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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sammeleinrichtung zum Sammeln von Atemluftkondensat, ein Verfahren zum Sammeln von Atemluftkondensat mittels derselben sowie auf ein elektronisches Steuergerät, gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Stand der Technik
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Ausgeatmete Luft enthält verschiedene medizinische und insbesondere diagnostisch interessante Substanzen, so genannte Biomarker. Proben ausgeatmeter Luft können beispielsweise für die Grundlagenforschung und für diagnostische Zwecke analysiert werden. Dabei kann sowohl der gasförmige Anteil untersucht werden als auch die aus der Lunge stammenden Aerosole und das Atemkondensat. So wird beispielsweise der Stickstoffmonoxidgehalt als flüchtige Substanz in der Ausatemluft untersucht, um Entzündungsprozesse oder chronische pulmonale Erkrankungen wie zum Beispiel Asthma erkennen zu können. Gegenstand von Untersuchungen der gasförmigen Bestandteile des ausgeatmeten Lungenvolumens sind weiterhin beispielsweise CO2, O3, H2O2 und volatile organische Komponenten (engl.: volatile organic compounds, VOCs), oder größere Moleküle wie Desoxyribonukleinsäuren (DNA), Ribonukleinsäuren (RNA), Peptide oder Proteine, die in der Regel mit einer Hydrathülle umgeben sind und häufig in Aerosolen ausgeatmet werden.
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Es sind Geräte zur Gewinnung flüssiger Proben aus der Atemluft bekannt, die als Kühlfallen arbeiten und Atemkondensat durch Abkühlen der gesättigten ausgeatmeten Luft unter den Taupunkt erzeugen, welches sich dann als Kondensat-Tröpfchen in einem Behälter niederschlägt.
Hierbei ist die Effizienz der Sammlung des Atemkondensats häufig gering, was eine langwierige und schlecht reproduzierbare Probensammlung zur Folge hat.
Die gewonnenen Proben enthalten zudem durch die Verdünnung aufgrund der hohen Luftfeuchte des Atems eine sehr geringe Konzentration an Biomarkern, was die Analyse des gewonnenen Konzentrats erschwert.
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Ein System zum Sammeln von Atemluftaerosolen und Atemluftkondensaten (exhaled breath aerosoles and condensates; EBAC) wird in der
WO 2007/087625 A2 beschrieben. Hier wird EBAC in einem gekühlten konisch zulaufenden Kondensationselement gesammelt.
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Offenbarung der Erfindung
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Demgegenüber wird erfindungsgemäß eine Sammeleinrichtung zum Sammeln von Atemluftkondensat, ein Verfahren zum Sammeln von Atemluftkondensat mittels derselben sowie ein elektronisches Steuergerät mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Patentansprüchen bereitgestellt.
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Erfindungsgemäß wird eine Sammeleinrichtung zum Sammeln von Atemluftkondensat aus einem Atemluftstrom ausgeatmeter Luft umfassend, einen Auslasspfad und eine erste Sammeleinheit zur Verfügung gestellt, wobei die erste Sammeleinheit ein Sammelmittel umfasst, und wobei das Sammelmittel ausgebildet ist, Wasser und darin enthaltene Biomoleküle zu binden. Der besondere Vorteil einer entsprechenden Sammeleinrichtung ist, dass die Sammlung von Atemkondensat sehr effizient erfolgt. In der Sammeleinrichtung wird dem Luftstrom ein Großteil der Feuchtigkeit entzogen und an das Sammelmittel gebunden. Zudem werden auch die gesuchten Biomoleküle an das Sammelmittel gebunden. Von diesem können die Biomoleküle anschließend einfach extrahiert und eluiert werden, wodurch sie einer Analyse schnell und einfach zugänglich sind. Zudem wird so das Problem der Verdünnung der Biomarker in der Atemprobe aufgrund der hohen Luftfeuchte des Atems entgangen, sodass die Analyse der Biomarker nicht durch einen hohen Verdünnungsgrad erschwert ist. Optional umfasst die Sammeleinrichtung zudem ein Mundstück, in welches der Atemluftstrom ausgeatmet wird.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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So ist es von Vorteil, wenn das Sammelmittel der ersten Sammeleinheit im Wesentlichen kugelförmige Bestandteile mit einem Durchmesser zwischen 0,05 mm und 2 mm, und insbesondere zwischen 0,1 mm und 0,5 mm, umfasst.
Je kleiner die, insbesondere im Wesentlichen kugelförmigen, Bestandteile des Sammelmittels, desto kleiner sind die Zwischenräume für die Luftströmung und umso größer ist der Atemwiderstand. Je nachdem ob der Ausatemvorgang in die Sammeleinrichtung aus eigener Kraft erfolgt oder durch eine Pumpe, wie unten beschrieben, unterstützt wird, kann das Sammelmittel in geeigneter Weise portioniert und dosiert werden.
Bei einem Durchmesser der kugelförmigen Bestandteile des Sammelmittels zwischen 0,05 mm und 2mm wird eine effiziente Durchströmung der Oberfläche des Sammelmittels, und somit eine gute Sammeleffizienz der Biomoleküle erreicht und gleichzeitig ist der durch das Sammelmittel erzeugte Atemwiderstand nicht zu groß. Dabei hängt der Atemwiderstand neben dem Durchmesser der kugelförmigen Bestandteile auch von der Menge und der Strömungsführung ab. Wird die Sammeleinheit eher röhrenförmig mit einem kleinen Querschnitt im Vergleich zur länge gestaltet, kann der größere Widerstand entweder durch einen größeren Durchmesser ausgeglichen werden oder durch Unterstützung mittels einer Pumpe.
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Desweiteren ist es vorteilhaft, wenn das Sammelmittel der ersten Sammeleinheit eine Porosität von 5% - 60%, und bevorzugt von 5% - 20% aufweist. Eine derartige Porosität erlaubt die Einlagerung einer hohen Anzahl an Wasser- und Biomolekülen, sodass das Atemgaskondensat gebunden ist und die Elution und Analyse der Biomoleküle effizient erfolgen kann und nicht durch eine Verdünnung durch das Kondensat erschwert ist.
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Von Vorteil sind beispielsweise Durchmesser der Poren des Sammelmittels der ersten Sammeleinheit von 4-10 nm, da so die Oberfläche des Sammelmittels maximiert ist und die Poren in einer ähnlichen Größenordnung wie die zu fangenden Biomoleküle sind.
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Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn als Sammelmittel der ersten Sammeleinheit ein hygroskopisches Mittel ist.
Unter einem hygroskopischen Mittel wird ein Stoff versanden, welcher aktiv Wasser anziehen und binden kann. Hygroskopische Substanzen entziehen
auch Feuchtigkeit in Form von Dampf aus der Umgebungsluft und finden deshalb häufig auch als Trockenmittel Verwendung. In der Regel geht mit der Bindung von Wasser eine chemische Reaktion einher.
Vorteilhaft bei der Verwendung eines hygroskopischen Mittels als Sammelmittel
ist, dass dieses das Wasser und die darin enthaltenen Bio-Moleküle aus einem Atemluftstrom ausgeatmeter Luft effektiv bindet.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das hygroskopische Mittel Silica und/oder ein Zeolith ist. Silica oder Zeolithe binden beispielsweise DNA oder RNA sehr effizient. Zudem ist der Transfer der durch Silica oder Zeolithe gebundenen DNA oder RNA aus dem Sammelmittel bis zur Analyse sehr einfach.
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Silicagel, auch Kieselgel genannt, ist eine poröse Form von Siliziumdioxid, mit einer großen inneren Oberfläche.
Die freien -OH Gruppen an der Oberfläche des Kieselgels machen es polar und binden bevorzugt polare Moleküle mithilfe von Wasserstoffbrückenbindungen.
Der Vorteil der Verwendung von Silica ist deren besonders hohe Kapazität zur Aufnahme von Wassermolekühlen.
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Zeolithe sind poröse Aluminosilikate mit einer Gerüststruktur aus AlO4 -- und SiO4-Tetraedern, die ein kovalentes Gitter mit Hohlräumen ausbilden, in die Wasser eingelagert werden kann.
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Im Fall von Zeolithen ist die Aufnahme von Wasser eine exotherme Reaktion und führt zur Hydratation der Kationen in der anionischen Gerüststruktur. Der Vorteil der Verwendung eines Zeoliths ist dessen hohe Aufnahmefähigkeit von Wassermolekülen und große Stabilität in wässrigen Lösungen, was beispielsweise Vorteile bei der Extraktion der gebundenen Biomoleküle bietet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Sammeleinrichtung einen Durchflussmesser, insbesondere ein Spirometer, welcher im Gaspfad in Richtung der ersten Sammeleinheit, insbesondere unmittelbar, vor dieser angeordnet ist.
Ein Durchflussmesser ermöglicht die Messung des Luftmassenstroms oder des Luftvolumenstroms. Vorteilhaft hierbei ist, dass das in der ersten Sammeleinheit gesammelte Atemluftkondensat beispielsweise mit dem Atemvolumen korreliert werden kann.
Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn ein elektronisches Steuergerät eingerichtet ist, um eine Pumpe in Abhängigkeit von Sensordaten des Durchflussmessers zu steuern oder zu regeln.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung umfasst die Sammeleinrichtung eine zweite Sammeleinheit, welche einen Fliehkraftabscheider bildet. Hierbei sind die erste und die zweite Sammeleinheit über einen Gaspfad miteinander verbunden. Der Fliehkraftabscheider ist der ersten Sammeleinheit insbesondere unmittelbar vorgelagert.
Vorteilhaft hierbei ist, dass durch diese Anordnung mit einer Reihenschaltung von Fliehkraftabscheider und erster Sammeleinheit die von einem Proband ausgeatmete Atemluft derart aufbereitet werden kann, dass sowohl die enthaltenen Aerosole als auch Atemluftkondensate mit hoher Ausbeute gesammelt werden können, wodurch eine ausreichend hohe Menge an Biomarkern für eine Analyse bereitgestellt werden kann.
Funktionsweise und Ausgestaltung des Fliehkraftabscheiders können beispielsweise wie in
DE 10 2018 215 795 A1 realisiert sein.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Auslasspfad und/oder die erste Sammeleinheit und/oder die zweite Sammeleinheit eine Kühlvorrichtung aufweist. Hierzu können der Auslasspfad und/oder die erste Sammeleinheit und/oder die zweite Sammeleinheit mittels eines, beispielsweise mit einem Gel gefüllten Kühlkissen oder mittels eines beispielsweise metallischen Kühlrohrs umhüllt sein. Alternativ wird die Kühlwirkung durch Einbetten der Sammeleinrichtung in Eiswasser oder Kältemittel erzeugt. Vorteilhaft hierbei ist, dass so die Kondensation des Atemluftstroms in dem gekühlten Bauteil erhöht wird und somit die Sammeleffizienz des Wassers und der darin enthaltenen, zu untersuchenden Biomoleküle. Zudem wird entstandene Kondensationswärme über die Kühlvorrichtung abgeführt, die möglicherweise zu einer Beschädigung der Biomoleküle führen könnte, wodurch die Biomoleküle geschützt sind.
Zusätzlich oder alternativ kann der Auslasspfad zu diesem Zweck verlängert werden.
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In einer vorteilhaften Ausführung umfasst die Sammeleinrichtung zumindest einen Temperatursensor, wobei der Temperatursensor derart angeordnet ist, dass er die Temperatur des Auslasspfads, der ersten Sammeleinheit und/oder der zweiten Sammeleinheit misst. Ein elektronisches Steuergerät ist eingerichtet, um die Kühlvorrichtung in Abhängigkeit von Sensordaten des Temperatursensors zu steuern und/oder zu regeln.
Vorteilhaft hierbei ist, dass ein erneutes Verdunsten gefangener Aerosole und Kondensate verhindert wird. Indem die Kühlung erst am gewünschten Ort, beispielsweise dem Auslasspfad oder der ersten oder zweiten Sammeleinheit erfolgt, wird verhindert, dass Probenverluste durch eine ungewünschte Kondensation in Bauteilen der Sammeleinrichtung, wie beispielswiese dem Mundstück oder bestimmten Verbindungsstücken der Sammeleinrichtung erfolgen.
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In einer weiteren vorteilhafte Ausführungsform umfasst die Sammeleinrichtung zumindest einen Drucksensor und zumindest eine Pumpe. Der Drucksensor ist zwischen einschließlich einem optionalen Mundstück und der ersten Sammeleinheit angeordnet. Ein elektronisches Steuergerät ist eingerichtet ist, die Pumpe in Abhängigkeit von Sensordaten des Drucksensors zu steuern und/oder zu regeln. Dies bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich. Zum einen ist es auf diese Weise möglich, den Ausatemvorgang zu standarisieren und diesen somit reproduzierbar zu gestalten, sodass dieser zwischen verschiedenen Probanden vergleichbar ist. Zum anderen wird der Ausatemvorgang unterstützt, indem der durch das Sammelmittel der Sammeleinheit hervorgerufene Atemwiderstand durch die Unterstützung mittels der Pumpe kompensiert bzw. gesenkt wird. Der Atemwiderstand kann vorteilhafterweise auf einen vorgegebenen Fluss bzw. Bereich eines Flusses eingeregelt werden. Dies erlaubt auch den Einsatz einer größeren Menge an Sammelmittel, das sonst einen zu großen Widerstand beim Ausatmen erzeugen würde.
Mittels einer gemessenen Druckänderung kann der Beginn eines Ausatemvorgangs eines Probands erkannt werden und die Pumpe daraufhin gestartet werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die zu sammelnden Biomoleküle DNA, RNA, Peptide und/oder Proteine.
Mittels DNA oder Marker-Proteinen als Biomoleküle können zweifelsfrei beispielsweise virale oder bakterielle Erreger, sowie Pilzinfektionen identifiziert werden.
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Der Strömungsquerschnitt der ersten Sammeleinheit und die Beschaffenheit des Sammelmittels, insbesondere das Material des Sammelmittels, die Größe der Bestandteile des Sammelmittels, deren Porengröße sowie Porenanzahl können so aufeinander abgestimmt werden, dass die Sammeleffizienz für die jeweils gesuchte Art von Biomolekül optimiert ist.
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Das optionale Mundstück und die erste Sammeleinheit sind vorzugsweise in abnehmbaren Einwegelementen der Sammeleinrichtung angeordnet. Indem für jede Probennahme neue Einwegelemente in die Sammeleinrichtung eingesetzt werden, kann eine Querkontamination von Proben untereinander vermieden werden. Weitere Komponenten wie beispielsweise die Pumpe, müssen hingegen nicht für jede Probennahme ausgetauscht werden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Sammeln von Atemluftkondensat aus einem Atemluftstrom ausgeatmeter Luft mittels einer Sammeleinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit nachfolgenden Schritten:
- a) Einblasen eines Atemluftstroms ausgeatmeter Luft in die Sammeleinrichtung, beispielsweise über ein Mundstück. Hierzu schließt der Proband die Lippen um das Mundstück und atmet gleichmäßig in dieses ein. Der Atemluftstroms wird dann durch einen Auslasspfad geführt. Der Auslasspfad kann vorgekühlt sein und/oder gekühlt werden, beispielsweise mittels einer Kühlvorrichtung in Form eines diesen umhüllenden Kühlrohrs oder Kühlkissens.
- b) Führen des Atemluftstroms in eine erste Sammeleinheit, welche ein Sammelmittel umfasst und Binden des Wassers aus dem Atemluftkondensat des Atemluftstroms und den darin enthaltenen Biomolekülen durch das Sammelmittel. Dem Atemluftstrom wird zumindest ein Großteil der Feuchtigkeit entzogen und an das Sammelmittel gebunden, insbesondere bis dieses gesättigt ist und keine weitere Feuchtigkeit mehr aufnehmen kann. Die Sammeleinheit kann hierbei vorgekühlt sein und/oder gekühlt werden, beispielsweise mittels einer Kühlvorrichtung in Form eines diese umhüllenden Kühlrohrs oder Kühlkissens
- c) Entnahme des Sammelmittels aus der Sammeleinrichtung und Extraktion der darin gebundenen Biomoleküle.
Lediglich das Sammelmittel oder die Sammeleinheit mit dem Sammelmittel kann aus der Sammeleinrichtung entnommen werden und beispielsweise bis zur weiteren Verwendung tiefgefroren werden.
Zur Extraktion der Biomoleküle werden diese durch Zugabe einer geeigneten Pufferlösung eluiert. Ist das Sammelmittel beispielsweise Silica und das zu sammelnde Biomolekül DNA, so kann die DNA zunächst mit einer Lösung mit chaotropen Salzen bei einem saurem pH-Wert aufgereinigt werden, bevor sie mit einer leicht basischen Lösung mit Tris(hydroxymethyl)aminomethan-Puffer (Tris-Puffer) mit Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) eluiert wird. Es folgen Schritte zur Aufkonzentration und Isolation der DNA.
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Der besondere Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass durch die Bindung der gesuchten bzw. zu analysierenden Biomoleküle an das Sammelmittel eine sehr effiziente Sammlung derselben erfolgt. Vom Sammelmittel können die Biomoleküle anschließend sehr einfach extrahiert und eluiert werden, wodurch sie einer Analyse schnell und einfach zugänglich sind. Zudem wird dem Problem der Verdünnung der Biomarker in der Atemprobe aufgrund der hohen Luftfeuchte des Atems entgangen, sodass die Analyse der Biomarker nicht durch einen hohen Verdünnungsgrad erschwert ist. Zudem erfolgt die Probenentnahme nicht-invasiv, wodurch keine unangenehmen Eingriffe erforderlich sind.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens erfolgt nach Schritt a) und vor Schritt b) folgender Schritt
- a') Führen des Atemluftstroms in eine, insbesondere gekühlte, zweite Sammeleinheit, welche einen Fliehkraftabscheider bildet und zumindest teilweises Kondensieren des Atemluftstroms zu Atemluftkondensat unter Ausnutzung der Fliehkraft.
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Es gelten die oben bereits angeführten Vorteile einer zweiten Sammeleinheit, welche als Fliehkraftabscheider ausgebildet ist.
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Ein dritter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein elektronisches Steuergerät, das eingerichtet ist, um die Pumpe und/oder die Kühlvorrichtung einer erfindungsgemäßen Sammeleinrichtung zu steuern und/oder zu regeln.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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In der Zeichnung sind vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Sammeleinrichtung zum Sammeln von Atemluftkondensat gemäß der vorliegenden Erfindung, umfassend eine Sammeleinheit mit einem Sammelmittel,
- 2: eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Sammeleinrichtung zum Sammeln von Atemluftkondensat gemäß der vorliegenden Erfindung in einer zweiten Ausführungsform, umfassend eine Sammeleinheit mit einem Sammelmittel, und
- 3: eine schematische Darstellung eines Verfahrens mittels einer Sammeleinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform einer Sammeleinrichtung 10 zum Sammeln von Atemluftkondensat aus einem Atemluftstrom ausgeatmeter Luft dargestellt. Die Sammeleinrichtung 10 umfasst ein Mundstück 1, über welches ein Atemluftstrom in die Sammeleinrichtung 10 eingeblasen wird. Das Mundstück 1 ist mit einem T-Stück 2 verbunden, welches innen hohl ausgebildet ist. Hierbei ist das Mundstück 1 auf eine erste Öffnung 22a des T-Stücks 2 aufgestülpt.
Alternativ und nicht in 1 dargestellt, kann das Mundstück 1 auch auf andere Weise mit dem T-Stück 2 verbunden sein. Weiterhin alternativ kann das T-Stück 2 auf eine Weise ausgeformt sein, dass ein Einblasen des Atemluftstrom direkt in dieses erfolgt.
Das T-Stück 2 weist drei Öffnungen 22a, 22b, 22c auf. An der dem Mundstück 1 gegenüberliegenden zweiten Öffnung 22b ist ein Rückschlagventil 3 angeordnet, welches beispielsweise auf das T-Stück aufgesteckt oder aufgeschraubt ist. Durch das Rückschlagventil 3 ist ein Einatmen eines den Luftstrom einblasen Probanden möglich, ohne dass das Mundstück 1 abgesetzt werden muss. Während des Ausatmens blockiert das Rückschlagventil 3 und der Atemluftstrom wird über die dritte Öffnung 22c des T-Stücks 2, in einen Auslasspfad 4 geleitet. Die Abzweigung des T-Stücks 2, welche in den Auslasspfad 4 mündet, ist mittig in einem 90°-Winkel an dem von der ersten Öffnung 22a zur zweiten Öffnung 22b reichenden Bereich des T-Stücks 2 angeordnet. Alternativ und nicht in 1 dargestellt kann die in den Auslasspfad 4 mündende Abzweigung des T-Stücks 2 in einem anderen Winkel ausgebildet sein und/oder nicht mittig angeordnet sein. Über den Auslasspfad 4 gelangt der Atemluftstrom weiter in eine erste Sammeleinheit 5, welche ein Sammelmittel beinhaltet, das Wasser und darin enthaltene Biomoleküle bindet. Die erste Sammeleinheit 5 ist beispielsweise als eine zylinderförmige Kartusche ausgeführt wie in 1 abgebildet. Die erste Sammeleinheit 5 weist beispielsweise einen Durchmesser von 15mm und eine Länge von 40mm auf. Das Sammelmittel ist beispielsweise ein hygroskopisches Mittel, insbesondere Silica und/oder ein Zeolith. Die Bestandteile des Sammelmittels sind beispielsweise im Wesentlichen kugelförmig mit einem Durchmesser zwischen 0,05 mm und 2 mm, und insbesondere zwischen 0,1 mm und 0,5 mm und weisen beispielsweise eine Porosität von 5% - 20% auf. Die Poren des Sammelmittels umfassen beispielsweise 4-10 nm.
In einer nicht in 1 dargestellten vorteilhaften Ausführunsform weist der Auslasspfad 4 und/oder die erste Sammeleinheit 5 und/oder die zweite Sammeleinheit eine Kühlvorrichtung, insbesondere ein diese umhüllendes Kühlrohr und/oder Kühlkissen auf. Hierbei kann ein Temperatursensor derart angeordnet sein, dass er die Temperatur des Auslasspfads 4, der ersten Sammeleinheit 5 und/oder der zweiten Sammeleinheit misst.
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In 2 ist eine zweite Ausführungsform der Sammeleinrichtung 10 zum Sammeln von Atemluftkondensat aus einem Atemluftstrom ausgeatmeter Luft dargestellt.
Die Sammeleinrichtung 10 umfasst ein Mundstück 1, über welches ein Atemluftstrom in die Sammeleinrichtung 10 eingeblasen wird. Das Mundstück 1 ist mit einem ersten Verbindungsstück 8a verbunden, welches innen hohl ausgebildet ist. Alternativ kann das erste Verbindungsstück 8a auf eine Weise ausgeformt sein, dass ein Einblasen des Atemluftstrom direkt in dieses erfolgt.
An dem Verbindungsstück 8a ist ein Drucksensor 13 angeordnet. Vorzugsweise ist ein elektronisches Steuergerät eingerichtet, um eine Pumpe 11 in Abhängigkeit von Sensordaten des Drucksensors 13 zu steuern und/oder zu regeln. Mittels einer gemessenen Druckänderung kann der Beginn eines Ausatemvorgangs eines Probanden erkannt werden und die Pumpe 11 daraufhin gestartet werden.
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Desweiteren ist an dem ersten Verbindungsstück 8a ist ein Rückschlagventil 3 angeordnet, welches ein Einatmen eines den Luftstrom einblasen Probanden möglich macht, ohne dass das Mundstück 1 abgesetzt werden muss. Während des Ausatmens blockiert das Rückschlagventil 3 und der Atemluftstrom wird über das erste Verbindungsstück 8a in eine zweite Sammeleinheit 100 geleitet, welche einen Fliehkraftabscheider bildet. Der Fliehkraftabscheider 100 umfasst ein Sammelgefäß 300, an dessen Außenwand ein erster Temperatursensor 15a angeordnet ist. Das Sammelgefäß 300 ist von einem dieses kühlenden Kühlblock 7 umgeben.
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Vorzugsweise ist ein elektronisches Steuergerät eingerichtet, um den Kühlblock 7 in Abhängigkeit von Sensordaten des Temperatursensors 15a zu steuern und/oder zu regeln. Die in der Atemluft enthaltenen Atemkondensate werden zumindest teilweise in dem Sammelgefäß 300 gesammelt, sodass beispielsweise weitere Analysen mit diesen durchgeführt werden können. Die Funktionsweise und weitere Ausgestaltung des Fliehkraftabscheiders 100 kann beispielsweise wie in
DE 10 2018 215 795 A1 realisiert sein. Über einen Auslasspfad 4, gelangt der Atemluftstrom von der zweiten Sammeleinheit 100 zu der ersten Sammeleinheit 5. Die erste Sammeleinheit 5, welche beispielsweise als Kartusche ausgeformt ist, umfasst ein Sammelmittel 55, welches ausgebildet ist Wasser und darin enthaltene Biomoleküle zu binden. An der Innenwand der ersten Sammeleinheit 5 ist ein zweiter Temperatursensor 15b angeordnet. Alternativ und nicht in
2 dargestellt ist der zweite Temperatursensor 15b an der Außenwand angeordnet. Vorzugsweise ist ein elektronisches Steuergerät eingerichtet, um eine nicht in den Figuren dargestellte Kühlvorrichtung, welche beispielsweise den Auslasspfad 4 und/oder die erste Sammeleinheit 5 kühlt, wie zu
1 beschrieben, in Abhängigkeit von Sensordaten des zweiten Temperatursensors 15b zu steuern und/oder zu regeln. Die Abmessungen der ersten Sammeleinheit 5 sowie die Ausführungen bezüglich des Sammelmittels 55 entsprechen beispielsweise den zu
1 beschriebenen Werten und Beispielen.
Von der ersten Sammeleinheit 5 gelangt der entfeuchtete Atemluftstrom über ein zweites Verbindungsstück 8b, welches innen hohl ausgeführt ist, bis zu einem Filter 14. Vor dem Filter 14 ist ein Durchflussmesser 9, insbesondere ein Spirometer, angeordnet. In einer nicht in
2 dargestellten Ausführungsform ist der Durchflussmesser 9 hinter dem Filter 14 angeordnet. Bevorzugt ist ein elektronisches Steuergerät eingerichtet, um die Pumpe 11 in Abhängigkeit von Sensordaten des Durchflussmessers 9 zu steuern oder zu regeln. Dem Filter 10 schließt sich die Pumpe 11 an, welche insbesondere als pneumatische Pumpe ausgeführt ist. Die Pumpe 11 unterstützt die Ausatmung indem der Atemwiderstand durch die Pumpe 11 verringert oder kompensiert wird. Von der Pumpe 11 gelangt der Atemluftstrom über einen Auslass 12 aus der Sammeleinheit 10 wieder heraus.
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In 3 ist ein Verfahren zum Sammeln von Atemluftkondensat aus einem Atemluftstrom ausgeatmeter Luft mittels der erfindungsgemäßen Sammeleinrichtung 10 dargestellt. In einem Schritt a) wird ein Atemluftstrom ausgeatmeter Luft, beispielsweise über das Mundstück 1, in die Sammeleinrichtung 10 geblasen und durch einen, insbesondere gekühlten Auslasspfad 4 geleitet.
In einem optionalen Schritt a') wird der Atemluftstrom in eine insbesondere gekühlte zweite Sammeleinheit, welche einen Fliehkraftabscheider bildet, geleitet, in welcher der Atemluftstroms zu Atemluftkondensat unter Ausnutzung der Fliehkraft kondensiert.
In einem Schritt b) wird der Atemluftstrom in eine, insbesondere gekühlte, erste Sammeleinheit 5 geleitet, welche ein Sammelmittel umfasst. Das Sammelmittel bindet das Wassers aus dem Atemluftkondensat des Atemluftstroms und die darin enthaltenen Biomoleküle
In einem Schritt c) wird das Sammelmittel aus der ersten Sammeleinheit 5 entnommen und die darin gebundenen Biomoleküle extrahiert, und beispielsweise analysiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2007087625 A2 [0004]
- DE 102018215795 A1 [0017, 0033]
