一种便携式大流量生物气溶胶富集与液相采集装置的制作方法

本发明属于生物气溶胶采样器技术领域，特别涉及一种便携式大流量生物气溶胶富集与液相采集装置。

背景技术：

近年来，covid-19、sars、h1n1、埃博拉、非洲猪瘟等大规模传染病疫情步步爆发。全球各国都加强了对生物气溶胶的产生、扩散、传播的研究。生物气溶胶采样技术与装置是研究生物气溶胶的重要设备。高效快速地采集空气中的微生物颗粒，是研究生物气溶胶的重要环节。随着快速检测技术的发展，如pcr、核酸环介导等温扩增技术、酶联免疫技术的发展，亟需快速采样设备对生物气溶胶进行采样，配合快速检测设备进行鉴别。

现有液体相采样器sass2300大流量便携式全自动生物气溶胶采样器sass2300是一种高效、便携、多级、湿壁气旋采样器,它可从气溶胶中快速采集生物粒子,并同时转化为液态样本以备后续检测和分析。1、采样流量超过300升/分；2、自动采样并形成液体样本；3、自动补水,可自动连续运行24小时；4、体积小、重量轻、便携；5、内置充电池满充后连续运行24小时；6、可手动、自动或无线遥控操作；7、用户可自行设定进行无人值守自动运行。

目前的液相生物气溶胶采样器存在的问题：一是采集液量较大，通常20-30ml，导致样品液浓度不高，直接用于检验容易出现假阴性，通常需要将样品液进行浓缩再检验；二是采样器污染部件不便于拆卸、清洗，导致采集的样品液交叉污染，样品液检测结果容易出现假阳性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种便携式大流量生物气溶胶富集与液相采集装置，提高采集装置的采集效率、采集的流量、样品液浓度，并避免二次采样的交叉污染。

实现本发明的技术方案如下：

一种便携式大流量生物气溶胶富集与液相采集装置,包括上盖、硅胶密封圈、采样筒、底座、控制模块、电源模块、涡轮风机、采集管、触控面板；其中，采样装置上盖位于底座上，涡轮风机固定在上盖内，硅胶密封圈固定于涡轮风机的下端，采样筒底端连接采集管，并放置于底座内，当上盖扣紧底座时，采样筒与涡轮风机之间通过硅胶密封圈紧密配合；触控面板固定于所述上盖或底座上，控制模块及电源模块设置于上盖或底座内；所述采样筒的结构为：采样筒由采样直筒和底部锥筒构成，所述采集管连接于锥筒的底部；所述采样直筒的顶部设有进气通道，所述进气通道与采样直筒内壁相切，所述采样直筒的顶部设有排气通道，所述排气通道与采样直筒的内壁相平行。

进一步地，本发明所述涡轮风机通过螺纹连接于上盖上，或通过硅胶密封圈将其固定于上盖上。

进一步地，本发明所述底座与上盖连接成一个可开合的整体；上盖和底座两个部件的连接可以为卡式连接或铰链连接；紧固两个部件的可以是拉扣或卡扣

进一步地，本发明所述电源模块和控制模块固定于采样装置底座内部，触控面板固定在上盖上，所述触控面板连接控制模块，所述控制模块连接涡轮风机，电源模块为所述触控面板、控制模块及涡轮风机供电。

进一步地，本发明所述锥筒底部还设置有延伸圆筒，延伸圆筒伸入采集管内部，与采集管螺纹连接。

进一步地，本发明所述硅胶密封圈的截面设计为工形的圆环双层硅胶圈，其作用是将硅胶密封圈卡在有圆孔的上盖上，从而实现将涡轮风机固定在上盖上，所述采样筒上设计加工凸起的密封线，用于与硅胶密封圈配合密封。

有益效果

第一，本发明通过对采样筒的结构设计，使其能够富集空气中颗粒物，将气溶胶浓缩到采样筒底部，这样设计的优点在于富集效率高，并且可以根据需求通过改变采样筒的尺寸来改变设备的流量，而不受采集液的量多少的影响，可以设计大流量采样器。

第二，本发明采样筒和采集管分体设计，可与采样器底座拆卸组合，在连续采样过程中，可通过更换采样筒和采集管，避免二次采样的交叉污染，避免样品液检测结果的假阳性。

附图说明

图1为采集装置整体结构图；

图2为采样模块结构示意图；

图3(a)为采样筒的示意图，图3(b)为图3(a)的a-a剖视图；

图4为出样口示意图；

图5为采样筒整体尺寸图

图6为采样筒进气口尺寸图；

图7(a)为密封圈的俯视图，图7(b)为图7(a)的a-a剖视图；

图8为采样原理图；

其中，1-硅胶密封圈，2-上盖，3-底座，4-采样筒，5-进气通道，6-排气管，7-出样口，8-涡旋风机，9-采集管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

本实施例提供了一种便携式大流量生物气溶胶富集与液相采集装置,包括上盖2、硅胶密封圈1、采样筒4、底座3、控制模块、电源模块、涡轮风机8、采集管9、触控面板。如图1和图2所示，采样装置上盖2位于底座3上，涡轮风机8固定在上盖2内，硅胶密封圈1固定于涡轮风机8的下端，采样筒4底端连接采集管9，并放置于底座3内，当上盖2扣紧底座3时，采样筒4与涡轮风机8之间通过硅胶密封圈1紧密配合，如图3(a)-(b)所示。触控面板固定于所述上盖2或底座上，控制模块及电源模块可设置于上盖或底座内。其中，所述采样筒的结构为：采样筒4由采样直筒和底部锥筒构成，所述锥筒底部为出样口7，所述采集管9连接于锥筒的底部；所述采样直筒的顶部设有进气通道5，所述进气通道与采样直筒内壁相切，所述采样直筒的顶部设有排气通道6，所述排气通道6与采样直筒的内壁相平行。

本实施例中，涡轮风机8可以是螺纹连接于上盖2上，也可以是通过密封圈将其固定于上盖2上。

本实施例中，底座3与上盖2通过铰链连接成一个可开合的整体，打开时，可将采样筒4从底座3内取出，实现污染部件的拆卸功能；合上时，可使上盖2、采样筒4、采集管9形成一个密封的整体，实现采样功能。

本实施例中，上盖2和底座3两个部件的连接可以为卡式连接，也可以为铰链连接；紧固两个部件的可以是拉扣，也可以是卡扣。本实施例中较佳地采用上盖2通过转轴和拉扣与底座3紧密连接并固定。

本实施例中，电源模块和控制模块固定于采样装置底座内部，触控面板固定在上盖上，所述触控面板连接控制模块，所述控制模块连接涡轮风机8，电源模块为所述触控面板、控制模块及涡轮风机供电。

如图4所示，本实施例中，锥筒底部还设置有延伸圆筒，延伸圆筒伸入采集管9内部，与采集管9螺纹连接。

本实施例中，采样筒结构设计尺寸如下，但也可调整采样筒尺寸大小，进而调整流量的大小。

如图5所示，采样筒尺寸：进气通道5与采样直筒内壁呈蜗壳状相切，气流由进气口沿直筒内壁切向进入采样筒，采样筒直筒长125mm，内径57mm，底部锥筒与中心线呈13度，锥筒长105mm，排气通道7伸入采样筒内超过进气口下沿4mm，排气通道直径30mm，采样筒4上出样口直径12.5mm，采样筒4底部设计内螺纹与5ml外螺纹收集管连接。

如图6所示，进气口尺寸：采样筒4上进气通道5上的进气口呈矩形，长22mm±10mm，最优22mm，宽14mm±10mm，最优14mm。

如图5所示，采样筒4与采集管9连接设计外径14.3mm，高度5mm延伸圆筒，伸入采集管9内部，防止采样过程颗粒聚集至连接缝隙，有助于气溶胶充分回收至采集管9内。

如图7(a)-(b)所示，本实施例中，硅胶密封圈1的截面设计为工形的圆环双层硅胶圈，其作用是将硅胶密封圈1卡在有圆孔的上盖2上，从而实现将涡轮风机8固定在上盖2上，通过硅胶密封圈1密封涡轮风机8的进风口；通过拉扣，将上盖2与底座3衔接在一起，使得上盖2上的涡轮风机8的另一面与采样筒4密封，采样筒4上设计加工凸起的密封线，有利于增强采样筒4与硅胶密封圈1的密封性。

采集装置的工作原理为：

如图8所示，由充电锂电池驱动涡轮风机抽气在采样筒形成负压，运用旋风离心分离原理设计采样筒，将进入采样筒的气体进行固气分离，将空气中气溶胶富集到采样筒底部的采集管里，富集气溶胶的空气样品在采集管形成气旋，气旋中的颗粒物在旋转过程中切向撞击采集液旋流被采集液捕获。

采样筒富集气溶胶工作原理：

利用涡轮风机运转时产生的风力，以及用硅胶密封圈连接涡轮风机和采样筒，这样就会使采样筒内形成很大的负压，这样可以使空气中的气溶胶因负压的关系进入到采样筒内。当气溶胶由切向进气口进入旋风采样筒时，气流由直线运动变为圆周运动，旋转气流的绝大部分沿采样筒内壁呈螺旋形向下、朝向锥体流动，通常称此为外旋气流。含颗粒气溶胶在旋转过程中产生离心力，将相对密度大的颗粒甩向采样筒内壁面。颗粒一旦与采样筒壁面接触，便失去径向惯性力而依靠向下的动量和重力作用沿壁面下落，进入采集管内。旋转下降的外旋气流到达锥体时，因圆锥形的收缩而向采样筒中心靠拢。根据旋矩不变原理，其切向速度不断提高，颗粒所受离心力也不断加强。当气流到达锥体下端某一位置时，即以同样的旋转方向从采样筒中小部由下反转向上继续做螺旋形运动，构成内旋气流。一部分未被捕集的颗粒经排气通道排出。

采集管采集气溶胶工作原理：

使用小体积的采集管，加少量采集液，运用湿壁气旋与切向撞击原理，将气溶胶采集到液体里。如图4所示，富集高浓度气溶胶的气体在采集管里高速旋转形成气旋，带动采集管里的采集液同向旋转形成旋液。气旋中的一部分颗粒物在旋转过程中切向撞击采集液旋流被采集液捕获；一部分气溶胶撞击到采集管壁而附着在管壁上，一部分小颗粒的气溶随着气流逃逸。

与湿壁气旋直接将气溶胶采集到液体里不同，本发明通过对采样筒的结构设计，使其能够富集空气中颗粒物，将气溶胶浓缩到采样筒底部。这样设计的优点在于富集效率高，并且可以根据需求通过改变采样筒的尺寸来改变设备的流量，而不受采集液的量多少的影响，可以设计大流量采样器。

由于采集管的设计利用气旋撞击原理采集，其采集效率高，采样稳定性，气溶胶逃逸少，采集液量少，样品液在采集过程挥发浓缩，样品液浓度高,可直接用于检验，检测结果阳性率高。

本实施例中，采样筒和采集管分体设计，可与采样器底座拆卸组合，在连续采样过程中，可通过更换采样筒和采集管，避免二次采样的交叉污染，避免样品液检测结果的假阳性。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。