CN103630466A - 生物气溶胶监测预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生物气溶胶监测预警方法。该生物气溶胶监测预警方法首先将生物气溶胶过滤后转化为水溶液样品，然后利用对表面质量变化敏感的传感器实时探测从水溶液样品中非特异性吸附到传感器敏感表面的生物粒子，从而实现生物气溶胶的监测预警，为后续生物粒子的识别性探测和防护提供依据，具有广阔的应用前景。

Description

生物气溶胶监测预警方法

技术领域

本发明属于生物检测技术领域，涉及生物气溶胶的过滤与溶液化技术，生物粒子非特异性吸附富集技术，表面等离子体共振传感技术，光波导传感技术，特别涉及一种生物气溶胶监测预警方法。

背景技术

生物气溶胶是指一切含有生物性粒子的气固、气液混合物微粒在空气中的悬浮体系。如果其中包含有细菌、病毒以及致敏花粉、霉菌孢子、蕨类孢子和寄生虫卵等致病微生物，则被称为有毒生物气溶胶。有毒生物气溶胶除具有一般气溶胶的特性以外，还具有传染性、致死性、致伤性和致敏性等特点，除了存在于战场环境外，也可能存在于太空仓、潜艇、航天器等密闭腔室、医院和实验室等易感染环境中。在太空仓、潜艇、航天器等密闭腔室中很多环节均可产生生物气溶胶，尤其是集中空调通风系统中生物气溶胶，严重影响工作人员的人生安全。由于有毒生物气溶胶具有释放效率高，覆盖面积大，能进入无核生化防护设施的建筑工事内部，不易被人和仪器所察觉，可直接经呼吸道侵入人体，可通过其他传染媒介间接使人感染，而且被感染速度快，故而以生物气溶胶方式施放生物战剂的武器具有巨大的杀伤力，因此对有毒生物气溶胶的实时在线监测对于生化武器的预警和防范具有十分重要的意义。

目前，现有技术缺乏能够对有毒生物气溶胶，尤其是低浓度有毒生物气溶胶进行现场监测预警的方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种生物气溶胶监测预警方法，以实现低浓度有毒生物气溶胶的现场监测预警。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种生物气溶胶监测预警方法。该方法包括：步骤A，将生物气溶胶过滤后转化为水溶液样品，生物气溶胶中的生物粒子被转移到水溶液中，制备出包含生物离子的水溶液样品；步骤B，通电开启表面质量敏感传感器；步骤C，将去离子水注入表面质量敏感传感器的样品池中，监测表面质量敏感传感器输出信号随时间的变化，当表面质量敏感传感器输出信号达到稳定后，记录信号值作为初始信号值；步骤D，将水溶液样品注入样品池中取代原有的去离子水，水溶液样品中的生物粒子在非特异性吸附作用下富集在表面质量敏感传感器敏感芯片的敏感表面，从而引起敏感芯片表面的质量变化，进而使得表面质量敏感传感器输出信号发生变化；以及步骤E，当表面质量敏感传感器输出信号在给定时间内相对于初始信号值的变化量大于某一阈值时，表面质量敏感传感器激活信号检测与预警模块，发送报警信息。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明生物气溶胶监测预警方法具有以下有益效果：

(1)本发明方法所需设备体积小、重量轻，成本低，制作容易；

(2)本发明方法简单、灵敏、快速；

(3)与生物粒子相比，化学小分子重量轻，非特异性吸附较弱，吸附在敏感表面的化学小分子易被共存的生物粒子取代，因此本发明方法能够有效抑制气溶胶中化学小分子的干扰；

由于具有上述优点，本发明方法能够对低浓度有毒生物气溶胶进行现场实时在线监测与预警，并且还能够和后续的基于特异性生物分子相互作用的识别性探测方法相结合，对生物气溶胶产生监测预警后进一步对气溶胶所含的生物粒子进行识别性探测。

附图说明

图1为根据本发明实施例生物气溶胶监测预警方法中表面等离子体共振传感器结构示意图；

图2为根据本发明实施例生物气溶胶监测预警方法的流程图；

图3A为根据本发明实施例以浓度为10μM的细胞色素c水溶液作为生物气溶胶转化后的水溶液样品测得的表面等离子体共振传感器对细胞色素c分子非特异性吸附的光谱响应曲线；图3B为传感器的共振波长随细胞色素c分子非特异性吸附时间的变化曲线。

图4为根据本发明另一实施例生物气溶胶监测预警方法中光波导干涉计传感器结构示意图；

图5为根据本发明另一实施例以浓度为1μM的牛血清蛋白(BSA)水溶液作为生物气溶胶转化后的水溶液样品测得的光波导干涉计传感器对BSA分子非特异性吸附的响应曲线；

图6为根据本发明另一实施例以浓度为50nM的丁酰胆碱酯酶(BuChE)水溶液作为生物气溶胶转化后的水溶液样品测得的光波导干涉计传感器对BuChE分子非特异性吸附的响应曲线；

图7A为根据本发明另一实施例以浓度为2μM的羊抗人抗体蛋白质水溶液作为生物气溶胶转化后的水溶液样品测得的光波导干涉计传感器对羊抗人抗体分子非特异性吸附的响应曲线；图7B为抗体在光波导芯片表面非特异性吸附引起的相位差变化与吸附时间的关系曲线。

图8为根据本发明实施例生物气溶胶监测预警方法中石英晶体微天平传感器结构示意图；

图9为根据本发明实施例生物气溶胶监测预警方法中微悬臂梁传感器结构示意图；

【主要元件符号说明】

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。

本发明提供了一种生物气溶胶监测预警方法，该方法包括：步骤A，将生物气溶胶过滤后转化为水溶液样品，生物气溶胶中的生物粒子被转移到水溶液样品中；步骤B，通电开启表面质量敏感传感器；步骤C，将去离子水注入表面质量敏感传感器的样品池中，监测表面质量敏感传感器输出信号随时间的变化，当表面质量敏感传感器输出信号达到稳定后，记录信号值作为初始信号值；步骤D，将水溶液样品注入样品池中取代原有的去离子水，水溶液样品中的生物粒子在非特异性吸附作用下富集在表面质量敏感传感器的敏感芯片的敏感表面上；步骤E，当表面质量敏感传感器输出信号在给定时间内相对于初始信号值产生的变化量大于某一阈值时，表面质量敏感传感器开启信号检测与预警模块50，发送报警信息；步骤F：将水溶液样品移出样品池，再用清洗液清洗样品池，接着更换敏感芯片20，然后重复步骤C至E，进行再次测量；或将水溶液样品移出样品池后再注入清洗液原位清洗样品池40和敏感芯片20，使敏感芯片20得以再生，然后重复步骤C至步骤E，进行再次测量。其中，步骤C中，样品池40的进样口41与出样口42分别与注液泵和废液回收容器相连接，水液体样品由注液泵注入样品池。

本发明中，没有在敏感芯片敏感表面固定具有特定分子识别功能的生物或化学物质，从而无论是何种生物分子，均可以在敏感表面经过非特异性吸附而形成富集，从而引起敏感芯片表面的质量变化，进而使得表面质量敏感传感器输出信号发生变化。此外，敏感芯片的敏感表面经过了化学处理，以增强对生物粒子的非特异性吸附，进而增强表面质量敏感传感器灵敏度。其中，化学处理以下类型中的一种或多种：硅烷化处理、疏水化处理、羟基化处理、氨基化处理、羧基化处理、醛基化处理、亲水性处理和表面荷电改性处理。

本实施例中，表面质量敏感传感器为表面等离子体共振传感器，光波导消逝波传感器，石英晶体微天平传感器，微悬臂梁传感器中的一种。

实施例1：

在本发明的一个示例性实施例中，提出了一种基于表面等离子体共振传感器的生物气溶胶监测预警方法。图1为本发明实施例一生物气溶胶监测预警方法所应用的表面等离子体共振传感器的结构示意图。

如图1所示，该表面等离子体共振传感器包括：光源10、敏感芯片20、光探测器30、样品池40。其中，敏感芯片20由玻璃棱镜21a以及通过耦合液紧贴于玻璃棱镜底面的玻璃基片21b组成，在与贴合面相对的玻璃基片另一面覆盖有数纳米厚铬膜或钛膜(图中未标出)，和数十纳米厚金膜21c组成。玻璃棱镜21a为半球形玻璃棱镜、半圆柱体形玻璃棱镜或三角形玻璃棱镜。

请参照图1，样品池40紧密覆盖在敏感芯片20的敏感表面上，光源10发出的p偏振光折射进入玻璃棱镜21a，并在与铬膜形成的界面处发生全发射，进而借助全反射产生的消逝场在金膜21c表面激发表面等离子体共振，反射光折射出玻璃棱镜21a被光探测器30探测。

表面等离子体共振传感器中光探测器30的信号测量模式包括：角度测量模式、波长测量模式、光强测量模式、位相测量模式。据此，光探测器为：线性CCD探测器或线性阵列式光电二极管探测器，用于共振角测量；CCD光纤光谱仪，用于共振波长测量；光强探测器，用于反射光强度或位相测量。

在本发明的另一个实施例中，敏感芯片由玻璃棱镜以及依次沉积于玻璃棱镜底面的数纳米厚铬膜或钛膜和数十纳米厚金膜组成，敏感芯片的敏感表面为金膜表面。

图2为本发明实施例生物气溶胶监测预警方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤A，将生物气溶胶过滤后转化为水溶液样品；

步骤B，通电开启表面等离子共振传感器；

步骤C，将去离子水从进样口41注入到传感器样品池40中，同时通过光探测器30监测传感器的反射光谱随时间的变化，当光谱达到稳定后，记录反射光谱，反射光谱中波谷的位置代表共振峰的位置，对应的波长即共振波长，从记录的反射光谱中确定的共振波长被作为初始信号值；

步骤D，将上述水溶液样品注入样品池40中取代原有的去离子水，水溶液样品中含有的生物粒子8在非特异性吸附作用下富集在敏感表面，消逝场7与吸附的生物粒子8相互作用，进而引起表面等离子体共振传感器共振波长的红移；

步骤E：当表面等离子体共振传感器输出信号即共振波长移动量在给定时间内相对于初始信号值产生的变化量大于某一值(例如初始信号值大小的2％)时，传感器自动开启信号检测与预警模块50，发送报警信息，其中，给定时间小于等于生物离子非特异性吸附达到平衡所需的时间；

步骤F：将水溶液样品移出样品池40，再用清洗液清洗样品池40，接着更换敏感芯片20，然后重复步骤C至E，进行再次测量；或将水溶液样品移出样品池40后再注入清洗液原位清洗样品池40和金膜21c，使金膜21c得以表面再生，然后重复步骤C至E，进行再次测量。

图3A为根据本发明实施例1采用图1所示的装置并以浓度为10μM的细胞色素c水溶液作为生物气溶胶转化后的水溶液样品测得的表面等离子体共振传感器对细胞色素c分子非特异性吸附的光谱响应曲线。从图中可以看出表面等离子体共振光谱随着细胞色素c非特异性吸附时间而逐渐红移。从在某一时刻测得的共振光谱中可以准确确定传感器在该时刻的共振波长。图3B给出了传感器共振波长随细胞色素c非特异性吸附时间的变化曲线，从中可以看出共振波长的变化由快到慢并在30秒后趋于稳定。共振波长最大变化量为31纳米。

实施例2：

在本发明的另一个示例性实施例中，提出了一种基于光波导干涉计传感器进行生物气溶胶监测预警的方法。光波导消逝波传感器的敏感芯片由平面光波导、三维光波导、光纤中的一种或几种组成。

请参照图4，光波导消逝波传感器，包括：光源10、敏感芯片20、光探测器30、样品池40。光波导消逝波传感器的敏感芯片20，包括在玻璃基底22a上形成的钾离子交换玻璃导波层22b及沉积在钾离子交换玻璃光波导局部表面上的高折射率梯度薄膜22c；敏感芯片的敏感表面为高折射率梯度薄膜的表面。样品池40紧密覆盖在敏感芯片20上，并弯曲罩住高折射率梯度薄膜，光源10发出的光穿过线性起偏器11a后经输入耦合棱镜12a被耦合进入敏感芯片20的钾离子交换玻璃导波层中，通过输出耦合棱镜12b从敏感芯片耦合输出的光信号穿过线性检偏器11b后被光探测器30探测。

除了采用输入耦合棱镜12a和输出耦合棱镜12b的棱镜耦合方式之外，光波导消逝波传感器中光波导和光源光的耦合方式还可以为：光栅耦合方式和端面耦合方式。

高折射率梯度薄膜的折射率应当大于玻璃导波层的折射率(玻璃导波层折射率约为1.53)，包括：二氧化钛、五氧化二钽、二氧化锡、三氧化二铝、二氧化锌、三氧化钨、二氧化锆、以及它们的混合物。

光波导消逝波传感器的信号测量模式包括：表面散射光强测量模式、导模耦合输出光强测量模式、导模共振角测量模式、导模共振波长测量模式、导模相位测量模式。据此，光探测器为：线性CCD探测器或线性阵列式光电二极管探测器，用于导模共振角测量；CCD光纤光谱仪，用于导模共振波长测量；光强探测器，用于测量表面散射光强、导波光衰减度或相位差。

在本发明的另一个实施例中，敏感芯片是光纤，该光纤按预设弧度固定于一承载件上，该光纤中间弯曲段的芯层经侧边抛光而裸露，该裸露的芯层表面形成敏感芯片的敏感表面。

使用图4所示光波导消逝波传感器进行生物气溶胶监测预警时，包括以下步骤：

步骤A，将生物气溶胶过滤后转化为水溶液样品；

步骤B，通电开启光波导干涉计传感器；

步骤C，将去离子水从进样口41注入到传感器样品池40中，同时通过光探测器30监测输出光强随时间的变化，记录信号值作为初始信号值；

步骤D，当光强达到稳定后，将上述水溶液样品注入样品池40中取代原有的去离子水，水溶液样品中含有的生物粒子8在非特异性吸附作用下富集在敏感芯片的敏感表面上，进而通过敏感表面区间的消逝场与吸附的生物粒子的相互作用影响在光波导或光纤内传播的导模的特性；

步骤E，当传感器输出信号即TM基模9a和TE基模9b的相位差相对于初始信号的变化值在给定时间内相对于产生的改变量大于某一值(例如2π)时，传感器自动开启信号检测与预警模块50，发送报警信息；

步骤F，将水溶液样品移出样品池40，再用清洗液清洗样品池40，接着更换敏感芯片20，然后重复步骤C至步骤E，进行再次测量；或

将水溶液样品移出样品池40后再注入清洗液原位清洗样品池40和敏感芯片20，使敏感芯片20的敏感表面得以再生，然后重复步骤C至E，进行再次测量。

图5为根据本发明实施例2采用图4所示的装置并以1μM的BSA蛋白质水溶液为生物气溶胶转化后的水溶液样品测得的光波导干涉计传感器输出光强度随时间的变化曲线。从图5中可以看出，BSA在非特异性吸附作用下富集在敏感芯片的敏感表面，导致传感器输出光强度振荡了8次，即TM基模9a和TE基模9b的相位差变化值为Δφ＝16π。

图6为根据本发明实施例2采用图4所示的装置并以50nM的BuChE蛋白质水溶液为生物气溶胶转化后的水溶液样品测得的光波导干涉计传感器输出光强度随时间的变化曲线。从图6中可以看出，BuChE在非特异性吸附作用下富集在敏感芯片的敏感表面，导致TM基模9a和TE基模9b的相位差变化了21π。

图7A为根据本发明实施例2采用图4所示的装置并以1μM的羊抗人抗体蛋白质水溶液为生物气溶胶转化后的水溶液样品测得的传感器输出光强度随时间的变化曲线。图7B为两偏振基模相位差变化Δφ随时间的变化曲线。从图7A和图7B中可以看出，羊抗人抗体在非特异性吸附作用下富集在敏感芯片的敏感表面，在样品注入后1小时内导致TM基模9a和TE基模9b的相位差变化值为Δφ＝84π。

从上述例子可以看出，未经特异性生化分子修饰的敏感芯片的敏感表面能够通过非特异性吸附作用富集不同的生物分子，而且传感器对各种生物分子的原位富集十分敏感。

实施例3：

在本发明的第三个示例性实施例中，提出了一种基于石英晶体微天平传感器的生物气溶胶监测预警方法。图8为本发明实施例中石英晶体微天平传感器的结构示意图。

请参照图8，该石英晶体微天平传感器，包括：敏感芯片20，由石英晶片制作而成，该石英晶片的正反两面沉积有金膜或银膜电极23a，敏感芯片的敏感表面为金膜或银膜电极的表面；支座23b，通过两金属支架(23c，23d)位于样品池40内的部分支撑石英晶片，两电极23a通过两金属支架(23c，23d)电性连接至信号检测与预警模块50。敏感芯片20和支座23b均置于该样品池40内；

使用图8所示的石英晶体微天平传感器进行生物气溶胶监测预警时，包括以下步骤：

步骤A，将生物气溶胶过滤后转化为水溶液样品；

步骤B，通电开启石英晶体微天平传感器；

步骤C，将去离子水从进样口41注入到样品池40中，同时通过信号检测与预警模块50监测传感器的谐振频率随时间的变化，当谐振频率达到稳定后，记录此时的信号值作为初始信号值；

步骤D，将上述水溶液样品注入样品池40中取代原有的去离子水，水溶液样品中含有的生物粒子8在非特异性吸附作用下富集在敏感芯片20的正反两表面，进而影响石英晶体微天平传感器的谐振频率信号；

步骤E，当石英晶体微天平传感器输出信号(即：谐振频率)的变化值在给定时间内产生的改变量相对于初始信号值大于某一值(例如初始信号值幅度的1％)时，传感器自动开启信号检测与预警模块50，发送报警信息；

步骤F，将水溶液样品移出样品池40，再用清洗液清洗样品池40，接着更换敏感芯片20，然后重复步骤C至E，进行再次测量；或

将水溶液样品移出样品池40后再注入清洗液原位清洗样品池40和敏感芯片20，使敏感芯片20的敏感表面得以再生，然后重复步骤C至E，进行再次测量。

至此，本实施例生物气溶胶监测预警方法介绍完毕

实施例4：

在本发明的第四个示例性实施例中，提出了一种基于微悬臂梁传感器的生物气溶胶监测预警方法。图9为微悬臂梁传感器的结构示意图。

请参照图9，该微悬臂梁传感器包括：敏感芯片20，由支座24a及与支座一体式固定连接的硅基谐振梁24b组成；微流体沟道40′，作为样品池制备于支座和硅基谐振梁上，其进液端40′a和出液端40′b分别连通于微流控芯片；应变式压力感应膜片24c，紧贴于硅基谐振梁24b，其两电极24d通过导线电连接至信号检测与预警模块50；

使用图9所示的微悬臂梁传感器进行生物气溶胶监测预警时，包括以下步骤：

步骤A，将生物气溶胶过滤后转化为水溶液样品；

步骤B，通电开启微悬臂梁传感器；

步骤C，利用信号检测与预警模块50监测固定于谐振梁上的应变式压力感应膜片24c的输出信号随时间的变化；

步骤D，当输出信号的幅值(或频率)达到稳定后，说明硅基谐振梁24b处于谐振状态，此后将上述水溶液样品通过微流控芯片引入微流体沟道40′，并使水溶液样品在微流体沟道40′内停留一定时间，使生物粒子经非特异性吸附作用富集在微流体沟道40′的底面和侧壁上，进而影响微悬臂梁传感器的谐振频率信号。

步骤E，将水溶液样品排出微流体沟道40′，并使微流体沟道充分干燥后，再次利用信号检测与预警模块50监测应变式压力感应膜片24c的输出信号随时间的变化，当输出信号的幅值(或频率)达到稳定后，说明硅基谐振梁24b再次处于谐振状态，当信号检测与预警模块50传感器探测到两次谐振对应的输出信号的幅值(或频率)的差值大于某一值时，传感器自动开启信号检测与预警模块50，发送报警信息；

步骤F，更换微流控芯片及与之相连的敏感芯片20，然后重复步骤C至E，进行再次测量；或将水溶液样品移出微流控芯片后再注入清洗液原位清洗微流控芯片和微流体沟道40′，使敏感芯片20得以再生，然后重复步骤C至E，进行再次测量。

至此，本实施例利用微悬臂梁传感器进行生物气溶胶监测预警的方法介绍完毕。

上文已经结合附图详细描述了本发明四实施例。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明生物气溶胶监测预警方法有了清楚的认识。

此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构或形状，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换，例如：

(1)敏感芯片在使用前经过了表面处理，例如硅烷化处理、疏水化处理、羟基化处理、氨基化处理、羧基化处理、醛基化处理、亲水性处理和表面荷电改性处理，以增强对生物粒子的非特异性吸附强度；

(2)表面等离子体共振传感器或光波导消逝波传感器的样品池能够用微流控芯片取代，利用微流控芯片进行液体的注入和排出；

(3)光波导消逝波传感器的检测原理是散射光强度测量、导波光衰减度测量、导模共振角测量、导模共振波长测量、导模相位差测量中的一种；其中，当检测原理是散射光强度测量时，探测器为二极管探测器或光电倍增管探测器；

(4)表面等离子体共振传感器和光波导传感器有多个通道组成，其中的一个通道用作参比通道，其余通道为检测通道。

综上所述，本发明提供了一种生物气溶胶监测预警方法，其采用对表面质量变化敏感的传感器，实现对生物分子的探测，其还可以和其他传感方法联用，对非特异性吸附的生物粒子进行同步检测，实现生物气溶胶的监测预警与识别探测，具有广阔的应用前景。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种生物气溶胶监测预警方法，其特征在于，包括：

步骤A，将生物气溶胶过滤后转化为水溶液样品，所述生物气溶胶中的生物粒子被转移到所述水溶液样品中；

步骤B，通电开启表面质量敏感传感器；

步骤C，将去离子水注入所述表面质量敏感传感器的样品池中，监测所述表面质量敏感传感器输出信号随时间的变化，当所述表面质量敏感传感器输出信号达到稳定后，记录信号值作为初始信号值；

步骤D，将所述水溶液样品注入所述样品池中取代原有的去离子水，所述水溶液样品中的生物粒子在非特异性吸附作用下富集在所述表面质量敏感传感器敏感芯片的敏感表面，从而引起敏感芯片表面的质量变化，进而使得表面质量敏感传感器输出信号产生变化；以及

步骤E，当所述表面质量敏感传感器输出信号在给定时间内相对于初始信号值的变化量大于某一阈值时，所述表面质量敏感传感器激活信号检测与预警模块，发送报警信息。

2.根据权利要求1所述的生物气溶胶监测预警方法，其特征在于，所述敏感芯片的敏感表面经过了化学处理，以增强对生物粒子的非特异性吸附，进而增强所述表面质量敏感传感器灵敏度。

3.根据权利要求2所述的生物气溶胶监测预警方法，其特征在于，所述化学处理为以下处理类型中的一种或多种：硅烷化处理、疏水化处理、羟基化处理、氨基化处理、羧基化处理、醛基化处理、亲水性处理和表面电荷改性处理。

4.根据权利要求1所述的生物气溶胶监测预警方法，其特征在于，所述表面质量敏感传感器为以下传感器中的一种：表面等离子体共振传感器、光波导消逝波传感器、石英晶体微天平传感器和微悬臂梁传感器。

5.根据权利要求4所述的生物气溶胶监测预警方法，其特征在于，所述表面等离子体共振传感器，其敏感芯片由玻璃棱镜以及依次沉积于玻璃棱镜底面的数纳米厚铬膜或钛膜，以及数十纳米厚金膜组成，所述敏感芯片的敏感表面为所述金膜表面；或

所述敏感芯片由玻璃棱镜以及通过耦合液紧贴于玻璃棱镜底面的玻璃基片组成，在与贴合面相对的玻璃基片另一面覆盖有数纳米厚铬膜或钛膜，以及数十纳米厚金膜，所述敏感芯片的敏感表面为金膜表面。

6.根据权利要求5所述的生物气溶胶监测预警方法，其特征在于，所述玻璃棱镜为半球形棱镜、半圆柱体形棱镜或三角形棱镜。

7.根据权利要求5或6所述的生物气溶胶监测预警方法，其特征在于，所述表面等离子体共振传感器，包括：光源、敏感芯片、光探测器和样品池；

所述样品池紧密覆盖在所述敏感芯片的敏感表面上，所述光源发出的p偏振光折射进入所述玻璃棱镜，并在与所述铬膜或钛膜形成的界面处发生全发射，借助全反射产生的消逝场在所述金膜表面激发表面等离子体共振，反射光折射出玻璃棱镜被所述光探测器探测；

所述步骤D具体包括：所述水溶液样品被注入样品池内，其中的生物粒子经非特异性吸附作用富集在所述敏感芯片的敏感表面上，进而影响沿金膜表面传播的表面等离子体波的特性。

8.根据权利要求7所述的生物气溶胶监测预警方法，其特征在于，所述光探测器为：

线性CCD探测器或线性阵列式光电二极管探测器，用于测量共振角；

CCD光纤光谱仪，用于测量共振波长；或

光强探测器，用于测量反射光强度。

9.根据权利要求4所述的生物气溶胶监测预警方法，其特征在于：所述光波导消逝波传感器，其敏感芯片由平面光波导、三维光波导、光纤中的一种或几种组成。

10.根据权利要求9所述的生物气溶胶监测预警方法，其特征在于：所述光波导消逝波传感器，其敏感芯片是光纤，该光纤按预设弧度固定于一承载件上，该光纤中间弯曲段的芯层经侧边抛光而裸露，该裸露的芯层表面形成敏感芯片的敏感表面。

11.根据权利要求9所述的生物气溶胶监测预警方法，其特征在于：所述光波导消逝波传感器的敏感芯片，包括钾离子交换玻璃光波导及沉积在钾离子交换玻璃光波导局部表面上的高折射率梯度薄膜；

所述敏感芯片的敏感表面为高折射率梯度薄膜的表面。

12.根据权利要求11所述的生物气溶胶监测预警方法，其特征在于：所述高折射率梯度薄膜的材料为：二氧化钛、五氧化二钽、二氧化锡、三氧化二铝、二氧化锌、三氧化钨、二氧化锆、以及它们的混合物。

13.根据权利要求9至12中任意一项所述的生物气溶胶监测预警方法，其特征在于：所述光波导消逝波传感器，其光波导和光源光的耦合方式包括：棱镜耦合方式、光栅耦合方式和端面耦合方式。

14.根据权利要求9至12中任意一项所述的生物气溶胶监测预警方法，其特征在于，所述光波导消逝波传感器，包括：光源；敏感芯片；光探测器；样品池；

所述样品池紧密覆盖在所述敏感芯片的敏感表面上，

所述光源发出的光被耦合进入所述敏感芯片，从敏感芯片耦合输出的光信号被所述光探测器探测；

所述步骤D具体包括：所述水溶液样品被注入样品池内，其中的生物粒子经非特异性吸附作用富集在所述敏感芯片的敏感表面上，进而通过敏感表面区间的消逝场与吸附的生物粒子的相互作用影响在光波导或光纤内传播的导模的特性。

15.根据权利要求9至12中任意一项所述的生物气溶胶监测预警方法，其特征在于：所述光探测器为：

线性CCD探测器或线性阵列式光电二极管探测器，用于测量导模共振角；

CCD光纤光谱仪，用于测量导模共振波长；或

光强探测器，用于测量导波光衰减度或相位差。

16.根据权利要求4所述的生物气溶胶监测预警方法，其特征在于，所述石英晶体微天平传感器，包括：

敏感芯片，由石英晶片制作而成；该石英晶片的正反两面沉积有金膜或银膜电极，敏感芯片的敏感表面为金膜或银膜电极的表面；

支座，通过两金属支架支撑所述敏感芯片，所述两金膜或银膜电极通过所述两金属支架与所述信号检测与预警模块电连接；

样品池，所述敏感芯片和支座均置于该样品池内；

所述步骤D具体包括：所述水溶液样品被注入样品池内，其中的生物粒子经非特异性吸附作用富集在所述敏感芯片的敏感表面上，进而影响石英晶体微天平传感器的谐振频率信号。

17.根据权利要求4所述的生物气溶胶监测预警方法，其特征在于，所述微悬臂梁传感器，包括：

敏感芯片，由支座及与支座一体式固定连接的硅基谐振梁组成；

微流体沟道，作为样品池制备于所述支座和硅基谐振梁上，其进液端和出液端分别连通于微流控芯片；

应变式压力感应膜片，紧贴于所述硅基谐振梁，其两电极通过导线连接至所述信号检测与预警模块；

所述步骤D具体包括：所述水溶液样品经微流控芯片从进液端流入微流体沟道，其中的生物粒子经非特异性吸附作用富集在所述微流体沟道的底面及侧壁上，进而影响所述微悬臂梁传感器的谐振频率信号。

18.根据权利要求1至6、9至12、16、17中任一项所述的生物气溶胶监测预警方法，其特征在于，所述样品池进样口与出样口分别与注液泵和废液回收容器相连接。

19.根据权利要求1至6、9至12、16、17中任一项所述的生物气溶胶监测预警方法，其特征在于，所述步骤E之后还包括：

步骤F，更换所述敏感芯片或原位清洗所述敏感芯片，重新执行步骤C至步骤E。

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