CN112716532B - 一种呼气气溶胶采集检测装置及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种呼气气溶胶采集检测装置及其检测方法。该装置包括壳体、呼气接口和撞击式切割器。所述壳体包括上端开口的外壳和螺纹连接在外壳上端开口处的旋盖。所述呼气接口安装在外壳外侧壁上段且与外壳内腔相连通。所述撞击式切割器包括嵌入设置在呼气接口内的若干切割器加速喷嘴和安装在旋盖底部且伸入至外壳内腔中下段的切割器撞击板。所述旋盖底部还安装有伸入至外壳内腔底部的挡板；所述挡板位于切割器撞击板的内侧。由以上技术方案可知，本发明能够实现呼出气中气溶胶颗粒的便捷、高效收集以及快速现场检测，为呼吸***相关疾病的现场样品收集和后续诊断提供条件。

Description

一种呼气气溶胶采集检测装置及其检测方法
技术领域
本发明涉及呼气诊断和医疗辅助器械技术领域，具体涉及一种呼气气溶胶采集检测装置及其检测方法。
背景技术
近年来，特别是新冠病毒疫情发生以来，呼气气溶胶收集与检测在呼气病毒采集、生物标记物检测、疾病诊断等方面逐渐受到越来越多的重视。以新冠病毒为例，目前最常见的检测方法主要有两种：咽拭子-试剂盒检测法和CT检测法。CT检测需要大型的高精度分析仪器，并且对初期病人的灵敏度不够，同时具有辐射安全问题，在疾病初筛不宜做大范围推广使用。咽拭子-试剂盒检测方法不需要昂贵的检测设备，成本较为低廉，是现在生物标记物检测广泛采用的技术。但由于咽拭子等采样方案需要将采样棒伸入口鼻粘膜，容易造成被检测人恶心、难受、有痰甚至呕吐等情况，因此，存在一定的局限性。此外，新冠病毒对肺泡细胞具有较强的粘黏性，主要聚集在肺部繁殖，在咽喉部位很少。另外，由于唾沫等对这种细菌有一定的杀灭、消化作用，咽拭子采样方案仍面临一定困难。而通过主动咳嗽、呼气等方式直接将肺部气氛呼出收集望实现无入侵感和快捷的现场检测。
呼气检测方式与传统方法相比，具有简便和无创的独特优势。呼气检测主要包括呼出气溶胶和其他气体成分检测。其中，病毒检测方面主要依赖呼出气溶胶收集和检测。中国专利201280022314.0公开了一种用于从呼出气体采样药物物质的便携式采样装置及方法，中国专利201810134395.2公开了一种***式呼吸道飞沫采集装置及使用方法，这两种现有的呼气气溶胶采集方法，均存在操作较为复杂的问题，而且收集方式采用富集膜，取样后气溶胶大部分存在富集膜纤维中，需二次取样后才能用于检测分析，影响了检测结果的准确性和检测效率，对现场应用存在一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种呼气气溶胶采集检测装置及其检测方法，该装置及其检测方法能够解决现有技术中存在的不足，对呼气气溶胶进行高效、准确的现场检测。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种呼气气溶胶采集检测装置，包括壳体、呼气接口和撞击式切割器；所述壳体包括上端开口的外壳和螺纹连接在外壳上端开口处的旋盖。所述呼气接口安装在外壳外侧壁上段且与外壳内腔相连通。所述撞击式切割器包括嵌入设置在呼气接口内的若干切割器加速喷嘴和安装在旋盖底部且伸入至外壳内腔中下段的切割器撞击板。所述旋盖底部还安装有伸入至外壳内腔底部的挡板；所述挡板位于切割器撞击板的内侧。
进一步的，所述旋盖上开设有出气通道一；所述外壳上开设有出气通道二；所述出气通道一开设在切割器撞击板与挡板之间的旋盖上。
进一步的，所述切割器撞击板的下端位于呼气接口与外壳连接处的下方。
进一步的，所述呼气接口包括喇叭状呼气口和与喇叭状呼气口开口小的一端相连的连接口；所述呼气接口的内腔为进气通道，所述若干切割器加速喷嘴设置在连接口内的进气通道中。
进一步的，所述切割器加速喷嘴的入口为外大内小的漏斗状，并在喷嘴后端一段保持口径不变。
进一步的，所述切割器撞击板采用疏水材料；所述外壳采用透明材料；所述挡板采用弹性材料。
进一步的，所述挡板和切割器撞击板均为环状；所述挡板内侧与旋盖底部以及外壳底部内壁围成的区域为反应液暂存区；所述切割器撞击板下方的外壳内壁与挡板外壁围成的区域为收集区；当旋盖拧紧时，挡板的底部与外壳的底部紧密配合，反应液暂存区与收集区之间是隔离开的；当旋盖拧松或者旋盖从外壳上拧下来之后，反应液暂存区与收集区之间是相通的。
进一步的，该装置还包括冷凝管套和保温外套；所述冷凝套管套设在呼气接口下方的外壳的外侧；所述保温外套套设在冷凝套管的外侧。除呼气气溶胶外，呼气冷凝气收集也是检测呼吸***相关疾病的重要手段，本装置可以通过结合冷凝结构设计，可以实现呼气气溶胶和呼气冷凝气的同时收集。
本发明还涉及一种上述呼气气溶胶采集检测装置的检测方法，该方法包括以下步骤：
(21)拧紧旋盖，使挡板的底部与外壳的底部紧密配合，反应液暂存区与收集区不相通。
(22)向反应液暂存区注入反应液或检测液。
(22)待检测人员用嘴巴含住呼气接口，通过呼气或主动咳嗽，使呼气气溶胶从口腔流出，随气流一同流入至呼气接口内的进气通道内。
(23)含有呼气气溶胶的气流进入到各切割器加速喷嘴中，经切割器加速喷嘴加速后，其中，粒径大于分割粒径的气溶胶颗粒撞向切割器撞击板，并在切割器撞击板表面富集，粒径不大于分割粒径的气溶胶颗粒随气流继续流动，从出气通道一和出气通道二排出。
(24)富集在切割器撞击板表面的气溶胶颗粒累积后，在重力作用下，沿切割器撞击板向下流动至收集区内。
(25)拧松旋盖或将旋盖从外壳上拧下来，使收集区与反应液暂存区相通，收集区中的气溶胶颗粒与反应液暂存区中的反应液或检测液混合发生反应，观察外壳内的反应结果，完成对呼气气溶胶中的生物标记物的检测判断。
由以上技术方案可知，本发明通过空气动力学结构设计，采用撞击式切割器实现对呼出气中大于一定粒径的呼气气溶胶的高效收集，同时结合旋盖、挡板与外壳的自锁结构，在收集前将反应液或检测液存放在反应液暂存区，在收集完成时实现反应液与收集到的气溶胶的快速混合，进行呼气气溶胶中生物标记物的快速检测。本发明能够实现呼出气中气溶胶颗粒的便捷、高效收集以及快速现场检测，为呼吸***相关疾病的现场样品收集和后续诊断提供条件。
附图说明
图1是本发明中的呼气气溶胶采集检测装置的结构示意图(未包含冷凝套管及保温套)；
图2是本发明中的呼气气溶胶采集检测装置的横向剖视图(未包含冷凝套管及保温套)；
图3是本发明中的呼气气溶胶采集检测装置的俯视图(未包含冷凝套管及保温套)；
图4是本发明中的呼气气溶胶采集检测装置的结构示意图(包含有冷凝套管及保温套)；
图5是本发明中的切割器加速喷嘴沿X轴方向的剖面结构示意图；
图6是本发明中的切割器加速喷嘴沿Y轴方向的剖面结构示意图；
图7是不同结构收集器收集效率测试结果；
图8是不同呼气流速条件下收集效率测试结果。
其中：
1、呼气接口，2、切割器加速喷嘴，3、切割器撞击板，4、外壳，5、挡板，6、收集区，7、反应液暂存区，8、旋盖，9、进气通道，10a、出气通道一，10b、出气通道二，11、单向阀，12、冷凝套管，13、保温外套。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1-图3所示的一种呼气气溶胶采集检测装置，包括壳体、呼气接口1和撞击式切割器。所述壳体包括上端开口的外壳4和螺纹连接在外壳4上端开口处的旋盖8。所述呼气接口1安装在外壳4外侧壁上段且与外壳4内腔相连通。所述外壳1的底部为圆底，方便挡板与外壳压紧形成密闭空间。针对传统呼气气溶胶采用滤膜采集方式结构复杂，采集后检测麻烦的情况，本发明采用若干切割器加速喷嘴将呼气气流分成多个通道进行传输、切割，可以选择性收集较大粒径的呼气气溶胶，通过疏水材料制成的切割器撞击板汇流实现呼气气溶胶的快捷采集，同时结合反应液自锁存放结构，实现现采现检，以最大程度保持生物活性和检测准确性。
所述撞击式切割器包括嵌入设置在呼气接口1内的若干均匀分布的切割器加速喷嘴2和安装在旋盖8底部且伸入至外壳内腔中下段的切割器撞击板3。切割器加速喷嘴2和呼气接口1一体化加工，通过螺纹与收集器的外壳安装在一起。切割器加速喷嘴2的尺寸的优化区间取决于优选收集粒径范围，切割器加速喷嘴2的数量取决于总流速和喷嘴尺寸的关系。所述旋盖8底部还安装有伸入至外壳内腔底部的挡板5。所述挡板5位于切割器撞击板3的内侧。若干切割器加速喷嘴2形成多个通道，能够使呼气气溶胶快速富集在易分离的收集区，实现收集气溶胶粒径选择。呼气气溶胶成分复杂，不同粒径的气溶包含的病毒、细菌成核的生物活性物质成分比例不同，主动选择收集呼气气溶胶粒径可以提高收集和分析检测的针对性。
气溶胶指悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的分散***。撞击式切割器是通过气流在微小通道加速并撞击挡板方式实现大于一定粒径范围气溶胶颗粒的过滤截留的装置。切割器加速喷嘴和切割器撞击板组成撞击式切割器。小于一定粒径的气溶胶无法被切割器捕获，随气流通过切割器，而大于一定粒径的气溶胶不能通过切割器。分级效率η级效率速时颗粒的直径，以D50表示，它是切割器效率的简明表示。
本发明通过采用撞击式切割器对呼气气溶胶进行采样，能够实现一定呼气流速下的采集粒径可控，同时对采集粒径范围内的气溶胶采集效率高、易后续检测。待测者的呼出气从呼气接口到达切割器加速喷嘴，在切割器加速喷嘴加速后从切割器加速喷嘴喷出，射向前方的切割器撞击板，撞击到切割器撞击板上后，气流急剧改变90度。此时，气流中的气溶胶颗粒物开始分离，大颗粒物与撞击板碰撞失去动能，从气流中分离出来富集在撞击板上；小颗粒物则不同，它更容易受气流作用力的影响，跟随气流流动。使用中，可以通过调整切割器加速喷嘴与切割器撞击板间隙实现不同流速条件下切割粒径的可控。以老人和小孩为例，呼气较低的情况下，通过调整切割器加速喷嘴与切割器撞击板间隙，补偿流速减低对小粒径呼气气溶胶采集效率的影响，从而实现对目标粒径呼气气溶胶的完整采集。在小范围内对喷嘴与切割器撞击板的间隙进行调整，采用调整气阻和流体雷诺数的方法进行切割粒径偏差补偿。
撞击式切割器的分离效率满足如下公式：
其中，分割粒径D50是指收集效率η指收集效时颗粒的直径，它是撞击式切割器收集效率的简明表示。Stk为斯托克斯数，Q为气体流速，C为滑动系数，ρp为气溶胶密度，λ为气体的平均自由程，W为切割器加速喷嘴的直径。
进一步的，所述旋盖8上开设有出气通道一10a；所述外壳4上开设有出气通道二10b；所述出气通道一10a开设在切割器撞击板3与挡板5之间的旋盖8上。
进一步的，所述切割器撞击板3的下端位于呼气接口1与外壳4连接处的下方。
进一步的，所述呼气接口1包括喇叭状呼气口和与喇叭状呼气口开口小的一端相连的连接口。喇叭状呼气口的外周为弧面，便于含在口中。所述呼气接口1的内腔为进气通道9，所述若干切割器加速喷嘴2设置在连接口内的进气通道9中。
进一步的，所述切割器加速喷嘴2的入口为外大内小的漏斗状，且在喷嘴后端一段保持口径不变，这样设计使气流通道由大到小渐变，能够尽量保持气流流速及流场的稳定且使气流呈层流状态，不易产生紊流，让通道内气体以均匀流速撞向切割器撞击板，使切割器粒径区分效果更加明显，提高切割器筛选粒径效率。
进一步的，所述切割器撞击板3采用疏水材料，便于富集在切割器撞击板3上的气溶胶颗粒在重力作用下向下流动。所述外壳4采用透明材料，便于观察外壳4内的反应液暂存区7与收集区6的变化。所述挡板5采用弹性材料，且挡板5的底部为斜口，这样设计能够在旋紧旋盖的的时候，挡板的底部斜口与外壳紧密配合，起到隔离收集区和反应液暂存区的作用。且挡板5的底部为斜面。通过对挡板与外壳的尺寸进行匹配，并采用弹性材料制作底部为斜面的挡板5，这样在将旋盖8拧紧时，挡板5的底部与外壳4底部内侧之间是紧密配合的，即在压力作用下，将反应液暂存区7与收集区6是隔离开的、不相通。通过调节旋盖与外壳之间连接螺纹的深度，能够对挡板与外壳之间的密封压力进行调节。
进一步的，所述挡板和切割器撞击板3均为环状；所述挡板5内侧与旋盖8底部以及外壳4底部内壁围成的区域为反应液暂存区7；所述切割器撞击板3下方的外壳4内壁与挡板5外壁围成的区域为收集区6。旋盖、挡板与外壳形成自锁结构，当旋盖8拧紧时，挡板5的底部与外壳4的底部紧密配合，反应液暂存区7与收集区6之间是隔离开的；当旋盖8拧松或者旋盖8从外壳4上拧下来之后，反应液暂存区7与收集区6之间是相通的。这样设计能够先进行呼气气溶胶的采集，然后在采集完成后拧动一下旋盖即可进行呼气气溶胶与反应液的混合反应，实现了现场采集检测，保持了采集物质的活性，提高了采集效率和采集结果的准确性。本发明将采集和检测功能集成在一起，实现采集-检测的不间断完成，采样更快，检测更直观。收集区收集的飞沫与反应液混合反应具有一定的时效性。以显色反应为例，如果不划分收集区与反应液暂存区，在飞沫收集过程中，飞沫就与反应液持续反应的话，会持续呈低显色状态，造成不易观察的问题。而通过先隔离后混合的方式，使收集液和反应液在短时间内快速混合，在较短时间内反应，能够大大提高显色反应的效果，便于观察。
进一步的，该装置还包括单向阀11，单向阀11保证了气体流动的方向，使气体不会反向流动。单向阀11可以设置在呼气接口上或者是出气口上。
如图4所示，该装置还包括冷凝套管12和保温套13。冷凝套管采用比热容较高的金属，如铅等，通过冰箱降温后使用，也可以通过帕尔贴热半导体制冷器件获得低温，实现对呼气冷凝气和呼气气溶胶的同时收集。呼气中气体成分也是一类重要的检测对象，通过在外壳中下段的外侧套设一个外置的冷凝套管，来实现呼气气体成分收集的功能。所述冷凝套管与收集器外壳近距离贴合即可。冷凝套管主要作用是致冷，让收集器内的水汽凝结。为了方便手持和保持低温，冷凝套管外层有保温层。
本发明还涉及一种上述呼气气溶胶采集检测装置的检测方法，该方法包括以下步骤：
(21)拧紧旋盖8，使挡板5的底部与外壳4的底部紧密配合，反应液暂存区7与收集区6不相通。
(22)向反应液暂存区7注入反应液或检测液。反应液暂存区注入反应液时，先将收集器倒置，打开旋盖，向外壳内注入反应液，反应液添加完成，将旋盖与外壳拧紧，使反应液暂存区与收集区隔离后，再将整体恢复正向放置。
(22)待检测人员用嘴巴含住呼气接口1，通过呼气或主动咳嗽，使呼气气溶胶从口腔流出，随气流一同流入至呼气接口1内的进气通道9内。
(23)含有呼气气溶胶的气流进入到各切割器加速喷嘴2中，经切割器加速喷嘴2加速后，其中，粒径大于分割粒径D50的气溶胶颗粒撞向切割器撞击板3，并在切割器撞击板3表面富集。粒径不大于分割粒径的气溶胶颗粒随气流继续流动，先在外壳内侧壁与切割器撞击板的外侧壁之间的通道向下流动，此时，一部分气体从开设在外壳侧壁上的出气通道二10b排出，其余的气体从切割器撞击板与外壳圆底之间的空隙流动至切割器撞击板内侧壁与挡板外侧壁之间的区域向上流动，从出气通道一10a排出。
(24)富集在切割器撞击板3表面的气溶胶颗粒累积后，在重力作用下，沿切割器撞击板3向下流动至收集区6内。
(25)拧松旋盖8或将旋盖8从外壳4上拧下来，使收集区6与反应液暂存区7相通，收集区6中的气溶胶颗粒与反应液暂存区7中的反应液或检测液混合发生反应，发生显色反应，通过透明外壳4观察外壳4内的反应结果，完成对呼气气溶胶中的生物标记物的检测判断。
如图5和图6所示，本发明的设计原理为：
呼气气溶胶收集装置设计时，可以通过切割器加速喷嘴孔径实现一定呼气流速下的采集粒径确定方法。呼气气溶胶收集装置使用时，可以通过调整切割器加速喷嘴孔与切割器撞击板间隙实现不同流速下的采集粒径的匹配。
通过切割器加速喷嘴孔径及其与切割器撞击板间隙等结构参数设计实现对特定粒径范围气溶胶的高效收集。
碰撞理论通过一个称为斯托克斯常数Stk的无量纲参数来表征粒子在弯曲流线中的行为。斯托克斯常数Stk满足：
其中，ρp为呼气气溶胶密度，dp为呼气气溶胶粒径，Cc为坎宁安滑移修正系数,W为切割器加速喷嘴孔径，q为切割器加速喷嘴处流速。
切割器加速喷嘴处的流速满足以下关系式：
其中，Q为呼气总流速，N为切割器加速喷嘴数量。据此，可以采用下式计算50％切割粒径：
根据测算，单一喷嘴无法在流速、气阻和切割粒径之间同时满足需求，切割器加速喷嘴的孔径W的优化区间取决于优选收集粒径范围，喷嘴数量N取决于总流速和喷嘴尺寸的关系。
通过收集效率E(％)评估撞击式切割器对不同粒径呼气气溶胶的收集效率。
其中，Nin和Nout分别为入口处和未被装机板收集的呼气气溶胶数浓度。
此外，为了获得陡峭的切割效率曲线，设计撞击切割器时需要一同考虑的还有流体的雷诺数Re。雷诺数在500至3000之间时，更易获得陡峭的撞击切割曲线，即更好的粒径筛选特性。
通过使用时调整切割器加速喷嘴与切割器撞击板间隙实现对不同年龄段用户呼气速度条件下的精确适配。针对不同年龄段和肺活量的用户呼气流速不同特点和切割器加速喷嘴孔径不易在线调整的特点，通过调整喷嘴与切割器撞击板间隙的方式可以调整气阻和流体雷诺数的方法进行切割粒径偏差补偿。
通过实验对本发明所述的采样检测装置的效率进行测试和实测试用，该采样检测装置效率测试采样PTI亚利桑那粉尘发生器产生多分散气溶胶颗粒，在气溶胶环境实验仓稳定浓度后，通过APS3321-空气动力学粒径谱仪对比测试通过该采样检测装置和未通过该采样检测装置的直连浓度数据进行收集效率计算。通过对0.9mm多孔(切割器喷嘴直径为0.9mm)、0.6mm多孔(切割器喷嘴直径为0.6mm)和0.9mm狭缝三种采样检测装置在6L/min呼出气流速下进行不同粒径捕获效率的测试，测试结果附图7所示。由图7可知，0.9mm多孔和0.6mm多孔切割收集效果较好：0.9mm多孔和0.6mm多孔采样检测装置对3um气溶胶收集效率均在40％以上，2um气溶胶收集效率30％以上，1um气溶胶收集效率10％～20％之间。上述结果与理论计算结果整体趋势一致，实测收集切割特性比理论计算平缓。
针对不同人呼气速度可能存在差异，本发明以上述测试结果较好的0.9mm多孔为例，测试了不同气流速度下的采集检测装置的切割收集效率结果如图8所示。气流速度3L/min时，呼气气溶胶粒径为3um和2um的收集效率分别是6L/min时的79％和78％，均在6L/min的70％以上，因此，可以较好保证呼气速度较低人群的采样效果。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种呼气气溶胶采集检测装置，其特征在于：包括壳体、呼气接口和撞击式切割器；所述壳体包括上端开口的外壳和螺纹连接在外壳上端开口处的旋盖；所述呼气接口安装在外壳外侧壁上段且与外壳内腔相连通；所述撞击式切割器包括嵌入设置在呼气接口内的若干切割器加速喷嘴和安装在旋盖底部且伸入至外壳内腔中下段的切割器撞击板；所述旋盖底部还安装有伸入至外壳内腔底部的挡板；所述挡板位于切割器撞击板的内侧；
所述挡板和切割器撞击板均为环状；所述挡板内侧与旋盖底部以及外壳底部内壁围成的区域为反应液暂存区；所述切割器撞击板下方的外壳内壁与挡板外壁围成的区域为收集区；当旋盖拧紧时，挡板的底部与外壳的底部紧密配合，反应液暂存区与收集区之间是隔离开的；当旋盖拧松或者旋盖从外壳上拧下来之后，反应液暂存区与收集区之间是相通的。
2.根据权利要求1所述的一种呼气气溶胶采集检测装置，其特征在于：所述旋盖上开设有出气通道一；所述外壳上开设有出气通道二；所述出气通道一开设在切割器撞击板与挡板之间的旋盖上。
3.根据权利要求1所述的一种呼气气溶胶采集检测装置，其特征在于：所述切割器撞击板的下端位于呼气接口与外壳连接处的下方。
4.根据权利要求1所述的一种呼气气溶胶采集检测装置，其特征在于：所述呼气接口包括喇叭状呼气口和与喇叭状呼气口开口小的一端相连的连接口；所述呼气接口的内腔为进气通道，所述若干切割器加速喷嘴设置在连接口内的进气通道中。
5.根据权利要求1所述的一种呼气气溶胶采集检测装置，其特征在于：所述切割器加速喷嘴的入口为外大内小的漏斗状，且在喷嘴后端一段保持口径不变。
6.根据权利要求1所述的一种呼气气溶胶采集检测装置，其特征在于：所述切割器撞击板采用疏水材料；所述外壳采用透明材料；所述挡板采用弹性材料。
7.根据权利要求1所述的一种呼气气溶胶采集检测装置，其特征在于：还包括冷凝管套和保温外套；所述冷凝管套套设在呼气接口下方的外壳的外侧；所述保温外套套设在冷凝管套的外侧。
8.根据权利要求1～7任意一项所述的呼气气溶胶采集检测装置的检测装置的检测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
（21）拧紧旋盖，使挡板的底部与外壳的底部紧密配合，反应液暂存区与收集区不相通；
（22）向反应液暂存区注入反应液或检测液；
（22）待检测人员用嘴巴含住呼气接口，通过呼气或主动咳嗽，使呼气气溶胶从口腔流出，随气流一同流入至呼气接口内的进气通道内；
（23）含有呼气气溶胶的气流进入到各切割器加速喷嘴中，经切割器加速喷嘴加速后，其中，粒径大于分割粒径的气溶胶颗粒撞向切割器撞击板，并在切割器撞击板表面富集，粒径不大于分割粒径的气溶胶颗粒随气流继续流动，从出气通道一和出气通道二排出；
（24）富集在切割器撞击板表面的气溶胶颗粒累积后，在重力作用下，沿切割器撞击板向下流动至收集区内；
（25）拧松旋盖或将旋盖从外壳上拧下来，使收集区与反应液暂存区相通，收集区中的气溶胶颗粒与反应液暂存区中的反应液或检测液混合发生反应，观察外壳内的反应结果，完成对呼气气溶胶中的生物标记物的检测判断。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230091650A1 (en) * 2021-09-20 2023-03-23 Vosbio, Inc. Devices, Methods and Kits for Biological Sample Capture and Processing

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1116845A (zh) * 1993-01-19 1996-02-14 卡伯特公司 细颗粒粒度分级器
US6223745B1 (en) * 1996-10-16 2001-05-01 Aga Aktiebolag Method and a device for producing a fine homogeneous aerosol
KR200378620Y1 (ko) * 2004-12-31 2005-03-18 광주과학기술원 대기중 부유 입자상 물질의 실시간 측정 장치
CN101324490A (zh) * 2008-07-25 2008-12-17 北京汇***生物科技发展有限公司 一种大流量气溶胶采样装置
DE102008015824A1 (de) * 2008-03-27 2009-10-01 Henri Dr. Wagner Verfahren und Vorrichtung zur kontrollierten und zuverlässigen Zündung von Plasmabeschleunigern unter Verwendung eines radioaktiven Strahlers
KR101463908B1 (ko) * 2013-11-13 2014-11-27 (주)에이치시티 흡입 독성 시험용 다층 케이지형 챔버 장치
CN104918558A (zh) * 2013-01-18 2015-09-16 美国医疗设备有限公司 冲击型活检设备及使用方法
CN210644407U (zh) * 2020-04-10 2020-06-02 北京大学第三医院（北京大学第三临床医学院） 一种预防气溶胶开放式吸痰保护头罩及带保护膜的吸痰管

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100428048B1 (ko) * 2001-05-02 2004-04-27 한국과학기술원 냉각된 충돌판을 갖는 임팩터
WO2013132085A1 (en) * 2012-03-08 2013-09-12 Sensa Bues Ab A portable sampling device and method for detection of biomarkers in exhaled breath

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1116845A (zh) * 1993-01-19 1996-02-14 卡伯特公司 细颗粒粒度分级器
US6223745B1 (en) * 1996-10-16 2001-05-01 Aga Aktiebolag Method and a device for producing a fine homogeneous aerosol
KR200378620Y1 (ko) * 2004-12-31 2005-03-18 광주과학기술원 대기중 부유 입자상 물질의 실시간 측정 장치
DE102008015824A1 (de) * 2008-03-27 2009-10-01 Henri Dr. Wagner Verfahren und Vorrichtung zur kontrollierten und zuverlässigen Zündung von Plasmabeschleunigern unter Verwendung eines radioaktiven Strahlers
CN101324490A (zh) * 2008-07-25 2008-12-17 北京汇***生物科技发展有限公司 一种大流量气溶胶采样装置
CN104918558A (zh) * 2013-01-18 2015-09-16 美国医疗设备有限公司 冲击型活检设备及使用方法
KR101463908B1 (ko) * 2013-11-13 2014-11-27 (주)에이치시티 흡입 독성 시험용 다층 케이지형 챔버 장치
CN210644407U (zh) * 2020-04-10 2020-06-02 北京大学第三医院（北京大学第三临床医学院） 一种预防气溶胶开放式吸痰保护头罩及带保护膜的吸痰管

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