一种生物气溶胶采样器的制作方法

本申请属于生物检测，更具体地说，是涉及一种生物气溶胶采样器。

背景技术：

1、高致病病原微生物通过空气传播进行传播的危害十分巨大，具体途径分为气溶胶传播和飞沫传播，前者由于主要成分为飞沫(或液滴)，尺寸和重量相对较大易受重力沉降影响，传播距离范围一般不超过1m，而后者由于主要成分为尺寸和重量相对较微小的生物颗粒，跟随气流运动的能力较强，传播距离范围一般会大于1m，传播影响的持续时间相较于飞沫传播也更久。含有高致病病原微生物的飞沫(或液滴)，经过蒸发、干燥后，往往可以转变为气溶胶。因此，发展生物气溶胶相关的检测手段，尤其是对人流量大的公共空间的长时间连续式采样与检测手段，具有极其重要的科研和应用价值。

2、生物气溶胶本质上属于气溶胶的一种，是包含生物颗粒(例如，微生物或生物大分子)的空气胶体悬浮系统，其生物特性复杂、分类广泛，包括病毒、细菌、放线菌、真菌、孢子、藻类、昆虫和螨的碎片、植物和动物来源的蛋白质碎片等。生物气溶胶的典型尺寸范围在0.01～100μm，其中，病毒的典型尺寸通常为0.02～0.3μm(新冠病毒的典型尺寸通常为0.06～0.14μm)，细菌的典型尺寸通常为0.5～10μm，真菌的典型尺寸通常为0.5～30μm。

3、根据上述生物气溶胶的特点，一般认为理想的生物气溶胶采样器应具备以下5点特征：(1)采样效率高；(2)采样快速连续；(3)颗粒沉积效率高；(4)具有特定粒度选择能力；(5)粒径覆盖范围广以及良好的微生物存活率。常规的生物气溶胶采样器按其工作原理，主要分为固体撞击式、离心式、气旋式、液体冲击式、过滤式、静电沉降式、重力沉降式、热沉降式等多种类型，但主要为单级流体力学或传热学结构，导致现有的生物气溶胶采样器对于尺寸相对较大的真菌和细菌有较好的捕获能力，但对于尺寸相对较小的病毒捕获能力相对较弱，即常规生物气溶胶采样器存在一定的粒径覆盖范围和采样效率方面的问题。另外，生物气溶胶采样器中的病原微生物的存活率和存活时间，主要受其环境的温度、湿度、接触面材质等因素影响。对于本身就存在液体的气旋式、液体冲击式生物气溶胶采样器的湿度相对较大，往往不需要进行额外控制，通过控制温度到适宜病原微生物的存活的温度一般能够保证其较高的存活率和较长的存活时间。一般适宜病原体存活和生长的温度范围为1℃～40℃。如果病毒处于非适宜存活环境，存活时间一般并不长，并且rna类病毒还容易降解，导致对其进行检测、提取和培养(为基因测序和研发疫苗)等存在问题。如果细菌和真菌处于非适宜存活环境，会导致其在进行培养和繁殖(为进行检测和鉴定)时存在问题。同时，常规的生物气溶胶采样器未对长时间连续采样时由于采样器中液体消耗未考虑补充问题、采样器存储液体的容积有限和液位控制问题，以及，长时间采样过程中的存活率问题进行充分考虑。因此，不适用于现场长时间连续采样。

4、为此，提高生物气溶胶采样器的粒径覆盖范围和采样效率，提高在长时间采样过程中的微生物存活率，可实现长时间连续采样并较好地保证在长时间采样过程中的微生物存活率，对于生物安全、公共卫生安全，乃至国家安全均具有极其重要意义。

5、现有的气溶胶采样装置，通常未考虑长时间连续采样时由于采样器中液体消耗未考虑补充问题，以及长时间采样过程中的存活率问题，不适用于现场长时间连续采样，而且还存在采样效率不高等问题。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的在于提供一种生物气溶胶采样器，以解决现有技术中存在的高致病空气微生物中病毒类微小尺寸生物气溶胶采样效率不高以及微生物存活率不高的技术问题。

2、为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种生物气溶胶采样器，包括采样器本体、气旋结构、雾化结构、第一制冷装置和第二制冷装置；所述采样器本体用于盛放采样液体；所述气旋结构具有气体入口和能够产生负压的气体出口，所述气体出口与所述采样器本体连接，并延伸至所述采样器本体的内部；所述雾化结构设置在所述采样器本体的内部，并与所述气体出口连通；所述第一制冷装置与所述气旋结构连接，所述第一制冷装置用于调节进入到所述气旋结构内气体的温度；所述第二制冷装置与所述采样器本体连接，所述第二制冷装置用于调节所述采样液体的温度。

3、可选地，所述气旋结构包括锥形本体，所述锥形本体的圆粗端与所述气体入口连通；所述锥形本体的尖锐端与所述气体出口连通。

4、可选地，所述气体入口进气方向与所述锥形本体的圆形截面相切。

5、可选地，所述气体入口设有多个，多个所述气体入口沿着所述锥形本体圆形截面的圆周方向间距设置。

6、可选地，所述第一制冷装置包括制冷器和冷凝结构；所述制冷器安装在所述锥形本体的圆粗端；所述冷凝结构与所述制冷器连接，并设置在所述锥形本体内部。

7、可选地，所述冷凝结构呈锥形，所述冷凝结构的尖锐端朝向所述锥形本体的尖锐端。

8、可选地，所述雾化结构包括雾化喷管和液体流道；所述雾化喷管的一端与所述气体出口连通，所述雾化喷管的另一端朝向所述采样液体；所述液体流道在所述雾化喷管的侧壁与所述雾化喷管连通，所述液体流道的另一端与所述采样液体连通。

9、可选地，所述雾化喷管包括沿着气体流入方向依次设置的进气端、渐缩段、喉部、渐扩段和出气端；其中，所述喉部具有液体入口，所述液体入口与所述液体流道连通；所述出气端朝向所述采样液体。

10、可选地，所述采样器本体设有进液口、出液口和出气口；所述进液口和所述出气口位于所述采样器本体的上端，所述出液口位于所述采样器本体的底部。

11、可选地，所述生物气溶胶采样器还包括温度控制装置，所述温度控制装置安装在所述采样器本体上，所述温度控制装置用于调控所述采样器本体内部的温度。

12、本申请提供的生物气溶胶采样器的有益效果在于：与现有技术相比，本申请中，气旋结构和第一制冷装置组成了第一级富集结构，雾化结构和第二制冷装置组成了第二级富集结构，两级富集结构均为流体力学与传热学结构结合的复合式结构，通过两级富集结构的综合作用，在保证对生物气溶胶中的尺寸和重量较大的颗粒物质的捕获和采集能力的同时，进一步增强了对尺寸和重量较小的颗粒物质的捕获和采集，能够有效地提高粒径覆盖范围和采样效率。通过设置第一制冷装置和第二制冷装置，能够对生物气溶胶采样器内部的温度进行调控，有效地提高了生物气溶胶采样器在长时间采样过程中微生物的存活率。

技术特征：

1.一种生物气溶胶采样器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的生物气溶胶采样器，其特征在于，所述气旋结构包括锥形本体，所述锥形本体的圆粗端与所述气体入口连通；所述锥形本体的尖锐端与所述气体出口连通。

3.如权利要求2所述的生物气溶胶采样器，其特征在于，所述气体入口进气方向与所述锥形本体的圆形截面相切。

4.如权利要求3所述的生物气溶胶采样器，其特征在于，所述气体入口设有多个，多个所述气体入口沿着所述锥形本体圆形截面的圆周方向间距设置。

5.如权利要求2所述的生物气溶胶采样器，其特征在于，所述第一制冷装置包括制冷器和冷凝结构；所述制冷器安装在所述锥形本体的圆粗端；所述冷凝结构与所述制冷器连接，并设置在所述锥形本体内部。

6.如权利要求5所述的生物气溶胶采样器，其特征在于，所述冷凝结构呈锥形，所述冷凝结构的尖锐端朝向所述锥形本体的尖锐端。

7.如权利要求1所述的生物气溶胶采样器，其特征在于，所述雾化结构包括雾化喷管和液体流道；所述雾化喷管的一端与所述气体出口连通，所述雾化喷管的另一端朝向所述采样液体；所述液体流道在所述雾化喷管的侧壁与所述雾化喷管连通，所述液体流道的另一端与所述采样液体连通。

8.如权利要求7所述的生物气溶胶采样器，其特征在于，所述雾化喷管包括沿着气体流入方向依次设置的进气端、渐缩段、喉部、渐扩段和出气端；其中，所述喉部具有液体入口，所述液体入口与所述液体流道连通；所述出气端朝向所述采样液体。

9.如权利要求7所述的生物气溶胶采样器，其特征在于，所述采样器本体设有进液口、出液口和出气口；所述进液口和所述出气口位于所述采样器本体的上端，所述出液口位于所述采样器本体的底部。

10.如权利要求1-9任意一项所述的生物气溶胶采样器，其特征在于，所述生物气溶胶采样器还包括温度控制装置，所述温度控制装置安装在所述采样器本体上，所述温度控制装置用于调控所述采样器本体内部的温度。

技术总结
本申请提供了一种生物气溶胶采样器，包括采样器本体、气旋结构、雾化结构、第一制冷装置和第二制冷装置；气旋结构具有气体入口和能够产生负压的气体出口，气体出口与采样器本体连接，并延伸至采样器本体的内部；雾化结构设置在采样器本体的内部，并与气体出口连通；第一制冷装置与气旋结构连接；第二制冷装置与采样器本体连接。本申请中，气旋结构、雾化结构形成两级富集结构，通过两级富集结构的综合作用，增强了对尺寸和重量较小的颗粒物质的捕获和采集，能够有效地提高粒径覆盖范围和采样效率；通过设置第一制冷装置和第二制冷装置对生物气溶胶采样器内部的温度进行调控，有效地提高了生物气溶胶采样器在长时间采样过程中微生物的存活率。

技术研发人员：谢中建,符海,王志刚
受保护的技术使用者：深圳市儿童医院
技术研发日：20230515
技术公布日：2024/1/15