空气微生物采样器采样头进气端封闭装置的设计方案的制作方法

空气微生物采样器采样头进气端封闭装置的设计方案适用于空气微生物采样器采样头进气端口的自动封闭和自动开启装置的设计，在空气微生物采样器采样头的进气端口设计了可以自动封闭开启的本装置之后，可以有效的解决一些场合无法进行空气微生物采样的问题，扩大了空气微生物采样器的应用场景，是空气微生物采样器制造和应用技术的进一步发展。

背景技术：

1、空气微生物采样器是用于采集空气中浮游菌的专业微生物采样器械，也是评价环境中微生物污染的重要器具。空气微生物采样器也称“撞击式空气微生物采样器”或称“安德逊采样器(anderson sampler)”，最早是用于采集大气中不同粒度颗粒物样品的串级撞击式采样装置，由于空气中的微生物是粘附在空气中的微粒表面，所以很快就被广泛的应用于空气浮游菌的采集，已经有接近六十年的应用历史，是当前医疗、制药、食品、公共卫生、微生物检测领域内最常用的空气微生物采集的常规器械。

2、图1是一种六级撞击式空气微生物采样器的基本架构图。由图可见，空气微生物采样器是由控制器与采样头两个主要部分构成，在控制器与采样头之间通过气体管道连接。目前使用最广泛的采样头是六级，但是也有二级和八级采样头应用。本发明以六级采样头为例进行阐述，其它级的采样头的工作原理基本一致，同时本发明所表述的技术是集中在采样头的进气端口，这一设计方案是用于所有微生物采样器的进气端口，所以对其它类型的微生物采样器就不再赘述。

3、在图1中，1是采样头的1级采样盘，2是采样头的2级采样盘，3是采样头的3级采样盘，4是采样头的4级采样盘，5是采样头的5级采样盘，6是采样头的6级采样盘，7是采样头的顶盖，8是采样头顶盖上的进气端口，a是采样头进气端口的手动封闭帽，b是抽气泵、c是气体流量表(器)、d抽气管道、e是抽气泵的减震垫、f是采样头的出气端口、g是抽气泵的排气端口，h是空气微生物采样器的控制器。图中箭头表示气体的流动方向。如图1所示，空气微生物采样器的控制器中的主要部件是抽气泵、空气流量表(器)和电控系统这三个部分组成。采样头是由顶盖、采样盘组成，六级采样盘也就是有6个采样盘，在每个采样盘的底部都有密布的小孔，上面的采样盘(1#)的孔径大，下面的采样盘的孔径逐级减小。这样如果空气中有微小的颗粒物，则大的颗粒物是被截留在上层采样盘上，小的颗粒物则被逐级截留在下面的采样盘上。空气中的微生物一般都是粘附在空气中漂浮的颗粒物上，如果将含有微生物培养基的平皿置于各级采样盘内，当空气微生物采样器的采样头进气端口的封闭帽被取下后，启动抽气泵，在抽气泵的抽气作用下，气流由采样头的进气端口进入，由抽气泵的排气端口排出，图1中的箭头表示了空气微生物采样器的采样头的进气端在打开的状况下，气流的流动方向。经过各级采样盘的截留，则载有微生物的颗粒物就会被截留在各级的采样盘上的含有培养基的平皿的表面，在采样结束后将培养皿取出，置入微生物培养箱内进行一定时间的培养，如果有微生物被截留在培养平皿上，就会滋生出菌落，通过对滋生出的菌落进行计数和计算，最后以cfu(菌落形成单位colony-forming unit，单位：菌落数/m3)作为评价的指标。cfu的含义就是每立方米空气中的菌落数。关于空气微生物采样器的进一步详细的原理是领域内的技术人员共知的常识，所以仅作上述简略的表述，就不再做更为详细的赘述。

4、空气微生物采样器目前的规范做法是先在洁净的房间内(或在超净工作台，或在生物安全柜内)，打开空气微生物采样器的采样头，将制作好的含有微生物培养基的平皿(或称之为“培养平皿”)放在采样头的每个采集盘上，然后将各个采集盘装配好，此时采样头的进气端口必须有一个封闭帽封闭，以防在未开始采样前被外来的空气进入采样头内造成对培养平皿的污染。只有在将空气微生物采样器放置在采样的空间，将空气微生物采样器的控制器与采样头用气管道连接好后，才去掉采样头的进气端口的封闭帽(盖)，启动空气微生物采样器的气泵进行抽气采集空气中的微粒和微生物。在达到采样的时间后，气泵停止抽气，此时必须尽快用封闭帽将采样头的进气端口封闭住，以避免外部的空气进入导致采样头内部的培养平皿被额外的新进来的微生物所污染，从而导致采样不精确。

5、目前在评价微生物消杀产品的消杀性能时，往往需要在消毒中间时间进行微生物采样，目前的做法是采样人员穿上防护服进入消毒空间进行消毒空间的微生物采样，或通过传递窗，人员在外面通过传递窗将采样头伸入到消毒空间进行采样。不管采用何种方式，在消毒中间进行采样都会因为人员的进入或无法封闭传递窗，或采样头的采样位置偏离最佳的采样区域而导致采样的不准确，同时也会破坏消毒的进程，如果消毒的活性因子对人体有害，也会导致在消毒中间环节采样时对采样的实验人员产生伤害。导致这一切的原因就在于采样头的进气口端口缺少自动封闭和打开的装置。

6、另外，在医院的院内感染控制(简称：院内感控、或感控)领域，需要在医院的各个病区进行环境微生物采样，而医院的微生物实验室与各个病区的微生物采样点都存在一定的距离。目前普遍采用沉降法采集沉降菌。采用检测沉降菌的培养平皿可以放在无菌的袋子内运送到各个病区的采样点，然后打开进行采样点采样。然而采用沉降法采集各个病区的微生物已经满足不了院内感控的现实需求，需要改用对浮游菌的采集评价。而对浮游菌采集就必须采用微生物空气采样器方法采集，这样就必须在采样点的非洁净空间进行培养平皿往空气微生物采样器的采样头内放置工作。在采样结束后也仍然需要在采样点的非洁净环境中完成将培养平皿从采样头中取出的工作。也还同时存在，如果希望在病区消毒的过程中采样以便为消毒效果做更深入的评价，则也必须安排人员进入正在消毒的现场，这样会导致消毒效果破坏和消毒活性因子对采样人员的化学伤害。所以解决问题的很简单办法就是在空气微生物采样器采样头的进气端口安装可以定时或遥控控制采样头进气端口封闭或打开的装置。

7、目前评价一种消毒剂或消毒器性能的好坏，都是在特定容积的微生物实验室(舱)内喷洒菌液后开启消毒器工作释放物理的或化学的消杀因子，然后在特定的时间内，使用空气微生物采样器对微生物实验室(舱)内的空气采样，然后据此来评价消毒剂或消毒器的消杀性能的优劣。一般的消毒采样时间是在规定的消毒时间或在2h进行采样。在采样时都是由实验人员进入实验室(舱)内，打开空气微生物采样器采样头的封闭帽后再启动抽气泵进行采样，在规定的采样时间到达后，关闭采样器，用封闭帽封闭采样头。所以目前一般的工作流程都是在规定的消毒时间结束时，实验人员再进入实验室内采样，这样会由于实验人员的进入而导致采样的精确性降低以及由于人员的进入而导致新的微生物进入实验室(舱)内而破坏了真实的消杀效果。开始消毒后的0.5h、1h、1.5h、2h如果能够采样，这将会更精确的评价消毒效果。然而这样就需要实验人员反复进入实验室内采样，即便是通过采样窗口进行采样，这样都会导致实验室(舱)内部与外部的封闭性减弱，从而泄漏或释放实验室(舱)内的微生物浓度，导致空气微生物采样的精确性降低，从而无法更精确的评价消毒效果。

8、然而，基于被领域内的技术人员忽略或其他因素的原因，截止到目前为止没有空气微生物采样器采样头的进气端口的自动封闭或开启的装置出现，但是在现实空气微生物采样器应用的实践中，却亟待这种装置的配套。本发明的目的就是提出了这种装置的设计方案。

技术实现思路

1、本发明的第一技术特征是在空气微生物采样器的采样头的进气端口设计出一种可以与空气微生物采样器的抽气泵同步控制的采样头端口气流封闭或打开装置，在抽气泵未开始抽气时(也就是未开始采样前)该装置将采样头进气端口封闭，在抽气泵开始抽气时(也就是开始采样时)该装置将采样头进气端口打开，在抽气泵停止抽气时(也就是开始采样结束时)该装置将采样头进气端口再次封闭的装置。同时该装置具有延迟时间或预置时间设计功能，也就是在延迟一定时间或在预置的时间到达后，该装置自动打开采样头的进气端口，在采样时间到达时，该装置自动封闭采样头的进气端口。实现对采样头进气端口封闭装置的最简单办法就是采用封闭盖的结构设计理念。以上概括起来可以总结为，在空气微生物采样器的采样头的进气端口设计一种固定在采样头进气端口上并且可以对采样头进气端口实现封闭或打开的采用封闭盖结构的封闭装置，在空气微生物采样器的控制器的控制下，在空气微生物采样器采样开始时，封闭装置上的密封盖将空气微生物采样器的采样头的进气端口打开，在采样结束时，封闭装置上的密封盖将空气微生物采样器的采样头的进气端口封闭，从而实现空气微生物采样器采样头的进气端口在采样环节中的自动开启与封闭，空气微生物采样器的控制器具有对封闭装置上的密封盖具有延迟时间控制或预置时间控制的功能。

2、本发明技术特征要素就是对空气微生物采样器采样头进气端封闭装置的设计方案有三种基本结构，一种是龙门架结构，一种是偏心轮结构，另一种是偏心轴结构。

3、空气微生物采样器采样头进气端龙门架结构封闭装置的设计方案，如图2、3所示，其特征是空气微生物采样器采样头进气端龙门架结构封闭装置的基础部件是由基座(17)、驱动电机(10)、丝杠立柱(11)，滑杆立柱(12)，密封盖(13)以及封闭盖上的密封垫(14)组成，密封盖上有两个孔，一个孔是有内螺纹的孔，并与丝杠立柱配合，另一个是没有内螺纹的孔，并与滑杆立柱配合，驱动电机在空气微生物采样器(图1中的h)的控制器的控制下实现顺时针方向或逆时针方向转动，并带动丝杠立柱进行顺时针方向或逆时针方向转动，从而驱动密封盖沿着丝杠立柱和滑杆立柱进行上下移动，依赖于上下定位开关(15、16)精确定位，实现对空气微生物采样器采样头进气端(8)的封闭与开启。图3是空气微生物采样器采样头进气端龙门架结构封闭装置的打开状态的结构图，其工作原理不再赘述，看图即可理解。图4是空气微生物采样器采样头进气端口龙门架结构封闭装置的封闭盖的俯视平面图，在图4中，i是有内螺纹的孔，与丝杆配套，驱动封闭盖的上下移动，ii是没有内螺纹的孔，作为定位滑杆的滑动孔。在图2、3中，1是采样头的1级采样盘(内装培养皿)，7是采样头的顶盖，8是采样头顶盖上的进气端口，9是采样头进气柱的内壁。

4、空气微生物采样器采样头进气端偏心轴结构封闭装置如图5、6所示。其基础部件是由基座(19)、驱动电机(10)、封闭盖(13)以及封闭盖的密封垫(14)，偏心轴(18)组成，偏心轴与封闭盖的一侧紧固成一体，并与驱动电机的转轴耦合，驱动电机在空气微生物采样器的控制器的控制下实现顺时针方向或逆时针方向转动，从而带动封闭盖以偏心轴为半径中心进行顺时针与逆时针旋转，实现对空气微生物采样器采样头进气端的封闭与开启。图5是偏心轴结构封闭装置的打开状态的结构图，图6是偏心轴结构封闭装置的封闭状态的结构图，在图5、图6中，1是采样头的1级采样盘(内装培养皿)，7是采样头的顶盖，8是采样头顶盖上的进气端口，9是采样头进气柱的内壁。

5、空气微生物采样器采样头进气端偏心轮结构封闭装置如图7、图8所示。采样头进气端偏心轮结构封闭装置的基础部件是由基座(19)、驱动电机(10)、封闭盖(13)以及封闭盖的密封垫(14)，中心不对称偏心轮(20)组成。图7、图8绘制的偏心轮是心形设计，这仅仅是一种表示，但不仅限于心形设计的偏心轮，偏心轮的轴心孔(21)不居中的偏心轮均适合本设计方案。偏心轮的大头外沿与封闭盖的一侧的突出部分密切接触，偏心轮与封闭盖采用滑动密切接触(图7、8中的a、b和ab所标示的区域)，a点是偏心轮在开启状态下与封闭盖的接触点，b点是偏心轮在关闭状态下与封闭盖的接触点，ab是偏心轮与密封盖滑动接触的区域，图7、8中的拉紧弹簧(s)起到辅助拉紧力的作用。偏心轮的轴心孔与驱动电机的转轴耦合，驱动电机在空气微生物采样器的控制器的控制下实现顺时针方向或逆时针方向转动，带动偏心轮以偏心轮的轴心孔为中心上下摆动，借助于封闭盖的自重力和或拉紧弹簧的拉力驱动采样头进气口封闭盖的张开与闭合，从而实现对空气微生物采样器采样头进气端的封闭与开启。图7、8中，1是采样头的1级采样盘(内装培养皿)，7是采样头的顶盖，8是采样头顶盖上的进气端口，9是采样头进气柱的内壁；图7是空气微生物采样器采样头进气端的偏心轮结构的封闭装置的打开状态，图8是空气微生物采样器采样头进气端的偏心轮结构的封闭装置的封闭状态；图9是图7、图8的俯视图，在图9中1是采样头的1级采样盘(内装培养皿，8是采样头顶盖上的进气端口，9是采样头进气柱的内壁，13是封闭盖，14是封闭盖的密封垫，18是封闭盖的偏心轴，19是空气微生物采样器采样头的偏心轴结构的封闭盖的基座。ab是偏心轮(桃型)与封闭盖的接触点。

6、上述的内容是龙门架结构、偏心轴结构、偏心轮结构这三种结构的母结构，依据所述的母结构可以进行多种演化，但其本质都脱不开上述母结构的基本特征，都属于本发明所述的技术内涵。在上述三种基本架构的设计基础上，可以构建采用一个抽气泵通过气管道和气管道电磁阀与多个采样头连接，可同时或依次进行多个采样头采集的空气微生物多路采样器的设计方案。具体的做法是在空气微生物采样器中使用一个抽气泵，与多个采集头通过气管道进行连接，在气管道上设计有空气电磁阀，通过空气微生物采样器的控制器对抽气泵和各个电磁阀进行控制，实现可以单路依次进行采集，或多路同时采集，或多路或单路交替一次采集的功能。图15所示的是一个带有五个采样头的空气微生物采样器的架构示意图。在图15中，s1、s2、s3、s4、s5分别代表5个采样头，j1、j2、j3、j4、j5分别代表空气气体管道断通的空气电磁阀，d是抽气管道，抽气管道上的圆点表示管道接头相通的，h表示空气微生物采样器的控制器。图中箭头表示气体的流动方向。图15所示仅仅是举例，并非限制，可以实现1-n个多路采集。其中的关键在于抽气泵抽气量的大小，可以通过选择大抽气量的抽气泵，或多个抽气泵并联使用实现与多路采样头的配套。因为根据现有技术法规，每个采样头所需要的抽气量为28.3l/min，配套的抽气泵的抽气量和匹配的采样头之间的所需抽气量的关系是28.3l/min的n倍次，n就是表示配套的采样头的数量。根据空气采样器目前的应用场景推测，一般情况下一台空气微生物采样器配套1-5个采样头比较适中，基本上可以满足实际工作需求。

7、在本发明所表述的设计方案下，空气微生物采样器的控制采用由mcu架构的嵌入式数字控制系统实现对抽气泵和与抽气泵采样头管路配套的电磁阀的电气控制，除了具有可以设定采样时间的功能外，应该增加延迟采样启动时间功能和定时采样启动时间功能。所谓延时功能就是以设定时间为0时，向后延迟一段时间后启动采样功能，所谓定时功能就是设定到具体的时间时启动采样功能。

8、本设计装置还可以用于其他需要封闭的其他场合，并非完全限制在空气微生物采样器的应用领域。