CN107841453A - 微生物收集装置及收集检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微生物收集装置及收集检测方法。该微生物收集装置包括聚焦机构、收集容器和采样器，其中聚焦机构具有集束腔、进样孔和喷嘴，集束腔内设有气流挡片，气流挡片上设有聚焦孔，聚焦孔与喷嘴同轴设置；收集容器具有真空腔和抽气口，抽气口用于连接抽气装置，采样器用于放置到真空腔内与喷嘴相对的位置处。与常规用于收集空气中的微生物的采样器相比，采用上述微生物收集装置整体上能够快速收集到满足检测量要求的微生物，简化操作步骤，能够显著提高对空气中的微生物的收集及检测效率，并降低收集、检测以及鉴定的成本。该空气中微生物的收集检测方法能够减少对微生物培养方面的专业人才的要求，可以进一步节省用人成本。

Description

微生物收集装置及收集检测方法

技术领域

本发明涉及分析设备领域，特别是涉及一种微生物收集装置及收集检测方法。

背景技术

空气微生物是指存活在空气中的微生物，属于菌类，人类的肉眼无法看清楚。空气微生物通常与在植物、动物和人类的发生的一些疾病有关。快速有效采集检测空气微生物对于人体健康、环境监测方面有着重要意义。

目前，常见的空气微生物采样方法有自然沉降法，常用的空气微生物采集器有固体撞击式采样器、过滤阻留式采样器、液体撞击式采样器和静电沉着类采样器等，采用此类采样器采集的微生物的量通常较小，需经过培养、扩增、标记等复杂的制样过程才能获得测样量要求的微生物样品，然后再进行鉴定。该采样制样的方法会导致采样效率低、鉴定复杂、成本高等问题，并难以实现快速检测。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够快速收集到满足微生物测样量要求的微生物收集装置及收集检测方法。

一种微生物收集装置，包括：

聚焦机构，所述聚焦机构具有集束腔以及分别与所述集束腔相连通的进样孔和喷嘴，所述集束腔内设有气流挡片，所述气流挡片设有用于使气体中微生物集中的聚焦孔，所述聚焦孔与所述喷嘴同轴设置；

收集容器，所述收集容器具有真空腔和与所述真空腔相连通的抽气口，所述收集容器与所述聚焦机构连接并使所述真空腔与所述喷嘴连通，所述抽气口用于连接抽气装置；以及

采样器，所述采样器用于放置到所述真空腔内与所述喷嘴相对的位置处以接收从所述喷嘴喷入至所述真空腔内的微生物。

在其中一个实施例中，所述真空腔内设有导流机构；

所述导流机构具有导流通道，所述导流通道靠近所述喷嘴设置，且所述导流通道与所述喷嘴同轴。

在其中一个实施例中，所述导流通道的孔径从一端到另一端逐渐增大，且所述导流通道的孔径较小的一端靠近所述喷嘴设置。

在其中一个实施例中，所述导流机构为分离锥。

在其中一个实施例中，所述分离锥有多个，多个所述分离锥在轴向上依次间隔设置，且多个所述导流通道同轴。

在其中一个实施例中，所述气流挡片有多个，多个所述气流挡片在所述集束腔内从进样孔所在端至喷嘴所在端依次间隔设置。

在其中一个实施例中，多个所述气流挡片上的所述聚焦孔的孔径从进样孔所在端至喷嘴所在端依次减小。

在其中一个实施例中，所述采样器为靶板；和/或

所述微生物收集装置还包括移动驱动装置，述移动驱动装置与所述采样器连接以驱动所述采样器移动以使微生物颗粒束进入所述采样器的不同孔位内。

一种空气中微生物的收集检测方法，包括如下步骤：

S1，收集：

将采用上述任一实施例所述的微生物收集装置的抽气口连接抽气装置，开启抽气装置使空气从聚焦机构的进样孔进入集束腔，在所述集束腔内通过气流挡片上的聚焦孔使微生物集中形成微生物颗粒束，微生物颗粒束通过喷嘴喷入收集容器的真空腔内，利用采样器接收喷入至所述真空腔内的微生物颗粒束，待采样器中的微生物的采集量达到检测量要求，关闭抽气装置；

S2，检测与鉴定，即得。

在其中一个实施例中，所述检测与鉴定的步骤为：

采用基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪(Matrix-Assisted Laser DesorptionIonization Time-of-Flight Mass Spectrometry，简称MALDI-TOF MS)对步骤S1中收集获得的微生物样品测试，获得微生物样品谱图，并将该微生物样品谱图与蛋白质指纹图谱对比分析，鉴定。

上述微生物收集装置包括聚焦机构、收集容器和采样器，其中聚焦机构具有集束腔、进样孔和喷嘴，集束腔内设有气流挡片，气流挡片上设有用于使气体中微生物集中的聚焦孔，聚焦孔与喷嘴同轴设置以使空气中的微生物形成微生物颗粒束，收集容器具有真空腔和与真空腔相连通的抽气口，抽气口用于连接抽气装置以使真空腔内形成负压继而使空气持续被吸入聚焦机构和收集容器内，采样器用于放置到真空腔内与喷嘴相对的位置处以接收从所述喷嘴喷入至所述真空腔内的微生物颗粒束。与常规用于收集空气中的微生物的采样器相比，采用上述微生物收集装置可在抽气装置的作用下持续将气流中的微生物形成微生物颗粒束，并使微生物颗粒在采集器上聚集，整体上能够快速收集到满足检测量要求的微生物，无需再因为收集的微生物的量不足而再进行后续的培养、扩增以及标记等过程，简化操作步骤，能够显著提高对空气中的微生物的收集及检测效率，并降低收集、检测以及鉴定的成本。

上述空气中微生物的收集检测方法是在抽气装置的作用下，采用上述微生物收集装置持续收集空气中的微生物，待采样器中的微生物的采集量达到检测量要求，关闭抽气装置，再经检测及鉴定。上述空气中微生物的收集检测方法的操作过程简单，能够显著提高对空气中的微生物的收集、检测效率，并降低收集、检测以及鉴定的成本。

进一步地，上述空气中微生物的收集检测方法采用基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪对收集获得的微生物样品测试，获得微生物样品谱图，并将该微生物样品谱图与蛋白质指纹图谱对比分析，整体上能够减少对微生物培养方面的专业人才的要求，可以进一步节省用人成本。

附图说明

图1为一实施方式的微生物收集装置的结构示意图。

图2为采用图1中的微生物收集装置进行空气中微生物收集检测的步骤示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请结合图1，一实施方式的微生物收集装置10，包括聚焦机构100、收集容器200和采样器300。

聚焦机构100具有集束腔101，并在集束腔101的两端分别设于与集束腔101相连通的进样孔102和喷嘴103。集束腔101内设有气流挡片110，气流挡片110上设有用于使气体中微生物集中的聚焦孔(图中未标号)，聚焦孔与喷嘴103同轴设置以使微生物颗粒20沿聚焦孔或喷嘴103的轴线进入真空腔201内，便于收集器300上的微生物样品集中分布，提高微生物样品收集效率。

具体地，聚焦机构100整体上呈柱体结构，例如可以为圆柱体等结构。气流挡片110有多个，多个气流挡片110在集束腔101内从进样孔所在端至喷嘴所在端依次间隔设置。

进一步地，多个气流挡片110上的聚焦孔的孔径从进样孔所在端至喷嘴所在端依次减小以逐级将微生物颗粒20聚焦成微生物颗粒束。聚焦机构100优选地为空气动力学透镜。空气动力学透镜能够使气流在透镜镜片之间的腔体中收缩、扩散，压力逐级下降，分散的颗粒物则逐渐聚集形成颗粒束，并最终通过喷嘴加速喷出，采用空气动力学透镜更有利于对颗粒物的聚焦。

收集容器200具有真空腔201和与真空腔201相连通的抽气口202。收集容器200与聚焦机构100连接并使真空腔201与喷嘴103连通。抽气口202用于连接抽气装置以使真空腔201内形成负压继而使空气持续被吸入聚焦机构100和收集容器200内。

进一步地，在本实施方式中，收集容器200的真空腔201内设有导流机构210。导流机构210具有导流通道，导流通道靠近喷嘴103设置，且导流通道与喷嘴103同轴以便于收集器300上的微生物样品集中分布，提高微生物样品收集效率。

进一步地，导流通道的孔径从一端到另一端逐渐增大，且导流通道的孔径较小的一端靠近喷嘴103设置以使微生物颗粒20以层流状态集中流向采样器300。

进一步地，导流机构210优选为分离锥。更进一步地，分离锥有两个，两个分离锥在轴向上依次间隔设置，且多个导流通道同轴。可以理解，在其他实施方式中，导流机构210的设置个数以及导流通道的总长度可根据实际情况调整，以便于收集器300上的微生物样品集中分布。

采样器300用于放置到真空腔201内与喷嘴103相对的位置处以接收从喷嘴103喷入至真空腔201内的微生物颗粒20。

在本实施方式中，采样器300优选为质谱仪检测用的靶板。靶板可以为96孔或384孔等多孔板结构。在其他实施方式中，采样器300还可以为载玻片或样品瓶等，以便收集微生物进行显微观察或液相色谱分析等，也可以便于后续对微生物进行培养等。

进一步地，微生物收集装置10还包括移动驱动装置。移动驱动装置与采样器300连接以驱动采样器300移动以使微生物颗粒束进入采样器300上的不同孔位内。也就是一个孔位收集完成后，可通过移动驱动装置移动采样器300使微生物颗粒20进入到下一个孔位进行收集，以满足多次重复测试或同时并行其他测试的情况要求，提高测试的准确性。移动驱动装置可以驱动电机。

进一步，微生物收集装置10还可以包括控制器，控制器与移动驱动装置连接，通过控制器调控移动驱动装置移动采样器300的时间来调整采样器300上不同孔位内的微生物收集量，提高自动化水平，并提高收集效率。例如，将空气中的微生物沉积到96孔位的靶板上，一个孔位收集微生物的时间为15分钟，一块靶板可收集24小时，可以以15分钟的时间分辨率检测一天中不同时段的微生物或生物大分子变化情况。

与常规用于收集空气中的微生物的采样器相比，本实施方式的微生物收集装置10可在抽气装置的作用下持续将气流中的微生物颗粒20形成微生物颗粒束，并使微生物颗粒20在采集器300上聚集，整体上能够快速收集到满足检测量要求的微生物，无需再因为收集的微生物的量不足而再进行后续的培养、扩增以及标记等过程，简化操作步骤，能够显著提高对空气中的微生物的收集及检测效率，并降低收集、检测以及鉴定的成本。

请进一步结合图2，一种空气中微生物的收集检测方法30，包括如下步骤：：

S1，收集：

将本实施方式的微生物收集装置10的抽气口202连接抽气装置，开启抽气装置使空气从聚焦机构100的进样孔102进入集束腔101，在集束腔101内通过气流挡片110上的聚焦孔使微生物颗粒20集中形成微生物颗粒束，微生物颗粒束通过喷嘴103喷入收集容器200的真空腔201内，利用靶板接收喷入至真空腔201内的微生物，待靶板中的微生物的采集量达到检测量要求，关闭抽气装置。

S2，检测：

取出靶板，滴入基质形成共结晶薄膜，采用基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪在线对步骤S1中收集获得的微生物样品测试，获得微生物样品谱图。

S2，鉴定：

将步骤S2中获得的微生物样品谱图与蛋白质指纹图谱对比分析，鉴定，即得。

其中，基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪是一种新型软电离生物质谱，其原理是用激光照射样品与基质的共结晶薄膜，基质从激光吸收能量传递给生物分子，使生物分子软电离，主要得到分子离子峰，适用于生物大分子的测定。离子经过飞行时间质量分析器，依据质荷比与离子的飞行时间不同而分离检测。通过MALDI-TOF MS检测微生物的核糖体蛋白谱图，将得到的谱图与数据库中的蛋白质指纹图谱进行对比分析，可以用以鉴定微生物的属种水平。相对于传统的微生物鉴定方法和分子生物学方法，采用MALDI-TOF MS能够更加快速、准确、灵敏地鉴定微生物的属种水平，同时分辨率高。

该空气中微生物的收集检测方法30的操作过程简单，能够显著提高对空气中的微生物的收集、检测效率，并降低收集、检测以及鉴定的成本。同时，该空气中微生物的收集检测方法30能够减少对微生物培养方面的专业人才的要求，可以进一步节省用人成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种微生物收集装置，其特征在于，包括：

聚焦机构，所述聚焦机构具有集束腔以及分别与所述集束腔相连通的进样孔和喷嘴，所述集束腔内设有气流挡片，所述气流挡片设有用于使气体中微生物集中的聚焦孔，所述聚焦孔与所述喷嘴同轴设置；

收集容器，所述收集容器具有真空腔和与所述真空腔相连通的抽气口，所述收集容器与所述聚焦机构连接并使所述真空腔与所述喷嘴连通，所述抽气口用于连接抽气装置；以及

采样器，所述采样器用于放置到所述真空腔内与所述喷嘴相对的位置处以接收从所述喷嘴喷入至所述真空腔内的微生物。

2.根据权利要求1所述的微生物收集装置，其特征在于，所述真空腔内设有导流机构；

所述导流机构具有导流通道，所述导流通道靠近所述喷嘴设置，且所述导流通道与所述喷嘴同轴。

3.根据权利要求2所述的微生物收集装置，其特征在于，所述导流通道的孔径从一端到另一端逐渐增大，且所述导流通道的孔径较小的一端靠近所述喷嘴设置。

4.根据权利要求3所述的微生物收集装置，其特征在于，所述导流机构为分离锥。

5.根据权利要求4所述的微生物收集装置，其特征在于，所述分离锥有多个，多个所述分离锥在轴向上依次间隔设置，且多个所述导流通道同轴。

6.根据权利要求1至5任一项所述的微生物收集装置，其特征在于，所述气流挡片有多个，多个所述气流挡片在所述集束腔内从进样孔所在端至喷嘴所在端依次间隔设置。

7.根据权利要求6所述的微生物收集装置，其特征在于，多个所述气流挡片的所述聚焦孔的孔径从进样孔所在端至喷嘴所在端依次减小。

8.根据权利要求1至5任一项所述的微生物收集装置，其特征在于，所述采样器为靶板；和/或

还包括移动驱动装置，所述移动驱动装置与所述采样器连接以驱动所述采样器移动以使微生物颗粒束进入所述采样器的不同孔位内。

9.一种空气中微生物的收集检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，收集：

将权利要求1至8中任一项所述的微生物收集装置的抽气口连接抽气装置，开启抽气装置使空气从聚焦机构的进样孔进入集束腔，在所述集束腔内通过气流挡片上的聚焦孔使微生物集中形成微生物颗粒束，微生物颗粒束通过喷嘴喷入收集容器的真空腔内，利用采样器接收喷入至所述真空腔内的微生物颗粒束，待采样器中的微生物的采集量达到检测量要求，关闭抽气装置；

S2，检测与鉴定，即得。

10.根据权利要求9所述的空气中微生物的收集检测方法，其特征在于，所述检测与鉴定的步骤为：

采用基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪对步骤S1中收集获得的微生物样品测试，获得微生物样品谱图，并将该微生物样品谱图与蛋白质指纹图谱对比分析，鉴定。