用于光学分析的样品收集装置的制造方法
【专利摘要】提供了一种样品收集装置，包括：层压结构，至少包括第一层和第二层，以及被夹在两层之间的通道。通道在层压结构的第一端处具有开口。第一层包括可压下的灯泡泵，该灯泡泵被设置到通道的开口的远侧。压下并释放灯泡泵以将流体或液体样品汲取到通道中。样品收集装置还可包括附接到层压结构的衬垫从而提供结构支撑且易于操作。样品收集装置的层可以是IR中性的，使得装置可相关地用于分析收集的样品的便携式IR或近IR红外光谱单元。
【专利说明】用于光学分析的样品收集装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年9月26日提交的美国临时申请第61/882,718号的优先权，其公开的内容作为援引整体合并入本文中。
技术领域
[0003]大体上，本发明涉及一种样品收集装置，该样品收集装置用于摄取流体或液体，比如生物溶液或生物流体。该样品收集装置可以与携带式光学分析仪相关地使用。
【背景技术】
[0004]微流体技术涉及在几何上被约束到小尺度(通常为亚毫米尺度)流体的行为、精确控制和处理。微尺度上的流体的行为可以在诸如表面张力、能量耗散和开始支配系统的流体阻力等因素方面与“微流体”行为不同。特别地，雷诺数(其比较流体的动量效果与粘度效果)可以变得非常低。这样的一个关键结果是流体在并行时不一定发生传统意义上的混合；它们之间的分子运输通常必须通过扩散来进行。
[0005]目前可用的微流体结构包括微气动系统，即用于处理芯片外流体的微系统(液体栗，气阀等)，以及用于在芯片上处理纳升和皮升体积的结构。对于生产工业相关数量的材料的微流体的应用已经开展了重要研究。喷墨打印头是微流体的成功商业应用的示例。
[0006]微流体技术的进步正在彻底改革用于酶分析(例如，葡萄糖和乳酸分析)、DNA的分析(例如，聚合酶链反应和高通量测序)、以及蛋白质组学的分子生物学程序。微流体生物芯片的基本思想是将诸如检测、样品预处理以及样品制备的分析操作集成在一个芯片上。
[0007]用于生物芯片的新兴应用领域是临床病理，特别是疾病的即时现场诊断。此外，能够连续采样并实时检测空气/水样品的生化毒素和其他危险病原体的微流体基装置可以用作常开的“生物烟雾报警器”以供早期预警。
[0008]随着结合光学传感器和探测器的携带技术的进步，样品可在便携式设备中进行分析，比如在近红外(近IR)和红外(IR)范围内分析。公开号为2014/0027641的美国申请第13/929，882号描述了这样一种携带式系统，其公开内容作为援引整体合并入本文。
[0009]需要轻、低成本和易于使用的样品架或样品盒，用于为携带式光谱分析系统收集并保持待分析的流体或液体样品。
【发明内容】
[0010]本公开的主题的目的和优点将通过以下描述被阐述和显现，也将会通过本公开的主题的实践获知。通过在书面说明书和其权利要求书中以及从附图中特别指出的方法和系统，将实现和获得本公开的主题的其它优点。
[0011 ]为了实现以上和其他优点，且根据本公开的主题的目的，如具现化和广义描述的，
本公开的主题的一个方案涉及一种样品收集装置，该样品收集装置包括层压结构。该层压结构具有第一端和第二端，且包括第一层、第二层和被夹在第一层与第二层之间的通道，该通道沿从第一端到第二端的方向延伸。通道在层压结构的第一端处具有开口。第一层包括可压下的灯泡栗，该灯泡栗被设置到通道的开口的远侧。灯泡栗由第一层的升起部形成并在其中包围室，该室与通道流体连通。
[0012]在样品收集装置的一些实施例中，第一层和第二层都基本不吸收在650nm和15000nm之间的光谱范围内的光。
[0013]在一些实施例中，第一层和第二层均包括聚合物膜。例如，聚合物膜可以由氟化乙烯丙烯(FEP)制成。该聚合物膜可以被表面处理为亲水性的。
[0014]在一些实施例中，层压结构还包括间隔件，该间隔件被夹在第一层与第二层之间，其中间隔件包括内部开口，该内部开口形成通道的侧壁。间隔件可以包括压敏粘合剂。
[0015]在一些实施例中，本公开的样品收集装置还包括衬垫，该衬垫至少部分地附接到层压结构的第二层。在一些实施例中，衬垫包括切割窗口，该切割窗口暴露第二层的对应于通道的至少一部分。在一些实施例中，衬垫可通过安装垫片附接到层压结构，该安装垫片还包括与衬垫上的切割窗口对准的切割窗口。安装垫片可以包括压敏粘合剂。在某些实施例中，衬垫可包括延伸到层压结构的第一端之外的握持区域。在某些实施例中，衬垫可以包括弱化区域，该弱化区域帮助衬垫的包括握持区域的部分被弯折远离层压结构。
[0016]在另一方案中，本公开的主题提供了一种制作样品收集装置的方法。该方法包括:提供大体平坦的第一层，该第一层包括由第一层的一部分形成的升高区域，提供大体平坦的第二层，以及间隔层，该间隔层包括具有近开口端和底部的内部开口；层压第一层、第二层和间隔层以形成层压结构，其中，间隔层被夹在第一层与第二层之间，其中第一层的升高区域被设置到间隔件的近开口端的远侧并远离第二层突出，其中间隔层的内部开口与第一层和第二层一起形成了通道，该通道与由第一层的升高区域所包围的空间流体连通；以及通过安装垫片将衬垫附接到层压结构的第二层。在该方法中，第一层和第二层均可以是聚合物膜，其中，间隔层和安装垫片均可包括压敏粘合剂。衬垫和安装垫片均可以包括切割窗口，这些切割窗口被对准以暴露对应于通道的第二层的至少一部分。
[0017]在另一方案中，本公开的主题公开了一种使用本文所描述的样品收集装置收集流体样品的方法。该方法包括:使通道开口与流体样品接触;压下并释放样品收集装置的层压结构的第一层上的灯泡栗，从而将至少一部分的样品汲取到通道的至少一部分中。当样品收集装置包括衬垫，该衬垫部分地附接到层压结构并具有伸出通道开口的握持区域时，在使通道开口与流体样品接触之前，使用者可以使用衬垫的握持区域以使衬垫的未附接部分弯折远离层压结构，以便更充分地暴露用于接触流体样品的通道开口。
【附图说明】
[0018]通过参照下面的附图，将更充分地理解本公开的主题。
[0019]图1是根据本公开的主题的一个实施例的样品收集装置的俯视图。
[0020]图2是图1中描绘的样品收集装置的分解图。
[0021]图3是图1中描绘的样品收集装置的侧视图。
[0022]图4A是沿着图1中描绘的样品收集装置的A-A线的横截面图。
[0023]图4B是沿着图1中描绘的样品收集装置的B-B线的横截面图。
[0024]在本公开的主题能够具有各种改型和替代形式的情况下，其具体实施例已在附图中描述，并且将在本文中详细描述。然而应该理解的是，附图并非旨在将本主题局限到公开的特定形式，而是与此相反地，旨在进行说明且包括由所附权利要求限定的本主题的精神和范围内的所有修改、等同和替代。
【具体实施方式】
[0025]在所公开的主题可以按照多种不同的形式实施的情况下，现在进行详细参引以使所公开的主题的多个实施例具体化，这些实施例的多个示例在附图中示出。本说明是所公开的主题的原理的范例，且并非旨在将本发明局限到所示出的特定实施例。
[0026]在一个方案中，所公开的主题提供了用于汲取和保持流体样品或液体样品的样品收集装置。该装置可与携带式光谱单元结合使用以进行光学分析，例如，在特定光谱范围内吸收光谱，比如在IR或近IR光谱范围内吸收光谱。所公开的主题还提供了制作样品收集装置的方法，以及用于使用样品收集装置的方法。
[0027]为了说明而非限制性的目的，下文将参照附图描述样品收集装置的各种实施例以及制造和使用本公开的主题的装置的相关方法。应注意的是，附图不一定按比例绘制，且为清楚起见某些尺寸被夸大了。还应注意的是，虽然特定形状(例如，矩形)被绘制来说明该装置的某些特征，但本发明不限于这些特定的形状。
[0028]图1是根据本发明的一个实施例的样品收集装置的俯视图。图2描绘了图1的样品收集装置的分解图；图3是样品收集装置的侧视图；图4和5分别是沿图1中的A-A线和B-B线的样品收集装置的横截面图。相同的附图标记在全部附图的通篇中用来表示相同的特征。下面参照所有附图描述样品收集装置的结构。
[0029]样品收集装置100(其在本文中也称为样品保持架或溶液保持器)包括层压结构110，该层压结构包括至少两层(例如，如在图2中所示的上层112和下层114)。层压结构是大体平坦的，并且具有近端120和远端130(图1)，且包括夹在两层之间并从近端120延伸到远端130的通道150(并大致延伸层压结构110的整个长度)。该通道具有在层压结构110的近端120处的开口 125，且在另一端126处是封闭的。此外，层压结构110包括灯泡栗(bulb pump)140，该灯泡栗140设置为远离通道开口 125，例如，设置为靠近层压结构110的远端130。如图2所示，灯泡栗140可以采取在上层112中的升高区域的形式，其中包围空间或室145(图1或图2中未示出但在图4B中更清晰地示出)，该空间或室145与通道150流体连通。如图4B所示，灯泡栗140可被形成为上层112的一体的部分，例如通过模制或其他加工技术拉伸或变形上层112的一部分(否则该部分是平坦的)来形成。
[0030]灯泡栗被设计成帮助从通道的开口125将流体或液体样品汲取到通道的内部。当灯泡栗被压下时，例如被使用者的手指压下时，室中和通道中包含的空气的至少一部分被排出。当使用者从灯泡栗中释放压力时，灯泡栗由于材料的弹性向其原始形状弹回，从而在通道和室中产生部分真空。因此，通过按压-释放动作(栗送动作)产生的真空有助于将与通道的开口接触的流体或液体样品汲取到通道中。如果需要，可以进行多次栗送以将所需量的流体或液体样品汲取到通道用以分析。
[0031]如图2中所示，通道150可以通过夹在上层112与下层114之间的间隔件116来形成。在这种情况下，间隔件116也是层压结构的一部分。间隔件116采用大体U形，并且具有内部开口 1162，该内部开口具有近开口端1164和底部1166。内部开口 1162与上层112和下层114一起形成通道150，且内部开口 1162形成通道150的两个侧壁，上层112和下层114形成通道150的顶板和底板。替代性地，通道也可以形成为没有间隔层，例如，形成在层压层的一个层中。举例来说，上层可以被模制为形成从近端120延伸到远端130的升高区域，然后与下层130直接被层压在一起且形成通道而不使用间隔件。
[0032]上层112和下层114均可由聚合物膜制成。用于上层和下层的聚合物膜可以是相同的或不同的。对于被样品收集装置收集的流体或液体样品的IR或近IR分析的应用，用于上层112和下层114的材料、厚度和构造应该为使得上层112和下层114都基本不吸收落在目标波长范围内(例如IR和近IR范围内的650nm-15000nm)的光(即它们不会吸收在目的光谱范围内的超过10%的光，这也被称为IR中性)。低于3500纳米的IR中性可以是对于本公开的主题最有用的范围，因为已知水可以高度地吸收这个范围以上的红外光。
[0033]也可以利用毛细作用将样品流体吸取(wicking)到通道150中。当天然疏水性聚合物膜被用于上层112和下层114时，这些层(或至少形成通道150的顶板和底板的层的表面)可通过在本领域中通常已知的表面处理技术而制成亲水性的，例如，通过等离子照射、紫外线照射、化学蚀刻、或用诸如表面活性剂的亲水剂涂覆等技术。
[0034]间隔件116可以是压敏粘合剂(PSA)带，例如，具有聚合物膜衬背的双面PSA带，或没有聚合物膜衬背的PSA层。间隔件116还可以是具有涂覆在其上表面和下表面上的粘合剂的聚合物膜。替代性地，间隔件116可以是热敏感的聚合物膜，以便允许上层112和下层114的热焊接。
[0035]如图1和图2中所示，样品收集装置还包括衬垫160，该衬垫的一部分经由安装垫片170附接到下层114。衬垫160不需要是透明或IR中性的，并且可以由例如纸、塑料(诸如聚丙稀)、无机材料(诸如玻璃、金属、陶瓷)等任何适合的材料制成。优选地，衬垫由材料制成并被构造成使得它提供结构刚性以供使用者持有该装置。为了对被汲取到通道150中的样品进行光学分析，衬垫包括切割窗口 165，该切割窗口与安装垫片170上的切割窗口 175对准，并且暴露出下层114的至少一部分(其构成通道150的底板)，以允许光照过通道150的一部分。当装置在光谱仪中使用时，切割窗口 165和175与光谱仪的光路对准。如同间隔件116—样，安装垫片170可以是PSA材料或具有所需的粘合性的其他材料从而将衬垫160附接到下层 114。
[0036]衬垫160可以包括从层压结构的近端120延伸出的区域162。该区域162可以被使用者用作握持区域从而持有处理样品收集装置。衬垫160也可以包括弱化区域，例如切出的凹槽168。衬垫160的从凹槽168朝向近端(S卩，握持区域162)的部分没有被附接到下层114。因此，凹槽168可以用作铰链从而有助于衬垫的该未附接部分远离层压结构屈曲，从而使通道的开口更易接近待收集的样品流体或溶液。举例来说，使用者可以使用衬垫160的握持区域162来折开衬垫的靠近切出的凹槽168的部分，使得她可以将层压结构的近侧端(通道开口所在处)放在她的口腔中以更容易地提供她的唾液，该唾液被吸取到通道中以供光学分析。当样品收集完成时，衬垫160可被折回到其初始的平直位置，以供储存、运输、或插入光谱分析器单元。
[0037]作为示例性示例，样品收集装置100的各种部件的材料和尺寸可以如下:
[0038]上层112:由氟化乙烯丙烯(FEP)制成；厚度(高度)=0.25mm;长度Ld= 60mm;宽度Wd = 1mm;
[0039]下层114:由FEP制成；厚度(高度)=0.25mm;长度略小于60mm(例如，58mm-59mm)；且宽度=10mm。(下层的长度比上层的长度略小的原因是，提供轻微向内倾斜的通道吸入口，因而通过阻止从朝向被汲取的样品的容器的后壁的坐冲(sitting flush)进行摄取，来协助防止开口的堵塞，该容器可以是人类的口腔，或者可以是人工容器)；
[0040]间隔件116:由硅PSA制成;厚度=0.125mm;宽度= 1mm;内部开口 1162的宽度Wc =5mm；
[0041 ] 衬垫160:由聚丙稀制成;厚度=0.8mm;长度Lp = 80mm;宽度Wp = 15mm;
[0042]安装垫片170:由硅PSA制成;厚度=0.125mm;
[0043]衬垫160上的切割窗口 165:宽度= 6mm，长度= 12mm。
[0044]灯泡栗:灯泡栗的尺寸取决于待收集的样品的流体类型、流体粘度和需要被汲取到通道中的体积。
[0045]应注意的是，上述尺寸仅是示例性的，并且可以根据需求或期望来增加或减少，例如根据用于层压结构的一层或多层聚合物膜的刚性;待收集的样品流体或液体，容纳样品收集装置的便携式分析单元的狭槽尺寸等。
[0046]层压结构110可以由用于制造多层层压结构的任何已知的技术来制造。例如，可采用卷对卷工艺来附接或以其他方式粘合这些层从而形成整体层压结构。上层112上的灯泡栗140可通过模制过程预成形，例如，通过在聚合物膜被缠绕在加热卷筒或辊上时使用真空抽吸来预成形。衬垫160可以在层压结构110形成之后被单独附接，也可以通过相似的卷到卷工艺来附接。
[0047]本文描述的样品收集装置可在手持式、便携式、移动光谱、系统上使用，上述系统可以经由近场通信、无线网络、蓝牙、无线电、卫星或其他无线设备与智能电话、平板电脑、电脑或其他数据采集装置无线联接。
[0048]样品收集装置可被用作单次使用(S卩，可抛弃的)或多次使用单元。可被收集用于测试的样品流体或液体包括但不限于唾液、尿、水、血液、羊水、泪液、汗液、鼻腔分泌物、其他人或动物的体液、生物废物、生物副产品、环境废物、或其他材料的分析，仅举几例。该装置可被用于对疾病的诊断和管理中的分析，测定溶液中的特定物质的水平，量化和/或排位溶液中的单个或多个物质，分析自然存在的溶液，分析合成的溶液，症状分析，术后程序监控，以及适合人类、动物、植物、环境和需要监控和测量液体或固体形式中的物质的生物和非生物实体的其他应用。
[0049]本公开的主题的应用包括但不限于以下内容:
[0050]1.对血液样品的疾病诊断，上述疾病包括但不限于，寄生虫或细菌感染(例如疟疾、恰加斯病、利什曼病、昏睡病、脓毒病、淋病、脑膜炎奈瑟氏球菌感染)、红细胞疾病、镰状细胞性贫血、地中海贫血、贫血症、铅中毒、球形红细胞症、丙酮酸激酶疾病、白细胞疾病(白血病、Chedik-Higashi综合症、维生素缺乏症)、以及血小板疾病(低或高计数、免疫介导的血小板减少性紫癜)、或其它血液疾病、内科疾病或病症。
[0051 ] 2.对血液、唾液或泪液的疾病诊断或病理学诊断，包括但不限于，酒精滥用、糖尿病、持续葡萄糖监测、妊娠糖尿病、滥用药物、天然和合成的激素水平和/或天然或合成药物的存在或人体水平，或其他需要监控的内科疾病或病症。
[0052]3.对尿样品的疾病诊断或病理学诊断，包括但不限于，妊娠、尿路感染、药物滥用、患者的代谢状态(如代谢性酸中毒、脱水、糖尿病酮症酸中毒)、肾结石、血尿、或可以在尿中被诊断或监控的其他病症。
[0053]4.对脊髓流体的疾病诊断或病理学诊断，包括但不限于，脑膜炎、脑炎、莱姆病、或者其他内科疾病或病症。该系统还能够，但不限于，分析玻璃体液用于电解质、毒素或其他物质的尸检分析，其用于，但不限于，法医、医疗尸检或其他用途。
[0054]5.对滑液的疾病诊断或病理学诊断，包括但不限于，痛风、滑膜炎、脓毒性流体或其他内科疾病或病症。
[0055]6.对痰的疾病诊断或病理学诊断，包括但不限于，肺结核、肺炎、囊性纤维化、或其他内科疾病或病症。该系统还能够，但不限于，分析排泄物材料用于疾病诊断/病理学诊断，粪便传染病的存在，或粪便中的其他内科疾病或病症。
[0056]7.对脓或伤口排出物的疾病诊断或病理学诊断，但不限于，雅司病、莱姆病、N型淋病、MRSA、VRE或其他内科疾病或病症。该系统还能够，但不限于，分析阴茎或阴道分泌物用于疾病诊断/病理学、性传播疾病的存在、或其他生殖器官病症。
[0057]本公开的主题的其他应用包括但不限于:
[0058]1.吸取并保持液体，以供现场的土壤或水样品的光谱分析，包括但不限于积水、池塘、河流、湖泊、海洋，用于进行成分分析及公共和私人财产的监控。
[0059]2.为了健康和安全，远程和/或连续监测土壤、水、或其他环境样品。
[0060]3.对于在实验室设置中不能被测试的微生物的光谱和/或污染物的即时液体采样。
[0061]4.为了健康、安全或其他用途，监测材料、土壤、水或其他环境样品。这种监测可以在现场进行或在环境中进行或从远程位置进行。
[0062]虽然以上描述包含许多细节，但是这些不应被解释为限制本发明的范围，而只是提供本发明的一些实施例的说明。因此，可以理解的是，本发明的范围完全涵盖本公开的实施例的多样性，这对本发明所在领域的技术人员而言是显而易见的。
【主权项】
1.一种样品收集装置，包括: 层压结构，具有第一端和第二端，所述层压结构包括: 第一层， 第二层， 通道，被夹在所述第一层与所述第二层之间，并沿从所述第一端到所述第二端的方向延伸，所述通道在所述层压结构的第一端处具有开口，其中，所述第一层包括能压下的灯泡栗，所述灯泡栗被设置到所述通道的开口的远侧，所述灯泡栗由所述第一层的升起部形成并在其中包围出室，所述室与所述通道流体连通。2.根据权利要求1所述的样品收集装置，其中，所述第一层和所述第二层都基本不吸收在650nm和15000nm之间的光谱范围内的光。3.根据权利要求1所述的样品收集装置，其中，所述第一层和所述第二层均包括聚合物膜。4.根据权利要求1所述的样品收集装置，其中，所述聚合物膜由氟化乙烯丙烯(FEP)制成。5.根据权利要求1所述的样品收集装置，其中，所述第一层或所述第二层中的至少一层被处理为亲水性的。6.根据权利要求1所述的样品收集装置，其中，所述层压结构还包括间隔件，所述间隔件被夹在所述第一层与所述第二层之间，所述间隔件包括内部开口，所述内部开口形成所述通道的侧壁。7.根据权利要求6所述的样品收集装置，其中，所述间隔件包括压敏粘合剂。8.根据权利要求1所述的样品收集装置，还包括衬垫，所述衬垫至少部分地附接到所述层压结构的第二层，所述衬垫包括切割窗口，所述切割窗口暴露所述第二层的对应于所述通道的至少一部分。9.根据权利要求8所述的样品收集装置，还包括安装垫片，所述安装垫片被夹在所述层压结构的第二层与所述衬垫之间，所述安装垫片包括与所述衬垫上的所述切割窗口对准的切割窗口。10.根据权利要求9所述的样品收集装置，其中，所述安装垫片包括压敏粘合剂。11.根据权利要求8所述的样品收集装置，其中，所述衬垫包括延伸到所述层压结构的第一端之外的握持区域。12.根据权利要求11所述的样品收集装置，其中，所述衬垫还包括弱化区域，所述弱化区域协助将所述衬垫的包括所述握持区域的部分弯折离开所述层压结构。13.—种制作样品收集装置的方法，包括: 提供: 大体平坦的第一层，所述第一层包括由所述第一层的一部分形成的升高区域， 大体平坦的第二层， 间隔层，包括具有近开口端和底部的内部开口； 层压所述第一层、所述第二层和所述间隔层以形成层压结构，其中所述间隔层被夹在所述第一层与所述第二层之间，且其中所述第一层的升高区域被设置到所述间隔件的近开口端的远侧并远离所述第二层地突出，其中所述间隔层的内部开口与所述第一层和所述第二层一起形成通道，所述通道与所述第一层的升高区域包围的空间流体连通；以及 通过安装垫片将衬垫附接到所述层压结构的第二层。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一层和所述第二层均包括聚合物膜，且其中，所述间隔层和所述安装垫片均包括压敏粘合剂。15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述衬垫和所述安装垫片均包括切割窗口，这些切割窗口被对准以暴露所述第二层的对应于所述通道的至少一部分。16.一种收集流体样品的方法，包括: 提供一种样品收集装置，所述装置包括: 层压结构，具有第一端和第二端，所述层压结构包括: 第一层， 第二层， 通道，被夹在所述第一层与所述第二层之间，并沿从所述第一端到所述第二端的方向延伸，所述通道在所述层压结构的第一端处具有开口， 其中，所述第一层包括能压下的灯泡栗，所述灯泡栗被设置到所述通道的开口的远侧，所述灯泡栗由所述第一层的升起部形成并在其中包围出室，所述室与所述通道流体连通；以及 衬垫，至少部分地附接到所述层压结构的第二层，所述衬垫包括切割窗口，所述切割窗口暴露所述第二层的对应于所述通道的至少一部分； 使所述样品收集装置的通道的开口与流体样品接触； 压下并释放所述能压下的灯泡栗从而将一定量的流体样品汲取到所述通道的至少一部分中。17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述衬垫还包括延伸到所述层压结构的第一端之外的握持区域，所述方法还包括: 在使所述样品收集装置的通道的开口与流体样品接触之前，使用所述握持区域以使所述衬垫的未附接部分弯折离开所述层压结构。
【文档编号】G01N21/00GK106062554SQ201480064258
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2014年9月25日
【发明人】D·A·牧西, R·G·小克拉克, J·S·福克斯
【申请人】迅捷有限责任公司