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Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
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Proben der ausgeatmeten Luft eines Menschen können für eine Analyse entnommen werden. Dabei kann sowohl der gasförmige Anteil untersucht werden, als auch die aus der Lunge stammenden Aerosole und das Atemkondensat.
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In der Literatur werden verschiedene Apparaturen zur Gewinnung von Atemproben beschrieben, ausgehend von Gasproben, Sammlung verschiedener „Fraktionen“ (aus bestimmten Regionen der Lunge oder des Atemtraktes), über die Gewinnung von Flüssigkeit, meist Kondensat aus der gesättigten, exhalierten Atemluft bis hin zu Versuchen, direkt im Atemstrom bestimmte Substanzen zu fangen oder sensorisch nachzuweisen (populärstes Beispiel ist „FeNO“ - fraktioniertes, exhaliertes Stickstoffmonoxid).
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Aufsatzvorrichtung für eine Probensammeleinrichtung zum Gewinnen von Proben aus der exhalierten Atemluft, sowie ein Verfahren zum Gewinnen von Proben aus der exhalierten Atemluft gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Eine Aufsatzvorrichtung für eine Probensammeleinrichtung dient einer vereinfachten und gezielten Gewinnung von in der Atemluft vorhandenen Aerosolen, die beispielsweise als Träger von Proteinen und Biomarker einen aussagekräftigen Rückschluss über einen Gesundheitszustand der atmenden Person erlauben.
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Es wird eine Aufsatzvorrichtung für eine Probensammeleinrichtung zum Gewinnen von Proben aus der exhalierten Atemluft vorgestellt, wobei die Aufsatzvorrichtung ein Einlassrohr, ein Tauchrohr zum Ableiten der Atemluft aus der Probensammeleinrichtung und zumindest einen Abschnitt einer Spiralbahn umfasst, wobei der Abschnitt in eine Ausgangsöffnung mündet, die ausgeformt ist, um die Atemluft zu der Probensammeleinrichtung zu leiten.
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Bei einer Aufsatzvorrichtung kann es sich um einen Aufbau für eine Probensammeleinrichtung handeln, wobei die Aufsatzvorrichtung in Verbindung mit der Probensammeleinrichtung einen Fliehkraftabscheider bildet. Bei einer Probensammeleinrichtung kann es sich um ein Reaktionsgefäß für kleine bis mittlere Probenvolumina im Mikro- bis Milliliterbereich handeln. Die Spiralbahn und somit der Abschnitt der Spiralbahn kann Teil einer Spirale sein. Die Ausgangsöffnung kann einen Eintrittsquerschnitt für die Strömung der Atemluft von der Spiralbahn in die Probensammeleinrichtung ausformen. Die Ausgangsöffnung kann zum Leiten der Atemluft in die Probensammeleinrichtung in einem Wandabschnitt der Aufsatzvorrichtung ausgeformt sein, der im montierten Zustand der Probensammeleinrichtung im Bereich einer Öffnung der Probensammeleinrichtung angeordnet ist. Somit kann die Atemluft aus der Spiralbahn durch die Ausgangsöffnung hindurch in die Probensammeleinrichtung einströmen. Die Spiralbahn kann einen Strömungskanal für die Atemluft bilden. Beispielhaft kann ein Öffnungswinkel der Ausgangsöffnung der Spiralbahn zwischen 10° und 180° betragen. Die Spiralbahn kann helixförmig in der Aufsatzvorrichtung verlaufen.
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Die Aufsatzvorrichtung kann zur Gewinnung von Aerosolen oder Kondensat aus Atemproben verwendet werden. Die in der ausgeatmeten Luft enthaltenen Aerosole entstammen dem Epithelflüssigkeitsfilm, der die Lunge auskleidet, und dienen als Träger physiologischer, von der Lunge sezernierter Stoffe, oft als „Biomarker“ bezeichnet. Die gewonnenen Proben enthalten im Unterschied zu einer mittels Kühlvorrichtung generierten Probe, bei der eine Verdünnung stattfinden würde, eine höhere Konzentration an Biomarkern, was die Methoden zur Analyse erweitert und die Analyse erleichtert. Die Aufsatzvorrichtung zielt folglich darauf ab, die Aerosole des Atems, welche gemäß Stand der Wissenschaft einen durchschnittlichen Durchmesser von 300 nm aufweisen, zu fangen und damit die in den Aerosolen enthaltenen Biomarker anzureichern. Ferner ist eine Steuerung des Atemvorgangs möglich und für eine angestrebte Reproduzierbarkeit und Standardisierung vorteilhaft. Vorteilhafterweise ist für die Probennahme keine manuelle Bedienung des Geräts durch einen Operator erforderlich. Eine Ausführungsform der Sammlung ist bei dem hier beschriebenen Ansatz prinzipiell auch ohne Abkühlen bzw. Kondensieren der ausgeatmeten Luft realisierbar. Dennoch kann es vorteilhaft sein, dass die Probensammeleinrichtung oder Teile davon temperiert werden, um ein erneutes Verdunsten der Probe oder Teilen davon zu verhindern oder um die Biomarker besser zu konservieren. Geeignete Temperaturen für eine Temperierung der Probe liegen im Bereich von > 0°C und < 30 °C am Ort der Probe.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Einlassrohr ein als Mundstück ausgeformtes freies Ende aufweisen oder in Verbindung mit einem Mundstück stehen oder als Mundstück ausgeformt sein. Dazu kann das Einlassrohr eine Schnittstelle zum Befestigen des Mundstücks aufweisen. Eine solche Schnittstelle kann eine form- oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Mundstück und der Aufsatzvorrichtung ermöglichen. Beispielsweise kann die Schnittstelle ein Gewinde oder ein Klippelement umfassen. Somit kann das Mundstück integriert sein oder als ein extra Aufsteckteil ausgeführt sein. Das Einlassrohr kann somit eine Verbindung zum Mundstück zur Probeneingabe aufweisen. Das Einlassrohr kann ausgeformt sein, um die Atemluft in die Spiralbahn einströmen zu lassen. Die Spiralbahn dient hierbei einer gezielten Steuerung der Strömungsrichtung der Atemluft, um die in der ausgeatmeten Luft enthaltenen Aerosole mit den darin gelösten Biomarkern zu einem hohen Anteil zu sammeln. In das Mundstück kann ein Anwender seine Atemluft hineinblasen.
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Weiterhin weist die Aufsatzvorrichtung ein Tauchrohr auf. Das Tauchrohr dient der Ableitung der Atemluft aus der Probensammeleinrichtung. Dadurch ist eine kontinuierliche Nutzung möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Tauchrohr einen Überstand aufweisen, der über einen Anschlag der Aufsatzvorrichtung für die Probensammeleinrichtung übersteht. Ein Hineinragen des Tauchrohrs in die Probensammeleinrichtung unterstützt die Ausbildung einer stabilen Zyklonströmung der Atemluft innerhalb der Probensammeleinrichtung. Dabei kann der Anschlag auf einer einem freien Ende des Tauchrohrs gegenüberliegenden Seite der Aufsatzvorrichtung angeordnet sein. Der Anschlag kann ausgeformt sein, um eine Aufnahme der Probensammeleinrichtung in die Aufsatzvorrichtung zu begrenzen. Beispielsweise kann die Probensammeleinrichtung bis zu dem Anschlag in die Aufsatzvorrichtung eingeschraubt werden. Über das freie Ende des Tauchrohrs kann die von der Probe befreite Atemluft aus der Aufsatzvorrichtung entweichen.
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Längsachsen des Tauchrohrs und des Einlassrohrs können in einem spitzen Winkel zueinander stehen. Hier kann beispielsweise über einen Schlauch eine Pumpe angeschlossen werden, die den Ausatemvorgang unterstützt, indem sie den vom Anwender empfundenen Atemwiderstand herabsetzt.
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Der Atemvorgang wird vorteilhafterweise mittels ruhiger, aber gleichzeitig tiefer Ruheatmung durchgeführt. Es wird eine 10-minütige Sammelzeit in Ruheatmung empfohlen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Aufsatzvorrichtung eine Schnittstelle zum mechanischen reversiblen Verbinden der Aufsatzvorrichtung und der Probensammeleinrichtung aufweisen. Somit lässt sich die Verbindung auch wieder lösen. Das mechanische Verbinden der Aufsatzvorrichtung mit der Probensammeleinrichtung kann über ein kraftschlüssiges Schraubgewinde oder eine formschlüssige Steckverbindung erfolgen. Die mechanische Verbindung kann lösbar ausgeführt sein, sodass die Probensammeleinrichtung nach Sammeln der Probe von der Aufsatzvorrichtung gelöst werden kann und beispielsweise in ein Laborgerät gesteckt werden kann.
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Es wird eine Sammelvorrichtung mit einer Aufsatzvorrichtung und einer mechanisch mit der Aufsatzvorrichtung gekoppelten Probensammeleinrichtung vorgestellt. Eine solche Sammelvorrichtung kann eine von einem Anwender gut handhabbare Einheit darstellen. So kann in einem Ausführungsbeispiel die Probensammeleinrichtung als ein Reaktionsgefäß mit einem Volumen zwischen 0,05 ml und 50ml ausgeformt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform kann sich die Aufsatzvorrichtung an einer der Probensammeleinrichtung zugewandten Seite verjüngen und eine Öffnung aufweisen. Die Aufsatzvorrichtung kann direkt auf die Probensammeleinrichtung aufgesetzt oder aufsetzbar sein und für weitere Verarbeitungsschritte im Labor geeignet sein. Die der Probensammeleinrichtung zugewandten Seite der Aufsatzvorrichtung stellt im Gebrauch der Sammelvorrichtung typischerweise die Unterseite dar. Die Öffnung der Aufsatzvorrichtung kann an einem Endabschnitt der Verjüngung angeordnet sein und einen Durchlass zu der Probensammeleinrichtung darstellen. Vorteilhafterweise kann die Aufsatzvorrichtung so konstruiert sein, dass diese direkt auf die Probensammeleinrichtung aufgesetzt wird. Dieser Aufbau ist zum Sammeln größerer Probenmengen geeignet, ohne dabei die Strömungsverhältnisse bei der Sammlung zu beeinträchtigen.
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Die Probensammeleinrichtung kann somit als ein handelsübliches Reaktionsgefäß ausgeformt sein. Das Reaktionsgefäß kann beispielsweise ein Volumen zwischen 0,05 ml und 3 ml aufweisen. Auch kann die Probensammeleinrichtung als ein Zentrifugenröhrchen mit einem Volumen zwischen 2,5 ml und 25 ml, beispielsweise mit 15 ml Volumen, ausgeformt sein.
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Es wird ein Verfahren zum Gewinnen von Proben aus der exhalierten oder ausgeatmeten Luft vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Führen der ausgeatmeten Luft in einen Fliehkraftabscheider; und
- Sammeln der Proben aus der ausgeatmeten Luft an der Wand des Fliehkraftabscheiders unter Ausnutzung der Fliehkraft.
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Vorteilhafterweise kann das Führen der ausgeatmeten Luft in den Fliehkraftabscheider durch eine Pumpe unterstützt werden. Das Verfahren kann einen Schritt des Trennens umfassen, in dem ein Probensammelgefäß des Fliehkraftabscheiders von einer Aufsatzvorrichtung des Fliehkraftabscheiders getrennt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform kann ein Fliehkraftabscheider zum Zweck des Gewinnes von Proben aus der Atemluft verwendet werden. Der Fliehkraftabscheider ermöglicht hierbei unter Verwendung der Spirale, die eine Strömung der Atemluft steuert sowie unter Ausnutzung der Fliehkraft, ein effektives Sammeln der im Atem enthaltenen Aerosolen bzw. der in den Aerosolen enthaltenen Biomarker verwendbarer Proben der Atemluft zu Diagnosezwecken.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine Ansicht einer Aufsatzvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine Querschnittsansicht einer Aufsatzvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine Ansicht einer Aufsatzvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4 eine schematische Ansicht einer Probensammeleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 5 eine Ansicht einer Sammelvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 6 eine Ansicht einer Sammelvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und
- 7 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Gewinnen von Proben aus der Atemluft gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine Ansicht einer Aufsatzvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Aufsatzvorrichtung 100 umfasst ein Einlassrohr 102 und ein Tauchrohr 104. Die Aufsatzvorrichtung 100 dient als Aufsatz für eine in 5 gezeigte Probensammeleinrichtung, wobei die Aufsatzvorrichtung 100 in Verbindung mit der Probensammeleinrichtung eine Sammelvorrichtung in Form eines Fliehkraftabscheiders bildet, wie sie in 6 dargestellt ist.
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Die Aufsatzvorrichtung 100 ist vorgesehen, um Proben aus der ausgeatmeten Luft eines Lebewesens zu gewinnen. Dazu ist ein freies Ende des Einlassrohrs 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel als ein Mundstück ausgeformt oder ausgeformt, um ein solches Mundstück aufzunehmen.
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Die Einströmung der Atemluft erfolgt über das Einlassrohr 102, das exzentrisch an einem zylinderförmigen Grundkörper 106 der Aufsatzvorrichtung 100 angebracht ist. Hierfür nimmt eine Person das gemäß einem Ausführungsbeispiel ergonomisch geformte Mundstück des Einlassrohrs 102 in den Mund und atmet mehrfach in das Einlassrohr 102 hinein. Der Atemvorgang wird vorteilhafterweise mittels ruhiger, aber gleichzeitig tiefer Ruheatmung durchgeführt. Der Luftaustritt aus der Aufsatzvorrichtung 100 erfolgt, nachdem die Atemluft zur Abscheidung einer Probe in der Probensammeleinrichtung zirkuliert ist, über das Tauchrohr 104. Das Tauchrohr 104 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mittig durch den Grundkörper 106 hindurchgeführt. Bei montierter Probensammeleinrichtung kann das Tauchrohr 104 in die Probensammeleinrichtung hinein ragen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel stehen Längsachsen des Einlassrohrs 102 und des Tauchrohrs 104 in einem spitzen Winkel zueinander.
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Die Aufsatzvorrichtung 100 dient gemäß einem Ausführungsbeispiel einer einfachen und gezielten Gewinnung von Aerosolen, die aus dem Epithelflüssigkeitsfilm, der die Lunge auskleidet, gelöst werden und in den Atem gelangen. Bei jedem Atemvorgang werden Aerosole erzeugt und in geringer Konzentration als Tröpfchen mit einem Durchmesser von 200 - 1000 nm abgeatmet. Aerosole dienen als Träger von Proteinen und Biomarkern, die ein aussagekräftiges und wertvolles Bild über den Gesundheitszustand der Lunge und der atmenden Person erlauben. Die Aufgabe der Aufsatzvorrichtung ist damit die Sammlung von sogenannten EBAC (exhaled breath aereosols and condensate). Die Aufsatzvorrichtung dient einer reproduzierbaren, standardisierten Probengewinnung von EBAC, die mittels eines Exhaled-Breath and Aerosol Collectors gezielt eine ausreichend hohe Menge Aerosole fängt, womit eine ausreichend hohe Konzentration von Biomarkern für die Analyse der Atemluft bereitgestellt wird. Es wird somit die Sammlung von Aerosolen gezielt adressiert. Ein weiteres Ziel dieses Ansatzes ist es, die Aerosol-Sammlung möglichst nahe an bestehenden Laborsystemen wie Reaktionsgefäßen zu erstellen um einen möglichst universellen Einsatz zu ermöglichen und den Einsatz von speziellem Zubehör zu reduzieren.
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Eine y-Achse der Aufsatzvorrichtung 100 entspricht einer Längsachse des Tauchrohrs 104. Eine x-z-Ebene der Aufsatzvorrichtung 100 steht senkrecht zu der y-Achse.
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2 zeigt eine Längsschnittsansicht einer Aufsatzvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei der in 2 gezeigten Aufsatzvorrichtung 100 kann es sich beispielsweise um die in 1 gezeigte Aufsatzvorrichtung 100 handeln. Neben dem Einlassrohr 102 und dem Tauchrohr 104 umfasst der Grundkörper 106 der Aufsatzvorrichtung 100 eine Schnittstelle 202, wobei die Schnittstelle 202 einer Verbindung der Aufsatzvorrichtung 100 mit einem Gewinde 204 der Probensammeleinrichtung dient, sowie eine Ausgangsöffnung 205, welche die Atemluft zu der Probensammeleinrichtung leitet.
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In der 2 ist ferner eine Schnittebene 206 dargestellt. Das Einlassrohr 102, welches exzentrisch an der Aufsatzvorrichtung 100 angebracht ist, steht axial in einem Winkel α von 0° bis 70°, vorteilhafterweise von 0° bis 40°, zu dieser Schnittachse 206. Eine Längsachse des Tauchrohrs 104, das die Atemluft aus der Probensammeleinrichtung ableitet, entspricht einer Längsachse eines das Gewinde 204 aufweisenden zylinderförmigen Abschnitts des Grundkörpers 106 sowie der y-Achse der Aufsatzvorrichtung 100. Das Gewinde 204 ist dabei als ein Innengewinde ausgeführt. Das Gewinde 204 ist bis zu einem Anschlag 208 des Grundkörpers 106 geführt. Wenn die Probensammeleinrichtung, die ein zu dem Gewinde 204 korrespondierendes Außengewinde aufweist, vollständig in das Gewinde 204 eingeschraubt ist, liegt ein Endabschnitt der Wand der Probensammeleinrichtung an dem Anschlag 208 an. Über das Gewinde 204 kann die Probensammeleinrichtung wiederlösbar an der Aufsatzvorrichtung 100 montiert werden. Das Tauchrohr 104 weist einen Überstand 210 auf, der über den Anschlag 208 hinausragt und somit bei montierter Probensammeleinrichtung in die Probensammeleinrichtung hineinragt. Der Anschlag 208 ist umlaufend ausgeführt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel grenzt die Ausgangsöffnung 205 an eine Außenwand des Überstands 210 des Tauchrohrs 104 an ist jedoch von dem Gewinde 204 beabstandet, da dazwischen noch die Gefäßwand der auch als Sammelgefäß bezeichneten Probensammeleinrichtung hinkommt. Dies ist so konstruiert, dass keine Stufe zwischen der Ausgangsöffnung und dem Sammelgefäß entsteht. Somit kann der Anschlag 208 einen geschlossenen Ring ausbilden. Die Ausgangsöffnung 205 ist in einem das Gewinde 204 überspannenden Deckenabschnitt des Grundkörpers 106 ausgeformt. Das Einlassrohr 102 ist an dem Deckenabschnitt mit dem Grundkörper 106 verbunden. Innerhalb des Deckenabschnitts ist die Spiralbahn angeordnet, über die die Atemluft von dem Einlassrohr 102 zu der Ausgangsöffnung 205 geführt wird.
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3 zeigt eine Ansicht einer Aufsatzvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei der in 3 gezeigten Aufsatzvorrichtung 100 kann es sich beispielsweise um die in 1 und 2 gezeigte Aufsatzvorrichtung 100 handeln. Der Querschnitt der Ansicht der Aufsatzvorrichtung 100 ist entlang der in 2 gezeigten Schnittebene 206 erfolgt.
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Die Aufsatzvorrichtung 100 umfasst das Einlassrohr 102, das Tauchrohr 104 und zumindest einen Abschnitt einer Spirale, hier eine Spiralbahn 304. Die Spiralbahn 304 erstreckt sich über Ausgangsöffnung 205, wobei die Ausgangsöffnung 205 ausgeformt ist, um die Atemluft zu der Probensammeleinrichtung zu leiten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Ausgangsöffnung 205 als ein Kreissegment ausgeformt.
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Das Einlassrohr 102 ist ausgeformt um die Atemluft tangential in die Spiralbahn 304 einströmen zu lassen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Spiralbahn 304 einen Drehwinkel von 100° auf. Durch die Spiralbahn 304 wird die einströmende Atemluft in eine kreisförmige Bahn gebracht, wobei durch eine optionale Verjüngung der an die Ansatzvorrichtung 100 anschließenden, konisch geformten Probensammeleinrichtung eine Drehgeschwindigkeit der Atemluft zunimmt, so dass die Aerosole der Atemluft durch die wirkende Fliehkraft an die Wand der Probensammeleinrichtung geschleudert und soweit abgebremst werden, dass sie sich aus der Atemluft lösen und sich in den unteren Teil der Probensammeleinrichtung absetzen.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Ausgangsöffnung 205 als ein Kreissegment ausgeformt. Die Ausgangsöffnung 205 ist außerhalb des Tauchrohrs 104 angeordnet. Ein Öffnungswinkel β der Ausgangsöffnung 205 liegt in der Regel zwischen einem Wert von 10° und 180° und hängt ferner von einem Steigungsparameter der Spirale ab.
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4 zeigt eine schematische Ansicht einer Probensammeleinrichtung 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Probensammeleinrichtung 500 umfasst einen konisch ausgeformten Sammelkörper 502 zum Sammeln der Aerosole aus der Atemluft und ein Schraubgewinde 504 zum Einschrauben der Probensammeleinrichtung 500 in das Gewinde der Aufsatzvorrichtung.
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Das mechanische Verbinden der Aufsatzvorrichtung mit der Probensammeleinrichtung 500 kann über das Schraubgewinde 504 oder alternativ beispielsweise über eine Steckverbindung erfolgen. Die mechanische Verbindung ist gemäß einem Ausführungsbeispiel lösbar ausgeführt, sodass die Probensammeleinrichtung 500 nach dem Sammeln der Atemluftprobe von der Aufsatzvorrichtung gelöst werden kann. Dabei ist die Probensammeleinrichtung 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgeformt, um direkt an Laborgeräte angeschlossen zu werden, ohne dass ein Umfüllen der Probe der Atemluft nötig ist.
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5 zeigt eine Sammelvorrichtung 600 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Sammelvorrichtung 600 umfasst die Aufsatzvorrichtung 100 und die mechanisch mit der Aufsatzvorrichtung 100 gekoppelte Probensammeleinrichtung 500. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Aufsatzvorrichtung 100 unter Verwendung einer Steckverbindung oder eines Gewindes unter eventueller Zuhilfenahme einer zusätzlichen Abdichtung auf der Probensammeleinrichtung 500 befestigt sein.
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Die Aufsatzvorrichtung 100 ist über das Schraubgewinde mit der beispielhaft 1,5ml Probensammeleinrichtung 500 verbunden. Aus den geometrischen Abmessungen und einem Volumenstrom von 18 l/min ergibt sich eine Eintrittsgeschwindigkeit der Atemluft von ca. 80 m/s bei einem Druckabfall von ca. 50 mbar. Die voll ausgeprägte Strömung der Atemluft in der Probensammeleinrichtung 500 hat eine Maximalgeschwindigkeit von ca. 40 m/s. Der berechnete Grenzkorndurchmesser liegt bei 250nm.
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Aus der mechanischen Verbindung der Aufsatzvorrichtung 100 mit der Probensammeleinrichtung 500 ergibt sich ein zyklonischer Fliehkraftabscheider 602, wobei der Fliehkraftabscheider 602 zum Zweck des Gewinnens von Proben aus der exhalierten Atemluft verwendet wird. Die Atemluft wird hierbei mit Hilfe des Fliehkraftabscheiders 602 in eine rotierende Strömung gebracht, so dass die in der Atemluft enthaltenen Aerosole abgeschieden werden und an der Wand der Probensammeleinrichtung 500 abfließen. Die Abscheidung der Aerosole aus der Atemluft erfolgt durch die Ausnutzung der Fliehkraft, beispielsweise durch geringe Krümmungsradien, große Geschwindigkeiten und kleine Querschnitte.
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Die Aufsatzvorrichtung 100 ist so konstruiert, dass diese direkt auf den Probensammeleinrichtung 500 aufgesetzt wird, wobei die Probensammeleinrichtung 500 für die weiteren Verarbeitungsschritte im Labor geeignet ist. Ein Umfüllen der gesammelten Proben vor deren Weiterverarbeitung, wie es bei den aktuell verfügbaren Geräten nötig ist, ist hierbei nicht erforderlich. Ab einem Volumenstrom von ca. 18 l/min wird im vorliegenden Beispielaufbau der Sammelvorrichtung 600 der maximale Wirkungsgrad des Fliehkraftabscheiders 602 erreicht. Dieser Bereich ist während des menschlichen Atemmanövers erreichbar. Die vorliegende Strömung der Atemluft scheidet mehr als die Hälfte aller Partikel mit einem Durchmesser von 400nm oder mehr in die Probensammeleinrichtung 500 ab. Für geringere Volumenströme kann beispielsweise die Eintrittsgeschwindigkeit durch einen kleineren Querschnitt im Einlass angepasst werden, um den Wirkungsgrad des Fliehkraftabscheiders zu maximieren.
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6 zeigt eine weitere Sammelvorrichtung 600 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Sammelvorrichtung 600 umfasst die Aufsatzvorrichtung 100 und die mechanisch mit der Aufsatzvorrichtung 100 gekoppelte Probensammeleinrichtung 500. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Aufsatzvorrichtung 100 unter Verwendung einer Steckverbindung oder eines Gewindes unter eventueller Zuhilfenahme einer zusätzlichen Abdichtung auf der Probensammeleinrichtung 500 befestigt sein.
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Aus der mechanischen Verbindung der Aufsatzvorrichtung 100 mit der Probensammeleinrichtung 500 ergibt sich ein zyklonischer Fliehkraftabscheider 602, wobei der Fliehkraftabscheider 602 zum Zweck des Gewinnens von Proben aus der exhalierten Atemluft verwendet wird. Die Atemluft wird hierbei mit Hilfe des Fliehkraftabscheiders 602 in eine rotierende Strömung gebracht, so dass die in der Atemluft enthaltenen Aerosole abgeschieden werden und an der Wand eines erweiterten Aufsatzes 100 abfließen. Die Abscheidung der Aerosole aus der Atemluft erfolgt durch die Ausnutzung der Fliehkraft, beispielsweise durch geringe Krümmungsradien, große Geschwindigkeiten und kleine Querschnitte. Der Fliehkraftabscheider hat an seiner Unterseite eine Öffnung 603. Der Fliehkraftabscheider weist an seinem unteren Ende einen sich verjüngenden Abschnitt auf, der in die Öffnung 603 mündet. Die gesammelten Aerosole werden durch die Luftströmung im Zyklon nach unten getrieben und gelangen in das darunterliegende Probensammelgefäß 500. Gegenüber dem Aufbau in 5 hat dies den Vorteil, dass sich die Geometrie des Zyklons und damit die Luftströmung nicht durch die Abscheidung einer Probenmenge am Boden des Probensammelgefäßes erhöht. Dieser Aufbau ist daher für die Sammlung auch größerer Probenmengen geeignet.
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Die Aufsatzvorrichtung 100 ist so konstruiert, dass diese direkt auf den Probensammeleinrichtung 500 aufgesetzt wird, wobei die Probensammeleinrichtung 500 für die weiteren Verarbeitungsschritte im Labor geeignet ist. Ein Umfüllen der gesammelten Proben vor deren Weiterverarbeitung, wie es bei den aktuell verfügbaren Geräten nötig ist, ist hierbei nicht erforderlich.
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7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 700 zum Gewinnen von Proben aus der Atemluft gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 700 kann beispielsweise unter Verwendung der anhand von 1 beschriebenen Aufsatzvorrichtung für eine Probensammeleinrichtung zum Gewinnen von Proben aus der Atemluft ausgeführt werden.
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Das Verfahren 700 umfasst zunächst einen Schritt 701, bei dem die ausgeatmete Atemluft in einen Fliehkraftabscheider geführt wird. Dies wird optional von einer Pumpe unterstützt. Schließlich werden in einem Schritt 703 die Proben aus der Atemluft an der Wand des Fliehkraftabscheiders unter Ausnutzung der Fliehkraft gesammelt.
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Das Verfahren kann einen weiteren Schritt umfassen, in dem ein Auftrennen der Sammelvorrichtung erfolgt. Dabei werden die Aufsatzvorrichtung und die mechanisch mit der Aufsatzvorrichtung gekoppelte Probensammeleinrichtung getrennt. Anschließend steht die Probensammeleinrichtung mit der gesammelten Probe zu einer weiteren Analyse bereit. Die Aufsatzvorrichtung kann entsorgt oder für eine weitere Probennahme erneut mit einer Probensammeleinrichtung verbunden werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
