TWI649060B - 流體取樣裝置 - Google Patents

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TWI649060B TW106131747A TW106131747A TWI649060B TW I649060 B TWI649060 B TW I649060B TW 106131747 A TW106131747 A TW 106131747A TW 106131747 A TW106131747 A TW 106131747A TW I649060 B TWI649060 B TW I649060B
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Abstract

在本發明之某些實施方案中，一種流體取樣裝置包含一外殼體，該外殼體被形成為一膠囊，亦即，經構形以用於由諸如一哺乳類患者之一患者吞嚥。在此等實施方案中，該流體取樣裝置可經構形以對GI道中之流體進行取樣。在其他實施例中，根據本發明之流體取樣裝置可經構形以用於***至一體腔中或者可植入或以其他方式放置於身體中。

Description

流體取樣裝置
腸胃(GI)道疾病係常見的。此外，GI道之組成及健康愈來愈受到各種各樣之疾病狀況影響。因此，GI環境之檢查及特徵化高度受關注。然而，GI道與通道(特定而言小腸區段)不同。用於檢查GI道之最常見技術係透過使用內視鏡儀器(自口腔或鼻腔或者自肛門)。但此等程序係侵襲的、不舒服的且需要一受訓練醫師來操作。此外，在無極複雜儀器及程序之情況下，不可進入小腸之較遠端區域。 膠囊內視鏡(CE)已作為習用GI道檢查方法之一替代方案出現。在具有CE之情況下，一可吞嚥電子膠囊在GI道中自然地通過同時採集影像並將影像無線地傳輸至一外部接收器。 然而，為正確地診斷並研究腸道之健康，抽吸流體樣本以用於分析通常係有用的(成像係不充足的)。可針對細胞、酶、生物標誌物、代謝物組，及/或微生物相之存在而分析流體樣本，舉例而言。有前景之研究之一個特定領域係檢查腸道微生物相及其與健康及疾病之關係。具體而言，存在展示細菌微生態失調與疾病狀態之一聯繫之眾多研究。此外存在有助於藉由控制腸道細菌組成來治療疾病之諸多方法。迄今為止，絕大多數工作已經由檢查糞便微生物相來完成。然而，眾所周知，小腸中之細菌組成與糞便之細菌組成不同。此外，在諸多情況下，微生物群系與健康及疾病之聯繫在小腸中可能較明顯。 用於對GI道中之液體進行取樣之某些習用取樣裝置係已知的。然而此等裝置係不實際的、極度複雜的及/或過分昂貴的中之一或多者。出於此等原因，需要用於對通過GI道之流體進行取樣之一習用、非侵襲、可靠且低成本方法。
本申請案闡述經構形以對一環境中之流體進行取樣之流體取樣裝置。舉例而言，可將根據本發明之一流體取樣裝置構形為對GI道中之流體進行取樣之一可吞嚥膠囊。在某些例項中，可選擇性地控制根據本發明之膠囊以對GI道之預定區域中之流體進行取樣。 提供本發明內容以按一簡化形式引入下文在實施方式中進一步闡述之概念之一選擇。此發明內容並不意欲識別所主張標的物之關鍵特徵或基本特徵，亦不意欲用以限制所主張標的物之範疇。
本發明闡述包含具有經併入流體取樣能力之可吞嚥膠囊之經改良流體取樣裝置及系統。在本發明之某些實施方案中，一種流體取樣裝置包含一外殼體，該外殼體被形成為一膠囊，亦即，經構形以用於由諸如一哺乳類患者之一患者吞嚥。在此等實施方案中，該流體取樣裝置可經構形以對GI道中之流體進行取樣。在其他實施例中，根據本發明之流體取樣裝置可經構形以用於***至一體腔中或者可植入或以其他方式放置於身體中。 在某些實施方案中，根據本發明之一可吞嚥膠囊可包含界定一膠囊體積之一外殼體及界定一取樣貯存器之一內殼體。內殼體可係可在膠囊體積內相對於外殼體移動的。舉例而言，內殼體可係可沿著膠囊之一軸線移動的或可圍繞該軸線旋轉的。在某些實例中，內殼體可係可選擇性地在一取樣位置(例如，其中流體穿過外殼體及內殼體進入取樣貯存器)與一密封位置(例如，其中流體並不進入及/或離開取樣貯存器)之間移動。 在某些實施例中，可(例如)藉由對殼體內側之內殼體施加一偏置力之一偏置部件而朝向密封位置偏置內殼體。一致動器可經定位以提供對抗且克服偏置力之一力以將內殼體移動至取樣位置。舉例而言，偏置部件可係一彈簧或一可變形材料。此外，藉由非限制性實例之方式，致動器可係一氣體產生器、一機電致動器或一機械致動器。 根據本發明之實例性實施例，當內殼體處於取樣位置中時，內殼體之一內部(例如，一取樣貯存器)經放置與膠囊之一外部環境流體連通。在某些實施例中，一開口可經安置穿過包括膠囊之外部之一外殼體且在取樣位置中穿過內殼體之一通路連接至該開口。在某些實例中，一空心針或類似特徵可與殼體之外部中之開口流體連通。當抵抗偏置力按壓內殼體時，空心針刺穿內殼體之一區段使得膠囊外部之流體通過開口及空心針進入至內殼體中。 根據本發明之流體取樣裝置亦可經構形以偵測裝置在GI道中之一方位(舉例而言)以自GI道之一特定部分(例如，十二指腸、回腸、結腸等)採集一流體樣本。因此，在某些例項中，根據本發明之取樣裝置可包含感測裝置之一位置之一感測器。舉例而言，感測器可感測膠囊周圍之環境之一pH位準。感測器亦可以可操作方式連接至致動器，使得感測器在感測到一預定pH位準之後旋即發射一信號或以其他方式觸發致動器以將內部殼體自密封位置移動至取樣位置。 本發明一般而言係關於流體取樣裝置及系統，且儘管根據本發明之系統通常將闡述為在體內中(且更具體而言，可吞嚥裝置中)有用，但本文中所闡述之概念及系統並不限於此。舉例而言，本發明之概念可在***或以其他方式置於期望自其採集一流體樣本之任何腔中之裝置中有用。言而言之，儘管將闡述特定實施例及益處，但熟習此項技術者將明瞭具有本發明之益處之其他實施方案、修改及/或益處。 圖1A及圖1B係根據本發明之實施例之一流體取樣裝置100之剖面圖示。如下文將更詳細闡述，圖1A繪示處於一密封位置中之流體取樣裝置100且圖1B繪示處於一取樣位置中之裝置100。 流體取樣裝置100通常包含界定裝置100之一大小及形狀之一殼體102。所圖解說明之殼體102經形狀設計類似一膠囊且包含沿著一軸線110在一第一端106與一對置第二端108之間延伸之一大體圓柱形側壁104。第一端106及第二端108係大體圓頂狀以促進裝置100之較容易吞嚥或***。當然，在其他實施例中，取決於應用及/或期望效應，殼體102可採用其他形狀及大小。 在本發明之某些實施例中，殼體102係在一身體內時將不實質上變形之一剛性殼體。舉例而言，殼體102可由諸多已知材料中之一或多種製成，包含但不限於聚合物、不銹鋼及諸如此類。較佳地，殼體由經核准地及/或以其他方式適合用於放置於一哺乳動物身體中之一生物相容材料製成。舉例而言，殼體可由聚乙烯、ABS及/或PEEK形成。 一開口112由穿過殼體102之一孔形成。在所圖解說明之實例中，開口112係大體沿著軸線110穿過殼體102之第二端108而形成之一孔。在其他實施例中，開口112可自軸線110偏移及/或可定位於除殼體102之第二端108處之外的位置處。如下文將更詳細闡述，開口112提供裝置100之外部環境與裝置100之一內體積114之間的一流體連通，如由殼體102界定。 亦如圖1A及圖1B中所圖解說明，一內剛性殼體116安置於殼體102之內體積114中。內殼體116係大體圓柱形(亦沿著軸線110安置)且界定包括一取樣貯存器118之一密封體積。內剛性殼體之至少一部分包括一可重新密封部分120。如下文將更詳細闡述，可透過可重新密封部分120進入取樣貯存器118。 剛性殼體116之一外圓周(亦即，圍繞軸線110之一圓周)比外殼體102之側壁104之一內表面之一圓周小。以此方式，剛性殼體116可在殼體102內移動，包含沿著軸線110移動。亦如圖1A及圖1B中所圖解說明，一密封件122 (諸如一壓力密封件或一o形環)經安置以接觸外部殼體102之側壁104之內表面及內部殼體116之一外表面。壓力密封件122較佳地限制內殼體116沿除沿著軸線110之外的任何方向移動。壓力密封件122亦可將裝置100之內體積114分割成兩個體積，亦即，接近裝置100之第一端106之一第一體積及接近裝置100之第二端108之一第二體積。在其他實施例中，可在沿著剛性殼體116之一軸向長度之其他方位處設置額外密封件。舉例而言，此等額外密封件可防止剛性殼體116相對於軸線110圍繞密封件122樞轉。 內體積114中亦設置一偏置部件124及一致動器126。更具體而言，偏置部件接近殼體102之第二端108而安置，且致動器126接近殼體102之第一端106而安置。舉例而言，偏置部件124可包括在一壓縮力下壓縮但當移除壓縮力時膨脹至其原始位置之一可壓縮材料。在本實施例中，偏置部件124經選擇以沿遠離殼體102之第二端108之一方向偏置剛性殼體116。亦即，偏置部件維持剛性殼體116與第二端108之間的一預定間隔。舉例而言，可壓縮材料可包含矽、橡膠、一凝膠、發泡體或諸如此類。在替代實施例(諸如圖2中所圖解說明之實施例)中，偏置部件124可替代地包括一彈簧。熟習此項技術者亦可明瞭受益於本發明之其他偏置部件。 致動器126經構形以將足以克服由偏置部件124提供之一偏置力之一力施加至剛性殼體116，藉此將剛性殼體116朝向殼體102之第二端108移動。在圖1A及圖1B之所圖解說明之實例中，致動器126包括一氣體產生單元，諸如一氫氣產生單元。以在此實例中，一密封件128經設置以相對於殼體102之側壁104之一內表面密封氣體產生單元126。如下文將更詳細闡述，可設置密封件128使得將由氣體產生單元126產生之氣體侷限於密封件128與上文所闡述之密封件122之間的內部體積114之一區域。在其他實施例(包含下文所闡述之某些實施例)中，致動器126可不同於一氣體產生單元。舉例而言，致動器126可係一機械彈簧，諸如一預先加載螺旋彈簧。在此等實施例中之某些實施例中，密封件128可係不必要的。 裝置100亦包含接近殼體102之第一端106之一感測器130。感測器130可例如經由一或多個引線132操作地連接至致動器126。感測器可係(舉例而言)包含沈積於電極上方之一腸溶聚合物材料之一類型之一臨限值感測器。下文所論述之圖6至圖8中圖解說明某些實例性臨限值感測器。在此實例中，感測器130或感測器130之一部分安置於殼體102之一外部表面上。在使用中，一上升之pH及水環境可致使腸溶聚合物侵蝕。此曝露電極且此條件用作一電切換器。應注意，聚合物材料之選擇以及將不同聚合物材料分層之可能性使切換器對不同pH環境敏感且可用於靶向GI道內之不同方位，舉例而言。儘管所圖解說明之實例展示安置於殼體之第一端106處之感測器130，但感測器130可安置於殼體102上之別處。 流體取樣裝置100亦包含連接至開口112之一空心針134。空心針134自殼體102之第二端108大體向內突出至體積114中。如圖1A中所圖解說明，當裝置100處於密封位置中時，空心針並不自端108之一內表面如偏置部件124一樣遠地突出。因此，空心針並不接觸內剛性殼體116。然而，當偏置部件朝向殼體102之第二端108壓縮時(例如，藉由施加一壓力至剛性殼體116以移動至圖1B中所展示之取樣位置之致動器126)，空心針可接觸且刺穿可重新密封部分120。 如上所述，流體取樣裝置100呈圖1A中之一密封構形且處於圖1B中之一取樣位置中。在操作中，流體取樣裝置100較佳地以圖1A之密封位置攝入或以其他方式***至身體中。在一項實例中，裝置100被吞嚥且穿過腸胃道。感測器130感測裝置100在GI道中之一位置。如上所述，在某些例項中，感測器130係(例如)藉由偵測pH之一變化來識別GI道中之一預定方位之一臨限值感測器。在某些實例中，如下文更詳細地闡述，臨限值感測器可包含塗佈有一聚合物材料之電極。聚合物材料可經選擇以在一預定pH位準下侵蝕，從而允許接觸電極且閉合跨越致動器之一電路。在圖1A至圖1B之所圖解說明實施例中，致動器126係一氣體產生器。因此，氣體產生器回應於感測器130感測到GI道中之一條件而開始大體沿朝向剛性殼體116之一方向將氣體發射至體積114中。在其他實施例中，當藉由感測器感測到預定方位時可形成一電信號。此電信號(例如)經由一電子電路藉由引線132傳達至致動器126。 由於壓力係因由氣體產生致動器126產生之氣體而在殼體102中產生，因此剛性殼體116被迫朝向殼體102之第二端108軸向移動。此移動係大體沿著圖1B中所圖解說明之箭頭A。最終，剛性殼體116上沿著箭頭A之方向之壓力足以克服藉由偏置部件124沿一對置方向施加之偏置力。更具體而言，偏置部件124開始壓縮(且其中繼續壓縮偏置部件124)，剛性殼體116之可重新密封部分120接觸空心針134且空心針134刺穿可重新密封部分120。在此位置中，透過開口112及空心針134形成將裝置100之外環境與取樣貯存器118連接之一通路。在某些實施例中，取樣貯存器118可處於真空條件下，使得一旦不透性薄膜120被空心針刺穿，裝置100外部之流體便湧入以填充係取樣貯存器118之空間。舉例而言，一般由圖1B中之箭頭B來圖解說明流體自裝置100之外部至取樣貯存器118中之流動。 如圖1B中所圖解說明，殼體102亦包含一排氣裝置136。排氣裝置136可形成為穿過殼體102之一側壁形成之一個或複數個孔隙或孔。在某些較佳實施例中，排氣裝置136可包括由允許殼體102之內部體積114中之氣態內含物通過至殼體102外側之一位置之一多孔材料製成的殼體102之側壁之至少一部分。舉例而言，已知透過其汽相或氣態材料可遷移之某種聚合物，且殼體102之一部分可由此一聚合物形成以設置排氣裝置。在某些實施例中，一耗散膜可由矽製成(舉例而言)，且放置於一孔或穿過殼體形成之其他開口上方。微孔材料亦係已知的且可形成排氣裝置136之一部分。 在實例中，排氣裝置136允許解除內部體積114中之過度壓力(亦即，大體沿著箭頭C)。在此實例中，排氣裝置136可包括一可透蒸氣的聚合物，該可透蒸氣的聚合物被選擇成透過其以比氣體產生之速率慢之一速率耗散由氣體產生器產生之氣體(亦即，因此可在體積114中積累充足壓力以對抗偏置力移動剛性殼體116)。當氣體產生器停止產生氣體時，體積114中之氣體透過排氣裝置136逸出直至由氣體施加之力被偏置部件之偏置力克服為止。隨著偏置力將剛性殼體116移動回至密封位置，空心針變得與可重新密封部分120解嚙合，且可重新密封部分重新密封，藉此將經由空心針134進入取樣貯存器118之流體密封於取樣貯存器中。 在裝置100離開GI道之後，此可恢復使得可移除且測試取樣貯存器中之流體。 圖2圖解說明根據本發明之另一實施例之另一流體取樣裝置200。如同裝置100，裝置200亦可經構形以由一使用者吞嚥(例如)以獲得GI道中之流體樣本。裝置200包含一膠囊狀殼體202，該膠囊狀殼體通常包含在一圓頂狀第一端206與一對置圓頂狀第二端208之間延伸之一圓柱形側壁204。一開口210圖解說明為穿過第二端形成，儘管其可形成於殼體202上之其他方位處。亦類似於圖1A及圖1B中所圖解說明及上文詳細論述之裝置100，裝置200包含安置於殼體202中之一剛性殼體212。剛性殼體212界定一取樣貯存器214。剛性殼體212亦包含類似於可重新密封部分120之一可重新密封部分216。 在圖2中所圖解說明之實施例中，亦設置一偏置部件218以遠離開口偏置剛性殼體212，且設置一致動器220以選擇性地迫使剛性殼體212抵抗偏置部件218。雖然偏置部件可包含一可壓縮材料(如在先前實例中)，但在此實例中，偏置部件218圖解說明為一螺旋彈簧。並且，代替圖1A及圖1B之氣體產生器，致動器220包含一經壓縮螺旋彈簧及相對於外殼體202固定之一電力電池222。包括致動器220之彈簧藉由一易碎導線224保持處於壓縮位置中。易碎導線224操作地連接至電力電池222，且電力電池(例如)藉由一或多個引線228與一感測器226電連通。如在先前論述之實例中，感測器226接近殼體202之第一端206定位，且經安置以監測裝置200之一方位。舉例而言，感測器可包含監測周圍環境之pH之一pH感測器。 在操作中，裝置200可被吞嚥且因此穿過GI道。當感測器226(例如)藉由感測一預定pH位準而判定裝置200已到達一預定位置時，感測器226產生觸發電力電池222以將集中電能施加至易碎導線224之一電信號。該能量足以弱化且破壞易碎導線224，藉此釋放壓縮彈簧。當彈簧220延伸時，接觸剛性殼體且以充足的力對剛性殼體212賦予一軸向運動以克服偏置部件218之偏置力。如在上文參考圖1A至圖1B所闡述之實例中，當剛性殼體212繼續朝向殼體202之第二端208移動時，一空心針230刺穿剛性殼體212之可重新密封部分216，從而形成自裝置200之一外部至取樣貯存器214之一通路。在某些實例中，在易碎導線224被破壞之後形成之初始力足以克服偏置部件218之偏置力使得剛性殼體212接觸針230且填充取樣貯存器214。然而，在初始力之後，偏置部件218之偏置力可足以使裝置200返回至一密封位置。更具體而言，在其中易碎導線224被破壞之一平衡狀態中，藉由偏置部件218施加於剛性殼體212上之一偏置力足以抵消彈簧220使得空心針230與剛性殼體212間隔開。僅藉由釋放經壓縮彈簧220而產生之初始力足以克服偏置力。以此方式，將一樣本收集於取樣貯存器214中，但裝置200返回至一密封位置，此將防止額外流體經由開口210及空心針230進入流體取樣貯存器214。 圖3圖解說明根據本發明之實施例之另一實例性流體取樣裝置300。如圖3中所圖解說明，流體取樣裝置300具有與上文所論述之取樣裝置100、200之諸多類似性。舉例而言，裝置300包含一外殼體302，外殼體302經形狀設計如同一膠囊且包含大體沿著一軸線310在一第一端306與第二端308之間延伸之一大體圓柱形側壁304。此外，一開口312接近殼體302之第二端308形成。一剛性殼體314安置於由殼體302界定之體積中，且剛性殼體314界定一流體取樣貯存器316。與先前實施例不同，圖3亦圖解說明安置於流體取樣貯存器316中之一淬滅劑318。在使用之前將淬滅劑318放置於流體取樣貯存器316中。在某些實施例中，一旦收集到樣本便提供淬滅劑以防止樣本之降級。淬滅劑可經選擇以抑制細菌與樣本相互作用或利用樣本生長。在一項實例中，淬滅劑可包含舉例而言用以保護所採集樣本之DNA內含物之細胞分解。儘管在本發明之某些其他實例中未圖解說明淬滅劑，但一淬滅劑可用於本文中所闡述之流體取樣貯存器中之任何者中。 剛性殼體314亦包含一可重新密封部分320，且裝置300包含舉例而言可係一氣體產生單元、一機械致動器及/或一機電致動器之一致動器322。裝置300亦包含(例如)藉由引線330連接至一電源326及電子器件328之一感測器324。在此實例中，感測器324可與上文所論述之臨限值感測器不同。舉例而言，感測器324可係一基於電子之pH感測器，諸如一ISFET。不同於上文所闡述之可包括跨越一氣體產生單元之一簡單短路的臨限值感測器，與感測器324相關聯之電子器件328可包含一計時器、一微控制器及/或無線通信組件。電源326可係電池或諸如此類。 儘管致動器322、感測器324及額外相關組件之結構可與上文所論述之實例不同，但效應大體相同。舉例而言，感測器經安置以感測一位置、方位或預定環境因素，且在彼感測之後，旋即驅動致動器322大體沿著一軸線310朝向殼體302之第二端308移動剛性殼體314。與先前實施例一樣，空心針332經安置與開口312流體連通，且當朝向第二端308驅動剛性殼體314時，空心針332將刺穿剛性殼體314之可重新密封部分320，藉此允許裝置300外部之流體進入流體取樣貯存器316。然而，不同於其他實施例，空心針332藉由安置於殼體302之端308中之一通道334相對於開口312偏移。在所圖解說明之實例中，通道334形成為包括第二端308之材料之厚度中之一路徑。更具體而言，通道安置於殼體302之第二端308的一內表面308a與外表面308b之間。通道334可包括可提供一增加之流動阻力之一蛇形或其他曲折路徑，藉此延長取樣程序所需之持續時間。此外，流動路徑可設置取樣室相對於外側環境之一擴散障壁及經改良隔離。如所圖解說明，通道334可避免對一偏置部件(諸如上文所闡述之彼等偏置部件)之需要。然而，在其他實施例中，可使用諸如上文所闡述之偏置部件124或偏置部件218之一偏置部件。當使用一偏置部件時，空心針332可需要比圖3中所圖解說明更遠地延伸遠離殼體302之內表面308a。 圖4圖解說明根據本發明之另一實施例之一流體取樣裝置400之又一實例。類似於先前實施例，流體取樣裝置400包含大體形狀設計為一膠囊之一外殼體402。殼體402包含一大體圓柱形側壁404以用於大體沿著一軸線410在一第一端406與一對置第二端408之間延伸。在此實例中，一開口412係穿過殼體402而形成。然而，代替成為配置於殼體402之一端處之一通常軸向開口，開口412圖解說明為穿過殼體402之側壁404形成之一槽或類似伸長開口。如在先前實施例中，一剛性殼體414安置於由殼體402界定之體積中且經構形以相對於外殼體402移動。一開口416安置於剛性殼體414之一側壁中。開口416通常經形狀設計且經定大小以對應於外殼體402中之開口412。亦在此實施例中，一葉片或鰭片418安置於內剛性殼體414之一外部上。鰭片418以相對於軸線410之一角度自剛性殼體414之一外表面徑向向外突出。 裝置400亦包含圖解說明為一氣體產生器420之一致動器。氣體產生器420 (舉例而言)藉由引線424電連接至一感測器422。氣體產生器420及感測器422可類似於上文參考本發明之其他實施例所論述之彼等氣體產生器及感測器。其通常以上文所闡述之方式起作用。更具體而言，感測器422經構形以感測裝置400之一環境之一預定條件，且在感測到彼條件之後，氣體產生單元420旋即產生一氣體。通常在沿著軸線410自氣體產生單元420朝向殼體402之第二端408之一方向上自氣體產生單元420驅迫氣體。氣體較佳地接觸相對於軸向方向傾斜之鰭片418。因此，所產生氣體對鰭片418之力對殼體414賦予一旋轉運動，從而致使殼體414相對於外殼體402大體沿箭頭426之方向移動。當剛性殼體414相對於外殼體402旋轉時，形成於剛性殼體414之側壁中之開口416與形成於外殼體402之側壁404中之開口412對位。因此，允許裝置400之環境中之流體進入由剛性殼體414界定之一取樣貯存器。 在某些實施例中，剛性殼體414可繼續圍繞軸線410旋轉直至開口416不再與殼體402中之開口412對位為止，藉此重新密封內殼體414。儘管未圖解說明，但可使用一或多個密封件以確保在收集之後將由裝置400獲得之流體樣本保持於剛性殼體414中。舉例而言，限制開口416之一壓力密封件或諸如此類可自剛性殼體414之外部表面徑向向外突出。在此實例中，壓力密封件可接觸殼體402之側壁404之一內表面使得密封由剛性殼體414界定之取樣貯存器。 圖5A及圖5B圖解說明根據本發明之一流體取樣裝置500之又一實施例。裝置500包含通常包括在一第一端506與一第二對置端508之間延伸之一圓柱形側壁504之一殼體502。一開口510形成於殼體502之第二端508中。然而，不同於先前實施例，在圖5A及圖5B中所圖解說明之實施例中，用一可膨脹囊512代替剛性內殼體。可膨脹囊512可係一皺縮袋，舉例而言。囊512界定一流體取樣貯存器514，且一淬滅劑516可安置於流體取樣貯存器514中。 裝置500亦包含(例如)經由引線520電連接至一控制器522之一感測器518。一幫浦524 (諸如一壓電幫浦)操作地連接至控制器522。幫浦524經由穿過側壁504安置於與殼體502之第二端508間隔開之一位置處之一排氣裝置526而與裝置500之外側流體連通。 流體取樣貯存器514透過與開口510流體連通之一空心針528及一流體通道530而與裝置500之一外部環境流體連通。 在操作中，如在先前實施例中，感測器518判定裝置500已到達一預定取樣位置之時間。感測到預定位置致使幫浦524開始(亦即)經由排氣裝置526將內含物(例如，氣體或液體)自殼體502內側泵送至裝置500外側之一位置。隨著空氣大體沿箭頭532之方向排出，殼體502內側形成負壓力，從而致使囊512膨脹。隨著囊512膨脹，裝置500外側之流體經由由開口510、通道530及空心針528形成之通路被吸入至流體取樣貯存器514中。圖5B圖解說明其中流體貯存器514填充有包括來自膠囊外部之流體樣本且與淬滅劑516混合之一分析物溶液之一狀態。儘管未圖解說明，但一單向閥可經安置與開口510、通道530或空心針528連通(舉例而言)以在關閉幫浦時防止保持於經膨脹囊512中之流體樣本透過開口510退回。 圖6圖解說明根據本發明之額外實施例之一流體取樣裝置600之另一實施例。如在先前實例中，裝置600包含包括一側壁604之一殼體602，側壁604可係在一第一端606與一第二端608之間延伸之一圓柱形側壁。在此實施例中，設置一分割區610，分割區610通常將由殼體602界定之內體積劃分成一者接近第一端606且另一者接近第二端608之兩個室。一可移動部件612經配置以用於相對於通常包含軸向延伸穿過分割區610之一軸件614之殼體602軸向移動。一第一活塞616定位於第一端606與分割區610之間且相對於側壁604之一內表面密封。一第二活塞618定位於第二端608與分割區610之間且相對於一內表面密封。 一開口620穿過殼體602在第一端606處形成。開口620經由一通路624將裝置600之一外部環境與一取樣貯存器622流體連接。在此實施例中，通路圖解說明為沿著裝置600之一軸線延伸之一大體圓柱形通道。取樣貯存器622係藉由側壁604之一內表面、第一端606之一內表面及第一活塞616而界定。 一氣體產生單元626設置為接近殼體602之第二端608之一致動器。氣體產生單元626之一氣態輸出經由自氣體產生單元626至與第二端608對置的第二活塞618之一側之一氣體通路628投送。以此方式，由氣體產生單元626產生之氣體迫使可移動部件612朝向第二端608。可移動部件612之此移動致使取樣貯存器622膨脹，從而形成一負壓力。負壓力致使裝置600外部之流體經由通路624進入取樣貯存器622。在某些實施方案中，一單向閥可經設置成與通路624連通，以防止流體離開取樣貯存器622。如所圖解說明，亦設置通氣孔630、632以允許可移動部件612之移動。 圖6中繪示之兩活塞構形提供概述操作之原理之一個具體配置。然而，存在諸多其他可能組態。藉由非限制性實例之方式，致動器可放置於裝置之中心中且連接兩個活塞616、618之一或多個臂可靠近於側壁604之內表面定位。 儘管未圖解說明，但裝置600亦可包含諸如上文所闡述之感測器之一感測器以觸發氣體產生單元626產生氣體。裝置亦可包含一控制器及/或操作所必需之其他電子器件。 圖7至圖9圖解說明可在本發明之實施例中使用之臨限值感測器之實施例。更具體而言，圖7圖解說明一臨限值感測器700，臨限值感測器700包含一第一金屬電極702及與第一金屬電極702間隔開之一第二金屬電極704。舉例而言，第一金屬電極702及第二金屬電極704可電連接至引線，諸如上文所論述之引線132、228、330、424、520。一pH敏感材料706安置於電極702、704上方以防止金屬電極702與704之間的一流電連接。pH敏感材料706經選擇以在一預定pH位準(舉例而言，大於6之一pH位準)下熔融或否則溶解。當pH敏感材料706熔融或溶解時，電極702、704曝露且經由周圍流體製成流電接觸。此流電接觸可直接導致一氣體產生單元之致動或觸發一主動電子器件電路。pH敏感層之厚度可在某些實施例中變化以形成取樣時刻之一預定延遲。此對靶向GI道內之不同區域可係有用的，舉例而言。 圖8圖解說明一臨限值感測器800之另一實施例。臨限值感測器800包含一第一電極802及一第二電極804。在此實例中，第二電極804藉由一pH敏感材料806偏置遠離第一電極802。pH敏感材料806與感測器800之pH敏感材料806很像地熔融或溶解。然而，在感測器800中，pH敏感材料806之熔融或溶解導致第二電極804實體移動以與第一電極802實體接觸。更具體而言，pH敏感材料806推動第二電極804迫使第二電極804遠離第一電極802，使得當pH敏感材料806不再存在時，第二電極804返回至其未經偏置位置從而接觸第一電極802。 圖9圖解說明根據本發明之實施例之一臨限值感測器900之又一實例。在圖9中，設置相對於彼此間隔開之一第一電極902及一第二電極904。一pH敏感材料906安置於第一電極902與第二電極904之間的間隔中。然而，在此實例中，pH敏感材料906係若周圍液體之pH值超出一預定值則吸收彼液體之一pH敏感凝膠。隨著液體被吸收，第一電極902與第二電極904之間形成一流電接觸，藉此表示感測器900之周圍環境具有一預定pH值。 諸如圖7至圖9中所圖解說明之彼等感測器之感測器通常用於判定感測器之一環境具有一預定pH，此乃因GI道之區域具有可辨別pH變化。舉例而言，胃之一pH與小腸之一pH明顯不同。因此，藉由判定pH，一膠囊可容易地經構形以在胃或小腸中取樣流體。當然，可使用其他感測器來判定根據本發明之流體取樣裝置之一位置。舉例而言，一感測器可例如使用全球定位技術來感測一位置。在又其他實例中，可根本不必需一感測器。舉例而言，可量測一時間(例如，自膠囊被吞嚥以來)之一時脈或計時器可安置於流體取樣裝置中，此用於替代觸發流體取樣。 雖然上文所闡述之實施例中之數項實施例可論述一可吞嚥流體取樣裝置，但在其他實施例中可不吞嚥裝置。舉例而言，流體取樣裝置可例如經由肛門或******至一體腔中。在此等實施例中，亦可不必需一感測器。亦在此等實施例中，裝置可包含一擷取特徵，亦即用於在擷取樣本之後移除裝置。舉例而言，可在裝置之一外部上設置一剛性或撓性結構(如同一把手或細繩)以促進擷取。 熟習此項技術者將瞭解前述所圖解說明實施例之各種組合。更具體而言，本發明並不限於各圖中所圖解說明之特徵之組合。藉由非限制性實例之方式，儘管圖1A及圖1B圖解說明一氣體產生單元與一可壓縮材料偏置部件之使用，而圖2圖解說明一彈簧致動器及一彈簧偏置部件，但彼等實施例中之任一者可替代地包含一彈簧致動器與一可壓縮部件偏置部件或一氣體產生單元致動器與一彈簧偏置部件。類似地，可在與彼等所圖解說明之實施例不同之實施例中使用不同類型之感測器，例如，ISFET及臨限值感測器。儘管本文中未明確陳述，但熟習此項技術者將理解受益於本發明之其他組合。 儘管已以特定用於結構特徵及/或方法行為之語言闡述實施例，但應理解本發明未必限於所闡述之實施例之特定特徵及行為。而是，特定特徵及行為係作為實施本發明之說明性形式來揭示。舉例而言，雖然實施例經闡述具有特定形狀、大小及構形，但此等形狀、大小及構形僅僅係圖解說明性的。並且，雖然闡述某些實例性程序及使用，但根據本發明之取樣裝置可以不同方式製成及/或使用。
100‧‧‧流體取樣裝置/裝置/取樣裝置
102‧‧‧殼體/外部殼體
104‧‧‧大體圓柱形側壁/側壁
106‧‧‧第一端
108‧‧‧對置第二端/第二端/端
110‧‧‧軸線
112‧‧‧開口
114‧‧‧內體積/內部體積/體積
116‧‧‧內剛性殼體/內殼體/剛性殼體/內部殼體
118‧‧‧取樣貯存器
120‧‧‧可重新密封部分/不透性薄膜
122‧‧‧密封件/壓力密封件
124‧‧‧偏置部件
126‧‧‧致動器/氣體產生單元
128‧‧‧密封件
130‧‧‧感測器
132‧‧‧引線
134‧‧‧空心針
136‧‧‧排氣裝置
200‧‧‧流體取樣裝置/裝置/取樣裝置
202‧‧‧膠囊狀殼體/殼體/外殼體
204‧‧‧圓柱形側壁
206‧‧‧圓頂狀第一端/第一端
208‧‧‧對置圓頂狀第二端/第二端
210‧‧‧開口
212‧‧‧剛性殼體
214‧‧‧取樣貯存器/流體取樣貯存器
216‧‧‧可重新密封部分
218‧‧‧偏置部件
220‧‧‧致動器/彈簧/經壓縮彈簧
222‧‧‧電力電池
224‧‧‧易碎導線
226‧‧‧感測器
228‧‧‧引線
230‧‧‧空心針/針
300‧‧‧流體取樣裝置/裝置
302‧‧‧外殼體/殼體
304‧‧‧大體圓柱形側壁
306‧‧‧第一端
308‧‧‧第二端/端
308a‧‧‧內表面
308b‧‧‧外表面
310‧‧‧軸線
312‧‧‧開口
314‧‧‧剛性殼體
316‧‧‧流體取樣貯存器
318‧‧‧淬滅劑
320‧‧‧可重新密封部分
322‧‧‧致動器
324‧‧‧感測器
326‧‧‧電源
328‧‧‧電子器件
330‧‧‧引線
332‧‧‧空心針
334‧‧‧通道
400‧‧‧流體取樣裝置/裝置
402‧‧‧外殼體/殼體
404‧‧‧大體圓柱形側壁/側壁
406‧‧‧第一端
408‧‧‧對置第二端
410‧‧‧軸線
412‧‧‧開口
414‧‧‧剛性殼體/殼體/內剛性殼體
416‧‧‧開口
418‧‧‧葉片/鰭片
420‧‧‧氣體產生器/氣體產生單元
422‧‧‧感測器
424‧‧‧引線
426‧‧‧箭頭
500‧‧‧流體取樣裝置/裝置
502‧‧‧殼體
504‧‧‧圓柱形側壁/側壁
506‧‧‧第一端
508‧‧‧第二對置端/第二端
510‧‧‧開口
512‧‧‧可膨脹囊/囊
514‧‧‧流體取樣貯存器/流體貯存器
516‧‧‧淬滅劑
518‧‧‧感測器
520‧‧‧引線
522‧‧‧控制器
524‧‧‧幫浦
526‧‧‧排氣裝置
528‧‧‧空心針
530‧‧‧流體通道/通道
532‧‧‧箭頭
600‧‧‧流體取樣裝置/裝置
602‧‧‧殼體
604‧‧‧側壁
606‧‧‧第一端
608‧‧‧第二端
610‧‧‧分割區
612‧‧‧可移動部件
614‧‧‧軸件
616‧‧‧第一活塞/活塞
618‧‧‧第二活塞/活塞
620‧‧‧開口
622‧‧‧取樣貯存器
624‧‧‧通路
626‧‧‧氣體產生單元
628‧‧‧氣體通路
630‧‧‧通氣孔
632‧‧‧通氣孔
700‧‧‧臨限值感測器
702‧‧‧第一金屬電極/電極/金屬電極
704‧‧‧第二金屬電極/電極/金屬電極
706‧‧‧pH敏感材料
800‧‧‧臨限值感測器/感測器
802‧‧‧第一電極
804‧‧‧第二電極
806‧‧‧pH敏感材料
900‧‧‧臨限值感測器
902‧‧‧第一電極
904‧‧‧第二電極
906‧‧‧pH敏感材料
A‧‧‧箭頭
B‧‧‧箭頭
C‧‧‧箭頭
依據詳細說明及附圖將更充分地理解本發明，其中： 圖1A係根據本發明之一實例性實施方案之處於一第一定向中之一流體取樣裝置之一剖面圖； 圖1B係處於一不同定向中之圖1A中所展示之實例性流體取樣裝置之一剖面圖； 圖2係根據本發明之另一實例性實施方案之一流體取樣裝置之一剖面圖； 圖3係根據本發明之另一實例性實施方案之一流體取樣裝置之一剖面圖； 圖4係根據本發明之另一實例性實施方案之一流體取樣裝置之一立面圖； 圖5A係根據本發明之另一實例性實施方案之處於一第一定向中之一流體取樣裝置之一剖面圖； 圖5B係處於一不同定向中之圖5A中所展示之實例性流體取樣裝置之一剖面圖； 圖6係根據本發明之額外實施例之一流體取樣裝置之一示意性剖面圖； 圖7係可在諸如圖1A、圖1B、圖2至圖4、圖5A、圖5B及圖6中所圖解說明之彼等流體取樣裝置之流體取樣裝置中使用之一實例性臨限值感測器之一示意圖示； 圖8係可在諸如圖1A、圖1B、圖2至圖4、圖5A、圖5B及圖6中所圖解說明之彼等流體取樣裝置之流體取樣裝置中使用之一實例性臨限值感測器之一示意圖示；且 圖9係可在諸如圖1A、圖1B、圖2至圖4、圖5A、圖5B及圖6中所圖解說明之彼等流體取樣裝置之流體取樣裝置中使用之一實例性臨限值感測器之一示意圖示。

Claims (19)

  1. 一種用於對一腔中之內含物進行取樣之裝置，該裝置包括：一外殼體，其包括在一第一端與沿著一軸線自該第一端間隔開之一第二端之間延伸的一側壁及接近該第二端延伸穿過該側壁的一開口；一取樣貯存器，其包括界定一體積之一剛性殼體及一可重新密封部分，該取樣貯存器安置於該外殼體中且可在該外殼體內大體沿著該軸線在相對較靠近於該外殼體之該第一端之一密封位置與相對較靠近於該外殼體之該第二端之一取樣位置之間移動；一偏置部件，其接近該殼體之該第二端而安置於該外殼體中且經構形以將一偏置力施加至該取樣貯存器以朝向該密封位置偏置該取樣貯存器；一氣體產生單元，其接近該外殼體之該第一端而安置於該外殼體中且經構形而以足以克服該偏置力將該取樣貯存器自該密封位置移動至該取樣位置之一致動速率產生氣體；一感測器，其經安置以感測該外殼體外部之一環境之一條件，該感測器電連接至該氣體產生單元以選擇性地控制該氣體產生單元產生該氣體；及一空心針，其相對於該外殼體固定且與延伸穿過該側壁之該開口流體連通，其中當該取樣貯存器處於該取樣位置中時，該取樣貯存器之該可重新密封部分被該空心針刺穿，且當該取樣貯存器處於該密封位置中時，該取樣貯存器之該可重新密封部分與該刺穿部件間隔開。
  2. 如請求項1之裝置，其進一步包括在該外殼體中接近該氣體產生單元之一排氣裝置。
  3. 如請求項2之裝置，其中該排氣裝置包括一透氣薄膜，該透氣薄膜具有允許氣體以比該氣體產生單元產生氣體之彼致動速率低之一速率流動穿過該透氣薄膜之一透氣性。
  4. 如請求項1之裝置，其中該感測器包括一pH敏感材料，該pH敏感材料在該環境之一pH超出一臨限pH時在該感測器處引起一信號。
  5. 如請求項1之裝置，其中該偏置部件包括一彈簧或一可壓縮材料，當該取樣貯存器處於該密封位置中時，該彈簧或該可壓縮材料自該外殼體之一內表面延伸比該空心針自該外殼體之該內表面延伸之一距離大之一距離，且當該貯存器處於該取樣位置中時，該彈簧或該可壓縮材料可壓縮以減小該可壓縮材料自該外殼體之該內表面延伸之該距離，因此該空心針自該內表面延伸之該距離大於該可壓縮材料自該外殼體之該內表面延伸之該距離。
  6. 一種用於對一腔中之內含物進行取樣之裝置，該裝置包括：一外殼體，其包括在一第一端與沿著一軸線自該第一端間隔開之一第二端之間延伸的一側壁及接近該第二端延伸穿過該側壁的一開口；一取樣貯存器，其包括界定一體積之一剛性殼體及一可重新密封部 分，該取樣貯存器安置於該外殼體中且可在該外殼體內大體沿著該軸線在相對較靠近於該外殼體之該第一端之一密封位置與相對較靠近於該外殼體之該第二端之一取樣位置之間移動；一偏置部件，其接近該殼體之該第二端而安置於該外殼體中且經構形以將一偏置力施加至該取樣貯存器以朝向該密封位置偏置該取樣貯存器；一致動器，其接近該外殼體之該第一端而安置於該外殼體中且經構形以克服該偏置力而將該取樣貯存器自該密封位置移動至該取樣位置；及一刺穿部件，其安置於該外殼體中、與延伸穿過該側壁之該開口流體連通，其中當該取樣貯存器處於該取樣位置中時，該取樣貯存器之該可重新密封部分被該刺穿部件刺穿，且當該取樣貯存器處於該密封位置中時，該取樣貯存器之該可重新密封部分與該刺穿部件間隔開。
  7. 如請求項6之裝置，其中該致動器包括一氣體產生單元，且由該氣體產生單元產生之一氣體將該取樣貯存器自該密封位置移動至該取樣位置。
  8. 如請求項7之裝置，其進一步包括在該外殼體中接近該氣體產生單元之一通氣孔。
  9. 如請求項8之裝置，其中該通氣孔包括具有比該氣體產生單元產生氣體之一速率低之一透氣性之一透氣薄膜。
  10. 如請求項6之裝置，其進一步包括經安置以感測該外殼體外部之一環境之一條件之一感測器。
  11. 如請求項10之裝置，其中該感測器包括對該環境之一臨限pH做出回應之一臨限值感測器。
  12. 如請求項6之裝置，其進一步包括安置於該取樣貯存器中之一淬滅器。
  13. 如請求項6之裝置，其中該偏置部件包括一彈簧或一可壓縮材料。
  14. 如請求項6之裝置，其中該刺穿部件包括一空心針，且該裝置進一步包括將該空心針流體連接至該開口之一通道。
  15. 如請求項6之裝置，其中該致動器包括一彈簧。
  16. 如請求項15之裝置，其中該彈簧藉由一支撐線而保持處於一壓縮位置中，且該支撐線被破壞以釋放該彈簧以將該取樣貯存器移動至該取樣位置。
  17. 一種用於對一腔中之內含物進行取樣之裝置，該裝置包括：一外殼體，其包括在一第一端與沿著一軸線自該第一端間隔開之一第二端之間延伸的一側壁及延伸穿過該側壁以將該外殼體之一內部與該外 殼體之一外部流體連接之一開口；一取樣貯存器，其界定安置於該外殼體中之一體積且可相對於該外殼體在一密封位置與一取樣位置之間移動，其中在該取樣位置中，來自該外殼體外部之一環境之流體穿過該外殼體進入該取樣貯存器；一致動器，其接近該外殼體之該第一端而安置於該外殼體中且經構形以將該取樣貯存器自該密封位置移動至該取樣位置；及一空心針，安置該外殼體中且與該開口流體連通；其中：該取樣貯存器包括一可重新密封部分，且該致動器將該取樣貯存器移動成與該空心針接觸使得該空心針刺穿該可重新密封部分，從而經由該空心針及該開口在該體積與該外殼體之該外部之間形成流體連通。
  18. 如請求項17之裝置，其中：該開口係穿過該側壁之一部分而形成，該取樣貯存器包括一剛性圓柱形殼體、自該圓柱形殼體之一外表面徑向向外延伸之一鰭片及形成於該圓柱形殼體之一側壁中之一貯存器開口，該致動器包括一氣體產生單元，且由該氣體產生單元產生之氣體接觸該鰭片以使該取樣貯存器相對於該外殼體在其中延伸穿過該外殼體之該側壁之該開口自該貯存器開口旋轉地間隔開之該密封位置與其中延伸穿過該外殼體之該側壁之該開口與該貯存器開口對準之該取樣位置之間旋轉。
  19. 如請求項17之裝置，其中：該外殼體進一步包括接近該致動器而形成於該外殼體中之一通氣孔，該取樣貯存器包括與該開口流體連通之一可膨脹袋，該致動器包括與該可膨脹袋間隔開之一壓電幫浦，該壓電幫浦經由該通氣孔將該外殼體中該可膨脹袋與該壓電幫浦之間、該可膨脹袋外側之空氣泵送出該外殼體，該可膨脹袋回應於該壓電幫浦將該空氣泵送出該外殼體而膨脹，且該可膨脹袋之膨脹透過該開口將該外殼體外部之流體吸入至該可膨脹袋中。
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