呼気のサンプリングと検出用の携帯型ユニット、及び、呼気の中の分析物を検出する方法
【解決手段】本発明は吐き出された呼気凝縮物の中の分析物のための直接サンプラ及び検出器を供するものである。呼気凝縮物内の分析物はセンサ表面到達前又はセンサ表面に直接凝縮するにつれて即時に検出される。患者が吐き出す直後に分析は実施されるので、分析物の安定性は顕著に改善され、正確で信頼性があり、臨床的に応用可能な結果が供される。或る実施形態では呼気凝縮物／呼気サンプラ及び検出器が供され、単一サンプリングで得られる凝縮及び蒸気相分析物の多重分析が可能となる。呼気は収集されて一個以上のサブシステムへ導かれる。各サブシステムの中で呼気の一部分は凝縮され、又はその凝縮が防止される。このテクニクでリアルタイムに連続的監視が可能となり、医学の専門家及び通気、麻酔機、投薬システム及び心臓ペースメイカーのような追加的ハードウエアへの直接的なフィードバックが得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は米国特許法Ｕ．Ｓ．Ｃ． §１１９（ｅ）により、２００９年４月１９日に提出された米国特許暫定出願６１／１６９，６５５号に基づいて優先権を主張するものであり、その全体を此処に参照して合同するものとする。
【背景技術】
【０００２】
発散される呼気凝縮物（ＥＢＣ）には小分子、蛋白質及びＤＮＡを含む種々の成分が含まれている。患者のＥＢＣのこれらの成分の存在又は量を測定すれば、ｐＨ、消炎性又は炎症誘発性サイトカインを含む種々の蛋白質の存在などを含む臨床的及びその他の情報が供される。しかるに、今日に至るまでの呼気凝縮物サンプラでは必要量のサンプルを得るのに、患者は例えば１０分ものかなり長期間に亘ってサンプリング管に息を吐き続けなくてはならない。これは時間がかかるのみでなく、患者にとっても困難なことである。この管は試験所で収集されたサンプルの個別の分析用に送出される。
【発明の概要】
【０００３】
本発明はＥＢＣの中に見出される分析物用の直接サンプラ及び検出器を提供するものである。ＥＢＣの中の分析物はセンサ表面に到達する前、又は直接にセンサ表面で凝縮するにつれ、即時的に検出される。分析は患者が吐き出す直後に行われるので、分析物の安定性が非常に改良され、正確で信頼性のある一貫性があり、臨床的に応用可能な結果が得られる。或る実施形態の場合、ＥＢＣサンプラ及び検出器の組み合わせ装置が供され、同一サンプリングによって凝縮した分析物と蒸気相の分析物との多重分析が可能となる。呼気は収集され、一個以上のサブシステムに導かれる。各サブシステムの中で、呼気の部分が凝縮され、又は凝縮されることが防止される。このテクニックではリアルタイムの連続的監視が可能なので、医学専門家及び通風器，麻酔器、薬品投入システム及び心臓のペースメイカーなどの追加的ハードウエアへの直接的フィードバックが可能となる。
【０００４】
本発明はその一面において、呼気の新しいサンプリング方式に関する。此処に記述される方式によると、凝縮物は直接センサ表面で凝縮され、又は凝縮後の凝縮物をセンサへ移転するミクロ流体及び／又は毛細管的経路を供することで、リアルタイム又は殆どリアルタイムの測定が可能になる。或る実施形態の場合、例えば、炭素ナノチューブのようなナノ構成要素が組み込まれる。これらのセンサにより、分析物が比較的少量であっても、高速なセンシングが可能になる。サンプルボリュームの減少はサンプリング時間の短縮、冷却用電力の減少、及び多重検査にとって重要である。
【０００５】
或る実施形態の場合、呼気凝縮／呼気サンプラ及び検出器の組み合わせが供される。更に供されるサンプリング用プロトコルでは、患者は一度以上一個のチューブ又は入力ポートに息を吐き出し、装置は同時又は逐次的に凝縮物サンプルを受け、各サンプル内の一種以上の分析物を検出するように構成されている。此処に記載のシステムは、かかる装置を含み、更に呼気凝縮物からのデータ及び（ガス状の）呼気からのデータを受け、呼気凝縮物データと呼気データの両方を使用した組み合わせメトリクスを生成するデータ解析要素を含む。或る実施形態の場合、サンプリング方式によって患者のシスティニルロイコトリエン（ＣｙｓＬＴ）レベルと好酸性気道炎症の率のリアルタイム測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】或る実施形態の場合の呼気凝縮物及び呼気サンプラの組み合わせ用の流路構成の略図である。
【図２】或る実施形態の場合の呼気凝縮物及び呼気サンプラの組み合わせ用の流路構成の略図である。
【図３Ａ】或る実施形態の場合の呼気凝縮物及び呼気サンプラの組み合わせ用の流路構成の略図である。
【図３Ｂ】或る実施形態の場合の呼気凝縮物及び呼気サンプラの組み合わせ用の流路構成の略図である。
【図４Ａ】或る実施形態の場合の呼気凝縮物及び呼気サンプラの組み合わせ用の流路構成の略図である。
【図４Ｂ】或る実施形態の場合の呼気凝縮物及び呼気サンプラの組み合わせ用の流路構成の略図である。
【図４Ｃ】或る実施形態の場合の呼気凝縮物及び呼気サンプラの組み合わせ用の流路構成の略図である。
【図４Ｄ】或る実施形態の場合の呼気凝縮物及び呼気サンプラの組み合わせ用の流路構成の略図である。
【０００７】
【図５】或る実施形態の場合の呼気凝縮物サンプラ及び検出器用の流路構成の一部の略図である。
【０００８】
【図６Ａ】或る実施形態の場合の呼気凝縮物カートリッジ受付部及び能動性冷却機構を含むユニットの略図である。
【図６Ｂ】或る実施形態の場合で使用可能な単使用凝縮物コレクタ及び検出器カートリッジを示す。
【０００９】
【図７】或る実施形態の場合の呼気凝縮物サンプラ及び検出器用の流路構成の略図である。
【図８】或る実施形態の場合の呼気凝縮物サンプラ及び検出器用の流路構成の略図である。
【００１０】
【図９】或る実施形態の場合で使用可能な単使用凝縮物コレクタ及び検出器カートリッジを示す。
【００１１】
【図１０Ａ】呼気凝縮物及び呼気サンプラ及び検出器の組み合わせの略図を示す。
【図１０Ｂ】呼気凝縮物及び呼気サンプラ及び検出器の組み合わせの略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の記載において、本発明が明確に理解されるべく、多くの詳細が開示されるが、本発明の実施にはこれらの詳細の全部が必要ではない。本発明の内容を不必要な程度にまで不明確化しないために、公知の実施方式などは詳細に記載されて居ない。発明は特種実施形態を参照して記述されるが、これは発明をこれらの実施形態によって限定する意図でないことは理解されよう。此処で物理蒸着、化学蒸着、及び原子層堆積に言及されるのは、プラズマ、真空、又は低圧プロセス、大気圧プロセスなどを含む種々の変形を含むもととする。
【００１３】
概要
呼気凝縮物（ＥＢＣ）には小分子，蛋白質、及びＤＮＡを含む種々の凝縮物が含まれて居る。患者のＥＢＣのこれらの成分の存在又は量を測定すれば、ｐＨ、消炎性又は炎症誘発性サイトカインを含む種々の蛋白質の存在などを含む臨床的及びその他の情報が供される。しかるに、今日に至るまでの呼気凝縮物サンプラでは必要量のサンプルを得るのに、患者は例えば１０分ものかなり長期間に亘ってサンプリング管に息を吐き続けなくてはならない。これは時間がかかるのみでなく、患者にとっても困難なことである。この管は試験所で収集されたサンプルの個別の分析用に送出される。
【００１４】
本発明は呼気凝縮物の中に見出される分析物用の直接サンプラ及び検出器を提供するものである。ＥＢＣの中の分析物はセンサ表面に到達する前、又は直接にセンサ表面で凝縮するにつれ、即時的に検出される。分析は患者が吐き出す直後に行われるので、分析物の安定性が非常に改良され、正確で信頼性のある一貫性があり、臨床的に応用可能な結果が得られる。或る実施形態の場合、ＥＢＣサンプラ及び検出器の組み合わせ装置が供され、同一サンプリングによって凝縮した分析物と蒸気相の分析物との多重分析が可能となる。呼気は収集され、一個以上のサブシステムに導かれる。各サブシステムの中で、呼気の部分が凝縮され、又は凝縮されることが防止される。このテクニクではリアルタイムの連続的監視が可能なので、医学専門家及び通風器，麻酔器、薬品投入システム及び心臓のペースメイカーなどの追加的ハードウエアへの直接的フィードバックが可能となる。
【００１５】
此処に記述されるサンプリング方式によると、凝縮物は直接センサ表面で凝縮され、又は凝縮後の凝縮物をセンサへ移転する流路を供することで、リアルタイム又は殆どリアルタイムの測定が可能になる。或る実施形態の場合、例えば、炭素ナノチューブのようなナノ構成要素が組み込まれる。これらのセンサにより、分析物が比較的少量であっても、高速なセンシングが可能になる。サンプルボリュームの減少はサンプリング時間の短縮、冷却用電力の減少、及び多重検査にとって重要である。
【００１６】
或る実施形態の場合、呼気凝縮／呼気サンプラ及び検出器の組み合わせが供される。更に供されるサンプリング用プロトコルでは、患者は一度以上一個のチューブ又は入力ポートに息を吐き出し、装置は同時又は逐次的に凝縮物サンプルを受け、各サンプル内の一種以上の分析物を検出するように構成されている。此処に記載のシステムは、かかる装置を含み、更に呼気凝縮物からのデータ及び（ガス状の）呼気からのデータを受け、呼気凝縮物データと呼気データの両方を使用した組み合わせメトリクスを生成するデータ解析要素を含む。或る実施形態の場合、サンプリング方式によって患者のシスティニルロイコトリエン（ＣｙｓＬＴ）レベルと好酸性気道炎症の率のリアルタイム測定が可能となる。此処に参照して合同されるものとする”Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｔｏ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ Ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ Ｔｏ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｗｉｔｈ Ｌｅｕｋｏｔｒｉｅｎｅ Ｍｏｄｉｆｉｅｒｓ”と題する米国特許公開２００９−０２３３９６３号を参照。
【００１７】
或る実施形態の場合、臨床用の小型携帯用サンプラ及び検出器が供される。患者が携帯用ユニットに接続されたり、又はその一部である導通路、入力ポート又はチャネルなどに息を吐き込んだ後、呼気サンプルは何個もの呼気凝縮物及び／又は呼気ガスサブシステムを通過させられる。これらのサブシステムにはサンプル条件づけサブシステム、液状測定サブシステム、及び検出サブシステムなどが含まれてよい。これらサブシステムの一種又は多種が或る一つの特別なサブシステムであってもよい。例えば単一のサブシステムがサンプルの条件付けとサンプル内の分析物の検出を行ってもよい。呼気サンプルはこれらのサブシステムを直列的に通過してもよく、又は並列的（即ちサンプルが複数のサブシステムに分割されて）に通過してもよい。サブシステムの中で、呼気ガス及び／又は呼気凝縮物はサンプル流体を条件づけ、流体特性の計測を実施し、既知及び未知の成分の存在又は量を分析する特性に遭遇することもある。
【００１８】
サンプル流体（液体又はガス）の条件づけをするサブシステムにはサンプルを適宜に凝縮させたり、その凝縮を阻止させたりするものが含まれる。液体特性を測定するサブシステムにはサンプルの温度、相対的湿度（ＲＨ）、粘性、導電性及び他の液体特性を測定するサブシステムが含まれる。或る実施形態の場合のサブシステムにはサンプルを条件づけしてその特性を測定する部品が含まれる。例えば、相対的湿度及び／又は温度の測定がサンプル凝縮器の中で行われてもよい。或る実施形態の場合のサブシステムは特別の既定の成分（例えばプロトン、代謝物質、核酸、蛋白質、酵素、イオン、塩など）の存在及び／又は量を適当な方法で分析するように構成されている。これらの方法には、導電率、イオン感応性電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）、光学的ＥＬＩＳＡ及びアンホメトリクＥＬＩＳＡを含む酵素リンク型免疫溶媒分析（ＥＬＩＳＡ）、エンドポイントポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）及びリアルタイムＰＣＲが含まれるが、これらに限定されるものではない。或る例のサブシステムは流体の既知の成分（例えばプロトン、代謝物質、核酸、蛋白質、酵素、イオン、塩など）の存在及び／又は量のため適当な方法で分析するように構成されている。これらの方法には、質量分析、及びＮＭＲが含まれるが、それらに限定されるものではない。或る実施形態の場合、次いで流体内の成分を同定する信号解析が行われる。或る実施形態の場合、携帯用ユニットにはソフトウエア及び／又はハードウエアを含む信号処理部品が含まれている。或る実施形態の場合、収集されたデータは他の部品（例えば実験室内又は臨床用コンピュータ）に送られて処理される。
【００１９】
或る実施形態の場合、フロー形成流路内の種々のサブシステムを通過した後、流体はシステムを通過して適当なサンプル解析テクニックを使用してオフライン解析のため適当な容器（例えば微量遠心管、マイクロタイター盤、テドラー袋、マイラー袋、ガラス容器、毛細管など）に収集可能である。
【００２０】
図１−図３は組み合わせ呼気凝縮物／呼気サンプラ及び検出器ユニット用のフロー路構成の略図である。組み合わせ呼気凝縮物／呼気ユニットが記述されているが、他の実施形態の場合、呼気凝縮物ユニットが供されている。かようなユニット用のフロー路構成がこれから如何にして導かれるか、当業者には自明であろう。
【００２１】
先ず図１には種々の呼気及び呼気凝縮物サブシステムのフロー路構成が示されている。入力チャネル１０は患者から吐き出された呼気を、直接、又は、呼気が一個以上の入力ポート又は他の入力チャネルを通過した後に、受け取る。入力チャネル１０は呼気センサチャネル１３と呼気凝縮物チャネル１４と二股に分かれている。或る実施形態の場合、チャネル１３及び１４へとのフローは夫々バルブ５及び６で制御される。種々の実施形態の場合、これらのバルブの開閉は自動的又は手動式にて行われる。例えば或る実施形態の場合、臨床者は呼気センシングチャネル用バルブ５を開け、呼気凝縮物センシングチャネル用バルブ６を閉めて装置を患者に供し、この入力チャネルに息を吐くように命じる。次いで、臨床者はバルブ５を閉じ、バルブ６を開けて、患者に再び入力チャネルに息を吐くように命令して呼気凝縮物を収集する。他の実施形態では、臨床者がバルブ開閉のタイミングを設定し、又は特種な測定の為に既にサンプルが十分に収集されたか自動的に判断された結果に基づいて自動化されている。下記のように、或る実施形態の場合、呼吸のサイクルに基づいて装置が自動的にバルブを制御する。代行的実施形態の場合、組み合わせ呼気／呼気凝縮物測定の際に両方のバルブが開けられ、フローはチャネル１３と１４の両方に分岐する。もし呼気又は呼気凝縮物測定が実施されるのでない場合、一方のバルブは閉じられてよい。代行的実施形態の場合、ユニットはバルブ５及び６の一方以上を含まない。
【００２２】
バルブ５及び６は、その存在する場合、ゲート型バルブ、ダイアフラムバルブなどの比較的低流量ガス流を制御するための適宜な如何なるタイプのものでもよい。多くの実施形態の場合、バルブ５及び６は一方向バルブ又はチェックバルブである。バルブは何処でも適当に設置されてよい。図示の例において、呼気ガスサンプルチャネル１３には３個のサブシステム３’、３”、３’”があり、呼気凝縮物ガスサンプルチャネル１４には３個のサブシステム４’、４”、４’”がある。一つのサブシステムには何個のサブシステムが含まれても良いが、典型的には一個以上の既知又は未知の分析物を検出するためのサブシステムが少なくとも一個含まれる。必要に応じて、追加的サブシステムがあってよい。サブシステムには種々の特性がチャネルの壁に設置されてあってよく、叉、追加的フロー路、取り外し可能でチャネル１３又は１４と接続する入口及び出口ポートを有するカートリッジを有するものでよい。サブシステムの詳細な設置及び構成はサブシステムの実施によって変化する。
【００２３】
図２はセンサ３４上の直接凝縮を含むフロー路構成を示す。呼気ガス流チャネル１３にはインラインサブシステム２３及び３３、即ち流体調節器サブシステム２３及びガス相インライン検出器３３が含まれる。呼気凝縮物チャネル１４には呼気凝縮物検出用のサブシステム３４が含まれる。図示の実施形態の場合、チャネル１４に入るガスサンプルは直接呼気凝縮物センサ３４の上で凝縮する。センサ表面の上での直接凝縮が使用される実施形態においては、チャネルの壁の上での早過ぎる凝縮を阻止するため、センサ３４の上流のサブシステムが呼気凝縮物チャネルに含まれて良い。
【００２４】
図３Ａは呼気凝縮物センサの上流の凝縮サブシステムを含むフロー路構成を示す。呼気凝縮物サンプルチャネルには凝縮器２３とインラインセンサ３４が含まれる。図３Ｂは凝縮器２４とインラインセンサ３４を含む呼気凝縮物フローチャネル１４の一部を例示するものである。凝縮器２４とインラインセンサ３４とは液体フローチャネルによって接続されている。図示のように、二つの例が示されて居る。フローチャネル１６ａはチャネル内を移動する間にサンプルに吸収される電解質及び／又は他の分析試薬でコーティングされて居り、フローチャネル１６ｂは側方フロー／流体的チャネルである。このチャネルは毛細管フローチャネル又は微小流体フローチャネルであり、微小流体ポンプはあっても無くてもよい。凝縮器から呼気凝縮物センサへとの液体フローの更なる詳細は以下記載される。
【００２５】
図４Ａ−４Ｄは直列に配置されたフロー路構成の種々の実施形態を示す。まず図４Ａはチャネル１１に沿って、ガス調節器２３、ガスセンサ３３、凝縮器２４及び凝縮物検出器３４の四個のサブシステムを示している。患者がユニット内へ息を吐き出すと、呼気は直接又は間接にチャネル１１に入る。サンプルはガス調節器２３及びＮＯなどのガス相分析物の存在及び／又は量を測定するガスセンサ３３とに逢う。サンプルの全体又は一部が次いで凝縮器に通される。凝縮器は次いで凝縮物検出器へと進む。種々の実施形態の場合、凝縮器２４を通過後残存するガス相サンプルは出口チャネル（図示せず）又はガス相収集用部品（図示せず）に導かれ又は凝縮物センサをも通過させられる。図４Ｂは少量のガスサンプル１５を測量し、ガスセンサ３３に計量付与するサブシステムに入る。例えば、サブシステム２３はサンプリング時間に基づいて呼気の特定の部分からガスを収集するように作用してもよい。残りのガスは凝縮器２４及び凝縮物センサ３４に進む。図４Ｃと４Ｄとは、凝縮物サブシステムがガス相サブシステムの上流にあるフロー路構成の例を示す。図４Ｂで呼気は凝縮器２４に、次いで凝縮物センサ３４に入り、サンプルはガス相調節器２３とガス相センサ２４に続行する。サンプルが凝縮器２４に逢うことになる他の一例が図４Ｃに示されている。凝縮器で形成された凝縮物は次いでチャネル１６を通じてサンプル凝縮器３４に導かれ、凝縮しないガスはチャネル１１に沿って続行し、ガス調節器２３”及びガス相センサ３３とに逢う。
【００２６】
すべてのフロー路構成におけると同様に、特別なサブシステムの位置及び存在は実施形態に従って変化するものである、例えば、図４Ｃに示されたどの例においても、ガスサンプルは図４Ｂについて上記されたように処理されてよい。図４Ｄの例では、ガス相調節器２３’が凝縮器の上流にある。このような構成は、例えばサンプルが凝縮器２４に到達する前に凝縮するのを防止するように使用可能である。上記のように、種々の実施形態の場合、追加的サブシステムが存在してもよく、及び／又は存在しなくてもよいサブシステムも存在するものである。一般的に、呼気／呼気凝縮物ユニットには少なくともガス相呼気サンプルセンサ、凝縮器、及び凝縮物センサが含まれ、或る実施形態では凝縮器と凝縮物センサとが一個のサブシステムに組み合わせてある。一般的に、呼気凝縮物ユニットには凝縮器及び凝縮物センサが含まれ、凝縮器と凝縮物センサとが一個のサブシステムに組み合わせてある。下記のように、或る実施形態の場合、ユニットは測定ごとに変更されるものであり、種々のサブシステムは取り外し可能な単使用又は複使用カートリッジに納めてある。
【００２７】
サンプル凝縮の制御
上記のように、サンプル調節用サブシステムは呼気サンプルを特に凝縮させたり、させなかったりする処理のために、センサの上流に設置される。更に、どのサブシステム（センサなど）の中でも、呼気サンプルは特に凝縮したり、しないように処理されてもよい。サブシステム内及び／又は呼気凝縮物サンプルチャネルの全体及び／又は呼気サンプルチャネルの全体又はその一部に存在する水蒸気の量を増減するために追加的テクニクが使用されてもよい。
【００２８】
サンプルの凝縮はガス温度がそのガスの露点以下に近づく又はそれ以下に降下した場合に起こる。露点はガス中の水蒸気量の関数である。露点は更に塩のような水蒸気中の成分によっても影響される。露点以下、それにおける、又はそれ以上で凝縮の起こることは水蒸気が凝縮する為の核形成場所の有無にも依存する。核形成の場が存在すると、凝縮が促進され、従って核形成の場がない場合より高温での凝縮が可能となる。ガスは種々の表面の上に凝縮可能である。これらの表面はオフライン解析を容易にするため、取り外し可能な収集容器の内部にあってもよい。表面とはセンサ自体であってもよく、凝縮物は直接センサ上に形成されることになる。ＣＮＴの大面積及び高導熱性は凝縮を容易にする。表面は蒸気が凝縮して流体チャネルに流入するように流体通路に付けられても良い。流体チャネルは流体が処理され解析される微小流体システムの一部であっても良い。
【００２９】
或る実施形態の場合、サンプルはセンサ及び／又はセンシング要素の上に直接凝縮する。電気化学的センサ、酸化金属センサ、炭素ナノチューブに基づくセンサ（ＦＥＴ、電気化学的、など）及び光学センサを含む如何なるタイプのセンサであってもよい。センサはどのようなタイプでもよく、複合的でも単一的でも、異なる複数の組み合わせでもよい。
【００３０】
或る実施形態の場合、分析物のセンシング要素以外に構成に拘らず凝縮の存在を決定するのに追加的センサが使用されてもよい。このセンサは凝縮物解析を開始する前に十分な量のサンプルが凝縮したか判断するのに使用可能である。センサ要素上の凝縮の存在を判断するためには、導電率、キャパシタンス、４電線導電率、光学透過度、及び／又は干渉に限られず、如何なる方法が採られてもよい。
【００３１】
電気的計測の場合、計測用電極は分析物センサ要素の逆端部に設置されてよい。凝縮物解析センサの電極が液体の存在の感知用に共有可能の場合もある。凝縮させるため、センサはペルチエ又はその他の熱電気装置、マニホルド付きの冷却板を使用した局地的冷却、又は使用前にセンサのカートリッジを冷蔵庫又は冷凍庫の中に保管して低温に保持する方法が採られる。凝縮はセンサと吐き出された患者の呼気との温度差によって起こされる。
【００３２】
冷却要素は呼気サンプルを直接サンプル上に凝縮させるのに適当な如何なる位置又は構成で設置されてよい。例えば、凝縮物センサ要素は直接ペルチエ要素の上に設置されてよい。サンプル呼気を加熱及び／又は加湿（ＲＨを増加）してセンサ／マルティプレクス装置上に凝縮を起こす実施形態もある。これはセンサ表面の冷却の代わり又は追加的に行うことである。露点は正確な条件を決定するために計算される。
【００３３】
代行的実施形態の場合、凝縮面は特定の場所に設置され、及び／又は凝縮サンプルをセンサに導いたり移送する特定な幾何学的形状を有するものである。一実施形態の場合、凝縮面はセンサ面の上に位置され、凝縮物はこの凝縮面上に形成され、次いで重力及び／又は他の応力によってセンサ面へと導かれる。凝縮面は移動を容易にする特定な幾何学的形状でよい。
【００３４】
或る実施形態の場合、タイマが装置に組み込まれている。例えば、複数のセンサを含む装置の場合、各センサは特定の時間に凝縮及びセンシングが行われるように活性化される。かようにして、例えば、一時間毎の読み取りなどが可能となる。センシングのプロトコルはプログラム化され、必要に応じて特定されたセンサ上での凝縮の許容及び防止の為の加熱及び冷却を制御する。或る実施形態の場合、センシングは外部のイベント（例えばモルフィンの注射）に合わせてプログラムされてよい。
【００３５】
或る実施形態の場合、図３Ｂに示されるように、凝縮したサンプルを収集するのにフロー路に沿った分離したチャンバが使用される。凝縮したサンプルは流体チャネル／側方フロー路を通じてセンサに導かれる。チャネルはサンプルが移動させられると共にサンプル溶解する電気化学的検出用の電解質でコーティングされてよい。凝縮器とセンサ間の輸送についての詳細を以下説明する。センサ上に直接凝縮する場合と同様、導電性測定はセンサ応答を正規化するのに実施される。呼気ごとの凝縮物の量及び必要量の流体を収集するのに何度の呼気が必要かと言うことが決定され、センサで検出可能で臨床的に有意義な分析物濃度を得る。
【００３６】
或る実施形態の場合、冷却板又は装置はセンサの下側（又はその他の凝縮が望まれる位置）に設置される。これは熱電気クーラー、冷却用チャネル付きの板などである。クーラーは（例えば冷却とセンサ用二層ウエファを供するため）ウエファ内で製造され、又はセンサ装置の底部に設置されてよい。或る実施形態の場合、冷却は他所での凝縮を防止するため、センサにと高度に局地化されている。或る実施形態の場合、例えば生化学的応用の場合、冷却温度は制御されている。
【００３７】
凝縮器を含む凝縮器サブシステム及び／又は検出器サブシステムには凝縮面が含まれている。或る実施形態の場合、凝縮面とはガスサンプルを通過させるメッシュ物質であり、メッシュによって凝縮物が生成される。或る実施形態の場合、凝縮物は金属ワイヤのメッシュである。メッシュ物質は平面的であって、サンプルの流動をその面に垂直としてよく、又は三次元ワイヤメッシュ物質としてサンプルの流動がそれを通るものとしてもよい。メッシュは９０度その他の角で交差するワイヤなど、如何なるものであってもよい。メッシュ体は更に平行ワイヤの組で形成されたものでもよい。メッシュの方向はメッシュ面上の凝縮物の受領部へのフローを最良化するように構成することが可能である。望まれる全体的表面を形成するために、複数の平面的ワイヤメッシュが直列に使用されてもよい。
【００３８】
或る実施形態の場合、一個の呼気サンプルがｐＨ、導電率、蛋白質、核酸、代謝物質、酵素などのような成分及び／又はパラメタの解析に十分な呼気凝縮物を供し得る。水の飽和蒸気圧に基づく典型的に５００ｍＬの呼気は１４ミクロリットル（３０ Ｃ及び９０％ＲＨを想定）及び２０ミクロリットル（３５ Ｃ及び１００％ＲＨを想定）の間である。しかし、観察される凝縮物の回復度は１００％以下である。以前示された種々の実施形態によると、一呼気について約１ミクロリットルから１０ミクロリットルの間の凝縮物が収集される。或る実施形態の場合、１−１０マイクロリットルでｐＨ、導電率、蛋白質、核酸、代謝物質、酵素などのような呼気凝縮物の成分及び／又はパラメタの分析に十分である。一呼気からの凝縮物を計量するのに必要な高度の収集効率が本発明のデザインによって可能となる。
【００３９】
或る実施形態の場合、呼気凝縮物分析を呼気−呼気のベースで行うのが有利である。大表面積メッシュ凝縮面及び小凝縮物ボリュームにより呼気凝縮物を呼気−呼気のベースで実施することを可能にする。更に、均一的な凝縮器効率で測定に復元性で呼気サイクルに亘って一貫性を供する。
【００４０】
更に或る実施形態の場合、ガスサンプルは一カ所以上での位置での凝縮を防止されてもよい。凝縮の防止は例えば環境の条件及び／又は凝縮器に近接していることなどの理由で必要となる。例えばガス調節サブシステムの中での凝縮の防止にはチャネルの加熱が含まれることもある。
【００４１】
凝縮物移動
或る実施形態の場合、此処に記載される装置は一個以上の凝縮面から一個以上の凝縮物センサへと凝縮物が移動されるように構成される。或る実施形態の場合、一個以上の毛細管フローチャネルが凝縮面とセンサの間に供される。或る実施形態の場合、灯心膜（湿潤性の膜）又は他の物質が凝縮面とセンサの間に供される。或る実施形態の場合、一個以上の非毛細管フローチャネルが供される。これらの実施形態の場合、流体は重力、界面動電性、空気圧、流体圧、真空、熱学的、浸透圧、ポンピング、二種金属膜（バイメタルディスク膜）、プランジャなどの力で移動可能である。或る実施形態の場合、患者の吐き出す呼気が凝縮物に動力を供することになる。
【００４２】
或る実施形態の場合、計測された量の凝縮物が凝縮物の表面からセンサへ配達される。或る実施形態の場合、サンプルの計量されたボリュームを定義する二個のバルブが凝縮物表面から呼気凝縮物センサへとのフロー路に含まれている。図５は凝縮物表面５３４、サンプルボリューム５４０及び第１バルブ１及び第２バルブ２を含む呼気凝縮物流体路の一部のブロック図を示す。サンプルボリューム５４０は或る定義されたサイズであり、例えば５μＬ又は１０μＬである。呼気が凝縮面５２４の上で凝縮するにつれ、又はその後、サンプルボリューム５４０の中へ移動する。サンプルボリューム５４０は長い方のマイクロ流体、チャネル又はかようなチャネルに沿ったチャンバであってよい。バルブ２は閉じられ、凝縮物がサンプルボリューム５４０の中に収集されることを許容する。バルブ１はサンプルボリューム５４０が充填されるまで開いたままであり、その時点で閉じられ、正確な量の液体をサンプルボリューム５４０内に補足する。バルブ２により、次いで正確に計測されたボリュームの凝縮物が検出器の方向に移動される。
【００４３】
ガス相のセンシング
呼気サンプルガスはガス相センサ要素を貫き、又はその近辺を通過する。このセンサは複数の単一タイプ、複数タイプの組み合わせ、又は他の変化形、即ち電気化学的、酸化金属、炭素ナノチューブ、光学的、電界効果トランジスタなど、どのようなタイプのものでもよい。或る実施形態の場合、必要に応じて呼気から水蒸気を除去するためにデシカントが使用可能である。追加的スクラバー、触媒コンバータ、又は他のガス調節要素などが種々の実施形態で使用可能である。
【００４４】
或る実施形態の場合、呼吸サイクルの特別な相からのガスボリュームが解析される。例えば、ＮＯをモニターする場合、呼気の中の関係ある部分が解析される。或る実施形態の場合、図１を参照して上記のように記述されたバルブが使用され、ガス相検出が行われるように確認する。即ち、電子的リーダが促進されてガスサンプルチャネルが閉じられる。代行的に、ガス相と凝縮物相とが直列的に行われてもよい。他の実施形態の場合、バルブ及び／又は検出器の配置によって凝縮物相検出がガス相検出の前に起こる。
【００４５】
ガス相検出器は吐き出された呼気サンプルのどのガス相成分を検出するものでもよい。これらには、二酸化炭素、酸素、酸化窒素、窒素、二酸化窒素、過酸化水素、アセトン、アンモニヤ、硫黄化合物、アセチレン、一酸化炭素、エタン、及びペンタンが含まれる。上記のように、或る実施形態の場合、ナノ構成のセンシング要素を有するセンサが供される。酸化窒素、二酸化炭素、及び他の呼気成分用の炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）型検出器の例は下記の文献に記述されて居り、これはすべて此処に参照して合同するものとする：”Ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｂｒｅａｔｈ Ａｎａｌｙｚｅｒ Ａｎｄ Ａｓｔｈｍａ Ｍｏｎｉｔｏｒ”と題する米国特許公開２００７−００４８１８０号、”Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｎａｎｏｓｅｎｓｏｒ， Ａｎｄ Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ＣＯ２ Ｍｏｎｉｔｏｒｓ”と題する米国特許公開２００７−００４８１８１号、同じく”Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｎａｎｏｓｅｎｓｏｒ， Ａｎｄ Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ＣＯ２ Ｍｏｎｉｔｏｒｓ”と題するＷＯ２００８−０３９１６５号、”Ｓｅｎｓｏｒ Ｈａｖｉｎｇ Ａ Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ， Ｎｉｔｒｉｃ Ｏｘｉｄｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ Ａｎｄ Ｍｏｎｉｔｏｒ”と題する米国特許公開２００８−０２２１８０６号、及び”Ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃａｐｎｏｍｅｔｅｒ Ａｄａｐｔｅｒ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ａ Ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｔｏ Ａｔ Ｌｅａｓｔ Ｏｎｅ Ｇａｓｅｏｕｓ Ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ Ｏｆ Ｅｘｈａｌｅｄ Ｂｒｅａｔｈ”と題する米国特許７，５４７，９３１号。
【００４６】
呼気凝縮物のセンシング
或る実施形態の場合、呼気凝縮物サンプラ及びリアルタイムか殆どリアルタイムの検出及び解析が可能の検出器が供される。種々の実施形態の場合、このサンプラは上記の呼気（ガス）サンプラと組み合わされてよい。呼気凝縮物サンプラはＦＥＴ及び／又は電気化学的センシング装置及び／又は光学的センシング装置と共に使用可能である。上記の如く、或る実施形態の場合、サンプルはセンサの上に直接凝縮され、これで浪費が防止され、流体運動の必要性がなくなる。センシングの前に、センサ上に十分凝縮物液体があるか感知するため、上記のようなモニタが使用されてもよい。センサ端部の接触電極により、センサ部品に亘る液体の連続的フィルムの検出が可能となる。或る実施形態の場合、吐き出された呼気凝縮物の溶解度又は希釈度を決定するのに、接触電極が使用される。例えば、呼気凝縮物の大気による希釈は導電率測定値と大気の凝縮物ベースライン導電率との比較で決定可能である。或る実施形態の場合、異なる分析物のセンシングのために複数のセンサが一個の装置内に含まれる。
【００４７】
或る実施形態の場合，装置にタイマが組み込まれる。例えば複数のセンサが装置に含まれている場合、特定の時間に凝縮やセンシングのために各センサを活性化することが可能である。このようにして、読み取りが毎時間などに行える。センシングのプロトコルはプログラム化され、必要に応じて加熱や冷却が制御されて特定のセンサの上の凝縮を許容したり、防止したりする。或る実施形態の場合、センシングは例えばモルフィン注射のような外部イベントと関連してプログラムされる。
【００４８】
或る実施形態の場合、センサには例えばＣＮＴ−ＦＥＴ、ナノ構成電気化学的センサのようなナノ構成部品が含まれている。これらのセンサは小さくて少量の分析物しか必要としないので、冷却に関する要求度も低い。例えば或る実施形態の場合、必要とされる呼気凝縮物は数マイクロリットルのみである。更に、このようなサンプルを得るに要する時間は短い（例えば一回又は数回の呼吸）ので、臨床者が存在してサンプルが収集されてもよい。他の実施形態の場合、光学的センサ又は他のセンサが使用可能である。
【００４９】
或る実施形態の場合、センサ上の凝縮物の量が制御される。種々の実施形態の場合、これは制御された量を直接センサ上に凝縮させることにより、又はセンサを加熱して過剰の凝縮物をセンサから除去し、例えば電極付きのウエル又はウエル上に設置されてウエルがフルになることを感知する他のモニタのような計測された量を底部から冷却したりして実施される。必要に応じ、側方フロー又はミクロ流体チャネルが計測されたボリュームをセンサへと導く。
【００５０】
呼気の中に存在し、水中で可溶の如何なる分析物の検出にも呼気凝縮物センサは使用可能である。これらには蛋白質及びＤＮＡが含まれる。特別な実施形態の場合、センサはＬＴＣ４、ＬＴＤ４及びＬＴＥ４を含む一種以上のシスティニルロイコトリエン（ＣｙｓＬＴ）を検出する。
【００５１】
或る実施形態の場合、ナノ構成要素を有する電気化学的センサが使用される。これらのセンサは少量のみの分析物を必要とする。従って、必要とする呼気の回数も少なく、凝縮時間も相対的に短い。これは凝縮効率がサンプリングの周期に亘って均一的であることを意味する。ＣＮＴを有する生化学的検出用の電気化学的センサはここに参照して合同されるものとする米国特許出願２００８−０１８５２９５号に記載されている。
【００５２】
電気化学的ＥＬＩＳＡを使用する種々な蛋白質目的物の電気化学的測定も上記に引用の文献に記載されている。一例において、ＣＮＴはここに記載されるサンプリング方法と組み合わせてのＬＴＥ４の検出に使用され、センサ構成に種々のオプションを供する。例えば、種々の実施形態において、ロイコトリエンの競合的分析において、アセチルコリンエステラーゼ（ＡＣｈＥ）、ホースラディッシュペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）などの酵素ラベルがサンプルマトリクス、所望の感度及び他の分析での必要性に応じて使用可能である。
【００５３】
或る応用において、吐き出された呼気と吐き出された呼気凝縮物を両方分析することがこれら両方に関する情報を得ることで達成される。
【００５４】
一応用例において、ＮＯ及びＬＴＥ４が呼気と呼気凝縮物サンプラの組み合わせ及び検出器ユニットを使用して測定される。呼気および呼気凝縮物内の目的とする他の分析物にも同じ方法が応用可能である。呼気内の目的物の例にはアセトン、エタン、硫化水素、酸素、ペンタン、二硫化炭素が含まれる。呼気凝縮物内の目的物の例にはグルタチオン、過酸化水素、アセチルコリン、及び１−チロシンが含まれる。バクテリヤ及び揮発性有機化合物のような結核などの状態のマーカも測量可能である。他の実施形態の場合、センサ応答の正規化又は診断用ツールとしてＣＮＴ−ＦＥＴに基づくセンサと使用するＣＯ2の計測及び電位差測定方法によるｐＨの計測もここに記載される検出器及び凝縮器で計測可能な他の目的物である。凝縮器や検出器が呼気及び／又は呼気凝縮物内のマーカーの測定を必要とする如何なる条件にも応用可能であることは明らかである。
【００５５】
一応用例において、電気化学的酵素分析を使用する呼気中のアセトンのような化合物のセンシングが達成される。過酸化水素を生成するニコチンアミドアデニンジヌクレチド（ＮＡＤＨ）余因子と組み合わされた二次アルコール脱水素酵素のような酵素が使用される。このような応用においては、小さいセンサの上に十分な酵素が存在することが非常に重要である。小さいセンサのデザインにより少量の流体での多重化が可能となる。このような応用において、炭素ナノチューブのようなナノ構成物質は高度の表面積及び酵素の不動化を容易にする生分子親和力を供する。
【００５６】
種々の実施形態の場合、呼気凝縮物分析フロー路の構成には以下の特性の中の一つ以上が個別又は組み合わせとして含まれる：フローチャネルは非接触酸素及びｐＨ測定用の蛍光体／表示用染料を含むゾルゲルのパッチでコーティングされてよい。非接触導電率測定は微小流体チャネルに亘る一対の電極を使用して電気的に実施可能である。導電率の測定は電極上の凝縮物の或るボリュームの存在を確定するのに使用可能である。これはバルブを制御するフィードバックとして使用される。酸素、ｐＨ、導電率、及びその他の測定は分析物応答を正規化するのに使用される。
【００５７】
或る実施形態の場合、リポーター抗体がチャネル内にコーティングされた酵素ラベルで機能化されている。分析物を含む凝縮物液体はリポーター抗体を溶解し、分析物＋リポーターの構成体が電気化学センサ上の電極上の捕獲リポーターと組み合わされる。或る実施形態の場合、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）に基づく電気化学センサが使用される。ＣＮＴに付着した後の生分子の安定度の増加を利用するために、リポーター抗体はＣＮＴ上に不動にされてもよい。このアプローチによって、感度が向上されるならば、ＣＮＴにはリポーター抗体毎に複数の酵素ラベルを付けても良い。ＣＮＴによってリポーターの安定度が向上すると、捕獲抗体は既にＣＮＴで電極上に不動化されているので、装置はより広い温度範囲で使用可能となる。
【００５８】
カートリッジ
或る実施形態の場合、一個以上のサブシステムが、より大きいユニットと組み合わせ可能な単一用途又は複数用途の取り外し可能なカートリッジの中に供される。例えば以下の中の一つ以上がカートリッジ内に供される：ガス相センサ、呼気凝縮物センサ、凝縮器、及び／又は凝縮面。特種の実施形態の場合、カートリッジは凝縮面、一個以上の凝縮物センサ、及び凝縮物を凝縮面からセンサへ導く一個以上のチャネルを含むものである。図６Ａは単一用途カートリッジがその中にはめ込まれるカートリッジスロット６０３を有する呼気／呼気凝縮物ユニット６０１の典型的な実施形態を示すものである。このユニットは、呼気凝縮物のみのユニットであってもよい。冷却機構６０４はカートリッジの凝縮面を冷却するように構成されている。この冷却機構は熱電気装置、冷却チャネルなどでよい。
【００５９】
図６Ｂは図６Ａに示されたようなユニットと組み合わせ可能な単一用途カートリッジ６１０の典型的な実施形態であり、ワイヤメッシュの凝縮面６２４、呼気凝縮物センサ６３４、及び流体チャネル６１６を有する。空気サンプル流はワイヤメッシュ６２４の面と垂直でペイジの面へとの方向である。カートリッジ６１０はユニット６０１とスロット６０６内に収まるように構成されている。図示の実施形態の場合、ワイヤメッシュ６２４は冷却機構６０４と接触する導熱性の面６５０（例えば金属）で囲まれて居る。センサ６３４からの電気信号はユニット６０１内の電気接続子（図示せず）とインタフェイスする接触子６１２に送られて信号処理に送られる。
【００６０】
単一用途カートリッジは凝縮面及び／又は検出器上の測定面のサンプル汚染防止に使用可能である。或る実施形態の場合、ユニット又は検出器から分離したカートリッジ内に凝縮面が供されて、洗浄の後再度使用可能である。或る実施形態の場合、ガス相検出器は呼気／呼気凝縮物ユニットと組み合わせ可能にするように構成された自身の取り外し可能なカートリッジの中に存在する。
【００６１】
呼気のみの測定が組み合わされた呼気／呼気凝縮物ユニットによって望まれて居る実施形態の場合、呼気凝縮物カートリッジはブランクのカートリッジで置換されてよい。
【００６２】
ＥＢＣフロー路構成例
或る実施形態による呼気凝縮物検出器はリアルタイム競合的又は非競合的呼気凝縮物免疫検定を実施するように構成される。図７は凝縮物を含む分析物、分析物の捕獲種（もし存在するならば）、リポーター及び下地層を含む、或る実施形態による免疫検定フロー路を示す。図示例のフロー路はロイコトリエン分析用のものであるが、他の分析用に如何にフロー路を変更させればよいか、当業者には理解可能であろう。図示のフロー路は、凝縮面７２４を起点とする。例えば、凝縮面はワイヤメッシュ又はその繋がりであり、その上に凝縮物が生成される。凝縮物はそこから導電率及びｐＨ測定部７５０へと移動する。下記のように、導電率は凝縮物の充填を検出するのに使用可能である。凝縮物は次いでリポーター種７４２と混合し、凝縮物とリポーターとは流れて捕獲種７４５と反応する。図示の実施形態の場合、捕獲種はロイコトリエン分析用のシスティニルロイコトリエン（ＣｙｓＬＴ）であるが、如何なる捕獲種も適宜に使用可能である。下地層７４６はリポーターと反応するように添加される。フロー路構成に洗浄のような他のフローも含まれてよいことは当業者には理解出来よう。ロイコトリエン分析用捕獲種の例には抗体、抗体フラグメント、分子リポーター、アプタマー、オリゴヌクレオチドがある。ロイコトリエン分析用リポーター種の例には酵素、金、ラテクス、金属などがある。リポーター種は抗体、抗体フラグメント（Ｆａｂ，Ｆａｂ２，Ｆｃ）アプタマー、分子リポーター、オリゴヌクレオチドのような認識要素に結合可能である。ロイコトリエン分析用洗浄下地層例にはリン酸塩緩衝溶液がある。洗浄溶液には洗剤やＴｗｅｅｎ−２０，ＳＤＳ，Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ１００，ＮＰ４０のような界面活性剤が添加されてもよい。過剰なリポーターや他の廃棄物は廃棄部７４７に転送される。
【００６３】
図８は特種な実施形態によるフロー路構成をより詳細に示すものである。ここでは図５を参照して上記において説明されたように、凝縮物は凝縮器表面８２４からサンプルボリューム８４０へと毛細管運動又はその他の様相で流れてゆく。サンプルボリュームチャネル又はチャンバ８４０の充填は導電率／ｐＨ測定域８５０で測定されてよい。サンプルボリューム８４０の両端の電極はサンプルボリューム８４０を通じる導電性通路が出来たかを示す指標となり、それによってサンプルボリューム８４０がフルになったことが示される。バルブ１及び２は三方バルブである。一度サンプルボリュームがフルになると、サンプルはバルブ１によりライン８６０を使用してサンプルボリューム８４０から押し出される。ライン８６０は空気式又は流体ラインである。カートリッジが使用される実施形態の場合、主ユニットからカートリッジ外で制御されてもカートリッジ上で制御されてもよい。バルブ２は三方バルブであり、サンプル充填段階においてサンプルを導電率測定領域８５０に到達させ、次いで充填が完了するとサンプルをセンサ地帯８３４に導くものである。リポーターボリューム８４１は同様に三方バルブ３及び４及びライン８６２を通じて所望量のリポーター８４２を測量する。図示されていないが、リポーターボリューム充填感知機構が存在してもよい。サンプルとリポーターは電気化学センサ又は適当な他のタイプの液相センサ、及び必要に応じて試薬を含み、混合してセンサ地帯８３４に流入する。洗浄８４８及び下地層８４６ラインは一方バルブ８と７によって夫々制御される。過剰リポーター、洗浄、及びその他の廃棄物は廃棄部８４７に送られる。
【００６４】
或る実施形態の場合、上記の呼気凝縮物フロー路は単一用途又は複数用とカートリッジ上で実施される。図９はカートリッジ上流通凝縮面９２４、試薬／洗浄貯蔵部９４６、電気化学センサ９３４、及び電気接続子９１２を含む単一用途カートリッジの一例を示す。凝縮面９２４の冷却は能動的又は受動的である。能動的システムの中で凝縮面９２４は例えば熱電気冷却器又は冷却チャネルのような熱シンク（図示せず）で囲われている。典型的に冷却機構はオフカートリッジであって、主ユニットに設置される。或る実施形態の場合、カートリッジの一部は半導体材料であっても電気化学装置の一部でもよい。受動的システムの中でカートリッジは使用前に冷却される。
【００６５】
上記のように、或る実施形態の場合、呼気導電率は充填指標として使用される。或る実施形態の場合、これは凝縮物正規化に使用可能である。導電率はサンプル内の水量（希釈）の指標である。この情報は、分析物の希釈に対するセンサ応答の調節に使用される。導電率は小型の相互に組み合った電極で計測可能である。カートリッジ形態として、カートリッジには電極を含む層がある。ＡＣ導電率計測が実施される。上記のように、導電率計測は更なるサンプルの輸送用に一個以上のバルブを開く信号を供する。
【００６６】
或る実施形態の場合、呼気凝縮物のｐＨが計測される。呼気凝縮物のｐＨは空気通路の代理的寸法であることが示されている。空気通路酸性化は喘息、嚢胞性繊維症、慢性閉塞性肺病（ＣＯＰＤ）を含む多くの呼吸器病に普遍的である。典型的なＥＢＣ凝縮物の範囲は中性的なｐＨで７−８であり、酸性で＜６である。比較のため、３７ Ｃにおける純水のｐＨは６．８１（自己イオン化によりやや酸性）であり、血液のｐＨは７．３５−７．４５である。
【００６７】
ＥＢＣ ｐＨ計測は電位差計測でも電流計測でもよい。或る実施形態の場合、計測は電極上にイオン選択用の膜を必要とするのみで、製造が容易であるため、電流計測である。電位差計測と電流計測の両方において、イオン選択用の膜がＨ+イオンへ特殊性を与えるために使用される。イオノホアＨ+選択膜の一例としてＴＤＤＡがある。
【００６８】
組み合わせユニット
上記のように、或る実施形態でのサンプリング方法では、組み合わせユニット内での呼気凝縮物及び呼気計測を供する。図１０Ａ及び１０Ｂは種々の実施形態の場合に従ったそのようなユニット１００の種々の部品を略示するものである。明確化のため、図示されていない部品もある。先ず図１０Ａにはユニット１００の外部前面図が示されて居り、典型的にプラスティック材料であるハウジング１０１が含まれる。目下の計測に関係ある情報１０４を表示する表示装置１０２がある。或る実施形態の場合、表示装置１０２とはタッチスクリーン入力及び出力インタフェイスであり、実施中分析に関連ある入力を受理する。その他の実施形態の場合、ユニット１００は分離した入力インタフェイス（例えばキーボード）を含み、又は外部入力インタフェイスと接続される。ユニット１００は図６Ａを参照して上記に説明されたようなカートリッジをはめるスロット１０６を有する。使用の際、患者はその一部又は全体がチューブ状又はその他の物質であるチャネル１０８と流体的に接続したアダプタ（図示せず）の中に呼気を吐き込む。
【００６９】
図１０Ｂはユニット１００の種々な内部部品を略示する。サンプル（例えば（５０ｍ／ｓ）はユニット１００をチャネル１０８を通して流れる。図示の実施形態の場合、スロット１０６にはめ込まれたカートリッジ１１０の中の流通凝縮器を通して流れる。呼気凝縮物計測が所望されてない場合には、カートリッジ１１０をブランクカートリッジとしてサンプルを流通させてよい。凝縮物は形成され、図７−図９を参照して上記のように説明された如く、一個以上のセンサに導かれる。或る実施形態の場合、一呼吸に約５マイクロリットルが形成され、一個以上のセンサに導かれる。
【００７０】
サンプル（少量の今や凝縮した水蒸気を除く）はチャネル１０８内の流通凝縮器を通して流れる。或る実施形態の場合、開口１１２が少量の後圧を生成する。流量計が設置されて居り、呼気の正確な流量を読み出す。流量は開口に亘る圧力の降下で決定される。これは流量を測定する廉価な方法である。もし流量計部品が使用されるならば、患者とＮＯ或る実施形態の場合の前の間に設置されるであろう（ＮＯ或る実施形態の場合が主ラインから空気を吸引してＮＯ或る実施形態の場合の後に実施される流量計測に影響を与えるから）。呼気が捕獲されるに従って流量は確認される。既定量の呼気サンプル（例えば５ｍｌ／ｓ）は１５においてガスサンプルボリューム１１４に入る。ガスサンプルボリューム１１４はピストン１１６で制御されている。ピストンは制御器１３１（例えば螺旋ドライブ）がピストンを左に引いて定義されたボリュームに真空を生成しサンプルをバルブ１１７を通して流通させる。一度サンプルボリュームがフルになると、バルブ１１７は閉められる。バルブ１１９は開けられてサンプルをガス相検出器１１８に流通させる。
【００７１】
或る実施形態の場合、バルブはサンプルが測定プロトコルに従って呼吸サイクルにおける或る特定の時点でのみ収集されるように制御される。例えば、バルブ１１６は吐き出しの開始から特定の時間が経った後のみ開けられる。叉或る実施形態の場合、呼気の流量確定にはバイバスバルブが開かれ、許容された流量の範囲以外の呼気（例えば患者が咳をした場合）はセンサに送られない。
【００７２】
ＥＢＣカートリッジ１１０及びガス相センサ１２２からの信号はコントローラ及びデータ処理ユニット１３０に夫々接続子１２０及び１２２を経て送られる。図示の実施形態の場合、コントローラ及びデータ処理ユニット１３０はピストンコントローラ１１７、バルブ１１７及び１１９、カートリッジ１１０上のバルブ、情報の表示器１０４などを含むサンプラ及び検出器ユニットの種々の面をも制御する。データ処理機能に一個以上のソフトウエア及び／又はハードウエア部品が使用可能であることは、当業者には自明であろう。他の実施形態の場合、カートリッジ１１０及びスロット１０６はガス相サンプルがボリューム１１４中に引き込まれた後、呼気が凝縮器を通して流通するように設置される。或る実施形態の場合、かようなカートリッジを受け入れる二個のスロットが存在し、その中の一個はガス相サンプリングの前で他の一個はその後であり、臨床者は特別な測定に応じて適切なカートリッジを選択し、挿入することが出来る。
【００７３】
発明は上記において明瞭に理解されるように詳細に記述されたものであるが、或る変化及び変更は別記のクレームの範囲内で実施可能であることに留意されたい。従って、本実施形態は例示用であって、限定的なものではなく、本発明はここに供された詳細に限定にされるものではない。
【００７４】
ここに引用された文献のすべては、すべての目的において本願に合同されるものとする。
【技術分野】
【０００１】
本出願は米国特許法Ｕ．Ｓ．Ｃ． §１１９（ｅ）により、２００９年４月１９日に提出された米国特許暫定出願６１／１６９，６５５号に基づいて優先権を主張するものであり、その全体を此処に参照して合同するものとする。
【背景技術】
【０００２】
発散される呼気凝縮物（ＥＢＣ）には小分子、蛋白質及びＤＮＡを含む種々の成分が含まれている。患者のＥＢＣのこれらの成分の存在又は量を測定すれば、ｐＨ、消炎性又は炎症誘発性サイトカインを含む種々の蛋白質の存在などを含む臨床的及びその他の情報が供される。しかるに、今日に至るまでの呼気凝縮物サンプラでは必要量のサンプルを得るのに、患者は例えば１０分ものかなり長期間に亘ってサンプリング管に息を吐き続けなくてはならない。これは時間がかかるのみでなく、患者にとっても困難なことである。この管は試験所で収集されたサンプルの個別の分析用に送出される。
【発明の概要】
【０００３】
本発明はＥＢＣの中に見出される分析物用の直接サンプラ及び検出器を提供するものである。ＥＢＣの中の分析物はセンサ表面に到達する前、又は直接にセンサ表面で凝縮するにつれ、即時的に検出される。分析は患者が吐き出す直後に行われるので、分析物の安定性が非常に改良され、正確で信頼性のある一貫性があり、臨床的に応用可能な結果が得られる。或る実施形態の場合、ＥＢＣサンプラ及び検出器の組み合わせ装置が供され、同一サンプリングによって凝縮した分析物と蒸気相の分析物との多重分析が可能となる。呼気は収集され、一個以上のサブシステムに導かれる。各サブシステムの中で、呼気の部分が凝縮され、又は凝縮されることが防止される。このテクニックではリアルタイムの連続的監視が可能なので、医学専門家及び通風器，麻酔器、薬品投入システム及び心臓のペースメイカーなどの追加的ハードウエアへの直接的フィードバックが可能となる。
【０００４】
本発明はその一面において、呼気の新しいサンプリング方式に関する。此処に記述される方式によると、凝縮物は直接センサ表面で凝縮され、又は凝縮後の凝縮物をセンサへ移転するミクロ流体及び／又は毛細管的経路を供することで、リアルタイム又は殆どリアルタイムの測定が可能になる。或る実施形態の場合、例えば、炭素ナノチューブのようなナノ構成要素が組み込まれる。これらのセンサにより、分析物が比較的少量であっても、高速なセンシングが可能になる。サンプルボリュームの減少はサンプリング時間の短縮、冷却用電力の減少、及び多重検査にとって重要である。
【０００５】
或る実施形態の場合、呼気凝縮／呼気サンプラ及び検出器の組み合わせが供される。更に供されるサンプリング用プロトコルでは、患者は一度以上一個のチューブ又は入力ポートに息を吐き出し、装置は同時又は逐次的に凝縮物サンプルを受け、各サンプル内の一種以上の分析物を検出するように構成されている。此処に記載のシステムは、かかる装置を含み、更に呼気凝縮物からのデータ及び（ガス状の）呼気からのデータを受け、呼気凝縮物データと呼気データの両方を使用した組み合わせメトリクスを生成するデータ解析要素を含む。或る実施形態の場合、サンプリング方式によって患者のシスティニルロイコトリエン（ＣｙｓＬＴ）レベルと好酸性気道炎症の率のリアルタイム測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】或る実施形態の場合の呼気凝縮物及び呼気サンプラの組み合わせ用の流路構成の略図である。
【図２】或る実施形態の場合の呼気凝縮物及び呼気サンプラの組み合わせ用の流路構成の略図である。
【図３Ａ】或る実施形態の場合の呼気凝縮物及び呼気サンプラの組み合わせ用の流路構成の略図である。
【図３Ｂ】或る実施形態の場合の呼気凝縮物及び呼気サンプラの組み合わせ用の流路構成の略図である。
【図４Ａ】或る実施形態の場合の呼気凝縮物及び呼気サンプラの組み合わせ用の流路構成の略図である。
【図４Ｂ】或る実施形態の場合の呼気凝縮物及び呼気サンプラの組み合わせ用の流路構成の略図である。
【図４Ｃ】或る実施形態の場合の呼気凝縮物及び呼気サンプラの組み合わせ用の流路構成の略図である。
【図４Ｄ】或る実施形態の場合の呼気凝縮物及び呼気サンプラの組み合わせ用の流路構成の略図である。
【０００７】
【図５】或る実施形態の場合の呼気凝縮物サンプラ及び検出器用の流路構成の一部の略図である。
【０００８】
【図６Ａ】或る実施形態の場合の呼気凝縮物カートリッジ受付部及び能動性冷却機構を含むユニットの略図である。
【図６Ｂ】或る実施形態の場合で使用可能な単使用凝縮物コレクタ及び検出器カートリッジを示す。
【０００９】
【図７】或る実施形態の場合の呼気凝縮物サンプラ及び検出器用の流路構成の略図である。
【図８】或る実施形態の場合の呼気凝縮物サンプラ及び検出器用の流路構成の略図である。
【００１０】
【図９】或る実施形態の場合で使用可能な単使用凝縮物コレクタ及び検出器カートリッジを示す。
【００１１】
【図１０Ａ】呼気凝縮物及び呼気サンプラ及び検出器の組み合わせの略図を示す。
【図１０Ｂ】呼気凝縮物及び呼気サンプラ及び検出器の組み合わせの略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の記載において、本発明が明確に理解されるべく、多くの詳細が開示されるが、本発明の実施にはこれらの詳細の全部が必要ではない。本発明の内容を不必要な程度にまで不明確化しないために、公知の実施方式などは詳細に記載されて居ない。発明は特種実施形態を参照して記述されるが、これは発明をこれらの実施形態によって限定する意図でないことは理解されよう。此処で物理蒸着、化学蒸着、及び原子層堆積に言及されるのは、プラズマ、真空、又は低圧プロセス、大気圧プロセスなどを含む種々の変形を含むもととする。
【００１３】
概要
呼気凝縮物（ＥＢＣ）には小分子，蛋白質、及びＤＮＡを含む種々の凝縮物が含まれて居る。患者のＥＢＣのこれらの成分の存在又は量を測定すれば、ｐＨ、消炎性又は炎症誘発性サイトカインを含む種々の蛋白質の存在などを含む臨床的及びその他の情報が供される。しかるに、今日に至るまでの呼気凝縮物サンプラでは必要量のサンプルを得るのに、患者は例えば１０分ものかなり長期間に亘ってサンプリング管に息を吐き続けなくてはならない。これは時間がかかるのみでなく、患者にとっても困難なことである。この管は試験所で収集されたサンプルの個別の分析用に送出される。
【００１４】
本発明は呼気凝縮物の中に見出される分析物用の直接サンプラ及び検出器を提供するものである。ＥＢＣの中の分析物はセンサ表面に到達する前、又は直接にセンサ表面で凝縮するにつれ、即時的に検出される。分析は患者が吐き出す直後に行われるので、分析物の安定性が非常に改良され、正確で信頼性のある一貫性があり、臨床的に応用可能な結果が得られる。或る実施形態の場合、ＥＢＣサンプラ及び検出器の組み合わせ装置が供され、同一サンプリングによって凝縮した分析物と蒸気相の分析物との多重分析が可能となる。呼気は収集され、一個以上のサブシステムに導かれる。各サブシステムの中で、呼気の部分が凝縮され、又は凝縮されることが防止される。このテクニクではリアルタイムの連続的監視が可能なので、医学専門家及び通風器，麻酔器、薬品投入システム及び心臓のペースメイカーなどの追加的ハードウエアへの直接的フィードバックが可能となる。
【００１５】
此処に記述されるサンプリング方式によると、凝縮物は直接センサ表面で凝縮され、又は凝縮後の凝縮物をセンサへ移転する流路を供することで、リアルタイム又は殆どリアルタイムの測定が可能になる。或る実施形態の場合、例えば、炭素ナノチューブのようなナノ構成要素が組み込まれる。これらのセンサにより、分析物が比較的少量であっても、高速なセンシングが可能になる。サンプルボリュームの減少はサンプリング時間の短縮、冷却用電力の減少、及び多重検査にとって重要である。
【００１６】
或る実施形態の場合、呼気凝縮／呼気サンプラ及び検出器の組み合わせが供される。更に供されるサンプリング用プロトコルでは、患者は一度以上一個のチューブ又は入力ポートに息を吐き出し、装置は同時又は逐次的に凝縮物サンプルを受け、各サンプル内の一種以上の分析物を検出するように構成されている。此処に記載のシステムは、かかる装置を含み、更に呼気凝縮物からのデータ及び（ガス状の）呼気からのデータを受け、呼気凝縮物データと呼気データの両方を使用した組み合わせメトリクスを生成するデータ解析要素を含む。或る実施形態の場合、サンプリング方式によって患者のシスティニルロイコトリエン（ＣｙｓＬＴ）レベルと好酸性気道炎症の率のリアルタイム測定が可能となる。此処に参照して合同されるものとする”Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｔｏ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ Ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ Ｔｏ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｗｉｔｈ Ｌｅｕｋｏｔｒｉｅｎｅ Ｍｏｄｉｆｉｅｒｓ”と題する米国特許公開２００９−０２３３９６３号を参照。
【００１７】
或る実施形態の場合、臨床用の小型携帯用サンプラ及び検出器が供される。患者が携帯用ユニットに接続されたり、又はその一部である導通路、入力ポート又はチャネルなどに息を吐き込んだ後、呼気サンプルは何個もの呼気凝縮物及び／又は呼気ガスサブシステムを通過させられる。これらのサブシステムにはサンプル条件づけサブシステム、液状測定サブシステム、及び検出サブシステムなどが含まれてよい。これらサブシステムの一種又は多種が或る一つの特別なサブシステムであってもよい。例えば単一のサブシステムがサンプルの条件付けとサンプル内の分析物の検出を行ってもよい。呼気サンプルはこれらのサブシステムを直列的に通過してもよく、又は並列的（即ちサンプルが複数のサブシステムに分割されて）に通過してもよい。サブシステムの中で、呼気ガス及び／又は呼気凝縮物はサンプル流体を条件づけ、流体特性の計測を実施し、既知及び未知の成分の存在又は量を分析する特性に遭遇することもある。
【００１８】
サンプル流体（液体又はガス）の条件づけをするサブシステムにはサンプルを適宜に凝縮させたり、その凝縮を阻止させたりするものが含まれる。液体特性を測定するサブシステムにはサンプルの温度、相対的湿度（ＲＨ）、粘性、導電性及び他の液体特性を測定するサブシステムが含まれる。或る実施形態の場合のサブシステムにはサンプルを条件づけしてその特性を測定する部品が含まれる。例えば、相対的湿度及び／又は温度の測定がサンプル凝縮器の中で行われてもよい。或る実施形態の場合のサブシステムは特別の既定の成分（例えばプロトン、代謝物質、核酸、蛋白質、酵素、イオン、塩など）の存在及び／又は量を適当な方法で分析するように構成されている。これらの方法には、導電率、イオン感応性電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）、光学的ＥＬＩＳＡ及びアンホメトリクＥＬＩＳＡを含む酵素リンク型免疫溶媒分析（ＥＬＩＳＡ）、エンドポイントポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）及びリアルタイムＰＣＲが含まれるが、これらに限定されるものではない。或る例のサブシステムは流体の既知の成分（例えばプロトン、代謝物質、核酸、蛋白質、酵素、イオン、塩など）の存在及び／又は量のため適当な方法で分析するように構成されている。これらの方法には、質量分析、及びＮＭＲが含まれるが、それらに限定されるものではない。或る実施形態の場合、次いで流体内の成分を同定する信号解析が行われる。或る実施形態の場合、携帯用ユニットにはソフトウエア及び／又はハードウエアを含む信号処理部品が含まれている。或る実施形態の場合、収集されたデータは他の部品（例えば実験室内又は臨床用コンピュータ）に送られて処理される。
【００１９】
或る実施形態の場合、フロー形成流路内の種々のサブシステムを通過した後、流体はシステムを通過して適当なサンプル解析テクニックを使用してオフライン解析のため適当な容器（例えば微量遠心管、マイクロタイター盤、テドラー袋、マイラー袋、ガラス容器、毛細管など）に収集可能である。
【００２０】
図１−図３は組み合わせ呼気凝縮物／呼気サンプラ及び検出器ユニット用のフロー路構成の略図である。組み合わせ呼気凝縮物／呼気ユニットが記述されているが、他の実施形態の場合、呼気凝縮物ユニットが供されている。かようなユニット用のフロー路構成がこれから如何にして導かれるか、当業者には自明であろう。
【００２１】
先ず図１には種々の呼気及び呼気凝縮物サブシステムのフロー路構成が示されている。入力チャネル１０は患者から吐き出された呼気を、直接、又は、呼気が一個以上の入力ポート又は他の入力チャネルを通過した後に、受け取る。入力チャネル１０は呼気センサチャネル１３と呼気凝縮物チャネル１４と二股に分かれている。或る実施形態の場合、チャネル１３及び１４へとのフローは夫々バルブ５及び６で制御される。種々の実施形態の場合、これらのバルブの開閉は自動的又は手動式にて行われる。例えば或る実施形態の場合、臨床者は呼気センシングチャネル用バルブ５を開け、呼気凝縮物センシングチャネル用バルブ６を閉めて装置を患者に供し、この入力チャネルに息を吐くように命じる。次いで、臨床者はバルブ５を閉じ、バルブ６を開けて、患者に再び入力チャネルに息を吐くように命令して呼気凝縮物を収集する。他の実施形態では、臨床者がバルブ開閉のタイミングを設定し、又は特種な測定の為に既にサンプルが十分に収集されたか自動的に判断された結果に基づいて自動化されている。下記のように、或る実施形態の場合、呼吸のサイクルに基づいて装置が自動的にバルブを制御する。代行的実施形態の場合、組み合わせ呼気／呼気凝縮物測定の際に両方のバルブが開けられ、フローはチャネル１３と１４の両方に分岐する。もし呼気又は呼気凝縮物測定が実施されるのでない場合、一方のバルブは閉じられてよい。代行的実施形態の場合、ユニットはバルブ５及び６の一方以上を含まない。
【００２２】
バルブ５及び６は、その存在する場合、ゲート型バルブ、ダイアフラムバルブなどの比較的低流量ガス流を制御するための適宜な如何なるタイプのものでもよい。多くの実施形態の場合、バルブ５及び６は一方向バルブ又はチェックバルブである。バルブは何処でも適当に設置されてよい。図示の例において、呼気ガスサンプルチャネル１３には３個のサブシステム３’、３”、３’”があり、呼気凝縮物ガスサンプルチャネル１４には３個のサブシステム４’、４”、４’”がある。一つのサブシステムには何個のサブシステムが含まれても良いが、典型的には一個以上の既知又は未知の分析物を検出するためのサブシステムが少なくとも一個含まれる。必要に応じて、追加的サブシステムがあってよい。サブシステムには種々の特性がチャネルの壁に設置されてあってよく、叉、追加的フロー路、取り外し可能でチャネル１３又は１４と接続する入口及び出口ポートを有するカートリッジを有するものでよい。サブシステムの詳細な設置及び構成はサブシステムの実施によって変化する。
【００２３】
図２はセンサ３４上の直接凝縮を含むフロー路構成を示す。呼気ガス流チャネル１３にはインラインサブシステム２３及び３３、即ち流体調節器サブシステム２３及びガス相インライン検出器３３が含まれる。呼気凝縮物チャネル１４には呼気凝縮物検出用のサブシステム３４が含まれる。図示の実施形態の場合、チャネル１４に入るガスサンプルは直接呼気凝縮物センサ３４の上で凝縮する。センサ表面の上での直接凝縮が使用される実施形態においては、チャネルの壁の上での早過ぎる凝縮を阻止するため、センサ３４の上流のサブシステムが呼気凝縮物チャネルに含まれて良い。
【００２４】
図３Ａは呼気凝縮物センサの上流の凝縮サブシステムを含むフロー路構成を示す。呼気凝縮物サンプルチャネルには凝縮器２３とインラインセンサ３４が含まれる。図３Ｂは凝縮器２４とインラインセンサ３４を含む呼気凝縮物フローチャネル１４の一部を例示するものである。凝縮器２４とインラインセンサ３４とは液体フローチャネルによって接続されている。図示のように、二つの例が示されて居る。フローチャネル１６ａはチャネル内を移動する間にサンプルに吸収される電解質及び／又は他の分析試薬でコーティングされて居り、フローチャネル１６ｂは側方フロー／流体的チャネルである。このチャネルは毛細管フローチャネル又は微小流体フローチャネルであり、微小流体ポンプはあっても無くてもよい。凝縮器から呼気凝縮物センサへとの液体フローの更なる詳細は以下記載される。
【００２５】
図４Ａ−４Ｄは直列に配置されたフロー路構成の種々の実施形態を示す。まず図４Ａはチャネル１１に沿って、ガス調節器２３、ガスセンサ３３、凝縮器２４及び凝縮物検出器３４の四個のサブシステムを示している。患者がユニット内へ息を吐き出すと、呼気は直接又は間接にチャネル１１に入る。サンプルはガス調節器２３及びＮＯなどのガス相分析物の存在及び／又は量を測定するガスセンサ３３とに逢う。サンプルの全体又は一部が次いで凝縮器に通される。凝縮器は次いで凝縮物検出器へと進む。種々の実施形態の場合、凝縮器２４を通過後残存するガス相サンプルは出口チャネル（図示せず）又はガス相収集用部品（図示せず）に導かれ又は凝縮物センサをも通過させられる。図４Ｂは少量のガスサンプル１５を測量し、ガスセンサ３３に計量付与するサブシステムに入る。例えば、サブシステム２３はサンプリング時間に基づいて呼気の特定の部分からガスを収集するように作用してもよい。残りのガスは凝縮器２４及び凝縮物センサ３４に進む。図４Ｃと４Ｄとは、凝縮物サブシステムがガス相サブシステムの上流にあるフロー路構成の例を示す。図４Ｂで呼気は凝縮器２４に、次いで凝縮物センサ３４に入り、サンプルはガス相調節器２３とガス相センサ２４に続行する。サンプルが凝縮器２４に逢うことになる他の一例が図４Ｃに示されている。凝縮器で形成された凝縮物は次いでチャネル１６を通じてサンプル凝縮器３４に導かれ、凝縮しないガスはチャネル１１に沿って続行し、ガス調節器２３”及びガス相センサ３３とに逢う。
【００２６】
すべてのフロー路構成におけると同様に、特別なサブシステムの位置及び存在は実施形態に従って変化するものである、例えば、図４Ｃに示されたどの例においても、ガスサンプルは図４Ｂについて上記されたように処理されてよい。図４Ｄの例では、ガス相調節器２３’が凝縮器の上流にある。このような構成は、例えばサンプルが凝縮器２４に到達する前に凝縮するのを防止するように使用可能である。上記のように、種々の実施形態の場合、追加的サブシステムが存在してもよく、及び／又は存在しなくてもよいサブシステムも存在するものである。一般的に、呼気／呼気凝縮物ユニットには少なくともガス相呼気サンプルセンサ、凝縮器、及び凝縮物センサが含まれ、或る実施形態では凝縮器と凝縮物センサとが一個のサブシステムに組み合わせてある。一般的に、呼気凝縮物ユニットには凝縮器及び凝縮物センサが含まれ、凝縮器と凝縮物センサとが一個のサブシステムに組み合わせてある。下記のように、或る実施形態の場合、ユニットは測定ごとに変更されるものであり、種々のサブシステムは取り外し可能な単使用又は複使用カートリッジに納めてある。
【００２７】
サンプル凝縮の制御
上記のように、サンプル調節用サブシステムは呼気サンプルを特に凝縮させたり、させなかったりする処理のために、センサの上流に設置される。更に、どのサブシステム（センサなど）の中でも、呼気サンプルは特に凝縮したり、しないように処理されてもよい。サブシステム内及び／又は呼気凝縮物サンプルチャネルの全体及び／又は呼気サンプルチャネルの全体又はその一部に存在する水蒸気の量を増減するために追加的テクニクが使用されてもよい。
【００２８】
サンプルの凝縮はガス温度がそのガスの露点以下に近づく又はそれ以下に降下した場合に起こる。露点はガス中の水蒸気量の関数である。露点は更に塩のような水蒸気中の成分によっても影響される。露点以下、それにおける、又はそれ以上で凝縮の起こることは水蒸気が凝縮する為の核形成場所の有無にも依存する。核形成の場が存在すると、凝縮が促進され、従って核形成の場がない場合より高温での凝縮が可能となる。ガスは種々の表面の上に凝縮可能である。これらの表面はオフライン解析を容易にするため、取り外し可能な収集容器の内部にあってもよい。表面とはセンサ自体であってもよく、凝縮物は直接センサ上に形成されることになる。ＣＮＴの大面積及び高導熱性は凝縮を容易にする。表面は蒸気が凝縮して流体チャネルに流入するように流体通路に付けられても良い。流体チャネルは流体が処理され解析される微小流体システムの一部であっても良い。
【００２９】
或る実施形態の場合、サンプルはセンサ及び／又はセンシング要素の上に直接凝縮する。電気化学的センサ、酸化金属センサ、炭素ナノチューブに基づくセンサ（ＦＥＴ、電気化学的、など）及び光学センサを含む如何なるタイプのセンサであってもよい。センサはどのようなタイプでもよく、複合的でも単一的でも、異なる複数の組み合わせでもよい。
【００３０】
或る実施形態の場合、分析物のセンシング要素以外に構成に拘らず凝縮の存在を決定するのに追加的センサが使用されてもよい。このセンサは凝縮物解析を開始する前に十分な量のサンプルが凝縮したか判断するのに使用可能である。センサ要素上の凝縮の存在を判断するためには、導電率、キャパシタンス、４電線導電率、光学透過度、及び／又は干渉に限られず、如何なる方法が採られてもよい。
【００３１】
電気的計測の場合、計測用電極は分析物センサ要素の逆端部に設置されてよい。凝縮物解析センサの電極が液体の存在の感知用に共有可能の場合もある。凝縮させるため、センサはペルチエ又はその他の熱電気装置、マニホルド付きの冷却板を使用した局地的冷却、又は使用前にセンサのカートリッジを冷蔵庫又は冷凍庫の中に保管して低温に保持する方法が採られる。凝縮はセンサと吐き出された患者の呼気との温度差によって起こされる。
【００３２】
冷却要素は呼気サンプルを直接サンプル上に凝縮させるのに適当な如何なる位置又は構成で設置されてよい。例えば、凝縮物センサ要素は直接ペルチエ要素の上に設置されてよい。サンプル呼気を加熱及び／又は加湿（ＲＨを増加）してセンサ／マルティプレクス装置上に凝縮を起こす実施形態もある。これはセンサ表面の冷却の代わり又は追加的に行うことである。露点は正確な条件を決定するために計算される。
【００３３】
代行的実施形態の場合、凝縮面は特定の場所に設置され、及び／又は凝縮サンプルをセンサに導いたり移送する特定な幾何学的形状を有するものである。一実施形態の場合、凝縮面はセンサ面の上に位置され、凝縮物はこの凝縮面上に形成され、次いで重力及び／又は他の応力によってセンサ面へと導かれる。凝縮面は移動を容易にする特定な幾何学的形状でよい。
【００３４】
或る実施形態の場合、タイマが装置に組み込まれている。例えば、複数のセンサを含む装置の場合、各センサは特定の時間に凝縮及びセンシングが行われるように活性化される。かようにして、例えば、一時間毎の読み取りなどが可能となる。センシングのプロトコルはプログラム化され、必要に応じて特定されたセンサ上での凝縮の許容及び防止の為の加熱及び冷却を制御する。或る実施形態の場合、センシングは外部のイベント（例えばモルフィンの注射）に合わせてプログラムされてよい。
【００３５】
或る実施形態の場合、図３Ｂに示されるように、凝縮したサンプルを収集するのにフロー路に沿った分離したチャンバが使用される。凝縮したサンプルは流体チャネル／側方フロー路を通じてセンサに導かれる。チャネルはサンプルが移動させられると共にサンプル溶解する電気化学的検出用の電解質でコーティングされてよい。凝縮器とセンサ間の輸送についての詳細を以下説明する。センサ上に直接凝縮する場合と同様、導電性測定はセンサ応答を正規化するのに実施される。呼気ごとの凝縮物の量及び必要量の流体を収集するのに何度の呼気が必要かと言うことが決定され、センサで検出可能で臨床的に有意義な分析物濃度を得る。
【００３６】
或る実施形態の場合、冷却板又は装置はセンサの下側（又はその他の凝縮が望まれる位置）に設置される。これは熱電気クーラー、冷却用チャネル付きの板などである。クーラーは（例えば冷却とセンサ用二層ウエファを供するため）ウエファ内で製造され、又はセンサ装置の底部に設置されてよい。或る実施形態の場合、冷却は他所での凝縮を防止するため、センサにと高度に局地化されている。或る実施形態の場合、例えば生化学的応用の場合、冷却温度は制御されている。
【００３７】
凝縮器を含む凝縮器サブシステム及び／又は検出器サブシステムには凝縮面が含まれている。或る実施形態の場合、凝縮面とはガスサンプルを通過させるメッシュ物質であり、メッシュによって凝縮物が生成される。或る実施形態の場合、凝縮物は金属ワイヤのメッシュである。メッシュ物質は平面的であって、サンプルの流動をその面に垂直としてよく、又は三次元ワイヤメッシュ物質としてサンプルの流動がそれを通るものとしてもよい。メッシュは９０度その他の角で交差するワイヤなど、如何なるものであってもよい。メッシュ体は更に平行ワイヤの組で形成されたものでもよい。メッシュの方向はメッシュ面上の凝縮物の受領部へのフローを最良化するように構成することが可能である。望まれる全体的表面を形成するために、複数の平面的ワイヤメッシュが直列に使用されてもよい。
【００３８】
或る実施形態の場合、一個の呼気サンプルがｐＨ、導電率、蛋白質、核酸、代謝物質、酵素などのような成分及び／又はパラメタの解析に十分な呼気凝縮物を供し得る。水の飽和蒸気圧に基づく典型的に５００ｍＬの呼気は１４ミクロリットル（３０ Ｃ及び９０％ＲＨを想定）及び２０ミクロリットル（３５ Ｃ及び１００％ＲＨを想定）の間である。しかし、観察される凝縮物の回復度は１００％以下である。以前示された種々の実施形態によると、一呼気について約１ミクロリットルから１０ミクロリットルの間の凝縮物が収集される。或る実施形態の場合、１−１０マイクロリットルでｐＨ、導電率、蛋白質、核酸、代謝物質、酵素などのような呼気凝縮物の成分及び／又はパラメタの分析に十分である。一呼気からの凝縮物を計量するのに必要な高度の収集効率が本発明のデザインによって可能となる。
【００３９】
或る実施形態の場合、呼気凝縮物分析を呼気−呼気のベースで行うのが有利である。大表面積メッシュ凝縮面及び小凝縮物ボリュームにより呼気凝縮物を呼気−呼気のベースで実施することを可能にする。更に、均一的な凝縮器効率で測定に復元性で呼気サイクルに亘って一貫性を供する。
【００４０】
更に或る実施形態の場合、ガスサンプルは一カ所以上での位置での凝縮を防止されてもよい。凝縮の防止は例えば環境の条件及び／又は凝縮器に近接していることなどの理由で必要となる。例えばガス調節サブシステムの中での凝縮の防止にはチャネルの加熱が含まれることもある。
【００４１】
凝縮物移動
或る実施形態の場合、此処に記載される装置は一個以上の凝縮面から一個以上の凝縮物センサへと凝縮物が移動されるように構成される。或る実施形態の場合、一個以上の毛細管フローチャネルが凝縮面とセンサの間に供される。或る実施形態の場合、灯心膜（湿潤性の膜）又は他の物質が凝縮面とセンサの間に供される。或る実施形態の場合、一個以上の非毛細管フローチャネルが供される。これらの実施形態の場合、流体は重力、界面動電性、空気圧、流体圧、真空、熱学的、浸透圧、ポンピング、二種金属膜（バイメタルディスク膜）、プランジャなどの力で移動可能である。或る実施形態の場合、患者の吐き出す呼気が凝縮物に動力を供することになる。
【００４２】
或る実施形態の場合、計測された量の凝縮物が凝縮物の表面からセンサへ配達される。或る実施形態の場合、サンプルの計量されたボリュームを定義する二個のバルブが凝縮物表面から呼気凝縮物センサへとのフロー路に含まれている。図５は凝縮物表面５３４、サンプルボリューム５４０及び第１バルブ１及び第２バルブ２を含む呼気凝縮物流体路の一部のブロック図を示す。サンプルボリューム５４０は或る定義されたサイズであり、例えば５μＬ又は１０μＬである。呼気が凝縮面５２４の上で凝縮するにつれ、又はその後、サンプルボリューム５４０の中へ移動する。サンプルボリューム５４０は長い方のマイクロ流体、チャネル又はかようなチャネルに沿ったチャンバであってよい。バルブ２は閉じられ、凝縮物がサンプルボリューム５４０の中に収集されることを許容する。バルブ１はサンプルボリューム５４０が充填されるまで開いたままであり、その時点で閉じられ、正確な量の液体をサンプルボリューム５４０内に補足する。バルブ２により、次いで正確に計測されたボリュームの凝縮物が検出器の方向に移動される。
【００４３】
ガス相のセンシング
呼気サンプルガスはガス相センサ要素を貫き、又はその近辺を通過する。このセンサは複数の単一タイプ、複数タイプの組み合わせ、又は他の変化形、即ち電気化学的、酸化金属、炭素ナノチューブ、光学的、電界効果トランジスタなど、どのようなタイプのものでもよい。或る実施形態の場合、必要に応じて呼気から水蒸気を除去するためにデシカントが使用可能である。追加的スクラバー、触媒コンバータ、又は他のガス調節要素などが種々の実施形態で使用可能である。
【００４４】
或る実施形態の場合、呼吸サイクルの特別な相からのガスボリュームが解析される。例えば、ＮＯをモニターする場合、呼気の中の関係ある部分が解析される。或る実施形態の場合、図１を参照して上記のように記述されたバルブが使用され、ガス相検出が行われるように確認する。即ち、電子的リーダが促進されてガスサンプルチャネルが閉じられる。代行的に、ガス相と凝縮物相とが直列的に行われてもよい。他の実施形態の場合、バルブ及び／又は検出器の配置によって凝縮物相検出がガス相検出の前に起こる。
【００４５】
ガス相検出器は吐き出された呼気サンプルのどのガス相成分を検出するものでもよい。これらには、二酸化炭素、酸素、酸化窒素、窒素、二酸化窒素、過酸化水素、アセトン、アンモニヤ、硫黄化合物、アセチレン、一酸化炭素、エタン、及びペンタンが含まれる。上記のように、或る実施形態の場合、ナノ構成のセンシング要素を有するセンサが供される。酸化窒素、二酸化炭素、及び他の呼気成分用の炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）型検出器の例は下記の文献に記述されて居り、これはすべて此処に参照して合同するものとする：”Ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｂｒｅａｔｈ Ａｎａｌｙｚｅｒ Ａｎｄ Ａｓｔｈｍａ Ｍｏｎｉｔｏｒ”と題する米国特許公開２００７−００４８１８０号、”Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｎａｎｏｓｅｎｓｏｒ， Ａｎｄ Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ＣＯ２ Ｍｏｎｉｔｏｒｓ”と題する米国特許公開２００７−００４８１８１号、同じく”Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｎａｎｏｓｅｎｓｏｒ， Ａｎｄ Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ＣＯ２ Ｍｏｎｉｔｏｒｓ”と題するＷＯ２００８−０３９１６５号、”Ｓｅｎｓｏｒ Ｈａｖｉｎｇ Ａ Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ， Ｎｉｔｒｉｃ Ｏｘｉｄｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ Ａｎｄ Ｍｏｎｉｔｏｒ”と題する米国特許公開２００８−０２２１８０６号、及び”Ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃａｐｎｏｍｅｔｅｒ Ａｄａｐｔｅｒ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ａ Ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｔｏ Ａｔ Ｌｅａｓｔ Ｏｎｅ Ｇａｓｅｏｕｓ Ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ Ｏｆ Ｅｘｈａｌｅｄ Ｂｒｅａｔｈ”と題する米国特許７，５４７，９３１号。
【００４６】
呼気凝縮物のセンシング
或る実施形態の場合、呼気凝縮物サンプラ及びリアルタイムか殆どリアルタイムの検出及び解析が可能の検出器が供される。種々の実施形態の場合、このサンプラは上記の呼気（ガス）サンプラと組み合わされてよい。呼気凝縮物サンプラはＦＥＴ及び／又は電気化学的センシング装置及び／又は光学的センシング装置と共に使用可能である。上記の如く、或る実施形態の場合、サンプルはセンサの上に直接凝縮され、これで浪費が防止され、流体運動の必要性がなくなる。センシングの前に、センサ上に十分凝縮物液体があるか感知するため、上記のようなモニタが使用されてもよい。センサ端部の接触電極により、センサ部品に亘る液体の連続的フィルムの検出が可能となる。或る実施形態の場合、吐き出された呼気凝縮物の溶解度又は希釈度を決定するのに、接触電極が使用される。例えば、呼気凝縮物の大気による希釈は導電率測定値と大気の凝縮物ベースライン導電率との比較で決定可能である。或る実施形態の場合、異なる分析物のセンシングのために複数のセンサが一個の装置内に含まれる。
【００４７】
或る実施形態の場合，装置にタイマが組み込まれる。例えば複数のセンサが装置に含まれている場合、特定の時間に凝縮やセンシングのために各センサを活性化することが可能である。このようにして、読み取りが毎時間などに行える。センシングのプロトコルはプログラム化され、必要に応じて加熱や冷却が制御されて特定のセンサの上の凝縮を許容したり、防止したりする。或る実施形態の場合、センシングは例えばモルフィン注射のような外部イベントと関連してプログラムされる。
【００４８】
或る実施形態の場合、センサには例えばＣＮＴ−ＦＥＴ、ナノ構成電気化学的センサのようなナノ構成部品が含まれている。これらのセンサは小さくて少量の分析物しか必要としないので、冷却に関する要求度も低い。例えば或る実施形態の場合、必要とされる呼気凝縮物は数マイクロリットルのみである。更に、このようなサンプルを得るに要する時間は短い（例えば一回又は数回の呼吸）ので、臨床者が存在してサンプルが収集されてもよい。他の実施形態の場合、光学的センサ又は他のセンサが使用可能である。
【００４９】
或る実施形態の場合、センサ上の凝縮物の量が制御される。種々の実施形態の場合、これは制御された量を直接センサ上に凝縮させることにより、又はセンサを加熱して過剰の凝縮物をセンサから除去し、例えば電極付きのウエル又はウエル上に設置されてウエルがフルになることを感知する他のモニタのような計測された量を底部から冷却したりして実施される。必要に応じ、側方フロー又はミクロ流体チャネルが計測されたボリュームをセンサへと導く。
【００５０】
呼気の中に存在し、水中で可溶の如何なる分析物の検出にも呼気凝縮物センサは使用可能である。これらには蛋白質及びＤＮＡが含まれる。特別な実施形態の場合、センサはＬＴＣ４、ＬＴＤ４及びＬＴＥ４を含む一種以上のシスティニルロイコトリエン（ＣｙｓＬＴ）を検出する。
【００５１】
或る実施形態の場合、ナノ構成要素を有する電気化学的センサが使用される。これらのセンサは少量のみの分析物を必要とする。従って、必要とする呼気の回数も少なく、凝縮時間も相対的に短い。これは凝縮効率がサンプリングの周期に亘って均一的であることを意味する。ＣＮＴを有する生化学的検出用の電気化学的センサはここに参照して合同されるものとする米国特許出願２００８−０１８５２９５号に記載されている。
【００５２】
電気化学的ＥＬＩＳＡを使用する種々な蛋白質目的物の電気化学的測定も上記に引用の文献に記載されている。一例において、ＣＮＴはここに記載されるサンプリング方法と組み合わせてのＬＴＥ４の検出に使用され、センサ構成に種々のオプションを供する。例えば、種々の実施形態において、ロイコトリエンの競合的分析において、アセチルコリンエステラーゼ（ＡＣｈＥ）、ホースラディッシュペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）などの酵素ラベルがサンプルマトリクス、所望の感度及び他の分析での必要性に応じて使用可能である。
【００５３】
或る応用において、吐き出された呼気と吐き出された呼気凝縮物を両方分析することがこれら両方に関する情報を得ることで達成される。
【００５４】
一応用例において、ＮＯ及びＬＴＥ４が呼気と呼気凝縮物サンプラの組み合わせ及び検出器ユニットを使用して測定される。呼気および呼気凝縮物内の目的とする他の分析物にも同じ方法が応用可能である。呼気内の目的物の例にはアセトン、エタン、硫化水素、酸素、ペンタン、二硫化炭素が含まれる。呼気凝縮物内の目的物の例にはグルタチオン、過酸化水素、アセチルコリン、及び１−チロシンが含まれる。バクテリヤ及び揮発性有機化合物のような結核などの状態のマーカも測量可能である。他の実施形態の場合、センサ応答の正規化又は診断用ツールとしてＣＮＴ−ＦＥＴに基づくセンサと使用するＣＯ2の計測及び電位差測定方法によるｐＨの計測もここに記載される検出器及び凝縮器で計測可能な他の目的物である。凝縮器や検出器が呼気及び／又は呼気凝縮物内のマーカーの測定を必要とする如何なる条件にも応用可能であることは明らかである。
【００５５】
一応用例において、電気化学的酵素分析を使用する呼気中のアセトンのような化合物のセンシングが達成される。過酸化水素を生成するニコチンアミドアデニンジヌクレチド（ＮＡＤＨ）余因子と組み合わされた二次アルコール脱水素酵素のような酵素が使用される。このような応用においては、小さいセンサの上に十分な酵素が存在することが非常に重要である。小さいセンサのデザインにより少量の流体での多重化が可能となる。このような応用において、炭素ナノチューブのようなナノ構成物質は高度の表面積及び酵素の不動化を容易にする生分子親和力を供する。
【００５６】
種々の実施形態の場合、呼気凝縮物分析フロー路の構成には以下の特性の中の一つ以上が個別又は組み合わせとして含まれる：フローチャネルは非接触酸素及びｐＨ測定用の蛍光体／表示用染料を含むゾルゲルのパッチでコーティングされてよい。非接触導電率測定は微小流体チャネルに亘る一対の電極を使用して電気的に実施可能である。導電率の測定は電極上の凝縮物の或るボリュームの存在を確定するのに使用可能である。これはバルブを制御するフィードバックとして使用される。酸素、ｐＨ、導電率、及びその他の測定は分析物応答を正規化するのに使用される。
【００５７】
或る実施形態の場合、リポーター抗体がチャネル内にコーティングされた酵素ラベルで機能化されている。分析物を含む凝縮物液体はリポーター抗体を溶解し、分析物＋リポーターの構成体が電気化学センサ上の電極上の捕獲リポーターと組み合わされる。或る実施形態の場合、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）に基づく電気化学センサが使用される。ＣＮＴに付着した後の生分子の安定度の増加を利用するために、リポーター抗体はＣＮＴ上に不動にされてもよい。このアプローチによって、感度が向上されるならば、ＣＮＴにはリポーター抗体毎に複数の酵素ラベルを付けても良い。ＣＮＴによってリポーターの安定度が向上すると、捕獲抗体は既にＣＮＴで電極上に不動化されているので、装置はより広い温度範囲で使用可能となる。
【００５８】
カートリッジ
或る実施形態の場合、一個以上のサブシステムが、より大きいユニットと組み合わせ可能な単一用途又は複数用途の取り外し可能なカートリッジの中に供される。例えば以下の中の一つ以上がカートリッジ内に供される：ガス相センサ、呼気凝縮物センサ、凝縮器、及び／又は凝縮面。特種の実施形態の場合、カートリッジは凝縮面、一個以上の凝縮物センサ、及び凝縮物を凝縮面からセンサへ導く一個以上のチャネルを含むものである。図６Ａは単一用途カートリッジがその中にはめ込まれるカートリッジスロット６０３を有する呼気／呼気凝縮物ユニット６０１の典型的な実施形態を示すものである。このユニットは、呼気凝縮物のみのユニットであってもよい。冷却機構６０４はカートリッジの凝縮面を冷却するように構成されている。この冷却機構は熱電気装置、冷却チャネルなどでよい。
【００５９】
図６Ｂは図６Ａに示されたようなユニットと組み合わせ可能な単一用途カートリッジ６１０の典型的な実施形態であり、ワイヤメッシュの凝縮面６２４、呼気凝縮物センサ６３４、及び流体チャネル６１６を有する。空気サンプル流はワイヤメッシュ６２４の面と垂直でペイジの面へとの方向である。カートリッジ６１０はユニット６０１とスロット６０６内に収まるように構成されている。図示の実施形態の場合、ワイヤメッシュ６２４は冷却機構６０４と接触する導熱性の面６５０（例えば金属）で囲まれて居る。センサ６３４からの電気信号はユニット６０１内の電気接続子（図示せず）とインタフェイスする接触子６１２に送られて信号処理に送られる。
【００６０】
単一用途カートリッジは凝縮面及び／又は検出器上の測定面のサンプル汚染防止に使用可能である。或る実施形態の場合、ユニット又は検出器から分離したカートリッジ内に凝縮面が供されて、洗浄の後再度使用可能である。或る実施形態の場合、ガス相検出器は呼気／呼気凝縮物ユニットと組み合わせ可能にするように構成された自身の取り外し可能なカートリッジの中に存在する。
【００６１】
呼気のみの測定が組み合わされた呼気／呼気凝縮物ユニットによって望まれて居る実施形態の場合、呼気凝縮物カートリッジはブランクのカートリッジで置換されてよい。
【００６２】
ＥＢＣフロー路構成例
或る実施形態による呼気凝縮物検出器はリアルタイム競合的又は非競合的呼気凝縮物免疫検定を実施するように構成される。図７は凝縮物を含む分析物、分析物の捕獲種（もし存在するならば）、リポーター及び下地層を含む、或る実施形態による免疫検定フロー路を示す。図示例のフロー路はロイコトリエン分析用のものであるが、他の分析用に如何にフロー路を変更させればよいか、当業者には理解可能であろう。図示のフロー路は、凝縮面７２４を起点とする。例えば、凝縮面はワイヤメッシュ又はその繋がりであり、その上に凝縮物が生成される。凝縮物はそこから導電率及びｐＨ測定部７５０へと移動する。下記のように、導電率は凝縮物の充填を検出するのに使用可能である。凝縮物は次いでリポーター種７４２と混合し、凝縮物とリポーターとは流れて捕獲種７４５と反応する。図示の実施形態の場合、捕獲種はロイコトリエン分析用のシスティニルロイコトリエン（ＣｙｓＬＴ）であるが、如何なる捕獲種も適宜に使用可能である。下地層７４６はリポーターと反応するように添加される。フロー路構成に洗浄のような他のフローも含まれてよいことは当業者には理解出来よう。ロイコトリエン分析用捕獲種の例には抗体、抗体フラグメント、分子リポーター、アプタマー、オリゴヌクレオチドがある。ロイコトリエン分析用リポーター種の例には酵素、金、ラテクス、金属などがある。リポーター種は抗体、抗体フラグメント（Ｆａｂ，Ｆａｂ２，Ｆｃ）アプタマー、分子リポーター、オリゴヌクレオチドのような認識要素に結合可能である。ロイコトリエン分析用洗浄下地層例にはリン酸塩緩衝溶液がある。洗浄溶液には洗剤やＴｗｅｅｎ−２０，ＳＤＳ，Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ１００，ＮＰ４０のような界面活性剤が添加されてもよい。過剰なリポーターや他の廃棄物は廃棄部７４７に転送される。
【００６３】
図８は特種な実施形態によるフロー路構成をより詳細に示すものである。ここでは図５を参照して上記において説明されたように、凝縮物は凝縮器表面８２４からサンプルボリューム８４０へと毛細管運動又はその他の様相で流れてゆく。サンプルボリュームチャネル又はチャンバ８４０の充填は導電率／ｐＨ測定域８５０で測定されてよい。サンプルボリューム８４０の両端の電極はサンプルボリューム８４０を通じる導電性通路が出来たかを示す指標となり、それによってサンプルボリューム８４０がフルになったことが示される。バルブ１及び２は三方バルブである。一度サンプルボリュームがフルになると、サンプルはバルブ１によりライン８６０を使用してサンプルボリューム８４０から押し出される。ライン８６０は空気式又は流体ラインである。カートリッジが使用される実施形態の場合、主ユニットからカートリッジ外で制御されてもカートリッジ上で制御されてもよい。バルブ２は三方バルブであり、サンプル充填段階においてサンプルを導電率測定領域８５０に到達させ、次いで充填が完了するとサンプルをセンサ地帯８３４に導くものである。リポーターボリューム８４１は同様に三方バルブ３及び４及びライン８６２を通じて所望量のリポーター８４２を測量する。図示されていないが、リポーターボリューム充填感知機構が存在してもよい。サンプルとリポーターは電気化学センサ又は適当な他のタイプの液相センサ、及び必要に応じて試薬を含み、混合してセンサ地帯８３４に流入する。洗浄８４８及び下地層８４６ラインは一方バルブ８と７によって夫々制御される。過剰リポーター、洗浄、及びその他の廃棄物は廃棄部８４７に送られる。
【００６４】
或る実施形態の場合、上記の呼気凝縮物フロー路は単一用途又は複数用とカートリッジ上で実施される。図９はカートリッジ上流通凝縮面９２４、試薬／洗浄貯蔵部９４６、電気化学センサ９３４、及び電気接続子９１２を含む単一用途カートリッジの一例を示す。凝縮面９２４の冷却は能動的又は受動的である。能動的システムの中で凝縮面９２４は例えば熱電気冷却器又は冷却チャネルのような熱シンク（図示せず）で囲われている。典型的に冷却機構はオフカートリッジであって、主ユニットに設置される。或る実施形態の場合、カートリッジの一部は半導体材料であっても電気化学装置の一部でもよい。受動的システムの中でカートリッジは使用前に冷却される。
【００６５】
上記のように、或る実施形態の場合、呼気導電率は充填指標として使用される。或る実施形態の場合、これは凝縮物正規化に使用可能である。導電率はサンプル内の水量（希釈）の指標である。この情報は、分析物の希釈に対するセンサ応答の調節に使用される。導電率は小型の相互に組み合った電極で計測可能である。カートリッジ形態として、カートリッジには電極を含む層がある。ＡＣ導電率計測が実施される。上記のように、導電率計測は更なるサンプルの輸送用に一個以上のバルブを開く信号を供する。
【００６６】
或る実施形態の場合、呼気凝縮物のｐＨが計測される。呼気凝縮物のｐＨは空気通路の代理的寸法であることが示されている。空気通路酸性化は喘息、嚢胞性繊維症、慢性閉塞性肺病（ＣＯＰＤ）を含む多くの呼吸器病に普遍的である。典型的なＥＢＣ凝縮物の範囲は中性的なｐＨで７−８であり、酸性で＜６である。比較のため、３７ Ｃにおける純水のｐＨは６．８１（自己イオン化によりやや酸性）であり、血液のｐＨは７．３５−７．４５である。
【００６７】
ＥＢＣ ｐＨ計測は電位差計測でも電流計測でもよい。或る実施形態の場合、計測は電極上にイオン選択用の膜を必要とするのみで、製造が容易であるため、電流計測である。電位差計測と電流計測の両方において、イオン選択用の膜がＨ+イオンへ特殊性を与えるために使用される。イオノホアＨ+選択膜の一例としてＴＤＤＡがある。
【００６８】
組み合わせユニット
上記のように、或る実施形態でのサンプリング方法では、組み合わせユニット内での呼気凝縮物及び呼気計測を供する。図１０Ａ及び１０Ｂは種々の実施形態の場合に従ったそのようなユニット１００の種々の部品を略示するものである。明確化のため、図示されていない部品もある。先ず図１０Ａにはユニット１００の外部前面図が示されて居り、典型的にプラスティック材料であるハウジング１０１が含まれる。目下の計測に関係ある情報１０４を表示する表示装置１０２がある。或る実施形態の場合、表示装置１０２とはタッチスクリーン入力及び出力インタフェイスであり、実施中分析に関連ある入力を受理する。その他の実施形態の場合、ユニット１００は分離した入力インタフェイス（例えばキーボード）を含み、又は外部入力インタフェイスと接続される。ユニット１００は図６Ａを参照して上記に説明されたようなカートリッジをはめるスロット１０６を有する。使用の際、患者はその一部又は全体がチューブ状又はその他の物質であるチャネル１０８と流体的に接続したアダプタ（図示せず）の中に呼気を吐き込む。
【００６９】
図１０Ｂはユニット１００の種々な内部部品を略示する。サンプル（例えば（５０ｍ／ｓ）はユニット１００をチャネル１０８を通して流れる。図示の実施形態の場合、スロット１０６にはめ込まれたカートリッジ１１０の中の流通凝縮器を通して流れる。呼気凝縮物計測が所望されてない場合には、カートリッジ１１０をブランクカートリッジとしてサンプルを流通させてよい。凝縮物は形成され、図７−図９を参照して上記のように説明された如く、一個以上のセンサに導かれる。或る実施形態の場合、一呼吸に約５マイクロリットルが形成され、一個以上のセンサに導かれる。
【００７０】
サンプル（少量の今や凝縮した水蒸気を除く）はチャネル１０８内の流通凝縮器を通して流れる。或る実施形態の場合、開口１１２が少量の後圧を生成する。流量計が設置されて居り、呼気の正確な流量を読み出す。流量は開口に亘る圧力の降下で決定される。これは流量を測定する廉価な方法である。もし流量計部品が使用されるならば、患者とＮＯ或る実施形態の場合の前の間に設置されるであろう（ＮＯ或る実施形態の場合が主ラインから空気を吸引してＮＯ或る実施形態の場合の後に実施される流量計測に影響を与えるから）。呼気が捕獲されるに従って流量は確認される。既定量の呼気サンプル（例えば５ｍｌ／ｓ）は１５においてガスサンプルボリューム１１４に入る。ガスサンプルボリューム１１４はピストン１１６で制御されている。ピストンは制御器１３１（例えば螺旋ドライブ）がピストンを左に引いて定義されたボリュームに真空を生成しサンプルをバルブ１１７を通して流通させる。一度サンプルボリュームがフルになると、バルブ１１７は閉められる。バルブ１１９は開けられてサンプルをガス相検出器１１８に流通させる。
【００７１】
或る実施形態の場合、バルブはサンプルが測定プロトコルに従って呼吸サイクルにおける或る特定の時点でのみ収集されるように制御される。例えば、バルブ１１６は吐き出しの開始から特定の時間が経った後のみ開けられる。叉或る実施形態の場合、呼気の流量確定にはバイバスバルブが開かれ、許容された流量の範囲以外の呼気（例えば患者が咳をした場合）はセンサに送られない。
【００７２】
ＥＢＣカートリッジ１１０及びガス相センサ１２２からの信号はコントローラ及びデータ処理ユニット１３０に夫々接続子１２０及び１２２を経て送られる。図示の実施形態の場合、コントローラ及びデータ処理ユニット１３０はピストンコントローラ１１７、バルブ１１７及び１１９、カートリッジ１１０上のバルブ、情報の表示器１０４などを含むサンプラ及び検出器ユニットの種々の面をも制御する。データ処理機能に一個以上のソフトウエア及び／又はハードウエア部品が使用可能であることは、当業者には自明であろう。他の実施形態の場合、カートリッジ１１０及びスロット１０６はガス相サンプルがボリューム１１４中に引き込まれた後、呼気が凝縮器を通して流通するように設置される。或る実施形態の場合、かようなカートリッジを受け入れる二個のスロットが存在し、その中の一個はガス相サンプリングの前で他の一個はその後であり、臨床者は特別な測定に応じて適切なカートリッジを選択し、挿入することが出来る。
【００７３】
発明は上記において明瞭に理解されるように詳細に記述されたものであるが、或る変化及び変更は別記のクレームの範囲内で実施可能であることに留意されたい。従って、本実施形態は例示用であって、限定的なものではなく、本発明はここに供された詳細に限定にされるものではない。
【００７４】
ここに引用された文献のすべては、すべての目的において本願に合同されるものとする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
呼気のサンプリングと検出用の携帯型ユニットであって、
患者から呼気サンプルを受けるように構成されたアダプタ；
アダプタと流体的に通じるチャネル；
凝縮面を有し、チャネル内に置かれて前記呼気サンプル内の水蒸気を凝縮する凝縮器；
凝縮された水蒸気内に存在する一種以上の分析物を検出するように構成された呼気凝縮物センサ；
前記呼気サンプル内の一種以上のガス相分析物を検出するように構成されたガス相検出器とを備える、携帯型ユニット。
【請求項２】
前記呼気凝縮物センサが電気化学センサである、請求項１に記載の携帯型ユニット。
【請求項３】
前記呼気凝縮物センサがナノ構成センシング要素から成る電気化学センサである、請求項２に記載の携帯型ユニット。
【請求項４】
前記ナノ構成センシング要素が炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）である、請求項３に記載の携帯型ユニット。
【請求項５】
前記凝縮器が能動的冷却用に構成されたものである、請求項１−５の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項６】
前記凝縮器が受動的冷却用に構成されたものである、請求項１−５の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項７】
前記凝縮面と導熱的に接触する熱電気装置を更に含むものである、請求項１−６の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項８】
前記凝縮面と導熱的に接触する冷却用チャネルを更に含むものである、請求項１−７の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項９】
前記凝縮面及び前記呼気凝縮物センサが取り外し可能なカートリッジに含まれて居る、請求項１−８の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項１０】
前記凝縮面が前記呼気凝縮物センサの表面である、請求項１−９の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項１１】
前記凝縮面がワイヤメッシュである、請求項１−９の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項１２】
前記チャネルが第一と第二のサブチャネルに分岐するものであり、前記凝縮器は前記第一サブチャネルの中にあり、前記ガス相検出器は前記第二サブチャネル又はその分岐枝内にある、請求項１−９の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項１３】
凝縮面と呼気凝縮物センサとの間にある毛細管フローチャネルから更に成るものである、請求項１−１２の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項１４】
前記凝縮面と前記呼気凝縮物センサとの間にある微小流体フローチャネルを更に備える、請求項１−１３の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項１５】
前記凝縮面と前記呼気凝縮物センサとの間にあるフローチャネルが試薬によってコーティングされているものである、請求項１３−１４の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項１６】
呼気の中の分析物を検出する方法であって、
呼気のサンプリングと検出用のユニットを供する工程であって、そのユニットは：
患者から呼気サンプルを受けるように構成されたアダプタ；
アダプタと流体的に通じるチャネル；
凝縮面を有し、チャネル内に置かれて呼気サンプル内の水蒸気を凝縮する凝縮器；
凝縮された水蒸気内に存在する一種以上の分析物を検出するように構成された呼気凝縮物センサ；
呼気サンプル内の一種以上のガス相分析物を検出するように構成されたガス相検出器とを備えるものである、工程；
患者から呼気サンプルを受ける工程；
前記呼気サンプルの全体又はその一部を前記凝縮面に導いて凝縮物を形成する工程；
前記呼気サンプルの全体又はその一部を前記ガス相検出器に導く工程；
前記凝縮物を前記液体相検出器に導く工程；
前記ガス相検出器を使用して前記呼気サンプル内の一種以上の分析物の存在又は量を検出する工程；及び
前記液体相検出器を使用して前記凝縮物内の一種以上の分析物の存在又は量を検出する工程からなる方法。
【請求項１７】
前記呼気サンプル内の一種以上の分析物の存在又は量に関する信号情報、及び前記凝縮物内の一種以上の分析物の存在又は量に関する信号情報を信号処理ユニットへ送信する工程を更に備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記呼気サンプル内の一種以上の分析物の存在又は量に関する信号情報、及び前記凝縮物内の一種以上の分析物の存在又は量に関する信号情報から生成されたものである、患者の状態の組み合わせられた測定値を生成する工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記組み合わせられた測定値がシスティニルロイコトリエン（ＣｙｓＬＴ）レベルと気道炎症の率である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記呼気サンプル内の一種以上の分析物が酸化窒素を含み、前記凝縮物内の一種以上の分析物がＬＴＥ４を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
患者から前記呼気サンプルを受ける工程が、その患者の５回以下の呼気からサンプルを得る工程を含む、請求項１５−２０の中のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
患者から前記呼気サンプルを受ける工程が、その患者の一回の呼気からサンプルを得る工程を含む、請求項１５−２０の中のいずれかに記載の方法。
【請求項１】
呼気のサンプリングと検出用の携帯型ユニットであって、
患者から呼気サンプルを受けるように構成されたアダプタ；
アダプタと流体的に通じるチャネル；
凝縮面を有し、チャネル内に置かれて前記呼気サンプル内の水蒸気を凝縮する凝縮器；
凝縮された水蒸気内に存在する一種以上の分析物を検出するように構成された呼気凝縮物センサ；
前記呼気サンプル内の一種以上のガス相分析物を検出するように構成されたガス相検出器とを備える、携帯型ユニット。
【請求項２】
前記呼気凝縮物センサが電気化学センサである、請求項１に記載の携帯型ユニット。
【請求項３】
前記呼気凝縮物センサがナノ構成センシング要素から成る電気化学センサである、請求項２に記載の携帯型ユニット。
【請求項４】
前記ナノ構成センシング要素が炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）である、請求項３に記載の携帯型ユニット。
【請求項５】
前記凝縮器が能動的冷却用に構成されたものである、請求項１−５の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項６】
前記凝縮器が受動的冷却用に構成されたものである、請求項１−５の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項７】
前記凝縮面と導熱的に接触する熱電気装置を更に含むものである、請求項１−６の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項８】
前記凝縮面と導熱的に接触する冷却用チャネルを更に含むものである、請求項１−７の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項９】
前記凝縮面及び前記呼気凝縮物センサが取り外し可能なカートリッジに含まれて居る、請求項１−８の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項１０】
前記凝縮面が前記呼気凝縮物センサの表面である、請求項１−９の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項１１】
前記凝縮面がワイヤメッシュである、請求項１−９の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項１２】
前記チャネルが第一と第二のサブチャネルに分岐するものであり、前記凝縮器は前記第一サブチャネルの中にあり、前記ガス相検出器は前記第二サブチャネル又はその分岐枝内にある、請求項１−９の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項１３】
凝縮面と呼気凝縮物センサとの間にある毛細管フローチャネルから更に成るものである、請求項１−１２の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項１４】
前記凝縮面と前記呼気凝縮物センサとの間にある微小流体フローチャネルを更に備える、請求項１−１３の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項１５】
前記凝縮面と前記呼気凝縮物センサとの間にあるフローチャネルが試薬によってコーティングされているものである、請求項１３−１４の中のいずれかに記載の携帯型ユニット。
【請求項１６】
呼気の中の分析物を検出する方法であって、
呼気のサンプリングと検出用のユニットを供する工程であって、そのユニットは：
患者から呼気サンプルを受けるように構成されたアダプタ；
アダプタと流体的に通じるチャネル；
凝縮面を有し、チャネル内に置かれて呼気サンプル内の水蒸気を凝縮する凝縮器；
凝縮された水蒸気内に存在する一種以上の分析物を検出するように構成された呼気凝縮物センサ；
呼気サンプル内の一種以上のガス相分析物を検出するように構成されたガス相検出器とを備えるものである、工程；
患者から呼気サンプルを受ける工程；
前記呼気サンプルの全体又はその一部を前記凝縮面に導いて凝縮物を形成する工程；
前記呼気サンプルの全体又はその一部を前記ガス相検出器に導く工程；
前記凝縮物を前記液体相検出器に導く工程；
前記ガス相検出器を使用して前記呼気サンプル内の一種以上の分析物の存在又は量を検出する工程；及び
前記液体相検出器を使用して前記凝縮物内の一種以上の分析物の存在又は量を検出する工程からなる方法。
【請求項１７】
前記呼気サンプル内の一種以上の分析物の存在又は量に関する信号情報、及び前記凝縮物内の一種以上の分析物の存在又は量に関する信号情報を信号処理ユニットへ送信する工程を更に備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記呼気サンプル内の一種以上の分析物の存在又は量に関する信号情報、及び前記凝縮物内の一種以上の分析物の存在又は量に関する信号情報から生成されたものである、患者の状態の組み合わせられた測定値を生成する工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記組み合わせられた測定値がシスティニルロイコトリエン（ＣｙｓＬＴ）レベルと気道炎症の率である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記呼気サンプル内の一種以上の分析物が酸化窒素を含み、前記凝縮物内の一種以上の分析物がＬＴＥ４を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
患者から前記呼気サンプルを受ける工程が、その患者の５回以下の呼気からサンプルを得る工程を含む、請求項１５−２０の中のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
患者から前記呼気サンプルを受ける工程が、その患者の一回の呼気からサンプルを得る工程を含む、請求項１５−２０の中のいずれかに記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【公表番号】特表２０１２−５２４２６７（Ｐ２０１２−５２４２６７Ａ）
【公表日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０５９４０（Ｐ２０１２−５０５９４０）
【出願日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３１３０７
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２１０７２
【国際公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【出願人】（５０４４６８４７０）ナノミックス・インコーポレーテッド (12)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３１３０７
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２１０７２
【国際公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【出願人】（５０４４６８４７０）ナノミックス・インコーポレーテッド (12)
【Ｆターム（参考）】
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