KR20230023670A - 휘발성 유기 화합물 검출을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

휘발성 유기 화합물(VOC)과 같은 하나 이상의 타겟 분석물을 검출하기 위한 검출 디바이스는 베이스 및 베이스에 결합 가능하고 적어도 하나의 전기화학 센서를 포함하는 센서 모듈을 포함할 수 있고, 여기서 전기화학 센서는 전극 및 전극 상에 배열되고 타겟 분석물에 특이적인 이온성 액체(예를 들어, 실온 이온성 액체)를 포함한다. 일부 변형예에서, 타겟 분석물에 특이적인 적어도 하나의 공동은 입력 신호를 수신하는 전기화학 센서에 응답하여 이온성 액체 내에 형성된다.

Description

휘발성 유기 화합물 검출을 위한 시스템 및 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2021년 2월 8일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제63/147,135호, 2020년 8월 21일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제63/068,809호 및 2020년 6월 11일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제63/037,966호에 대한 우선권을 주장하며, 이들 각각은 이 참조에 의해 그 전체가 본 명세서에 통합된다.
기술 분야
본 발명은 일반적으로 휘발성 유기 화합물(VOC)의 검출과 같은 분석물 검출 분야에 관한 것이다.
휘발성 유기 화합물(VOC)은 상온에서 증기압(vapor pressure)이 높은 분자 종류이며, 많은 물질이 환경과 인체 건강에 해를 끼칠 가능성이 있다. 일부 VOC는 질병의 표시자(indicator) 또는 바이오마커이기도 하다. 따라서 VOC의 존재를 정확하게 검출하는 능력은 대기 질 모니터링, 생물의학 진단, 산업 프로세스, 보안 및 산업 보건 등과 같은 분야에서 도움이 될 수 있다. 휘발성 유기 화합물의 검출을 위한 기존 기술은 질량 분석법, 가스 크로마토그래피 및 이온 이동성 분광법을 포함한다. 그러나 이들은 훈련된 인력, 대규모 설정, 고가의 정교한 장비가 필요하고 결과를 제공하는 데 상당한 시간이 필요하여 현장 적용 가능성을 제한하는 벤치탑 기술(bench-top technique)이다.
전기화학 가스 감지 기술은 VOC의 검출을 위한 하나의 현장 솔루션으로 사용되었다. 그러나 기존의 전기화학 가스 센서는 다양한 종류의 분석물에 대한 높은 민감도 또는 특이성이 부족하고 원거리에서 분석물을 검출하는 능력이 제한적인 등 여러 가지 단점이 있다. 따라서 VOC와 같은 타겟 분석물을 검출하기 위한 새롭고 개선된 시스템 및 방법이 필요하다.
일반적으로, 하나 이상의 휘발성 유기 화합물(VOC)을 검출하기 위한 검출 디바이스는 베이스 및 베이스에 제거 가능하게 결합 가능하고 적어도 하나의 전기화학 센서를 포함하는 센서 모듈을 포함할 수 있다. 전기화학 센서(들)는 전극 및 전극 상에 배치되고 타겟 VOC에 특이적인 이온성 액체를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 이온성 액체는 실온 이온성 액체(RTIL)일 수 있다. 이온성 액체는 예를 들어 복수의 이온 층들을 포함할 수 있고, 여기서 타겟 VOC에 특이적인 적어도 하나의 공동은 예를 들어 전기화학 센서에 제공된 입력 신호(예를 들어, 검출 디바이스에 의해 전기화학 센서에 전달되는 DC 환원 전위)에 응답하여 인접한 이온 층들 사이에 형성될 수 있다. 타겟 VOC에 특이적인 공동 또는 공동들은 캡처된 VOC가 (예를 들어, 검출을 위해) 전극을 향해 확산되도록 타겟 VOC를 캡처하도록 구성될 수 있다.
일부 변형예에서, 검출 디바이스는 전극에서의 하나 이상의 전기적 파라미터(예를 들어, 임피던스, 전류 또는 둘 모두)에 적어도 부분적으로 기초하여 캡처된 타겟 VOC를 검출하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들을 포함할 수 있다. 감지 장치는 하나 이상의 전기화학 센서들을 사용하여 타겟 VOC의 검출에 응답하여 경보를 제공하도록 구성된 알람을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 검출 디바이스는 무선 통신 모듈 또는 핸드헬드 하우징과 같은 추가 요소들을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 검출 디바이스는 표면에 장착되도록 구성될 수 있다. 검출 디바이스는 폭발물의 특성, 약물의 특성 또는 사용자의 건강 상태의 바이오마커 특성인 타겟 VOC를 검출하는 것과 같은 다양한 애플리케이션들에 사용될 수 있다.
감지 장치의 일부 변형예에서 센서 모듈은 복수의 전기화학 센서들을 포함할 수 있다. 복수의 전기화학 센서들의 적어도 일부의 각각은 개별의 이온성 액체를 포함할 수 있고, 여기서 개별의 이온성 액체들은 타겟 VOC에 특이적이다. 개별의 이온성 액체들은 예를 들어 동일한 타겟 VOC 또는 상이한 타겟 VOC들에 특이적일 수 있다. 센서 모듈은 베이스 또는 마우스피스에 전도성 결합하도록 구성된 하나 이상의 전기 접촉부와 같은 요소를 더 포함할 수 있다.
일반적으로, 하나 이상의 VOC를 검출하는 데 사용하기 위한 전기화학 센서는 전극 및 전극 위에 배열된 실온 이온성 액체(RTIL)를 포함할 수 있다. RTIL은 입력 신호를 수신하는 센서에 응답하여 형성된 하나 이상의 공동과 같이 타겟 VOC에 특이적인 적어도 하나의 공동을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 전극은 금속(예를 들어, 금) 또는 금속 합금과 같은 하나 이상의 적합한 전도성 재료를 포함한다. 일부 변형예에서 센서는 맞물린 전극들을 포함할 수 있다.
전기화학 센서에 사용되는 RTIL은 이미다졸륨 기반 RTIL과 같은 임의의 적합한 상온 이온성 액체를 포함할 수 있다(예를 들어, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 또는 BMIM-Cl; 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 또는 BMIM-BF4; 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스-(트리플루오로메탄설포닐)이미드, 또는 EMIM-TF2N; 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 또는 EMIM-BF4; 또는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄설포네이트, 또는 EMIM-OTf). 일부 변형예에서, RTIL은 복수의 이온 층들(즉, 2개 이상)을 포함할 수 있다. 전기화학 센서의 일부 변형예에서, 적절한 입력 신호(예를 들어, DC 환원 전위)의 인가 시 인접한 이온 층들 사이에 적어도 하나의 공동이 형성된다. 입력 신호는 예를 들어 타겟 VOC의 산화환원 전위에 대응할 수 있다. 공동은 또한 타겟 VOC의 산화환원 전위에 대응하는 크기를 가질 수 있다. 일부 변형예에서, 공동은 VOC가 전극을 향해 확산되도록 타겟 VOC를 캡처하도록 구성된다.
일부 변형예에서, 타겟 VOC는 폭발물의 특성이다(예를 들어, 1,3-디니트로벤젠; 2,4-디니트로톨루엔; 2,6-디니트로톨루엔; 1-에틸-2-니트로벤젠; 2,3-디메틸-2,3-디니트로부탄; 이산화황; 또는 시클로헥사논 등). 예를 들어 타겟 VOC는 C-4 또는 화약의 특성일 수도 있다. 일부 변형예에서 타겟 VOC는 펜타닐과 같은 하나 이상의 약물 존재의 특성일 수 있다. 일부 변형예에서 타겟 VOC는 사용자의 COVID-19 존재와 같은 의학적 상태와 관련된 바이오마커(예를 들어, NOx, 지방족 탄화수소(예를 들어, 이소펜탄, 헵탄) 등)이다. 전기화학 센서는 검출 디바이스의 일부일 수 있다.
일반적으로 하나 이상의 VOC를 검출하는 방법은 입력 신호를 전기화학 센서에 인가하는 단계, 입력 신호를 인가한 후 전기화학 센서로부터 센서 신호를 수신하는 단계, 및 센서 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 타겟 VOC를 검출하는 단계를 포함한다. 전기화학 센서는 전극 및 상기 전극 위에 배열된 이온성 액체를 포함할 수 있으며, 여기서 타겟 VOC에 특이적인 적어도 하나의 공동이 예를 들어 입력 신호에 응답하여 이온성 액체 내에 형성된다. 센서 신호는 예를 들어 전극에서의 전류를 나타낼 수 있다. 일부 변형예에서, 이온성 액체는 실온 이온성 액체(RTIL)를 포함하고, 그 안에 존재하는 공동(들)은 타겟 VOC의 산화환원 전위에 대해 튜닝될 수 있다.
일부 변형예에서, 하나 이상의 VOC를 검출하기 위한 방법은 입력 신호를, 각각이 전극 위에 배열된 개별의 전극 및 개별의 이온성 액체를 포함하는, 복수의 전기화학 센서들에 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 입력 신호에 응답하여, 복수의 전기화학 센서들의 적어도 일부의 개별의 이온성 액체들은 동일하거나 상이한 타겟 VOC(들)에 특이적인 공동을 형성한다. 일부 변형예에서, 타겟 VOC를 검출하는 방법은 타겟 VOC에 특이적인 대부분의 전기화학 센서들을 사용하여 타겟 VOC를 감지하는 단계를 포함한다. 일부 변형예에서, 방법은 예를 들어 타겟 VOC에 특이적인 전기화학 센서를 사용하여 타겟 VOC를 검출하는 차등 타이밍을 기초로 타겟 VOC의 이동 방향 및/또는 이동 속도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 타겟 VOC의 검출에 응답하여 경보를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 하나 이상의 VOC를 검출하기 위한 방법은 폭발물의 특성이거나, 약물의 특성이거나, 사용자의 건강 상태의 바이오마커 특성인 타겟 VOC를 검출하는 단계를 포함한다. 일부 변형예에서, 방법은 특정 매질(예를 들어, 고체, 액체 또는 기체)로부터 방출된 타겟 VOC를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
일반적으로 사용자의 건강 상태를 결정하는 방법은 에어로졸화된 샘플을 수용한 적어도 하나의 전기화학 센서의 센서 신호를 측정하는 단계, 측정된 센서 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 타겟 VOC를 검출하는 단계, 및 검출된 타겟 VOC에 기초하여 사용자의 건강 상태를 결정하는 단계를 포함한다. 일부 변형예에서, 적어도 하나의 전기화학 센서는 전극 및 상기 전극 상에 배치되는 실온 이온성 액체(RTIL)를 포함할 수 있고, 여기서 타겟 휘발성 유기 화합물(VOC)에 특이적인 적어도 하나의 공동은 입력 신호를 수신하는 전기화학 센서에 응답하여 RTIL 내에 형성된다. 일부 변형예에서, RTIL은 복수의 이온 층들을 포함할 수 있고 적어도 하나의 공동은 인접한 이온 층들 사이에 형성된다. 일부 변형예에서, 센서 신호를 측정하는 단계는 적어도 하나의 전기화학 센서에 입력 신호를 전달하는 단계 및 입력 신호를 전달한 후에 적어도 하나의 전기화학 센서에서 하나 이상의 전기적 파라미터(예를 들어, 임피던스, 전류 또는 둘 모두)를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 입력 신호는 예를 들어 DC 환원 전위를 전극에 인가할 수 있다.
일부 변형예에서, 사용자의 건강 상태를 결정하기 위한 방법은 타겟 VOC가 전극을 향해 확산되도록 타겟 VOC를 캡처하도록 구성된 공동을 갖는 전기화학 센서를 포함한다. 방법은 의학적 상태의 검출에 응답하여 경보를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 타겟 VOC를 검출하는 단계는 에어로졸화된 샘플(예를 들어, 사용자로부터의 호흡 또는 타액 또는 비강 유체와 같은 에어로졸화된 체액)에서 VOC를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서 에어로졸화된 샘플은 샘플링 디바이스 또는 주변 공기에서 유래된 것이다. 에어로졸화된 샘플은 임계 크기 이상의 미립자를 제거하기 위해 필터링될 수 있다. 일부 변형예에서, 사용자의 건강 상태를 결정하기 위한 방법은 베이스에 제거 가능하게 결합된 센서 모듈 내의 전기화학 센서를 포함한다. 베이스는 핸드헬드 유닛을 포함할 수 있으며 선택적으로 표면에 장착되도록 구성될 수 있다. 존재하는 경우, 센서 모듈은 전기화학 센서(들) 위로 에어로졸화된 샘플의 층류를 제공하도록 구성된 노즐 및 마우스피스를 포함할 수 있다. 사용자의 건강 상태를 결정하기 위한 방법의 일부 변형예에서, 타겟 VOC는 질병(예를 들어, COVID-19)의 바이오마커 특성이다.
일반적으로 사용자의 호흡에서 하나 이상의 VOC를 검출하는 검출 디바이스는 베이스, 베이스에 제거 가능하게 결합된 센서 모듈, 및 사용자의 호흡량을 전기화학 센서(들) 쪽으로 향하게 하도록 구성된 마우스피스를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 센서 모듈은 전극 및 전극 위에 배열된 이온성 액체를 포함하는 적어도 하나의 전기화학 센서를 포함하고, 이온성 액체는 타겟 VOC에 특이적이다. 일부 변형예에서, 이온성 액체는 실온 이온성 액체(RTIL)이다. 검출 디바이스의 베이스는 핸드헬드 하우징을 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 검출 디바이스는 입력 신호를 전기화학 센서에 전달하도록 구성되어 이온성 액체 내에 타겟 VOC에 특이적인 적어도 하나의 공동을 형성한다. 일부 변형예에서, 공동은 캡처된 VOC가 전극을 향해 확산되도록 타겟 VOC를 캡처하도록 구성된다. 일부 변형예에서, 베이스는 전극에서의 전기적 파라미터(예를 들어, 임피던스, 전류 또는 둘 모두)에 적어도 부분적으로 기초하여 캡처된 타겟 VOC를 검출하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 베이스는 또한 전기화학 센서(들)를 사용하여 타겟 VOC의 검출에 응답하여 경보를 제공하도록 구성된 알람을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 센서 모듈은 복수의 전기화학 센서들을 포함한다. 일부 변형예에서, 복수의 전기화학 센서들의 적어도 일부는 동일하거나 상이한 타겟 VOC(들)에 특이적인 공동을 형성한다.
검출 디바이스의 일부 변형예에서, 마우스피스는 튜브를 포함한다. 일부 변형예에서, 센서 모듈은 적어도 하나의 전기화학 센서 위로 호흡량의 흐름을 층상화하도록 구성된 노즐을 포함한다. 센서 모듈은 또한 호흡량에서 미립자를 필터링하도록 구성된 하나 이상의 필터를 포함할 수 있고, 추가적으로 또는 대안적으로 호흡량의 습기를 줄이도록 구성된 제습 요소를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 타겟 분석물은 사용자의 건강 상태의 바이오마커 특성이다. 건강 상태는 질병(예를 들어, COVID-19)일 수 있다.
일반적으로, 사용자의 호흡(또는 다른 가스)에서 하나 이상의 휘발성 유기 화합물(VOC)을 검출하기 위한 검출 시스템은 타겟 VOC에 특이적인 적어도 하나의 전기화학 센서를 포함하는 센서 모듈 및 센서 모듈 또는 검출 디바이스의 다른 부분에 결합될 수 있는 샘플링 디바이스를 포함하고, 여기서 샘플링 디바이스는 밀봉 가능하고 호흡량을 저장하도록 구성된다. 센서 모듈은 일부 변형예에서 전극 및 전극 위에 배열된 이온성 액체를 포함할 수 있으며, 여기서 이온성 액체는 타겟 VOC에 특이적일 수 있다. 또한, 일부 변형예에서, 검출 시스템은 적어도 하나의 전기화학 센서를 사용하여 타겟 VOC의 검출에 응답하여 경고를 제공하도록 구성된 알람을 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 샘플링 디바이스는 센서 모듈(또는 검출 디바이스의 다른 부분)에 제거 가능하게 결합 가능할 수 있다. 샘플링 디바이스는 커넥터를 통해 센서 모듈(또는 검출 디바이스의 다른 부분)에 결합 가능할 수 있다. 샘플링 디바이스는 격실(예를 들어, 호흡량 저장용)을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서 결실은 압축 가능할 수 있다.
일부 변형예에서, 샘플링 디바이스는 마우스피스 또는 샘플링 디바이스에 호흡을 도입하기 위한 다른 적절한 피쳐를 포함할 수 있다. 마우스피스는 하나 이상의 필터 및/또는 하나 이상의 건조제와 같은 하나 이상의 호흡 처리 요소를 포함할 수 있다. 또한, 일부 변형예에서 샘플링 디바이스는 하나 이상의 일방향 밸브(예를 들어, 샘플링 디바이스로 유입 및/또는 배출되는 호흡 흐름을 지시하기 위해)를 포함할 수 있다.
검출 시스템은 일부 변형예에서 베이스를 포함할 수 있다. 센서 모듈은 베이스에 제거 가능하게 결합되는 것과 같이 베이스에 결합될 수 있다. 일부 변형예에서 베이스는 핸드헬드 하우징을 포함할 수 있다.
일반적으로, 샘플링 디바이스는 격실 및 격실에 결합된 마우스피스를 포함할 수 있으며, 여기서 샘플링 디바이스는 밀봉 가능하고 가스 샘플의 체적(예를 들어, 호흡)를 저장하도록 구성될 수 있다. 일부 변형예에서 격실은 적어도 하나의 입구와 적어도 하나의 출구를 포함할 수 있다. 이들 변형예 중 일부에서, 마우스피스는 격실의 입구에 결합될 수 있고 및/또는 샘플링 디바이스는 격실의 출구에 결합된 스토퍼를 더 포함할 수 있다. 스토퍼는 격실의 출구에 제거 가능하게 결합될 수 있다.
일부 변형예에서, 샘플링 디바이스는 하나 이상의 일방향 밸브를 통해 적어도 부분적으로 밀봉 가능할 수 있다. 예를 들어, 샘플링 디바이스는 제1 일방향 밸브로 밀봉 가능한 입구와 제2 일방향 밸브(및/또는 스토퍼)로 밀봉 가능한 출구를 포함할 수 있다. 하나 이상의 일방향 밸브는 예를 들어 체크 밸브를 포함할 수 있다.
일부 변형예에서 샘플링 디바이스의 격실은 압축 가능할 수 있다. 예를 들어, 격실은 백을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 백은 제1 시트 및 제1 시트에 대향하는 제2 시트를 포함할 수 있고, 여기서 제1 및 제2 시트들은 (예를 들어, 열 또는 RF 용접을 통해) 함께 밀봉되어 격실의 둘레의 적어도 일부 또는 에지를 형성한다.
마우스피스는 임의의 적합한 형상 및/또는 하나 이상의 가스 처리 요소를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 변형예에서 마우스피스는 튜브를 포함할 수 있다. 또한, 일부 변형예에서 마우스피스는 하나 이상의 필터 및/또는 하나 이상의 건조제를 포함할 수 있다. 마우스피스는 예를 들어 열 또는 RF 용접을 포함하는 임의의 적합한 방법을 통해 격실에 결합될 수 있다.
일부 변형예에서, 샘플링 디바이스는 검출 디바이스(예를 들어, 타겟 VOC를 검출하기 위한 전기화학 센서를 포함하는 검출 디바이스)에 제거 가능하게 결합하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 변형예에서, 샘플링 디바이스는 라벨링 영역 및/또는 샘플링 디바이스와 관련된 컴퓨터 판독가능 식별자와 같은 하나 이상의 식별 피쳐를 포함할 수 있다.
도 1a 및 1b는 분석물을 검출하기 위한 검출 디바이스의 예의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 2는 분석물을 검출하기 위한 검출 시스템의 예의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 3은 분석물을 검출하기 위한 검출 디바이스의 예의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 4a 내지 4c는 분석물을 검출하기 위한 검출 디바이스의 예의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 5는 분석물을 검출하기 위한 검출 디바이스의 전자 시스템의 예의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 6은 분석물을 검출하기 위한 검출 디바이스의 센서 모듈의 예의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 7a 내지 7d는 분석물을 검출하기 위한 검출 디바이스의 센서 어레이의 예의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 8은 분석물을 검출하기 위한 센서 칩의 예의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 9a 내지 9c는 분석물을 검출하기 위한 센서 칩의 예의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 10은 분석물을 검출하기 위한 센서 칩 내의 전기화학 센서 및 그 위의 분석물 캡처의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 11은 전기화학 센서의 RTIL 층들의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 12a 및 12b는 분석물 감지에서 전기화학 센서 특이성의 예시적인 예를 도시한다.
도 13a 및 13b는 분석물을 검출하기 위한 검출 디바이스에서 센서 모듈에 결합된 베이스의 예의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 14a 및 14b는 각각 분석물을 검출하기 위한 센서 모듈의 예의 조립 및 분해 개략도를 도시한다.
도 15는 센서 칩이 게이트를 포함하는 분석물을 검출하기 위한 센서 모듈의 예의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 16은 분석물을 검출하기 위한 검출 디바이스의 예의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 17a 및 17b는 분석물을 검출하기 위한 검출 디바이스에서 마우스피스로 센서 모듈에 결합된 베이스의 예의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 18a 내지 18c는 각각 마우스피스가 있는 센서 모듈의 예에 대한 조립, 반투명 및 분해도를 도시한다.
도 19는 센서 모듈의 노즐의 예에서 기류(airflow)의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 20a 및 20b는 각각 센서 어레이 및 전도성 트레이스를 갖는 회로 보드의 예의 평면도 및 저면도를 도시한다.
도 21은 타겟 VOC를 검출하는 방법의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 22a 및 22b는 VOC를 검출 및/또는 추적하는 예시적인 개략도를 도시한다.
도 23a 내지 23c는 검출 디바이스에 의한 2개의 농도들에서 VOC 검출을 입증하는 예시적인 데이터를 도시한다.
도 24는 COVID-19를 검출하기 위한 검출 디바이스에서 센서의 교정을 입증하는 예시적인 데이터를 도시한다.
도 25a 및 25b는 검출 디바이스에서 2개의 예시적인 전기화학 센서를 사용하여 COVID-19에 대해 추정 양성인 피험자 및 건강한 피험자의 식별을 입증하는 예시적인 데이터를 도시한다.
도 26a 및 26b는 도 25a 및 25b에 참조된 선택된 피험자에 대해 조정된 베이스라인 특성화에 대한 센서 신호의 % 변화를 나타내는 예시적인 데이터를 도시한다.
도 27a 및 27b는 도 25a 및 25b에 참조된 선택된 피험자에 대해 조정된 베이스라인 특성화에 대한 센서 신호의 % 변화를 나타내는 예시적인 데이터를 도시한다.
도 28a 및 28b는 분석물을 검출하기 위한 검출 디바이스의 마우스피스의 예에 대한 측면도 및 개략적인 분해도를 각각 도시한다.
도 29a는 검출 디바이스 및 검출 디바이스에 결합될 수 있는 마우스피스를 포함하는 검출 시스템의 예시적인 변형을 도시한다. 도 29b는 도 29a에 도시된 검출 디바이스의 상세도를 도시한다.
도 30은 검출 디바이스 및 검출 디바이스에 결합 가능한 샘플링 디바이스를 포함하는 검출 시스템의 예시적인 변형을 도시한다.
도 31a 및 31b는 각각 샘플을 획득하고 저장하기 위한 샘플링 디바이스의 예시적인 변형의 전면 및 후면을 도시한다. 도 31c는 도 31a 및 31b에 도시된 샘플링 디바이스의 반투명 사시도를 도시한다.
도 32는 샘플링 디바이스의 일부에 대한 예시적인 개략도를 도시한다.
도 33a는 샘플링 디바이스의 예시적인 변형예에서 마우스피스의 예시적인 개략도를 도시한다. 도 33b 및 33c는 각각 도 33a에 도시된 마우스피스의 흡기 밸브 캐리어 어셈블리의 조립도 및 분해도를 도시한다. 도 33d 및 33e는 각각 도 33a에 도시된 마우스피스의 출구 필터 캐리어 어셈블리의 조립도 및 분해도를 도시한다.
도 34a는 샘플링 디바이스의 예시적인 변형예에서 격실(compartment)의 예시적인 개략도를 도시한다. 도 34b는 도 34a에 도시된 격실의 부분 단면도를 도시한다.
도 35a는 샘플링 디바이스의 예시적인 변형예에서 커넥터(connector) 및 스토퍼(stopper) 어셈블리의 예시적인 개략도를 도시한다. 도 35b는 도 35a에 도시된 커넥터 스토퍼 어셈블리의 부분 사시도를 도시한다. 도 35c 및 35d는 도 35a에 도시된 커넥터의 부분 사시도 및 단면도를 도시한다. 도 35e 및 35f는 도 35a에 도시된 스토퍼의 부분 사시도 및 단면도를 도시한다.
도 36a 및 36b는 샘플링 디바이스를 위한 패키징의 예시적인 변형의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 37a 및 37b는 샘플 추출기 디바이스의 예시적 변형의 개략도를 도시한다.
도 38a 내지 38d는 샘플 추출 디바이스를 사용하는 방법의 예시적인 변형을 도시한다.
도 39a는 시스(sheath)의 예시적인 변형의 예시적인 개략도를 도시한다. 도 39b는 검출 디바이스를 오염으로부터 보호하기 위해 검출 디바이스 및 마우스피스와 함께 사용되는 시스의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 40a 및 40b는 검출 디바이스와 관련하여 사용되는 디스플레이에 대한 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)의 예시적인 변형을 도시한다.
도 41은 디바이스 상태를 나타내는 검출 디바이스의 예시적인 변형의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 42a는 검출 디바이스로 테스트될 환자의 환자 신원의 입력을 촉구하는 디스플레이를 위한 GUI의 예시적인 변형을 도시한다.
도 42b는 검출 디바이스의 교정 상태를 나타내는 디스플레이를 위한 GUI의 예시적인 변형을 도시한다.
도 43a 내지 43c는 환자에게 호흡 샘플을 검출 디바이스에 제공하라는 명령을 제공하는 디스플레이를 위한 GUI의 예시적인 변형을 도시한다.
도 44는 검출 디바이스에 호흡 샘플을 제공하는 환자에 대한 안내를 제공하는 디스플레이에 대한 GUI의 예시적인 변형을 도시한다.
도 45a 내지 45c는 검출 디바이스로 샘플을 분석한 후 테스트 결과를 제공하는 디스플레이에 대한 GUI의 예시적인 변형을 도시한다.
본 발명의 다양한 양태 및 변형의 비제한적인 예가 본 명세서에 기술되고 첨부된 도면에 도시되어 있다.
본 명세서에서는 기상(gas-phase) 화학물을 포함하는, 하나 이상의 타겟 분석물을 검출하기 위한 시스템 및 방법의 변형이 설명된다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 것과 같은 시스템 및 방법은 (예를 들어, 위협의 검출 및/또는 추적을 위해) 근처 또는 주변 환경에서 VOC를 검출하는 데 사용될 수 있다. 일부 변형예에서, 그러한 검출 시스템 및 방법은 미량 종(예를 들어, 폭발물, 화약, 질산암모늄, 오피오이드, 생물학적 작용제, 기타 미량 VOC 종 등)의 존재 및/또는 거리를 감지할 수 있다. 다른 예로서, 일부 변형예에서, 본 명세서에 기술된 것과 같은 시스템 및 방법은 의학적 조건 또는 다른 건강 상태(예를 들어, COVID-19)의 진단 및/또는 추적을 위해 사용자의 호흡에서 VOC를 검출하는 데 사용될 수 있다. 도 1a 및 1b의 개략도에 도시된 바와 같이, 검출 디바이스(100)는 센서 모듈(130)이 분석물(f)을 검출한다는 알람(alarm) 또는 다른 적절한 표시를 제공할 수 있다. 검출은 근접 감지(예를 들어, 센서 모듈(130)이 도 1a의 개략도에 도시된 것과 같이 분석물에 근접하게 배치될 수 있음) 또는 거리 감지를 수반할 수 있다(예를 들어, 센서 모듈(130)은 도 1b의 개략도에 도시된 것과 같이 주변 환경에서 분석물을 검출하기 위한 위치에 배치될 수 있음).
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 명세서에 기술된 검출 시스템은 원격 모니터링 및/또는 네트워크 디바이스의 기타 이점을 허용하기 위해 아래에서 자세히 설명되는 바와 같이 네트워크(102)(예를 들어, 클라우드 네트워크, 로컬 네트워크)를 통해 하나 이상의 원격 디바이스들(예를 들어, 서버(104), 모바일 애플리케이션을 실행하는 모바일 디바이스(106), 다른 컴퓨팅 디바이스(108), 다른 검출 디바이스(들)(100))과 통신할 수 있는 하나 이상의 검출 디바이스들(100)을 포함할 수 있다.
종래의 검출 디바이스와 달리, 본 명세서에 기술된 검출 시스템 및 방법은 휴대성, 동작의 용이성(예를 들어, 면봉을 필요로 하지 않음), 위협 또는 기타 조건에 대한 지속적인 모니터링을 제공하는 능력 및 정량적 검출 결과를 제공하는 능력을 포함하는 몇 가지 이점을 갖는다. 추가적인 유익한 피쳐는 아래에서 자세히 설명된다.
VOC를 검출하기 위한 시스템
일반적으로, 일부 변형예에서 타겟 분석물을 검출하기 위한 검출 디바이스는 베이스 및 센서 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 검출 디바이스(100)는 베이스(110) 및 센서 모듈(130)을 포함할 수 있다. 센서 모듈은 베이스에 결합될 수 있으며 적어도 하나의 분석물 센서(예를 들어, 전기화학 센서)를 포함할 수 있다. 분석물 센서는 전극 및 전극 상에 배열되고 타겟 VOC에 특이적인 이온성 액체(예를 들어, 실온 이온성 액체(RTIL))를 포함할 수 있으며, 이는 아래에서 더 설명된다. 또한, 일부 변형예에서 센서 모듈은 센서 모듈이 다른 센서 모듈과 상호교환가능하도록(예를 들어, 사용 후 다른 센서 모듈과 상호교환가능하거나, 다른 검출 애플리케이션을 위해 다른 타겟 VOC(들)을 검출하는 데 특정한 다른 센서 모듈과 상호교환가능) 베이스에 제거 가능하게 결합될 수 있다. 그러나 일부 변형예에서 센서 모듈(130)은 베이스(110)에 통합되거나 영구적으로 결합될 수 있습니다(예를 들어, 베이스에 제거 가능하게 결합되지 않고 베이스 내에 수용됨).
베이스
도 3에 도시된 바와 같이, 검출 디바이스(100)는 하나 이상의 프로세서(112) 및 메모리 장치(들)(114)를 포함하는 전자 시스템과 같은 다양한 컴포넌트들을 포함하는 베이스(110)를 포함할 수 있다(예를 들어, 센서 모듈(130)로부터의 신호를 처리하기 위해 및/또는 전체 검출 디바이스의 다른 계산 및 처리 작업을 처리하기 위해). 전자 시스템은 다른 디바이스와 통신하도록 구성된 하나 이상의 통신 모듈(들)(116), 하나 이상의 추가 센서들(118), 하나 이상의 전원(들)(120), 예를 들어 데이터에 대한 액세스 또는 테스트 목적을 위한 하나 이상의 연결 포트(들)(122), 및/또는 하나 이상의 타겟 분석물의 검출과 관련된 정보를 전달하도록 구성될 수 있는 하나 이상의 알람들(124)을 더 포함할 수 있다.
베이스는 임의의 적합한 폼 팩터(form factor)를 가질 수 있고 특정 애플리케이션에 맞춰질 수 있다. 예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같이, 베이스(410)는 사람이 휴대할 수 있는 핸드헬드(handheld) 하우징(예를 들어, 모바일 핸드셋)을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 핸드헬드 하우징은 보다 편안한 핸드헬드 그립을 용이하게 하기 위해 인체공학적 형상(예를 들어, 곡선형, 핑거 그루브, 핑거 루프 등)을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 핸드헬드 하우징은 사용자가 쉽고 편안하게 핸드헬드 하우징을 잡는 능력을 향상시키는 것을 돕기 위해 리브, 고무 그립, 및/또는 다른 적절한 마찰 피쳐를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 베이스는 사람이 착용할 수 있다. 예를 들어, 베이스는 스트랩, 밴드 또는 헬멧, 어깨 마운트 또는 기타 의류 품목을 포함하거나 이에 결합될 수 있고 팔, 어깨, 손, 손가락, 손목, 다리, 발목, 발, 몸통, 머리 등에 착용될 수 있다.
일부 변형예에서 베이스(410)는 예를 들어 테이블(도 4b), 카운터, 선반, 바퀴가 달린 카트 또는 기타 표면에 놓이기 위해 적절한 표면에 배치되거나 장착될 수 있고 또는 벽, 천장 등에 장착될 수 있는 독립형(standalone) 유닛을 포함할 수 있다. 예를 들어 베이스(410)는 자동차 또는 트럭과 같은, 자동차(도 4c), 항공기(예를 들어, 비행기, 헬리콥터 등), 무인 항공기, 선박 또는 기타 적합한 지상, 공중, 해상 또는 기타 운송 수단과 같은 것 안이나 위에 놓일 수 있다. 베이스(410)는 화물 영역 또는 승객 영역, 또는 차량의 외부 표면에 배치될 수 있다. 다른 예로서, 베이스(410)는 정적인, 산업 환경(예를 들어, 공장 또는 기타 제조 시설, 창고 등)에 최적화될 수 있다. 그러나 베이스는 다른 적절한 애플리케이션에 맞게 구성될 수 있다.
전자 시스템
전술한 바와 같이, 베이스는 전자 시스템을 포함할 수 있다. 도 5는 검출 디바이스의 베이스에서 사용하기 위한 전자 시스템(510)의 예시적인 변형예의 개략도를 도시한다. 일부 변형예에서, 전자 시스템(510)은 예를 들어 모바일 핸드셋 스타일의 검출 디바이스에 사용될 수 있다. 전자 시스템(510)은 다양한 전기 컴포넌트 및/또는 주변 컴포넌트 및/또는 케이블용 커넥터를 포함하는 회로 기판(520)(예를 들어, 마더보드)을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 전자 시스템(510)은 예를 들어 동시 또는 병렬 기능을 제공할 수 있는 다중 회로 기판들(520)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 전자 시스템(510)은 센서 모듈(550)과 통신하고 하나 이상의 타겟 분석물(예를 들어, VOC)을 검출하는 것과 관련하여 센서 모듈(550)에서 분석물 센서(들)의 전기적 파라미터를 획득 및/또는 해석하기 위해 특정한 계산을 수행하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서(526)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(526)는 센서 모듈(550)의 분석물 센서(들)에서 임피던스, 전류, 및/또는 다른 적절한 전기적 파라미터를 측정 및/또는 해석하기 위해 전기화학 임피던스 감지 및/또는 크로노암페로메트리(chronoamperometry)를 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(526)는 분석물 센서(들)로부터의 센서 신호에서 하나 이상의 전기적 파라미터의 변화를 검출 및 측정하고, 변화(들)를 하나 이상의 타겟 분석물의 검출과 상관시키도록 구성될 수 있다. 이러한 검출 프로세서(526)는 일부 변형예에서 10pA 이하의 전류 변화를 검출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 변형예에서, 그러한 검출 프로세서(526)는 PalmSens BV(네덜란드)로부터 이용가능한 EmState Pico Module을 포함할 수 있다.
전자 시스템(510)은 다른 전기 컴포넌트에 연결되고 검출 디바이스의 다양한 다른 제어 및/또는 계산 기능을 용이하게 하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서(522)를 더 포함할 수 있다. 전자 시스템(510)의 하나 이상의 메모리 장치에 저장된 명령어를 실행할 때, 프로세서(522)는, 예를 들어, 신호 송신 및/또는 수신, 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이 추가 센서(528)로부터 센서 판독, 센서 모듈(550)로부터의 검출의 시간 및/또는 빈도 제어, 암호화, 진단, 상태 모니터링 및/또는 다른 적절한 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(522)는 검출 디바이스에 의해 수신 및/또는 송신되는 모든 신호를 암호화하도록 구성될 수 있고, 및/또는 AES-256 암호화 및/또는 임의의 적절한 암호화 프로토콜 또는 표준을 사용하여 디바이스에 저장된 데이터를 암호화하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 변형예에서 데이터는 AES-128 암호화와 검출 디바이스로부터 송신되는 모든 데이터를 암호화하는 추가 사용자정의 후(post)-암호화 알고리즘의 조합을 사용하여 암호화될 수 있다. 이러한 변형예에서 2개의 키들을 사용하여 임의의 송신을 해독할 수 있으므로, 송신된 정보의 보안이 강화된다. 보안 강화를 위해 추가 암호화 층(해독을 위해 추가 키 필요)이 송신에 추가로 적용될 수 있다. 일부 변형예에서, 프로세서(522)는 마이크로컨트롤러, 중앙 처리 장치(CPU), 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA), 또는 임의의 적합한 프로세서 칩(들)을 포함할 수 있다. 프로세서(522)는 적어도 약 100MHz의 클록 속도를 가질 수 있으며, 이는 예를 들어 향상된 연속 모니터링 및 처리 능력을 용이하게 하는 데 도움이 될 수 있다. 일부 변형예에서, 단일 프로세서는 프로세서(526) 및 프로세서(522)의 결합된 피쳐를 수행할 수 있다.
일부 변형예에서, 베이스는 임의의 적합한 용량(예를 들어, 적어도 1MB)의 하나 이상의 메모리 장치(523)(예를 들어, 플래시 스토리지)를 포함할 수 있다. 메모리 장치(523)는 예를 들어 전자 시스템(510)에 의한 송신 전에 데이터를 저장할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 베이스는 적절한 메모리 장치(예를 들어, SD 카드, miniSD, USB 등)를 수용하기 위한 하나 이상의 포트를 포함할 수 있고, 이는 데이터 저장, 검출 디바이스에 대한 소프트웨어 로딩 및/또는 진단 제공 등에 사용될 수 있다. 메모리 장치(523)는 예를 들어 AES-256과 같은 하나 이상의 기술을 사용하는 암호화 기능을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 메모리 장치(523)는 보조 시스템(예를 들어, 다른 컴퓨팅 디바이스)의 메모리 장치와 병렬로 동작할 수 있다.
일부 변형예에서 베이스의 전자 시스템(510)은 다른 파라미터의 측정치를 제공하는 하나 이상의 센서(528)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 시스템(510)은 온도 센서, 습도 센서, 적외선 센서, 초음파 센서, 레이더 센서, 자이로스코프, 관성 측정 유닛(IMU), 미립자 센서(예를 들어, PM10, PM2.5, PM1 등) 및/또는 이와 유사한 것과 같은 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 임의의 하나 이상의 센서(528)는 전도성 트레이싱, 플렉스 케이블 및/또는 다른 적절한 연결 방식을 통해 연결될 수 있다. 온도 또는 습도 센서와 같은 센서(528) 중 적어도 일부는 센서 모듈(550) 및/또는 다른 센서(528)에서 전극 센서의 교정에 유용할 수 있는 측정치를 제공할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 센서(528) 중 적어도 일부는 (예를 들어, 냉장 트럭에서) 환경 모니터링을 위한 주변 온도와 같은 다른 모니터링 및/또는 추적 애플리케이션에 유용한 센서 데이터를 제공할 수 있다. 일부 변형예에서, 전자 시스템(510)은 적어도 0.5Hz(예를 들어, 적어도 0.5Hz, 적어도 0.7Hz, 적어도 1Hz 등)의 주파수 또는 다른 적절한 주파수에서 데이터를 수신하고 및/또는 센서(528)에 커맨드를 송신하도록 구성될 수 있다. 또한, 전자 시스템(510)은 적어도 10Hz(예를 들어, 적어도 10Hz, 적어도 15Hz 등)의 주파수 또는 다른 적절한 주파수에서 센서 모듈로부터 데이터를 수신 및/또는 코멘트를 송신하도록 구성될 수 있다. 전자 시스템(510)은 센서 신호 처리(예를 들어, 신호 이득, 신호 대 잡음비 증가를 위한 잡음 감소와 같은 신호 필터링 등)를 수행하기 위한 적절한 컴포넌트를 더 포함할 수 있지만, 추가로 또는 대안적으로 상술한 하나 이상의 프로세서가 디지털 신호 처리를 수행할 수 있다. 일부 변형예에서, 전자 시스템(510)은 디지털 신호 처리를 수행하기 위해 보조 시스템(예를 들어, 다른 컴퓨팅 디바이스)과 병렬로 동작할 수 있다.
또한, 일부 변형예에서 전자 시스템은, 검출 디바이스의 위치 추적을 가능하게 할 수 있는, 연관된 안테나(531)를 갖는 GPS 모듈(530) 또는 GNSS와 같은 위치 센서를 추가로 또는 대안적으로 포함할 수 있다. 센서(528) 및 GPS 모듈(530)은 검출 디바이스의 베이스에 있는 전자 시스템(510)의 일부로서 도 5에 도시되어 있지만, 일부 변형예에서, 하나 이상의 다른 센서(528) 및/또는 GPS 모듈(530)이 추가적으로 또는 대안적으로 센서 모듈(550)에 위치할 수 있음을 이해해야 한다. 일부 변형예에서, 검출 디바이스의 위치 추적은 WiFi, 및/또는 블루투스 또는 삼각 측량 기술을 통해 다수의 검출 디바이스들의 전자 시스템들(510) 사이의 유사한 통신을 통해 수행될 수 있다.
일부 변형예에서, 베이스의 전자 시스템(510)은 적어도 하나의 가열 모듈(524)(예를 들어, 주울 가열 모듈)을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 가열 모듈(524)은 전기 저항기 가열 요소 또는 전류 입력 시 열을 생성하도록 구성된 다른 적절한 요소를 포함할 수 있다. 가열 모듈은 예를 들어 센서 모듈(550)의 컴포넌트를 재생하는 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 센서 모듈(550)의 적어도 일부는 센서의 기능에 부정적인 영향을 미칠 수 있는(예를 들어, 오염) 바람직하지 않은 물질(예를 들어, 수분, 비-타겟화된 VOC 등)을 축적할 수 있다. 가열 모듈(524)은 바람직하지 않은 물질의 증발을 유도하는 적절한 온도로 센서 모듈의 적어도 일부를 가열함으로써 그러한 바람직하지 않은 물질을 제거할 수 있다. 전자 시스템(510)은 예를 들어 교정 프로세스(예를 들어, 검출 디바이스의 제조 및/또는 조립 중, 검출 디바이스 시작 시) 및/또는 유지관리 프로세스(예를 들어, 주기적으로, 미리 정해진 임계치를 초과하는 습도 등과 같은 검출된 환경 조건에 대한 응답으로)의 일부로서 가열 모듈(524)을 활성화할 수 있다.
전자 시스템(510)은 연관된 안테나(535)를 갖는 블루투스 모듈(534) 및/또는 연관된 안테나를 갖는 무선 인터넷(WiFi) 모듈(532)과 같은 하나 이상의 무선 통신 모듈을 더 포함할 수 있다. 다른 무선 통신 모듈(예를 들어, LTE, 2G, 3G, 4G, 5G 등과 같은 셀룰러 네트워크 기술을 구현하는 무선, 모듈)이 추가적으로 또는 대안적으로 포함될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 전자 시스템(510)은 GPS 모듈(530)(또는 GNSS)과 같은 위치 센서를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서 블루투스 안테나 기능은 적절한 세대(예를 들어, 블루투스 4.0 이상)일 수 있고, WiFi 안테나 기능은 임의의 적절한 주파수(예를 들어, a/b/c/g/n/ax 스펙트럼을 통한 2.4GHz, 5GHz, 24GHz 주파수)로 송신하도록 구성될 수 있고 및/또는 GPS 안테나 기능은 약 10초마다 적어도 1미터 이하의 글로벌 포지셔닝 정확도를 제공하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 전자 시스템(510)은 사용자정의 신호 주파수 또는 주파수들의 적어도 하나의 통신 안테나를 포함할 수 있다. 통신 모듈은 무선 방식으로 데이터를 발송 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 전자 시스템(510)은 임의의 적합한 통신 모듈(예를 들어, 유선 또는 무선 통신 방식)을 포함할 수 있다. 이러한 신호를 통해, 검출 디바이스는 하나 이상의 주변 디바이스(예를 들어, 서버, 휴대폰 또는 태블릿과 같은 모바일 디바이스, 랩톱 또는 데스크톱 컴퓨터 등)와 통신할 수 있다. 그러한 페어링된 통신은 예를 들어 검출 디바이스와 페어링된 주변 디바이스 사이의 정보(예를 들어, 센서 데이터, 사용자 데이터, 분석 데이터, 센서 교정 데이터, 소프트웨어 업데이트 등)의 통신을 가능하게 할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 일부 변형예에서, 주변 디바이스(예를 들어, 검출 디바이스와 연관된 애플리케이션 실행)와 페어링된 검출 디바이스는 페어링된 주변 디바이스와 관련하여 자신을 위치시키기 위해 무선 통신 모듈을 통한 통신을 이용할 수 있다. 예를 들어, 다중 검출 디바이스들이 서로 근접한 경우(예를 들어, 같은 방), 주변 디바이스 및/또는 해당 디바이스와 페어링된 임의의 특정 검출 디바이스는 특정 검출 디바이스의 위치를 나타낼 수 있고 및/또는 어떤 검출 디바이스가 현재 주변 디바이스와 페어링되어 있는지를 나타낼 수 있다. 일부 변형예에서, 다중 검출 디바이스들은 동일한 주변 디바이스에 동시에 페어링될 수 있으며, 페어링된 검출 디바이스 중 임의의 것의 위치 및/또는 페어링된 상태는 주변 디바이스 및/또는 해당 검출 디바이스에 표시될 수 있다. 일부 변형예에서, 하나 이상의 검출 디바이스는 무선 통신 모듈을 통해 같은 룸에서와 같이 검출 디바이스(들) 근처에 있는 주변 디바이스(들)와 통신할 수 있다. 그러나, 일부 변형예에서 하나 이상의 검출 디바이스는 무선 통신 모듈을 통해 동일한 방 또는 동일한 건물에 있지 않은 것과 같이 검출 디바이스(들)로부터 멀리 있는 주변 디바이스(들)와 통신할 수 있다. 후자의 시나리오는 예를 들어 검출 디바이스가 전염병(예를 들어, 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 질병과 관련된 호흡 샘플의 호기 대사 산물)과 관련된 타겟 분석물을 검출하도록 구성된 경우에 유리할 수 있고, 이로써 주변 디바이스의 사용자(예를 들어, 테스트 관리 직원)를 검출 디바이스를 동작시키는 잠재적인 전염성 사용자에 의한 감염으로부터 더 안전하게 유지하고 주변 디바이스 사용자를 위한 개인 보호 장비의 필요성을 감소시킨다.
다수의 검출 디바이스들이 서로 매우 근접한 경우, 주변 디바이스와 하나 이상의 검출 디바이스들 사이의 페어링된 통신은 특정 관심 검출 디바이스에 대한 유용한 제어를 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 일부 변형예에서, 모바일 디바이스와 같은 주변 디바이스는 해당 주변 디바이스와 페어링된 검출 디바이스가 (예를 들어, LED 또는 기타 조명 요소 조명, 디스플레이에 표시(indication) 표시, 청각 표시 소리와 같은 사용자 인터페이스를 통해) 큐(cue)로 자신을 식별하게 하는 "나를 찾아줘(find me)" 동작을 갖는 모바일 애플리케이션을 실행할 수 있다. 검출 디바이스로부터의 큐는 모바일 애플리케이션으로부터의 대응하는 큐(예를 들어, 통지 메시지, 진동 등)와 동기화 방식으로 제공될 수 있다. 따라서, 주변 디바이스의 사용자는 검출 디바이스 및/또는 모바일 애플리케이션으로부터의 신호를 해석하여 주변의 여러 검출 디바이스들 중 어느 검출 디바이스가 해당 주변 디바이스와 페어링되어 있는지 식별할 수 있다. 일부 변형예에서, 모바일 애플리케이션은 사용자가 원할 경우 주변 디바이스가 현재 페어링되어 있는 근처의 검출 디바이스를 변경하도록 더 구성될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 검출 디바이스는 검출 디바이스 네트워크(예를 들어, 블루투스에 의해 활성화되는 메시 네트워크와 같은 메시 네트워크)에서 하나 이상의 추가 검출 디바이스와 통신할 수 있다. 그러한 네트워크화된 검출 디바이스들 중 임의의 하나 이상은 이러한 네트워크를 통해 칼만(Kalman) 필터링 및 삼각측량과 같은 다른 네트워크화된 검출 디바이스와 관련하여 자신의 위치를 찾을 수 있다. 다른 예로서, 검출 디바이스는 검출 디바이스가 네트워크화된 다른 근처의 검출 디바이스에 대해 "상태 검사(health check)" 동작을 수행할 수 있고, 여기서 검출 디바이스는 네트워크화된 검출 디바이스가 여전히 적절하게 교정된 방식으로 동작하는지 확인하는 데 도움이 되도록 다른 네트워크화된 검출 디바이스의 센서 감도 레벨에 대해 그의 센서 감도 레벨을 검사할 수 있다. 검출 시스템의 일부로서 이러한 검출 디바이스 네트워크를 활용하는 다양한 방법이 아래에서 더 자세히 설명된다.
도 2와 관련하여 전술한 바와 같이, 하나 이상의 검출 디바이스는 클라우드 네트워크와 같은 네트워크를 통해 서버 또는 다른 적합한 데이터 저장 디바이스(들)를 포함하는 임의의 적합한 디바이스와 통신하도록 구성될 수 있다. 일부 변형예에서, 검출 디바이스로부터의 데이터(예를 들어, 센서 데이터, 사용자 데이터, 분석 데이터)는 검출 디바이스의 무선 통신 모듈을 통해 하나 이상의 원격 디바이스(예를 들어, 클라우드 스토리지)로 전달될 수 있습니다. 추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 저장 디바이스로부터의 데이터는 하나 이상의 원격 디바이스로부터 검출 디바이스로 통신될 수 있다(예를 들어, 센서 보정 데이터, 소프트웨어 업데이트 등). 이러한 데이터는 인터넷 연결 또는 기타 무선 통신 연결이 사용 가능하고 활성화된 경우와 같이 실질적으로 실시간으로 전달될 수 있다. 일부 변형예에서, 검출 디바이스는 그의 로컬 메모리(예를 들어, 메모리 디바이스(114))에 데이터의 볼륨을 저장하고 주기적으로 또는 간헐적으로 데이터의 배치를 하나 이상의 저장 디바이스에 통신할 수 있다. 또한 검출 디바이스가 저장 디바이스와 활성 무선 통신 연결이 없는 경우, 일부 변형예에서 검출 디바이스는 무선 통신 연결이 가능할 때까지 로컬 메모리에 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 미리 결정된 수의 테스트 판독치들(예를 들어, 1000개의 테스트 판독치들)은 검출 디바이스가 적합한 원격 또는 다른 저장 장치에 대한 사용 가능한 연결을 통해 동기화할 수 있을 때까지 국부적으로 저장될 수 있고, 따라서 더 많은 테스트 판독치들을 저장할 수 있도록 로컬 메모리 공간을 비운다.
일부 변형예에서, 전자 시스템(510)은 전원 또는 전원에 액세스하기 위한 연결 포트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 전자 시스템(510)은 전원(540)(예를 들어, 배터리 또는 다른 휴대용 전원, 또는 벽 콘센트와 같은 유선 전원)에 연결하기 위한 전력 입력(536)을 포함할 수 있다. 베이스가 모바일 핸드헬드 유닛인 일부 변형예에서, 베이스는 배터리와 같은 휴대용 전원을 포함할 수 있다. 베이스가 차량 운송 또는 정적 산업 환경에 사용되는 일부 변형예에서, 베이스는 차량 자체에서 전력을 끌어오거나 휴대용 전원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 베이스는 차량 또는 산업 환경의 전원을 기본 전원으로 활용하고 베이스의 휴대용 전원을 백업 전원으로 활용하거나 그 반대의 경우도 가능하다. 추가로 또는 대안적으로, 검출 디바이스는 태양 에너지를 통해 전력을 공급받을 수 있다. 예를 들어, 전원은 적어도 하나의 태양광 어레이(solar array)를 포함하거나 이에 연결될 수 있다. 태양광 어레이는 전원(540)을 충전하거나 검출 디바이스의 전자 시스템(510)에 직접 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 일부 변형예에서 태양광 어레이는 기본 전력원을 제공할 수 있는 반면, 일부 변형예에서는 태양광 어레이가 보조 전력원을 제공할 수 있다.
휴대용 전원(540)은 예를 들어 검출 디바이스의 베이스 내에(예를 들어, 검출 디바이스의 하우징 내에) 위치될 수 있다. 휴대용 전원은 추가로 또는 대안적으로 센서 모듈 내에 위치될 수 있다. 일부 변형예에서, 전자 시스템(510)은 적어도 3.3V의 전압 또는 임의의 적합한 전압에서 전력을 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 검출 디바이스는 임의의 적절한 연결(예를 들어, 마이크로-USB 등)을 통해 재충전 가능할 수 있다. 일부 변형예에서, 전자 시스템은 항상(예를 들어, 자동 차단 전) 적어도 배터리 예비(battery reserve)의 더 낮은 임계치(예를 들어, 5%)를 유지할 수 있다. 이 배터리 예비는 검출 디바이스가 아래에 설명된 대로 변조 방지(anti-tamper) 메커니즘과 같은 최소 기능을 수행하는 데 도움이 될 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 일부 변형예에서 전자 시스템(510)은 하나 이상의 데이터 및/또는 테스트 커넥터 포트(538)를 포함할 수 있다. 이러한 커넥터(538)는 예를 들어 전자 시스템(510)이 적합한 소프트웨어로 플래싱되고, 테스트되고, 진단을 위해 분석되고 및/또는 확장된 능력을 위해 하나 이상의 주변 디바이스에 대한 부착을 가능하게 할 수 있다(예를 들어, 추가 센서, 통신 디바이스, 디스플레이 또는 기타 사용자 인터페이스 등). 센서 모듈(550)에 대해 신호를 수신 및/또는 송신하기 위한 하나 이상의 전기 전도성 접촉부 또는 케이블을 포함하는 다른 커넥터(미도시)는 베이스와 센서 모듈 사이의 연결을 추가로 가능하게 할 수 있다. 일부 변형예에서, 전자 시스템(510)은 무선 통신 모듈(예를 들어, 블루투스 모듈(534), 와이파이 모듈(532) 등)과 같은 진단을 위해 적합한 소프트웨어로 플래싱되고, 테스트되고, 분석될 수 있다.
일부 변형예에서, 전자 시스템(510)은 타겟 분석물(예를 들어, 타겟 VOC)의 검출에 응답하여 경보(alert)를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 알람 시스템(542)을 포함할 수 있다. 알람 시스템(542)은 추가로 또는 대안적으로 검출 디바이스의 상태(예를 들어, 저전력, 비작동 또는 결함 검출 등)에 응답하여 경보를 제공할 수 있다. 일부 변형예에서, 경보는 아래에 설명된 것과 같은 검출 디바이스의 사용자 인터페이스(예를 들어, 디스플레이 스크린) 상에서 통신될 수 있고 및/또는 시각적 신호(예를 들어, LED 광의 조명) 및/또는 오디오 신호(예를 들어, 일련의 톤, 경고음 등의 스피커를 통해)와 같은 신호를 통해 통신될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 검출 디바이스에 의한 타겟 분석물의 검출을 나타내기 위해 및/또는 검출 디바이스의 상태 및/또는 다른 적합한 정보를 나타내기 위해 경보는 예를 들어 무선 통신 모듈 또는 다른 커넥터 포트를 통해 주변 디바이스 또는 다른 원격 디바이스(예를 들어, 모바일 컴퓨팅 디바이스, 서버, 랩탑 또는 데스크탑 컴퓨터 등)로 통신될 수 있다.
다른 베이스 피쳐
도 5에 도시된 바와 같이, 일부 변형예에서, 베이스는 전자기 간섭 및/또는 극한 열에 대한 보호를 포함하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 베이스는 차폐부(shielding)(512)를 포함할 수 있으며, 이는 예를 들어 베이스 내의 컴포넌트 상호작용 및/또는 베이스 외부의 주변 상호작용으로 인한 전자기 간섭으로부터 정확한 EMI 차폐를 제공할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 베이스는 외부 하우징 또는 다른 인클로저를 향하는 것과 같이, 열에 민감한 영역으로부터 멀리 고에너지 컴포넌트(예를 들어, 프로세서, 전원)로부터 과도한 열을 전달하도록 구성된 컴포넌트(예를 들어, 핀 또는 기타 방열판, 팬 등)를 포함할 수 있다. 베이스는 냉각 공기 순환을 촉진하기 위한 하나 이상의 통풍구(vent)를 포함할 수 있다. 베이스는 추가적으로 또는 대안적으로 열이 베이스로 되돌아가는 것을 실질적으로 방지하는 피쳐를 포함할 수 있다.
또한, 베이스는 충격, 압력 및/또는 기타 구조적 요건에 대해 버팀을 형성하도록 구성된 구조적 보강재(structural reinforcement)를 포함할 수 있다. 예시적인 예로 베이스는 MIL-STD-810 표준에 따른 구조적 및 태양열 부하 요구 사항을 충족하도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 베이스는 적어도 약 100피트 깊이까지 물의 정수압을 견디도록 밀봉될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 베이스는 검출 디바이스를 손상시킬 수 있는 환경 요인 및/또는 사용자 취급으로부터 보호하기 위해 구조적으로 견고할 수 있다. 일부 변형예에서 베이스는 위의 특성 중 하나 이상을 제공하기 위해 여러 개의 하우징들 또는 기타 인클로저들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 베이스는 구조적 하중에 대비하도록 구성된 내골격 섀시(endoskeleton chassis) 뿐만 아니라 환경 요인으로부터 추가로 보호하고 및/또는 사용자 취급을 개선하기 위해 릿지(ridge)와 그루브(groove)를 포함하는 외골격 인클로저(exoskeleton enclosure)(예를 들어, 더 나은 취급을 위해 마찰 증가)를 포함할 수 있다. 베이스는 파스너(예를 들어, 자석, 접착제, 흡입 등)를 통해 적절한 표면에 검출 디바이스를 부착하기 위한 하나 이상의 마운트(mount)를 더 포함할 수 있다.
일부 변형예에서 베이스는 하나 이상의 변조 방지 피쳐를 포함할 수 있다. 예를 들어, 베이스는 하나 이상의 기계적 변조 방지 피쳐 및/또는 전자 기반 변조 방지 피쳐를 갖춘 하우징을 포함할 수 있다. 기계적 변조 방지 피쳐의 예는 기계적 인터록, 특수하거나 일반적이지 않은 툴이 필요한 특수 파스너(예를 들어, Torx, 스타, 또는 사용자지정 파스너 등)를 포함한다. 전자 기반 변조 방지 피쳐의 일 예에서, 베이스의 전자 시스템 내의 프로세서는 사용자지정 소프트웨어를 포함할 수 있으므로 검출 디바이스를 분해하기 위해 승인된 주변 디바이스로부터 검출 디바이스로 허용 커맨드가 발송되어야 하며(예를 들어, 컴패니언 사용자지정 소프트웨어 실행), 여기서 혀용 커맨드는 인증 키를 함유한다. 이러한 인증 키는 검출기 장치(예를 들어, 베이스 및/또는 센서 모듈)의 분해를 가능하게 하기 위해 검출 디바이스로 발송되어야 한다. 인증 키가 수신되면 검출 디바이스가 분해될 수 있다. 이 인증 키가 수신되지 못한 경우, 검출 디바이스를 분해하려는 시도로 인해 중요한 회로를 통해 고전압 전류가 발송되어 디바이스의 기능을 파괴하거나 제한할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 검출 디바이스를 분해하려는 승인되지 않은 시도는 검출 디바이스가 주변 디바이스에 경보를 자동으로 송신하게 할 수 있다(예를 들어, 알람 시스템(542)을 사용하여).
일부 변형예에서 베이스는 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스는 사용자에게 정보를 표시하도록 구성된 디스플레이 스크린(예를 들어, LED 디스플레이)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 디스플레이 스크린은 타겟 분석물(예를 들어, 타겟 VOC)의 검출 및/또는 검출된 타겟 분석물의 양의 정량적 판독치를 나타내는 신호와 같은 알람 시스템으로부터의 경보를 제공할 수 있다. 다른 예로서, 디스플레이 스크린은 네트워크 연결(예를 들어, 블루투스, WiFi, 셀룰러 등)의 상태, 전력 관련 정보(예를 들어, 온/오프 상태, 전력 레벨, 충전 상태, 외부 전원 연결 등), 시스템 디폴트(예를 들어, 센서 모듈에 대한 연결 부족) 또는 디바이스 상태, 샘플 상태(예를 들어, 분석을 위한 가스 샘플의 검출 또는 수령 확인), 검출 상태(예를 들어, 타겟 분석물 검출, 타겟 분석물 미검출, 검출 동작 불량, 분석 진행 중 등)와 같은 적절한 상태 업데이트 및/또는 기타 적합한 정보를 제공하는 아이콘을 표시하도록 구성될 수 있다. 일부 변형예에서, 사용자 인터페이스는 LED 조명과 같은 다른 형태의 시각적 통신을 추가로 또는 대안적으로 포함할 수 있으며, 본 명세서에서 조명의 색상, 위치 및/또는 시퀀스는 임의의 상기 또는 다른 적절한 정보로 변환될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 LED 광 및/또는 다른 적절한 시각적 신호가 조명되거나 달리 활성화되어 상기 또는 다른 적절한 정보 중 임의의 것을 나타낼 수 있다(예를 들어, 타겟 분석물 검출 시 적색 LED 점등, 타겟 분석물 미검출 시 녹색 LED 점등). 추가적으로 또는 대안적으로, 사용자 인터페이스는 위의 정보 또는 다른 적절한 정보 중 임의의 것을 나타내기 위해 음성, 톤, 및/또는 다른 적절한 가청 신호를 방출하도록 구성된 스피커와 같은 오디오 통신을 포함할 수 있다. 또한, 검출 디바이스는 모터로부터의 진동 등과 같은 적절한 햅틱(예를 들어, 촉각) 사용자 인터페이스 피쳐를 추가적으로 또는 대안적으로 포함할 수 있다. 또한, 베이스는 식별 모듈(예를 들어, 사용자의 신원을 기록 및/또는 확인하기 위한 지문 판독기), 마이크, 스피커, 카메라 등과 같은 다른 적합한 사용자 대화형 컴포넌트를 포함할 수 있다.
센서 모듈
도 3에 도시된 바와 같이, 센서 모듈(130)은 베이스(110)에 결합되도록 구성될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 센서 모듈(630)은 하우징(632) 및 하나 이상의 분석물 센서(본 명세서에서 "센서 칩"이라고도 함)를 포함하는 센서 어레이(634)를 포함할 수 있다. 아래에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, 분석물 센서는 전극 및 전극 위에 배열되고 하나 이상의 타겟 VOC에 특정한 이온성 액체(예를 들어, 실온 이온성 액체(RTIL))를 포함할 수 있다. 따라서, 각 분석물 센서는 아래에서 더 자세히 설명하는 바와 같이 충분히 유사한 특성을 가진 특정 VOC 또는 VOC 그룹을 검출하기 위해 특별히 조정될 수 있다.
일부 변형예에서, 하우징(632)은 센서 어레이(634)를 실질적으로 둘러쌀 수 있다. 일부 변형예에서, 하우징(632)은 센서 어레이의 전극 위에 RTIL 또는 다른 이온성 액체를 보유하는 것을 돕기 위한 게이트로서 추가로 기능할 수 있다. 센서 모듈을 위한 하우징의 예시적인 변형예가 도 14a 내지 14b, 도 15 및 도 17a 내지 17b에 도시되어 있고 아래에서 더 상세히 설명된다. 그러나 하우징(632)은 센서 어레이(634)를 수용하기 위한 임의의 적합한 크기 및/또는 형상을 가질 수 있다.
센서 모듈(130)은 큰 공기 미립자를 필터링하도록 구성된 필터(632)를 더 포함할 수 있으며, 이로써 분석물 센서의 기능을 방해할 수 있는 노이즈 물질을 줄일 수 있다. 일부 변형예에서, 필터는 센서 어레이의 전극(들) 바로 위에 및/또는 직각으로 위치하여 전극 표면에 대해 여러 방향으로 필터링할 수 있다. 일부 변형예에서, 필터(632)는 하우징(632)의 일부를 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 14a 내지 14b는 각각 센서 모듈 하우징(1332)을 갖는 예시적인 센서 모듈(1330)의 조립도 및 분해도를 도시한다. 센서 모듈 하우징(1332)은 센서 모듈 필터(1336)에 결합된 센서 모듈 베이스(1334)를 포함할 수 있고, 여기서 센서 모듈 베이스(1334) 및 센서 모듈 필터(1336)는 센서 어레이(1340) 주위에 인클로저를 형성한다. 필터(1336)는 소결된 스테인리스 강 재료로 형성될 수 있다. 일부 변형예에서, 필터는 소결된 금속 재료(예를 들어, 소결 기술로 제조된 알루미늄, 강철(예를 들어, 스테인리스 스틸), 티타늄, 몰리브덴, 구리 등)로부터 적어도 부분적으로 형성될 수 있다. 필터(1336)에 적합한 필터 기공 크기는 예를 들어 약 1μm 이상일 수 있다. 다른 예로서, 필터는 알칼리성 알루미나 실리케이트 물질과 같은 분자체 건조제를 포함할 수 있고, 이는 약 10 옹스트롬의 기공 크기를 갖는 구형과 같은 적절한 형태로 형성될 수 있다.
일부 변형예에서, 센서 모듈은 상이한 센서 모듈의 스와핑(swapping) 또는 교환을 가능하게 하기 위해 검출 디바이스의 베이스에 제거가능하게 결합될 수 있다(예를 들어, 사용한 센서 모듈을 사용하지 않은 센서 모듈로 교체, 다른 타겟 분석물에 특정한 센서 모듈 스왑 등). 예를 들어, 일부 변형예에서 베이스는 하나 이상의 제1 맞물림 요소들의 세트를 포함할 수 있고, 센서 모듈(예를 들어, 센서 모듈 하우징)은 하나 이상의 제2 맞물림 요소들의 세트를 포함할 수 있다. 제1 맞물림 요소와 제2 맞물림 요소는 서로 기계적으로 맞물려 센서 모듈과 베이스를 함께 결합할 수 있다. 맞물림 요소의 예는 슬라이딩 방식으로 맞물릴 수 있는 피쳐(예를 들어, 그루브 등과 같은 리세스된 피쳐와 슬라이딩 방식으로 맞물리는 텅, 스플라인, 리브, 릿지, 범프 등과 같은 돌출 피쳐), 스냅핏 피쳐, 나사산이 있는 요소와 나사식으로 맞물리는 파스너 등을 포함한다. 예를 들어, 도 13a 내지 도 13b는 센서 모듈(1330)이 베이스(1310)와 측방향 방식으로 슬라이딩 가능하게 맞물림 및 분리하도록 구성된 모바일 핸드헬드 검출 디바이스의 예시적인 변형을 도시한다. 대안적으로, 센서 모듈(1330) 및 베이스(1310)는 스냅핏 피쳐 또는 센서 모듈(1330)과 베이스(1310) 사이의 수직 분리를 가능하게 하는 다른 피쳐를 포함할 수 있다(예를 들어, 길이방향 축을 따라 또는 힌지 래치로 측방향 축을 중심으로 회전, 등). 센서 하우징이 베이스로부터 제거 가능하게 결합되는 것으로 주로 설명되고 도면에 도시되어 있지만, 다른 변형예에서, 하나 이상의 센서 칩이 추가로 또는 대안적으로 교체를 위해 센서 하우징으로부터 직접 제거될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 일부 변형예에서, 센서 모듈은 검출 디바이스의 베이스에 통합되거나 영구적으로 결합될 수 있습니다(예를 들어, 베이스 내에 하우징되거나 베이스와 동일한 하우징을 공유하며, 베이스에 제거 가능하게 결합되지 않음).
센서 모듈은 임의의 적절한 수의 센서 칩을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6의 예시를 위해, 센서 모듈(630)은 N개의 센서 칩을 포함하는 센서 어레이(634)를 포함할 수 있다. 또한, 센서 칩은 단일 어레이로 배열되거나 임의의 적절한 방식으로 다중 어레이로 배열될 수 있다. 센서 칩은 선형 배열, 원형 링 패턴 등과 같은 임의의 적합한 패턴 또는 그룹으로 배열될 수 있다. 센서 칩은 베이스 내의 프로세서(들)에 대한 데이터, 전류 등의 통신을 위해 베이스에 대한 전기 전도성 경로를 가능하게 하는 회로 기판 또는 적합한 기판에 (예를 들어, 기계적으로 및 전기적으로) 부착될 수 있다.
일부 변형예에서 센서 어레이는 단일 분석물 센서 또는 센서 칩을 포함할 수 있고, 이는 검출기 장치를 사용하여 타겟 VOC를 검출하기에 충분할 수 있다. 예를 들어, 도 7a는 단일 분석물(분석물 A)을 검출하도록 구성된 하나의 센서 칩을 포함하는 센서 어레이(634a)의 예시적인 개략도를 도시한다. 그러나 일부 변형예에서 센서 어레이는 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개 또는 그 이상의 분석물 센서와 같은 임의의 적절한 수의 다중 분석물 센서들 또는 센서 칩들을 포함할 수 있다. 복수의 분석물 센서들은 도 7b 및 7d를 참조하여 아래에서 설명되는 다양한 방식으로 이용될 수 있다.
일부 변형예에서, 복수의 분석물 센서들 중 적어도 일부는 동일한 타겟 분석물에 대해 특이적일 수 있다(예를 들어, 적어도 일부 분석 센서의 개별 이온 층들은 동일한 VOC, VOC 분류 또는 다른 분석 물질물에 대해 특정할 수 있음). 예를 들어, 도 7b는 동일한 타겟 분석물(분석물 A)을 검출하도록 구성된 다중 센서 칩들을 포함하는 센서 어레이(634b)의 예시적인 개략도를 도시한다. 이 배열의 장점 중 하나는 중복성이다. 예를 들어, 센서 칩들 중 하나가 고장나거나 오작동하는 경우, 유사하게 구성된 다른 센서 칩들(실패한 센서 칩과 동일한 타겟 분석물에 특정한)이 여전히 충분한 백업 기능과 검증을 제공할 수 있다. 또 다른 예로서, 중복 센서들은 위양성(false positive)를 줄이는 데 도움이 될 수 있으므로 검출 감도를 높일 수 있다. 예를 들어, 도 7b의 센서 칩들 중 3개가 분석물 A를 검출하고 네 번째 센서 칩이 검출하지 않는 경우, 검출 디바이스는 대부분의 유사하게 구성된 센서 칩들에 의한 분석물 A의 검출이 정확하다고 결론을 내릴 수 있고 검출 디바이스는 그에 따라 응답할 수 있다(예를 들어, 분석물 A의 검출을 나타내는 경보 제공).
동일한 타겟 분석물을 검출하도록 구성된 다중 센서 칩들을 갖는 또 다른 이점은 이러한 배열이 검출된 타겟 분석물의 방향 및/또는 속도를 추적할 수 있다는 점이다. 예를 들어, 도 7b의 4개 센서 칩들 모두 분석물 A를 검출하지만 서로 다른 시간에 검출하는 경우, 센서 칩들의 알려진 간격 및 위치와 센서 칩의 분석물 A 검출의 타임스탬프가 주어지면 검출 디바이스는 분석물 A의 이동 방향 및/또는 속도를 계산할 수 있다. 즉, 도 7b의 배열은 검출 디바이스가 분석물이 어느 방향에서 오는지, 얼마나 빨리 이동하는지를 결정할 수 있게 한다. 일부 변형예에서, 검출 디바이스는 미래 방향 및 속도로 외삽함으로써 검출된 분석물에 대한 예상 이동 벡터를 추가로 예측할 수 있다. 따라서, 검출된 분석물의 과거, 현재 및/또는 미래 이동을 예측하는 것은 예를 들어 검출된 분석물과 관련된 위협을 모니터링하고 예측하는 데 유용한 정보를 제공할 수 있다(예를 들어, 검출된 분석물이 특정 위치에 도착하기 전에 사전 경보를 제공할 수 있음).
다수의 센서 칩들을 갖는 센서 배열의 일부 변형예에서, 분석물 센서들의 적어도 일부는 상이한 분석물에 대해 특이적일 수 있다(예를 들어, 적어도 일부 분석물 센서의 각각의 이온층은 상이한 VOC, 상이한 분류의 VOC 또는 다른 분석물에 대해 특이적일 수 있음). 예를 들어, 도 7c는 상이한 분석물(분석물 A-D)을 검출하도록 구성된 다수의 센서 칩을 포함하는 센서 어레이(634c)의 예시적인 개략도를 도시한다. 이 배열의 한 가지 이점은 센서 어레이(634c)가 단일 센서 어레이 또는 단일 센서 모듈에서 여러 물질을 동시에 감지하는 데 사용될 수 있다는 것이다.
또한, 일부 변형예에서, 센서 어레이의 한 부분은 도 7b에 도시된 것과 유사한 중복 센서 칩들을 포함할 수 있고(즉, 동일한 분석물에 특정한 다중 센서 칩들) 센서 어레이의 다른 부분은 도 7c에 도시된 것과 유사한 상이한 분석물을 타겟으로 하는 중복 센서 칩들을 포함할 수 있다(즉, 서로 다른 분석물에 특정한 다중 센서 칩들). 예를 들어, 도 7d에 도시된 바와 같이, 센서 어레이(634d)는 분석물 A에 특정한 2개의 센서 칩들 및 분석물 B에 특정한 2개의 센서 칩들을 포함할 수 있다. 따라서, 센서 어레이(634a)는 도 7b와 관련하여 전술한 바와 같이 분석물의 증복 및/또는 추적의 이점뿐만 아니라 도 7c와 관련하여 전술한 바와 같이 상이한 분석물의 다양한 동시 검출의 이점을 갖는다. 도 7b 내지 7d에 도시된 변형예는 단지 예시일 뿐이며, 다른 유사한 변형은 동일하거나 상이한 분석물의 임의의 적합한 수 및 조합을 타겟으로 하는 센서 칩을 포함할 수 있음을 이해해야 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 센서 모듈(630)은 센서 모듈(630)과 베이스가 맞물릴 때 센서 모듈(630)과 검출 디바이스의 베이스 상의 대응하는 전도성 접촉부들 사이의 신호의 전기 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 전도성 접촉부들(640)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전도성 접촉부들(640)은 베이스와 인터페이싱하는 센서 모듈 하우징(632)의 표면에 위치할 수 있다. 일부 변형예에서, 전도성 접촉부들은 센서 어레이(634)의 센서 칩들로부터 연장되는 전도성 트레이스들을 갖는 접촉 패드들(예를 들어, 구리)를 포함할 수 있다. 각각의 센서 칩은 전도성 트레이스들의 개별의 세트(예를 들어, 접지 및 신호)를 가질 수 있다. 또한, 전도성 접촉부들(640)은 센서 칩과 베이스 사이의 우수한 전기 연결을 보장하도록 바이어싱된 하나 이상의 전도성 스프링들을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 센서 모듈의 전도성 접촉부들(640)은 데이터 및 전류를 전송하기에 충분한 와이어 또는 커넥터 등을 포함하는 케이블(예를 들어, 플렉스 케이블 등)을 통해 검출 디바이스의 베이스 상의 대응하는 접촉부에 결합할 수 있다.
분석물 센서
일부 변형예에서, 센서 모듈은 전기화학 가스 감지를 수행하도록 구성된 전기화학 센서와 같은 하나 이상의 분석물 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 검출 디바이스의 센서 모듈은 적어도 하나의 전극 및 이온성 액체(예를 들어, RTIL)와 같은 이온 전도성 매질을 포함하는 적어도 하나의 전기화학 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서 모듈은 적어도 하나의 기준 전극 및/또는 적어도 하나의 카운터 전극 및 적어도 하나의 작동 전극을 포함할 수 있다. 전기화학 가스 감지는 전류측정 감지 기술(예를 들어, 크로노암페로메트리)에 의해 달성될 수 있으며, 이에 따라 전위가 전극에 인가되고 결과적인 전류가 시간 경과에 따라 관찰된다. 이온 전도 매체(트랜스듀서)를 포함하면 전하 이동을 돕고 기준(및/또는 상대) 전극과 작동 전극 사이의 전도성 접촉이 가능하다. 여기서, 센서는 예를 들어 크로노암페로메트릭 기술을 사용하여 분석물의 화학적 감지를 위한 선택적 변환기로서 RTIL을 활용할 수 있다. RTIL은 높은 이온 전도성, 낮은 휘발성, 넓은 전기화학 윈도우, 화학적 안정성 및 높은 열 안정성과 같은 전기화학 센서의 변환기로 사용하기에 이상적인 특성을 가지고 있다. 예를 들어 RTIL은 음전위에서 분해되지 않고 더 높은 열 안정성을 나타내기 때문에 RTIL은 가스 센서에 사용되는 다른 전해질보다 유리하다.
도 8은 비전도성 기판을 포함하는 전기화학 센서(800) 또는 센서 칩의 예시적인 변형을 도시한다. 전기화학 센서(800)는 실온 이온성 액체(RTIL)와 같은 이온성 액체가 전극 위에 배열된 하나 이상의 전극(820)을 포함할 수 있다. 이온성 액체(예를 들어, RTIL)는 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이 관심 있는 타겟 분석물에 특이적일 수 있다. 또한, 센서(800)는 배선(840)을 통해 신호를 전극으로 및/또는 전극으로부터 전달하기 위해 전극에 전도성 결합되는 하나 이상의 전도성 접촉부를 포함할 수 있다. 도 9a 및 도 9b는 센서(900)가 전극 위에 배열된 RTIL의 체적을 포함하는 것을 돕는 기능을 할 수 있는 게이트(930)를 더 포함한다는 점을 제외하고 센서(800)와 유사한 전기화학 센서(900) 또는 센서 칩의 또 다른 예시적인 변형예를 도시한다. 일부 변형예에서, 게이트(930)는 전극 주위에 융기된 배리어(raised barrier)(예를 들어, 일반적으로 직사각형 또는 다른 적절한 형상)를 형성하고, 증착되거나 센서의 비전도성 기판 베이스에 결합될 수 있다. 일부 변형예에서, 게이트는 비전도성 금속 또는 복합 재료로 적어도 부분적으로 만들어질 수 있다. 추가로, 도 9b에 도시된 바와 같이, 센서(900)는 신호를 전극으로 그리고 전극으로부터 전달하기 위해 전도성 접촉으로서 접촉 패드를 포함할 수 있다. 전도성 트레이스, 전도성 스프링 및/또는 적절한 배선 등과 같은 다른 전도성 요소는 전기화학 센서의 전도성 접촉부에 전도성 결합될 수 있다.
전극(들)은 금속(예를 들어, 금) 또는 금속 합금과 같은 하나 이상의 적절한 전도성 재료로 구성될 수 있다. 일부 변형예에서, 전극은 임의의 적합한 형상(예를 들어, 원형)을 가질 수 있지만, 전극은 맞물린(interdigitated) 전극(도 9c)을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서 전극 재료는 임의의 적합한 반도체 제조 기술을 사용하여 기판 상에 증착될 수 있다.
도 10의 예시적인 개략도에 도시된 바와 같이, RTIL은 전극(들) 위에 증착 및 배열될 수 있다. RTIL은 VOC를 선택적으로 캡처하고 그들이 검출되는 전극 인터페이스로 확산되도록 하는 변환기 역할을 할 수 있다. 일부 변형예에서, 게이트에 포함된 RTIL의 체적은 약 1μL과 10μL 사이, 약 1μL과 5μL 사이, 약 1μL, 약 2μL, 약 3μL, 약 4μL 또는 약 5μL이다. 일부 변형예에서 RTIL의 두께는 약 20μm 내지 약 150μm, 약 20μm 내지 100μm, 약 20μm 내지 약 80μm, 약 20μm 내지 약 50μm, 약 50μm 내지 약 150μm, 약 50μm 내지 약 100μm, 약 50μm 내지 약 80μm, 약 80μm 내지 약 150μm, 약 80μm 내지 약 130μm, 약 80μm 내지 약 100μm, 약 100μm 내지 약 150μm, 또는 약 27μm, 약 54μm, 약 80μm, 약 108μm 또는 약 135μm이다. 일반적으로 RTIL의 두께가 두꺼울수록 타겟 분석물과 RTIL 간의 상호작용 횟수가 증가하여 센서의 응답성과 감도가 향상된다. 그러나 일부 변형예에서 RTIL 층의 두께는 약 150μm 미만일 수 있으므로 더 큰 액적 대신 박막이 형성되며, 더 큰 액적은 입체 장애를 유발하거나 VOC 증기가 전극 센서 표면을 향해 쉽게 확산되는 것을 촉진하지 않는 벌크 효과를 초래할 수 있기 때문이다(따라서 센서 응답 감소).
도 11에 도시된 바와 같이, 일부 변형예에서, RTIL은 RTIL의 양이온 및 음이온과 전극의 하전된 표면 사이에 발생하는 정전기적 상호작용으로 인해 복수의 이온 층들을 포함할 수 있다. 각 이온 층은 일련의 RTIL 음이온/양이온 쌍들을 포함한다. 일부 변형예에서 RTIL은 적어도 2개의 이온 층들을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, RTIL은 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15 또는 15개 이상의 이온 층들을 포함한다.
일 예에서, 전기화학 센서는 RTIL의 얇은 층이 분배되는 금 마이크로전극을 포함할 수 있다. RTIL은 수동 증착, 드랍 캐스팅 및 스핀 코팅 기술 또는 기타 적합한 증착 기술에 의해 전극 표면에 증착될 수 있다. 이온성 액체를 고정된 각속도로 드랍 캐스팅 및 스핀 코팅하면 예를 들어 보다 균일한 얇은 층이 형성되고 견고한 센서 성능이 보장될 수 있다.
센서를 이용하여 타겟 분석물을 검출하는 방법에서, DC 전압 신호와 같은 입력 신호가 센서에 인가될 수 있다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 이 입력 신호는 RTIL의 양이온 및 음이온 부분을 분극화하여 RTIL 결합의 스트레칭을 야기한다. 이 스트레칭은 이온 층들 사이에서 타겟 VOC 분자의 결합(캡처)을 허용하는 하나 이상의 나노스케일 공동을 생성한다. 일부 변형예에서, 공동의 크기는 원하는 타겟 VOC의 산화환원 전위에 대응하고 이에 의존한다. 즉, 입력 신호(예를 들어, DC 전압, 음의 환원 전위)의 인가는 타겟 VOC에 대해 선택적인 적어도 하나의 공동의 형성을 야기할 수 있다. 예를 들어, 충분한 환원 전위가 입력 신호로 인가되면 타겟 VOC에서 RTIL로 전자 이동이 발생할 수 있다. 이 전자 이동은 인가된 전위가 타겟 VOC 종의 산화환원 전위와 매칭되는 경우에만 발생할 수 있다. 환원 전위 적용 시 RTIL과 VOC 간의 상호작용은 분자의 화학흡착을 포함한다. 이러한 화학흡착된 분자는 전극 표면을 향해 확산되어 전류 신호의 변화를 일으킬 수 있다. 전류의 델타 변화는 확산된 VOC 분자의 수에 기인하며 타겟 VOC의 농도에 정비례한다.
그러나 타겟 VOC 분자는 공동에 고정되어(keyed) 퍼즐 조각처럼 공동 내에서 결합할 수 있다(도 12b, 케이스 1). 확산된 VOC 분자는 센서 표면에 화학흡착될 수 있다. 화학 결합 형성은 분자가 RTIL 공동 내부에 맞춰지는 방식으로 이온성 액체 종과 피험자 분석물 사이에서 발생한다. 이 화학 결합 형성은 특정 이온 종과 VOC에 존재하는 작용기 사이에서 발생하기 때문에 매우 특이적이다. 캡처된 타겟 VOC는 전극(예를 들어, 작업 전극)을 향해 확산될 수 있으므로, 센서로부터의 출력 신호에서 측정 가능한 전류 변화가 발생한다. 전류의 변화는 타겟 VOC가 없을 때 측정된 출력 센서 신호의 베이스라인 전류에 대해 측정될 수 있다. 예를 들어, 전류의 변화는 절대 차이(베이스라인 전류에 대한 새로운 전류 또는 비율(베이스라인 전류로 나눈 새로운 전류, 또는 그 반대))로 표현될 수 있다. 유도된 공동은 특정 타겟 VOC에 특정하기 때문에, 센서는 전극 표면에서 타겟 VOC와 동일하거나 유사한 농도 구배를 갖는 다른 가스 중에서도 타겟 VOC를 검출할 수 있다. 이 특이성은 센서 표면에서 정전 용량 기반 측정을 활용하고 타겟 가스와 동일하거나 유사한 농도 구배를 갖는 경쟁 가스를 구별할 수 없는 기존의 다른 전기화학 가스 센서에 비해 이점이 있다.
전술한 바와 같이, 공동의 크기 및/또는 형상은 원하는 타겟 분석물의 산화환원 전위에 대응한다. 따라서 일부 변형예에서 단일 RTIL을 포함하는 센서는 동일한 산화환원 전위를 가진 타겟 분석물(예를 들어, VOC)의 부류를 검출하는 데 사용될 수 있다. 더욱이, 일부 변형예에서 입력 신호는 (예를 들어, 전압 진폭을 튜닝함으로써) RTIL 결합의 스트레칭의 양을 변경하여 관심 타겟 VOC의 산화환원 전위와 매칭되도록 변조될 수 있다. 다시 말해, 일부 변형예에서 단일 RTIL이 있는 센서는 특정 타겟 VOC에 대응하도록 공동을 튜닝하여 많은 가능한 타겟 VOC 중 임의의 것을 검출할 수 있는 넓은 전기화학 윈도우를 실제로 가질 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같은 전기화학 센서를 사용하는 타겟 분석물의 검출은 가스 샘플(예를 들어, 분석을 위한 충분한 양의 가스)을 받은 후 신속하게 발생할 수 있다. 예를 들어, 일부 변형예에서 타겟 분석물이 가스 샘플에 있는지 여부에 대한 결정은 가스 샘플을 받은 후 5분 이내, 4분 이내, 3분 이내, 2분 이내, 1분 이내, 45초 이내 또는 30초 이내에 발생할 수 있다. 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이, 타겟 분석물의 검출(또는 비검출)을 나타내는 경보는 검출 디바이스 및/또는 주변 디바이스 또는 검출 디바이스와 통신하는 다른 적합한 디바이스를 통해 제공될 수 있다.
검출 디바이스 예시
전술한 바와 같이, 검출 디바이스는 다양한 적절한 폼 팩터를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 13a 내지 13b, 14a 내지 14b 및 15는 핸드헬드 베이스 유닛(1310) 및 센서 모듈(1330)을 포함하는 검출 디바이스(1300)의 예시적인 변형예의 다양한 부분을 도시한다. 도 13a 및 13b에 도시된 바와 같이, 센서 모듈(1330)은 핸드헬드 베이스 유닛(1310)에 제거가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 13a는 센서 모듈(1330)이 센서 모듈(1330) 상의 대응 맞물림 피쳐(그루브, 도시되지 않음)와 결합하는 하나 이상의 맞물림 피쳐(스파인(1312))를 통해 핸드헬드 베이스 유닛(1310)에 결합되는 구성을 도시한다. 센서 모듈(1330)은 교체가 용이하도록 베이스 유닛(1310)에 제거 가능하게 결합될 수 있다. 센서 모듈(1330)은 예를 들어 교체 가능한 카트리지와 유사하게 제거 가능 및/또는 일회용이 되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서 모듈(1330)의 센서 어레이에 결함이 있거나 열화(예를 들어, 정확도 저하)된 경우, 센서 모듈(1330)은 다른 센서 모듈(1330)로 교체될 수 있다. 그러나 일부 변형예에서 센서 모듈(1330)은 베이스에 통합되거나 영구적으로 결합될 수 있음을 이해해야 한다(예를 들어, 베이스 내에 하우징, 베이스와 동일한 하우징 공유, 베이스에 제거 가능하게 결합되지 않음 등).
핸드헬드 베이스 유닛(1310)은 핸드헬드 베이스 유닛(1310)과 데이터 통신을 허용하기 위한 하나 이상의 커넥터(예를 들어, 리세스(1314) 내에서 보호됨)를 포함할 수 있다. 핸드헬드 베이스 유닛(1310) 내부에 동봉된 것은 전술한 것과 같은 전자 시스템일 수 있다(예를 들어, 도 5 참조). 베이스 유닛(1310)은 전자 시스템을 둘러싸기 위해 나사 또는 다른 적절한 파스너를 통해 서로 결합된 하우징 쉘과 같은 하우징을 포함할 수 있다. 베이스 유닛(1310)이 도 13a 및 13b에 일반적으로 직사각형 프리즘형으로 도시되어 있지만, 임의의 다른 적합한 형상 및/또는 다른 피쳐를 가질 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 베이스 유닛(1310)은 더욱 편안하게 손에 들고 잡을 수 있도록 윤곽이 있는 인체 공학적 형상(예를 들어, 곡선, 손가락 그루브, 손가락 고리 등)을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 베이스 유닛(1310)의 외부 표면은 리브, 고무 그립, 및/또는 사용자가 핸드헬드 베이스 유닛(1310)을 쉽고 편안하게 잡는 능력을 향상시키는 데 도움이 되는 다른 적절한 마찰 피쳐를 포함할 수 있다. 핸드헬드 베이스 유닛(1310)은 사출 성형, 밀링, 3D 프린팅 또는 임의의 적절한 제조 프로세스를 통해 적절한 강성 또는 반강성 재료(예를 들어, 강성 플라스틱, 금속 등)의 적어도 일부로 형성될 수 있다.
도 14a 및 14b는 각각 도 13a 및 13b에 도시된 핸드헬드 베이스 유닛(1310)에 결합될 수 있는 센서 모듈(1330)의 조립도 및 분해도를 도시한다. 센서 모듈(1330)은 센서 어레이(1340)를 실질적으로 둘러싸도록 센서 모듈 필터(1336)에 결합될 수 있는 센서 모듈 베이스(1334)(예를 들어, 섀시)를 포함하는 센서 모듈 하우징(1332)을 포함한다. 센서 모듈 베이스(1334) 및 센서 모듈 필터(1336)는 함께 결합되어 센서 어레이(1340)를 수용할 수 있다. 센서 모듈(1330)은 도 14b에 도시된 것과 같은 선형 센서 어레이(1340)를 수용하기 위해 일반적으로 선형일 수 있지만, 다른 적절한 형상을 가질 수 있다. 일부 변형예에서, 센서 모듈 필터(1336)는 예를 들어 센서 어레이(1340)의 전극의 모든 감지 표면에 접근하는 공기를 필터링하도록 구성될 수 있는 반원통 형상을 포함할 수 있다. 센서 모듈 베이스(1334)는 사출 성형, 밀링, 3D 인쇄 또는 기타 적절한 제조 프로세스를 통해 적절한 강성 또는 반강성 재료(예를 들어, 플라스틱, 금속 등)로 만들어질 수 있다. 예시적인 변형예에서, 센서 모듈 필터(1336)는 소결된 스테인리스 스틸 필터 또는 다른 적합한 필터 재료를 포함할 수 있다.
도 14b에 도시된 바와 같이, 센서 어레이(1340)는 센서 모듈 하우징(1332) 내에 수용될 수 있다. 센서 어레이(1340)는 예를 들어 센서 모듈 베이스 상에 안착될 수 있고, 파스너(예를 들어, 나사), 에폭시, 기계적 인터핏 피쳐 등으로 센서 모듈 하우징에 추가로 고정될 수 있다. 도 14b에 도시된 센서 어레이(1340)는 회로 기판 백플레인(1344) 상에 배열된(예를 들어, 납땜된) 4개의 센서 칩들(1342)의 선형 쿼드 어레이를 포함하지만, 다른 변형예에서 센서 칩은 임의의 적절한 방식으로 배열될 수 있다. 회로 기판(1344)은 예를 들어 커넥터(1346)(예를 들어, 마이크로-USB 커넥터)의 하나 이상의 전도성 접촉부를 통해 센서 칩(1342)에서 베이스로 신호를 통신하기 위한 다양한 전도성 트레이스를 포함한다.
도 15는 핸드헬드 베이스 유닛(1310)에 제거 가능하게 결합될 수 있는 센서 모듈(1530)의 다른 예시적인 변형예를 도시한다. 도 14a 및 14b에 도시된 센서 모듈(1330)과 같이, 센서 모듈(1530)은 하나 이상의 센서 칩(1542)을 갖는 쿼드 센서 어레이를 수용하는 센서 모듈 하우징(1532)을 포함한다. 그러나, 도 15에 도시된 변형예에서, 센서 칩들(1542)의 각각은 도 9a 및 9b에 대해 전술한 바와 같이 전극 상에 RTIL을 추가로 유지하도록 구성된 게이트를 추가로 포함한다.
마우스피스 변형
날숨(exhaled breath)은 비 침습적 질병 진단에 사용될 수 있다. 예를 들어, 호흡기 질환은 종종 지질 과산화와 같은 대사 경로를 변경하고 시토크롬 P450 효소의 방출을 상향 조절할 수 있다. 변경된 대사 경로는 호흡에서 VOC를 방출하며 이러한 VOC는 특정 호흡 경로와 연결될 수 있다. 또한, 방출되는 VOC는 그 수준이 세포 대사 경로와 관련될 수 있으므로 질병 진단에 사용될 수 있다. 따라서, 세포 내 생체내 대사 활성으로부터 발생하는 날숨의 VOC(예를 들어, 백만분의 일 내지 십억분의 일 수준으로 존재함)는 질병의 진단에 사용될 수 있다. 예를 들어, Violi 등이 수행한 연구에서, 그들의 가설은 대조군에 비해 40% 이상 증가한 Covid-19 환자의 Nox2 과활성화에 의해 뒷받침된다. (비올리, F. 등(2020) "Covid-19에서 Nox2 활성화", Redox Biology, 36, p. 101655.) 이 연구는 대조군과 비교하여 Covid-19 환자가 Nox2의 과활성화를 나타내며 ICU에 입원한 환자에서 더 두드러진다는 증거를 제공한다. 또 다른 예로서, 이소펜탄 및 헵탄과 같은 지방족 탄화수소도 상기도 감염과 밀접한 관련이 있다. (Jia, Z. 등(2019) "폐암 검출을 위한 호흡 및 체외 세포 배양에서의 휘발성 유기 화합물 분석에 대한 비판적 검토", Metabolites, 9(3).) 또한, 아세톤과 같은 화합물은 배양된 세포의 헤드스페이스에서 발견되었으며 호흡기 감염과 관련이 있다. (Traxler, S. 등(2019) "인플루엔자 A 및 S. pyogenes (공동)감염 세포의 휘발성 냄새", Scientific Reports 9(1), p. 18894.) 어레이 기반 방식으로 이들 및/또는 다른 바이오마커를 검출하면 질병 진단의 민감도와 특이도를 개선하는 데 도움이 될 수 있다.
일부 변형예에서 검출 디바이스는 사용자로부터 에어로졸화된 샘플(예를 들어, 호흡)을 수신하기 위한 마우스피스와 함께 동작하도록 구성될 수 있다. 검출 디바이스는 예를 들어 사용자의 날숨에서 하나 이상의 타겟 VOC 검출에 기초하여 사용자의 건강 상태(예를 들어, COVID-19)를 검출하는 데 사용될 수 있다. 이러한 날숨의 타겟 VOC는 본 명세서에 기술된 바와 같이 질병의 진단에 사용될 수 있다.
예를 들어, 도 16의 개략도에 도시된 바와 같이, 검출 디바이스(1600)는 베이스(1610), 베이스에 결합된 어댑터(1620), 및 어댑터에 결합된 마우스피스(1640)를 포함할 수 있다. 베이스(1610)는 전자 시스템(1612)을 포함할 수 있으며, 이는 도 5와 관련하여 위에서 설명한 전자 시스템과 유사할 수 있다. 어댑터(1620)는 센서 모듈 하우징으로 기능할 수 있으며, 하나 이상의 전기화학 센서를 갖는 센서 어레이(1632), 센서 어레이(1632)용 백플레인을 제공하는 회로 기판(1622), 및 센서 어레이(1632)로 및/또는 그로부터 신호를 전달하기 위한 하나 이상의 전기 접촉부(1624)를 포함한다. 마우스피스(1640)는 호흡을 센서 어레이 쪽으로 향하게 하기 전에 사용자로부터의 호흡량을 준비하기 위한 호흡 처리 요소를 포함할 수 있다. 그러한 호흡 처리 요소는 예를 들어 하나 이상의 필터(1652) 및/또는 하나 이상의 제습 건조제(dehumidifying desiccant)(1654)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 마우스피스(1640)는 곡선형 에지, 오목한 표면 또는 입술 배치를 위한 다른 윤곽 등과 같이 호흡량을 수용하기 위해 사용자의 입으로의 편안한 배치를 용이하게 하는 피쳐를 포함할 수 있다. 위에서 설명한 센서 모듈과 유사하게, 일부 변형예에서 어댑터(1620)는 베이스에 제거 가능하게 결합될 수 있거나 대안적으로 베이스(1610)에 통합되거나 영구적으로 결합될 수 있다.
일부 변형예에서, 마우스피스(1640)는 전자장치(1656)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자장치(1656)는 베이스(1610), 어댑터(1620) 또는 다른 적절한 컴퓨팅 디바이스와 근거리 신호 통신에 사용하기 위한 RFID 칩(또는 다른 적절한 통신 칩)을 포함할 수 있다. 예를 들어, RFID 칩은 건조제 유형, 마우스피스의 수명 또는 만료 날짜(예를 들어, 건조제의 건조 및 시간 경과 및/또는 사용에 따른 만료로 인해), 또는 다른 적절한 정보와 같은 특정 마우스피스(1640)와 연관된 정보를 전달할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이러한 정보는 바코드 또는 QR 코드와 같은 수동 컴퓨터 판독 가능 코드에 포함될 수 있으며, 이는 별도의 스캐너 디바이스로 판독될 수 있고 검출 디바이스(또는 시스템과 관련된 다른 적절한 컴퓨팅 디바이스)에 입력되거나 다른 방식으로 통신될 수 있으며 및/또는 검출 디바이스 자체(예를 들어, 어댑터(1620), 베이스(1610) 등)의 이미지 센서에 의해 스캔될 수 있다.
또한, 전자장치(1656)는 마우스피스 및/또는 주변 환경에서의 하나 이상의 조건, 및/또는 호흡 또는 사용자의 하나 이상의 조건을 측정하기 위한 하나 이상의 센서(예를 들어, 온도, 압력, 습도, 오디오 등)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자장치(1656)는 날숨으로부터 수신되는 기류 압력을 측정하기 위한 압력 센서를 포함할 수 있다(이는 예를 들어 임계 시간 동안 충분한 압력이 측정되었는지 여부에 따라 충분한 호흡량이 수신되었는지 여부를 나타내는 데 사용될 수 있음). 다른 예로서, 전자장치(1656)는 특정 호흡 상태를 나타낼 수 있는 사용자의 호흡에 표시된 미세한 오디오 패턴을 분석하는 데 사용될 수 있는 오디오 센서(예를 들어, MEMS 마이크)를 포함할 수 있다. RFID 칩(또는 다른 적절한 통신 칩)은 또한 위에 설명된 센서 정보 중 임의의 것을 베이스(1610), 어댑터(1620) 또는 다른 적절한 컴퓨팅 디바이스로 통신할 수 있다.
또한, 일부 변형예에서, 베이스 및/또는 센서 모듈은 사용자의 하나 이상의 추가 특성을 측정하도록 구성된 하나 이상의 추가(예를 들어, 보조) 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 16에 도시되고 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 베이스는 하나 이상의 추가 센서(1614)를 포함할 수 있고 및/또는 센서 모듈은 환자의 온도, 산소 포화도 등과 같은 다른 센서 측정치를 제공하도록 구성된 하나 이상의 추가 센서(1626)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 추가 센서는 온도, 습도 등과 같은 주변 환경 속성을 추가로 또는 대안적으로 측정할 수 있고, 이는 센서 교정 목적으로 사용될 수 있다. 일부 변형예에서, 이러한 추가 센서는 전술한 바와 같이 추가로 또는 대안적으로 마우스피스(1640)(예를 들어, 전자장치(1656)의 일부)에 포함될 수 있다.
일부 변형예에서, 어댑터(1620) 및 마우스피스(1640)는 베이스(1610)에 결합된 센서 모듈의 일부일 수 있다. 예를 들어, 전술한 센서 모듈(1330)과 유사하게, 어댑터(1620) 및 마우스피스(1640)를 포함하는 센서 모듈은 다른 센서 모듈과 교체하기 위해(예를 들어, 교차 오염을 방지하기 위해 사용자 간) 베이스(1610)에 제거 가능하게 결합될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 마우스피스(1630)는 교환 또는 교체 가능성과 같이 어댑터(1620)로부터 제거 가능하게 결합될 수 있다(예를 들어, 전체 센서 모듈을 교체하지 않고 다른 크기의 마우스피스 사용 가능). 일부 변형예에서 마우스피스는 단일 사용 또는 제한된 사용(예를 들어, 최대 4회 또는 5회)으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 마우스피스는 단일 사용자가 마우스피스와 한 번 또는 제한된 횟수로 상호 작용하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 마우스피스를 통해 수집된 호흡량의 여러 샘플이 필요할 수 있는 사용자 평가용). 일부 변형예에서, 마우스피스는 검출 디바이스로 사용자의 호흡을 평가한 후에 마우스피스를 버릴 수 있도록 일회용일 수 있다. 따라서, 일회용 마우스피스는 검출 디바이스의 위생 상태를 유지하는 데 도움이 될 수 있고 및/또는 센서 모듈의 기류 챔버가 장기간 동안 오염 물질에 노출되는 것을 방지하는 데 도움이 될 수 있다. 그러나 일부 변형예에서는 본 명세서에 설명된 다른 센서 모듈과 유사하게 센서 모듈이 베이스에 통합되거나 영구적으로 결합될 수 있음을 이해해야 한다(예를 들어, 베이스 내에 하우징, 베이스와 동일한 하우징 공유, 베이스에 제거 가능하게 결합되지 않음 등).
마우스피스(1630)가 어댑터(1620)로부터(또는 검출 디바이스의 나머지로부터) 제거가능하게 결합될 수 있는 변형예에서, 마우스피스(1630)는 하나 이상의 키 피쳐(예를 들어, 노치와 같은 기하학적 피쳐, 고유하거나 독점적인 연결 인터페이스 등)를 포함할 수 있다. 이러한 키 피쳐는 검출 디바이스(이는 예를 들어 정확한 호흡 평가를 보장하는 데 도움이 되는 적절한 호흡 처리 요소를 포함하지 않을 수 있음)와 함께 다른 마우스피스의 무단 사용을 방지하는 데 도움이 될 수 있고 및/또는 특정 인구 통계(demographics)(예를 들어, 성인 대 소아)에 대한 마우스피스의 사용을 식별하기 위한 식별 기능으로 기능할 수 있다. 마우스피스(1630)는 추가적으로 또는 대안적으로 컬러 라벨 또는 융기된 리브 등과 같은 시각적 및/또는 질감 식별 특징을 포함할 수 있다.
또한, 일부 변형예에서, 검출 디바이스는 마우스피스(1640)를 생략할 수 있어, 센서 어레이(1632)는 사용자가 마우스피스로 직접 호흡하는 것과는 다른 방식으로 에어로졸화된 샘플을 받을 수 있다. 예를 들어, 검출 디바이스(1600)는 체액(타액, 콧물 등)의 에어로졸화된 샘플을 직접 또는 비강 면봉과 같은 캐리어로부터 받도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 검출 디바이스(1600)는 (예를 들어, 사용자가 검출 디바이스(1600) 근처에 서 있는 경우) 주변 공기로부터 에어로졸화된 샘플을 받도록 구성될 수 있다. 그러한 변형예에서, 검출 디바이스(1600)는 예를 들어 날숨에 추가로 또는 대안으로서 에어로졸화된 샘플을 사용하여 건강 상태를 검출하기 위해 사용될 수 있다.
도 17a 및 17b는 베이스(1710) 및 어댑터(1732) 및 마우스피스(1740)를 포함하는 센서 모듈(1730)의 예시적인 변형예를 도시한다. 베이스는 핸드헬드 베이스 유닛(1710)일 수 있고 센서 모듈(1630)은 도 13a 내지 13b에 도시된 검출 디바이스(1600)의 베이스 및 센서 모듈과 유사하게 베이스(1710)에 제거 가능하게 결합될 수 있다. 센서 모듈(1630)의 적어도 일부는 전술한 바와 유사하게 제거 가능 및/또는 일회용일 수 있다. 대안적으로, 일부 변형예에서 센서 모듈(1730)은 베이스(1710)에 통합되거나 영구적으로 결합될 수 있다.
일부 변형예에서, 베이스(1710)는 사용자의 하나 이상의 특성을 측정하도록 구성된 하나 이상의 추가 센서(1714)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서(1714)는 사용자의 온도를 측정하기 위한 적외선(IR) 센서를 포함할 수 있다. IR 센서는 예를 들어 마우스피스와 일반적으로 평행하거나 정렬된 광축으로 타겟의 온도를 측정하기 위해 베이스에 배열되어, 사용자의 입이 마우스피스(1740)와 맞물리는 동안 사용자의 이마(또는 다른 적절한 타겟)를 타겟으로 할 수 있다. 일부 변형예에서 IR 센서의 광학 축은 조정 가능할 수 있다. 예를 들어, IR 센서는 베이스(1710)에 대한 IR 센서 광학 축의 조정을 가능하게 하기 위해 회전 가능, 축 방향 회전 가능 및/또는 병진이동 가능 마운트에 장착될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 변형예에서, 검출 디바이스(예를 들어, 베이스 및/또는 센서 모듈)는 IR 센서가 측정을 위해 어떤 위치를 타겟으로 하고 있는지에 대한 시각적 표시를 제공하도록 구성된 타겟팅 요소(예를 들어, 광선 또는 기타 소스)를 더 포함할 수 있다. 타겟팅 요소는 예를 들어 IR 센서의 광학 축에 인접하고 일반적으로 평행할 수 있다(예를 들어, 타겟팅 요소와 IR 센서는 베이스의 동일한 마운트 또는 다른 구조에 함께 위치할 수 있음). 일부 변형예에서, IR 센서로부터 얻은 사용자의 온도 정보는 사용자의 의학적 상태를 특성화하는 데 도움이 되도록(예를 들어, COVID-19를 검출 또는 진단하는 등) 사용될 수 있다.
다른 예로서, 하나 이상의 추가 센서(1714)는 사용자의 산소 포화도를 측정하도록 구성된 맥박 산소측정기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 추가 센서(1714)는 베이스(1710)를 잡고 있는 사용자의 산소 포화도를 측정하기 위해 손가락 그립(또는 다른 적절한 구조)에 장착된 PPG 센서를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서 맥박 산소측정기에서 얻은 산소 포화도는 사용자의 의학적 상태를 특성화하는 데 도움이 될 수 있다(예를 들어, COVID-19 검출 또는 진단 등).
도 18a 및 18b에 도시된 바와 같이, 센서 모듈(1730)은 마우스피스(1740) 및 어댑터(1720)를 포함할 수 있다. 마우스피스(1740)는 튜브를 포함할 수 있으며, 교체 및 폐기가 용이하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 튜브는 일회용 플라스틱 또는 판지 마우스피스일 수 있다. 사용 시, 사용자는 그의 입을 튜브 위에 놓고 숨을 내쉴 수 있어서, 튜브는 후술하는 바와 같이 적어도 하나의 전기화학 센서를 포함하는 어댑터(1720)를 향하여 날숨을 향하게 한다. 전기화학 센서(들)에 도달하기 전에, 날숨은 하나 이상의 건조제(1754) 및/또는 필터(1752)를 통과할 수 있다. 적어도 하나의 건조제(1754)(또는 다른 제습 요소) 및 적어도 하나의 필터(1752)는 예를 들어 마우스피스(1740) 내에 임의의 적절한 순서로 직렬로 배열될 수 있다. 일부 변형예에서, 필터(1752)는 금속, 직물, 및/또는 적어도 1μm 이상의 필터 공극 크기를 갖는 복합 재료와 같은 적절한 필터 재료를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 필터는 약 10 옹스트롬의 기공 크기를 갖는 구형과 같은 적절한 형상으로 형성될 수 있는 알칼리성 알루미나 실리케이트 물질과 같은 분자체 건조제를 포함할 수 있다. 건조제(1754)는 실리카 겔, 제습 점토, 무수 황산칼슘, 및/또는 다른 친수성 재료와 같은 적합한 건조제 재료를 포함할 수 있다. 건조제(1754)의 지오메트리는 일부 변형예에서 직사각형 프리즘, 구형, 원통형 프리즘 또는 피라미드와 유사할 수 있다. 예를 들어, 건조제(1754)의 단면 형상은 호흡의 공기역학적 흐름을 최적화하기 위해 달라질 수 있다(예를 들어, 건조제는 일반적으로 별 모양, 나선형, 육각형 등의 단면을 가질 수 있음). 일부 변형예에서, 검출 디바이스는 선형, 원형 또는 격자형 방식과 같이 기류 경로에 어레이로 배열된 다수의 필터들(1752) 및/또는 건조제들(1754)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 18c에 도시된 바와 같이, 마우스피스(1740)는 2개의 필터들(1752a 및 1752b) 및 2개의 건조제들(1754a 및 1754b)을 포함할 수 있다. 제1 필터(1752a)는 사용자의 날숨이 건조제에 도달하기 전에 더 큰 미립자를 걸러내는 전치 필터(pre-filter)로서 기능할 수 있다. 건조제(1754a, 1754b)는 날숨으로부터 가능한 한 많은 수분(예를 들어, 액적)을 제거하는 기능을 할 수 있다. 제2 필터(1752b)는 건조제 뒤에 배열될 수 있고 어댑터(1720)에 들어가는 난류 기류를 제거하거나 감소시키는 에어포일(airfoil)로서 기능할 수 있다. 그러나, 임의의 적절한 수의 필터 및 건조제가 마우스피스 내에 임의의 적절한 순서로 배열될 수 있다.
도 28a 및 28b는 마우스피스(1640 및 1740)에 대해 전술한 것과 유사한 방식으로 사용될 수 있는 마우스피스(2800)의 예시적인 변형예를 도시한다. 마우스피스(2800)는 예를 들어 어댑터(1620 또는 1720)와 같은 어댑터에 결합(예를 들어, 제거 가능하게 결합)될 수 있다. 예를 들어, 마우스피스(2800)는 기계적 인터핏 피쳐(예를 들어, 스냅 피쳐, 나사 등) 및/또는 하나 이상의 파스너로 결합될 수 있다. 마우스피스(1740)와 같이, 마우스피스(2800)는 용이한 교체 및 폐기를 위해 구성될 수 있다(예를 들어, 일회용 플라스틱 또는 판지를 포함함). 대안적으로, 마우스피스(2800)는 그러한 어댑터와 영구적으로 결합되거나 일체로 형성될 수 있다.
도 28a에 도시된 바와 같이, 마우스피스(2800)는 하나 이상의 호흡 처리 요소를 포함하는 관형 하우징(2810)을 포함할 수 있다. 도 28a 및 28b에 도시된 하우징(2810)은 일반적으로 원형 튜브 형상이지만, 하우징은 다른 적합한 형상(예를 들어, 타원형 단면, 정사각형 단면 등)을 가질 수 있음을 이해해야 한다. 또한 하우징은 균일하지 않은 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 변형예에서, 하우징(2810)의 입 수용 단부는 사용자의 입에 삽입하기에 더 편할 수 있는 일반적으로 평평될 수 있는 반면(예를 들어, 타원형, 직사각형 등). 하우징(2810)은 어댑터에 접근함에 따라 그 길이를 따라 더 둥글거나 덜 편평한 모양을 취할 수 있다.
하우징(2810)은 제1 스트레이너 디스크(2820a)에 결합된 제1 하우징 단부 및 제2 스트레이너 디스크(2820b)에 결합된 제2 하우징 단부를 포함할 수 있다. 하나 이상의 스트레이너 디스크는 예를 들어 기계적 인터핏(예를 들어, 스냅 핏) 및/또는 하나 이상의 파스너를 통해 하우징(2810)에 전체적으로 또는 부분적으로 수용(예를 들어, 리세스)될 수 있다. 일부 변형예에서 스트레이너 디스크들(2820a 및 2820b)은 평가를 위해 사용자로부터의 호흡을 검출 디바이스의 센서 모듈 쪽으로 향하게 하고, 호흡으로부터 큰 입자를 추출하고 및/또는 하우징 내에 하나 이상의 호흡 처리 요소를 포함하는 것을 돕는 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 스트레이너 디스크들 중 하나 또는 둘 모두는 사용자에 의해 마우스피스로 향하는 호흡을 수용하기 위한 하나 이상의 통로(예를 들어, 개방 링)를 포함할 수 있다. 스트레이너 재료(예를 들어, 메쉬)는 사용자의 호흡으로부터 큰 액적(예를 들어, 타액, 물 등) 및/또는 다른 내쉬는 입자를 포함하는 큰 입자를 추출하기 위해 이러한 통로 위에 배열될 수 있다. 추가로, 도 28b에 도시된 바와 같이, 일부 변형예에서 하나 이상의 스트레이너 디스크들 또는 둘 모두는 리브(2822) 또는 그 안에 호흡 처리 요소(들)를 포함하는 것을 도울 수 있는 하우징(2810)의 루멘을 가로지르는 다른 적절한 수용 피쳐(containment feature)를 포함할 수 있다. 도 28b는 하우징(2810)의 개구 주위에 방사상으로 배열된 3개의 방사상 리브들(2822)를 도시하지만, 다른 변형예에서, 스트레이너 디스크는 임의의 적절한 수의 방사상 리브들, 하우징(2810)의 개구 주위에 불균등하게 분포된 방사상 리브들을 포함할 수 있거나 임의의 적절한 방식으로 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 하나 이상의 스트레이너 디스크는 추가적으로 또는 대안적으로 다른 적절한 수용 피쳐(예를 들어, 코드형 측방향 리브, 나선형 리브, 핀, 메쉬 등)를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 하우징(2810)은 하나 이상의 필터 및/또는 건조제와 같은 하나 이상의 호흡 처리 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 28b에 도시된 바와 같이, 제1 필터(2830a)와 제2 필터(2830b) 사이에 건조제(2810)가 배열될 수 있다. 필터들(2830a 및 2830b) 및 건조제(2810)는 예를 들어 재료를 포함할 수 있고 및/또는 마우스피스(1740)에 대해 위에서 설명된 것과 유사한 기하학적 특성을 가질 수 있다. 사용 시, 사용자로부터의 호흡은 전술한 바와 같이 제1 스트레이너 디스크(2820a)를 통과한 다음, 스트레이너 디스크(2820a)로부터 추출되지 않은 더 작은 액적 및 다른 호기된 입자를 걸러내는 제1 필터(2830a)를 통과할 수 있다. 호흡은 스트레이너 디스크(2820a) 및 필터(2830a)를 빠져나간 기류로부터 수분을 추출하도록 작용하는 건조제(2810)를 계속 통과할 수 있다. 건조제(2810)를 통과한 후, 사용자의 날숨은 제2 필터(2830b) 및 제2 스트레이너 디스크(2830b)를 통과한다. 호흡이 제2 스트레이너 디스크(2830b)를 통과하면, 호흡은 (예를 들어, 사용자의 건강 상태의) 평가를 위해 센서 모듈로 진행할 수 있다. 도 28b는 스트레이너 디스크, 필터 및 단일 건조제의 예시적인 배열을 도시하지만, 다른 변형예는 다른 적절한 수의 호흡 처리 요소(예를 들어, 직렬로 배열된 각 단부의 필터들(2830a 및 2830b)과 유사한 2개의 필터들) 및/또는 다른 적절한 조합을 포함할 수 있음을 이해해야 한다.
어댑터(1720)는 하나 이상의 전기화학 센서를 포함하는 센서 어레이(1732)용 하우징을 포함할 수 있다. 센서 어레이(1732)는 도 18a 및 18b에 도시된 바와 같이 어댑터(1720)에 배치된 회로 기판(1722) 상에 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 18c에 도시된 바와 같이, 회로 기판(1722)은 어댑터(1720) 내에 회로 기판(1722)을 배치 및/또는 고정하는 것을 돕기 위해 예를 들어 하나 이상의 설정(setting)(1726)(예를 들어, 브래킷)으로 어댑터(1720)의 리세스에 수용될 수 있다. 또한, 일부 변형예에서 하나 이상의 밀봉 요소(1760)(예를 들어, O-링)가 어댑터(1720) 내에 배열되어 어댑터(1720) 내의 공기 흐름을 밀봉하고 챔버 또는 적절한 공기 경로 내에 통기된(aerated) 샘플을 유지하는 것을 도울 수 있어서, 통기된 샘플이 어댑터(1720)에 있는 하나 이상의 전기화학 센서 위로 안내되도록 한다.
일부 변형예에서, 어댑터(1720)는 센서 어레이 위의 기류를 층상화하도록 구성된 노즐을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 19에 도시된 바와 같이, 어댑터(1720)는 공기를 층류(laminar flow)의 2개의 경로들(또는 추가 경로들)로 채널링하는 분기 깔대기(bifurcation funnel)를 포함할 수 있고, 각각의 경로는 적어도 하나의 각각의 전기화학 센서(1734)를 통과한다. 즉, 어댑터(1720)는 센서의 검출 면을 따라 층류를 발생시킬 수 있다. 센서(1734)를 통과한 후, 어댑터(1720)의 기류는 어댑터(1720)의 배기구 또는 다른 개구를 빠져나갈 수 있다. 도 19에 도시된 어댑터는 대향 측들에 두 개의 센서들을 포함하고 있지만 어댑터의 센서 어레이는 임의의 적절한 패턴으로 배열된 임의의 적절한 개수의 센서(예를 들어, 1개, 3개, 4개, 5개 이상)를 포함할 수 있음을 이해해야 한다(예를 들어, 분기된 기류 스트림을 수용하기 위해 대향 측들에서 균등하게 분할, 방사형으로 배열, 선형 배열된 등). 따라서 노즐은 센서의 수에 따라 적절한 수의 채널로 기류를 분할할 수 있다. 또한, 동일한 디바이스의 다중 센서들은 동일한 타겟 분석물에 대해 특이적일 수 있거나, 동일한 디바이스의 적어도 일부 센서는 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이 상이한 타겟 분석물에 대해 특이적일 수 있다. 일부 변형예에서, 어댑터(1720)는 센서(들) 상으로의 층류 흐름을 촉진하기 위해 하나 이상의 특정 방향으로 기류를 안내하는 하나 이상의 기계적 핀(및/또는 핀형 지오메트리를 갖는 부재 또는 돌출부)을 포함할 수 있다. 이러한 기계적 핀은 센서(1734)를 통과하는 공기를 필터링하고 제습하기 위해 필터(1752) 및/또는 건조제(1754)(예를 들어, 전술한)의 어레이로 기류를 추가적으로 또는 대안적으로 안내할 수 있다. 일부 변형예에서, 이러한 핀은 공기 흐름을 원하는 방향으로 향하게 하기 위해 특정 방향으로 회전, 기울기 및/또는 병진이동될 수 있다. 이들 핀의 회전 및 병진이동은 특정 기류 압력에 반응할 수 있고 및/또는 전자 시스템(510)을 통해 전자적으로 조정될 수 있다.
일부 변형예에서, 검출 디바이스의 어댑터(1720) 및/또는 베이스는 얼마나 많은 호흡량이 검출 디바이스에 제공되었는지에 관한 피드백 및/또는 추가 호흡 샘플을 제공할지 여부에 대한 가이던스를 사용자에게 제공하기 위해 하나 이상의 사용자 인터페이스 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 어댑터(1720) 및/또는 디바이스의 베이스는 이러한 정보를 전달하기 위한 오디오 및/또는 시각적 요소(예를 들어, LED 조명, 스크린, 스피커 등)를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 어댑터(1720) 및/또는 베이스는 피드백 정보를 통신하기 위해 촉각 피드백 요소(예를 들어, 진동 모터)를 포함할 수 있다.
또한, 일부 변형예에서, 센서 모듈(1730)은 하나 이상의 추가 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 18a 및 18b에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 추가 센서(1726)가 마우스피스(1740)에 배열될 수 있다(다만 추가적으로 또는 대안적으로, 이러한 하나 이상의 추가 센서(1726)가 어댑터(1720)에 배열될 수 있음을 이해해야 함). 일부 변형예에서, 하나 이상의 추가 센서(1726)는 사용자의 온도를 측정하도록 구성된 IR 센서를 포함할 수 있다. 이러한 IR 센서의 기능, 정렬, 및/또는 조절 가능성은 예를 들어 도 17a 및 17b에 도시된 센서(1714)에 대해 위에서 설명된 것과 유사할 수 있다. 또한, 검출 디바이스(예를 들어, 베이스 및/또는 센서 모듈)는 온도 측정 위치를 표시하는 데 도움이 되도록 센서(1714)와 관련하여 위에서 설명한 것과 유사한 타겟팅 요소를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 추가 센서(1726)는 센서(1714)에 대해 위에서 설명한 것과 유사하게 산소 포화도를 측정하도록 구성된 맥박 산소측정기를 추가적으로 또는 대안적으로 포함할 수 있다.
센서(1734)는 전극 및 전극 위에 배열된 이온성 액체(예를 들어, RTIL)를 포함하는 센서 칩을 포함할 수 있다. 도 20a 및 20b에 도시된 바와 같이, 센서 어레이(1732)는 회로 기판(1722) 상에 납땜될 수 있고, 회로 기판(1722)은 센서 어레이 및/또는 하나 이상의 추가 센서(1726)로 및 그로부터 신호를 전달하기 위한 전도성 트레이스(1723)(예를 들어, 구리 또는 다른 적합한 전도성 재료)를 더 포함할 수 있다. 전도성 트레이스는 센서 신호 처리를 위해 베이스 유닛에 전도성 결합하도록 구성된 전기 접촉부(1724)로 연장될 수 있다. 예를 들어, 도 20a 및 20b에 도시된 바와 같이, 전도성 트레이스는 회로 기판(1722) 주위의 센서 어레이 측(도 20a)으로부터 베이스 측(도 20b)으로 랩핑될 수 있고, 회로 기판의 베이스 측 상의 전기 접촉부(1724)에 전도성으로 결합될 수 있다. 일부 변형예에서, 전기 접촉부(1724)는 전도성 재료로 만들어진 스프링(도 20b에 도시된 바와 같음)일 수 있으며, 여기서 스프링은 베이스를 향해 외측으로 바이어싱되어 베이스의 해당 전기 접촉부와 일관된 전기 접촉을 촉구하고 보장하도록 돕는다. 따라서, 센서 어레이(1732)로부터의 센서 신호는 전도성 트레이스(1723) 및 전기 접촉부(1724)를 통해 처리하기 위해 베이스로 전달될 수 있다.
도 29a는 검출 시스템(2900)의 예시적인 변형예를 도시한다. 검출 시스템(2900)은 위에서 설명한 것과 유사한 피쳐를 가진 베이스 및/또는 센서 모듈을 포함하는 핸드헬드 하우징(2910)과 위에서 설명한 것과 유사한 피쳐를 가진 마우스피스(2940)를 가진 검출 디바이스를 포함할 수 있다. 도 29a에 도시된 바와 같이, 핸드헬드 하우징(2910)은 핸들 또는 그립 부분을 포함할 수 있고, 사용자 인터페이스 피쳐, 예를 들어 검출 디바이스를 켜고 끄기 위해 검출 디바이스를 취급하는 사용자에 의해 액세스 가능한 전원 버튼(2912), 분석을 위한 샘플의 테스트를 시작(예를 들어, 샘플링 절차를 시작)하기 위한 "테스트" 버튼(2918), 및/또는 검출 디바이스의 상태 및/또는 샘플 분석 결과를 표시하도록 구성된 표시기(2916)(예를 들어, LED와 같은 조명 요소)를 포함할 수 있다. 이러한 사용자 인터페이스 피쳐들 중 다수가 검출 디바이스의 손잡이 부분에 있는 것으로 도 29a 및 29b에 도시되어 있지만, 사용자 인터페이스 피쳐는 검출 디바이스의 임의의 적절한 부분에 있을 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 검출 디바이스는 추가적으로 또는 대안적으로 다른 적합한 사용자 인터페이스 피쳐(예를 들어, 사용자에게 오디오, 시각 및/또는 촉각 피드백을 제공하는 스피커, 디스플레이 및/또는 액추에이터)를 포함할 수 있다.
도 29a 및 29b에 도시된 바와 같이, 검출 디바이스의 근위 부분(2910a)은 세장형 부재로 형상화될 수 있지만, 대안적으로 임의의 적합한 형상(예를 들어, 구근형 또는 윤곽형)을 가질 수 있다. 하우징(2910)의 원위 부분(2910b)은 일부 변형예에서 전자 시스템, 센서 모듈 등의 적어도 일부를 수용할 수 있지만, 일부 변형예에서 전자 시스템 및/또는 센서 모듈의 적어도 일부는 하우징(2910)의 근위 부분(2910a) 내에 수용될 수 있다. 일부 변형예에서, 근위 부분(2910a)은 하우징(2910)의 그립 및/또는 인체공학적 취급을 개선하기 위해 텍스처 피쳐(예를 들어, 리브, 손가락 윤곽, 실리콘과 같은 마찰 재료 등)를 포함할 수 있다. 또한, 근위 부분(2910a)은 원위 부분(2910b)에 대해 각을 이룰 수 있으며(예를 들어, 약 100도 내지 약 170도 사이), 이는 예를 들어 사용자가 하우징(2910)을 잡고 있을 때 마우스피스에 대한 사용자의 액세스를 개선할 수 있다. 하우징(2910)은 마우스피스(2940)와 맞물리도록 구성된 어댑터 또는 다른 적절한 연결 인터페이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 어댑터는 마우스피스(2940)의 공동에 삽입될 수 있고 스냅핏 방식으로 또는 임의의 다른 적절한 연결 인터페이스를 통해 마우스피스와 맞물릴 수 있다. 따라서, 마우스피스(2940)는 마우스피스가 호흡량을 센서 모듈로 향하도록 하우징(2910) 내의 센서 모듈에 결합(예를 들어, 유체 연통)할 수 있다. 일부 변형예에서, 검출 시스템(2900)은 마우스피스(2940)가 없을 때와 같이 연결 인터페이스와 맞물리도록 구성된 제거 가능한 플러그(2914)를 포함할 수 있다(예를 들어, 운송, 보관 중, 사용자 간 등 거물 시스템을 사용하지 않을 때).
위에서 설명한 것과 같은 변형예에서, 센서 신호 처리 후, 검출 디바이스는 센서 신호가 타겟 분석물의 존재를 나타낸다고 디바이스가 결론을 내리면 타겟 분석물의 검출을 나타내는 하나 이상의 경보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 검출 디바이스는 검출 디바이스 상의 사용자 인터페이스, 주변 컴퓨팅 디바이스의 사용자 인터페이스(예를 들어, 휴대폰이나 태블릿과 같은 컴퓨팅 디바이스에서 실행되는 모바일 애플리케이션), 또는 위에서 설명한 것과 같은 서버 등에 경보(예를 들어, LED 점멸, 청각 신호, 진동 등의 촉각 신호 등)를 제공할 수 있다. 사용자 인터페이스는 시각적, 청각적, 촉각적 및/또는 다른 적절한 큐를 통해 디바이스 상태 및/또는 샘플링 상태(예를 들어, 호흡 샘플을 받을 준비가 되었는지, 충분한 호흡 샘플을 얻었는지, 오류 발생 등)의 표시와 같은 다른 적절한 정보를 추가적으로 또는 대안적으로 제공할 수 있다. 예를 들어, 검출 디바이스는 검출 디바이스가 준비되어 있고 호흡 샘플을 기다리고 있음, 검출 디바이스가 충분한 양의 호흡 샘플을 수신하였음, 호흡 샘플에서 하나 이상의 타겟 분석물이 검출되었음, 호흡 샘플에서 하나 이상의 타겟 분석물이 검출되지 않았음, 및/또는 오류가 발생하였음(예를 들어, 마우스피스가 센서 모듈에 올바르게 연결되지 않음)을 사용자에게 나타내기 위해 조명 요소(예를 들어, LED)를 비추고, 가청 신호를 발산하고, 및/또는 진동할 수 있다. 위의 정보 중 임의의 정보는 추가적으로 또는 대안적으로 검출 디바이스와 통신하는 다른 디바이스(예를 들어, 모바일 애플리케이션을 실행하는 모바일 컴퓨팅 디바이스와 같은 페어링된 주변 디바이스)로 통신될 수 있음을 이해해야 한다.
예시를 위해, 마우스피스를 갖는 검출 디바이스의 동작이 도 29a 및 29b에 도시된 검출 디바이스의 예시적인 변형예를 참조하여 아래에서 설명된다(검출 디바이스의 다른 변형예가 유사한 방식으로 동작될 수 있음을 이해해야 함). 일부 변형예에서, 검출 디바이스는 컴퓨팅 디바이스 상의 모바일 애플리케이션에 페어링된 연결 없이 또는 페어링된 연결과 함께 선택적으로 사용될 수 있다. 검출 디바이스가 컴퓨팅 디바이스의 모바일 애플리케이션에 페어링된 연결 없이 사용되는 경우, 정보(예를 들어, 명령어, 디바이스 또는 샘플링 상태 등)는 다른 색상, 공간 패턴 및/또는 시간 패턴으로 조명하도록 제어할 수 있는 표시기(2916)를 통해 통신될 수 있다. 예를 들어, (예를 들어, 전원 버튼(2912)을 활성화함으로써) 검출 디바이스의 전원이 켜진 후, 표시기(2916)는 검출 디바이스가 테스트할 준비가 되었음을 알리기 위해 준비 신호(예를 들어, 백색 조명)로 조명될 수 있다. 사용자는 샘플링 절차를 시작하기 위해 "테스트" 버튼(2918)을 누를 수 있고, 표시기(2916)는 검출 디바이스가 샘플을 받기 위해 자체적으로 준비하고 있음을 알리기 위해 외관을 변경할 수 있다. 일부 변형예에서 표시기(2916)는 샘플 수신을 예상하기 전에 카운트다운 절차를 전달하기 위해 외관을 추가로 변경할 수 있다. 예를 들어, 표시기(2916)는 사용자가 마우스피스(2940)로 숨을 내쉬기 시작해야 하는 때까지의 카운트다운을 나타내기 위해 색상 시퀀스(예를 들어, 빨간색, 노란색, 그 다음 녹색 조명)를 조명할 수 있다. 사용자는 표시기(2916)가 다시 외관을 변경하여(예를 들어, 지속적인 적색 조명) 충분한 샘플이 수신되었음을 통신하고 사용자가 숨을 내쉬는 것을 멈출 수 있을 때까지 마우스피스(2940)로 계속 숨을 내쉴 수 있다. 검출 디바이스는 마우스피스를 통과한 가스 샘플을 검출 디바이스의 센서 모듈로 분석할 수 있고 표시기(2916)는 분석 결과를 통신할 수 있다. 예를 들어, 표시기(2916)는 날숨 샘플에서 타겟 분석물이 검출된 긍정적인 스크리닝을 나타내기 위해 제1 미리 결정된 색상 및/또는 타이밍(예를 들어, 깜박이는 적색 조명)으로 조명할 수 있다. 표시기(2916)는 날숨 샘플에서 타겟 분석물이 검출되지 않은 음성 스크리닝을 나타내기 위해 제2 미리 결정된 색상 및/또는 타이밍(예를 들어, 깜박이는 녹색 조명)으로 조명할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 표시기(2916)는 오류가 발생했음 및/또는 테스트 결과를 얻기 위해 재테스트가 필요함을 나타내기 위해 제3의 미리 결정된 색상 및/또는 타이밍(예를 들어, 진한 파란 조명)으로 조명할 수 있다. 일단 결과가 얻어지면, 결과는 하나 이상의 저장 디바이스에 저장 및/또는 통신될 수 있고, 마우스피스는 폐기될 수 있다(예를 들어, 생물학적 위험 폐기물로서). 검출 디바이스는 다른 사용자와 함께 사용하기 전에 및/또는 검출 디바이스의 전원을 끄기 전에 (예를 들어, 알코올 천으로) 소독될 수 있다. 검출 디바이스가 컴퓨팅 디바이스의 모바일 애플리케이션에 페어링된 연결로 사용되는 경우, 전술한 바와 같이 표시기(2916)를 통해 전달되는 정보의 일부 또는 전부는 추가적으로 또는 대안적으로 컴퓨팅 디바이스 상의 디스플레이 또는 다른 사용자 인터페이스를 통해 통신될 수 있다.
샘플링 디바이스가 있는 검출 시스템
일부 변형예에서, 검출 시스템은 센서 모듈 및 센서 모듈에 결합 가능한 샘플링 디바이스를 포함할 수 있고 여기서 샘플링 디바이스는 밀봉 가능하고 센서 모듈에 의해 분석될 샘플(예를 들어, 가스)의 체적을 저장하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서 모듈은 상술한 바와 같이 타겟 VOC에 특정한 적어도 하나의 전기화학 센서를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 샘플링 디바이스는 분석을 위해 샘플(예를 들어, 호흡량)을 별도로 캡처하고 저장한 다음 분석을 위해 검출 디바이스의 센서 모듈에 결합하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 30에 도시된 바와 같이, 검출 시스템(3000)은 센서 모듈(3020) 및 샘플링 디바이스(3030)를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 센서 모듈(3020)은 베이스(3010)에 결합되거나 통합될 수 있다(이는 핸드헬드, 키오스크 등과 같은 독립형 디바이스일 수 있음). 샘플링 디바이스(3030)는 호흡 또는 하나 이상의 가스의 다른 체적과 같은 샘플 체적을 저장하도록 구성된 격실을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 샘플링 디바이스(3030)는 피험자로부터 격실로 호흡량을 전달하는 데 사용하기 위한 마우스피스(3034)(위에서 설명한 것과 같은 마우스피스와 유사할 수 있음)를 포함할 수 있다. 샘플링 디바이스(3030)는 샘플링 디바이스(3030)가 센서 모듈(3020) 및/또는 나머지 검출 디바이스로부터 분리되는 동안 샘플을 캡처하고 저장할 수 있다. 예시적인 사용 시나리오에서, 다중 샘플링 디바이스들(3030)이 복수의 피험자에게 제공될 수 있으며, 그들 각각은 피험자의 호흡을 저장하는 각각의 샘플링 디바이스(3030)의 마우스피스로 각각 숨을 내쉴 수 있다. 각각의 샘플링 디바이스(3030)는 각각의 피험자와 그 또는 그녀의 샘플을 연관시키기 위해 각각의 피험자와 연관된 것으로 라벨링되거나 그렇지 않으면 식별될 수 있다. 적절한 시간에 이러한 샘플링 디바이스(3030)는 센서 모듈을 포함하는 하나 이상의 검출 디바이스에 결합될 수 있으며 각 샘플은 타겟 VOC가 샘플에 존재하는지 여부를 식별하기 위해 센서 모듈에 의해 분석될 수 있다. 이러한 샘플링 디바이스(3030)는 저장된 샘플과 함께 검출 디바이스에 결합되기 전에 필요에 따라 운반 및/또는 저장될 수 있다. 일부 변형예에서, 샘플링 디바이스(3030)는 일회용 소모품일 수 있다.
일부 변형예에서 검출 디바이스는 한 세트의 샘플링 디바이스들(3030)에서 다중 샘플들을 처리하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 샘플링 디바이스(3030)가 있는 검출 시스템은 사용하기 쉽고 효율적인 방식으로(예를 들어, 대량 테스트 응용 프로그램을 위해) 다중 사용자들의 샘플을 처리하는 데 사용될 수 있고 피험자 그룹의 샘플을 처리하기 위해 동시에 액세스할 수 있어야 하는 개별 검출 디바이스들의 수를 줄인다.
샘플링 디바이스
도 31a 내지 31c는 샘플링 디바이스(3100)의 예시적인 변형을 도시한다. 도 31a 및 31c에 도시된 바와 같이, 샘플링 디바이스(3100)는 입구 부분(3112) 및/또는 출구 부분(3114)을 갖는 격실(3110)을 포함할 수 있다. 마우스피스(3120)는 사용자가 마우스피스(3120)를 통해 숨을 내쉬어 호흡 샘플을 격실에 넣을 수 있도록 입구 부분(3112)에 결합될 수 있고 격실(3110)과 유체 연통할 수 있다. 샘플링 디바이스(3100)는 일부 변형예에서 격실의 샘플이 커넥터(3130)을 통해 격실에서 나갈 수 있도록 출구 부분(3114)에 결합되고 격실(3110)과 유체 연통하는 커넥터(3130)를 포함할 수 있다. 아래에 자세히 설명된 바와 같이, 샘플링 디바이스(3100)는 격실(3110)로부터 샘플이 빠져나가는 것을 방지하고 및/또는 샘플링 디바이스를 검출 디바이스(미도시)에 결합하는 것을 돕도록 구성된 스토퍼(3134)를 더 포함할 수 있다. 도 31c에 도시된 바와 같이, 사용 시 샘플은 마우스피스(3120)로부터 격실(3110)로 배향된 "시스템 흐름 방향"으로 향할 수 있다. 샘플은 이후 격실에서 커넥터(3130)을 통해 검출 디바이스로 흐를 수 있다(샘플링 디바이스가 검출 디바이스에 결합되면).
도 31a 및 31b는 격실(3110)이 입구 및 출구 모두를 갖는 샘플링 디바이스(3100)의 변형예를 도시하지만, 일부 변형예에서 격실(3110)은 입구와 출구 모두로 기능하는 하나의 액세스 개구만을 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 격실(3110)은 별도의 출구를 생략할 수 있지만 입구 부분(3112)에서와 유사한 개구를 포함할 수 있다. 이 예에서, 입구 부분(3112)의 개구는 선택적으로 밀봉될 수 있다(예를 들어, 격실(3110)에 샘플이 수용되면 격실(3110)의 밀봉을 허용하고, 샘플이 검출 디바이스에 의해 분석될 수 있도록 샘플링 디바이스가 검출 디바이스에 결합될 때 격실의 밀봉 해제를 허용함). 마우스피스(3120)는 또한 샘플링 디바이스에 포함된 샘플에 액세스할 수 있도록 제거 가능할 수 있다(예를 들어, 샘플링 디바이스를 검출 디바이스에 결합하기 전에).
샘플링 디바이스(3100)는 그 내용물을 식별하고/하거나 샘플링 디바이스(및 그 내용물)를 피험자와 연관시키는 하나 이상의 피쳐를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 31a에 도시된 바와 같이, 샘플링 디바이스(3100)는 라벨링 영역(3116)을 포함할 수 있으며, 이는 예를 들어 피험자의 신원(예를 들어, 이름, 코드 등)을 나타내는 라벨을 수신하기 위한 빈 영역일 수 있다. 라벨은 라벨링 영역(3116) 상에 직접 손으로 기록될 수 있고, 라벨링 영역(3116)에 적용된 스티커 또는 데칼을 포함하고 및/또는 유사한 방식일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 도 31b에 도시된 바와 같이, 샘플링 디바이스(3100)는 컴퓨터 판독가능 코드(예를 들어, 바코드), RFID, 일련 번호 및/또는 샘플링 디바이스에 대한 기타 적절한 식별자 등과 같은 샘플링 디바이스 식별자(3118)를 포함할 수 있다. 라벨링 영역(3116) 및/또는 샘플링 디바이스 식별자(3118)는 샘플링 디바이스를 추적하고 샘플이 샘플링 디바이스 내에 포함된 피험자를 식별하는 데 도움이 되도록 사용될 수 있다.
샘플링 디바이스는 샘플을 수용하기 위해 하나 이상의 밸브로 밀봉 가능하다. 예를 들어, 도 32에 도시된 바와 같이, 샘플링 디바이스(3100)는 도 31c와 관련하여 위에서 설명한 시스템 흐름 방향과 일치하는, 입구(상류) 측에서 샘플링 디바이스(3100)를 밀봉하는 제1 밸브(3140a) 및 출구(하류) 측에서 샘플링 디바이스(3100)를 밀봉하는 제2 밸브(3140b)를 포함하는, 하나 이상의 일방향 밸브를 포함할 수 있다. 도 32에 도시되고 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 일부 변형예에서 제1 밸브(3140a)는 마우스피스(3120)에 배열될 수 있고 제2 밸브(314b)는 커넥터(3130)에 배열될 수 있다. 그러나, 샘플링 디바이스는 임의의 적절한 포인트(예를 들어, 격실(3110)의 입구 부분(3112) 및/또는 출구 부분(3114))에서 밀봉될 수 있다.
마우스피스(3120) 및 그 구성 부분의 예시적인 변형예가 도 33a 내지 33e에 도시되어 있다. 마우스피스(3120)는 본 명세서에서 주로 샘플링 디바이스(3100)의 일부인 것으로 설명된다. 그러나 일부 변형예에서 마우스피스(3120)는 추가적으로 또는 대안적으로 샘플링 디바이스(3100)를 생략하는 검출 시스템의 일부로서 검출 디바이스(예를 들어, 도 29에 도시되고 전술한 바와 같이)에 직접 결합될 수 있다. 도 33a에 도시된 바와 같이, 마우스피스(3120)는 입구 단부(3300a) 및 출구 단부(3300b)를 갖는 일반적으로 관형 구조를 포함할 수 있다. 입구 단부(3300a)는 피험자의 입에 넣었을 때 편안함을 개선하기 위해 테이퍼링될 수 있다. 출구 단부(3300b)는 격실(3110)에 결합하도록 구성될 수 있고, 일부 변형예에서 마우스피스(3120)와 격실(3110) 사이의 유밀(fluid-tight) 밀봉을 개선하기 위해 밀봉 리브(3302)를 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 마우스피스(3120)는 하나 이상의 밸브, 하나 이상의 필터 및/또는 건조제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 33b는 입구 밸브 캐리어 어셈블리의 예시적인 변형예를 도시하며, 이는 입구 단부(3300a)에 인접하게 배열되어 사용자로부터 날숨을 수용하고 처리하기 시작할 수 있다. 예를 들어, 입구 밸브 캐리어 어셈블리는 마우스피스에 압입될 수 있다. 입구 밸브 캐리어 어셈블리는 입구 밸브 캐리어(3310), 입구 밸브 캐리어(3310) 내에 배열된 입구 밸브(3312), 및 입구 밸브 캐리어(3310)에 결합된 필터(3314)(예를 들어, 에폭시 또는 기계적 인터핏으로)를 포함할 수 있다. 도 33b 및 33c에 도시된 바와 같이, 입구 밸브 캐리어(33110)는 개구(3311)를 갖는 입구 측 벽을 포함할 수 있다. 입구 밸브(3312)는 개구들(3311) 중 하나에 슬라이딩 가능하게 맞물리는 스템을 가질 수 있고, 입구 밸브(3312)는 다른 개구(3311) 위에 놓일 수 있어서, 시스템 흐름 방향(도 33b에 도시된 바와 같이 왼쪽에서 오른쪽으로)의 기류는 입구 밸브(3312)가 개방되게 하고 입구 밸브 캐리어(3310) 및 필터(3314)를 통한 기류를 허용하도록 한다. 필터(3314)는 다른 마우스피스 변형예에서 전술한 것과 유사하게 호흡이 마우스피스를 통해 더 계속되기 전에 피험자의 날숨에서 큰 입자를 제거하도록 구성될 수 있다. 전술한 것과 유사하게, 일부 변형예에서 필터는 소결된 금속 재료(예를 들어, 소결 기술로 제조된 알루미늄, 강철(예를 들어, 스테인레스 스틸), 티타늄, 몰리브덴, 구리 등)로 적어도 부분적으로 형성될 수 있다. 필터(3314)에 적합한 필터 기공 크기는 예를 들어 약 1μm 이상일 수 있다. 다른 예로서, 필터는 알칼리성 알루미나 실리케이트 물질과 같은 분자체 건조제를 포함할 수 있다.
입구 밸브(3312)는 피험자가 샘플링 디바이스로 숨을 내쉴 때 마우스피스로 유체 경로를 개방하지만 반대 방향으로 유체 흐름을 방지하는 일방향 또는 체크 밸브일 수 있다. 따라서 일방향 입구 밸브는 피험자가 마우스피스를 통해 호흡 샘플을 제공할 수 있게 하지만 피험자가 샘플링 디바이스의 내용물을 흡입하는 것을 방지한다. 또한 일방향 밸브는 샘플링 디바이스의 입구 측에 백스톱 표면을 제공하며, 이는 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이 샘플링 디바이스가 샘플 분석 중에 압축될 때 샘플링 디바이스의 반대쪽 단부(출구 측)에서 격실을 빠져나가도록 샘플링 디바이스의 내용물을 촉구한다.
추가적으로, 마우스피스(3120)는 마우스피스(3120)를 통과하는 호흡 샘플을 제습하도록 구성된 건조제(3320)를 포함할 수 있다. 위에서 논의된 것과 유사하게, 건조제(3320)는 실리카 겔, 제습 점토, 무수 황산칼슘 및/또는 다른 친수성 재료와 같은 임의의 적합한 제습 재료를 포함할 수 있다. 건조제(3320)는 마우스피스의 단면을 채우도록 형상화될 수 있고(예를 들어, 타원형, 둥근 모서리가 있는 직사각형 등) 샘플을 제습하기에 충분한 마우스피스의 적절한 길이를 따라 연장될 수 있다. 도 33a에 도시된 바와 같이, 건조제(33320)는 입구 밸브 캐리어(3310)와 출구 필터 캐리어(3330) 사이에 배치될 수 있다.
출구 필터 캐리어(3330)는 필터 링(3330)에 결합된 출구 필터(3332)(예를 들어, 필터(3314)와 유사함)를 포함할 수 있다(예를 들어, 에폭시 또는 기계적 인터핏으로). 필터(3332)는 샘플이 격실(3110)에 들어가기 전에 호흡 샘플로부터 원하지 않는 입자를 추가로 제거하기 위해 추가적인 필터링을 수행할 수 있다.
격실(3110)의 예시적인 변형이 도 34a에 도시되어 있고, 그의 부분 단면이 도 34b에 도시되어 있다. 일부 변형예에서 격실(3110)은 압축 가능할 수 있으며, 이는 격실(3110)이 압착되거나, 납작해지거나, 압축될 때 격실(3110)로부터 샘플의 배출을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 격실(3110)는 백(bag)을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 격실(3110)은 마우스피스(예를 들어, 마우스피스(3120))를 수용하기 위한 입구 부분(3112) 및 샘플링 디바이스를 검출 디바이스(예를 들어, 커넥터(3130))에 결합하기 위한 커넥터를 수용하기 위한 출구 부분(3114)을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 마우스피스 및/또는 커넥터는 RF 또는 열 용접 또는 다른 적절한 프로세스(들)를 통해 격실(3110)에 결합될 수 있다.
격실(3110)은 샘플을 수용하기 위한 체적을 정의하기 위해 임의의 적절한 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 34a에 도시된 바와 같이, 격실(3110)은 재료의 제1 시트 및 제1 시트 반대편에 있는 재료의 제2 시트를 포함할 수 있으며, 여기서 제1 시트와 제2 시트는 격실 체적의 에지 또는 부분 둘레를 형성하도록 함께 밀봉된다(예를 들어, 가열 밀봉). 도 34a에 도시된 바와 같이, 시트 재료의 측방향 윙들은 함께 밀봉되어 샘플을 수용하고 저장하기 위한 일반적으로 관형 체적을 형성할 수 있지만, 시트 재료는 샘플을 수용하기 위한 체적을 형성하기 위한 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다. 일부 변형예에서 격실(3110)의 형상은 비었을 때 평평하다가 샘플을 받을 때 바깥쪽으로 확장되도록 구성될 수 있다. 격실은 격실의 압축성을 용이하게 하기 위해 가요성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 격실(3110)은 폴리에틸렌, PC, PP 등과 같은 유연한 필름을 포함할 수 있다. 그러나, 샘플을 수용하는 격실(3110)을 형성하기 위해(및/또는 구획(3110)을 압축 가능하게 하기 위해) 다른 기술이 사용될 수 있다는 것이 구상된다. 격실(3110)은 기체 불투과성 재료를 포함할 수 있다.
커넥터(3130) 및 그 컴포넌트의 예시적인 변형예가 도 35a 내지 35f에 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 커넥터(3130)는 샘플링 디바이스를 검출 디바이스(또는 센서 모듈과 같은 그 일부)에 결합하도록 구성될 수 있다. 커넥터(3130)는 입구 단부(3130a) 및 출구 단부(3130b)를 갖는 일반적으로 관형 구조를 포함할 수 있다. 입구 단부(3130a)는 격실(3110)에 결합되도록 구성될 수 있고, 일부 변형예에서 격실과 커넥터 사이의 유체 밀봉을 개선하는 데 도움이 되도록 밀봉 리브(3533)(도 35c 및 35d에 도시됨)와 같은 하나 이상의 밀봉 피쳐를 포함할 수 있다. 출구 단부(3130b)는 예를 들어 맞물림 피쳐(예를 들어, 스냅 핏 등)로 검출 디바이스(또는 센서 모듈과 같은 그 일부)에 결합하도록 구성될 수 있다.
커넥터(3130)는 격실의 내용물을 밀봉하는 것을 돕기 위해 출구 밸브(3542)와 같은 하나 이상의 밸브를 포함할 수 있다. 커넥터(3130)는 예를 들어 도 35c에 도시된 바와 같이 개구(3531)를 갖는 벽을 포함할 수 있다. 상술한 마우스피스의 입구 밸브(3312)와 같이, 출구 밸브(3542)는 개구들(3531) 중 하나에 슬라이딩 가능하게 맞물릴 수 있는 스템을 가질 수 있고, 출구 밸브(3542)는 다른 개구(3531) 위에 놓일 수 있어서 시스템 흐름 방향(도 35a에 도시된 바와 같이 왼쪽에서 오른쪽으로)의 공기 흐름은 출구 밸브(3542)가 개방되게 하고 커넥터(3130)를 통해 검출 디바이스(검출 디바이스에 결합되면)로 공기 흐름을 허용하도록 한다.
일부 변형예에서, 샘플링 디바이스는 스토퍼(3134)를 더 포함할 수 있으며, 이는 샘플링 디바이스를 검출 디바이스에 결합하기 전에 출구 밸브(3542)의 폐쇄 위치를 유지하는 것을 돕는 기능을 할 수 있다. 도 35a 및 35b에 도시된 바와 같이, 스토퍼(3134)는 커넥터(3130)와 신축식으로 맞물리는(예를 들어, 삽입되는) 일반적으로 관형 구조일 수 있다. 맞물림은 기계적 인터핏(예를 들어, 스냅 핏, 치수 간섭), 래치 등과 같은 적절한 방식으로 고정되거나 잠길 수 있다. 예를 들어, 스토퍼는 스냅 핏 방식과 같이 커넥터(3130) 상의 대응 맞물림 피쳐와 맞물리는 맞물림 피쳐(3553)(예를 들어, 플렉싱 아암)를 포함할 수 있다. 스토퍼(3134)의 입구 단부에서, 스토퍼(3134)는 출구 밸브(3542)를 커넥터(3130)의 폐쇄 위치에 유지하기 위한 크기 및 형상을 갖는 밸브 윤곽(2552)을 포함할 수 있다. 따라서, 스토퍼(3134)가 커넥터(3130)와 맞물릴 때, 출구 밸브(3542)는 폐쇄 위치로 유지될 수 있고, 이에 의해 샘플링 디바이스 내의 내용물(예를 들어, 호흡 샘플)을 밀봉할 수 있다. 일부 변형예에서, 스토퍼(3134)는 커넥터(3130)(예를 들어, 플랜지, 플레어형 에지, 융기부 등)로부터 스토퍼(3134)에 대한 제거를 용이하게 하도록 구성된 출구 단부를 가질 수 있다. 일단 스토퍼(3134)가 제거되면, 출구 밸브(3542)가 개방될 수 있고 및/또는 커넥터의 출구 단부(3130b)가 노출되어 검출 디바이스와 자유롭게 결합될 수 있다.
마우스피스의 입구 밸브(3312)와 같이, 출구 밸브(3132)는 격실로부터의 유체 경로를 개방하는 일방향 또는 체크 밸브일 수 있다. 일부 변형예에서, 출구 밸브(3132)는 격실이 압축될 때 고압(높은 균열 압력)에서만 개방되도록 구성될 수 있지만, 다른 정상 사용 중(예를 들어, 운반, 피험자로부터 샘플을 채취할 때 수동 취급 등)에는 개방되지 않는다. 따라서, 샘플링 디바이스의 출구 단부는 높은 균열 압력을 갖는 출구 밸브(3132)와 스토퍼(3134)의 배치의 조합에 의해 적어도 부분적으로 밀봉될 수 있다. 그러나 일부 변형예에서 출구 밸브(3132)는 더 낮은 크랙 압력을 가질 수 있고 스토퍼(3134)만으로 샘플링 디바이스의 출구 단부를 밀봉하기에 충분할 수 있다.
전술한 바와 같이, 일부 변형예에서 샘플링 디바이스는 샘플이 샘플링 디바이스를 통해 이동하도록 의도된 "시스템 흐름 방향"을 갖는다. 따라서, 샘플링 디바이스용 패키징에 라벨링을 통해 및/또는 샘플링 디바이스에 직접적으로 샘플링 디바이스의 입구 부분 및/또는 출구 부분을 표시하는 것이 중요할 수 있다. 예를 들어, 패키징(3610)(예를 들어, 파우치 또는 밀봉된 겉포장)은 마우스피스(3120)에 근접한 영역에 위치된 입구 표시기(3612) 및/또는 커넥터(3130)에 근접한 영역에 위치된 출구 표시기(3614)를 포함할 수 있다. 도 36a에 도시된 바와 같이, 입구 표시기(3612) 및/또는 출구 표시기(3614)는 텍스트(예를 들어, "사용자 대면", "마우스피스", "U", "D", "디바이스 대면" 등)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 입구 표시기(3612) 및/또는 출구 표시기(3614)는 그래픽 아이콘(예를 들어, 입술, 얼굴, 디바이스를 나타내는 아이콘 등)을 포함할 수 있다. 또한, 일부 변형예에서 유사한 입구 표시기 및/또는 출구 표시기가 샘플링 디바이스 자체에 있을 수 있다. 예를 들어, 입구 표시기 및/또는 출구 표시기(예를 들어, 텍스트 및/또는 그래픽 아이콘)는 샘플링 디바이스의 재료에 인쇄 또는 성형되거나 데칼 등을 통해 샘플링 디바이스에 적용될 수 있다.
샘플링 디바이스로부터 샘플 추출
전술한 바와 같이, 샘플링 디바이스는 검출 디바이스로부터 분리되어 있는 동안 사용자로부터 샘플(예를 들어, 호흡 샘플)을 수신하고 저장할 수 있다. 샘플을 저장한 후, 샘플링 디바이스는 검출 디바이스를 사용한 분석을 위한 적절한 위치로 운반 및/또는 적절한 시간까지 유지될 수 있다. 예를 들어, 샘플링 디바이스는 샘플링 디바이스의 격실과 검출 디바이스의 센서 모듈 사이의 유체 연통을 허용하기 위해 검출 디바이스에 결합될 수 있다. 일부 변형예에서, 샘플링 디바이스 및/또는 검출 디바이스 사이의 결합 및/또는 유체 연통을 용이하게 하기 위해 하나 이상의 컴포넌트(예를 들어, 전술한 스토퍼(3134)와 같은 스토퍼)가 샘플링 디바이스 및/또는 검출 디바이스로부터 제거될 수 있다. 그런 다음 샘플은 분석을 위해 샘플링 디바이스에서 센서 모듈로 흐를 수 있다.
일부 변형예에서 저장된 샘플은 샘플 추출기로 샘플링 디바이스로부터 얻어질 수 있다. 샘플링 추출기(3700)의 예시적인 변형예가 도 37a 및 37b에 도시되어 있다. 도 37a에 도시된 바와 같이, 샘플링 추출기(3700)는 베이스(3710) 및 베이스(3710)에 대해 샘플링 디바이스(예를 들어, 샘플링 디바이스의 유연하고 압축 가능한 격실)를 압축하도록 구성된 프레스(3720)를 포함할 수 있으며, 이로써 저장된 샘플을 샘플링 디바이스 밖으로 밀어내거나 추방할 수 있다. 일반적으로, 베이스(3710) 및/또는 프레스(3720)는 베이스(3710)와 프레스(3720)을 서로를 향해 압박하여(샘플링 디바이스를 사이에 두고) 저장된 샘플이 시스템 흐름 방향으로 샘플링 디바이스의 출구를 향하여 샘플링 디바이스를 빠져나가게 되도록(예를 들어, 위에서 설명한 일방향 밸브로 인해) 대향 측들에서 샘플링 디바이스를 둘러싸기에 적합한 강성 재료를 포함할 수 있다.
베이스(3710)는 샘플링 디바이스의 압축 가능한 부분을 수용하도록 크기 및 형상이 지정된 샘플링 디바이스 공동(3714)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 변형예에서 공동(3714)은 확장된 샘플링 디바이스를 수용하기 위해 윤곽이 있는(contoured) 공동을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 윤곽이 있는 공동은 도 38a에 도시된 바와 같이 반경이 있는 포인트(예를 들어, 중심 포인트)로 테이퍼지는 하나 이상의 경사 측을 가질 수 있다. 예를 들어, 공동(3714)는 역 원뿔 또는 피라미드 형상을 가질 수 있다. 다른 예로서, 윤곽이 있는 공동은 그릇 형상(예를 들어, 타원형 또는 다른 아치형 단면)이거나 임의의 다른 적절한 윤곽을 가질 수 있다. 대안적으로, 공동(3714)은 샘플링 디바이스가 가압될 수 있는 평평한 바닥 표면을 가질 수 있다.
샘플링 디바이스가 공동(3714)에 배치될 때, 샘플링 디바이스의 출구 단부(예를 들어, 위에서 설명한 3130과 같은 커넥터)는 배출된 샘플을 수용하기 위해 액세스 가능할 수 있다. 도 37a에 도시된 바와 같이, 샘플링 디바이스 공동(3714)은 측벽을 포함하여 공동(3714)에 샘플링 디바이스를 배치하는 것을 돕고 및/또는 공동(3714)에 샘플링 디바이스를 담는 것을 돕는다.
프레스(3720)는 샘플링 디바이스 공동(3714)의 표면에 대향하도록 구성된 가압 표면을 포함하는 가압 부재(3722)를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 가압 표면은 샘플링 디바이스 공동(3714)의 윤곽과 매칭되거나 이에 대응하는 방식으로 윤곽이 형성될 수 있다. 샘플링 디바이스가 공동(3714)의 유사한 윤곽이 있는 표면과 프레스(3720)의 가압 표면 사이에 배치될 때, 프레스(3720)에 의해 샘플링 디바이스에 가해지는 압력은 유리하게는 샘플링 디바이스 전체에 걸쳐 더 균일하고 프레스(3720)의 사용 내내 일관될 수 있다. 일부 변형예에서, 도 37a 및 37b에 도시된 바와 같이, 프레스(3720)는 가압 부재(3722)와 결합되거나 일체로 형성된, 사용자가 프레스(3720)를 조작하기 위해 잡고 사용할 수 있는 핸들(예를 들어, 노브)을 포함할 수 있고, 일부 변형예에서, 핸들은 인체공학적 및/또는 질감 피쳐(예를 들어, 손가락 그립, 플레어 에지, 고마찰 재료, 리브 등)과 같이 사용자의 그립을 개선하기 위한 하나 이상의 피쳐를 포함할 수 있다. 또한, 일부 변형예에서, 샘플링 디바이스 공동(3714) 및/또는 프레스(3720)는 하나 이상의 프레스(3720) 및 샘플링 디바이스 공동(3714)의 상대적 위치설정 및/또는 이동을 안내하는 데 도움이 될 수 있는 정렬 피쳐(예를 들어, 키이식 특징부, 홈 등)를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 프레스(3720)는 사용자에 의해 수동으로 작동하도록 구성될 수 있지만, 일부 변형예에서 프레스(3720)는 추가로 또는 대안적으로 자동 또는 반자동으로(예를 들어, 로봇 제어 액추에이터 등에 의해) 작동될 수 있다.
일부 변형예에서, 베이스(3710)는 검출 디바이스 및 샘플링 디바이스가 베이스(3710)에 배치되고 다른 장치에 결합될 수 있도록 검출 디바이스를 수용하도록 구성된 검출 디바이스 공동(3714)을 더 포함할 수 있다. 검출 디바이스 공동(3714) 및/또는 샘플링 디바이스 공동(3712)은 검출 디바이스 및/또는 샘플링 디바이스가 샘플 추출기의 동작 중에 각각의 공동에 꼭 맞거나 고정될 수 있도록 구체적으로 각각 검출 디바이스 및 샘플링 디바이스의 형상으로 성형될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 도 37a 및 37b에 도시된 샘플링 디바이스(3700)는 프레스(3720) 상의 돌출 가압 표면(양의 피쳐)에 상보적인 샘플링 디바이스 수용 공동(음의 공간)을 갖는 베이스(3710)를 포함한다. 그러나, 다른 변형예에서 공동과 돌출 가압 표면의 위치가 교환될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 샘플 추출기는 프레스(3720)의 샘플링 디바이스 수용 공동(음의 공간)을 보완하는 돌출 표면(예를 들어, 언덕 형상의 양의 피처)이 있는 베이스를 대신 포함할 수 있다. 또한, 일부 변형예에서, 각각의 샘플링 디바이스 수용 공동 및 프레스는 그 사이에 샘플링 디바이스를 압축하는 데 사용하기 위한 돌출 피쳐 및 공동(예를 들어, 파동(undulating) 표면 등)의 조합을 포함할 수 있다.
도 38a 내지 38d는 도 37a 및 37b에 도시된 샘플 추출기의 예시적인 사용 방법을 묘사한다. 도 38a는 프레스(3720) 및 샘플링 디바이스 공동(3714)을 갖는 베이스(3710)를 포함하는 샘플 추출기(3700)를 묘사한다. 도 38b에 도시된 바와 같이, 샘플을 포함하는 샘플링 디바이스(3730)의 확장된 격실이 샘플링 디바이스 공동(3714)에 배치될 수 있다. 사용자는 확장된 격실 및 샘플링 디바이스 공동 위에 프레스(3720)를 수동으로 위치시킬 수 있고, 그 다음 도 38c에 도시된 바와 같이 베이스(3710)를 향해 프레스(3720)를 촉구할 수 있다. 이 "샌드위칭" 동작은 샘플링 디바이스의 격실을 압축하여 격실에서 출구 단부로 저장된 샘플을 배출한다. 검출 디바이스(3740)가 도 38c에 도시된 이 압축 시간에 샘플링 디바이스(3730)에 유체적으로 결합되면, 배출된 샘플은 검출 디바이스(3740)의 센서 모듈에 전달될 수 있다.
도 38a 내지 38d는 샘플 추출기를 사용한 수동 압축 방법을 묘사하지만, 일부 변형예에서 유사한 압축 기술이 예를 들어 로봇 제어 액추에이터로 자동 또는 반자동으로 수행될 수 있다.
멸균
본 명세서에 기재된 바와 같이, 일부 변형예에서, 검출 시스템은 검출 디바이스 및 마우스피스(또는 다른 샘플링 디바이스)를 포함할 수 있다. 검출 디바이스는 다중 샘플을 분석하도록 구성될 수 있지만(예를 들어, 센서 모듈이 사용 가능한 수명이 끝날 때까지 또는 미리 정해진 횟수만큼 사용될 때까지), 각각의 샘플은 상이한 마우스피스를 통해 상이한 피험자로부터 획득될 수 있다. 일부 변형예에서, 검출 디바이스는 상이한 피험자들 사이의 교차 오염을 줄이기 위해 사용들 사이에 (예를 들어, 알코올 와이프, UV 살균 등으로) 소독될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 검출 시스템은 다른 피험자가 사용하는 사이에 검출 디바이스를 보호하는 데 도움이 되는 하나 이상의 멸균 인터페이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 39a는 마우스피스(3910)에 부착될 수 있는 시스(sheath)(3920)의 예시적인 변형예를 도시한다. 시스는 마우스피스(3910)와 맞물리도록 구성된 목 부분(3922), 및 스커트 부분(3924) 아래에 유지되는 검출 디바이스(3930)를 수용하도록 구성된 스커트 부분(3924)을 포함할 수 있다. 도 39b에 도시된 바와 같이, 스커트 부분(3924)은 검출 디바이스(3930)를 덮고 차폐하고, 목 부분(3922)은 시스(3920)를 검출 디바이스(3930) 위의 적소에 고정하는 것을 돕는다. 이 구성에서, 시스(3920)는 또한 "멸균" 영역(시스(3920) 아래 영역)으로부터 비멸균 영역(마우스피스(3910)을 포함하여 도 39b에 도시된 바와 같은 시스(3920) 위의 영역)을 정의하고 분리한다. 마우스피스(3910)가 피험자로부터 샘플을 수집하는 데 사용되었고 폐기할 준비가 된 경우, 시스(3920)는 이후 내부 표면에 시스(3920)의 비멸균 표면을 포함하도록 기울어질 수 있고, 이로써 사용된 마우스피스의 핸들러를 오염으로부터 보호할 수 있다.
일부 변형예에서, 시스는 마우스피스(3910)에 미리 부착될 수 있다. 예를 들어, 시스의 목 부분(3922)은 (예를 들어, 에폭시, RF 또는 열 용접 등과 같은 하나 이상의 파스너를 통해) 마우스피스(3910)에 결합될 수 있다. 다른 예로서, 시스는 마우스피스(3910)와 일체로 형성되어 그에 부착될 수 있다(예를 들어, 오버몰딩된 시스, 또는 그렇지 않으면 마우스피스로부터 연장되는 멤브레인으로서 일체로 성형된 시스 등). 일부 변형예에서, 미리 부착된 시스는 마우스피스와 함께 콤팩트한 방식으로 포장될 수 있고(예를 들어, 마우스피스에 대해와 같이 말리고 및/또는 접힘), 도 39a에 도시된 구성으로 펼쳐질 수 있다. 일부 변형예에서, 스커트 부분(3924)이 검출 디바이스를 차폐하는데 사용하기 위해 마우스피스(3910) 및/또는 검출 디바이스(3930) 위로 기울어질 수 있도록 스커트 부분(3924)은 콤팩트한 패키지 구성에서 반전될 수 있다.
대안적으로, 시스(3920)는 마우스피스와 별도로 제공된 다음 마우스피스와 맞물리도록 조작될 수 있다. 예를 들어, 시스(3920)는 스커트 부분(3924)이 마우스피스(3910) 위로 미끄러지고 테이퍼링 넥 부분(3922)이 마우스피스(3910)의 직경과 인터페이싱하여 마우스피스(3910)와 맞물려 실질적으로 도 39a에 도시된 구성을 형성할 때까지 아래로 당겨질 수 있도록 테이퍼링 넥 부분(3922)을 가질 수 있다. 일부 변형예에서, 시스(3920)의 차폐 기능을 개선하기 위해 시스(3920)와 마우스피스(3910)의 인터페이스 사이에 밀봉이 추가로 형성될 수 있다(예를 들어, 테이프, 주변 밀봉 콜릿 또는 적합한 커넥터 등).
일부 변형예에서, 시스의 재료는 고밀도 폴리에틸렌 또는 실리콘과 같은 적절한 방수 재료를 포함할 수 있지만, 다른 변형예는 다른 적합한 재료를 포함할 수 있다. 또한, 일부 변형예에서, 시스는 도 39a 및 39b에 도시되지 않은 다른 적절한 형상(예를 들어, 삼각형)을 가질 수 있다는 것이 고려된다.
모바일 애플리케이션
본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 일부 변형예에서, 검출 디바이스는 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스와 통신 가능하게 결합될 수 있으며, 여기서 컴퓨팅 디바이스 중 적어도 하나는 검출 디바이스의 동작을 보완하는 기능으로 모바일 애플리케이션을 실행할 수 있다. 예를 들어, 모바일 애플리케이션은 검출 디바이스를 사용하기 위한 지침을 제공하고, 검출 디바이스의 상태를 제공하고, 샘플 분석 후 테스트 결과를 통신하고, 경보를 통신하고, 사용자 및/또는 테스트 데이터에 대한 액세스를 가능하고 및/또는 이와 유사한 것 등을 수행할 수 있다.
예를 들어, 도 40a는 마우스피스가 있는 검출 디바이스(예를 들어, 도 29a 및 29b를 참조하여 전술한 검출 디바이스와 유사)와 함께 사용하기 위해 컴퓨팅 디바이스(예를 들어, 모바일 폰)에서 실행되는 모바일 애플리케이션의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)(4000a)의 예시적인 변형예를 도시한다. GUI(4000a)는 예를 들어 모바일 애플리케이션이 처음 열렸을 때 표시되는 홈 화면으로 기능할 수 있다. 일부 변형예에서 모바일 애플리케이션이 컴퓨팅 디바이스에서 열리면, 컴퓨팅 디바이스는 페어링할 근처의 검출 디바이스(예를 들어, 블루투스 또는 다른 무선 통신 양식을 통한 연결을 위해)를 자동으로 스캔하기 시작할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 검출 디바이스에 대한 페어링은 수동으로 수행될 수 있고 GUI(4000a)를 통해 개시될 수 있다(예를 들어, 페어링 버튼(4030)을 통해 Wi-Fi를 통한 페어링). GUI(4000a)는 디바이스 연결 상태(4010)(예를 들어, "연결된 디바이스 없음", "디바이스 검색 중", "디바이스 연결됨" 등을 나타냄)를 추가로 표시할 수 있다. 일부 변형예에서, 4000a는 테스트 개시 버튼(4020) 또는 테스트를 시작하기 위한 다른 적절한 대화형 아이콘을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서 GUI(4000a)는 다른 적합한 메뉴 아이템, 예를 들어 사용자의 온도(및/또는 심박수, 산소 포화도 등과 같은 다른 사용자 증상)의 기록을 가능하게 하는 온도 기록 옵션(예를 들어, 온도 기록 버튼(4040)), 또는 이전 테스트 데이터를 보기 위한 옵션(예를 들어, 테스트 로그 버튼(4050))을 포함할 수 있다.
도 40b는 GUI(4000b)의 예시적인 변형예를 도시하며, 이는 GUI(4000b)의 디바이스 연결 상태(4010)가 (텍스트 및/또는 색상 변경을 통해) 블루투스와 같은 검출 디바이스에 대한 성공적인 페어링을 나타내는 것으로 묘사된다는 점을 제외하면 전술한 GUI(4000a)와 유사하다. 일부 변형예에서, 페어링된 검출 디바이스는 추가적으로 또는 대안적으로 모바일 애플리케이션을 통해 컴퓨팅 디바이스에 대한 성공적인 페어링을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도 41은 검출 디바이스(4100)가 컴퓨팅 디바이스와 페어링되었음을 알리기 위해 미리 결정된 색상(예를 들어, 청색) 및/또는 타이밍 패턴으로 조명할 수 있는 표시기(4110)를 포함하는 검출 디바이스(4100)(예를 들어, 도 29a 및 29b를 참조하여 전술한 검출 디바이스와 유사)를 도시한다.
전술한 바와 같이, 테스트 또는 샘플 분석은 예를 들어 사용자가 테스트 개시 버튼(4020)을 누르면 모바일 애플리케이션을 통해 개시될 수 있다. 도 42a는 테스트의 개시에 응답하여 나타날 수 있는 GUI(4200a)의 예시적인 변형예를 도시한다. 예를 들어, GUI(4200a)는 검출 디바이스의 사용자(예를 들어, 환자)를 제공된 샘플의 테스트 결과와 연관시키는 데 사용될 하나 이상의 환자 식별자(예를 들어, 이름, 일련번호, 의료 기록 번호 등)의 입력을 촉구할 수 있다. 하나 이상의 추가 프롬프트는 일부 변형예에서 테스트를 수행하기 위해 검출 디바이스를 동작시키기 위한 추가 지침을 사용자에게 제공할 수 있다.
일부 변형예에서, 모바일 애플리케이션은 검출 디바이스가 테스트를 준비할 때 검출 디바이스 상태의 표시를 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 42b는 검출 디바이스가 호흡 샘플을 수신하기 전에 교정하고 있음을 나타내는 GUI(4200b)의 예시적인 변형예를 도시한다. 도 42b에 도시된 바와 같이, GUI(4200b)는 테스트 준비에서 교정 및/또는 다른 디바이스 조치의 진행을 시각적으로 나타내는 카운트다운 타이머를 포함할 수 있다. 카운트다운 타이머는 이러한 정보를 전달하기 위한 숫자 타이머 및/또는 다른 적절한 시각적 표시기를 포함할 수 있다. 이 시간 동안 사용자는 검출 디바이스의 마우스피스에 입을 대고 호흡 샘플을 제공하기 위해 마우스피스로 숨을 내쉴 준비를 할 수 있다.
일부 변형예에서, 모바일 애플리케이션은 도 43a 내지 43c에 도시된 예시적인 GUI(4300a 내지 4300c)와 같은 카운트다운 타이머와 같은 호흡 샘플을 제공하기 위한 추가 지침을 사용자에게 제공할 수 있다. 예를 들어, GUI 4300a 내지 4300c에서, 숫자 및/또는 색상으로 구분된 타이머(예를 들어, 빨간색에서 노란색, 녹색으로 진행하는 아이콘)는 사용자에게 호흡 샘플을 제공하기 위해 검출 디바이스의 마우스피스로 숨을 내쉴 것을 지시하기 위한 카운트다운을 제공할 수 있다. 이 시간 동안 사용자는 아직 그렇게 하지 않은 경우 마우스피스의 마우스에 입을 대고 있을 수 있다. GUI(4300a 내지 4300c)는 카운트다운 타이머의 마지막 3초를 나타내지만, 표시된 카운트다운 기간은 임의의 적절한 기간(예를 들어, 5초, 10초)을 가질 수 있음을 이해해야 한다.
모바일 애플리케이션은 일부 변형예에서 사용자가 호흡 샘플을 제공하는 동안 사용자를 안내하는 지침을 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 44는 마우스피스를 통해 충분한 호흡 샘플 체적이 얻어졌을 때를 나타내는 숫자 및/또는 컬러 코딩 또는 다른 시각적 타이머(예를 들어, 진행 링)를 제공할 수 있는 GUI(4400)의 예시적인 변형을 도시한다. GUI(4400)에서, 숫자 타이머(예를 들어, 카운트다운)는 호흡 샘플이 획득됨에 따라 채워지거나 완료되는 시각적 진행 링에 대응할 수 있다. 텍스트 및/또는 오디오 지침(예를 들어, "지금 디바이스로 숨을 내쉬십시오.")는 GUI(4400)를 통해 추가로 제공될 수 있다. 따라서, 일부 변형예에서 사용자는 타이머(들)가 경과하고 성공적인 샘플 체적이 얻어질 때까지 마우스피스로 숨을 내쉴 것으로 예상될 수 있다. 일부 변형예에서 다른 GUI는 충분한 호흡 샘플을 얻었는지 확인을 제공할 수 있다.
일부 변형예에서, 모바일 애플리케이션은 수신된 호흡 샘플의 분석에 기초하여 하나 이상의 테스트 결과의 표시를 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 45a는 테스트가 완료되었음, 테스트 결과 타겟 분석물(예를 들어, "양성 스크리닝")이 검출되었음, 환자 식별 정보 및/또는 테스트 세부 정보(예를 들어, 날짜, 시간, 장소 등)을 포함하는 테스트 결과를 나타내는 GUI(4300a)의 예시적인 변형예를 도시한다. 이러한 테스트 결과 중 하나 이상은 테스트 결과에 대한 액세스 및/또는 기록을 위해 스캔될 수 있는 컴퓨터 판독가능 코드(4310A)(예를 들어, QR 코드, 기타 바코드 등)로 추가로 인코딩될 수 있다. 다른 예로서, 도 45b는 테스트가 완료되었음, 테스트 결과 타겟 분석물(예를 들어, "음성 스크리닝")이 검출되지 않았음, 환자 식별 정보 및/또는 테스트 세부 정보(예를 들어, 날짜, 시간, 장소 등)을 포함하는 테스트 결과를 나타내는 GUI(4300b)의 예시적인 변형을 도시한다. GUI(4300a)에서와 같이, 이러한 테스트 결과 중 하나 이상이 컴퓨터 판독가능 코드(4310b)로 추가로 인코딩될 수 있다. 다른 예로서, 도 45c는 테스트가 완료되었음, 테스트 결과 하나 이상의 테스트 오류(예를 들어, 도 45c에 도시된 대로 "호흡 압력이 너무 낮거나 습도가 너무 높음")가 있음, 테스트를 반복해야 함(예를 들어, "재테스트 필요"), 환자 식별 정보 및/또는 테스트 세부 정보(날짜, 시간, 장소 등)를 포함하는 테스트 결과를 나타내는 GUI(4300c)의 예시적인 변형을 도시한다. 일부 변형예에서, GUI(4300c)는 GUI(4300a) 및 GUI(4300b)에 도시된 것과 유사하게 테스트 결과를 인코딩하는 컴퓨터 판독가능 코드를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 모바일 애플리케이션은 이러한 테스트 결과 중 임의의 것이 통신되거나 그렇지 않으면 공유될 수 있도록 하는(예를 들어, 사용자에게 이메일로 전송, 검사 시설 또는 기타 관리자에게 이메일로 전송, 보건 당국에 이메일로 전송 등) 적절한 GUI를 추가로 표시할 수 있다.
VOC 검출 방법
하나 이상의 타겟 분석물(예를 들어, 타겟 VOC)을 검출하기 위한 다양한 방법은 본 명세서에 기술된 것과 같은 시스템을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 21은 타겟 VOC에 특이적인 전극 및 이온성 액체(예를 들어, RTIL)를 포함하는 전기화학 센서(2110)에 입력 신호를 인가하는 단계, 이온성 액체(2120)의 하나 이상의 공동에서 타겟 VOC를 캡처하는 단계, 전기화학 센서(2130)로부터 센서 신호를 수신하는 단계, 및 센서 신호(2140)에 적어도 부분적으로 기초하여 타겟 VOC를 검출하는 단계를 포함하는 하나 이상의 타겟 VOC를 검출하기 위한 방법(2100)을 도시한다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 입력 신호(예를 들어, DC 신호)를 전기화학 센서에 인가하면 RTIL의 분극화가 발생할 수 있고, 이는 RTIL 내에서 피험자 VOC를 캡처하기 위해 하나 이상의 공동을 생성하기 위해 RTIL 결합을 스트레칭한다. 공동 또는 공동들은 RTIL의 인접한 층들의 음이온성 그룹들 사이에 배열될 수 있으며, 여기서 음이온성 그룹들은 퍼즐 조각과 같은 방식으로 타겟 VOC에 특이적이다. 전기화학 센서 주변 환경에 존재하는 경우 타겟 VOC는 RTIL을 통해 전극 쪽으로 확산되도록 공동(들)에 캡처된다. 타겟 VOC의 캡처는 전압 전위가 전극에 인가될 때 전류의 변화(예를 들어, 센서 신호의 새로운 전류와 베이스라인 전류의 차이, 센서 신호의 새로운 전류와 베이스라인 전류의 비율)로 검출 가능하다. 또한, 타겟 VOC의 양 또는 농도는 전류 변화의 크기에 기초하여 결정될 수도 있다. 방법은 타겟 VOC(2150)의 검출에 응답하여 예를 들어, 검출 디바이스의 사용자 인터페이스에 타겟 VOC의 존재 및/또는 추정량을 표시하고 및/또는 이를 주변 디바이스 또는 다른 컴퓨팅 디바이스에 통신함으로써 경보를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 검출 디바이스는 예를 들어 타겟 VOC의 농도 및/또는 검출 디바이스에 대한 근접성에 대응하는 강도를 갖는 검출 신호를 제공할 수 있다.
일부 변형예에서, 추가 정보를 얻기 위해 다중 검출 디바이스들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 다중 검출 디바이스들은 전술한 바와 같은 하나 이상의 무선 통신 모듈(예를 들어, 블루투스, Wi-Fi)을 통해 서로 및/또는 주변 디바이스와 통신할 수 있고 위치 정보를 포함할 수 있다. 각각의 검출 디바이스는 VOC 및/또는 다른 위협의 추적 및 삼각 측량을 허용하기 위해 검출 디바이스가 그 자신 및 다른 검출 디바이스 및/또는 주변 디바이스에 대해 자신의 위치를 명확히 할 수 있도록 하는 소프트웨어와 함께 로딩될 수 있다. 일부 변형예에서, 검출 디바이스는 맞춤형 통신 네트워크를 설정하기 위해 다른 근처의 검출 디바이스를 주기적으로 또는 간헐적으로 스캔할 수 있다. 예를 들어, 도 22a 및 22b의 예시적인 개략도에 도시된 바와 같이, 룸(room)의 각 코너에 있는 하나의 검출 디바이스(디바이스 1 내지 디바이스 4)와 같이, 다중 장치들이 다양한 위치에 배치될 수 있고, 서로 통신할 수 있다. 도 22a에 표시된 시간 T1에서 검출 가능한 VOC를 운반하는 위협은 디바이스 3에 가장 근접할 수 있다. 따라서, T1 시점에서 촬영된 4개의 장치들 중 디바이스 3의 검출 신호가 가장 강하고, 나머지 디바이스의 검출 신호는 거리에 따라 약할 수 있다(예를 들어, 디바이스 2로부터의 검출 신호가 가장 약할 수 있음). 위협이 룸을 가로질러 이동함에 따라 다양한 검출 디바이스의 검출 신호 강도가 변경된다. 예를 들어, 도 22b에 도시된 시간 T2에서 위협은 디바이스 1과 2에 더 가깝고 디바이스 1과 2의 검출 신호가 디바이스 3과 4의 검출 신호보다 더 강할 수 있다. 검출 디바이스들 사이의 검출 신호 강도의 변화는 디바이스가 룸 내에서 위협이 어떻게 움직이는지 삼각 측량하고 위협이 위치한 곳을 식별하도록 허용할 수 있다. 삼각 측량 검출은 환경에 대한 적절한 이해를 얻기 위해 원하는 만큼 자주 수행될 수 있다. 예를 들어, 계산은 위협의 움직임에 대한 실시간 또는 거의 실시간 정보를 얻기 위해 초당 1회 이상(예를 들어, 1Hz, 최대 3Hz, 최대 5Hz 등) 수행될 수 있다.
일부 변형예에서, 위협을 검출하는 방법은 다른 가능한 위협을 추적하기 위해 무선 통신 모듈을 활용할 수 있다. 예를 들어, 감지 장치는 다른 시스템과 통신하거나 페어링을 시도할 수 있는 근처의 다른 컴퓨팅 디바이스를 식별하기 위해 근처의 Wi-Fi 및/또는 블루투스 신호 SSID를 스캔할 수 있는 소프트웨어를 가질 수 있다. 예를 들어, 블루투스 또는 Wi-Fi 신호를 출력하는 모든 디바이스는 페어링하려는 짝짓기 장치의 유형을 적극적으로 광고한다(예를 들어, 개인의 스마트폰이 개인의 홈 Wi-Fi 또는 개인의 블루투스 헤드폰 또는 기타 디바이스를 지속적으로 검색하고 있음). 따라서, 본 명세서에 기술된 것과 같은 검출 디바이스는 근처의 컴퓨팅 디바이스로부터 출력된 페어링 신호를 식별하고 페어링 신호로부터 정보를 도출하도록 구성될 수 있다. 예시적인 예로서, 검출 디바이스는 특정 집 주소와 관련된 Wi-Fi와의 재페어링을 모색하는 근처의 스마트폰으로부터 출력된 페어링 신호를 검출할 수 있다. 검출 디바이스는 출력된 페어링 신호를 분석함으로써 페어링 신호를 발신하는 스마트폰의 소유자가 해당 집 주소의 집에 거주할 가능성이 있다고 보간할 수 있다. 따라서, 검출 디바이스의 이 신호 "스니핑(sniffing)" 능력은 위협 검출 능력을 증대시킬 수 있고 검출 디바이스가 타겟 VOC를 검출할 뿐만 아니라 그 타겟 VOC를 운반하는 인간 수송기에 대한 정보를 얻을 수 있게 한다.
전술한 바와 같이, 검출 디바이스는 다양한 애플리케이션에서 다양한 타겟 분석물을 모니터링 및/또는 추적하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, VOC를 검출하는 일부 방법은 폭발물(예를 들어, C-4 폭발물, 화약 등), 약물 또는 기타 물질의 특징인 타겟 VOC를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 예로서, VOC를 검출하기 위한 일부 방법은 사용자의 건강 상태의 특징인 타겟 VOC를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 예시를 통한 특정 예는 아래에서 더 자세히 설명된다.
예시
이 센서는 공기 모니터링, 생의학 진단, 산업 프로세스, 보안 및 직업 건강과 같은 애플리케이션에 유용한 다양한 분석물 또는 분석물 부류를 검출하는 데 사용될 수 있다. 일부 변형예에서, 검출 디바이스는 폭발물 또는 폭발성 혼합물의 VOC 특성을 검출하는 적어도 하나의 전기화학 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 그러한 VOC는 폭탄의 존재를 검출하는 데 도움이 되도록 폭발물에 첨가되는 타간트 또는 휘발성 화학물일 수 있다. 비제한적 예로서, 2,4-디니트로톨루엔; 2,6-디니트로톨루엔; 1-에틸-2-니트로벤젠; 및/또는 시클로헥사논은 C-4 폭발물에 존재할 수 있으므로 폭발물의 VOC 특성이다. 일부 변형예에서 VOC는 플라스틱 폭발물의 특징이다. 일부 변형예에서 VOC는 조성물 C-4(C-4)의 특징이다. 일부 변형예에서 VOC는 화약의 특징이다. 폭발물의 타겟 VOC 특성에 대한 특이성은 앞서 설명한 바와 같이 센서의 RTIL과 전극 입력 신호를 변조하여 달성된다.
일부 변형예에서 전기화학 센서는 바이오마커 VOC를 검출한다. 바이오마커는 특정 건강 상태를 나타낼 수 있는 특정 생물학적 프로세스의 정량화 가능한 특성이다. 예를 들어, 특정 질병에서 지질 과산화와 같은 대사 경로가 변경되어 VOC의 독특한 시그니처(즉, 지방족 탄화수소의 독특한 혼합물)가 생성될 수 있다. 예를 들어, 전기화학 센서는 의료 산업, 환자의 침대 옆 또는 자가 관리 진단 등에 적용될 수 있다. 일부 변형예에서, 바이오마커는 인간 바이오마커이다. 일부 변형예에서 타겟 VOC는 건강 상태(예를 들어, 의학적 상태)와 관련된 하나 이상의 바이오마커이다. 일부 변형예에서 의학적 상태는 COVID-19의 존재와 같은 인간의 의학적 상태이다. 예를 들어 대사 과정의 상향 조절 또는 하향 조절 시 인체에서 방출되는 지방족 탄화수소 및 무기 가스의 검출은 COVID-19의 존재 또는 부재와 상관관계가 있을 수 있다. RTIL의 선택은 기능화된 이미다졸륨 기반 양이온과 플루오르화 음이온 사이의 상호작용 정도에 따라 수행된다. NOx와 같은 무기 가스는 대사 경로에 의해 방출되며 사람의 호흡에서 쉽게 검출될 수 있다. 예를 들어, NOx는 센서 표면의 RTIL에 존재하는 플루오르화 기능화 이미다졸륨 화합물과 상호 작용하고 위에서 설명한 대로 측정 가능한 전류 변화를 일으킨다. NOx와 이미다졸륨 기반 RTIL의 이러한 조합은 COVID-19 관련 타겟에 대한 특이성을 위해 조정될 수 있다.
일부 변형예에서, 전기화학 센서는 약물 사용의 VOC 특성(예를 들어, 조절 대사 경로의 결과로서 신체에 의해 생성된 VOC)을 검출한다. 일부 변형예에서 약물은 카나비노이드, 알코올 또는 오피오이드이다. 일부 변형예에서 약물은 오피오이드이다. 일부 변형예에서 약물은 펜타닐이다.
예시 1: 각 타겟 VOC에 최적화된 RTIL 선택
각 VOC 검출을 위한 최적의 RTIL은 서로 다른 감지 조건에서 결정되었다. 구체적으로 1ppb 및 800ppb의 VOC 용액을 준비하였다. 3uL의 RTIL을 센서 표면에 분배하고 VOC가 없는 상태에서 베이스라인 판독값을 기록하였다. 감지 챔버 내부에 1ppb VOC를 첨가하고 크로노암페로메트리(CA)를 통한 전류 응답을 측정하였다. 신호를 기록하고 챔버를 N2로 세척하여 다음 농도를 테스트하기 전에 잔류 VOC를 제거하였다. 800ppb VOC에 대해 절차를 반복하고 신호 변화(1ppb VOC에 대한)를 기록하였다.
표 1은 폭발물의 타겟 VOC 특성, 각 VOC를 선택적으로 검출하기 위한 최적의 RTIL 및 검출의 하한을 나타낸다.
폭발물의 VOC 특성
타겟 분석물 사용된 RTIL 검출 한계
2,4-디니트로톨루엔 BMIM-BF4 1 ppb
2,6-디니트로톨루엔 BMIM-BF4 1 ppb
1-에틸-2-니트로벤젠 BMIM-BF4 1 ppb
사이클로헥사논 BMIM-Cl 1 ppb
이산화황(화약) BMIM-BF4 100 ppb
표 2는 약물 사용과 관련된 타겟 VOC, 각 VOC를 선택적으로 검출하기 위한 최적의 RTIL 및 검출 하한을 나타낸다.
약물 사용과 관련된 VOC
약물 사용된 RTIL 검출 한계
펜타닐 EMIM-TF2N 10 ppb
표 3은 COVID-19 존재의 타겟 VOC 특성 및 각 VOC를 선택적으로 검출하는 데 사용되는 최적의 RTIL을 나타낸다.
COVID-19 존재의 VOC 특성
VOC 사용된 RTIL
NOx EMIM-BF4
지방족 탄화수소 EMIM-OTf
예시 2: 폭발물의 VOC 특성에 대한 BMIM[BF4] 기반 센서의 민감도 분석
다양한 농도에서 VOC를 검출하는 센서의 기능을 테스트하고 이러한 농도를 구별하는 센서의 기능을 테스트하기 위해 [BMIM]BF4를 RTIL로 사용하였다. 폭발물의 다음과 같은 세 가지 VOC 특성이 분석되었다: 2,4-디니트로톨루엔(2,4-DNT); 2,6-디니트로톨루엔(2,6-DNT); 및 1-에틸-2-니트로벤젠(ENB). 간단히, [BMIM]BF4 3μL를 센서 전극에 분배하고 센서를 25oC의 테스트 챔버 내부에 배치하였다. 베이스라인 측정은 어떠한 VOC도 존재하지 않고 기록되었다. 고정된 전위에서 크로노암페로메트리 스캔을 실행하고 전류를 기록하였다. 고정된 전위는 특정 VOC에 결합이 발생하도록 한다. 다음으로, VOC 샘플을 1ppb 및 800ppb의 농도로 테스트 챔버에 넣었다. VOC의 각 농도에서 음의 전위가 인가되어 확산된 VOC 종이 전극에 도달하여 RTIL 층의 이온 종과 선택적으로 상호 작용할 수 있다. 전류를 측정하였다. 후속 판독 전에 설정이 정리되었다.
도 23a 내지 23c는 전류 비율로 측정된 1ppb 및 800ppb에서 각각의 VOC 분석물의 검출을 보여준다(VOC 존재 시 측정된 검출 전류/VOC 없이 측정된 베이스라인 전류). 구체적으로, 1ppb 및 800ppb의 VOC 용액을 준비하고 3uL의 RTIL을 센서 표면에 분배하고 VOC가 없는 상태에서 베이스라인 판독값을 기록하였다. 감지 챔버 내부에 1ppb VOC를 첨가하고 크로노암페로메트리(CA)를 통한 전류 응답을 측정하였다. 신호를 기록하고 챔버를 N2로 세척하여 다음 농도를 테스트하기 전에 잔류 VOC를 제거하였다. 800ppb VOC에 대해 절차를 반복하고 신호 변화(1ppb VOC에 대한)를 기록하였다. 각각의 경우에 센서는 1ppb와 800ppb 모두에서 분석 물질을 감지할 수 있었다. 또한 센서는 테스트된 최고 농도와 최저 농도를 구별할 수 있었다. 응답의 차이는 양측 T-테스트를 사용하여 분석했을 때 통계적으로 유의한 것으로 나타났다(모든 경우에 P 값 <0.0001).
예시 3: COVID-19의 검출을 위한 센서 교정
SARS-COV-2는 전 세계 수백만 명의 사람들을 감염시켜 COVID-19로 알려진 질병을 일으키는 바이러스이다. 이 바이러스를 조기에 발견하면 지역 사회의 전파를 늦추는 데 도움이 될 수 있다. COVID-19는 천식, 폐렴과 같은 다양한 호흡기 질환과 관련이 있다.
COVID-19의 무증상 및 증상 발현과 관련된 미량의 타겟 물질을 검출하기 위한 호흡 분석기 기반 센서 플랫폼의 유용성을 탐구하였다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 전기화학 센서 플랫폼은 COVID-19 및 천식 및 폐렴과 같은 관련 호흡기 상태로 인한 신체의 대사 과정의 상향 조절의 결과로 방출되는 VOC 및 무기 가스를 검출하는 데 사용되었다. 전기화학 센서를 사용하여 이러한 질병을 검출하면 COVID-19에 감염된 유증상, 무증상 및/또는 초기 양성 환자를 격리하는 데 도움이 될 수 있다.
2개의 전기화학 센서들(센서 1 및 센서 2)는 베이스라인 연구를 통해 특성화되었다. 각 센서의 안정적인 베이스라인 전류 판독은 인간의 건강한 호흡을 모방하도록 설계된 750PPM CO2가 있는 상태에서 처음 수행되었다. NOx를 포함하는 알려진 타겟 약제 혼합이 있는 상태에서 각 센서의 전류 신호 응답을 기록하여 도 1과 같이 교정된 응답을 제공하였다. 예를 들어, 도 24는 타겟 약제 혼합에 대한 노출에 대한 반응으로 센서 1이 베이스라인 판독치에 비해 전류의 182% 변화를 검출한 반면 센서 2는 베이스라인 판독치와 관련된 전류의 173% 변화를 검출하였음을 보여준다.
예시 4: COVID-19 검출을 위한 테스트
2개의 전기화학 센서들(센서 1, 센서 2)를 포함하는 검출 디바이스를 전술한 바와 같이 제작하였다. 센서 1는 호흡 중 NOx를 검출하고 특성화하기 위한 1-에틸-3-메틸-이미다졸륨 테트라플루오로보레이트(EMIM-BF4)의 RTIL을 포함하였으며, 센서 2는 호흡 중 지방족 탄소(예를 들어, 이소펜탄, 헵탄)를 검출하고 특성화하기 위한 1-에틸-3-메틸-이미다졸륨 트리플루오로메탄 설포네이트(EMIM-OTf)의 RITL을 포함하였다. 판독치의 간섭을 방지하고 인간 피험자 테스트 전에 센서 성능을 특성화하기 위해 베이스라인 특성화를 처음에 별도로 기록하였다. 구체적으로 베이스라인 특성화는 750 PPM CO2(건강한 사람의 호흡을 모방하기 위해)를 사용하여 수행되었다.
호흡 분석 물질(NOx)에 대한 신호를 기록하기 위해 18명의 피험자들이 검출 디바이스에서 두 번 호흡하도록 요청받았다. 데이터 수집의 오류를 줄이기 위해 샘플링을 두 번 수행하였다. 베이스라인 특성화에 대한 신호의 변화는 질병의 존재 또는 부재를 특성화하기 위한 파라미터로 사용되었다. 무작위로 환자를 선택하고 맹검 연구를 수행하였다. 센서 성능에 대한 95% 신뢰도를 얻기 위해 여러 판독치들을 기록하였다.
도 25a 및 25b는 센서 1(도 25a) 및 센서 2(도 25b)에 의해 측정된 바와 같이 각각의 테스트 피험자에 대한 베이스라인에 대한 센서 신호(전류)의 % 변화를 보여준다. 베이스라인 대비 상당한 양의 변화율은 피험자의 COVID-19에 대한 추정 양성 결과를 나타내는 반면, 변화가 거의 없거나 전혀 없는 경우(또는 음의 변화)는 건강한 피험자를 나타낸다. 피험자들 1 내지 12 및 피험자들 15, 17, 18의 경우, 얻은 전류는 기준 측정치보다 적었고; 따라서 전류의 변화는 음성으로 표시된다. 그러나 피험자들 13, 14 및 16의 경우 신호 반응이 베이스라인보다 높았고 양성으로 표시되었다. 피험자들 13, 14 및 16에 대한 베이스라인에서 상대적으로 큰 양의 변화는 잠재적으로 이 피험자에서 COVID-19에 대한 추정 양성 결과를 시사한다.
피험자들 13, 14 및 16에 대한 센서 데이터는 다른 15명의 피험자들이 건강한 피험자라는 가정하에 조정된 베이스라인 특성화와 추가로 비교되었다. 조정된 베이스라인 특성화는 다른 15명의 피험자들에 대한 평균 센서 측정치으로 계산되었다. 도 26a 및 26b는 센서 1(도 26a) 및 센서 2(도 26b)를 사용하여 측정된 피험자들 13 및 14에 대한 조정된 베이스라인 특성화에 대한 센서 신호의 % 변화를 도시한다. 이 도면에서 볼 수 있듯이 센서 1은 피험자들 13과 14의 신호에서 약 25%의 양의 변화를 측정한 반면 센서 2는 피험자들 13과 14의 신호에서 약 40%의 양의 변화를 측정하였다. 유사하게, 도 27a 및 27b는 센서 1(도 27a) 및 센서 2(도 26b)를 사용하여 측정된 바와 같이 피험자 16에 대한 조정된 베이스라인 특성화에 대한 센서 신호의 % 변화를 도시한다. 이 도면에서 볼 수 있듯이 센서 1은 피험자 16의 신호에서 약 40%의 양의 변화를 측정한 반면 센서 2는 피험자 16의 신호에서 약 75%의 양의 변화를 측정하였다. 도 26a 내지 26b 및 27a 내지 27b는 건강한 피험자로부터 추정 양성 COVID-19 피험자를 구별하는 데 센서 1 및 2를 성공적으로 사용하는 것을 도시한다.
예시 5: COVID-19 검출을 위한 임상 연구 #1
COVID-19 검출을 위한 호흡 분석기 기반 검출 디바이스는 총 168개의 평가를 위해 168명의 환자들에 대해 테스트되었다. 각 평가는 COVID-19 감염을 나타내는 내뿜는 VOC 및 무기 가스의 시그니처가 검출되었음을 나타내는 "검출됨", COVID-19 감염을 나타내는 내뿜는 VOC 및 무기 가스의 시그니처가 검출되지 않았음을 나타내는 "검출되지 않음", 또는 일반적으로 마우스피스와 검출 디바이스의 본체 사이의 연결 부족으로 인해 평가 오류를 나타내는 "결함"의 평가 결과를 제공하였다. 또한 각 환자의 실제 감염 상태에 대한 표시를 제공하기 위해 COVID-19에 대한 기존의 중합 효소 연쇄 반응(PCR) 테스트를 사용하여 각 환자를 테스트하였다. 102개의 평가 각각에 대해 호흡 분석기 기반 테스트 결과를 PCR 테스트 결과와 비교하여 호흡 분석기 기반 검출 디바이스가 환자의 COVID-19를 검출하는 정확도를 평가하였다.
168개의 평가 중, 35개의 양성 호흡 분석기 기반 검사 결과는 상응하는 양성 PCR 검사 결과와 일치하는 "참 양성"으로 간주되었고, 37개의 양성 호흡 분석기 기반 테스트 결과는 해당 양성 PCR 테스트 결과와 일치하지 않는 "위양성"으로 간주되었으며, 94개의 음성 호흡 분석기 기반 테스트 결과는 해당 음성 PCR 테스트 결과와 일치하는 "참 음성"으로 간주되었고, 및 2개의 음성 호흡 분석기 기반 테스트 결과는 해당 부정적인 PC 테스트 결과와 일치하지 않는 "위음성"로 간주되었다. 이러한 결과를 바탕으로 호흡 분석기 기반 검출 디바이스의 정확도는 76.8%, 특이도는 71.8%, 민감도는 94.6%인 것으로 나타났다.
예시 6: COVID-19 검출을 위한 임상 연구 #2
COVID-19 검출을 위한 동일한 호흡 분석기 기반 센서 플랫폼을 사용하는 3개의 다른 검출 디바이스들이 총 102개의 평가를 위해 84명의 환자들에게 테스트되었으며, 여기서 각 평가는 환자의 2회 호흡의 호기량을 분석하였다. 각 평가는 COVID-19 감염을 나타내는 내뿜는 VOC 및 무기 가스의 시그니처가 검출되었음을 나타내는 "검출됨", COVID-19 감염을 나타내는 내뿜는 VOC 및 무기 가스의 시그니처가 검출되지 않았음을 나타내는 "검출되지 않음", 또는 일반적으로 마우스피스와 검출 디바이스의 본체 사이의 연결 부족으로 인해 평가 오류를 나타내는 "결함"의 평가 결과를 제공하였다. 일부 경우에는 환자에 대한 "결함" 평가 후 해당 환자에 대한 "검출됨" 또는 "검출되지 않음" 결과를 얻기 위한 후속 평가가 이어졌다. 또한 각 환자의 실제 감염 상태에 대한 표시를 제공하기 위해 COVID-19에 대한 기존의 중합 효소 연쇄 반응(PCR) 테스트를 사용하여 각 환자를 테스트하였다. 102개의 평가 각각에 대해 호흡 분석기 기반 테스트 결과를 PCR 테스트 결과와 비교하여 호흡 분석기 기반 검출 디바이스가 환자의 COVID-19를 검출하는 정확도를 평가하였다.
102개의 평가 중 21개의 평가는 사용자 오류로 인해 결함이 있는 것으로 간주되었다. 다른 평가 중에서, 27개의 양성 호흡 분석기 기반 검사 결과는 상응하는 양성 PCR 검사 결과와 일치하는 "참 양성"으로 간주되었고, 7개의 양성 호흡 분석기 기반 테스트 결과는 해당 양성 PCR 테스트 결과와 일치하지 않는 "위양성"으로 간주되었고, 47개의 음성 호흡 분석기 기반 테스트 결과는 해당 음성 PCR 테스트 결과와 일치하는 "참 음성"으로 간주되었으며, 0개의 음성 호흡 분석기 기반 테스트 결과는 해당 음성 PCR 테스트 결과와 일치하지 않는 "위음성"으로 간주되었다. 이러한 결과를 바탕으로 호흡 분석기 기반 플랫폼은 높은 민감도(100%), 높은 특이도(87.0%), 높은 정확도(91.4%)를 갖는 것으로 나타났다.
열거된 실시예들
실시예 1. 하나 이상의 휘발성 유기 화합물(VOC)들을 검출하기 위한 검출 디바이스(detection device)로서, 상기 검출 디바이스는:
베이스(base); 및
상기 베이스에 제거 가능하게 결합 가능하고 적어도 하나의 전기화학 센서(electrochemical sensor)를 포함하는 센서 모듈(sensor module)을 포함하고,
적어도 하나의 전기화학 센서는 전극 및 상기 전극 상에 배열되고 타겟 VOC에 특정한 이온성 액체(ionic liquid)를 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 2. 실시예 1에 있어서, 상기 이온성 액체는 실온 이온성 액체(RTIL)를 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 3. 실시예 2에 있어서, 상기 이온성 액체는 복수의 이온 층들을 포함하고, 상기 전기화학 센서에 제공되는 입력 신호에 응답하여 인접한 이온 층들 사이에 상기 타겟 VOC에 특이적인 적어도 하나의 공동(cavity)이 형성되는, 검출 디바이스.
실시예 4. 실시예 3에 있어서, 상기 검출 디바이스는 상기 입력 신호를 상기 전기화학 센서에 전달하도록 구성되는, 검출 디바이스.
실시예 5. 실시예 4에 있어서, 상기 입력 신호는 상기 전극에 DC 환원 전위를 인가하는, 검출 디바이스.
실시예 6. 실시예 3에 있어서, 상기 적어도 하나의 공동은 캡처된 VOC가 상기 전극을 향해 확산되도록 상기 타겟 VOC를 캡처하도록 구성되는, 검출 디바이스.
실시예 7. 실시예 5에 있어서, 상기 베이스는 상기 전극에서의 임피던스(impedance), 전류 또는 이들 모두에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 캡처된 타겟 VOC를 검출하도록 구성된 하나 이상의 프로세서(processor)들을 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 8. 실시예 1에 있어서, 상기 베이스는 상기 적어도 하나의 전기화학 센서를 사용하여 상기 타겟 VOC의 검출에 응답하여 경보를 제공하도록 구성된 알람(alarm)을 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 9. 실시예 1에 있어서, 상기 베이스는 무선 통신 모듈을 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 10. 실시예 1에 있어서, 상기 베이스는 핸드헬드 하우징(handheld housing)을 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 11. 실시예 1에 있어서, 상기 베이스는 표면에 장착되도록 구성되는, 검출 디바이스.
실시예 12. 실시예 1에 있어서, 상기 센서 모듈은 복수의 전기화학 센서들을 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 13. 실시예 12에 있어서, 상기 복수의 전기화학 센서들의 적어도 일부의 각각은 개별의 이온성 액체를 포함하고, 상기 개별의 이온성 액체들은 상기 동일한 타겟 VOC에 특이적인, 검출 디바이스.
실시예 14. 실시예 12에 있어서, 상기 복수의 전기화학 센서들의 적어도 일부의 각각은 개별의 이온 층을 포함하고, 상기 개별의 이온 층들은 상이한 타겟 VOC에 특이적인, 검출 디바이스.
실시예 15. 실시예 1에 있어서, 상기 센서 모듈은 상기 베이스에 전도성 결합하도록 구성된 하나 이상의 전기 접촉부들을 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 16. 실시예 1에 있어서, 상기 센서 모듈은 마우스피스(mouthpiece)를 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 17. 실시예 1에 있어서, 상기 타겟 VOC는 폭발물(explosive)의 특성인, 검출 디바이스.
실시예 18. 실시예 1에 있어서, 상기 타겟 VOC는 약물의 특성인, 검출 디바이스.
실시예 19. 실시예 1에 있어서, 상기 타겟 VOC는 사용자의 건강 상태의 바이오마커 특성인, 검출 디바이스.
실시예 20. 타겟 휘발성 유기 화합물(VOC) 검출에 사용되는 전기화학 센서로서, 상기 전기화학 센서는:
전극;
상기 전극 위에 배치된 상온 이온성 액체(RTIL)를 포함하고;
상기 타겟 VOC에 특이적인 적어도 하나의 공동은 입력 신호를 수신하는 상기 센서에 응답하여 상기 RTIL 내에 형성되는, 전기화학 센서.
실시예 21. 실시예 20에 있어서, 상기 전극은 금을 포함하는, 전기화학 센서.
실시예 22. 실시예 21에 있어서, 상기 전극은 맞물린(interdigitated) 전극을 포함하는, 전기화학 센서.
실시예 23. 실시예 20에 있어서, 상기 RTIL은 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드; 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트; 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스-(트리플루오로메탄술포닐)이미드; 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트; 및 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄술포네이트로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 전기화학 센서.
실시예 24. 실시예 20에 있어서, 상기 RTIL은 복수의 이온 층들을 포함하는, 전기화학 센서.
실시예 25. 실시예 20에 있어서, 상기 RTIL은 적어도 2개의 이온 층들을 포함하는, 전기화학 센서.
실시예 26. 실시예 24 내지 25 중 어느 하나 있어서, 상기 적어도 하나의 공동은 인접한 이온 층들 사이에 형성되는, 전기화학 센서.
실시예 27. 실시예 20에 있어서, 상기 입력 신호는 상기 전극에 DC 환원 전위를 인가하는, 전기화학 센서.
실시예 28. 실시예 27에 있어서, 상기 입력 신호는 상기 타겟 VOC의 산화환원(redox) 전위에 대응하는, 전기화학 센서.
실시예 29. 실시예 28에 있어서, 상기 적어도 하나의 공동은 상기 타겟 VOC의 상기 산화환원 전위에 대응하는 크기를 갖는, 전기화학 센서.
실시예 30. 실시예 29에 있어서, 상기 적어도 하나의 공동은 캡처된 타겟 VOC가 상기 전극을 향해 확산되도록 상기 타겟 VOC를 캡처하도록 구성되는, 전기화학 센서.
실시예 31. 실시예 20에 있어서, 상기 타겟 VOC는 폭발물의 특성인, 전기화학 센서.
실시예 32. 실시예 31에 있어서, 폭발물의 상기 타겟 VOC 특성은 1,3-디니트로벤젠; 2,4-디니트로톨루엔; 2,6-디니트로톨루엔; 1-에틸-2-니트로벤젠; 2,3-디메틸-2,3-디니트로부탄; 이산화황; 및 시클로헥사논으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 전기화학 센서.
실시예 33. 실시예 32에 있어서, 상기 타겟 VOC는 C-4의 특성인, 전기화학 센서.
실시예 34. 실시예 32에 있어서, 상기 타겟 VOC는 화약의 특성인, 전기화학 센서.
실시예 35. 실시예 20에 있어서, 상기 타겟 VOC는 의학적 상태와 관련된 바이오마커인, 전기화학 센서.
실시예 36. 실시예 35에 있어서, 상기 의학적 상태와 연관된 바이오마커는 NOx 또는 지방족 탄화수소인, 전기화학 센서.
실시예 37. 실시예 20에 있어서, 상기 타겟 VOC는 약물의 사용과 연관된 것인, 전기화학 센서.
실시예 38. 실시예 37에 있어서, 상기 약물은 오피오이드(opioid)인, 전기화학 센서.
실시예 39. 실시예 38에 있어서, 상기 오피오이드는 펜타닐인, 전기화학 센서.
실시예 40. 근처의 폭발물의 존재를 검출하기 위한 실시예 29 내지 34 중 어느 하나에 따른 전기화학 센서의, 용도.
실시예 41. 사용자의 건강 상태의 존재를 검출하기 위한 실시예 20 내지 30 또는 실시예 35 내지 36 중 어느 하나에 따른 전기화학 센서의, 용도.
실시예 42. 실시예 41에 있어서, 상기 건강 상태는 질병인, 용도.
실시예 43. 실시예 41에 있어서, 상기 질병은 COVID-19인, 용도.
실시예 44. 실시예 20 내지 43 중 어느 하나의 전기화학 센서를 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 45. 하나 이상의 휘발성 유기 화합물(VOC)을 검출하는 방법으로서, 상기 방법은:
전기화학 센서에 입력 신호를 인가하는 단계-여기서, 상기 전기화학 센서는 전극 및 전극 위에 배열된 이온성 액체를 포함하고, 타겟 VOC에 특이적인 적어도 하나의 공동이 상기 입력 신호에 응답하여 상기 이온성 액체 내에 형성됨-;
상기 입력 신호를 인가한 후 상기 전기화학 센서로부터 센서 신호를 수신하는 단계; 및
상기 센서 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 타겟 VOC를 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 46. 실시예 45에 있어서, 상기 이온성 액체는 실온 이온성 액체(RTIL)를 포함하는, 방법.
실시예 47. 실시예 45에 있어서, 상기 센서 신호는 상기 전극에서의 전류를 포함하는, 방법.
실시예 48. 실시예 45에 있어서, 상기 적어도 하나의 공동은 상기 타겟 VOC의 산화환원 전위로 튜닝되는, 방법.
실시예 49. 실시예 45에 있어서, 상기 입력 신호를, 각각 개별의 전극 및 상기 전극 위에 배열된 개별의 이온성 액체를 포함하는, 복수의 전기화학 센서들에 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 50. 실시예 49에 있어서, 상기 입력 신호에 응답하여, 상기 복수의 전기화학 센서들의 적어도 일부의 상기 개별의 이온성 액체들이 동일한 타겟 VOC에 특이적인 공동들을 형성하는, 방법.
실시예 51. 실시예 50에 있어서, 상기 타겟 VOC를 검출하는 단계는 상기 타겟 VOC에 특이적인 대부분의 상기 전기화학 센서들을 사용하여 상기 타겟 VOC를 감지하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 52. 실시예 50에 있어서, 상기 타겟 VOC에 특이적인 상기 전기화학 센서들을 사용하여 상기 타겟 VOC를 검출하는 차등 타이밍(differential timing)에 기초하여 상기 타겟 VOC의 진행 방향 및 진행 속도 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
실시예 53. 실시예 49에 있어서, 상기 입력 신호에 응답하여, 상기 복수의 전기화학 센서들의 적어도 일부의 상기 개별의 이온성 액체들이 상이한 타겟 VOC에 특이적인 공동들을 형성하는, 방법.
실시예 54. 실시예 45에 있어서, 상기 타겟 VOC의 검출에 응답하여 경보를 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
실시예 55. 실시예 45에 있어서, 상기 타겟 VOC는 농도 구배(concentration gradient)를 갖고, 상기 타겟 VOC를 검출하는 단계는 상기 타겟 VOC를 상기 타겟 VOC와 동일한 농도 구배를 갖는 다른 가스와 구별하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 56. 실시예 45에 있어서, 상기 타겟 VOC는 폭발물의 특성인, 방법.
실시예 57. 실시예 45에 있어서, 상기 타겟 VOC가 약물의 특성인, 방법.
실시예 58. 실시예 45에 있어서, 상기 타겟 VOC가 사용자의 건강 상태의 바이오마커 특성인, 방법.
실시예 59. 실시예 45에 있어서, 상기 타겟 VOC가 고체 매질로부터 방출되는, 방법.
실시예 60. 실시예 45에 있어서, 상기 타겟 VOC는 액체 매질로부터 방출되는, 방법.
실시예 61. 실시예 45에 있어서, 상기 타겟 VOC는 기체 매질로부터 방출되는, 방법.
실시예 62. 사용자의 건강 상태를 결정하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
에어로졸화된 샘플(aerosolized sample)을 수용하는 적어도 하나의 전기화학 센서의 센서 신호를 측정하는 단계-여기서, 상기 적어도 하나의 전기화학 센서는 전극 및 상기 전극 상에 배열된 실온 이온성 액체(RTIL)를 포함하고, 타겟 휘발성 유기 화합물(VOC)에 특이적인 적어도 하나의 공동이 입력 신호를 수신하는 상기 전기화학 센서에 응답하여 상기 RTIL 내에 형성됨-;
상기 측정된 센서 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 타겟 VOC를 검출하는 단계; 및
상기 검출된 타겟 VOC를 기초로 상기 사용자의 상기 건강 상태를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 63. 실시예 62에 있어서, 상기 RTIL은 복수의 이온 층들을 포함하고 상기 적어도 하나의 공동은 인접한 이온 층들 사이에 형성되는, 방법.
실시예 64. 실시예 63에 있어서, 센서 신호를 측정하는 단계는 상기 적어도 하나의 전기화학 센서에 입력 신호를 전달하는 단계 및 상기 입력 신호를 전달한 후에 상기 적어도 하나의 전기화학 센서에서 임피던스, 전류 또는 둘 모두를 측정하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 65. 실시예 64에 있어서, 상기 입력 신호는 상기 전극에 DC 환원 전위를 인가하는, 방법.
실시예 66. 실시예 62에 있어서, 상기 적어도 하나의 공동은 캡처된 타겟 VOC가 상기 전극을 향해 확산되도록 상기 타겟 VOC를 캡처하도록 구성되는, 방법.
실시예 67. 실시예 62에 있어서, 상기 건강 상태의 검출에 응답하여 경보를 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
실시예 68. 실시예 62에 있어서, 상기 타겟 VOC를 검출하는 단계는 에어로졸화된 샘플에서 상기 타겟 VOC를 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 69. 실시예 68에 있어서, 임계 크기 이상의 미립자를 제거하기 위해 상기 에어로졸화된 샘플을 필터링하는 단계를 더 포함하는, 방법.
실시예 70. 실시예 68에 있어서, 상기 에어로졸화된 샘플은 상기 사용자로부터의 호흡을 포함하는, 방법.
실시예 71. 실시예 68에 있어서, 상기 에어로졸화된 샘플은 체액의 에어로졸화된 샘플을 포함하는, 방법.
실시예 72. 실시예 71에 있어서, 상기 체액은 타액 및 비강 유체 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
실시예 73. 실시예 71에 있어서, 상기 에어로졸화된 샘플은 샘플링 디바이스로부터 유래된, 방법.
실시예 74. 실시예 68에 있어서, 상기 에어로졸화된 샘플은 주변 공기로부터 유래된, 방법.
실시예 75. 실시예 62에 있어서, 상기 적어도 하나의 전기화학 센서는 상기 베이스에 제거 가능하게 결합된 센서 모듈에 있는, 방법.
실시예 76. 실시예 75에 있어서, 상기 베이스는 핸드헬드 유닛을 포함하는, 방법.
실시예 77. 실시예 75에 있어서, 상기 베이스는 표면에 장착되도록 구성되는, 방법.
실시예 78. 실시예 75에 있어서, 상기 센서 모듈은 상기 적어도 하나의 전기화학 센서 위로 상기 에어로졸화된 샘플의 층류(laminar flow)를 제공하도록 구성된 노즐 및 마우스피스를 포함하는, 방법.
실시예 79. 실시예 62에 있어서, 상기 타겟 VOC는 질병의 바이오마커 특성인, 방법.
실시예 80. 실시예 79에 있어서, 상기 질병은 COVID-19인, 방법.
실시예 81. 사용자의 호흡에서 하나 이상의 휘발성 유기 화합물(VOC)들을 검출하기 위한 검출 디바이스로서, 상기 검출 디바이스는:
베이스; 및
상기 베이스에 제거 가능하게 결합된 센서 모듈을 포함하고, 상기 센서 모듈은:
전극 및 상기 전극 위에 배열된 이온성 액체를 포함하는 적어도 하나의 전기화학 센서-여기서, 상기 이온성 액체는 타겟 VOC에 특이적임-;
상기 사용자로부터의 호흡량을 상기 적어도 하나의 전기화학 센서 쪽으로 향하게 하도록 구성된 마우스피스를 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 82. 실시예 81에 있어서, 상기 이온성 액체는 실온 이온성 액체(RTIL)를 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 83. 실시예 81에 있어서, 상기 베이스는 핸드헬드 하우징을 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 84. 실시예 81에 있어서, 상기 검출 디바이스는 입력 신호를 전기화학 센서에 전달하여 상기 이온성 액체 내에 타겟 VOC에 특이적인 적어도 하나의 공동을 형성하도록 구성되는, 검출 디바이스.
실시예 85. 실시예 84에 있어서, 상기 적어도 하나의 공동은 캡처된 VOC가 상기 전극을 향해 확산되도록 상기 타겟 VOC를 캡처하도록 구성되는, 검출 디바이스.
실시예 86. 실시예 85에 있어서, 상기 베이스는 상기 전극에서의 임피던스, 전류 또는 둘 모두에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 캡처된 타겟 VOC를 검출하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들을 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 87. 실시예 81에 있어서, 상기 베이스는 상기 적어도 하나의 전기화학 센서를 사용하여 상기 타겟 VOC의 검출에 응답하여 경보를 제공하도록 구성된 알람을 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 88. 실시예 87에 있어서, 상기 센서 모듈은 복수의 전기화학 센서들을 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 89. 실시예 88에 있어서, 상기 복수의 전기화학 센서들의 적어도 일부의 각각은 개별의 이온성 액체를 포함하고, 상기 개별의 이온성 액체는 동일한 타겟 VOC에 특이적인, 검출 디바이스.
실시예 90. 실시예 88에 있어서, 상기 복수의 전기화학 센서들의 적어도 일부의 각각은 개별의 이온 층을 포함하고, 상기 개별의 이온 층들은 상이한 타겟 VOC들에 특이적인, 검출 디바이스.
실시예 91. 실시예 81에 있어서, 상기 마우스피스는 튜브를 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 92. 실시예 82에 있어서, 상기 센서 모듈은 상기 적어도 하나의 전기화학 센서 위로 상기 호흡량의 흐름을 층상화하도록 구성된 노즐을 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 93. 실시예 81에 있어서, 상기 센서 모듈은 상기 호흡량으로부터 미립자를 필터링하도록 구성된 하나 이상의 필터들을 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 94. 실시예 81에 있어서, 상기 센서 모듈은 상기 호흡량의 수분을 감소시키도록 구성된 하나 이상의 제습 요소들을 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 95. 실시예 81에 있어서, 상기 타겟 분석물은 상기 사용자의 건강 상태의 바이오마커 특성인, 검출 디바이스.
실시예 96. 실시예 95에 있어서, 상기 건강 상태는 질병인, 검출 디바이스.
실시예 97. 실시예 96에 있어서, 상기 질병은 COVID-19인, 검출 디바이스.
실시예 98. 사용자의 호흡에서 하나 이상의 휘발성 유기 화합물(VOC)을 검출하기 위한 검출 시스템으로서, 상기 검출 시스템은:
타겟 VOC에 특이적인 적어도 하나의 전기화학 센서를 포함하는 센서 모듈; 및
상기 센서 모듈에 결합 가능한 샘플링 디바이스를 포함하고, 상기 샘플링 디바이스는 밀봉 가능하고 호흡량을 저장하도록 구성되는, 검출 시스템.
실시예 99. 실시예 98에 있어서, 상기 센서 모듈은 전극 및 상기 전극 위에 배열된 이온성 액체를 포함하고, 상기 이온성 액체는 상기 타겟 VOC에 특이적인, 검출 시스템.
실시예 100. 실시예 98에 있어서, 상기 샘플링 디바이스는 상기 센서 모듈에 제거 가능하게 결합 가능한, 검출 시스템.
실시예 101. 실시예 98에 있어서, 상기 샘플링 디바이스는 커넥터를 통해 상기 센서 모듈에 결합 가능한, 검출 시스템.
실시예 102. 실시예 98에 있어서, 상기 샘플링 디바이스는 격실을 포함하는, 검출 시스템.
실시예 103. 실시예 102에 있어서, 상기 격실은 압축 가능한, 검출 시스템.
실시예 104. 실시예 98에 있어서, 상기 샘플링 디바이스는 마우스피스를 포함하는, 검출 시스템.
실시예 105. 실시예 104에 있어서, 상기 마우스피스는 하나 이상의 필터들을 포함하는, 검출 시스템.
실시예 106. 실시예 104에 있어서, 상기 마우스피스는 건조제를 포함하는, 검출 시스템.
실시예 107. 실시예 104에 있어서, 상기 샘플링 디바이스는 하나 이상의 일방향 밸브를 포함하는, 검출 시스템.
실시예 108. 실시예 98에 있어서, 베이스를 더 포함하고, 센서 모듈은 상기 베이스에 결합 가능한, 검출 시스템.
실시예 109. 실시예 108에 있어서, 상기 센서 모듈은 상기 베이스에 제거 가능하게 결합 가능한, 검출 시스템.
실시예 110. 실시예 109에 있어서, 상기 베이스는 핸드헬드 하우징을 포함하는, 검출 시스템.
실시예 111. 실시예 98에 있어서, 상기 적어도 하나의 전기화학 센서를 사용하여 상기 타겟 VOC의 검출에 응답하여 경보를 제공하도록 구성된 알람을 더 포함하는, 검출 시스템.
실시예 112. 샘플링 디바이스에 있어서,
격실; 및
상기 격실에 결합된 마우스피스를 포함하고,
상기 샘플링 디바이스는 밀봉 가능하고 가스 샘플의 체적을 저장하도록 구성되는, 샘플링 디바이스.
실시예 113. 실시예 112에 있어서, 상기 격실은 입구 및 출구를 포함하는, 샘플링 디바이스.
실시예 114. 실시예 113에 있어서, 상기 마우스피스는 상기 격실의 상기 입구에 결합되고, 상기 샘플링 디바이스는 상기 격실의 상기 출구에 결합된 스토퍼를 더 포함하는, 샘플링 디바이스.
실시예 115. 실시예 114에 있어서, 상기 스토퍼는 상기 격실의 상기 출구에 제거 가능하게 결합되는, 샘플링 디바이스.
실시예 116. 실시예 112에 있어서, 상기 샘플링 디바이스는 하나 이상의 일방향 밸브들을 통해 밀봉 가능한, 샘플링 디바이스.
실시예 117. 실시예 116에 있어서, 상기 샘플링 디바이스는 제1 일방향 밸브로 밀봉 가능한 입구 및 제2 일방향 밸브로 밀봉 가능한 출구를 포함하는, 샘플링 디바이스.
실시예 118. 실시예 116에 있어서, 상기 하나 이상의 일방향 밸브들은 체크 밸브를 포함하는, 샘플링 디바이스.
실시예 119. 실시예 112에 있어서, 상기 격실은 압축 가능한, 샘플링 디바이스.
실시예 120. 실시예 119에 있어서, 상기 격실은 백을 포함하는, 샘플링 디바이스.
실시예 121. 실시예 120에 있어서, 상기 백은 제1 시트 및 상기 제1 시트에 대향하는 제2 시트를 포함하고, 상기 제1 및 제2 시트들은 함께 밀봉되어 상기 격실의 에지를 형성하는, 샘플링 디바이스.
실시예 122. 실시예 112에 있어서, 상기 마우스피스는 튜브를 포함하는, 샘플링 디바이스.
실시예 123. 실시예 112에 있어서, 상기 마우스피스는 하나 이상의 필터들을 포함하는, 샘플링 디바이스.
실시예 124. 실시예 112에 있어서, 상기 마우스피스는 건조제를 포함하는, 샘플링 디바이스.
실시예 125. 실시예 112에 있어서, 상기 마우스피스는 상기 격실에 RF 또는 열 용접되는, 샘플링 디바이스.
실시예 126. 실시예 112에 있어서, 상기 샘플링 디바이스는 검출 디바이스에 제거 가능하게 결합되도록 구성되는, 샘플링 디바이스.
실시예 127. 실시예 112에 있어서, 라벨링 영역(labeling region)을 더 포함하는, 샘플링 디바이스.
실시예 128. 실시예 112에 있어서, 상기 샘플링 디바이스와 연관된 컴퓨터 판독가능 식별자를 더 포함하는, 샘플링 디바이스.
실시예 129. 사용자의 호흡에서 하나 이상의 휘발성 유기 화합물(VOC)을 검출하기 위한 검출 디바이스로서, 상기 검출 디바이스는:
전극 및 상기 전극 위에 배열된 이온성 액체를 포함하는 적어도 하나의 전기화학 센서를 포함하는 센서 모듈-여기서, 상기 이온성 액체는 타겟 VOC에 특이적임- ; 및
상기 사용자로부터의 호흡량을 상기 적어도 하나의 전기화학 센서 쪽으로 향하게 하도록 구성된 마우스피스를 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 130. 실시예 129에 있어서, 상기 이온성 액체는 실온 이온성 액체(RTIL)를 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 131. 실시예 129에 있어서, 상기 검출 디바이스는 핸드헬드 하우징을 포함하고, 상기 센서 모듈은 상기 핸드헬드 하우징에 배열되는, 검출 디바이스.
실시예 132. 실시예 129에 있어서, 상기 검출 디바이스는 상기 전기화학 센서에 입력 신호를 전달하여 상기 이온성 액체 내에 상기 타겟 VOC에 특이적인 적어도 하나의 공동을 형성하도록 구성되는, 검출 디바이스.
실시예 133. 실시예 132에 있어서, 상기 적어도 하나의 공동은 캡처된 VOC가 상기 전극을 향해 확산되도록 상기 타겟 VOC를 캡처하도록 구성되는, 검출 디바이스.
실시예 134. 실시예 133에 있어서, 상기 전극에서의 임피던스, 전류, 또는 둘 모두에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 캡처된 타겟 VOC를 검출하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들을 더 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 135. 실시예 129에 있어서, 상기 적어도 하나의 전기화학 센서를 사용하여 상기 타겟 VOC의 검출에 응답하여 경보를 제공하도록 구성된 알람을 더 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 136. 실시예 129에 있어서, 상기 센서 모듈은 복수의 전기화학 센서들을 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 137. 실시예 136에 있어서, 상기 복수의 전기화학 센서들의 적어도 일부의 각각은 개별의 이온성 액체를 포함하고, 상기 개별의 이온성 액체들은 동일한 타겟 VOC에 특이적인, 검출 디바이스.
실시예 138. 실시예 136에 있어서, 상기 복수의 전기화학 센서들의 적어도 일부의 각각은 개별의 이온 층을 포함하고, 상기 개별의 이온 층들은 상이한 타겟 VOC들에 특이적인, 검출 디바이스.
실시예 139. 실시예 129에 있어서, 상기 마우스피스는 튜브를 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 140. 실시예 129에 있어서, 상기 마우스피스는 상기 호흡량으로부터 미립자를 필터링하도록 구성된 하나 이상의 필터들을 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 141. 실시예 129에 있어서, 상기 마우스피스는 상기 호흡량의 수분을 감소시키도록 구성된 하나 이상의 제습 요소들을 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 142. 실시예 129에 있어서, 상기 마우스피스는 상기 센서 모듈에 결합 가능한 상기 샘플링 디바이스에 결합되고, 상기 샘플링 디바이스는 밀봉 가능하고 상기 호흡량을 저장하도록 구성되는, 검출 디바이스.
실시예 143. 실시예 142에 있어서, 상기 샘플링 디바이스는 상기 센서 모듈에 제거 가능하게 결합 가능한, 검출 디바이스.
실시예 144. 실시예 142에 있어서, 상기 샘플링 디바이스는 압축 가능한 격실을 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 145. 실시예 142에 있어서, 상기 샘플링 디바이스가 하나 이상의 일방향 밸브들을 포함하는, 검출 디바이스.
실시예 146. 실시예 129에 있어서, 상기 타겟 VOC는 상기 사용자의 건강 상태의 바이오마커 특성인, 검출 디바이스.
실시예 147. 실시예 146에 있어서, 상기 건강 상태는 질병인, 검출 디바이스.
실시예 148. 실시예 147에 있어서, 상기 질병은 COVID-19인, 검출 디바이스.
전술한 설명은 설명의 목적으로 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 특정한 명명법을 사용하였다. 그러나, 본 발명을 실시하기 위해 특정 세부사항이 요구되지 않는다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 특정 실시예의 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공된다. 그들은 개시된 정확한 형태로 본 발명을 제한하거나 철저하게 하기 위한 것이 아니며; 명백하게, 많은 수정 및 변형이 상기 교시의 관점에서 가능하다. 실시예는 본 발명의 원리 및 그 실제 적용을 설명하기 위해 선택되고 설명되었으며, 그에 따라 당업자가 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 수정을 갖는 본 발명 및 다양한 실시예를 이용할 수 있게 한다. 다음 청구범위 및 그 등가물이 본 발명의 범위를 정의하는 것으로 의도된다.

Claims (148)

  1. 하나 이상의 휘발성 유기 화합물(VOC)들을 검출하기 위한 검출 디바이스(detection device)로서, 상기 검출 디바이스는:
    베이스(base); 및
    상기 베이스에 제거 가능하게 결합 가능하고 적어도 하나의 전기화학 센서(electrochemical sensor)를 포함하는 센서 모듈(sensor module)을 포함하고,
    적어도 하나의 전기화학 센서는 전극 및 상기 전극 상에 배열되고 타겟 VOC에 특정한 이온성 액체(ionic liquid)를 포함하는, 검출 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이온성 액체는 실온 이온성 액체(RTIL)를 포함하는, 검출 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 이온성 액체는 복수의 이온 층들을 포함하고, 상기 전기화학 센서에 제공되는 입력 신호에 응답하여 인접한 이온 층들 사이에 상기 타겟 VOC에 특이적인 적어도 하나의 공동(cavity)이 형성되는, 검출 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 검출 디바이스는 상기 입력 신호를 상기 전기화학 센서에 전달하도록 구성되는, 검출 디바이스.
  5. 제4항에 있어서, 상기 입력 신호는 상기 전극에 DC 환원 전위를 인가하는, 검출 디바이스.
  6. 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공동은 캡처된 VOC가 상기 전극을 향해 확산되도록 상기 타겟 VOC를 캡처하도록 구성되는, 검출 디바이스.
  7. 제5항에 있어서, 상기 베이스는 상기 전극에서의 임피던스(impedance), 전류 또는 이들 모두에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 캡처된 타겟 VOC를 검출하도록 구성된 하나 이상의 프로세서(processor)들을 포함하는, 검출 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 상기 베이스는 상기 적어도 하나의 전기화학 센서를 사용하여 상기 타겟 VOC의 검출에 응답하여 경보를 제공하도록 구성된 알람(alarm)을 포함하는, 검출 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 베이스는 무선 통신 모듈을 포함하는, 검출 디바이스.
  10. 제1항에 있어서, 상기 베이스는 핸드헬드 하우징(handheld housing)을 포함하는, 검출 디바이스.
  11. 제1항에 있어서, 상기 베이스는 표면에 장착되도록 구성되는, 검출 디바이스.
  12. 제1항에 있어서, 상기 센서 모듈은 복수의 전기화학 센서들을 포함하는, 검출 디바이스.
  13. 제12항에 있어서, 상기 복수의 전기화학 센서들의 적어도 일부의 각각은 개별의 이온성 액체를 포함하고, 상기 개별의 이온성 액체들은 상기 동일한 타겟 VOC에 특이적인, 검출 디바이스.
  14. 제12항에 있어서, 상기 복수의 전기화학 센서들의 적어도 일부의 각각은 개별의 이온 층을 포함하고, 상기 개별의 이온 층들은 상이한 타겟 VOC에 특이적인, 검출 디바이스.
  15. 제1항에 있어서, 상기 센서 모듈은 상기 베이스에 전도성 결합하도록 구성된 하나 이상의 전기 접촉부들을 포함하는, 검출 디바이스.
  16. 제1항에 있어서, 상기 센서 모듈은 마우스피스(mouthpiece)를 포함하는, 검출 디바이스.
  17. 제1항에 있어서, 상기 타겟 VOC는 폭발물(explosive)의 특성인, 검출 디바이스.
  18. 제1항에 있어서, 상기 타겟 VOC는 약물의 특성인, 검출 디바이스.
  19. 제1항에 있어서, 상기 타겟 VOC는 사용자의 건강 상태의 바이오마커 특성인, 검출 디바이스.
  20. 타겟 휘발성 유기 화합물(VOC) 검출에 사용되는 전기화학 센서로서, 상기 전기화학 센서는:
    전극;
    상기 전극 위에 배치된 상온 이온성 액체(RTIL)를 포함하고;
    상기 타겟 VOC에 특이적인 적어도 하나의 공동은 입력 신호를 수신하는 상기 센서에 응답하여 상기 RTIL 내에 형성되는, 전기화학 센서.
  21. 제20항에 있어서, 상기 전극은 금을 포함하는, 전기화학 센서.
  22. 제21항에 있어서, 상기 전극은 맞물린(interdigitated) 전극을 포함하는, 전기화학 센서.
  23. 제20항에 있어서, 상기 RTIL은 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드; 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트; 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스-(트리플루오로메탄술포닐)이미드; 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트; 및 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄술포네이트로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 전기화학 센서.
  24. 제20항에 있어서, 상기 RTIL은 복수의 이온 층들을 포함하는, 전기화학 센서.
  25. 제20항에 있어서, 상기 RTIL은 적어도 2개의 이온 층들을 포함하는, 전기화학 센서.
  26. 제24항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공동은 인접한 이온 층들 사이에 형성되는, 전기화학 센서.
  27. 제20항에 있어서, 상기 입력 신호는 상기 전극에 DC 환원 전위를 인가하는, 전기화학 센서.
  28. 제27항에 있어서, 상기 입력 신호는 상기 타겟 VOC의 산화환원(redox) 전위에 대응하는, 전기화학 센서.
  29. 제28항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공동은 상기 타겟 VOC의 상기 산화환원 전위에 대응하는 크기를 갖는, 전기화학 센서.
  30. 제29항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공동은 캡처된 타겟 VOC가 상기 전극을 향해 확산되도록 상기 타겟 VOC를 캡처하도록 구성되는, 전기화학 센서.
  31. 제20항에 있어서, 상기 타겟 VOC는 폭발물의 특성인, 전기화학 센서.
  32. 제31항에 있어서, 폭발물의 상기 타겟 VOC 특성은 1,3-디니트로벤젠; 2,4-디니트로톨루엔; 2,6-디니트로톨루엔; 1-에틸-2-니트로벤젠; 2,3-디메틸-2,3-디니트로부탄; 이산화황; 및 시클로헥사논으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 전기화학 센서.
  33. 제32항에 있어서, 상기 타겟 VOC는 C-4의 특성인, 전기화학 센서.
  34. 제32항에 있어서, 상기 타겟 VOC는 화약의 특성인, 전기화학 센서.
  35. 제20항에 있어서, 상기 타겟 VOC는 의학적 상태와 관련된 바이오마커인, 전기화학 센서.
  36. 제35항에 있어서, 상기 의학적 상태와 연관된 바이오마커는 NOx 또는 지방족 탄화수소인, 전기화학 센서.
  37. 제20항에 있어서, 상기 타겟 VOC는 약물의 사용과 연관된 것인, 전기화학 센서.
  38. 제37항에 있어서, 상기 약물은 오피오이드(opioid)인, 전기화학 센서.
  39. 제38항에 있어서, 상기 오피오이드는 펜타닐인, 전기화학 센서.
  40. 근처의 폭발물의 존재를 검출하기 위한 제29항 내지 제34항 중 어느 한 항에 따른 전기화학 센서의, 용도.
  41. 사용자의 건강 상태의 존재를 검출하기 위한 제20항 내지 제30항 또는 제35항 내지 제36항 중 어느 한 항에 따른 전기화학 센서의, 용도.
  42. 제41항에 있어서, 상기 건강 상태는 질병인, 용도.
  43. 제41항에 있어서, 상기 질병은 COVID-19인, 용도.
  44. 제20항 내지 제43항 중 어느 한 항의 전기화학 센서를 포함하는, 검출 디바이스.
  45. 하나 이상의 휘발성 유기 화합물(VOC)을 검출하는 방법으로서, 상기 방법은:
    전기화학 센서에 입력 신호를 인가하는 단계-여기서, 상기 전기화학 센서는 전극 및 전극 위에 배열된 이온성 액체를 포함하고, 타겟 VOC에 특이적인 적어도 하나의 공동이 상기 입력 신호에 응답하여 상기 이온성 액체 내에 형성됨-;
    상기 입력 신호를 인가한 후 상기 전기화학 센서로부터 센서 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 센서 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 타겟 VOC를 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
  46. 제45항에 있어서, 상기 이온성 액체는 실온 이온성 액체(RTIL)를 포함하는, 방법.
  47. 제45항에 있어서, 상기 센서 신호는 상기 전극에서의 전류를 포함하는, 방법.
  48. 제45항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공동은 상기 타겟 VOC의 산화환원 전위로 튜닝되는, 방법.
  49. 제45항에 있어서, 상기 입력 신호를, 각각 개별의 전극 및 상기 전극 위에 배열된 개별의 이온성 액체를 포함하는, 복수의 전기화학 센서들에 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
  50. 제49항에 있어서, 상기 입력 신호에 응답하여, 상기 복수의 전기화학 센서들의 적어도 일부의 상기 개별의 이온성 액체들이 동일한 타겟 VOC에 특이적인 공동들을 형성하는, 방법.
  51. 제50항에 있어서, 상기 타겟 VOC를 검출하는 단계는 상기 타겟 VOC에 특이적인 대부분의 상기 전기화학 센서들을 사용하여 상기 타겟 VOC를 감지하는 단계를 포함하는, 방법.
  52. 제50항에 있어서, 상기 타겟 VOC에 특이적인 상기 전기화학 센서들을 사용하여 상기 타겟 VOC를 검출하는 차등 타이밍(differential timing)에 기초하여 상기 타겟 VOC의 진행 방향 및 진행 속도 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  53. 제49항에 있어서, 상기 입력 신호에 응답하여, 상기 복수의 전기화학 센서들의 적어도 일부의 상기 개별의 이온성 액체들이 상이한 타겟 VOC에 특이적인 공동들을 형성하는, 방법.
  54. 제45항에 있어서, 상기 타겟 VOC의 검출에 응답하여 경보를 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  55. 제45항에 있어서, 상기 타겟 VOC는 농도 구배(concentration gradient)를 갖고, 상기 타겟 VOC를 검출하는 단계는 상기 타겟 VOC를 상기 타겟 VOC와 동일한 농도 구배를 갖는 다른 가스와 구별하는 단계를 포함하는, 방법.
  56. 제45항에 있어서, 상기 타겟 VOC는 폭발물의 특성인, 방법.
  57. 제45항에 있어서, 상기 타겟 VOC가 약물의 특성인, 방법.
  58. 제45항에 있어서, 상기 타겟 VOC가 사용자의 건강 상태의 바이오마커 특성인, 방법.
  59. 제45항에 있어서, 상기 타겟 VOC가 고체 매질로부터 방출되는, 방법.
  60. 제45항에 있어서, 상기 타겟 VOC는 액체 매질로부터 방출되는, 방법.
  61. 제45항에 있어서, 상기 타겟 VOC는 기체 매질로부터 방출되는, 방법.
  62. 사용자의 건강 상태를 결정하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    에어로졸화된 샘플(aerosolized sample)을 수용하는 적어도 하나의 전기화학 센서의 센서 신호를 측정하는 단계-여기서, 상기 적어도 하나의 전기화학 센서는 전극 및 상기 전극 상에 배열된 실온 이온성 액체(RTIL)를 포함하고, 타겟 휘발성 유기 화합물(VOC)에 특이적인 적어도 하나의 공동이 입력 신호를 수신하는 상기 전기화학 센서에 응답하여 상기 RTIL 내에 형성됨-;
    상기 측정된 센서 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 타겟 VOC를 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 타겟 VOC를 기초로 상기 사용자의 상기 건강 상태를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  63. 제62항에 있어서, 상기 RTIL은 복수의 이온 층들을 포함하고 상기 적어도 하나의 공동은 인접한 이온 층들 사이에 형성되는, 방법.
  64. 제63항에 있어서, 센서 신호를 측정하는 단계는 상기 적어도 하나의 전기화학 센서에 입력 신호를 전달하는 단계 및 상기 입력 신호를 전달한 후에 상기 적어도 하나의 전기화학 센서에서 임피던스, 전류 또는 둘 모두를 측정하는 단계를 포함하는, 방법.
  65. 제64항에 있어서, 상기 입력 신호는 상기 전극에 DC 환원 전위를 인가하는, 방법.
  66. 제62항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공동은 캡처된 타겟 VOC가 상기 전극을 향해 확산되도록 상기 타겟 VOC를 캡처하도록 구성되는, 방법.
  67. 제62항에 있어서, 상기 건강 상태의 검출에 응답하여 경보를 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  68. 제62항에 있어서, 상기 타겟 VOC를 검출하는 단계는 에어로졸화된 샘플에서 상기 타겟 VOC를 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
  69. 제68항에 있어서, 임계 크기 이상의 미립자를 제거하기 위해 상기 에어로졸화된 샘플을 필터링하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  70. 제68항에 있어서, 상기 에어로졸화된 샘플은 상기 사용자로부터의 호흡을 포함하는, 방법.
  71. 제68항에 있어서, 상기 에어로졸화된 샘플은 체액의 에어로졸화된 샘플을 포함하는, 방법.
  72. 제71항에 있어서, 상기 체액은 타액 및 비강 유체 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  73. 제71항에 있어서, 상기 에어로졸화된 샘플은 샘플링 디바이스로부터 유래된, 방법.
  74. 제68항에 있어서, 상기 에어로졸화된 샘플은 주변 공기로부터 유래된, 방법.
  75. 제62항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전기화학 센서는 상기 베이스에 제거 가능하게 결합된 센서 모듈에 있는, 방법.
  76. 제75항에 있어서, 상기 베이스는 핸드헬드 유닛을 포함하는, 방법.
  77. 제75항에 있어서, 상기 베이스는 표면에 장착되도록 구성되는, 방법.
  78. 제75항에 있어서, 상기 센서 모듈은 상기 적어도 하나의 전기화학 센서 위로 상기 에어로졸화된 샘플의 층류(laminar flow)를 제공하도록 구성된 노즐 및 마우스피스를 포함하는, 방법.
  79. 제62항에 있어서, 상기 타겟 VOC는 질병의 바이오마커 특성인, 방법.
  80. 제79항에 있어서, 상기 질병은 COVID-19인, 방법.
  81. 사용자의 호흡에서 하나 이상의 휘발성 유기 화합물(VOC)들을 검출하기 위한 검출 디바이스로서, 상기 검출 디바이스는:
    베이스; 및
    상기 베이스에 제거 가능하게 결합된 센서 모듈을 포함하고, 상기 센서 모듈은:
    전극 및 상기 전극 위에 배열된 이온성 액체를 포함하는 적어도 하나의 전기화학 센서-여기서, 상기 이온성 액체는 타겟 VOC에 특이적임-;
    상기 사용자로부터의 호흡량을 상기 적어도 하나의 전기화학 센서 쪽으로 향하게 하도록 구성된 마우스피스를 포함하는, 검출 디바이스.
  82. 제81항에 있어서, 상기 이온성 액체는 실온 이온성 액체(RTIL)를 포함하는, 검출 디바이스.
  83. 제81항에 있어서, 상기 베이스는 핸드헬드 하우징을 포함하는, 검출 디바이스.
  84. 제81항에 있어서, 상기 검출 디바이스는 입력 신호를 전기화학 센서에 전달하여 상기 이온성 액체 내에 타겟 VOC에 특이적인 적어도 하나의 공동을 형성하도록 구성되는, 검출 디바이스.
  85. 제84항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공동은 캡처된 VOC가 상기 전극을 향해 확산되도록 상기 타겟 VOC를 캡처하도록 구성되는, 검출 디바이스.
  86. 제85항에 있어서, 상기 베이스는 상기 전극에서의 임피던스, 전류 또는 둘 모두에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 캡처된 타겟 VOC를 검출하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들을 포함하는, 검출 디바이스.
  87. 제81항에 있어서, 상기 베이스는 상기 적어도 하나의 전기화학 센서를 사용하여 상기 타겟 VOC의 검출에 응답하여 경보를 제공하도록 구성된 알람을 포함하는, 검출 디바이스.
  88. 제87항에 있어서, 상기 센서 모듈은 복수의 전기화학 센서들을 포함하는, 검출 디바이스.
  89. 제88항에 있어서, 상기 복수의 전기화학 센서들의 적어도 일부의 각각은 개별의 이온성 액체를 포함하고, 상기 개별의 이온성 액체는 동일한 타겟 VOC에 특이적인, 검출 디바이스.
  90. 제88항에 있어서, 상기 복수의 전기화학 센서들의 적어도 일부의 각각은 개별의 이온 층을 포함하고, 상기 개별의 이온 층들은 상이한 타겟 VOC들에 특이적인, 검출 디바이스.
  91. 제81항에 있어서, 상기 마우스피스는 튜브를 포함하는, 검출 디바이스.
  92. 제82항에 있어서, 상기 센서 모듈은 상기 적어도 하나의 전기화학 센서 위로 상기 호흡량의 흐름을 층상화하도록 구성된 노즐을 포함하는, 검출 디바이스.
  93. 제81항에 있어서, 상기 센서 모듈은 상기 호흡량으로부터 미립자를 필터링하도록 구성된 하나 이상의 필터들을 포함하는, 검출 디바이스.
  94. 제81항에 있어서, 상기 센서 모듈은 상기 호흡량의 수분을 감소시키도록 구성된 하나 이상의 제습 요소들을 포함하는, 검출 디바이스.
  95. 제81항에 있어서, 상기 타겟 분석물은 상기 사용자의 건강 상태의 바이오마커 특성인, 검출 디바이스.
  96. 제95항에 있어서, 상기 건강 상태는 질병인, 검출 디바이스.
  97. 제96항에 있어서, 상기 질병은 COVID-19인, 검출 디바이스.
  98. 사용자의 호흡에서 하나 이상의 휘발성 유기 화합물(VOC)을 검출하기 위한 검출 시스템으로서, 상기 검출 시스템은:
    타겟 VOC에 특이적인 적어도 하나의 전기화학 센서를 포함하는 센서 모듈; 및
    상기 센서 모듈에 결합 가능한 샘플링 디바이스를 포함하고, 상기 샘플링 디바이스는 밀봉 가능하고 호흡량을 저장하도록 구성되는, 검출 시스템.
  99. 제98항에 있어서, 상기 센서 모듈은 전극 및 상기 전극 위에 배열된 이온성 액체를 포함하고, 상기 이온성 액체은 상기 타겟 VOC에 특이적인, 검출 시스템.
  100. 제98항에 있어서, 상기 샘플링 디바이스는 상기 센서 모듈에 제거 가능하게 결합 가능한, 검출 시스템.
  101. 제98항에 있어서, 상기 샘플링 디바이스는 커넥터를 통해 상기 센서 모듈에 결합 가능한, 검출 시스템.
  102. 제98항에 있어서, 상기 샘플링 디바이스는 격실을 포함하는, 검출 시스템.
  103. 제102항에 있어서, 상기 격실은 압축 가능한, 검출 시스템.
  104. 제98항에 있어서, 상기 샘플링 디바이스는 마우스피스를 포함하는, 검출 시스템.
  105. 제104항에 있어서, 상기 마우스피스는 하나 이상의 필터들을 포함하는, 검출 시스템.
  106. 제104항에 있어서, 상기 마우스피스는 건조제를 포함하는, 검출 시스템.
  107. 제104항에 있어서, 상기 샘플링 디바이스는 하나 이상의 일방향 밸브를 포함하는, 검출 시스템.
  108. 제98항에 있어서, 베이스를 더 포함하고, 센서 모듈은 상기 베이스에 결합 가능한, 검출 시스템.
  109. 제108항에 있어서, 상기 센서 모듈은 상기 베이스에 제거 가능하게 결합 가능한, 검출 시스템.
  110. 제109항에 있어서, 상기 베이스는 핸드헬드 하우징을 포함하는, 검출 시스템.
  111. 제98항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전기화학 센서를 사용하여 상기 타겟 VOC의 검출에 응답하여 경보를 제공하도록 구성된 알람을 더 포함하는, 검출 시스템.
  112. 샘플링 디바이스에 있어서,
    격실; 및
    상기 격실에 결합된 마우스피스를 포함하고,
    상기 샘플링 디바이스는 밀봉 가능하고 가스 샘플의 체적을 저장하도록 구성되는, 샘플링 디바이스.
  113. 제112항에 있어서, 상기 격실은 입구 및 출구를 포함하는, 샘플링 디바이스.
  114. 제113항에 있어서, 상기 마우스피스는 상기 격실의 상기 입구에 결합되고, 상기 샘플링 디바이스는 상기 격실의 상기 출구에 결합된 스토퍼를 더 포함하는, 샘플링 디바이스.
  115. 제114항에 있어서, 상기 스토퍼는 상기 격실의 상기 출구에 제거 가능하게 결합되는, 샘플링 디바이스.
  116. 제112항에 있어서, 상기 샘플링 디바이스는 하나 이상의 일방향 밸브들을 통해 밀봉 가능한, 샘플링 디바이스.
  117. 제116항에 있어서, 상기 샘플링 디바이스는 제1 일방향 밸브로 밀봉 가능한 입구 및 제2 일방향 밸브로 밀봉 가능한 출구를 포함하는, 샘플링 디바이스.
  118. 제116항에 있어서, 상기 하나 이상의 일방향 밸브들은 체크 밸브를 포함하는, 샘플링 디바이스.
  119. 제112항에 있어서, 상기 격실은 압축 가능한, 샘플링 디바이스.
  120. 제119항에 있어서, 상기 격실은 백을 포함하는, 샘플링 디바이스.
  121. 제120항에 있어서, 상기 백은 제1 시트 및 상기 제1 시트에 대향하는 제2 시트를 포함하고, 상기 제1 및 제2 시트들은 함께 밀봉되어 상기 격실의 에지를 형성하는, 샘플링 디바이스.
  122. 제112항에 있어서, 상기 마우스피스는 튜브를 포함하는, 샘플링 디바이스.
  123. 제112항에 있어서, 상기 마우스피스는 하나 이상의 필터들을 포함하는, 샘플링 디바이스.
  124. 제112항에 있어서, 상기 마우스피스는 건조제를 포함하는, 샘플링 디바이스.
  125. 제112항에 있어서, 상기 마우스피스는 상기 격실에 RF 또는 열 용접되는, 샘플링 디바이스.
  126. 제112항에 있어서, 상기 샘플링 디바이스는 검출 디바이스에 제거 가능하게 결합되도록 구성되는, 샘플링 디바이스.
  127. 제112항에 있어서, 라벨링 영역(labeling region)을 더 포함하는, 샘플링 디바이스.
  128. 제112항에 있어서, 상기 샘플링 디바이스와 연관된 컴퓨터 판독가능 식별자를 더 포함하는, 샘플링 디바이스.
  129. 사용자의 호흡에서 하나 이상의 휘발성 유기 화합물(VOC)을 검출하기 위한 검출 디바이스로서, 상기 검출 디바이스는:
    전극 및 상기 전극 위에 배열된 이온성 액체를 포함하는 적어도 하나의 전기화학 센서를 포함하는 센서 모듈-여기서, 상기 이온성 액체는 타겟 VOC에 특이적임- ; 및
    상기 사용자로부터의 호흡량을 상기 적어도 하나의 전기화학 센서 쪽으로 향하게 하도록 구성된 마우스피스를 포함하는, 검출 디바이스.
  130. 제129항에 있어서, 상기 이온성 액체는 실온 이온성 액체(RTIL)를 포함하는, 검출 디바이스.
  131. 제129항에 있어서, 상기 검출 디바이스는 핸드헬드 하우징을 포함하고, 상기 센서 모듈은 상기 핸드헬드 하우징에 배열되는, 검출 디바이스.
  132. 제129항에 있어서, 상기 검출 디바이스는 상기 전기화학 센서에 입력 신호를 전달하여 상기 이온성 액체 내에 상기 타겟 VOC에 특이적인 적어도 하나의 공동을 형성하도록 구성되는, 검출 디바이스.
  133. 제132항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공동은 캡처된 VOC가 상기 전극을 향해 확산되도록 상기 타겟 VOC를 캡처하도록 구성되는, 검출 디바이스.
  134. 제133항에 있어서, 상기 전극에서의 임피던스, 전류, 또는 둘 모두에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 캡처된 타겟 VOC를 검출하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들을 더 포함하는, 검출 디바이스.
  135. 제129항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전기화학 센서를 사용하여 상기 타겟 VOC의 검출에 응답하여 경보를 제공하도록 구성된 알람을 더 포함하는, 검출 디바이스.
  136. 제129항에 있어서, 상기 센서 모듈은 복수의 전기화학 센서들을 포함하는, 검출 디바이스.
  137. 제136항에 있어서, 상기 복수의 전기화학 센서들의 적어도 일부의 각각은 개별의 이온성 액체를 포함하고, 상기 개별의 이온성 액체들은 동일한 타겟 VOC에 특이적인, 검출 디바이스.
  138. 제136항에 있어서, 상기 복수의 전기화학 센서들의 적어도 일부의 각각은 개별의 이온 층을 포함하고, 상기 개별의 이온 층들은 상이한 타겟 VOC들에 특이적인, 검출 디바이스.
  139. 제129항에 있어서, 상기 마우스피스는 튜브를 포함하는, 검출 디바이스.
  140. 제129항에 있어서, 상기 마우스피스는 상기 호흡량으로부터 미립자를 필터링하도록 구성된 하나 이상의 필터들을 포함하는, 검출 디바이스.
  141. 제129항에 있어서, 상기 마우스피스는 상기 호흡량의 수분을 감소시키도록 구성된 하나 이상의 제습 요소들을 포함하는, 검출 디바이스.
  142. 제129항에 있어서, 상기 마우스피스는 상기 센서 모듈에 결합 가능한 상기 샘플링 디바이스에 결합되고, 상기 샘플링 디바이스는 밀봉 가능하고 상기 호흡량을 저장하도록 구성되는, 검출 디바이스.
  143. 제142항에 있어서, 상기 샘플링 디바이스는 상기 센서 모듈에 제거 가능하게 결합 가능한, 검출 디바이스.
  144. 제142항에 있어서, 상기 샘플링 디바이스는 압축 가능한 격실을 포함하는, 검출 디바이스.
  145. 제142항에 있어서, 상기 샘플링 디바이스가 하나 이상의 일방향 밸브들을 포함하는, 검출 디바이스.
  146. 제129항에 있어서, 상기 타겟 VOC는 상기 사용자의 건강 상태의 바이오마커 특성인, 검출 디바이스.
  147. 제146항에 있어서, 상기 건강 상태는 질병인, 검출 디바이스.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115236220B (zh) * 2022-06-23 2023-12-19 上海交通大学 一种诊断新型冠状病毒的挥发性标志物及其应用

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6085576A (en) * 1998-03-20 2000-07-11 Cyrano Sciences, Inc. Handheld sensing apparatus
US8375768B2 (en) * 2006-03-30 2013-02-19 Oakland University Ionic liquid thin layer sensor for electrochemical and/or piezoelectric measurements
GB0704972D0 (en) * 2007-03-15 2007-04-25 Varney Mark S Neoteric room temperature ionic liquid gas sensor
US8087283B2 (en) * 2008-06-17 2012-01-03 Tricorntech Corporation Handheld gas analysis systems for point-of-care medical applications
US9643186B1 (en) * 2010-03-19 2017-05-09 Invoy Technologies, Llc Breath analysis system, device and method employing nanoparticle-based sensor
US20120183949A1 (en) * 2011-01-19 2012-07-19 Searete Llc, A Limited Liability Corporation Of The State Of Delaware Method, device, or system using lung sensor for detecting a physiological condition in a vertebrate subject
US9689864B2 (en) * 2012-02-01 2017-06-27 Invoy Technologies, Llc Method and apparatus for rapid quantification of an analyte in breath
FR3023699B1 (fr) * 2014-07-21 2016-09-02 Withings Procede et dispositif de surveillance d'un bebe et d'interaction
US10067108B2 (en) * 2015-05-13 2018-09-04 Elemental Sensor Llc Device for detecting volatile organic compounds
US10463275B2 (en) * 2015-08-09 2019-11-05 Elemental Sensor Llc Device for capturing and concentrating volatile organic compounds
US20190069818A1 (en) * 2017-09-06 2019-03-07 Shalini Prasad Wearable biosensors with room temperature ionic liquid buffer
WO2019071019A1 (en) * 2017-10-04 2019-04-11 Align Technology, Inc. INTRAORAL APPARATUS FOR SAMPLING MOUTH TISSUE

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