一种生物气溶胶旋风采样器的制作方法

[0001]
本实用新型涉及一种生物气溶胶采样器，尤其涉及一种便携的大流量液体式旋风采样器，可以广泛应用于室内外环境空气中颗粒物的采集，特别是生物气溶胶颗粒的快速采集。


背景技术：

[0002]
空气质量密切影响人类生命健康，空气细颗粒物污染已经成为人类面临的重要环境问题，其中由微生物颗粒组成的微生物气溶胶对于公共健康和疾病防控有着至关重要的影响。近年爆发的多次危害公共安全的传染性疾病有许多可以通过生物气溶胶来传播，如sars、新型冠状病毒covid-19等。此外公众广泛关注的如花粉过敏、呼吸道感染等问题都与空气中的各种生物气溶胶颗粒有着直接关联。因此对于生物气溶胶的研究有着重大意义。生物气溶胶研究首先要进行空气样品采集，而病原体常常是低浓度的，因此方便快捷且能够大流量富集空气中生物颗粒的生物气溶胶采样器尤为重要。
[0003]
目前已有的生物气溶胶采样器主要有以安德森采样器为代表的固体撞击式、以skc公司的biosampler为代表的液体冲击式采样器和各种滤膜式采样器。但以上几种类型的采样器流量过小，难以实现生物气溶胶的快速采集，同时固体撞击式和过滤式采样对于微生物的生命活性有较大损伤，故在实际生物气溶胶研究中采集到的空气样品代表性有限。近年来改进的一些大流量生物气溶胶颗粒采样器如固体撞击式的rcs采样器和气旋离心原理的市面上的部分采样器尽管增大了采样流量并且能实现便携功能，但是在保持微生物生命活性方面和样品定量方面仍存在很大发展空间：rcs基于固体撞击式原理捕集颗粒物，对微生物颗粒的物理损伤比小流量情况下更严重；而市面上一些液体采样器运行过程中液体飞溅、二次气溶胶化明显，样品损失较多，定量分析误差较大。此外，部分固体撞击式采样器虽然能够实现大流量采集，但采集到的生物样品附着于物体表面，在后续检测时不能和生化分析方法很好结合。
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因而能够在尽可能保证微生物活性的同时实现便携的大流量生物气溶胶采集，是目前生物气溶胶研究中卡脖子的技术难点之一，相关采样器的研发具有重要的实际应用价值。


技术实现要素：

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本实用新型旨在提供一种基于气旋离心原理，利用大流量风机实现便携的大气量(约400l/min)生物气溶胶采样器，并用无菌液体实现对空气中生物气溶胶颗粒的快速富集浓缩，适用于室内外多种生物气溶胶采样研究环境。
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本实用新型的主要技术原理是：参见图1，采用微型大流量风机1驱动空气沿进风口切线向下进入旋流采样管3形成高速的外围采样气旋，空气中的颗粒物随着外围采样气旋冲击并富集到旋流采样管3下端装有液体采样介质6的采样离心管5中，到达底端采样离心管5的空气反弹向上形成低速的中心气旋排出，可充电锂电池9作为电源的供给。微生物
颗粒在采样离心管5中沿切线撞击到液体采样介质6中，减少了物理碰撞造成的活性损伤，较大程度保证了微生物气溶胶颗粒的生命活性和结构完整。同时便于更换和清洗的旋流采样管3和一次性的采样离心管5能够减少样品间的交叉污染。
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本实用新型的技术方案如下：
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一种生物气溶胶旋风采样器，其特征在于，包括大流量风机、旋流采样管、采样离心管和电源，其中旋流采样管的主体为圆筒形，其下部为圆锥形漏斗状；在旋流采样管的上部侧面设有进风管与之相切连接，在进风管的外端设有滤网；所述大流量风机设置在旋流采样管顶端，与电源通过电源线连接；所述采样离心管与旋流采样管的底端连接，其内盛有液体采样介质。
[0009]
上述便携大流量液体式生物气溶胶旋风采样器中，所述大流量风机优选为风量30～300cfm的微型大风量风机，以插槽方式连接在旋流采样管顶端开口处。所述大流量风机的尺寸优选在90
±
10
×
90
±
10
×
30
±
5mm范围内，额定电压为7.0～24v，额定电流为0.3～6a，风量为30～300cfm。在本实用新型的实施例中，所述大流量风机的尺寸为97
×
94
×
33mm，额定电压12v，额定电流6a，风量300cfm。
[0010]
上述便携大流量液体式生物气溶胶旋风采样器中，所述旋流采样管的材质可以是金属或塑料等，其主体形状可以看作是一个圆筒和一个圆锥形漏斗的组合体，旋流采样管的管道内壁光滑并优选设置聚四氟乙烯涂层。位于旋流采样管上部的进风管是材质与旋流采样管主体一致的方形短管或圆形短管。在本实用新型的实施例中，旋流采样管由一长150
±
50mm、内径55
±
10mm的圆筒形主体和中轴长100
±
20mm、圆锥角25
±5°
的圆锥形漏斗状下部组成，圆筒形的主体和圆锥形漏斗状下部可以一体成型，也可以是相切拼接的两部分，这样方便拆开清洗。所述旋流采样管的底端为一个带有内螺纹的圆形孔，直径为20
±
5mm，与开口处带有外螺纹的采样离心管通过螺纹结构连接；进风管为一内壁光滑的方形短管，长50
±
25mm，内径为20
±
5mm
×
15
±
5mm，材质与旋流管主体一致。
[0011]
上述便携大流量液体式生物气溶胶旋风采样器中，在进风管的外端设置一漏斗状进风口，与进风管相切连接，其材质与旋流采样管主体一致，并设滤网位于漏斗状进风口的大口径端，所述滤网为一金属网或合成纤维网，优选为切割粒径为100微米的总悬浮颗粒物滤网。
[0012]
上述便携大流量液体式生物气溶胶旋风采样器中，所述采样离心管优选为一底部为半球形的圆柱状硬质管，材质可为玻璃、亚克力、有机树脂等材料，与旋流采样管底端通过螺纹结构紧密连接。在本实用新型的实施例中，所述采样离心管的直径为20
±
5mm，长度为50
±
10mm，开口处有外螺纹，与旋流采样管底端螺纹相接。
[0013]
上述便携大流量液体式生物气溶胶旋风采样器中，采样离心管中装有适量的液体采样介质，所述液体采样介质可以是水、矿物油、液体培养基等液体采样介质，采样前做无菌处理。
[0014]
上述便携大流量液体式生物气溶胶旋风采样器中，所述电源为直流电源，既可以是交流电源转换器，也可以是可充电电池如锂电池，或者二者的组合。
[0015]
上述便携大流量液体式生物气溶胶旋风采样器还可以包括一个外壳，将大流量风机、旋流采样管、采样离心管和电源均置于该外壳内，外壳内可设置固定架以固定旋流采样管等，旋流采样管上的进风管的外端位于外壳外。外壳的材质可以是有机树脂、金属等材
料，外壳上设出风口，在外壳下部还开设有用于取放采样离心管的小门。
[0016]
本实用新型的有益效果：本实用新型提供的一种便携大流量液体式生物气溶胶旋风采样器利用大流量风机提供的动力形成气旋对环境空气进行大流量采集，空气颗粒物受气旋驱动，沿切线冲击进入液体采样介质，在保持大流量空气采集的同时很好地保证了其中的微生物颗粒的生命活性，同时减少了二次气溶胶化和采样液飞溅造成的样品损失，为后续的生物气溶胶定性和定量研究提供了更具有代表性的生物气溶胶液体样品，实现了对于环境大气中颗粒物，特别是生物气溶胶的高效采集，在生物气溶胶研究中具有很好的应用前景。该便携大流量液体式生物气溶胶旋风采样器主要特点是：
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(1)该采样器采用气旋式采样方法，使用微型大流量风机驱动，采样流量大，可达到400l/min，旋流采样管的长径比设计有效地减小了二次气溶胶化效应和样品液体飞溅损失。
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(2)气旋式采样将大量环境空气中的颗粒物富集到少量液体采样介质中，可以得到较高浓度的液体样品，降低了空气中微生物的检测下限，能够在微生物浓度较低的环境空气中采集到更有代表性的微生物气溶胶样品。
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(3)最终样品可为多种类型的液体介质，可以方便地与酶联免疫、pcr以及恒温扩增等生化及分子生物学分析方法结合，对空气中的生物成分进行有效检测。
附图说明
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图1是本实用新型便携大流量液体式生物气溶胶旋风采样器的结构示意图，其中：1-大流量风机，2-总悬浮颗粒物滤网，3-旋流采样管，4-采样器外壳，5-采样离心管，6-液体采样介质，7-外壳出风口，8-电源线，9-电源。
[0021]
图2是本实用新型便携大流量液体式生物气溶胶旋风采样器对于不同粒径颗粒物和微生物颗粒的物理采集效率曲线。
具体实施方式
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下面结合附图，通过实施例进一步详细描述本实用新型。
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如图1所示，本实用新型的便携大流量液体式生物气溶胶旋风采样器包括：大流量风机1、总悬浮颗粒物滤网2、旋流采样管3、采样离心管5和电源9，其中，大流量风机1位于旋流采样管3顶端，采样离心管5通过螺纹连接旋流采样管3底端，采样离心管5中含有适量的液体采样介质6，旋流采样管3的上部设有进风管，进风管外端具有总悬浮颗粒物滤网2，大流量风机1通过电源线8连接电源9，大流量风机1、旋流采样管3、采样离心管5和电源9都位于采样器外壳2内，采样器外壳上设有外壳出风口7，进风管外端伸出采样器外壳4。
[0024]
环境空气由大流量风机1驱动，通过总悬浮颗粒物滤网2进入旋流采样管3形成外围下行气旋，携带颗粒物向下进入采样离心管5，颗粒物与空气分离富集到进入2ml液体采样介质6中。分离后的空气反弹并减速后从旋流采样管中心位置形成上行气旋到达大流量风机1的出风口排出。采样完成后旋转取下采样离心管5并妥善保存完成采样。
[0025]
该实施例中，旋流采样管上部为一长150
±
50mm，内径55
±
10mm的圆筒；下部的圆锥形漏斗中轴长100
±
20mm，圆锥角25
±5°
，顶端为一个带有内螺纹的圆形孔，直径为20
±
5mm，与开口处带有外螺纹的采样离心管以螺纹结构连接；进风管为方形短管，长50
±
25mm，
内径为20
±
5mm
×
15
±
5mm；进风管外端为与之相切连接的漏斗状进风口，总悬浮颗粒物滤网2位于漏斗状进风口的大口径端。旋流采样管3、进风管、漏斗状进风口均为聚四氟乙烯材质，总悬浮颗粒物滤网2为不锈钢丝编织而成。采样离心管5为一开口处具有外螺纹结构的聚丙烯低温冻存管，直径为20
±
5mm，长度为50
±
10mm，采样液体介质6为无菌水。大流量风机1的尺寸为97
×
94
×
33mm，额定电压为12v，额定电流为6a，最大风量为300cfm，风机转速可由单片机控制电路调节。电源9为锂电池。
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该实施例中，将便携大流量液体式生物气溶胶旋风采样器置于a2型生物安全柜中，在无环境空气颗粒物实验环境中用气溶胶化的不同尺寸聚苯乙烯微球混合的悬浊液、荧光假单胞菌、枯草芽孢杆菌，以及在室内使用室内环境空气等目标生物气溶胶测试该采样器的物理采集效率，使用光学颗粒物计数器来检测采样器进口处与出口处的颗粒物浓度变化来计算采样器物理采集效率，结果如图2所示。该液体式大流量生物气溶胶采样器对于气溶胶化的颗粒物物理采集效率较高，在各粒径段均高于50％，对于室内空气颗粒物切割粒径为0.58微米，对空气中大部分生物气溶胶颗粒具有较好的采集效率。