专利名称：病毒性气溶胶采集富集仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种病毒性气溶胶采集富集装置，特别涉及一种环境空气中生物气溶胶有效采集并整合病毒富集技术以对接后续病毒检测的一体化装置。
背景技术：
目前，大多数传染病疫情主要由病毒感染引起，而以呼吸道为主要传播途径的病毒感染由于其便利的传播感染方式，极易在短时间内快速传播导致严重的公共卫生事件发生，近年来SARS、高致病性禽流感以及新甲型HlNl流感病毒的感染和流行所引起人类或动物严重健康危害及国际关注就是典型例证；通过气溶胶播散病毒类生物恐怖因子也是反恐专家所提及重点防范内容。另外，非呼吸道病毒也能通过气溶胶感染或通过实验室误操作导致感染和传播的事件也不时发生，因此对环境中气溶胶的病毒监测研究十分迫切和必要。但是，由于传统生物气溶胶采集仪器或装置对口检测方法主要适用于细菌、真菌类病 原体、导致病毒气溶胶方面的监测受到了限制，监测病毒操作不便、敏感性差，已经严重不适应当前传染病领域的监测研究现状，制约了环境中病原体监测需求，新型病毒类采样器已经成为该领域当前研究热点之一。由于病毒属于非细胞型微生物，必须依赖细胞才能复制增值，颗粒小(纳米级)，空气稀释导致浓度低等原因，对环境空气中呼吸道病毒采集到可以检测到的水平一直是个难题。显然，病毒性空气采集器应重点针对呼吸产出的气溶胶颗粒，研究显示，人类呼吸道活动(包括咳嗽、打喷嚷、谈话和呼吸等)产生的气溶胶颗粒多数小于I μ m (Edwards et al,2004)，而与呼吸活动相关的流感病毒则主要分布在O. 3-1 μ m气溶胶颗粒中(Fabian etal，2008)。因此，现有空气采样器对大于I μ m颗粒收集效率高，采集病毒气溶胶颗粒效率偏低，缺乏针对性是主要原因之一。绝大多数现有的生物气溶胶采样器并不特定针对病毒性气溶胶设置，收集谱宽，不太适合收集病毒样品，典型的原因可以归纳以下几点
1)采样器流量小或工作时间短，难以采集到足够量的空气样品，以保证足够病毒检出的最低限；
2)气溶胶颗粒收集效率偏低，尤其是亚微米水平的气溶胶颗粒收集效率低；
3)收集介质中的颗粒去除和浓缩技术不足导致低效问题；
4)收集介质针对后续检测方法适用性不足的技术问题；
5)针对病毒监测的可操作性差，或缺乏符合现场的便携性设置。国外最新的针对重要商业化空气采样器病毒收集比较分析研究显示(Fabian etal, Indoor Air 2009,19 :433-441),包括 SKC biosamper 生物米样器、Teflon 空气滤器、明胶滤器和CCI冲击式采集器共四种重点的商业化生物采样器进行了比较分析，其结论就是新型的气溶胶病毒采样器需要研究；现有的商业化生物采样器对于病毒采集和感染性保持方面缺乏效率；应重点关注病毒性气溶胶粒径阶段的收集效率和收集液相介质的优化方面。除了一些国外军工单位基于反生物恐怖需求开展了病毒性气溶胶进行监测和检测夕卜，尚未见专门用于大型集会、交通工具密闭空间或医疗机构等敏感场所的空气病毒监测富集仪器，尤其是针对纳米级病毒的采样监测装置和配套病毒浓缩形成高灵敏、特异性检测装置研制，还有许多涉及采样效率、浓缩效率及简便性等方面完善需求，距离实际应用价值尚有不少距离。目前国内公共卫生领域环境监测中使用的空气微生物采样器大致可分为三大类空气微生物捕集在固态培养基或其它粘着表面上，收集在营养液中，收集在滤膜或其他滤料等方面，这类的商品化空气微生物采样器均主要针对微米级细菌等微生物气溶胶采集，亚微米水平颗粒采集效率偏低。由于病毒的纳米级颗粒特点以及诸如流感病毒等病原体高度变异性，不同病毒呼吸道局部的病毒增值浓度及排出方式有所不同，不同病毒检出手段有差异等因素，对于病毒颗粒的采集和处理均缺乏系统的针对性研究，相应的样品采集装置也没有病毒富集技术整合，病毒检测灵敏性有待提高，与后续的检测技术衔接也有待完善，未见到整合病毒采集于富集的空气采样装置。同时，基于空气病毒监测的环境特点要求，现有生物采样器在专门结合交通工具、生物安全实验室或动物饲养场等相对密闭、狭小空间特点方面，也缺乏便携、简便和特异性，使得采样装置不符合实际要求
发明内容
为了解决现有技术所存在问题，本发明提供一种针对病毒性气溶胶进行采集和富集的装置，特别是关于环境空气中生物气溶胶病毒样本的有效采集并整合病毒富集的一体化装置。为实现上述目的，本发明提供了一种病毒性气溶胶采集富集仪包括框架、供气装置、出气单元喷头和采集单元管；所述供气装置用于收集待检测的气体样本，并通过输气管将所述气体样本输入到出气单元喷头中；所述出气单元喷头和采集单元管均设置在框架上，所述采集单元管可拆卸的设置在所述出气单元喷头的下方，其内设置有测试液；所述气体样本通过出气单元喷头旋转喷入到所述采集单元管中，并通过其中的所述测试液吸收待测气体中所含有的气溶胶。进一步，所述出气单元喷头为柱形腔室，在其底面上设置有若干喷气出口，若干所述喷气出口相对于出气单元喷头的轴线均布，若干喷气出口的轴线均与出气单元喷头的轴线在空间上相隔，并相对于所述轴线向斜下方倾斜设定角度。进一步，所述喷气出口的数量大于等于3个。进一步，所述底面为向下凸出的面。进一步，所述若干喷气出口在垂直方向上位于同一高度。进一步，所述采集单元管为由圆筒和设置在所述圆筒下方的圆锥筒构成的容器，所述圆锥筒部分的容量大于等于15ml。进一步,所述采集富集装置还包括富集单元架,所述富集单元架包括能够实现水平和垂直方向自由旋转的管架和设置在管架上的用于固定所述采集单元管的弹性固定卡簧；采集单元管支撑装置检测完毕后，所述采集单元管被设置在富集单元架上。进一步，所述富集单元架还包括设置在所述管架底部的磁性装置。进一步，所述采集单元管的外壁上设置有与所述弹性固定卡簧相配的卡口。进一步，所述测试液为带有病毒免疫磁珠的测试液；并通过所述病毒免疫磁珠来捕捉待测气体携带的病毒。
本发明中所限定的病毒性气溶胶采集富集仪其原理为通过采用气液混合方式收集气溶胶，并在测试液中投入免疫磁珠来捕捉待测气体携带的病毒。该装置包括出气单元喷头和采集单元管两个重要部分，组合形成完整空气采样和病毒富集仪器，结构简单，操作环节连贯、实施简便，其病原体富集方式与现有病毒学检测方法对接简单，尤其是与常用的病毒分子生物学检测方法对接，可以无须额外处理直接进入病原的核酸提取检测步骤，省时省力。另外，本发明中的出气单元喷头、采集单元管和富集单元架三个主要部件，也可以单独使用完成各部具有的独立功能。
图I为本发明采集富集仪结构示意 图2为一种出气单兀喷头结构意 图3为第二种出气单元喷头结构示意 图4为另一种出气单兀喷头结构意 图5为采集单元管结构示意 图6为采集单元管与出气单元喷头连接剖视 图7为富集单元架结构示意图。
具体实施例方式如图I所示，病毒性气溶胶采集富集仪包括框架I、供气装置、出气单元喷头3、采集单元管4和富集单元架5。并以采集富集装置的使用状态设定上、下方向，即采集单元管4位于出气单元喷头3的下方。其中供气装置包括抽气泵和输气管2，输气管2将抽气泵抽入的待测气体输送到出气单元喷头3中，再由喷气出口 7喷出。出气单元喷头3为圆柱形腔室，其底面6优选的为向外凸 出的面，可为球面一部分或为圆锥面、棱锥面等规则或不规则曲面或平面；如图2-4所示，出气单元喷头3的底面6上还设置有若干喷气出口 7，若干喷气出口 7相对于出气单兀喷头3的轴线均布,并优选的在垂直方向上位于同一高度,若干喷气出口 7的轴线均与出气单元喷头3的轴线在空间上相隔，并相对于该轴线向斜下方倾斜设定角度，喷气出口 7的数量不少于3个，优选的为3-6个。喷气出口 7的这种设置方式的优点如下喷气出口 7直接加工在底面上，加工方便，并可保证气体的喷出方向在喷出过程中不变。喷气出口数目多，喷气出口管道短，不易堵塞，易于清洗；喷射气流均匀形成同一表面向下方向的切向气流，形成完全旋转的向下驱动力，驱动液面旋转并上升，在喷气出口周围形成半圆弧型包裹液面，实现完全气液混合和气溶胶的全面收集。如图5、6所示，采集单元管4为由圆筒8和设置在圆筒8下方的圆锥筒9构成的容器，圆筒8上端开口，下端与锥形筒9的大端相接。圆筒8的内壁顶端设置螺口以便与出气单元喷头3对接，或通过其他方式与出气单元喷头3可拆卸的连接。在采集单元管4的外壁上还设置有向内浅浅凹陷卡口 10，用于将采集单元管固定设置在富集单元架5上，该卡口优选的设置在圆筒8与圆锥筒9连接处。采集单元管锥形筒部分主要用于存放采集溶液，锥形筒部分液体容量为不少于15ml。采集单元管4的这种结构能够保证有足够量测试液以便充分与大体量空气样品混合，否则将无法实现有效的气液混合或由于测试液很快蒸发而导致气溶胶流失。测试液可为带有病毒免疫磁珠的测试液；并通过病毒免疫磁珠来捕捉待测气体携带的病毒。如图7所示，富集单元架5为一能够在水平和垂直方向自由旋转的管架，管架上口设置弹性固定卡簧11用于对接采集单元管的卡口 10。弹性固定卡簧11可在实现固定采集单元管的同时，还可以随时手工取放采集单元管4。管架底部设置有磁性装置12，磁性装置12可为固定永久磁铁等，管架大小需与采集单元管4匹配。如图I所示，富集单元架5设置在框架I的下端，可通过水平旋转管架将其收入到框架I中，或在使用时旋出，以便于固定采集单元管4。在垂直方向上旋转管架可将采集单元管4中的液体倒出。另外富集单元架5也可独立于框架I设置，但其结构与功能不变。测试时，将本发明中的病毒性气溶胶采集富集仪设置在待测区域内，抽气泵启动，将待测气体抽入，并通过输气管2输入到出气单元喷头3中，并由设置在其底面6上的若干喷气出口 7喷出到采集单元管4中的测试液中，由于若干喷气出口 7位于底面6的相同高度上，并且其出口均朝向斜下方，所以，由其喷出的待检测气体向采集单元管4中同时喷出， 形成旋转气流，驱动采集单元管4中的测试液旋转，使液面上升，实现对喷入气流的液体弧形面包裹，使所有采集的待测气体能够完全喷射到测试液表面，并持续混合于旋转的测试液中，进而实现空气和测试液高效混合和空气中气溶胶的有效捕捉和采集。在气体采集完毕后，将采集单元管4从出气单元喷头3上取下，并将采集单元管4固定放置在富集单元架5上静置，待测试液中磁珠通过磁力作用全部粘附于采集单元管4的管底后，垂直方向旋转管架，可以将测试液倒出，并将富集病毒的磁珠保留在管底用于下一步病毒检测。本发明病毒性气溶胶采集富集仪的优点如下1、出气单元喷头的设计符合物理学气旋原理，收集的气流与后续产生的圆弧型包裹液面可以实现气液充分接触，保证所采集的待测气体中含有的不同粒径气溶胶颗粒被测试液充分采集；2、若干出气单元喷头同腔体、短管道的设计布局，使出气单元喷头不易堵塞，易于清洗；3、采集单元管为圆柱与圆锥的组合形状腔体，一方面可以保证气流驱动液面旋转后，液体上部空间形成较大弧形凹面，以实现对喷气口的充分包裹，保障气体有效采集和混合，另一方面圆锥下端的尖头设计有利于容纳后续浓缩磁珠的小体积，便于回收；4、采集单元管具备较大的液体样品容量，能够保证气流驱动后大空气流量的采集和与测试液的有效混合，测试液中还直接加入病毒捕捉免疫磁珠，在气液混合的同时实现对气溶胶中的病毒捕捉；5、富集单元架为可水平垂直方向折叠设置，方便整合到仪器装置中，管架底端为固定永久磁铁，便于与采集单元管圆锥部分的锥形底端接触对管中磁珠实现富集。
权利要求
1.一种病毒性气溶胶采集富集仪，其特征在于，所述采集富集装置包括框架、供气装置、出气单元喷头和采集单元管；所述供气装置用于收集待检测的气体样本，并通过输气管将所述气体样本输入到出气单元喷头中；所述出气单元喷头和采集单元管均设置在框架上，所述采集单元管可拆卸的设置在所述出气单元喷头的下方，其内设置有测试液；所述气体样本通过出气单元喷头旋转喷入到所述采集单元管中，并通过其中的所述测试液吸收待测气体中所含有的气溶胶。
2.根据权利I中所述病毒性气溶胶采集富集仪，其特征在于，所述出气单元喷头为柱形腔室，在其底面上设置有若干喷气出口，若干所述喷气出口相对于出气单元喷头的轴线均布，若干喷气出口的轴线均与出气单元喷头的轴线 在空间上相隔，并相对于所述轴线向斜下方倾斜设定角度。
3.根据权利2所述病毒性气溶胶采集富集仪，其特征在于，所述出气口的数量大于等于3个。
4.根据权利2中所述病毒性气溶胶采集富集仪，其特征在于，所述底面为向下凸出的面。
5.根据权利2中所述病毒性气溶胶采集富集仪，其特征在于，所述若干喷气出口在垂直方向上位于同一高度。
6.根据权利I中所述病毒性气溶胶采集富集仪，其特征在于，所述采集单元管为由圆筒和设置在所述圆筒下方的圆锥筒构成的容器，所述圆锥筒部分的容量大于等于15ml。
7.根据权利I中所述病毒性气溶胶采集富集仪，其特征在于，所述采集富集装置还包括富集单元架，所述富集单元架包括能够实现水平和垂直方向自由旋转的管架和设置在管架上的用于固定所述采集单元管的弹性固定卡簧；采集单元管支撑装置检测完毕后，所述采集单元管被设置在富集单元架上。
8.根据权利7中所述病毒性气溶胶采集富集仪，其特征在于，所述富集单元架还包括设置在所述管架底部的磁性装置。
9.根据权利7中所述病毒性气溶胶采集富集仪，其特征在于，所述采集单元管的外壁上设置有与所述弹性固定卡簧相配的卡口。
10.根据权利I中所述病毒性气溶胶采集富集仪，其特征在于，所述测试液为带有病毒免疫磁珠的测试液；并通过所述病毒免疫磁珠来捕捉待测气体携带的病毒。
全文摘要
一种病毒性气溶胶采集富集仪包括框架、供气装置、出气单元喷头和采集单元管；所述供气装置用于收集待检测的气体样本，并通过输气管将所述气体样本输入到出气单元喷头中；所述出气单元喷头和采集单元管均设置在框架上，所述采集单元管可拆卸的设置在所述出气单元喷头的下方，其内设置有带有病毒捕捉免疫磁珠测试液；所述气体样本通过出气单元喷头呈旋转喷入到所述采集单元管中，所述测试液吸收待测气体中所含有的气溶胶，并通过所述病毒免疫磁珠来捕捉待测气体携带的病毒。本发明高效捕捉空气中生物气溶胶的同时，可特异实现病毒微生物样品的富集，特别适用环境空气中病毒病原体监测。
文档编号C12M1/26GK102634449SQ201210089458
公开日2012年8月15日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者慈颖, 杨鹏飞, 胡孔新 申请人:中国检验检疫科学研究院