz纺粘非织造覆盖网材料(可从美国印第安纳州埃文斯维尔的Barry Global购得)。第一层、测试基材和第二层的材料被设计为允许由受试者排出的空气通过第一层、测试基材和第二层。靠近受试者的嘴巴和鼻子的第一层的材料也被设计为允许包含在空气中的分析物通过第一层。测试基材被设计为允许空气通过(越过)测试基材，但也捕获包含在由受试者排出的空气中的分析物。在受试者面部远侧且在面罩表面近侧的第二层也允许空气从面罩插入装置中流出。用于形成外层的材料的合适纤维大小具有范围为从约5微米至约25微米的平均纤维直径，该范围包括从约10微米至约20微米的范围。
如图1至图3中所展示的，面罩插入物优选地在外层中具有靠近面罩插入物的一端的凹口，该凹口允许更容易地分离外层的一部分。如图1中还展示的，第一层和第二层包括允许更容易地将外层的该部分与测试基材分离的穿孔部。优选地，在外基材中作出凹口，其点以穿孔部的起点结束。如图2中进一步展示的，外层的该部分的分离暴露了测试基材。当面罩插入物的两端被握住并向外拉时，外层的该部分被拉开以暴露包含在外层内的测试基材，同时允许人仍然通过剩余部分紧握面罩插入物的一端而不会污染测试基材。然后可以处理测试基材以检测在测试基材上捕获的分析物。面罩插入物的提供套筒(测试基材容纳在该套筒中)的这部分可以在移除测试基材之后被处理掉。这允许在使用者仍然握住一端的情况下容易地使外基材层与内测试基材脱离。
在另一个方面，本披露涉及一种包括集成式垂直流测定部(VFA)的面罩插入物。图4描绘了具有集成式垂直流测定部的面罩插入物的实施例。如图4中所展示的，缓冲液孔定位在凹口和穿孔部近侧以便分离外层的一部分，如本文所描述的。该孔允许添加到孔的缓冲液接触内测试基材的一部分。通过毛细作用，缓冲液在朝向位于缓冲液孔远侧的垂直流测定部流动。在将带电材料(比如，驻极体)用作测试基材的情况下，缓冲液在它流向VFA时使驻极体材料的电荷短路，由此将分析物运输到VFA。测试基材可以由疏水材料和/或比VFA垫亲水性小的材料制成，使得流动朝向VFA。测试基材接触VFA以允许将具有分析物的缓冲液运输到VFA。缓冲液还可以包括其他生物标志物，这些生物标志物用作阳性对照和/或阴性对照并且也可以由VFA检测。面罩插入物的VFA部分可以包括观察“窗口”以允许观测VFA的结果。
图5描绘了具有集成式垂直流测定部的面罩插入物的实施例，该面罩插入物具有定位在图5中所描绘的凹口和穿孔部近侧的缓冲液分配装置。缓冲液分配装置提供了缓冲液孔(在图4中描绘)的替代或补充。缓冲液分配装置可以是嵌入到面罩插入物的内部中的安瓿。当人将压力施加到缓冲液分配装置定位所在的面罩插入物时，缓冲液分配装置的全部或一部分破裂以释放包含在缓冲液分配装置中的缓冲液。通过毛细作用，缓冲液朝向位于缓冲液分配装置远侧的垂直流测定部流动。在将带电材料(比如，驻极体)用作测试基材的情况下，缓冲液在它流向VFA时使驻极体材料的电荷短路，由此将分析物运输到VFA。测试基材可以由疏水材料和/或比VFA垫亲水性小的材料制成，使得流动朝向VFA。测试基材接触VFA以允许将具有分析物的缓冲液运输到VFA。缓冲液还可以包括其他生物标志物，这些生物标志物用作阳性对照和/或阴性对照并且也可以由VFA检测。面罩插入物的VFA部分可以包括观察“窗口”以允许观测VFA的结果。
图6描绘了图5中所展示的面罩插入物的另一个实施例，但该面罩插入物具有可移除的外层。图6描绘了用于单次分析物检测的VFA和用以执行多重测试的VFA。在缓冲液分配装置与VFA之间移除面罩插入物的外层准许缓冲液流过测试基材，而不会也流入形成外层的材料中。
在另一个实施例中，面罩插入物可以包括两个或更多个缓冲液分配装置。图7描绘了面罩插入物的示例性实施例，该面罩插入物包括三个缓冲液分配装置。图7中所展示的实施例还包括可移除的外层。来自缓冲液分配装置的缓冲液流向VFA，但测试基材中的屏障和/或闭塞无孔间隔部(或分隔部)允许从测试基材“通道”独立地洗脱和提取分析物并防止缓冲液中的每一者交叉流动到意图检测不同分析物的测试基材的其他“通道”中。通过毛细作用，缓冲液朝向位于缓冲液分配装置远侧的垂直流测定部流动。在将带电材料(比如，驻极体)用作测试基材的情况下，缓冲液在它流向VFA时使驻极体材料的电荷短路，由此将分析物运输到VFA。测试基材可以由疏水材料和/或比VFA垫亲水性小的材料制成，使得流动朝向VFA。在缓冲液分配装置与VFA之间移除面罩插入物的外层准许缓冲液流过测试基材，而不会也流入形成外层的材料中。测试基材接触VFA以允许将具有分析物的缓冲液运输到VFA。缓冲液还可以包括其他生物标志物，这些生物标志物用作阳性对照和/或阴性对照并且也可以由VFA检测。面罩插入物的VFA部分可以包括观察“窗口”以允许观测VFA的结果。图7还描绘了多重测试的示例性实施例。
图8描绘了面罩插入物的另一个示例性实施例，该面罩插入物包括三个缓冲液分配装置。图8中所描述的实施例还包括在这些缓冲液分配装置近侧和在VFA近侧的穿孔部，以允许仅移除包围测试基材的中心部分的外层。来自这些缓冲液分配装置的缓冲液流向VFA，但测试基材中的屏障和/或间隔部(或分隔部)防止缓冲液中的每一者交叉流动到测试基材中。通过毛细作用，缓冲液朝向位于缓冲液分配装置远侧的垂直流测定部流动。在将带电材料(比如，驻极体)用作测试基材的情况下，缓冲液在它流向VFA时使驻极体材料的电荷短路，由此将分析物运输到VFA。在缓冲液分配装置与VFA之间移除面罩插入物的外层准许缓冲液流过测试基材，而不会也流入形成外层的材料中。测试基材可以由疏水材料和/或比VFA垫亲水性小的材料制成，使得流动朝向VFA。测试基材接触VFA以允许将具有分析物的缓冲液运输到VFA。缓冲液还可以包括其他生物标志物，这些生物标志物用作阳性对照和/或阴性对照并且也可以由VFA检测。面罩插入物的VFA部分可以包括观察“窗口”以允许观测VFA的结果。图8还描绘了多重测试的示例性实施例。
在另一个实施例中，面罩插入物包括集成式垂直流测定部和用于将缓冲液引入测试基材的至少一个集成式递送柱塞。图9A描绘了具有三个集成式递送柱塞的示例性实施例。图9B描绘了递送柱塞。右侧的竖杆是锁定机构，其可以向上翻以允许压下左侧的柱塞，从而将缓冲液从柱塞腔排出到测试基材。
在另一个实施例中，面罩插入物包括集成式侧流测定部。图10描绘了面罩插入物的示例性实施例，该面罩插入物具有集成式侧流测定部(LFA)。图10的实施例包括孔，该孔用于引入缓冲液以提取和/或洗脱分析物并将分析物从测试基材朝向侧流测定部的样本垫运输。如图10中所描绘的，测试基材与LFA的样本垫接触。LFA可以以标准LFA盒的形式或作为层压LFA与面罩插入物集成。图10中所描绘的实施例也能够用于多重测试。
在图11中所描绘的另一个实施例中，面罩插入物包括集成式侧流测定部，并且进一步包括缓冲液分配装置(安瓿)，该缓冲液分配装置(安瓿)用于引入缓冲液以提取和/或洗脱分析物并将分析物从测试基材朝向侧流测定部的样本垫运输。如本文所讨论的，施加到缓冲液分配装置的压力释放缓冲液，该缓冲液通过毛细作用流过测试基材朝向LFA。如图11中所描绘的，测试基材与LFA的样本垫接触。LFA可以以标准LFA盒的形式或作为层压LFA与面罩插入物集成。图11中所描绘的实施例也能够用于多重测试。
在图12中所描绘的另一个示例性实施例中，面罩插入物包括集成式侧流测定部，并且进一步包括缓冲液分配装置(安瓿)，该缓冲液分配装置(安瓿)用于引入缓冲液以提取和/或洗脱分析物并将分析物从测试基材朝向侧流测定部的样本垫运输。如本文所讨论的，施加到缓冲液分配装置的压力释放缓冲液，该缓冲液通过毛细作用流过测试基材朝向LFA。在缓冲液分配装置与LFA之间移除面罩插入物的外层准许缓冲液流过测试基材，而不会也流入形成外层的材料中。如图12中所描绘的，测试基材与LFA的样本垫接触。LFA可以以标准LFA盒的形式或作为层压LFA与面罩插入物集成。图12中所描绘的实施例也能够用于多重测试。
测试基材被设计为捕获来自受试者的空气样本中的分析物。在一些实施例中，测试基材具有小于分析物大小的孔径。在其他实施例中，测试基材由吸引分析物的材料制成。在一些实施例中，测试基材具有小于分析物大小的孔径，并且也由吸引分析物的材料制成。用于捕获分析物的孔径小于100微米。用于捕获分析物(比如，病原体)的特别合适的孔径小于75微米、小于50微米和小于25微米。可以更改材料以将特定分析物作为目标，同时使压降最小化。例如，捕获COVID可能需要更高的压降，因为由于COVID更小而因此需要更致密的材料。TB可以用不太致密的材料以类似的效率捕获，因此具有更低的压降和更高的吞吐量。意图可通过面罩插入物的测试基材捕获的示例性分析物包括COVID-19(大约100nm)、流行性感冒(大约80nm至120nm)；分枝杆菌(大约7微米)、包含呼吸道病原体的其他生物气溶胶(小于10微米)。如本文所描述的，可以处理测试基材材料(比如，通过将电荷赋予材料)以将分析物“吸引”到测试基材。因此，例如，与未经处理的材料相比，可以处理不太致密的材料以将COVID吸引到测试基材。
面罩插入物联接(附接)至面罩的内表面。面罩插入物通过粘合剂和其他紧固件(比如，钩环紧固件)联接至面罩表面。优选地，面罩插入物包括允许面罩插入物附接至由受试者佩戴的面罩的内表面的微型钩。其他联接机构也是合适的。例如，可以使用粘合剂将面罩插入物附接至面罩表面。一般来说，非永久性粘合剂是优选的，使得可以从面罩表面移除面罩插入物。
受试者通过呼吸、咳嗽、打喷嚏、说话及其组合排出空气。
在一个实施例中，面罩插入物可逆地联接至由使用者佩戴的面罩。如本文所使用的，“可逆地联接”指代以下能力：将面罩插入物附接至面罩，然后从面罩移除面罩插入物，且然后将面罩插入物重新附接至面罩。在一些实施例中，面罩是可重复使用的，并且新的面罩插入物附接至面罩。
在另一个实施例中，面罩插入物半永久地联接至由使用者佩戴的面罩。在此实施例中，面罩插入物可以在附接至面罩表面之后与面罩分离，但并不意图在从面罩表面移除之后重新附接至面罩插入物。
在另一个实施例中，面罩插入物永久地联接至由使用者佩戴的面罩。在此实施例中，一旦面罩插入物附接至面罩表面，面罩插入物就不意图与面罩分离。
一般来说，面罩插入物(无论是可逆地联接还是永久地联接)定位在面罩的内表面上，其中使用者通过正常呼吸、用力呼吸、咳嗽、打喷嚏及其任何组合排出的空气引起空气流向面罩插入物。
如本文所使用的，待测试基材(本文也可互换地称为“测试基材”和“采集基材”)可以包括可以与个体或个体的群体接触的任何无生命表面，该无生命表面能够在其外表面上包括病原体。例如，在一个实施例中，待测试基材可以是完好无损的整个面罩或从中移除了面罩的一部分(即，测试基材)的面罩。基材还可以包括可移除的面罩插入物。在一些实施例中，面罩插入物可以进行清洁并通过放回到面罩中予以重新使用。
在一些实施例中，处理测试基材以从测试基材提取和/或取出病原体材料。在其他实施例中，测试不需要从测试材料中取出或提取病原体材料。例如，可以通过将测试基材放置在反应溶液(例如，缓冲液和/或水)中来分析测试基材，该反应溶液导致指示病原体的存在或不存在的比色反应。在另一个实施例中，将测试基材放置在反应溶液(例如，缓冲液和/或水)中，借此测试基材溶解。在另一个实施例中，将试剂施加到测试基材。在另一个实施例中，使试剂与测试基材接触，这通过毛细作用将试剂吸入测试基材中。
测试基材可以适当地由合成纤维、天然纤维及其组合制成。被用来形成层的纤维可以是疏水性纤维、亲水性纤维及其组合。疏水性纤维包括例如聚内酯、聚(己内酯)、聚(L-乳酸)、聚(乙醇酸)、类似的共聚(丙烯酸烷基酯)、聚丁二烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚(对苯二甲酸)乙二醇酯、聚砜、聚碳酸酯、聚(氯乙烯)及其组合。亲水性纤维包括例如线型聚(乙烯亚胺)、纤维素、乙酸纤维素及其他接枝纤维素、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)、聚(环氧乙烷)、聚乙烯吡咯烷酮、聚(丙烯酸)、聚(乙二醇)、聚(乙烯醇)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(丙烯酰胺)、蛋白质、聚(乙烯吡咯烷酮)、聚(苯乙烯磺酸盐)及其组合。其他合适的纤维材料包括例如丙烯腈/丁二烯共聚物、纤维素、乙酸纤维素、壳聚糖、胶原、DNA、纤维蛋白原、纤连蛋白、尼龙、聚(丙烯酸)、聚(氯苯乙烯)、聚(二甲基硅氧烷)、聚(醚酰亚胺)、聚(醚砜)、聚(丙烯酸乙酯)、聚(乙基乙烯基乙酸酯)、聚(乙基-共-乙烯基乙酸酯)、聚(环氧乙烷)、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚(乳酸-共-乙醇酸)、聚(甲基丙烯酸)盐、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基苯乙烯)、聚(苯乙烯磺酸)盐、聚(苯乙烯磺酰氟)、聚(苯乙烯-共-丙烯腈)、聚(苯乙烯-共-丁二烯)、聚(苯乙烯-共-二乙烯基苯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(乙烯醇)、聚(氯乙烯)、聚(偏二氟乙烯)、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚酰胺酸(PAA)、聚酰胺、聚苯胺、聚苯并咪唑、聚己内酯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷-共-聚环氧乙烷、聚醚醚酮、聚乙烯、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺、聚异戊二烯、聚丙交酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚砜、聚氨酯、聚乙烯吡咯烷酮、蛋白质、SEBS共聚物、丝、苯乙烯/异戊二烯共聚物及其组合。聚合物共混物比如例如为聚(偏二氟乙烯)-共混-聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯-共混-聚(乙烯基甲基醚)、聚(甲基丙烯酸甲酯)-共混-聚(环氧乙烷)、聚(甲基丙烯酸羟丙酯)-共混-聚(乙烯吡咯烷酮)、聚(羟基丁酸酯)-共混-聚(环氧乙烷)、蛋白质-共混-聚环氧乙烷、聚丙交酯-共混-聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯-共混-聚酯、聚酯-共混-聚(甲基丙烯酸羟乙酯)、聚(环氧乙烷)-共混-聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(羟基苯乙烯)-共混-聚(环氧乙烷)及其组合。
测试基材的另一个合适的层可以是驻极体(包括热驻极体和原纤化驻极体膜)。驻极体是具有准永久电荷或偶极子极化的介电材料。驻极体可以从商购来源获得。可以通过以下方式来制备驻极体：将材料加热并同时使其暴露于电场，借此材料中的许多偶极子变成被定向在优选方向上。在加热之后，材料被“冻结”，并且能够长时间保持其电偶极子的位置。用于制备驻极体的合适材料包括例如现在可以被用来制造热驻极体的材料，包括有机材料(比如，硬橡胶、萘、聚甲基-丙烯酸甲酯和许多聚合物)、以及无机材料(比如，硫、石英、玻璃、滑石和一些陶瓷)。驻极体纤维膜是特别合适的。聚偏二氟乙烯(PVDF)/聚四氟乙烯(PTFE)NP驻极体纳米纤维膜可以通过静电纺丝形成。如Van Turnhout(美国专利3,998,916)中所描述的原纤化驻极体膜也是合适的。
特别合适的测试基材是吸引包含在空气样本中的分析物的带电材料(例如，聚丙烯、聚乳酸和驻极体)。因此，由于测试基材与分析物之间的大小差异，包含在受试者的空气中的分析物不一定被测试基材俘获，而是被吸引到测试基材。
将聚丙烯用作测试基材的实施例有利地提供了惰性基材，该惰性基材允许生物材料(比如，病原体)长时间稳定，包括当面罩插入物和/或测试基材需要运输以进行测试时。测试基材还可以包括允许更容易洗脱分析物的涂层和化学处理。表面能更低的材料可以被用来增加测试基材材料的润湿能力，因此需要较少的缓冲液来润湿材料，且因此将分析物浓缩在洗脱的缓冲液中。疏水性聚丙烯的优点是通过简单地应用缓冲液(比如，0.1％的Triton X-100)就能容易地从非织造物中排出并允许洗脱病毒体，该缓冲液对某些病原体(比如，SARS-CoV-2)执行粗提取。
还可以处理测试基材材料以赋予电荷、使材料或多或少具有亲水性、使材料或多或少具有疏水性、及其组合。
合适的测试基材材料还包括可溶解和/或可溶于液体中的材料。例如，乙酸纤维素纳米纤维能够在与液体接触时溶解。应理解，整个测试基材和/或其部分(例如，采集基材)可以是可溶解的或可溶的。有利地，基材本身可以完全溶解，从而将所有分析物材料释放到洗脱液中，而不需要去除过程。适当地，可以在基材溶解、基材使RNA反应和稳定或执行某种其他服务检测时制作基材。适当地，基材在它溶解之前可以是惰性的。附加地，或替代性地，溶解的内基材的保护性惰性层露出具有活性诊断性质的惰性较小、活性的内基材。例如，测试基材(比如，棒)被放置在溶解外涂层的洗脱液中，从而释放全部量的病毒性材料。然后测试试剂溶解分析物材料并与其相互作用。
纤维可以是亚纳米纤维、纳米纤维、微纤维及其组合，它们具有范围为从亚纳米至微米的直径。可以使用模板辅助生长、定向附着生长、配体控制生长和催化剂引导生长来制备亚纳米纤维。亚纳米级纤维(本文也称为“亚纳米纤维”)指代具有超高纵横比的一维结构，其直径范围为从几埃至几十埃。可以通过相分离、自组装、海岛法、模板合成、静电纺丝和气泡静电纺丝来生产直径小于100nm的超细纳米纤维。纳米纤维直径范围包括例如约3nm至小于1μm。微纤维直径范围包括例如从1μm至约10μm。可以使用相分离、自组装、海岛法、模板合成、静电纺丝和气泡静电纺丝、熔喷、旋喷和其他方法来生产纳米纤维和微纤维。可以使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)来确定纤维直径和形态。测试基材纤维可以编织、针织、钩编、打结、压在一起、交织、结合、以片材网的形式装订在一起、及其组合。可以使用用连续纤维制备的纺粘材料来形成层，连续纤维是通过凭借喷丝头连续挤出聚合物以形成离散长丝形成的。然后可以在不断裂的情况下机械地或气动地拉伸长丝以使聚合物长丝定向。连续长丝可以以基本上随机的方式沉积到载体带上以形成网。也可以使用熔喷纤维形成层。也可以使用电纺纤维形成层。如本领域技术人员已知的，静电纺丝涉及在高电压下典型地通过具有非常小的直径的喷嘴/孔口将聚合物溶液中的单独的聚合物链拉伸为呈纤维形式的纳米级或亚微米级结构。
测试基材层可以包括添加剂。合适的添加剂包括例如抗微生物添加剂(比如，含银的抗微生物剂和抗微生物多肽)、镇痛化合物(比如，利多卡因)、抗生素(比如，新霉素)、血栓形成化合物、一氧化氮释放化合物(比如，斯德诺亚胺和NO-复合物)、杀菌化合物、杀真菌剂化合物、抑菌化合物、其他药物化合物、粘合剂、香料、气味吸收化合物、防腐剂、核糖核酸酶抑制剂、蛋白酶抑制剂和核酸(包括脱氧核糖核酸、核糖核酸和核苷酸类似物)。
合适的分析物包含在由使用者排出的空气中的气体和气溶胶微滴中。合适的分析物包括微生物、化学物质、蛋白质、核酸及其组合。合适的微生物包括细菌和病毒。
特别合适的微生物包括病原体。术语“病原体”根据其普通含义使用以指代直接地或间接地引起疾病的细菌、病毒和其他微生物。示例性的病原体包括例如耶尔森氏菌属、克雷伯氏菌属、普罗维登氏菌属、欧文氏菌属、肠杆菌属、沙门氏菌属、沙雷氏菌属、产气杆菌属、埃希氏菌属、假单胞菌属、志贺氏菌属、弧菌属、气单胞菌属、链球菌属、葡萄球菌属、微球菌属、莫拉氏菌属、芽孢杆菌属、梭菌属、棒状杆菌属、埃伯泽氏菌属、弗朗西斯氏菌属、嗜血杆菌、拟杆菌属、李斯特菌属、丹毒丝菌属、不动杆菌属、布鲁氏菌属、巴斯德氏菌属、黄杆菌属、梭杆菌属、链杆菌属、鞘杆菌属、军团菌属、密螺旋体属、疏螺旋体属、钩端螺旋体属、放线菌属、诺卡氏菌属、立克次体、微球菌属、分枝杆菌属、奈瑟菌属、弯曲菌属、病原性病毒(比如例如，乳头瘤病毒、细小病毒、腺病毒、疱疹病毒、疫苗病毒、沙粒病毒、冠状病毒、鼻病毒、呼吸道合胞病毒、流行性感冒病毒、细小核糖核酸病毒、副粘病毒、呼肠孤病毒、逆转录病毒、弹状病毒、人类免疫缺陷病毒(HIV))、绦虫、膜壳绦虫、裂头绦虫、棘球绦虫、姜片虫、异形吸虫、后殖吸虫、华支睾吸虫、片吸虫、并殖吸虫、血吸虫、蛲虫、鞭虫、蛔虫、钩虫、板口线虫、吴策线虫、布鲁线虫、罗阿丝虫、盘尾丝虫、龙线虫、耐格里虫、棘阿米巴原虫、疟原虫、锥虫、利什曼虫、弓形虫、内变形虫、贾第鞭毛虫、等孢子球虫、隐孢子虫、肠细胞虫、类圆线虫、旋毛虫、真菌(其引起例如癣、组织胞浆菌病、芽生菌病、曲霉菌病、隐球菌病、孢子丝菌病、球孢子菌病、副球孢子菌病、毛霉病、念珠菌病、皮肤真菌病、原藻病、糠疹、足分支菌病、副球孢子菌病、暗色丝孢霉菌病、假性阿利什利菌病、毛孢子菌病、肺孢子菌病)及其组合。
特别合适的化学品包括酮类、尼古丁、可卡因、阿片类、大麻、苯二氮平类、安非他明、巴比妥类及其组合。
还可以检测蛋白质、DNA和RNA。
合适的面罩包括佩戴在使用者的嘴巴和鼻道上或前面的任何面部覆盖物，其中在例如呼气期间、当说话、咳嗽和打喷嚏时空气离开使用者。可以使用系带、带条、带子及其组合将面罩固定到使用者面部。面罩还包括护面罩。面罩还包括头巾、围脖、围巾、毛巾和定位在使用者鼻子和嘴巴上的布质覆盖物。因此，本披露的面罩插入物可以与任何类型的面部覆盖物联接，使得排出的空气(通过呼吸、咳嗽、打喷嚏、说话)的至少一部分传递到装置，在该装置中，可以由测试基材采集包含在空气样本中的分析物。
当分析物是病原体时，可以将捕获的病原体颗粒的量表达为过滤效率、最低效率报告值等级和微颗粒性能等级。适当地，测试基材的过滤效率的范围为从约60％至约95％。适当地，最低效率报告值等级至少为12。适当地，微颗粒性能等级至少为1900。
可以使用任何合适的方法来清洁面罩和/或面罩插入物，比如例如通过热处理、紫外光照射和其他消毒方法进行清洗和/或消毒。在其他实施例中，面罩和/或面罩插入物是一次性面罩或面罩插入物。在这些实施例中，面罩和/或面罩插入物在移除之后被毁坏。
在一个方面，本披露涉及一种用于测试病原体感染的面罩。该面罩包括测试基材，该测试基材包括用于捕获病原体的捕获剂。
合适的捕获试剂包括例如特异性结合病原体的抗体、特异性结合病原体的配体(比如例如，病原体必须结合以便感染其宿主的表面分子，比如糖、糖蛋白等)。捕获试剂可以通过链接子共价地或非共价地联接至测试基材。可以使用任何合适的链接子，比如例如：有机分子，比如聚合物或共聚物(例如，取代或未取代的聚亚烷基二醇，比如聚乙二醇)；和/或生物分子，比如牛血清白蛋白。
在一个实施例中，由个体佩戴的面罩覆盖受试者的嘴巴和鼻子，使得当个体呼吸、咳嗽和/或打喷嚏到面罩中时，病原体被面罩材料截留和/或吸附。面罩可以包括耳套圈和/或系带以将面罩固定到个体佩戴者的面部。面罩可以包括附接至面罩的每一侧并沿其延伸的材料条，以用于将面罩附接至佩戴者的面部并在面罩的周边与佩戴者的面部之间提供增强的流体密封。
可以对测试基材进行涂覆和/或处理以便吸收和/或截留病原体。
面罩和/或面罩的面罩插入物部分可以被构造为使测试基材的表面积最大化。例如，测试基材可以包括颗粒，比如微颗粒、纳米颗粒和珠粒。可以用捕获剂涂覆颗粒。
适当地，面罩和/或面罩插入物的测试基材部分可以是免疫层析测试基材、胶态金测试基材及其组合。基材可以包括例如量子点标记的测试基材、胶态金标记的测试基材、胶态硒标记的测试基材、上转换磷光标记的测试基材、纳米稀土荧光复合物标记的测试基材、时间分辨率色谱测试基材、化学发光测试基材、以及其他测试基材。
在意图包括测试基材的面罩的实施例中，面罩被配置为接收测试基材。例如，面罩可以被穿孔，并且测试基材可以在穿孔部的位置处插入到面罩中。在其他实施例中，测试基材可以附接至面罩，比如例如通过钩环紧固件和粘性粘合剂。
面罩插入物还可以包括用于标记面罩插入物和处理面罩而不污染测试基材的接片。
可以形成面罩插入物且特别是测试基材的穿孔部，使得测试基材可以被分成不同的部分(或接片)，如图1中所展示的。穿孔部可以在每个接片之间。附加地，或替代性地，穿孔部可以平行于测试基材的顶部边缘(或底部边缘)。如图1A和图1B中所示，除了在每个接片之间的穿孔部之外，穿孔部可以被定向为使得单独的接片可以与标签部分分离，使得单独的接片可以独立于测试基材的其他接片而分离，从而使其余的接片保持附接。附加地，或替代性地，测试基材可以沿着测试基材的顶部边缘(或底部边缘)被穿孔并且空间(或间隙)可以将每个接片分离，使得每个接片独立地连接至测试基材的顶部边缘或底部边缘，如图1B中所展示的。在图1C中所展示的另一个实施例中，接片可以在测试基材中“自由浮动”。例如，测试基材可以具有未连接但包含在测试基材的同一平面中的4个单独的接片，而不是具有产生4个接片的穿孔部的单个条状物。图1A至图1C中所展示的示例性实施例示出了可以单独地测试的4个接片部分。例如，接片1可以与从多个患者得到的其他接片汇集。然后可以单独地测试接片2。可以将接片3用作对照。可以存储接片4以供未来测试。尽管图1展示了具有4个接片的示例性实施例，但应理解，测试基材可以具有少于4个接片和多于4个接片。图2展示了使用者的面罩，其具有测试基材，该测试基材具有4个测试接片。
应理解，“接片”可以指代单独的采集基材以及指代测试基材的可分离部分。例如，测试基材接片可以包括一个或多个保护层，其中采集基材夹在保护层(和其他层)之间。在此实施例中，测试基材接片(即，测试基材的一部分)可以与剩余的测试基材分离，从而使其他接片部分不受干扰。在另一个实施例中，采集基材接片可以夹在保护层之间。在此实施例中，可以在没有(多个)保护层的情况下和/或在不接触或不干扰剩余的采集基材接片的情况下从保护层之间独立地移除采集基材接片。“牙齿”实施例的优势在于，临床医生可以简单地握住接片，沿着顶部撕裂穿孔部，从而从共同的脊柱释放其他层和内层两者，并且内层可以简单地存放到容器中以进行进一步测试。没有任何东西被污染，外层被处理掉，等。接片还可以包括多层，如本文关于多层测试基材所描述的。(多个)接片可以共享共同的脊柱，但是是分离的(例如，如图1C中所展示的)。接片可以被穿孔以便容易移除并且无污染。
测试基材也可以是多层测试基材。多层测试基材具有内采集基材，该内采集基材在所有侧上都受到附加层的保护。内采集层由具有高表面积以便采集待检测的病原体的材料制成。内采集基材也可以从保护层释放。这些保护层和内采集基材可以由针对该层的特定用途(例如，保护和样本采集)所设计的不同材料制成。例如，内采集基材可以是波纹状的、双面聚酯拭子材料。可以用试剂涂覆内采集基材以保持病原体载量采集。也可以用试剂涂覆内采集基材以稳定病原体材料。图3描绘了多层测试基材。保护层还可以充当运输层，该运输层是多孔的和柔性的，从而有能力在被底下的(多个)采集层转移和吸收之前接收和暂时存储呼出的微滴液体。保护层可以是透气的、触摸保护涂层。定位在使用者面部最远侧的保护层可以阻挡所有空气流动，而定位在使用者面部最近侧的保护层可以允许空气流动。
在一些实施例中，(多个)内采集基材可以与保护层分离。在一些实施例中，可以打开保护层以释放或暴露内采集基材。例如，对于具有近侧保护层和远侧保护层并且内采集基材定位在这些保护层之间的示例性实施例，这些保护层的尺寸可以大于内采集基材。当夹在一起时，这些保护层的表面可以彼此接触并使用粘合剂、压配合锁定拉链、胶带或铰链保持在一起。保护层的分离允许触及内采集层，其中可以取出该内采集层以进行测试。保护层的分离还允许插入或更换未使用的内采集基材。
多层测试基材和多层接片的特征包括例如(多个)外层保护内层免受污染、(多个)内层可以是双面的、(多个)内层可以包括粘合剂、(多个)内层可以包括稳定剂、(多个)内层可以包括测试层、(多个)内层可以是多层的。
在一个实施例中，多层测试基材可以包括一个或多个试剂层(本文也称为包括分析试剂的“试剂材料”)。如本文所使用的，“分析试剂”指代用于检测病原体的成分。例如，分析试剂可以包括例如缓冲液成分、盐、dNTP、寡核苷酸引物、聚合酶、逆转录酶及其组合。分析试剂可以适当地为冻干的、呈液体形式、呈凝胶形式及其组合。包括分析试剂的试剂层可以通过涂层与测试基材的其他层分离，以防止测试试剂接触采集层和/或变得被激活，直到测试基材将被处理以进行分析的此类时间。分析试剂可以被激活，例如通过将测试基材(和/或具有包括测试试剂的可溶解层的采集层)放置在液体介质(比如，包括水的缓冲液)中，借此涂层溶解以释放分析试剂，该分析试剂然后也可以溶解在缓冲液中。涂层可以是可熔化的，借此可以调整温度，使得涂层熔化以释放分析试剂并且可以形成混合物，通过该混合物可以检测病原体。试剂层可以包括包含分析试剂的微颗粒和/或珠粒。
在一些实施例中，测试基材和(多个)内采集基材可以被包装在已消过毒的包装中以防止在存储和处理期间受到污染。可以打开包装以允许测试基材或内采集基材然后放置在面罩中和/或与保护层放在一起。
多层测试基材可以包括单独的层之间的间隔物。间隔物可以定位在采集区域的边缘处，使得空气不流过间隔物材料。附加地或替代性地，间隔物可以是空气和病原体颗粒可以通过的材料。
多层测试基材可以包括标签(见例如图1)。标签可以是可以将信息打印在其上的空白区域。标签也可以被预先打印或具有机器可读的条形码。标签上所包括的信息可以被用来鉴定测试基材(包括单独的测试基材接片)，以跟踪所采集的测试基材并将其与使用者相关联。
在多层测试基材中，单独的层可以具有与其他层不同的孔径。在一个示例性实施例中，第一保护层可以具有过滤效率低的孔径，使得病原体大小的颗粒可以自由地通过保护层以到达采集层。
在示例性实施例中，测试基材可以具有：第一保护层，其由一种纤维材料制成，该纤维材料具有允许病原体大小的颗粒自由地通过第一保护层的孔径范围；以及至少一个采集层，其为不同的纤维材料，该纤维材料具有将小于病原体大小的颗粒的孔径，使得病原体大小的颗粒被该采集层捕获。适当地，采集层本身可以是多层层压件，以增加每次测试的病毒捕获载量。如果内基材接片可以捕获X的病毒密度，则应存在f(Ln)＝Ln x单层病毒载量的函数，其中Ln是层数。需要理解通过添加层而效率降低。
可以处理(多个)采集层以增强对病原体颗粒的捕获。在一个实施例中，用粘附有病原体颗粒的粘合剂处理采集层。在另一个实施例中，用捕获配体处理采集材料。在另一个示例性实施例中，用粘合剂和捕获配体的组合处理采集材料。捕获配体可以是抗体(包括抗体片段)、适配体、磁性颗粒、以及可以结合到感兴趣病原体的其他配体类型。捕获配体意图吸引和保持病原体，使得可以执行后续分析以检测和/或鉴定病原体。
示例性多层测试基材包括例如仅采集层而没有捕获剂并且没有保护层。另一个示例性多层测试基材包括保护层和采集层。另一个示例性多层测试基材包括保护层和采集层，其中，采集基材包括捕获剂(例如，粘合剂、捕获配体及其组合)。另一个示例性多层测试基材包括保护层和多个采集层。
保护层可以是允许气空气流动和保护内采集层的材料。可以用试剂处理或涂覆保护层，试剂比如为抗微生物剂、核糖核酸酶抑制剂、蛋白酶抑制剂、防腐剂及其组合。例如，保护层还对内采集基材提供物理保护以免于接触。每个层可以被穿孔以允许分离接片。
测试基材的取向可以是平坦的(如在纸类片材中)、盘绕的、棒状的、空心圆柱状的、蜂窝状的及其组合。盘绕的基材、棒状的基材和中空圆柱形的基材可以是轴向或垂直于呼吸方向可用的。盘绕的基材、棒状的基材和中空圆柱形的基材也可以容易地滑入管中进行存储和/或处理。应理解，这些实施例中的每一个都赋予三维结构以增强采集并准许空气流动。
在一个方面，本披露涉及一种用于检测病原体的存在的方法。在一个实施例中，该方法检测在可能与个体或个体的群体接触的无生命表面上病原体的存在。在另一个实施例中，该方法检测在个体的群体中病原体感染的存在，其中，该群体中的至少一个个体具有或被怀疑具有病原体感染。该方法包括：从个体的群体采集由个体的群体中的每个个体佩戴的测试基材；组合从每个个体采集的测试基材以形成测试基材的汇集样本；以及对测试基材的汇集样本进行病原体分析，其中，检测在测试基材的汇集样本中病原体的存在指示个体的群体中的至少一个个体已密切接触了病原体、感染了病原体、或者可能需要进一步的诊断测试。
该方法可以进一步包括对群体的每个个体独立地实施第二次测试以鉴定感染了病原体的个体。
在一些实施例中，对个体的第一群体的子群体或子池重复该方法。仅作为示例，该实施例的方法包括：从个体的第一群体采集由个体的群体中的每个个体佩戴的测试基材；组合从每个个体采集的测试基材以形成测试基材的第一汇集样本；对测试基材的第一汇集样本进行病原体分析，其中，检测在测试基材的汇集样本中病原体的存在指示个体的群体中的至少一个个体已密切接触了病原体、感染了病原体、或者可能需要进一步的诊断测试；从个体的第二群体采集由个体的群体中的每个个体佩戴的测试基材，其中，个体的第二群体是个体的第一群体的子群体；组合从每个个体采集的测试基材以形成测试基材的第二汇集样本；对测试基材的第二汇集样本进行病原体分析，其中，检测在测试基材的汇集样本中病原体的存在指示个体的群体中的至少一个个体已密切接触了病原体、感染了病原体、或者可能需要进一步的诊断测试。此方法可以重复任何次数，以鉴定感染了病原体的个体或个体的子群体或者与感染了病原体的个体或个体的子群体接触的材料基材。
本文描述了合适的测试基材。优选地，测试基材是如本文所描述的面罩或面罩的一部分(例如，面罩插入物)。
本文描述了待测试的合适的病原体。
在一个方面，本披露涉及一种用于检测在具有或被怀疑具有病原体感染的个体中病原体感染的存在的方法，该方法包括：从个体采集由个体佩戴的测试基材；以及对测试基材进行病原体分析，其中，检测病原体的存在指示个体已密切接触了病原体、感染了病原体、或者可能需要进一步的诊断测试。
本文描述了合适的测试基材。优选地，测试基材是如本文所描述的面罩或面罩的一部分(例如，面罩插入物、测试基材、接片)。
在一些实施例中，从测试基材提取(洗脱或去除)待测试的(多个)病原体和/或病原体材料。在一些实施例中，可以直接分析测试基材，包括例如其中所使用的测试基材(包括接片、内测试基材层等)是可溶解的测试基材、可蒸发的测试基材。
本文描述了待测试的合适的病原体。
本披露的方法中所使用的测试基材可以直接测试或从面罩上移除(比如，通过切割面罩以移除待测试面罩的一部分)，或者呈面罩插入物形式的测试基材可以被配置为便于用于分析仪。被用来针对分析物(例如，本披露中的病原体)的存在来测试基材的任何分析仪都适合在本披露中使用。在一个实施例中，可以将测试基材插入到分析仪中，并且可以由分析仪检测病原体。在其他实施例中，应理解，分析仪可以是床旁分析仪，其中检测试剂直接与测试基材接触，比如通过将包括检测试剂的溶液直接滴到测试基材上。这些床旁分析仪可以供个体在家中使用、在工作地点使用等。分析仪的信号输出可以提供样本中是否存在病原体。例如，可以将由分析仪的检测器输出的信号传输到数据处理器以进行存储、处理和分析。适当地，可以将测试基材(包括接片)放置在离子迁移谱仪中并测试病原体。
如图4中所展示的，测试基材与附加的样本制备方法兼容，比如机械、化学和力施加(例如，磁力)。
图5示出了使用扩增进行样本检测的流程图。在采集之后，从样本提取RNA并使其经受逆转录以产生cDNA池(pool)。然后，使用特别针对感兴趣病原体的引物、使用例如聚合酶链式反应(“PCR”)来扩增cDNA。在扩增之后，可以进一步分析PCR产物。分析可以包括简单的产物/无产物结果和/或可以对PCR产物进行测序。产物的量也可以被用来确定病原体的浓度。
在经由面罩和/或测试基材进行样本采集之后，可以使用市售设备和方法分析采集的样本。
以上装置实施例的病毒密度和载量容量的范围可以通过利用基于对面罩的内部、受控加标测试的比率来确定。
可以使用以下假定在受感染的人在不同状况下佩戴该装置的情况下推断由测试基材装置的实施例采集的病毒载量的近似范围：VDd1/VDm1:VDd2/VDm2，其中VD＝基于每平方毫米(mm2)病毒载量的内衬底的归一化病毒密度；d1＝面罩中的病原体加标装置；m1＝病原体加标面罩并且面罩中具有装置；d2＝装置实施例的推断性能；m2＝从脱落的患者采集的面罩。一旦确定了病原体加标测试和来自采集的面罩的结果范围，就可以推断出装置实施例的采集潜力的近似范围。在另一个示例中，测试基材装置可以掺有一定范围的病毒载量以模拟低的、平均的和高的密度，从而推断出在测试基材装置在使用中的情况下可以采集的病毒载量。可以基于池大小的范围和密度的范围来确定预计的装置灵敏度。
可以使用以下等式来确定病毒载量和测试基材的层数：f(Ln)＝单层的VD X Ln。不受理论的束缚，由于排出的空气可能无法高效地到达内层，因此随着需要构建到函数中的更多层而可能存在收益递减。一些装置可能只需要1-5层就能筛选较小的池，而具有更多层数的其他装置对筛选较大的池可能有用。
测试基材的病毒载量采集能力的范围也可以被确定为佩戴的时间的函数。可以在两个或更多个时间点测试装置的实施例。可以基于每个实施例佩戴的时间量来量化病毒载量。
示例
在此示例中，将使用拭子来采集样本进行对COVID-19的检测与使用面罩插入物进行的检测进行比较。被推定为COVID-19阳性的患者佩戴包含面罩插入物的面罩30至60分钟。在从面罩上移除装置之后，取出测试基材并通过RT-PCR进行分析。同时，用鼻拭子对患者进行擦拭，并且也用RT-PCR对拭子进行测试。比较鼻拭子和面罩插入物的结果，如表1中所概述的。
表1.RT-PCR测试的临床结果。
Figure BDA0004113716000000231
PA224132C
Figure BDA0004113716000000241
本披露的组合物、装置和方法允许在单次测试中快速和大规模地鉴定个体的群体或已与个体和/或个体的群体接触的无生命表面中的病原体感染。如果在汇集样本中获得阳性测试结果，则可以单独地重新测试汇集样本的个体或个体的子群体以鉴定被感染的一个个体和/或多个个体。该方法还可以鉴定通过与明确鉴定的(多个)感染个体接触而暴露的个体。然后可以采取后续步骤来隔离阳性感染个体和接触阳性感染个体两者，以尽可能防止感染的传播。本披露的组合物、装置和方法还降低了与群体的单独测试相关联的成本，因为1)可以对个体的群体实施单次测试，以及2)可以使用相对便宜的插入物以允许重复使用面罩。对个体、个体的群体和/或个体的子群体实施单次测试减少了对多个个体单独进行测试所花费的时间。与单独测试多个个体所需的试剂量相比，本披露的方法还减少了进行单次测试所需的试剂量。进一步地，本披露的方法允许进行侵入性有限的测试，以消除与常规血清学或鼻部测试方法相关联的不适。

Claims (20)

1.一种面罩插入物，所述面罩插入物包括第一层、测试基材以及第二层，所述测试基材用于捕获从受试者获取的空气样本中的分析物，其中，所述第一层和所述第二层形成基本上包围所述测试基材的外层，其中，所述第一层和所述第二层的重叠区域相结合，其中，所述测试基材的至少一部分与所述第一层和所述第二层中的至少一者结合，并且其中，所述测试基材被配置为与所述外层的至少一部分分离。
2.如权利要求1所述的面罩插入物，所述面罩插入物还包括紧固件，所述紧固件位于所述第一层或所述第二层中的至少一者的表面上，并且被配置为将所述面罩插入物联接至面罩的表面。
3.如权利要求1所述的面罩插入物，所述面罩插入物还包括穿孔部，所述穿孔部在所述外层中、靠近所述面罩插入物的一端。
4.如权利要求1所述的面罩插入物，所述面罩插入物还包括凹口，所述凹口与所述穿孔部同延。
5.如权利要求1所述的面罩插入物，其中，所述测试基材包括选自由合成纤维、天然纤维及其组合组成的组中的材料。
6.如权利要求5所述的面罩插入物，其中，所述测试基材包括选自由疏水性纤维、亲水性纤维及其组合组成的组中的材料。
7.如权利要求6所述的面罩插入物，其中，所述疏水性纤维选自由以下各项组成的组：聚丙烯、聚内酯、聚(己内酯)、聚(L-乳酸)、聚(乙醇酸)、共聚(丙烯酸烷基酯)、聚丁二烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚(对苯二甲酸)乙二醇酯、聚砜、聚碳酸酯、聚(氯乙烯)及其组合。
8.如权利要求6所述的面罩插入物，其中，所述亲水性纤维选自由以下各项组成的组：线型聚(乙烯亚胺)、纤维素、乙酸纤维素及其他接枝纤维素、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)、聚(环氧乙烷)、聚乙烯吡咯烷酮、聚(丙烯酸)、聚(乙二醇)、聚(乙烯醇)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(丙烯酰胺)、蛋白质、聚(乙烯吡咯烷酮)、聚(苯乙烯磺酸盐)及其组合。
9.如权利要求5所述的面罩插入物，其中，所述测试基材包括选自由以下各项组成的组中的材料：丙烯腈/丁二烯共聚物、纤维素、乙酸纤维素、壳聚糖、胶原、DNA、纤维蛋白原、纤连蛋白、尼龙、聚(丙烯酸)、聚(氯苯乙烯)、聚(二甲基硅氧烷)、聚(醚酰亚胺)、聚(醚砜)、聚(丙烯酸乙酯)、聚(乙基乙烯基乙酸酯)、聚(乙基-共-乙烯基乙酸酯)、聚(环氧乙烷)、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚(乳酸-共-乙醇酸)、聚(甲基丙烯酸)盐、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基苯乙烯)、聚(苯乙烯磺酸)盐、聚(苯乙烯磺酰氟)、聚(苯乙烯-共-丙烯腈)、聚(苯乙烯-共-丁二烯)、聚(苯乙烯-共-二乙烯基苯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(乙烯醇)、聚(氯乙烯)、聚(偏二氟乙烯)、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚酰胺酸(PAA)、聚酰胺、聚苯胺、聚苯并咪唑、聚己内酯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷-共-聚环氧乙烷、聚醚醚酮、聚乙烯、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺、聚异戊二烯、聚丙交酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚砜、聚氨酯、聚乙烯吡咯烷酮、蛋白质、SEBS共聚物、丝、苯乙烯/异戊二烯共聚物、聚(偏二氟乙烯)-共混-聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯-共混-聚(乙烯基甲基醚)、聚(甲基丙烯酸甲酯)-共混-聚(环氧乙烷)、聚(甲基丙烯酸羟丙酯)-共混-聚(乙烯吡咯烷酮)、聚(羟基丁酸酯)-共混-聚(环氧乙烷)、蛋白质-共混-聚环氧乙烷、聚丙交酯-共混-聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯-共混-聚酯、聚酯-共混-聚(甲基丙烯酸羟乙酯)、聚(环氧乙烷)-共混-聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(羟基苯乙烯)-共混-聚(环氧乙烷)及其组合。
10.如权利要求1所述的面罩插入物，其中，所述测试基材包括驻极体。
11.如权利要求1所述的面罩插入物，其中，所述第一层和所述第二层包括合成纤维、天然纤维及其组合。
12.如权利要求1所述的面罩插入物，其中，所述结合大幅度减少通过所述面罩插入物的结合区域的空气流动。
13.如权利要求1所述的面罩插入物，所述面罩插入物还包括测定部，所述测定部选自由垂直流测定部和侧流测定部组成的组。
14.如权利要求1所述的面罩插入物，所述面罩插入物还包括缓冲液分配装置。
15.一种用于对从受试者获取的空气样本中的分析物进行检测的系统，所述系统包括：
面罩插入物，所述面罩插入物包括第一层、测试基材以及第二层，所述测试基材用于捕获从受试者获取的空气样本中的分析物，其中，所述第一层和所述第二层形成基本上包围所述测试基材的外层，其中，所述第一层和所述第二层的重叠区域相结合，其中，所述测试基材的至少一部分与所述第一层和所述第二层中的至少一者结合，并且其中，所述测试基材被配置为与所述外层的至少一部分分离；以及
面罩，所述面罩由所述受试者佩戴，
其中，所述面罩插入物联接至所述面罩的表面。
16.如权利要求15所述的系统，其中，所述面罩插入物与垂直流测定部和侧流测定部中的一者联接。
17.如权利要求15所述的系统，其中，所述面罩插入物还包括缓冲液分配装置。
18.如权利要求15所述的系统，其中，所述测试基材包括合成纤PA224132C
维、天然纤维及其组合。
19.如权利要求16所述的系统，其中，所述测试基材包括驻极体。
20.如权利要求15所述的系统，其中，所述第一层和所述第二层包括合成纤维、天然纤维及其组合。
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