(57)【要約】例示的な呼気分析システムは、分子収集器が配置されたサンプリングチャンバを含むことができる。分子検出器は、サンプリングチャンバに導入された呼気サンプル中に存在する揮発性有機化合物（ＶＯＣ）が分子収集器に付着するように構成されてもよい。加熱要素は、サンプリングチャンバ内に熱を導入し、分子収集器に付着したＶＯＣの少なくとも一部の放出をもたらすことができる。分析デバイス（例えば、質量分析計またはテラヘルツ（ＴＨｚ）分光計）は、分子収集器から放出されたＶＯＣの少なくとも一部の中から１つ以上の標的ＶＯＣを識別し、識別された１つ以上の標的ＶＯＣを表す出力を発生させてもよい。出力は、呼気サンプルのソースに対する１つ以上の標的ＶＯＣの濃度を定量化する情報を含んでもよい。【選択図】図１
2021533392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
呼気サンプルを分析するシステムであって、
サンプリングチャンバと、
前記サンプリングチャンバに結合され、呼気サンプルを収容し、前記呼気サンプルを前記サンプリングチャンバに提供するように構成された入口と、
前記サンプリングチャンバ内に配置された分子収集器と、ここで、前記分子収集器は、前記呼気サンプル中に存在する揮発性有機化合物（ＶＯＣ）に付着するように構成されており、
前記サンプリングチャンバ内に熱を導入するように構成された加熱要素と、
分析デバイスと、を備え、
前記分析デバイスは、
前記分子収集器からの前記ＶＯＣの少なくとも一部の放出の後、前記サンプリングチャンバ中に存在する前記ＶＯＣの中から１つ以上の標的ＶＯＣを識別するように構成されているとともに、ここで、前記ＶＯＣの少なくとも一部は、前記加熱要素によって前記サンプリングチャンバ内に導入された熱によって前記分子収集器から放出されるものであり、
前記１つ以上の標的ＶＯＣを表す出力を発生させるように構成されている、システム。
【請求項２】
前記分子収集器は、Carboxen（登録商標）被覆メッシュを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記加熱要素は、前記分子収集器に結合され、電圧を前記分子収集器に印加して前記サンプリングチャンバ内に熱を導入するように構成された電源を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記分析デバイスは、質量分析計と、前記質量分析計に通信可能に結合されたコンピューティングデバイスと、前記コンピューティングデバイスに通信可能に結合された出力デバイスとを備え、
ここで、前記質量分析計は、
前記分子収集器から放出された前記ＶＯＣの少なくとも一部をイオン化し、１つ以上のイオン化フラグメントを生成するように構成されたイオナイザと、
前記１つ以上のイオン化フラグメントを分離するように構成された質量分析器と、
前記分離された１つ以上のイオン化フラグメントに基づいて前記１つ以上の標的ＶＯＣを識別するように構成された検出器と、を含み、
前記コンピューティングデバイスは、
１つ以上のプロセッサと、前記１つ以上のプロセッサに結合されたメモリとを含み、
前記１つ以上のプロセッサは、
前記検出器によって識別された前記１つ以上の標的ＶＯＣに関係付けられた情報に基づいて、前記１つ以上の標的ＶＯＣを表す前記出力を発生させ、
前記出力デバイスにおいて前記出力を表示するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記１つ以上の標的ＶＯＣは、Δ−９−ＴＨＣ、１１−ヒドロキシ−テトラヒドロカンナビノール（１１−ＯＨ−ＴＨＣ）、カルボキシ−テトラヒドロカンナビノール（ＴＨＣ−ＣＯＯＨ）、ＴＨＣ代謝産物、オピオイド、オピオイド代謝産物、またはこれらの組み合わせを含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記分析デバイスは、テラヘルツ（ＴＨｚ）分光計を備え、前記ＴＨｚ分光計は、
前記分子収集器からの前記ＶＯＣの少なくとも一部の放出の後、前記サンプリングチャンバ内に励起信号を導入するように構成された励起源と、
前記励起信号に応答して、前記分子収集器から放出された前記ＶＯＣの少なくとも一部の励起に関係付けられた１つ以上の特性に基づいて、前記１つ以上の標的ＶＯＣを識別するように構成された検出器と、を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記励起源はＴＨｚレーザを備え、前記１つ以上の標的ＶＯＣは、Δ−９−ＴＨＣ、１１−ヒドロキシ−テトラヒドロカンナビノール（１１−ＯＨ−ＴＨＣ）、カルボキシ−テトラヒドロカンナビノール（ＴＨＣ−ＣＯＯＨ）、ＴＨＣ代謝産物、オピオイド、オピオイド代謝産物、またはこれらの組み合わせを含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記ＶＯＣの少なくとも一部の励起に関係付けられた前記１つ以上の特性は、吸光度特性および蛍光発光特性のうちの少なくとも１つを備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記入口の第１の端部に取り外し可能に結合された使い捨てマウスピースをさらに備え、前記入口の第２の端部は前記サンプリングチャンバに結合されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記入口と前記サンプリングチャンバとの間の空気流路内に配置された弁をさらに備え、前記弁は、少なくとも第１の状態および第２の状態に構成可能であり、前記第１の状態は、前記呼気サンプルが前記サンプリングチャンバ内に流れることを可能にするように構成された開放状態に対応し、前記第２の状態は、前記呼気サンプルの汚染を防止するように構成された閉鎖状態に対応する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記サンプリングチャンバから非ＶＯＣを放出するように構成された出口をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記１つ以上の標的ＶＯＣを表す前記出力は、前記呼気サンプルのソースに対する前記１つ以上の標的ＶＯＣの濃度を定量化する情報を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記呼気サンプルが１つ以上の基準を満たすかを決定するように構成されたセンサをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
呼気サンプルを分析するための方法であって、前記方法は、
サンプリングチャンバにおいて、前記サンプリングチャンバに結合された入口を介して呼気サンプルを収容することと、
加熱要素を介して、前記サンプリングチャンバ内に熱を導入することと、
分析デバイスによって、分子収集器からの揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の少なくとも一部の放出の後、前記サンプリングチャンバ中に存在する前記ＶＯＣの中から１つ以上の標的ＶＯＣを識別することと、
前記分析デバイスによって、前記１つ以上の標的ＶＯＣを表す出力を発生させることと、を備え、
前記サンプリングチャンバは、前記サンプリングチャンバ内に配置された前記分子収集器を備え、ここで、前記分子収集器は、前記呼気サンプル中に存在する前記ＶＯＣに付着するように構成され、
前記ＶＯＣの少なくとも一部は、前記加熱要素によって前記サンプリングチャンバ内に導入された前記熱によって前記分子収集器から放出され、
前記１つ以上の標的ＶＯＣを表す前記出力は、前記呼気サンプルのソースに対する前記１つ以上の標的ＶＯＣの濃度を定量化する情報を備える、方法。
【請求項１５】
前記分子収集器は、Ｃａｒｂｏｘｅｎ（登録商標）被覆メッシュを備え、前記加熱要素は、前記分子収集器に結合された電源を備え、前記方法は、電圧を前記分子収集器に印加して、前記サンプリングチャンバ内に前記熱を導入することを備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記１つ以上の標的ＶＯＣは、Δ−９−ＴＨＣ、１１−ヒドロキシ−テトラヒドロカンナビノール（１１−ＯＨ−ＴＨＣ）、カルボキシ−テトラヒドロカンナビノール（ＴＨＣ−ＣＯＯＨ）、ＴＨＣ代謝産物、オピオイド、オピオイド代謝産物、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記分析デバイスは、質量分析計と、前記質量分析計に通信可能に結合されたコンピューティングデバイスと、前記コンピューティングデバイスに通信可能に結合された出力デバイスとを備え、ここで、前記１つ以上の標的ＶＯＣを識別することは、
前記質量分析計のイオナイザによって、前記分子収集器から放出された前記ＶＯＣの少なくとも一部をイオン化し、１つ以上のイオン化フラグメントを生成することと、
前記質量分析計の質量分析器によって、前記１つ以上のイオン化フラグメントを分離することと、
前記質量分析計の検出器によって、前記分離された１つ以上のイオン化フラグメントに基づいて、前記１つ以上の標的ＶＯＣを識別することと、ここで、前記１つ以上の標的ＶＯＣを表す前記出力は、前記コンピューティングデバイスによって、前記検出器によって識別された前記１つ以上の標的ＶＯＣに関係付けられた情報に基づいて発生されるものであり、
前記出力デバイスにおいて前記出力を表示することと、を備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記分析デバイスは、テラヘルツ（ＴＨｚ）分光計を備え、ここで、前記１つ以上の標的ＶＯＣを識別することは、
前記分子収集器からの前記ＶＯＣの少なくとも一部の放出の後、励起源によって、前記サンプリングチャンバ内に励起信号を送ることと、
前記ＴＨｚ分光計の検出器によって、前記励起信号に応答して、前記分子収集器から放出された前記ＶＯＣの少なくとも一部の励起に関係付けられた１つ以上の特性に基づいて、前記１つ以上の標的ＶＯＣを識別することと、を備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記励起源はＴＨｚレーザを備え、ここで、前記ＶＯＣの少なくとも一部の前記励起に関係付けられた前記１つ以上の特性は、吸光度特性および蛍光発光特性のうちの少なくとも1つを備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
命令を記憶する非一時的コンピュータ読取可能記憶媒体であって、前記命令が１つ以上のプロセッサによって実行されるとき、前記１つ以上のプロセッサに、呼気サンプルを分析するための動作を実行させるものであり、
前記動作は、
呼気サンプルがサンプリングチャンバに提供された後、前記サンプリングチャンバ内に熱を導入するように構成された加熱要素をアクティブ化させることと、
分子収集器からの揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の少なくとも一部の放出の後、前記サンプリングチャンバ中に存在する前記ＶＯＣの中から１つ以上の標的ＶＯＣを識別することと、
前記１つ以上の標的ＶＯＣを表す出力を発生させることと、を備え、
前記サンプリングチャンバは、前記サンプリングチャンバ内に配置された前記分子収集器を備え、ここで、前記分子収集器は、前記呼気サンプル中に存在する前記ＶＯＣに付着するように構成されており、
前記ＶＯＣの少なくとも一部は、前記加熱要素によって前記サンプリングチャンバ内に導入された熱によって前記分子収集器から放出され、ここで、前記１つ以上の標的ＶＯＣは、Δ−９−ＴＨＣ、１１−ヒドロキシ−テトラヒドロカンナビノール（１１−ＯＨ−ＴＨＣ）、カルボキシ−テトラヒドロカンナビノール（ＴＨＣ−ＣＯＯＨ）、ＴＨＣ代謝産物、オピオイド、オピオイド代謝産物、またはこれらの組み合わせを含み、
前記１つ以上の標的ＶＯＣを表す前記出力は、前記呼気サンプルのソースに対する前記１つ以上の標的ＶＯＣの濃度を定量化する情報を備える、非一時的コンピュータ読取可能記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]  本出願は、２０１８年７月３１日に出願された米国仮特許出願番号第６２／７１２，９４１号の優先権の利益を主張し、その全体が参照によりここに組み込まれている。
【技術分野】
【０００２】
[0002]  本出願は、呼気分析計システムおよびデバイスに関する。より具体的には、本出願は、呼気サンプルを使用して現場で、ＴＨＣおよび他の物質の定量分析を容易にするように設計された呼気分析計システムおよびデバイスに関する。
【背景】
【０００３】
[0003]  マリファナの合法化は、多くの司法上の問題を引き起こし、一般市民に対する安全性の懸念を提起している。毎日のマリファナのユーザは、２００７年の米国の人口の９．８％から２０１４年に１３．３９％へと増加している。これはわずか３．６％の増加であるが、マリファナの精神活性化物質であるΔ−９−テトラヒドロカンナビノール（Δ-9-Tetrahydrocannabinol）（Δ−９−ＴＨＣ）の効力も、２００１年の５％から、マリファナの葉では２０％を超えて、生エキスでは６０％を超えて増加した。効力の増加は、地域人口に対する犯罪報告の増加をもたらした。具体的には、高密度のマリファナ薬局を有するエリアは、薬局を有するすべての州の間でより高い窃盗犯罪率を有していた。マリファナの合法化に関する別の問題は、自動車を運転している間のマリファナの影響である。マリファナのユーザは、酔っていない運転者よりも自動車事故に遭う可能性が２５％高く、週末の全運転者の１０％超が違法薬物を摂取した状態にある。マリファナがより多くの州で合法化されるにつれて、人がマリファナを摂取した状態であるかの正確かつ迅速な決定を達成できるように、Δ−９−ＴＨＣの適切な定量化が必要とされる。これはまた、濃度を正確に決定することができ、車両を運転するためにΔ−９−ＴＨＣの設定限界を決定することを可能にするデバイスを有することにおいて、司法システムを支援する。
【０００４】
[0004]  現在、血中のカンナビノイド（cannabinoid）濃度を決定するために３つのカンナビノイド化合物が分析されており；これらは、Δ−９−ＴＨＣ、１１−ヒドロキシ−テトラヒドロカンナビノール（11-hydroxy-tetrahydrocannabinol）（１１−ＯＨ−ＴＨＣ）、およびカルボキシ−テトラヒドロカンナビノール（carboxy-tetrahydrocannabinol）（ＴＨＣ−ＣＯＯＨ）である。現在、カンナビノイドのようなの薬物の存在を決定するための技術は、血液、血漿、尿、または口腔液サンプルを介した分析を必要とする。ほとんどの分析技術は、質量分析（ＧＣ／ＭＳ）と結合されたガスクロマトグラフィーを使用する。これは、サンプルを収集し、それをさらなる分析のために実験室に戻さなければならないという問題を提示する。これらの技術は長い分析時間を有し、ほとんどの分析はカンナビノイドを検出するのに１５分より長くかかる。さらに、ＧＣ／ＭＳを用いてΔ−９−ＴＨＣを検出することは、イオン化源が電子イオン化（ＥＩ）であるため、別の問題をもたらすこともある。大麻植物から抽出されたレジンであるカンナビジオール（Cannabidiol）（ＣＢＤ）は、Δ−９−ＴＨＣと同じ分子量を有するとともに、電子イオン化を用いてイオン化されたとき、同じ質量スペクトルフラグメント化パターンを有する。規制物質法の下で、ＣＢＤは、マリファナの誘導体であるため、スケジュールＩ薬物として分類される。しかしながら、２０１４年の農業法は、工業用大麻が市場調査の目的で栽培され、販売されることを可能にしている。いくつかの州は、この法案を、農業家がＣＢＤを合法的に販売するために契約する権利と見なしている。これは、人の呼気中のΔ−９−ＴＨＣの量を定量化する際に課題を生じさせる。なぜなら、信号は、人の呼気中のＣＢＤの結果であるかもしれず、これらは合法的に得ることができるからである。
【０００５】
[0005]  体内のΔ−９−ＴＨＣの法的限界に関する法律がいくつかの州で確立されている。１２の州が０許容ポリシーを有し、これは、運転中に誰もカンナビノイドを血液に有するべきでないことを述べている。しかしながら、５つの州が医療用マリファナの使用を可能にしている。患者がマリファナを摂取した状態で運転している（ＤＵＩＭ）と考えられ得ることから、治療を受け、その後、その日の内に、または週の後半に運転しなければならない患者にとってこれは問題を引き起こす。３つ全てのカンナビノイドについて試験する分析技術は、精神活性ではないＴＨＣ−ＣＯＯＨが、Δ−９−ＴＨＣおよび１１−ＯＨ−ＴＨＣの両方が血液中に残った後も長く血液中に残るため、問題となり得る。人は、精神活性効果を経験していなくても、カンナビノイド試験ではねられることがある。他の州は、自ら、血中大麻含量（ＢＣＣ）法を採用している。これらの選択状態はそれぞれ独自の限界を有し、全体の範囲は、１ミリリットルの血につき１ナノグラムのＴＨＣから（ｎｇ／ｍｌ）から５ｎｇ／ｍｌの間である。運転者がこれらの値よりも高い濃度を有する場合、運転者はＤＵＩＭと見なされ、これは、酩酊している間の運転と同様のペナルティを与える。残念ながら、Δ−９−ＴＨＣ濃度を正確かつ迅速に検出することができるデバイスはまだ開発されていない。
【０００６】
[0006]  人の呼気からカンナビノイドを検出することは、現場での非侵襲性の迅速な決定を可能にするために必要とされる。カンナビノイドの呼気決定の以前の方法は、１９７２年に、比色試験を使用して薬物を摂取した状態である人の呼気中にマリファナが検出されたときに遡る。この試験では、呼気を採取し、キノン−４−ハロイミン、（quinone-4-haloimine）２，６−ジハロキノン−４−ハロイミン（2,6-dihaloquinone-4-haloimine）、水酸化ナトリウム、およびアンモニアとの一連の反応を用いて、呼気サンプルが青色または赤色に変化するかを決定した。これらの比色試験は、大きな反応槽中で行わなければならず、陽性結果を表す広範囲の色を有し、陽性反応を有するためには呼気中に少なくとも１マイクログラムのＴＨＣを必要とした。これらの試験は、Δ−９−ＴＨＣのレベルを定量化することができず、現場で使用することもできなかった。
【０００７】
[0007]  現在、３つのタイプの呼気分析計、すなわち、質量分析に結合された液体クロマトグラフィ（ＬＣ／ＭＳ）、高磁場非対称波形イオン移動度（ＦＡＩＭＳ）、および分光に結合された液体クロマトグラフィが、地方の法執行官によって使用されている。第１の企業であるSensabuesは、呼気サンプリングキットを利用する。人がサンプリングチャンバ内に息を吸い込み、次いで、装置はＬＣ／ＭＳを使用して分析されるように実験室に戻される。この方法は定量化には有用であるが、現場では使用することができず、この方法の妨げとなっている。加えて、カンナビノイドを見ることができる前に、サンプルが実験室に到達したら、ＬＣＭＳは、サンプルを分析するのに数分を必要とする。他の２つの会社が、現場測定が可能なシステムを提供している。Cannabix Technologies Inc.は、University of FloridaのYost research groupと連携して、高電界非対称波形イオン移動度分光分析（ＦＡＩＭＳ）を利用するΔ−９−ＴＨＣ用の携帯型呼気分析計を作成した。このデバイスは、２分の時間窓でサンプルを分析することができ、サンプル中のΔ−９−ＴＨＣを１００万分の１０（ｐｐｍ）の濃度で検出し、定量化することができる。このデバイスは携帯性の問題を克服するが、ＦＡＩＭＳは、Δ−９−ＴＨＣの濃度を決定するために必要な、同じ分解能またはピーク容量を含まない。適切な分解能がなければ、器具はタバコの煙の化合物を大麻の煙から区別することができないであろう。さらに、ピーク容量がなければ、違法薬物のような他の化合物が見落とされるかもしれず、異なる違法物質を摂取した状態である間に運転者が運転を継続することを可能にする。別の企業であるHound Labs Inc.は、分光と結合した液体クロマトグラフィも利用して、Δ−９−ＴＨＣのパラ位に蛍光付加物をリンクすることによってΔ−９−ＴＨＣの存在を検出するハンドヘルド器具を開発した。このデバイスは、ピコグラム量のΔ−９−ＴＨＣのみを必要とし、人の呼気を捕捉し、呼気をＣ１８培地上に凝縮することによって機能する。次いで、培地をＴＬＣプレートに移し、ここで溶媒混合物を投与し、数分後に蛍光標識をＴＬＣプレート全体に置く。蛍光標識は、Δ−９−ＴＨＣに特に結合し、次いで、ダイオード励起固体レーザを用いて励起される。この励起状態は、スペクトルのシフトをもたらし、既知のΔ−９−ＴＨＣを参照することができる。この方法は、サンプルを分析するのに８分より長くかかり、分析が行われるたびに既知の基準の使用を必要とする。
【０００８】
[0008]  今世紀の始まり以来、一般市民の合成オピオイド過剰摂取の数は２００％上昇しており、２０１４−２０１６からは、全薬物過剰摂取の５０％がオピオイドに起因していた。２００９−２０１２年の間に２７％から４２％に増加するオピオイド過剰摂取の着実な上昇を軍の救急部門が記録したことから、軍人もまた、オピオイド過剰摂取が増加している。一般市民および軍人の両方の間で非常に多くのオピオイド過剰摂取が生じているため、改善された検出方法が必要となるのは当然である。ほとんどの薬物取締まり機関は、質量分析に結合されたガスクロマトグラフィー（ＧＣ／ＭＳ）または質量分析に結合された液体クロマトグラフィ（ＬＣ／ＭＳ）を使用してのみオピオイドを分析することができる。メタドンおよびフェンタニルのようなオピオイドは、人体に入るとすぐにヒドロキシル化される。水酸化のこのプロセスは、プロピオン酸のような揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を生成する代謝回路を開始する。これらのＶＯＣを検出するために使用された以前の方法は、ＧＣ／ＭＳに結合された固相マイクロ抽出（ＳＰＭＥ）技術によるものであった。残念ながら、これらの方法は、１０分までの長い平衡時間を必要とする。
【発明の概要】
【０００９】
[0009]  呼気サンプルからのカンナビノイドおよび他の物質の、改善された現場での定量化のための技術を提供するシステム、装置、方法、およびコンピュータ読取可能記憶媒体を開示する。本開示の例示的な呼気分析システムおよび装置は、呼気サンプルを収容し、呼気サンプルをサンプリングチャンバに提供するように構成された入口を有するサンプリングチャンバを含むことができる。分子収集器は、サンプリングチャンバ内に配置されてもよい。分子検出器は、サンプリングチャンバに導入された呼気サンプル中に存在する揮発性有機化合物（ＶＯＣ）が分子収集器に付着するように構成されてもよい。呼気分析システムおよび装置は、サンプリングチャンバ内に熱を導入または誘導するように構成された加熱要素を含むことができ、これは、分子収集器に付着したＶＯＣの少なくとも一部の吸収をもたらすことができる。例示的な呼気分析システムおよび装置は、分子収集器から放出されたＶＯＣの少なくとも一部の中から１つ以上の標的ＶＯＣを識別し、識別された１つ以上の標的ＶＯＣを表す出力を発生させるように構成された分析デバイスを含むことができる。出力は、サンプリングチャンバに提供された呼気サンプルに対する呼気サンプルのソースに対する１つ以上の標的ＶＯＣの濃度を定量化する情報を含んでもよい。態様では、分析デバイスは、質量分析計またはテラヘルツ（ＴＨｚ）分光計を使用して１つ以上の標的ＶＯＣを識別することができる。
【００１０】
[0010]  前述のものは、以下の本発明の詳細な説明がより良く理解できるように、本願の特徴および技術的利点をどちらかといえば広く概説している。本発明の特許請求の範囲の主題を形成する、本発明の追加の特徴および利点が以下で説明されるだろう。開示される概念および特定の実施形態が同じ本開示の目的を達成する他の構造を変形または設計するためのベースとして容易に利用できることが、当業者によって認識されるべきである。このような等価の構造が、添付された特許請求の範囲に示される本開示の精神および範囲から逸脱しないことも、当業者によって理解されるべきである。本発明の構成および動作の方法の両方について、本発明の特徴であると考えられる新規な特性は、さらなる目的および利点とともに、添付の図面と関連して考慮されるとき、以下の説明からより良く理解されるであろう。しかしながら、図面のそれぞれは、例示および説明のためだけに提供されており、本開示の限定の定義として意図されていないということは明示的に理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
[0011]  本発明のより完全な理解のために、添付図面と合わせて、以下の説明への参照がなされる。
【図１】[0012]  図１は、本開示の態様にしたがう呼気サンプルを分析するためのシステムのブロックダイヤグラムを図示している。
【図２】[0013]  図２は、本開示の態様にしたがう呼気サンプルを分析するための質量分析計ベースのシステムのダイヤグラムを図示している。
【図３】[0014]  図３は、本開示の態様にしたがう呼気サンプルを分析するためのテラヘルツ分光計ベースのシステムのダイヤグラムを図示している。
【図４Ａ】[0015]  図４Ａは、本開示の態様にしたがって構成されたシステムにおいて呼気サンプルを収容する態様を図示するダイヤグラムである。
【図４Ｂ】[0016]  図４Ｂは、本開示の態様にしたがって構成されたシステムにおいて収容された呼気サンプル分子の反応の態様を図示するダイヤグラムである。
【図４Ｃ】[0017]  図４Ｃは、本開示の態様にしたがって構成された質量分析計ベースのシステムを使用して呼気サンプル分子を分析する態様を図示するダイヤグラムである。
【図４Ｄ】[0018]  図４Ｄは、本開示の態様にしたがって構成されたテラヘルツ（ＴＨｚ）分光計ベースのシステムを使用して呼気サンプル分子を分析する態様を図示するダイヤグラムである。
【図５】[0019]  図５は、健康な呼気サンプルについて観測されたＶＯＣを図示するグラフである。
【図６】[0020]  図６は、季節性アレルギーに罹患している人の呼気サンプルについて観測されたＶＯＣを図示するグラフである。
【図７】[0021]  図７は、マウスウォッシュを使用した後の人の呼気サンプルについて観測されたＶＯＣを図示するグラフである。
【図８】[0022]  図８は、トルエン、ベンゼン、およびキシレンについて観測されたＶＯＣを図示するグラフである。
【図９】[0023]  図９は、マリファナサンプルについて観測されたＶＯＣを図示するグラフである。
【図１０】[0024]  図１０は、本開示の１つの態様にしたがって呼気サンプルを分析するための方法のフローダイヤグラムである。
【詳細な説明】
【００１２】
[0025]  様々な特徴および有利な詳細が、添付の図面に示され、以下の説明において詳述される非限定的な実施形態を参照してより完全に説明される。周知の出発物質、処理技術、コンポーネントおよび機器の説明は、詳細な本発明を不必要に不明瞭にしないように省略される。しかしながら、詳細な説明および特定の例は、本発明の実施形態を示しているが、実例としてのみ与えられ、限定として与えられないことを理解すべきである。基礎となる発明概念の精神および／または範囲内の様々な置換、修正、追加、および／または再配置が、本開示から当業者に明らかになるであろう。
【００１３】
[0026]  図１を参照すると、本開示の態様にしたがう、呼気サンプルを分析するためのシステムのブロックダイヤグラムが、システム１００として示されている。図１で図示されているように、システム１００は、サンプリングチャンバ１１０と分析デバイス１２０を含む。態様では、サンプリングチャンバ１１０は、システム１００の取り外し可能および／または使い捨てコンポーネントとして構成されてもよい。このような配置では、サンプリングチャンバ１１０は、分析デバイス１２０に取り外し可能に結合されてもよい。システム１００の取り外し可能なコンポーネントとしてサンプリングチャンバ１１０を構成することは、分析デバイス１２０によって分析される連続的な呼気サンプルの汚染を防止できる。例えば、第１のサンプリングチャンバは、第１の人によって提供される呼気サンプルの分析を実行するために利用されてもよく、第２のサンプリングチャンバは、第２の人によって提供される呼気サンプルの分析を実行するために利用されてもよい。異なる呼気サンプルに対して異なるサンプリングチャンバを使用することは、１つの呼気サンプルが別の呼気サンプルを潜在的に汚染することを防止する。サンプリングチャンバ１１０が使い捨てコンポーネントとして構成される場合、サンプリングチャンバは、使用後に、または（例えば、証拠目的のために）サンプリングチャンバを保持するために法執行機関によって必要とされる時間量のような所望の時間が経過した後に、廃棄されてもよい。サンプリングチャンバ１１０が再使用可能なコンポーネントとして構成される場合、サンプリングチャンバ１１０は、必要に応じて、洗浄され、その後の再使用のために準備されてもよい。態様では、分析デバイス１２０の一部はまた、複数の呼気サンプルを分析するために利用される場合に汚染されるかもしれない分析デバイス１２０の部分のような、使い捨ておよび／または再使用可能なコンポーネントとして構成されてもよい。一態様では、サンプリングチャンバは、呼気サンプルを取得するために利用されてもよく、次いで分析のために分析デバイス１２０内に配置されるかまたはそれに結合されてもよいカートリッジとして構成されてもよい。例えば、分析デバイス１２０は、法執行車両中に設置されてもよく、法執行当局は、ＤＵＩＭの疑いのある人に、カートリッジに呼気サンプルを提供させ、次いで、本開示の態様にしたがう分析を促進するように、カートリッジを分析デバイス１２０に結合させてもよい。上述の例示的な構成は、限定ではなく例示を目的として提供されており、本開示にしたがう呼気分析システムのコンポーネントを配置、結合、および／または統合するための多数の他の方法が利用されてもよいことに留意されたい。
【００１４】
[0027]  図１に示すように、サンプリングチャンバ１１０は、外面１０４および内面１０６を有するハウジングを備えることができる。ハウジングの内面１０６は、サンプリングチャンバの容積を規定することができる。入口１１２は、サンプリングチャンバ１１０に結合されてもよい。入口１１２は、呼気サンプル１０２を収容し、呼気サンプル１０２をサンプリングチャンバ１１０に提供するように、より具体的には、呼気サンプル１０２をサンプリングチャンバの容積に提供するように構成されてもよい。態様では、使い捨てマウスピース（図１に図示せず）は、入口１１２の第１の端部に取り外し可能に結合されてもよく、入口１１２の第２の端部は、サンプリングチャンバ１１０に結合されてもよい。代替として、入口１１２の第１の端部は、マウスピースとして利用されてもよく、入口１１２の第２の端部は、サンプリングチャンバ１１０に結合されてもよい。弁１１３は、入口１１２とサンプリングチャンバ１１０との間の空気流路内に配置されてもよい。弁１１３は、少なくとも第１の状態および第２の状態に構成可能であってもよい。第１の状態は、呼気サンプル１０２がサンプリングチャンバ１１０に流入することを可能にするように構成された開状態に対応してもよく、第２の状態は、いったん呼気サンプル１０２が提供されると周囲空気がサンプリングチャンバ１１０に入ることを防止することなどによって、呼気サンプル１０２の汚染を防止するように構成された閉状態に対応してもよい。一態様では、サンプリングチャンバ１１０は、図４Ａを参照して以下で図示および説明するように、サンプリングチャンバ１１０から非ＶＯＣを放出するように構成された出口を含むことができる。システム１００はまた、呼気サンプルが１つ以上の基準を満たすかを決定するように構成されたセンサ１１５を含むことができる。例えば、センサ１１５は、呼気サンプル１０２が十分な力をかけられたか、十分な体積を有するか等を決定するように構成されてもよく、これは、呼気サンプル１０２が本開示の態様にしたがう分析を容易にするのに十分であることを確実にできる。
【００１５】
[0028]  分子収集器１１６は、サンプリングチャンバ１１０内に配置されてもよい。分子収集器１１６の少なくとも一部は、サンプリングチャンバ１１０の容積内に配置されてもよい。分子収集器１１６は、呼気サンプル中に存在する揮発性有機化合物（ＶＯＣ）に付着するように構成されてもよい。例えば、分子収集器１１６は、Carboxen（登録商標）のような材料から構築されてもよい。分子収集器１１６は、単一の材料（例えば、上述の材料のうちの１つ）から形成されてもよく、または上述の材料のうちの１つ以上でコーティングされたベース材料のような複数の材料から形成されてもよいことに留意されたい。いくつかの態様では、分子収集器１１６は、上述の材料から形成されたプレートまたはロッドのような固体フォームファクタを有することができ、または上述の材料から形成されたメッシュのような別のフォームファクタを有することができる。サンプリングチャンバ１１０はまた、サンプリングチャンバ１１０内に熱を導入するように構成された加熱要素１１８を含むか、またはそれに結合されてもよい。例えば、加熱要素１１８は、分子収集器１１６に結合され、電圧を分子収集器１１６に印加するように構成された電源を含むことができる。電圧を分子収集器１１６に印加することは、分子収集器を加熱し、それによって、サンプリングチャンバ１１０内に熱を導入してもよい。以下でより詳細に説明するように、サンプリングチャンバ１１０内に導入された熱は、分子収集器１１６に付着したＶＯＣをサンプリングチャンバの容積内に放出させ、それによって、サンプリングチャンバ１１０内に存在するＶＯＣのうちの１つ以上の分析および識別を容易にすることができる。
【００１６】
[0029]  システム１００は、分析デバイスを含むことができる。分析デバイス１２０は、分子収集器１１６からのＶＯＣの少なくとも一部の放出の後（例えば、加熱要素１１８によって提供または導入される熱に起因して）、サンプリングチャンバ１１０中に存在するＶＯＣの中から１つ以上の標的ＶＯＣを識別するように構成されてもよい。加えて、分析デバイス１２０は、１つ以上の標的ＶＯＣを表す出力を発生させるように構成されてもよい。図１に示すように、分析デバイス１２０は、１つ以上のプロセッサ１２２、メモリ１３０、分析コンポーネント１２４、および１つ以上の入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイス１２６を含むことができる。メモリ１３０は、命令１３２を記憶していてもよく、命令が１つ以上のプロセッサ１２２によって実行されるとき、１つ以上のプロセッサ１２２に、呼気サンプル１０２の１つ以上の標的ＶＯＣを分析および識別することに対して、分析デバイス１２０、および場合によっては加熱要素１１８のようなシステム１００の他のコンポーネントの動作を制御させる。１つ以上の標的ＶＯＣは、Δ−９−テトラヒドロカンナビノール（Δ−９−ＴＨＣ）、ＴＨＣ代謝産物、オピオイド、オピオイド代謝産物、またはこれらの組み合わせを含んでいてもよい。
【００１７】
[0030]  Ｉ／Ｏデバイス１２６は、システム１００の動作に関連して入力を受信し、および／または出力を提供するように構成されたスイッチ、ボタン、ライト、ディスプレイデバイス、または他の制御要素を含んでいてもよい。例えば、スイッチおよび／またはボタンは、システム１００の電源をオンおよびオフにするために、呼気サンプルが提供されたことを示すために、識別されるべき１つ以上の標的ＶＯＣを識別するため、または他の機能および制御特徴のために提供されてもよい。システム１００が電源オンまたは電源オフされていることを示すために、（例えば、センサ１１５から受信した情報に基づいて）提供された呼気サンプルが十分であるかを示すために、識別されたＶＯＣを示すために（例えば、異なるライトが、システム１００によって識別されてもよい、異なるＶＯＣに関係付けられてもよい）、またはシステム１００の動作に関係付けられた他の情報を提供するために、ライトが提供されてもよい。識別されたＶＯＣを示し、（例えば、ライトまたは他のステータス情報に関して上述した異なる特徴のうちの１つ以上を示す情報を提供する）システム１００の動作状態を、およびこれらに類するものを示すような情報を表示するために、１つ以上のディスプレイデバイスをさらに設けることができる。分析コンポーネント１２４は、呼気サンプル１０２の１つ以上の標的ＶＯＣを識別するように構成された質量分析計またはテラヘルツ（ＴＨｚ）分光計を含むことができる。
【００１８】
[0031]  図２を参照すると、質量分析計ベースの分析コンポーネントを利用するシステム１００の例示的な態様が図示されている。図１および図２において、同様の参照番号は、同様のコンポーネントを指すために利用されることに留意されたい。図２に示すように、分析コンポーネント１２４は、イオナイザ２２２、質量分析器２２４、および検出器２２６を含むことができる。上述のように、呼気サンプル１０２は、弁１１３が開状態にあるときに、マウスピース２１０を介して入口１１２に提供されてもよい。呼気サンプル１０２がサンプリングチャンバ１１０の容積に供給された後、加熱要素１１８（図２には図示せず）をアクティブ化し、分子収集器１１６に付着したＶＯＣの吸収をもたらすことができる。出口２０４を利用して、放出されたＶＯＣを分析コンポーネント１２４に提供することができる。弁２１３は、分析コンポーネントへのＶＯＣの提供を制御するために、第１の状態（例えば、開放状態）および第２の状態（例えば、閉鎖状態）に構成可能であってもよい。例えば、第１の状態では、ＶＯＣは、分析コンポーネント１２４へと出口２０４を通過することを可能にされてもよく、第２の状態では、ＶＯＣは、分析コンポーネント１２４へと出口２０４を通過することを防止されてもよい。イオナイザ２２２は、分子収集器から放出されたＶＯＣの少なくとも一部をイオン化し、１つ以上のイオン化フラグメントを生成するように構成されてもよい。質量分析器２２４は、（例えば、１つ以上のイオン化フラグメントの質量電荷比にしたがって）１つ以上のイオン化フラグメントを分離するように構成されてもよく、検出器２２６は、分離された１つ以上のイオン化フラグメントに基づいて１つ以上の標的ＶＯＣを識別するように構成されてもよい。一態様では、質量分析計コンポーネント（例えば、イオナイザ２２２、質量分析器２２４、および検出器２２６）は、１つ以上のプロセッサ１２２、メモリ１３０、および１つ以上のＩ／Ｏデバイス１２６を含むコンピューティングデバイスのようなコンピューティングデバイスの制御下で、またはそれと協調して動作することができる。例えば、コンピューティングデバイスは、呼気サンプル１０２において識別された１つ以上の標的ＶＯＣに関係付けられた情報のような情報を質量分析計コンポーネントから受信してもよく、１つ以上の標的ＶＯＣに関係付けられた情報に基づいて１つ以上の標的ＶＯＣを表す出力を発生させてもよい。加えて、コンピューティングデバイスは、ディスプレイデバイスのような出力デバイスにおいて出力を表示するように構成されてもよい。
【００１９】
[0032]  図３を参照すると、ＴＨｚ分光計ベースの分析コンポーネントを利用するシステム１００の例示的な態様が図示されている。図１および図３では、同様の参照番号が同様のコンポーネントを指すために利用されることに留意されたい。図２に示すように、分析コンポーネント１２４は、励起源３２０および検出器３２２を含むことができる。上述のように、呼気サンプル１０２は、弁１１３が開状態にあるときに、マウスピース３１０を介して入口１１２に提供されてもよい。呼気サンプル１０２がサンプリングチャンバ１１０の容積に提供された後、加熱要素１１８（図３には図示せず）をアクティブ化し、分子収集器１１６に付着したＶＯＣの吸収をもたらすことができる。励起源３２０は、分子収集器１１６からのＶＯＣの少なくとも一部の放出の後、サンプリングチャンバ内に励起信号３２４を導入するように構成されてもよく、検出器３２２は、励起信号３２４に応答して分子収集器１１６から放出されるＶＯＣの少なくとも一部の励起に関係付けられた１つ以上の特性に基づいて、１つ以上の標的ＶＯＣを識別するように構成されてもよい。一態様では、励起源３２０はＴＨｚレーザデバイスであってよく、励起信号３２４はＴＨｚレーザ信号であってよい。態様では、ＶＯＣの少なくとも一部の励起に関係付けられた１つ以上の特性は、吸光度特性および蛍光発光特性のうちの少なくとも１つを含むことができ、これは、以下でより詳細に説明するように、呼気サンプル１０２内に存在する１つ以上の標的ＶＯＣを識別するために利用することができる。一態様では、ＴＨｚ分光計コンポーネント（例えば、励起源３２０および検出器３２２）は、１つ以上のプロセッサ１２２、メモリ１３０、および１つ以上のＩ／Ｏデバイス１２６を含むコンピューティングデバイスのようなコンピューティングデバイスの制御下で、またはそれと協調して動作することができる。例えば、コンピューティングデバイスは、呼気サンプル１０２において識別された１つ以上の標的ＶＯＣに関係付けられた情報のような情報をＴＨｚ分光計コンポーネントから受信してもよく、１つ以上の標的ＶＯＣに関係付けられた情報に基づいて１つ以上の標的ＶＯＣを表す出力を発生させてもよい。加えて、コンピューティングデバイスは、ディスプレイデバイスのような出力デバイスにおいて出力を表示するように構成されてもよい。
【００２０】
[0033]  図１に戻って参照すると、１つ以上の標的ＶＯＣを表す出力は、呼気サンプルのソースに対する１つ以上の標的ＶＯＣの濃度を定量化する情報を含むことができる。この情報は、呼気サンプル１０２を提供した人のような呼気サンプルのソースが損なわれているか、または１つ以上の物質（例えば、識別された１つ以上の標的ＶＯＣに対応する物質）を摂取した状態であるかの決定を容易にすることができる。１つ以上の標的ＶＯＣの濃度を定量化する情報を提供することによって、ソースが損なわれているか、または物質を摂取した状態であるかのより正確な決定がされてもよい。さらに、（図２または図３のいずれかにしたがって構成されるような）システム１００によって利用される技術は、ＶＯＣレベルのより迅速な識別および定量化を容易にでき、それによって、ソースが損なわれているか、またはＴＨＣのような１つ以上の物質を摂取した状態であるかについての現場での決定を容易にする。例えば、完了するのに長い時間がかかる、特定のＶＯＣを定量的に分析することができる既存のシステムとは異なり、システム１００は、数秒でのＶＯＣの決定および量子化を容易にすることができ、それにより、法執行当局によるような、現場での実用化を容易にする。
【００２１】
[0034]  図４Ａ−図４Ｄを参照すると、本開示の態様にしたがう、呼気サンプル中に存在するＶＯＣを分析するためのシステムの様々な態様が示されている。図４Ａに示されるように、呼気サンプルは、入口１１２を介してサンプリングチャンバ１１０に提供されてもよい。呼気サンプルは、図４Ａに示す例示的なＶＯＣ４０４、４０６、４０８のような１つ以上のＶＯＣを含むことができる。さらに、呼気サンプルは、ＣＯ２４０２のような他のガスを含んでいるかもしれない、非ＶＯＣを含んでいてもよい。一態様では、サンプリングチャンバ１１０は、サンプリングチャンバ１１０から非ＶＯＣを放出するように構成された出口４１０を含むことができる。出口４１０は、図２の出口２０４と同じではないことに留意されたい。図４Ｂに示されるように、呼気サンプル中に存在するＶＯＣ４０４、４０６、４０８は、分子収集器１１６に付着してもよい。図４Ｃでは、加熱要素１１８（図４Ａ−４Ｄには図示せず）がアクティブ化されており、サンプリングチャンバ１１０内に熱を導入し、これは、ＶＯＣを分子収集器１１６から放出させる。ＶＯＣが分子収集器１１６から放出された後、ＶＯＣ（またはＶＯＣの少なくとも一部）は、図２を参照して上述したように、分析のために、出口２０４（図４Ｃには図示せず）を介して、図２に図示した分析デバイスのような質量分析計ベースの分析デバイスに提供されてもよい。図４Ｄでは、加熱要素１１８（図４Ａ−４Ｄには図示せず）がアクティブ化されており、サンプリングチャンバ１１０内に熱を導入し、これは、ＶＯＣを分子収集器１１６から放出させる。ＶＯＣが分子収集器１１６から放出された後、ＶＯＣ（またはＶＯＣの少なくとも一部）は、図２を参照して上述したように、分析のために、図３に図示した分析デバイスのようなＴＨｚ分光計ベースの分析デバイスに提供されてもよい。例えば、図４Ｄに図示されるように、励起信号３２４は、サンプリングチャンバ内に提供または投影されてもよい。以下に説明されるように、励起信号３２４によるＶＯＣの励起は、サンプリングチャンバ１１０に提供される呼気サンプル中に存在する１つ以上の標的ＶＯＣを識別するために、検出器３２２によって利用されてもよい。
【００２２】
[0035]  ＴＨｚ分光計ベースのシステムは、既存のシステムと比較していくつかの利点を提供できることに留意されたい。例えば、ＴＨｚ分光計を使用することは、呼気サンプルの迅速な分析を容易にすることができ、これは、わずか数秒で完了することができ、地方の法執行車両で輸送することができる携帯型システムを容易にすることができる。さらに、ＴＨｚ分光法ベースのシステムは、分子中の結合が異なるため、Δ−９−ＴＨＣとＣＢＤとを区別することができる。ＴＨｚ分光法または遠赤外線分光法は、回転運動を含む双極子を有する化合物を識別するために使用されてもよい。分光範囲は、３ｍｍ−３０μｍまたは０．１−１０ＴＨｚで動作するマイクロウェーブ領域と赤外線領域との間にある。ＴＨｚ分光計ベースのシステムの別の有利な態様は、ＶＯＣのような化合物が識別されてもよい粒度である。例えば、ＴＨｚ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ）は、１兆分の１程度の低い濃度の化合物を検出することができる。ＴＨｚ−ＴＤＳは、チタンサファイアレーザであってもよいパルスフェムト秒レーザを発することによって機能する。レーザは、遅延線で分割された後、２つの光伝導アンテナに送られ、結果としてプローブビームおよびポンプビームが生じる。ポンプビームは、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）から形成されてもよい非線形結晶を励起し、信号をサンプリングチャンバ１１０内の容積のようなサンプリング空間に集束させる。プローブビームは、ＴＨｚ放射を検出する第２の光伝導アンテナに信号を送る。サンプルのスペクトルを得るために、サンプルの前にブランクを取らなければならず、これはサンプルのＴＨｚスペクトルから差し引くための基準として作用する。ＴＨｚ−ＴＤＳは、分子のねじれ変形および分子の分子間結合を決定するのに有用である。呼気のような気相化合物を分析する利点は、分子間結合相互作用が気相中でより弱く、ねじれおよび回転分光信号のみを残すことである。ガス分析のためのＴＨｚ−ＴＤＳが直面する１つの課題は、大気中に水が大量に存在することであり、これは、デバイスの高度に依存してデバイスの精度を変えるかもしれない。この問題は、分析前のバックグラウンドの収集によって、および、信号中の水を除去する、真空またはヘリウムのような乾燥不活性ガスの使用によって、克服することができる。
【００２３】
[0036]  呼気中のカンナビノイドの信号は、ＴＨＺ−ＴＤＳを介した検出には低すぎるかもしれないが、適切な信号を達成するために事前濃縮器を使用することができる。以前は、ＬＣ／ＭＳを用いたΔ−９−ＴＨＣの分析において、事前濃縮デバイスが利用されていた。しかしながら、これらの事前濃縮デバイスは、水を保持し、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の識別を損なうソーベント捕集材料を利用した。この課題を克服するために、上述の分子収集器１１６は、ＶＯＣを探すときに水を取り込む量を低減する炭素分子篩を利用することができる。炭素分子篩は、黒鉛面間で化合物を捕捉することによって機能し、分子のサイズに基づいて分子が速くまたは遅く拡散することを可能にする。黒鉛面が拡大すると、加熱要素が吸着剤に適用されるとき、分子は急速に放たれることができる。上述のように、本開示のシステムでは、炭素分子篩吸着剤から形成された、または炭素分子篩吸着剤でコーティングされた導体材料を、分子収集器として使用することができる。しかしながら、吸着剤のタイプに基づいて、材料は異なるレートでＶＯＣを放出することができ、分離が依然として達成されることを可能にする。この脱着のプロセスは、迅速なガス分析技術において、ある炭素分子篩材料を他のものと区別する。態様では、分子収集器１１６は、Carboxen（登録商標）（例えば、Carboxen（登録商標）１０００）のようなＶＯＣ脱着材から形成されてもよい。Carboxen（登録商標）は、放出時間に基づいて特定の分子を識別するための迅速なＶＯＣガス分析において使用されてもよい。より大きい分子は、より小さい分子より速く黒鉛面から放たれず、より小さい化合物がより大きい分子より速く脱着し、分析されることを可能にする。
【００２４】
[0037]  以下の説明では、図３を参照して上述したシステムと同様のカンナビノイド検出のためのＴＨｚ分光法ベースのシステムを、図２を参照して上述したシステムと同様のサーモフィッシャー PolarisQ質量分析計ベースのシステムと相互参照した。実験設定では、Carboxen（登録商標）１０００被覆メッシュから形成された分子収集器を含むサンプリングチャンバを、加熱要素（例えば、２４ボルト電源）に結合した。入口および交換可能なマウスピースをサンプリングチャンバに接続する弁が開いている状態で、人はサンプリングチャンバ内に息を吐き出し、Carboxen（登録商標）分子収集器上でＶＯＣを捕捉する。他のＶＯＣも分子収集器に付着したが、非ＶＯＣガスはサンプリング管の上および外に流れる（図４Ａ）。息の吐き出しの完了後、弁を閉じて、任意の外部からの化合物が分子収集器上に堆積するのを防止する（図４Ｂ）。次いで、分子収集器に２４ボルトを供給して、分子収集器を均一に加熱し、そこに付着した化合物の迅速な脱着を促進する。質量分析基準特徴付けのために、放出された化合物を、検出される信号のために質量分析計に提供する（図４Ｃ）。Carboxen（登録商標）から形成されるので、分子収集器は、より小さいＶＯＣがより大きい化合物より速く放たれる分離技術も容易にする。これにより、カンナビノイドが分子収集器から放たれる適切な時間の決定が可能になる。いったん適切な時間が決定されると、ＴＨｚ分光計を使用して、他のバックグラウンド信号の存在なしにカンナビノイドの存在を決定し、正確で精密な測定を補助する。いったんカンナビノイドのこの時間基準が収集されると、サンプリングチャンバは、ＴＨｚ分光計ベースの分析デバイス内に配置され、励起信号（例えば、ＴＨｚレーザ信号）が、分子収集器によって放たれるサンプルを検出するために使用されることを可能にする（図４Ｄ）。ＴＨｚ分光計ベースのシステムは、２つの方法で動作することができる。最初に、化合物（例えば、ＶＯＣ）が分子収集器から放たれ、次いで励起信号を介して励起されてもよい。次いで、励起された分子は、基底状態に戻る際に検出器によって吸光度として検出されてもよい。他の機構は、分子収集器の急速な加熱による分子の励起が、結果として蛍光信号を送り得ることである。システムは、励起信号によるＶＯＣの励起に応答して送られる蛍光信号に基づいて、呼気サンプル中のカンナビノイドおよび／または他のＶＯＣの存在を決定するように構成されてもよい。
【００２５】
[0038]  質量分析計ベースのシステムを開発し、呼気サンプルを分析するために利用した。このシステムを使用して、息を吐いている人の身体的状態の違いが既に実証されている。健康な呼気サンプル、季節性アレルギーを患う人からの呼気サンプル（アレルギー呼気）、およびリステリンで口を洗い流した直後の人から得られた呼気サンプルを、PolarisQイオン捕捉質量分析計に取り付けられたCarboxen（登録商標）被覆メッシュから形成された分子収集器を有するサンプリングチャンバに収集した。各呼気サンプルについて行った分析の結果を、図５（健康な呼気サンプル）、図６（季節性アレルギーを患う人の呼気サンプル）、および図７（リステリンで洗浄した直後の人の呼気サンプル）に図示する。図５において、切り抜き５０４は、ボックス５０２に図示したピークの拡大図を示す。図６において、切り抜き６０４は、ボックス６０２に図示したピークの拡大図を示す。図７において、切り抜き７０４は、ボックス７０２に図示したピークの拡大図を示す。図５に示すように、１−ブテン−３−イン（1-buten-3-yne）に相当する大きな５１．９３ｍ／ｚ値が観測された。この１−ブテン−３−インはアレルギー呼気サンプル中には見出されなかった。アレルギー呼気サンプルでは、図６に示すように、イソプレンに対応する６６．９３ｍ／ｚで最大ピークが観測され、続いて８０．９３ｍ／ｓ（１−メチル−ピロール）（1-methyl-pyrrole）および９４．９３ｍ／ｚ（２−エチルピロール）（2-ethylpyrrole）でピークが観測された。図７に図示したマウスウォッシュサンプルでは、イソプレンに関係付けられたピークは予想通り低下し、７６．９３ｍ／ｚでピークのエチルメチルスルフィド（ethylmethylsulfide）および９０．９３ｍ／ｚの１，２，３−プロパントリオール（propanetriol）のような他のピークが確立された。さらに、切り抜き６０４に図示した２５４．６０ｍ／ｚでピークのオクタデカンのような、より大きい分子量の化合物が存在した。サンプルは全て、イソプレンを示す顕著な６６．９３ｍ／ｚピークを示す。イソプレンは、全ての呼気サンプル中に見出されるべきであり、器具が呼気ＶＯＣをサンプリングしていることを確実にするための基準として使用されてもよい。図５−７に示すように、観測された化合物における顕著な変化が、提示した３つの異なるシナリオにおいて見出された。この器具を基準として利用して、呼気サンプル中のカンナビノイドの決定を、以下に記載するようにテラヘルツ分光計を使用して達成した。
【００２６】
[0039]  ベンゼン、トルエン、およびキシレンのテラヘルツスペクトルを取得し、Menlo Systems（マルティンスリート、ドイツ）Ｋ１５時間領域テラヘルツ分光計を使用して、加熱されたマリファナの葉のガスサンプルのテラヘルツスペクトルと比較した。この器具を使用して、乾燥ガスであるヘリウムをフラスコ内にポンプで送り込み、揮発性蒸気をサンプリングチャンバ内に強制的に排出し、ここでＶＯＣがCarboxen（登録商標）ベースの分子収集器に付着する。次いで、電圧を分子収集器に印加し、ＶＯＣを放出させる。ベンゼン、トルエンおよびキシレンについて観測された結果を図８に図示し、ここで線８０２はキシレンから結果として生じるＶＯＣを表し、線８０４はトルエンから結果として生じるＶＯＣを表し、線８０６はベンゼンから結果として生じるＶＯＣを表す。図９は、マリファナサンプルから観測されたＶＯＣを図示する。ガス状サンプルの分析により、回転分光を得ることができ、走査された周波数のいずれかでベンゼンについて得られた低信号を説明する。マリファナサンプルは、結果として最も多くの数の回転結合をもたらし、これは純粋なサンプルではなかったことから予想される。キシレンおよびトルエンは同じピークであるように見えるが、キシレンは一貫して、結果としてより低い周波数ピークをもたらす一方で、トルエンはより高い周波数で現れた。これは、キシレンが芳香環に結合した２つのメチル基を有する一方で、トルエンは芳香環に結合した１つのメチル基のみを有するためである。
【００２７】
[0040]  テラヘルツスペクトルに基づいてガスを定量化する方法は、連続波テラヘルツ分光法を使用してタバコの煙を使用して行われてきた。しかし、そうするためには、ローレンツ適合式の変数を入力するデータベースが必要である。カンナビノイドはまだデータベース化されておらず、ローレンツ適合式がカンナビノイド定量化に有用であることを妨げている。しかしながら、定量化は、テラヘルツスペクトルの吸光係数を用いて達成することができる。測定された透過t(f) の透過場と比較したサンプルＴＨｚ場の透過に基づいて、吸光係数を以下のように計算することができる。
【数１】
2021533392.tif 000003
ここで、ns(f) はサンプル屈折率であり、cは真空中の光の速度であり、φ(f) はサンプルテラヘルツ場の透過と基準テラヘルツ場の透過との間の位相差であり、fは周波数であり、dはサンプル厚さである。サンプル厚さは、サンプリングチャンバの長さであってもよく、上述の例では９ｃｍであった。サンプル屈折率は、以下のように表され、
【数２】
2021533392.tif 000004
【数３】
2021533392.tif 000005
計算されてもよく、級数係数α(f) を計算でき、ここで、界面における信号の損失はRLに等しい。基準スペクトルからサンプルスペクトルを減算して、ランベルト・ベールの法則を以下のように使用することを可能にし、
【数４】
2021533392.tif 000006
ここで、T(f) は、サンプル透過ＴＨｚ場の強度と基準透過ＴＨｚ場の強度との間の比に等しい。これは、Δ−９−ＴＨＣの迅速な定量化を可能にできる。本開示にしたがう呼気サンプル分析器システムは、人の呼気からカンナビノイドの濃度を計算するためにこれらの方程式を利用するように（例えば、命令として記憶されたソフトウェアを介して）構成されてもよい。サンプル体積は、人によって変わるかもしれない。したがって、システムは、決定された濃度の不正確さを回避または軽減するために、人が吐き出した呼気サンプルの総体積を考慮に入れるように構成されてもよい。
【００２８】
[0041]  図１０を参照すると、本開示の態様にしたがう、呼気サンプルを分析するための方法のフローダイヤグラムが、分析方法１０００として示されている。一態様では、分析方法１０００は、図１のシステム１００によって実行することができ、システム１００は、図２を参照して上述したような質量分析計ベースのアプローチ、または図３を参照して上述したようなＴＨｚ分光計ベースのアプローチを利用することができる。一態様では、分析方法１０００の動作またはステップは、メモリ（例えば、図１−３のメモリ）に記憶されたプログラムまたは命令（例えば、図１−３の命令）として実現されてもよく、プログラムまたは命令は、１つ以上のプロセッサ（例えば、図１−３の１つ以上のプロセッサ１２２）によって実行されるとき、１つ以上のプロセッサに、本開示の態様にしたがって呼気サンプルを分析するための動作を実行させる。
【００２９】
[0042]  図１０中に示すように、分析方法１０００は、ステップ１０１０において、サンプリングチャンバにおいて、呼気サンプルを収容することを含む。上述のように、呼気サンプルは、サンプリングチャンバ（例えば、図１のサンプリングチャンバ１１０）に結合された入口（例えば、図1の入口１１２）を介してサンプリングチャンバで収容されてもよく、サンプリングチャンバは、サンプリングチャンバ内に配置された分子収集器（例えば、図１の分子収集器１１６）を含んでもよい。ステップ１０２０において、分析方法１０００は、加熱要素を介して、サンプリングチャンバ内に熱を導入することを含む。一態様では、熱は、図１の加熱要素１１８によって導入されてもよい。ステップ１０３０において、分析方法１０００は、分析デバイスによって、分子収集器からのＶＯＣの少なくとも一部の放出の後、サンプリングチャンバ中に存在するＶＯＣの中から１つ以上の標的ＶＯＣを識別することを含む。上述のように、ＶＯＣの少なくとも一部は、（例えば、ステップ１０２０において）加熱要素によってサンプリングチャンバ内に導入される熱によって分子収集器から放出されてもよい。分析デバイスは、図２を参照して上述したように、質量分析計ベースのデバイスであってもよく、または図３を参照して上述したように、ＴＨｚ分光計ベースのデバイスであってもよい。ステップ１０４０において、分析方法１０００は、分析デバイスによって、１つ以上の標的ＶＯＣを表す出力を発生させることを含む。一態様では、１つ以上の標的ＶＯＣは、Δ−９−ＴＨＣ、１１−ヒドロキシ−テトラヒドロカンナビノール（11-hydroxy-tetrahydrocannabinol）（１１−ＯＨ−ＴＨＣ）、カルボキシ−テトラヒドロカンナビノール（carboxy-tetrahydrocannabinol）（ＴＨＣ−ＣＯＯＨ）、ＴＨＣ代謝産物、オピオイド（例えば、メタドンおよびフェンタニル、オピオイド代謝産物）のうちの１つ以上と関係付けられてもよい。上述したように、１つ以上の標的ＶＯＣを表す出力は、呼気サンプルを提供する人のような呼気サンプルのソースに対する１つ以上の標的ＶＯＣの濃度を定量化する情報を含むことができる。
【００３０】
[0043]  上述したように、本開示にしたがう呼気分析システムおよび方法は、現場で呼気サンプルからカンナビノイドおよび他の物質の検出を容易にするデバイスを提供することができる。このようなシステムは、ドライバがＤＵＩＭであるかを迅速かつ正確に識別／決定するために、法執行職員によって利用されてもよい。現場でそのような決定を行う能力は、この問題を検出し対処することに関して刑事司法現場の能力を大幅に高める。例えば、従来の技術では、サンプルを採取し、その後、数分または数時間かけて実験室に送る必要があった。この長い分析時間は、イベントの場面で、任意適切な措置をとることを妨げる。対照的に、本開示にしたがう呼気分析システムを利用すると、地方の法執行機関は、現場で決定的な証拠を得ることができる。器具のこの適用は、ＤＵＩＭドライバーの検出を促進すること、彼らを道路から移動させること、および他のドライバーの安全性を高めることに移行するように他の分野を促す。さらに、本開示の呼気分析システムは、迅速かつ携帯可能な技術を用いて他の違法薬物の検出を容易にすることができる。現場での検出に加えて、開示されるシステムによって提供されるカンナビノイドの濃度を正確に定量化する能力は、人がＤＵＩＭであるかを定義するために使用される標準濃度を開発する能力を提供してもよい。
【００３１】
[0044]    本願の実施形態およびその利点を詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本開示の精神および範囲から逸脱することなく、さまざまな変更、置換、および代替を、ここで行うことができることを理解すべきである。さらに、本願の範囲は、本明細書で説明したプロセス、機械、製造物、組成物、手段、方法、およびステップの特定の実施形態に限定されるよう意図されたものではない。ここで説明した対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行するか、または実質的に同じ機能を実行する、現存しているまたはのちに開発されるプロセス、機械、製造物、組成物、手段、方法、またはステップは、本発明にしたがって利用できることを、当業者は本開示から認識するだろう。したがって、添付の請求項は、このようなプロセス、機械、製造物、組成物、手段、方法、またはステップをこれらの範囲内に含むよう意図されている。さらに、本願の範囲は、本明細書で説明したプロセス、機械、製造物、組成物、手段、方法、およびステップの特定の実施形態に限定されるよう意図されたものではない。
【図１】
2021533392.tif 000007
【図２】
2021533392.tif 000008
【図３】
2021533392.tif 000009
【図４Ａ】
2021533392.tif 000010
【図４Ｂ】
2021533392.tif 000011
【図４Ｃ】
2021533392.tif 000012
【図４Ｄ】
2021533392.tif 000013
【図５】
2021533392.tif 000014
【図６】
2021533392.tif 000015
【図７】
2021533392.tif 000016
【図８】
2021533392.tif 000017
【図９】
2021533392.tif 000018
【図１０】
2021533392.tif 000019
【国際調査報告】
2021533392.tif 000020