使用呼出气冷凝物的基于口罩的诊断系统技术方案

提供了一种基于口罩的诊断设备，用于检测包含在测试对象呼出气中的生物标志物。呼出气冷凝物(EBC)收集器将从测试对象的肺和气道接收到的呼吸蒸汽转换为流体生物样本。EBC收集器包括蓄热体、冷凝物形成表面和设置在冷凝物形成表面上的流体导体。流体转移系统从EBC收集器接收流体生物样本。生物标志物测试单元从流体转移系统接收流体生物样本并测试流体生物样本的目标生物标志物。提供测试系统支架，用于支持EBC收集器、流体转移系统和生物标志物测试单元。测试系统支架被配置和尺寸设计为适合于口罩内部。提供口罩以形成呼出气蒸汽容纳体积以将呼出气蒸汽保持在EBC收集器附近，从而使由蓄热体冷却的冷凝物形成表面能够将呼出气蒸汽聚结到流体生物样本中。呼出气蒸汽聚结到流体生物样本中。呼出气蒸汽聚结到流体生物样本中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用呼出气冷凝物的基于口罩的诊断系统
[0001]相关申请
[0002]本国际申请要求2021年3月2日提交的题为“Mask
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Based Diagnostic System using Exhaled Breath Condensate”的序列号为17189711的美国实用专利申请的优先权的权益，该申请是以下申请的部分继续申请并且涉及和要求以下申请的优先权：2020年10月7日提交的题为“Mask
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Based Testing System for Detecting Biomarkers in Exhaled Breath Condensate,Aerosols and Gases”的序列号为17065488的共同未决美国实用专利申请；2020年5月23日提交的题为“Using Exhaled Breath Condensate,Aerosols and Gases for Detecting Biomarkers”的序列号为16882447的共同未决美国实用专利申请；2020年5月17日提交的题为“Using Exhaled B本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种设备，包括：呼出气冷凝物(EBC)收集器，用于将从测试对象的肺和气道接收的呼吸蒸汽转换为流体生物样本；生物标志物测试单元，用于接收所述流体生物样本并测试所述流体生物样本中包含在所述流体生物样本中的目标生物标志物；以及用于支持所述EBC收集器的测试系统支架，其中所述测试系统支架被配置和尺寸设计为适合口罩内部，其中所述口罩形成呼出气蒸汽容纳体积，以将呼出气蒸汽保持在所述EBC收集器附近以使所述呼出气蒸汽聚结到所述流体生物样本中。2.一种方法，包括：提供基板；在所述基板上提供第一导体和第二导体，并在所述第一导体和所述第二导体之间限定间隙；在所述间隙中设置溶剂载体基质，所述溶剂载体基质为用于化学软化所述基板的溶剂，包括随机分散的纳米颗粒；向所述第一导体和所述第二导体施加电压以对齐纳米颗粒；蒸发所述溶剂载体基质以将对齐的纳米颗粒固定在所述基板上。3.一种方法，包括：提供设置在电极之间的基板上的未功能化的对齐纳米管的卷；将所述卷的第一部分置于流体浴中，所述流体浴含有随机分散在载体流体中的链接体/捕获分子；用所述链接体/捕获分子功能化对齐纳米管；将所述第一部分从具有设置在所述电极之间的基板上的功能化纳米管的流体浴中移除；以及将所述卷的第二部分置于所述流体浴中。4.一种用于检测包含在测试对象呼出气中的生物标志物的基于口罩的诊断设备，包括：呼出气冷凝物(EBC)收集器，用于将从所述测试对象的肺和气道接收的呼吸蒸汽转换为流体生物样本，所述EBC收集器包括蓄热体、冷凝物形成表面和设置在所述冷凝物形成表面上的流体导体；用于接收来自所述EBC收集器的流体生物样本的流体转移系统；生物标志物测试单元，用于接收来自所述流体转移系统的流体生物样本并测试所述流体生物样本的包含在所述流体生物样本中的目标生物标志物；用于支持所述EBC收集器、所述流体转移系统和所述生物标志物测试单元的测试系统支架，其中所述测试系统支架被配置和尺寸设计为适合口罩内部；以及口罩，形成呼出气蒸汽容纳体积，以将呼出气蒸汽保持在所述EBC收集器附近，以使由所述蓄热体冷却的冷凝物形成表面能够将所述呼出气蒸汽聚结到所述流体生物样本中。5.根据权利要求4所述的基于口罩的诊断设备，其中，所述流体转移系统包括用于汇集从所述EBC收集器接收的流体生物样本的生物样本汇集区域；其中所述生物标志物测试单元包括横向流动测定，其中所述流体生物样本通过毛细作用流过多区域转移介质，所述横向流动测定包括设置在所述汇集区域的用于接收所述流体生物样本的样本垫、其上形成有
生物标志物标记的捕获分子复合物的结合物释放垫、检测区域和用于使所述流体样本从所述样本垫通过所述释放垫流到所述检测区域以检测潜在的生物标志物的流体膜。6.根据权利要求5所述的基于口罩的诊断设备，其中，所述流体转移系统还包括流体坝，所述流体坝设置在所述EBC收集器和所述汇集区域之间的流体连通中，用于累积一定量的所述流体生物样本，直到所述流体坝释放所述一定量的流体生物样本来以累积量的流体生物样本注入所述汇集区域，并将所述累积量的流体生物样本提供给所述样本垫，其中所述流体坝包括通过被所述流体生物样本溶解而移除的可溶解材料和通过拉片移除的不可渗透材料中的一种，其中所述流体坝的移除释放所述累积量的流体生物样本以注入所述汇集区域。7.根据权利要求4所述的基于口罩的诊断设备，其中，所述流体转移系统包括用于汇集从所述EBC收集器接收的流体生物样本的生物样本汇集区域；其中所述生物标志物测试单元包括横向流动测定，其中所述流体生物样本通过毛细作用流过多区域转移介质，所述横向流动测定包括设置在所述汇集区域的用于接收所述流体生物样本的结合物释放垫，所述结合物释放垫具有用于捕获目标生物标志物的目标分子并且形成生物标志物标记的捕获分子复合物的捕获分子，所述横向流动测定还包括检测区域和用于使所述流体样本从所述结合物释放垫流到所述检测区域以检测所述目标生物标志物的流体膜，所述流体转移系统还包括设置在所述结合物释放垫和所述检测区域之间的流体连通中的流体坝，其中在所述结合物释放垫处，一定量的流体生物样本在与所述捕获分子接触的一段时间内汇集，从而为所述捕获分子提供与所述目标分子结合的时间和机会，直到所述流体坝释放一定量的流体生物样本，随着时间形成的生物标志物标记的捕获分子复合物与累积的生物样本一起从所述结合物释放垫流到所述检测区域，其中所述流体坝包括通过被所述流体生物样本溶解而移除的可溶解材料和通过拉片移除的不可渗透材料中的一种，其中所述流体坝的移除释放累积量的流体生物样本和随时间形成的生物标志物标记的捕获分子复合物的至少一部分以流到所述检测区域。8.根据权利要求4所述的基于口罩的诊断设备，其中，所述生物标志物测试单元包括电子生物传感器，其具有用于捕获包含在所述流体生物样本中的目标分子的捕获分子，并输出取决于由所述捕获分子捕获的目标分子的电信号。9.根据权利要求8所述的基于口罩的诊断设备，其中，所述流体转移系统包括用于在所述生物标志物测试单元测试所述流体生物样本的流之后吸收所述流体生物样本的流的芯吸件，由此使所述流体生物样本随着时间流过所述电子生物传感器，使得所述目标分子与所述流体生物样本一起流动，从而使所述捕获分子有机会捕获与所述流体生物样本一起在所述电子生物传感器上流动的目标分子。10.根据权利要求9所述的基于口罩的诊断设备，其中，所述芯吸件包括用于接收和吸收所述流体生物样本的流的超吸收性聚合物(SAP)和流体转移层中的至少一种；并且其中所述蓄热体包括金属箔、具有流体转移通道的轮廓形状、吸热化学反应、金属块和热增强用于从呼出气蒸汽中吸收热能的复合材料、水、水和SAP凝胶，复合层状结构中的至少一种；其中所述冷凝物形成表面是所述蓄热体的前表面、具有疏水和亲水通道的印刷基板和印刷以形成边界以限定所述流体导体的涂层中的至少一种；其中所述流体导体是印刷以形成边界并限定所述冷凝物形成表面的涂层、轮廓形状的
表面、具有亲水纹理的蓄热体的前表面的限定区域、具有用于吸收所述流体生物样本的转移体积的微流体组件中的至少一种；以及其中至少一种捕获分子包括适体、工程化抗体、抗体、蛋白质、抗原、基于核酸的配体和工程化以模拟单克隆抗体的小分子中的至少一种。11.根据权利要求8所述的基于口罩的诊断设备，其中，所述电子生物传感器包括具有至少源电极和漏电极的电极层；结合表面，设置在所述源电极和所述漏电极之间并用所述至少一种捕获分子功能化以捕获所述目标生物标志物，其中捕获所述目标生物标志物改变所述源电极和所述漏电极之间的至少一个电特性，其中每个捕获分子对于相应生物标志物具有亲和力，并且所述电子生物传感器还包括电子电路，用于接收来自所述生物标志物测试单元的输出信号，根据所述亲和力确定测试信号值，并计算所述至少一种捕获分子和所述相应生物标志物的结果值。12.根据权利要求11所述的基于口罩的诊断设备，其中，所述电子生物传感器还包括基板，并且所述结合表面是结合块的顶面，并且所述结合块的底面扩散结合到所述基板。13.根据权利要求8所述的基于口罩的诊断设备，其中，所述流体转移系统被配置和尺寸设计为在所述电子生物传感器上汇集所述流体生物样本的累积，所述流体生物样本在与所述电子生物传感器的所述捕获分子接触的一段时间内汇集，从而在所述流体生物样本累积的同时为所述捕获分子提供与所述目标分子结合的时间和机会。14.根据权利要求13所述的基于口罩的诊断设备，其中，所述流体转移系统被配置和尺寸设计为在预定时间量期间使预定体积的所述流体生物样本流过所述电子生物传感器，并且其中所述目标分子的浓度根据在所述预定时间量内流过所述电子生物传感器的流体生物样本的预定体积和电信号的变化来确定，其中所述电子生物传感器输出具有取决于所述捕获分子的电特性变化的电信号，所述捕获分子根据所捕获的生物标志物改变所述电信号。15.根据权利要求14所述的基于口罩的诊断设备，其中，所述流体导体包括用于吸收所述流体生物样本的转移体积，其中所述转移体积具有吸收饱和点，其中所述流体导体在达到所述吸收饱和点之前以慢速引导所述流体生物样本，并且在达到所述吸收饱和点之后以快速引导所述流体生物样本，并且进一步包括在所述流体导体中可冷冻以在使用期间促进达到所述吸收饱和点的流动起始流体，其中可冷冻溶液包括用于所述测试单元的缓冲剂和校准成分中的至少一种，其中所述校准成分允许所述电子电路根据所述起始流体确定校准值，其中在使用所述基于口罩的诊断设备之前，所述可冷冻溶液保持在冷冻状态，并且在使用所述基于口罩的诊断设备期间，所述可冷冻溶液解冻并润湿所述EBC收集器的表面，以促进所述EBC液体生物样本的流体转移。16.一种用于检测包含在测试对象呼出气中的生物标志物的基于呼吸的诊断设备，包括：呼出气冷凝物(EBC)收集器，用于将从测试对象的肺和气道接收的呼吸蒸汽转换为流体生物样本，所述EBC收集器包括蓄热体、冷凝物形成表面和设置在所述冷凝物形成表面上的流体导体；用于接收来自所述EBC收集器的流体生物样本的流体转移系统；生物标志物测试单元，用于接收来自所述流体转移系统的流体生物样本并测试所述流
体生物样本的包含在所述流体生物样本中的目标生物标志物。17.根据权利要求16所述的基于呼吸的诊断设备，还包括用于支持所述EBC收集器、所述流体转移系统和所述生物标志物测试单元的测试系统支架，其中所述测试系统支架被配置和尺寸设计为适合现有的口罩内部，其中所述现有的口罩形成呼出气蒸汽容纳体积，以将呼出气蒸汽保持在所述EBC收集器附近，从而使由所述蓄热体冷却的冷凝物形成表面能够将所述呼出气蒸汽聚结到所述流体生物样本中。18.根据权利要求16所述的基于呼吸的诊断设备，其中，所述流体转移系统包括用于汇集从所述EBC收集器接收的流体生物样本的生物样本汇集区域；其中所述生物标志物测试单元包括横向流动测定，其中所述流体生物样本通过毛细作用流过多区域转移介质，所述横向流动测定包括设置在所述汇集区域的用于接收所述流体生物样本的样本垫、其上形成有生物标志物标记的捕获分子复合物的结合物释放垫、检测区域和用于使所述流体样本从所述样本垫通过所述释放垫流到所述检测区域以检测潜在的生物标志物的流体膜。19.根据权利要求18所述的基于呼吸的诊断设备，其中，所述流体转移系统还包括流体坝，所述流体坝设置在所述EBC收集器和所述汇集区域之间的流体连通中，用于累积一定量的所述流体生物样本，直到所述流体坝释放所述一定量的流体生物样本来以累积量的流体生物样本注入所述汇集区域，并将所述累积量的流体生物样本提供给所述样本垫，其中所述流体坝包括可溶解材料，所述可溶解材料被所述流体生物样本溶解以释放所述累积量的流体生物样本。20.根据权利要求16所述的基于呼吸的诊断设备，其中，所述生物标志物测试单元包括具有用于捕获包含在所述流体生物样本中的目标分子的捕获分子的电子生物传感器，并且输出与由所述捕获分子捕获的目标分子成比例的电信号，其中所述流体转移系统包括用于在所述生物标志物测试单元测试所述流体生物样本的流之后吸收所述流体生物样本的流的芯吸件，由此使所述流体生物样本随着时间流过所述电子生物传感器，使得所述目标分子与所述流体生物样本一起流动，从而使所述捕获分子有机会捕获与所述流体生物样本一起在所述电子生物传感器上流动的目标分子，其中所述芯吸件包括用于接收和吸收所述流体生物样本的流的超吸收性聚合物(SAP)。21.根据权利要求20所述的基于呼吸的诊断设备，其中，所述电子生物传感器包括具有至少源电极和漏电极的电极层；结合表面，设置在所述源电极和所述漏电极之间并用至少一种捕获分子功能化以捕获所述目标生物标志物，其中捕获所述目标生物标志物改变所述源电极和所述漏电极之间的至少一个电特性，其中每个捕获分子对于相应生物标志物具有亲和力，并且所述电子生物传感器还包括电子电路，用于接收来自所述生物标志物测试单元的输出信号，根据所述亲和力确定测试信号值，并计算所述至少一种捕获分子和所述相应生物标志物的结果值；其中所述电子生物传感器还包括基板，并且所述结合表面是结合块的顶面并且所述结合块的底面扩散结合到所述基板，并且其中所述至少一种捕获分子包括适体、工程化抗体、抗体、蛋白质、抗原、基于核酸的配体和工程化以模拟单克隆抗体的小分子中的至少一种。22.根据权利要求16所述的基于呼吸的诊断设备，其中，所述流体转移系统被配置和尺寸设计为在预定时间量期间使预定体积的所述流体生物样本流过所述电子生物传感器，并且其中所述目标分子的浓度根据在预定时间量内流过所述电子生物传感器的流体生物样
本的预定体积和电信号的变化来确定；并且其中所述电子生物传感器输出具有取决于所述捕获分子的电特性变化的电信号，所述捕获分子根据所捕获的生物标志物改变所述电信号。23.根据权利要求16所述的基于呼吸的诊断设备，其中，所述流体导体包括用于吸收所述流体生物样本的转移体积，其中所述转移体积具有吸收饱和点，其中所述流体导体在达到所述吸收饱和点之前以慢速引导所述流体生物样本，并且在达到所述吸收饱和点之后以快速引导所述流体生物样本，并且进一步包括在所述流体导体中可冷冻以促进达到所述吸收饱和点的流动起始流体，其中可冷冻溶液包括用于所述测试单元的缓冲剂和校准成分中的至少一种，其中所述校准成分允许所述电子电路根据所述起始流体确定校准值，其中在使用所述基于口罩的诊断设备之前，所述可冷冻溶液保持在冷冻状态，并且在使用所述基于口罩的诊断设备期间，所述可冷冻溶液解冻并润湿所述EBC收集器的表面，以促进所述EBC液体生物样本的流体转移。24.一种用于检测从测试对象的肺和气道接收的生物标志物的基于口罩的测试系统，包括：呼出气冷凝物(EBC)收集器，集成到所述测试对象佩戴的口罩内部，所述EBC收集器用于将从所述测试对象的肺和气道接收的呼吸蒸汽转换为流体生物样本；固定到所述口罩内部的生物传感器，用于接收来自所述EBC收集器的流体生物样本，并测试所述流体生物样本的目标生物标志物，并生成至少取决于所述流体生物样本中目标生物标志物的存在和不存在的测试信号；以及固定在所述口罩外部的电子电路，用于接收所述测试信号，根据是否检测到所述目标生物标志物从所述测试信号中确定测试结果信号，并将所述测试结果信号传输到远程接收器。25.根据权利要求24所述的基于口罩的测试系统，其中，所述EBC收集器包括液滴收集结构，所述液滴收集结构包括用于接收呼吸蒸汽并从接收到的呼吸蒸汽形成流体液滴的疏水场，以及用于接收来自所述疏水场的流体液滴并将所述流体液滴引导在一起以形成收集的流体生物样本的亲水通道。26.根据权利要求25所述的基于口罩的测试系统，其中，所述EBC收集器还包括蓄热体和与所述蓄热体热连通的正面，当所述测试对象戴着所述口罩时，所述正面朝向所述测试对象的嘴和鼻子设置，并包括所述疏水场和所述亲水通道。27.根据权利要求26所述的基于口罩的测试系统，其中，所述正面包括具有印刷亲水通道的金属箔疏水表面。28.根据权利要求26所述的基于口罩的测试系统，其中，所述蓄热体包括超吸收性聚合物、水和吸热化合物中的至少一种。29.根据权利要求28所述的基于口罩的测试系统，其中，所述水包含在密封结构中并且与所述吸热化合物保持分离直到水从所述密封结构释放以与所述吸热化合物混合以冷却所述正面的激活步骤。30.根据权利要求24所述的基于口罩的测试系统，其中，所述生物传感器包括导电和半导体基部材料中的至少一种，所述基部材料设置在形成于至少两个探测电极之间的基板上的间隙中，并且所述捕获分子通过所述基部材料与所述探...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰，
申请(专利权)人：约翰，
类型：发明
国别省市：