TW202104890A - 呼氣分析儀及尿素呼氣測試方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種經改良之呼氣分析儀及呼氣測試方法，其用以測定人類中之疾病之存在或不存在，包括但不限於個體之消化道中的幽門螺旋桿菌細菌。

Description

呼氣分析儀及尿素呼氣測試方法

本申請案大體上係關於用於偵測人類呼氣樣品中之氣體以判定個體的消化道中之疾病存在或不存在的呼氣分析儀及呼氣測試方法。在一些情況下，疾病可包括但不限於幽門螺旋桿菌。

幽門螺旋桿菌（Helicobacter Pylori ）（「H. Pylori 」），其影響約三分之二的世界人口，引起慢性胃炎及大部分胃潰瘍，且為胃癌之主要原因，全世界癌症死亡之第三大原因。儘管自1982年發現幽門螺旋桿菌以來，幽門螺旋桿菌之發病率在西方國家一直下降，但在東歐、亞洲及亞太仍處於極高水準，影響超過80%之青年及兒童。在大多數情況下，用抗生素與質子泵抑制劑（PPI）之組合達成對幽門螺旋桿菌之根除及對胃癌之預防。幽門螺旋桿菌之一種重要特性為其有大量水解尿素之酶尿素酶。當胃中之幽門螺旋桿菌暴露於尿素時，其將尿素轉化成CO2 及NH3，兩者經由血流達至肺部且在呼氣時呼出。藉由以下反應式描述尿素之分解：

CO(NH₂ )₂ +     H₂ O    ―尿素酶 →      CO₂ +       2NH₃

幽門螺旋桿菌之偵測可經由侵入性及非侵入性診斷方法達成。該等侵入性方法包括1）用生物檢體進行上胃腸道內視鏡檢以用於培養及快速尿素酶測試（CLO測試）；及2）對幽門螺旋桿菌的血清抗體進行血液測試。侵入性方法之優點為在檢查含有幽門螺旋桿菌之胃組織的情況下診斷之準確性，以及血清抗體之準確性。缺點為a）內視鏡檢成本高、不方便且有風險；b）由於未能自胃（其含有幽門螺旋桿菌）之實際部位獲得組織而錯誤診斷；及c）幽門螺旋桿菌之血清抗體不能證實根除（其持續長時間，不管患者中存在或不存在幽門螺旋桿菌）。

目前已知的非侵入性方法為1）¹³ C尿素呼氣測試（¹³ C UBT），其被視為最高標準呼氣測試；及2）幽門螺旋桿菌抗原之大便測試。其優點為：a）此等方法之非侵入性，及b）習知¹³ C UBT之高靈敏度（95%）及特異性（95%）。此已知¹³ C UBT之缺點為：a）設備成本高（$25,000 Otsuka America POCone紅外線光譜儀），需要專業人員付費操作；b）經¹³ C標記之尿素成本高；c）呼氣測試套組之成本相對較高（$110）；及d）其在定點照護處及作為非處方產品直接供消費者使用非常受限。幽門螺旋桿菌抗原之大便測試為a）髒亂；及b）靈敏度（85%）及特異性（85%）相當低。侵入性及非侵入性診斷方法兩者之缺點已顯著限制世界範圍內幽門螺旋桿菌之偵測及後續根除。

¹³ C UBT係基於幽門螺旋桿菌水解經¹³ C標記之尿素（¹³ CO(NH₂ )₂ ）（藉由其大量的酶尿素酶催化）且在呼氣中產生¹³ CO₂ 及氨氣（NH₃ ）之能力，如下：

¹³ CO(NH₂ )₂ +       H₂ O     ―尿素酶 →¹³ CO₂ +      2NH₃

習知¹³ C UBT以套組形式供應，該套組含有經¹³ C-標記之尿素餐粉（檸檬酸普拉納辛（pranactin citric）藥粉）、用於基線空腹呼氣樣品之一個袋及用於（經¹³ C-標記之尿素）餐後呼氣樣品之第二袋。該等袋子被運輸至集中式實驗室，或在健康提供者的處所由經培訓人員進行測試（若其具有所需設備）。此習知¹³ C UBT量測攝取經¹³ C-標記之尿素後個體的呼氣中之¹³ CO₂ /¹² CO₂ 的比率。此為相比於基線空腹呼氣CO₂ 之差量。需要使用經¹³ C-標記之尿素（而非未經標記之尿素）以便證明在呼氣中所產生之¹³ CO₂ 僅來自幽門螺旋桿菌對經¹³ C-標記之尿素的分解，而非來自體內釋放CO₂ 之其他來源（例如肌肉）。儘管在自然界中會遇到¹³ C（碳之天然同位素），但其僅為總碳之1.8%。因此，¹³ CO₂ 為除幽門螺旋桿菌尿素水解外之產物的機率無限小。

上文所述之¹³ C UBT之程序如下：a）個體停用抗生素、PPI、鉍及硫糖鋁兩週；b）在測試當天，個體空腹（禁食）一小時；c）個體向由¹³ C UBT之供應者提供的袋中呼氣；d）個體攝取¹³ C尿素餐粉；e）在攝取後20分鐘，個體向由供應者提供的袋中呼氣；f）專業健保提供者收集袋，且將其通過光譜儀（若其可供現場使用）或將其發送至集中式實驗室以供測試；及g）在袋發送至集中式實驗室時48小時內或在該光譜儀可供現場使用時數分鐘內通知該個體結果。

如本發明中所闡述，提供一種非專業人員容易操作的手持式呼氣分析儀裝置；其將藉由量測單個呼氣樣品中之NH₃ 及CO₂ 兩者（例如，同時）來進行新穎的尿素呼氣測試（UBT）；且其價格便宜（例如，每一裝置加測試為$40-$60）。亦將需要提供此類裝置，其將在定點照護處即時提供結果，且經由非處方（OTC）或線上出售直接提供給消費者。再此外，提供能夠利用經¹³ C-標記之尿素或便宜（例如，每一測試低於1$）的未經標記之尿素之此類呼氣測試將為合乎需要的。

本發明之某些實施例提供一種呼氣分析儀。呼氣分析儀包括輸入端、第一感測器及第二感測器。輸入端經組態以接收呼氣樣品，且第一感測器及第二感測器各自經組態以接觸呼氣樣品。在一些實施例中，呼氣分析儀具有兩個獨立通道。在此類情況下，呼氣樣品經組態以自輸入端通過獨立通道行進至第一及第二感測器中之每一者。第一感測器包括第一導電聚合物及導電材料。第一導電聚合物接觸導電材料且其電阻率響應於氨氣濃度的增加而增加。第二感測器包括第二導電聚合物及導電材料。在一些實施例中，第一感測器及/或第二感測器之導電材料包含複數個電極。在一些情況下，複數個電極包含以螺旋組態配置之線。在其他實施例中，複數個電極包含以矩形組態配置之線。第二導電聚合物接觸導電材料且其電阻率響應於¹² CO₂ 及¹³ CO₂ 濃度的增加而增加。第二導電聚合物包含與聚氧化乙烯摻合之磺化聚苯胺。在一些情況下，聚氧化乙烯與磺化聚苯胺之比率為10重量%-30重量%（例如約30重量%）。在某些實施例中，磺化聚苯胺由聚苯胺聚合物之苯胺綠形式合成。呼氣分析儀進一步包括處理器及將第一及第二感測器可操作地連接至處理器之電路。處理器偵測電路中之電阻率且使用該電阻率來計算呼氣樣品中之氨氣的總濃度及¹² CO₂ 及¹³ CO₂ 的總濃度。在一些實施例中，呼氣分析儀與遠端裝置無線通信。

本發明之其他實施例提供包括該步驟或提供呼氣分析儀（其可為本發明中所描述之任何呼氣分析儀）之呼吸測試方法。該方法進一步包括：提示個體將基線呼氣樣品呼出至呼氣分析儀中，使得處理器量測在基線呼氣樣品接觸第一感測器時出現之第一感測器之電阻率，且使處理器量測在基線呼氣樣品接觸第二感測器時出現之第二感測器之電阻率。該方法亦包括向個體提供含有尿素之餐粉或膠囊（其中該尿素經¹³ C-標記或未經標記），且隨後提示個體將尿素攝取後呼氣樣品呼出至呼氣分析儀中。該方法另外包括使得處理器量測當尿素後呼氣樣品接觸第一感測器時出現之第一感測器之電阻率，使處理器量測當尿素後呼氣樣品接觸第二感測器時出現之第二感測器之電阻率，且將基線呼氣樣品之所量測之電阻率與尿素後呼氣樣品之所量測之電阻率進行比較。該方法進一步包括計算基線呼氣樣品之第一感測器之電阻率與尿素後呼氣樣品之第一感測器之所量測之電阻率之間的差值，及計算基線呼氣樣品之第二感測器之電阻率與尿素後呼氣樣品之第二感測器之所量測之電阻率之間的差值。再此外，該方法包括表示第一感測器之電阻率（例如，NH₃ ，以ppb為單位）與第二感測器之電阻率（例如，CO₂ 或¹³ CO，₂ 以ppm為單位）的差值，且接著當第一及第二感測器之尿素後與基線所量測之電阻率之間的差值為正數時顯示最終結果幽門螺旋桿菌呈陽性，且當第一及第二感測器之尿素後與基線電阻率之間的差值為零或負數時幽門螺旋桿菌呈陰性。

本發明之某些其他實施例提供偵測個體之消化道中的幽門螺旋桿菌之方法。該方法包括自個體收集基線呼氣樣品及測定存在於基線呼氣樣品中之氨氣的總量以及¹² CO₂ 及¹³ CO₂ 的總量。該方法進一步包括使個體攝入含有預定量之天然或經標記之尿素的餐粉。該方法另外包括自個體收集尿素攝取後呼氣樣品，及測定存在於尿素攝取後呼氣樣品中之氨氣的總量以及¹² CO₂ 及¹³ CO₂ 的總量。該方法進一步包括以下步驟：若存在於尿素攝取後呼氣樣品中之氨氣的總量以及¹² CO₂ 及¹³ CO₂ 的總量超出存在於基線呼吸樣品中之氨氣的總量以及¹² CO₂ 及¹³ CO₂ 的總量預定值，則指示個體之消化道中存在幽門螺旋桿菌。

相關申請案

本申請案主張在2019年12月10日申請之國際PCT申請案第PCT/US2019/065550號之優先權，且亦主張在2019年7月26日申請之美國臨時申請案第62/879,345號之優先權，該等申請案之全部內容以引用之方式併入本文中。

將參看附圖閱讀以下具體實施方式，其中不同附圖中之相同元件具有相同的圖式元件符號。未必按比例之附圖描繪所選實施例，且並不意欲限制本發明之範疇。熟習此項技術者應認識到，本文所提供之實例具有屬於本發明之範疇內的許多適用替代方案。

導體聚合物廣泛用於氣體感測器應用中，因為其為氣體組分提供穩定及多孔基質且亦改變電子轉移過程。最近，已進行許多努力旨在改良導電聚合物之物理特性（例如，溶解性、分散特性、穩定性及機械完整性）。此類複合物形成經最佳化以製備可經處理用於感測器製造之材料。歸因於若干有用特徵，如在感測器電極上直接及容易沈積、厚度控制及聚電解質之氧化還原導電性特徵，聚共軛導電聚合物複合物最近已用於氣體感測應用。此等可能性以及聚吡咯複合物之大氣穩定性之改良使其成為用於特定技術應用之重要候選物。可應用於氣體感測器之導電聚合物複合物之優點為其低成本、對各種基板有親和力、高靈敏度及可處理性。

儘管可在與幽門螺旋桿菌感染無關之情形下在呼氣中產生少量NH₃ 及CO₂ ，但在攝取經¹³ C-標記或未經標記之尿素之後不久（亦即，在10-90分鐘內），呼氣中之氣體NH₃ 及CO₂ （及/或¹³ CO₂ ）的同時升高作為相對於基線尿素（經¹³ C-標記或未經標記）攝取前氣體的增量，來保證此等氣體之來源僅係幽門螺旋桿菌對尿素（經¹³ C-標記或未經標記）之水解。如本文中所描述，本申請案之共同發明人已鑑別出且最佳化對NH₃ 、CO₂ 及¹³ CO₂ 靈敏之基於聚合物之感測器，該等基於聚合物之感測器可界接於便攜式手持裝置（其將量測NH₃ 及CO₂ （及/或¹³ CO₂ ）且即時提供測試結果）內。在多數情況下，此等氣體（NH₃ 、CO₂ 及¹³ CO₂ ）之升高可在攝取後不早於10分鐘且在攝取後不晚於90分鐘被偵測到。因此，個體應呼入本發明呼氣分析儀裝置中，或個體的呼氣樣品應在個體攝取尿素（經¹³ C-標記或未經標記）受質之後的10-90分鐘內（例如20分鐘）獲取（亦即收集）。

本發明提供一種經改良之呼氣分析儀及呼氣測試方法，以測定個體的消化道中之幽門螺旋桿菌的存在。與現有方法及裝置相比，經改良之呼氣分析儀及呼氣測試成本更低、更方便且在診斷上更準確。

如下文更詳細地描述，本發明之呼氣分析儀（或呼氣分析儀裝置）之創新特徵包括但不限於以下各者：a）用於以極低濃度（諸如人類呼氣中所含之彼等濃度）同時量測NH₃ 、CO₂ 及¹³ CO₂ 之基於聚合物之感測器的鑑別及最佳化；b）當氣體樣品同時前進通過兩個感測器時來自兩個感測器之信號之介面；c）兩個獨立感測器之介面；d）用以同時分析兩個或三個不同氣體信號之軟體；及e）電子電路及結果之顯示器。該顯示器可顯示數值或二進位（例如，正-負）之結果。

如上文所論述，本發明之新穎呼氣分析儀裝置同時量測人類呼氣中NH₃ 、CO₂ 及¹³ CO₂ 之含量。此呼氣分析儀裝置包括兩個感測器，一個對NH₃ 靈敏且另一個對CO₂ 及¹³ CO₂ 靈敏。如本文所用，CO₂ 係指¹² CO₂ （而非¹³ CO₂ ）。¹² CO₂ 及¹³ CO₂ 之分子量極其類似。

儘管當提及量測呼氣樣品中之NH₃ 、CO₂ 及¹³ CO₂ 之含量時在整個本發明中使用術語「同時」，但熟習此項技術者應瞭解，此類氣體之量測不必完全同時進行。替代地，在本發明之任何或所有實施例中，呼氣樣品可同時或大約同時接觸本發明之各感測器。舉例而言，當使用本發明所揭示之方法及裝置時，呼氣樣品將不行進至第一感測器且隨後行進至第二感測器。實際上，在本發明之某些實施例中，呼氣樣品將經由自吹嘴至感測器之等距（但單獨）通道行進至兩個感測器，使得呼氣樣品同時達至兩個感測器。

用於偵測幽門螺旋桿菌之尿素呼氣測試係基於細菌（幽門螺旋桿菌）具有將尿素轉化成NH₃ 及CO₂ 之能力。在一個實施例中，本發明之尿素呼氣測試（「UBT」）將未經標記之尿素用作幽門螺旋桿菌之尿素酶的外源性底物。此UBT方法量測在25 ppb-1 ppm之所需範圍內的NH₃ ，且可量測例如在14,000-28,000 ppm或20,000-50,000 ppm之範圍內的CO₂ （單獨或與¹³ CO₂ 組合）。

本發明之UBT方法及呼氣分析儀在個體已攝取尿素（經¹³ C-標記或未經標記）之後偵測某些個體中之CO₂ 、¹³ CO₂ 及NH₃ 氣體含量的增加。特定言之，本發明之CO₂ 感測器足夠靈敏以偵測呼氣樣品中之¹² CO₂ 或¹³ CO₂ 之濃度相對於基線增加100 ppm至1000 ppm。本發明之呼氣測試方法包括當個體的呼氣樣品顯示¹³ CO₂ 或CO₂ 濃度相對於基線出現此類增加時，則將個體診斷為具有幽門螺旋桿菌之步驟。NH₃ 、CO₂ 或¹³ CO₂ 氣體本身均不可僅僅歸因於尿素之幽門螺旋桿菌水解。舉例而言，NH₃ 可在腎臟及代謝疾病中產生，而CO₂ 可由肌肉分解及大腸微生物產生。然而，本申請案之共同發明人已發現，在攝取未經標記之尿素之後不久（例如，在攝取之後的10-90分鐘內），兩種氣體（NH₃ 、CO₂ ）之同時上升保證兩種氣體之升高的來源係尿素之幽門螺旋桿菌水解。當尿素後NH₃ 、CO₂ 及/或¹³ CO₂ 之值比基線NH₃ 、CO₂ 及/或¹³ CO₂ 高某一預定百分比時，UBT對幽門螺旋桿菌感染呈陽性。當尿素後NH₃ 、CO₂ 及/或¹³ CO₂ 之值與基線相同或比基線NH₃ 、CO₂ 及/或¹³ CO₂ 低時，UBT對幽門螺旋桿菌感染呈陰性。

在一個實施例中，本發明之UBT之程序如下：a）個體將停用抗生素、PPI、鉍及硫糖鋁兩週（因為其可抑制幽門螺旋桿菌）；b）在UBT之前，個體空腹（禁食）一小時；c）個體向呼氣分析儀裝置之輸入端（例如吹嘴）呼氣一次（無需呼氣收集袋）且此為基線呼氣樣品；d）個體攝取少量含有經¹³ C-標記或未經標記（天然）尿素的固體或液體餐粉（或膠囊）；e）在攝取後10-90分鐘內，個體再次向呼氣分析儀之輸入端（例如吹嘴）呼氣一次（無任一袋）且此為尿素後呼氣樣品；及f）藉由裝置之軟體計算為在尿素攝取後與NH₃ 、CO₂ 及/或¹³ CO₂ 之基線值之間的差值（亦即，尿素後減去基線）的結果立即在第二次呼氣之後顯示在呼氣分析儀之顯示器螢幕上。

NH₃ 感測器：首先報導於1862年之聚苯胺（PANI）為研究最多且最廣泛使用之導電聚合物中之一者。此係部分因為其為便宜單體，且亦由於其在酸性水溶液中容易合成、環境穩定性、良好可處理性及在常用有機溶劑中之溶解性（因此允許其與其他聚合物摻合）。

導體聚合物之電化學聚合：以下五段係指可用以開發PANI感測器（例如本發明之PANI感測器）或任何電化學感測器之電化學方法。此方法圖示於圖23中。

一般而言，在實驗室條件下電化學合成導電聚合物之實驗設定相對簡單。在許多情況下，其涉及標準三電極電化學電池，但在恆電流聚合之某些情況下可使用兩電極電池（Wallace等人，2009）。藉由此程序獲得之聚合物直接沈積於電極上。陽極及陰極電解液可在指定流速下穿過電極隔室，同時可在恆定電位下達成聚合。用於苯胺之電化學聚合的最常見實驗技術為：循環伏安法（動電位）、計時電位、恆電流及恆定電位技術。

使用計時電位法之聚合係藉由電極電位之循環規則變化表徵，且在整個實驗中，所沈積之聚合物在其非導電及導電（摻雜）狀態之間改變，隨後經由聚合物交換電解質（Heinze等人，2010）。在聚合結束時，所獲得之聚合物呈其非導電形式。對於苯胺單體之電化學氧化，需要相對較高的電位。因此，在前2-10個循環期間，電位上限較高，但由於苯胺電聚合之自發催化性質，可降低電位上限以避免由過量氧化聚苯胺之全氧化態形式而產生之降解（Inzelt，2008）。

根據以下反應式，苯胺之電化學聚合與自電解質插入氯陰離子（摻雜劑）一起進行：

其中y係指摻雜程度，聚合物中電荷之數目與單體單元之數目之間的比率（Kankare，1998）。

PANI展現三種不同氧化態：白苯胺綠（LEB，完全還原）、苯胺綠（EB，半氧化）及全氧化態聚苯胺（PNB，完全氧化）。然而，苯胺綠鹽（EB之質子化形式）為唯一導電形式且通常藉由用強酸對EB中之鹼胺及亞胺位點進行質子化而獲得。此為PANI之重要特徵，尤其對於氨氣偵測，此係因為其使苯胺綠鹽中之胺基去質子化，將其轉化成苯胺綠鹼形式，電導率相應下降若干數量級。聚苯胺之此轉化（自苯胺綠鹽（ES）至苯胺綠鹼（EB））顯示於圖1中。實現此電導率變化之反應如下：

摻雜有樟腦磺酸（CSA）之PANI已顯示出具有約70 mV之pH靈敏度，其高於通常使用其他小相對離子（如Cl^- 及SO4^2- ）觀測到之59 mV。此為PANI氨氣感測器選擇CSA而非其他質子酸之基礎。

PANI具有可撓性鏈、再摻雜能力及在許多有機或水溶劑（視摻雜劑而定）中高分散性之特徵。特定言之，下文較詳細解釋之磺化聚苯胺對具有高穩定性及極佳導電性之二氧化碳具有高靈敏性。

NH₃ 感測器的製造：本發明的NH₃ 感測器的非限制性實施例顯示於圖2中。為製造此類感測器，進行以下步驟。摻雜有HCl的PANI係藉由苯胺於水性酸性介質（1 M HCl）中與作為氧化劑之過硫酸銨（APS）的化學氧化聚合而製備。先前已報導藉由使用1.2之氧化劑與單體比率獲得較高聚合產率。使混合物在室溫下聚合隔夜。在濾紙上收集PANI沈澱物且用0.1 M HCl重複洗滌，隨後用丙酮重複洗滌。所得PANI鹽之去質子化係藉由在室溫下在水性0.1 M NH₄ OH溶液中攪拌粉末24小時來進行，因此獲得苯胺綠鹼（EB），其隨後用水重複洗滌直至中性pH，且隨後在60℃下在真空下乾燥48小時。PANI與CSA以2:1之莫耳比再摻雜。薄膜叉指式鉑電極（IDA）（線間距100 μm）係購自凱斯西儲大學的電子設計中心（Electronic Design Center，Case Western University）。藉由將PANI-CSA溶液旋塗於IDA電極上來製備膜。在旋塗之前，藉由在甲醇中沖洗，隨後用去離子水沖洗且在乾燥氮氣流中乾燥來清潔電極。隨後將PANI膜離心澆鑄於IDA上（圖2）。

NH₃ 感測器表徵：校準（圖3及4）係藉由首先製成25 ppm氨水至2.5 ppm、250 ppb及25 ppb之連續稀釋液，亦即分別在泰德拉袋（tedlar bag）中之10倍稀釋液來進行。20 cc注射器用於收集來自泰德拉袋之樣品且隨後將樣品直接注射在感測器上。DropSens流通池設置（圖5）用於在感測器（其置放於DropSens流通池之中心）上注射氨氣。使用鐵氟龍管（Teflon tubing）將氣體連接至流動設置以使任何NH₃ 吸收率降至最低。

藉由將1 V之固定電位施加至感測器（接觸墊）且量測隨氣體通過感測器表面而變化之所得電流來進行量測（圖3及4）。使用安捷倫（Agilent）4155C半導體分析儀來進行量測，且使用配備有分析儀之EasyDesktop軟體開發定製測試軟體。當使用型號1010氣體稀釋器時，觀測到電導率及電流之類似變化。使用型號660D恆定電位器分析儀（德克薩斯州奧斯汀的CH儀器（CH Instrument, Austin, TX））來量測感測器電阻率。對於250 ppb及25 ppb所觀測到之電阻率變化分別為約4.8%及2.5%，其足夠高以使得可可靠地分析痕量ppb值之呼氣樣品。

本發明之NH₃ 感測器之靈敏度：人類呼氣含有痕量的CO₂ 、N₂ 、O₂ 、NH₃ 、NO、H₂ O、甲烷、揮發性有機化合物（VOC）及其他氣體。為評定4-5%濃度下之呼氣CO₂ 對PANI-CSA感測器之影響，本申請案之共同發明人測試一系列的CO₂ 濃度。4-5% CO₂ 濃度下之影響為可忽略的且因此不可量測，如圖6中所展示。在圖7中展示PANI-CSA感測器對NH₃ 、CO₂ 、N₂ 及大氣空氣之總體靈敏度。當考慮NH₃ 濃度為25 ppm（0.000025%），而100%乾燥氣體用於CO₂ 及N₂ （人類呼氣含有4-5% CO₂ 及微量N₂ ）時，PANI-CSA顯示對NH₃ 之響應比對CO₂ 、N₂ 及空氣更高。

¹³ C為碳之天然同位素且在自然界中會以總碳之1.8%濃度遇到。因此，呼氣中之¹³ CO₂ 的濃度提高為除幽門螺旋桿菌尿素（經¹³ C-標記之尿素）水解外之產物的機率無限小。本發明之基於聚合物之CO₂ 感測器亦對¹³ CO₂ 靈敏且可獨立地或累積地偵測CO₂ 及¹³ CO₂ 兩者。因此，本發明可用於在攝取經¹³ C-標記或未經標記之尿素之後偵測幽門螺旋桿菌。

CO₂ 感測器：使用摻雜或未摻雜之SnO₂ 報導對CO₂ 氣體感測之許多作用。對導電聚合物（諸如聚吡咯）的關注較少，就CO₂ 氣體感測而言，該聚吡咯具有獨特特性，諸如低密度、產生方法中之變通性、導電之高各向異性及導電性之非金屬溫度相關性。聚吡咯（PPY）可藉由各種方法製備，諸如化學、電化學及氣相途徑。

已報導，當聚吡咯（一種有機聚合物）經氧化時，其變成導電聚合物。本發明共同發明人已測試摻雜聚吡咯對5% CO₂ 之響應（圖21）。當聚吡咯摻雜有3-胺基苯磺酸（ASA）時，CO₂ 影響比在聚吡咯摻雜有4-羥基苯磺酸（HBSA）或4-十二烷基苯磺酸（DBSA）時更顯著，使得與PPY-DBSA或PPY-HBSA中之任一者相比，PPY-ASA對CO₂ 的響應顯著更高。

CO₂ 感測器製造：在本發明之一個實施例中，使用十二烷基苯磺酸（DBSA）作為摻雜劑來製造CO₂ 感測器，特定言之，基於PPY之感測器（圖8）。用CaH₂ 乾燥吡咯（Aldrich）24小時，隨後在減壓下蒸餾。過硫酸銨（APS，關東化學公司（Kanto Chemical Co. Inc.））用作氧化劑且十二烷基苯磺酸（DBSA，Aldrich）用作摻雜劑。在劇烈攪拌下將0.15 mol DBSA及0.3 mol吡咯溶解於500 ml蒸餾水中。將0.06 mol APS於100 ml蒸餾水中緩慢添加至維持在0℃之溫度下的以上溶液中。藉由超音波處理將所獲得之PPY粉末（1 g）與額外1 g DBSA完全溶解於25 ml的僅間甲酚或氯仿中，且經由1 μm鐵氟龍過濾膜過濾。溶液轉移至具有金電路之叉指式鉑指狀電極上（凱斯西儲大學）且乾燥溶劑，產生厚度為約100 μm之極佳品質的自立式膜。使用FT-IR來表徵摻雜劑及吡咯之特徵峰。藉由以上製備獲得光滑和黏著膜，且將其澆注至額外晶圓表面上以用於在掃描電子顯微鏡（SEM）下進行檢查。

CO₂ 感測器電阻率：DropSens流通池設置（圖5）用於檢查本發明之PPY-DBSA感測器之特性。當暴露於5% CO₂ 時，PPY-DBSA感測器之電流（電阻率）變化（圖9）使用型號660D恆定電位器分析儀（德克薩斯州奧斯汀的CH儀器）使用安培i-t技術來量測。測試PPY-DBSA感測器對CO₂ 、O₂ 、H₂ O及大氣空氣之靈敏性。

CO₂ 感測器校準：本發明之PPY-DBSA感測器使用100%乾燥氣體校準。來自定製感測器溶液（Custom Sensor Solution）之精確度氣體稀釋器（Precision Gas Diluter）型號1010用於將分析氣體（CO₂ ）輸送至DropSens流通池中心之感測器中。將精確度為±0.8%之質量及體積流量計（康涅狄格州諾沃克的歐米茄工程公司（Omega Engineering, Inc.，Norwalk，CT））連接以記錄流量。電阻率變化隨CO₂ 濃度的變化而變化（圖10）。測試CO₂ 感測器對O₂ 、N₂ 、H₂ O及空氣之響應（圖11.）空氣之影響可忽略且100% O₂ 氣體之影響最小。然而，H₂ O對CO₂ 感測器之電阻率具有較大響應。

如下文更詳細地描述，本發明之兩個感測器（CO₂ 及NH₃ ）需要最佳化。

NH₃ 感測器最佳化：本申請案之共同發明人已開發出用以製造PANI-CSA感測器之設置且已檢查其特性。已公開之報導已顯示測試對幽門螺旋桿菌感染呈陽性之患者的NH₃ 之基線呼氣濃度在0.02-0.17 ppm範圍內，且在未經標記之尿素攝取之後在呼氣中之NH₃ 濃度增加在0.05-1 ppm範圍內。

CO₂ 、N₂ 、O₂ 及H₂ O之影響：為了使PANI-CSA感測器進一步最佳化，使PANI-CSA感測器暴露於類似於人類呼氣中出現之條件的條件。人類呼氣主要含有CO₂ 、N₂ 、O₂ 及H₂ O。基於本發明共同發明人的初步資料，感測器對100% CO₂ 及100% N₂ 之響應最小，且對大氣空氣之響應係可忽略的。由於人類呼氣含有遠少於100%的CO₂ 及N₂ ，因此來自呼氣中之CO₂ 及N₂ 之干擾將為可忽略的且因此無關緊要。

濕度對NH₃ 感測器之影響：NH₃ 為親水性的且人類呼氣之濕度將干擾感測器對NH₃ 之響應。為解決濕度之影響，使用乾燥劑且使用VTI RH-200相對濕度生成器滴定。

CO₂ 感測器最佳化：本申請案之共同發明人已開發出用以製造對CO₂ 高度靈敏之PPY-DBSA感測器的設置。基於關於最高標準¹³ C UBT之已公開之報導，感染幽門螺旋桿菌之患者在攝取經¹³ C-標記之尿素後在呼氣中具有升高之¹³ CO₂ ，且¹³ CO₂ 在呼氣中相對於CO₂ 基線之增加百分比在2.4%與4.4%之間，其視可攝取尿素之量而定。基於此等發現，本申請案之共同發明人認為在攝取150-300 mg未經標記之尿素之後CO₂ 相對於基線之上升百分比將類似於在攝取經¹³ C-標記之尿素之後¹³ CO₂ 之上升百分比。

基於感測器校準（圖10），咸信本發明之CO₂ 感測器為靈敏的，即使低於感染幽門螺旋桿菌之患者中CO₂ 之最低上升百分比。儘管不存在PPY-DBSA對NH₃ 靈敏的報導，但本申請案的共同發明人將檢查感測器是否對NH₃ 靈敏，且若靈敏，則將直接在CO₂ 感測器上方置放NH₃ 特定過濾器（例如，3A形式結晶金屬鋁-矽酸鹽）以阻擋NH₃ 與CO₂ 感測器接觸。此過濾器（其為乾燥劑）阻擋NH₃ 及H₂ O兩者。

CO₂ 、O₂ 、H₂ O、空氣及NH₃ 對CO₂ 感測器之影響：本申請案之共同發明人已測試本發明之CO₂ 感測器之實施例對CO₂ 、O₂ 、H₂ O及空氣之響應（圖11）。由於空氣之影響為可忽略的，因此咸信人類呼氣之O₂ 及N₂ 將對CO₂ 感測器僅具有可忽略的影響（若存在），此係由於人類呼氣中O₂ 及N₂ 之含量遠少於本發明共同發明人所測試之100%氣體。咸信無需進一步檢查O₂ 及N₂ 對CO₂ 感測器之影響。

濕度對CO₂ 感測器之影響：本發明共同發明人的初步資料顯示濕度影響本發明PPY-DBSA CO₂ 感測器之電阻率（圖11）。為抵消此影響，可使用乾燥劑，且可藉由使用各種量且檢查其在乾燥劑存在下對CO₂ 感測器之電阻率的影響來滴定一定量之乾燥劑。VTI RH-200相對濕度生成器可用於生成各種水準之相對濕度（RH）及用於計算達成對CO₂ 及/或¹³ CO₂ 之最佳靈敏度（電阻率變化）的RH之最佳水準所需之乾燥劑的量。

本發明之便攜式、手持式呼氣分析儀裝置之一個實施例顯示於圖15中。如上文所論述，此裝置量測呼氣中之NH₃ 及CO₂ （及/或¹³ CO₂ ）以用於偵測幽門螺旋桿菌感染。在本發明裝置之工作台原型中，本申請案之共同發明人將介接兩個感測器（例如，PANI-CSA及PPY-DBSA或SPANI）；將標準化兩種氣體（CO₂ 及NH₃ ）之原型；且將使原型最佳化以供最終使用來自具有幽門螺旋桿菌之患者的呼氣樣品。

工作台原型之非限制性實施例：在本發明之一個實施例中，使用所製造及最佳化之PANI-CSA及PPY-DBSA感測器，諸如圖12中所顯示之工作台原型可經設置。可使用兩個DropSens流通池，包括用於PPY-DBSA感測器之DropSens 1以量測CO₂ ，及用於PANI-CSA感測器之DropSens 2以量測NH₃ 。在工作台原型之另一實施例中，去除DropSens流通池且工作台原型之組態將無流通池。在此實施例中，感測器將直接連接至CH儀器以用於氣體分析。

兩個DropSens流通池經由管1、2、3、4連接至雙向氣流閥5。雙向閥之照片及示意圖分別顯示於圖13及14中。濕度過濾器及/或乾燥劑將以一組態（圓形、螺旋形等）置放於管1及2中，這將使氣體混合物至各DropSens之流動最佳化。壓力計將安裝在管1及2上。壓力計將調節各管（1、2）中之氣流（或呼氣），使得各感測器（DropSens 1及DropSens 2）之氣流在各管中存在乾燥劑之情況下相同。熟習此項技術者應瞭解，乾燥劑可改變通過管流動之氣流，繼而又可使用管1、2中之壓力計來調整。

在最佳化工作台原型期間將使用雙向氣流閥以將氣體混合物分流至裝置之各側。分析氣體經預處理以移除水、空浮粒子或非所需氣體，隨後藉由各氣體感測器進行表徵。在兩個氣體感測器之情況下，如在圖12之工作台原型中，主要氣流將藉由分流閥分成兩個獨立氣流以供預處理（例如如圖12及13中所顯示）。兩個出口流之流比可藉由打開壓力計中之任一者或兩者來調節。

分流至一個或另一感測器僅用於獨立地對各感測器進行表徵及校準。最終，含有NH₃ 及CO₂ 之混合物氣體將進入感測器兩者，且閥將在兩個方向上打開。各感測器將接受相同氣體混合物，如同個體吸氣至裝置中之情況一樣。隨後，相同呼氣將進入各感測器。此解釋為何製造NH₃ 感測器以使得CO₂ 對其無影響，及為何製造CO₂ 感測器（且阻擋NH₃ 之乾燥劑直接置放在其上方）以使得NH₃ 對其無影響。本發明共同發明人已由本文所描述之實驗表明，呼氣之剩餘要素（除CO₂ 及NH₃ 以外）對任一感測器無影響。

NH₃ 及CO₂ 之量測：在所提出之實驗室設置（圖12）中，感測器將暴露於氣體混合物（NH₃ 、CO₂ 及/或¹³ CO₂ ），如上文所描述。感測器的接觸墊（圖2、圖5）將經由線夾及銅線連接至分析儀（圖15）。本發明共同發明人將使用安捷倫4155C半導體分析儀及使用配備有分析儀之EasyDesktop軟體開發之定製測試軟體。將藉由向感測器施加1 V之固定電位持續200秒且量測隨在感測器的表面上通過之氣體而變化之所得電流變化，來獲得兩種或更多種氣體，NH₃ 及CO₂ （及/或¹³ CO₂ ）之量測。

改良CO₂ 感測器之CO₂ （及¹³ CO₂ ）親和力之方法：

用於製造CO₂ 感測器之方法1：PPY之胺改質

吸附劑之胺改質常用於引入親CO₂ 官能基。原則上，PPY中之腈基可使用多種試劑還原為一級胺。然而，當應用於高莫耳質量聚合物時，與低莫耳質量化合物充分起作用之反應物並非始終有效的。

基於聚吡咯之聚合物（PPY）已用於CO₂ 偵測，因為芳胺為用於特定化學相互作用之重點。儘管PPY顯示高電導率及對CO₂ 之靈敏性，但其極難起作用（例如歸因於其剛性主鏈及低溶解性）且具有弱穩定性特徵。其主要係因為芳族五員環彼此共價連接，且尤其在摻雜狀態下具有非常有限的旋轉自由度及不良溶解性。聚噻吩亦為五員環且具有類似問題。在20世紀90年代，有其他人曾嘗試藉由烷基化噻吩單體解決問題。聚合物在未摻雜狀態下變得可溶（甚至可處理）且獲得大量關注。然而，在摻雜之後，每一芳族單元之硬度限制溶解性，與烷基無關。熟習此項技術者應瞭解，化學改質為複雜的合成過程，且分散劑使得該過程較不精確。

為了增加胺含量且從而改良CO₂ 感測器之實施例的CO₂ （及¹³ CO₂ ）親和力，本發明共同發明人使用二胺基萘磺酸（DANSA）作為摻雜劑。相比於母體聚合物，一級胺之併入增強CO₂ 親和力，如藉由本發明共同發明人的氣體吸附實驗（關於電極上塗佈之膜樣品），且藉由膜感測器之氣體表徵研究所表明。

另一種用於製造CO₂ 感測器之方法為聚合PANI且將其用3-胺基苯磺酸氧化。PANI為比聚吡咯（PPY）更穩定的聚合物，且用3-胺基苯磺酸（ASA）摻雜PANI產生與PPY-ASA感測器相比對CO₂ 之響應高得多的感測器。

使用磺化聚苯胺（SPANI）製造CO₂ 感測器之方法2

所需之聚苯胺為磺化聚苯胺（「SPANI」），其為自摻雜的，因為磺酸鹽基團在聚苯胺主鏈中共價連接。SPANI亦為水溶性的，因為額外磺酸鹽基團提供水溶解性（其對於氣體感測起作用，但在水性用途中會產生問題）。可選擇水溶性聚[雙(4-磷酸)苯氧基]磷氮烯（PPAP），其可為PANI之摻雜劑的良好候選物。在0-5℃下在圓底100 mL燒瓶中將新鮮製備及乾燥之酸官能性芳氧基聚磷氮烯（PPAP）溶解於10 mL水中，且藉由劇烈攪拌添加苯胺單體（ANI:PPAP比為2:1）。接著，將於水中之過硫酸銨溶液（苯胺/氧化劑比為1:1）作為氧化劑緩慢添加至反應混合物中。反應物在1小時內變成綠色且使其攪拌隔夜。將獲自滲析膜之深綠色溶液轉移至鐵氟龍皮氏培養皿中，且在真空烘箱中在50℃下乾燥隔夜，得到SPANI且藉由FTIR及P-NMR確認。

使用水溶性磺化聚苯胺（SPANI）製造CO₂ 感測器之方法3

對於SPANI合成，在80℃下將苯胺綠鹽酸鹽PANI聚合物粉末（1 g）分散於150 ml二氯乙烷（DCE）中。製備用15 ml DCE之2當量溶液（亦即15 ml + 15 ml）稀釋之氯磺酸（1.2 ml），且將其添加至分散溶液中持續30分鐘，且攪拌5小時。在第一個15 ml用完的情況下，可使用第2個15 ml直至反應時間總計為30分鐘。隨後藉由過濾收集固體產物，小心地用冷水洗滌兩次，浸沒於200 ml蒸餾水中且在100℃下加熱4小時以允許水解。水解後，藉由在40℃下真空蒸發來乾燥綠色溶液。收集粗SPANI粉末，藉由甲醇洗滌以用於移除雜質，且隨後過濾且在40℃烘箱中乾燥。

或者，可藉由使SPANI溶解於水中來製備SPANI水溶液。結構可藉由P-NMR確認且水溶液中SPANI之濃度可藉助於UV-vis-光譜分析量測。其他溶劑（亦即，除DCE及水以外）可用於溶解SPANI，只要溶劑能夠溶解PANI及酸即可。

磺化聚苯胺（尤其在藉由上述方法3製備時）顯示良好的水溶解性。然而，指狀電極之低蒸發及疏水性為與電極及聚合物之不良黏著性的結果。為解決此類問題且增加膜黏著性，聚乙二醇（「PEG」）或聚氧化乙烯（「PEO」）由於其低玻璃轉化溫度（T_g ）及親水性特性而用作黏合劑。

提高膜黏著性之替代方法可包括使用電化學聚合，或PPY/ABSA膜（4-乙醯胺基苯磺醯基疊氮）（亦即摻雜有ABSA之聚吡咯）。兩個例示性CO₂ 感測器顯示於圖32中，包括PPY/ABSA感測器及PANI/ABSA感測器（亦即摻雜有ABSA之聚苯胺）。申請人發現，PANI/ABSA感測器之電導率較低（約1E-12）

如圖25中所顯示，將三個不同質量比率（10重量%、20重量%及30重量%）之PEO與SPANI摻合且滴鑄於指狀電極上。然而，對於低PEO比率（10重量%），觀測到極少相分離。然而，對於高PEO比率（30重量%），膜具有均勻且單相外觀。空氣中之基線電導率對於0.5 V為60 +- 5 □A。

藉由施加0.5 V且量測出現之電流藉由CH儀器來進行電導率量測。如圖26中所顯示，基線（空氣）顯示穩定值及低雜訊。顯示出歸因於5% CO₂ 之電流變化，且在用空氣吹掃時可在極短時間內恢復基線。

製備四種不同導電聚合物電化學感測器且測試其對CO₂ 之響應。所測試之導電聚合物包括PPY/ASA；PPY/HBSA；PPY/DBSA；以及SPANI。測試氣體為5%二氧化碳。當測試SPANI感測器時，電阻變化比率在暴露於二氧化碳之後為40%。此等結果顯示於圖27中，且表明SPANI對於CO₂ 感測應用具有高電位。

圖28為顯示來自CO₂ 計感測器之CO₂ 讀數的圖式。CO₂ 計之工作範圍低於5%且靈敏度為100 ppm或約100 ppm。

圖29及30顯示工作台原型。如圖29中示意性地圖示，原型具有用於CO₂ 及NH₃ 氣體表徵之雙重通道。特定言之，原型包括NH₃ 感測器、NH₃ 通道、CO₂ 通道、CO₂ 計以及溫度及濕度感測器。氨氣及CO₂ 通道經組態以經由充當吹嘴之管（未描繪）接受呼氣樣品。如圖30中所顯示，NH₃ 感測器位置指示在原型中置放氨氣感測器之空間。熟習此項技術者應瞭解，氨氣感測器之位置可不同於圖30中所顯示之位置。工作台原型之CO₂ 計係用於研究原型裝置之工業類型的CO₂ 感測器（ExplorIR-M 5% CO₂ 感測器）。

工作台原型亦包括濕度及溫度感測器，其一個可能位置顯示於圖30中。在大多數情況下，溫度及濕度感測器將指示溫度為室溫（例如，大約70℉）。預期NH₃ 感測器及CO₂ 感測器的濕度為不同的。此係因為呼氣之濕度將在大多數情況下針對NH₃ 感測器被阻擋約80-90%（例如，藉由使用乾燥劑）。在一些實施例中，在呼氣樣品達至CO₂ 感測器之前，將在CO₂ 通道中使用乾燥劑以在一定程度上阻擋呼氣樣品之濕度。

圖31為顯示使用CO₂ 計之呼吸測試之結果的圖式。如所顯示，CO₂ 計之信號充滿呼氣，且工作範圍為0-5% CO₂ 。

圖33為顯示具有10重量% PEO之SPANI之CO₂ 響應的圖式。如所顯示，使用SPANI-PEO（10%）感測器，雜訊減少顯著更多（與PANI/ABSA相比），且1% CO₂ 之電流變化（I%）為13%。

電導率量測及緊密相關之鹽度量測在來自特定氣體表徵及感測之數個應用中為重要的。在氣體感測器之區域中的指狀電極之典型佈局顯示於圖17中。已對H₂ 、O₂ 、NO_x 、CO等進行廣泛探索。另外，已發現材料及電路佈局以改良此等特定氣體應用之效能。沈積於介電基板之頂部上的各種金屬材料（包括金、銀、鉑等）可提供所需工作電位及介面特性。

在本發明之電極上塗佈導電材料以完成用於表徵電子流動之電流迴路。導電聚合物，例如聚苯胺，為用於本發明氣體感測器之相互作用膜。具有不同親和力之氣體分子之附接改變膜之電特性且在電流量測中得到反映。亦報導電極佈局影響電流表徵之效能。在附圖中顯示針對氣體分析儀裝置製備之許多替代佈局。

製造電極以用於氣體表徵：可選擇平面微超級電容器組態，其中叉指式電極在同一平面上製造且藉由實體分離來隔離。此組態歸因於電極選擇而具有易於製造及可撓性之優點。圖18顯示用於本發明裝置之感測器之製造程序的非限制性實例。經由三個主要步驟製造圖案化電極：光阻劑沈積、圖案化及熱解。使用五mm厚的氧化鋁腈基板以將超級電容器與基板電隔離。將SU-8光阻劑（MicroChem）離心澆鑄至基板上，厚度為大致10-100 μm。在空氣中在115℃下軟烘烤5分鐘之後，經由UV微影圖案化叉指式電極。在氬氣（Ar）下暴露於金、銀或鉑電漿PVD處理之後，將晶片輸送至濺塗裝置。集電器接著使用100 nm Ti/400 nm Au層之蒸發沈積，在250℃下退火20分鐘，且使用習知剝離方法圖案化以移除光阻劑及阻擋金屬。

用於本發明之任何感測器中之電極可包含0.6 mm厚氧化鋁基板上之厚膜印刷之叉指式鉑、金或銀線，其提供與印刷線之極佳黏著性。此類電極係由在叉指式指狀物上方擴散材料而使用。結合墊允許線接觸以用於電連接。

電極佈局：電路佈局確定電導率量測之效能及一致性。叉指式電極之多個電路佈局描述於下文中且顯示於圖19a-19c中。此等電極佈局中之任一者可用於本發明之任何（或所有）感測器中。

電極可具有單通道或多通道配置。一個可能的電極設計為如圖19a中所顯示之指狀電極。電極之間的間隙決定總電流流量，所需值為1 µA。另一電極佈局（顯示於圖19b中）包括形成為矩形組態之兩個延伸線。又一電極佈局（顯示於圖19c中）包括延伸為螺旋組態之兩個線。亦涵蓋替代性電極組態且其在本發明之範疇內。

在本發明之另一實施例中，NH₃ 及CO₂ 或¹³ CO₂ 感測器各自置放於裝置內之其自身封閉的腔室中。在此實施例中，呼氣樣品經由吹嘴引入至裝置中且各感測器接收同一呼氣樣品之一部分。用於各感測器之封閉腔室允許置放過濾器，以直接在各感測器附近阻擋特定氣體及/或乾燥劑，而不影響其他感測器對相同呼氣含量之NH₃ 、CO₂ 或¹³ CO₂ 的響應。

在一些實施例中，呼氣分析儀裝置可使用一或多種通信技術連接至諸如智慧型電話、無線集線器、計算機或雲端中之伺服器之遠端裝置且與該遠端裝置通信，該等通信技術包括但不限於諸如USB之有線通信、諸如WiFi、藍牙、ZigBee、GSM、LTE及紅外線之無線及蜂巢式通信。資料可以純文本形式或在加密後傳輸。

圖34顯示無線通信呼氣分析儀裝置之非限制性實例。將呼氣樣品呼入至呼氣分析儀裝置之吹嘴中，且藉由呼氣分析儀處理。接著將結果歸檔並發送至計算機、一或多個智慧型裝置或雲端。

在呼氣分析儀裝置之一些實施例中，自呼氣分析儀裝置通信之資料包括來自直接量測氣體濃度之資料，以及諸如裝置溫度及電池狀態之裝置健康資訊。自呼氣分析儀裝置通信之資料可為直接自（一或多個）感測器讀取之原始資料，或可為信號調節之後在呼氣分析儀裝置處理之資料。所通信之資料亦可為衍生資料，諸如患者健康狀態、患者患有之疾病狀態或健康資料。

在呼氣分析儀裝置之一些實施例中，自智慧型電話、無線集線器、計算機或雲端中之伺服器通信至呼氣分析儀裝置之資料可包括裝置軟體更新、裝置參數更新及關於使用者或使用者的衛生、健康或疾病病況之切合資訊。

雖然已描述本發明之一些較佳實施例，但應理解，可在不脫離本發明之精神及所附申請專利範圍之範疇的情況下在其中進行各種改變、改編及修改。

1:管 2:管 3:管 4:管 5:雙向氣流閥

圖1圖示聚苯胺之酸-鹼（苯胺綠鹽（ES）-苯胺綠鹼（EB））轉化。

圖2顯示PANI-CSA氣體感測器之實施例。

圖3為圖示NH₃ 感測器之一個實施例的感測器電導率之變化的圖式。

圖4為圖示基於圖3之感測器之變化電導率的電流之變化的圖式。

圖5顯示DropSens流通池設置。

圖6為CO₂ 之校準圖，其顯示基於CO₂ 百分比之變化的本發明之NH₃ 感測器之電導率的變化。

圖7為顯示本發明之PANI-CSA感測器對特定氣體之靈敏度的圖式。

圖8顯示具有塗佈於金指狀電極上之PPY-DBSA的CO₂ 感測器。

圖9為圖示在暴露於CO₂ 後本發明之PPY-DBSA感測器之電流如何變化的圖式。

圖10顯示本發明之PPY-DBSA感測器之校準。

圖11顯示CO₂ 、O₂ 、H₂ O及空氣對本發明之PPY-DBSA感測器之影響。

圖12顯示包括PPY-DBSA感測器及PANI-CSA感測器兩者之本發明之呼氣分析儀之實施例的工作台原型示意圖。

圖13圖示用於本發明之多感測器系統之分流閥。

圖14為用於本發明之多感測器系統之分流閥的示意性圖示。

圖15顯示經由線夾及銅線連接至分析儀之本發明之感測器接觸墊。

圖16顯示本發明之便攜式呼氣分析儀之一個實施例。

圖17顯示本發明之氣體感測器的膜樣指狀電極之實施例。

圖18顯示本發明之感測器之叉指式電極的製造方法。

圖19a-c顯示用於本發明之感測器的各種可能的電極佈局。

圖20顯示根據本發明之某些實施例的PPY-DBSA感測器及PANI-CSA感測器兩者。

圖21顯示5% CO₂ 對摻雜有不同摻雜劑之PPY感測器（亦即，PPY-ASA、PPY-HBSA及PPY-DBSA）之影響。

圖22顯示根據本發明之某些實施例之PPY-ASA感測器及PANI-CSA感測器，且亦顯示3-胺基苯磺酸之化學結構。

圖23顯示根據本發明之某些實施例之電化學聚合技術之階段。

圖24顯示包括PPY-ASA感測器及PANI-DNNSA感測器兩者之本發明之呼氣分析儀之另一實施例。

圖25為藉由SPANI/PEO摻合溶液製備之電化學感測器之相片。

圖26為顯示暴露於二氧化碳時SPANI/PEO（30重量%）之電導率量測結果的圖式。

圖27為圖示不同導電聚合物對CO₂ 之電阻變化的圖式。

圖28為顯示來自CO₂ 計感測器之CO₂ 讀數的圖式。

圖29為本發明之工作台原型之部分斷開的示意性透視圖。

圖30為顯示本發明之工作台原型的相片。

圖31為顯示使用CO₂ 計之呼吸測試之結果的圖式。

圖32為顯示兩個CO₂ 感測器（包括PANI/ABSA感測器及PPY/ABSA感測器）之相片。

圖33為顯示具有10重量% PEO之SPANI之CO₂ 響應的圖式。

圖34顯示本發明之無線通信呼氣分析儀裝置之非限制性實例。

1:管

2:管

3:管

4:管

5:雙向氣流閥

Claims (10)

1. 一種呼氣分析儀，其包含： 接收呼氣樣品之輸入端； 接觸該呼氣樣品之第一感測器，其中該第一感測器包含第一導電聚合物及導電材料，其中該第一導電聚合物接觸該導電材料，其中該第一導電聚合物的電阻率響應於氨氣濃度的增加而降低； 接觸該呼氣樣品之第二感測器，其中該第二感測器包含第二導電聚合物及導電材料，其中該第二導電聚合物接觸該第二感測器之該導電材料，其中該第二導電聚合物的電阻率響應於¹² CO₂ 及¹³ CO₂ 濃度的增加而降低，其中該第二導電聚合物包含與聚氧化乙烯摻合之磺化聚苯胺； 處理器；以及 電路，其中該電路將該等第一及第二感測器可操作地連接至該處理器，其中該處理器偵測該電路中之電阻率且使用該電阻率來計算該呼氣樣品中之氨氣的總濃度及¹² CO₂ 及¹³ CO₂ 的總濃度。
2. 如請求項1之呼氣分析儀，其中該磺化聚苯胺由聚苯胺聚合物之苯胺綠形式合成。
3. 如請求項1之呼氣分析儀，其中該第一感測器及/或該第二感測器之該導電材料包含複數個電極。
4. 如請求項3之呼氣分析儀，其中該等複數個電極包含以螺旋組態配置之線。
5. 如請求項3之呼氣分析儀，其中該等複數個電極包含以矩形組態配置之線。
6. 如請求項1之呼氣分析儀，其中該呼氣分析儀與遠端裝置無線通信。
7. 如請求項1之呼氣分析儀，其中該呼氣分析儀具有兩個獨立通道，該呼氣樣品經組態以自該輸入端通過該等獨立通道行進至該等第一及第二感測器中之每一者。
8. 如請求項1之呼氣分析儀，其中聚氧化乙烯與磺化聚苯胺之比率為10重量%-30重量%。
9. 如請求項8之呼氣分析儀，其中聚氧化乙烯與磺化聚苯胺之比率為約30重量%。
10. 一種偵測個體之消化道中的幽門螺旋桿菌（H . Pylori ）之方法，該方法包含： 使用如請求項1之呼氣分析儀自個體收集基線呼氣樣品； 使用如請求項1之呼氣分析儀測定存在於該基線呼氣樣品中之氨氣的總量以及¹² CO₂ 及¹³ CO₂ 的總量； 使該個體攝取含有預定量之經¹³ C-標記或未經標記之尿素的餐粉； 使用如請求項1之呼氣分析儀自該個體收集尿素攝取後呼氣樣品； 使用如請求項1之呼氣分析儀測定存在於該尿素攝取後呼氣樣品中之氨氣的總量以及¹² CO₂ 及¹³ CO₂ 的總量；及 若存在於該尿素攝取後呼氣樣品中之氨氣的該總量以及¹² CO₂ 及¹³ CO₂ 的該總量超出存在於該基線呼氣樣品中之氨氣的該總量以及¹² CO₂ 及¹³ CO₂ 的該總量預定值，則指示該個體之消化道中存在幽門螺旋桿菌。

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