JP7491590B2 - 呼吸サンプル採取器 - Google Patents

Description

発明の分野

本発明は、呼吸サンプル採取器に関する。より詳細には、本発明は、ユーザから呼吸サンプルを取得するための呼吸サンプル採取器装置に関する。

発明の背景

呼吸器疾患は世界中で主要な死因となっている。呼吸機能の障害または低下につながる可能性のある病態には、急性疾患（急性肺炎、結核、その他の細菌またはウイルス感染、肺損傷など）や慢性の遺伝性疾患や後天性疾患（嚢胞性線維症、喘息、慢性閉塞性肺疾患、塵肺症、肺がんなど）がある。

特に、肺系の不可逆的な機能低下をもたらす進行性疾患である慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）などの疾患を患う患者が増加している。世界保健機関（ＷＨＯ）によると、ＣＯＰＤは世界で４番目に多い死因であり、現在のデータでは２０３０年までに３番目に多い死因になることが示されている。

ＣＯＰＤの原因となる病態には様々なものがあり、特にタバコの煙による損傷や他の刺激物への曝露に起因するものが多い。ＣＯＰＤは呼吸困難、咳、喘鳴などの症状を引き起こし、心疾患や肺癌などの重篤な疾患のリスク増加と相関している。

慢性閉塞性肺疾患（及びその他の慢性呼吸不全）患者では、咳嗽、喘鳴、気道の炎症等の呼吸器症状の急性悪化がしばしば認められ、これらの急性肺障害の約７５％は感染によるものである。このような肺発作は、肺機能の急速な喪失、健康関連ＱＯＬの低下、および実質的な医療費を含むさらなる健康上の問題と関連している。

肺発作の大半は細菌感染に起因し、典型的には患者の痰を用いた寒天プレート上での培養により診断され、典型的には２～３日かかる。さらに、呼吸機能が低下した患者や極めて具合の悪い患者の多くは、喀痰を採取できない。

血液検体で検査されたＣ反応性タンパク（ＣＲＰ）反応は、ウイルス感染症と細菌感染症を鑑別するために使用できるが、その結果は必ずしも決定的ではなく、多くの場合、抗菌薬による治療を行うかどうかの医学的判断を正当化するものではない。

その結果、多くの医師は、培養の結果が決定される前に、広域スペクトル抗生物質でＣＯＰＤ患者を経験的に治療する。これは抗生物質の過剰使用につながり、患者が非細菌感染（例えば、ウイルス感染）を患っている場合には無効である。抗生物質の不必要な使用は、追加のコストをもたらし、患者の健康に悪影響を及ぼし、より広範囲に抗生物質耐性をもたらす副作用をもたらし得る。

したがって、ＣＯＰＤ患者の肺感染症を迅速かつ特異的に検出し、抗生物質による治療の医学的決定を支援する手段が必要である。

患者から呼吸サンプルを収集するための呼吸サンプル採取器が知られている。

WO95/31721は、冷却されたサンプル収集管の壁上の呼吸サンプルからエアロゾル物質を濃縮するための呼吸サンプル収集装置を記載する。チューブからの凝縮液は、試験のために採取される前にサンプルバイアルに集められる。

US2014/0180156A1は、呼気からエアロゾル小滴を捕捉するためのフィルタを含む呼吸サンプル採取装置を記載している。次いで、フィルタからのサンプルを診断バイオマーカーについて分析する。

US2004/077093A1は、対象における細菌の存在を検出する方法および装置を記載している。より詳細には、本方法は、尿素を対象に投与するステップ、尿素の投与後に対象から流体サンプルを得るステップ、次いで、流体サンプル中のアンモニアガスの存在または量を決定するステップを含む。

しかしながら、このようなシステムは、重度に障害された肺機能を有する患者からの生存可能なサンプルを収集および分析するのに必要な追加の装置によって制限される。

本発明は、呼吸の流れから病原体および他のバイオマーカーを効果的に捕捉するように構成され、サンプル採取手順の間に患者が正常に呼吸することができるサンプル採取器を提供することによって、既知の呼吸サンプル採取器のいくつかの問題を克服しようとするものである。したがって、本発明の態様は、患者が正常に呼吸できるようにしながら、呼吸サンプルを液体捕捉界面に送達するように構成された呼吸サンプル採取器に関する。このようなシステムは、肺機能が低下または制限された患者に特に適している。また、より長いサンプル採取時間を可能にし、液体捕捉界面を通過する呼吸の体積を増加させることができ、それによって、捕獲収量の改善およびより感度の高い検査をもたらすことができる。液体捕捉界面は、直ちに分析することができ、保管および輸送に便利なサンプルを提供する。

第１態様において、本発明は、患者から呼吸サンプルを収集するための呼吸サンプル採取器を提供し、この採取器は、サンプル収集中にユーザが正常に呼吸することを可能にするように構成された非再呼吸部と、収集されたサンプルを液体捕捉界面に送達するように構成されたサンプル送達部とを含む。非再呼吸部は、非再呼吸部を出ることを可能にするように配置されたサンプル入口および一方向出口弁を含む。一方向出口弁およびサンプル入口は、その間に内部呼吸流路の第１部分を画定する。非再呼吸部は、内部呼吸流路の第１部分と流体連通する空気入口をさらに備え、空気入口は、空気が非再呼吸部に入ることを可能にするように構成された一方向入口弁によって閉じられる。

サンプル送達部は、上流端部で一方向弁を介して非再呼吸部と流体連通し、内部呼吸流路の第２部分を画定する。空気ダイバータが設けられ、サンプル送達部を空気ダイバータの上流部分と空気ダイバータの下流部分とに分割する。サンプル送達部は、サンプル送達管に接続するように構成された空気ダイバータの上流のサンプル出口と、空気ダイバータの下流で排気装置と流体連通する戻り入口と、サンプル収集チャンバの開口部とシールを形成するように構成されたサンプル収集チャンバコネクタとを更に備え、該コネクタは周囲を画定し、サンプル出口および戻り入口は、周囲内に配置される。

呼吸サンプルは、サンプル収集チャンバコネクタに結合されたサンプル収集チャンバを更に備え、サンプル収集チャンバは、液体捕獲媒体として作用するように構成された一定量の液体からなる液体捕捉界面を含む。

本発明の第１態様による呼吸サンプル採取器は、患者が正常に呼吸できるようにしながら、患者からサンプル収集チャンバに呼吸サンプルを送達することができる。液体捕捉界面は、その後、標的化学物質または生物学的物質について検査可能である。

空気ダイバータは、内部呼吸流路の第２部分に沿った空気の流れを、一方向出口弁からサンプル収集チャンバへと切換えるように構成される。一部の実施形態において、空気ダイバータは、縦軸に対して横方向の平面内に延びる壁を備えることができる。少なくとも一部の態様において、壁は、サンプル送達部の縦軸に垂直な平面内に延びる。好ましくは、空気ダイバータは、気体および液体に対して不浸透性であり、内部呼吸流路の上流部分を導管の下流部分から流体的に分離する。これは、空気を強制的に、サンプル出口を通って液体捕捉界面へと呼吸サンプル採取器を出る。

呼吸サンプルを液体捕捉界面に送達するために、呼吸サンプル採取器は、サンプル出口に結合されたサンプル送達管を更に備えることができる。サンプル送達管は、近位端でサンプル出口に結合され、サンプル収集チャンバ内に延びる。サンプル送達管は、サンプル収集チャンバ内の液体の表面の下に位置するように構成された開放遠位端を備える。少なくとも一部の態様において、サンプル送達管の開放端は、サンプル収集チャンバの遠位端に向かって配置される。たとえば、サンプル送達管の開放端は、サンプル収集チャンバの遠位半分以内に配置することができる。より好ましくは、サンプル送達管の開放端は、サンプル収集チャンーの遠位３分の１、より好ましくは、サンプル収集チャンバの遠位５分の１、より好ましくは、遠位１０分の１以内に配置される。

少なくとも一部の実施形態では、呼吸サンプル採取器は、サンプル送達管に結合されたディフューザを更に備え、ディフューザは、（サンプル送達管の開放遠位端に接続するための）入口と、入口からのサンプルを複数の流れに分割するためのチャネルのネットワークとを含む。呼吸流を複数の流れに分割することによって、液体捕捉媒体と接触するサンプルの表面積が増加し、それによって捕捉収率が増加する。

排気出口は、好ましくは、大気と流体連通している（すなわち、開いている）。それは、フィルタまたはメッシュ（例えば、細菌フィルタ）または開口を含むことができる。一部の実施形態では、排気装置は排気バッグに結合することができる。

少なくとも一部の実施形態において、呼吸サンプル採取器は、サンプル収集チャンバ内の液体捕捉媒体を通過する呼吸の体積を示すように構成された体積型定量器を更に備えることができる。体積型呼吸定量器は、機械的なものであってもよいし、電気センサに基づくものであってもよい。

有利には、容量型呼吸定量器は、呼吸サンプルを少なくとも２つのサブサンプルに分離するように構成することができる。呼吸サンプルを少なくとも２つのサブサンプルに分離することによって、例えば下気道からの選択されたサブサンプルをサンプル収集チャンバに送達することができる。

体積型呼吸定量器は、さらに、サンプル出口を閉じる弁を選択的に開くように構成することができる。たとえば、呼吸サンプルは、サンプル出口を選択的に閉じるように構成された閉鎖部材を更に備えることができ、体積型呼吸サンプル採取器は、体積型呼吸定量器を通過する所定の体積の呼吸に応答して閉鎖部材を開くように構成することができる。一部の実施形態において、閉鎖部材は、サンプル出口が遮断される閉鎖位置から、サンプル出口が開放される開放位置まで作動可能な弁を備えることができる。弁は、所定の体積の空気が体積型呼吸定量器を通過した後に作動するように構成することができる。

少なくとも一つの実施形態において、体積型呼吸定量器は、一つ又は複数のサブサンプルをサンプル収集チャンバに送達するように構成されたジュネーブ歯車を備える。例示的な実施形態において、呼吸定量器は、出口弁の下流に配置され、所定の呼吸体積によって回転可能に変位するように構成されたターンスタイルを備える。ターンスタイルとジュネーブ歯車との間に歯車式連結器が設けられ、ターンスタイルは、ジュネーブ歯車を第１位置から第２位置に移動するように構成される。第１位置から第２位置へのジュネーブ歯車の移動は、閉鎖部材を開いて、第２サブサンプルがサンプル収集チャンバに送達されるのを可能にするように構成される。

本発明の第１態様による呼吸サンプル採取器は、複数の選択的に接続可能なモジュールを備えることができる。モジュールは、スナップ嵌め、ネジ嵌め、押込み嵌め、または医療環境での使用に適した他の組立方法によって接続可能である。

選択的に接続可能なモジュールのそれぞれは、異なる機能を提供することができる。たとえば、第１モジュールは、内部呼吸流路の第１部分、すなわち、サンプル入口、一方向出口弁および一方向空気入口を含む非再呼吸部を備えることができる。第２モジュールは、内部呼吸流路の第２部分、すなわち、サンプル収集チャンバのための接続部を含むことができる。更なるモジュールを追加して、患者のニーズに基づいてサンプル採取器の機能を変更することができる。

呼吸サンプル採取器は、第１導管と流体連通する送達ポートを更に備えることができる。送達ポートは、吸入された薬剤をユーザに送達するためのネブライザに接続するように構成される。送達ポートは、非再呼吸モジュールに一体化することができ、または別個の取り外し可能なモジュールとして提供することができる。

一部の構成において、呼吸サンプル採取器は、統合された検査モジュールを備えることができる。統合された検査モジュールは、サンプル収集チャンバの一部を形成することができ、さらに、サンプル中の生物学的または化学的マーカーを検出するためのラボ-オン-チップ分析器を含むことができる。たとえば、統合された検査モジュールは、チャネルのネットワーク内に電子検出手段を有する側方流動イムノクロマトグラフィーアッセイまたはＰＣＲユニットを含むことができる。

サンプル収集チャンバに組み込まれた分析器モジュールに加えて、またはその代替として、標的物質（例えば、核酸、サイトカイン、ケモカイン、Ｃ反応性タンパク質（ＣＲＰ）、宿主および／または病原体）のセンサを、非再呼吸部および／またはサンプル送達部に配置することができる。サイトカイン、ケモカインおよびＣＲＰは当技術分野で既知であり、患者における高められた免疫応答の指標として用いることができる。したがって、これらの物質の測定値は、患者の肺機能障害が実際に感染の結果であることを示す指標として作用する。特に、宿主または病原体のいずれかによる自然に誘導された応答を検出することができ、これは、病原体による変換の必要性を低減または回避する。

本発明の第２態様において、非再呼吸部、サンプル送達部、および液体捕捉部を含む呼吸サンプル採取アセンブリが提供される。非再呼吸部は、マウスピースに接続するためのサンプル入口、一方向空気入口弁、および一方向空気出口弁を備える。一方向出口弁は、液体捕捉部と流体連通している。液体捕捉部は、液体捕捉媒体を備えるサンプル収集チャンバを含み、呼吸サンプルを非再呼吸部から液体捕捉媒体の表面の下に送達するように構成されたサンプル送達管を備えることもできる。サンプル送達部は、非再呼吸部の一方向出口弁とサンプル収集チャンバとの間の流体連通を提供する。サンプル収集チャンバは、空気がサンプル収集チャンバから出ることを可能にし、それによって、サンプル収集チャンバ内の圧力の上昇を回避するために、サンプル送達部の戻り入口と流体連通することができる。

任意に、サンプル送達管の開放端にディフューザを設けて、呼吸サンプルを幾つかの流れに分割し、液体捕捉媒体と接触するサンプルの表面積を増加させることができる。サンプル分析器は、サンプル収集チャンバに組み込まれるか、またはサンプル収集チャンバと流体連通するように設けられる。サンプル分析器は、標的バイオマーカ、例えば、核酸、サイトカイン、ケモカイン、ＣＲＰ、宿主および／または病原体のための電子検出手段を含むことができる。特に、サンプル分析器は、自然に誘導された宿主または病原体を検出するように構成されることが好ましい。

さらに、（液体捕捉媒体を含む）完全なユニットとして供給することができるシステムを提供するために、サンプル収集チャンバと連通する戻り出口は、空気透過性であるが実質的に液体不透過性の境界を備えることができる。たとえば、戻り入口は、サンプル収集チャンバからの液体捕捉媒体の漏出を制限または防止しながら、そこを通る空気の流れを可能にする微小孔を備えることができる。

本発明の第３態様では、患者から呼吸サンプルを収集する方法が提供される。この方法は、サンプル入口端、一方向空気入口弁および一方向出口弁を備える非再呼吸部を通して呼吸サンプルを収集するステップと、収集されたサンプルを出口弁を通してサンプル収集チャンバに送達するステップと、サンプルを、サンプル送達管を通して、液体捕捉媒体の表面の下に位置するサンプル送達管の遠位端に通すステップと、サンプルを液体捕捉媒体に通すステップと、を含む。呼吸サンプルの採取後では、サンプルを直ちに分析するか、またはサンプルを後日試験のために保存することができる。

呼吸サンプルを液体捕捉媒体に通すステップは、呼吸サンプルを液体捕捉媒体の表面下の液体捕捉媒体に導入する工程、または呼吸サンプルを液体捕捉媒体を含む導管に通す工程を含む。呼吸サンプルは、液体捕捉媒体を通って、液体捕捉媒体と接触する表面積を有する気泡または空気流の形態で液体表面に向かって上昇する。

この方法は、液体捕捉界面を通過する呼吸の体積を測定および／または推定するステップをさらに含むことができる。

この方法は、呼吸サンプルを少なくとも２つのサブサンプルに分離し、１つのサブサンプルをサンプル収集チャンバに選択的に送達することを更に含むことができる。サブサンプルは、供給される呼吸の量を測定することによって選択することができる。第１の所定の体積がサンプル収集チャンバに入るのを防止することができ、一方、第２の所定の体積を液体捕捉媒体に送達することができる。第１のサブサンプルは、下気道からの呼吸に対応するように選択することができ、第２のサブサンプルは、上気道からの呼吸に対応するように選択することができる。第１のサブサンプルおよび第２のサブサンプルをそれぞれ収集するために、別々のサンプル収集チャンバを提供することができる。

本発明の更なる特徴および利点は、本発明の説明から、非限定的および非排他的実施形態によって明らかになるであろう。これらの実施形態は、保護の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の他の代替および等価な実施形態を考案し、実施することができることを理解するであろう。以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ここで、同様または同一の参照記号は、同一または対応する部分を示す。
図１は、本発明の一実施形態による呼吸サンプル採取器の外部側面図である。 図２は、呼吸サンプル採取器を通る内部の呼吸流路を示す。 図３は、サンプル収集チャンバを備える呼吸サンプル採取器の一実施形態を示す図である。 図４Ａは、本発明の一実施形態による呼吸サンプル採取器の非再呼吸部に対応する第１モジュールの上面図である。 図４Ｂは、本発明の一実施形態による呼吸サンプル採取器の非再呼吸部に対応する代替モジュラー組成物の上面図である。 図５Ａは、第２入力弁をさらに備える修正された第１モジュールの側面図を示す。 図５Ｂは、第２入力弁をさらに備える修正された第１モジュールの側面図を示す。 図６Ａは、非再呼吸モジュールとして動作する第１モジュールの上面図を示す。 図６Ｂは、非再呼吸モジュールとして動作する第１モジュールの上面図を示す。 図６Ｃは、ネブライザを接続するための送達ポートを更に備える実施形態において非再呼吸モジュールとして動作する第１モジュールの側面図を示す。 図６Ｄは、ネブライザを接続するための送達ポートを更に備える実施形態において非再呼吸モジュールとして動作する第１モジュールの側面図を示す。 図６Ｅは、本発明の一実施形態による非再呼吸部の代替構成を示す。 図６Ｆは、本発明の一実施形態による非再呼吸部の代替構成を示す。 図７Ａは、本発明の一実施形態による呼吸サンプル採取器のサンプル送達部に対応する第２モジュールを示す図である。 図７Ｂは、本発明の一実施形態による呼吸サンプル採取器のサンプル送達部に対応する代替のモジュラー組成物を示す図である。 図８Ａは、例示的なサンプル出口を示す図である。 図８Ｂは、サンプル収集接続アセンブリと整列した空気ダイバータの概略図を示す。 図８Ｃは、アマルガム器を備えたサンプル収集アセンブリを示す。 図９Ａは、空気ダイバータの２つの異なる例示的構成を示す。 図９Ｂは、空気ダイバータの２つの異なる例示的構成を示す。 図１０Ａは、呼吸サンプルをサブサンプルに分離するように構成された体積型呼吸定量化モジュールの一実施例を示す図である。 図１０Ｂは、呼吸サンプルをサブサンプルに分離するように構成された体積型呼吸定量化モジュールの一実施例を示す図である。 図１０Ｃは、図１０Ａおよび図１０Ｂに示す体積型呼吸定量化モジュールと共に使用するのに適した例示的な歯車機構を示す。 図１１は、サンプル収集チャンバ内で使用される管の実施例を示す図である。 図１２は、サンプル収集チャンバ内で使用するための管の拡散ヘッドの実施例を示す図である。 図１３は、液体捕捉媒体内に拡散器を備えるサンプル収集チャンバを示す。 図１４は、標的バイオマーカーを検出するための統合分析器を備える、本発明の実施形態を示す。

例示的実施形態の詳細な説明

図１は、本発明の一実施形態による呼吸サンプル採取器の外観図である。非再呼吸部１１０、サンプル送達部１２０、サンプル入口１３０、一方向空気入口１４０、およびサンプル収集チャンバコネクタ１５０を備える呼吸サンプル採取器１００が示されている。サンプル収集チャンバ２００は、呼吸サンプル採取器１００に取り外し可能に接続するように構成される。サンプル収集チャンバ２００は、液体捕捉界面（呼気からの化学的および／または生物学的マーカーを捕獲するために呼吸サンプルが通過する液体媒体）を含み、これは、その後、検査することができる。

液体捕捉界面を提供することによって、より一貫性があり、より感度の高いサンプルを分析のために収集することができる。非再呼吸部のために、患者は、サンプル収集チャンバ２００の内容物を吸入することなく、サンプル採取プロセスを通して正常に呼吸することができる。このことは、既知の方法を用いる場合、痰または呼吸のサンプルを提供することが困難であることが多い肺機能障害の患者にとって特に重要である。

ここで図２を参照すると、呼吸サンプル採取器１００は、呼吸流路の第１部分を画定する非再呼吸部１１０を備える。非再呼吸部１１０は、上流端のサンプル入口１３０から下流端の一方向出口弁１６０まで延びる。サンプル入口１３０は、マウスピースとして直接使用することができ、または、例えば、ユニバーサルコネクタによって、特殊なマウスピース（たとえば、呼吸マスクまたは口内マウスピース）への接続を容易にすることができる。一方向出口弁１６０は、空気が、出口弁１６０を通って（上流方向に）非再呼吸部１１０に流入するのを防止しながら、弁１６０を通って下流方向に非再呼吸部１１０を出ることを可能にするように構成される。一部の実施態様において、出口弁１６０及び／又は空気入口１４０は、シリコーン弁を含む。

一方向入口弁によって閉じられる空気入口１４０が、サンプル入口１３０と一方向出口弁１６０との間に設けられる。一方向入口弁は、シリコーン弁を含むことができる。空気入口１４０は、空気が一方向入口弁を通って非再呼吸部１１０に流入することを可能にし、一方、一方向入口弁を通って非再呼吸部１１０から空気が流出するのを防止するように構成される。図１および図２に示す実施形態において、空気入口１４０は、呼吸サンプル採取器の非再呼吸部１１０の側方に、使用時の向きで（液体捕捉媒体３１０がサンプル収集チャンバ２００の遠位端に溜まるように、サンプル収集チャンバ２００がデバイスの下面から延びる状態で）位置決めされる。デバイスの一方の側に空気入口１４０を位置決めすることは、（図５Ａおよび図５Ｂを参照してより詳細に議論される）第１導管１１０の下側にネブライザモジュールを接続することを可能にするので、病院での使用に特に適している。さらに、患者は、使用中にデバイス上面に置かれた指でデバイスを保持する傾向があるので、空気入口１４０を呼吸サンプル採取器の側に向けることは、患者が不注意に空気入口１４０をブロックするリスクを最小にする。デバイス側面に空気入口１４０を位置決めすることは有利であるが、当業者は、空気入口１４０を、同封された図を通して示されるように、呼吸サンプル採取器デバイスの他の点に位置決めすることができることを認識するであろう。

図２では円形弁として示されているが、空気入口１４０の他の形状および構成も適している。たとえば、空気入口１４０は、呼吸サンプル採取器の外部に沿った一つ又は複数の位置に複数のスリットを追加的にまたは代替的に備えることができる。

一方向入口弁及び出口弁（例えば、それぞれ空気入口弁１４０及び出口弁１６０）の組合せは、非再呼吸部を提供し、これを通して、ユーザは、収集されたサンプルの全部又は一部を吸入することなく、正常に呼吸すること（吸う／吐くこと）ができる。ユーザによる吸入の間、ユーザはマウスピース（図示せず）で呼吸を続ける。空気は、空気入口１４０を介して呼吸サンプル採取器１００に入り、マウスピースを介してユーザに続く。呼息中、空気入口１４０は閉じられ、呼気を内部呼吸流路に沿って（すなわち、内部呼吸流路の第２部分に）強制する。

サンプル送達部１２０は、（図１に示すように）液体捕捉界面を備えるサンプル収集チャンバ２００に接続するように構成される。サンプル送達部１２０は、一方向出口弁１６０から空気を受け取るように構成された上流端部と、サンプル出口１９０を通る空気の流れをサンプル収集チャンバ２００および液体捕捉界面に導くように構成された空気ダイバータ１７０とを備える。コネクタ１５０は、サンプル収集チャンバ２００をサンプル送達部に結合するために設けられる。コネクタ１５０は、例えば、液体捕捉界面を含むサンプル収集チャンバのための押込み嵌め、ネジ嵌め、バヨネットアタッチメントを含むことができる。サンプル送達部１２０とサンプル接続チャンバ２００との間にシールを提供する他のコネクタアセンブリは、当業者には明らかであろう。

コネクタ１５０は、サンプル収集チャンバ２００とのシールを形成する地点で周囲を画定する。周辺部がコネクタ１５０によって画定されると、サンプル送達部１２０は、サンプル出口１９０および戻り開口１９５を備える。

空気ダイバータ１７０は、サンプル出口１９０と戻り開口（または戻り入口）１９５との間に位置決めされ、サンプル送達部１２０を上流部分と下流部分とに流体的に分離するように構成される。サンプル出口１９０は、空気ダイバータ１７０の上流に配置され、一方、戻り開口１９５は、空気ダイバータの下流に（かつ、排気装置１８０と流体連通して）配置される。排気装置は、メッシュまたはバクテリアフィルタで覆うことができ、または開いたままにすることができる。

一部の実施形態において、排気装置１８０は、サンプル採取器キャップ（図示せず）で覆われてもよい。サンプル採取器キャップは、輸送および輸送中に排気装置１８０を保護することができ、一部の実施形態において、呼吸サンプル採取器装置を使用する前に取り外すべきである。しかしながら、一部の実施形態では、サンプル採取器キャップは一連の間隙または穴を備え、サンプル採取器キャップが取り付けられている間に呼吸サンプル採取器を使用することを可能にする。これらの場合、サンプル採取器キャップは、排気装置に支持および／または構造を提供することができる。サンプル採取器キャップは、フィルタまたはメッシュのいずれかが提供される場合、フィルターまたはメッシュのための支持ハウジングとして作用することができる。サンプル採取器キャップは、特に損傷が起こりやすい輸送中に、フィルタまたはメッシュを保護することができる。さらに、フィルタまたはメッシュは、使用中に支持ハウジングから恩恵を得ることができる。サンプル採取器キャップは、押し込み嵌め、ネジ嵌め、または差込み嵌めなどによって付けることができる。

一部の実施態様において、排気装置１８０は、例えば複数の一方向スリットとして、呼吸サンプル採取器の側壁に設けられる。たとえば、呼吸サンプル採取器の（図２の排気装置１８０の位置に対応する）端部は、例えば、取り外し可能なキャップ（図示せず）によって閉じることができる。一実施形態では、呼吸サンプル採取器１００の端部は、サンプル採取器およびチャンバキャップによって密封され、排気装置１８０は、空気ダイバータ１７０の下流で、呼吸サンプル採取器の壁に沿って配置される。サンプルが収集された後、サンプル採取器およびチャンバキャップは、呼吸サンプル採取器１００の端部から取り外され、サンプル収集チャンバ２００に付けられて、使用されたサンプル収集チャンバ２００を密閉することができる。このようにサンプルチャンバキャップを設けることにより、サンプル収集チャンバと共に呼吸サンプル採取器デバイスを予め組み付けられた患者に送達することができ、使用後に患者がサンプル収集チャンバを取り外して閉じることができるので、分析のためにサンプル収集チャンバを輸送又は輸送することができる。このようにして、捕捉された呼吸サンプルが確実に輸送されることを保証しながら、患者の組付けが簡素化される。

言い換えると、一部の実施形態では、呼吸サンプル採取器１００は、呼吸サンプル採取器１００の遠位端に取り外し可能に付けられるように構成された呼吸サンプル採取器キャップを更に含み、呼吸サンプル採取器１００の遠位端は、サンプル入口１３０を備える端部とは反対側の端部である。呼吸サンプル採取器キャップは、排気装置１８０を覆うように配置することができる。追加的に又は代替的に、サンプル採取器キャップは、サンプル収集チャンバ２００に対応する接続手段を含むことができる。

次に図３を参照すると、呼吸サンプル採取器１００およびサンプル収集チャンバ２００を備えるサンプル採取アセンブリが説明される。

図３に示すように、チャンバ、バイアルまたはサンプルチューブとも呼ばれるサンプル収集チャンバ２００は、液体捕捉媒体３１０のためのリザーバを提供し、開放端でコネクタ１５０に接続するように構成される。コネクタ１５０との接続は、ねじ係合、押しばめ若しくはスナップ嵌め係合、又は当業者に明らかな他の接続手段によって行うことができる。

サンプル収集チャンバ２００は、多くの標準的な実験装置（例えば、遠心分離機）での使用に適した標準的な５０ｍＬの実験用チューブを含むことができる。しかしながら、当業者は、他のサンプル収集チャンバ構成が可能であることを理解するであろう。当業者は、チャンバ２００の容積（およびチャンバ２００内の液体捕捉媒体３１０の容積）が、分析に必要なサンプルの容積に応じて選択され得ることを認識するであろう。たとえば、ラボ-オン-チップＰＣＲ分析用のサンプルは、少量の液体サンプル（例えば、０．５ｍＬ未満）を必要とする。しかしながら、複数の分析、例えば、従来の培養技術および迅速な分析が計画される場合、より大量のサンプルが一般に必要とされる。

一部の実施態様において、サンプル収集チャンバアダプタ（図示せず）が提供され得る。サンプル収集チャンバアダプタは、標準的なチューブまたはチャンバ（または同様に、複数の標準的なチューブまたはチャンバのうちの１つ）が呼吸サンプル採取器１００のサンプル収集チャンバコネクタ１５０に接続することを可能にするアダプタであってもよく、これにより、ヘルスケアサービスで一般的に使用されるような既存のチューブおよび／またはレセプタクルとの適合性が改善される。

液体捕捉媒体３１０は、サンプルが捕捉される分析技術に応じて選択することができる。たとえば、液体捕捉媒体は、塩溶液（例えば、リン酸緩衝塩溶液）、培養媒体（例えば、トリプシン大豆ブロス）または注射用の水であり得る。少なくとも一部の実施形態では、粒子収集基板は、対象の粒子（例えば、病原体）を同伴するように構成された液体捕捉媒体内に配置することができる。

液体捕捉媒体３１０の体積も、使用される分析技術に応じて変化させることができる。サンプル収集チャンバ２００内に配置される液体の体積は、好ましくは、０．１ｍｌ～１０ｍｌ、より好ましくは、０．５ｍｌ～２．５ｍｌである。

サンプル送達部１２０からサンプル収集チャンバ２００および液体界面に呼吸サンプルを送達するために、サンプル送達管３００がサンプル出口１９０に接続される（または一体的に付けられる）。サンプル送達管３００は、出口１９０に接続された近位端から、液体捕捉媒体３１０の表面の下に配置されるように構成された開放遠位端まで延びる。遠位端の位置決めにおける試料送達管３００の正確な構成は、サンプル収集チャンバ２００の寸法およびチャンバ２００内に配置された液体捕捉媒体の体積に応じて変化させることができる。しかしながら、サンプル送達管３００（または、使用される場合、ディフューザ）の開放端は、サンプル収集チャンバの遠位半分内に、より好ましくは、遠位１／４内に、より好ましくは、サンプル収集チャンバ２００の遠位端に隣接して配置されることが好ましい。

使用中、患者からの呼吸は、非再呼吸部１１０を通過し、サンプル送達部１２０を介してサンプル出口１９０に送達される。サンプル出口１９０から、呼吸サンプルは、管３００を通過し、液体捕捉媒体の表面の下のサンプル送達管３００の開いた遠位端から漏れ出す。呼吸サンプルは、化学的および／または生物学的マーカー（例えば、病原体）が捕捉される液体捕捉媒体を通過する。次いで、診断目的のために、液体捕捉媒体を分析することができる（以下でさらに詳細に説明する）。

サンプル収集チャンバ内の圧力の上昇を防止するために、サンプル送達部１２０は、サンプル収集チャンバ２００の内部容積と流体連通するように構成された戻り入口１９５を含む。図２および図３に示す実施形態では、戻り入口１９５は、コネクタ１５０の周囲内で、空気ダイバータ１７０の下流に配置され、排気装置１８０と流体連通する。

次に、図４Ａ～図５Ｂを参照して、非再呼吸部１１０をより詳細に説明する。

図４Ａおよび図４Ｂは、非再呼吸部１１０の上面図を示す。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、非再呼吸部１１０は、単一の構成要素４００、または一連の相互接続されたピース４００－１，４００－２，４００－３を備えることができる。複数の相互接続可能なピースにより、非再呼吸モジュールの特性を独立して変化させることができる。

最初に図４Ａを参照すると、サンプル入口端１３０、空気入口１４０、および一方向出口弁１６０を含む第１モジュール４００が示されている。第１モジュール４００は、図１および図２に示される非再呼吸部１１０に対応する。内部呼吸流路の第１部分は、第１モジュール４００内で生じる。図４Ａにおいて、サンプル入口端部１３０、空気入口１４０、および一方向出口弁１６０は全て、単一のモジュール構成要素上に配置される。しかしながら、図４Ｂに示されるように、これらの構成要素が別々の接続可能なモジュール上に配置される代替構成が存在する。

次に図４Ｂを参照すると、図４Ａのモジュール４００は、分離可能かつ接続可能なサブモジュール４００－１，４００－２、４００－３を備える。サブモジュール４００－１1はサンプル入口端部１３０を備え、サブモジュール４００－２は空気入口１４０を備え、サブモジュール４００－３3は一方向出口弁１６０を備える。図４Ｂに示されるモジュラー構造は、ユニバーサルコネクタとして動作することができ、既知および将来のマウスピースを呼吸サンプル採取器１００に嵌めることができるので、特定の状況および使用ケースにおいて特に有益であり得る。呼吸サンプル採取器１００は、試験、治療、または診断の必要性に基づいて容易に構成することができる。さらに、このようなモジュール構造により、保守および清掃を簡素化することができる。

図示していないが、当業者は、さらなる構成が可能であることを容易に理解するであろう。たとえば、サンプル入口端部１３０および空気入口１４０は、一方向出口弁１６０が別のモジュール構成要素上に配置された単一のモジュール構成要素上に配置されてもよく、またはサンプル入口端部１３０は、空気入口１４０および一方向出口弁１６０の両方が単一の他のモジュール構成要素上に配置された単一のモジュール構成要素上に配置されてもよい。

一部の実施形態において、第１モジュール４００は、さらに、ネブライザまたは同様の呼吸補助具を接続するために使用できる送達ポートを備えてもよい。

図５Ａおよび図５Ｂは、送達ポートを更に備える修正された第１モジュールを示す。図５Ａを参照すると、第１モジュール５００が示されている。第１モジュール５００は、送達ポート５１０が追加された図４Ａの第１モジュール４００に対応する。送達ポート５１０は、ネブライザ５２０などのネブライザまたは同様の呼吸補助具の接続を容易にし、気管支拡張薬などの薬剤の送達を可能にする。ポート５１０は、第１導管１１０への流体の流れ（空気または液体）を可能にする一方で、反対方向への流れを防止するように構成された一方向弁を備えることができる。

図５Ｂは、第１モジュール５００の代替のモジュール構造を示し、第１モジュール５００は、図４Ｂに関連して説明したように、送出ポート５１０を追加した分離可能かつ接続可能なサブモジュール５００－１，５００－２，５００－３を備える。送達ポート５１０は、空気入口１４０が配置されるのと同じモジュール構成要素であるサブモジュール５００－２上に配置されるように示されているが、他の構成も考えられる。たとえば、送達ポート５１０は、サブモジュール５００－１とサブモジュール５００－２との間、またはサブモジュール５００－２とサブモジュール５００－３との間の第４サブモジュール（図示せず）上に配置されてもよい。別の実施例として、送達ポート５１０は、サブモジュール５００－１および５００－３のうちの１つに配置されてもよい。図４Ｂの実施例と同様に、モジュラー構造は、異なる形態であってもよく、異なる構成要素は、単独でもよく、または異なるモジュラー構成要素上で組み合わせてもよい。たとえば、サンプル入口端部１３０、送達ポート５１０および空気入口１４０は、単一のサブモジュール上に配置されてもよく、一方向出口弁１６０は、別のサブモジュール上に配置され、またはサンプル入口端部１３０および空気入口１４０は、サブモジュール上に配置されてもよく、送達ポート５１０は、別のサブモジュール上に配置され、一方向出口弁１６０は、さらに別のサブモジュール上に配置される。空気入口１４０および送達ポート５１０が、組み付けられたときに、サンプル入口端部１３０と一方向出口弁１６０との間に配置されるように、更なる組合せが可能であることが容易に理解できる。

通常の呼吸（吸う／吐く）中の非再呼吸部１１０を通る空気の流れは、図６Ａ～図６Ｄによって示される。図６Ａに示されるように、呼気の間、呼吸は、患者の肺からサンプル入口１３０を通って非再呼吸部１１０に流れる。一方向空気入口弁１４０は、空気が外方向に流れることを許容しないので、呼吸は、非再呼吸部１１０に沿って、一方向出口弁１６０を通って、サンプル送達部１２０に向かって流れる。

ここで図６Ｂを参照すると、吸入の間、空気は、空気入口１４０を通って非再呼吸部１１０に流れ、サンプル入口１３０を通って患者の肺に入る。一方向出口弁１６０は、上流方向（非再呼吸部１１０）の空気の流れを防止するので、患者は、一方向出口弁１６０の下流の空気または流体を吸入しない。

図６Ｂおよび図６Ｃは、非再呼吸部１１０を通る空気の流れを示し、ここで薬剤が送達ポート５１０を通して送達される。図６Ｃに示されるように、呼気の間、呼吸は、一方向出口弁１６０を通って流れ、一方向弁は、空気入口および送達ポート５１０の流れを妨げる。図６Ｄに示されるように、吸入の間、空気は、空気入口１４０を通って送達ポート５１０を通って吸引される。そのため、患者は、サンプル採取を補助する為に薬剤（例えば、気管支拡張剤）を吹き込まれる。

図６Ｃおよび図６Ｄに示される表現において、空気入口１４０は、呼吸サンプル採取器の最上面に示されることに留意されたい。空気入口１４０の、この配置は、単に、デバイスを通る概略的な空気流の、妨害されない視野を可能にするために選択される。しかしながら、当業者は、空気入口１４０の位置を必要に応じて修正できることを理解するであろう。追加的にまたは代替的に、空気入口１４０は、非再呼吸部１１０内で、呼吸サンプル採取器の壁に沿った一つ又は複数の位置に複数のスリットとして構成されてもよい。図６Ｅおよび図６Ｆは、本発明の一実施形態による非再呼吸部の代替構成を示す。

図６Ｅおよび図６Ｆを参照すると、本発明の一実施形態によれば、非再呼吸部１１０は、代替構成を備える。図６Ｅおよび図６Ｆの非再呼吸部１１０は、非再呼吸部１１０を吸入領域および呼気領域に分割する分割壁１１５を含む。呼気中、呼吸サンプルは、非再呼吸部１１０の呼気領域に入り、一方向出口弁１６０を通って継続する。これは、図６Ｅに黒い矢印で示されている。

任意で、空気入口１４０は、図６Ｅおよび図６Ｆに示すように、呼吸サンプル採取器１００の壁に複数のスリットを備えることができる。さらに、ネブライザ５２０などのネブライザを接続できるようにするために、オプションの送達ポート５１０を設けてもよい。図６Ｅおよび図６Ｆに示されるように、呼気は、一方向空気入口弁１４５によって、送達ポート５１０および／または空気入口１４０を通って漏れ出すことを防止されてもよい。空気入口１４０および存在する場合には送出ポート５１０の上流に一方向空気入口弁１４５を設けることにより、デバイスの構造を簡素化することができる。さらに、空気入口１４０は、呼吸サンプル採取器１００の壁の周囲の様々な位置にスリットを備えることができる。従って、一方向空気入口弁１４５のような単一の一方向弁を設けることが有利である。なお、一方向出口弁１６０は、空気入口弁１４５よりもマウスピースから離れて示されているが、本発明はこれに限定されないことに留意されたい。一部の実施形態では、一方向出口弁１６０は、空気入口弁１４５と整列して配置される（すなわち、マウスピースと空気入口弁１４５との間の距離が、マウスピースと一方向出口弁１６０との間の距離に等しい（(または類似している）ように、一方向出口弁１６０および空気入口弁１４５は、分割壁１１５の異なる側にある）。さらに他の実施形態では、空気入口弁１４５間の距離は、一方向出口弁１６０よりもマウスピースから離れている。

吸入の間、一方向出口弁１６０は、患者が、既にサンプル採取された呼吸および／または液体捕捉界面からの液体を吸入するのを防止する。一方向空気入口弁１４５は、空気が、呼吸サンプル採取器１００の外部から空気入口１４０、および任意選択で送達ポート５１０を介して非再呼吸部１１０の吸入領域に流れることを可能にする。

次に、図７Ａ～図９Ｂを参照して、サンプル送達部１２０をより詳細に説明する。

図７Ａは、呼吸サンプル採取器１００のサンプル送達部１２０を示す。図７Ａに示されるように、サンプル送達部１２０は、非再呼吸部１１０の出口弁１６０と流体連通するように付けられる為に構成された上流端から、排気装置１８０を備える下流端まで延びる。サンプル送達部１２０の上流端は、（図１に示すように）非再呼吸部１１０に直接付けるように構成することができ、または中間構成要素を介して非再呼吸部１２０に流体的に接続するように構成することができる（図１０を参照して更に詳細に説明する）。非再呼吸部１１０との接続は、本開示に照らして当業者に明らかな、ネジ付き係合、押込み嵌合またはスナップ嵌合、または他の係合手段を介して行うことができる。Ｏリングまたは他のシールなどの密封構成要素を設けて、非再呼吸部１１０とサンプル送達部１２０との間の実質的に気密な接続を確実にすることができる。

サンプル送達部１２０は、空気ダイバータ１７０によって２つの流体的に分離された部分に分割される。図７Ａに示すように、空気ダイバータ１７０は、サンプル送達部１２０の上流端から排気装置１８０への空気の直接的な流れを防止する壁を含む。空気ダイバータ１７０は、空気が空気ダイバータを通ってサンプル送達部１２０の下流部分に流れることができないように、気体及び液体に対して不透過性であることが好ましい。

空気ダイバータ１７０の目的は、サンプル送達部からサンプル収集チャンバ２００へ空気を切換えることである。したがって、サンプル送達部は、空気がサンプル送達部１２０を出てサンプル収集チャンバ２００に入ることができる空気ダイバータ１７０の上流にサンプル出口１９０を備える。空気は、戻り入口１９５を介して空気ダイバータ１７０の下流のサンプル送達部１２０に再入し、その後、排気装置１８０を介して呼吸サンプル採取器１００から漏れ出すことができる。

図７Ａに示されるように、サンプル送達部１２０は、単一のモジュール７００として提供できるか、または図７Ｂに示されるように、複数の相互接続可能なモジュール７００－１，７００－２を備えることができる。

図７Ｂにおいて、サンプル送達部１２０は、複数の相互接続可能なモジュール７００－１，７００－２2として提供される。サブモジュール７００－１1は、空気ダイバータ１７０およびサンプル収集チャンバ接続装置１５０を備えることができ、サブモジュール７００－２は、排気装置１８０を備えることができる。サブモジュール７００－１は、使用中にサブモジュール７００－２に接続することができ、または、その間に更にサブモジュールを配置することができる。

図８Ａ～図８Ｃは、サンプル収集チャンバコネクタ１５０、サンプル出口１９０および戻り入口１９５をより詳細に示す。図８Ａに示すように、コネクタ１５０は、サンプル接続チャンバ２００とシールを形成する周囲Ｐを画定する。コネクタ１５０は、ネジ付き係合手段、押込み嵌めまたはスナップ嵌めコネクタ、または、当業者に明らかな他の接続手段を備えることができる。

図８Ａに示すように、サンプル出口１９０および戻り入口１９５は、サンプル収集チャンバコネクタ１５０によって画定される周囲Ｐ内に配置される。これにより、空気は、サンプル出口１９０および戻り入口１９５をそれぞれ通って、サンプル収集チャンバ２００を介して、サンプル送達部１２０から出て、再びサンプル送達部に入ることができる。図８Ａに示されるように、サンプル出口１９０は、サンプル送達管３００などのある長さの可撓性管を受容するように構成された開口を備えることができる。サンプル出口１９０は、ネックまたはカラー８３０を備えることができ、その上に（サンプル送達管３００のような）柔軟な長さのチューブを押し付けることができる。あるいは、サンプル出口１９０は、一体化されたサンプル送達管３００を備えることができる。サンプル送達管３００は、呼吸サンプルを液体捕捉媒体３１０（図３に示す）に送達する。

戻り入口１９５は、コネクタ１５０の周囲内に配置されるので、戻り入口１９５は、サンプル収集チャンバ２００の内部容積と流体連通する。従って、戻り入口１９５は、サンプル収集チャンバ２００からの空気をサンプル送達部１２０に戻し、最終的には排気装置１８０を通って漏れ出すことを可能にする。空気ダイバータ１７０は、サンプル出口１９０と戻り入口１９５との間に延びる。これは、空気がサンプル収集チャンバ２００をバイパスするのを防止し、呼吸サンプルを強制的にチャンバ２００に進入させて、対象粒子の液体捕捉を行う。サンプル出口１９０および戻り入口１９５に対する空気迂回路１７０の位置決めは、図８Ｂに示す側面図にさらに示されている。

図８Ｃは、本発明によるコネクタ１５０の好ましい実施形態を示す。図８Ｃに示すように、コネクタ１５０は、サンプル収集チャンバ２００付けられる外側カラーを備えることができる。この取り付けは、ねじ山、スナップ嵌合、または他の適切な接続形式によって行うことができる。カラー内には、サンプル出口１９０が装着された突起が配置されている。しかしながら、図８Ａに示すような単一の戻り開口部の代わりに、図８Ｃに示す実施形態では、戻り開口部は、突起上に配置された複数の開口部または孔１９５’の形態をとる。孔または開口部１９５’は、（サンプル収集チャンバ内に過剰な圧力が蓄積するのを防止するために）空気が通過できるが、液滴が通過できないような大きさであることが好ましい。出口に直接向かう軌道に従う液滴が開口または孔１９５’を通過して飛べないように、複数の孔を任意に突起の側部（カラーの反対側）に設けることができる。開口または孔１９５’は、サンプル送達部１２０の下流部分に開口し、その結果、孔１９５’を通過する複数の空気流は、排気装置を通ってデバイスを出る前に収束することができる。図８Ｃに示す構成要素の配置は、集合的にアマルガメータと呼ばれる。本明細書に記載される実施形態のいずれも、さらなる修正を必要とすることなく、図８Ｃのアマルガメータ配置を使用するように適合させることができる。

次に、図９Ａおよび図９Ｂを参照すると、空気ダイバータは異なる方法で構成することができる。たとえば、図９Ａに示すように、空気ダイバータは、サンプル送達部１２０の縦軸に実質的に垂直な平面内に延びる壁を備えることができる。あるいは、図９Ｂに示されるように、壁は、上流端部から（サンプル収集チャンバ２００を通過せずに）排気装置１８０への直接的な呼吸の流れを防止する、サンプル送達部１２０内のノッチを備えることができる。当業者であれば、他の構成も可能であり、空気ダイバータは、代替的な壁構成、または一方向出口弁１６０から液体捕獲サンプル収集チャンバ２００を介して排気装置１８０に呼吸サンプルを送達するチャネルのネットワークを含むことができることを理解するであろう。

換言すれば、空気ダイバータ１７０は、サンプル送達部１２０を、ダイバータ１７０および一方向出口弁の間の上流部分と、ダイバータ１７０および排気装置１８０の間の下流部分との２つの部分に分割する。空気ダイバータ１７０は、上流部分を下流部分から流体的に分離する壁の形態をとることができる。それは、サンプル送達部１２０の縦軸に垂直な平面内に、または非垂直な横断角で延びることができる。当業者であれば、空気ダイバータ１７０は多くの形態をとることができ、異なる構造配置を使用して、サンプル送達部１２０を上流部分と下流部分とに分離することができることを理解するであろう。

次に図１０Ａおよび図１０Ｂを参照すると、呼吸サンプル採取器１００は、たとえば、非再呼吸部１１０とサンプル送達部１２０との間、またはサンプル送達部１２０の後に配置された追加ユニットを備えることができる。

図１０Ａに示されるように、一部の実施形態では、呼吸サンプル採取器１００は、体積型呼吸定量器１０００を更に備えることができる。体積型呼吸定量器１０００は、患者によって呼気され、サンプル収集チャンバ２００を通して送達される呼吸の体積を測定するように構成することができる。たとえば、サンプル収集チャンバ２００（および戻り入口１９５）の下流に体積型呼吸定量器を配置することができ、サンプル送達部１２０の下流部分を通って排気装置１８０に流れる呼吸の体積を測定するように構成することができる。体積型呼吸定量器は、ブレードを通る空気流によってスピンドルの周りを駆動されるように構成された一つ又は複数の回転可能に装着されたブレードまたは帆１０１０（例えば、ターンスタイルの形態）を備えることができる。スピンドルを中心とする帆の全回転を決定することができ、排気装置を通る（したがって液体捕捉媒体を通る）空気流を計算または推定することができる。液体捕捉媒体を通る空気流の推定を用いて、患者から呼吸の生存サンプルを収集するのに必要なサンプル採取時間を決定することができる。

図１０Ｂに示されるように、呼吸サンプル採取器１００は、代替的に、一方向出口弁１６０とサンプル出口１９０との間に配置された体積型呼吸定量器１０００を備えることができる。

一部の実施形態において、体積型呼吸定量器１０００は、呼吸サンプルを複数のサブサンプルに分割するように構成することができ、その結果、サブサンプルをサンプル収集チャンバ２００に選択的に送達することができる。たとえば、体積型呼吸定量器１０００は、体積型呼吸定量器を通過した呼吸の推定（または計算）体積に基づいて、サンプル出口１９０を通る空気の流れを制御することによって、第２サブサンプルのみをサンプル収集チャンバ２００に送達するように構成することができる。

例示的な実施形態では、体積型呼吸定量器１０００は、患者の呼気時に回転するように構成された回転ターンスタイル１０１０を備えることができる。ターンスタイル１０１０は、サンプル出口１９０を通る空気の流れを制御するジュネーブ歯車を駆動するように構成することができる。ジュネーブ歯車は、所定の体積の呼吸が体積型呼吸定量器１００を通過したときに、サンプル出口１９０を閉じる弁を開くように構成することができる。呼気のサブサンプルのみをサンプル収集チャンバ２００に選択的に送達することによって、下気道からの息をサンプル収集チャンバ２００に選択的に送達することができる。

出口１９０を選択的に開くための例示的な歯車機構が、図１０Ｃに示される。図１０Ｃに示すように、ターンスタイル１０１０は、ターンスタイル１０１０の回転が第１歯車１０１２の回転を駆動するように、第１歯車１０１２に結合することができる。第１歯車１０１２は、ジュネーブ駆動アセンブリの一部を形成する第２歯車１０１４を駆動するように構成される。第２歯車１０１４は、ジュネーブ歯車１０１８のスロットに係合するように構成されたピン１０１６を備える。第２歯車１０１４の回転は、ピン１０１６をジュネーブ歯車１０１８のスロットに沿って移動させ、それによってジュネーブ歯車１０１８を回転させる。ロック要素１０１９は、ピン１０１６がスロットの端部に接近するまで、ジュネーブ歯車１０１８の回転を防止する。

図１０Ｃに示すように、ジュネーブ歯車１０１８は、ピンがジュネーブ歯車１０１８を回転させるまで出口１９０を閉じるバイナリバルブに連結される。ターンスタイル１０１０の動きは、デバイスを通過する呼吸の量によって駆動されるので、上述の歯車機構は、所定の量の呼吸がターンスタイル１０１０を通過したときにのみ出口１９０を開くように構成することができる。

ターンスタイル１０１０の所定の回転数がサンプル出口１９０の開放をトリガするように歯車を構成することができる。したがって、例えば下気道からの呼吸のみが液体捕捉媒体に送達されるようにデバイスを構成することができる。

また、図１０Ｃに示される歯車機構は、そこを通る所定の量の呼吸の送達の後、サンプル出口１９０を閉じるように構成可能であることが理解される。このような実施形態では、サンプル出口１９０は初期位置で開口しており、ジュネーブは、所定量の呼吸の送達後にサンプル出口１９０を閉じるように構成される。

図１０Ａ～図１０Ｃに示される配置は、呼吸定量器の非限定的な実施例である。図１０Ａに示されるように、ターンスタイル１０１０は、中心点の周りに径方向に配置された複数のパネルを含み、その周りの回転が容易になる。ターンスタイル１０１０の２つのパネル間に画定されるパネルの数および体積は、デバイスの好ましい寸法制約に従って構成することができる。歯車アセンブリおよびそのターンスタイル１０１０への結合は、医師の好みに従って構成することができる。たとえば、上気道に対応する最初の１００～５００ｍＬの呼吸が、隔離され、開口サンプル出口１９０に向けられ、サンプル採取のためにサンプル収集チャンバ２００に入り、残りの呼吸が廃棄されるように、歯車機構およびターンスタイル１０１０を構成することができる。あるいは、上気道からの呼吸を廃棄し、下気道からの空気に対応する呼吸サンプルを検査のためにサンプル採取することができる。一部の実施形態において、第１サブサンプルおよび第２サブサンプル（例えば、上気道および下気道からのそれぞれの呼吸に対応するサンプル）を収集するために、別個のサンプル出口１９０およびサンプル収集チャンバ２００を提供することができる。そのような実施形態において、ジュネーブ歯車は、第１および第２サンプル出口を開閉するために２つのバイナリバルブを作動させるように構成することができる。

サンプル採取された呼気が体積型呼吸定量モジュール１０００に入ると、第１部分が呼吸定量器１０００に入り、ターンスタイル１０１０を回転させる。ターンスタイル１０１０の回転は、（たとえば、全回転数または部分回転数をカウントすることによって）測定することができる。

体積型呼吸定量器が情報目的のために意図されたものであるか、または（図１０Ｂを参照して説明したように）呼吸のサブサンプルのみを選択的にサンプル収集チャンバ２００に送達するように空気の流れを制御するものであるかにかかわらず、当業者は、他の体積型定量方法が利用可能であり、サンプル出口１９０の開閉が機械的に（ジュネーブ歯車または他の機械的リンクを介して）または電子的に制御された構成要素を使用して行うことができることを理解するであろう。本発明の目的のために、部品の使い捨ての性質のために、呼吸サンプル採取器の機械的制御が好ましい。

図１０Ｂの実施例に示されるように、呼吸サンプル採取器１００は、たとえば、複数のサブモジュール７００－２によって、複数の第２モジュール７００を備えることができる。複数の第２７００を設けることにより、複数のサンプルを効率的に同時に収集することができる。複数のサンプルはそれぞれ、気道の特定の領域に対応する呼吸の異なる部分に対応し得る。図１０Ａに示されるように、サンプル入口１３０、一方向空気入口１４０は、別々のモジュールに含まれる。これにより、介護者は、特定の患者のためにデバイスを構成することができ、例えば、気管支拡張用ネブライザなどから恩恵を受け得る患者のための送達ポート５１０を有するモジュールを含むことができる。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、体積型呼吸流サンプル採取器１０００を示すことに加えて、すべての実施形態に適用することができるサンプル採取器１００の例示的なモジュール構造も示す。図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるように、非再呼吸部１１０およびサンプル送達部１２０のそれぞれは、複数の相互接続可能な構成要素を含むことができる。

液体捕捉媒体中の対象物質の収量をさらに高めるために、本発明による呼吸サンプル採取器は、図１１に示されるように、サンプル送達管３００の開放遠位端にディフューザ１１２０を更に備えることができる。ディフューザ１１２０は、サンプル送達管３００からの呼吸流を、液体捕捉媒体３１０の表面下の複数の呼吸流に分割するように構成される。空気の流れを複数の流れに分割することによって、液体捕捉媒体３１０と接触するサンプルの表面積が増大する。

有利には、ディフューザによって占められる固体体積は、管内の液体捕捉媒体３１０の体積を減少させることによって、（液体捕捉媒体の体積に対して）液体捕捉媒体を通る空気の流れを最大にするためにも使用することができる。サンプル収集チャンバ２００の内部に対するディフューザの寸法を最大にし、呼吸流を複数の経路に分割することによって、液体捕捉媒体３１０と接触する空気流の表面積を大幅に減少させることなく、サンプル収集チャンバ２００内の液体の体積を減少させることができる。

図１２に示すように、ディフューザ１１２０は、サンプル送達管３００のための接続部１１４０と、接続部１１４０と流体連通する複数の開口１１３０とを備えることができる。図１３は、サンプル収集チャンバ２００内の液体捕捉媒体３１０の表面下のその場のディフューザ１１２０を示す。

ここで図１４を参照すると、一部の実施形態において、本発明は、統合された分析器１４００を含むことができる。分析器は、ＰＣＲ増幅および標的実体の電子検出、側方流動イマムノグラフィカアッセイ、ならびに当業者に明らかな他の技術を含む、ラボ-オン-チップ型分析システムを備えることができる。ＰＣＲ増幅および検出システムは当技術分野で知られている。本発明に関連して、ラボ-オン-チップ診断システムは、患者が呼吸サンプルを液体捕捉媒体を通して送達した後、入口ポート（図示せず）を介して液体捕捉媒体のサンプルを受け取ることができる。あるいは、一定体積の液体捕捉媒体を、医療専門家によって、または自動化された方法で、ポイントオブケア診断デバイスに送達することができる。

たとえば、捕捉された呼吸サンプル中の宿主および／または病原体の存在は、側方流動アッセイおよび等温PCRの使用を介して即座に決定することができる。別の実施例において、炎症マーカーは、捕獲された呼吸サンプルにおいて測定できる。次いで、一義的な結果を、統合分析モジュールに結合されたＬＣＤに表示することができ、またはディスプレイを備えた接続された電子デバイスに中継することができる。分析器は、好ましくは、自然に誘導された宿主または病原体を検出するように構成することができる。

当業者は、上述の実施例および実施形態を任意の実現可能な組合せで組み合わせることができることを理解するであろう。本書に記載される実施例および実施形態は、本発明を限定するのではなく説明するのに役立つ。当業者は、添付の特許請求の範囲によって定義されるように、本開示の範囲から逸脱することなく、さらなる代替実施形態を達成することができることを理解するであろう。

Claims (21)

1. 患者から呼吸サンプルを収集するための呼吸サンプル採取器（１００）において、非再呼吸部（１１０）およびサンプル送達部（１２０）を備え、
   前記非再呼吸部（１１０）は、
   サンプル入口（１３０）と、
   前記非再呼吸部（１１０）から空気を排出させるように配置された一方向出口弁（１６０）であって、前記一方向出口弁および前記サンプル入口（１３０）は、これらの間に内部呼吸流路の第１部分を画定する、一方向出口弁（１６０）と、
   前記呼吸サンプル採取器の壁に複数のスリットを備え、空気が非再呼吸部（１１０）に入るように配置された一方向入口弁によって閉じられるように配置される空気入口（１４０）であって、前記内部呼吸流路の前記第１部分と流体連通にある、空気入口（１４０）と、
   を備え、
   前記サンプル送達部（１２０）は、前記一方向出口弁（１６０）を介して上流端で前記非再呼吸部（１１０）と流体連通し、前記内部呼吸流路の第２部分を画定し、前記サンプル送達部（１２０）は、
   前記サンプル送達部（１２０）において、前記サンプル送達部（１２０）を上流側部分と下流側部分とに分割するように配置される空気ダイバータ（１７０）と、
   前記上流側部分にあるサンプル出口（１９０）と、
   前記下流側部分にあり、排気装置（１８０）と流体連通する戻り入口（１９５）と、
   サンプル収集チャンバ（２００）の開口部とシールを形成するように構成されたサンプル収集チャンバコネクタ（１５０）であって、前記サンプル収集チャンバコネクタ（１５０）は、周囲（Ｐ）を画定し、前記サンプル出口（１９０）および前記戻り入口（１９５）は、前記周囲（Ｐ）内部に配置される、サンプル収集チャンバコネクタ（１５０）と、
   を備え、
   前記呼吸サンプル採取器（１００）は、前記サンプル収集チャンバコネクタ（１５０）に結合されるサンプル収集チャンバ（２００）を更に備え、前記サンプル収集チャンバ（２００）は、液体捕捉界面（３１０）を備え、
   前記呼吸サンプル採取器（１００）は、動作中に、患者からの呼吸が、前記非再呼吸部（１１０）を通過し、前記サンプル送達部（１２０）を介して前記サンプル出口（１９０）に送達され、前記呼吸サンプルから化学的マーカー及び生物学的マーカーの少なくとも一方を捕捉する前記サンプル収集チャンバ（２００）内の液体捕捉界面（３１０）を通過し、前記呼吸が、前記戻り入口（１９５）を介して前記サンプル収集チャンバ（２００）から前記サンプル送達部（１２０）に再入し、前記排気装置（１８０）を介して前記呼吸サンプル採取器（１００）から流出するように構成されている、呼吸サンプル採取器（１００）。
2. 前記呼吸サンプルを前記液体捕捉界面（３１０）に送達するために、前記サンプル出口（１９０）に結合されたサンプル送達管（３００）を更に備える、請求項１に記載の呼吸サンプル採取器（１００）。
3. 前記サンプル送達管（３００）に結合されたディフューザ（１１２０）を更に備え、前記ディフューザ（１１２０）は、入口と、前記入口からの前記呼吸サンプルを複数の流れに分割するためのチャネルのネットワークとを備える、請求項２に記載の呼吸サンプル採取器（１００）。
4. 前記空気ダイバータ（１７０）は、前記サンプル送達部（１２０）の縦軸を横断する平面内に延在する壁を備える、請求項２～３のいずれか一項に記載の呼吸サンプル採取器（１００）。
5. 前記サンプル出口（１９０）に送達された呼吸の体積を測定するように構成された体積型呼吸定量器（１０００）を更に備える、請求項２～４のいずれか一項に記載の呼吸サンプル採取器（１００）。
6. 前記体積型呼吸定量器（１０００）は、前記呼吸サンプルを少なくとも２つのサブサンプルに分離するように構成される、請求項５に記載の呼吸サンプル採取器（１００）。
7. 前記体積型呼吸定量器（１０００）は、第１のサブサンプルが前記サンプル収集チャンバ（２００）に送達されるのを防止するために、前記サンプル出口を選択的に閉じるように構成された閉鎖部材を更に備える、請求項６に記載の呼吸サンプル採取器（１００）。
8. 前記体積型呼吸定量器（１０００）は、所定の体積の呼吸が前記体積型呼吸定量器（１０００）に入ったときに前記閉鎖部材を開くように構成されたジュネーブ歯車（１０１８）を含む、請求項７に記載の呼吸サンプル採取器（１００）。
9. 前記体積型呼吸定量器（１０００）は、前記一方向出口弁（１６０）の下流に位置決めされ、
   前記内部呼吸流路の内部に回転できるように装着され、画定された呼吸量によって回転自在に変位されるように構成された少なくとも１つのフィンを含むターンスタイル（１０１０）と、
   ターンスタイル（１０１０）とジュネーブ歯車（１０１８）の間の歯車式結合装置と、を備え、
   前記ターンスタイル（１０１０）は、前記ジュネーブ歯車（１０１８）を第１位置から第２位置に移動させるように構成され、
   前記ジュネーブ歯車（１０１８）を第１位置から第２位置に移動させることにより、前記閉鎖部材を開いて、第２サブサンプルを前記サンプル収集チャンバ（２００）に送達することを可能にするように構成される、請求項８に記載の呼吸サンプル採取器（１００）。
10. 選択的に接続可能な複数のモジュールを更に備える、請求項２～９のいずれか一項に記載の呼吸サンプル採取器（１００）。
11. 前記選択的に接続可能な複数のモジュールは、第１モジュールおよび第２モジュールを備え、前記第１モジュールは、非再呼吸部（１１０）を備え、
    前記第２モジュールは、サンプル送達部（１２０）を備える、請求項１０に記載の呼吸サンプル採取器（１００）。
12. 前記サンプル送達管（３００）は、前記サンプル出口（１９０）に取り外し可能に接続される、請求項２～１１のいずれか一項に記載の呼吸サンプル採取器（１００）。
13. 前記非再呼吸部（１１０）と流体連通する送達ポート（５１０）をさらに備え、前記送達ポートは、ネブライザ（５２０）に接続するように構成される、請求項１～１２のいずれか一項に記載の呼吸サンプル採取器（１００）。
14. 前記サンプル収集チャンバ（２００）が、統合された検査モジュール（１４００）を更に備える、請求項１～１３のいずれか一項に記載の呼吸サンプル採取器（１００）。
15. 前記統合された検査モジュール（１４００）はラボオンチップデバイスである、請求項１４に記載の呼吸サンプル採取器（１００）。
16. 前記統合された検査モジュール（１４００）は、ＰＣＲユニットを備える、請求項１５に記載の呼吸サンプル採取器（１００）。
17. 非再呼吸部（１１０）およびサンプル送達部（１２０）のうちの少なくとも１つは、更なるバイオマーカーを測定するように構成されたセンサを備える、請求項１～１６のいずれか一項に記載の呼吸サンプル採取器（１００）。
18. 前記排気装置（１８０）が、フィルタまたはメッシュを備える、請求項１～１７のいずれか一項に記載の呼吸サンプル採取器（１００）。
19. 呼吸サンプル採取器（１００）の遠位端に取り外し可能に付けられるように構成された呼吸サンプル採取器キャップをさらに備え、前記呼吸サンプル採取器（１００）の前記遠位端は、前記サンプル入口（１３０）を備える端部とは反対側の端部である、請求項１～１８のいずれか一項に記載の呼吸サンプル採取器（１００）。
20. 前記呼吸サンプル採取器キャップは、前記排気装置（１８０）を覆うように配置される、請求項１９に記載の呼吸サンプル採取器（１００）。
21. 前記呼吸サンプル採取器キャップは、前記サンプル収集チャンバ（２００）に対応する接続手段を備える、請求項１９に記載の呼吸サンプル採取器（１００）。

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