DE102018212411A1

DE102018212411A1 - Verfahren zur Gewinnung einer Atemprobe eines Probanden und Vorrichtung

Info

Publication number: DE102018212411A1
Application number: DE102018212411.6A
Authority: DE
Inventors: Franz Laermer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2020-01-30
Also published as: CN112423662A; EP3826537A1; US20210315483A1; WO2020020853A1

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung (10) zur Gewinnung einer Atemprobe eines Probanden atmet der Proband einen Tröpfchennebel (100), der vorzugsweise kälter als Umgebungstemperatur ist, ein. Das von dem Probanden daraufhin ausgeatmete und/oder ausgehustete Material wird als Atemprobe in einem oder mehreren Auffanggefäßen (109) aufgefangen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung einer Atemprobe eines Probanden sowie eine Vorrichtung, die zur Gewinnung einer Atemprobe eines Probanden vorgesehen ist.
Stand der Technik
Es ist bekannt, aus einer Atemprobe eines Probanden oder Patienten Informationen über dessen Gesundheitszustand abzuleiten. Beispielsweise können aus einer gewonnenen Atemprobe verschiedene Proteine oder andere Substanzen (Biomarker) isoliert werden, die Rückschlüsse auf eine vorliegende Krebserkrankung der Lunge, auf eine Stoffwechselstörung in der Lunge, auf eine Infektion der Lunge oder auch auf vorliegende systemische Erkrankungen, beispielsweise Krebserkrankungen, oder allgemeine Infektionen, erlauben. Beispielsweise können aus der gewonnenen Atemprobe Tuberkulosebakterien im Rahmen eines Tuberkulose-Screenings isoliert werden. Auch zur Diagnose von Lungeninfektionen oder Lungenentzündungen als sogenannte Respiratory Infections können bestimmte Bakterien oder Viren aus einer Atemprobe isoliert, weiter analysiert und gegebenenfalls identifiziert werden. Es kann auch genetisches Material, insbesondere DNA, aus einer Atemprobe isoliert werden, um hieraus Rückschlüsse auf gegebenenfalls vorhandene Viren, Bakterien, Pilze oder auch Tumorzellen ziehen zu können. Hierfür erforderliche analytische Methoden, insbesondere molekularbiologische Methoden sind etabliert. Derartige analytische Methoden sind auch einer automatisierten Prozessierung zugänglich, so dass sie beispielsweise im Rahmen eines Screenings bei einer größeren Bevölkerungsgruppe eingesetzt werden können. Darüber hinaus kann die Auswertung von Atemproben im Rahmen einer Optimierung von medizinischen Therapien eingesetzt werden, beispielsweise bei der Überwachung einer antibiotischen Therapie einer bakteriellen Infektion oder bei der Überwachung und Optimierung einer Krebstherapie. Weiterhin kann die Auswertung einer Atemprobe im Rahmen einer Stratifizierung von Patienten, also für eine Risikoabschätzung einer Krankheit, genutzt werden. Der allgemeine Vorteil einer Untersuchung von Atemproben liegt darin, dass die Atemprobe im Allgemeinen in sehr einfacher und für den Patienten in nicht belastender Art und Weise gewonnen (nicht-invasiv) werden kann.
Für die Gewinnung einer Probe aus dem Atem wird bisher oftmals mit einer Atemkondensatgewinnung gearbeitet. Hierfür wird die in der Ausatemluft enthaltene Feuchtigkeit an kalten Fängeroberflächen auskondensiert. Allerdings sind im Atemkondensat überwiegend kleine Moleküle gelöst, die nur in besonderen Fällen aussagekräftig sind. Beispielsweise eignet sich Atemkondensat zur Bestimmung von H₂O₂, welches im Rahmen eines Monitoring von chronisch obstruktiven Lungenerkrankungen (COPD) untersucht wird. Weiterhin gibt es Ansätze, Aerosole (in der Lunge beim Ausatemvorgang freigesetzte kleinste Wassertröpfchen) aufzufangen und beispielsweise zusammen mit einem Feuchtekondensat zu isolieren.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Gewinnung einer Atemprobe eines Probanden bereit, wobei bei diesem Verfahren der Proband einen Tröpfchennebel einatmet. Vorzugsweise ist der Tröpfchennebel kälter als die Umgebungstemperatur. Das von dem Probanden daraufhin ausgeatmete und/oder ausgehustete Material wird als Atemprobe aufgefangen. Mit diesem Verfahren ist es möglich, diagnostisch besonderes interessante und aussagekräftige Materialien aus der Lunge zu gewinnen und für eine Analyse zu nutzen. Die Tröpfchen des eingeatmeten Nebels wechselwirken mit den inneren Oberflächen des Bronchialsystems, wobei es zu einem größenunabhängigen Austausch mit den Stoffen auf den Oberflächen kommt. Das heißt, die Wassertröpfchen nehmen von den Oberflächen des Bronchialsystems dort befindliches Material auf, beispielsweise Salze, Bakterien, Pilzsporen, Viren, mobile Krebszellen, DNA, RNA, Proteine usw. Gleichzeitig verursacht der Kontakt mit den kalten oder zumindest subjektiv als kalt empfundenen Wassertröpfchen einen milden Hustenreiz, so dass die mit dem Probenmaterial beladenen Wassertröpfchen rasch wieder ausgehustet werden und aufgefangen werden können. Die Temperatur des Tröpfchennebels liegt dabei vorzugsweise unterhalb der Umgebungstemperatur. Als Umgebungstemperatur ist in der Regel die Temperatur in geschlossenen Räumen, in denen das Verfahren angewendet wird, also Raumtemperatur (etwa 18 - 22 °C), zu verstehen. Vorzugsweise liegt die Temperatur des Tröpfchennebels zwischen 0°C und 15°C. Zur Erzeugung der subjektiven Empfindung von kaltem Tröpfchennebel ist unter Umständen allein die Vernebelung bzw. Tröpfchenformung durch die damit verbundene Verdunstungskälte ausreichend. Im Folgenden wird der Tröpfchennebel daher auch als kalter Tröpfchennebel bezeichnet. Das beschriebene Verfahren hat gegenüber herkömmlichen Verfahren den erheblichen Vorteil, dass wesentlich mehr Material von den Lungenoberflächen gewonnen werden kann, insbesondere auch größere Partikel, die diagnostisch sehr wertvoll sind. Durch den ausgelösten Hustenreiz können sogar makroskopisch sichtbare Partikel und feste Bestandteile von den Oberflächen der Lunge gewonnen werden. Mit dem vorliegend beschriebenen Verfahren kann also deutlich interessanteres Probenmaterial als zum Beispiel mit einer herkömmlichen Atemkondensatgewinnung gesammelt werden.
Neben der Auslösung eines milden Hustenreizes hat das beschriebene Verfahren den weiteren Vorteil, dass durch die niedrige Temperatur der Wassertröpfchen ein erheblicher Anteil der kalten Wassertröpfchen als solche auch die Lunge zusammen mit dem ausgehusteten Luftstrom wieder verlassen und nicht während ihres Aufenthalts in den Atemwegen verdampfen. Wasserdampf ist als Träger für biologisches Probenmaterial weniger geeignet, da nur sehr kleine Moleküle aufgenommen werden können. Über den Tröpfchennebel des vorliegend beschriebenen Verfahrens kann demgegenüber wesentlich wertvolleres analytisches Probenmaterial gewonnen werden.
Das vorliegend beschriebene Verfahren eignet sich beispielsweise für eine Verwendung im Rahmen eines Tuberkulose-Screenings. Bei einem Tuberkulose-Screening wird herkömmlicherweise eine Sputumprobe des Patienten genommen, wobei sich in dem Sputum gegebenenfalls die nachzuweisenden Bakterien befinden. Eine Verflüssigung des in der Regel sehr zähen und klebrigen Sputums und eine Isolierung der darin gegebenenfalls enthaltenen Bakterien ist schwierig und aufwendig, so dass ein Screening auf der Basis von Sputumproben bei größeren Patientengruppen im Allgemeinen schwierig ist. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Aushusten kontrolliert herbeigeführt wird und zudem über den Tröpfchennebel ein Transportmechanismus zur Aufnahme von Tuberkulosebakterien und zu deren Transport aus der Lunge heraus bereitgestellt wird, eignet sich das beschriebene Verfahren in besonderer Weise für ein Tuberkulose-Screening.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird der Tröpfchennebel mit einem an sich bekannten Ultraschallzerstäuber erzeugt. Die Erzeugung des Nebels durch Ultraschall hat den besonderen Vorteil, dass die Tröpfchenerzeugung keine Erwärmung der zu vernebelnden Flüssigkeit voraussetzt. Bei der Ultraschallbehandlung selbst kommt es nur zu einer geringen Erwärmung der zu vernebelnden Flüssigkeit. Allerdings reicht unter Umständen die Vernebelung und die Tröpfchenform der Flüssigkeit mit der damit verbundenen Verdunstungskälte aus, um ein subjektives Empfinden von Kälte und einen dadurch ausgelösten Hustenreiz zu erzeugen. In besonders bevorzugter Weise wird das Kälteempfinden verstärkt, indem der erzeugte Nebel und/oder die zu vernebelnde Flüssigkeit gekühlt werden. In einer sehr einfachen und praktikablen Ausgestaltung kann beispielsweise Eis in die zu vernebelnde Flüssigkeit eingelegt werden. In einer anderen Ausgestaltung kann beispielsweise ein Peltier-Element oder ein anderes Kühlelement vorgesehen sein, das die zu vernebelnde Flüssigkeit und/oder den Nebel selbst kühlt.
Vorrichtungen für eine Ultraschallvernebelung sind an sich bekannt und kostengünstig verfügbar. Geeignete Vorrichtungen sind beispielsweise in sogenannten Heim-Inhalatoren verbaut, die im Prinzip für das hier beschriebene Verfahren eingesetzt werden können.
Bei dem vorliegend beschriebenen Verfahren ist es vorgesehen, dass zunächst der Tröpfchennebel eingeatmet wird und dann das ausgeatmete und/oder ausgehustete Material aufgefangen wird. Hierfür kann eine geeignete Vorrichtung vorgesehen sein, über die zunächst der Tröpfchennebel eingeatmet wird. Der Ausatemstrom wird anschließend wieder in die Vorrichtung eingeblasen und innerhalb der Vorrichtung beispielsweise mit Hilfe eines Rückschlagventils zu einem geeigneten Auffanggefäß umgeleitet. Der Ausatemstrom beziehungsweise das ausgeatmete und/oder ausgehustete Material wird während des Auffangvorgangs vorzugsweise über einen Filter (z.B. eine Filterfritte) geführt, an dem das zu analysierende Material gebunden wird. So können beispielsweise in dem Ausatemstrom enthaltene Bakterien, Viren, Pilze, Pilzsporen, DNA, RNA und/oder Proteine an einem Filter gebunden und gesammelt werden, bevor das Material weiterverarbeitet und z.B. immunologisch oder molekularbiologisch analysiert wird. Für eine Analyse können mit Vorteil automatisierbare Verfahren eingesetzt werden, beispielsweise Lab-on-Chip-Systeme, die vor allem für Screening-Verfahren oder andere Verfahren mit großem Probendurchsatz besonders geeignet sind.
Die Erfindung umfasst weiterhin eine Vorrichtung zur Gewinnung einer Atemprobe eines Probanden. Hierbei umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zur Erzeugung eines Tröpfchennebels, dessen Temperatur vorzugsweise unterhalb der Umgebungstemperatur liegt. Weiterhin ist eine Einrichtung zum Ansaugen des Tröpfchennebels durch den Probanden sowie zum Auffangen von ausgeatmetem und/oder ausgehustetem Material vorgesehen. Die Erzeugung des Tröpfchennebels erfolgt vorzugsweise mit Ultraschalltechnik. Hierfür ist neben dem eigentlichen Ultraschallgeber ein Vorratsgefäß zur Bevorratung der zu vernebelnden Flüssigkeit vorgesehen. Insbesondere handelt es sich hierbei um eine wässrige Lösung, beispielsweise Wasser. Gegebenenfalls können weitere Zusätze in der wässrigen Lösung enthalten sein, beispielsweise gelöstes Kochsalz (NaCI), insbesondere in einer physiologischen oder isotonischen Konzentration von etwa 0,9 g/l Wasser (154 mmol/l). Eine solche physiologische Kochsalzlösung hat denselben osmotischen Druck wie Blut, sodass die Tröpfchen des Nebels auf der Basis der Kochsalzlösung von der Lunge nicht aufgenommen bzw. nicht resorbiert werden und beim Aushusten besonders gut die Lunge wieder verlassen können.
Das Vorratsgefäß zur Bevorratung der zu vernebelnden Flüssigkeit weist zweckmäßigerweise eine Lufteinströmöffnung und eine Tröpfchennebelaustrittsöffnung auf. Die eigentliche Nebelerzeugung beziehungsweise Vernebelung wird mit einem an sich bekannten Ultraschallgeber vorgenommen. Mit dem Ultraschallgeber kann beispielsweise der Wasservorrat in dem Vorratsgefäß langsam vernebelt werden. Weiterhin ist vorzugsweise eine Kühlung bei der Einrichtung zur Erzeugung des Tröpfchennebels vorgesehen. Hierfür kann ein Peltier-Kühlelement vorgesehen sein, das den Flüssigkeitsvorrat in dem Vorratsgefäß kühlt. In einer besonders einfachen aber dennoch funktionalen Ausgestaltung der Vorrichtung kann die zu vernebelnde Flüssigkeit beispielsweise durch einen oder mehrere Eiswürfel gekühlt werden. In bevorzugter Weise wird der zu vernebelnde Flüssigkeitsvorrat bei einer Temperatur im Bereich zwischen 0°C und 15°C, insbesondere zwischen 0°C und 5°C, gehalten, da durch diese Temperaturbereiche der ausgelöste Hustenreiz verstärkt wird. Die Anforderungen an die Kühlung des Flüssigkeitsvorrates beziehungsweise an die Kühlung des Tröpfchennebels können auch von den Umgebungsbedingungen abhängig sein. In Gegenden mit hoher Umgebungstemperatur (z. B. Afrika) ist eine ausreichend hohe Kühlleistung sinnvoll, um die Kälte des Tröpfchennebels zu gewährleisten.
Der Ultraschallgeber und die Kühleinrichtung können beispielsweise elektrisch betrieben werden, beispielsweise mittels eines mobilen Batteriebetriebs oder auch eines Netzbetriebs.
Bei dem Vorratsgefäß selbst kann es sich um einen Einwegartikel handeln, beispielsweise ein entsprechendes Kunststoffgefäß. Die Gestaltung des Vorratsgefäßes und anderer Teile der Vorrichtung als Einwegartikel hat den besonderen Vorteil, dass das Gefäß und die anderen Teile nach der Benutzung entsorgt werden können und eine Gefahr von Ansteckungen für Personen, die die Vorrichtung später benutzen, ausgeschlossen ist. Es kann dann also auf spezielle Desinfektionsvorkehrungen verzichtet werden.
Die Einrichtung zum Ansaugen des Tröpfchennebels und zum Auffangen des ausgeatmeten/ausgehusteten Materials kann mit einem Rückschlagventil ausgestattet sein, sodass der Ausatemstrom mit dem ausgeatmeten und/oder ausgehusteten Material in ein oder mehrere Auffanggefäße umgeleitet werden kann. Weiterhin ist vorzugsweise wenigstens ein Filter in dem oder den Auffanggefäßen vorgesehen, wobei der Filter zur Bindung bzw. zum Zurückhalten des ausgeatmeten und/oder ausgehusteten Materials vorgesehen ist. Bei dem Filter kann es sich beispielsweise um eine SiO₂-Fritte oder ein anderes geeignetes Filtermaterial handeln, mit dem insbesondere Bakterien, Pilze, Pilzsporen, Viren, Zellen, DNA, RNA und/oder Proteine zurückgehalten werden können. Besonders geeignet sind Filter aus porösem Teflon, beispielsweise poröse Teflonfolien. Die Porengrößen derartiger Filter sind zweckmäßigerweise so klein, dass Pathogene oder andere Substanzen, die in der Atemprobe untersucht werden sollen, zurückgehalten werden. Geeignete Porengrößen liegen insbesondere im Bereich von 0,01 bis 10 µm, insbesondere von 0,2 bis 5 µm, vorzugsweise von 0,5 bis 2 µm. Geeignet sind beispielsweise Filtermaterialen, die im Rahmen einer Sterilfiltration eingesetzt werden und die als handelsübliche Bakterienfilter oder Pathogenfilter erhältlich sind. Die Wahl geeigneter Filter kann auch von dem zu analysierenden Material abhängig gemacht werden, wobei beispielsweise für den Nachweis von Bakterien (z. B. Tuberkulose-Bakterien) oder Zellen andere Filter (z. B. 5 - 10 µm Porengröße) geeignet sind als für den Nachweis von bestimmten Proteinen oder DNA oder RNA (z. B. Porengröße 0,1 - 1 µm). Für viele Anwendungen eignen sich Filter mit einer Porengröße von 0,5 - 2 µm. Die Verwendung von folienartigen Filtermaterialen hat den besonderen Vorteil, dass die Folien großflächig, beispielsweise durch Anflanschen eines mit der Folie ausgestatteten Trichters, eingesetzt werden können. Dies erniedrigt den Atemwiderstand beim Aushusten, so dass die Anwendung für den Probanden angenehmer und leichter wird. Für die weitere Analyse der Atemprobe kann das zu untersuchende Material beispielsweise von dem flächigen Filter abgespült werden, z.B. in einem Lab-on-Chip-System.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Einrichtung zum Ansaugen des Tröpfchennebels und zum Auffangen von ausgeatmetem und/oder ausgehustetem Material aus ein oder mehreren Einwegartikeln besteht. Bei den Auffanggefäßen kann es sich beispielsweise um übliche Eppendorf^®-Filtergefäße oder Filterfritten handeln. Auch die übrige Einrichtung zum Ansaugen des Tröpfchennebels und zum Auffangen bzw. zur Filterung des ausgeatmeten und/oder ausgehusteten Luftstroms ist vorzugsweise zum einmaligen Gebrauch vorgesehen, um Kontaminationen mit möglicherweise infektiösem Material zu vermeiden. Durch die Verwendung von entsprechenden Einwegartikeln ist es auch nicht erforderlich, beispielsweise das Rückschlagventil keimundurchlässig zu gestalten, da durch die Entsorgung des Materials nach erfolgter Benutzung eine Kontamination ausgeschlossen ist. Die entsprechenden Artikel können beispielsweise als Kunststoffteile gefertigt werden, die sehr kostengünstig bereitgestellt werden können und an die entsprechenden Anforderungen ohne weiteres angepasst werden können. Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass das Vorratsgefäß zur Bevorratung der zu vernebelnden Flüssigkeit und die Einrichtung zum Ansaugen des Tröpfchennebels und zum Auffangen von ausgeatmetem und/oder ausgehustetem Material als einstückiger Artikel bereitgestellt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander realisiert sein.
In den Zeichnungen zeigen:

1 schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zur Gewinnung einer Atemprobe eines Probanden und
2 Ansicht einer Einrichtung zum Ansaugen eines Tröpfchennebels und zum Auffangen des ausgeatmeten und/oder ausgehusteten Materials als Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt in schematischer Form die Komponenten einer Vorrichtung 10 zur Gewinnung einer Atemprobe. Die Vorrichtung 10 umfasst dabei eine Einrichtung 114 zur Erzeugung eines Tröpfchennebels 100, wobei in dieser Ausgestaltung der Tröpfchennebel mittels eines Ultraschallgebers 101 erzeugt wird. Die zu vernebelnde Flüssigkeit 102, insbesondere eine wässrige Flüssigkeit oder reines Wasser (Leitungswasser), befindet sich in einem Vorratsgefäß 103. Durch die Beaufschlagung des Vorratsgefäßes 103 mit Ultraschall mittels des Ultraschallgebers 101, der in diesem Beispiel mit einem hochfrequenten Wechselstrom (AC) betrieben wird, wird in dem Vorratsgefäß 103 der Tröpfchennebel 100 erzeugt. Das Vorratsgefäß 103 umfasst dabei eine Lufteinströmöffnung 104 sowie eine Tröpfchennebelaustrittsöffnung 105. Die Luft tritt durch die Lufteinströmöffnung 104 ein, hier durch einen Pfeil angedeutet, und der Tröpfchennebel 100 verlässt das Vorratsgefäß 103 durch die Tröpfchennebelaustrittsöffnung 105, wiederum durch einen Pfeil angedeutet. Für das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Tröpfchennebel eingesetzt, dessen Temperatur vorzugsweise unterhalb der Umgebungstemperatur liegt und der bei dem Probanden einen milden Hustenreiz beim Einatmen des Tröpfchennebels auslöst. Der kalte Tröpfchennebel kann auf unterschiedliche Weise erzeugt werden. In dieser Ausgestaltung ist ein Peltier-Kühlelement 106 vorgesehen, das beispielsweise mit Gleichstrom (DC) betrieben werden kann. Durch das Kühlelement 106 wird die wässrige Lösung oder das Wasser 102 in dem Vorratsgefäß 103 gekühlt, so dass auch der gebildete Tröpfchennebel 100 kalt ist. In einer anderen Ausgestaltung kann beispielsweise Eis beziehungsweise ein Eiswürfel in die Flüssigkeit 102 gelegt werden. Auch auf diese Weise ist die Erzeugung eines kalten Tröpfchennebels 100 möglich. Andererseits kann die durch die Vernebelung bewirkte Verdunstungskälte der erzeugten Tröpfchen unter Umständen ausreichend sein, um ein subjektives Kälteempfinden und einen Hustenreiz bei dem Probanden auszulösen.
Für die Zwecke der Erfindung kann ein übliches, kommerziell erhältliches Gerät mit Ultraschallfunktion und gegebenenfalls Kühlfunktion verwendet werden, in das das Vorratsgefäß 103 mit der zu vernebelnden Flüssigkeit 102 beispielsweise eingesteckt wird. Über ein weiteres Kopplungsmedium, insbesondere eine Flüssigkeit, kann das Vorratsgefäß 103 an den eigentlichen Ultraschallgeber/Kühler angekoppelt werden. Das Vorratsgefäß 103 kann als Einwegartikel konzipiert sein, beispielsweise in kostengünstiger Weise aus Kunststoff, der entsprechend geformt ist. So kann das Vorratsgefäß 103 nach Gebrauch entsorgt werden. Der Ultraschallgeber 101 und das gegebenenfalls vorhandene Peltier-Kühlelement 106 können für einen Netzbetrieb oder auch für einen mobilen Batteriebetrieb vorgesehen sein.
Die Vorrichtung 10 umfasst weiterhin eine Einrichtung 126, über die der Tröpfchennebel 100 durch den Probanden angesaugt werden kann und in die der Proband wieder ausatmet beziehungsweise aushustet, so dass die Einrichtung 126 weiterhin zum Auffangen des ausgeatmeten und/oder ausgehusteten Materials vorgesehen ist. Die Einrichtung 126 ist vorzugsweise als Einwegartikel konzipiert, so dass sie nach Gebrauch entsorgt werden kann, um mögliche Ansteckungen durch infektiöses Material bei einem weiteren Probanden auszuschließen. Die Einrichtung 126 umfasst eine Ansaugöffnung oder ein Ansaugrohr 107, durch das der Tröpfchennebel 100 durch den Probanden angesaugt wird (Pfeil 115). Das Ansaugrohr 107 kann als Mundstück ausgestaltet sein. In anderen Ausführungen kann ein Mundstück auf das Ansaugrohr 107 beispielsweise aufgesteckt oder aufgeschraubt werden. Das Ansaugrohr 107 dient weiterhin zum Einblasen des ausgeatmeten und/oder ausgehusteten Luftstroms nach dem Einatmen des Tröpfchennebels. Zur Umlenkung dieses Luftstroms, hier durch den Pfeil 116 angedeutet, ist zwischen dem Ansaugrohr 107 und dem Ende der Einrichtung 126, über das der erzeugte Tröpfchennebel 100 in die Einrichtung 126 einströmt, ein Rückschlagventil 108 vorgesehen. Mittels dieses Rückschlagventils 108 wird der Ausatemluftstrom in ein Auffanggefäß 109 umgeleitet. Dieses Auffanggefäß 109 kann beispielsweise in Form eines handelsüblichen Eppendorf^®-Filtergefäßes ausgestaltet sein, das auf eine entsprechende seitliche Öffnung beziehungsweise einen seitlichen Stutzen 110 des Ansaugrohres 107 aufgesteckt werden kann. In dieser bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Auffanggefäß 109 einen Filter 111, insbesondere eine Filterfritte, beispielsweise aus Siliziumoxid, an der das ausgeatmete und/oder ausgehustete Material aufgefangen wird. Um keinen maßgeblichen Gegendruck bei dem Einblasen der Ausatemluft in die Einrichtung 126 zu erzeugen, ist das Auffanggefäß mit einer Ausströmöffnung 112 versehen, über die die eingeblasene Ausatemluft in Pfeilrichtung ausströmen kann. Nachdem der Proband den Tröpfchennebel eingeatmet hat und das ausgeatmete und/oder ausgehustete Material wieder in die Einrichtung 126 eingeblasen wurde, kann das Auffanggefäß 109 mit dem darin enthaltenen Filter 111 in einfacher Weise entnommen werden und insbesondere der Filter 111 für eine weitere Analyse des Materials entnommen und weiterbearbeitet werden.
Die Einrichtung 126 ist mit der Einrichtung (Nebelerzeuger) 114 derart verbunden, dass der erzeugte Tröpfchennebel 100 durch die Einrichtung 126 hindurch strömen kann. Hierfür kann die Einrichtung 126 in die Tröpfchennebelaustrittsöffnung 105 über ein Anschlussstück 113 beispielsweise eingesteckt oder aufgeschraubt werden. Hierfür kann im Bereich der Verbindung eine geeignete Dichtung oder ein Gewinde vorgesehen sein. Das Anschlussstück 113 rückwärtig des Rückschlagventils 108 kann beispielsweise direkt in die Tröpfchennebelaustrittsöffnung 105 eingesteckt werden, wobei hier weitere Dichtmittel vorgesehen sein können, um einen dichten Abschluss zu gewährleisten.
Das Rückschlagventil 108 ist zweckmäßigerweise als einfaches mechanisches Rückschlagventil realisiert, so dass der Tröpfchennebel 100 beziehungsweise das Wassertröpfchen-Luft-Gemisch aus dem Nebelerzeuger 114, der insbesondere von dem Vorratsgefäß 103, dem Ultraschallgeber 101 und gegebenenfalls dem Peltier-Kühlelement 106 gebildet wird, nur angesaugt, aber nicht mehr zurückströmen kann. Derartige Rückschlagventile 108 können beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sein und sind kostengünstig erhältlich.
Für die Vorbereitung der Probennahme kann zunächst die Einrichtung 126 mit dem Einrichtung 114 bzw. dem Vorratsgefäß 103 verbunden werden, bevor die Ankopplung des Ultraschalls und gegebenenfalls der Peltier-Kühlung beispielsweise über eine zusätzliche Wasservorlage als Kopplungsmedium erfolgt. Hierbei können handelsübliche Verneblungsgeräte eingesetzt werden. Der Vorgang mit dem Einatmen des Tröpfchennebels 100 und dem Einblasen des Ausatemstroms in die Einrichtung 126 kann ein- oder mehrmals wiederholt werden. Nach Abschluss der Probennahme kann die gesamte Einrichtung 126 von dem Nebelerzeuger 114 getrennt werden. Das oder die Auffanggefäße 109 können beispielsweise abgebrochen oder ausgedreht werden und das darin enthaltene biologische Material, das gegebenenfalls an dem Filter 111 gebunden sein kann, kann beispielsweise molekularbiologisch analysiert werden, beispielsweise mithilfe von Lab-on-Chip-Analysen.
Wenn die Einrichtung 126 und gegebenenfalls das Vorratsgefäß 103 als Einwegartikel konzipiert sind, kann nach dem Entfernen der Auffanggefäße 109 die gesamte Einrichtung 126 und gegebenenfalls das Vorratsgefäß 103 entsorgt werden, da diese Teile möglicherweise mit Pathogenen kontaminiert sind. Diese Teile können beispielsweise auch mit desinfizierender Lösung zwischengelagert und später entsorgt, beispielsweise verbrannt werden.
Wenn auch das Vorratsgefäß 103 als Einwegartikel konzipiert ist, ist es nicht erforderlich, das Rückschlagventil 108 keimundurchlässig zu gestalten, da eine Kontamination durch den Wegwerfartikel ohnehin ausgeschlossen ist. Daher können insgesamt die Einrichtung 126 und auch das Vorratsgefäß 103 als ein oder mehrere kostengünstige Kunststoffteile gefertigt werden, die keinen erheblichen Kostenfaktor darstellen. Beispielsweise kann das Ansaugrohr 107 mit dem Stutzen 110 und dem Rückschlagventil 108 sowie dem Verbindungsteil 113 als einstückiger Artikel gefertigt werden. Es ist auch möglich, diese Elemente als einstückigen Artikel zusammen mit dem Vorratsgefäß 103 zu kombinieren. Dies macht die Anwendung besonders einfach, da für die Vorbereitung der Probennahme lediglich ein oder mehrere Auffanggefäße 109 auf den oder die Stutzen 110 aufgesteckt werden müssen und das Vorratsgefäß 103 in das entsprechende Ultraschall-/Kühlgerät eingesetzt werden muss.
2 zeigt eine Einrichtung 206 zum Ansaugen des Tröpfchennebels und zum Auffangen des ausgeatmeten/ausgehusteten Materials, wobei die Einrichtung 206 für zwei Auffanggefäße 209 vorgesehen ist. Diese Auffanggefäße 209, jeweils mit einem Filter 211, werden über Stutzen 210, die sich an gegenüberliegenden Seiten des Ansaugrohres 207 befinden, aufgesteckt. In anderen Ausgestaltungen kann statt eines Stutzens eine Sollbruchstelle 210 vorgesehen sein, so dass die Auffanggefäße 209 nach Gebrauch abgebrochen oder abgedreht werden können, um sie einer weiteren Analyse zuzuführen. Im Übrigen ist die Einrichtung 206 vergleichbar mit der Einrichtung 126 aus 1 ausgestaltet, wobei im Inneren der Einrichtung 206 ein Rückschlagventil 208 vorgesehen ist. Mit dem Bereich 213 kann die Einrichtung 206 in eine Tröpfchennebelaustrittsöffnung eines Vorratsgefäßes für die zu vernebelnde Flüssigkeit eines Nebelerzeugers eingesteckt oder aufgeschraubt werden, wobei ein entsprechendes Gewinde vorgesehen sein kann.
Die hier beschriebenen Vorrichtungen dienen zur Gewinnung einer Atemprobe eines Probanden, wobei der in den Vorrichtungen erzeugte Tröpfchennebel, der vorzugsweise eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur hat, eingeatmet wird und mit der Oberfläche der Atemwege des Probanden wechselwirkt, wobei dort befindliches biologisches Material aufgenommen wird und zugleich ein Hustenreiz erzeugt wird, der zum Aushusten der mit Probenmaterial beladenen Wassertröpfchen führt. Durch ein vorgesehenes Rückschlagventil der im Wesentlichen disposablen Vorrichtung wird das ausgeatmete Aerosol zwangsweise durch die vorzugsweise vorgesehenen Filter der Auffanggefäße gelenkt, sodass das biologische Probenmaterial an den Filtern zurückgehalten wird. Die Auffanggefäße mit den so beladenen Filtern können abgetrennt werden und beispielsweise einem molekularbiologischen Analyse- und Diagnoseprozess zugeführt werden, vorzugsweise in Lab-on-Chip-Systemen. Diese Vorrichtungen und Verfahren eignen sich insbesondere zum Screening von bakteriellen Infektionen der Lunge, beispielsweise einem Tuberkulose-Screening. Aber auch andere Erkrankungen der Lunge, beispielsweise systemische Erkrankungen durch Bakterien, Pilze oder Viren oder Tumorerkrankungen können mit diesem Verfahren und den beschriebenen Vorrichtungen diagnostiziert und/oder überwacht werden.

Claims

Verfahren zur Gewinnung einer Atemprobe eines Probanden, dadurch gekennzeichnet, dass der Proband einen Tröpfchennebel (100) einatmet und dass das von dem Probanden daraufhin ausgeatmete und/oder ausgehustete Material als Atemprobe aufgefangen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tröpfchennebel (100) kälter als Umgebungstemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tröpfchennebel (100) mit einem Ultraschallzerstäuber (101) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlung des Tröpfchennebels (100) mittels Eis oder mittels wenigstens eines Peltier-Elements (106) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgeatmete und/oder ausgehustete Material zu wenigstens einem Auffanggefäß (109; 209) geleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgeatmete und/oder ausgehustete Material über einen Filter (111; 211) zur Bindung des Materials geführt wird.
Vorrichtung (10) zur Gewinnung einer Atemprobe eines Probanden, umfassend eine Einrichtung (114) zur Erzeugung eines Tröpfchennebels (100) und eine Einrichtung (126) zum Ansaugen des Tröpfchennebels durch den Probanden und zum Auffangen von ausgeatmetem und/oder ausgehustetem Material.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (114) zur Erzeugung eines Tröpfchennebels (100) ein Vorratsgefäß (103) zur Bevorratung von zu vernebelnder Flüssigkeit (102) und einen Ultraschallgeber (101) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorratsgefäß (103) ein Einwegartikel ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Einrichtung (114) zur Erzeugung eines Tröpfchennebels (100) eine Kühlung (106) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (126; 206) zum Ansaugen und zum Auffangen wenigstens ein Rückschlagventil (108) und wenigstens ein Auffanggefäß (109; 209) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Auffanggefäß (109; 209) wenigstens einen Filter (111; 211) zur Bindung des ausgeatmeten und/oder ausgehusteten Materials umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (111; 211) eine SiO₂-Fritte ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (111; 211) ein poröses Teflonmaterial, insbesondere eine poröse Teflonfolie, umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (126; 206) zum Ansaugen und zum Auffangen aus einem oder mehreren Einwegartikeln besteht.