ES2940098T3 - Un analizador de condensado de aliento - Google Patents

Abstract

Se describe un analizador para recoger y analizar un condensado de aliento. El analizador comprende una carcasa y un dispositivo de cartucho (10). El dispositivo comprende una zona de condensación (12) para condensar el aliento exhalado por un sujeto y medios de enfriamiento conectados operativamente a la zona de condensación (12). el dispositivo incluye regiones discretas adicionales (13) para la deteccion del analito y la medicion del analito. La zona de condensación (12) tiene una salida de fluido que conecta la zona de condensación (12) con las regiones discretas (13). El analizador incluye una boquilla que está provista de una pluralidad de cámaras configuradas para provocar un cambio de 90° en la dirección del aire exhalado para atrapar los aerosoles de saliva. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Un analizador de condensado de aliento

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo para su uso en el análisis del aliento exhalado de mamíferos, especialmente humanos, pero también de animales como caballos, perros, etc. El dispositivo es particularmente para su uso en el análisis del aire alveolar.

Antecedentes de la invención

En una solicitud anterior, EP2173250, asignada a la Solicitante, se describe un dispositivo que permite una recogida eficiente del aliento exhalado, y en particular una recogida con una mínima pérdida de componentes volátiles, lo que introduciría error en los análisis posteriores. Una vez que la muestra de aliento se condensa, queda disponible para su análisis. Sin embargo, el análisis debe realizarse por separado del dispositivo, lo que significa que los componentes de la muestra pueden cambiar mientras tanto, afectando a los resultados obtenidos.

El documento DE199 51 204 de estado de la técnica describe un método para condensar el aliento exhalado hasta obtener un volumen predeterminado de muestra. La muestra así obtenida se traslada de la zona de almacenamiento a una zona de detección. Sin embargo, la metodología incluye un retraso entre la recolección y la detección por lo que cualquier inestabilidad inherente en la muestra afectará las concentraciones finales determinadas. Por ejemplo, la muestra tiene suficiente tiempo para secarse, las especies de vida corta pueden descomponerse y existe el riesgo de contaminación de fuentes externas.

El documento DE 101 37565 aborda los problemas parcialmente a través de la provisión de un casete cerrado para la medición del condensado de aliento. Dentro del dispositivo, se incluyen soluciones tampón y/o soluciones de calibración de sensores. Sin embargo, algunos de los reactivos líquidos usados tienen una vida útil limitada. Además, el operador debe realizar varios pasos manuales, a menudo usando dichos reactivos líquidos, lo que puede provocar retrasos y posibles errores.

US2007/173731 proporciona un dispositivo para recolectar el condensado de aliento en el que el flujo hacia el dispositivo está gobernado por un mecanismo de válvula rotativa de 3 vías, que opera de acuerdo con los datos relacionados con el caudal y la composición del flujo del aliento. El aliento admitido en el dispositivo se condensa en un elemento de condensación, desde el cual una gota condensada cae sobre una cámara de recogida.

El documento US2010/268106 da a conocer un muestreador y un detector de analitos contenidos en el condensado de aliento. La muestra se dirige a lo largo de una pluralidad de caminos en los que puede llevarse a cabo un análisis o proceso particular.

El documento US2008/061238 proporciona un detector para analizar componentes volátiles específicos u absorción infrarroja. La información generada puede transmitirse a un medio de salida adecuado.

El documento US2012/004571 da a conocer un dispositivo para recoger material de aerosoles pulmonares. El dispositivo separa el aliento en diferentes componentes constituyentes, excluyendo los contaminantes sólidos y líquidos de las regiones respiratorias superiores.

Compendio de la invención

En un primer aspecto amplio e independiente, se proporciona un analizador para recoger y analizar un condensado de aliento, comprendiendo el analizador una carcasa, teniendo la carcasa un medio de enfriamiento y, además, reteniendo un dispositivo de cartucho que comprende una zona de condensación para condensar el aliento exhalado. de un sujeto, estando el medio de enfriamiento en relación de enfriamiento con la zona de condensación, el dispositivo incluye una o más regiones discretas adicionales para la detección del analito y la medición del analito, el dispositivo de cartucho comprende además una vía de fluido que conecta la zona de condensación con la o cada una de las regiones discretas, incluyendo la carcasa una boquilla que tiene un puerto de entrada para permitir que un usuario respire en la boquilla, comprendiendo la boquilla uno o más pasajes de fluido para dirigir la respiración que ingresa a la boquilla a la zona de condensación, caracterizada por que la boquilla comprende una válvula de salida, y, interpuesta entre el puerto de entrada y la válvula de salida hay una pluralidad de cámaras para dirigir el flujo de fluido desde el puerto de entrada a la válvula de salida, estando las cámaras configuradas de tal manera que provoquen un cambio de 90° en la dirección del flujo de fluido.

Esta configuración es particularmente ventajosa porque la naturaleza integrada del analizador permite intervenciones mínimas por parte de un operador y, por lo tanto, aumenta la precisión y la fiabilidad del análisis producido y solo se requiere un condensado de aliento exhalado. Esta configuración también minimiza el riesgo de contaminación cruzada o pérdida de muestra. La separación espacial de una región de otra región permite que las regiones se mantengan a diferentes temperaturas y condiciones, y dado que el condensado cuenta con una ruta de flujo natural hacia los canales y las zonas de detección de las regiones discretas, no hay necesidad de interferencia por parte de un operador, eliminando así una de las mayores fuentes de imprecisión: el error del usuario al realizar tareas manuales.

Ventajosamente, el dispositivo de cartucho se puede acoplar de manera desmontable a la carcasa, lo que permite reemplazar un dispositivo de cartucho usado.

La carcasa comprende preferiblemente un medio de calentamiento para calentar una zona de reacción que forma parte del cartucho. El medio de calentamiento está dispuesto además preferentemente en la carcasa o como parte del cartucho. Existe opcionalmente una conexión eléctrica entre la carcasa y el cartucho. Los medios de calentamiento pueden ser un calentador óhmico.

Los medios de calentamiento y enfriamiento permiten tanto la condensación en una película de condensado de aliento como la posterior realización de ensayos enzimáticos sobre la película. Además, el sensor puede calentarse. El calentamiento activo del sensor permite la operación del cartucho en ambientes más fríos que 10 a 15 Celsius.

La carcasa comprende preferiblemente una serie de deflectores para eliminar el aerosol de saliva de una muestra de vapor, de modo que sustancialmente solo el vapor llegue al cartucho. Como alternativa o adicionalmente, se proporcionan opcionalmente uno o más deflectores en el cartucho. Aún más de manera alternativa, se puede proporcionar un solo deflector en cada uno de la carcasa y el cartucho.

La carcasa comprende preferiblemente un sistema de válvulas para proporcionar al menos dos caminos de flujo a través del dispositivo complejo. Por lo tanto, una respiración de exhalación se puede dirigir a través de una primera vía de flujo y una respiración de inhalación se puede dirigir a través de una segunda vía de flujo.

La carcasa y/o el cartucho, y preferiblemente el cartucho, comprende además preferiblemente un sensor de caudal para medir el caudal de respiración.

La carcasa y/o el cartucho, y preferiblemente el cartucho, comprende además preferiblemente un sensor de dióxido de carbono para medir la concentración de dióxido de carbono en el aliento.

La carcasa y/o el cartucho, y preferiblemente el cartucho, comprende además preferiblemente uno o más sensores de humedad. Puede haber más de un sensor de humedad, para detectar la humedad del aliento o del aire ambiente, por ejemplo.

La carcasa y/o el cartucho, y preferentemente el cartucho, comprende además preferentemente un sensor de temperatura para medir la temperatura del aliento.

La carcasa y/o el cartucho, y preferiblemente el cartucho, comprende además preferiblemente un sensor de presión para medir la presión de la respiración durante la exhalación o la inhalación.

Por lo tanto, la carcasa y/o el cartucho miden opcionalmente los parámetros físicos y químicos de la respiración del paciente, incluidos: la tasa de exhalación de la respiración, el contenido de agua de la exhalación de la respiración, la temperatura de la respiración exhalada, los niveles de dióxido de carbono en la respiración exhalada, la presión de la respiración etc.

El analizador puede monitorizar estos diversos sensores y usarlos para brindar retroalimentación al usuario en tiempo real, de modo que el usuario pueda modular su perfil de respiración. Esta retroalimentación se puede dar en varias formas, incluyendo visuales o de audio.

Convenientemente, la carcasa comprende además una interfaz electrónica para proporcionar información desde uno o más sensores a un dispositivo externo y/o para recibir energía eléctrica desde una fuente externa. La interfaz electrónica puede proporcionar información en forma analógica o digital.

Preferiblemente, la carcasa comprende además una unidad de procesamiento de datos. La unidad de procesamiento de datos puede comprender un convertidor de analógico a digital. La carcasa puede comprender además un medio de transmisión para transmitir información o datos a un dispositivo externo. Adicionalmente, se puede incluir un medio de almacenamiento de datos. La carcasa puede comprender una interfaz electrónica para un medio de almacenamiento de datos extraíble.

La carcasa preferiblemente comprende además una salida de audio para proporcionar al usuario comentarios y/o instrucciones para ayudar al usuario a mantener los parámetros de la respiración (como la presión o el caudal o similares) dentro de un rango deseado.

Preferiblemente, la carcasa comprende además un elemento de presentación. El elemento de presentación puede proporcionar al usuario información sobre un ciclo de respiración en tiempo real o casi en tiempo real. El elemento de presentación puede proporcionar al usuario información y/o instrucciones para ayudar al usuario a mantener los parámetros de respiración (tales como la presión o el caudal o similares) dentro de un rango deseado.

Preferiblemente, la zona de condensación tiene una tapa que cubre al menos parcialmente dicha zona de condensación. Esta configuración es particularmente ventajosa porque una tapa parcial ayuda a retener el condensado dentro del analizador y canaliza el condensado de aliento hacia los canales y las zonas de detección. Preferiblemente, el analizador incluye medios de iniciación del análisis para detectar la presencia de un condensado. Esta configuración es particularmente ventajosa porque permite que las funciones para el análisis de un condensado de aliento se lleven a cabo en un solo dispositivo integrado que disminuye cualquier retraso y probabilidad de error asociado con el movimiento de muestras de condensado. Por lo tanto, se proporciona un nivel adicional de control del sistema para producir análisis sin necesidad de que intervenga un operador.

Preferiblemente, la o cada región discreta tiene un volumen específico, lo que permite que las medidas se calculen en base a los volúmenes.

El volumen especificado puede ser de hasta aproximadamente 4 ^l.

Preferiblemente, una o más regiones discretas tienen un volumen específico de manera que existe una zona de detección de analito cuyo volumen es menor que el volumen de condensado de una respiración exhalada. Esto permite la medición de un volumen determinado del condensado de aliento.

Preferiblemente, una superficie de una región discreta incluye un revestimiento superficial, incluyendo dicho revestimiento reactivos para acoplar el condensado y determinar la composición.

Esta configuración es particularmente ventajosa porque significa que no es necesario agregar un reactivo líquido a la muestra, lo que minimiza los errores de dilución y proporciona un dispositivo que tiene una vida útil prolongada y es más fácil de fabricar.

Preferiblemente, el revestimiento superficial tiene un espesor en el rango de entre 1 ^m y 15 ^m.

Preferiblemente, una región discreta incluye un par de electrodos en conexión operativa con una zona de condensación, manteniéndose los electrodos a diferentes potenciales. Más preferiblemente, el potencial entre el par de electrodos es variable. El uso de electrodos permite una determinación precisa del analito y, además, proporciona un medio de análisis de larga duración, lo que permite almacenar un dispositivo durante períodos prolongados sin degradación de la precisión.

Opcionalmente, se añade un reactivo a dicho condensado en una región de preparación discreta adicional.

Esto permite que se preparen dentro del dispositivo productos químicos y reactivos que serían intrínsecamente incompatibles si se formularan juntos o se almacenaran en contacto íntimo, excepto con una separación física adecuada para evitar la interacción, la reacción o la degradación durante la fabricación y el almacenamiento.

Preferiblemente, una o más regiones tienen temperatura controlada.

Esta configuración es particularmente ventajosa porque las diferentes funciones del analizador requieren diferentes temperaturas para funcionar mejor, por lo tanto, las zonas se pueden mantener a la misma temperatura o a diferentes temperaturas y las temperaturas se pueden cambiar durante la operación del dispositivo y la temperatura dentro de un La zona se puede controlar en relación con la temperatura ambiente.

Preferiblemente, los reactivos para el análisis del condensado se cargan en la muestra de condensado durante el paso de la muestra de condensado desde la zona de condensación a una zona de detección. Esto ayuda en la detección y análisis de analitos dentro del condensado.

Preferiblemente, una región discreta tiene un perímetro que oscila entre 2 y 10 mm, y especialmente un perímetro de 5 mm.

Preferiblemente, una región discreta tiene una altura de aproximadamente entre 75 y 750 ^m, y especialmente una altura de 100 ^m.

Una región discreta puede comprender una cámara, estando la cámara encerrada en cinco lados con un sexto lado abierto para que el fluido entre en dicha cámara y para que el aire desplazado escape de la misma.

Se prefiere que el condensado forme una película en lugar de gotitas. Las características descritas de la región ayudan a la formación de una película. Las películas tienen un flujo controlado y eliminan la posibilidad de que quede aire atrapado dentro de la cámara. Opcionalmente, esto se logra mediante la selección de un material de superficie para la zona de condensación que tenga un ángulo de contacto apropiado con el condensado de aliento, y preferiblemente de alrededor de 20°.

Preferiblemente, se pueden recoger y analizar simultáneamente múltiples condensados de aliento, para proporcionar un dispositivo más eficiente.

Opcionalmente, el dispositivo incluye medios de transmisión como un cable, conexión Wi-Fi para permitir que la información sobre el análisis se transmita al procesamiento y visualización, lo que permite que un usuario revise los resultados. Las intervenciones del operador se minimizan aún más, eliminando así una de las mayores fuentes de imprecisión debido a errores del usuario al realizar tareas manuales.

Preferiblemente, cualquier interferencia con los valores determinados se mide y se tiene en cuenta en la señal final.

Esta configuración es particularmente ventajosa porque permite calibrar la señal para producir un resultado preciso y con un número reducido de errores.

Convenientemente, la energía a la zona de condensación se determina permitiendo el cálculo de la tasa de flujo del aire exhalado, o la tasa de condensación de aire exhalado y el volumen total de aire exhalado recogido. Esto tiene una serie de ventajas, ya que se puede determinar la eficiencia del dispositivo para garantizar que permanezca dentro de los parámetros aceptables. Además, el volumen se puede usar para determinar la eficiencia respiratoria del usuario.

Preferiblemente, el analizador comprende además un orificio o canal a través del cual el aire puede escapar del dispositivo de cartucho, dicho orificio o canal conecta una región discreta con la atmósfera, lo que permite que el aire salga del dispositivo y evita que el aire quede atrapado dentro del dispositivo según fluye el condensado de aliento hacia adentro.

El cartucho puede protegerse del contacto directo con el aire ambiente, para evitar en la medida de lo posible la contaminación por condensación del aire ambiente.

El cartucho puede protegerse de la luz ambiental para evitar, en la medida de lo posible, la descomposición de cualquier especie fotoactiva que pueda estar presente en una muestra de aliento.

El dispositivo de cartucho puede adaptarse para que cuando el dispositivo de cartucho haya determinado que se ha recogido suficiente condensado, pueda activar eléctricamente el cartucho y realizar mediciones sobre el condensado de aliento exhalado, determinando así la concentración de analitos dentro del condensado de aliento exhalado.

Opcionalmente, el ensayo se inicia automáticamente cuando se cumple una condición de cartucho lleno, como el cortocircuito eléctrico de dos electrodos por la muestra líquida.

Los analitos se convierten opcionalmente mediante una reacción enzimática en una molécula electroquímicamente activa, que se detecta mediante análisis electroquímico. La formulación enzimática es una formulación soluble que se disuelve en la muestra condensada y la reacción continúa en la fase homogénea. Una reacción electroquímica comienza con la aplicación de un voltaje, la corriente posterior es proporcional al analito de interés.

La conexión eléctrica de un cartucho a una carcasa se realiza a través de una pluralidad de contactos asignados a la detección del ensayo, monitorización de la temperatura, control de la temperatura, inicios automáticos del ensayo o detección electroquímica.

El dispositivo está protegido de la atmósfera ambiental para minimizar la condensación de la humedad ambiental que, de otro modo, confundiría el análisis.

El dispositivo tiene un identificador único que contiene información sobre los detalles de la calibración y cuándo se fabricó el dispositivo. Estos datos pueden ser leídos por el dispositivo lector y utilizados para mejorar la precisión del dispositivo en general.

Cerca del final del llenado de una cámara, el condensado de la película de aliento disuelve parches de sal, la sal es necesaria tanto para fijar el potencial en un electrodo de referencia de plata/cloruro de plata como para proporcionar una muestra de impedancia relativamente baja.

Este diseño significa que no hay manipulación manual de la muestra, la muestra está protegida de la contaminación accidental, se requieren piezas móviles para mover la muestra y la muestra se puede guiar a una cámara sin atrapar aire. Una vez condensada la muestra está en contacto con el cartucho durante el transporte y análisis.

Opcionalmente, la adición de reactivos a un condensado se logra mediante una penúltima disolución de productos químicos en el condensado de aliento durante el paso de la muestra sobre una superficie, o la absorción de la muestra en películas funcionalizadas.

El aliento exhalado se condensa en una superficie funcionalizada, cuya funcionalización está optimizada para maximizar la eficiencia de condensación de una película de aliento, la superficie se ha optimizado y caracterizado sistemáticamente para minimizar la formación de gotas y, en cambio, formar una película en toda la superficie. A diferencia de los dispositivos anteriores en los que se incorpora una cámara microfluídica a la cámara de análisis final sin salida de aire para la expulsión del aire atrapado, en cambio en el presente concepto el aire sale por la misma vía por la que entra el líquido. El líquido se guía inicialmente al fondo de la cámara, por lo que la cámara se llena de abajo hacia arriba y las burbujas de aire no quedan atrapadas.

El dispositivo está diseñado para que se puedan llevar a cabo múltiples pasos químicos y bioquímicos en el condensado, ya sea en paralelo o secuencialmente.

Distintos parches de reactivos se colocan dentro del dispositivo, incluidos: tampones, sales y enzimas.

El condensado de la película de aliento se guía hacia las cámaras de detección de volumen fijo. A medida que la solución ingresa a la cámara, alcanza secuencialmente las enzimas y las sales. La disolución de ambos parches puede ser distinta o superpuesta en el tiempo.

Los analitos específicos de interés para la medición se pueden detectar en la cámara de detección final mediante el uso de moléculas, macromoléculas, iones, etc., incluidos, entre otros, antígenos, anticuerpos, ARN, ADN, proteínas, enzimas, ionóforos, etc. Estas reacciones bioquímicas están diseñadas para dar una señal que es proporcional al analito de interés.

El dispositivo inventivo para recoger el condensado de aliento exhalado y para determinar las sustancias dentro del condensado incluye al menos una zona de condensación y al menos una zona de detección. Las zonas se unen de tal manera que aceleran la transferencia de condensado a la zona de detección mientras se somete a cualquier purificación o mejora de la muestra necesaria.

Hay una disposición fluídica que se estrecha, por lo que la película se recoge en un área grande que se reduce a un área cada vez más pequeña, concentrando así la película en una zona de detección final.

Después de un corto período de tiempo, y una vez que la muestra adecuada llega a la zona de detección, se puede realizar un ensayo o medición en la muestra. El inicio del ensayo puede automatizarse mediante una condición de inicio que puede ser una señal eléctrica producida al aplicar un voltaje entre dos electrodos.

En una realización adicional, la temperatura de la zona de condensación se puede establecer en relación con la temperatura ambiente y la potencia necesaria para mantener la temperatura es tanto indicativa de la tasa de respiración exhalada como de la potencia necesaria en el cambio de fase del gas, vapor y fase de aerosol a la fase de condensado líquido. Muchas reacciones bioquímicas, químicas y de biología molecular son sensibles a la temperatura, por lo que la zona de reacción tiene un calentador integrado, preferiblemente en la parte trasera, para elevar la temperatura por encima de la temperatura ambiente y por encima de la temperatura de la zona de condensación.

El calentamiento activo de la zona de temperatura permite que los ensayos se realicen en ambientes fríos, como establos de caballos, donde las temperaturas pueden estar por debajo de 10 a 15 grados Celsius.

El analizador ha sido cuidadosamente diseñado para ofrecer un analizador cuya operación requiera intervenciones mínimas por parte del operador, eliminando así una de las mayores fuentes de imprecisión debido a errores del usuario al realizar tareas manuales. Además, el analizador ha sido diseñado sin partes móviles. En su lugar, se usa una combinación de buen diseño y ciencia de materiales para enfriar, guiar y preparar la muestra, sin estrategias complejas de bombeo. La película de condensado de aliento está guiada por un diseño fluídico que se estrecha hacia una cámara final. La fuerza impulsora para el flujo de la película de condensado de aliento es proporcionada por una combinación de gravedad, capilaridad y canales estrechados. Además, el analizador puede introducir múltiples reactivos en la muestra, todos los cuales se depositan o empaquetan y almacenan en el dispositivo de manera seca, optimizando así la estabilidad de la vida útil. Todo el analizador, incluido el dispositivo del cartucho, está integrado para que la muestra nunca abandone el dispositivo desde la condensación hasta la detección final, lo que elimina el riesgo de contaminación o pérdida de la muestra. Del mismo modo, se eliminan las preocupaciones sobre la contaminación cruzada entre muestras, ya que todas las partes húmedas se pueden desechar después de cada ensayo.

En funcionamiento, el dispositivo de cartucho está protegido de la humedad ambiental detrás de paredes y válvulas, lo que reduce la condensación de la humedad ambiental que, de otro modo, diluiría y contaminaría la película de condensado de aliento.

La presente invención proporciona una boquilla que comprende un cuerpo de boquilla, que tiene un puerto de entrada y una válvula de salida, y una pluralidad de cámaras interpuestas entre ellos para dirigir el flujo de fluido desde el puerto de entrada a la válvula de salida, estando las cámaras configuradas de esta manera. para causar un cambio de 90° en la dirección del flujo del fluido. Opcionalmente, al menos dos cámaras están separadas por una válvula unidireccional.

La señal recopilada directamente del analito o la medición de interés se puede calibrar en relación con otras señales, que incluyen: temperatura de la zona de detección, conductividad de la muestra, temperatura ambiente, perfil de flujo de aliento, perfil de condensación de aliento, perfil de dióxido de carbono de aliento.

Con muchos sistemas basados en detección, la magnitud de la señal final y la sensibilidad de la señal al analito o la medición de interés pueden ser una variable entre sensores del mismo lote fabricado y de sensores de diferentes lotes fabricados. En el sistema actual, los errores causados por la variabilidad del sensor dentro de los lotes y entre lotes se eliminan mediante la caracterización del dispositivo en el punto de uso y también mediante factores de calibración determinados durante la fabricación del dispositivo. Por último, cualquier cambio en la sensibilidad de los dispositivos debido al envejecimiento se puede calibrar mediante un factor de calibración cuya entrada es la edad del dispositivo.

Breve descripción de los dibujos

La invención se describe ahora con respecto a los dibujos adjuntos que muestran, a modo de ejemplo solamente, realizaciones de un dispositivo colector y analizador de condensación de aliento. En los dibujos:

La Figura 1 ilustra el diseño de un dispositivo;

La Figura 1 a ilustra además la disposición de un dispositivo;

La Figura 1b es otra disposición ilustrativa de un dispositivo;

La Figura 2 ilustra una segunda realización del dispositivo, que incluye tapas para retener la muestra y guiar el flujo dentro del dispositivo;

La Figura 3 ilustra características adicionales de un dispositivo;

La Figura 4 ilustra el diseño de una realización del dispositivo;

La Figura 5 ilustra una vista en primer plano de la disposición de la zona de detección del dispositivo;

La Figura 6 ilustra un ejemplo de reacciones químicas involucradas dentro de la cámara de detección

La Figura 7 ilustra un ejemplo de una realización de un revestimiento de película;

La Figura 8 ilustra una disposición alternativa del dispositivo;

La Figura 9 ilustra una disposición alternativa del dispositivo;

La Figura 10 es un gráfico que muestra datos de ruido sin procesar;

La Figura 11 es un gráfico que muestra picos de ruido eléctrico; y

Las Figuras 12a - 12f ilustran un sistema de válvulas para evitar la entrada de aire ambiental en una muestra condensada.

Descripción detallada del invento

El análisis del aliento exhalado para determinar la disfunción fisiológica en una persona o animal se conoce desde hace muchos años. La presencia o no de componentes de la respiración puede mostrar deficiencias en el organismo, como la función pulmonar o la función celular. Con este fin, se han desarrollado dispositivos que tienen como objetivo recoger el aire exhalado, incluidos los componentes más volátiles, que de otro modo no son capturados y, por lo tanto, escapan al análisis. En muchos dispositivos, la respiración se condensa primero en forma líquida o sólida, que luego se analiza. Sin embargo, existen problemas que deben superarse para obtener un resultado analítico. Muchos dispositivos dejan al usuario con el problema de realizar el análisis. A menudo, la muestra condensada debe transportarse a un lugar alejado de donde se llevó a cabo el análisis. Sin embargo, algunos de los componentes del aliento que deben caracterizarse, como el peróxido de hidrógeno, son intrínsecamente inestables y, por lo tanto, se habrán descompuesto hasta cierto punto antes de que se lleve a cabo cualquier análisis. Aunque se pueden tomar medidas para aliviar este problema, como enfriar la muestra en tránsito y también extrapolar hacia atrás, según el tiempo transcurrido desde que se tomó la muestra, a un valor estimado, estos pasos pueden ser difíciles de llevar a cabo y aumentan los límites de error. para cualquier resultado en particular.

La realización de un análisis in situ, directamente de la toma de muestra, supera en gran medida lo anterior, pero trae consigo los problemas del análisis ya que, sobre todo en el caso de un animal, éste puede estar a distancia de cualquier edificio. Además, será necesario que el analista tenga a mano reactivos calibrados.

La presente invención busca paliar las desventajas anteriores proporcionando un dispositivo portátil que recoge y analiza el aire exhalado.

Para lograr esto, en un aspecto amplio, la invención proporciona un analizador, idealmente portátil, que permite que un usuario respire en el analizador, separando la respiración en primer lugar en una boquilla, en partes componentes para dirigir el aire alveolar desde los pulmones a un dispositivo de cartucho existente en una carcasa del analizador. El dispositivo de cartucho tiene una zona de condensación, o colector, para condensar el aliento que impacta en la zona de condensación y luego transporta una muestra del condensado a un analizador, conectado de forma fluida a la zona de condensación donde se lleva a cabo el análisis usando un elemento analítico de estado sólido. El uso de un elemento de estado sólido elimina la necesidad de calibrar los reactivos líquidos y elimina el riesgo de errores de dilución. Tal analizador también proporciona una vida útil más larga que los dispositivos convencionales y es más fácil de fabricar. Para reducir el número de piezas móviles dentro del analizador y aumentar así la fiabilidad, el condensado se mueve preferiblemente a través del dispositivo de cartucho por acción capilar y también, opcionalmente, utilizando superficies funcionalizadas para aumentar el flujo entre regiones. Idealmente, entre la condensación de la muestra y el análisis no debe transcurrir más de 30 segundos. En una realización, el analizador incluye una carcasa para recibir una boquilla reemplazable y un dispositivo de cartucho.

Más detalladamente, el usuario respira en una boquilla, que normalmente incorpora deflectores para ayudar a la separación de los componentes de la respiración, la respiración sale de la boquilla y la respiración exhalada se condensa en una superficie, opcionalmente funcionalizada de manera que cualquier funcionalización se optimiza para maximizar la eficiencia de la condensación y para maximizar el flujo por gravedad o de otro modo de la fase de condensación desde la zona de condensación al canal fluídico integrado proporcionado. El dispositivo de cartucho está diseñado de tal manera que se pueden llevar a cabo múltiples pasos químicos y bioquímicos en el condensado, ya sea en paralelo o secuencialmente. El diseño del canal proporcionado significa que cuando se utilizan productos químicos y reactivos durante el análisis, estos pueden agregarse secuencialmente a una muestra a medida que la muestra fluye sobre la serie de zonas de reactivos y productos químicos previstas para ello. Esta disposición permite que los reactivos inestables, incluidos aquellos que son inestables en presencia de otros reactivos, se preparen o almacenen muy cerca unos de otros, aunque separados espacialmente para evitar la interacción. Los reactivos y los aditivos de acondicionamiento de muestras se pueden agregar en varios puntos diferentes dentro del dispositivo.

Finalmente, el condensado ingresa a una o más cámaras de detección, cada una con un volumen fijo. Cualquier reactivo restante, que puede incluir proteínas, enzimas, macromoléculas, tensioactivos, iones, etc. necesarios para el análisis, puede estar presente aquí como formulaciones secas móviles o inmovilizadas en una proximidad cercana o intermedia al punto final de análisis. Los analitos específicos de interés pueden detectarse en la cámara de detección final mediante el uso de dichos reactivos, que pueden incluir además antígenos, anticuerpos, ARN, ADN, proteínas, enzimas, etc. Los analitos que se detectarán incluyen, entre otros: glucosa, lactato, cetonas, peróxido de hidrógeno y óxido nítrico y pueden detectarse directa o indirectamente.

La detección se lleva a cabo preferiblemente de forma electroquímica para aumentar la precisión y la reproducibilidad de los resultados. En una realización, se proporcionan dos electrodos paralelos que, cuando no están en uso, están eléctricamente aislados entre sí. En presencia de un líquido entre los electrodos, se produce un cortocircuito suave que produce una señal eléctrica medible, que se puede usar para determinar el nivel de analito. Dicha señal también se puede usar para determinar la llegada de condensado al cartucho y así iniciar otros pasos analíticos.

Los reactivos usados están diseñados para dar una señal que tiene una relación conocida, como ser proporcional, a la concentración del analito de interés. Los reactivos pueden estar presentes en una forma tal como secados en el lugar, de una perla liofilizada o de una película o cualquier otra forma adecuada. La ventaja de usar un reactivo seco es que tales reactivos tienden a ser más estables durante el almacenamiento y es probable que su concentración se conozca con mayor precisión. El reactivo puede ser una película como una mezcla de polímeros que contenga un polímero biológicamente compatible, una molécula macrobiológica o un mediador. Además, también pueden estar presentes otros reactivos como un polímero biológicamente compatible, por ejemplo poliuretano, peroxidasa de rábano picante o un tensioactivo como dodecilsulfato de sodio. Como ejemplos de mediadores, entonces para el análisis de peróxido de hidrógeno en particular, se puede usar ferrocianuro y/o ferricianuro de potasio.

Como ejemplo, ilustrado en la Figura 6, el peróxido de hidrógeno puede detectarse indirectamente con el uso de peroxidasa de rábano picante (HRP). La forma reducida de HRP reacciona inicialmente con el peróxido de hidrógeno para producir una forma oxidada. La forma oxidada reacciona posteriormente con hexacianoferrato de potasio (II) (ferrocianuro de potasio) para producir hexacianoferrato de potasio (III) (ferricianuro de potasio). Luego, el ferricianuro de potasio se detecta mediante el uso de un método electroquímico, como la amperometría, donde la corriente fluye desde un electrodo. La corriente que fluye es proporcional a la concentración del ferricianuro de potasio producido y, por lo tanto, la corriente final está indirectamente relacionada con la concentración inicial de peróxido de hidrógeno en la muestra. Al detectar la especie de ferricianuro, ésta se reduce de nuevo al ferrocianuro.

La temperatura de la zona de condensación se puede establecer en relación con la temperatura ambiente. La potencia necesaria para mantener la diferencia de temperatura se puede utilizar para determinar la tasa de generación de aire exhalado. Para conseguirlo, se monitoriza la potencia necesaria para mantener la temperatura. Como esta es una función de la energía térmica generada por el cambio de fase del aire exhalado a la fase de condensado líquido, la medición de la energía se puede convertir en un volumen de condensado producido.

En una realización preferida, se puede usar un dispositivo Peltier para enfriar la zona de condensación. La temperatura en la cara de la propia zona de enfriamiento puede ser estática o dinámica. En una realización preferida, la temperatura sería de alrededor de 10 °C, aunque se debe tener en cuenta que la temperatura puede cambiar dependiendo de varios parámetros, incluidas las condiciones ambientales. Si se excluye el aire atmosférico como en ciertas realizaciones opcionales del dispositivo, entonces se puede usar una temperatura más baja de alrededor de 5°C.

La naturaleza integrada del analizador producido permite la provisión de un analizador cuyas operaciones requieren intervenciones mínimas de un operador, lo que elimina una fuente de inexactitud de los resultados. Además, la ausencia de piezas móviles en la preparación y análisis de la muestra mejora de nuevo los resultados obtenidos y también proporciona una mayor vida útil al dispositivo. Además, el analizador puede introducir varios reactivos en una muestra, todos los cuales se almacenan dentro del dispositivo de cartucho de manera seca, lo que mejora la vida útil de los reactivos. Finalmente, la muestra bajo análisis no sale del analizador entre el momento de la condensación y la detección final, lo que minimiza el riesgo de contaminación o pérdida de muestra. Además, como los elementos usados como parte del análisis se pueden desechar después de su uso, lo que nuevamente reduce el riesgo de contaminación cruzada. Además, los elementos analíticos del analizador pueden incorporarse en una sección extraíble, como un dispositivo de cartucho, que permite, una vez que los demás elementos del analizador se han limpiado o preparado para su uso, insertar un nuevo cartucho listo para su uso posterior. De este modo, se pueden realizar rápidamente mediciones separadas sobre diferentes sujetos, y se pueden realizar análisis sobre un sujeto, mientras que se obtienen los resultados de un sujeto anterior. De manera alternativa, las mediciones de diferentes exhalaciones realizadas para la misma muestra relativamente cercanas entre sí en el tiempo.

Se anticipa que el volumen de líquido usable dentro de un cartucho es de 5 a 40 gl y preferiblemente de 10 a 30 gl.

En el análisis, la señal generada por el analito o la medición de interés se puede calibrar en relación con otras señales, incluida la temperatura de la zona de detección, la conductividad de la muestra, la temperatura ambiente, etc. Nuevamente, por lo tanto, los errores causados por la variabilidad del sensor dentro de los lotes y entre lotes se elimina a través de la caracterización del analizador en el punto de uso y también por factores determinados durante la fabricación del analizador.

Para eliminar las variaciones en los resultados analíticos realizados con electrodos, debido a las diferentes concentraciones de iones de cloruro en una muestra, entonces se puede formar una concentración de cloruro de electrodo estándar, típicamente una solución saturada, de la muestra. Esto se puede lograr a través del condensado que pasa sobre una superficie o dentro de la cual se ha agregado un cloruro, como el cloruro de sodio. Esto puede ser, por ejemplo, dentro de una capa de gel, desde la cual los iones de cloruro pueden difundirse fácilmente. Por lo tanto, las señales obtenidas de un electrodo se pueden atribuir a un analito de interés, ya que se puede filtrar la respuesta del electrodo debida a la sal.

Las señales del análisis y también del uso de energía del enfriamiento aplicado a la zona de condensación pueden enviarse a un procesador, ya sea conectado al analizador o externo, que luego genera los datos requeridos por el usuario. Además, al realizar un cálculo de balance de masa en el condensado recolectado y el condensado que ingresa a la cámara de detección, el analizador puede calcular la distribución de la muestra en todo el analizador y determinar si un cartucho tiene fugas o está bloqueado, lo que permite realizar controles de calidad. en el analizador.

Con referencia ahora a la Figura 1, esta ilustra una primera realización de un dispositivo o dispositivo de cartucho integrado de recogida y análisis para su uso como parte de un analizador. El dispositivo, generalmente referenciado como 10, está vinculado operativamente a una boquilla (no mostrada aquí) a través de la cual el aire exhalado se dirige a una parte 11 de recolección de aire que tiene una zona 12 de condensación. La zona 12 de condensación está en conexión fluida con la zona 13 de detección en la que puede tener lugar el análisis del fluido respiratorio condensado recogido. Se apreciará que cuando el dispositivo 10 se sujeta de hecho de modo que la zona 12 de condensación esté en la parte superior, entonces el flujo de fluido hacia la zona 13 de detección se facilita por gravedad. Aunque no se ilustra en la Figura 1, la zona 12 de condensación y la zona 13 de detección están conectadas fluidamente por uno o más canales para proporcionar un flujo controlado de fluido. Las dimensiones de un canal son de un orden de magnitud menor que las del dispositivo 10 global aunque las dimensiones de un canal pueden variar dependiendo de la función del canal. Además, las dimensiones de un canal pueden variar a lo largo del canal. En otra realización no ilustrada, el flujo de fluido desde la zona de condensación a la zona de detección se controla por medio de la primera recolección y retención del fluido condensado en una región y, posteriormente, hacer que una parte del fluido recolectado fluya hacia la zona de detección. en alícuotas definidas.

En una realización preferida, las dimensiones generales del dispositivo 10 son 66 mm x 30 mm x 5 mm, como se ilustra en las Figuras 4 y 5. La zona 12 de condensación y la zona 13 de detección son aproximadamente circulares en la realización preferida, aunque pueden tener una forma poligonal. forma. El tamaño se puede variar para adaptarse al uso. La zona 12 de condensación es preferentemente de mayor dimensión del orden de la de todo el dispositivo 10. La zona 13 de detección puede tener un perímetro de aproximadamente entre 2-10 mm y de aproximadamente 5 mm. La altura puede estar aproximadamente entre 75-750 gm y especialmente de 100 gm.

La Figura 1a ilustra las características del dispositivo 10 con más detalle. El aliento se condensa en la zona 12 de condensación y forma una película en su superficie. El fluido condensado sale de la zona de condensación 12 por acción capilar, a través de los canales 18, que conducen el fluido al elemento sensor 19. El elemento 19 sensor, como se muestra, es un contraelectrodo y un electrodo de referencia combinados, aunque en una realización separada, estos pueden ser ubicado por separado. El electrodo 20 de trabajo está alojado como parte de un sensor 21 cerámico. Las almohadillas 22 de contacto eléctrico en el extremo distal del sensor 21 cerámico permiten la conexión eléctrica con los elementos correspondientes en la carcasa del aparato en el que encaja el dispositivo 10 cuando está en uso. Se proporciona una cubierta 23 (Figura 1b) que luego define una cámara microfluídica debajo de la cubierta 23.

Con el fin de ayudar a la alineación correcta del dispositivo 10 dentro de una carcasa, se proporcionan agujeros 24 clave que se acoplan con las proyecciones correspondientes en la carcasa. Además, para facilitar la inserción del dispositivo 10 en la carcasa, el extremo 25 distal del dispositivo 10 tiene forma de cuña. El elemento sensor 19, el sensor cerámico 21 y la cubierta 23 se mantienen en posición con respecto al cuerpo del dispositivo 10a mediante una fijación 26 de resina epoxi, aunque también se pueden utilizar otros medios de fijación, incluidos los mecánicos.

En otra realización preferida, el o cada canal (no ilustrado) tiene un medio para permitir que el aire salga del dispositivo 10, por ejemplo, cuando la muestra fluye hacia un canal. Un ejemplo de los medios puede ser un canal adicional o una abertura a través de la cual puede escapar el aire. Esto evita que el aire quede atrapado dentro del dispositivo 10 a medida que el fluido entra, ya que el aire tiene una ruta por la que puede salir. Un ejemplo de esta realización se muestra en las Figuras 4 y 5.

En una realización alternativa, el dispositivo puede incluir un canal 60 de escape de aire como se ilustra en la Figura 4.

Para condensar el aliento exhalado, que comprende una mezcla de gases y vapores, en un volumen, la zona de condensación 12 está provista de medios de enfriamiento. Los elementos constitutivos de la zona 13 de detección también pueden estar provistos de medios de enfriamiento o calentamiento, cuando sea necesario, para ayudar en el análisis del condensado de aliento. Por ejemplo, cuando un ensayo incorpora una reacción catalizada enzimáticamente, suele ser ventajoso llevar a cabo la reacción a una temperatura corporal normal. Un ejemplo de un calentador que se puede usar para elevar la temperatura de una reacción es una tira conductora, que se puede serigrafiar y asegurar a la parte posterior de un sensor adyacente a una zona de detección. Al pasar una corriente a través de la tira, usando por ejemplo calentamiento óhmico, la temperatura puede controlarse usando un voltaje pulsado a través del calentador.

Además, o o de manera alternativa, también se puede incluir un sensor de termopar, preferiblemente impreso en el sensor para lograr un contacto íntimo con el sensor y dar un valor exacto para la temperatura del sensor. Sin embargo, también se puede usar un sensor de temperatura externo.

Para facilitar la recolección de condensado en una región de la zona 12 de condensación, la zona 12 de condensación puede tener una superficie revestida para dirigir el aliento condensado opcionalmente hacia una región particular de la zona 12 de condensación, cuya región particular puede mantenerse a una temperatura más baja que otras regiones. de la zona 12 de condensación. El revestimiento superficial es preferiblemente de naturaleza hidrofóbica, pero también puede ser o hidrofílico cuando sea adecuado. Además, se puede proporcionar un revestimiento que sea tanto hidrofóbico como lipofóbico de modo que tanto los aceites como el agua se escurran fácilmente de la superficie. Dichos revestimientos pueden ser los conocidos en la técnica, como los polímeros perfluorados, por ejemplo, los comercializados con el nombre comercial Teflon (RTM). Cuando se seca, el grosor del recubrimiento puede estar en el rango de 1 gm a 15 gm. El recubrimiento puede hincharse a un mayor espesor cuando entra en contacto con la muestra.

La Figura 7 muestra un ejemplo de recubrimiento por una película de área circular. En esta realización, el área circular cubierta por el revestimiento de película tiene una altura de 5 gm.

Una o ambas de la zona 12 de condensación o la zona 13 de detección (ver Figura 2) pueden estar cubiertas al menos parcialmente por una tapa 14 o 15 respectivamente. En la Figura 2, se muestra una tapa 14, ubicada alrededor del perímetro de la zona 12 de condensación, cuya tapa 14 actúa para retener el condensado dentro de la zona 12 de condensación. La tapa 14, que cubre parcialmente la zona 12 de condensación, también actúa para minimizar el flujo de salida de aliento de la parte 11 de recolección, y restringe la pérdida de aliento que no se condensa inmediatamente al contacto con la zona 12 de condensación. El área abierta entre las regiones perimetrales permite que el aliento exhalado alcance la superficie de la zona 12 de condensación.

La tapa 15, situada sobre las cámaras de detección de la zona 13 de detección y los canales, permite controlar el volumen y retener la muestra, al mismo tiempo que promueve la absorción de la muestra hacia y a lo largo de un canal o canales. El volumen de la muestra se mantiene pequeño mediante el uso de la tapa para facilitar el análisis, la tapa también elimina el flujo turbulento y la mezcla.

La Figura 3 ilustra un dispositivo 30 de cartucho, que tiene una zona 31 de preparación de muestra adicional, en la que se pueden agregar reactivos iniciales u otros modificadores a la muestra para facilitar el análisis en la zona 32 de detección. La pureza de la muestra también se puede determinar antes de la muestra pasa a través de la zona 32 de detección y hacia la región 33 de análisis.

Las cámaras de detección están opcionalmente conectadas operativamente a un sensor de muestra que determina si hay una muestra presente. Además, también se puede determinar el nivel de muestra dentro de una cámara de detección. Una vez que se alcanza un nivel preestablecido, el sensor de nivel transmite una señal para que el ensayo comience automáticamente sin intervención del operador. Esto reduce el tiempo en el que comienza el análisis.

Las Figuras 8 y 9 muestran realizaciones alternativas en las que las zonas 42, 52 de detección pueden disponerse dentro del dispositivo 40, 50 paralelas entre sí debajo de la zona 41,51 de condensación (Figura 8) o secuencialmente (Figura 9).

Las Figuras 10 y 11 muestran cómo la interferencia de varias fuentes, tanto conocidas como desconocidas, puede distorsionar la señal producida. En la realización preferida, el lector identificará primero los picos dentro de la señal sin procesar y la contribución de los picos se eliminará de la señal sin procesar antes de que se calcule la concentración del analito.

En una realización alternativa de un dispositivo, no ilustrada, el dispositivo incluye medios de control para gobernar el paso del fluido condensado desde la zona de condensación a la zona de detección. Esto permite mover la respiración condensada para su análisis de una manera conocida y controlada.

Como ejemplo, la respiración se puede recoger con el dispositivo orientado de manera que la zona de condensación y, en particular, la conexión de fluido entre la zona de condensación y la zona de detección tengan una orientación no vertical, tal vez horizontal, de modo que el fluido fluya con relativa lentitud o tal vez de manera desigual. Entonces, el cartucho se puede girar a mano, pero opcionalmente mecánicamente para proporcionar una orientación vertical. Este proceso puede hacerse automático porque un sensor, ubicado en un dispositivo de cartucho o en la carcasa que determina la presencia de una muestra, hace que se envíe una señal al cartucho, activando los medios de rotación a la orientación requerida. El sensor se puede vincular a través de un procesador a un nivel de burbuja o similar para que se conozca la orientación actual del cartucho y la conexión del fluido.

De manera adicional o alternativa, se pueden incluir medios de vibración para provocar el movimiento del fluido en la zona de condensación por vibración de la zona de condensación.

En otra realización alternativa, se incluyen medios para evitar que la saliva de un sujeto llegue a la zona de condensación y contamine así la muestra de aliento. Se sabe que la saliva tiene un contenido de peróxido de hidrógeno de 10 a 100 veces mayor que el presente en el aire de los pulmones. Tal medio de prevención debe ser tal que no interfiera con la respiración normal del sujeto, a menudo denominada técnica de Respiración Tidal. Una opción de los medios de prevención comprende un camino enrevesado y, opcionalmente, una o más válvulas. Los medios de prevención se pueden juntar en una carcasa común con el dispositivo 10, de modo que el aliento que sale de los medios de prevención se dirija a la zona 12 de condensación. Los medios de prevención, normalmente formados en una boquilla en la que respira un paciente, son preferiblemente reemplazables una vez usados, para mejorar la higiene y precisión del analizador.

En otra realización más, también se pueden incluir medios para evitar que la humedad del aire ambiente se condense en la zona de condensación y contamine la muestra, principalmente por dilución, y posiblemente también mediante la introducción de contaminantes transportados por el aire. Esto se ilustra en las Figuras 12.

Una de las posibles fuentes de contaminación del condensado de aire exhalado es la condensación coincidente de la humedad del aire ambiente, que será un proceso descontrolado que provocará concentraciones de peróxido de hidrógeno descontroladas. El sistema de válvulas que se ilustra en las Figuras 12a - 12f evita que el aire ambiente llegue fácilmente al enfriador Peltier y se condense dentro del cartucho. Adicionalmente, la boquilla 120 permite el uso efectivo de accesorios a usar en caso de requerirse, tales como: trampas de saliva, filtros, limitadores de flujo y pinzas nasales. Por lo tanto, el analizador se puede usar en varios modos de funcionamiento dependiendo de si o qué accesorios se usan.

El uso de válvulas y deflectores asegura que la mayor parte del aire exhalado sea forzado a pasar cerca de la zona de condensación enfriada del cartucho, asegurando una buena eficiencia en la condensación del vapor exhalado. La boquilla con válvula puede tener una o más cámaras en su interior, con cámaras conectadas directamente o conectadas a través de una válvula. En la realización descrita hay tres cámaras, con una válvula entre la Cámara Uno 121 y la Cámara Dos 122, mientras que la Cámara Dos 122 y la Cámara Tres 123 están en contacto directo. En la realización ilustrada, la boquilla 120 está destinada a ser asegurada, en uso, a una carcasa por medio de lengüetas 128 externas.

La lógica de las válvulas es que todas las válvulas normalmente están cerradas cuando el analizador no está en funcionamiento. Tras la inhalación, la Válvula Tres 126 se abre, mientras que la Válvula Uno 124 y la Válvula Dos 125 permanecen cerradas. Al exhalar, la Válvula Tres 126 se cierra y las Válvulas Dos 125 y Una 124 se abren. El analizador proporciona el análisis inmediato de los analitos condensados del aliento exhalado, donde el aire ambiente está excluido del cartucho detrás de una o más válvulas normalmente cerradas. El dispositivo que dirige el aire a los pulmones y desde los pulmones al cartucho puede tener una o más cámaras dispuestas en serie o en paralelo.

En uso, por lo tanto, un usuario asegura la boquilla 120 a una carcasa, a través de medios de fijación adecuados. Se proporcionan medios para garantizar que la boquilla 120 esté firmemente en su posición y que la Válvula Uno 124 esté en conexión fluida con la zona 12 de condensación. El analizador se activa y un usuario coloca su boca sobre el puerto 127 de entrada y comienza a respirar normalmente. El aliento exhalado pasa a través de las cámaras 121, 122, 123 respectivamente. El cambio de dirección de alrededor de 90° en la respiración que ingresa a través de la Válvula Dos 125 y sale de la boquilla a través de la Válvula Uno 124 asegura que el material no deseado exhalado por el usuario o que sale de la boca del usuario no llegue al dispositivo 10 de cartucho.

Como ejemplo de válvulas adecuadas para la presente invención, se pueden citar las válvulas de diafragma. Las válvulas de diafragma se usan de tal manera que cuando un usuario está inhalando una válvula se abre para permitir la entrada de aire, mientras que la otra está cerrada. Al exhalar, el estado de la válvula se invierte.

El analizador está diseñado para asegurar la condensación eficiente del vapor de aliento dirigiendo el aliento exhalado a través de la superficie de la zona de condensación del cartucho. Las cámaras se pueden conectar entre sí directamente o mediante válvulas. Durante el ciclo de respiración, el flujo de aire se controla para permitir que entre aire en los pulmones, sin exponer el cartucho al aire ambiente; posteriormente, al exhalar, el aliento exhalado se conduce a lo largo de un camino donde el aliento pasa sobre la zona fría antes de ventilarse al ambiente. El uso juicioso de las válvulas significa que se evita que el aire ambiente llegue directamente al cartucho cuando el analizador está operativo o no, con la lógica de las válvulas como se muestra en la Tabla 1. Además, el analizador tiene uno o más puertos que permiten intercambio de aire/gas entre el usuario, el aire ambiente y el aire dentro del analizador y el dispositivo. Estos puertos se pueden usar junto con accesorios que incluyen trampas de saliva, constrictores de flujo y filtros, etc., lo que permite varios modos de acción. Por último, el analizador se puede usar junto con un medio para evitar el flujo de aire a través de las fosas nasales del usuario para forzar un modo de respiración en el que el aire pasa solo por la boca.

Tabla 1

En otra realización más del analizador, el caudal de respiración exhalada puede controlarse, lo que permite que un usuario o un individuo supervisor permita el control del caudal o emita una guía. Por lo tanto, los medios sensores para el caudal pueden estar incluidos dentro del dispositivo. De este modo, el sensor transmite datos en tiempo real, que pueden proporcionar información visual o de audio, de modo que la frecuencia respiratoria se pueda ajustar para permanecer dentro de los límites aceptables. Además, la frecuencia respiratoria se puede utilizar como parte de la determinación del diagnóstico.

Un analizador ejemplar puede tener los siguientes tres modos de operación:

Modo uno: analizar el estado de un sujeto a partir de una o más señales en tiempo real, que incluyen: niveles de dióxido de carbono de exhalación de respiración, caudal de respiración, contenido de agua de respiración, presión de respiración, temperatura de respiración; una o más de estas señales se utilizan para determinar el estado del usuario y/o su funcionalidad pulmonar.

Modo dos: analizar el estado de un sujeto a partir de un condensado de aliento exhalado recolectado, esta medición se puede corregir para parámetros como el perfil de exhalación de aliento, el contenido de agua de aliento, los niveles de dióxido de carbono de aliento, etc. Por ejemplo, la señal de dióxido de carbono se puede usar para calcular el concentración de analito fraccionada de la concentración de analito medida.

Modo tres: analizar el estado de un sujeto combinando los dos modos descritos anteriormente, de modo que se pueda informar un condensado de aliento dentro del contexto del perfil general de aliento exhalado y el análisis de gas de aliento.

En otra realización a modo de ejemplo, una boquilla emplea una disposición de deflectores para minimizar la posibilidad de que el aerosol de la boca llegue a la zona de condensación. En una disposición, el aire que entra en la boquilla se encuentra con un primer deflector que carga la velocidad del aire en alrededor de 90°. Luego, un segundo deflector provoca un cambio de dirección de aproximadamente 180°. De esta manera, las gotas grandes de la boca caen fuera del flujo de aire, permitiendo que pase el vapor de los pulmones.

El dispositivo de cartucho se mantiene típicamente, de forma reemplazable, dentro de una carcasa para formar un analizador, cuya carcasa incluye características tales como medios de procesamiento de enfriamiento, calentamiento que pueden usarse en cooperación con el dispositivo de cartucho. Puede estar presente un medio de detección para indicar que un dispositivo de cartucho está correctamente instalado dentro de una carcasa. La carcasa puede comprender un medio de enfriamiento, tal como una placa Peltier, para enfriar el cartucho a una temperatura adecuada para la condensación. Los medios de enfriamiento pueden de manera alternativa ser parte del cartucho. Además, el analizador se puede mantener inactivo hasta que el cartucho esté correctamente colocado y se haya logrado el enfriamiento adecuado.

El analizador puede combinar cualquier número de señales para determinar el estado de un paciente o para calibrar una señal. Además, el analizador puede abrir y cerrar válvulas en respuesta a condiciones definidas que se cumplen, por ejemplo, la recolección de respiración fraccionada al activar la válvula cuando se cumplen los criterios de nivel de dióxido de carbono.

El analizador provisto es liviano y portátil, por lo que puede levantarse y colocarse frente a la boca, y puede operarse sin estar físicamente atado a una fuente de alimentación o dispositivo de terceros. Para ayudar al usuario, se puede proporcionar un elemento de presentación para indicar que el analizador está listo para su uso. Para permitir el uso a distancia de una fuente de alimentación eléctrica principal, se puede incluir un paquete de energía montado integralmente o de forma extraíble en la carcasa, u opcionalmente o adicionalmente como parte de un dispositivo de cartucho.

El analizador está diseñado para ser usado con respiración tidal para una mayor aceptación del paciente, en relación con los dispositivos anteriores que requerían maniobras de aire forzado.

El analizador tiene como objetivo realizar todas las funciones necesarias involucradas dentro del flujo de trabajo de recolección y análisis del condensado de aliento sin interferencia manual o intervención por parte de un usuario o médico. El analizador puede tener detección y análisis en tiempo real de la respiración y el parámetro físico asociado con la respiración. Opcionalmente, el analizador puede compartir datos relacionados con un paciente y también incluir un comparador para determinar directamente cualquier cambio en el rendimiento de un paciente.

En una realización preferida, la película de condensación del aliento se dirige inmediatamente desde la boca del sujeto a través de un camino de flujo tortuoso hasta el analizador completamente integrado (es decir, la carcasa más el cartucho), donde la respiración se condensa en una película de aliento condensada en una zona enfriada. La película de condensado resultante es guiada inmediatamente por una combinación de fuerzas capilares y la gravedad a través de una superficie funcionalizada hasta una cámara. La película entra en la cámara siguiendo los lados de la cámara y llenando la cámara de abajo hacia arriba. Finalmente, el condensado disuelve varios parches de sal; la disolución de la sal en el condensado de la película de aliento se controla eléctricamente/electroquímicamente y se comprueba el perfil de disolución correcto como parte del control de calidad del ensayo a bordo. Se usa un perfil incorrecto para rechazar el cartucho.

Un concepto inventivo se refiere a un único dispositivo de cartucho integrado para condensar el aliento como una película y analizar los analitos dentro de la película de condensado de aliento exhalado. El dispositivo realiza todas las funciones necesarias involucradas en el flujo de trabajo de recolección y análisis del condensado de aliento sin interferencia manual o intervención por parte de un usuario como un médico. El dispositivo incluye al menos una zona de temperatura para la condensación del aliento que está integrada con al menos una zona de detección para medir la condensación.

En un ejemplo fuera del alcance de la presente invención, no ilustrado, la zona de condensación está incorporada en la carcasa y no en el dispositivo de cartucho. El dispositivo de cartucho, en este ejemplo, se puede unir de manera removible a la carcasa y, al unirse, se une de forma fluida a la zona de condensación, lo que permite que el aliento condensado fluya hacia el dispositivo de cartucho para su análisis de la manera descrita anteriormente.

En la realización preferida del aparato, la zona de condensación está conectada a la boca del paciente por un camino de flujo corto y tortuoso, diseñado para permitir el paso del vapor desde los pulmones, y en particular, la parte alveolar del pulmón, excluyendo al mismo tiempo el aerosol de la boca, etc. Después de la condensación del aire exhalado, la película fluye bajo la influencia de la gravedad y las fuerzas capilares hacia una cámara que está cerrada por cinco lados; la película fluye por los lados de la cámara llenando efectivamente la cámara de abajo hacia arriba.

Cerca del final del llenado de la cámara, el condensado de la película de aliento disuelve parches de sal, la sal es necesaria tanto para fijar el potencial en un electrodo de referencia de plata/cloruro de plata como para proporcionar una muestra de impedancia relativamente baja.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un analizador (10) para recolectar y analizar un condensado de aliento, comprendiendo el analizador (10) una carcasa, teniendo la carcasa un medio de enfriamiento y, además, reteniendo un dispositivo de cartucho que comprende una zona (12) de condensación para condensar el aliento exhalado de un sujeto, estando los medios de enfriamiento en relación de enfriamiento con la zona de condensación, incluyendo el dispositivo una o más regiones (13) discretas adicionales para la detección del analito y la medición del analito, comprendiendo además el dispositivo (30) de cartucho una vía de fluido que conecta la zona (12)de condensación a la o cada una de las regiones (13) discretas, la carcasa incluye una boquilla (120) que tiene un puerto de entrada para permitir que un usuario respire en la boquilla (120), la boquilla (120) comprende una o más pasajes de fluido para dirigir la respiración que ingresa por la boquilla (120) a la zona (12) de condensación, caracterizado por que la boquilla (120) comprende una válvula (124) de salida e, interpuestas entre el puerto (124) de entrada y la válvula de salida, una pluralidad de cámaras (121 - 123) para dirigir el flujo de fluido desde el puerto de entrada a la válvula (124) de salida, estando configuradas las cámaras para provocar un cambio de 90° en la dirección del flujo de fluido.

2. Un analizador según la reivindicación 1, en donde el dispositivo de cartucho se puede unir de forma desmontable a la carcasa.

3. Un analizador según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la carcasa comprende un medio de calentamiento para calentar una zona de reacción que forma parte del cartucho.

4. Analizador según la reivindicación 3, en donde los medios de calentamiento están dispuestos en la carcasa o como parte del cartucho.

5. Un analizador según la reivindicación 4, en donde existe una conexión eléctrica entre la carcasa y el cartucho.

6. Un analizador según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la carcasa comprende una serie de deflectores para eliminar el aerosol de saliva de una muestra de vapor.

7. Un analizador según la reivindicación 6, en donde se proporcionan uno o más deflectores en el cartucho.

8. Un analizador según la reivindicación 7, en donde se proporciona un solo deflector en cada uno de la carcasa y el cartucho.

9. Un analizador según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la carcasa comprende un sistema de válvula para proporcionar al menos dos vías de flujo a través del dispositivo de cartucho.

10. Un analizador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la carcasa y/o el cartucho comprenden uno o más sensores (19) seleccionados entre un sensor de caudal, un sensor de dióxido de carbono, un sensor de humedad o un sensor de temperatura.

11. Un analizador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la carcasa y/o el cartucho comprenden un sensor de presión para medir la presión de la respiración durante la exhalación o la inhalación.

12. Un analizador según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la carcasa comprende una interfaz electrónica para proporcionar información desde uno o más sensores a un dispositivo externo y/o para recibir energía eléctrica desde una fuente externa.

13. Un analizador según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la carcasa comprende una interfaz electrónica para un medio de almacenamiento de datos extraíble.

14. Un analizador según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la carcasa comprende una salida de audio.

15. Un analizador según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos dos cámaras están separadas por una válvula unidireccional.