空气生物气溶胶采样装置及其采样方法

1.本发明涉及生物气溶胶采样技术领域，具体地，涉及一种空气生物气溶胶采样装置及其采样方法。


背景技术：

2.目前，针对空气微生物分析，传统的基于培养法采样器所得样本已无法满足宏基因组测序等研究需求，例如六级安德森采样器、赛多利斯airportmd8采样器等。
3.大流量膜式过滤采样器及大流量射流或离心撞击式液体撞击采样器已作为主流产品广泛应用于气溶胶样品采集，例如tisch、青岛崂应2031型、skcbiosampler、coriolisμ等。大流量膜式过滤采样器及大流量射流或离心撞击式采样器虽可在一定程度上保持样本的dna提取量，但仍难以满足用于宏基因组测序的dna提取量需求。这是由于采样过程中所用大流量可造成撞击剪应力进而损伤微生物细胞，而气流二次夹带可导致气溶胶捕集效率下降。此外旋风采样器在采集气溶胶样品时，可能会出现进入旋风采样器中的微小液滴会被高速气流蒸发气化或是被高速气流夹带流出的情况，无法达到理想的采集效果。具有高效捕集效率的气溶胶采样器应当在较短采样时间内使所得样品能够满足16srrna高通量测序、qpcr(quantitativepolymerasechainreactions)、宏基因组测序、培养、筛选分离单菌等用途，但目前已公开的气溶胶采样方法经验证还不能满足这些需求。
4.经现有技术检索发现，中国发明专利公告号为cn114181815a，公开了一种大流量环境空气生物气溶胶采样装置和方法。该专利在实验验证中，就出现了进入旋风采样器中的微小液滴大多会因高速气流而蒸发气化或是被高速气流夹带而出的问题，从而无法达到使雾滴形成液膜并将生物气溶胶洗涤到旋风采样器底部的效果。
5.经现有技术检索发现，中国发明专利公告号为cn110387318a，公开了一种适用于空气微生物分析的大体积富集液气溶胶液体采样器。该专利由于仍基于液体撞击原理，仍会出现采样过程中所用大流量撞击损伤微生物细胞的问题，降低采集效果。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于宏基因组测序用的空气生物气溶胶采样装置及其采样方法。
7.根据本发明提供的一种空气生物气溶胶采样装置，包括真空泵和聚合回流通道，所述真空泵连通所述聚合回流通道的一端；
8.所述聚合回流通道另一端连接有回流液导流盘，所述回流液导流盘设置于采样瓶内；
9.所述采样瓶顶端连接有凝结增长通道一端，所述采样瓶底端连接有回流液出口，所述采样瓶内部设置有雾化液储瓶，所述雾化液储瓶顶端连接有陶瓷雾化片；
10.所述凝结增长通道上设置有进气口，所述凝结增长通道的另一端连接有气化液储瓶，所述气化液储瓶内部底端设置有陶瓷气化芯；
11.所述回流液导流盘防止所述聚合回流通道内流动的回流液滴落在所述陶瓷雾化片上。
12.一些实施方式中，其特征在于，所述真空泵上进气口连通所述聚合回流通道上出气口。
13.一些实施方式中，所述真空泵与所述聚合回流通道之间设置有流量计。
14.一些实施方式中，所述凝结增长通道上设置有进气口，所述进气口下端连接有气化液储瓶，所述进气口上端连接有温度计，所述温度计用于测量所述进气口的温度。
15.一些实施方式中，所述雾化液储瓶与所述采样瓶之间设置有回流液收集槽；
16.所述回流液导流盘引流所述回流液到所述回流液收集槽中，所述回流液出口排出所述回流液。
17.一些实施方式中，其特征在于，还包括温控筒，所述温控筒可拆卸设置在所述采样瓶外部，且所述聚合回流通道的部分管路与所述凝结增长通道的部分管路伸入所述温控筒内部。
18.一些实施方式中，其特征在于，所述气化液储瓶、陶瓷气化芯、凝结增长通道、控温筒、进气口、温度计以及回流液收集槽共同组成下向流气化凝结系统；
19.所述雾化液储瓶、陶瓷雾化片、回流液导流盘、聚合回流通道以及回流液收集槽共同组成上向流聚合回收系统。
20.一些实施方式中，其特征在于，所述气化液储瓶中的液体采用丙三醇，所述雾化液储瓶中的液体采用pbs缓冲液。
21.一种空气生物气溶胶采样方法，应用所述的空气生物气溶胶采样装置，其特征在于，包括以下步骤：
22.步骤1：采样开始之前，需将除所述流量计、所述控温筒、所述真空泵以及所述温度计外的所有部件置于灭菌锅内进行高温蒸汽灭菌；
23.采样开始时，向所述雾化液储瓶内注入一定量的预灭菌pbs缓冲液，再开启所述陶瓷雾化片产生大量纳米级液滴；
24.接着向所述气化液储瓶内注入一定量的预灭菌丙三醇，再开启所述陶瓷气化芯加热产生适量亲水性分子；
25.步骤2：开启所述真空泵，在负压作用下，空气与所述陶瓷气化芯加热产生的所述亲水性分子由所述进气口处混合进入所述凝结增长通道中；
26.在所述控温筒根据所述温度计显示来提供的低温作用下，进入所述凝结增长通道中的所述亲水性分子以及所述空气中的水蒸气逐渐凝结在气溶胶表面，使其体积不断增大而形成液滴；
27.所述液滴随气流夹带进入所述采样瓶中，或沿所述凝结增长通道管壁、所述采样瓶内壁流入所述回流液收集槽中；
28.步骤3：在所述采样瓶中，来自所述凝结增长通道的依旧悬浮的微小液滴与所述陶瓷雾化片产生的纳米级液滴充分接触，由于撞击作用在气路中进一步聚集增大，并在离心力作用下于所述聚合回流通道中汇聚成液流；
29.在重力作用下沿所述聚合回流通道管路底部流经回所述流液导流盘，最终汇集在所述回流液收集槽中；
30.步骤4：采样结束后，打开所述回流液出口，将所述回流液收集至无菌容器中用于后续检测分析。
31.一些实施方式中，所述真空泵提供的流量范围为5l/min到25l/min，所述控温筒提供的温度与所述温度计测量的温度相差5℃到30℃。
32.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
33.1、本发明通过设置陶瓷气化芯与凝结增长通道，陶瓷气化芯加热气化液储瓶内丙三醇产生亲水性分子，进入凝结增长通道中的亲水性分子以及空气中的水蒸气逐渐凝结在生物气溶胶表面，使其体积不断增长而形成液滴，凝结作用以及与雾化液滴的聚合作用可以使得环境样本中气溶胶的体积在采样器中逐级增大，有效防止微小气溶胶的逃逸，极大程度地实现对空气中不同粒径气溶胶的捕集；
34.2、本发明通过设置流量计与凝结增长通道以及陶瓷雾化片，对照流量计引入较低空气流量，凝结增长通道内的悬浮的微小液滴与陶瓷雾化片产生的纳米级液滴充分接触，由于较低的空气流量和悬浮液滴的缓冲作用，能够降低采样过程中由撞击产生的剪应力对微生物细胞的损伤，保持样本的生物活性，提高采样效率；
35.3、本发明通过设置回流液导流盘引导回液流滴入回流液收集槽中，回流液导流盘能够有效防止回流液滴落在陶瓷雾化片表面影响雾化进程，有效提高了采样器运行的稳定性；
36.4、本发明通过将工作部件设置为下向流气化凝结系统和上向流聚合回收系统，其构造简洁高效、小巧便携，各气路部件均可进行高温高压灭菌，适用于各类采样条件。
附图说明
37.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
38.图1为本发明空气生物气溶胶采样装置的结构示意图。
39.附图标记：
40.聚合回流通道1
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凝结增长通道9
41.流量计2
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采样瓶10
42.控温筒3
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回流液导流盘11
43.真空泵4
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陶瓷雾化片12
44.温度计5
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雾化液储瓶13
45.进气口6
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回流液收集槽14
46.气化液储瓶7
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回流液出口15
47.陶瓷气化芯8
具体实施方式
48.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
49.实施例1
50.如图1所示，本发明的空气生物气溶胶采样装置包括聚合回流通道、流量计、控温筒、真空泵、温度计、进气口、气化液储瓶、陶瓷气化芯、凝结增长通道、采样瓶、回流液导流盘、陶瓷雾化片、雾化液储瓶、回流液收集槽、回流液出口。真空泵进气口与聚合回流通道出气口间连接有流量计，用以采集流量大小。聚合回流通道进气口伸入采样瓶内，末端与回流液导流盘连接。采样瓶顶端与凝结增长通道连接，底端与回流液出口连接，其内部固定有一个顶端与陶瓷雾化片连接的雾化液储瓶，雾化液储存瓶与采样瓶间的夹层为回流液收集槽。凝结增长通道进气口下端连接有一个带有陶瓷气化芯的气化液储瓶，上端连结有一个可用于测量进气口温度的温度计。控温筒为可拆卸制冷部件作为装置的外壳。
51.气化液储瓶、陶瓷气化芯、凝结增长通道、控温筒、进气口、温度计、回流液收集槽共同组成了下向流气化凝结系统。雾化液储瓶、陶瓷雾化片、聚合回流通道、回流液导流盘、回流液收集槽共同组成了上向流聚合回收系统。气化液储瓶中的液体为丙三醇，其具有良好的亲水性，气化后有助于气溶胶的凝结增长过程。雾化液储瓶中的液体为pbs缓冲液，其具有良好的盐平衡作用，雾化后有助于保持微生物的活性。
52.一种空气生物气溶胶采样方法，包括以下步骤：
53.步骤1：采样开始之前，先将除流量计、控温筒、真空泵、温度计外的所有部件置于灭菌锅内进行高温蒸汽灭菌。采样开始时，向雾化液储瓶内注入一定量的预灭菌的pbs缓冲液，再开启陶瓷雾化片以产生大量纳米级液滴，向气化液储瓶内注入一定量的预灭菌的丙三醇，再开启陶瓷气化芯以加热产生适量亲水性分子；
54.步骤2：开启真空泵，在负压作用下，空气与陶瓷气化芯加热产生的亲水性分子由进气口处混合后进入凝结增长通道中，在控温筒根据温度计示数而提供的低温作用下，进入凝结增长通道中的亲水性分子以及空气中的水蒸气逐渐凝结在气溶胶表面，使其体积不断增大而形成液滴，后随气流夹带进入采样瓶中，或沿凝结增长通道管壁、采样瓶内壁流入回流液收集槽中；
55.步骤3：在采样瓶中，来自凝结增长通道的依旧悬浮的微小液滴与陶瓷雾化片产生的纳米级液滴充分接触，由于撞击作用在气路中进一步聚集增大，并由离心力作用下在聚合回流通道中汇聚成液流，在重力作用下沿聚合回流通道管路底部流经回流液导流盘，最终汇集在回流液收集槽中；
56.步骤4：采样结束后，打开回流液出口，将回流液收集至无菌容器中，用于后续检测分析。
57.在步骤2中，真空泵提供流量的范围为5l/min到25l/min；控温筒提供温度与进气口温度计测量温度的温差范围为5℃到30℃。
58.工作原理：
59.在真空泵提供的负压作用下，空气与陶瓷气化芯加热产生的亲水性分子由进气口处混合后进入凝结增长通道中，在控温筒根据温度计显示提供的低温作用下，进入凝结增长通道中的亲水性分子以及空气中的水蒸气逐渐凝结在气溶胶表面，使其体积不断增长而形成液滴，后随气流夹带进入采样瓶中，或沿凝结增长通道管壁、采样瓶内壁流入回流液收集槽中。
60.在采样瓶中，来自凝结增长通道的依旧悬浮的微小液滴与陶瓷雾化片产生的纳米
级液滴充分接触，由于撞击作用在气路中进一步聚集增大，并由离心力作用下在聚合回流通道中汇聚成液流，在重力作用下沿聚合回流通道管路底部流经回流液导流盘，最终汇集在回流液收集槽中。
61.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
62.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。