KR20230002898A - 호기 응축물을 사용한 마스크-기반 진단 시스템 - Google Patents
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Abstract
피검자의 호기에 포함된 바이오마커를 검출하기 위한 마스크-기반 진단 장치가 제공된다. 호기 응축물(EBC) 수집기는 피검자의 폐 및 기도로부터 수용된 호흡 증기를 유체 바이오샘플로 변환한다. EBC 수집기는 열 질량체, 응축물-형성 표면 및 응축물-형성 표면 상에 배치된 유체 전도체를 포함한다. 유체 전달 시스템은 EBC 수집기로부터 유체 바이오샘플을 수용한다. 바이오마커 테스팅 유닛은 유체 전달 시스템으로부터 유체 바이오샘플을 수용하고 타깃 바이오마커에 대한 유체 바이오샘플을 테스트한다. 테스팅 시스템 지지체가 EBC 수집기, 유체 전달 시스템 및 바이오마커 테스팅 유닛을 지지하기 위해 제공된다. 테스팅 시스템 지지체는 안면 마스크 내부에 맞도록 구성되고 치수가 정해진다. 안면 마스크가 제공되어 호기 증기 봉쇄 체적을 형성하여 EBC 수집기에 근접하여 호기 증기를 유지하여 열 질량체에 의해 냉각된 응축물-형성 표면이 호기 증기를 유체 바이오샘플로 유착될 수 있게 한다.
Description
관련 출원
본 국제 출원은 2020년 10월 7일자로 출원되고 발명의 명칭이 호기 응축물, 에어로졸 및 가스에서 바이오마커를 검출하기 위한 마스크-기반 테스팅 시스템인 동시 계류 미국 실용 특허 출원 17065488호의 부분 계속 출원이며, 이와 관련되고 그 우선권을 주장하는, 2021년 3월 2일자로 출원되고 발명의 명칭이 호기 응축물을 사용한 마스크-기반 진단 시스템인 미국 실용 특허 출원 17189711호; 2020년 5월 23일자로 출원되고 발명의 명칭이 바이오마커를 검출하기 위한 호기 응축물, 에어로졸 및 가스의 사용인 동시 계류 미국 실용 특허 출원 16882447호, 및 2020년 5월 17일자로 출원되고 발명의 명칭이 COVID-19의 바이오마커에 대한 테스팅을 위한 호기 응축물의 사용인 동시 계류 미국 실용 특허 출원 16876054호, 및 2020년 4월 19일자로 출원되고 발명의 명칭이 COVID-19에 대한 저가의, 확장 가능하고, 정확하고, 사용하기 쉬운 테스팅 시스템인 미국 가출원 63012247호; 2020년 5월 3일자로 출원되고 발명의 명칭이 COVID-19의 바이오마커에 대한 테스팅을 위한 호기 응축물의 사용인 63019378호 및 2020년 5월 17일자로 출원되고 발명의 명칭이 COVID-19의 바이오마커에 대한 테스팅을 위한 호기 응축물의 사용인 63026052호의 우선권의 이익을 주장하며, 그 개시는 전체가 참조로 본원에 통합된다.
기술분야
본 발명의 예시적이고 비제한적인 구현예는 일반적으로 진단 시스템, 방법, 디바이스 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이며, 보다 구체적으로, 코로나바이러스와 같은 생물학적 시약의 바이오마커를 검출하기 위한 디지털 진단 디바이스에 관한 것이다.
본 발명은 또한 인간 및 동물의 생리학적 상태의 치료 및 모니터링을 위한 생체 측정 파라미터를 검출하는 데 사용되는 디바이스 아키텍처, 특정-용도 어플리케이션 및 컴퓨터 알고리즘에 관한 것이다.
본 섹션은 청구항에 인용된 본 발명의 예시적인 구현예에 대한 배경 또는 맥락을 제공하기 위해 의도된 것이다. 본원의 설명은 추구될 수 있는 개념을 포함할 수 있지만 반드시 이전에 구상, 구현 또는 설명된 개념일 필요는 없다.
따라서, 본원에서 달리 지시되지 않는 한, 본 섹션에서 설명된 것은 본 출원의 설명 및 청구항에 대한 선행 기술이 아니며 본 섹션에 포함되어 선행 기술로 인정되지 않는다.
전 세계 정부는 COVID-19 바이러스의 확산을 늦추기 위해 재택 정책과 시민들의 락다운(lockdown)을 시행했다. 현재 전 세계적으로 수십억 명의 사람들이 일상적인 고용, 오락 및 사교 활동을 중단하였다. COVID-19로부터의 노출, 감염 및 회복을 나타내는 바이오마커에 대한 테스팅은 바이러스의 확산을 최소화하면서 경제 활동을 더 안전하고 효율적으로 재개할 수 있도록 하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 활성 바이러스에 대한 단백질 및 RNA 테스팅은 누가 현재 전염성이 있는지를 보여준다. 항체 테스팅은 바이러스로부터 회복되어 현재 재감염에 면역이 될 수 있는 집단의 구성원을 찾는 데 사용될 수 있다. 이러한 지식은 보호받는 개인과 소비자의 증가하는 노동력의 재고용으로, 정밀한 사회적 거리두기와 보다 효과적인 접촉 추적을 가능하게 할 수 있다. 감염 및 전염의 위험이 남아있는 사람들은 백신이나 높은 성공률의 약물 요법과 같은 다른 해결책이 개발될 때까지 격리되어 유지될 수 있다.
아래의 개요 섹션은 단지 예시적이고 비제한적인 것으로 의도된다. 본 발명의 예시적인 구현예를 사용함으로써 상술한 문제 및 다른 문제가 극복되고 다른 이점이 실현된다.
비제한적인 예시적인 구현예에 따르면, 피검자의 호기에 포함된 바이오마커를 검출하기 위한 마스크-기반 진단 장치가 제공된다. 호기 응축물(EBC: exhaled breath condensate) 수집기는 피검자의 폐 및 기도로부터 수용된 호흡 증기를 유체 바이오샘플로 변환한다. EBC 수집기는 열 질량체, 응축물-형성 표면 및 응축물-형성 표면 상에 배치된 유체 전도체를 포함한다. 유체 전달 시스템은 EBC 수집기로부터 유체 바이오샘플을 수용한다. 바이오마커 테스팅 유닛은 유체 전달 시스템으로부터 유체 바이오샘플을 수용하고 타깃 바이오마커에 대한 유체 바이오샘플을 테스트한다. 테스팅 시스템 지지체가 EBC 수집기, 유체 전달 시스템 및 바이오마커 테스팅 유닛을 지지하기 위해 제공된다. 테스팅 시스템 지지체는 안면 마스크 내부에 맞도록 구성되고 치수가 정해진다. 안면 마스크가 제공되어 호기 증기 봉쇄 체적을 형성하여 EBC 수집기에 근접하여 호기 증기를 유지하여 열 질량체에 의해 냉각된 응축물-형성 표면이 호기 증기를 유체 바이오샘플로 유착될 수 있게 한다.
비제한적인 예시적인 구현예에 따르면, 피검자의 폐 및 기도로부터 수신된 바이오마커를 검출하기 위한 마스크-기반 테스팅 시스템은 피검자에 의해 착용된 안면 마스크의 내부에 일체화된 호기 응축물(EBC) 수집기를 포함한다. EBC 수집기는 피검자의 폐 및 기도로부터 수용된 호흡 증기를 유체 바이오샘플로 변환한다. EBC 수집기로부터 유체 바이오샘플을 수용하고 타깃 피분석물에 대한 유체 바이오샘플을 테스트하기 위한 바이오센서가 안면 마스크 내부에 고정된다. 바이오센서는 적어도 유체 바이오샘플에서 타깃 피분석물의 존재 및 부재에 따라 테스트 신호를 생성한다. 테스트 신호를 수신하고, 타깃 피분석물의 검출 여부에 따라 테스트 신호로부터 테스트 결과 신호를 결정하고, 테스트 결과 신호를 원격 수신기에 전송하기 위한 전자 회로가 마스크의 외부에 고정된다.
본 발명의 구현예에 따르면, 바이오마커를 검출하기 위한 장치는 사용자의 기도 라이닝(lining)으로부터 호기 에어로졸(EBA: exhaled breath aerosol) 미립자를 수용하고 캡처하기 위한 미립자 캡처 구조체를 포함하고, 미립자 캡처 구조체는 캡처된 미립자를 수용하고 제1 바이오마커를 검출하기 위한 에어로졸 미립자 테스팅 시스템을 갖고, 에어로졸 미립자 테스팅 시스템은 EBA 입자를 캡처하기 위한 용해성 EBA 샘플 수집기 필름을 포함한다. 용해성 EBA 샘플 수집기 필름은 제1 바이오마커를 검출하기 위한 검출 반응에서 캡처된 미립자의 적어도 하나의 성분과 반응하기 위한 제1 시약을 포함한다. 검출 반응은 제1 바이오마커에 따른 광학 신호 및 전기 신호의 변화 중 적어도 하나를 생성한다. 제1 시약은 제1 나노입자에 결합되어 불용성 테스팅 영역에서 제자리에 유지된다. EBA 미립자는 불용성 미립자 및 액적 미립자를 포함하고, 용해성 EBA 수집기 필름은 불용성 미립자에 부착하고 이를 캡처하기 위한 점착성 표면 및 액적 미립자를 캡처하기 위한 수용성 벌크를 포함한다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 장치는 적어도 하나의 프로세서, 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 적어도 하나의 메모리를 포함하고, 적어도 하나의 메모리 및 컴퓨터 프로그램 코드는 적어도 하나의 프로세서로, 장치로 하여금 적어도 사용자의 기도 라이닝으로부터 호기 에어로졸(EBA) 미립자를 수용하고 캡처하기 위해 미립자 캡처 구조체를 사용하여 하나 이상의 생체 측정 파라미터를 검출하고, 미립자 캡처 구조체는 캡처된 미립자를 수용하고 제1 바이오마커를 검출하기 위한 에어로졸 미립자 테스팅 시스템을 갖고, 에어로졸 미립자 테스팅 시스템은 EBA 미립자를 캡처하기 위한 용해성 EBA 샘플 수집기 필름을 포함하고, 생체 측정 파라미터는 바이러스 감염과 같은 관련 조건에 응답하여 환자에 대한 적어도 하나의 생리학적 변화에 따른 바이오마커이고; 하나 이상의 생체 측정 파라미터를 수신하여 확률 분석을 적용하여 하나 이상의 생체 측정 파라미터의 확률 분석에 따라 적어도 하나의 생리학적 변화 임계값을 초과했는지 결정하고; 결정되고 초과된 상기 적어도 하나의 생리학적 변화에 따른 액션을 활성화하는 것을 수행하게 하도록 구성된다. 하나 이상의 생체 측정 파라미터는 유체 샘플을 형성하기 위해 호흡 증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 구조체 및 유체 샘플을 수용하고 생체 측정 파라미터를 검출하기 위한 바이오마커 테스팅 구역을 갖는 테스팅 시스템을 사용하여 추가로 검출될 수 있으며; 확률 분석이 하나 이상의 생체 측정 파라미터에 적용되어 캡처된 미립자 및 유체 샘플 모두로부터 검출된 하나 이상의 생체 측정 파라미터의 확률 분석에 따라 적어도 하나의 생리학적 변화 임계값을 초과하였는지를 결정한다.
본 발명의 구현예에 따르면, 장치는 증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 및 채널링 구조체 및 샘플 소스, 피분석물-특정 바이오수용체로 기능화된 바이오수용체 영역 및 판독 가능 신호를 생성하기 위한 변환기를 포함하는 유체 바이오센서를 포함한다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 바이오마커를 검출하기 위한 장치는 증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 및 채널링 구조체 및 바이오마커 피분석물을 갖는 샘플 소스, 피분석물-특정 바이오수용체로 기능화된 바이오수용체 영역, 및 샘플 소스로부터 바이오마커 피분석물을 수용하는 것에 응답하여 바이오수용체의 변화에 따른 판독 가능 신호를 생성하기 위한 변환기를 포함하는 유체 바이오센서를 포함한다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 바이오마커를 검출하기 위한 장치는 유체 샘플을 형성하기 위해 호흡 증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 구조체 및 유체 샘플을 수용하고 바이오마커를 검출하기 위한 바이오마커 테스팅 구역을 갖는 테스팅 시스템을 포함한다. 액적 수집 구조체는 호흡 증기를 수용하고 수용된 호흡 증기로부터 유체 액적을 형성하기 위한 소수성 필드 및 유체 액적을 수용하고 테스팅 시스템을 향해 유체 액적을 채널링하기 위한 친수성 채널 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 유체 댐 부재가 액적 수집 구조체와 바이오마커 테스팅 구역 사이에 배치되어 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 바이오마커를 검출하기 위한 장치는 증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 및 채널링 구조체 및 바이오마커 피분석물을 갖는 샘플 소스, 피분석물-특정 바이오수용체로 기능화된 바이오수용체 영역, 및 샘플 소스로부터 바이오마커 피분석물을 수용하는 것에 응답하여 바이오수용체의 변화에 따른 판독 가능 신호를 생성하기 위한 변환기를 포함하는 유체 바이오센서를 포함한다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 바이오마커 테스팅 시스템을 형성하는 방법은 호기 응축물 유체 샘플 수집기를 형성하는 단계를 포함한다. 호기 응축물 유체 샘플 수집기를 형성하는 단계는 기판을 제공하는 단계, 기판 상에 소수성 필드를 코팅하는 단계, 및 기판 상에 적어도 하나의 친수성 채널을 코팅하는 단계를 포함한다. 소수성 필드는 신체 유체 증기를 수용하고 수용된 신체 유체 증기로부터 유체 액적을 형성하기 위한 것이고, 친수성 채널은 유체 액적을 수용하여 유체 액적을 테스팅 시스템을 향해 채널링하기 위한 것이다. 적어도 하나의 유체 샘플 배수 홀이 테스팅 시스템의 샘플 수용 구조체 상으로 적어도 하나의 유체 샘플 배수 홀을 통해 유체 액적을 배수하기 위해 친수성 채널의 단부에 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 피검자의 호흡으로부터 생물학적 시약을 검출하기 위한 시스템이 제공되며, 이는 유체 생물학적 샘플을 형성하기 위해 호흡 증기를 액적으로 유착시키기 위한 기호 응축물 액적 수집기, 호흡 액적 수집기로부터 유체 생물학적 샘플을 수용하여 타깃 피분석물에 대해 테스트하기 위한 테스팅 시스템, 및 타깃 피분석물에 대한 테스팅의 결과를 검출하여 결과를 무선 수신기로 전달하기 위한 무선 통신 전자 회로를 포함한다. 미립자 및 액적 중 적어도 하나를 포함하는 기호 에어로졸을 수용하기 위한 표면을 갖는 시트 부재를 포함하는 기호 에어로졸 캡처 시스템이 제공될 수 있다. 표면은 불용성, 압력 감지 접착제 또는 시트 부재 상에 형성, 코팅, 부착 또는 시트 부재와 일체화되는 용해성 필름의 노출된 부분일 수 있다. 용해성 필름은 표면 상으로 또는 용해성 필름으로 미립자 및 액적 중 적어도 하나를 매립 또는 용해시키는 것 중 적어도 하나에 의해 미립자 및 액적 중 적어도 하나를 수용하고 캡처하는 데 효과적인 조성을 갖는다. 표면 및 용해성 필름 중 적어도 하나는 적어도 하나의 미립자 및 액적에서 타깃 피분석물의 존재를 검출하기 위해 적어도 하나의 미립자 및 액적과 반응하기 위한 시약을 포함한다.
본 발명의 구현예에 따르면, 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터와 함께 사용하기 위한 내부에 구현된 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터-판독 가능 매체를 포함하고, 컴퓨터 프로그램 코드는 하나 이상의 생체 측정 파라미터를 검출하고, 생체 측정 파라미터는 바이러스 감염과 같은 관련 조건에 응답하여 환자에 대한 적어도 하나의 생리학적 변화에 따르고; 하나 이상의 생체 측정 파라미터를 수신하고 확률 분석을 적용하여 하나 이상의 생체 측정 파라미터의 확률 분석에 따라 적어도 하나의 생리학적 변화 임계값을 초과했는지 결정하고; 결정되고 초과된 상기 적어도 하나의 생리학적 변화에 따른 액션을 활성화하기 위한 코드를 포함한다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 장치는 적어도 하나의 프로세서; 및 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 적어도 하나의 메모리를 포함하고, 적어도 하나의 메모리 및 컴퓨터 프로그램 코드는 적어도 하나의 프로세서로, 장치로 하여금 적어도 유체 샘플을 형성하기 위해 호흡 증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 구조체 및 유체 샘플을 수용하고 생체 측정 파라미터를 검출하기 위한 바이오마커 테스팅 구역을 갖는 테스팅 시스템을 사용하여 하나 이상의 생체 측정 파라미터를 검출하고, 생체 측정 파라미터는 바이러스 감염과 같은 관련 조건에 응답하여 환자에 대한 적어도 하나의 생리학적 변화에 따른 바이오마커이고; 하나 이상의 생체 측정 파라미터를 수신하여 확률 분석을 적용하여 하나 이상의 생체 측정 파라미터의 확률 분석에 따라 적어도 하나의 생리학적 변화 임계값을 초과했는지 결정하고; 결정되고 초과된 상기 적어도 하나의 생리학적 변화에 따른 액션을 활성화하는 것을 수행하게 하도록 구성된다.
본 발명의 구현예에 따르면, 장치는 증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 및 채널링 구조체 및 샘플 소스, 피분석물-특정 바이오수용체로 기능화된 바이오수용체 영역, 및 판독 가능 신호를 생성하기 위한 변환기를 포함하는 유체 바이오센서를 포함한다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 바이오마커를 검출하기 위한 장치는 증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 및 채널링 구조체 및 바이오마커 피분석물을 갖는 샘플 소스, 피분석물-특정 바이오수용체로 기능화된 바이오수용체 영역, 및 샘플 소스로부터 바이오마커 피분석물을 수용하는 것에 응답하여 바이오수용체의 변화에 따른 판독 가능 신호를 생성하기 위한 변환기를 포함하는 유체 바이오센서를 포함한다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 바이오마커를 검출하기 위한 장치는 유체 샘플을 형성하기 위해 호흡 증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 구조체 및 유체 샘플을 수용하고 바이오마커를 검출하기 위한 바이오마커 테스팅 구역을 갖는 테스팅 시스템을 포함한다. 액적 수집 구조체는 호흡 증기를 수용하고 수용된 호흡 증기로부터 유체 액적을 형성하기 위한 소수성 필드 및 유체 액적을 수용하고 테스팅 시스템을 향해 유체 액적을 채널링하기 위한 친수성 채널 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 유체 댐 부재가 액적 수집 구조체와 바이오마커 테스팅 구역 사이에 배치되어 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 바이오마커를 검출하기 위한 장치는 증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 및 채널링 구조체 및 바이오마커 피분석물을 갖는 샘플 소스, 피분석물-특정 바이오수용체로 기능화된 바이오수용체 영역, 및 샘플 소스로부터 바이오마커 피분석물을 수용하는 것에 응답하여 바이오수용체의 변화에 따른 판독 가능 신호를 생성하기 위한 변환기를 포함하는 유체 바이오센서를 포함한다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 바이오마커 테스팅 시스템을 형성하는 방법은 호기 응축물 유체 샘플 수집기를 형성하는 단계를 포함한다. 호기 응축물 유체 샘플 수집기를 형성하는 단계는 기판을 제공하는 단계, 기판 상에 소수성 필드를 코팅하는 단계, 및 기판 상에 적어도 하나의 친수성 채널을 코팅하는 단계를 포함한다. 소수성 필드는 신체 유체 증기를 수용하고 수용된 신체 유체 증기로부터 유체 액적을 형성하기 위한 것이고, 친수성 채널은 유체 액적을 수용하여 유체 액적을 테스팅 시스템을 향해 채널링하기 위한 것이다. 적어도 하나의 유체 샘플 배수 홀이 테스팅 시스템의 샘플 수용 구조체 상으로 적어도 하나의 유체 샘플 배수 홀을 통해 유체 액적을 배수하기 위해 친수성 채널의 단부에 형성될 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 장치는 증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 및 채널링 구조체 및 샘플 소스, 피분석물-특정 바이오수용체로 기능화된 바이오수용체 영역, 및 판독 가능 신호를 생성하기 위한 변환기를 포함하는 유체 바이오센서를 포함한다. 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 바이오마커를 검출하기 위한 장치는 증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 및 채널링 구조체 및 바이오마커 피분석물을 갖는 샘플 소스, 피분석물-특정 바이오수용체로 기능화된 바이오수용체 영역, 및 샘플 소스로부터 바이오마커 피분석물을 수용하는 것에 응답하여 바이오수용체의 변화에 따른 판독 가능 신호를 생성하기 위한 변환기를 포함하는 유체 바이오센서를 포함한다.
본 발명의 예시적인 구현예의 상술한 구현예 및 다른 구현예는 첨부된 도면과 함께 읽을 때 다음의 상세한 설명에서 더욱 명백해지며, 여기서:
도 1은 샘플 패드에 추가된 바이오마커 샘플을 도시하는 횡방향 흐름 검정(LFA: Lateral Flow Assay) 테스팅 시스템을 도시한다.
도 2는 컨쥬게이트 방출 패드에서 형성된 바이오마커-라벨링된 항체 복합체를 갖는 LFA를 도시한다.
도 3은 바이오마커의 존재를 나타내는 테스트 라인에서 바이오마커의 결합을 도시한다.
도 4는 바이오수용체 검출 시스템의 메커니즘을 도시한다.
도 5는 웨어러블 전자 호흡 화학 센서의 측면도이고; 도 6은 웨어러블 전자 호흡 화학 센서의 평면도이다.
도 7은 호기 응축물(EBC: Exhaled Breath Condensate) 액적 샘플 수집기의 분리도이다.
도 8은 EBC 액적 수집기를 형성하는 단계를 나타내는 평면도이다.
도 9는 EBC 액적 샘플 수집기를 형성하기 위한 다른 단계를 나타내는 평면도이고; 도 10은 EBC 액적 샘플 수집기를 형성하기 위한 또 다른 단계를 나타내는 평면도이고; 도 11은 EBC 액적 샘플 수집기를 형성하기 위한 또 다른 단계를 나타내는 평면도이고; 도 12는 EBS 액적을 나타내는 EBC 샘플 수집기를 도시한다.
도 13은 LFA 테스팅 시스템에 적용된 EBC 샘플 수집기를 도시한다.
도 14는 EBC 샘플 수집기의 스크린 인쇄된 친수성 채널, 스크린 인쇄된 소수성 필드 및 열 질량체 기판을 나타내는 분해도이다.
도 15는 LFA의 구성 요소를 나타내는 분해도이다.
도 16은 광자 방출기/검출기 전자 장치를 포함하는 LFA의 구현예를 도시한다.
도 17은 나노규모 바이오센서 테스팅 시스템에 적용되고 샘플 패드 상의 수집된 액적을 억제하기 위한 풀 탭(pull tab)을 나타내는 EBC 샘플 수집기를 도시한다.
도 18은 테스팅 시스템에 적용된 EBC 샘플 수집기를 도시하는 사시도이다.
도 19는 샘플 패드와 컨쥬게이트 방출 패드 사이에 배치된 풀(pull) 테이블을 도시하는 분리도이다.
도 20은 유체 전달 개구를 갖는 스크린 인쇄된 EBC 샘플 수집기의 분리도이고; 도 21은 광자 방출기/검출기 쌍 사이를 흐르는 EBC 샘플 수집기로부터 수집된 유체 샘플을 도시하는 단면도이다.
도 22는 LFA 테스팅 시스템을 구축하기 위한 단계의 측면도를 도시하고; 도 23은 LFA 테스팅 시스템을 구축하기 위한 단계의 평면도를 도시한다.
도 24는 배치(batch)로서 형성된 LFA 테스팅 시스템의 4x9 묶음 멀티플-업(multiple-up) 시트를 도시한다.
도 25는 하부 접착제/백킹 기판/상단 접착제의 롤을 형성하기 위한 롤-대-롤(roll-to-roll) 제조 프로세스를 도시한다.
도 26은 바닥 접착제/백킹 기판/상단 접착제 스택을 도시하는 사시도이고; 도 27은 바닥 접착제/백킹 기판/상단 접착제의 롤 상에 LFA의 구성 요소를 형성하기 위한 롤-대-롤 제조 프로세스를 도시한다.
도 28은 연속 롤로부터 절단된 롤-대-롤 프로세스에 의해 형성된 LFA 테스팅 시스템을 도시하고 LFA 테스팅 시스템을 별도로 형성된 ENC 샘플 수집기에 부착하기 위한 상단 접착제의 섹션을 도시한다.
도 29는 연속 롤로부터 절단된 롤-대-롤 프로세스에 의해 형성된 LFA 테스팅 시스템을 도시하고 안면 마스크와 같은 웨어러블 의복 상에 부착하기 위한 바닥 접착제의 섹션을 도시한다.
도 30은 액적 수집 홀(hole)을 갖는 열 질량체 기판 상에 소수성 필드 코팅을 갖는 기판의 시트를 도시한다.
도 31은 친수성 채널의 코팅을 갖는 액적 수집 홀을 갖는 열 질량체 기판 상의 소수성 필드 코팅을 갖는 기판의 시트를 도시한다.
도 32는 별도의 신뢰할 수 있는 수신기 및 공용 블록체인 데이터 경로 및 저장과 함께 무선 데이터 획득 및 전송을 위한 전자 장치를 갖는 EBC 샘플 수집기 및 테스팅 시스템을 도시한다.
도 33은 열 본딩된 안면 마스크에 대한 제조 프로세스를 도시한다.
도 34는 사전-형성 마스크 스택을 형성하기 위해 블랭크로 개별적으로 절단된 롤-대-롤 적층 프로세스를 통해 본딩된 직물, 필터 및 다른 층을 도시한다.
도 35는 사전-형성 마스크 스택의 생물학적 반응 은 직물 및 핫 멜트 접착제와 같은 다른 재료를 도시한다.
도 36은 마스크 스택의 분해도이다.
도 37은 제1 및 제2 열 프레스 동작을 위한 마스크 스택의 폴드 라인을 도시하고; 도 38은 접히고, 가압되고 열 본딩된 마스크를 도시한다.
도 39는 접힌 마스크에 대한 EBC 수집기 및 테스팅 시스템의 부착을 도시한다.
도 40은 마스크의 내부 상에 EBC 수집기 및 테스팅 시스템을 배치하기 위해 접힌 마스크를 뒤집는 단계를 도시한다.
도 41은 접힌 마스크 상에 탄성 스트랩을 본딩하기 위한 열 프레스 동작을 도시한다.
도 42는 호기의 농축된 분위기 내에서 마스크 내부에 배치된 EBC 수집기 및 테스팅 시스템을 갖는 마스크를 도시한다.
도 43은 피검자의 코의 브릿지에 대응하는 위치에서 마스크의 폴드 내에 배치된 통상의 구부릴 수 있는 금속 코 시일(seal)을 도시한다.
도 44는 피검자의 코의 브릿지에 대응하는 위치에서 마스크의 폴드의 외부 상에 배치된 교체 가능한 접착 코 스트립을 도시한다.
도 45는 자기 제거 가능 코 시일의 구성 요소를 도시한다.
도 46은 컨쥬게이트 방출 패드 상으로 방출되고 테스팅 시스템의 구성 요소를 통해 유체 샘플을 플러싱(flushing)하기에 충분히 축적될 때까지 샘플 패드 상에 수집된 EBC를 억제하는 용해성 흐름 댐을 포함하는 테스팅 시스템의 분해도이다.
도 47은 샘플 패드와 컨쥬게이트 방출 패드 사이에 삽입된 용해성 흐름 댐을 도시하는 분리도이다.
도 48은 샘플 패드로부터 컨쥬게이트 방출 패드로 축적된 유체 샘플을 방출하기 위해 용해성 흐름 댐이 용해된 후를 도시하는 분리도이다.
도 49는 용해성 EBC 액적 및 EBA 미립자 수집기를 도시하는 분리도이다.
도 50은 표면 상에 충돌하는 미립자 및 액적을 갖는 용해성 액적 및 미립자 수집기의 섹션을 도시하는 측단면도이다.
도 51은 용해성 캡처 필름에 매립된 미립자 및 용해된 액적을 갖고 용해성 캡처 필름의 검출 시약과의 검출 반응을 야기하는 용해성 액적 및 미립자 수집기의 섹션을 도시하는 측단면도이다.
도 52는 캡처된 에어로졸 액적 및 에어로졸 미립자를 갖는 용해성 EBC 액적 및 EBA 미립자 수집기를 포함하는 본 발명의 테스팅 시스템을 도시하는 평면도이다.
도 53은 캡처된 에어로졸 액적 및 에어로졸 미립자를 갖는 용해성 EBC 액적 및 EBA 미립자 수집기를 도시하는 분리된 사시도이다.
도 54는 에어로졸 액적 및 에어로졸 미립자를 캡처하기 전에 용해성 EBC 액적 및 EBA 미립자 수집기를 포함하는 본 발명의 테스팅 시스템을 도시하는 평면도이다.
도 55는 에어로졸 액적 및 에어로졸 미립자를 캡처한 후 용해성 EBC 액적 및 EBA 미립자 수집기를 포함하는 본 발명의 테스팅 시스템을 도시하는 평면도이다.
도 56은 호기 및/또는 주변 대기의 휘발성 및 가스 성분을 검출하기 위한 복수의 가스 센서와 함께 안면 마스크 기판 상에 설치된 용해성 EBC 액적 및 EBA 미립자 수집기를 포함하는 본 발명의 테스팅 시스템을 도시하는 평면도이다.
도 57은 용해성 액체 비이커(beaker)에 배치된 표면 상에 충돌하는 미립자 및 액적을 갖는 용해성 액적 및 미립자 수집기의 섹션을 도시하는 측단면도이다.
도 58은 용해성 액체의 비이커로 방출된 미립자 및 용해된 액적을 갖는 용해성 액적 및 미립자 수집기의 섹션을 도시하는 측단면도이다.
도 59는 예시적인 구현예가 실시될 수 있는 하나의 가능하고 비제한적인 예시적인 시스템의 블록도이다.
도 60은 COVID-19 노출을 결정하기 위한 적용된 확률 분석에 대한 논리 흐름도이며, 예시적인 방법의 동작, 컴퓨터 판독 가능 메모리에 구현된 컴퓨터 프로그램 명령의 실행 결과, 하드웨어에 구현된 논리에 의해 수행되는 기능, 및/또는 예시적인 구현예에 따라 기능을 수행하기 위한 상호 연결된 수단을 도시한다.
도 61은 신뢰할 수 있는 수신기 및 계약 추적 사용을 위한 데이터 획득 및 전송을 위한 논리 흐름도이며, 예시적인 방법의 동작, 컴퓨터 판독 가능 메모리에 구현된 컴퓨터 프로그램 명령의 실행 결과, 하드웨어에 구현된 논리에 의해 수행되는 기능, 및/또는 예시적인 구현예에 따라 기능을 수행하기 위한 상호 연결된 수단을 도시한다.
도 62는 EBC/EBA 수집 시스템의 구현예의 사시도이다.
도 63은 피펫(pipette)과 피펫 가이드를 도시하는 EBC/EBA 수집 시스템의 사시도이다.
도 64는 EBC/EBA 수집 시스템의 구현예의 구성 부분을 도시하는 분해도이다.
도 65는 EBC/EBA 수집 시스템의 구성 부분을 도시하는 다른 분해도이다.
도 66은 EBC/EBA 수집 시스템의 단면도이다.
도 67은 피검자의 폐로부터 바이오마커 샘플을 얻기 위한 EBC/EBA 수집 시스템의 사용을 도시한다.
도 68은 EBC/EBA 수집 시스템의 구현예의 마우스피스, 캡, 베이스, 용해성 EBA 샘플 수집기 및 내부 실린더를 도시하는 분리도이다.
도 69는 캡처된 EBA 입자 및 액적을 갖는 용해성 EBA 샘플 수집기 및 내부 실린더를 도시하는 분리도이다.
도 70은 바이오마커 테스팅을 위해 캡처된 EBA 입자 및 액적을 획득하기 위해 용해성 EBA 샘플 수집기를 용해시키기 위한 용매에 침지된 내부 실린더를 도시한다.
도 71은 캡처된 EBA 미립자, 불용성 테스팅 영역 및 용해성 캡처 필름 영역을 갖는 에어로졸 미립자 테스팅 시스템을 형성하는 용해성 EBA 샘플 수집기의 구현예의 섹션의 분리도이다.
도 72는 캡처되고 불용성 테스팅 영역에 결합된 타깃 바이오마커를 갖는 에어로졸 미립자 테스팅 시스템을 도시하는 EBA 액적 및/또는 미립자를 캡처하는 불용성 EBS 샘플 수집기의 구현예의 일련의 측면도를 도시한다.
도 73은 나노입자가 캡처 항체 또는 이에 고정된 다른 시약을 포함하는 기판의 트렌치(trench)에 유지된 나노입자를 도시한다.
도 74는 입자 또는 액적에 포함된 임의의 바이오마커를 포함하는 유체 샘플을 형성하기 위해 용해성 EBA 샘플 수집기로부터 린싱(rinsing)되는 EBA 입자 및 액적을 도시한다.
도 75는 제1 및 제2 바이오마커 중 적어도 하나에 대한 테스트 결과를 검출하고 그 결과를 무선 수신기에 전달하는 무선 통신 전자 회로를 갖는 EBA/EBC 테스팅 시스템을 도시한다.
도 76은 호흡기 회로에 통합된 EBC/e-NSB 테스팅 시스템을 도시한다.
도 77은 센서 기판과 모세관 캡 사이의 센서의 테스팅 영역에 모세관 공간이 형성된 연속 흐름 구현예의 요소를 도시한다.
도 78은 EBC 수집기, 미세 유체 및 전자 바이오센서를 갖는 일회용 마스크의 내부를 도시한다.
도 79는 마스크 내부 상의 전자 바이오센서로부터 마스크 외부 상의 z-축 전도성 테이프까지의 전기적 연결을 도시하는 일회용 마스크의 외부를 도시한다.
도 80은 자체-냉각 EBC 수집기의 구성 부분을 도시한다.
도 81은 EBC 및 EBA를 수집하고 테스트하기 위한 구성 요소로 펼쳐진 마스크 내부를 도시한다.
도 82는 EBC를 테스트하고 테스트 결과를 스마트폰 및/또는 클라우드 서버로 전송하기 위한 기본 구성 요소의 블록도이다.
도 83은 일회용 마스크의 내부 상의 일회용 구성 요소와 일회용 마스크의 외부 상의 살균 가능한 구성 요소를 도시하는 측단면도이다.
도 84는 전자 장치를 일회용 마스크에 유지하고 전기 연결하기 위한 자기 시스템을 도시하는 측단면도이다.
도 85는 전자 장치를 일회용 마스크에 유지하고 전기 연결하는 z-축 전도성 테이프를 도시하는 단면도이다.
도 86은 폼 상에 장착된 신축성 핫 멜트 접착제를 도시한다.
도 87은 폼 상에 장착된 신축성 핫 멜트 접착제로 형성된 포켓을 도시한다.
도 88은 신축성 핫 멜트 접착제로 형성된 포켓에 배치된 흡열 화합물을 도시한다.
도 89는 흡열 화합물을 유지하는 포켓에 추가된 워터 백(water bag)을 도시한다.
도 90은 신축성 핫 멜트 접착제 상단 상의 접착제 시트 상의 사전-적층된 알루미늄 호일을 도시한다.
도 91은 EBC의 묶음 시트를 형성하는 층을 프레스 라미네이팅한 후 폼의 바닥 측면을 도시한다.
도 92는 신축성 핫 멜트 접착제의 포켓에 배치된 고흡수성 중합체를 도시한다.
도 93은 물에 의해 팽창된 후의 고흡수성 중합체를 도시한다.
도 94는 열 프레스 동작의 EBC 묶음 시트의 상단 측면을 도시하고; 도 95는 소수성 필드 상에 친수성 채널을 갖는 완성된 EBC를 도시한다.
도 96은 자체-냉각 EBC에 사용되는 워터 백 및 흡열 화합물을 도시한다.
도 97은 Al 호일 및 접착 시트 라미네이트를 형성하기 위한 롤 대 롤 프로세스를 도시한다.
도 98은 EBC를 형성하기 위한 롤 대 롤 프로세스를 도시한다.
도 99는 EBC의 단면도이다.
도 100은 EBC를 형성하기 위한 롤 대 롤 프로세스의 사시도이다.
도 101은 EBC를 형성하기 위해 신축성 접착제에서 포켓을 형성하기 위한 형태의 컨베이어 벨트를 도시한 확대 사시도이다.
도 102는 형성된 포켓을 갖는 신축성 핫 멜트 접착제의 섹션을 도시하고; 도 103은 폼의 컨베이어 벨트의 섹션을 도시한다.
도 104는 신축성 핫 멜트 접착제의 섹션 및 폼의 컨베이어 벨트의 섹션을 도시한다.
도 105는 전자 바이오센서를 형성하기 위해 기판에 고정된 전극들 사이에 정렬된 나노입자를 형성하기 위한 롤-대-롤 프로세스를 도시한다.
도 106은 전자 센서를 형성하는 단계를 도시한다.
도 107은 기판 상의 전극들 사이에 제자리에 유지된 정렬된 탄소 나노튜브를 갖는 기능화되지 않은 전자 센서를 형성하는 단계를 도시한다.
도 108은 기판 상의 전극들 사이에 제자리에 유지된 정렬된 탄소 나노튜브를 갖는 전자 센서를 기능화하기 위한 단계를 도시한다.
도 109는 결합층 상에 고정된 정렬된 탄소 나노튜브를 갖는 기능화되지 않은 센서를 형성하기 위한 단계를 도시한다.
도 110은 평행 전도체들 사이에 잠금화된 탄소 나노튜브의 습식 전착(electrodeposition)/정렬을 갖는 기능화되지 않은 센서를 형성하기 위한 연속 프로세스를 도시한다.
도 111은 평행 전도체들 사이에 잠금화된 탄소 나노튜브 상의 링커(linker)/캡처 분자의 습식 결합 및 인큐베이션(incubation)으로 기능화된 센서를 형성하기 위한 연속 프로세스를 도시한다.
도 112는 전기적 정렬력(aligning force)을 인가하기 위해 함께 묶인 인쇄된 전극을 도시한다.
도 113은 상이한 AC 전압 및 주파수에서 정렬된 나노튜브의 예를 도시한다.
도 114는 인쇄된 전극 패턴을 도시한다.
도 115는 인쇄된 전극 패턴 상에 형성된 선택적인 절연체를 도시한다.
도 116은 기판 상에 전극 패턴을 인쇄하는 단계를 도시한다.
도 117은 용매 유체 캐리어의 정렬되지 않은 나노튜브를 도시한다.
도 118은 인가된 AC 전압에 의한 유체 캐리어의 나노튜브의 정렬을 도시한다.
도 119는 유체 캐리어에 정렬되지 않은 나노튜브를 배치하는 단계를 도시한다.
도 120은 나노튜브를 정렬하기 위해 AC 전압을 인가하는 단계를 도시한다.
도 121은 용매 유체 캐리어의 증발 후에 정렬되어 잠금화된 정렬된 나노튜브를 도시한다.
도 122는 정렬된 나노튜브에 결합하기 위한 링커/압타머(aptamer) 분자의 추가를 도시한다.
도 123은 전극들 사이의 기판 상에서 제자리에 잠금화된 정렬된 나노튜브의 단계를 도시한다.
도 124는 정렬된 나노튜브의 상단 상에 추가된 비용매 유체 캐리어의 링커/압타머 분자를 도시한다.
도 125는 나노튜브 상의 링커/압타머에 결합하기 위한 인큐베이션을 도시하고; 도 126은 테스팅을 위한 유체 바이오샘플의 추가를 도시한다.
도 127은 정렬된 나노튜브에 결합된 링커/압타머를 도시한다.
도 128은 압타머에 의해 캡처된 타깃 바이오마커를 갖는 유체 바이오샘플의 추가를 도시한다.
도 129는 본원에 설명된 용도를 위해 그리고 프로세스로 구성된 센서를 형성하기 위해 이용될 수 있는 적어도 일부와 함께 본 기술 분야에 알려진 상이한 전자 및 전기 화학적 바이오센서 전략을 도시한다.
도 130은 본원에 설명된 일부 용도 및 프로세스에 사용될 수 있는 전도체 쌍 사이에 갭을 갖는 평행한 전도체의 섹션을 도시한다.
도 131은 전도체들 사이의 갭에 정렬된 나노입자를 갖는 평행 전도체의 섹션을 도시한다.
도 132는 본원에 설명된 프로세스를 사용하여 형성된 전자 센서의 롤 또는 시트로부터 개별화된 전자 센서를 도시한다.
도 133은 본원에 설명된 전자 및 전기 화학적 센서의 버전 중 적어도 일부를 형성하는 데 사용하기 위한 기준 전극을 포함하는 대안적인 스크린 인쇄된 전극 구조체를 도시한다.
도 134는 피검자의 호기에 포함된 바이오마커를 검출하기 위한 마스크-기반 진단 장치의 구현예를 도시한다.
도 135는 기존의 안면 마스크에 의해 형성된 호기 증기 봉쇄 체적으로의 개장(retrofit)으로서 설치된 호기 응축물(EBC) 수집기, 열 질량체, 유체 전달 시스템 및 바이오마커 테스팅 유닛을 도시한다.
도 136의 (a)는 EBC 테스트가 개시에서 피검자가 착용하고 있는 외부 장착 전자 장치를 갖는 안면 마스크를 도시한다.
도 136의 (b)는 EBC 테스트 결과를 나타내는 외부 장착 전자 장치를 도시한다.
도 137은 전자 바이오센서를 갖는 호흡 기반 진단 장치의 구성을 도시한다.
도 138은 전자 바이오센서 상에 바이오샘플을 풀링(pooling)하거나 축적된 유체 바이오샘플에 LFA의 샘플 패드를 침지하기 위한 유체 바이오샘플 축적 저장소를 갖는 호흡 기반 진단 장치의 구성을 도시한다.
도 139는 EBC 수집기, 유체 전달 시스템 및 바이오마커 테스팅 유닛을 지지하는 테스팅 시스템 지지체를 도시한다.
도 140은 테스팅 시스템 지지체의 후방 측면 상에 배치된 심지(wick)를 도시한다.
도 141은 미세 유체 페이퍼층에 부착된 SAP층을 포함하는 심지의 구성을 도시한다.
도 142는 SAP 및 미세 유체 페이퍼 구성을 갖는 심지를 도시하는 단면도이다.
도 143은 마스크 내부 상의 전자 바이오센서를 마스크 외부 상의 전자 장치와 연결하기 위한 연결 핀을 도시한다.
도 144는 유체 바이오샘플 풀링 영역에 샘플 패드와 함께 배치된 LFA 스트립을 갖는 유체 바이오샘플 축적 저장소에 의해 형성된 풀링 영역을 갖는 호흡 기반 진단 장치의 LFA 구성을 도시한다.
도 145는 특정 타깃 바이오마커에 대해 구성된 LFA를 수용할 준비가 된 LFA 구성 및 풀링 영역을 도시한다.
도 146은 기존 마스크에 개장된 테스팅 시스템 갖는 LFA 구성을 도시한다.
도 147은 밀폐식으로 씰링된 LFA 테스팅 구성과 안면 마스크를 도시한다.
도 148은 기존의 안면 마스크에 개장되고 테스트의 개시에서 피검자에 의해 착용된 LFA 테스팅 구성을 도시한다.
도 149는 피검자의 호기 증기가 LFA를 통해 전달된 유체 바이오샘플로 변환된 후의 LFA 테스팅 구성을 도시하고 EBC 테스트 결과의 시각적 표시를 도시한다.
도 150은 기존의 몰딩된 안면 마스크에 개장된 전자 바이오센서 테스팅 구성을 도시한다.
도 151은 기존의 마스크의 벽을 관통하는 전자 바이오센서 테스팅 구성의 연결 핀을 도시하는 확대도이다.
도 152는 연결 핀을 통해 전자 바이오센서와 기계적으로 고정되고 전기적으로 연결된 마스크의 외부 상에 배치된 전자 회로를 갖는 전자 바이오센서 테스팅 구성을 갖는 기존의 몰딩된 마스크를 도시한다.
도 153은 EBC 테스트 결과를 나타내는 마스크 외부 상에 배치된 전자 회로를 도시한다.
도 154는 테스팅 시스템 지지체 상에 지지되는 다중-바이오마커 테스팅 유닛을 도시한다.
도 155는 EBC 수집기로부터 다중-바이오마커 테스팅 유닛의 각각의 전자 바이오센서로 유체 바이오샘플을 제공하기 위한 유체 전달 시스템을 도시한다.
도 156은 다중-바이오마커 테스팅 유닛에 걸쳐 유체 바이오샘플을 연속적으로 흐르게 하기 위한 심지 및 기존의 마스크에 개장하기 위한 접착제를 갖는 테스팅 시스템 지지체의 후방 측면을 도시한다.
도 157은 EBC를 테스팅 구역을 향해 수송하기 위한 친수성 패턴을 갖는 흐름 전도체를 도시한다.
도 158은 응축물-형성 표면을 형성하는 전방 표면을 갖는 열 질량체를 도시한다.
도 159는 바이오마커 테스팅 유닛의 테스팅 구역을 향해 EBC를 수송하기 위한 유체 전달 시스템을 도시한다.
도 160은 바이오마커 테스팅 유닛의 전자 바이오센서 버전을 도시한다.
도 161은 EBC 수집기, 유체 전달 시스템 및 바이오마커 테스팅 유닛을 지지하고 기존의 안면 마스크 내부에 맞도록 구성되고 치수가 정해진 테스팅 시스템 지지체를 도시한다.
도 162는 호흡 기반 진단 시스템의 어셈블리를 도시한다.
도 163은 마스크-기반 진단 시스템의 구성 부분을 도시한다.
도 164는 유체 전도체의 구현예의 인치의 치수 및 기하 형태를 도시한다.
도 165는 봉쇄 체적 내부에 배치된 호흡 기반 진단 시스템의 EBC 수집기와 다른 부분을 갖는 안면 마스크에 의해 규정된 호기 증기 봉쇄 체적을 도시한다.
도 166은 복합 열 질량체를 도시한다.
도 167은 물/SAP 겔 열 질량체를 도시한다.
도 168은 물/SAP 열 질량체 및 LFA 바이오마커 테스팅 유닛을 갖는 호흡 기반 진단 시스템의 후방 측면을 도시한다.
도 169는 응축물-형성 표면과 유체 전도체 채널을 갖는 엠보싱(embossing) 처리된 금속 호일 열 질량체를 도시한다.
도 170은 마스크-기반 진단 시스템의 홀딩 포켓에 삽입하기 위한 흡열 열 질량체를 도시한다.
도 171은 동석(soapstone) 분말/바인더 복합 열 질량체를 도시한다.
도 172는 금속 슬러그 열 질량체를 도시한다.
도 173은 저장소의 LFA의 샘플 패드와 마스크 외부 상에 배치된 LFA의 적어도 시각적 판독 부분을 갖는, EBC 수집기 및 마스크 내부에 배치된 축적된 유체 바이오샘플 저장소로 구성된 안면 마스크를 도시한다.
도 174는 마스크 내부 상의 호기 증기 봉쇄 체적에 배치된 열을 갖는 EBC 수집기를 도시한다.
도 175는 용해성 접착제를 포함하는 유체 댐을 갖는 유체 전달 시스템의 구성을 도시한다.
도 176은 호흡 기반 진단 시스템의 분기된 버전의 어셈블리를 도시한다.
도 177은 호흡 기반 진단 시스템의 분기된 버전의 구성 부분의 분해도를 도시한다.
도 178은 유체 전달 채널을 형성하는 윤곽을 갖는 엠보싱 처리된 금속 호일 응축물-형성 표면으로 형성된 분기된 버전을 도시한다.
도 179는 호흡 기반 진단 시스템의 분기된 버전의 분해 단면도이다.
도 180은 호흡 기반 진단 시스템의 분기된 버전의 조립된 단면도이다.
도 181은 호흡 기반 진단 시스템의 LFA 버전을 갖는 KN95 기존 마스크 개장을 도시한다.
도 182는 마스크의 내부 상에 배치된 LFA를 갖는 KN95 마스크 내부 상에 배치된 개장 테스팅 시스템을 도시한다.
도 183은 분자를 캡처하기 위한 타깃 분자의 결합의 개시에서 출력 신호를 나타내는 그래프와 함께 전계-효과 트랜지스터로 구성된 전자 바이오센서를 도시한다.
도 184는 캡처된 더 많은 타깃 분자를 갖는 전계-효과 트랜지스터로 구성된 전자 바이오센서 및 분자를 캡처하기 위한 타깃 분자의 결합의 개시 후의 시간에서 출력 신호를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 185는 캡처된 더 많은 타깃 분자를 갖는 전계-효과 트랜지스터로 구성된 전자 바이오센서 및 분자를 캡처하기 위한 타깃 분자의 결합의 개시 후의 시간에서 출력 신호를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 1은 샘플 패드에 추가된 바이오마커 샘플을 도시하는 횡방향 흐름 검정(LFA: Lateral Flow Assay) 테스팅 시스템을 도시한다.
도 2는 컨쥬게이트 방출 패드에서 형성된 바이오마커-라벨링된 항체 복합체를 갖는 LFA를 도시한다.
도 3은 바이오마커의 존재를 나타내는 테스트 라인에서 바이오마커의 결합을 도시한다.
도 4는 바이오수용체 검출 시스템의 메커니즘을 도시한다.
도 5는 웨어러블 전자 호흡 화학 센서의 측면도이고; 도 6은 웨어러블 전자 호흡 화학 센서의 평면도이다.
도 7은 호기 응축물(EBC: Exhaled Breath Condensate) 액적 샘플 수집기의 분리도이다.
도 8은 EBC 액적 수집기를 형성하는 단계를 나타내는 평면도이다.
도 9는 EBC 액적 샘플 수집기를 형성하기 위한 다른 단계를 나타내는 평면도이고; 도 10은 EBC 액적 샘플 수집기를 형성하기 위한 또 다른 단계를 나타내는 평면도이고; 도 11은 EBC 액적 샘플 수집기를 형성하기 위한 또 다른 단계를 나타내는 평면도이고; 도 12는 EBS 액적을 나타내는 EBC 샘플 수집기를 도시한다.
도 13은 LFA 테스팅 시스템에 적용된 EBC 샘플 수집기를 도시한다.
도 14는 EBC 샘플 수집기의 스크린 인쇄된 친수성 채널, 스크린 인쇄된 소수성 필드 및 열 질량체 기판을 나타내는 분해도이다.
도 15는 LFA의 구성 요소를 나타내는 분해도이다.
도 16은 광자 방출기/검출기 전자 장치를 포함하는 LFA의 구현예를 도시한다.
도 17은 나노규모 바이오센서 테스팅 시스템에 적용되고 샘플 패드 상의 수집된 액적을 억제하기 위한 풀 탭(pull tab)을 나타내는 EBC 샘플 수집기를 도시한다.
도 18은 테스팅 시스템에 적용된 EBC 샘플 수집기를 도시하는 사시도이다.
도 19는 샘플 패드와 컨쥬게이트 방출 패드 사이에 배치된 풀(pull) 테이블을 도시하는 분리도이다.
도 20은 유체 전달 개구를 갖는 스크린 인쇄된 EBC 샘플 수집기의 분리도이고; 도 21은 광자 방출기/검출기 쌍 사이를 흐르는 EBC 샘플 수집기로부터 수집된 유체 샘플을 도시하는 단면도이다.
도 22는 LFA 테스팅 시스템을 구축하기 위한 단계의 측면도를 도시하고; 도 23은 LFA 테스팅 시스템을 구축하기 위한 단계의 평면도를 도시한다.
도 24는 배치(batch)로서 형성된 LFA 테스팅 시스템의 4x9 묶음 멀티플-업(multiple-up) 시트를 도시한다.
도 25는 하부 접착제/백킹 기판/상단 접착제의 롤을 형성하기 위한 롤-대-롤(roll-to-roll) 제조 프로세스를 도시한다.
도 26은 바닥 접착제/백킹 기판/상단 접착제 스택을 도시하는 사시도이고; 도 27은 바닥 접착제/백킹 기판/상단 접착제의 롤 상에 LFA의 구성 요소를 형성하기 위한 롤-대-롤 제조 프로세스를 도시한다.
도 28은 연속 롤로부터 절단된 롤-대-롤 프로세스에 의해 형성된 LFA 테스팅 시스템을 도시하고 LFA 테스팅 시스템을 별도로 형성된 ENC 샘플 수집기에 부착하기 위한 상단 접착제의 섹션을 도시한다.
도 29는 연속 롤로부터 절단된 롤-대-롤 프로세스에 의해 형성된 LFA 테스팅 시스템을 도시하고 안면 마스크와 같은 웨어러블 의복 상에 부착하기 위한 바닥 접착제의 섹션을 도시한다.
도 30은 액적 수집 홀(hole)을 갖는 열 질량체 기판 상에 소수성 필드 코팅을 갖는 기판의 시트를 도시한다.
도 31은 친수성 채널의 코팅을 갖는 액적 수집 홀을 갖는 열 질량체 기판 상의 소수성 필드 코팅을 갖는 기판의 시트를 도시한다.
도 32는 별도의 신뢰할 수 있는 수신기 및 공용 블록체인 데이터 경로 및 저장과 함께 무선 데이터 획득 및 전송을 위한 전자 장치를 갖는 EBC 샘플 수집기 및 테스팅 시스템을 도시한다.
도 33은 열 본딩된 안면 마스크에 대한 제조 프로세스를 도시한다.
도 34는 사전-형성 마스크 스택을 형성하기 위해 블랭크로 개별적으로 절단된 롤-대-롤 적층 프로세스를 통해 본딩된 직물, 필터 및 다른 층을 도시한다.
도 35는 사전-형성 마스크 스택의 생물학적 반응 은 직물 및 핫 멜트 접착제와 같은 다른 재료를 도시한다.
도 36은 마스크 스택의 분해도이다.
도 37은 제1 및 제2 열 프레스 동작을 위한 마스크 스택의 폴드 라인을 도시하고; 도 38은 접히고, 가압되고 열 본딩된 마스크를 도시한다.
도 39는 접힌 마스크에 대한 EBC 수집기 및 테스팅 시스템의 부착을 도시한다.
도 40은 마스크의 내부 상에 EBC 수집기 및 테스팅 시스템을 배치하기 위해 접힌 마스크를 뒤집는 단계를 도시한다.
도 41은 접힌 마스크 상에 탄성 스트랩을 본딩하기 위한 열 프레스 동작을 도시한다.
도 42는 호기의 농축된 분위기 내에서 마스크 내부에 배치된 EBC 수집기 및 테스팅 시스템을 갖는 마스크를 도시한다.
도 43은 피검자의 코의 브릿지에 대응하는 위치에서 마스크의 폴드 내에 배치된 통상의 구부릴 수 있는 금속 코 시일(seal)을 도시한다.
도 44는 피검자의 코의 브릿지에 대응하는 위치에서 마스크의 폴드의 외부 상에 배치된 교체 가능한 접착 코 스트립을 도시한다.
도 45는 자기 제거 가능 코 시일의 구성 요소를 도시한다.
도 46은 컨쥬게이트 방출 패드 상으로 방출되고 테스팅 시스템의 구성 요소를 통해 유체 샘플을 플러싱(flushing)하기에 충분히 축적될 때까지 샘플 패드 상에 수집된 EBC를 억제하는 용해성 흐름 댐을 포함하는 테스팅 시스템의 분해도이다.
도 47은 샘플 패드와 컨쥬게이트 방출 패드 사이에 삽입된 용해성 흐름 댐을 도시하는 분리도이다.
도 48은 샘플 패드로부터 컨쥬게이트 방출 패드로 축적된 유체 샘플을 방출하기 위해 용해성 흐름 댐이 용해된 후를 도시하는 분리도이다.
도 49는 용해성 EBC 액적 및 EBA 미립자 수집기를 도시하는 분리도이다.
도 50은 표면 상에 충돌하는 미립자 및 액적을 갖는 용해성 액적 및 미립자 수집기의 섹션을 도시하는 측단면도이다.
도 51은 용해성 캡처 필름에 매립된 미립자 및 용해된 액적을 갖고 용해성 캡처 필름의 검출 시약과의 검출 반응을 야기하는 용해성 액적 및 미립자 수집기의 섹션을 도시하는 측단면도이다.
도 52는 캡처된 에어로졸 액적 및 에어로졸 미립자를 갖는 용해성 EBC 액적 및 EBA 미립자 수집기를 포함하는 본 발명의 테스팅 시스템을 도시하는 평면도이다.
도 53은 캡처된 에어로졸 액적 및 에어로졸 미립자를 갖는 용해성 EBC 액적 및 EBA 미립자 수집기를 도시하는 분리된 사시도이다.
도 54는 에어로졸 액적 및 에어로졸 미립자를 캡처하기 전에 용해성 EBC 액적 및 EBA 미립자 수집기를 포함하는 본 발명의 테스팅 시스템을 도시하는 평면도이다.
도 55는 에어로졸 액적 및 에어로졸 미립자를 캡처한 후 용해성 EBC 액적 및 EBA 미립자 수집기를 포함하는 본 발명의 테스팅 시스템을 도시하는 평면도이다.
도 56은 호기 및/또는 주변 대기의 휘발성 및 가스 성분을 검출하기 위한 복수의 가스 센서와 함께 안면 마스크 기판 상에 설치된 용해성 EBC 액적 및 EBA 미립자 수집기를 포함하는 본 발명의 테스팅 시스템을 도시하는 평면도이다.
도 57은 용해성 액체 비이커(beaker)에 배치된 표면 상에 충돌하는 미립자 및 액적을 갖는 용해성 액적 및 미립자 수집기의 섹션을 도시하는 측단면도이다.
도 58은 용해성 액체의 비이커로 방출된 미립자 및 용해된 액적을 갖는 용해성 액적 및 미립자 수집기의 섹션을 도시하는 측단면도이다.
도 59는 예시적인 구현예가 실시될 수 있는 하나의 가능하고 비제한적인 예시적인 시스템의 블록도이다.
도 60은 COVID-19 노출을 결정하기 위한 적용된 확률 분석에 대한 논리 흐름도이며, 예시적인 방법의 동작, 컴퓨터 판독 가능 메모리에 구현된 컴퓨터 프로그램 명령의 실행 결과, 하드웨어에 구현된 논리에 의해 수행되는 기능, 및/또는 예시적인 구현예에 따라 기능을 수행하기 위한 상호 연결된 수단을 도시한다.
도 61은 신뢰할 수 있는 수신기 및 계약 추적 사용을 위한 데이터 획득 및 전송을 위한 논리 흐름도이며, 예시적인 방법의 동작, 컴퓨터 판독 가능 메모리에 구현된 컴퓨터 프로그램 명령의 실행 결과, 하드웨어에 구현된 논리에 의해 수행되는 기능, 및/또는 예시적인 구현예에 따라 기능을 수행하기 위한 상호 연결된 수단을 도시한다.
도 62는 EBC/EBA 수집 시스템의 구현예의 사시도이다.
도 63은 피펫(pipette)과 피펫 가이드를 도시하는 EBC/EBA 수집 시스템의 사시도이다.
도 64는 EBC/EBA 수집 시스템의 구현예의 구성 부분을 도시하는 분해도이다.
도 65는 EBC/EBA 수집 시스템의 구성 부분을 도시하는 다른 분해도이다.
도 66은 EBC/EBA 수집 시스템의 단면도이다.
도 67은 피검자의 폐로부터 바이오마커 샘플을 얻기 위한 EBC/EBA 수집 시스템의 사용을 도시한다.
도 68은 EBC/EBA 수집 시스템의 구현예의 마우스피스, 캡, 베이스, 용해성 EBA 샘플 수집기 및 내부 실린더를 도시하는 분리도이다.
도 69는 캡처된 EBA 입자 및 액적을 갖는 용해성 EBA 샘플 수집기 및 내부 실린더를 도시하는 분리도이다.
도 70은 바이오마커 테스팅을 위해 캡처된 EBA 입자 및 액적을 획득하기 위해 용해성 EBA 샘플 수집기를 용해시키기 위한 용매에 침지된 내부 실린더를 도시한다.
도 71은 캡처된 EBA 미립자, 불용성 테스팅 영역 및 용해성 캡처 필름 영역을 갖는 에어로졸 미립자 테스팅 시스템을 형성하는 용해성 EBA 샘플 수집기의 구현예의 섹션의 분리도이다.
도 72는 캡처되고 불용성 테스팅 영역에 결합된 타깃 바이오마커를 갖는 에어로졸 미립자 테스팅 시스템을 도시하는 EBA 액적 및/또는 미립자를 캡처하는 불용성 EBS 샘플 수집기의 구현예의 일련의 측면도를 도시한다.
도 73은 나노입자가 캡처 항체 또는 이에 고정된 다른 시약을 포함하는 기판의 트렌치(trench)에 유지된 나노입자를 도시한다.
도 74는 입자 또는 액적에 포함된 임의의 바이오마커를 포함하는 유체 샘플을 형성하기 위해 용해성 EBA 샘플 수집기로부터 린싱(rinsing)되는 EBA 입자 및 액적을 도시한다.
도 75는 제1 및 제2 바이오마커 중 적어도 하나에 대한 테스트 결과를 검출하고 그 결과를 무선 수신기에 전달하는 무선 통신 전자 회로를 갖는 EBA/EBC 테스팅 시스템을 도시한다.
도 76은 호흡기 회로에 통합된 EBC/e-NSB 테스팅 시스템을 도시한다.
도 77은 센서 기판과 모세관 캡 사이의 센서의 테스팅 영역에 모세관 공간이 형성된 연속 흐름 구현예의 요소를 도시한다.
도 78은 EBC 수집기, 미세 유체 및 전자 바이오센서를 갖는 일회용 마스크의 내부를 도시한다.
도 79는 마스크 내부 상의 전자 바이오센서로부터 마스크 외부 상의 z-축 전도성 테이프까지의 전기적 연결을 도시하는 일회용 마스크의 외부를 도시한다.
도 80은 자체-냉각 EBC 수집기의 구성 부분을 도시한다.
도 81은 EBC 및 EBA를 수집하고 테스트하기 위한 구성 요소로 펼쳐진 마스크 내부를 도시한다.
도 82는 EBC를 테스트하고 테스트 결과를 스마트폰 및/또는 클라우드 서버로 전송하기 위한 기본 구성 요소의 블록도이다.
도 83은 일회용 마스크의 내부 상의 일회용 구성 요소와 일회용 마스크의 외부 상의 살균 가능한 구성 요소를 도시하는 측단면도이다.
도 84는 전자 장치를 일회용 마스크에 유지하고 전기 연결하기 위한 자기 시스템을 도시하는 측단면도이다.
도 85는 전자 장치를 일회용 마스크에 유지하고 전기 연결하는 z-축 전도성 테이프를 도시하는 단면도이다.
도 86은 폼 상에 장착된 신축성 핫 멜트 접착제를 도시한다.
도 87은 폼 상에 장착된 신축성 핫 멜트 접착제로 형성된 포켓을 도시한다.
도 88은 신축성 핫 멜트 접착제로 형성된 포켓에 배치된 흡열 화합물을 도시한다.
도 89는 흡열 화합물을 유지하는 포켓에 추가된 워터 백(water bag)을 도시한다.
도 90은 신축성 핫 멜트 접착제 상단 상의 접착제 시트 상의 사전-적층된 알루미늄 호일을 도시한다.
도 91은 EBC의 묶음 시트를 형성하는 층을 프레스 라미네이팅한 후 폼의 바닥 측면을 도시한다.
도 92는 신축성 핫 멜트 접착제의 포켓에 배치된 고흡수성 중합체를 도시한다.
도 93은 물에 의해 팽창된 후의 고흡수성 중합체를 도시한다.
도 94는 열 프레스 동작의 EBC 묶음 시트의 상단 측면을 도시하고; 도 95는 소수성 필드 상에 친수성 채널을 갖는 완성된 EBC를 도시한다.
도 96은 자체-냉각 EBC에 사용되는 워터 백 및 흡열 화합물을 도시한다.
도 97은 Al 호일 및 접착 시트 라미네이트를 형성하기 위한 롤 대 롤 프로세스를 도시한다.
도 98은 EBC를 형성하기 위한 롤 대 롤 프로세스를 도시한다.
도 99는 EBC의 단면도이다.
도 100은 EBC를 형성하기 위한 롤 대 롤 프로세스의 사시도이다.
도 101은 EBC를 형성하기 위해 신축성 접착제에서 포켓을 형성하기 위한 형태의 컨베이어 벨트를 도시한 확대 사시도이다.
도 102는 형성된 포켓을 갖는 신축성 핫 멜트 접착제의 섹션을 도시하고; 도 103은 폼의 컨베이어 벨트의 섹션을 도시한다.
도 104는 신축성 핫 멜트 접착제의 섹션 및 폼의 컨베이어 벨트의 섹션을 도시한다.
도 105는 전자 바이오센서를 형성하기 위해 기판에 고정된 전극들 사이에 정렬된 나노입자를 형성하기 위한 롤-대-롤 프로세스를 도시한다.
도 106은 전자 센서를 형성하는 단계를 도시한다.
도 107은 기판 상의 전극들 사이에 제자리에 유지된 정렬된 탄소 나노튜브를 갖는 기능화되지 않은 전자 센서를 형성하는 단계를 도시한다.
도 108은 기판 상의 전극들 사이에 제자리에 유지된 정렬된 탄소 나노튜브를 갖는 전자 센서를 기능화하기 위한 단계를 도시한다.
도 109는 결합층 상에 고정된 정렬된 탄소 나노튜브를 갖는 기능화되지 않은 센서를 형성하기 위한 단계를 도시한다.
도 110은 평행 전도체들 사이에 잠금화된 탄소 나노튜브의 습식 전착(electrodeposition)/정렬을 갖는 기능화되지 않은 센서를 형성하기 위한 연속 프로세스를 도시한다.
도 111은 평행 전도체들 사이에 잠금화된 탄소 나노튜브 상의 링커(linker)/캡처 분자의 습식 결합 및 인큐베이션(incubation)으로 기능화된 센서를 형성하기 위한 연속 프로세스를 도시한다.
도 112는 전기적 정렬력(aligning force)을 인가하기 위해 함께 묶인 인쇄된 전극을 도시한다.
도 113은 상이한 AC 전압 및 주파수에서 정렬된 나노튜브의 예를 도시한다.
도 114는 인쇄된 전극 패턴을 도시한다.
도 115는 인쇄된 전극 패턴 상에 형성된 선택적인 절연체를 도시한다.
도 116은 기판 상에 전극 패턴을 인쇄하는 단계를 도시한다.
도 117은 용매 유체 캐리어의 정렬되지 않은 나노튜브를 도시한다.
도 118은 인가된 AC 전압에 의한 유체 캐리어의 나노튜브의 정렬을 도시한다.
도 119는 유체 캐리어에 정렬되지 않은 나노튜브를 배치하는 단계를 도시한다.
도 120은 나노튜브를 정렬하기 위해 AC 전압을 인가하는 단계를 도시한다.
도 121은 용매 유체 캐리어의 증발 후에 정렬되어 잠금화된 정렬된 나노튜브를 도시한다.
도 122는 정렬된 나노튜브에 결합하기 위한 링커/압타머(aptamer) 분자의 추가를 도시한다.
도 123은 전극들 사이의 기판 상에서 제자리에 잠금화된 정렬된 나노튜브의 단계를 도시한다.
도 124는 정렬된 나노튜브의 상단 상에 추가된 비용매 유체 캐리어의 링커/압타머 분자를 도시한다.
도 125는 나노튜브 상의 링커/압타머에 결합하기 위한 인큐베이션을 도시하고; 도 126은 테스팅을 위한 유체 바이오샘플의 추가를 도시한다.
도 127은 정렬된 나노튜브에 결합된 링커/압타머를 도시한다.
도 128은 압타머에 의해 캡처된 타깃 바이오마커를 갖는 유체 바이오샘플의 추가를 도시한다.
도 129는 본원에 설명된 용도를 위해 그리고 프로세스로 구성된 센서를 형성하기 위해 이용될 수 있는 적어도 일부와 함께 본 기술 분야에 알려진 상이한 전자 및 전기 화학적 바이오센서 전략을 도시한다.
도 130은 본원에 설명된 일부 용도 및 프로세스에 사용될 수 있는 전도체 쌍 사이에 갭을 갖는 평행한 전도체의 섹션을 도시한다.
도 131은 전도체들 사이의 갭에 정렬된 나노입자를 갖는 평행 전도체의 섹션을 도시한다.
도 132는 본원에 설명된 프로세스를 사용하여 형성된 전자 센서의 롤 또는 시트로부터 개별화된 전자 센서를 도시한다.
도 133은 본원에 설명된 전자 및 전기 화학적 센서의 버전 중 적어도 일부를 형성하는 데 사용하기 위한 기준 전극을 포함하는 대안적인 스크린 인쇄된 전극 구조체를 도시한다.
도 134는 피검자의 호기에 포함된 바이오마커를 검출하기 위한 마스크-기반 진단 장치의 구현예를 도시한다.
도 135는 기존의 안면 마스크에 의해 형성된 호기 증기 봉쇄 체적으로의 개장(retrofit)으로서 설치된 호기 응축물(EBC) 수집기, 열 질량체, 유체 전달 시스템 및 바이오마커 테스팅 유닛을 도시한다.
도 136의 (a)는 EBC 테스트가 개시에서 피검자가 착용하고 있는 외부 장착 전자 장치를 갖는 안면 마스크를 도시한다.
도 136의 (b)는 EBC 테스트 결과를 나타내는 외부 장착 전자 장치를 도시한다.
도 137은 전자 바이오센서를 갖는 호흡 기반 진단 장치의 구성을 도시한다.
도 138은 전자 바이오센서 상에 바이오샘플을 풀링(pooling)하거나 축적된 유체 바이오샘플에 LFA의 샘플 패드를 침지하기 위한 유체 바이오샘플 축적 저장소를 갖는 호흡 기반 진단 장치의 구성을 도시한다.
도 139는 EBC 수집기, 유체 전달 시스템 및 바이오마커 테스팅 유닛을 지지하는 테스팅 시스템 지지체를 도시한다.
도 140은 테스팅 시스템 지지체의 후방 측면 상에 배치된 심지(wick)를 도시한다.
도 141은 미세 유체 페이퍼층에 부착된 SAP층을 포함하는 심지의 구성을 도시한다.
도 142는 SAP 및 미세 유체 페이퍼 구성을 갖는 심지를 도시하는 단면도이다.
도 143은 마스크 내부 상의 전자 바이오센서를 마스크 외부 상의 전자 장치와 연결하기 위한 연결 핀을 도시한다.
도 144는 유체 바이오샘플 풀링 영역에 샘플 패드와 함께 배치된 LFA 스트립을 갖는 유체 바이오샘플 축적 저장소에 의해 형성된 풀링 영역을 갖는 호흡 기반 진단 장치의 LFA 구성을 도시한다.
도 145는 특정 타깃 바이오마커에 대해 구성된 LFA를 수용할 준비가 된 LFA 구성 및 풀링 영역을 도시한다.
도 146은 기존 마스크에 개장된 테스팅 시스템 갖는 LFA 구성을 도시한다.
도 147은 밀폐식으로 씰링된 LFA 테스팅 구성과 안면 마스크를 도시한다.
도 148은 기존의 안면 마스크에 개장되고 테스트의 개시에서 피검자에 의해 착용된 LFA 테스팅 구성을 도시한다.
도 149는 피검자의 호기 증기가 LFA를 통해 전달된 유체 바이오샘플로 변환된 후의 LFA 테스팅 구성을 도시하고 EBC 테스트 결과의 시각적 표시를 도시한다.
도 150은 기존의 몰딩된 안면 마스크에 개장된 전자 바이오센서 테스팅 구성을 도시한다.
도 151은 기존의 마스크의 벽을 관통하는 전자 바이오센서 테스팅 구성의 연결 핀을 도시하는 확대도이다.
도 152는 연결 핀을 통해 전자 바이오센서와 기계적으로 고정되고 전기적으로 연결된 마스크의 외부 상에 배치된 전자 회로를 갖는 전자 바이오센서 테스팅 구성을 갖는 기존의 몰딩된 마스크를 도시한다.
도 153은 EBC 테스트 결과를 나타내는 마스크 외부 상에 배치된 전자 회로를 도시한다.
도 154는 테스팅 시스템 지지체 상에 지지되는 다중-바이오마커 테스팅 유닛을 도시한다.
도 155는 EBC 수집기로부터 다중-바이오마커 테스팅 유닛의 각각의 전자 바이오센서로 유체 바이오샘플을 제공하기 위한 유체 전달 시스템을 도시한다.
도 156은 다중-바이오마커 테스팅 유닛에 걸쳐 유체 바이오샘플을 연속적으로 흐르게 하기 위한 심지 및 기존의 마스크에 개장하기 위한 접착제를 갖는 테스팅 시스템 지지체의 후방 측면을 도시한다.
도 157은 EBC를 테스팅 구역을 향해 수송하기 위한 친수성 패턴을 갖는 흐름 전도체를 도시한다.
도 158은 응축물-형성 표면을 형성하는 전방 표면을 갖는 열 질량체를 도시한다.
도 159는 바이오마커 테스팅 유닛의 테스팅 구역을 향해 EBC를 수송하기 위한 유체 전달 시스템을 도시한다.
도 160은 바이오마커 테스팅 유닛의 전자 바이오센서 버전을 도시한다.
도 161은 EBC 수집기, 유체 전달 시스템 및 바이오마커 테스팅 유닛을 지지하고 기존의 안면 마스크 내부에 맞도록 구성되고 치수가 정해진 테스팅 시스템 지지체를 도시한다.
도 162는 호흡 기반 진단 시스템의 어셈블리를 도시한다.
도 163은 마스크-기반 진단 시스템의 구성 부분을 도시한다.
도 164는 유체 전도체의 구현예의 인치의 치수 및 기하 형태를 도시한다.
도 165는 봉쇄 체적 내부에 배치된 호흡 기반 진단 시스템의 EBC 수집기와 다른 부분을 갖는 안면 마스크에 의해 규정된 호기 증기 봉쇄 체적을 도시한다.
도 166은 복합 열 질량체를 도시한다.
도 167은 물/SAP 겔 열 질량체를 도시한다.
도 168은 물/SAP 열 질량체 및 LFA 바이오마커 테스팅 유닛을 갖는 호흡 기반 진단 시스템의 후방 측면을 도시한다.
도 169는 응축물-형성 표면과 유체 전도체 채널을 갖는 엠보싱(embossing) 처리된 금속 호일 열 질량체를 도시한다.
도 170은 마스크-기반 진단 시스템의 홀딩 포켓에 삽입하기 위한 흡열 열 질량체를 도시한다.
도 171은 동석(soapstone) 분말/바인더 복합 열 질량체를 도시한다.
도 172는 금속 슬러그 열 질량체를 도시한다.
도 173은 저장소의 LFA의 샘플 패드와 마스크 외부 상에 배치된 LFA의 적어도 시각적 판독 부분을 갖는, EBC 수집기 및 마스크 내부에 배치된 축적된 유체 바이오샘플 저장소로 구성된 안면 마스크를 도시한다.
도 174는 마스크 내부 상의 호기 증기 봉쇄 체적에 배치된 열을 갖는 EBC 수집기를 도시한다.
도 175는 용해성 접착제를 포함하는 유체 댐을 갖는 유체 전달 시스템의 구성을 도시한다.
도 176은 호흡 기반 진단 시스템의 분기된 버전의 어셈블리를 도시한다.
도 177은 호흡 기반 진단 시스템의 분기된 버전의 구성 부분의 분해도를 도시한다.
도 178은 유체 전달 채널을 형성하는 윤곽을 갖는 엠보싱 처리된 금속 호일 응축물-형성 표면으로 형성된 분기된 버전을 도시한다.
도 179는 호흡 기반 진단 시스템의 분기된 버전의 분해 단면도이다.
도 180은 호흡 기반 진단 시스템의 분기된 버전의 조립된 단면도이다.
도 181은 호흡 기반 진단 시스템의 LFA 버전을 갖는 KN95 기존 마스크 개장을 도시한다.
도 182는 마스크의 내부 상에 배치된 LFA를 갖는 KN95 마스크 내부 상에 배치된 개장 테스팅 시스템을 도시한다.
도 183은 분자를 캡처하기 위한 타깃 분자의 결합의 개시에서 출력 신호를 나타내는 그래프와 함께 전계-효과 트랜지스터로 구성된 전자 바이오센서를 도시한다.
도 184는 캡처된 더 많은 타깃 분자를 갖는 전계-효과 트랜지스터로 구성된 전자 바이오센서 및 분자를 캡처하기 위한 타깃 분자의 결합의 개시 후의 시간에서 출력 신호를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 185는 캡처된 더 많은 타깃 분자를 갖는 전계-효과 트랜지스터로 구성된 전자 바이오센서 및 분자를 캡처하기 위한 타깃 분자의 결합의 개시 후의 시간에서 출력 신호를 나타내는 그래프를 도시한다.
다양한 비제한적인 예시적인 구현예의 추가 설명이 아래에 제공된다. 바로 아래에 설명된 것과 같은 본 발명의 예시적인 구현예는 임의의 조합(예를 들어, 적합하고, 실시 가능하고/가능하거나 실현 가능한 임의의 조합)으로 구현, 실시 또는 이용될 수 있으며, 본원에 설명된 해당 조합에만 한정되지 않고/않거나 첨부된 청구항에 포함된다.
"예시적인"이라는 단어는 본원에서 "예, 사례 또는 예시로서의 역할을 하는"을 의미하는 데 사용된다. 본원에서 "예시적인" 것으로 설명된 임의의 구현예는 반드시 다른 구현예에 비해 선호되거나 유리한 것으로 해석되어서는 안된다. 이러한 상세한 설명에 설명된 모든 구현예는 본 기술 분야의 통상의 기술자가 본 발명을 만들거나 사용할 수 있도록 제공되는 예시적인 구현예이며 청구항에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
많은 구성, 구현예, 제조 방법, 알고리즘, 전자 회로, 마이크로프로세서, 메모리 및 컴퓨터 소프트웨어 제품 조합, 네트워킹 전략, 데이터베이스 구조 및 용도, 및 다른 구현예가 다수의 의료 및 비의료 용도를 갖는 웨어러블 전자 디지털 치료 디바이스 및 시스템에 대해 본원에 개시된다.
구현예가 SARS-CoV-2 바이러스의 바이오마커의 검출을 위해 본원에 설명되지만, 설명된 시스템, 방법 및 장치는 임의의 특정 바이러스 또는 질병으로 한정되지 않는다. 바이러스 또는 COVID-19라는 용어가 사용되는 대부분의 경우, 임의의 다른 건강 또는 피트니스 관련 바이오마커가 대신 사용될 수 있다. 따라서, 본원의 설명과 도면 및 청구항은 바이러스 검출에 어떤 방식으로든 한정되는 것으로 의도되지 않으며, 설명되고 청구된 발명은 폐암, 당뇨병, 천식, 결핵, 환경 노출, 글루코스, 젖산염, 혈액 매개 질병 및 다른 질환 또는 피검자의 건강 징후에 사용될 수 있다. 또한, 본원에 설명되는 전자 바이오센서, 테스트 시스템, 용도 및 제조 방법은 호기 응축물의 사용으로 한정되지 않는다. 폐수, 상수(potable water), 환경 품질 샘플 및 임의의 신체 유체가 테스트 샘플로 사용될 수 있다. 특히, 압타머의 사용은 선택된 압타머의 특성이 대응하는 타깃 피분석물에 맞춰진 결합 친화도를 갖도록 특정 엔지니어링 및 선택에 적합하기 때문에 본 발명의 센서를 널리 유용하게 만든다. 따라서, 혁신에 대한 설명은 특정 사용-사례, 캡처 분자, 바이오마커 또는 피분석물로 한정되는 것으로 의도되지 않는다.
면역 크로마토그래피에서, 예를 들어 압타머, 자연 발생 항체 또는 엔지니어링된 항체일 수 있는 캡처 분자는 다공성 멤브레인의 표면 상에 배치되고 샘플은 멤브레인을 따라 통과한다. 본원에 설명되는 바와 같이, 항체, 압타머, 엔지니어링된 항체, 또는 캡처 분자라는 용어는 상호 교환적으로 사용된다. 일부 경우에, 특정 유형의 캡처 분자가 설명될 수 있다. 샘플의 바이오마커는 검출기 시약에 커플링된 캡처 분자에 의해 결합된다. 샘플이 캡처 분자가 배치된 영역을 통과함에 따라, 바이오마커 검출기 시약 복합체가 트랩핑(trapping)되고, 샘플에 존재하는 바이오마커의 농도 또는 양에 비례하는 컬러가 전개된다.
횡방향 흐름 검정에서 타깃 바이오마커(들)를 포함하는 액체 샘플은 모세관 작용을 통해 다중-구역 전달 매체를 통해 흐른다. 해당 구역은 통상적으로 스트립에 부착된 분자가 타깃 바이오마커와 상호 작용할 수 있도록 하는 중합체 스트립으로 만들어진다. 일반적으로, 중첩되는 멤브레인은 안정성과 핸들링을 개선하기 위해 백킹 카드 상에 장착된다. 타깃 바이오마커 및 다른 성분을 포함하는 샘플은 궁극적으로 다중-구역 전달 매체를 통한 유체 샘플의 위킹(wicking)을 촉진하는 흡수성 샘플 패드에 수용된다.
유체 샘플은 먼저 유체 샘플의 흐름 및 검출 시스템의 다양한 부분과 타깃 바이오마커의 상호 작용을 개선하기 위해 이에 배치되거나 함침된 버퍼 염 및 계면 활성제를 가질 수 있는 샘플 패드에서 수용된다. 이는 유체 샘플이 멤브레인을 통해 흐를 때 타깃 바이오마커가 캡처 시약에 결합하는 것을 보장한다. 처리된 샘플은 컨쥬게이트 방출 패드를 통해 샘플 패드로부터 이동한다. 컨쥬게이트 방출 패드는 타깃 바이오마커와의 결합에 특정적이고 착색 또는 형광 지시자 입자에 컨쥬게이팅된 라벨링된 항체 또는 다른 캡처 분자를 포함한다. 지시자 입자는 통상적으로 콜로이드 금 또는 라텍스 미소구체이다.
컨쥬게이트 방출 패드에서, 라벨링된 항체, 지시자 입자 및 타깃 바이오마커가 결합하여 타깃 바이오마커-라벨링된 항체 복합체를 형성한다. 바이오마커가 존재하는 경우, 유체 샘플은 이제 라벨링된 항체에 컨쥬게이팅되고 타깃 바이오마커에 결합되지 않은 지시자 입자에 컨쥬게이팅된 별도의 라벨링된 항체와 함께 타깃 바이오마커(즉, 타깃 바이오마커-라벨링된 항체 복합체)에 결합된 지시자 입자를 포함한다. 유체 샘플은 스트립을 따라 검출 구역으로 이동한다.
검출 구역은 통상적으로 니트로셀룰로오스 다공성 멤브레인이며 테스트 라인 구역과 대조 라인 구역을 형성하는, 그 위에 배치되거나 내부에 함침된 특정 생물학적 구성 요소(일반적으로, 항체 또는 항원)를 갖는다. 생물학적 구성 요소는 타깃 바이오마커-라벨링된 항체 복합체와 반응한다. 예를 들어, 타깃 바이오마커-라벨링된 항체 복합체는 경쟁적 결합을 통해 테스트 라인에 배치된 특정적으로 선택된 1차 항체에 결합할 것이다. 그 결과 타깃 바이오마커가 유체 샘플에 존재함을 나타내는 검출 가능한 테스트 라인을 만드는 테스트 라인 구역에 착색 또는 형광 지시자 입자가 축적된다.
1차 항체는 별도의 라벨링된 항체에 결합하지 않으며 유체 샘플과 함께 계속 흐른다. 대조 라인 구역에서, 2차 항체는 지시자 입자에 컨쥬게이팅된 별도의 라벨링된 항체와 결합하며, 이에 의해 스트립을 통한 적절한 액체 흐름을 나타낸다.
유체 샘플은 구역을 구성하는 재료의 모세관력을 통해 테스트 디바이스의 다중-구역 전달 매체를 통해 흐른다. 이러한 움직임을 유지하기 위해, 다중-구역 전사 매체의 단부 구역으로서 흡착성 패드가 부착된다. 흡착성 패드의 역할은 과잉 시약을 흡수하고 유체 샘플의 역류를 방지하는 것이다.
유체 샘플에 타깃 바이오마커가 존재하지 않는 경우 테스트 라인 구역을 통해 흐르는 타깃 바이오마커-라벨링된 항체 복합체가 존재하지 않도록 구성 요소가 선택되어 멤브레인 상에 배치된다. 이 경우 착색 또는 형광 입자가 축적되지 않으며 검출 가능한 테스트 라인이 형성되지 않을 것이다. 바이오마커가 없어 테스트 라인이 없더라도, 2차 항체는 여전히 유체 샘플과 함께 흐르는 별도의 라벨링된 항체에 결합하기 때문에 여전히 형성된 대조 라인이 있을 것이다.
검사 라인과 대조 라인은 디바이스 구조에 따라 상이한 강도로 나타날 수 있으며, 지시자 입자는 눈에 의해 또는 광학 또는 다른 전자 판독기를 사용하여 평가될 수 있다. 복수의 바이오마커가 어레이 포맷으로 검출 구역에 배치된 상이한 바이오마커에 특정한 항체의 추가 테스트 라인 구역으로 동일한 조건 하에서 동시에 테스트될 수 있다. 또한, 타깃 바이오마커의 정량적 검출을 위해 동일한 항체로 로딩된 복수의 테스트 라인 구역이 사용될 수 있다. 이는 종종 각각의 연속 라인 상의 고정된 항체에 의한 비색(colorimetric) 컨쥬게이트-항원 복합체의 단계적 캡처에 기초한 '래더 바(ladder bar)' 검정법이라고 칭한다. 스트립 상에 나타나는 라인의 개수는 타깃 바이오마커의 농도에 정비례한다.
지금 필요한 것은 가정에서 사용하기 위해 우편이나 배달을 통해 대중에게 배포될 수 있는 저렴하고 확장 가능하며 정확하고 사용하기 쉬운 테스팅 시스템이다.
연구원들은 간질성 폐 질병을 가진 환자의 호흡에서 바이오마커를 검출할 수 있었다(Hayton, C., Terrington, D., Wilson, A.M. 등. Breath biomarkers in idiopathic pulmonary fibrosis: a systematic review. Respir Res 20, 7(2019).https://doi.org/10.1186/s12931-019-0971-8 참조). 본 발명의 테스팅 시스템의 구현예는 감염된, 감염성의 또는 회복 후 개인의 호흡에 존재하는 COVID-19 특정 바이오마커를 검출한다.
본 발명의 COVID-19 테스팅 시스템은 호흡 증기를 액적으로 유착시킨 후 액적 샘플을 횡방향 흐름 검정(LFA) 또는 전자 나노스케일-바이오센서(e-NSB: electronic Nanoscale-Biosensor)와 같은 유체 바이오센서에 걸쳐 통과시켜 가정에서의 분류 테스팅을 위해 대중에게 배포될 수 있는 매우 저렴한 비용으로 제조 가능한 규모에서의 테스팅 시스템을 가능하게 하는 능력을 갖는다. 본 발명의 테스팅 시스템은 또한 바이러스 검출 이외의 다른 생체 측정 및 환경 테스팅 어플리케이션에 사용될 수 있다.
LFA는 사이토카인, 단백질, 합텐(항체 생성 유도), 핵산 및 앰플리콘(RNA 및 DNA 단편)을 포함하여 호흡에 존재하는 광범위한 바이오마커의 검출에 사용될 수 있다(Corstjens PL, de Dood CJ, van der Ploeg-van Schip JJ, 등. Lateral flow assay for simultaneous detection of cellular- and humoral immune responses. Clin Biochem. 2011;44(14-15):1241-1246. doi:10.1016/j.clinbiochem.2011.06.983 참조).
복수의 바이오마커의 동시 검출을 위해 단일 마이크로칩 표면 상에 특정 항체로 코팅된 나노입자를 선택적으로 조립하는 것으로 기술이 입증된 e-NSB의 높은 스루풋의 제조를 위한 직접 조립 기술이 알려져 있다. 초기 결과는 1 ng/mL보다 훨씬 낮은 농도에 대한 감도를 제시했으며, 이는 상업적으로 이용 가능한 ELISA 검출 키트의 감도에 비해 감도가 크게 증가한 것이다. 바이오센서는 직경이 약 0.25 mm로 매우 작고, 매우 낮은 검출 한계를 갖는 적은 거짓 양성을 갖는 질병 마커 검출을 가능하게 하므로 통상의 생체외 기술에 비해 이점을 갖는다. 이러한 기능은 질병 모니터링에서 바이오마커 농도의 매우 작은 변화를 검출하는 데 매우 유용하다(Highly sensitive micro-scale in vivo sensor enabled by electrophoretic assembly of nanoparticles for multiple biomarker detection, Malima 등, Lab Chip, 2012,12, 4748-4754 참조).
호기 수집은 최소 침습적 방법을 요구하는 것으로 오랫동안 인식되어 왔으며, 따라서 환경 및 공중 보건 연구에 선호된다. 혈액 및 소변과 달리, 호흡 샘플링은 훈련된 의료진이나 프라이버시를 필요로 하지 않으며, 잠재적으로 감염성 폐기물을 생성하지 않으며, 본질적으로 임의의 시간 프레임에서 임의의 장소에서 수행될 수 있다. 호기 응축물(EBC) 포맷은 대부분의 비극성 VOC에 대해 구별하지만, 반휘발성 및 비휘발성 유기물, 사이토카인, 단백질, 세포 단편, DNA 및 박테리아를 포함하여 극성 화합물과 더 무거운 바이오마커를 수집할 수 있는 이점을 갖는다. 호기는 또한 폐포 수준의 표면 필름 파괴에 의해 그리고 상기도 난류에 의해 생성되는 작은 에어로졸(액체 및 고체 입자 모두 포함)을 포함한다. 이러한 에어로졸은 그렇지 않으면 폐 내의 액체층으로 분류되고, 이와 같이 비휘발성 바이오마커에 기여하는 EBC의 일부인 재료에 이동성을 제공한다.
기도로부터 임상 표본을 얻기 위한 일반적인 방법은 비인두 또는 구인두 도말(swab), 비인두 흡인 및 비강 세척, 기관 흡인, 기관지 폐포 세척 또는 가래 수집이다. 이러한 기술 각각은 단점을 갖는다: 비인두 및 구인두 면봉, 흡인 및 세척은 상기도로부터 점액을 제공하며, 이는 항상 하기도와 동일한 바이러스 로드 또는 동일한 종의 바이러스를 포함하지는 않는다. 기침 또는 주기적인 호흡 동안 환자에 의해 생성되는 에어로졸 입자의 수집은 잠재적으로 호흡기 바이러스의 진단 표본의 수집을 위한 비침습적인 방법을 제공한다. 호흡기 바이러스, 특히 인플루엔자 바이러스는 감염된 환자로부터의 호기 및 기침 에어로졸에서 검출되었다. 미생물 에어로졸은 또한 가래 생성이 일반적이지 않은 바이러스 질환에서 하기도 질병을 더 잘 나타낼 수 있다.
호기 에어로졸 수집은 비침습적이기 때문에, 반복적인 샘플 수집은 종래의 방법보다 환자에게 더 수용적이어야 한다. 한계가 극복될 수 있다면 호기 에어로졸 분석은 호흡기 감염의 진단과 질병 경과 및 치료 반응을 모니터링하는 데 유용한 도구가 될 수 있다(Fennelly KP, Acuna-Villaorduna C, Jones-Lopez E, Lindsley WG, Milton DK. Microbial Aerosols: New Diagnostic Specimens for Pulmonary Infections. Chest. 2020;157(3):540-546. doi:10.1016/j.chest.2019.10.012 참조).
EBC에서 2,000개 초과의 화합물이 식별되었으며(Montuschi P, Mores N, Trov
A, Mondino C, Barnes PJ, The electronic nose in respiratory medicine. Respiration. 2013;85(1):72-84 참조), 이들 중 다수는 폐 질병의 감지 바이오마커를 나타내는 것으로 간주된다(Sapey E, editor. Bronchial Asthma: Emerging Therapeutic Strategies. Rijeka: InTech 참조). EBC에 존재하는 바이오마커는 전신 시스템에서의 프로세스보다 폐에서 발생하는 프로세스를 훨씬 더 많이 묘사한다.
따라서, 호기 바이오마커의 특정 프로필은 폐 질병 진단에만 적용 가능한 정보를 밝힐 수 있다. EBC는 기관지 폐포 세포외 폐 유체의 조성을 반영하는 생물학적 매트릭스이다. 매트릭스로서의 EBC의 주요 이점은 기도에 대한 그 특이성이다(액체는 신체의 다른 부분에서 발생하는 프로세스에 의해 영향을 받지 않음)(Molecular Diagnostics of Pulmonary Diseases Based on Analysis of Exhaled Breath Condensate, Tereza 
Submitted: October 9th 2016Reviewed: January 25th 2018Published: September 5th 2018, DOI: 10.5772/intechopen.7440 참조).
폐포에 이르기까지 폐의 모든 부분의 표면은 에어로졸화되어 다양한 비휘발성 성분을 운반할 수 있는 수성 점액층으로 코팅되어 있다. EBC와 EBA는 인간의 건강과 질병 상태를 평가하는 데 사용되는 상이한 유형의 호흡 매트릭스이다. EBA는 전체 EBC의 일부를 나타내며, 기체상 대신 세포 분획, 단백질, 바이러스 및 박테리아뿐만 아니라 지방산 및 사이토카인과 같은 더 큰 분자를 타깃으로 한다. 호기 응축물(EBC) 및 호기 에어로졸(EBA)에는 휘발성 유기 화합물(VOC: volatile organic compound), NO, CO2, NH3, 사이토카인 및 과산화수소(H2O2)와 같은 광범위하게 다양한 화합물이 있다. 지방 조직에 위치된 VOC는 혈액으로 방출된 다음 폐의 폐포와 기도를 통해 호흡으로 교환된다. VOC의 일부는 또한 노출 후 호흡 기도 내에 남아 있다. 따라서 VOC의 호흡 농도는 혈액 농도를 나타내지만, 개인에 대한 불편함이 거의 없이 비침습적으로 샘플을 얻을 수 있다(Wallace MAG, Pleil JD. Evolution of clinical and environmental health applications of exhaled breath research: Review of methods and instrumentation for gas-phase, condensate, and aerosols. Anal Chim Acta. 2018;1024:18-38. doi:10.1016/j.aca.2018.01.069 참조).
EBC 및 EBA는 바이오마커의 정량화에 사용되는 귀중한 비침습적 생물학적 매체이다. EBC는 공동 수집된 EBA에 용해된 반휘발성 및 비휘발성 유기 화합물, 단백질, 셀 단편, DNA, 용해된 무기 화합물, 이온 및 미생물(박테리아 및 바이러스)에 더하여 호기된 수증기, 가용성 기체상(극성) 유기 화합물, 이온 종을 포함한다(inters BR, Pleil JD, Angrish MM, Stiegel MA, Risby TH, Madden MC. Standardization of the collection of exhaled breath condensate and exhaled breath aerosol using a feedback regulated sampling device. J Breath Res. 2017;11(4):047107. Published 2017 Nov 1. doi:10.1088/1752-7163/aa8bbc 참조).
이전 참고 문헌은 인플루엔자 A 바이러스 및 인플루엔자 B 바이러스에 감염된 환자의 호기에서 인플루엔자 바이러스 RNA를 검출했다고 보고한다. EBC의 샘플은 비강 도말보다 농도가 낮은 바이러스 RNA를 가질 수 있지만, 이러한 테스트는 호기에서 검출 가능한 인플루엔자 바이러스 RNA를 결정했다. 호기 샘플의 농도는 양성 샘플에 대한 필터당 48 내지 300개의 인플루엔자 바이러스 RNA 복제의 범위였으며, 이는 분당 3.2 내지 20개의 인플루엔자 바이러스 RNA 복제 범위의 호기 생성 속도에 대응한다(Fabian P, McDevitt JJ, DeHaan WH, 등 Influenza virus in human exhaled breath: an observational study. PLoS One. 2008;3(7):e2691. Published 2008 Jul 16. doi:10.1371/journal.pone.0002691 참조). 이러한 참고 문헌은 비강 및 인후 도말이 통상적으로 EBC보다 더 높은 RNA 농도를 가질 수 있음을 나타낸다. 그러나, 바이러스 RNA는 EBC에 분명히 존재하며 충분한 감도를 가진 EBC 테스팅 시스템은 바이러스, 박테리아 및 다른 질병 및 건강 관련 바이오마커를 검출하는 데 효과적이어야 한다.
박테리아 및 바이러스에 대한 주사 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope), 중합 효소 연쇄 반응(PCR: polymerase chain reaction) 및 비색법(VITEK 2)은 EBC의 박테리아 및 바이러스가 1분 이내에 100 mL EBC의 관찰된 효율로 신속하게 수집될 수 있음을 나타낸다(Xu Z, Shen F, Li X, Wu Y, Chen Q, 등. (2012) Molecular and Microscopic Analysis of Bacteria and Viruses in Exhaled Breath Collected Using a Simple Impaction and Condensing Method. PLoS ONE 7(7): e41137. doi:10.1371/ journal.pone.0041137 참조).
호기는 휘발성 유기 화합물(VOC), 몇몇 생리학적 및 병태생리학적 프로세스와 링크된 수백 개의 작은 분자의 집합을 포함한다. 가스-크로마토그래피 및 질량 분광법(GC-MS: gas-chromatography and mass-spectrometry)을 통한 호기 분석은 몇몇 연구에서 ARDS의 정확한 진단을 가져왔다. 대부분의 식별된 마커는 지질 과산화와 링크된다. 옥탄은 ARDS의 마커로서 검증된 몇몇 마커 중 하나이며 ARDS에서 병태생리학적으로 증가할 가능성이 높다(Bos LDJ. Diagnosis of acute respiratory distress syndrome by exhaled breath analysis. Ann Transl Med. 2018;6(2):33. doi:10.21037/atm.2018.01.17 참조).
본 발명의 테스트 시스템은 마스크를 착용하고 스마트폰 앱을 여는 것보다 더 복잡하지 않고 데이터 전송 및 저장이 가능하게 자체-관리되도록 설계된다. 대안적으로, 데이터를 저장하지 않고 데이터 전송을 피할 수 있으며, 대신 LED와 같은 온보드 지시자로 또는 스마트폰 앱을 통해 개인적으로 결과 표시만 제공받을 수 있다. 테스트 결과 신호가 전송되면, 데이터는 임의의 무선 전송 전에 마스크에 부착된 전자 장치인 소스에서 암호화된다. 프라이버시 문제는 전자 의료 기록에 대한 정부 요건 이상으로 처리된다. 본 발명의 테스팅 시스템은 테스트 데이터를 GPS 위치 정보와 함께 사용될 수 있게 하는 무선 통신 기능을 포함할 수 있어 전후방 접촉 추적을 지원하고 전염병 또는 팬데믹의 경우 증가하는 인구의 부분이 안전하게 직장에 복귀하고 경제적 활동을 재개하는 능력을 추가로 가속화하여, 양성 테스트 결과가 수신되는 즉시 바이러스에 노출되었을 수 있었던 사람을 실시간 접촉 추적을 통해 결정할 수 있게 한다.
생체 측정 데이터는 공공의 이익을 위해 획득 및 사용되지만 생체 측정 정보의 수집은 프라이버시 문제의 부담을 수반한다. 환자의 생체 측정 데이터에 대해 2개의 용도가 고려될 수 있다: 예방 및 치료를 위한 환자 모니터링; 및 글로벌 헬스케어를 개선하기 위한 인구 연구. 본 발명의 테스팅 시스템은 별도로 생성 및 유지 보수되는 데이터 베이스용으로 구성된 소프트웨어 및 하드웨어일 수 있으며, 하나는 신뢰할 수 있는 수신자(예를 들어, 안전한 2-단계 검증 프로세스를 통해 환자로부터의 데이터에 액세스하는 헬스케어 공급자)와만 공유되고, 익명화된 데이터를 저장하는 인구통계학-전용 데이터는 발병과 관련된 패턴 및 추세를 파악하기 위해 빅 데이터 분석에 사용될 것이다. 준수를 최대화하기 위해, 피검자는 피검자의 등록된 HCP와만 공유; 또는 접촉 추적 및 전기 의료 기록을 위한 자동 데이터 보고의 데이터 보고 수준을 선택할 수 있다. 획득된 데이터는 (예를 들어, 테스팅 시스템과 연관된 전자 장치에 의해) 익명화되고 소스에서 암호화될 수 있다. 스마트폰 앱을 사용하여 피검자는 항상 테스트 데이터가 보고되는 방식을 제어할 수 있으며 데이터 공유 수준에서 옵트-아웃(opt-out) 또는 옵트-인(opt-in)할 수 있다.
도 1은 샘플 패드에 추가된 바이오마커 샘플을 나타내는 횡방향 흐름 검정(LFA) 테스팅 시스템을 도시한다. 도 2는 컨쥬게이트 방출 패드에서 형성된 바이오마커-라벨링된 항체 복합체를 갖는 LFA를 도시한다. 도 3은 바이오마커의 존재를 나타내는 테스트 라인에서 바이오마커의 결합을 도시한다.
본 발명의 EBC 수집 시스템과 함께 사용될 수 있는 다른 테스팅 시스템은 전자 나노-스케일 바이오센서(e-NSB: electronic nano-scale biosensor)를 사용한다. LFA와 유사하게, e-NSB는 훨씬 더 높은 감도의 잠재력을 갖고 있으며, 예를 들어, 쉬운 무선 연결을 가능하게 하는 직접-전기 신호를 제공하는 데 사용될 수 있다. e-NSB 테스팅을 갖는 본 발명의 EBC 수집 시스템은 기존 접촉 추적(Contact Tracing) APP에 대한 보완책으로 쉽게 배포될 수 있다. 나노스케일 치수는 많은 검출기가 단일 웨이퍼 상에서 한 번에 만들어지거나 본원에 설명되는 바와 같이, 대량 롤 제조 프로세스, 더 낮은 비용의, 높은 스루풋 제조를 통해 만들어짐을 의미한다.
도 4는 바이오센서 검출 시스템의 메커니즘을 도시한다. 간략하게, 유체 바이오센서의 주요 구성 요소는 샘플 소스(a); 바이오마커-특정 바이오수용체로 기능화된 바이오센서 영역(b); 및 판독 가능 신호를 생성하기 위한 변환기(c)를 포함한다. 바이오수용체는 잠금 및 키 선택성 스크리닝을 위한 특정 타깃 바이오마커에 매칭된다. 타깃 바이오마커(가능하게는 단일 분자만큼 작음)의 일정 농도를 갖는 유체 샘플이 바이오센서 필드 상으로 흐른다. 일부 바이오센서 "잠금"은 바이오마커 "키"를 수신한다. 이는 증폭 및 데이터 프로세싱을 위해 바이오센서 출력을 판독 가능 신호로 변환하는 변환기 출력에서의 검출 가능한 변화를 야기한다.
예를 들어, 원하는 바이오마커는 또한 Covid-19 감염으로부터의 회복을 나타내는 항체일 수 있다. 유체 샘플은 땀이나 호흡 또는 다른 신체 유체의 액적으로 수용될 수 있으며, 타깃 항체가 샘플에 존재하는 경우 이는 바이오마커-특정 바이오수용체와 상호 작용한다. 바이오수용체는 정의된 감도로 신호를 출력하고 변환기는 예를 들어, 유체 샘플의 항체 바이오마커의 존재를 나타내는 전도도와 같은 전기적 특성의 변화를 생성한다.
구현예에 따르면, 바이오마커를 검출하기 위한 장치는 증기를 바이오마커를 갖는 유체 샘플 소스로 변환하기 위한 액적 수집 및 채널링 구조체, 바이오마커-특정 바이오수용체로 기능화된 바이오센서 영역, 및 샘플 소스로부터 바이오마커를 수용하는 것에 응답하여 바이오수용체의 변화에 따라 판독 가능 신호를 생성하기 위한 변환기를 포함한다.
나노-스케일 센서 기술을 사용하면 혈액을 채취할 필요 없이 바이러스 RNA, 단백질 및/또는 항체와 같은 타깃 바이오마커의 매우 낮은 농도의 검출을 가능하게 한다. 본 발명의 테스팅 시스템의 구현예에 따르면, 액적 수집 및 채널링 메커니즘은 유체 수집을 위한 소수성 필드 및 나노-센서 상으로의 액적 이동을 위한 친수성 채널을 사용한다. 이러한 메커니즘은 본 발명의 시스템을 어떠한 혈액 또는 숙련된 기술자, 간호사 또는 헬스케어 공급자에 의한 테스트의 관리도 필요로 하지 않는 매우 저렴하고 확장 가능하고 제조 가능한 COVID-19 테스트를 생성하는 데 실용적이도록 만든다.
마스크-기반 테스팅 시스템 구현예는 고유의 수분 액적 수집 및 채널링 구조체를 갖는 나노-스케일 유체 바이오센서 기술을 사용한다. 이러한 구조체는 가능하게는 타깃 바이오마커의 단일 분자까지 검출하기 위한 나노-스케일 센서의 사용을 잠금 해제한다. 이는 혈액을 채취하지 않고도 임의의 신체 유체에 존재하는 심지어 매우 낮은 농도의 항체, 단백질 및 다른 화학적 바이오마커의 검출을 가능하게 한다.
비제한적인 구현예는 Daniels가 발명하고 2020년 4월 10일자로 발행된 PCT/US19/45429, METHODS AND APPARATUS FOR A WEARABLE ELECTRONIC DIGITAL THERAPEUTIC DEVICE에 설명된 땀 화학 센서 기술 상에서 구축되며, 이는 그 전체가 본원에 참조로 통합된다. 본원에 설명된 본 발명의 구현예는 대량 인구 테스트에 필요한 수백만 단위로 쉽게 이용 가능한 대량 제조 장비 상에서 대량 생산될 수 있는 COVID-19 테스팅 시스템을 포함한다. 테스팅 시스템의 구현예는 고유한 수분 액적 수집 및 채널링 구조체를 가진 나노-스케일 유체 바이오센서를 사용한다.
이러한 구조는 호흡 응축물과 같은 신체 유체 샘플에서 COVID-19 바이오마커를 검출하기 위한 나노-스케일 센서의 사용을 가능하게 한다. 이러한 시스템은 혈액 채취, 고가의 장비 또는 기술적으로 훈련된 인력 없이 항체의 바이오마커(들), 단백질, RNA 및 다른 화학적 COVID-19 바이오마커의 검출을 가능하게 한다. 제안된 시스템은 통상의 테스트 방법에 의해 누가 더 정확하게 테스트되어야 하는지를 결정할 수 있는 적어도 제1 합격/불합격 테스트로 구성될 수 있다.
이상적으로 집에서 우편 발송되고 자체-관리될 수 있는 저렴하고 정확하며 사용하기 쉬운 COVID-19 테스팅 시스템이 필요하다. 예를 들어, 현재의 테스팅 프로토콜은 활성 감염을 나타내기 위해 RNA 테스팅을 위한 비강 도말 또는 면역을 위해 COVID-19 바이러스에 대한 충분한 항체를 테스트하기 위해 사람에게서 취해진 혈액 샘플을 필요로 한다. 이러한 테스트는 통상적으로 격리를 해제하고 기술자, 간호사 또는 다른 헬스케어 제공자가 테스트를 관리하는 테스팅 사이트로 이동할 것을 필요로 한다. 보다 정교하고 비용이 많이 드는 테스팅 방법이 타당한지 먼저 확인하기 위해 제1 합격/불합격 평가로서 사용될 수 있는 테스팅 시스템을 제안한다. 예를 들어, 집에서 수행될 수 있고 호흡이나 땀에 존재하는 낮은 농도의 COVID-19 항체를 발견하는 저렴하고 사용하기 쉬운 테스팅 시스템은 추가 COVID-19 감염에 대한 개인의 면역을 보다 정확하게 결정하기 위해 개인이 테스팅 시설로 가는 자극제로서 사용될 수 있다.
도 5는 웨어러블 전자 호흡 화학 센서의 측면도이다. 도 6은 웨어러블 전자 호흡 화학 센서의 평면도이다. 생체 측정 센서는 COVID-19 항원, RNA 및/또는 항체의 존재와 연관된 적어도 하나의 생체 측정 지시자를 검출하도록 조정된다. 액적 수집기는 EBC 액적을 전달 개구로 가져온다. 센서는 액적에 의해 젖은 후 액적은 위킹(wicking)을 통해 위킹/증발 재료로 온다. 신선한 액적의 지속적인 흐름이 센서를 통과한다. 소수성 필드는 EBC가 비딩(beading)되고 친수성 채널로 이동하도록 촉진한다. 테이퍼링된 친수성 채널은 표면 장력을 사용하여 땀을 땀 전달 개구로 가져온다. 소수성 및 친수성 스크린 인쇄 가능 잉크는 Cytonix 및 Wacker와 같은 회사로부터 이용 가능하다.
도 7은 호기 응축물(EBC) 액적 샘플 수집기의 분리도이다. 도 8은 EBC 액적 수집기를 형성하기 위한 단계를 나타내는 평면도이다. 도 9는 EBC 액적 샘플 수집기를 형성하기 위한 다른 단계를 나타내는 평면도이다. 도 10은 EBC 액적 샘플 수집기를 형성하기 위한 또 다른 단계를 나타내는 평면도이다. 도 11은 EBC 액적 샘플 수집기를 형성하기 위한 또 다른 단계를 나타내는 평면도이다. 도 12는 EBS 액적을 나타내는 EBC 샘플 수집기를 도시한다. 비제한적인 예시적인 구현예에 따르면, 가정에서의 분류 COVID-19 테스팅 시스템은 바이오마커 유체 샘플에 대해 호기 응축물(EBC)을 사용한다. 호흡은 바이러스 항원, 항체 및 RNA의 예외적인 소스이다. EBC는 횡방향 흐름 검정, 나노-스케일 바이오수용체 및 광자 정량적 검정을 포함하는 확립 방법을 사용하여 분석될 수 있다. EBC는 비강 도말보다 테스트할 훨씬 더 깨끗한 샘플을 생산하며, 비침습적이고 채혈보다 쉽다. 그러나, EBC를 수집하는 것은 일반적으로 크고 비싼 냉각기가 필요로 하며 항상 임상 설정에서 수행된다.
COVID-19 바이러스에 대한 적절한 테스팅을 개발하기 위해 전 세계적으로 큰 압력이 있다. 통상의 PCR 테스트는 비강 도말이나 가래에서 죽은 바이러스의 단편을 검출한다. 테스트는 사람이 전염성이 있는지 결정한다. 테스트는 비용이 높고, 숙련된 인력과 기계를 필요로 하며 샘플의 수집, 운반 및 프로세싱으로 인해 테스트 결과를 얻는 데 지연이 있다. PCR은 또한 많은 화학 시약을 필요로 하고 많은 거짓 음성을 초래한다. 항체 테스트는 바이러스에 대한 신체의 면역 반응을 검출한다. 이는 통상적으로 혈액 샘플을 필요로 한다. 항체 테스트는 상대적으로 빠를 수 있으며 반드시 훈련된 인력을 필요로 하지는 않는다. 다른 바이러스가 항체를 유발할 수 있기 때문에 거짓 양성이 빈번하다.
EBC는 박테리아 및 바이러스 폐 감염을 입증하기 위해 미생물 DNA 및 RNA의 신속한 검출에 사용되었다.(Xu Z, Shen F, Li X, Wu Y, Chen Q, Jie X, 등. Molecular and microscopic analysis of bacteria and viruses in exhaled breath collected using a simple impaction and condensing method. PLoS One 2012;7:e41137. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22848436 참조).
비강 도말 샘플은 종종 많은 배경 생물학적 물질을 포함하고 있어 샘플에 존재하는 다른 분자로 인해 바이러스의 RNA를 식별하기 더 어렵게 한다. 호흡 응축물은 자연적으로 바이러스가 풍부하고 교란 분자는 훨씬 더 낮은 농도에 있다(https://www.zimmerpeacocktech.com/products/electrochemical-sensors/covid-19-and-pcr-on-the- breath/ 참조).
항체는 호흡 증기에 존재한다. IgA 항체는 코와 호흡 통로와 같은 신체 영역에서 발견된다. IgG 항체는 모든 신체 유체에서 발견되며 박테리아 및 바이러스 감염과 싸우는 데 매우 중요한 가장 통상적인 항체(75% 내지 80%)이다. IgE 항체는 폐, 피부 및 점성 멤브레인에서 발견된다.(https://www.uofmhealth.org/ health-library/hw41342 참조).
바이러스 항원은 기도 내벽 유체(ALF: airway lining fluid)에서 발견된다. EBC는 기도 내벽 유체(ALF)를 샘플링하는 비침습적 방법이다. ALF의 성분은 호흡수(respiratory tree) 내벽 유체를 나타낸다. ALF는 호흡 세포에 의해 직접적으로 영향을 받는 바이오마커의 농도의 척도이다.(Exhaled breath condensate: a comprehensive update, Ahmadzai, 등, Clinical Chemistry and Laboratory Medicine (CCLM) 51, 7; 10.1515/cclm-2012-0593 참조).
EBC는 COVID-19 바이러스의 감염 및 회복 단계뿐만 아니라 다른 의료 및 피트니스 용도를 나타내는 바이오마커의 예외적인 소스가 될 수 있지만, EBC 유체 샘플을 얻기 위한 통상의 장비는 크고 비싸며 임상 설정에서만 사용된다. 통상의 장비는 냉각기를 필요로 하며 비교적 큰 시료 수집을 위해 설계된다. 이는 통상의 EBC 샘플링 장비를 집에서의 테스팅에 적합하지 않게 만는다.
본 발명의 EBC 샘플 수집기의 구현예는 증기가 액적으로 비딩 업(beading up)되게 하는 소수성 필드를 포함한다. 친수성 채널은 접근 가능한 EBC 유체 샘플을 형성하기 위해 액적에 유착하여 이를 전달한다. 소수성 필드와 친수성 채널은 스크린 인쇄되거나 아니면 열 질량체 알루미늄 시트 기판 상에 코팅될 수 있으며, 연마된 알루미늄 시트 자체는 추가 처리 없이 소수성 필드가 될 수 있다. 이러한 기판은 EBC 수집을 개선하기 위해 테스팅 시스템을 사용하기 전에 냉각될 수 있다. 본 발명의 EBC 샘플 수집기는 저비용 횡방향 흐름 검정, 전자 바이오센서 및 다른 테스팅 시스템을 집에서의 분류 테스트에 대해 작동할 수 있게 만든다. CDC는 저렴한 스크리닝 테스트를 신속하게 개발하는 것이 필수적이라고 말한다. 본 발명의 EBC 샘플 수집기는 이러한 스크리닝 테스팅을 인구의 큰 부분에 대한 대량 배포를 실행 가능하게 한다. 격리를 깰 필요가 없다. 숙련된 기술자, 클리닉 또는 실험실 장비가 필요하지 않다. 기존의 대량 제조 방법은 멀티플-업(한 번에 다수개) 스크린 인쇄된 EBC 샘플 수집기를 생산하도록 수정될 수 있다. 저비용의 알루미늄 기판은 열 질량체로서의 역할을 하며 더 빠른 액적 수집을 위해 냉각될 수 있다. 배치(batch) 제조는 초대량 롤-대-롤 제조에 빠르게 적응될 수 있는 포맷으로 시트 상에 멀티플-업 LFA 모듈을 제조하는 데 사용될 수 있다.
도 13은 LFA 테스팅 시스템에 적용된 EBC 샘플 수집기를 도시한다. 도 14는 EBC 샘플 수집기의 스크린 인쇄된 친수성 채널, 스크린 인쇄된 소수성 필드 및 열 질량체 기판을 나타내는 분해도이다. 제1 방출기/검출기 쌍은 테스트 라인(T)에서 새로운 코로나바이러스 N 단백질이 IgM-IgM 복합체에 의해 결합되었는지 결정하는 데 사용된다. 제2 방출기/검출기 쌍은 유체 샘플이 전달 매체를 통해 수집되었고 테스트가 올바르게 수행된 것을 확인하는 대조 라인(C)에서 프리(free) 항-인간 IgM 항체가 항-마우스 항체에 결합되었는지 결정하는 데 사용된다.
구현예에 따르면, 방법은 호기 응축물 유체 샘플 수집기를 형성하는 것을 포함하는 바이오마커 테스팅 시스템을 형성한다. 호기 응축물 유체 샘플 수집기를 형성하는 것은 기판을 제공하는 단계, 기판 상에 소수성 필드를 코팅하는 단계, 및 기판 상에 적어도 하나의 친수성 채널을 코팅하는 단계를 포함한다. 소수성 필드는 신체 유체 증기를 수용하고 수용된 신체 유체 증기로부터 유체 액적을 형성하기 위한 것이고 친수성 채널은 유체 액적을 수용하고 유체 액적을 테스팅 시스템을 향해 전달하기 위한 것이다. 적어도 하나의 유체 샘플 배수 홀이 적어도 하나의 유체 샘플 배수 홀을 통해 유체 액적을 테스팅 시스템의 샘플 수용 구조체 상으로 배수하기 위해 친수성 채널의 단부에 형성될 수 있다.
광자 방출기가 바이오마커 테스팅 구역을 향해 방사선을 방출하고 광자 검출기가 바이오마커 테스팅 구역으로부터 방사선을 수신하는 적어도 하나의 광자 방출기 및 하나의 광자 검출기가 제공될 수 있다. 도 15는 LFA의 구성 요소를 도시하는 분해도이다. 도 16은 광자 방출기/검출기 전자 장치를 포함하는 LFA의 구현예를 도시한다. 면역 크로마토그래피에서 캡처 항체는 다공성 멤브레인의 표면 상에 배치되고 샘플은 멤브레인을 따라 통과한다. 샘플의 바이오마커는 항체에 의해 결합되며, 이는 그 후 검출기 시약에 커플링된다. 샘플이 캡처 시약이 배치된 영역을 통과함에 따라, 바이오마커 검출기 시약 복합체가 포획되고, 샘플에 존재하는 바이오마커에 비례하는 컬러가 전개된다. 광자 방출기/검출기 쌍은 유체 샘플이 검출기에서 수신된 광자의 세기 또는 카운팅으로부터 결정되는 경우 바이오마커 농도인 바이오마커의 비례 정량적 측정을 가능하게 한다.
고체상 횡방향-흐름 테스트 플랫폼은 가정 임신 테스팅에 널리 사용되는 면역 크로마토그래피의 예이다. 횡방향 흐름 테스트는 졸 입자를 라벨로 사용함으로써 이점을 얻었다. 무기(금속) 콜로이드 입자의 사용은 통상적으로 면역 검정의 라벨로 사용되며 결합된 컨쥬게이트의 양을 측정하기 위해 몇몇 기술이 사용된다. 이는 육안, 비색 및 원자 흡수 분광 측정법을 포함한다. 비색법은 용질의 농도가 흡수도에 비례한다는 Beer-Lambert 법칙을 적용한다. 더 높은 항원 농도에서, 면역 크로마토그래피 결과는 육안으로 판독될 수 있다(예를 들어, 통상적인 가정 임신 테스트). 더 낮은 농도의 경우, 비색법은 육안으로 판독하는 것보다 30배 이상 더 민감한 것으로 나타났다.
구현예에 따르면, 면역 크로마토그래피를 사용하여 COVID-19 바이오마커의 존재를 검출한다. 일반적으로, 면역 크로마토그래피는 모세관력과 항체에 대한 항원의 특이적이고 신속한 결합을 사용하여 매체를 통해 혼합물의 성분을 분리하는 것이다. 건조 전달 매체는 신규 코로나바이러스 N 단백질("T" 테스트 라인) 및 항-마우스 항체("C" 대조 라인)로 별도로 코팅된다. 프리 콜로이드 금-라벨링된 항-인간 IgM은 방출 패드 섹션(S)에 있다. 본 발명의 증기 유착 및 액적 수집 구조체는 호흡 응축물의 유체 샘플을 얻는 데 사용된다. 이러한 유체 샘플은 방출 패드 섹션에 적용된다. 항-인간 IgM 항체는 IgM 항체(존재하는 경우) 중 적어도 일부에 결합하여 IgM-IgM 복합체를 형성한다. 유체 샘플과 항체는 모세관 작용을 통해 전달 매체를 통해 이동한다. 코로나바이러스 IgM 항체가 유체 샘플에 존재하면, 테스트 라인(T)의 새로운 코로나바이러스 N 단백질이 IgM-IgM 복합체에 의해 결합되어 컬러를 전개할 것이다. 샘플에 코로나바이러스 IgM 항체가 없으면, 프리 항-인간 IgM이 테스트 라인(T)에 결합되지 않아 컬러가 전개되지 않을 것이다. 프리 항-인간 IgM 항체는 대조 라인(C)에서 항-마우스 항체에 결합되어 대조 라인 컬러를 전개하여 유체 샘플이 전달 매체를 통과하고 테스트가 올바르게 수행되었음을 확인한다.
도 17은 나노스케일 바이오센서 테스팅 시스템에 적용된 EBC 샘플 수집기를 도시하고 수집된 액적을 샘플 패드 상에 억제하기 위한 풀 탭을 도시한다. 도 18은 테스팅 시스템에 적용된 EBC 샘플 수집기를 도시하는 사시도이다. 도 19는 샘플 패드와 컨쥬게이트 방출 패드 사이에 배치된 풀 테이블을 도시하는 분리도이다. EBC 유체 샘플은 일정 기간 동안 수집되고 소수성 필드로부터 친수성 채널을 통해 수집되고, 유체 샘플 배수 홀을 통해 흘러 샘플 패드에 축적된다. 통상적인 LFA는 샘플 패드에 추가되는 완충된 샘플 약 3개의 액적을 사용한다. 예시적인 구현예에 따르면, 완충 물질 및 계면 활성제는 샘플 패드에 건조 형태로 통합될 수 있어, 대부분이 물인 EBC 샘플은 유체 완충제의 추가를 필요로 하지 않고 직접 적용되는 유체 샘플로서 적합할 것이다. 사람이 휴식을 취할 때, 시간 당 약 17.5 ml의 EBC가 생성된다("How much water is lost during breathing?", 
등, Pneumonol Alergol Pol 2012;80(4):339-342 참조). 밀리리터 당 20개의 액적이 있다. 따라서, 쉬는 시간마다 약 350개 액적의 EBC를 수집할 가능성이 있다. 단지 약 3%의 EBC 샘플 수집기에 의한 수집 효율은 휴식 중인 개인으로부터 약 15분 내에 유체 샘플에 대한 적절한 수의 EBC 액적을 제공해야 한다.
구현예에 따르면, 바이오마커를 검출하기 위한 장치는 유체 샘플을 형성하기 위해 호흡 증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 구조체 및 유체 샘플을 수용하고 바이오마커를 검출하기 위한 바이오마커 테스팅 구역을 갖는 테스팅 시스템을 포함한다. 액적 수집 구조체는 호흡 증기를 수용하고 수용된 호흡 증기로부터 유체 액적을 형성하기 위한 소수성 필드 및 유체 액적을 수용하고 테스팅 시스템을 향해 유체 액적을 채널링하기 위한 친수성 채널 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 액적 수집 구조체와 바이오마커 테스팅 구역 사이에 유체 댐 부재가 제공될 수 있다.
테스팅 시스템은 잠재적으로 바이오마커를 포함하는 유체 샘플을 수용하기 위한 샘플 패드, 컨쥬게이트 방출 패드, 흐름 멤브레인 및 유체 샘플을 수용하고 흐르게 하여 샘플 소스로부터 잠재적 바이오마커를 검출하기 위한 흡착성 패드를 포함하는 유체 횡방향 흐름 검정을 포함할 수 있다. 유체 댐 부재가 샘플 패드와 컨쥬게이트 방출 패드 사이에 배치되며, 풀 탭 구조체를 포함하는 유체 댐은 피검자가 유체 댐 부재를 제거할 수 있게 하고 샘플 패드로부터 컨쥬게이트 방출 패드로의 유체의 흐름을 허용한다.
테스트 시스템을 통해 EBC 유체 샘플을 플러싱(flushing)하기 위해, 유체 댐이 제공되어 EBC가 축적될 때 샘플 패드 상에 EBC를 억제한다. 유체 댐은 예를 들어, 샘플 패드와 컨쥬게이트 방출 패드 사이에 배치되는 풀 탭을 형성하는 한 단편의 실리콘(이에 한정되지 않음) 코팅된 이형지일 수 있다. 풀 탭은 상단 접착제 상에 유지되며 EBC 유체 샘플의 축적을 허용한다. 적절한 시간량이 경과하여 충분한 EBC 유체 샘플로 샘플 패드를 포화시킨 후, 피검자는 풀 탭을 당겨 EBC 유체 샘플이 샘플 패드로부터 컨쥬게이트 방출 패드로 흐르게 한다. 이는 EBC 유체 샘플이 모세관 작용에 의해 테스팅 시스템의 다양한 구성 요소를 통해 플러싱될 수 있게 한다. EBC 유체 샘플이 샘플 패드 상에 축적될 수 있어, 당김 탭을 제거하면 샘플 흐름을 한번에 해제하여 적절한 샘플 흐름을 보장하고 테스팅 일관성을 촉진한다.
도 20은 유체 전달 개구를 갖는 스크린 인쇄된 액적 샘플 수집기의 분리도이다. 도 21은 광자 방출기/검출기 쌍 사이를 흐르는 EBC 샘플 수집기로부터 수집된 유체 샘플을 도시하는 단면도이다. 이 구현예에서, 땀과 같은 다른 신체 유체는 호흡 증기를 호기 응축물로 유착시키는 대신 피부로부터의 땀 액적을 수집하도록 구성된 EBC 샘플 수집기와 함께 사용될 수 있다. 본원에 설명된 구현예 및 혁신 중 임의의 것은 COVID-19 테스팅에 대해 설명된 용도에 추가하여 또는 그 대신에 다른 질병 또는 바이러스 테스팅 또는 생체 측정 검출을 위해 다른 의료 및 피트니스 용도에 유용할 수 있다는 점에 유의한다.
본 발명의 COVID-19 테스팅 시스템의 구현예의 대부분의 구성 요소에 대한 제조 기술, 장비 및 재료는 쉽게 이용 가능하고 매우 잘 알려져 있다. 예를 들어, 유체 수집 및 액적 채널링 구조체를 생성하기 위해, 스크린 인쇄를 사용하여 Cytonix 및 Wacker와 같은 회사에서 공급하는 흡습성 및 소수성 잉크를 패턴화한다. 필요한 수억 개의 테스팅 유닛에 대해 신속하게 스크린 인쇄하는 데 필요한 제조 용량이 부족하지 않다. 유체 바이오센서 구성 요소는 미국 펜실베니아주 요크에 소재한 Conductive Technologies, Inc.와 같은 회사에서 이용 가능한 높은 스루풋의 장비를 사용하여 제조될 수 있으며, 바이오센서 기능화를 위한 화학 물질은 미국 조지아주 피치 트리 코너에 소재한 RayBiotech와 같은 회사로부터 입수될 수 있다. 와이어 본딩 및 인쇄된 회로 기판 제조와 같은 다른 필요한 제조 단계는 반도체 및 회로 기판 전자 장치에 대해 유사하게 의도된 동일한 유비쿼터스 기계를 사용할 것이다.
도 22는 반드시 시퀀스 순서대로는 아닌 LFA 테스팅 시스템을 구축하기 위한 단계의 측면도를 도시한다. 도 23은 LFA 테스팅 시스템을 구축하기 위한 단계의 평면도를 도시한다. 도 24는 배치로 형성된 LFA 테스팅 시스템의 4x9 묶음 멀티플-업 시트를 도시한다. 도 25는 바닥 접착제/백킹 기판/상단 접착제의 롤을 형성하기 위한 롤-대-롤(roll-to-roll) 제조 프로세스를 도시한다.
도 26은 바닥 접착제/백킹 기판/상단 접착제 스택을 도시하는 사시도이다. 도 27은 바닥 접착제/백킹 기판/상단 접착제의 롤 상에 LFA의 구성 요소를 형성하기 위한 롤-대-롤 제조 프로세스를 도시한다. 도 28은 연속 롤로부터 절단된 롤-대-롤 프로세스에 의해 형성된 LFA 테스팅 시스템을 도시하고 LFA 테스팅 시스템을 별도로 형성된 ENC 샘플 수집기에 부착하기 위한 상단 접착제의 섹션을 도시한다. 도 29는 연속 롤로부터 절단된 롤-대-롤 프로세스에 의해 형성된 LFA 테스팅 시스템을 도시하며 안면 마스크와 같은 웨어러블 의류에 부착하기 위한 바닥 접착제 섹션을 도시한다. 도 30은 액적 수집 홀을 갖는 열 질량체 기판 상에 소수성 필드 코팅을 갖는 기판 시트를 도시한다. 도 31은 친수성 채널의 코팅을 갖는 액적 수집 홀을 갖는 열 질량체 기판 상에 소수성 필드 코팅을 갖는 기판 시트를 도시한다.
도 32는 별도의 신뢰할 수 있는 수신기 및 공용 블록체인 데이터 경로 및 저장과 함께 무선 데이터 획득 및 전송을 위한 전자 장치를 갖는 EBC 샘플 수집기 및 테스팅 시스템을 도시한다. Villanova University는 최근 의료 시설이 전세계적으로 코로나바이러스 사례를 추적하는 것을 돕기 위해 블록체인을 이용하는 예를 발표했다. 이러한 사설 블록체인은 신뢰할 수 있고 불변의 장부 상에 의사 간의 코로나바이러스 테스트 결과를 게시하기 위해 전 세계 의료 시설 간에 공유된다. IoT 및 AI는 고위험 모임이 발생할 수 있는 공공 장소를 조사하고 블록체인을 통해 경고를 트리거하는 데 사용된다. (https://www1.villanova.edu/university/experts/spotlight-detail.html? spotlight=7180 참조).
예시적인 구현예에 따르면, 바이오마커 검출을 갖는 EBC 수집 시스템은 접촉 추적 및 전기 의료 기록을 위한 신규 또는 기존 APP과 함께 사용할 수 있도록 자체-보고 또는 자동 데이터 수집을 이용할 수 있다. 획득된 데이터는 (예를 들어, 테스팅 시스템과 연관된 전자 장치 상에서) 소스에서 익명화되고 암호화될 수 있다. 제1 데이터 스트림/데이터베이스는 신뢰할 수 있는 수신기가 환자 식별 데이터에 액세스할 수 있도록 하는 반면, 제2 데이터 스트림/데이터베이스는 데이터의 소스가 누구로부터 왔는지 식별하지 않고 오픈 소스 또는 다른 데이터 전송, 저장 및 이용 메커니즘으로 제공될 수 있는 익명화된 데이터를 제공한다.
본 발명의 테스팅 시스템은 타깃 지역, 주 또는 국가의 모든 가정에 대량 배포하기 위해 통상의 봉투에 담아 배송할 수 있는 매우 저렴한 비용이 될 가능성이 있다. 이를 통해 인구의 훨씬 더 많은 퍼센티지가 보다 정교한 테스팅을 위해 드라이브 스루, 병원 또는 클리닉 테스팅 시설을 방문해야 하는지를 나타내는 최소한의 기본 테스팅을 받을 수 있다.
본 발명의 COVID-19 테스팅 시스템은 2개 이상의 바이러스 바이오마커를 동시에 테스트할 수 있는 능력을 가질 수 있다. 예를 들어, RNA 또는 단백질 테스팅은 항체 테스팅과 결합될 수 있다. 이러한 두 가지 바이오마커에 대한 테스트를 통해 거짓 음성 가능성이 통계적으로 상당히 감소하고 보다 바람직한 방법이 될 가능성이 높다.
제안된 COVID-19 테스팅 시스템은 마스크와 같은 개인 보호 장비에 통합되거나, 신체에 붙인 패치로 제공하거나, 가정 임신 테스트와 유사한 독립형 테스트 유닛으로 제공될 수 있다. 이러한 바이오샘플은 침, 혈액, 소변, EBC, 눈물, 가래, 대변 또는 타깃 피분석물을 포함할 수 있는 임의의 다른 물질에서 얻을 수 있다. 완충제 및 희석제를 사용할 수 있으며, 필요한 경우 통상의 PCR 테스팅에 사용되는 것과 같은 인큐베이션 및 증폭 기술을 채택할 수 있다.
테스팅 시스템은 RFID, 근거리 통신, WiFi, 셀룰러 및 Bluetooth와 같은 무선 통신 기능을 포함할 수 있다. 이를 통해 예를 들어, 테스트 데이터를 GPS 위치 정보와 함께 사용하여 접촉 추적을 지원하고 인구의 증가하는 부분이 직장으로 복귀하고 경제 활동을 재개하는 능력을 더욱 가속화하고 또한 바이러스에 노출될 수 있었던 사람을 실시간 접촉 추적을 통해 결정할 수 있다.
기본 시스템의 향상으로, 생체 측정 데이터를 획득하여 공익을 위해 사용할 수 있다. 생체 측정 정보 수집은 프라이버시 문제의 부담을 수반합니다. 환자의 생체 측정 데이터에 대한 두 가지 용도: 예방 및 치료를 위한 환자 모니터링; 및 글로벌 헬스케어를 개선하기 위한 인구 연구가 고려될 수 있다. 본 발명의 시스템은 별도로 생성되고 유지 보수되는 데이터베이스를 사용한다.
구현예와 관련하여 본원에 설명된 것과 같은 생체 측정 파라미터는 또한 검출, 로깅 및/또는 전송될 수 있어, 환자의 질병 진행, 요법, 치료 과정, 치료의 측정된 결과 등에 대한 상세한 이력을 가능하게 하고, 특정 환자에게 제공되는 치료를 개선하기 위해 이용될 수 있으며, 종합적으로 다른 환자의 데이터와 함께 중요한 데이터를 제공하여 신약 발견, 치료 수정 및 약물 치료 및/또는 다른 치료 과정 동안 환자로부터 직접 얻은 생체 측정 데이터의 검출, 전송, 저장 및 분석에 의해 생성된 유익한 사이클의 다수의 다른 이점을 지원한다.
도 33은 열 본딩된 안면 마스크의 제조 프로세스를 도시한다. 도 34는 사전-형성 마스크 스택을 형성하기 위해 블랭크로 개별적으로 절단된 롤-대-롤 라미네이션 프로세스를 통해 본딩된 직물, 필터 및 다른 층을 도시한다. 도 35는 사전-형성 마스크 스택의 생물학적 반응성 은 직물 및 핫 멜트 접착제와 같은 다른 재료를 도시한다. COVID-19의 전염성이 높고 치명적인 영향으로 개인 보호 마스크의 필요성이 증가했다. 일회용 마스크는 헬스케어 제공자, 경찰 및 바이러스를 갖거나 갖지 않을 수 있는 개인과 지속적으로 접촉해야 하는 업무의 기타 사람들에게 좋은 해결책이다. 예를 들어, 환자들 사이에 일회용 마스크를 교체할 수 있는 능력은 의사나 간호사가 자신을 더 잘 보호하고 환자를 바이러스 확산으로부터 보호하기 위해 새로운, 깨끗하고 오염되지 않은 마스크를 갖는 것을 보장한다. 그러나, 일회용 마스크는 일반 인구에게 좋은 해결책이 아니다. 일회용 마스크와 관련된 비용과 낭비는 대부분의 사람들에게 열악한 해결책이다. 오히려, 필요한 것은 저가이고 제조가 용이하며 이상적으로는 통상의 가정용 의류 세탁기 및 건조기에서 살균될 수 있는 마스크이다.
도 36은 마스크 스택의 분해도이다. 도 37은 제1 및 제2 열 프레스 동작을 위한 마스크 스택의 폴드 라인을 도시한다. 도 38은 접히고 가압되고 열 본딩된 마스크를 도시한다. 도 39는 접힌 마스크에 EBC 수집기 및 테스팅 시스템의 부착을 도시한다. 도 40은 접힌 마스크를 뒤집어 EBC 수집기 및 테스팅 시스템을 마스크 내부에 배치하는 단계를 도시한다. 도 41은 접힌 마스크 상에 탄성 스트랩을 본딩하는 열 프레스 동작을 도시한다.
도 42는 호기의 집중된 분위기 내에서 마스크 내부에 배치된 EBC 수집기 및 테스팅 시스템을 갖는 마스크를 도시한다. 비제한적 구현예에 따르면, 피검자의 폐 및 기도로부터 수용된 바이오마커를 검출하기 위한 마스크-기반 테스팅 시스템이 제공된다. 피검자가 착용한 안면 마스크 내부에 호기 응축물(EBC) 수집기가 배치된다. EBC 수집기는 피검자의 폐와 기도로부터 수용된 호흡 증기를 유체 바이오샘플로 변환한다. EBC 수집기는 전면의 표면 온도보다 높은 온도에서 호흡 증기를 수용하고 호흡 증기를 호흡 증기의 온도보다 더 차가운 액체로 변환하는 열 질량체 및 전면을 가지고 있다. EBC 수집기는 호흡 증기를 수용하고 수용된 호흡 증기로부터 유체 액적을 형성하기 위한 필드를 포함하는 전면 상의 액적 수집 구조체, 및 필드로부터 유체 액적을 수용하고 유체 액적을 함께 채널링하여 수집된 유체 바이오샘플을 형성하기 위한 채널을 포함한다.
바이오센서는 EBC 수집기로부터 유체 바이오샘플을 수용하고 타깃 바이오마커에 대한 유체 바이오샘플을 테스트하기 위해 안면 마스크에 고정된다. 바이오센서는 적어도 유체 바이오샘플의 타깃 바이오마커의 존재 및 부재에 따른 테스트 신호를 생성한다. 안면 마스크에 고정된 전자 회로는 테스트 신호를 수신하고, 테스트 신호로부터 타깃 바이오마커의 검출 여부에 따라 테스트 결과 신호를 결정하고, 테스트 결과 신호를 원격 수신기로 전송한다.
도 43은 피검자의 코의 브릿지에 대응하는 위치에서 마스크의 폴드 내에 배치된 통상의 구부릴 수 있는 금속 코 시일(seal)을 도시한다. 도 44는 피검자의 코의 브릿지에 대응하는 위치에서 마스크의 폴드 외부에 배치된 교체 가능한 접착 코 스트립을 도시하고, 도 45는 자기 제거 가능 코 시일의 구성 요소를 도시한다.
도 46은 컨쥬게이트 방출 패드 상에 방출되고 테스팅 시스템의 구성 요소를 통해 유체 샘플을 플러싱하기에 충분히 축적될 때까지 샘플 패드 상에 수집된 EBC를 억제하는 용해성 흐름 댐을 포함하는 테스팅 시스템의 분해도이다. 유체 댐 부재는 액적 수집 구조체와 바이오마커 테스팅 구역 사이에 배치될 수 있으며, 여기서 유체 댐 부재는 제거 가능한 내습성 시트 부재 및 액적 수집 구조체로부터 유체 샘플을 축적하고 축적된 유체 샘플을 방출하여 바이오마커 테스팅 구역으로 흐르게 하기 위한 용해성 필름 중 적어도 하나를 포함한다. 유체 샘플 테스팅 시스템은 제2 바이오마커로서 바이오마커를 잠재적으로 포함하는 유체 샘플을 수용하기 위한 샘플 패드, 컨쥬게이트 방출 패드, 흐름 멤브레인 및 샘플 소스로부터 잠재적 바이오마커를 검출하기 위해 유체 샘플을 수용하고 흐르게 하기 위한 흡착성 패드를 포함하는 유체 횡방향 흐름 검정을 포함한다. 유체 댐 부재는 샘플 패드와 컨쥬게이트 방출 패드 사이에 배치될 수 있으며, 유체 댐은 풀 탭 구조체를 포함하여 피검자가 유체 댐 부재를 제거할 수 있게 하고 샘플 패드로부터 컨쥬게이트 방출 패드로의 유체 샘플의 흐름을 허용한다. 적어도 하나의 광자 방출기 및 하나의 광자 검출기가 제공될 수 있으며, 여기서 광자 방출기는 바이오마커 테스팅 구역을 향해 방사선을 방출하고 광자 검출기는 바이오마커 테스팅 구역으로부터 방사선을 수신한다.
도 47은 샘플 패드와 컨쥬게이트 방출 패드 사이에 삽입된 용해성 흐름 댐을 도시하는 분리도이다. 도 48은 샘플 패드로부터 컨쥬게이트 방출 패드로 축적된 유체 샘플을 방출하기 위해 용해성 흐름 댐이 용해된 후를 도시하는 분리도이다. 본 발명의 가정에서의 테스팅 시스템은 COVID-19, 다른 바이러스, 박테리아, 환경, 암, 천식, 당뇨병, 피트니스 또는 다른 의료 사용 사례에 사용될 수 있다. 기본 전제는 안면 마스크를 사용하여 호기 응축물(EBC) 및 호기 에어로졸(EBA)을 수집하는 것이다.
EBC는 소수성/친수성 액적 수집 구조체를 통해 수집되고 테스팅 시스템(예를 들어, 횡방향 흐름 검정 또는 전자 바이오센서)으로 채널링된다. EBC를 효과적으로 수집하고 축적하기 위해, 모세관 충진 시간을 조절하기 위해 용해성 재교가 사용될 수 있다. 이를 통해 테스트 시스템을 통한 모세관 작용을 통해 액체를 플러싱하기에 충분한 샘플이 축적될 때까지 액적 수집 구조체로부터 액체 샘플(EBC)의 흐름을 억제할 수 있다. EBA를 캡처하기 위해, 표면 상에 또는 용해성 필름의 필름으로 액적과 에어로졸 미립자를 현탁시키는 것이 사용될 수 있으며, 여기서 필름은 끈적거려, 호흡 또는 기침 동안 호기 미립자가 접착 표면에 부착될 것이다. 필름이 또한 수용성인 경우, 호흡 액적도 필름에 흡수될 것이다. 이러한 COVID-19 테스팅 시스템은 스크리닝(즉, 합격/불합격 분류 테스트)을 위해 EBC를 사용하기 위해 채택될 수 있고, EBC 테스트가 타깃 바이오마커(예를 들어, COVID-19 항체 또는 RNA)의 양성 검출을 나타내는 경우, 캡처된 EBA가 분석되는 테스팅 연구소로 마스크가 배송된다.
도 49는 용해성 EBC 액적 및 EBA 미립자 수집기를 도시하는 분리도이다. 도 50은 표면 상에 충돌하는 미립자 및 액적을 갖는 용해성 액적 및 미립자 수집기의 섹션을 도시하는 측단면도이다. 제안된 테스팅 시스템의 향상된 버전에서, 에어로졸 미립자 수집 시스템은 피검자에 의해 내쉬거나 기침에 의한 바이러스 바이오마커를 캡처하기 위해 제공된다. 폐포에 이르기까지 폐의 모든 부분에 있는 표면은 에어로졸화되어 다양한 비휘발성 성분을 운반할 수 있는 수성 점액층으로 코팅되어 있다. EBC와 EBA는 인간의 건강과 질병 상태를 평가하는 데 사용되는 상이한 유형의 호흡 매트릭스이다. EBA는 전체 EBC의 일부를 나타내며, 기체상 대신 세포 분획, 단백질, 바이러스 및 박테리아뿐만 아니라 지방산 및 사이토카인과 같은 더 큰 분자를 타깃으로 한다(Wallace MAG, Pleil JD. Evolution of clinical and environmental health applications of exhaled breath research: Review of methods and instrumentation for gas-phase, condensate, and aerosols. Anal Chim Acta. 2018;1024:18-38. doi:10.1016/j.aca.2018.01.069 참조).
도 51은 용해성 캡처 필름에 매립된 입자와 용해된 액적을 갖고 용해성 캡처 필름의 검출 시약과의 검출 반응을 야기하는 용해성 액적 및 미립자 수집기의 섹션을 도시하는 측단면도이다. 도 52는 캡처된 에어로졸 액적 및 에어로졸 미립자를 갖는 용해성 EBC 액적 및 EBA 미립자 수집기를 포함하는 본 발명의 테스팅 시스템을 도시하는 평면도이다. 미립자 캡처 메커니즘은 점착성 표면을 갖고 하나 이상의 타깃 바이오마커에 대한 시각적 검출 반응을 포함할 수 있는 용해성 필름일 수 있다. 시각적 검출 화학 물질과 반응하는 용해성 바이오마커는 EBA에 존재하는 바이오마커의 시각적 표시를 생성한다. 불용성 미립자는 점착성 표면 상에 캡처되어 캡처 필름에 매립되어 분석을 위해 실험실로 쉽게 운송될 수 있다. 용해성 접착제는 예를 들어, Adhesives Research, PA로부터 얻을 수 있다. 예를 들어, EBC 테스팅 시스템이 가정에서의 스크리닝에 사용되는 경우, EBC 타깃 바이오마커에 대한 양성 테스트 결과를 사용하여 피검자가 다시 테스팅 시스템에 우편을 보내도록 프롬프팅하는 데 사용될 수 있어, EBA 샘플로부터 캡처된 미립자가 보다 정교한 실험실 장비로 추가로 분석될 수 있다.
피검자의 호흡으로부터 생물학적 작용제를 검출하기 위한 본 발명의 시스템은 호흡 증기를 액적으로 유착시켜 유체 생물학적 샘플을 형성하기 위한 호기 응축물 액적 수확기, 호흡 액적 수집기로부터 유체 생물학적 샘플을 수용하여 타깃 바이오마커를 테스트하기 위한 테스팅 시스템 및 타깃 바이오마커에 대한 테스팅 결과를 검출하고 그 결과를 무선 수신기에 전달하기 위한 무선 통신 전자 회로를 포함한다.
미립자 및 액적 중 적어도 하나를 포함하는 호기 에어로졸을 수용하기 위한 표면을 갖는 시트 부재를 포함하는 호기 에어로졸 캡처 시스템이 제공될 수 있다. 표면은 불용성, 압력 감지 접착제 또는 시트 부재 상에 형성, 코팅, 접착 또는 이와 일체화되는 용해성 필름의 노출된 부분일 수 있다. 용해성 필름은 표면 상에 또는 용해성 필름으로 미립자 및 액적 중 적어도 하나를 매립 또는 용해시키는 것 중 적어도 하나에 의해 미립자 및 액적 중 적어도 하나를 수용하고 캡처하는 데 효과적인 조성을 갖는다.
표면 및 용해성 필름 중 적어도 하나는 적어도 하나의 미립자 및 액적에서 타깃 바이오마커의 존재를 검출하기 위한 액적 및 적어도 하나의 미립자와 반응하기 위한 시약을 포함한다.
도 53은 캡처된 에어로졸 액적 및 에어로졸 미립자를 갖는 용해성 EBC 액적 및 EBA 미립자 수집기를 도시하는 분리된 투시도이다. 도 54는 에어로졸 액적 및 에어로졸 미립자를 캡처하기 전에 용해성 EBC 액적 및 EBA 미립자 수집기를 포함하는 본 발명의 테스팅 시스템을 도시하는 평면도이다. 도 55는 에어로졸 액적 및 에어로졸 미립자를 캡처한 후 용해성 EBC 액적 및 EBA 미립자 수집기를 포함하는 본 발명의 테스팅 시스템을 도시하는 평면도이다.
제안된 COVID-19 테스트 시스템의 더욱 향상된 버전에서, 나노 센서 어레이가 EBC 및/또는 EBA 수집 시스템과 함께 포함될 수 있어, VOC, 산화질소 및 COVID-19에 대한 노출에 대한 응답으로 신체의 변화의 수반되는 변화 및/또는 바이러스에 특정적인 다른 기체 바이오마커에 대해 또한 테스트할 수 있다. 도 56은 호기 및/또는 주변 분위기의 휘발성 및 가스 성분을 검출하기 위한 복수의 가스 센서와 함께 안면 마스크 기판 상에 설치된 용해성 EBC 액적 및 EBA 미립자 수집기를 포함하는 본 발명의 테스팅 시스템을 도시하는 평면도이다. 실제로 인플루엔자에 걸린 환자의 염증 반응의 일반적인 특징은 폐포 및 기도 상피의 다수의 휘발성 생성물의 생성이다. 이러한 생성물은 다수의 휘발성 유기 화합물(VOC)과 산화질소(NO)를 포함한다. 이는 질병을 검출하기 위한 바이오마커로 사용될 수 있다. 연구팀은 휴대용 3-센서 어레이 마이크로시스템-기반 도구가 독감 감염 바이오마커를 검출할 수 있음을 보여주었다(예를 들어, Gouma PI, Wang L, Simon SR, Stanacevic M. Novel Isoprene Sensor for a Flu Virus Breath Monitor. Sensors (Basel). 2017;17(1):199. Published 2017 Jan 20. doi:10.3390/s17010199 참조). 가스 센서는 본 발명의 테스팅 시스템의 다른 생체 측정 검출 기능에 의해 사용되는 동일한 전자 장치 및 무선 통신 시스템과 연결될 수 있다.
도 57은 용해성 액체 비이커에 배치된 표면 상에 충돌하는 미립자 및 액적을 갖는 용해성 액적 및 미립자 수집기의 섹션을 도시하는 측단면도이다. 도 58은 용해성 액체의 비이커로 방출된 미립자 및 용해된 액적을 갖는 용해성 액적 및 미립자 수집기의 섹션을 도시하는 측단면도이다. 제안된 사용-사례에서, 본 발명의 테스팅 시스템은 국가, 주 또는 지역의 우편 또는 배달 시스템을 통해 대규모로 배포될 수 있다. 본 발명의 테스트 시스템은 도시된 바와 같이 마스크에 통합되거나 기존 마스크에 쉽게 개장될 수 있는 독립형 시스템으로 제공될 수 있다. EBC 액적 수집기의 대안으로, EBC를 수집하기 위한 대체 메커니즘을 사용할 수 있다. 예를 들어, 병원 설정에서, EBC는 환자에게 산소 또는 다른 가스를 투여하는 데 사용되는 안면 마스크로부터 수집될 수 있다. 가정에서, EBC는 냉각기 튜브(미도시) 또는 다른 호흡 증기 응축 시스템으로 숨을 내쉬어 수집될 수 있다.
용해성 액적 및 미립자 수집기는 캡처된 바이오마커에 대해 분석되는 테스팅 실험실로 우편으로 보낼 수 있다. 미립자 및/또는 액적은 강제 기침, 깊은 기도의 내쉬기, 재채기 또는 다른 호흡 조작을 통해 피검자에 의해 배출될 수 있다. 분류 또는 스크리닝 절차에서, 다수의 테스팅 시스템이 전체 모집단 또는 통계적으로 의미 있는 모집단 샘플에 배포될 수 있다. EBC 테스팅 시스템이 COVID-19 현재 또는 이전 감염(또는 다른 생물학적 상태)의 가능성을 나타내는 경우, 전체 테스팅 시스템 키트 또는 단지 용해성 비말 및 미립자 수집기는 보다 엄격한 분석을 위해 실험실로 보내어질 수 있다.
타깃 바이오마커에 대한 테스팅을 위해 실험실(또는 다른 테스트 시설)에서 사용되는 용해성 액체는 컬러를 변화시키고 침전, 증폭을 일으키거나 아니면 용해성 액적 및 미립자 수집기에 의해 캡처된 타깃 바이오마커의 식별을 돕는 시약을 포함할 수 있다.
비제한적인 예시적인 구현예에 따르면, 유체 생물학적 샘플을 형성하기 위해 호흡 증기를 액적으로 유착시키기 위한 호기 응축물 액적 수집기, 호흡 액적 수집기로부터 유체 생물학적 샘플을 수용하고 타깃 바이오마커를 테스트하기 위한 테스팅 시스템, 및 타깃 바이오마커에 대한 테스팅 결과를 검출하고 결과를 무선 수신기에 전달하기 위한 무선 통신 전자 회로를 포함하는, 피검자의 호흡으로부터 생물학적 작용제를 검출하기 위한 시스템이 제공된다. 미립자 및 액적 중 적어도 하나를 포함하는 호기 에어로졸을 수용하기 위한 표면을 갖는 시트 부재를 포함하는 호기 에어로졸 캡처 시스템이 제공될 수 있다. 표면은 불용성, 압력 감지 접착제 또는 시트 부재 상에 형성, 코팅, 접착 또는 이와 일체화되는 용해성 필름의 노출된 부분일 수 있다. 용해성 필름은 표면 상에 또는 용해성 필름에 미립자 및 액적 중 적어도 하나를 매립 또는 용해시키는 것 중 적어도 하나에 의해 미립자 및 액적 중 적어도 하나를 수용하고 캡처하는 데 효과적인 조성을 갖는다. 표면 및 용해성 필름 중 적어도 하나는 적어도 하나의 미립자 및 액적에서 타깃 바이오마커의 존재를 검출하기 위한 적어도 하나의 미립자 및 액적과 반응하기 위한 시약을 포함한다.
도 59를 참조하면, 이 도면은 예시적인 구현예가 실시될 수 있는 하나의 가능하고 비제한적인 예시적인 시스템의 블록도를 도시한다. 도 59에서, COVID-19 테스팅 시스템(C19TS)(110)은 무선 네트워크(100)와 무선 통신하고 있다. C19TS는 무선 네트워크에 접속할 수 있는 무선 COVID-19 테스팅 시스템이다. C19TS(110)는 하나 이상의 프로세서(120), 하나 이상의 메모리(125) 및 하나 이상의 버스(127)를 통해 상호 연결된 하나 이상의 트랜시버(130)를 포함한다. 하나 이상의 트랜시버(130)의 각각은 수신기(Rx, 132) 및 전송기(Tx, 133)를 포함한다. 하나 이상의 버스(127)는 어드레스, 데이터 또는 제어 버스일 수 있고, 마더보드 또는 집적 회로 상의 일련의 라인, 또는 다른 광 통신 장비 등과 같은 임의의 상호 접속 메커니즘을 포함할 수 있다. 하나 이상의 트랜시버(130)는 하나 이상의 안테나(128)에 연결된다. 하나 이상의 메모리(125)는 컴퓨터 프로그램 코드(123)를 포함한다. C19TS(110)는 본원에 설명된 본 발명의 COVID-19 테스팅 시스템을 포함하는 타깃 바이오마커 수집 및 분석(TBCA: Target Biomarker Collection and Analysis) 모듈(140)을 포함한다. TBCA의 구현예는 또한 다수의 방식으로 구현될 수 있는 부분(140-1 및/또는 140-2) 중 하나 또는 모두를 포함하는 무선 통신 기능을 포함한다. TBCA 모듈(140)은 하나 이상의 프로세서(120)의 일부로서 구현되는 것과 같이 TBCA 모듈(140-1)과 같은 하드웨어로 구현될 수 있다. TBCA 모듈(140-1)은 또한 집적 회로로서 또는 프로그램 가능한 게이트 어레이와 같은 다른 하드웨어를 통해 구현될 수 있다. 다른 예에서, TBCA 모듈(140)은 컴퓨터 프로그램 코드(123)로서 구현되고 하나 이상의 프로세서(120)에 의해 실행되는 TBCA 모듈(140-2)로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 메모리(125) 및 컴퓨터 프로그램 코드(123)는 하나 이상의 프로세서(120)로, COVID-19 테스팅 시스템(110)으로 하여금 본원에 설명된 바와 같은 하나 이상의 동작을 수행하게 하도록 구성될 수 있다. C19TS(110)는 무선 링크(111)를 통해 노드(170)와 통신한다.
노드(170)는 무선 네트워크(100)에 대한 C19TS(110)와 같은 무선 디바이스에 의한 액세스를 제공하는 기지국(예를 들어, 5G, 4G, LTE, 롱 텀 이볼루션 또는 임의의 다른 셀룰러, 인터넷 및/또는 무선 네트워크 통신 시스템)이다. 노드(170)는 하나 이상의 프로세서(152), 하나 이상의 메모리(155), 하나 이상의 네트워크 인터페이스(N/W I/F(들))(161), 및 하나 이상의 버스(157)를 통해 상호 연결된 하나 이상의 트랜시버(160)를 포함한다. 하나 이상의 트랜시버(160)의 각각은 수신기(Rx, 162) 및 전송기(Tx, 163)를 포함한다. 하나 이상의 트랜시버(160)는 하나 이상의 안테나(158)에 연결된다. 하나 이상의 메모리(155)는 컴퓨터 프로그램 코드(153)를 포함한다. 노드(170)는 다수의 방식으로 구현될 수 있는 부분(150-1 및/또는 150-2) 중 하나 또는 모두를 포함하는 데이터 획득 및 저장(DAS: Data Acquisition and Storage) 모듈(150)을 포함한다. DAS 모듈(150)은 하나 이상의 프로세서(152)의 일부로서 구현되는 것과 같이 DAS 모듈(150-1)과 같은 하드웨어로 구현될 수 있다. DAS 모듈(150-1)은 또한 집적 회로로서 또는 프로그램 가능 게이트 어레이와 같은 다른 하드웨어를 통해 구현될 수 있다. 다른 예에서, DAS 모듈(150)은 컴퓨터 프로그램 코드(153)로서 구현되고 하나 이상의 프로세서(152)에 의해 실행되는 DAS 모듈(150-2)로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 메모리(155) 및 컴퓨터 프로그램 코드(153)는 하나 이상의 프로세서(152)로, 노드(170)로 하여금 본원에 설명된 바와 같은 하나 이상의 동작을 수행하게 하도록 구성된다. 하나 이상의 네트워크 인터페이스(161)는 링크(176 및 131)와 같은 네트워크를 통해 통신한다. 둘 이상의 노드(170)가 예를 들어, 링크(176)를 사용하여 통신한다. 링크(176)는 유선 또는 무선 또는 둘 모두일 수 있고, 예를 들어, X2 인터페이스를 구현할 수 있다.
하나 이상의 버스(157)는 어드레스, 데이터 또는 제어 버스일 수 있고, 마더보드 또는 집적 회로 상의 일련의 라인, 광섬유 또는 다른 광 통신 장비, 무선 채널 등과 같은 임의의 상호 연결 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 트랜시버(160)는 원격 무선 헤드(RRH: remote radio head)(195)로서 구현될 수 있고, 노드(170)의 다른 요소는 물리적으로 RRH와 상이한 위치에 있고, 하나 이상의 버스(157)는 노드(170)의 다른 요소를 RRH(195)에 연결하기 위하여 광섬유 케이블의 일부에서 구현될 수 있다.
무선 네트워크(100)는 모빌리티 관리 엔티티(MME: Mobility Management Entity)/서빙 게이트웨이(SGW: Serving Gateway) 기능을 포함할 수 있고 전화 네트워크 및/또는 데이터 통신 네트워크(예를 들어, 인터넷)와 같은 추가 네트워크와의 연결성을 제공하는 네트워크 제어 요소(NCE: network control element)(190)를 포함할 수 있다. 노드(170)는 링크(131)를 통해 NCE(190)에 커플링된다. 링크(131)는 예를 들어, S1 인터페이스로서 구현될 수 있다. NCE(190)는 하나 이상의 프로세서(175), 하나 이상의 메모리(171) 및 하나 이상의 버스(185)를 통해 상호 연결된 하나 이상의 네트워크 인터페이스(N/W I/F(들))(180)를 포함한다. 하나 이상의 메모리(171)는 컴퓨터 프로그램 코드(173)를 포함한다. 하나 이상의 메모리(171) 및 컴퓨터 프로그램 코드(173)는 하나 이상의 프로세서(175)로 NCE(190)로 하여금 하나 이상의 동작을 수행하게 하도록 구성된다.
무선 네트워크(100)는 하드웨어 및 소프트웨어 네트워크 리소스와 네트워크 기능을 단일의 소프트웨어-기반 관리 엔티티인 가상 네트워크로 결합하는 프로세스인 네트워크 가상화를 구현할 수 있다. 네트워크 가상화는 종종 리소스 가상화와 결합되는 플랫폼 가상화를 포함한다. 네트워크 가상화는 많은 네트워크 또는 네트워크의 일부를 가상 유닛으로 결합하는 외부 또는 단일 시스템 상의 소프트웨어 컨테이너에 네트워크와 유사한 기능을 제공하는 내부로 분류된다. 네트워크 가상화로 인한 가상화된 엔티티는 프로세서(152 또는 175) 및 메모리(155 및 171)와 같은 하드웨어를 사용하여 일정 수준에서 여전히 구현되며, 또한 이러한 가상화된 엔티티는 기술적 효과를 생성한다.
컴퓨터 판독 가능 메모리(125, 155, 171)는 로컬 기술 환경에 적합한 임의의 유형일 수 있으며 반도체 기반 메모리 디바이스, 플래시 메모리, 자기 메모리 디바이스 및 시스템, 광학 메모리 디바이스 및 시스템, 고정 메모리 및 이동식 메모리와 같은 임의의 적절한 데이터 저장 기술을 사용하여 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 메모리(125, 155, 171)는 저장 기능을 수행하기 위한 수단일 수 있다. 프로세서(120, 152, 175)는 로컬 기술 환경에 적합한 임의의 유형일 수 있으며, 비제한적인 에로서 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터, 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP: digital signal processor) 및 다중-코어 프로세서 상의 프로세서 기반 아키텍처 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 프로세서(120, 152, 175)는 C19TS(110), 노드(170) 및 본원에 설명된 다른 기능을 제어하는 것과 같은 기능을 수행하기 위한 수단일 수 있다.
일반적으로, COVID-19 테스팅 시스템(110)의 다양한 구현예는 블루투스에 사용되는 무선 통신 구성 요소, 스마트 폰, 태블릿, 무선 통신 기능을 갖는 퍼스널 디지털 어시스턴트(PDA: personal digital assistant), 무선 통신 기능을 갖는 휴대용 컴퓨터와 같은 셀룰러 전화, 무선 통신 기능을 갖는 디지털 카메라와 같은 이미지 캡처 디바이스, 무선 통신 기능을 갖는 게임 디바이스, 무선 통신 기능을 갖는 음악 저장 및 재생 기기, 무선 인터넷 액세스 및 브라우징을 허용하는 인터넷 기기, 무선 통신 기능을 갖는 태블릿뿐만 아니라 이러한 기능의 조합을 통합하는 휴대용 유닛 또는 단말을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
도 60은 COVID-19 노출을 결정하기 위한 적용된 확률 분석에 대한 논리 흐름도이다. 이 도면은 예시적인 방법의 동작, 컴퓨터 판독 가능 메모리 상에 구현된 컴퓨터 프로그램 명령의 실행 결과, 하드웨어로 구현된 논리에 의해 수행되는 기능, 및/또는 예시적인 구현예에 따른 기능을 수행하기 위한 상호 연결된 수단을 추가로 도시한다. 예를 들어, TBCA 모듈(140)은 도 59의 블록에 도시된 기능을 구현하기 위한 회로 요소 중 복수의 것을 포함할 수 있으며, 여기서 포함된 각각의 블록은 블록에서 기능을 수행하기 위한 상호 연결된 수단이다. 도 59의 블록 중 적어도 일부는 예를 들어, TBCA 모듈(140)의 제어 하에 적어도 부분적으로 C19TS(110)에 의해 수행되는 것으로 가정된다.
COVID-19 노출을 결정하기 위한 적용된 확률 분석의 경우, 바이오마커1이 테스트되고(단계 1), 바이오마커1이 테스트되고(단계 4) 바이오마커N이 테스트되며(단계 3), 여기서 N은 본 발명의 테스팅 시스템을 사용하여 테스트된 복수의 바이오마커 임의의 개수일 수 있다. 타깃 바이오마커가 검출되지 않으면(단계 3) 음성 테스트 보고가 생성된다(단계 4). 임의의 타깃 바이오마커가 검출되면(단계 3), 단순히 하나 이상의 검출된 바이오마커의 검출된 존재(예/아니오) 또는 정량적 분석(예를 들어, 농도)에 따라 확률 분석이 수행될 수 있다(단계 5). 확률 분석이 임계값을 초과하지 않는 경우(단계 6)(예를 들어, 특정 타깃 바이오마커의 낮은 농도 또는 감염 가능성을 나타내는 단지 하나의 약한 바이오마커의 존재), 아마도 테스트 보고가 생성된다(단계 7). 확률 분석이 임계값을 초과하는 경우(단계 6)(예를 들어, 특정 타깃 바이오마커의 고농도 또는 감염 가능성을 나타내는 2개 이상의 바이오마커 존재), 양성 테스트 보고가 생성된다(단계 8). 그 후 테스트 보고가 전송된다(단계 9)(예를 들어, 본원에 설명된 방식으로 또는 구두, 디지털, 서면 또는 다른 통신 전송을 포함하는 다른 적절한 전송 메커니즘).
도 60의 논리 흐름은 적어도 하나의 프로세서; 및 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 적어도 하나의 메모리를 포함하는 장치의 비제한적인 구현예에 의해 구현되며, 적어도 하나의 메모리 및 컴퓨터 프로그램 코드는 적어도 하나의 프로세서로, 장치로 하여금 적어도 유체 샘플을 형성하기 위해 호흡 증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 구조체 및 유체 샘플을 수용하고 생체 측정 파라미터를 검출하기 위한 바이오마커 테스팅 구역을 갖는 테스팅 시스템을 사용하여 하나 이상의 생체 측정 파라미터를 검출하고, 생체 측정 파라미터는 바이러스 감염과 같은 관련 조건에 응답하여 완자에 대해 적어도 하나의 생리학적 변화에 따른 바이오마커이고; 하나 이상의 생체 측정 파라미터의 확률 분석에 따라 적어도 하나의 생리학적 변화 임계값을 초과했는지를 결정하기 위해 하나 이상의 생체 측정 파라미터를 수신하여 확률 분석을 적용하고; 결정되고 초과된 상기 적어도 하나의 생리학적 변화에 따른 액션을 활성화하게 하도록 구성된다.
구현예에 따르면, 하나 이상의 생체 측정 파라미터로서 바이오마커를 각각 검출하기 위한 하나 이상의 생체 측정 검출기를 갖는 바이오마커 테스팅 디바이스를 포함하는 디지털 테스팅 디바이스가 제공된다. 생체 측정 파라미터는 면역 반응 화학 물질의 생성, 활성 또는 비활성화된 바이러스 또는 바이러스 성분, 항체, 항원, 바이러스 RNA 또는 DNA 또는 변화를 유발하는 다른 바이오마커의 체내 존재와 같이 환자 또는 피검자에 대한 적어도 하나의 생리학적 변화에 따른다. 마이크로프로세서는 하나 이상의 생체 측정 파라미터를 수신하고 하나 이상의 생체 측정 파라미터에 따라 적어도 하나의 생리학적 변화 임계값을 초과했는지 결정한다. 활성화 회로는 결정된 생리학적 변화에 따른 액션을 활성화한다. 액션은 경보 전송, 요법 치료 수정, 적어도 하나의 생리학적 변화에 따른 데이터 전송, 하나 이상의 생체 측정 파라미터 및 요법 치료 중 적어도 하나를 포함한다.
적어도 하나의 생리학적 변화는 또한 적용된 요법에 대한 신체 반응의 모니터링을 가능하게 하는 환자의 상태 변화를 야기하는 적용된 요법 치료에 대한 반응일 수 있다. 액션은 경보 전송, 요법 치료 수정, 및 적어도 하나의 생리학적 변화, 하나 이상의 생체 측정 파라미터, 및 요법 치료 중 적어도 하나에 따른 데이터 전송을 포함할 수 있다. 마이크로프로세서는 하나 이상의 생체 측정 파라미터의 데이터 세트로부터 적어도 하나의 생리학적 변화 임계값을 초과한 것으로 결정하기 위해 데이터 세트가 수용 가능한지 여부를 결정하는 것을 포함하는 확률 분석을 사용하여 하나 이상의 생체 측정 파라미터를 분석할 수 있다. 확률 분석은 하나 이상의 생체 측정 파라미터 각각에 통계적 가중치를 적용하는 것을 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 통계적 가중치는 하나 이상의 생체 측정 파라미터의 다른 것에 대한 하나 이상의 생체 측정 파라미터의 상기 각각에 대한 적어도 하나의 생리학적 변화의 각각을 검출하는 데 있어 중요성의 랭킹의 사전 결정된 값에 따른다.
도 61은 신뢰할 수 있는 수신기 및 계약 추적 용도를 위한 데이터 획득 및 전송에 대한 논리 흐름도이다. 이 도면은 예시적인 방법의 동작, 컴퓨터 판독 가능 메모리 상에 구현된 컴퓨터 프로그램 명령의 실행 결과, 하드웨어로 구현된 논리에 의해 수행되는 기능, 및/또는 예시적인 구현예에 따른 기능을 수행하기 위한 상호 연결된 수단을 추가로 도시한다. 신뢰할 수 있는 수신기 및 계약 추적 용도를 위한 데이터 획득 및 전송의 성능은 테스팅 시스템, 노드, 스마트폰 또는 최종 피검자(들) 도는 획득된 데이터의 최종 저장 위치(들)를 통해 피검자에 위치되거나 이와 연관된 구성 요소 조합에서 수행될 수 있다. 획득된 데이터는 이름, GPS 위치, 알려진 접촉 목록, 이전 의료 이력, 인구 통계 등의 범위에서 환자 또는 피검자 식별 정보를 포함할 수 있다. 신뢰할 수 있는 수신기 및 계약 추적 용도를 위한 데이터 획득 및 전송은 네트워크 상의 임의의 장소에 위치된 보안 서버에서 수행될 수 있다. 예를 들어, DAS 모듈(150)은 도 59의 블록에 도시된 기능을 구현하기 위한 복수의 회로 요소 중의 요소를 포함할 수 있으며, 여기서 포함된 각각의 블록은 블록에서 기능을 수행하기 위한 상호 연결된 수단이다. 도 59의 블록 중 적어도 일부는 예를 들어, 적어도 부분적으로 DAS 모듈(150)의 제어 하에서 노드(170)와 같은 기지국에 의해 수행되는 것으로 가정된다.
디지털 테스팅 시스템 아키텍처, 제조 방법 및 어플리케이션은 피검자 또는 환자의 호기로부터 생체 측정 데이터를 캡처하는 데 사용될 수 있다. 생체 측정 데이터는 케어-제공자에게 직접 제공되는 데이터 액세스로 지속적으로 또는 선택된 시간에 캡처 및 전송될 수 있어, 조기 진단 및 지속적인 모니터링이 가능하며 연구원은 AI 분석을 통해 귀중한 통찰력과 지원을 얻을 수 있다. 이러한 데이터 검출은 호기로부터 직접 이루어지며 블록체인 및 AI 데이터베이스 수집, 액세스 및 분석을 위한 무선 연결을 통해 제공될 수 있다. 생체 측정 캡처를 위한 본 발명의 디지털 테스팅 시스템은 센서 및 변환기가 매립된 롤-대-롤 제조 테스팅 디바이스로서 대량 생산에 적응된다.
(예를 들어, 환자 또는 피검자로부터의 스마트폰 전송으로부터) 테스트 보고가 수신된다(단계 1). 보고가 환자의 헬스케어 제공자 또는 보험 회사와 같은 신뢰할 수 있는 수신자에게 송신되도록 의도된 경우(단계 2), 암호화된 보고가 생성되어(단계 3) 환자 식별 정보를 포함하는 신뢰할 수 있는 수신자에게 전송될 수 있다. 보고가 신뢰할 수 있는 수신자를 위한 것이 아니라(단계 2) 접촉 추적에 사용되는 경우(단계 4) 접촉 추적에 필요한 데이터만이 접촉 추적 APP으로 전송된다(단계 5). 접촉 추적 APP은 예를 들어, 테스팅 양성 이전 또는 이래 주어진 시간 내에 또는 아마도 하나 이상의 타깃 바이오마커에 대해 피검자 또는 환자와 접촉한 사람들을 식별하고 통지하기 위해 제공되는 시스템일 수 있다. 보고가 신뢰할 수 있는 수신자를 위한 것이 아닌 경우(단계 2) 또는 접촉 추적을 위한 것이 아니라(단계 4) 모집단 연구를 위해 사용되려고 의도된 경우(단계 6), 프라이버시 규정 및/또는 협정을 준수하는 최소한의 환자 식별 정보만이 수신된 테스트 보고와 함께 전송 및/또는 저장된다(단계 7). 보고가 신뢰할 수 있는 수신자, 접촉 추적 또는 모집단 연구를 위한 것이 아닌 경우(단계 6) 테스트 보고 데이터의 임의의 합법적인 사용이 있는지 결정되고 그에 따라 조치를 취하거나 데이터가 저장소로부터 자동으로 제거된다.
도 62는 EBC/EBA 수집 시스템의 구현예의 사시도이다. 도 63은 피펫 및 피펫 가이드를 도시하는 EBC/EBA 수집 시스템의 사시도이다. 도 64는 EBC/EBA 수집 시스템의 구현예의 구성 부분을 도시하는 분해도이다. 도 65는 EBC/EBA 수집 시스템의 구성 부분을 도시하는 다른 분해도이다. 도 66은 EBC/EBA 수집 시스템의 단면도이다. 도 67은 피검자의 폐로부터 바이오마커 샘플을 얻기 위한 EBC/EBA 수집 시스템의 사용을 도시한다.
본 발명의 구현예에 따르면, 바이오마커를 검출하기 위한 장치는 피검자의 기도 라이닝으로부터 호기 에어로졸(EBA) 미립자를 수용하고 캡처하기 위한 미립자 캡처 구조체를 포함하고, 미립자 캡처 구조체는 캡처된 미립자를 수용하고 제1 바이오마커를 검출하기 위한 에어로졸 미립자 테스팅 시스템을 갖고, 여기서 에어로졸 미립자 테스팅 시스템은 EBA 미립자를 캡처하기 위한 용해성 EBA 샘플 수집기 필름을 포함한다. 제1 시약은 제1 나노입자에 결합되고 불용성 테스팅 영역에서 제자리에 유지된다. EBA 미립자는 불용성 미립자 및 액적 미립자를 포함하고, 용해성 EBA 수집기 필름은 불용성 미립자를 부착 및 캡처하기 위한 점착성 표면 및 액적 미립자를 캡처하기 위한 수용성 벌크를 포함한다.
유체 샘플을 형성하기 위해 피검자로부터의 호흡 증기를 호기 응축물(EBC) 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 구조체가 제공될 수 있다. 피검자는 마우스피스를 통해 숨을 내쉬어, 호기는 내부 실린더의 벽 상에 충돌한다. 내부 실린더는 열 질량체(예를 들어, 알루미늄 또는 다른 적절한 재료로 만들어지거나 차가운 열 질량체로 채워질 수 있는 내부 공간을 포함함)를 포함할 수 있다. 내부 실린더의 벽은 호흡 증기를 수용하고 수용된 호흡 증기로부터 유체 액적을 형성한다. 내부 실린더는 유체 액적을 경사진 베이스 쪽으로 채널링하는 데 도움이 되도록 날카로운 지점으로 끝난다. 경사진 베이스는 외부 실린더의 내벽과 내부 실린더의 외벽으로부터 유체 샘플을 수집하는 외부 실린더의 단부이다. 피펫은 캡의 피펫 홀을 통과하여 경사진 베이스로부터 축적된 유체 샘플을 빼내는 데 사용된다. 피펫을 사용하여, 피검자는 유체 샘플을 수용하고 제2 바이오마커를 검출하기 위한 바이오마커 테스팅 구역을 갖는 유체 샘플 테스팅 시스템 상으로의 유체 샘플의 액적을 배출한다. 캡은 또한 내부 실린더의 벽과 호흡 증기의 접촉을 유지하는 데 도움이 되는 전환 구조체를 포함할 수 있다. 시스템의 전체 또는 일부는 사출 몰드로부터 일체로 형성되거나 완성된 시스템에 조립된 개별 부분일 수 있다. 전체 시스템 또는 단지 내부 실린더는 사용하기 전에 냉동실에 배치되어 호흡 증기와 접촉하는 차가운 벽으로부터의 액적 수집을 용이하게 할 수 있다.
도 68은 EBC/EBA 수집 시스템의 구현예의 마우스피스, 캡, 베이스, 용해성 EBA 샘플 수집기 및 내부 실린더를 도시하는 분리도이다. 도 69는 캡처된 EBA 입자 및 액적을 갖는 용해성 EBA 샘플 수집기 및 내부 실린더를 도시하는 분리도이다. 도 70은 바이오마커 테스팅을 위해 캡처된 EBA 입자 및 액적을 획득하기 위해 용해성 EBA 샘플 수집기를 용해하기 위한 용매에 침지된 내부 실린더를 도시한다.
도 71은 캡처된 EBA 미립자, 불용성 테스팅 영역 및 용해성 캡처 필름 영역을 갖는 에어로졸 미립자 테스팅 시스템을 형성하는 용해성 EBA 샘플 수집기의 구현예의 섹션의 분리도이다. 용해성 EBA 샘플 수집기 필름은 제1 바이오마커를 검출하기 위한 검출 반응에서 캡처된 미립자의 적어도 하나의 성분과 반응하기 위한 제1 시약을 포함한다. 검출 반응은 제1 바이오마커에 따른 광학 신호 및 전기 신호의 변화 중 적어도 하나를 생성한다. 검출 반응은 원위치에서 매우 밀접하게 이격된 용해성 및 불용성 테스트 영역에서 EBA 액적이 용해성 필름으로 용해되어, 여기서 액적의 바이오마커가 예를 들어, 항체를 캡처하기 위해 결합되고 (본원에 설명되는 횡방향 흐름 검정의 액션과 유사한) 시각적 또는 광자 검출에 대한 불용성 테스트 영역에서 보유되는 바이오마커-라벨링된 항체 복합체를 형성하기 위해 라벨링된 항체에 의해 픽업된다. 이 경우, 도 72는 EBA 액적 및/또는 미립자를 캡처하는 용해성 EBS 샘플 수집기의 구현예의 일련의 측면도를 도시하며 캡처되고 불용성 테스팅 영역에 결합된 타깃 바이오마커를 갖는 에어로졸 미립자 테스팅 시스템을 도시한다.
대안적으로, 캡처된 EBA 미립자 및 액적은 기술자 또는 자동화 시스템이 캡처된 EBA 바이오마커를 포함하는 유체 샘플을 제공하기 위해 용해성 필름을 린싱하는 실험실에 의한 분석을 위해 보내어질 수 있다. 예를 들어, 내부 실린더는 바이오마커 테스팅을 위해 캡처된 EBA 입자 및 액적을 획득하기 위해 용해성 EBA 샘플 수집기를 용해하기 위해 흐름으로 린싱되거나 용매에 침지될 수 있다.
도 73은 나노입자가 캡처 항체 또는 이에 고정된 다른 시약을 포함하는 기판의 트렌치에 유지된 나노입자를 도시한다. 이 경우, 유체 샘플 테스팅 시스템은 제1 또는 제2 바이오마커로서 잠재적으로 바이오마커를 포함하고 바이오마커를 갖는 샘플 소스를 포함하는 유체 샘플을 수용하기 위한 유체 바이오센서, 바이오마커-특정 바이오수용체로 기능화된 바이오수용체 영역, 및 샘플 소스로부터 바이오마커를 수신하는 것에 응답하여 바이오수용체의 변화에 따라 판독 가능 신호를 생성하기 위한 변환기를 포함할 수 있다. 바이오마커-특정 바이오마커는 바이오마커와 검출 반응을 생성하기 위한 시약을 포함하고, 유체 바이오센서는 바이오마커에 따른 광학 신호 및 전기 신호의 변화 중 적어도 하나를 생성한다. 시약은 나노입자에 결합되어 불용성 테스팅 영역에서 제자리에 유지된다.
도 74는 입자 또는 액적에 포함된 임의의 바이오마커를 포함하는 유체 샘플을 형성하기 위해 용해성 EBA 샘플 수집기로부터 린싱되는 EBA 입자 및 액적을 도시한다. 이는 완충제와 계면활성제(및 다른 물질, 또는 이러한 물질이 용해성 필름에 포함될 수 있음)를 포함하는 용액을 사용하여 피검자에 의해 수행될 수 있다. 이는 또한 기술자 또는 자동화 장비에 의해 실험실에서 수행될 수 있다.
도 75는 제1 및 제2 바이오마커 중 적어도 하나에 대한 테스팅 결과를 검출하고 그 결과를 무선 수신기에 전달하는 무선 통신 전자 회로를 갖는 EBA/EBC 테스팅 시스템을 도시한다. 무선 통신 전자 회로는 하나 이상의 생체 측정 파라미터를 검출하기 위한 에어로졸 미립자 테스팅 시스템 및 유체 샘플 테스팅 시스템 중 적어도 하나와 통신하며, 여기서 생체 측정 파라미터는 바이러스 감염과 같은 관련 조건에 응답하여 환자에 대한 적어도 하나의 생리학적 변화에 따르며 하나 이상의 생체 측정 파라미터가 수신되고 마이크로프로세서에 의해 적용된 확률 분석은 하나 이상의 생체 측정 파라미터의 확률 분석에 따라 적어도 하나의 생리학적 변화 임계값을 초과했는지 결정하며 전자 회로는 결정되고 초과된 상기 적어도 하나의 생리학적 변화에 따른 신호를 전송한다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 장치는 적어도 하나의 프로세서, 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 적어도 하나의 메모리를 포함하고, 적어도 하나의 메모리 및 컴퓨터 프로그램 코드는 적어도 하나의 프로세서로, 장치로 하여금 적어도 피검자의 기도 라이닝으로부터 호기 에어로졸(EBA) 미립자를 수용하고 캡처하기 위해 미립자 캡처 구조체를 사용하여 하나 이상의 생체 측정 파라미터를 검출하고, 미립자 캡처 구조체는 캡처된 미립자를 수용하고 제1 바이오마커를 검출하기 위한 에어로졸 미립자 테스팅 시스템을 갖고, 에어로졸 미립자 테스팅 시스템은 EBA 미립자를 캡처하기 위한 용해성 EBA 샘플 수집기 필름을 포함하고, 생체 측정 파라미터는 바이러스 감염과 같은 관련 조건에 응답하여 환자에 대한 적어도 하나의 생리학적 변화에 따른 바이오마커이고; 하나 이상의 생체 측정 파라미터를 수신하여 확률 분석을 적용하여 하나 이상의 생체 측정 파라미터의 확률 분석에 따라 적어도 하나의 생리학적 변화 임계값을 초과했는지 결정하고; 결정되고 초과된 상기 적어도 하나의 생리학적 변화에 따른 액션을 활성화하는 것을 수행하게 하도록 구성된다. 하나 이상의 생체 측정 파라미터는 유체 샘플을 형성하기 위해 호흡 증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 구조체 및 유체 샘플을 수용하고 생체 측정 파라미터를 검출하기 위한 바이오마커 테스팅 구역을 갖는 테스팅 시스템을 사용하여 추가로 검출될 수 있고; 확률 분석이 하나 이상의 생체 측정 파라미터에 적용되어 캡처된 미립자와 유체 샘플 모두로부터 검출된 하나 이상의 생체 측정 파라미터의 확률 분석에 따라 적어도 하나의 생리학적 변화 임계값을 초과했는지를 결정한다.
도 76은 호흡기 회로에 통합된 EBC/e-NSB 테스팅 시스템을 도시한다. 이 사용 사례에서, EBC는 호흡기나 벤틸레이터(ventilator) 상에서 환자에 의한 호기로부터 수집된다. 미세유체 및 액체 채널링 구조체가 전자 또는 전기 화학적 바이오센서를 통해 EBC의 지속적인 흐름을 유발하는 데 사용된다. EBC의 지속적인 흐름은 시간이 지남에 따라 환자의 타깃 바이오마커가 추적될 수 있게 하는 배수 또는 위킹 구조체에 의해 보장된다. 더 많은 타깃 바이오마커가 EBC 샘플에 존재함에 따라, 바이오센서의 캡처 분자는 계속해서 바이오마커 분자를 캡처하고 보유할 것이고, 바이오센서로부터의 전기적 판독은 캡처된 바이오마커 분자의 수에 비례하여 계속 변할 것이다. 바이오센서의 캡처 분자가 캡처된 바이오마커로 포화된 경우, 새로운 바이오센서를 떨어뜨리고 포화된 바이오센서는 재생되거나 폐기될 수 있다.
도 77은 센서 기판과 모세관 캡 사이의 센서의 테스팅 영역에 모세관 공간이 형성된 연속 흐름 구현예의 요소를 도시한다. EBC 수집기는 미세 유체 재료를 통해 EBC를 바이오센서의 캡처 분자가 타깃 바이오마커 분자와 결합할 모세관 공간으로 공급한다. 테스팅 영역으로부터 하류의 심지 또는 배수 구조체는 모세관 공간으로부터 EBC를 끌어와 테스팅 영역에 걸쳐 EBC의 지속적인 흐름을 생성한다.
도 78은 EBC 수집기, 미세 유체 및 전자 바이오센서를 갖는 일회용 마스크의 내부를 도시한다. 일회용 안면 마스크는 EBC 수집기를 내장하여 호기 증기를 유체 바이오샘플로 냉각합니다. EBC 수집기는 호흡 증기를 액체 액적으로 냉각시키는 열 질량체를 갖는다. 증기는 EBC 수집기의 소수성 필드 상에서 액적으로 냉각된 다음 액적은 친수성 채널을 따라 미세 유체 시스템으로 전달된다. 미세 유체 시스템은 유체 바이오샘플로서 수집된 액적을 전자 바이오센서 테스트 시스템으로 전달한다. 테스트 시스템은 유체 바이오샘플에서 타깃 바이오마커의 존재를 결정하고 테스트 결과 신호를 생성한다. 테스트 결과 신호는 전자 회로에 의해 무선으로 원격 수신기로 전송된다.
비제한적 구현예에 따르면, 피검자의 폐 및 기도로부터 수용된 바이오마커를 검출하기 위한 마스크-기반 테스팅 시스템이 제공된다. 피검자가 착용한 안면 마스크 내부에 호기 응축물(EBC) 수집기가 배치된다. EBC 수집기는 피검자의 폐와 기도로부터 수용된 호흡 증기를 유체 바이오샘플로 변환한다. EBC 수집기는 전면의 표면 온도보다 높은 온도에서 호흡 증기를 수용하고 호흡 증기를 호흡 증기의 온도보다 더 차가운 액체로 변환하는 열 질량체 및 전면을 갖는다. EBC 수집기는 호흡 증기를 수용하고 수용된 호흡 증기로부터 유체 액적을 형성하기 위한 필드를 포함하는 전면 상의 액적 수집 구조체, 및 수집된 유체 바이오샘플을 형성하기 위해 필드로부터 유체 액적을 수용하고 유체 액적을 함께 채널링하기 위한 채널을 포함한다.
전자 바이오센서는 EBC 수집기로부터 유체 바이오샘플을 수용하고 타깃 바이오마커에 대한 유체 바이오샘플을 테스트하기 위해 안면 마스크에 고정된다. 전자 바이오센서는 적어도 유체 바이오샘플에서 타깃 바이오마커의 존재 및 부재에 따라 전기 테스트 신호를 생성한다.
전자 회로는 전자 테스트 신호를 수신하고, 타깃 바이오마커의 검출 여부에 따라 전자 검사 신호로부터 테스트 결과 신호를 결정하고, 테스트 결과 신호를 원격 수신기로 전송하기 위해 안면 마스크에 고정된다. 전자 회로는 스마트 폰, 태블릿, 컴퓨터, 릴레이, 액세스 포인트 및 컴퓨터 네트워크 중 적어도 하나로 테스트 결과 신호를 무선으로 전송하기 위한 무선 통신 회로를 포함한다.
이러한 비제한적인 예시적인 구현예에 따르면, 피검자의 폐 및 기도로부터 수용된 바이오마커를 검출하기 위한 마스크-기반 테스팅 시스템은 피검자에 의해 착용된 안면 마스크의 내부에 통합된 호기 응축물(EBC) 수집기를 포함한다. EBC 수집기는 피검자의 폐와 기도로부터 수용된 호흡 증기를 유체 바이오샘플로 변환한다. 바이오 센서는 EBC 수집기로부터 유체 바이오샘플을 수용하고 타깃 피분석물에 대한 유체 바이오샘플을 테스트하기 위해 안면 마스크 내부에 고정된다. 바이오센서는 적어도 유체 바이오샘플에서 타깃 피분석물의 존재 및 부재에 따라 테스트 신호를 생성한다. 테스트 신호를 수신하고, 테스트 신호로부터 타깃 피분석물의 검출 여부에 따라 테스트 결과 신호를 결정하고, 테스트 결과 신호를 원격 수신기로 전송하기 위한 전자 회로가 마스크 외부에 고정된다.
EBC 수집기는 호흡 증기를 수용하고 수용된 호흡 증기로부터 유체 액적을 형성하기 위한 소수성 필드를 포함하는 액적 수집 구조체를 포함할 수 있다. 친수성 채널은 소수성 필드로부터 유체 액적을 수용하고 수집된 유체 바이오샘플을 형성하기 위해 유체 액적을 함께 채널링한다. EBC 수집기는 열 질량체 및 열 질량체와 열적으로 연통하는 전면을 추가로 포함할 수 있다. 피검자가 안면 마스크를 착용할 때 전면은 피검자의 입과 코를 향하도록 배치되고, 전면의 일부로서 소수성 필드와 친수성 채널이 배치된다.
전면은 소수성 표면으로서 수행하기 위해 코팅되거나 코팅되지 않을 수 있는 알루미늄 또는 다른 금속 호일을 포함할 수 있다. 친수성 채널은 스크린 인쇄되거나 밀(meal) 호일에 부착될 수 있다. 열 질량체는 고흡수성 중합체, 물 및 흡열 화합물 중 적어도 하나를 포함한다. EBC 수집기의 구현예에서, 물은 씰링된 구조체에 포함되어 물이 씰링된 구조체로부터 방출되어 흡열 화합물과 혼합되어 전면을 냉각시켜 상대적으로 더 따뜻한 호기 증기로부터 액체 액적의 형성을 촉진하는 상대적으로 더 차가운 표면을 생성하는 활성화 단계까지 흡열 화합물과 분리되어 유지된다.
소수성/친수성 구조체의 대안으로, 호기 응축물(EBC) 수집기는 피검자가 착용하는 안면 마스크 내부에 통합되어 피검자의 폐와 기도로부터 수용된 호흡 증기를 유체 바이오샘플로 변환한다. EBC 수집기는 호흡 증기를 수용하고 수용된 호흡 증기로부터 유체 액적을 형성하기 위한 필드(예를 들어, 금속 호일, 플라스틱, 금속 시트)를 포함하는 액적 수집 구조체를 포함한다. 채널은 필드로부터 유체 액적을 수용하고 수집된 유체 바이오샘플을 형성하기 위해 유체 액적을 함께 채널링하기 위한 것이다. 채널은 수집된 유체 바이오샘플을 수집하고 바이오샘플을 바이오센서의 테스팅 영역으로 가져오는 미세 유체 또는 다른 구조체를 향해 채널링하는 주름, 홈, 융기된 표면 또는 다른 유사한 구조체일 수 있다.
도 79는 마스크 내부 상의 전자 바이오센서로부터 마스크 외부 상의 z-축 전도성 테이프까지의 전기적 연결을 도시하는 일회용 마스크의 외부를 도시한다. 이러한 마스크-기반 테스팅 시스템은 피검자의 폐와 기도로부터 수용된 바이오마커를 검출하기 위한 것이다. 피검자가 착용한 안면 마스크 내부에 호기 응축물(EBC) 수집기가 통합되어 있다. EBC 수집기는 피검자의 폐와 기도로부터 수용된 호흡 증기를 유체 바이오샘플로 변환한다. EBC 수집기는 호흡 증기를 수용하고 수용된 호흡 증기로부터 유체 액적을 형성하기 위한 소수성 필드를 포함하는 열 질량체 및 액적 수집 구조체를 갖는다. EBC 수집기는 소수성 필드로부터 유체 액적을 수용하고 수집된 유체 바이오샘플을 형성하기 위해 유체 액적을 함께 채널링하기 위한 친수성 채널을 포함한다. 안면 마스크 내부에 고정된 바이오센서는 유체 바이오샘플을 수용하여 타깃 바이오마커에 대한 유체 바이오샘플을 테스트하고 테스트 신호를 생성한다. 마스크 외부에 고정된 전자 회로는 테스트 신호를 수신하고, 테스트 신호로부터 타깃 바이오마커의 검출 여부에 따른 테스트 결과 신호를 결정하고, 테스트 결과 신호를 원격 수신기로 전송한다. 이러한 구성으로, 저렴한 일회용 마스크는 마스크 내부에 포함된 호기 및 마스크 내부 구성 요소로부터의 임의의 오염과 함께 버릴 수 있다. 더 비싼 전자 장치와 배터리는 사용 중 마스크 외부에 배치되며 마스크를 버릴 때 제거될 수 있다. 제거 가능한 전자 장치는 다시 사용될 수 있도록 살균된다.
구현예에서, 압타머 캡처 분자로 기능화된 탄소 나노튜브 체인의 전기 변환을 사용하여 직접-전기 테스트 결과를 제공하기 위한 나노-스케일 바이오센서가 제공되며, 여기서 바이오샘플은 마스크-기반 EBC 수집기로부터 수집된 호기 응축물(EBC)이다. EBC 수집기는 일회용 마스크에 통합되며, 액체 응축물로의 호기의 냉각을 용이하게 하기 위해 열 질량체를 포함한다. 열 질량체는 고흡수성 중합체 (super absorbent polymer)(SAP)와 혼합된 물로부터 만들어진 겔일 수 있다. 상대적으로 더 따뜻한 호흡 증기를 상대적으로 더 차가운 EBC 수집기 표면의 액적으로 변환하는 것을 가속화하기 위해, 마스크는 먼저 냉장고나 냉동고에서 냉각되거나, 드라이아이스 또는 냉각기를 갖는 쿨러가 사용될 수 있다. 대안적으로, 대부분의 주변 조건에서, 호흡은 따뜻하고 습하기 때문에, EBC 수집기는 어떠한 냉각도 필요로 하지 않고 테스트를 위한 적절한 EBC 체적을 제공하는 기능을 할 것이다.
도 80은 자체-냉각 EBC 수집기의 구성 부분을 도시한다. TPU Bemis 3914와 같은 제1 신축성 핫 멜트층이 제공된다. 아래에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 열 질량체(예를 들어 고흡수성 중합체에 보유된 물) 또는 흡열 화학 반응의 성분은 신축성 핫 멜트층에 형성된 포켓에 배치된다. 도 80에서, 질산암모늄, 질안 석회 또는 요소와 같은 흡열 화학 물질 및 워터 백(bag)이 포켓에 배치된다. 제2 신축성 핫 멜트층은 신축성 핫 멜트층 사이의 열 질량체 또는 흡열 성분을 씰링한다. 알루미늄 호일과 같은 소수성 필드 재료는 제2 신축성 핫 멜트층에 결합된다. 친수성 채널 구조체는 알루미늄 호일 소수성 필드 상에 형성되거나 배치된다. 다른 재료를 사용하여 EBC 수집기를 형성할 수 있으며, 예를 들어, 소수성 필드는 호일 또는 플라스틱 기판 상에 소수성 잉크를 스크린 인쇄하여 형성될 수 있고, 친수성 채널은 호일 또는 플라스틱 기판 상에 친수성 잉크를 스크린 인쇄하여 형성될 수 있다. EBC 수집기는 일회용 마스크 기판(예를 들어, N95 마스크 필터 시트 재료) 상에 조립되거나 사전 성형된 다음 열 프레스, 접착, 스티칭 또는 고정 단계를 통해 마스크 상에 부착될 수 있다. 시중에서 이용 가능한 기존의 기성 마스크를 사용할 수 있으며, EBC 및 다른 구성 요소는 마스크 내부와 외부에 개장될 수 있다.
도 81은 EBC를 수집하고 테스트하기 위한 구성 요소를 갖는 펼쳐진 마스크 내부를 도시한다. EBC/e-NSB 테스팅 시스템은 기존 마스크에 개장되거나 마스크 형성에 통합될 수 있다. 도 81은 간단하고 저렴한 일회용 마스크 구성을 도시한다. 마스크 기본 재료는 N95 마스크 재료, 필터 재료, 천 또는 페이퍼 또는 공기 교환을 허용하는 미세 기공이 있는 통기성 중합체 재료일 수 있다. 소수성 필드와 친수성 채널이 있는 EBC 수집기가 마스크 재료에 고정된다. EBC 수집기에 의해 수집된 유체 샘플은 미세유체 전달 재료에 의해 바이오센서로 전달되고 바이오센서 영역 상에서 풀링하거나 바이오센서 영역으로부터 하류에 위치한 위킹 재료를 사용하여 바이오센서 영역에 걸쳐 흐를 수 있다. 바이오센서 테스팅 영역은 통상적으로 수 밀리미터 제곱 이하의 작은 표면적이지만, 더 큰 영역과 복수의 테스팅 영역 또는 구역이 제공될 수 있다. 바이오센서 디바이스는 EBC/e-NSB 테스팅 시스템의 전자 장치와 전기 통신을 가능하게 하는 리드를 갖는 전극을 갖는다. 바람직하게는, 전자 장치 및 배터리는 사용시 마스크 외부에 배치되고 EBC 수집기, 미세 유체 전달 재료, 바이오센서 및 위킹 재료는 마스크 내부에 배치된다. 사용 후, 전자 장치는 마스크 외부로부터 제거되어 다음 사용을 위해 살균될 수 있다. 마스크 내부에 위치된(그리고 가장 잠재적인 오염에 노출된) 일회용 마스크와 구성 요소는 적절한 백에서 씰링되어 이러한 재료를 취급하는 프로토콜에 따라 폐기될 수 있다. 가정에서 사용하는 경우, 사용 후 마스크를 폐기하기 위해 일정량의 알코올 또는 다른 바이러스 사멸 재료를 보유하는 백이 제공될 수 있다. 에어로졸 액적과 미립자를 캡처하기 위해, 용해성 접착 패치가 또한 마스크 내부 표면 상에 제공될 수 있다.
도 82는 EBC를 테스트하고 테스트 결과를 스마트폰 및/또는 클라우드 서버로 전송하기 위한 기본 구성 요소의 블록도이다. EBC 수집기는 생체 측정 또는 바이오센서가 수용하는 유체 샘플을 제공한다. 신호 증폭기, 필터 등과 같은 전기 신호 조절기가 마이크로프로세서 또는 분석 회로가 테스트 결과 신호를 결정하기 전에 바이오센서로부터 미가공 테스트 신호를 조절하기 위해 제공될 수 있다. 조절된 신호를 프로세싱한 후, 테스트 결과 신호는 통신 회로를 통해 전송된다. 통신은 블루투스, 셀룰러 또는 wifi와 같은 무선일 수 있다. 스마트폰 또는 액세스 포인트 릴레이를 사용하여 무선 테스트 결과 신호를 수신하고 이를 클라우드로 전송할 수 있다.
구현예에 따르면, 전자 회로는 바이오센서로부터 테스트 신호를 수신하고 테스트 신호를 증폭된 전기 신호로 증폭하기 위한 증폭 회로를 포함한다. 비교기 회로는 증폭된 전기 신호를 바이오센서의 컴퓨터 모델-도출 및 경험적-도출된 전기 신호 교정 중 적어도 하나에 기초하여 사전 결정된 값과 비교한다. 교정은 교정 샘플에서 타깃 피분석물의 알려진 존재 및 알려진 농도 중 적어도 하나를 사용하여 결정될 수 있다. 비교기 회로는 사전 결정된 값과 비교하여 증폭된 전기 신호에 기초하여 테스트 결과 신호를 생성한다.
전자 회로는 또한 증폭된 전기 신호에 따라 타깃 피분석물의 농도 값을 결정하기 위한 피분석물 농도 회로를 포함할 수 있다. 이 경우, 증폭된 전기 신호는 유체 바이오샘플의 타깃 피분석물 분자의 수에 따라 값을 변화시키며, 테스트 결과 신호는 결정된 농도 값에 따른다.
구현예에 따르면, 전자 회로는 테스트 결과 신호를 스마트 폰, 태블릿, 컴퓨터, 릴레이, 액세스 포인트 및 컴퓨터 네트워크 중 적어도 하나로 무선 전송하기 위한 무선 통신 회로를 추가로 포함한다.
도 83은 일회용 마스크 내부 상의 일회용 구성 요소 및 일회용 마스크 외부 상의 살균 구성 요소를 도시하는 측단면도이다. 마스크 내부 상에 배치되는 구성 요소는 저비용으로 대량으로 제조 가능하도록 설계된 EBC 수집기를 포함한다. 본 발명의 COVID-19 또는 다른 바이오마커 테스팅 시스템은 호흡 증기를 액적으로 유착시킨 다음 액적 샘플을 엔지니어링된 캡처 분자를 갖는 전자 바이오센서에 걸쳐 통과시켜 매우 낮은 비용으로, 대규모로 제조 가능한, 대중에게 배포될 수 있는 테스팅 시스템을 가능하게 하는 능력을 가진 고유한 마스크-기반 호기 응축물 수집기를 갖는다. 가정에서의 테스팅 시스템은 고유한 수분 액적 수집 및 채널링 구조를 가진 전자 나노-스케일 바이오센서(e-NSB)를 사용한다. 이 구조체는 혈액 채취, 불편함, 값비싼 장비 또는 기술적으로 훈련된 인력 없이 예를 들어, 호기 응축물(EBC)에서 COVID-19 또는 다른 바이오마커를 검출하기 위한 e-NSB의 사용을 잠금 해제한다. 복수의 동시에 테스트된 바이오마커는 특별히 기능화된 바이오센서 테스트 영역을 사용하여 테스트될 수 있으며 접촉 추적, 진단, 질병 진행 모니터링 및 예측 머신 러닝 모집단 데이터 분석을 포함한 다수의 직접적인 감염성 질병 제어 유틸리티를 가능하게 한다.
비제한적 구현예에 따르면, 피검자의 폐 및 기도로부터 수용된 바이오마커를 검출하기 위한 마스크-기반 테스팅 시스템이 제공된다. 피검자가 착용한 안면 마스크 내부 상에 호기 응축물(EBC) 수집기가 배치된다. 안면 마스크는 천, 직물 또는 부직포 재료, 페이퍼, 섬유, 플라스틱 또는 다른 적절한 일회용 또는 재사용 가능한 재료일 수 있는 마스크 재료로 구성된다. 마스크 내부 상에 고정된 EBC 수집기는 피검자의 폐와 기도로부터 수용된 호흡 증기를 유체 바이오샘플로 변환한다.
EBC 수집기로부터 유체 바이오샘플을 수용하기 위한 바이오센서는 또한 안면 마스크 내부에 고정된다. 대안으로, 바이오센서는 수집된 유체 바이오샘플을 바이오센서로 가져오는 데 사용되는 적절한 유체 전달 메커니즘(예를 들어, 모세관 작용, 펌프, 튜빙 등)으로 마스크 외부 상에 배치될 수 있다. 그러나, 바이오센서가 전기 신호를 전송할 수 있는 전자 바이오 센서라면, 잠재적으로 오염된 바이오센서 및 유체 전달 메커니즘은 마스크 내에 포함되어 그 처리 및 폐기를 더 안전하게 한다. 바이오센서는 타깃 바이오마커에 대해 유체 바이오샘플을 테스트하고 적어도 유체 바이오샘플에서 타깃 바이오마커의 존재 및 부재에 따른 테스트 신호를 생성한다.
전자 회로는 마스크 외부에 고정되어 테스트 신호를 수신하기 위해 마스크 재료를 통해 바이오센서와 전기적으로 통신한다. 예를 들어, 전기 연결은 전도성 와이어, 인쇄된 전도체, 자석, 전도성 테이프, 전도성 접착제 또는 마스크 내부 상에서 생성된 전기 신호를 마스크 외부 상의 전자 회로로 전달할 수 있는 다른 메커니즘을 통해 수행될 수 있다. 전자 회로는 타깃 바이오마커의 검출 여부에 따라 테스트 신호로부터 테스트 결과 신호를 결정하고, 테스트 결과 신호를 원격 수신기로 전송한다.
도 84는 전자 장치를 일회용 마스크에 전기적으로 연결하고 자기적으로 유지하는 것을 도시하는 측단면도이다. 살균 가능한 테스트 전자 장치는 전자 장치 하우징과 함께 폐기될 수 있는 자석과 일회용 마스크 상의 자석 또는 자성 재료에 의해 일회용 마스크 상에 유지된다. 자기 연결은 또한 바이오센서 전도성 리드와 테스트 전자 장치에 대한 입력 사이에 전기 통신을 제공할 수 있다.
도 85는 일회용 마스크에 전자 장치를 전기적으로 연결하고 유지하는 z-축 전도성 테이프를 도시하는 단면도이다. z-축 전도성 테이프는 전자 바이오 센서의 리드와 전자 회로에 대한 리드 사이에 저렴한 전기 연결을 허용한다.
도 86은 폼 상에 장착된 신축성 핫 멜트 접착제를 도시한다. 폼은 열 프레스를 사용하여 핫 멜트 접착제가 장착될 수 있게 하는 레이저 절단 테프론 시트이다. 도 87은 폼 상에 장착된 신축성 핫 멜트 접착제로 형성된 포켓을 도시한다. 포켓은 열 질량체 또는 흡열 반응 성분을 수용하기 위해 형성된다. 도 88은 신축성 핫 멜트 접착제로 형성된 포켓에 배치된 흡열 화합물을 도시한다. 흡열 화합물은 예를 들어, 요소일 수 있다.
도 89는 흡열 화합물을 보유하는 포켓에 추가된 워터 백을 도시한다. 워터 백은 흡열 화합물과 동일한 포켓에 추가된다. EBC 수집기가 압착되고 워터 백이 파열되면, 요소와 물이 반응하여 EBC 수집기 표면으로부터 열을 가져와서 EBC 수집기를 효과적으로 자체-냉각시켜 호흡 증기를 액체로 변환하는 데 더 효율적이 된다.
도 90은 신축성 핫 멜트 접착제 상단의 접착 시트 상의 사전 라미네이팅된 알루미늄 호일을 도시한다. 알루미늄 호일과 접착제는 간단한 롤-대-롤 가열된 롤러 프레스 라미네이션 단계에서 함께 사전-라미네이팅될 수 있다. 도 91은 EBC의 묶음 시트를 형성하는 층을 프레스 라미네이팅한 후 폼의 바닥 측면을 도시한다. 사진의 좌측 상의 포켓에서 SAP의 물의 열 질량체를 볼 수 있고, 사진의 좌측 상의 포켓의 일부에서 요소 자체-냉각 재료를 볼 수 있다.
도 92는 신축성 핫 멜트 접착제의 포켓에 배치된 고흡수성 중합체를 도시한다. 도 93은 물에 의해 팽창된 후의 고흡수성 중합체를 도시한다. SAP에 물이 추가될 때, 냉동실에서 냉동되는 경우에도 마스크의 부드럽고 유연한 특성을 유지하는 겔 열 질량체가 형성된다. 도 94는 열 프레스 동작의 EBC 묶음 시트의 상단 측면을 도시한다. 도 95는 소수성 필드 상에 친수성 채널을 갖는 완성된 EBC를 도시한다. 도 96은 자체-냉각 EBC에 사용되는 워터 백 및 흡열 화합물을 도시한다. 도 97은 Al 호일 및 접착 시트 라미네이트를 형성하기 위한 롤 대 롤 프로세스를 도시한다. EBC 수집기의 대량 제조를 위한 이러한 제1 단계에서, EBC 수집기의 전면은 신축성 핫 멜트 접착제로 사전-라미네이팅된 알루미늄 호일 면으로 구성되어 형성된다. 이 변환 프로세스는 알루미늄 호일/접착제/이형 시트 라미네이트의 롤로 귀결된다. 인라인 펀치 동작을 사용하여 라미네이트에 정합 홀을 펀칭할 수 있다. 이러한 정합 홀은 EBC 수집기의 형성 전반에 걸쳐 추가 프로세싱 단계의 정렬을 유지하는 데 사용된다.
도 98은 EBC를 형성하기 위한 롤 대 롤 프로세스를 도시한다. 도 99는 EBC의 단면도이다. 알루미늄 호일 면과 접착제는 예를 들어, 도 97을 참조하여 설명한 바와 같이 사전-라미네이팅된다. 도 98을 참조하여 설명한 프로세스 시작 시 다른 접착제 층에 생성된 포켓에 열 질량체가 삽입된다. 이러한 간단한 구조는 본원에 설명된 초고량, 고도로 자동화된 제조 방법에 적응될 수 있다. 도 100은 EBC를 형성하기 위한 롤 대 롤 프로세스의 사시도이다. 도 100은 EBC를 형성하기 위한 신축성 접착제에 포켓을 형성하기 위한 형태의 컨베이어 벨트를 도시한 확대 사시도이다.
프로세스는 제1 가이드 롤러와 제1 가열된 슈(shoe) 위로 당겨지는 신축성 접착제 롤로 시작된다. 가열된 접착제는 두 쌍의 압력 롤러의 압착 작용 하에서 점착성이 되어 컨베이어 벨트의 형태에 부착된다. 컨베이어 벨트에 부착된 접착제는 제2 압력 롤러 쌍을 빠져나가고 이형 시트가 제거되어 이형 시트 롤에 감긴다. 진공 스테이션은 가열되고 유연한 접착제를 컨베이어 벨트 형태로 가져와 접착제에 포켓을 생성한다. 도 102는 포켓이 형성된 신축성 핫 멜트 접착제의 섹션을 도시한다. 도 103은 컨베이어 벨트 형태의 섹션을 도시한다. 도 104는 신축성 핫 멜트 접착제의 섹션과 컨베이어 벨트 형태의 섹션을 도시한다. 진공 압력이 유지되는 동안 냉각 스테이션이 접착제를 냉각시켜 포켓이 컨베이어 벨트 형태에 접착된 접착제로 함께 접착제에 유지된다. 열 질량체/흡열 구성 요소 스테이션에서 SAP/워터 겔 또는 워터 백 및 흡열 화합물과 같은 열 질량체 재료는 접착제에 생성된 포켓에 삽입된다. SAP는 또한 흡열 반응의 냉각 작용이 더 오래 지속되도록 하기 위해 워터 백 및 흡열 화합물과 함께 추가될 수 있다. 삽입 단계는 자동화된 피착 장비를 사용하여 수행되거나 로봇 또는 인간 노동을 사용하여 삽입될 수 있다. 이러한 단계는 도 86 내지 도 96의 사진에 나타낸 바와 같이 5x4 묶음 EBC 유닛의 시트에서 근사화되었다. 생성된 포켓에 열 질량체 성분을 갖는 접착제는 제3 압력 롤러 쌍을 향해 계속된다. 이형 시트 라미네이트 롤 상의 알루미늄 호일/접착제는 제2 이형 시트 롤에 감겨진 이형 시트의 줄무늬이다. al/접착제 라미네이트는 가이드 롤러에 의해 제 가열된 슈 위로 안내되고 접착제는 끈적거리게 된다. al/접착제가 생성된 포켓에서 열 질량체 성분을 갖는 접착제와 접촉하게 되면, 신축성 핫 멜트 접착제의 층 사이에 씰링된 열 질량 구성 요소와 알루미늄 호일 전면으로 복수의 EBC 수집기의 연속적으로 묶인 시트가 형성된다. ENC 수집기의 후면은 신축성 핫 멜트 접착제여서 EBC 수집기가 열 프레스 동작을 사용하여 안면 마스크 내부에 고정될 수 있다. 복수의 EBC 수집기의 묶음 시트는 테이크업 롤에서 수집되거나, 묶음 EBC 수집기의 개별 시트로 시트화되거나, 스틸 룰 다이 프레스(steel rule die press), 슬리터 또는 레이저 커터와 같은 싱귤레이션 스테이션으로 직접 이동할 수 있다.
도 105는 전자 바이오센서를 형성하기 위해 기판에 고정된 전극들 사이에 정렬된 나노입자를 형성하기 위한 롤-대-롤 프로세스를 도시한다. 사전-인쇄되거나 에칭된 평행 전도체 롤이 제공된다. 구리 에칭된 평행 전도체 시트의 예가 도 130에 도시되어 있다. 인쇄된 평행 전도체의 경우, 예를 들어, 회전 인쇄 방법을 사용하여 정렬된 인쇄가 수행될 수 있다. 롤의 기판은 프로세스를 통해 진행함에 따라 롤 재료의 이동 및 정렬을 용이하게 하기 위해 정합 및/또는 트랙터 공급 홀을 포함할 수 있다. 전압 인가 단계는 AC(또는 DC) 전압을 평행한 전도성 라인에 인가한다. 이러한 인가된 전압은 프로세스의 나중 단계에서 전도성 나노입자를 정렬하는 데 사용된다. 평행한 전도성 라인이 연속적이기 때문에 인가된 전압은 프로세싱 단계 전반에 걸쳐 유지될 수 있다. 나노튜브/용매 캐리어 매트릭스 피착/인쇄 단계에서, 나노튜브(또는 다른 나노 미립자)가 평행 전도체 롤 상에 분배된다. 나노튜브는 용매 유체 캐리어 매트릭스에 랜덤하게 분산된다. 용매 유체 캐리어는 인가된 전압에 응답하여 나노튜브가 정렬될 수 있게 하고, 유체 캐리어의 용매 구현예는 기판(또는 전도성 라인 사이의 기판 상에 인쇄되거나 배치된 결합 필름)을 연화시킨다. 전도성 라인 사이의 나노튜브 정렬을 유지하기 위해 전압이 유지되면, 연화된 기판의 확장된 중합체 체인이 나노튜브를 부분적으로 둘러싼다. 나노튜브가 정렬된 상태를 유지하기 위해 전압이 유지되면, 용매가 증발되고 정렬된 나노튜브는 재경화된 기판 또는 결합층에 결합된 배향으로 제자리에 고정된다.
도 106은 전도체 사이에 정렬된 나노튜브를 갖는 전자 센서를 형성하는 단계를 도시한다. 도면에는 축척이 표시되지 않고 요소의 상대적인 배향과 위치만 도시된다는 점에 유의한다. 또한 전자 바이오센서의 이러한 구성은 다른 형태와 재료를 가질 수 있음에 유의한다. 예를 들어, 그래핀 시트, 반전도성 탄소 나노튜브, 콜로이드 금 나노입자 및 용매 캐리어 유체의 다른 전도성 재료가 사용될 수 있다. 도면은 두 전도체 사이에 정렬된 단일 벽 탄소 나노튜브의 사용을 도시한다. 전도체는 평행 라인(예를 들어, 도 105를 참조하여 상술한 바와 같음) 또는 예를 들어, 도 114 및 도 133에 도시된 원형 전극일 수 있다. 도 106에 도시된 바와 같이, 전도성 패턴을 갖는 기판이 단계 1에서 제공된다. 한 쌍의 전극 사이의 갭을 정의하는 기판 상에 전도성 패턴이 형성된다. 유체 캐리어 매트릭스에 정렬되지 않은 탄소 나노튜브의 혼합물이 단계 2에서 갭에 피착된다. 유체 캐리어 매트릭스는 예를 들어, 갭에서 기판의 영역을 연화시키고 인가된 전기장 또는 전압에 응답하여 정렬되지 않은 나노튜브가 이동하고 배향될 수 있게 하는 기판의 용매일 수 있다. 나노튜브의 층 두께 및 정렬된 구조는 유체 캐리어에서 나노튜브의 농도를 제어함으로써 제어될 수 있다.
단계 3에서, 전압이 전극에 인가된다. 인가된 전압은 유체 캐리어 매트릭스에 분산된 정렬되지 않은 나노튜브가 이동하고 배향을 변경하도록 한다. 탄소 나노튜브 정렬은 전극에 수직으로 정렬된 탄소 나노튜브로 자체-조립되도록 지시된다. 유체 캐리어 매트릭스가 단계 4에서 증발되는 동안 정렬된 탄소 나노튜브가 전극들의 쌍 사이의 갭에서 정렬된 상태로 유지되도록 전압이 유지된다. 단계 5는 유체 캐리어 매트릭스가 증발된 후 전극들 사이의 정렬된 탄소 나노튜브를 나타낸다. 유체 캐리어 매트릭스가 갭에서 기판의 영역을 연화시키면, 정렬된 탄소 나노튜브가 연화된 기판의 확장된 중합체 체인과 결합되고 유체 캐리어 매트릭스가 증발하여 연화된 기판의 표면을 떠나 재경화될 때 제자리에 잠금화된다. 대안으로 또는 추가로, 압력 및 열(예를 들어, 기판의 유리 전이 온도 초과 또는 용매 연화로 인해 가능하게는 더 낮음)을 사용하여 갭에서 기판 표면 상에 정렬된 탄소 나노튜브를 매립할 수 있다. 임의의 경우에, 단계 5는 전극으로부터 전압이 제거된 경우에도, 그리고 린싱 포스트-정렬 프로세스 후에도 위치와 방향이 잠금화된 정렬된 탄소 나노튜브를 나타낸다. 기능화 프로세스는 캡처 분자 압타머가 PBSE 링커로 수정된 다음 정렬된 탄소 나노튜브의 측벽에 비공유 결합을 통해 흡착되는 단계 6-8에 개략적으로 나타내어진다. 단계 9는 바이오마커를 캡처하는 압타머의 동작을 나타낸다. 단계 10은 정렬된 탄소 나노튜브에 비공유 결합에 의해 흡착된 압타머 캡처 분자를 갖는 완성된 기능화된 바이오센서를 나타낸다.
도 107은 기판 상의 전극들 사이에 제자리에 유지된 정렬된 탄소 나노튜브로 기능화되지 않은 전자 센서를 형성하는 단계를 도시한다. 단계 1에서 전극들 사이의 갭은 노출된 기판 표면을 갖는다. 정렬되지 않은 나노튜브의 농도를 포함하는 용매 캐리어 유체의 액적이 단계 2에서 갭에 배치되고 용매가 기판의 표면에 작용하여 기판의 표면을 연화시키고 기판의 중합체 체인을 단계 3에서 기판으로부터 떨어져 용매 캐리어로 확장시킨다. 다시, 이 도면은 반드시 축척을 나타내지는 않는다. 전압(유체 캐리어에 분산된 나노 재료의 특성에 따라 AC 또는 DC)이 인가되면, 단계 4에서 인가된 전압에 응답하여 나노튜브가 이동하고 배향된다. 이 전압은 용매 캐리어가 증발하기 시작함에 따라 단계 5에서 나노튜브의 정렬을 유지하기 위해 유지된다. 용매 캐리어가 완전히 증발되면, 전압이 제거될 수 있고, 탄소 나노튜브는 단계 6에서 기판 표면에 매립된 정렬 상태로 유지된다.
도 108은 기판 상의 전극 사이에 제자리에 유지된 정렬된 탄소 나노튜브로 전자 센서를 기능화하기 위한 단계를 도시한다. 링커 분자를 포함하는 비용매 캐리어 유체의 액적은 단계 1에서 미세 피착, 스크린 인쇄 또는 다른 증착 프로세스를 통해 전극들 사이의 갭에서 기판 표면 상의 제자리에 고정된 정렬된 나노튜브를 이제 포함하는 갭으로 분배된다. 비용매 캐리어는 기판 표면을 연화시키거나 아니면 나노튜브 정렬을 분열시켜 고정된 나노튜브를 교란하지 않도록 공식화된다. 링커 분자는 탄소 나노튜브의 외벽에 결합하도록 선택된다. 예를 들어 PBSE(1-피렌부탄산 숙신이미딜 에스테르)는 단일벽 탄소 나노튜브의 측벽과 파이-파이 비공유 결합을 형성하는 것으로 공지되어 있으며 전자 바이오센서를 형성하기 위한 링커 분자로 성공적으로 사용되어 왔다.
본원에 설명된 기능화 프로세스에 따르면, 링커 분자는 특정 타깃 바이오마커와 선택적으로 고친화성을 위해 선택되는 압타머와 같은 캡처 분자와 일 단부에서 사전 링크된다. 압타머는 거의 모든 바이오마커를 타깃으로 하도록 엔지니어링될 수 있는 작은 분자이다. 압타머는 항체와 유사한 방식으로 타깃 분자에 결합할 수 있는 짧은 단일-가닥 핵산 서열이다. 본원에 설명된 프로세스는 탄소 나노튜브의 측벽을 소분자, 단백질, 핵산, 심지어 세포 및 조직과 같은 다양한 분자 타깃에 매우 높은 특이도로 결합하도록 엔지니어링된 이러한 캡처 분자로 장식한다. 따라서, 본 발명의 테스팅 시스템은 SARS-CoV-2 바이러스와 같은 바이러스의 핵산, 단백질 및 다른 식별 바이오마커를 타깃화하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 압타머는 많은 상이한 타깃 재료와 결합하는 친화도 및 특이도를 갖도록 엔지니어링될 수 있기 때문에, 본원에 설명된 센서는 폐암 또는 바이오샘플 또는 환경 샘플에 존재하는 다른 분자와 같은 많은 질병에 대한 테스트를 위해 기능화될 수 있다.
본원에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 2-센서 마스크-기반 Covid-19 테스팅 시스템의 경우, SARS-CoV-2 바이러스의 N- 및 S- 단백질을 검출하기 위해 압타머를 선택할 수 있다. 기능화되지 않은 바이오센서는 몇 가지 다른 방식으로 기능화될 수 있다. 예를 들어, 링커 분자의 일 단부인 PBSE는 제1 인큐베이션 단계에서 탄소 나노튜브의 측벽에 먼저 추가될 수 있고, 그 다음 제2 인큐베이션 단계에서 캡처 분자가 링커의 다른 단부에 부착될 수 있다. 또한, PEG와 같은 스페이서 분자가 캡처 분자로 종단되기 전에 링커 분자에 추가될 수 있어 상대적으로 더 큰 타깃 분자(예를 들어, 바이러스 단백질 또는 심지어 바이러스 입자 또는 세포)와 접촉하는 것으로부터 소분자 압타머를 방지하는 것으로부터 입체 장해를 피하는 것을 돕기 위해 탄소 나노튜브로부터 더 먼 거리를 둔다.
단계 2에서, 정렬된 탄소 나노튜브를 갖는 기능화되지 않은 바이오센서는 사전-링크된 링커/압타머 분자 구조체로 기능화된다. 즉, 압타머는 사전 화학 반응에서 PBSE 링커의 일 단부에 링크되어 PBSE 링커의 다른 단부와 탄소 나노튜브 측벽 사이에 파이-파이 비공유 결합을 형성하기 위해 단일 인큐베이션 단계가 필요하다. 이러한 단일 인큐베이션 단계는 예를 들어, 도 111에 설명된 확장 가능한 습식 인큐베이션 제조 프로세스에서 특히 유용하다.
단계 3에서 링커/캡처 분자는 탄소 나노튜브의 측벽 상에 본딩된다. 다른 링커 분자 및 압타머 및 스페이서 분자, 또는 항체와 같은 다른 캡처 분자는 타깃 바이오마커에 따라 필요하면 결합될 수 있다. 본원에서 설명되는 센서는 바이오센서에 한정되지 않고, VOC, 가스, 음용수의 금속, 박테리아, 항체, 호르몬, d-다이머, 단백질, 글루코스, 젖산 등과 같은 환경 타깃 분자를 검출하는 데 사용될 수 있으며, 본원에 설명된 구조 및 프로세스에 따라 확장 가능한 생산을 위해 기능화된 센서의 광범위한 어레이가 이용 가능하게 된다. 또한, 린싱 및 건조와 같은 포스트-기능화 단계가 수행될 수 있으며, 차단제와 같은 추가 층이 추가되어 센서의 기능과 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다.
단계 4는 타깃 바이오마커를 포함하는 유체 샘플의 액적이 기능화된 바이오센서 상에 추가되는 테스트 단계를 나타낸다. 단계 5에서 볼 수 있듯이, 링커에 의해 정렬된 탄소 나노튜브에 결합된 캡처 분자는 타깃 바이오마커를 캡처하고 그 위에 유지될 것이다. 전극이 탐침될 때, 타깃 바이오마커의 캡처에 의해 야기된 전기적 특성의 변화는 유체 샘플에서 타깃 바이오마커의 존재를 나타내기 위해 결정된다.
도 109는 인쇄된 결합층 상에 고정된 정렬된 탄소 나노튜브로 기능화되지 않은 센서를 형성하기 위한 단계를 나타낸다. 이 경우 단계는 단계 2에서 배치된 인쇄된 결합층이 추가된 도 106 및 도 107에 대해 설명된 단계와 본질적으로 유사하다. 이러한 결합층 화학 물질은 용매 캐리어와 호환 가능하도록 선택되고 이는 기판과 전극에 의해 형성되는 갭의 추가된 층이기 때문에, 기판, 전극, 용매 캐리어 등에 대한 재료 및 화학 물질의 선택에 있어 더 많은 유연성이 있다. 예를 들어, 결합층은 용매에 의해 더 쉽게 연화될 수 있고/있거나 용매가 증발할 때 정렬된 나노튜브 상에 더 강하게 유지된다. 촉매, 2-부분 시스템, 열 또는 냉간 활성화/프레싱 등과 같은 다른 화학적 메커니즘이 나노 입자의 이동 및 배향과 2개의 전극 사이의 갭에서 정렬된 나노 입자의 후속 고정을 가능하게 하는 메커니즘으로 채용될 수 있다. 또한, 일부 시스템에서 정렬은 기판 반대편에 형성된 상대 전극을 통해 수행될 수 있으며, 바이오센서가 완성될 때 정렬이 바이오마커를 테스트하기 위해 탐침에 사용된 전극에 수직이 아닌 방향일 수 있도록 다른 전도성 층이 제공될 수 있다. 또한, 절연된 측벽이 패터닝되어 정렬된 나노 입자가 전극과 직접 접촉하지 않는 비접촉 전기장을 제공할 수 있다(즉, 패턴화된 측벽은 정렬된 나노튜브와 프로브 전도체로서의 역할을 하는 전극 사이의 직접적인 물리적 접촉을 방지함). 재료, 정렬 방향 등의 선택은 주어진 바이오센서의 원하는 구성에 따르지만, 본원에 설명된 일반적인 단계는 광범위한 재료 및 디바이스 아키텍처에 적응될 수 있다.
도 110은 평행 전도체 사이에 잠금화된 탄소 나노튜브의 습식 전착/정렬로 기능화되지 않은 센서를 형성하기 위한 연속 프로세스를 도시한다. 대량 습식 피착 프로세스를 가능하게 하기 위해, 사전-인쇄되거나 에칭된 전도체의 롤이 롤-대-롤 프로세싱 라인의 입력 측에 제공된다. 전도체는 본원에 설명된 병렬 전도체(예를 들어, 도 133에 도시) 또는 예를 들어, 도 112에 도시된 원형 묶음 전도체일 수 있다. 전압은 도 106, 도 107 및 도 109를 참조하여 상술한 바와 같이, 전압 인가 단계에서 인가되어, 유체 캐리어/나노튜브 배스(bath)의 나노입자는 기전력에 의해 유도된 조립 프로세스에서 배향 및 정렬되도록 압박된다. 통전된 전도체와 기판은 습식 피착 탱크로 들어갑니다. 도면의 우측으로 확대된 이미지에서 도시된 바와 같이, 피착 탱크는 유체 캐리어에 정렬되지 않은 나노튜브의 농도를 갖는다. 기판과 전도체가 나노튜브를 포함하는 캐리어 유체를 통해 이동함에 따라, 나노튜브는 전극들 사이의 갭을 향해 끌어당겨지고 정렬된다. 상술한 바와 같이, 전도체의 롤에 평행한 상대 전극이 제공될 수 있으므로, 예를 들어, DC 전압이 나노튜브에 대한 이동 및 정렬의 힘을 생성하는 데 사용될 수 있다. 임의의 경우에, 도면의 좌측을 향해 확대된 이미지에 도시된 바와 같이, 기판과 전도체가 유체 캐리어/나노튜브 배스의 단부를 향해 올 때 나노튜브 또는 나노입자는 이제 전극들 사이의 갭 상으로 끌어당겨지고 이에 정렬된다. 일부 구성에서 나노 입자의 정렬 및 당김은 전극에 수직이거나 전극 상단에 있을 수 있음에 유의한다. 여기에 도시된 정렬은 예시를 위한 것이다. 유체 캐리어/나노튜브 배스를 빠져 나온 후, 일부 유체 캐리어와 정렬되지 않은 나노튜브는 표면 장력 및 다른 인력을 통해 기판과 전도체에 달라붙어 남아 있다. 가이드 롤러가 에어 나이프 또는 다른 메커니즘을 사용하여 달라붙는 재료를 제거하고 유체 캐리어 및 과잉 나노튜브를 유체 캐리어/나노튜브 배스로 다시 캡처하는 드립 에지(drip edge)를 제공하는 데 사용될 수 있다. 정렬 후 고정 단계에서, 열과 압력, 린싱, 건조 및 다른 프로세싱 단계가 전극들 사이의 기판 상에 잠금화된 기능화되지 않은 정렬된 나노튜브를 롤에 감기 전에 추가 조절을 위해 사용될 수 있다.
탱크의 길이 및 체적과 같은 변수는 주어진 속도에서 정렬 및 전압, 기판 또는 결합층의 연화(본원에 설명된 대로 용매 고정 프로세싱이 사용되는 경우), 온도 및 정렬 프로세스가 최적화 가능한 방식으로 일어나도록 조정될 수 있다. 달리 말하면, 본원에 설명된 프로세스는 구성 요소, 프로세스 단계 및 재료의 적용된 특성, 바이오센서 구성의 장비 및 프로세스 단계, 프로세싱 라인 및 처리 단계 등의 화학 물질, 전압, 속도, 길이 등을 조정하여 측정, 모델링 및 최적화에 적응 가능하다.
도 111은 평행한 전도체 사이에 잠금화된 탄소 나노튜브 상의 링커/캡처 분자의 습식 결합 및 인큐베이션으로 기능화된 센서를 형성하기 위한 연속 프로세스를 도시한다. 프로세스는 전극들 사이의 기판 상에 잠금화된 기능화되지 않은 정렬된 나노튜브의 사전-형성된 롤로 시작된다. 유사한 습식 프로세스가 정렬된 탄소 나노튜브의 측벽 상에 링커/압타머를 인큐베이팅 및 결합하는 데 사용된다. 본원의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 이러한 프로세스는 다중-단계 인큐베이션 프로세스일 수 있으며, 다른 나노입자 재료가 기능화되지 않은 바이오센서 롤을 형성하는 데 사용될 수 있으며, 다양한 프로세스 및 구조 속성이 변화되어 얻어진 기능화된 전자 바이오센서의 프로세스 및 역할을 최적화할 수 있다.
본원에 설명된 프로세스는 예를 들어, 직접-전기 테스팅 결과를 얻는 센서를 형성하는 데 사용될 수 있다. 즉, 압타머 또는 다른 캡처 분자에 의해 캡처되는 타깃 바이오마커의 존재는 프로브 전극에서 측정되는 전기적 특성을 변화시킨다. EBC를 테스트하기 위해 본원에 설명된 구현예에서, 전기적 변화는 바이오마커가 EBC 샘플에 존재하고 개인을 보호하고 클라우드 기반 데이터 획득을 신속하게 확립하여 신속한 접촉 추적을 용이하게 하는 데 도움이 되도록 EBC에서 얻은 생체 측정 정보를 수집할 즉각적인 기회를 생성하는 경우에만 검출된다. 바이오센서는 전기에 직접 연결되고 테스팅 시스템의 구현예는 검출 전자 장치의 무선 블루투스 전송기를 포함하기 때문에, 무선 테스트 결과는 적절한 암호화, 프라이버시 취급 등을 갖는 임의의 데이터베이스로 전송될 수 있다. 예를 들어, 직장, 예배당, 케어 지점, 스포츠 이벤트 등에서 사용하는 경우, 테스팅 시스템에서 직접 얻은 이러한 디지털 데이터는 추적 및 안전한 환경 관리를 위해 고용주/관리자/헬스케어/보안 전문가에게 데이터를 제공하는 효율적인 방식이다.
도 112는 전기 정렬 힘을 인가하기 위해 함께 묶인 인쇄된 전극을 도시한다. AC 또는 DC 전압은 모든 전극에 인가될 수 있다. 3개 이상의 전극 시스템의 경우, 절연체가 스크린 인쇄되어 리드 라인이 교차되게 할 수 있다. 패턴은 시트 크기 또는 롤-대-롤 제조 프로세스를 최적화하기 위해 필요에 따라 반복될 수 있다.
도 113은 Influence of AC Electric Field on Macroscopic Network of Carbon Nanotubes in Polystyrene, Yang, 등, Journal of Dispersion Science and Technology,28:8,1164 ― 1168로부터의 상이한 AC 전압 및 주파수에서 정렬된 나노튜브의 예를 도시한다. 이는 그 전체가 참조로 통합된다. 폴리스티렌에서 단일벽 탄소 나노튜브를 정렬하기 위한 전압 및 주파수의 예로서, 300 V 및 450 Hz의 AC 전기장이 PS 매트릭스에서 CNT의 정렬에 적합하다.
도 114는 인쇄된 전극 패턴을 도시한다. 이러한 인쇄된 전극 패턴은 작동 전극과 상대 전극만 포함한다. 기준 전극과 같은 제3 전극을 포함하는 다른 구성이 가능하다. 도 115는 인쇄된 전극 패턴 상에 형성된 선택적인 절연체를 도시한다. 보다 균일한 정렬을 위한 균일한 전계 효과를 돕기 위해 절연체가 제공될 수 있다.
도 116은 기판 상에 전극 패턴을 인쇄하는 단계를 도시한다. 2개의 인쇄된 전극 사이에 갭이 있는 기판이 제공된다. 구성되는 센서의 유형에 따라, 갭에 및/또는 전극 표면 상에 인쇄된 전도성 층, 반전도성 층, 패턴화된 전도성, 절연성 및 반전도성 층 또는 이들의 임의의 조합이 있을 수 있다.
도 117은 용매 유체 캐리어에서 정렬되지 않은 나노튜브를 도시한다. 도 118은 인가된 AC 전압에 의한 유체 캐리어의 나노튜브 정렬을 도시한다. 도 119는 유체 캐리어에 정렬되지 않은 나노튜브의 배치 단계를 도시한다. 도 120은 나노튜브를 정렬하기 위해 AC 전압을 인가하는 단계를 도시한다.
도 121은 용매 유체 캐리어의 증발 후에 정렬되어 잠금화된 정렬된 나노튜브를 도시한다. 도 122는 정렬된 나노튜브에 결합하기 위한 링커/압타머 분자의 추가를 도시한다. 도 123은 전극들 사이의 기판 상에서 제자리에 잠금화된 정렬된 나노튜브의 단계를 도시한다. 도 124는 정렬된 나노튜브의 상단에 추가된 비용매 유체 캐리어의 링커/압타머 분자를 도시한다.
도 125는 나노튜브 상의 링커/압타머를 결합하기 위한 인큐베이션을 도시한다. 도 126은 테스트를 위한 유체 바이오샘플의 추가를 도시한다. 도 127은 정렬된 나노튜브에 대한 링커/압타머 결합을 도시한다. 도 128은 압타머에 의해 캡처된 타깃 바이오마커를 갖는 유체 바이오샘플의 추가를 도시한다. 도 129는 본원에 설명된 용도를 위해, 그리고 프로세스로 구성된 센서를 형성하기 위해 이용될 수 있는 적어도 일부는 알려진 상이한 전자 및 전기 화학적 바이오센서 전략을 도시한다.
원하는 비용, 구성, 제조 방법, 센서 특성 및 타깃 피분석물(들)에 따라, 바이오센서는 적어도 2개의 프로브 전극 사이의 기판 상에 형성된 갭에 배치된 전도성 및 반전도성 베이스 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 캡처 분자는 베이스 재료를 통해 프로브 전극과 전기적으로 연통되어 제공된다. 캡처 분자는 파이-파이 적층, 아민 커플링, 티올-au 본딩, 클릭 케미스트리, 정전 상호 작용, 비오틴-아비딘 친화도 및 상보적 DNA의 혼성화 중 적어도 하나로부터 공유 또는 비공유 결합을 통해 베이스 재료에 고정될 수 있다. 베이스 재료는 그래핀, 탄소 나노튜브, 금, 스크린 인쇄된 전도성 재료 및 양으로 대전된 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 캡처 분자는 압타머 및 항체, 또는 타깃 피분석물에 대한 결합 친화도를 갖는 다른 적절한 분자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
베이스 재료는 기판의 상단 표면 상에 형성된 결합층에 의해 정렬되어 잠금화된 전기장 또는 자기장 정렬 가능 미립자를 포함할 수 있다. 결합층은 상단 표면 상에 인쇄된 결합층 및 기판의 상단 표면 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 130은 본원에 설명된 일부 용도 및 프로세스에 사용될 수 있는 전도체 쌍 사이에 갭을 갖는 평행한 전도체 섹션을 도시한다. 도 131은 전도체 사이의 갭에 정렬된 나노입자를 갖는 평행한 제2 전도체를 도시한다. 도 132는 본원에 설명된 프로세스를 사용하여 형성된 전자 센서의 롤 또는 시트로부터 개별화된 전자 센서를 도시한다. 도 133은 본원에 설명된 전자 및 전기 화학적 센서의 버전 중 적어도 일부를 형성하는 데 사용하기 위한 기준 전극을 포함하는 대안적인 스크린 인쇄된 전극 구조체를 도시한다.
구현예에 따르면, 바이오센서는 다중 타깃 피분석물을 테스트하기 위한 구성자이다. 예를 들어, 상이한 타깃 피분석물을 검출하기 위해 각각 기능화된 2개의 바이오센서가 제공될 수 있거나 상이한 피분석물에 대한 결합 친화도를 갖는 캡처 분자를 갖는 하나의 바이오센서가 사용될 수 있다. 이 경우, 바이오센서는 타깃 피분석물에 대한 유체 바이오샘플을 테스트하고 적어도 하나의 다른 타깃 피분석물에 대해 유체 바이오샘플을 테스트하며, 테스트 신호는 타깃 피분석물의 적어도 존재 및 부재와 유체 바이오샘플의 상기 적어도 하나의 다른 타깃 피분석물에 따른다.
도 134는 피검자의 호기에 포함된 바이오마커를 검출하기 위한 마스크-기반 진단 장치의 구현예를 도시한다. 이 경우, 기성품인 기존의 N95 안면 마스크는 이들 호기에 포함된 바이오마커를 검출하기 위한 진단 도구로 전환한다. 호흡 기반 진단 시스템은 마스크 내부 상에 개장되고 마스크 외부 상에 테스트 신호 판독기 및 무선 통신 전자 장치와 연결된다.
예시적인 구현예에 따르면, 피검자의 호기에 포함된 바이오마커를 검출하기 위해 제공되는 마스크-기반 진단 장치는 피검자의 폐 및 기도로부터 수용된 호흡 증기를 유체 바이오샘플로 변환하기 위한 호기 응축물(EBC) 수집기를 포함한다. EBC 수집기는 열 질량체, 응축물-형성 표면 및 응축물-형성 표면 상에 배치된 유체 전도체를 포함한다. 유체 전달 시스템은 EBC 수집기로부터 유체 바이오샘플을 수용한다. 바이오마커 테스팅 유닛은 유체 전달 시스템으로부터 유체 바이오샘플을 수용하여 타깃 바이오마커에 대한 유체 바이오샘플을 테스트한다. EBC 수집기, 유체 전달 시스템 및 바이오마커 테스팅 유닛을 지지하기 위한 테스팅 시스템 지지체가 제공된다. 테스팅 시스템 지지체는 안면 마스크 내부에 맞도록 구성되고 치수가 지정된다. 호기 증기 봉쇄 체적을 형성하여 EBC 수집기에 근접하여 호기 증기를 유지하여 열 질량체에 의해 냉각된 응축물-형성 표면이 호기 증기를 유체 바이오샘플로 유착할 수 있도록 하는 안면 마스크가 제공된다.
도 135는 기존 안면 마스크에 의해 형성된 호기 증기 봉쇄 체적으로의 개장으로서 설치된 호기 응축물(EBC) 수집기, 열 질량체, 유체 전달 시스템 및 바이오마커 테스팅 유닛을 도시한다. 마스크 내부 상에 고정된 테스팅 어셈블리의 기하 형태와 치수, 및 열 질량체 및 EBC 수집기의 낮은 프로파일은 마스크의 제조 동안 기존 마스크로의 효율적인 개장 또는 진단 시스템의 추가를 가능하게 한다.
도 136의 (a)는 EBC 테스트를 시작할 때 피검자가 착용한 외부에 장착된 전자 장치를 갖는 안면 마스크를 도시한다. 마스크는 의도된 필터링 및 장벽 피처를 수행하며, 피검자는 수행될 진단 테스트를 위해 마스크를 착용한 상태에서 정상적으로 호흡하기만 하면 된다.
도 136의 (b)는 EBC 테스트 결과를 나타내는 외부에 장착된 전자 장치를 도시한다. 호기 증기는 수집되어 바이오마커 테스팅 유닛으로 전달되는 유체 바이오샘플로 유착된다. 이 구현예에서, 바이오마커 테스팅 유닛은 테스트 결과를 결정하고 결정된 테스트 결과의 즉각적인 시각적 표시를 제공하는 컬러로 LED가 켜지도록 하기 위해 전자 회로에 의해 판독되는 신호를 출력한다.
도 137은 전자 바이오센서를 갖는 호흡 기반 진단 장치의 구성을 도시한다. 미세 유체 전달 시스템의 재료와 형상은 예를 들어, 전자 바이오센서의 테스팅 영역에 걸쳐 수집된 EBC를 효율적으로 수송하는 미세 유체 넥(neck) 영역으로 설계된다.
도 138은 전자 바이오센서 상에 바이오샘플을 풀링하거나 축적된 유체 바이오샘플에 LFA의 샘플 패드를 침지하기 위한 유체 바이오샘플 축적 저장소를 갖는 호흡 기반 진단 장치의 구성을 도시한다. EBC의 풀링은 샘플 패드를 유체 바이오샘플에 담가 LFA 동작에 필요한 모세관 작용에 대한 적절한 샘플 양을 보장할 수 있게 한다. 전자 바이오센서의 경우, 샘플 축적 저장소는 캡처 분자와 타깃 분자의 결합을 위한 시간을 허용하기 위해 테스팅 영역에 걸쳐 수집된 EBC의 풀링을 위한 가능성을 제공한다.
도 139는 EBC 수집기, 유체 전달 시스템 및 바이오마커 테스팅 유닛을 지지하는 테스팅 시스템 지지체를 도시한다. 지지체 및 다른 구성 부분은 광범위하게 다양한 기존 마스크에 맞도록 설계되어, 진단 테스팅 시스템이 전세계적으로 이용 가능한 매우 다양한 일회용 및 재사용 가능한 마스크로 편리하게 일관되게 개장되도록 허용한다.
도 140은 테스팅 시스템 지지체의 후방 측면에 배치된 심지를 도시한다. 도 141은 미세 유체 페이퍼층에 부착된 SAP층을 포함하는 심지의 구성을 도시한다. 도 142는 SAP 및 미세 유체 페이퍼 구조를 갖는 심지를 도시하는 단면도이다.
도 143은 마스크 내부 상의 전자 바이오센서를 마스크 외부 상의 전자 장치와 연결하기 위한 연결 핀을 도시한다. 유체 전달 시스템은 바이오마커 테스팅 유닛이 유체 바이오샘플의 흐름을 테스트한 후 유체 바이오샘플의 흐름을 흡수하기 위한 심지를 포함한다. 유체 바이오샘플은 시간이 지남에 따라 전자 바이오센서에 걸쳐 흐르게 되어 타깃 분자가 유체 바이오샘플과 함께 흘러 캡처 분자가 전자 바이오센서에 걸쳐 유체 바이오샘플과 함께 흐르는 타깃 분자를 캡처할 수 있는 기회를 가능하게 한다. 심지는 유체 바이오샘플의 흐름을 수용하고 흡수하기 위한 초흡수성 중합체(SAP: super-absorbant-polymer) 및 흐름 전달층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여과지, 3M 양면 접착제, SAP 분말, 3M 양면 접착제로 이루어진 층화된 구조체는 우수한 EBC 보유 능력을 갖는 심지 재료를 형성합니다. 3M 양면 접착제는 2개의 시트 또는 이형지 사이에 배치된다. 먼저 3M 양면 접착제 시트에 홀이 펀칭되고 하나의 이형 시트가 제거된다. 노출된 접착제에 여과지의 시트가 부착된다. 다른 이형 시트가 제거되고 새로 노출된 접착제에 SAP 분말이 뿌려지고 흔들려 임의의 과잉 SAP 분말을 제거한다. 심지로 사용할 때, EBC는 모세관 작용에 의해 테스팅 영역에서 여과지로 당겨지고 홀은 EBC가 여과지에서 SAP 분말로 흐를 수 있는 접근을 제공한다. SAP 분말은 EBC를 흡수하여 팽창한다. 상대적으로 많은 양의 EBC가 이러한 층화된 구조 심지에 보유될 수 있어 테스팅 영역에 걸쳐 EBC의 지속적인 흐름을 제공하는 데 사용될 수 있다. 층화된 구조의 심지는 테스트 영역에 걸쳐 EBC의 연속적인 흐름을 가능하게 하는 미세 유체 드레인을 제공하여 타깃 분자가 시간이 지남에 따라 캡처되고 캡처 분자에 의해 축적될 수 있다. 미세유체 재료 및 기하 형태에 의해 설정된 유속 및 테스팅 영역에 걸친 EBC 흐름의 경과 시간을 알면 경과 시간에 따른 바이오센서의 전기적 특성 변화에 따른 바이러스 부하 계산을 가능하게 한다.
도 144는 유체 바이오샘플 풀링 영역에 샘플 패드와 함께 배치된 LFA 스트립을 갖는 유체 바이오샘플 축적 저장소에 의해 형성된 풀링 영역을 갖는 호흡 기반 진단 장치의 LFA 구성을 도시한다. 유체 전달 시스템은 전자 바이오센서에 걸쳐 유체 바이오샘플의 축적을 풀링하도록 구성되고 치수가 지정될 수 있다. 유체 바이오샘플은 전자 바이오센서의 캡처 분자와 접촉하는 시간에 걸쳐 풀링되어 유체 바이오샘플이 축적되는 동안 캡처 분자가 타깃 분자와 결합할 시간 및 기회를 제공한다. 이러한 구현예에서, EBC의 풀링은 캡처 분자에 의한 EBC의 풀링에서 타깃 분자의 축적에 대한 결합 시간 및 접근을 허용하여, 풀에서의 EBC 체적이 증가함에 따라 주어진 체적의 EBC에 존재하는 심지어 더 낮은 농도의 바이오마커가 검출되도록 허용한다. 도 145는 특정 타깃 바이오마커에 대해 구성된 LFA를 수용할 준비가 된 LFA 구성 및 풀링 영역을 도시한다. 도 146은 기존 마스크로 개장된 테스팅 시스템을 갖는 LFA 구성을 도시한다. 유사하게, 진단 시스템은 전자 바이오센서(들)가 EBC의 축적 풀에서 시간이 지남에 따라 침지될 수 있도록 구성될 수 있다.
이 구현예에 따르면, 유체 전달 시스템은 EBC 수집기로부터 수용된 유체 바이오샘플을 풀링하기 위한 바이오샘플 풀링 영역을 포함한다. 바이오마커 테스팅 유닛은 유체 바이오샘플이 모세관 작용을 통해 다중-구역 전달 매체를 통해 흐르는 횡방향 흐름 검정을 포함한다. 횡방향 흐름 검정은 유체 바이오샘플을 수용하기 위한 풀링 영역에 배치된 샘플 패드, 바이오마커-라벨링된 캡처 분자 복합체가 형성된 컨쥬게이트 방출 패드, 검출 구역 및 잠재적 바이오마커를 검출하기 위해 유체 샘플로부터 방출 패드를 통해 검출 구역으로의 유체 샘플 흐름을 유발하기 위한 흐름 멤브레인을 포함한다. 동작 시, 유체 바이오샘플은 호기 증기를 타깃 바이오마커를 포함하는 유체 샘플로 응축시켜 생성된다. 유체 바이오샘플은 모세관 작용을 통해 다중-구역 전달 매체를 통해 흐른다. 구역은 통상적으로 스트립에 부착된 분자가 타깃 바이오마커와 상호 작용할 수 있도록 하는 중합체 스트립으로 만들어진다. 일반적으로 중첩되는 멤브레인은 안정성과 핸들링을 개선하기 위해 백킹 카드 상에 장착된다. 타깃 바이오마커 및 다른 성분을 포함하는 샘플은 궁극적으로 다중-구역 전달 매체를 통한 유체 샘플의 위킹을 촉진하는 흡수성 샘플 패드에 수용된다. 이 구조는 본원에 설명된 호흡 기반 진단 시스템에 특히 적응 가능하며, 여기서 LFA 스트립은 진단 시스템의 나머지 구성 부분으로 편리하게 삽입되고 구성될 수 있어 시각적 표시(테스트 및 제어 라인)가 마스크의 외부 상에 보이며 샘플 패드는 마스크 내부 상의 축적된 EBC에 적셔진다. 케어-지점 테스트, 또는 가정 테스트의 겨우, 이러한 피처는 특히 유용하며 피검자가 Covid-19와 같은 전염성이 높은 질병에 대해 테스트될 수 있는 쉬운 방식을 제공한다.
다른 구현예에 따르면, 유체 전달 시스템은 EBC 수집기로부터 수용된 유체 바이오샘플을 풀링하기 위한 바이오샘플 풀링 영역을 포함한다. 바이오마커 테스팅 유닛은 유체 바이오샘플이 모세관 작용을 통해 다중-구역 전달 매체를 통해 흐르는 횡방향 흐름 검정을 포함한다. 횡방향 흐름 검정은 유체 바이오샘플을 수용하기 위해 풀링 영역에 배치된 컨쥬게이트 방출 패드를 포함한다. 컨쥬게이트 방출 패드는 타깃 바이오마커의 타깃 분자를 캡처하고 바이오마커-라벨링된 캡처 분자 복합체를 형성하기 위한 캡처 분자를 갖는다. 횡방향 흐름 검정은 잠재적 바이오마커를 검출하기 위해 컨쥬게이트 방출 패드로부터 검출 구역으로 유체 샘플을 흐르게 하기 위한 검출 구역 및 흐름 멤브레인을 추가로 포함한다. 유체 전달 시스템은 컨쥬게이트 방출 패드와 검출 구역 사이에 유체 연통하도록 배치된 유체 댐을 추가로 포함한다. 즉, 유체 바이오샘플은 컨쥬게이트 방출 패드로부터 검출 구역(즉, 유체 연통)으로 흐를 수 있다. 컨쥬게이트 방출 패드에서, 유체 댐이 시간 경과에 따라 형성된 바이오마커-라벨링된 캡처 분자 복합체를 갖는 유체 바이오샘플의 수량을 방출할 때까지 캡처 분자가 타깃 분자와 결합할 시간 및 기회를 제공하기 위해 유체 바이오샘플의 수량이 캡처 분자와 접촉하여 시간 경과에 따라 풀링된다. 복합체는 축적된 바이오샘플과 함께 컨쥬게이트 방출 패드에서 검출 구역으로 흐른다. 유체 댐은 유체 바이오샘플에 의해 용해되어 제거되는 용해성 재료 및 풀 탭에 의해 제거되는 비투과성 재료 중 하나를 포함한다. 유체 댐의 제거는 시간 경과에 따라 형성된 바이오마커-라벨링된 캡처 분자 복합체와 검출 영역으로 흐르는 유체 바이오샘플의 축적된 양의 적어도 일부를 방출한다.
컨쥬게이트 방출 패드는 타깃 바이오마커와 결합 친화도를 갖는 라벨링된 캡처 분자를 포함하고 착색 또는 형광 지시자 입자에 컨쥬게이팅된다. 유체 댐이 흐름을 억제하는 시간 동안 컨쥬게이트 방출 패드 상에 유체 바이오샘플을 풀링함으로써, 컨쥬게이트 방출 패드에서, 라벨링된 항체, 지시자 입자 및 타깃 바이오마커는 타깃 바이오마커-라벨링된 항체 복합체를 형성하기 위해 결합할 시간 및 기회를 갖는다. 유체 댐이 방출되면, 유체 샘플은 스트립을 따라 검출 구역으로 이동한다.
도 147은 밀폐되어 씰링된 LFA 테스팅 구성과 안면 마스크를 도시한다. 씰링된 백은 수분 및 오염물이 바이오마커 테스팅 유닛의 효능을 변경하는 것을 방지하고, 주변 습기를 응축으로부터 EBC 수집기 및 유체 전달 부분을 유지한다. 이상적으로, 마스크는 열 질량체를 냉각시키기 위해 냉장고나 냉동고에 저장된다. 도 148은 기존의 안면 마스크로 개장되고 테스트의 개시에서 피검자가 착용한 LFA 테스팅 구성을 도시한다. 도 149는 피검자의 호기 증기가 LFA를 통해 전달된 유체 바이오샘플로 변환된 후의 LFA 테스팅 구성을 도시하고 EBC 테스트 결과의 시각적 표시를 도시한다. 냉각된 열 질량체는 호흡 증기가 호흡 응축물로 응축되는 것을 촉진한다. 그러나, 설명된 진단 시스템의 프로토타입은 마스크를 피검자에게 배치하기 전에 모든 부분이 실온에 있을 때 EBC를 수집하는 데 효과적인 것으로 입증되었다. 가정용 냉동고에서 냉각된 열 질량체의 경우, 진단 시스템의 LFA 버전은 약 3분 30초 내에 LFA 시스템을 통한 완전한 흐름을 위해 충분한 EBC를 수집하는 것으로 나타났다. 실온 진단 시스템의 경우, LFA 전체 흐름에 대한 EBC는 통상적으로 10분 미만이 소요된다.
도 150은 기존의 몰딩된 안면 마스크로 개장된 전자 바이오센서 테스팅 구성을 도시한다. 도 151은 기존 마스크의 벽을 관통하는 전자 바이오센서 테스팅 구성의 연결 핀을 도시하는 확대도이다. 도 152는 기계적으로 고정되고 연결 핀을 통해 전자 바이오센서와 전기적으로 연결된 마스크 외부 상에 전자 회로가 배치된 전자 바이오센서 테스팅 구성을 갖는 기존의 몰딩된 마스크를 도시한다. 호흡 기반 진단 시스템은 광범위하게 다양한 기존 마스크에 적응될 수 있다. 프로토타입 구성에서, 약 5 mL의 물/SAP 겔 체적은 진단 시스템의 LFA 및 전자 바이오센서 버전 모두에 대해 EBC의 적절한 체적보다 많이 약 5분 내에 수집하기 위해 동결될 때 효과적인 열 질량체이다. 실온에서, 동일한 열 질량체는 적절한 EBC를 수집하는 데 약 20분이 걸린다. 재료, 기하 형태 및 미세 유체 재료 등에 대한 추가 개선은 실온 및 테스트에 유용한 수량의 EBC의 냉각된 수집 모두를 개선할 것으로 예상된다. 예를 들어, 테프론 표면은 응축물-형성 표면으로서의 향상을 제공할 수 있으며, 특히 수집된 EBC를 테스팅 영역 등으로 보내기 위한 흐름 채널을 포함하도록 형상화되는 경우 유체 전도체에 대한 필요성을 제거할 수 있다.
도 153은 EBC 테스트 결과를 나타내는 마스크 외부 상에 배치된 전자 회로를 도시한다. 도시된 프로토타입 예에서, LED는 EBC의 존재를 나타낸다. 본원에 설명된 바와 같이, 기능화된 디바이스에서, 타깃 분자에 대한 친화도를 갖는 캡처 분자는 테스트 바이오샘플의 타깃 분자의 존재 또는 부재에 따라 2개 이상의 전극에서 측정된 전기적 특성을 변경하는 데 사용된다.
도 154는 테스팅 시스템 지지체 상에서 지지되는 다중-바이오마커 테스팅 유닛을 도시한다. 도 155는 EBC 수집기로부터의 유체 바이오샘플을 다중-바이오마커 테스팅 유닛의 각각의 전자 바이오센서로 제공하기 위한 유체 전달 시스템을 도시한다.
도 156은 다중-바이오마커 테스팅 유닛에 걸쳐 유체 바이오샘플을 연속적으로 흐르게 하기 위한 심지와 기존 마스크로 개장하기 위한 접착제를 갖는 테스팅 시스템 지지체의 후방 측면을 도시한다. 이 구현예에서, 유체 전달 시스템은 사전 결정된 시간량 동안 전자 바이오센서에 걸쳐 사전 결정된 체적의 유체 바이오샘플이 흐르도록 구성되고 치수가 정해진다. 예를 들어, 미세 유체 재료의 선택 및 미세 유체 경로의 기하 형태는 풀링 영역으로부터 인출된 사전 결정된 체적의 EBC가 전자 바이오센서의 테스팅 영역(즉, 기능화된 전극)에 걸쳐 흐르도록 설계될 수 있다. 타깃 분자의 농도는 사전 결정된 시간량 동안 전자 바이오센서에 걸쳐 흐르는 유체 바이오샘플의 사전 결정된 체적과 전기 신호의 변화의 함수로서 결정될 수 있다. 전자 바이오센서는 캡처된 바이오마커에 따라 전기적 신호를 변경하는 캡처 분자에 따른 전기적 특성의 변화를 갖는 전기적 신호를 출력한다. 그 후, 전자 회로는 수집된 바이오샘플의 주어진 체적에서 타깃 바이오마커의 계산된 농도를 메모리에 저장된 룩업 테이블에서 계산하거나 조회할 수 있다.
도 157은 테스팅 구역을 향해 EBC를 운반하기 위한 친수성 패턴을 가진 흐름 전도체를 도시하다. 도 158은 응축물-형성 표면을 형성하는 전면이 있는 열 질량체를 도시한다. 도 159는 바이오마커 테스팅 유닛의 테스팅 구역을 향해 EBC를 운반하기 위한 유체 전달 시스템을 도시한다. 도 160은 바이오마커 테스팅 유닛의 전자 바이오센서 버전을 도시한다.
도 161은 EBC 수집기, 유체 전달 시스템 및 바이오마커 테스팅 유닛을 지지하고 기존 안면 마스크 내부에 맞도록 구성되고 치수가 정해진 테스팅 시스템 지지체를 도시한다. 도 162는 조립된 진단 시스템을 도시한다.
도 163은 마스크-기반 진단 시스템의 구성 부분을 도시한다. 이 구현예에서 EBC 수집기 및 진단 시스템의 유체 수집 및 운반 요소의 부분은 가열된 롤 라미네이션, 프레싱, 융합 또는 압력 감지 접착제를 포함하는 저비용, 대량 제조 기술을 사용하여 마스크 기판에 적용된다. 일회용 마스크 재료는 테스트 절차 동안 호기 증기를 포함하는 기능만 수행하도록 선택될 수 있거나, 예를 들어, 단지 테스팅 프로세스 동안을 넘은 마스크의 사용을 허용하도록 장벽 및 흡수 피처도 제공하도록 선택될 수 있다. 마스크에 일체로 형성되어 열 질량체가 제공될 수 있거나, 도시된 바와 같이, 열 질량체는 냉동고에서 꺼내어 마스크에 내장된 홀더 또는 파우치에 배치될 수 있다.
도 164는 유체 전도체의 구현예의 인치의 치수와 기하 형태를 도시한다. 도 165는 EBC 수집기와 봉쇄 체적 내부에 배치된 호흡 기반 진단 시스템의 다른 부분을 갖는 안면 마스크에 의해 규정되는 호기 증기 봉쇄 체적을 도시한다.
다양한 구성 부분에 대한 치수 및 기하 형태 및 비열, 유체 유속 등과 같은 다른 물리적 특성은 특정 안면 마스크, 위치, 연중 시간, 실내 또는 실외 사용 등에 따라 선택될 수 있다.
열 질량체는 금속 호일, 흐름 전달 채널을 갖는 윤곽을 가진 형상, 흡열 화학 반응, 금속 슬러그 및 호기 증기, 물 및 SAP 겔로부터 열 에너지를 흡수하도록 열적으로 강화된 복합 재료, 롤 라미네이션 프로세스에 의해 형성되어 구조화된 복합층 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도 166은 복합 열 질량체를 도시한다. 도 167은 물/SAP 겔 열 질량체를 도시한다. 도 168은 물/SAP 열 질량체 및 LFA 바이오마커 테스팅 유닛을 갖는 호흡 기반 진단 시스템의 후방 측면을 도시한다.
도 169는 응축물-형성 표면과 유체 전도체 채널을 갖는 엠보싱 처리된 금속 호일 열 질량체를 도시한다. 도 170은 마스크-기반 진단 시스템의 홀딩 파우치에 삽입하기 위한 흡열 열 질량체를 도시한다. 도 171은 동석 분말/바인더 복합 열 질량체를 도시한다. 도 172는 금속 슬러그 열 질량체를 도시한다.
도 173은 저장소의 LFA의 샘플 패드와 마스크 외부에 배치된 LFA의 적어도 시각적 판독 부분을 갖는, EBC 수집기 및 마스크 내부에 배치된 축적된 유체 바이오샘플 저장소를 갖는 구성된 안면 마스크를 도시한다. 도 174는 마스크 내부 상의 호기 증기 봉쇄 체적에 배치된 열을 갖는 EBC 수집기를 도시한다. 유체 전달 시스템은 EBC 수집기로부터 수용된 유체 바이오샘플을 풀링하기 위한 바이오샘플 풀링 영역을 포함한다. 이러한 구현예에 따르면, 바이오마커 테스팅 유닛은 횡방향 흐름 검정을 포함한다.
유체 전달 시스템은 또한 유체 댐이 유체 바이오샘플의 축적된 양으로 풀링 영역을 범람시키기 위해 유체 바이오샘플의 양을 방출할 때까지 유체 바이오샘플의 양을 축적하기 위해 EBC 수집기와 풀링 영역 사이에 유체 연통하도록 배치된 유체 댐을 포함할 수 있다. 유체 바이오샘플의 축적된 양은 EBC가 호기 증기로부터 수집되어 LFA 미세 유체 흐름 프로세스를 용이하게 할 때 더 느리게 제공되는 것 대신에 범람으로서 샘플 패드에 제공된다. 유체 댐은 유체 바이오샘플에 의해 용해되어 제거되는 용해성 재료 및/또는 풀 탭에 의해 제거되는 비투과성 재료일 수 있다. 유체 댐의 제거는 유체 바이오샘플의 축적된 양을 방출하여 풀링 영역을 범람시킨다.
도 175는 용해성 접착제를 포함하는 유체 댐을 갖는 유체 전달 시스템의 구성을 도시한다. 유체 댐은 EBC 수집기와 유체 댐이 축적된 양의 유체 바이오샘플로 풀링 영역을 범람시키기 위해 유체 바이오샘플의 양을 방출하고 축적된 양의 유체 바이오샘플을 샘플 패드로 제공할 때까지 유체 바이오샘플의 양을 축적하기 위한 풀링 영역 사이의 유체 연통에 배치된다. 유체 댐은 유체 바이오샘플에 의해 용해되어 유체 바이오샘플의 축적된 양을 방출하는 용해성 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 구현예에서, LFA 스트립은 풀링 영역을 형성하는 샘플 축적 저장소에 배치된 샘플 단부를 갖는다. 유체 댐은 적절한 양의 EBC가 수집될 때까지 EBC가 풀링 영역으로 들어가는 것을 억제한다. 유체 댐이 방출되면, FLA 샘플 패드가 범람되어 LFA 미세 유체 전체에 걸쳐 적절한 흐름을 보장한다.
도 176은 호흡 기반 진단 시스템의 분기 버전의 어셈블리를 도시한다. 도 177은 호흡 기반 진단 시스템의 분기 버전의 구성 부분의 분해도를 도시한다. 비제한적인 구현예에 따르면, 유체 전도체는 유체 바이오샘플을 흡수하기 위한 전달 체적을 포함한다. 전달 체적은 흡수 포화점을 가지며, 유체 전도체는 흡수 포화점에 도달하기 전에는 느린 속도로 유체 바이오샘플을 전도하고 흡수 포화점에 도달한 후에는 빠른 속도로 전도한다. 프로토타입에서, 유체 전도체는 압력 감지 접착제에 부착된 여과지를 사용하여 구성되었다. 압력 감지 접착제는 여과지의 미세 모세관 채널에 눈에 띄게 채우지 않아 액체 샘플이 여과지의 표면 또는 노출된 에지와 접촉할 때 액체 샘플이 여과지에 흡수되면서 따라 흐를 것이다. 접착제/여과지 층화된 구조체는 원하는 유체 전도체 패턴으로 절단된다. 접착제는 패턴화된 접착제/여과지 층화된 유체 전도체를 예를 들어, 응축물-형성 표면에 접착하기 위한 메커니즘을 제공하여 표면 상에 유착되는 유체 액적이 중력 또는 흔들림의 작용에 의해 유체 전도체로 이동한다. 접착제/여과지 층화된 구조체로 설명된 바와 같이 구성된 유체 전도체는 물로 채워진 스펀지와 같이 일정량의 액체를 보유할 수 있으며 포화되면 추가 물은 스펀지에서 흡수 및 보유되는 대신 스펀지로부터 나와서 단지 흐른다. 체적은 유체 전도체가 부착된 표면(예를 들어, 응축물-형성 표면)에 의해 제한되며 포화된 유체 전도체와 접촉하는 임의의 추가 유체에 대한 매우 빠른 운반 채널이 된다.
응축물-형성 표면은 열 질량체의 전방 표면, 소수성 및 친수성 채널을 갖는 인쇄된 기판, 유체 전도체를 정의하기 위해 경계를 형성하도록 인쇄된 코팅 중 적어도 하나이다. 유체 전도체는 경계를 형성하고 응축물-형성 표면을 규정하기 위해 인쇄된 코팅, 윤곽 형상의 표면, 친수성 텍스처를 갖는 열 질량체의 전방 표면의 규정된 영역, 유체 바이오샘플을 흡수하기 위한 전달 체적을 갖는 미세 유체 어셈블리 중 적어도 하나이다. 친수성 텍스처를 형성하는 예로서, 레이저 제거 또는 패턴화된 화학적 에칭 프로세스를 사용하여 더욱 소수성인 표면의 영역(금속 또는 플라스틱) 및 더욱 친수성인 다른 영역을 생성할 수 있다.
구현예에서, 흡착 포화점에 도달하는 것을 용이하게 하기 위해 유체 전도체에서 동결 가능한 흐름 개시 유체가 제공되며, 여기서 동결 가능한 용액은 유체 바이오샘플에 대한 완충제 및 교정 성분 중 적어도 하나를 포함한다. 교정 성분은 전자 회로가 개시 유체로부터 교정 값을 결정할 수 있도록 한다. 마스크-기반 진단 장치를 사용하기 전에, 동결 가능 용액이 동결된 상태로 유지되고 대량-기반 진단 장치를 사용하는 동안 동결 가능 용액이 해동되고 EBC 수집기의 표면을 적셔 EBC 액체 바이오샘플의 유체 전달을 용이하게 한다. 이러한 흐름 개시 유체의 사용으로, 전자 바이오센서의 테스트 영역(기능화된 전극)에 수용된 제1 액체는 알려진 양의 교정 성분을 포함한다. 교정 성분은 예를 들어, 전해질, 염, 계면 활성제 또는 전자 바이오센서의 전극들 사이에서 예상되는 전기적 특성의 변화를 초래하는 다른 화학 물질일 수 있다.
도 178은 유체 전달 채널을 형성하는 윤곽을 갖는 엠보싱 처리된 금속 호일 응축물-형성 표면으로 형성된 분기된 버전을 도시한다. 도 179는 호흡 기반 진단 시스템의 분기된 버전의 단면 분해도이다. 도 180은 호흡 기반 진단 시스템의 분기된 버전의 조립 단면도이다.
분기된 버전은 특히 통상적인 KN95 마스크와 같이 대칭 폴드 라인이 있는 마스크에 사용하도록 설계된다. 도 181은 호흡 기반 진단 시스템의 LFA 버전이 있는 KN95 기존 마스크 개장을 도시한다. 도 182는 LFA가 마스크 내부 상에 배치된 LFA를 갖는 KN95 마스크 내부 상에 배치된 개장 테스팅 시스템을 도시한다.
바이오마커 테스팅 유닛은 유체 바이오샘플에 포함된 타깃 분자를 캡처하고 캡처 분자에 의해 캡처된 타깃 분자에 따른 전기 신호를 출력하기 위한 캡처 분자를 갖는 전자 바이오센서를 포함할 수 있다.
도 183은 캡처 분자에 대한 타깃 분자의 결합의 시작에서 출력 신호를 나타내는 그래프와 함께 전계 효과 트랜지스터로서 구성된 전자 바이오센서를 도시한다. 도 184는 캡처된 더 많은 타깃 분자를 갖는 전계 효과 트랜지스터로서 구성된 전자 바이오센서와 캡처 분자에 대한 타깃 분자의 결합의 시작 후의 시간에 출력 신호를 나타내는 그래프를 도시한다. 도 185는 캡처된 더 많은 타깃 분자를 갖는 전계 효과 트랜지스터로서 구성된 전자 바이오센서와 캡처 분자에 대한 타깃 분자의 결합의 시작 후의 시간에 출력 신호를 나타내는 그래프를 도시한다. 유체 바이오샘플은 시간이 지남에 따라 전자 바이오센서에 걸쳐 흐르게 되어 타깃 분자가 유체 바이오샘플과 함께 흘러 캡처 분자가 전자 바이오센서에 걸쳐 유체 바이오샘플과 함께 흐르는 타깃 분자를 캡처할 수 있는 기회를 가능하게 한다.
전계 효과 트랜지스터 바이오센서의 경우, 실리카와 같은 전기 및 화학적 절연층이 반도체 전계 효과 트랜지스터 디바이스의 요소로부터 유체 바이오샘플을 분리한다. 중합체층, 예를 들어, (3-아미노프로필)트리에톡시실란(APTES)은 결합 표면을 캡처 분자 바이오수용체에 화학적으로 링크하는 데 사용된다. 예를 들어, 캡처 분자는 타깃 분자에 대한 결합 친화도를 갖도록 엔지니어링된 압타머 또는 항체일 수 있다. 캡처 분자가 타깃 분자와 결합할 때, 전해질-절연체층의 결합 표면에서 정전기 전위의 변화가 발생하며, 이는 결국 반도체 디바이스의 정전 게이팅(gating) 효과, 및 소스 전극과 드레인 전극 사이의 측정 가능한 전류 변화를 초래한다.
전자 바이오센서는 적어도 소스 및 드레인 전극을 갖는 전극층을 포함하는 전계 효과 트랜지스터 구조체를 포함할 수 있다. 결합 표면은 소스 전극과 드레인 전극 사이에 배치되고 타깃 바이오마커를 캡처하기 위해 적어도 하나의 캡처 분자로 기능화된다. 타깃 바이오마커를 캡처하면 테스트 결과 신호로 검출되는 소스 전극과 드레인 전극 사이의 적어도 하나의 전기적 특성을 변경시킨다. 다중 바이오마커 구성에서, 각각의 캡처 분자는 각각의 바이오마커에 대해 인피니티를 갖는다. 예를 들어, Covid-19 테스팅 시스템의 경우, EBC 샘플을 수신하고 다른 타깃 분자를 테스트하는 바이오마커 테스팅 유닛의 다른 전자 바이오센서에 대해 캡처 분자가 제공될 수 있다. 전자 회로는 바이오마커 테스팅 유닛으로부터 출력 신호를 수신하여 친화도에 따라 테스트 신호 값을 결정하고 각각의 상이한 캡처 분자 및 각각의 바이오마커에 대한 결과 값을 계산한다. 이는 다중 바이오마커의 검출을 가능하게 하여 테스팅 시스템의 통계적 정확성을 개선하고/개선하거나 복수의 스트레인 또는 유형의 Covid-19 바이러스(또는 다른 질병)를 테스트한다. 전자 바이오센서는 기판을 추가로 포함하고, 결합 표면은 결합 벌크의 상단 표면이고 결합 벌크의 바닥 표면은 기판에 확산 본딩된다. 캡처 분자는 압타머, 엔지니어링된 항체, 항체, 단백질, 항원, 핵산-기반 리간드 및 모노클론 항체 등을 모방하도록 엔지니어링된 소분자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 상술한 예시적인 구현예에 대한 다양한 수정 및 적응은 첨부된 도면과 함께 읽을 때 상술한 설명을 고려하여 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 수 있다. 그러나, 임의의 그리고 모든 수정은 여전히 본 발명의 비제한적이고 예시적인 구현예의 범위 내에 속할 것이다.
본원에 설명된 구현예는 예시적이고 비제한적인 것으로 의도되며, 생체 측정, 환경 또는 다른 측정된 조건의 선택은 본원에 설명된 특정 메트릭 또는 복수의 메트릭으로 한정되지 않으며 특정 어플리케이션 및 치료, 데이터 수집 및/또는 검출된 메트릭의 다른 사용에 따를 것이다. 또한, 본원에 설명된 임의의 구현예에서 채택되는 치료는 특정 치료 또는 작용에 한정되지 않고 결합된 검출된 메트릭 및 적용된 치료의 의도된 용도 및 원하는 결과에 따를 것이다.
또한, 본 발명의 다양하고 비제한적이고 예시적인 구현예의 피처 중 일부는 다른 피처의 대응하는 사용 없이 유리하게 사용될 수 있다. 이와 같이, 상술한 설명은 본 발명의 원리, 교시 및 예시적인 구현예를 단지 예시하는 것으로 간주되어야 하며 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 상술한 예시적인 구현예에 대한 다양한 수정 및 적응은 첨부된 도면과 함께 읽을 때 상술한 설명을 고려하여 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 수 있다. 그러나, 임의의 그리고 모든 수정은 여전히 본 발명의 비제한적이고 예시적인 구현예의 범위 내에 속할 것이다. 본원에 설명된 구현예는 예시적이고 비제한적인 것으로 의도되며, 생체 측정, 환경 또는 다른 측정된 조건의 선택은 본원에 설명된 특정 메트릭 또는 다중 메트릭으로 한정되지 않고, 특정 어플리케이션 및 치료, 데이터 수집 및/또는 검출된 메트릭의 다른 사용에 따를 것이다. 또한, 본원에 설명된 임의의 구현예에서 채용되는 치료는 특정 치료 또는 작용에 한정되지 않고 결합된 검출된 메트릭 및 적용된 치료의 의도된 용도 및 원하는 결과에 따를 것이다.
또한, 본 발명의 다양한 비제한적이고 예시적인 구현예의 피처 중 일부는 다른 피처의 대응하는 사용 없이 유리하게 사용될 수 있다. 이와 같이, 상술한 설명은 본 발명의 원리, 교시 및 예시적인 구현예를 단지 예시하는 것으로 간주되어야 하며 이에 한정되는 것은 아니다.
Claims (83)
- 장치로서,
피검자의 폐 및 기도로부터 수용된 호흡 증기를 유체 바이오샘플로 변환하기 위한 호기 응축물(EBC: exhaled breath condensate) 수집기;
상기 유체 바이오샘플을 수용하고 상기 유체 바이오샘플에 포함된 타깃 바이오마커(biomarker)에 대한 상기 유체 바이오샘플을 테스트하기 위한 바이오마커 테스팅 유닛; 및
상기 EBC 수집기를 지지하기 위한 테스팅 시스템 지지체를 포함하고, 상기 테스팅 시스템 지지체는 안면 마스크 내부에 맞도록 구성되고 치수가 지정되며, 상기 안면 마스크는 호기 증기 봉쇄 체적을 형성하여 상기 EBC 수집기에 근접하여 상기 호기 증기를 유지하여 상기 호기 증기가 상기 유체 바이오샘플로 유착될 수 있게 하는, 장치. - 방법으로서,
기판을 제공하는 단계;
상기 기판 상에 제1 전도체 및 제2 전도체를 제공하고, 상기 제1 전도체와 상기 제2 전도체 사이에 갭을 규정하는 단계;
상기 갭에 용매 캐리어 매트릭스를 배치하는 단계로서, 상기 용매 캐리어 매트릭스는 상기 기판을 화학적으로 연화시키기 위한 용매이며, 랜덤하게 분산된 나노 입자들을 포함하는, 배치하는 단계;
상기 나노 입자들을 정렬하기 위해 상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체에 전압을 인가하는 단계;
상기 기판 상에 상기 정렬된 나노 입자들을 고정하기 위해 상기 용매 캐리어 매트릭스를 증발시키는 단계를 포함하는, 방법. - 방법으로서,
전극들 사이의 기판 상에 배치된 기능화되지 않은 정렬된 나노-튜브들의 롤(roll)을 제공하는 단계;
캐리어 유체에 랜덤하게 분산된 링커(linker)/캡처 분자들을 함유하는 유체 배스(bath)에 상기 롤의 제1 부분을 배치하는 단계;
상기 정렬된 나노-튜브들을 상기 링커/캡처 분자들로 기능화하는 단계;
전극들 사이의 상기 기판 상에 배치된 기능화된 나노 튜브들을 갖는 상기 유체 배스로부터 상기 제1 부분을 제거하는 단계; 및
상기 유체 배스에 상기 롤의 제2 부분을 배치하는 단계를 포함하는, 방법.
바이오샘플 풀링(pooling) 영역 청구항(JJD210302) - 피검자의 호기에 포함된 바이오마커를 검출하기 위한 마스크-기반 진단 장치로서,
상기 피검자의 폐 및 기도로부터 수용된 호흡 증기를 유체 바이오샘플로 변환하기 위한 호기 응축물(EBC) 수집기로서, 상기 EBC 수집기는 열 질량체, 응축물-형성 표면 및 상기 응축물-형성 표면 상에 배치된 유체 전도체를 포함하는, EBC 수집기;
상기 EBC 수집기로부터 상기 유체 바이오샘플을 수용하기 위한 유체 전달 시스템;
상기 유체 전달 시스템으로부터 상기 유체 바이오샘플을 수용하고 상기 유체 바이오샘플에 함유된 타깃 바이오마커에 대해 상기 유체 바이오샘플을 테스트하기 위한 바이오마커 테스팅 유닛;
상기 EBC 수집기, 상기 유체 전달 시스템 및 상기 바이오마커 테스팅 유닛을 지지하기 위한 테스팅 시스템 지지체로서, 상기 테스팅 시스템 지지체는 안면 마스크 내부에 맞도록 구성되고 치수가 지정되는, 테스팅 시스템 지지체; 및
호기 증기 봉쇄 체적을 형성하여 상기 EBC 수집기에 근접하여 상기 호기 증기를 유지하여 상기 열 질량체에 의해 냉각된 상기 응축물-형성 표면이 상기 호기 증기를 상기 유체 바이오샘플로 유착될 수 있게 하는 안면 마스크를 포함하는, 마스크-기반 진단 장치. - 제4항에 있어서,
상기 유체 전달 시스템은 상기 EBC 수집기로부터 수용된 상기 유체 바이오샘플을 풀링하기 위한 바이오샘플 풀링 영역을 포함하고; 상기 바이오마커 테스팅 유닛은 상기 유체 바이오샘플이 모세관 작용을 통해 다중-구역 전달 매체를 통해 흐르는 횡방향 흐름 검정을 포함하고, 상기 횡방향 흐름 검정은 상기 유체 바이오샘플을 수용하기 위한 풀링 영역에 배치된 샘플 패드, 바이오마커-라벨링된 캡처 분자 복합체가 형성된 컨쥬게이트 방출(conjugate release) 패드, 검출 구역 및 상기 유체 샘플이 잠재적 바이오마커를 검출하기 위해 상기 샘플 패드로부터 상기 방출 패드를 통해 상기 검출 구역으로 흐르게 하기 위한 흐름 멤브레인을 포함하는, 마스크-기반 진단 장치. - 제5항에 있어서,
상기 유체 전달 시스템은 축적된 양의 상기 유체 바이오샘플로 상기 풀링 영역을 범람시키고 상기 축적된 양의 유체 바이오샘플을 상기 샘플 패드에 제공하기 위해 유체 댐이 상기 유체 바이오샘플의 양을 방출할 때까지 상기 유체 바이오샘플의 양을 축적하기 위해 상기 EBC 수집기와 상기 풀링 영역 사이에서 유체 연통하도록 배치된 상기 유체 댐을 더 포함하고, 상기 유체 댐은 상기 유체 바이오샘플에 의해 용해되어 제거되는 용해성 재료 및 풀 탭(pull tab)에 의해 제거되는 비투과성 재료 중 하나를 포함하고, 상기 유체 댐의 제거는 상기 풀링 영역을 범람시키기 위해 상기 축적된 양의 유체 바이오샘플을 방출하는, 마스크-기반 진단 장치. - 제4항에 있어서,
상기 유체 전달 시스템은 상기 EBC 수집기로부터 수용된 상기 유체 바이오샘플을 풀링하기 위한 바이오샘플 풀링 영역을 포함하고; 상기 바이오마커 테스팅 유닛은 상기 유체 바이오샘플이 모세관 작용을 통해 다중-구역 전달 매체를 통해 흐르는 횡방향 흐름 검정을 포함하고, 상기 횡방향 흐름 검정은 상기 유체 바이오샘플을 수용하기 위해 상기 풀링 영역에 배치된 컨쥬게이트 방출 패드를 포함하고, 상기 컨쥬게이트 방출 패드는 상기 타깃 바이오마커의 타깃 분자들을 캡처하고 바이오마커-라벨링된 캡처 분자 복합체를 형성하기 위한 캡처 분자들을 갖고, 상기 횡방향 흐름 검정은 상기 타깃 바이오마커를 검출하기 위해 상기 유체 샘플이 상기 컨쥬게이트 방출 패드로부터 상기 검출 구역으로 흐르게 하는 흐름 멤브레인 및 검출 구역을 더 포함하고, 상기 유체 전달 시스템은 상기 컨쥬게이트 방출 패드와 상기 검출 구역 사이에 유체 연통되도록 배치된 유체 댐을 더 포함하고, 상기 컨쥬케이트 방출 패드에서 일정량의 유체 바이오샘플이 상기 캡처 분자들과 접촉하는 시간에 따라 풀링되어 상기 유체 댐이 상기 시간에 걸쳐 형성된 상기 바이오마커-라벨링된 캡처 분자 복합체를 갖는 상기 일정량의 유체 바이오샘플을 방출할 때까지 상기 캡처 분자들이 타깃 분자들과 결합하는 시간 및 기회를 제공하여 상기 컨쥬게이트 방출 패드로부터 상기 검출 구역으로 상기 축적된 바이오샘플과 함께 흐르고, 상기 유체 댐은 상기 유체 바이오샘플에 의해 용해되어 제거되는 용해성 재료 및 풀 탭에 의해 제거되는 비투과성 재료 중 하나를 포함하고, 상기 유체 댐의 제거는 상기 축적된 양의 유체 바이오샘플의 적어도 일부와 시간이 따라 형성된 바이오마커-라벨링된 캡처 분자 복합체를 방출하여 검출 영역으로 흐르게 하는, 마스크-기반 진단 장치. - 제4항에 있어서,
상기 바이오마커 테스팅 유닛은 상기 유체 바이오샘플에 포함된 상기 타깃 분자들을 캡처하고 상기 캡처 분자들에 의해 캡처된 상기 타깃 분자들에 따라 전기 신호를 출력하기 위해 캡처 분자들을 갖는 전자 바이오센서를 포함하는, 마스크-기반 진단 장치. - 제8항에 있어서,
상기 유체 전달 시스템은 상기 바이오마커 테스팅 유닛이 상기 유체 바이오샘플의 흐름을 테스트한 후 상기 유체 바이오샘플의 흐름을 흡수하기 위한 심지(wick)를 포함하며, 이에 의해 상기 유체 바이오샘플이 시간에 따라 상기 전자 바이오센서에 걸쳐 흐르게 되어 상기 타깃 분자들이 상기 유체 바이오샘플과 함께 흘러 상기 캡처 분자들이 상기 전자 바이오센서에 걸쳐 상기 유체 바이오샘플과 함께 흐르는 상기 타깃 분자들을 캡처하는 기회를 가능하게 하는, 마스크-기반 진단 장치. - 제9항에 있어서,
상기 심지는 상기 유체 바이오샘플의 흐름을 수용하고 흡수하기 위한 초흡수성-중합체(SAP: super-absorbant-polymer) 및 흐름 전달층 중 적어도 하나를 포함하고; 상기 열 질량체는 금속 호일, 흐름 전달 채널을 갖는 윤곽화된 형상, 흡열 화학 반응, 금속 슬러그(slug), 및 호기 증기, 물, 물과 SAP 겔, 층화되고 구조화된 복합체로부터 열 에너지를 흡수하기 위해 열적으로 강화된 복합 재료 중 적어도 하나를 포함하고;
상기 응축물-형성 표면은 상기 열 질량체의 전방 표면, 소수성 및 친수성 채널을 갖는 인쇄된 기판 및 상기 유체 전도체를 규정하기 위해 경계를 형성하도록 인쇄된 코팅 중 적어도 하나이고;
상기 유체 전도체는 경계를 형성하고 상기 응축물-형성 표면을 규정하기 위해 인쇄된 코팅, 상기 윤곽화된 형상의 상기 표면, 친수성 텍스처를 갖는 열 질량체의 상기 전방 표면의 규정된 영역들, 상기 유체 바이오샘플을 흡수하기 위한 전달 체적을 갖는 마이크로 유체 어셈블리 중 적어도 하나이고;
상기 적어도 하나의 캡처 분자는 압타머(aptamer), 엔지니어링된 항체, 항체, 단백질, 항원, 핵산-기반 리간드, 및 단일 클론 항체들을 모방하도록 엔지니어링된 소분자들 중 적어도 하나를 포함하는, 마스크-기반 진단 장치. - 제8항에 있어서,
상기 전자 바이오센서는 적어도 소스 및 드레인 전극을 갖는 전극층; 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이에 배치되고 상기 타깃 바이오마커를 캡처하기 위해 적어도 하나의 캡처 분자로 기능화된 결합 표면을 포함하고, 상기 타깃 바이오마커를 캡처하는 것은 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이에서 적어도 하나의 전기적 특성을 변경하고, 각각의 캡처 분자는 각각의 바이오마커에 대한 인피니티(infinity)를 갖고, 상기 바이오마커 테스팅 유닛으로부터 출력 신호를 수신하고, 친화도에 의존하는 테스트 신호 값을 결정하고, 상기 적어도 하나의 캡처 분자 및 상기 각각의 바이오마커에 대한 결과 값을 계산하기 위한 전자 회로를 더 포함하는, 마스크-기반 진단 장치. - 제11항에 있어서,
상기 전자 바이오센서는 기판을 더 포함하고, 상기 결합 표면은 결합 벌크의 상단 표면이고, 상기 결합 벌크의 바닥 표면은 상기 기판에 확산 본딩되는, 마스크-기반 진단 장치. - 제8항에 있어서,
상기 유체 전달 시스템은 상기 전자 바이오센서에 걸쳐 상기 유체 바이오샘플의 축적을 풀링하도록 구성되고 치수가 지정되고, 상기 유체 바이오샘플은 상기 전자 바이오센서의 상기 캡처 분자들과 접촉하여 시간에 따라 풀링되어 상기 유체 바이오샘플이 축적되는 동안 상기 캡처 분자들이 타깃 분자들과 결합하는 시간과 기회를 제공하는, 마스크-기반 진단 장치. - 제13항에 있어서,
상기 유체 전달 시스템은 사전 결정된 시간량 동안 상기 전자 바이오센서에 걸쳐 사전 결정된 체적의 상기 유체 바이오샘플을 흐르게 하도록 구성되고 치수가 정해지며, 타깃 분자들의 농도는 상기 사전 결정된 시간량 동안 상기 전자 바이오센서에 걸쳐 흐르는 상기 유체 바이오샘플의 상기 사전 결정된 체적과 상기 전기 신호의 변화의 함수로 결정 가능하고, 상기 전자 바이오센서는 상기 캡처된 바이오마커에 따라 상기 전기 신호를 변경하는 캡처 분자에 따른 전기 특성들의 변화를 갖는 전기 신호를 출력하는, 마스크-기반 진단 장치. - 제14항에 있어서,
상기 유체 전도체는 상기 유체 바이오샘플을 흡수하기 위한 전달 체적을 포함하고, 상기 전달 체적은 흡수 포화점을 갖고, 상기 유체 전도체는 상기 흡수 포화점에 도달하기 전의 늦은 속도 및 상기 흡수 포화점에 도달한 후의 빠른 속도에서 상기 유체 바이오샘플을 전도하고, 사용 중에 상기 흡수 포화점에 도달하는 것을 용이하게 하기 위해 상기 유체 전도체에서 동결될 수 있는 흐름 개시 유체를 더 포함하며, 동결 가능한 용액은 테스트 유닛을 위한 교정 성분 및 버퍼 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 교정 성분은 상기 전자 회로가 상기 개시 유체로부터 교정 값을 결정할 수 있게 하고, 상기 마스크-기반 진단 장치의 사용 전에 상기 동결 가능한 용액은 동결된 상태로 유지되고, 질량-기반 진단 장치의 사용 중에 상기 동결 가능한 용액은 상기 EBC 수집기의 표면들을 해동시키고 적셔 상기 EBC 액체 바이오샘플의 유체 전달을 용이하게 하는, 마스크-기반 진단 장치. - 피검자의 호기에 포함된 바이오마커를 검출하기 위한 호흡 기반 진단 장치로서,
상기 피검자의 폐 및 기도로부터 수용된 호흡 증기를 유체 바이오샘플로 변환하기 위한 호기 응축물(EBC) 수집기로서, 상기 EBC 수집기는 열 질량체, 응축물-형성 표면 및 상기 응축물-형성 표면 상에 배치된 유체 전도체를 포함하는, EBC 수집기;
상기 EBC 수집기로부터 상기 유체 바이오샘플을 수용하기 위한 유체 전달 시스템;
상기 유체 전달 시스템으로부터 상기 유체 바이오샘플을 수신하고 상기 유체 바이오샘플에 포함된 타깃 바이오마커에 대한 상기 유체 바이오샘플을 테스트하기 위한 바이오마커 테스팅 유닛을 포함하는, 호흡 기반 진단 장치. - 제16항에 있어서,
상기 EBC 수집기, 상기 유체 전달 시스템 및 상기 바이오마커 테스팅 유닛을 지지하기 위한 테스팅 시스템 지지체를 더 포함하고, 상기 테스팅 시스템 지지체는 기존의 안면 마스크 내부에 맞도록 구성되고 치수가 정해지고 상기 기존 안면 마스크는 호기 증기 봉쇄 체적을 형성하여 상기 EBC 수집기에 근접하여 상기 호기 증기를 유지하여 상기 열 질량체에 의해 냉각된 상기 응축물-형성 표면이 상기 호기 증기를 상기 유체 바이오샘플에 유착되게 할 수 있는, 호흡 기반 진단 장치. - 제16항에 있어서,
상기 유체 전달 시스템은 상기 EBC 수집기로부터 수용된 상기 유체 바이오샘플을 풀링하기 위한 바이오샘플 풀링 영역을 포함하고; 상기 바이오마커 테스팅 유닛은 상기 유체 바이오샘플이 모세관 작용을 통해 다중-구역 전달 매체를 통해 흐르는 횡방향 흐름 검정을 포함하고, 상기 횡방향 흐름 검정은 상기 유체 바이오샘플을 수용하기 위해 상기 풀링 영역에 배치된 샘플 패드, 바이오마커-라벨링된 캡처 분자 복합체가 형성되는 컨쥬게이트 방출 패드, 검출 구역 및 잠재적 바이오마커를 검출하기 위해 상기 유체 샘플을 상기 샘플 패드로부터 상기 방출 패드를 통해 상기 검출 구역으로 흐르게 하기 위한 흐름 멤브레인을 포함하는, 호흡 기반 진단 장치. - 제18항에 있어서,
상기 유체 전달 시스템은 축적된 양의 상기 유체 바이오샘플로 상기 풀링 영역을 범람시키고 상기 축적된 양의 유체 바이오샘플을 상기 샘플 패드에 제공하기 위해 유체 댐이 상기 유체 바이오샘플의 양을 방출할 때까지 상기 유체 바이오샘플의 양을 축적하기 위해 상기 EBC 수집기와 상기 풀링 영역 사이에서 유체 연통하도록 배치된 상기 유체 댐을 더 포함하고, 상기 유체 댐은 상기 유체 바이오샘플에 의해 용해되어 상기 유체 바이오샘플의 축적된 양을 방출시키는 용해성 재료를 포함하는, 호흡 기반 진단 장치. - 제16항에 있어서,
상기 바이오마커 테스팅 유닛은 상기 유체 바이오샘플에 포함된 상기 타깃 분자들을 캡처하고 상기 캡처 분자들에 의해 캡처된 타깃 분자들에 비례하는 전기 신호를 출력하기 위해 캡처 분자들을 갖는 전자 바이오센서를 포함하고, 상기 유체 전달 시스템은 상기 바이오마커 테스팅 유닛이 상기 유체 바이오샘플의 흐름을 테스트한 후 상기 유체 바이오샘플의 흐름을 흡수하기 위한 심지를 포함하며, 이에 의해 상기 유체 바이오샘플이 시간에 따라 상기 전자 바이오센서에 걸쳐 흐르게 되어 상기 타깃 분자들이 상기 유체 바이오샘플과 함께 흘러 상기 캡처 분자들이 상기 전자 바이오센서에 걸쳐 상기 유체 바이오샘플과 함께 흐르는 상기 타깃 분자들을 캡처하는 기회를 가능하게 하고, 상기 심지는 상기 유체 바이오샘플의 흐름을 수용하고 흡수하기 위한 초흡수성-중합체(SAP)를 포함하는, 호흡 기반 진단 장치. - 제20항에 있어서,
상기 전자 바이오센서는 적어도 소스 및 드레인 전극을 갖는 전극층; 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이에 배치되고 상기 타깃 바이오마커를 캡처하기 위해 적어도 하나의 캡처 분자로 기능화된 결합 표면을 포함하고, 상기 타깃 바이오마커를 캡처하는 것은 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이에서 적어도 하나의 전기적 특성을 변경하고, 각각의 캡처 분자는 각각의 바이오마커에 대한 인피니티를 갖고, 상기 바이오마커 테스팅 유닛으로부터 출력 신호를 수신하고, 친화도에 의존하는 테스트 신호 값을 결정하고, 상기 적어도 하나의 캡처 분자 및 상기 각각의 바이오마커에 대한 결과 값을 계산하기 위한 전자 회로를 더 포함하고; 상기 전자 바이오센서는 기판을 더 포함하고, 상기 결합 표면은 결합 벌크의 상단 표면이고, 상기 결합 벌크의 바닥 표면은 상기 기판에 확산 본딩되고, 상기 적어도 하나의 캡처 분자는 압타머, 엔지니어링된 항체, 항체, 단백질, 항원, 핵산-기반 리간드, 및 단일 클론 항체들을 모방하도록 엔지니어링된 소분자들 중 적어도 하나를 포함하는, 호흡 기반 진단 장치. - 제16항에 있어서,
상기 유체 전달 시스템은 사전 결정된 시간량 동안 상기 전자 바이오센서에 걸쳐 사전 결정된 체적의 상기 유체 바이오샘플을 흐르게 하도록 구성되고 치수가 정해지며, 타깃 분자들의 농도는 상기 사전 결정된 시간량 동안 상기 전자 바이오센서에 걸쳐 흐르는 상기 유체 바이오샘플의 상기 사전 결정된 체적과 상기 전기 신호의 변화의 함수로 결정 가능하고; 상기 전자 바이오센서는 상기 캡처된 바이오마커에 따라 상기 전기 신호를 변경하는 캡처 분자에 따른 전기 특성들의 변화를 갖는 전기 신호를 출력하는, 호흡 기반 진단 장치. - 제16항에 있어서,
상기 유체 전도체는 상기 유체 바이오샘플을 흡수하기 위한 전달 체적을 포함하고, 상기 전달 체적은 흡수 포화점을 갖고, 상기 유체 전도체는 상기 흡수 포화점에 도달하기 전의 늦은 속도 및 상기 흡수 포화점에 도달한 후의 빠른 속도에서 상기 유체 바이오샘플을 전도하고, 상기 흡수 포화점에 도달하는 것을 용이하게 하기 위해 상기 유체 전도체에서 동결될 수 있는 흐름 개시 유체를 더 포함하며, 동결 가능한 용액은 테스트 유닛을 위한 교정 성분 및 버퍼 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 교정 성분은 상기 전자 회로가 상기 개시 유체로부터 교정 값을 결정할 수 있게 하고, 상기 마스크-기반 진단 장치의 사용 전에 상기 동결 가능한 용액은 동결된 상태로 유지되고, 질량-기반 진단 장치의 사용 중에 상기 동결 가능한 용액은 상기 EBC 수집기의 표면들을 해동시키고 적셔 상기 EBC 액체 바이오샘플의 유체 전달을 용이하게 하는, 호흡 기반 진단 장치.
원격 수신기 청구항에 대한 전송 테스트 결과(JJD201008) - 피검자의 폐 및 기도로부터 수용된 바이오마커를 검출하기 위한 마스크-기반 테스팅 시스템으로서,
상기 피검자가 착용한 안면 마스크 내부에 일체화된 호기 응축물(EBC) 수집기로서, 상기 EBC 수집기는 상기 피검자의 상기 폐 및 상기 기도로부터 수용된 호흡 증기를 유체 바이오샘플로 변환하기 위한 것인, EBC 수집기;
상기 EBC 수집기로부터 유체 바이오샘플을 수용하고 타깃 바이오마커에 대한 상기 유체 바이오샘플을 테스트하고 상기 유체 바이오샘플 내 상기 타깃 바이오마커의 적어도 존재 및 부재에 따른 테스트 신호를 생성하기 위해 상기 안면 마스크의 내부에 고정된 바이오센서; 및
상기 테스트 신호를 수신하고, 상기 테스트 신호로부터 상기 타깃 바이오마커의 검출 여부에 따른 테스트 결과 신호를 결정하고, 상기 테스트 결과 신호를 원격 수신기로 전송하기 위해 상기 마스크 외부에 고정된 전자 회로를 포함하는, 마스크-기반 테스팅 시스템. - 제24항에 있어서,
상기 EBC 수집기는 상기 호흡 증기를 수용하고 상기 수용된 호흡 증기로부터 유체 액적들을 형성하기 위한 소수성 필드, 및 상기 소수성 필드로부터 상기 유체 액적들을 수용하고 수집된 유체 바이오샘플을 형성하기 위해 상기 유체 액적들을 함께 채널링하기 위한 친수성 채널들을 포함하는 액적 수집 구조체를 포함하는, 마스크-기반 테스팅 시스템. - 제25항에 있어서,
상기 EBC 수집기는 열 질량체 및 상기 열 질량체와 열적으로 연통하는 전방 면을 더 포함하고, 상기 전방 면은 상기 피검자가 상기 안면 마스크를 착용하고 있을 때 상기 피검자의 입 및 코를 향해 배치되고, 상기 소수성 필드 및 상기 친수성 채널들을 포함하는, 마스크-기반 테스팅 시스템. - 제26항에 있어서,
상기 전방 면은 인쇄된 친수성 채널들을 갖는 금속 호일 소수성 표면을 포함하는, 마스크-기반 테스팅 시스템. - 제26항에 있어서,
상기 열 질량체는 초흡수성 중합체, 물 및 흡열 화합물 중 적어도 하나를 포함하는, 마스크-기반 테스팅 시스템. - 제28항에 있어서,
상기 물은 씰링된 구조체에 포함되고 상기 물이 상기 씰링된 구조체로부터 방출되어 상기 흡열 화합물과 혼합되어 상기 전방 면을 냉각하는 활성화 단계까지 상기 흡열 화합물로부터 분리되어 유지되는, 마스크-기반 테스팅 시스템. - 제24항에 있어서,
상기 바이오센서는 적어도 2개의 프로브 전극 사이의 기판 상에 형성된 갭에 배치된 전도성 및 반도체성 베이스 재료, 및 상기 베이스 재료를 통해 상기 프로브 전극들과 전기적으로 연통하는 캡처 분자들 중 적어도 하나를 포함하는, 마스크-기반 테스팅 시스템. - 제30항에 있어서,
상기 캡처 분자는 파이-파이(pi-pi) 적층, 아민 커플링, 티올-금 본딩, 클릭 화학, 정전기 상호 작용, 비오틴-아비딘 친화도 및 상보적 DNA의 혼성 중 적어도 하나를 통해 상기 베이스 재료에 고정되는, 마스크-기반 테스팅 시스템. - 제30항에 있어서,
상기 베이스 재료는 그래핀, 탄소 나노튜브들, 금, 스크린 인쇄된 전도성 재료 및 양으로 대전된 재료 중 적어도 하나를 포함하는, 마스크-기반 테스팅 시스템. - 제30항에 있어서,
상기 캡처 분자는 압타머 및 항체 중 적어도 하나를 포함하는, 마스크-기반 테스팅 시스템. - 제30항에 있어서,
상기 베이스 재료는 상기 기판의 상단 표면 상에 형성된 결합층에 의해 정렬되어 잠금화된 전기장 또는 자기장 정렬 가능 미립자를 포함하는, 마스크-기반 테스팅 시스템. - 제34항에 있어서,
상기 결합층은 상기 기판의 상기 상단 표면 및 상기 상단 표면 상에 인쇄된 결합층 중 적어도 하나를 포함하는, 마스크-기반 테스팅 시스템. - 제24항에 있어서,
상기 전자 회로는 상기 바이오센서로부터 상기 테스트 신호를 수신하고 상기 테스트 신호를 증폭된 전기 신호로 증폭하기 위한 증폭 회로, 및 교정 샘플에서 상기 타깃 바이오마커의 알려진 존재 및 알려진 농도 중 적어도 하나를 사용하여 상기 바이오센서의 컴퓨터 모델-도출 및 경험적-도출 전기 신호 교정 중 적어도 하나에 기초하여 상기 증폭된 전기 신호를 사전 결정된 값과 비교하기 위한 비교기 회로를 포함하고, 상기 비교기 회로는 상기 사전 결정된 값과 비교된 상기 증폭된 전기 신호에 기초하여 테스트 결과 신호를 생성하는, 마스크-기반 테스팅 시스템. - 제36항에 있어서,
상기 전자 회로는 상기 증폭된 전기 신호에 따라 상기 타깃 바이오마커의 농도 값을 결정하기 위한 바이오마커 농도 회로를 더 포함하고, 상기 증폭된 전기 신호는 상기 유체 바이오샘플의 타깃 바이오마커 분자들의 수에 따라 값을 변화시키고, 상기 테스트 결과 신호는 상기 결정된 농도 값에 따르는, 마스크-기반 테스팅 시스템. - 제36항에 있어서,
상기 전자 회로는 상기 테스트 결과 신호를 스마트 폰, 태블릿, 컴퓨터, 릴레이, 액세스 포인트 및 컴퓨터 네트워크 중 적어도 하나로 무선 전송하기 위한 무선 통신 회로를 더 포함하는, 마스크-기반 테스팅 시스템. - 제24항에 있어서,
상기 피검자의 기도 라이닝(lining)으로부터 호기 에어로졸(EBA: exhaled breath aerosol) 액적들 및 미립자를 수용하고 캡처하기 위한 미립자 캡처 구조체를 더 포함하고, 에어로졸 미립자 테스팅 시스템은 EBA 액적들 및 미립자를 캡처하기 위한 용해성 EBA 샘플 수집기 필름을 포함하는, 마스크-기반 테스팅 시스템. - 제24항에 있어서,
상기 EBA 미립자는 불용성 미립자들 및 액적 미립자들을 포함하고, 상기 용해성 EBA 수집기 필름은 상기 불용성 미립자들에 부착하고 이를 캡처하기 위한 점착성 표면 및 액적 미립자들을 캡처하기 위한 수용성 벌크를 포함하는, 마스크-기반 테스팅 시스템. - 제24항에 있어서,
상기 EBA 미립자는 불용성 미립자들 및 액적 미립자들을 포함하고, 상기 용해성 EBA 수집기 필름은 상기 불용성 미립자들에 부착하고 이를 캡처하기 위한 점착성 표면 및 액적 미립자들을 캡처하기 위한 수용성 벌크를 포함하는, 마스크-기반 테스팅 시스템. - 제24항에 있어서,
상기 바이오센서는 상기 타깃 바이오마커에 대해 상기 유체 바이오샘플을 테스트하고 적어도 하나의 다른 타깃 바이오마커에 대해 상기 유체 바이오샘플을 테스트하고, 상기 테스트 신호는 상기 타깃 바이오마커 및 상기 유체 바이오샘플의 상기 적어도 하나의 다른 타깃 바이오마커의 적어도 존재 및 부재에 따르는, 마스크-기반 테스팅 시스템.
호기 에어로졸에 대한 미립자 캡처 구조체(JJD200523) - 바이오마커를 검출하기 위한 장치로서,
사용자의 기도 라이닝으로부터 호기 에어로졸(EBA) 미립자를 수용하고 캡처하기 위한 미립자 캡처 구조체를 포함하고, 상기 미립자 캡처 구조체는 상기 캡처된 미립자를 수용하고 제1 바이오마커를 검출하기 위한 에어로졸 미립자 테스팅 시스템을 갖고, 상기 에어로졸 미립자 테스팅 시스템은 EBA 미립자를 캡처하기 위한 용해성 EBA 샘플 수집기 필름을 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제43항에 있어서,
상기 용해성 EBA 샘플 수집기 필름은 제1 바이오마커를 검출하기 위한 검출 반응에서 상기 캡처된 미립자의 적어도 하나의 성분과 반응하기 위한 제1 시약을 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제44항에 있어서,
상기 검출 반응은 상기 제1 바이오마커에 따른 광학 신호 및 전기 신호의 변화 중 적어도 하나를 생성하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제45항에 있어서,
상기 제1 시약은 제1 나노입자에 결합되고 불용성 테스팅 영역에서 제자리에 유지되는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제43항에 있어서,
상기 EBA 미립자는 불용성 미립자들 및 액적 미립자들을 포함하고, 상기 용해성 EBA 수집기 필름은 상기 불용성 미립자들에 부착하고 이를 캡처하기 위한 점착성 표면 및 액적 미립자들을 캡처하기 위한 수용성 벌크를 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제47항에 있어서,
유체 샘플을 형성하기 위해 사용자로부터의 호흡 증기를 호기 응축물(EBC) 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 구조체를 더 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제48항에 있어서,
상기 액적 수집 구조체는 상기 호흡 증기를 수용하고 상기 수용된 호흡 증기로부터 상기 유체 액적을 형성하기 위한 소수성 필드 및 상기 유체 액적을 수용하고 유체 샘플 테스팅 시스템을 향해 상기 유체 액적을 채널링하기 위한 친수성 채널들 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 유체 샘플 테스팅 시스템은 상기 유체 샘플을 수용하고 제2 바이오마커를 검출하기 위한 바이오마커 테스팅 구역을 갖는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제49항에 있어서,
상기 액적 수집 구조체와 상기 바이오마커 테스팅 구역 사이에 배치된 유체 댐 부재를 더 포함하고, 상기 유체 댐 부재는 상기 액적 수집 구조체로부터 상기 유체 샘플을 축적하고 상기 축적된 유체 샘플을 방출하여 상기 바이오마커 테스팅 구역으로 흐르게 하기 위한 용해성 필름 및 제거 가능한 내습성 시트 부재 중 적어도 하나를 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제49항에 있어서,
상기 유체 샘플 테스팅 시스템은 상기 제2 바이오마커로서 바이오마커 피분석물을 잠재적으로 포함하는 상기 유체 샘플을 수용하기 위한 샘플 패드, 컨쥬게이트 방출 패드, 흐름 멤브레인 및 샘플 소스로부터 잠재적 바이오마커 피분석물을 검출하기 위해 상기 유체 샘플을 수용하여 흐르게 하기 위한 흡착성 패드를 포함하는 유체 횡방향 흐름 검정을 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제51항에 있어서,
상기 샘플 패드와 상기 컨쥬케이트 방출 패드 사이에 배치된 유체 댐 부재를 더 포함하고, 상기 유체 댐은 사용자가 상기 유체 댐 부재를 제거할 수 있게 하고 상기 샘플 패드로부터 상기 컨쥬게이트 방출 패드로의 상기 유체 샘플의 흐름을 허용하는 풀 탭 구조체를 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제51항에 있어서,
적어도 하나의 광자 방출기 및 하나의 광자 검출기를 더 포함하고, 상기 광자 방출기는 상기 바이오마커 테스팅 구역을 향해 방사선을 방출하고 상기 광자 검출기는 상기 바이오마커 테스팅 구역으로부터 방사선을 수신하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제50항에 있어서,
상기 유체 샘플 테스팅 시스템은 상기 제2 바이오마커로서 바이오마커 피분석물을 잠재적으로 포함하고 바이오마커 피분석물을 갖는 샘플 소스, 피분석물-특정 바이오수용체로 기능화된 바이오수용체 영역, 및 상기 샘플 소스로부터 상기 바이오마커 피분석물을 수용하는 것에 응답하여 상기 바이오수용체의 변화에 따라 판독 가능 신호를 생성하기 위한 변환기를 포함하는 상기 유체 샘플을 수용하기 위한 유체 바이오센서를 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제54항에 있어서,
상기 피분석물-특정 바이오마커는 상기 바이오마커 피분석물과의 검출 반응을 생성하기 위한 시약을 포함하고, 상기 유체 바이오센서는 상기 바이오마커에 따른 광학 신호 및 전기 신호의 변화 중 적어도 하나를 생성하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제55항에 있어서,
상기 시약은 나노입자에 결합되고, 상기 불용성 테스팅 영역에서 제자리에 유지되는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제56항에 있어서,
상기 제1 바이오마커 및 상기 제2 바이오마커 중 적어도 하나에 대한 테스팅의 결과를 검출하고 상기 결과를 무선 수신기로 전달하기 위한 무선 통신 전자 회로를 더 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제57항에 있어서,
상기 전자 회로는 하나 이상의 생체 측정 파라미터를 검출하기 위한 상기 유체 샘플 테스팅 시스템 및 상기 에어로졸 미립자 테스팅 시스템 중 적어도 하나와 통신하고, 상기 생체 측정 파라미터들은 바이러스 감염과 같은 관련 조건에 응답하여 환자에 대한 적어도 하나의 생리학적 변화에 따르고 상기 하나 이상의 생체 측정 파라미터가 수용되고 마이크로프로세서에 의해 적용된 확률 분석은 상기 하나 이상의 생체 측정 파라미터의 상기 확률 분석에 따라 적어도 하나의 생리학적 변화 임계값을 초과하였는지를 결정하고, 상기 전자 회로는 결정되고 초과된 상기 적어도 하나의 생리학적 변화에 따른 신호를 전송하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 장치로서,
적어도 하나의 프로세서; 및
컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 적어도 하나의 메모리를 포함하고,
상기 적어도 하나의 메모리 및 상기 컴퓨터 프로그램 코드는 상기 적어도 하나의 프로세서로, 상기 장치로 하여금 적어도 사용자의 기도 라이닝으로부터 호기 에어로졸(EBA) 미립자를 수용하고 캡처하기 위해 미립자 캡처 구조체를 사용하여 하나 이상의 생체 측정 파라미터를 검출하고, 상기 미립자 캡처 구조체는 상기 캡처된 미립자를 수용하고 제1 바이오마커를 검출하기 위한 에어로졸 미립자 테스팅 시스템을 갖고, 상기 에어로졸 미립자 테스팅 시스템은 EBA 미립자를 캡처하기 위한 용해성 EBA 샘플 수집기 필름을 포함하고, 상기 생체 측정 파라미터들은 바이러스 감염과 같은 관련 조건에 응답하여 환자에 대한 적어도 하나의 생리학적 변화에 따른 바이오마커들이고; 상기 하나 이상의 생체 측정 파라미터를 수신하여 확률 분석을 적용하여 상기 하나 이상의 생체 측정 파라미터의 상기 확률 분석에 따라 적어도 하나의 생리학적 변화 임계값을 초과했는지 결정하고; 결정되고 초과된 상기 적어도 하나의 생리학적 변화에 따른 액션을 활성화하는 것을 수행하게 하도록 구성되는, 장치. - 제59항에 있어서,
상기 하나 이상의 생체 측정 파라미터는 유체 샘플을 형성하기 위해 호흡 증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 구조체 및 상기 유체 샘플을 수용하고 상기 생체 측정 파라미터를 검출하기 위한 바이오마커 테스팅 구역을 갖는 테스팅 시스템을 사용하여 추가로 검출되고; 상기 확률 분석이 상기 하나 이상의 생체 측정 파라미터에 적용되어 상기 캡처된 미립자들과 상기 유체 샘플들 모두로부터 검출된 상기 하나 이상의 생체 측정 파라미터의 상기 확률 분석에 따라 상기 적어도 하나의 생리학적 변화 임계값을 초과했는지를 결정하는, 장치.
소수성/친수성 액적 수집 구조체(JJD200523) - 바이오마커를 검출하기 위한 장치로서,
유체 샘플을 형성하기 위해 호흡 증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 구조체; 및 상기 유체 샘플을 수용하여 바이오마커를 검출하기 위한 바이오마커 테스팅 구역을 갖는 테스팅 시스템을 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제61항에 있어서,
상기 액적 수집 구조체는 상기 호흡 증기를 수용하고 상기 수용된 호흡 증기로부터 상기 유체 액적을 형성하기 위한 소수성 필드 및 상기 유체 액적을 수용하고 상기 테스팅 시스템을 향해 상기 유체 액적을 채널링하기 위한 친수성 채널들 중 적어도 하나를 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제61항에 있어서,
상기 액적 수집 구조체와 상기 바이오마커 테스팅 구역 사이에 배치된 유체 댐 부재를 더 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제61항에 있어서,
상기 테스팅 시스템은 바이오마커 피분석물을 잠재적으로 포함하는 상기 유체 샘플을 수용하기 위한 샘플 패드, 컨쥬게이트 방출 패드, 흐름 멤브레인, 및 샘플 소스로부터 잠재적 바이오마커 피분석물을 검출하기 위해 상기 유체 샘플을 수용하여 흐르게 하기 위한 흡착성 패드를 포함하는 유체 횡방향 흐름 검정을 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제64항에 있어서,
상기 샘플 패드와 상기 컨쥬케이트 방출 패드 사이에 배치된 유체 댐 부재를 더 포함하고, 상기 유체 댐은 사용자가 상기 유체 댐 부재를 제거할 수 있게 하고 상기 샘플 패드로부터 상기 컨쥬게이트 방출 패드로의 상기 유체 샘플의 흐름을 허용하는 풀 탭 구조체를 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제61항에 있어서,
적어도 하나의 광자 방출기 및 하나의 광자 검출기를 더 포함하고, 상기 광자 방출기는 상기 바이오마커 테스팅 구역을 향해 방사선을 방출하고 상기 광자 검출기는 상기 바이오마커 테스팅 구역으로부터 방사선을 수신하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 바이오마커를 검출하기 위한 장치로서,
증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 및 채널링 구조체; 및 바이오마커 피분석물을 갖는 샘플 소스, 피분석물-특정 바이오수용체로 기능화된 바이오수용체, 및 상기 샘플 소스로부터 상기 바이오마커 피분석물을 수용하는 것에 응답하여 상기 바이오수용체의 변화에 따른 판독 가능 신호를 생성하기 위한 변환기를 포함하는 유체 바이오센서를 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 피검자의 호흡으로부터 생물학적 시약을 검출하기 위한 시스템으로서,
유체 생물학적 샘플을 형성하기 위해 호흡 증기를 액적들로 유착시키기 위한 호기 응축물 액적 수집기; 호흡 액적 수집기로부터 상기 유체 생물학적 샘플을 수신하고 타깃 피분석물을 테스트하기 위한 테스팅 시스템; 및 상기 타깃 피분석물에 대한 테스팅 결과를 검출하고 상기 결과를 무선 수신기로 전달하기 위한 무선 통신 전자 회로를 포함하는, 시스템. - 제68항에 있어서,
미립자 및 액적 중 적어도 하나를 포함하는 호기 에어로졸을 수용하기 위한 표면을 갖는 시트 부재를 포함하는 호기 에어로졸 캡처 시스템을 더 포함하는, 시스템. - 제69항에 있어서,
상기 표면은 상기 시트 부재 상에 형성되거나 상기 시트 부재와 일체로 형성된 용해성 필름의 노출된 부분이고, 상기 용해성 필름은 상기 표면 상으로 또는 상기 용해성 필름으로 미립자 및 액적 중 적어도 하나를 매립 또는 용해시키는 것 중 적어도 하나에 의해 미립자 및 액적 중 적어도 하나를 수용 및 캡처하는 데 효과적인 조성을 갖는, 시스템. - 제70항에 있어서,
상기 표면 및 상기 용해성 필름 중 적어도 하나는 상기 적어도 하나의 미립자 및 액적에서 타깃 피분석물의 존재를 검출하기 위한 상기 적어도 하나의 미립자 및 액적과 반응하기 위한 시약을 포함하는, 시스템. - 제70항에 있어서,
하나 이상의 생체 측정 파라미터를 검출하기 위해 상기 테스팅 시스템과 통신하는 전자 회로를 포함하고, 상기 생체 측정 파라미터들은 바이러스 감염과 같은 관련 조건에 응답하여 환자에 대한 적어도 하나의 생리학적 변화에 따르고; 상기 하나 이상의 생체 측정 파라미터를 수신하여 확률 분석을 적용하여 상기 하나 이상의 생체 측정 파라미터의 상기 확률 분석에 따라 적어도 하나의 생리학적 변화 임계값을 초과했는지 결정하고; 결정되고 초과된 상기 적어도 하나의 생리학적 변화에 따른 액션을 활성화하는, 시스템. - 장치로서,
적어도 하나의 프로세서; 및
컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 적어도 하나의 메모리를 포함하고,
상기 적어도 하나의 메모리 및 상기 컴퓨터 프로그램 코드는 상기 적어도 하나의 프로세서로, 상기 장치로 하여금 적어도 유체 샘플을 형성하기 위해 호흡 증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 구조체 및 유체 샘플을 수용하고 생체 측정 파라미터를 검출하기 위한 바이오마커 테스팅 구역을 갖는 테스팅 시스템을 사용하여 하나 이상의 생체 측정 파라미터를 검출하고, 상기 생체 측정 파라미터들은 바이러스 감염과 같은 관련 조건에 응답하여 환자에 대한 적어도 하나의 생리학적 변화에 따른 바이오마커들이고; 상기 하나 이상의 생체 측정 파라미터를 수신하여 확률 분석을 적용하여 상기 하나 이상의 생체 측정 파라미터의 상기 확률 분석에 따라 적어도 하나의 생리학적 변화 임계값을 초과했는지 결정하고; 결정되고 초과된 상기 적어도 하나의 생리학적 변화에 따른 액션을 활성화하는 것을 수행하게 하도록 구성되는, 장치.
유체 댐(JJD200503) - 바이오마커를 검출하기 위한 장치로서,
유체 샘플을 형성하기 위해 호흡 증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 구조체; 및 상기 유체 샘플을 수용하고 바이오마커를 검출하기 위한 바이오마커 테스팅 구역을 갖는 테스팅 시스템을 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제74항에 있어서,
상기 액적 수집 구조체는 상기 호흡 증기를 수용하고 상기 수용된 호흡 증기로부터 상기 유체 액적을 형성하기 위한 소수성 필드 및 상기 유체 액적을 수용하고 상기 유체 액적을 상기 테스팅 시스템을 향해 채널링하기 위한 친수성 채널들 중 적어도 하나를 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제74항에 있어서,
상기 액적 수집 구조체와 상기 바이오마커 테스팅 구역 사이에 배치된 유체 댐 부재를 더 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제74항에 있어서,
상기 테스팅 시스템은 바이오마커 피분석물을 잠재적으로 포함하는 상기 유체 샘플을 수용하기 위한 샘플 패드, 컨쥬게이트 방출 패드, 흐름 멤브레인, 및 샘플 소스로부터 잠재적 바이오마커 피분석물을 검출하기 위해 상기 유체 샘플을 수용하여 흐르게 하기 위한 흡착성 패드를 포함하는 유체 횡방향 흐름 검정을 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제77항에 있어서,
상기 샘플 패드와 상기 컨쥬케이트 방출 패드 사이에 배치된 유체 댐 부재를 더 포함하고, 상기 유체 댐은 사용자가 상기 유체 댐 부재를 제거할 수 있게 하고 상기 샘플 패드로부터 상기 컨쥬게이트 방출 패드로의 상기 유체 샘플의 흐름을 허용하는 풀 탭 구조체를 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 제74항에 있어서,
적어도 하나의 광자 방출기 및 하나의 광자 검출기를 더 포함하고, 상기 광자 방출기는 상기 바이오마커 테스팅 구역을 향해 방사선을 방출하고 상기 광자 검출기는 상기 바이오마커 테스팅 구역으로부터 방사선을 수신하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 바이오마커를 검출하기 위한 장치로서,
증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 및 채널링 구조체; 및 바이오마커 피분석물을 갖는 샘플 소스, 피분석물-특정 바이오수용체로 기능화된 바이오수용체 영역, 및 상기 샘플 소스로부터 상기 바이오마커 피분석물을 수용하는 것에 응답하여 상기 바이오수용체의 변화에 따른 판독 가능 신호를 생성하기 위한 변환기를 포함하는 유체 바이오센서를 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치. - 바이오마커 테스팅 시스템을 형성하는 방법으로서,
호기 응축물 유체 샘플 수집기를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 형성하는 단계는 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 상에 소수성 필드를 코팅하는 단계; 상기 기판 상에 적어도 하나의 친수성 채널을 코팅하는 단계를 포함하고, 상기 소수성 필드는 신체 유체 증기를 수용하고 상기 수용된 신체 유체 증기로부터 유체 액적을 형성하기 위한 것이고, 상기 친수성 채널은 상기 유체 액적을 수용하고 상기 유체 액적을 테스팅 시스템을 향해 채널링하기 위한 것인, 바이오마커 테스팅 시스템을 형성하는 방법. - 제81항에 있어서,
상기 테스팅 시스템의 샘플 수용 구조체 상으로 적어도 하나의 유체 샘플 배수 홀(draining hole)을 통해 상기 유체 액적을 배수하기 위해 상기 친수성 채널의 단부에 상기 적어도 하나의 유체 샘플 배수 홀을 형성하는 단계를 더 포함하는, 바이오마커 테스팅 시스템을 형성하는 방법.
액적 수집 및 변환기(JJD2004 l 9) - 바이오마커를 검출하기 위한 장치로서,
증기를 유체 액적으로 변환하기 위한 액적 수집 및 채널링 구조체; 및 바이오마커 피분석물을 갖는 샘플 소스, 피분석물 특정 바이오수용체로 기능화된 바이오수용체 영역, 및 상기 샘플 소스로부터 상기 바이오마커 피분석물을 수용하는 것에 응답하여 상기 바이오수용체의 변화에 따른 판독 가능 신호를 생성하기 위한 변환기를 포함하는 유체 바이오센서를 포함하는, 바이오마커를 검출하기 위한 장치.
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| CN117396131A (zh) * | 2021-05-05 | 2024-01-12 | 阿维洛股份公司 | 用于从人呼吸中收集并洗脱气溶胶颗粒以进行分析的装置、系统和方法 |
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| US20140364758A1 (en) * | 2011-12-19 | 2014-12-11 | Resmed Limited | Respiratory treatment system including physiological sensors |
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| WO2016065180A1 (en) * | 2014-10-22 | 2016-04-28 | President And Fellows Of Harvard College | Detecting gases and respiration by the conductivity of water within a porous substrate sensor |
| WO2017165800A2 (en) * | 2016-03-25 | 2017-09-28 | The Board Of Regents Of The University Of Texas System | Nanosensors and methods for detection of biological markers |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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