CN116367771A - 用于颗粒采集的采集设备、样本采集器和分析仪器 - Google Patents

用于颗粒采集的采集设备、样本采集器和分析仪器 Download PDF

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Abstract

一种用于颗粒采集和所采集的颗粒的呈现以供分析的采集设备(200)，所述采集设备(200)包括：第一层(202)和第二层(220)，其中第一层(202)和第二层(220)间隔开以用于限定颗粒采集室(240)；其中第一层(202)被配置成接收携带空气传播颗粒的气流(104)，其中第一层(202)包括多个入口喷嘴(210)，入口喷嘴被配置成延伸穿过第一层(202)以用于输送气流(104)穿过第一层；其中入口喷嘴(210)被配置成面向第二层的第一表面(222)以通过空气传播颗粒的撞击来捕获进入颗粒采集室(240)的气流(104)中的空气传播颗粒；其中采集设备(200)被配置成提供用于对采集在颗粒采集室(240)中的空气传播颗粒执行基于光的测量的光学通路。

Description

用于颗粒采集的采集设备、样本采集器和分析仪器
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年10月14日提交的欧洲专利申请No.EP20201787.7和2021年4月26日提交的欧洲专利申请No.EP21170431.7的权益，它们的内容通过援引纳入与此。
技术领域
本发明构思涉及一种用于颗粒采集的采集设备。具体而言，本发明构思涉及颗粒的采集以便于使用基于光的测量(诸如荧光测量)来分析颗粒。
背景技术
颗粒的快速分析，诸如检测特定物质的存在，在各种应用中都具有很高的兴趣。例如，以快速且廉价的方式对流感和严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)等传染病进行筛查可以允许频繁进行筛查并使得能够快速标识携带疾病的人。对患病人员的这种标识将允许采取措施以阻止或减少疾病的传播。
流感和SARS-CoV-2等疾病被认为主要通过正常呼吸、说话、咳嗽和打喷嚏时产生的飞沫和气溶胶传播。因此，感兴趣的是提供对人呼出的空气中的颗粒的高效捕获以及对呼出气内的感兴趣物质的存在的稳健分析，以便标识人是否携带疾病。
发明内容
本发明构思的目的是提供简单且高效的颗粒捕获，并便于分析所采集的颗粒。
本发明构思的这一目标和其他目标至少部分地由如独立权利要求中所限定的本发明来满足。优选实施例在从属权利要求中陈述。
根据第一方面，提供了一种用于颗粒采集以及所采集的颗粒的呈现以供分析的采集设备，所述采集设备包括：第一层和第二层，其中第一层和第二层被布置成间隔开以用于限定在第一层和第二层之间的颗粒采集室；其中第一层包括被配置成接收携带空气传播颗粒的气流的第一表面和面向第二层的第二表面，其中第一层包括多个入口喷嘴，所述入口喷嘴具有在第一层的第一表面处的第一端和在第一层的第二表面处的第二端，其中入口喷嘴被配置成延伸穿过第一层以用于将气流从第一端输送到第二端来穿过第一层；其中入口喷嘴的第二端被配置成面向第二层的第一表面以用于通过穿过入口喷嘴的第二端进入颗粒采集室的气流中的空气传播颗粒在第二层的第一表面上的撞击来捕获空气传播颗粒；其中采集设备被配置成提供用于在第一测量位置处或在第二测量位置处执行对在颗粒采集室中采集的空气传播颗粒的基于光的测量的光学通路，第一测量位置被布置成使得第二层在颗粒采集室的第二侧和第一测量位置之间，第二测量位置相对于颗粒采集室的第二侧被布置在第一测量位置的相对侧。
归因于该采集设备，可以在颗粒采集室中提供对空气传播颗粒的高效捕获。多个入口喷嘴可以被设计成提供高撞击捕获效率。此外，归因于采集设备包括多个入口喷嘴，采集设备便于呼吸穿过该采集设备的入口喷嘴，而不需要呼吸穿过该采集设备的人提供高的供应压力。
因此，采集设备使得能够以高效的方式在颗粒采集室中捕获颗粒，以确保在颗粒采集室上捕获的颗粒可被分析，例如用于确定物质的存在。采集设备提供来自人类的颗粒的样本采集，以便与例如通过鼻拭子或咽拭子采集的样本相比，高度减少样本采集中的不适。
如本文所使用的，通过“撞击”捕获空气传播颗粒应理解成通过迫使气流改变方向来从气流中去除颗粒。由于气流被迫改变方向，具有一定尺寸的颗粒的动量将导致颗粒不能跟随气流改变方向，而是相反，颗粒将被捕获在采集表面上。空气传播颗粒的捕获可涉及气溶胶的捕获，但也可以或可替代地涉及气流中较大飞沫的捕获。
气流可以由采集设备接收，由人直接吹进保持采集设备的装置中，诸如通过该装置的吹嘴。因此，气流可以通过由人类呼气来直接提供。然而，应当认识到，可替代地，气流可以间接地从人接收，例如人向袋中呼气并且通过袋向采集设备提供气流。此外，气流不必一定源自人类。相反，气流可以基于来自另一生物的呼气，或者可以基于在任何环境中采集并被提供到保持采集设备的装置中的空气。因此，使气流通过采集设备所需的压力不必需由人的呼气提供，而是可以由引起气流的任何组件提供。
在下文中，气流可以被称为源自人类的呼气，但应该认识到，气流也可以另选地以其他方式提供。
入口喷嘴的第二端被配置成面向第二层的第一表面意味着通过入口喷嘴的气流将被引导朝向第二层的第一表面，从而允许在其上的撞击。这并不一定意味着第二层的连续第一表面相对于入口喷嘴的第二端的整个横截面存在。相反，第二层可以包括出口喷嘴，其中出口喷嘴具有在第二层的第一表面处的第一端和在第二层的第二表面处的第二端，并且出口喷嘴被配置成延伸穿过第二层以用于将气流从第一端穿过第二层输送到第二端。入口喷嘴和出口喷嘴可以布置成使得出口喷嘴不与入口喷嘴共线。然而，应该认识到，在入口喷嘴和出口喷嘴的边缘之间可存在交叠，使得面向第二层的第一表面的入口喷嘴第二端的投影将与出口喷嘴在第二层的第一表面中的端部交叠。可能优选的是，在入口喷嘴和出口喷嘴的边缘之间没有交叠，因为这将与气流的方向的相对大的变化相关联，这可有利于提供颗粒的高效捕获。
所采集的颗粒可以在被布置在第二层的第一表面上的同时被直接分析。因此，样本可被直接分析，并且可不需要移动所采集的颗粒就能分析。然而，在进行基于光的测量以分析所采集的颗粒之前，所采集的颗粒可以在被布置在第二层的第一表面上的同时经历一个或多个反应步骤。
根据一实施例，空气传播颗粒可以由例如气溶胶和/或人呼出的空气中的飞沫携带。空气传播颗粒还可以包括感兴趣的物质，使得对所采集的颗粒的分析可以包括使颗粒经受反应以暴露感兴趣的物质，从而使得能够在测量中检测感兴趣的物质。
由于反应和测量是在所采集的颗粒被布置在第二层的在其上捕获所采集的颗粒的第一表面上的同时进行的，因此采集设备便于对正制备的样本进行快速分析。
例如，可以在获得样本的五分钟内使用采集设备提供SARS-CoV-2的存在的分析结果。这使得能够例如在准许人们进入特定环境之前对人们进行筛查，诸如在准许进入机场、商店或公司设施之前进行筛查。
此外，由于非常快速地提供基于个人可进行的自检的分析结果，因此促进了对人的频繁检测。在这方面，使用采集设备对人进行筛查可以允许人们每周进行若干次筛查(例如每天)，从而可以标识病毒载量峰值。如果每周只进行一次检测，可能会错过病毒载量峰值，使得检测无法检出处于高传染性疾病阶段的人。因此，可能需要非常频繁的检测，以标识高传染性人群并阻止疾病传播。
颗粒采集室可以被适配成允许在其中发生反应和/或允许相关于颗粒采集室执行基于光的测量。因此，对所采集的颗粒的分析可以在颗粒采集室中执行。如此，颗粒采集室也可以形成分析室，并且术语“颗粒采集室”和“分析室”可以在本文中互换地使用。然而，在一些实施例中，第一层可以是可移除的并且可由帽结构替换，并且在其他实施例中，第一层可以相对于第二层滑动。在此类实施例中，分析室可以与颗粒采集室的不同之处在于壁已经被替换和/或移动。当在下面讨论这样的实施例时，在颗粒采集室和分析室之间进行区分。
应当进一步认识到，颗粒采集室和/或分析室可以进一步由围绕颗粒采集室或分析室的侧壁限定。侧壁还可以提供间隔物，以用于限定第一层和第二层之间的距离。
采集设备可以按许多不同的方式配置，以用于提供用于执行基于光的测量的光学通路。
根据一实施例，第一层可以可移除地附接到第二层，使得第一层可以在进行测量之前被移除。因此，可以通过在第二层的第一表面上暴露所采集的颗粒来提供光学通路，使得在允许在第二测量位置处执行测量的光路上没有布置障碍物。然而，应该进一步认识到，即使第一层可以被移除，它也可以被帽结构代替，帽结构与第二层一起在帽结构和第二层之间形成分析室。帽结构可以提供光学通路，例如通过由透明材料(诸如玻璃)形成，该透明材料对基于光的测量中使用的波长是透明的。帽结构还可以被适配成在分析室中发生反应，例如通过帽结构提供用于允许试剂插入分析室的入口。因此，第一层可以被移除并由帽结构代替，以便于将在分析室中发生的反应。
尽管可以设想第一层可以是可移除的并且可以由帽结构替换，但是允许第一层保持在采集设备上以用于所采集的颗粒的分析可以是有益的。这意味着不需要对采集设备进行复杂的机械更改，并且便于对采集在采集设备中所采集的颗粒快速进行分析。
根据一实施例，第一层可以相对于第二层滑动。这可以允许适配成提供光学通路和/或适配成提供待滑动的试剂入口的部分被布置在第二层的第一表面上以限定分析室的壁。尽管第一层可以是可滑动的，但是整个第一层仍然可以适配成提供光学通路，例如通过由透明或半透明材料形成第一层，该透明或半透明材料对于基于光的测量中使用的波长是透明或半透明的。
根据另一实施例，第一层被固定到第二层，使得第一层和第二层在它们之间限定分析室。由于在第一层和第二层之间具有固定的关系，不需要对采集设备进行机械调整来限定分析室，这便于对在采集设备中所采集的颗粒进行快速分析，因为要在分析室中进行的反应和测量可以直接发起，而不需要对采集设备进行任何调整。
根据提供光学通路的另一实施例，采集设备可以被配置成通过将第一层和/或第二层配置成允许光穿过该层来提供光学通路。因此，第一层和/或第二层可以由透明或半透明材料形成，该材料对基于光的测量中使用的波长而言是透明或半透明的。如果要在第一测量位置处进行测量，则第二层可以由透明或半透明材料形成。如果要在第二测量位置处进行测量，则第一层可以由透明或半透明材料形成。在这一情形中，第二测量位置可以被布置成使得第一层在颗粒采集室的第二侧与第二测量位置之间。
应该认识到，基于光的测量可以被配置成确定光量。在此类情形中，第一层和/或第二层可以由半透明材料形成，这允许光穿过该层。可替换地，基于光的测量可以被配置成对分析室中的颗粒进行成像，或者将检测到的光与分析室中的位置进行相关。在此类情形中，第一层和/或第二层可以由半透明材料形成，以允许光大部分不受影响地穿过第一层和/或第二层。
应进一步认识到，第一层和/或第二层不必一定在与分析室相关的整个区域中是透明或半透明的。相反，第一层和/或第二层可以包括透明或半透明的部分。例如，布置成穿过第一层和/或第二层的喷嘴可以允许光从中穿过，使得喷嘴既可以用于允许到分析室的入口和/或出口，也可以用于提供穿过第一层和/或第二层的光学通路。
应该认识到，基于光的测量可以按许多不同的方式进行。可以在第一测量位置或第二测量位置处执行测量。因此，采集设备可以被配置成仅从相对于第二层的第一表面的一个方向上提供光学通路。然而，应当认识到，可以在第一测量位置和第二测量位置两者处执行测量，使得采集设备可以被配置成从相对于第二层的第一表面的两个方向上提供光学通路。此外，即使可以仅在第一或第二测量位置中的一者处执行测量，基于光的测量也可以包括提供照明光或一些其他类型的刺激，诸如诱导化学反应或提供热能或电能，以引起光的输出。照明光可以从测量位置的相对侧提供，使得采集设备无论如何都可能需要被配置成从相对于第二层的第一表面的两个方向上提供光学通路。
基于光的测量可以包括检测通过发冷光(luminescence)发射的光。例如，基于光的测量可以包括检测基于光的刺激而发射的光，使得基于光的测量可以包括检测通过荧光发射的光。
基于光的测量可以包括照射所采集的颗粒和/或通过在分析室中的反应而暴露的物质，以及检测已经与所采集的颗粒或物质相互作用的光。例如，基于光的测量可以包括检测荧光以确定物质的存在。作为补充或替换，基于光的测量可以包括检测光的吸收、光的透射或检测散射光，诸如通过例如瑞利或米氏散射来检测弹性散射光，或者通过例如拉曼散射来检测非弹性散射光。
作为补充或替换，基于光的测量可以包括对分析室内的颗粒和/或物质的成像。因此，基于光的测量可以包括使用光敏区域阵列基于分析室中的光相互作用直接检测图像。然而，基于光的测量可以另选地包括检测在分析室中散射的光和未受影响的光之间引起的干涉图案，使得可以使用数字全息成像基于检测到的干涉图案来重建图像。
第一层和/或第二层可以包括非常精确地形成的小结构。这些结构可以被设计成确保在颗粒采集室中实现对颗粒的高效捕获。此外，这些结构可以被设计成控制推动气流通过采集设备所需的供应压力，使得采集设备可以被设计成确保当需要通过人吹过采集设备时的呼气来提供的压力可以容易地或相对容易地实现。此外，这些结构可以被设计成限定分析室的体积，该体积小并且适合于提供要在分析室内对所采集的颗粒进行的高效反应。
例如，第一层的入口喷嘴可以被精确地设计成控制颗粒捕获的效率和用于控制所需的供应压力。在这方面，可以通过采集设备的设计来控制入口喷嘴的数量以及每个入口喷嘴的尺寸和形状。
第一层和/或第二层中的结构可以例如通过微机械加工形成，从而允许在第一层和(或)第二层中形成非常精确的小结构。然而，应该认识到，可以使用其他制造方法，例如取决于采集设备中所需的结构尺寸。应当进一步认识到，采集设备的一些部件可能不需要包括任何小结构，并且因此可不需要通过设计用于形成小结构的特定制造方法来形成。例如，第二层可以形成为均匀的基板或层，并且因此可以不需要使用特定的制造方法。
采集设备可以由适合于微机械加工的材料形成。因此，第一层和/或第二层可以由半导体材料或基于半导体的材料形成，诸如硅或二氧化硅。
根据一实施例，第一层和第二层可以被配置成平行延伸。这可以是有利的，因为它可以确保入口喷嘴的第二端和第二层的第一表面之间的关系对于所有入口喷嘴是相同的。然而，应当认识到，第一层和第二层不必精确地彼此平行地延伸。
应当进一步认识到，第二层的第一表面可以是基本上平面的，以用于限定用于通过撞击捕获颗粒的表面。这可以是有益的，因为第二层可以相对容易地制造。然而，根据另一实施例，第二层的第一表面可以设置有从表面的平面部分突出或延伸到该平面部分中的结构。因此，第二层可以限定可以促进通过撞击捕获颗粒并且可以提高捕获颗粒的效率的结构。例如，第二层可以设置有从第一表面的平面部分朝向入口喷嘴的第二端延伸的柱。
入口喷嘴可以具有圆形横截面。这可以便于入口喷嘴的制造，并且还可以实现对采集设备捕获颗粒的效率的精确控制。然而，应该认识到，入口喷嘴可以具有另一形状的横截面，诸如矩形。
诸入口喷嘴可以具有相同的形状和尺寸。这可以便于捕获颗粒的效率在颗粒采集室的整个区域内是相似的。然而，应该认识到，在不同的入口喷嘴之间可能有不同的形状，例如如果希望在颗粒采集室中捕获的颗粒具有不均匀的分布。
根据一实施例，第二层包括多个出口喷嘴，其中出口喷嘴具有在第二层的第一表面处的第一端和在第二层的第二表面处的第二端，并且出口喷嘴被配置成延伸穿过第二层以将穿过出口喷嘴的气流从第一端输送到第二端，其中出口喷嘴的第一端的位置相对于入口喷嘴的第二端的位置偏移开，使得出口喷嘴不与入口喷嘴共线。
由于在第二层中提供出口喷嘴，气流的方向可不需要显著转向来穿过采集设备，这可以便于吹送通过采集设备所需的供应压力可以是适度的，并且可以由人容易地或相对容易地实现。
出口喷嘴可以布置成不与入口喷嘴共线。这可以确保气流撞击在第二层的第一表面上，以在气流通过出口喷嘴流出颗粒采集室之前通过撞击提供对颗粒的捕获。
出口喷嘴可以具有与入口喷嘴相似的尺寸。然而，根据一实施例，出口喷嘴可以具有比入口喷嘴更大的横截面尺寸。由于出口喷嘴的尺寸不必定影响颗粒的捕获效率，因此可以自由地设计出口喷嘴的尺寸。例如，出口喷嘴的直径通常可以比入口喷嘴的直径大至少1.5倍，诸如大2倍。
诸出口喷嘴可以具有相同的形状和尺寸。这可以便于气流在通过采集设备时均匀分布。然而，应该认识到，在不同的出口喷嘴之间可有不同的形状，例如如果希望以特定方式控制气流穿过颗粒采集室。
根据另一实施例，第二层不包括任何出口喷嘴。相反，采集设备可以包括穿过颗粒采集室的侧壁的出口喷嘴。
根据一实施例，第二层中的出口喷嘴的第一端的位置相对于入口喷嘴的第二端的位置偏移开，使得在入口喷嘴的第二端的边缘和出口喷嘴的第一端的边缘之间沿第二层的第一表面的横向距离是至少20μm，或者大于在入口喷嘴的第二端处的入口喷嘴直径。
这可意味着从入口喷嘴排出的气流将撞击第一表面中的出口喷嘴开口之间的第二层的第一表面，以确保高效地捕获颗粒。
根据一实施例，第一层和第二层间隔开10–150μm范围内的距离，诸如20–100μm范围。
在一实施例中，第一层和第二层间隔开的距离小于入口喷嘴的直径。这可以有利地与相对于入口喷嘴偏移开的出口喷嘴相结合，使得横向距离大于入口喷嘴的直径。这可以进一步确保提供对颗粒的高效捕获。
尽管上面讨论了与直径有关的尺寸，但形状不一定是圆形的。对于入口和出口喷嘴的其他形状，诸如对于矩形形状，也可以提供尺寸上的类似关系。矩形喷嘴的尺寸可以由矩形的最大边来限定。类似地，其他形状的喷嘴的尺寸可以由喷嘴的最大维度来定义。根据一实施例，采集设备还包括试剂入口，用于将液体试剂提供到分析室中。
如上所述，颗粒采集室可以形成分析室。然而，根据其他实施例，可以执行对颗粒采集室的机械调整以形成分析室。
根据一实施例，试剂入口被提供穿过第一层。第一层可以容易地接近以接收试剂，并且因此可以适合于提供试剂入口穿过第一层。试剂入口可以相对于分析室在外围布置，使得穿过第一层提供试剂入口不会影响通过采集室的气流，或者仅在小程度上影响气流。
根据另一实施例，试剂入口被提供穿过第一层的一部分，该部分可以在第一层滑动之后布置在分析室上方。因此，在颗粒采集期间，试剂入口不需要提供通向颗粒采集室的通道，使得试剂入口根本不影响采集设备的颗粒采集。
根据又一实施例，试剂入口被提供穿过第二层。这进一步确保试剂入口不会影响颗粒采集室中的颗粒采集。
由于包括试剂入口的采集设备，可以将液体试剂提供到分析室中以在分析室中引起反应。反应可以例如暴露感兴趣的物质和/或提供物质的增殖，以便于检测气流中物质的存在。
试剂入口可以被配置成通过毛细管力抽吸试剂穿过试剂入口。这可以确保试剂可以容易地提供到分析室中。例如，试剂的液滴可以布置设有试剂入口的表面上在试剂入口附近，并且毛细管力可以将试剂吸入分析室。
在一些实施例中，入口喷嘴或出口喷嘴也可以用作试剂入口。
应当认识到，在一些实施例中，不需要试剂入口。例如，取决于应用，可能不需要发生任何反应，而是可以直接对所捕获的颗粒进行测量。此外，根据一实施例，可以提供干试剂。在此类情形中，甚至可以在采集颗粒之前在分析室中提供干试剂。
根据一实施例，采集设备被配置成密封分析室，以用于将液体样本陷获在分析室中。由于分析室的密封，可以确保在反应过程中，例如通过蒸发，物质或颗粒不会从分析室逸出。
应该认识到，采集设备可以按许多不同的方式配置用于密封分析室。例如，采集设备可以布置成接收用于密封喷嘴和试剂入口的帽。然而，采集设备也可以在采集设备内设置用于密封分析室的部件。应当进一步认识到，采集设备根本不必需被配置成密封分析室。例如，如果在进行测量之前在分析室中不发生反应，则可不需要密封分析室。另一方面，即使提供了干试剂，采集设备仍然可以被配置成密封分析室，以避免从分析室蒸发。
根据一实施例，入口喷嘴包括第一部分，所述第一部分从第一端延伸到布置在入口喷嘴的第二端处的收缩部，其中入口喷嘴在所述收缩部中具有比在所述第一部分中更小的横截面尺寸，以用于形成毛细管力来将液体样本保持在分析室中。
根因此，入口喷嘴可以被设计成确保液体样本被保留在分析室中。这可以是有益的，因为可不需要主动步骤来密封分析室。
应该认识到，出口喷嘴可以类似地成形为具有布置在出口喷嘴的第一端处的收缩部和从收缩部延伸到出口喷嘴的第二端的第一部分，其中出口喷嘴在收缩部中的横截面尺寸小于在第一部分中的横截尺寸。
入口喷嘴可以设置有收缩部，以便提供用于密封分析室的毛细管力。然而，应该认识到，入口喷嘴可以设置有收缩部以用于其他目的。因此，入口喷嘴可以被设计成在第二端处具有收缩部，以便向入口喷嘴提供所需尺寸以通过在采集设备中的撞击提供对颗粒的高效捕获和/或确保在入口喷嘴和颗粒采集室之间的过渡处的所需压降以用于控制气流的所需供应压力。
根据一实施例，采集设备包括用于密封分析室的阀。
因此，采集设备可以被配置成关闭用于密封分析室的一个或多个阀。阀可以被机械地或电气地控制以关闭阀。
根据一实施例，入口喷嘴在第二端处被配置成具有20-300μm范围内的直径，诸如100-200μm。在其他实施例中，入口喷嘴在第二端处被配置成具有在20-200μm的范围内的直径，诸如20-150μm，诸如20-80μm，诸如20-60μm，诸如40-60μm。
入口喷嘴的尺寸可以相关于颗粒采集的所需效率、要采集的颗粒的期望尺寸以及用于迫使气流通过采集设备的所需供应压力来选择。
例如，可能希望捕获具有小直径的颗粒。根据一实施例，将捕获具有小到300nm直径的尺寸的颗粒。因此，喷嘴尺寸可能需要被设计成使得小颗粒可以被捕获。
喷嘴直径大至300μm的尺寸可以捕获小于300nm的颗粒，但捕获效率有限并且需要通过呼吸到采集设备中的人提供相对大的供应压力以实现该捕获效率。因此，虽然喷嘴直径高达300μm可以提供可接受的颗粒捕获，但喷嘴直径小于300μm可能是合需的。例如，通过将喷嘴直径减小到200μm、150μm甚至80μm，捕获小颗粒(尺寸小于300nm)的效率可以更高，并且为了实现固定的捕获效率，对呼吸到采集设备中的人所提供的供应压力的要求可降低。应当认识到，捕获效率尤其与通过采集设备的压降、喷嘴直径和喷嘴数量等有关。因此，为了保持固定的捕获效率，当喷嘴直径减小时，可需要增加喷嘴的数量，使得每个喷嘴的气流的流速降低。这可导致当喷嘴直径减小时，通过喷嘴提供所需气流以保持固定的捕获效率所需的供应压力降低。
喷嘴直径是20μm的尺寸可以允许高效捕获小颗粒，同时不需要提供大的供应压力就能实现该捕获效率。然而，将喷嘴直径的尺寸从20μm略微增加，可能不会显著改变可以高效捕获的颗粒的尺寸。因此，喷嘴直径的尺寸可以有利地大于20μm，诸如40μm或甚至60μm。
还应该认识到，通过设置较大尺寸的喷嘴，可能需要提供较少的喷嘴，同时允许较大的气流流速通过采集设备。此外，较大尺寸的直径可以对采集设备的制造中的公差设定更宽松的要求。因此，根据一实施例，入口喷嘴在第二端处被配置成具有20-300μm范围内的直径。
根据另一实施例，入口喷嘴在第二端处被配置成具有20-200μm范围内的直径。
根据另一实施例，入口喷嘴在第二端处被配置成具有20-150μm范围内的直径。
根据另一实施例，入口喷嘴在第二端处被配置成具有20-80μm范围内的直径。
根据另一实施例，入口喷嘴在第二端处被配置成具有20-60μm范围内的直径。
根据另一实施例，入口喷嘴在第二端处被配置成具有40-60μm范围内的直径。
根据一实施例，入口喷嘴的数量大于100个。
所使用的入口喷嘴的数量可以控制通过采集设备的流速。由于入口喷嘴可能需要具有小的直径尺寸并且并且希望由呼吸到采集设备中的人提供的供应压力相对低，因此入口喷嘴的数量可能需要很高，以便提供穿过采集设备的足够气流流速。通过呼吸来采集的样本可合需地在一分钟内被采集，因为这将确保采样可快速进行并且以便不使提供样本的人疲惫。因此，穿过采集设备的流速应该足够高，从而可以对相对大体积的空气进行采样。因此，入口喷嘴的数量可能需要相当大，诸如超过100个。还应该认识到，在使用较小入口喷嘴直径的情况下，喷嘴的数量应该更大，以便保持穿过采集设备的总流速。
根据一实施例，采集设备被配置成当采集设备接收具有10-30毫巴范围中的压力的气流时，提供针对直径大于300nm的颗粒至少50％的采集效率。
因此，采集设备可以相关于接收具有10-30毫巴范围内的压力的气流来被设计。这种供应的压力可以容易地或相对容易地由呼吸到采集设备中的人提供。因此，采集设备可以设计成具有入口喷嘴的尺寸和入口喷嘴相对于颗粒采集室的布置，以确保对于小到具有300nm直径的颗粒的采集效率是至少50％。
根据一实施例，采集设备还包括布置在第一层或第二层上的至少一个触点，用于接收能量以向分析室中的液体样本提供加热。
如上所述，颗粒采集室可以形成分析室。然而，根据其他实施例，可以执行对颗粒采集室的机械调整以形成分析室。
由于采集设备能够提供液体样本的加热，因此可以提供热能，这可以控制分析室中的反应。
在一些实施方案中，可以循环地提供热能，使得液体样本经受几个加热和冷却循环，以控制分析室中的所需反应。
根据一实施例，采集设备被配置成接收待与在分析室中采集的颗粒相混合的液体试剂、接收用于热裂解的热量以暴露所采集的颗粒中的严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)的RNA、使用基于分析室中的试剂的逆转录酶将RNA转化成DNA、以及使用定量聚合酶链式反应提供用于扩增DNA的热循环。
如上所述，颗粒采集室可以形成分析室。然而，根据其他实施例，可以执行对颗粒采集室的机械调整以形成分析室。
因此，采集设备可以被配置成能够放大分析室内的SARS-CoV-2的存在，该分析室内设置有从通过采集设备呼吸的人采集的颗粒。以这种方式，采集设备可以便于获得关于SARS-CoV-2的存在的准确且非常快速的结果，以标识被该疾病感染的人，从而能够减少该疾病的传播。
根据第二方面，提供了一种样本采集器，包括:根据第一方面的采集设备；用于接收来自人类呼气的气流的吹口；其中采集设备布置在样本采集器中以接收来自吹口的气流。
该第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合第一方面所描述的那些效果和特征。关于第一方面所提及的各实施例在很大程度上与第二方面相兼容。
样本采集器可以提供合适的形状因子，以用于通过人员自检来采集样本。样本采集器可以包括用于允许人类正常呼吸或吹入样本采集器以提供样本的吹嘴。因此，可以容易且直观地使用样本采集器。此外，采集设备可以布置在样本采集器内，使得气流被引导通过采集设备，以确保由人类提供的气流穿过采集设备，其中颗粒被以高效率来采集。
样本采集器可以是一次性的，因为样本采集器可能在提供样本后携带病毒颗粒。因此，样本采集器可相对简单。因此，可以通过仪器对所采集的颗粒进行分析，并且样本采集器可以被配置成适合放置在进行分析的仪器中。
根据一个实施例，样本采集器还包括流量计，用于提供通过吹口提供的空气体积的测量。
因此，由于流量计，样本采集器可以确定何时已经有足够体积的空气通过采集设备，以允许进行稳健的测量。
样本采集器还可以包括用于向用户输出足够体积的空气已经被提供到样本采集器中的信息的指示器。例如，样本采集器可以包括用于输出声音的扬声器或用于输出光信号的灯，以在已经提供足够体积的空气时向用户指示。
根据一实施例，样本采集器的壁的至少一部分是透明的或半透明的，以使得能够通过基于穿过样本采集器的壁的透明或半透明部分的光的测量来分析采集设备的分析室中的空气传播颗粒。
因此，可以从样本采集器外部的位置执行基于光的测量。这意味着样本采集器不需要在分析仪器中被机械操纵就能执行测量。
应该认识到，可以在采集设备上以其他方式进行分析，而不需要将采集设备从样本采集器移除。例如，样本采集器可以在样本采集器的壁中设置有孔，以允许波导或光纤插入样本采集器中，使得可以在采集设备布置在样本采集器中的同时，实现对分析室中的样本的照明和对来自样本的光的捕获。
如上所述，在采集设备保持在样本采集器中的同时执行对采集设备中的样本的分析可以是有益的。因此，样本采集器还可以设置有接口，以用于确保可以从分析仪器提供为制备供分析的样本而需要执行的任何功能，而不需要从样本采集器移除采集设备。或者，样本采集器可以设置有内部组件，以用于提供从样本采集器内制备供分析的样本所需执行的此类功能。然而，还应该认识到，在一些实施例中，分析仪器可以被配置成从样本采集器机械地移除采集设备，以便允许接近分析仪器内的采集设备。因此，虽然从样本采集器移除采集设备可能很复杂，但在分析仪器内可以相对容易地提供为制备供分析的样本而需要执行的功能。
根据一实施例，样本采集器可以设置有试剂连接，以用于将液体试剂接收到采集设备的分析室。例如，试剂连接件可以在样本采集器的壁上设置有孔，携带用于提供液体试剂的通道的注射器或另一装置可以延伸穿过该孔。因此，注射器可以布置成穿过孔并且由孔引导，以提供注射器的尖端靠近采集设备的试剂入口。由此，由注射器提供的液体试剂的液滴可以落在采集设备的表面上，并且通过毛细管力被吸入试剂入口并且进一步被吸入采集设备的分析室。
因此，可以设想，液体试剂可以在从分析仪器布置在样本采集器中的同时被提供到采集设备，使得不需要将试剂存储在样本采集器上。然而，还应该认识到，在其他实施例中，试剂可以存储在样本采集器中，这可以便于样本采集器和在其中放置样本采集器的分析仪器之间不那么复杂的接口。
根据一实施例，样本采集器可以设置有用于向采集设备的触点提供热能的热源。因此，热源可以被提供在样本采集器内，使得当采集设备被布置在样本采集器中的同时热能被提供给采集设备的分析室时，可不需要在分析仪器中提供到外部热源的连接。分析仪器可以被配置成提供控制信号，以用于控制提供给采集设备的触点的热能的定时。根据另一实施例，样本采集器包括热连接，用于使分析仪器的热源能够连接到采集设备的触点。热连接例如可以是从样本采集器的壁延伸到采集设备的触点的导线。
根据第三方面，提供了一种用于分析人类呼吸中的颗粒的分析仪器，所述分析仪器包括：支架，所述支架限定用于接收多个根据第二方面的样本采集器的多个接收位置；多个分析单元，其中一个分析单元与每个接收位置相关联，其中每个分析单元包括用于照射样本采集器的采集设备的分析室中的样本的光源，以及用于检测来自样本的光的光检测器；以及处理单元，所述处理单元用于处理来自光检测器的信号以分析样本。
该第三方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合第一和第二方面所描述的那些效果和特征。关于第一和第二方面所提及的各实施例在很大程度上与第三方面相兼容。
因此，分析仪器可以使得能够对多个样本采集器并行地进行分析。对于可以快速执行的测试，例如在提供给分析仪器后的5分钟内，分析仪器可以提供高吞吐量的测试结果。这意味着分析仪器可适合放置在许多人经过的点上，以便在这样的点上对人进行筛查。例如，分析仪器可能适合放置在机场、商店或公司设施的入口处，用于在通过入口接纳人员之前对人员进行筛查。分析仪器的高吞吐量可以允许在不形成长队的情况下进行这样的筛查。
由于分析仪器包括多个分析单元，可以并行地执行不同样本采集器中的多个样本的分析。应该认识到，分析单元的某些部分仍然可以被共享。例如，分析仪器可以包括试剂存储，在其中液体试剂可以被冷却以便能够长期存储试剂。分析仪器可以包括单个试剂存储，并且可以包括用于将试剂从试剂存储输送到与接收位置相关联的每个分析单元的导管。
分析仪器可以包括单个处理单元，该单个处理单元被配置成从光检测器接收信号形式的测量以用于分析样本。因此，单个处理单元可以从所有分析单元接收测量，以便支持对所有分析单元的测量的处理。然而，应该认识到，分析仪器可以另选地包括多个处理单元，其中每个处理单元可以专用于特定的分析单元。这可以便于测量的并行处理，并且可以提高分析仪器提供分析结果的吞吐量，即使处理时间可能只是样本分析时间的一小部分(这包括例如确保样本与试剂发生反应)。样本的分析可以例如基于荧光。因此，可以基于光检测器是否可以检测到足够高强度的荧光来检测样本中颗粒或物质的存在。在这方面，对来自光检测器的信号的处理可以包括将检测到的光量与阈值进行比较。然而，应该认识到，处理单元的处理可能要复杂得多，诸如分析由光检测器获得的颗粒的图像的形态。根据一实施例，分析仪器被配置成在对样本进行分析之后将样本采集器运送到废物箱。
因此，分析仪器可以在已经执行分析之后自动移除样本采集器。这意味着在样本采集器被放置在接收位置之后，可不需要手动处理样本采集器。
例如，接收位置可以设置有通向从接收位置到废物箱的通道的盖，使得当已经执行分析时，可以打开盖以将样本采集器从接收位置运输离开。
根据一实施例，分析仪器还包括用于标识用户的用户接口，其中用户接口被配置成允许用户进行无触摸输入。
为了避免疾病通过人与分析仪器接触传播，分析仪器可以被配置成用于无接触输入。
用户接口可以例如包括用于读取代码的读取器，使得用户可以通过智能手机或另一设备向读取器呈现QR码或另一代码。
另选地，用户接口可以是标签读取器，其可以被配置成读取可以标识用户的个体标签。例如，在公司设施处，员工无论如何都可以佩戴例如基于射频识别(RFID)技术的个体标签，并且这样的标签可以用于通过对分析仪器的无接触输入来标识用户。
根据一实施例，分析仪器还包括通信单元，用于将样本的分析结果传送到用户指定的远程单元。因此，用户可以将分析结果直接接收到指定的远程单元。这可以使得能够将分析结果直接提供给用户的电话，使得用户可以立即访问分析结果。例如，在用户可示出阴性分析结果(即用户没有被感染)之前，用户可能不被准许通过入口。
根据第四方面，提供了一种用于颗粒采集以供分析的方法，所述方法包括：使携带空气传播颗粒的气流通过穿过采集设备的第一层的多个入口喷嘴，以使气流从入口喷嘴穿过进入颗粒采集室，其中颗粒采集室具有分别由第一层和第二层限定的第一侧和第二侧；以及通过使进入颗粒采集室的气流撞击在第二层的、在颗粒采集室中面向第一层的第一表面上，在颗粒采集室中通过撞击捕获空气传播颗粒；其中颗粒采集室提供用于在第一测量位置处或在第二测量位置处执行对颗粒采集室中所采集的空气传播颗粒的基于光的测量的光学通路，第一测量位置被布置成使得第二层在颗粒采集室的第二侧和第一测量位置之间，第二测量位置相对于颗粒采集室的第二侧被布置在第一测量位置的相对侧。
该第四方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合第一、第二和第三方面所描述的那些效果和特征。关于第一、第二和第三方面所提及的各实施例在很大程度上与第四方面相兼容。
归因于该方法，可以在颗粒采集室中提供对空气传播颗粒的高效捕获。多个入口喷嘴可以被设计成提供高撞击捕获效率。此外，由于气流是通过多个入口喷嘴提供的，该方法便于通过采集设备的入口喷嘴提供气流，而不需要通过采集设备呼吸的人提供高的供应压力。因此，该方法使得能够以高效的方式在颗粒采集室中捕获颗粒，以确保在颗粒采集室上捕获的颗粒可被分析，例如用于确定物质的存在。该方法提供来自人类的颗粒的样本采集，以便与例如通过鼻拭子或咽拭子采集的样本相比，高度减少样本采集中的不适。
所采集的颗粒可以在被布置在第二层的第一表面上的同时被直接分析。因此，样本可被直接分析，并且可不需要移动所采集的颗粒就能分析。然而，在进行基于光的测量以分析所采集的颗粒之前，所采集的颗粒可以在被布置在第二层的第一表面上的同时经历一个或多个反应步骤。
根据第五方面，提供了一种用于分析人类呼吸中的颗粒的方法，所述方法包括：在分析仪器的多个接收位置中接收多个样本采集器，其中每个样本采集器包括携带空气传播颗粒的样本的采集设备，所述空气传播颗粒的样本通过在采集设备的分析室中的撞击而被捕获在其中；在接收位置中的每一者中执行基于光的测量，其中当采集设备布置在样本采集器中时，光检测器检测来自分析室中的样本的光；以及处理来自光检测器的信号以分析样本。
该第五方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合第一、第二、第三和第四方面所描述的那些效果和特征。关于第一、第二、第三和第四方面所提及的各实施例在很大程度上与第五方面相兼容。
由于该方法，可以分析采集设备中的样本，而不需要将采集设备从样本采集器移除，在样本的采集过程中，采集设备布置在样本采集器中。这确保了样本采集器在分析仪器中的处理是简单的，并且还可以确保可以快速执行分析。
由于样本采集器被接收在分析仪器中的多个接收位置，因此可以并行地执行测量，以便提供来自分析仪器的高吞吐量的分析结果。根据一实施例，该方法还包括在执行测量之前，在采集设备布置在样本采集器中的同时将液体试剂引入分析室中。
因此，可以提供液体试剂以在分析室中引起所需的反应。由于该方法被布置成在采集设备被布置在样本采集器中的同时引入液体试剂，该方法允许在采集设备布置在样本采集器中的同时涉及提供液体试剂的分析。
根据一实施例，该方法还包括，在执行测量之前且在引入液体试剂之后，在采集设备布置在样本采集器中的同时向分析室提供热能以用于控制分析室中的反应。
由于提供热能，可以控制分析室中的反应，使得可以在分析室中引发所需的反应。根据一实施例，热能被提供以用于热裂解，以暴露所捕获的颗粒中的严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)的RNA，使用基于分析室中的试剂的逆转录酶将RNA转化成DNA，并使用定量聚合酶链式反应提供用于扩增DNA的热循环。
因此，该方法可适合于扩增SARS-CoV-2型的存在，从而允许以非常快速的分析结果准确检测样本中SARS-CoV-2的存在，同时允许以对提供样本的人没有或非常小的不适的方式捕获样本。
根据第六方面，提供了一种用于从气流采集空气传播颗粒的采集设备，所述采集设备包括：第一层和第二层，其中第一层和第二层被布置成间隔开以用于在第一和第二层之间形成颗粒采集室，其中第一层包括多个入口，所述多个入口被配置成延伸穿过第一层以用于将穿过其中的气流输送到颗粒采集室中；其中入口的端部被配置成面向第二层的第一表面以用于通过空气传播颗粒在第二层的第一表面上的撞击来捕获穿过入口的端部进入颗粒采集室的气流中的空气传播颗粒；其中第二层包括多个出口，所述多个出口被配置成延伸穿过第二层以用于从中将气流输送出颗粒采集室；其中入口和出口交错，使得入口的中心轴线与出口的中心轴线偏移开；其中该采集设备被配置成使得气流在经过采集设备时经历压降，所述压降在每秒0.5升的流速下低于3kPa。
该第六方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合第一、第二、第三、第四和第五方面所描述的那些效果和特征。关于第一、第二、第三、第四和第五方面所提及的各实施例在很大程度上与第六方面相兼容。此外，第六方面的实施例可以与第一、第二、第三、第四和第五方面中的任一者的特征相结合。根据第六方面的实施例，颗粒采集室的体积小于30μl，诸如小于20μl。
根据第六方面的可以与第六方面的任何上述实施例的特征相结合的一实施例，采集设备被配置成使得气流在通过采集设备时所经历的压降在0.5升每秒的流速下低于1.5kPa。
根据第六方面的可以与第六方面任何上述实施例的特征相结合的一实施例，采集设备被配置成当采集设备接收具有0.5升每秒的流速的气流时，对直径大于300nm的颗粒提供至少50％的采集效率。
根据第六方面的可以与第六方面任何上述实施例的特征相结合的一实施例，入口的横截面的最小尺寸在20–300μm的范围内，诸如在100–200μm的范围内。
应该认识到，穿过采集设备的气流所经历的压降主要取决于入口横截面的最小尺寸。此外，颗粒的采集效率不需要因为入口的横截面的最大尺寸显著大于最小尺寸而被大大削弱。例如，入口可以设计成具有非常大的长度和很小的宽度的长方形狭缝，其中宽度在20-300μm的范围内，诸如在100-200μm的范围内。长方形狭缝的使用可以允许入口和出口的高效布置，使得可以实现采集设备的小占用面积(第一层和/或第二层的面积)。
根据第六方面的可以与第六方面任何上述实施例的特征相结合的一实施例，入口的数量大于100，诸如大于500，诸如1000-2000个入口。
根据第六方面的可以与第六方面任何上述实施例的特征相结合的一实施例，入口的长度在20-500μm的范围内，诸如在50-300μm的范围内。
根据第六方面的其可以与第六方面任何上述实施例的特征相结合的一实施例，入口的横截面是圆形或矩形的。
根据第六方面的可以与第六方面任何上述实施例的特征相结合的一实施例，出口的横截面的最小尺寸在20-400μm的范围内，诸如在100-300μm的范围内。
根据第六方面的可以与第六方面任何上述实施例的特征相结合的一实施例，出口的数量大于100，诸如大于500，诸如1000-2000个出口。
根据第六方面的可以与第六方面任何上述实施例的特征相结合的一实施例，出口的长度在20-500μm的范围内，诸如在100-300μm的范围内。
根据第六方面的可以与第六方面任何上述实施例的特征相结合的一实施例，第一层和第二层由在10-150μm的范围内的间隙间隔开，诸如在20-100μm的范围内。
根据第六方面的可以与第六方面任何上述实施例的特征相结合的一实施例，入口在第二层的第一表面上的投影形成围绕每个出口的入口的六边形布置。
根据第六方面的可以与第六方面任何上述实施例的特征相结合的一实施例，入口在第二层的第一表面上的投影被配置成不与最接近的出口交叠，诸如入口的投影的边缘与最接近的出口的边缘的横向间隔是至少20μm。
根据第七方面，提供了一种用于从气流采集空气传播颗粒的方法，所述方法包括：在采集设备的第一层上接收气流，其中第一层包括延伸穿过第一层的多个入口；使气流穿过入口进入采集设备的第一层与同第一层间隔开的第二层之间的颗粒采集室；通过空气传播颗粒在第二层的第一表面上的撞击来捕获进入颗粒采集室的气流中的空气传播颗粒，其中入口的端部被配置成面向第二层的第一表面；使气流通过延伸穿过采集设备的第二层的出口离开颗粒采集室；其中入口和出口交错，使得入口的中心轴线与出口的中心轴线偏移开；其中该采集设备被配置成使得气流在经过采集设备时经历压降，所述压降在每秒0.5升的流速下低于3kPa。
该第七方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合第一、第二、第三、第四、第五和第六方面所描述的那些效果和特征。关于第一、第二、第三、第四、第五和第六方面所提及的各实施例在很大程度上与第七方面相兼容。此外，第七方面的实施例可以与第一、第二、第三、第四、第五和第六方面中的任一者的特征相结合。
附图说明
通过参考附图的说明性和非限制性的以下详细描述，将更好地理解本发明构思的以上以及其他目的、特征和优点。在附图中，除非另有说明，否则相似的附图标记将用于相似的元件。
图1a是根据一实施例的使用样本采集器捕获样本的示意图。
图1b是样本采集器的横截面示意图。
图2是根据一实施例的采集设备的示意截面图。
图3是定义通过撞击捕获颗粒的效率的曲线图，以及提供气流以供通过撞击捕获颗粒的入口喷嘴的说明性横截面。
图4是解说被高效捕获的颗粒的直径尺寸、入口喷嘴的直径尺寸和由气流的供应压力提供的压降之间的关系的图表。
图5-10是解说不同直径尺寸的入口喷嘴的喷嘴数量、压降和流速之间的关系的图表。
图11是根据一实施例的采集设备的示意俯视图。
图12是采集设备的示意性横截面图，其中横截面是沿图11中的线C-C截取的。
图13和14是采集设备的示意性横截面图，解说了采集设备在采集设备的分析室内对样本进行分析的不同阶段。
图15a-c是解说将在分析室中进行的分子测定的示意图。
图16是根据一实施例的贯穿样本采集器的部分横截面。
图17是根据一实施例的分析仪器的示意图。
图18是根据一实施例的分析仪器的分析单元的示意图。
图19是根据一实施例的用于颗粒采集以供分析的方法的流程图。
图20是根据一实施例的用于分析颗粒样本的方法的流程图。
具体实施方式
现在参考图1a-b，将描述样本采集器100。样本采集器100被配置成使得能够基于人呼出的呼吸捕获样本，如图1a所示。
样本采集器100可被用于捕获空气传播颗粒，诸如人呼出的气流中的气溶胶和/或飞沫。由于捕获了空气传播颗粒，可以对呼气中的空气传播颗粒进行分析。这可以被用来确定人是否携带疾病，这种疾病是通过正常呼吸、说话、咳嗽和打喷嚏时产生的飞沫和气溶胶传播的。例如，使用样本采集器100捕获空气传播颗粒可被用于筛查人是否感染了流感或严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)。由于样本采集器100基于呼气捕获样本，可以在对人的不适最小的情况下执行对来自人的样本的捕获。
样本采集器100可以包括要插入人的口中并且人通过其呼气以提供穿过样本采集器102的气流104的吹口102。
气流104可以被引导通过样本采集器102，以便穿过采集设备200。下面将更详细地描述采集设备200。采集设备200被配置成通过在采集设备200的颗粒采集室中的撞击从气流104捕获空气传播颗粒。采集设备200可以被配置成高效地捕获空气传播颗粒，并且可以进一步允许在捕获空气传播颗粒的颗粒采集室的表面上分析所采集的空气传播颗粒。此外，可以在采集设备200保持在样本采集器100中的同时执行对所采集的空气传播颗粒的分析。这意味着在分析仪器中可不需要对样本采集器100进行操纵。这可意味着分析仪器不需要复杂的机械组件来操纵样本采集器100，并且还可以避免通过打开样本采集器100而传播疾病的风险。
因此，样本采集器100可以被配置成布置在分析仪器的接收位置，以允许在接收位置对样本采集器100的采集设备200中采集的颗粒进行分析。下面将更详细地描述由分析仪器执行的分析。
样本采集器100还可以包括流量计120。流量计120可以测量气流104的流量，以便确定呼出通过样本采集器100的空气的体积。样本采集器100可以具有要提供的最小空气体积的设置，以便允许基于捕获的样本提供可靠的测试结果。因此，流量计120可以测量空气的体积，使得流量计120可以确保最小体积的空气通过样本采集器100中的采集设备200。
流量计120可以连接到样本采集器100中的控制单元130。控制单元130可以从流量计120接收测量结果，并且可以被配置成确定最小体积的空气何时已经通过采集设备200。
样本采集器100还可以包括指示器(未示出)，该指示器可以向人提供输出。当控制单元130确定最小体积的空气已经通过采集设备200时，控制单元130可以控制指示器被激活。指示器例如可以是用于输出声音信号的扬声器或用于输出光信号的灯。因此，样本采集器100可以向人指示何时已经提供了通过样本采集器100的足够体积的空气。
样本采集器100还可以包括过滤器140，在气流104被允许逸出样本采集器100之前，气流104通过过滤器140。过滤器140可以被配置成捕获空气传播颗粒，以阻止在捕获样本期间可能携带疾病的任何气溶胶或飞沫逸出样本采集器100。
控制单元130可以被实现成通用处理单元，诸如中央处理单元(CPU)，其可以执行一个或多个计算机程序的指令以便实现控制单元130的功能性。另选地，控制单元130可以被实现成例如被布置在嵌入式系统中的固件，或者被实现成仅用于提供特定逻辑操作的专用电路系统。因此，控制单元130可以按ASIC或FPGA的形式提供。控制单元130还可以包括非易失性存储器。存储器可以存储应用程序，该应用程序可以被加载到控制单元130的工作存储器中，以用于控制由控制单元130执行的处理。
控制单元130还可以被配置成连接到采集设备200，以用于在样本采集器100被布置在分析仪器中的同时提供对在样本分析期间要执行的功能的控制。因此，控制单元130可以被配置成例如经由有线连接或经由无线通信单元与分析仪器通信，以便控制单元130从分析仪器接收控制信号。进一步在下文中，将更详细地描述分析仪器以及分析仪器和样本采集器100之间的关系。
现在参考图2，将进一步描述采集设备200。采集设备200可以布置在样本采集器100中，该样本采集器100提供用于允许来自人类的气流被提供通过采集设备200的接口。然而，应该认识到，采集设备200可以被布置成以不同的方式接收气流，并且不必须安装在样本采集器100或任何其他装置中。
采集设备200可包括第一层202和第二层220。第一层202和第二层220可间隔开，以在第一层202与第二层230之间限定颗粒采集室240。
第一层202包括第一表面204和面向第二层220的第二表面206，第一表面204被配置成接收样本采集器100中的气流104。第一层202还包括多个入口喷嘴210，入口喷嘴210具有在第一层202的第一表面204处的第一端212和在第一层204的第二表面206处的第二端214。
入口喷嘴210被配置成延伸穿过第一层202，以将气流104通过第一层202从第一端212输送到第二端214。入口喷嘴210的第二端214被配置成面向第二层220的第一表面222。因此，当气流104穿过入口喷嘴210时，气流104将撞击在第二层220的第一表面222上，使得空气传播颗粒可以通过撞击而被采集在第二层220的第一表面222上，并因此被采集在颗粒采集室240中。
颗粒采集室240具有第一侧242和第二侧244，其中第一侧242由第一层204的第二表面206限定，且第二侧244由第二层220的第一表面222限定。颗粒采集室240还可以由形成在第一层202和第二层220之间的间隔物材料250中的侧表面限定。
如在放大插图A中所示，入口喷嘴210可以配置成从第一层202的第二表面206突出，以进一步延伸到颗粒采集室240中。这可意味着入口喷嘴210的第二端214更靠近第二层220的第一表面222，以便改善通过撞击对颗粒的捕获，同时确保颗粒采集室240的体积不太小。
采集设备200被配置成提供用于对颗粒采集室240中采集的空气传播颗粒执行基于光的测量的光学通路。
测量可以在第一测量位置处执行，该位置按图2所示的取向布置在颗粒采集室240下方。可以在第一测量位置处穿过第二层220执行测量，第二层因此可以是透明或半透明的，以提供对第二层的第一表面222上采集的颗粒的光学通路。
可以另选地在与第一测量位置相对的第二测量位置处执行测量。因此，第二测量位置位于颗粒采集室240上方，取向如图2所示。可以在第二测量位置处穿过第一层202执行测量，第一层因此可以是透明或半透明的，以提供对第二层的第一表面222上采集的颗粒的光学通路。
然而，根据一实施例，第一层202可以是可移除的，并且可以由替代层代替，以在替代层和第二层220之间限定分析室。因此，第二测量位置可以被布置成使得替代层在第二测量位置和第二层220的在其上采集颗粒的第一表面222之间。根据又一实施例，可以直接对所采集的颗粒执行测量，而无需首先使所采集的颗粒经受任何反应。在这种情况下，可以去除第一层202，并且可以在第二层220的所暴露的第一表面222上执行测量。
根据将在下面讨论的实施例，在颗粒采集之后不去除第一层202。相反，颗粒采集室240还形成分析室240，在分析室240中对所采集的颗粒执行测量之前，可以在分析室中发生反应。
如放大插图B所示，在气流104前进到延伸穿过第二层220的出口喷嘴230之前，空气传播颗粒可以通过在第二层220的第一表面222上的撞击而被捕获。出口喷嘴230可被配置成用于输送气流104穿过第二层220，使得气流104可通过入口喷嘴210、沿着第二层的第一表面222、然后穿过出口喷嘴230来穿过采集设备200。
现在参考图3，将讨论用于高效捕获颗粒的采集设备200的设计。
图3是基于Marple和Willeke，“Impactor Design(冲击器设计)”，AtmosphericEnvironment(大气环境)，卷10(10)，1976年，第891-896页的一张图。
采集效率，即将撞击板的颗粒的百分比，是Stokes数和Reynolds数的强函数。Stokes数定义为：
Figure BDA0004176957410000241
其中，ρp是颗粒的密度，Q是入口喷嘴阵列的总体积流速，Cc是Cunningham校正因子(在所有后续计算中取1)，dp是颗粒直径，N是阵列中的喷嘴数量，μg是空气的动力学粘度，且W是喷嘴直径。对于上述研究，图3中所示的距离T和S分别是T＝2W和S＝W/2。Reynolds数定义为：
Figure BDA0004176957410000242
根据图3，为了在Reynolds数Re＝100时捕获50％的颗粒，则
Figure BDA0004176957410000243
。注意，随着颗粒直径的增加，/>
Figure BDA0004176957410000244
增加并且获得更高的采集效率。相反，小颗粒比大颗粒更难捕获。
采集设备200旨在被用于从人的呼气中采集样本，并随后在采集设备200上进行后续分析以筛查可能的传染病。对于像SARS-CoV-2之类的RNA病毒，分析例如可以是终点或定量逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)。
对于低至300nm的颗粒直径，希望具有约50％的高采集效率。这是为了确保可以采集足够的样本以具有合理灵敏的结果，以用于从患者的呼气的合理小的样本中检测感兴趣的生物试剂。
此外，旨在使人通过采集设备200呼气。这对采集设备200应该处理的供应压力和流速提出了严格的要求。例如，在呼气流速小于40升/分钟或小于30升/分钟时，人的合理舒适压力小于30毫巴。
现在参考图4，将导致50％采集效率的计算得到的颗粒尺寸(即
Figure BDA0004176957410000245
)绘制为供应压力的函数。通常，在给定的供应压力下，较小的直径导致更好的捕获效率。然而，在20毫巴的供应压力和约20μm以下的喷嘴直径下，Reynolds数降至10以下，这是在惯性撞击预计不会非常有效的范围内。对于直径约150μm以上的喷嘴，在300nm飞沫尺寸下的采集效率预计不会很高。此外，更大的直径需要更高的供应压力才能达到相同的采集效率。
如果小飞沫的采集不重要，诸如尺寸低至300nm的飞沫，则可以接受较大尺寸的喷嘴直径。此外，喷嘴直径的尺寸可以根据采集设备200的制造容易程度来选择。
现在参考图5-10，针对不同的供应压力和喷嘴尺寸，示出了作为目标流速的函数所需的喷嘴数量。如可在图5-10中看到的，对于使用较小的供应压力，所需的喷嘴数量较大。此外，如果需要更大的流速，则喷嘴的数量也更大。通常，可能需要小于40升/分钟的气流流速，以便允许人员相对容易地提供样本。如在图8-10中看到的，没有给出最小供应压力的指示。这是因为，使用直径尺寸80μm或更大的喷嘴，对于较大直径尺寸，10毫巴或更高的供应压力将不足以以50％的效率捕获小到300nm的颗粒。
基于图5-10中的信息，下表1总结了感兴趣的入口喷嘴210的数量。
表1
喷嘴直径(μm) 喷嘴数量
20 6900到280000
40 1300到33000
60 530到12000
80 280到5000
100 170到2800
150 100到810
现在参考图11-12，示出了用于采集颗粒的采集设备200的一实施例的示意性俯视图和横截面图。图12是沿图11中的C-C线截取的横截面图。入口喷嘴210位于第一层202中。包括呼出的气溶胶和/或飞沫的传入气流样本104流过入口喷嘴210，并撞击在第二层220上(由图11中的虚线指示)，空气传播颗粒在第二层220处被捕获。第一层202和第二层220由间隔物250分隔开。在气流撞击到第二层220上之后，气流流过第二层220中的出口喷嘴230。
在图12中，示出了可适用于采集设备200中的部件的尺寸之间的典型关系。因此，间隔物250可以具有大约1/2D的厚度，其中D是入口喷嘴210的直径尺寸。出口喷嘴230通常可以与入口喷嘴210间隔开距离>D。此外，出口喷嘴230的直径可以是入口喷嘴直径的两倍。
在其他实施例中，入口喷嘴210可以具有100-200μm的直径尺寸，间隔物250可以具有20-100μm的厚度，出口喷嘴230可以与入口喷嘴210间隔开20μm，并且出口喷嘴可以具有100-300μm的尺寸。
两层202、220中的一层优选地用硅制造，因为其热属性使得能够实现快速温度循环，这可有利于在分析室240中提供反应。例如，聚合酶链式反应(PCR)可需要温度循环，这可能有助于制备样本以供测试SARS-CoV-2的存在。由于能够实现快速温度循环，可以提供超快的PCR。
再次参考图2，加热器和温度传感器或至少用于加热器260和温度传感器262的触点可以制造在硅层的一侧上，此处示为第二层220，以用于热控制。另一基板，此处示为第一层202，可以用透明材料制造，诸如玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或环烯烃聚合物(COP)，以启用光学读出。例如，光学测量可以检测荧光标记的DNA。
间隔物250可以是胶水、双面胶带，或者在硅/玻璃层202、220的情况下，间隔物250可集成到层材料中的一者中，以启用这两层202、220的阳极、熔融或激光结合。
除了入口喷嘴210和出口喷嘴230之外，可以在设计中提供额外的试剂入口，以使得能够用诸如PCR试剂之类的液体试剂填充分析室240。可以设想，在人通过样本采集器100呼气之后，然后将样本采集器100放置在执行测定(例如PCR测定)的分析仪器内。分析仪器可以密封入口喷嘴210和出口喷嘴230，并且可以将试剂泵入分析室240中。在设计中可能需要提供额外的通风口，以允许空气在试剂填充期间逸出分析室240。现在参考图13-14，示出了在分析室240中经过不同阶段的分析的采集设备200。图13-14所示的阶段可以在带有采集设备200的样本采集器100放置在分析仪器中的同时执行。
首先，颗粒被采集在颗粒采集室中，该颗粒采集室在该实施例中也形成分析室240。如图13所示，液体试剂通过试剂入口270提供到分析室240中。
入口喷嘴210以及出口喷嘴230可以具有收缩部216和232，其中收缩部216、232分别具有比入口喷嘴210和出口喷嘴230的其余部分更小的横截面尺寸。收缩部216、232可以用作毛细管止挡件，以用于密封分析室240，以阻止液体试剂从分析室240中逸出。
如图14所示，可以提供额外的密封件280、282来密封分析室240，并阻止在热循环期间从分析室240蒸发。应该认识到，附加密封件280、282可以预先安装在采集设备200上或样本采集器100中，并且可以例如通过线性或旋转运动布置在密封位置。代替在采集设备200的相对侧上布置物理密封层(如密封件280、282所示)，可以激活采集设备200内的阀以密封分析室240。此外，如果入口喷嘴210和出口喷嘴230足够小，则可不需要额外的密封。
然后可以对分析室240中的所采集的颗粒和试剂进行热循环，这例如可以有利于实现超快PCR。
采集设备200可以被配置成提供限定小体积的分析室240。因此，由于分析室240很小，分析室240中的样本具有小体积，从而允许样本的温度快速变化，从而允许快速的热循环。
在分析室240中已经引起反应之后，可以执行基于光的测量。该测量可以涉及用特定波长的光照射分析室240并检测从分析室240发射的荧光。现在参考图15a-c，将描述可以在分析室240中进行的用于检测人呼出的呼吸中是否存在SARS-CoV-2的测定。
如图15a所示，来自呼吸的水性颗粒，诸如飞沫，通过撞击被采集在分析室中。颗粒可以包括病毒颗粒，诸如SARS-CoV-2病毒颗粒300。
如图15b所示，加入单个试剂混合物，并执行热裂解步骤。这意味着蛋白质外壳302被移除并且病毒RNA 304在分析室240中可用。
如图15c所示，病毒RNA通过逆转录酶转化成DNA，然后通过定量PCR扩增。提供快速的热循环以提供快速的PCR过程。
现在参考图16，示出了贯穿样本采集器100的部分横截面。如图16所示，气流104可以被引导通过采集设备200，用于在分析室240中捕获颗粒。
此外，如图16所示，采集设备200可以被配置成连接到印刷电路板，控制单元130可以布置在印刷电路板上。采集设备200与印刷电路板150的连接可以允许在分析室240中的热循环期间如箭头152所示从采集设备200提取热量。
采集设备200还可以通过引线接合154连接到印刷电路板150(和控制单元130)，这可以允许控制采集设备200上的加热器260，并且可以允许温度传感器262向控制单元130反馈。如图16所示，样本采集器100可以包括贯穿样本采集器100的壁的透明窗口160。这意味着可以通过透明窗口160在分析仪器中执行基于光的测量。如图16所示，采集设备200还可以相对于透明窗口160安装在样本采集器160中，以允许通过透明窗口160到采集设备200的光学通路。
现在参考图17，将对分析仪器400进行描述。分析仪器400包括支架402，支架402限定用于接收样本采集器100的多个接收位置404。
分析仪器400可以被配置成同时分析每个接收位置404中的样本采集器100中的样本。如关于图18进一步描述的，分析仪器400可以包括多个分析单元410，其中每个分析单元410与接收位置相关联。
在每个分析单元410中，可以有试剂供应器412，以用于向采集设备200提供液体试剂，以确保液体试剂被插入到分析室240中。试剂供应器412可以从分析仪器400内的存储接收液体试剂，其中用于所有分析单元410的试剂可以被共同存储。
一旦试剂被提供到分析室240中，样本就可以经受热循环。用于热循环的加热可以通过由样本采集器100中的控制单元130控制的采集设备200上的加热器260来提供。控制单元130可以从分析单元410接收控制信号以触发热循环。
分析单元410还可以包括用于照明分析室240中的样本的光源414。此外，分析单元410可以包括光检测器416，以用于检测来自样本的光，例如用于检测样本发射的荧光。
来自光检测器416的测量信号可以被传输到处理单元420，处理单元420可以由分析单元410共享。处理单元420可以处理测量信号以确定分析结果，该分析结果可以被用于确定人是否被疾病感染。
处理单元420可以被实现成通用处理单元，诸如中央处理单元(CPU)，其可以执行一个或多个计算机程序的指令以便实现处理单元420的功能性。另选地，处理单元420可以被实现成例如被布置在嵌入式系统中的固件，或者被实现成仅用于提供特定逻辑操作的专用电路系统。因此，处理单元420可以按ASIC或FPGA的形式提供。
处理单元420还可以包括非易失性存储器。存储器可以存储应用程序，该应用程序可以被加载到处理单元420的工作存储器中，以用于控制由处理单元420执行的处理。
根据一实施例，分析仪器400被配置成在对样本进行分析之后将样本采集器运送到废物箱。
因此，分析仪器400可以在已经执行分析之后自动移除样本采集器100。这意味着在样本采集器被放置在接收位置之后，可不需要手动处理样本采集器。
例如，接收位置404可以设置有通向从接收位置404到废物箱的通道的盖，使得当已经执行分析时，可以打开盖以将样本采集器100从接收位置404运输离开。
根据一实施例，分析仪器400还可包括用于标识用户的用户接口，其中用户接口被配置成允许用户进行无触摸输入。
为了避免疾病通过人与分析仪器400接触传播，分析仪器400可以被配置成用于无接触输入。
用户接口可以例如包括用于读取代码的读取器，使得用户可以通过智能手机或另一设备向读取器呈现QR码或另一代码。
另选地，用户接口可以是标签读取器，其可以被配置成读取可以标识用户的个体标签。例如，在公司设施处，员工无论如何都可以佩戴例如基于射频识别(RFID)技术的个体标签，并且这样的标签可以用于通过对分析仪器的无接触输入来标识用户。
根据一实施例，分析仪器400还包括通信单元，用于将样本的分析结果传送到用户指定的远程单元。
因此，用户可以将分析结果直接接收到指定的远程单元。这可以使得能够将分析结果直接提供给用户的电话，使得用户可以立即访问分析结果。例如，在用户可示出阴性分析结果(即用户没有被感染)之前，用户可能不被准许通过入口。
现在参考图19，将描述用于颗粒的采集以供分析的方法。
该方法包括使携带空气传播颗粒的气流104通过502多个入口喷嘴210穿过采集设备200的第一层202，以用于使气流104从入口喷嘴210进入颗粒采集室240。
该方法还包括通过使进入颗粒采集室240的气流104撞击在第二层220的、在颗粒采集室240中面向第一层202的第一表面222上，在颗粒采集室240中通过撞击捕获504空气传播颗粒。空气传播颗粒被捕获在颗粒采集室240中，颗粒采集室240提供用于在第一测量位置处或在第二测量位置处执行对颗粒采集室240中所采集的空气传播颗粒的基于光的测量的光学通路，第一测量位置被布置成使得第二层202在颗粒采集室240的第二侧和第一测量位置之间，第二测量位置相对于颗粒采集室240的第二侧被布置在第一测量位置的相对侧。
根据该方法，空气传播颗粒吧被捕获在颗粒采集室中，这允许在其上捕获空气传播颗粒的表面上执行基于光的测量。这意味着可以执行颗粒的高效捕获，并且可以执行用于分析所捕获的颗粒的测量，而不需要将所捕获的颗粒从捕获它们的表面移除。
现在参考图20，将描述用于分析人类呼吸中的颗粒样本的方法。
该方法包括在分析仪器400的多个接收位置404中接收602多个样本采集器100，其中每个样本采集器100包括携带空气传播颗粒的样本的采集设备200，所述空气传播颗粒的样本通过撞击而被捕获在采集设备200的分析室240中。
该方法还包括在接收位置404中的每一者中执行604基于光的测量，其中在采集设备200布置在样本采集器100中的同时，光检测器416检测来自分析室240中的样本的光。
该方法还包括处理606来自光检测器416的信号，以用于分析样本。
由于该方法，可以在不需要从样本采集器100移除采集设备200的情况下分析在样本采集器100中采集的样本。这确保了可以避免对可能被传染性颗粒污染的样本采集器100进行不期望的处理。
如上所述，信号的处理可以按许多不同的方式执行以用于分析样本，诸如检测接收到的荧光的量以确定样本内感兴趣的颗粒或物质的量。或者，来自光检测器416的光信号可以是样本的图像，并且该处理可以包括用于分析样本的图像处理。
在执行测量之前，可以对样本进行准备处理。可以在将采集设备200布置在样本采集器100中的同时执行用于准备处理的所有步骤。
该方法可以包括将液体试剂引入到分析室240中。
该方法可以包括向分析室240提供热能，这可以控制分析室240中的反应。
该方法可包括提供热能以进行热裂解，从而暴露所捕获颗粒中的SARS-CoV-2的RNA、使用基于试剂的逆转录酶将RNA转化成DNA，并使用定量PCR提供用于扩增DNA的热循环。
在上文中，主要参考有限数量的示例描述了本发明构思。然而，如本领域技术人员容易理解的，在由所附权利要求书限定的本发明构思的范围内，除了上面公开的示例以外的其他示例同样是可能的。
尽管主要描述了用于确定SARS-CoV-2的存在的分析，但应该认识到，采集设备200、样本采集器100、分析仪器400和方法可替代地被用于确定另一颗粒的存在，诸如确定流感颗粒的存在或用于所捕获颗粒的完全不同类型的分析。

Claims (23)

1.一种用于颗粒采集和所采集的颗粒的呈现以供分析的采集设备(200)，所述采集设备(200)包括：
第一层(202)和第二层(220)，其中所述第一层(202)和所述第二层(220)被布置成间隔开以限定在所述第一层(202)和所述第二层(220)之间的颗粒采集室(240)，其中所述颗粒采集室(240)具有分别由所述第一层(202)和所述第二层(220)限定的第一侧(242)和第二侧(244)；
其中所述第一层(202)包括被配置成接收携带空气传播颗粒的气流(104)的第一表面(204)和面向所述第二层(220)的第二表面(206)，其中所述第一层(202)包括多个入口喷嘴(210)，所述入口喷嘴具有在所述第一层(204)的第一表面(204)处的第一端(212)和在所述第一层(202)的第二表面(206)处的第二端(214)，其中所述入口喷嘴(210)被配置成延伸穿过所述第一层(202)以用于将气流(104)从所述第一端(212)输送到所述第二端(214)来穿过所述第一层；
其中所述入口喷嘴(210)的第二端(214)被配置成面向所述第二层(220)的第一表面(222)以用于通过穿过所述入口喷嘴(210)的第二端(214)进入所述颗粒采集室(240)的气流(104)中的空气传播颗粒在所述第二层(220)的第一表面(222)上的撞击来捕获空气传播颗粒；
其中所述采集设备(200)被配置成提供用于在第一测量位置处或在第二测量位置处执行对在所述颗粒采集室(240)中采集的空气传播颗粒的基于光的测量的光学通路，所述第一测量位置被布置成使得所述第二层(220)在所述颗粒采集室(240)的第二侧(244)和所述第一测量位置之间，所述第二测量位置相对于所述颗粒采集室(240)的第二侧(244)被布置在第一测量位置的相对侧。
2.根据权利要求1所述的采集设备，其特征在于，所述第二层(220)包括多个出口喷嘴(230)，其中所述出口喷嘴(230)具有在所述第二层(220)的第一表面(222)处的第一端和在所述第二层(220)的第二表面处的第二端，并且所述出口喷嘴(230)被配置成延伸穿过所述第二层(220)以将穿过所述出口喷嘴的气流(104)从所述第一端输送到所述第二端，其中所述出口喷嘴(230)的第一端的位置相对于所述入口喷嘴(210)的第二端(214)的位置偏移开，使得所述出口喷嘴(230)不与所述入口喷嘴(210)共线。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的采集设备，其特征在于，还包括用于将液体试剂提供到分析室(240)中的试剂入口(270)。
4.根据权利要求3所述的采集设备，其特征在于，所述采集设备(200)被配置成密封所述分析室(240)以用于将液体样本陷获在所述分析室(240)中。
5.根据权利要求4所述的采集设备，其特征在于，所述入口喷嘴(210)包括第一部分，所述第一部分从所述第一端(212)延伸到布置在所述入口喷嘴(210)的第二端(214)处的收缩部(216)，其中所述入口喷嘴(210)在所述收缩部(216)中具有比在所述第一部分中更小的横截面尺寸，以用于形成毛细管力来将所述液体样本保持在所述分析室(240)中。
6.根据权利要求4或5所述的采集设备，其特征在于，所述采集设备(200)包括用于密封所述分析室(240)的阀。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的采集设备，其特征在于，所述入口喷嘴(210)在所述第二端(214)处被配置成具有20-300μm范围内的直径，诸如100-200μm。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的采集设备，其特征在于，所述入口(210)的数目大于100。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的采集设备，其特征在于，所述采集设备(200)被配置成当所述采集设备(200)接收具有10-30毫巴的范围中的压力的气流(104)时，提供针对直径大于300nm的颗粒的至少50％的采集效率。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的采集设备，其特征在于，还包括被布置在所述第一层(202)或所述第二层(220)上的至少一个触点(260)，用于接收能量以向分析室(240)中的液体样本提供加热。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的采集设备，其特征在于，所述采集设备(200)被配置成接收待与在分析室(240)中采集的颗粒相混合的液体试剂、接收用于热裂解的热量以暴露所采集的颗粒中的严重急性呼吸综合征冠状病毒2型SARS-CoV-2的RNA、使用基于所述分析室(240)中的试剂的逆转录酶将所述RNA转化成DNA、以及使用定量聚合酶链式反应提供用于扩增所述DNA的热循环。
12.一种样本采集器(100)，包括：
根据前述权利要求中的任一项所述的采集设备(200)；
吹口(102)，用于接收来自人类呼气的气流(104)；
其中所述采集设备(200)布置在所述样本采集器(100)中以接收来自所述吹口(102)的气流(104)。
13.根据权利要求12所述的样本采集器，其特征在于，还包括流量计(120)，用于提供通过所述吹口(102)提供的空气体积的测量。
14.根据权利要求12或13所述的样本采集器，其特征在于，所述样本采集器(100)的壁的至少一部分(160)是透明的，以使得能够通过基于穿过所述样本接收器(100)的壁的透明部分(160)的光的测量来分析所述采集设备(200)的分析室(240)中的空气传播颗粒。
15.一种用于分析人类呼吸中的颗粒的分析仪器(400)，所述分析仪器(400)包括：
保持器(402)，所述保持器限定用于接收多个根据权利要求12-14中的任一项所述的样本采集器(100)的多个接收位置(404)；
多个分析单元(410)，其中一个分析单元与每一接收位置(404)相关联，其中每一分析单元包括用于照射所述样本采集器(100)的采集设备(200)的分析室(240)中的样本的光源(414)和用于检测来自所述样本的光的光检测器(416)；以及
处理单元(420)，所述处理单元用于处理来自所述光检测器(416)的信号以分析所述样本。
16.根据权利要求15所述的分析仪器，其特征在于，所述分析仪器(400)被配置成在对所述样本进行分析之后将所述样本采集器(100)运送到废物箱。
17.根据权利要求15或16所述的分析仪器，其特征在于，还包括用于标识用户的用户接口，其中所述用户接口被配置成允许所述用户进行无触摸输入。
18.根据权利要求15-17中的任一项所述的分析仪器，其特征在于，还包括通信单元，所述通信单元用于将所述样本的分析结果传送到由用户指定的远程单元。
19.一种用于颗粒采集以供分析的方法，所述方法包括：
使携带空气传播颗粒的气流(104)通过(502)穿过采集设备(200)的第一层(202)的多个入口喷嘴(210)，以使所述气流(104)从所述入口喷嘴(210)穿过进入颗粒采集室(240)，其中所述颗粒采集室(240)具有分别由所述第一层(202)和第二层(220)限定的第一侧(242)和第二侧(244)；以及
通过使进入所述颗粒采集室(240)的气流(104)撞击在所述第二层(220)的、在所述颗粒采集室(240)中面向所述第一层(202)的第一表面(222)上，通过在所述颗粒采集室(240)中的撞击捕获(504)空气传播颗粒；
其中所述颗粒采集室(240)提供用于在第一测量位置处或在第二测量位置处执行对所述颗粒采集室(240)中所采集的空气传播颗粒的基于光的测量的光学通路，所述第一测量位置被布置成使得所述第二层(220)在所述颗粒采集室(240)的第二侧(244)和所述第一测量位置之间，所述第二测量位置相对于所述颗粒采集室(240)的第二侧(244)被布置在所述第一测量位置的相对侧。
20.一种用于分析人类呼吸中的颗粒样本的方法；所述方法包括：
在分析仪器(400)的多个接收位置(404)中接收(602)多个样本采集器(100)，其中每个样本采集器(100)包括携带空气传播颗粒的样本的采集设备(200)，所述空气传播颗粒的样本通过在所述采集设备(200)的分析室(240)中的撞击而被捕获在其中；
在所述接收位置(404)中的每一者中执行(604)基于光的测量，其中在所述采集设备(200)被布置在所述样本采集器(100)中的同时，光检测器(416)检测来自所述分析室(240)中的样本的光；以及
处理(606)来自所述光检测器(416)的信号以分析所述样本。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括，在执行(604)测量之前，在所述采集设备(200)被布置在所述样本采集器(100)中的同时将液体试剂引入所述分析室(240)中。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括，在执行(604)测量之前且在引入液体试剂之后，在所述采集设备(200)被布置在所述样本采集器(100)中的同时向所述分析室(240)提供热能以用于控制所述分析室(240)中的反应。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述热能被提供以用于热裂解，以暴露所捕获的颗粒中的严重急性呼吸综合征冠状病毒2型SARS-CoV-2的RNA，使用基于所述分析室(140)中的试剂的逆转录酶将所述RNA转化成DNA，并使用定量聚合酶链式反应提供用于扩增所述DNA的热循环。
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