CN111811078B - 一种空调通风系统的病毒监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调通风系统的病毒监测系统，包括：空气颗粒采集器；病毒灭活器，与空气颗粒采集器连接；检测反应器，包括磁力架、反应容器、放置在反应容器内的有磁性的核酸吸附物以及内置基因芯片的检测容器；加液器，用于向反应容器分别加入裂解液、漂洗液、洗脱液和逆转录扩增缓冲液；废液收集器，与第一排液口、第二排液口相连通；检测识别装置，包括处理器和信号读取装置，信号读取装置与处理器电连接；空调通风控制系统，与处理器电连接，用以控制空调通风设备的通风动作。本发明的空调通风系统的病毒监测系统，其能够自动监测病毒并控制空调动作防止病毒扩散。

Description

一种空调通风系统的病毒监测系统

技术领域

本发明属于病毒检测技术领域，具体涉及一种空调通风系统的病毒监测系统。

背景技术

集中空调被广泛地应用于宾馆、商场、医院、大型超市和写字楼等公共场所调节室内空气的温度、湿度、风速等微小气候。但由于集中空调系统没有清洁消毒或者清洁消毒不彻底，往往造成通风系统内部污染，在集中空调开启时，污染物从一处被带入另一处，从而使集中空调系统成为污染物传播和扩散的媒介。因此，空调通风系统在给室内人员带来热舒适的同时，如何避免其扩散污染导致交叉感染是现阶段面临的挑战。

现有的措施一般包括关闭空调通风系统、使用全新风空调系统、对空调系统进行定期洗涤和消毒。由于经济成本的限制，全新风系统在大部分建筑中难以实现；关闭空调系统在炎热的夏季也很难实施；对空调系统进行定期洗涤和消毒，能一定程度减小污染扩散，但在使用空调的时候，致病微生物仍然可能通过风系统传播。

现有防止交叉感染的技术措施均是在建筑室内发现污染后采取的被动措施，空调通风系统无法对自身的病毒进行监测，主动采取措施防止病毒扩散。

因此，需要一种新的技术以对空调通风系统内的病毒进行监测并主动采取措施防止病毒扩散。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种空调通风系统的病毒监测系统，其能够自动监测病毒并控制空调动作防止病毒扩散。

本发明采用了以下技术方案：

一种空调通风系统的病毒监测系统，包括：

空气颗粒采集器，包括内置颗粒吸附物的采样头，所述采样头设有通气口和吸附物排出口，所述采样头固定在风管内，还包括用于将所述颗粒吸附物传送至病毒灭活器的传送装置；

病毒灭活器，设有与所述吸附物排出口相连通的灭活腔和用以加热并控制所述灭活腔温度的温度控制装置；

检测反应器，包括具有摇晃功能的磁力架、固定在所述磁力架上的反应容器、放置在所述反应容器内的有磁性的核酸吸附物以及内置可更换的基因芯片的检测容器；所述反应容器设有与所述灭活腔连通的第一进液口和设有第一控制阀的第一排液口；所述磁力架设有用于控制所述磁力架磁力有无的磁力控制开关；所述检测容器设有第二进液口和设有第二控制阀的第二排液口，所述第二进液口与所述反应容器的第一排液口相连通；

加液器，用于向所述反应容器分别加入裂解液、漂洗液、洗脱液和逆转录扩增缓冲液；

废液收集器，与所述第一排液口、所述第二排液口相连通；

检测识别装置，包括处理器和用于识别所述基因芯片检测结果的信号读取装置，所述信号读取装置与所述处理器电连接；

空调通风控制系统，与所述处理器电连接，用以控制空调通风设备的通风动作。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述空气颗粒采集器还包括放置有若干备用颗粒吸附物的吸附物存放位，所述传送装置的一端伸入所述吸附物存放位并与所述颗粒吸附物连接。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述颗粒吸附物为琼脂膜。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述加液器包括分别与所述反应容器连通的裂解液容器、漂洗液容器、洗脱液容器、逆转录扩增缓冲液容器，所述裂解液容器、所述漂洗液容器、所述洗脱液容器、所述逆转录扩增缓冲液容器分别通过第三控制阀控制与所述反应容器之间的连通；还包括分别与所述裂解液容器、所述漂洗液容器、所述洗脱液容器、所述逆转录扩增缓冲液容器连接用于提供加液动力的加液动力装置。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述第三控制阀和所述加液动力装置整合在一起为电动充液阀。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述检测反应器还包括保护盒，所述保护盒设置在所述风管外，所述磁力架、所述反应容器、所述检测容器均设置在所述保护盒内。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述废液收集器包括与所述第一排液口、第二排液口相连通的废液腔，所述废液腔的入口处设有控制连通的第四控制阀；还包括用于提供排液动力的排液动力装置。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述第四控制阀和所述排液动力装置整合在一起为电动吸液阀。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述空调通风控制系统包括以下模块的一种或多种：

用于控制对流型冷热末端关闭的对流型冷热末端控制模块；

用于控制回风机组关闭的回风机组控制模块；

用于控制新风机组风量大小的新风机组控制模块；

用于控制排风机组开启的排风机组控制模块。

作为本发明技术方案的进一步改进，还包括与所述通风控制系统电连接的报警器。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的空调通风系统的病毒监测系统中，可通过空气颗粒采集器采集风管中的颗粒(包括病毒)，风管中的空气通过通气口被吸附在颗粒吸附物上，再通过传送装置将吸附了空气颗粒的颗粒吸附物传送至病毒灭活器的灭活腔中，通过温度控制装置进行加热对病毒灭活；灭活后的产物排到检测反应器的反应容器中，加液器往反应容器中加入裂解液，裂解释放病毒 RNA，反应溶液与反应容器内的有磁性的核酸吸附物混合，核酸物质被核酸吸附物粘附；然后，磁力架的磁力控制开关打开，磁力架具有磁性并通过磁性将有磁性的核酸吸附物吸附固定在反应容器的侧壁上，然后排出裂解液，加液器输入漂洗液重复洗涤两次，再加入洗脱液，从核酸吸附物上获取核酸；收获的洗脱液再加入逆转录扩增缓冲液进行RNA的逆转录和扩增；最后扩增产物输入放置有基因芯片的检测容器，由于基因芯片上固定有序列已知且被荧光标记过的靶核苷酸探针，扩增溶液中的核酸与探针进行杂交，杂交信号反映为荧光，再通过检测识别装置读取和处理荧光的信息，获得空气内的病毒检测结果，再根据病毒检测的检测结果通过空调通风控制系统控制空调通风设备的通风动作(例如关闭对流型冷热末端、关闭回风机组、增大新风机组风量和开启排风机组)，从而避免病毒通过空调的通风系统进行扩散。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术作进一步地详细说明：

图1是本发明的空调通风系统的病毒监测系统的工作流程图；

图2是本发明的空调通风系统的病毒监测系统的结构简图。

附图标记：

100-空气颗粒采集器；110-采样头；111-颗粒吸附物；112-通气口；113-吸附物排出口； 120-传送装置；130-吸附物存放位；131-备用颗粒吸附物；140-琼脂膜；

200-病毒灭活器；210-灭活腔；220-温度控制装置；230-保温层；

300-检测反应器；310-磁力架；320-反应容器；321-第一进液口；322-第一排液口；323- 第一控制阀；330-核酸吸附物；340-检测容器；341-基因芯片；342-第二进液口；343-第二排液口；350-保护盒；

400-加液器；410-裂解液容器；420-漂洗液容器；430-洗脱液容器；440-逆转录扩增缓冲液容器；450-电动充液阀；

500-废液收集器；510-废液腔；520-电动吸液阀；

600-检测识别装置；610-处理器；620-信号读取装置；

700-空调通风控制系统；

800-报警器；

900-风管；910-空调通风设备。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。附图中各处使用的相同的附图标记指示相同或相似的部分。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。

参照图1和图2，一种空调通风系统的病毒监测系统，包括空气颗粒采集器100、病毒灭活器200、检测反应器300、加液器400、废液收集器500、检测识别装置600和空调通风控制系统700。

空气颗粒采集器100是用来收集空气中的病毒颗粒的。空气颗粒采集器100包括内置颗粒吸附物111的采样头110，所述采样头110设有通气口112和吸附物排出口113，所述采样头110通过螺栓固定在风管900内。

空气颗粒采集器100还包括用于将所述颗粒吸附物111传送至病毒灭活器200的传送装置120。其中，所述颗粒吸附物111为琼脂膜140，采样头110内有安装琼脂膜140的容置腔，容置腔与通气口112、吸附物排出口113连通。

基于该结构，风管900中的空气流动时依次经过通气口112、颗粒吸附物111、通气孔，这一过程中，空气内的颗粒被吸附在颗粒吸附物111(琼脂膜140)上。一定时间后(一个采样周期)，通过传送装置120将颗粒吸附物111传送道病毒灭活器200中进行下一步操作。

传送装置120有多种结构可以设置，只要能够完成对颗粒吸附物111的传送即可。为了便于理解，在此提供其中的一种结构。传送装置120包括电机、由电机驱动而上下升降的可开合的夹持爪，采样头110在上，病毒灭活器200在下，夹持爪可以夹住颗粒吸附物111往病毒灭活器200中输送。

此外，为了方便连续自动对空气的病毒进行采样测试，所述空气颗粒采集器100还包括放置有若干备用颗粒吸附物131的吸附物存放位130，所述传送装置120的一端伸入所述吸附物存放位130并与所述颗粒吸附物111连接。即在颗粒吸附物111被传送道病毒灭活器200 内后，可以通过传送装置120将吸附物存放位130中的备用颗粒吸附物131传送到采样头110 中，继续进行空气颗粒的吸附。无需人为手动补充安装颗粒吸附物111，更加方便。

其中，病毒灭活器200设有与所述吸附物排出口113相连通的灭活腔210和用以加热并控制所述灭活腔210温度的温度控制装置220。当颗粒吸附物111为琼脂膜140时，灭活腔 210内可存有一些水，以溶解琼脂膜140使琼脂膜140内吸附的病毒转移到水中(或者不放水，靠温度升高后融化)，以便于后续的操作。具体的，病毒灭活器200具有一玻璃容器，玻璃容器内即为灭活腔210，以能够承受灭活时的温度。灭活腔210的上端设有开口与吸附物排出口113连通，空气颗粒采集器100位于病毒灭活器200的上方，开口上设有控制开关，可以打开或关闭该开口，该控制开关只有在传送颗粒吸附物111进入灭活腔210时才开启，其它时间都处于关闭状态。

具体地，温度控制装置220包括加热器、温度传感器和温度控制器，温度控制器与加热器、温度传感器电连接，以控制加热器进行加热至合适温度和停止加热。灭活腔210的外壁包裹有保温层230，以避免热量散失，有利于降低能耗。温度控制装置220将温度加热到灭活温度后保持一段时间，进行灭活，例如新冠病毒加热到58℃并保持灭活30分钟。

其中，检测反应器300包括具有摇晃功能的磁力架310、固定在所述磁力架310上的反应容器320、放置在所述反应容器320内的有磁性的核酸吸附物330以及内置可更换的基因芯片341的检测容器340。

反应容器320是用于接收灭活腔210排出的灭活液，并进行裂解、洗涤、洗脱、逆转录扩增的场所。所述反应容器320设有与所述灭活腔210连通的第一进液口321和设有第一控制阀323的第一排液口322，通过第一进液口321接入灭活后的灭活液。第一进液口321上也设有控制阀，控制第一进液口321的连通。

磁力架310可以带动反应容器320一起进行摇晃，以保证反应容器320内的液体充分混合，保证反应完全。所述磁力架310设有用于控制所述磁力架310磁力有无的磁力控制开关，核酸吸附物330可以吸附裂解后的病毒核酸，启动磁力控制开关，磁力架310获得磁力可以将该有磁性的核酸吸附物330吸附固定在反应容器320的内壁上，以避免排出裂解液、漂洗液时将核酸吸附物330一同排出。其中，有磁性的核酸吸附物330可以是磁性硅胶颗粒，既可以吸附核酸，又可以被磁力架310吸附。需要说明的是，磁力架310是化学领域中常规的用具，在此不对其具体结构做赘述。

所述检测容器340设有第二进液口342和设有第二控制阀的第二排液口343，所述第二进液口342与所述反应容器320的第一排液口322相连通，经逆转录扩增后的溶液通过第二进液口342排入到检测容器340内与检测容器340内的基因芯片341进行接触。检测容器340 具体可以是反应皿。

基因芯片341上固定有序列已知且被荧光标记过的靶核苷酸探针，可与扩增溶液中的核酸与探针进行杂交，杂交信号反映为荧光，荧光再通过识别读取进而确定采集的空气颗粒是否有对应的病毒。基因芯片341通过提前定制，可对包括新冠病毒在内的多种呼吸道病毒进行检测。检测完成后，洗涤基因芯片341，使其能重复使用。基因芯片341可更换，其主要是放置在检测容器340内而已，可以根据具体的情形来更换基因芯片341。

此外，所述检测反应器300还包括保护盒350，所述保护盒350设置在所述风管900外，所述磁力架310、所述反应容器320、所述检测容器340均设置在所述保护盒350内，以免在反应过程中的热量影响空调的正常工作，增加能耗。

加液器400用于向所述反应容器320分别加入裂解液、漂洗液、洗脱液和逆转录扩增缓冲液。

在灭活液加入到反应容器320内后，加液器400先向反应容器320内加入裂解液，以使病毒裂解出核酸，释放出病毒RNA。通过摇晃，释放出的核酸与前述的磁性硅胶颗粒充分混合并被吸附，然后磁力控制开关开启，磁力架310获得磁力，将磁性硅胶颗粒吸附盖上在反应容器320的侧壁上。开启第一排液口322的第一控制阀323，将裂解液排出到废液收集器500，关闭第一控制阀323。再往反应容器320加入漂洗液进行清洗，洗涤后将漂洗液排出到废液收集器500，重复洗涤两次，保证洗涤干净。再往反应容器320加入洗脱液，磁力控制开关关闭，磁性硅胶颗粒与洗脱液混合，使得原先吸附在磁性硅胶颗粒上的核酸脱离磁性硅胶颗粒，进入洗脱液中。再加入RNA逆转录扩增缓冲液使RNA进行逆转录和扩增。优选地，为了保证RNA的逆转录和扩增的顺利进行，所述反应容器320设有恒温装置(图中未示出)，恒温装置设有加热器、温度传感器和温度控制器，加热器、温度传感器均与温度控制器电连接，通过恒温装置使得逆转录和扩增时保持在合适的温度，保证RNA的逆转录和扩增的顺利进行。扩增后的溶液再通过第一排出口排到检测容器340内与基因芯片341混合接触。

具体地，所述加液器400包括分别通过输液管与所述反应容器320连通的裂解液容器410、漂洗液容器420、洗脱液容器430、逆转录扩增缓冲液容器440，所述裂解液容器410、所述漂洗液容器420、所述洗脱液容器430、所述逆转录扩增缓冲液容器440分别通过第三控制阀控制与所述反应容器320之间的连通，即每一条输液管上都安装了第三控制阀。

所述加液器400还包括分别与所述裂解液容器410、所述漂洗液容器420、所述洗脱液容器430、所述逆转录扩增缓冲液容器440连接的用于提供加液动力的加液动力装置。加液动力装置可以是输液泵。优选地，所述第三控制阀和所述加液动力装置整合在一起为电动充液阀450，可以在开启阀门的同时进行输液。

其中，废液收集器500与所述第一排液口322、所述第二排液口343相连通。所述废液收集器500包括与所述第一排液口322、第二排液口343相连通的废液腔510，所述废液腔510的入口处设有控制连通的第四控制阀；还包括用于提供排液动力的排液动力装置。废液收集器500用于收集反应容器320和检测容器340排出的废液。优选地，废液腔510针对裂解液、漂洗液、洗脱液和逆转录扩增缓冲液容器440别设置了4个，每一个废液腔510只收集一种废液，以便于后续的废液处理。排液动力装置置可以是输液泵。优选地，所述第四控制阀和所述排液动力装置整合在一起为电动吸液阀520，可以在开启阀门的同时进行吸液。

其中，检测识别装置600包括处理器610和用于识别所述基因芯片341检测结果的信号读取装置620，所述信号读取装置620与所述处理器610电连接。信号读取装置620具体可以是激光扫描装置，可以通过激光扫描读取基因芯片341的荧光强度信号，激光扫描装置与检测容器340相固定。信号读取装置620读取到的信息传输到处理器610，由处理器610最终判断采集到的空气颗粒是否有对应的病毒，并将结果传输到空调通风控制系统700。

其中，空调通风控制系统700，与所述处理器610电连接，用以控制空调通风设备的通风动作，通风控制系统可以根据处理器610的判断结果来控制空调通风设备的通风动作，例如关闭对流型冷热末端、关闭回风机组、增大新风机组风量和开启排风机组，从而避免病毒通过空调的通风系统进行扩散。即空调通风控制系统700与对流型冷热末端、回风机组、新风机组、排风机组中的一种或多种电连接。

具体地，所述空调通风控制系统700包括以下模块的一种或多种：

用于控制对流型冷热末端关闭的对流型冷热末端控制模块；若检测到采集样品中还有某种呼吸道病毒，关闭对流型冷热末端，防止因空气对流导致局部传染源扩散到全室，不让沉降气溶胶再次起浮成为悬浮气溶胶。

用于控制回风机组关闭的回风机组控制模块；若检测到采集样品中还有某种呼吸道病毒，关闭回风机组，防止室内污染空气通过回风，经空调通风系统进一步传播至其他空间。

用于控制新风机组风量大小的新风机组控制模块；若检测到采集样品中还有某种呼吸道病毒，新风机组开启最大新风量，引入室外洁净空气，稀释室内污染物浓度。

用于控制排风机组开启的排风机组控制模块；若检测到采集样品中还有某种呼吸道病毒，排风机组开启，将室内污染空气排出。

优选地，本空调通风系统的病毒监测系统还包括与所述通风控制系统电连接的报警器 800，若检测到采集样品中还有某种呼吸道病毒，启动报警器800。报警器800为常规的报警器，例如蜂鸣器。

基于以上的结构，以下简述本空调通风系统的病毒监测系统的工作步骤：

步骤1：通过空气颗粒采集器100采集空调通风系统风管900内的空气颗粒样品；

步骤2：使用病毒灭活器200对采集到空气颗粒样品中存在的病毒进行灭活操作；

步骤3：将灭活后的液体输入反应容器320；

步骤4：加液器400往反应容器320内加入裂解液，释放RNA，RNA被磁性硅胶颗粒吸附；

步骤5：磁力控制开关开启，磁力架310固定吸附有RNA的磁性硅胶颗粒，裂解液排出进入废液收集器500；

步骤6：加液器400往反应容器320内加入漂洗液，重复洗涤两次，洗涤后液体排入废液收集器500；

步骤7：加液器400往反应容器320内加入洗脱液，RNA从磁性硅胶颗粒上脱离进入洗脱液，收获纯化的RNA；

步骤8：加液器400往反应容器320内加入逆转录扩增缓冲液，进行逆转录和扩增；

步骤9：扩增后的溶液输入检测容器340，与基因芯片341探针进行杂交；

步骤10：杂交信号通过信号读取装置620激光扫描收集；

步骤11：处理器610对收集的杂交信号进行处理分析，若检测出对应的病毒，则执行步骤12，若无则暂停；

步骤12：信号输入空调通风控制系统700；

步骤13：报警器800启动；

步骤14：对流型冷热末端控制模块、回风机组控制模块、新风机组控制模块、排风机组控制模块启动。

本发明所述的空调通风系统的病毒监测系统的其它内容参见现有技术，在此不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种空调通风系统的病毒监测系统，其特征在于，包括：

空气颗粒采集器，包括内置颗粒吸附物的采样头，所述采样头设有通气口和吸附物排出口，所述采样头固定在风管内，还包括用于将所述颗粒吸附物传送至病毒灭活器的传送装置；

病毒灭活器，设有与所述吸附物排出口相连通的灭活腔和用以加热并控制所述灭活腔温度的温度控制装置；所述灭活腔的外壁包裹有保温层；

检测反应器，包括具有摇晃功能的磁力架、固定在所述磁力架上的反应容器、放置在所述反应容器内的有磁性的核酸吸附物以及内置可更换的基因芯片的检测容器；所述反应容器设有与所述灭活腔连通的第一进液口和设有第一控制阀的第一排液口；所述磁力架设有用于控制所述磁力架磁力有无的磁力控制开关；所述检测容器设有第二进液口和设有第二控制阀的第二排液口，所述第二进液口与所述反应容器的第一排液口相连通；所述检测反应器还包括保护盒，所述保护盒设置在所述风管外，所述磁力架、所述反应容器、所述检测容器均设置在所述保护盒内；

加液器，用于向所述反应容器分别加入裂解液、漂洗液、洗脱液和逆转录扩增缓冲液；

废液收集器，与所述第一排液口、所述第二排液口相连通；

检测识别装置，包括处理器和用于识别所述基因芯片检测结果的信号读取装置，所述信号读取装置与所述处理器电连接；

空调通风控制系统，与所述处理器电连接，用以控制空调通风设备的通风动作。

2.根据权利要求1所述的空调通风系统的病毒监测系统，其特征在于：所述空气颗粒采集器还包括放置有若干备用颗粒吸附物的吸附物存放位，所述传送装置的一端伸入所述吸附物存放位并与所述颗粒吸附物连接。

3.根据权利要求1所述的空调通风系统的病毒监测系统，其特征在于：所述颗粒吸附物为琼脂膜。

4.根据权利要求1所述的空调通风系统的病毒监测系统，其特征在于：所述加液器包括分别与所述反应容器连通的裂解液容器、漂洗液容器、洗脱液容器、逆转录扩增缓冲液容器，所述裂解液容器、所述漂洗液容器、所述洗脱液容器、所述逆转录扩增缓冲液容器分别通过第三控制阀控制与所述反应容器之间的连通；还包括分别与所述裂解液容器、所述漂洗液容器、所述洗脱液容器、所述逆转录扩增缓冲液容器连接的用于提供加液动力的加液动力装置。

5.根据权利要求4所述的空调通风系统的病毒监测系统，其特征在于：所述第三控制阀和所述加液动力装置整合在一起为电动充液阀。

6.根据权利要求1所述的空调通风系统的病毒监测系统，其特征在于：所述废液收集器包括与所述第一排液口、第二排液口相连通的废液腔，所述废液腔的入口处设有控制连通的第四控制阀；还包括用于提供排液动力的排液动力装置。

7.根据权利要求6所述的空调通风系统的病毒监测系统，其特征在于：所述第四控制阀和所述排液动力装置整合在一起为电动吸液阀。

8.根据权利要求1所述的空调通风系统的病毒监测系统，其特征在于：所述空调通风控制系统包括以下模块的一种或多种：

用于控制对流型冷热末端关闭的对流型冷热末端控制模块；

用于控制回风机组关闭的回风机组控制模块；

用于控制新风机组风量大小的新风机组控制模块；

用于控制排风机组开启的排风机组控制模块。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的空调通风系统的病毒监测系统，其特征在于：还包括与所述空调通风控制系统电连接的报警器。

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