更厚的固体材料，在薄 膜中不能获得所述更厚的固体材料。例如，不同盐类作为薄膜是不稳定的。因此，在运些情 况下所选择的材料必须是溶解的材料。在一个实施例中，所选择的盐类成球团状并且插入 在样本储器（34)中。分析物被收集在表面上并且在收集之后通过溶解将分析物提取到液 体中。在另一个实施例中，聚乙二醇（PEG)凝胶或者粘性液体放置在样本储器中。不同长 度的聚乙二醇分子在不同的含水程度下可溶于水。因此运种性能可W用于控制包含分析物 的聚乙二醇凝胶的溶解。
[0065] 在图3c中示意性示出的实施例中，可W使用参照图3a和3b讨论的所有材料。另 夕F，液体收集是可行的，如在上文引用的美国专利公报No. 2013/0217029中所描述的那样。 在运样的实施例中，与样本储器相关地设置空腔巧0)，从而允许气流在接触样本储器的收 集表面巧2)(液体、薄膜或者固体）之前减速。运防止气流从液体表面携带液滴并且最终 耗尽样本（30)。然而，在适当地设计空腔巧0)时必须仔细地考虑。在一些实施例中，空腔 巧0)的开口具有直径d2,并且液体被放置在离该开口一距离x2处。运两个参数必须与喷 嘴直径dl相关地进行控制。
[0066] 在确定适当参数时，必须平衡两个对立现象：1)颗粒的收集效率（即，多少颗粒渗 透到液体）；和2)液体表面处的空气速度（即，空气在其接触表面时将携带液体）。为了防 止空气耗尽液体，空气速度必须介于lOm/s至20m/s之间。图5示出了在不同喷嘴参数条 件下、即在d2/dl和x2/dl的变化下的计算流体动力学模拟的速度和收集效率结果。如图 所示，表面处的速度随着d2/dl的减小和x2/dl的增大而减小，并且收集效率具有相同的结 果。在多个实施例中，图5中示出的曲线可W用作喷嘴和收集器设计的指引。例如，为了达 到20m/s的速度，当d2/dl= 2时，x2/dl必须等于10 (参见图5中虚线）。在运些条件下， 收集效率大约为60%。而且，针对每种操作条件，产生不同的曲线。因此，图5中示出的曲 线可W用于构造保存特定量的液体例如缓冲液的空腔。而且，通过构造尺寸d3,可W控制液 体表面的表面张力。特别地，随着d3减小，表面张力增大并且使得液体更加难W逃逸。
[0067]收集器几何结构和操作条件
[0068]收集器的几何结构还可W工程设计成控制颗粒壁损失、颗粒反弹、颗粒收集、可制 造性和容易使用性。在几何结构中存在多个参数，所述参数对于收集器设计而言是很重要 的。提供对运些参数中的一些的优化的示例性实施例被设置用于图3a和3b中提供的收集 器实施例并且还可W广泛应用于图3c中示出的实施例。
[0069] 喷嘴角参数
[0070] 如图6中用（θ1)标记的喷嘴角是能够影响颗粒收集效率的收集器几何结构参数 中的一个。如图6所示，在高喷嘴角（θι)的条件下，在喷嘴喉部入口巧6)区域中产生再 循环区域巧4)。运个区域导致在喷嘴入口巧6)处产生颗粒损失并且防止运些颗粒抵达收 集储器介质。在低喷嘴角的条件下，运些区域消失。制造误差、喷嘴喉部入口中的突出部分 在喷嘴喉部的入口区域中产生类似的干扰并且放大更大角的影响，导致壁上的颗粒损失升 高。图7示出了颗粒损失与喷嘴角的关系并且可W在构造收集器喷嘴角时使用。图7还示 出了突出部分如何影响损失，运也可W用作构造收集器时的设计原理。
[0071]喷嘴喉部长度
[0072] 在图8a和8b中提供了示例性收集器喷嘴喉部的配置和几何结构。如图所示，喷嘴 喉部化0)的长度灯）决定了喷嘴出口化2)处的空气速度和颗粒速度。足够长的喷嘴喉部 将允许空气在离开喷嘴之前达到完全展开流。然而，喷嘴应当足够短，W降低喷嘴出口化2) 处的颗粒速度，并因此减小颗粒损失。颗粒能够达到的最大终端速度为喷嘴出口化2)处的 气体速度。喷嘴出口化2)处的颗粒速度是决定收集表面处的颗粒的最终速度（或者碰撞 速度）的另一个参数。特别地，低速度将趋于消除反弹效应。因此，最优长度将允许实现完 全展开空气流W及最小的颗粒速度和壁上的颗粒损失。
[0073] 图8a和图8b针对10 μ m颗粒通过示出计算流体力学计算的颗粒径迹化4)图解 了该概念。运些大颗粒具有高弛豫时间化并且无法调整W适于因改变喷嘴喉部入口化8) 中的流动方向而导致的快速流动变化。在较短的喷嘴喉部中（图8a)灯/dl= 2. 25 ;其中， T是喷嘴喉部长度），颗粒径迹切换侧部化6)而没有被壁拦截。运种情况不会出现在较长 的喷嘴（图8b) (T/dl= 8. 89)中，其中，颗粒被壁化9)拦截，从而导致效率损失。终极颗 粒速度与气体速度成比例。仅仅lym的颗粒达到终端速度。考虑到需要低撞击速度，在运 个实施例中，应当选择T/dl= 2. 25的喷嘴长度。尽管运取决于选择的流率，但是应当理解 的是，设计原理仍然应用于所有的运行流率。
[0074]喷嘴直径和工作压力
[0075] 确定收集器的流率还可W应用在构造样本收集系统的整体设计时。例如，在多个 实施例中，其影响预先收集组件（或者下文所讨论的患者界面）的设计。假设使用下文讨 论的准则确定适当的流率，则能够根据某些规则设定喷嘴的直径。
[0076]喷嘴直径（dl)对撞击速度影响最大。需要低撞击速度（Vi·化< 5)来消除颗粒 反弹，其中，Vi是颗粒速度，化是颗粒直径：直径越大，撞击速度越低（在恒定容积流率的 条件下）。在如下文所述的低速度不理想的某些情况下，Vi·化的大小至多可W为大约5 之内，W控制颗粒反弹。颗粒反弹导致收集效率损失。如果速度太低，则其可能因为颗粒能 够跟随气流并且在没有被驱动到收集储器介质中的情况下离开收集器而损失收集效率。因 此，可W平衡颗粒撞击速度和收集效率，W获得喷嘴直径。例如，图9示出了对于5升每分 钟和6. 5升每分钟的流率的工作直径的区域。
[0077]喷嘴与板距离之比
[007引 当喷嘴与板距离之比xl/dl为1. 2《xl/dl《1. 6时，喷嘴与板距离之比在5升 每分钟的操作条件下不会对颗粒收集或者撞击速度造成影响。在较高的喷嘴与板距离之比 条件下，小颗粒可能被夹带到气流中，导致收集效率降低。
[0079]调整样本收集系统W适应瞬态咳嗽流
[0080]初步临床数据表明，在传统样本收集设计中损失了患者排出材料的绝大部分。在 预先收集组件（或者患者界面）中流率不足W及缺乏捕获机构共同导致咳嗽体积的绝大部 分通过先前设计的出口逸出。（注意，从开始咳嗽起经历约0. 1秒的时间，咳嗽流率的峰值 为28化/min,运持续总共约0. 5秒。患者咳嗽产生的平均总体积在男性患者1L和女性患者 0.7化之间变化。参见例如Gupta等人的IndoorAir, 19:517-525, 2009年，其公开内容通 过引入结合在此）。因此，在多个实施例中，样本收集系统构造成适于所测量的咳嗽流率。 在某些实施例中，样本收集系统构造成通过收集器增大流率。在其它实施例中，设置了暂存 区域，过多的咳嗽体积在由样本收集系统抽吸之前可W驻留在所述暂存区域中。在其它实 施例中，可W协同地使用上述方法中的两种。
[0081] 使用收集器流率进行流动补偿
[0082] 在约3(K)L/min的峰值咳嗽流率的条件下，大约100%的咳嗽被捕获，即，如果样本 收集系统在约3(K)L/min的流率（曲条件下取样，则其将捕获全部咳嗽。然而，因为咳嗽流 率相对于时间非线性（参见下表1)，所W可W在较低的Q值条件下捕获咳嗽的绝大部分。 喷嘴直径dl的平方限定了流的临界面积并且因此限定了通过喷嘴的最大流率（Qmax)。换 言之，达到某一Q所需的直径最小dl是在Qmax=Q的条件下的dl。在表1中列举了最小 dl。例如，在60L/min的流率条件下，能够捕获40%的咳嗽体积，需要2. 5mm的最小dl实现 所述流率。
[0083]
[0084] 使用预先收集组件进行流动补偿
[0085] 相应地，在多个实施例中，通过产生暂存部来针对咳嗽流率调整样本收集系统，所 述暂存部允许存储不能被引导到样本收集系统的样本储器的过多的体积并且W等于收集 器的流率的速率抽吸所述过多的体积。如前文所述，样本收集系统可W由两个主要部件构 成：预先收集组件（或者患者界面）和收集器，如图1和图10所示。在一些实施例中，预先 收集组件（PCA)构造成产生暂存部，由此，过多的咳嗽体积在由收集器抽吸之前通过所述 暂存部驻留。在运样的实施例中，预先收集组件（70)具有W下规定中的一个或者多个：
[0086] ?在使用之后可任意处理。
[0087]?其包括入口（72)，所述入口与呼吸道的外部开口对接。入口接口（72)形成密封 并且允许咳嗽、喷暧、呼吸或者呼吸道的任何其它气溶胶输出被朝向样本收集系统引导。在 一个实施例中，入口可W是吹嘴。在另一个实施例中，入口可W是罩。在又一个实施例中， 入口可W是鼻件，所述鼻件通过鼻孔抽吸呼出的呼吸。
[0088] ?包括操控来自患者的流的机构。提供一机构，在呼气期间，凭借所述机构，W流 率Q将呼吸道的输出物引导到WQ1运转的收集器（76)并且将其余流Q2引导到储器（78) 而没有损失到外部环境中。在一些实施例中，提供一机构，凭借所述机构，防止在吸气期间 患者通过入口（72)吸入捕获在储器中的空气。在其它实施例中，提供一机构，在吸气期间， 凭借所述机构，WQ1的速率将捕获的呼气体积朝向收集器（76)引导。
[0089] 0在一个运样的实施例中，如图10a所示。预先收集组件机构由两个单向阀（80， 82)构成。在一个实施例中，单向阀（80,82)可W由娃橡胶构成，所述娃橡胶附接到表面，该 表面约束其向一个方向弯曲。在另一个实施例中，可W电子控制单向阀（80,82)。在运样的 实施例中，在呼气时，预先收集组件通过单向阀（82)将咳嗽体积引导至可扩张储器，所述 可扩张储器放置成与来自患者巧0)的主流的方向成一角度。在一个实施例中，储器可W是 可充胀的塑料袋，所述可充胀的塑料袋在其充胀时没有阻力提供。在另一个实施例中，储器 由性质与球囊类似的弹性材料制成，W便提供弹性阻力。在吸气期间，同一单向阀（82)防 止所捕获的呼出体积离开储器并且将其朝向收集器（76)引导。在该阶段期间，另一个单向 阀（80)允许患者通过预先收集组件（70)吸入外界空气。
[0090] 0在另一个运样的实施例中，如图1化所示，除了仅使用了一个单向阀（82)之外， 该机构与上述机构类似。该机构防止患者在使用预先收集组件的同时吸入。而是通过移除 预先收集组件指示患者吸