CN112285077B - 一种生物气溶胶浓度监测装置及监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物气溶胶检测技术领域，具体涉及一种生物气溶胶浓度监测装置及监测方法。本发明中，采样进气口与采样杯连通；采样杯杯口处设有进液管，进液管通过选通阀和蠕动泵分别与采样液储液瓶、洗涤液储液瓶连通；采样杯底部设有排液管，排液管通过选通阀和蠕动泵与检测池，检测池位于遮光盒内部，遮光盒内还设有荧光探测器，检测池通过蠕动泵与反应试剂1储液瓶、反应试剂2储液瓶连通；排液管和检测池通过选通阀和蠕动泵与留样瓶连通。本发明能够对生物气溶胶进行快速自动化采样和检测，从而实现对环境卫生的实时、连续监测。

Description

一种生物气溶胶浓度监测装置及监测方法
技术领域
本发明属于生物气溶胶检测技术领域，具体涉及一种生物气溶胶浓度监测装置及监测方法。
背景技术
气溶胶是指由固体或液态微粒分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，微粒中含有微生物或生物大分子等生物物质的气溶胶称为生物气溶胶。生物气溶胶主要包括细菌、病毒、真菌、孢子等，能或多或少影响人体健康。生物气溶胶颗粒易通过呼吸传播，引发感染、急性毒性反应、过敏以及炎症反应等。由于生物气溶胶的机动性很大，若空气中存在致病微生物，则极易造成严重的传染性疾病，如流感、SARS、COVID-19等，从而引发重大的公共卫生问题。因此，实现对生物气溶胶的实时快速监测对环境的卫生学监督与保护具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于，为减少操作人员暴露于污染空气的风险、避免人工操作过程中对检测试剂造成的污染、提高样本处理的一致性，本发明提供了一种生物气溶胶监测装置及监测方法，基于液体撞击法生物气溶胶采样技术和ATP生物荧光检测技术结合，可对生物气溶胶进行快速自动化采样和检测，从而实现对环境卫生的实时、连续监测。
本发明采用的技术方案：
一种生物气溶胶浓度监测装置，包括采样进气口、采样杯、检测池、遮光盒、荧光探测器、采样液储液瓶、洗涤液储液瓶、反应试剂1储液瓶、反应试剂2储液瓶、留样瓶，采样进气口与采样杯连通；采样杯杯口处设有进液管，进液管通过选通阀和蠕动泵分别与采样液储液瓶、洗涤液储液瓶连通；采样杯底部设有排液管，排液管通过选通阀和蠕动泵与检测池，检测池位于遮光盒内部，遮光盒内还设有荧光探测器，检测池通过蠕动泵与反应试剂1储液瓶、反应试剂2储液瓶连通；排液管和检测池通过选通阀和蠕动泵与留样瓶连通。
所述采样进气口、采样杯构成生物气溶胶采集单元，用以将空气中的微生物颗粒快速收集到采集液中；检测池、遮光盒、荧光探测器构成荧光探测单元，用以探测荧光信号；采样液储液瓶、洗涤液储液瓶、反应试剂1储液瓶、反应试剂2储液瓶、留样瓶构成储液单元，用以存储检测中的样本液、检测试剂、废液和洗涤液。
所述生物气溶胶采集单元还包括大流量风机、清洁进气口、第一选通阀，大流量风机通过连接管与采样杯连通，通过调节大流量风机的流速来控制采样流速，清洁进气口和采样进气口垂直连接，第一选通阀位于清洁进气口和采样进气口的交叉连接处，清洁进气口内部设有空气滤芯。
所述进液管与第一蠕动泵连接，第一蠕动泵与第四选通阀连接，第四选通阀分别通过连接管、连接管与采样液储液瓶、洗涤液储液瓶连通。
所述采样液储液瓶中为经灭菌的0.85％氯化钠溶液，洗涤液储液瓶中为无菌去离子水。
所述检测池的顶部与第三蠕动泵、第四蠕动泵连接，第三蠕动泵、第四蠕动泵分别通过连接管、连接管与反应试剂1储液瓶、反应试剂2储液瓶连通。
所述排液管与第二蠕动泵连接，第二蠕动泵与第二选通阀连接，第二选通阀分别与检测池和第三选通阀连接，检测池的底部通过连接管与第五蠕动泵连接，第五蠕动泵与第三选通阀连接，第三选通阀通过连接管与废液池连通，第三选通阀还通过连接管与留样瓶连接。
所述第二选通阀、第三选通阀、第四选通阀和第一蠕动泵、第二蠕动泵、第五蠕动泵、第三蠕动泵、第四蠕动泵构成自动加样单元，自动加样单元用以连通生物气溶胶采集单元、储液单元、荧光探测单元，实现液体的转移。
所述反应试剂1储液瓶中为荧光素酶反应液，反应试剂2储液瓶中为裂解液；所述采样液为经灭菌的0.85％氯化钠溶液，所述洗涤液为单次检测后冲洗采样杯和检测池的洁净液体。
一种生物气溶胶浓度监测装置的监测方法，包括如下步骤：
步骤1、通过控制第一蠕动泵和第四选通阀，从采样液储液瓶中吸取定量采样液注入采样杯中，加入采样液体积5-10mL；
步骤2、控制第一选通阀，使采样进气口与采样杯直接连通，同时关闭进气口与采样杯的通路；然后启动大流量风机，开始气溶胶采样；采样时间根据需要可设定为1-5min；
步骤3、采样结束，控制第二蠕动泵和第二选通阀向检测池中加入50μL采样杯中的样本液；
步骤4、接着，控制第三蠕动泵向检测池中加入125μL反应液，使用荧光探测器实时检测荧光值，待相对发光值下降至本底水平，控制第四蠕动泵向检测池中加入25μL裂解液，而后开始检测样本荧光值，检测时间为30s；
步骤5、荧光检测结束后，控制第二蠕动泵、第二选通阀和第三选通阀，吸取采样杯中样本液1mL加入留样瓶中，以备复检使用，采样杯中剩余的采样液通过控制第二蠕动泵、第二选通阀和第三选通阀将其全部吸入废液瓶中；
步骤6、检测结束后需要对采样杯进行充分清洗，控制第一蠕动泵和第四选通阀向采样杯中加入15mL洗涤液，然后控制第一选通阀，切断采样进气口，同时联通清洁进气口，空气经空气滤芯过滤后为洁净的空气，启动大流量风机，利用洁净空气对采样杯进行整体清洗；然后控制第二蠕动泵、第二选通阀和第三选通阀，将液体吸入废液瓶；
步骤7、洗涤结束后可进行下一轮采样检测。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明提供一种生物气溶胶监测装置，将生物气溶胶采集和检测融合在一台设备中，有效简化了人工操作，避免了对检测试剂的污染，可自动完成采样、检测以及清洗过程，提高了检测效率；
(2)本发明提供一种生物气溶胶监测装置，生物气溶胶采集单元、自动加样单元和荧光检测单元的功能实现由上位机程序进行控制，使用时，将该装置放置于待测环境中，设置好检测参数，即可开始自动采集生物气溶胶样本、检测荧光值并得出微生物浓度结果，单次检测过程可在10min内完成；(3)本发明提供一种生物气溶胶监测方法，操作简单，避免了操作人员暴露的风险，提高了检测效率，为空气微生物检测提供了连续、有效的监测工具；
(4)本发明提供一种生物气溶胶监测装置及监测方法，可用于连续监测公共场所、室内、无菌车间、医院等场所的环境空气质量，可快速对生物气溶胶进行预警，是空气“清洁度”前期预判的一个重要工具。
附图说明
图1为本发明提供的一种生物气溶胶浓度监测装置示意图；
图中：1-大流量风机，2-连接管，3-清洁进气口，4-空气滤芯，5-第一选通阀，6-采样进气口，7-采样杯，8-排液管，9-进液管，10-第一蠕动泵，11-第二蠕动泵，12-第二选通阀，13-检测池，14-遮光盒，15-连接管，16-荧光探测器，17-第五蠕动泵，18-第三选通阀，19-连接管，20-废液池，21-连接管，22-采样液储液瓶，23-连接管，24-洗涤液储液瓶，25-第四选通阀，26-第三蠕动泵，27-连接管，28-反应试剂1储液瓶，29-第四蠕动泵，30-连接管，31-反应试剂2储液瓶,32-连接管，33-留样瓶。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种生物气溶胶浓度监测装置作进一步详细说明。
下面，本例以空气细菌浓度检测为例对生物气溶胶浓度监测装置的应用举例说明。
如图1所示，本发明提供一种生物气溶胶浓度监测装置，包括生物气溶胶采集单元，用以将空气中的微生物颗粒快速收集到采集液中；自动加样单元，用以根据检测需要，自动向检测池中加入样本液、检测试剂和洗涤液；荧光探测单元，用以探测荧光信号；储液单元，用以存储检测中的样本液、检测试剂、废液和洗涤液等，生物气溶胶采集单元、荧光探测单元、储液单元通过自动加样单元连接，通过上位机程序控制各单元功能实现，可自动完成生物气溶胶采样、样本处理、荧光检测和洗涤处理等。
其中，生物气溶胶采集单元包括大流量风机1、采样进气口6、采样杯7；大流量风机1通过连接管2与采样杯7连通，采样进气口6与采样杯7连通，清洁进气口3和采样进气口6垂直连接，第一选通阀5位于6和3的交叉连接处，清洁进气口3内部设有空气滤芯4。
生物气溶胶采集单元的采样流速可通过调节大流量风机1的流速来控制；液体的转移通过蠕动泵联合选通阀控制的方式来实现。
自动加样单元可实现自动、准确控制实验样品的分配和转移，在本系统中由第二选通阀12、第三选通阀18、第四选通阀25和第一蠕动泵10、第二蠕动泵11、第五蠕动泵17、第三蠕动泵26、第四蠕动泵29构成。储液单元具有储存液体检测试剂和样本的功能，包括采样液储液瓶22、洗涤液储液瓶24、反应试剂1储液瓶28、反应试剂2储液瓶31；生物气溶胶采集单元与自动加样单元连通；
采样杯7杯口处设有进液管9，进液管9与第一蠕动泵10连接，第一蠕动泵10与第四选通阀25连接，第四选通阀25分别通过连接管21、连接管23与采样液储液瓶22、洗涤液储液瓶24连通，采样液储液瓶22中为经灭菌的0.85％氯化钠溶液，洗涤液储液瓶24中为无菌去离子水；
采样杯7底部设有排液管8，排液管8与第二蠕动泵11连接，第二蠕动泵11与第二选通阀12连接，第二选通阀12分别与检测池13和第三选通阀18连接，第三选通阀18通过连接管19与废液池20连通；
荧光探测单元包括检测池13、遮光盒14、荧光探测器16，检测池13位于遮光盒14内部，遮光盒14内还设有荧光探测器16，检测池13的顶部与第三蠕动泵26、第四蠕动泵29连接，第三蠕动泵26、第四蠕动泵29分别通过连接管27、连接管30与反应试剂1储液瓶28、反应试剂2储液瓶31连通；
检测池13的底部通过连接管15与第五蠕动泵17连接，第五蠕动泵17与第三选通阀18连接，第三选通阀18还通过连接管32与留样瓶33连接。
反应试剂1储液瓶28中为反应液(荧光素酶)，反应试剂2储液瓶31中为裂解液。由于所述储液瓶20、22、24与反应试剂储液瓶28、31、留样瓶33的存储环境不同，如废液瓶20、采样液储液瓶22和洗涤液储液瓶24放置于常温环境下即可，而反应试剂储液瓶28、反应试剂储液瓶31和留样瓶33需要在4℃条件下存储，同时由于试剂的存储要求，反应试剂储液瓶28和反应试剂储液瓶31为两个装有检测试剂的避光储液瓶，在实际应用中，可根据要求将对应储液瓶进行存储，因此，本例的储液瓶为可拆卸拼接。
所述采样液为经灭菌的0.85％氯化钠溶液，所述反应试剂包括反应液(荧光素酶)和裂解液，所述洗涤液为单次检测后冲洗采样杯和检测池的洁净液体。
ATP生物发光法是一种通过检测细胞内源性ATP含量得到发光值，进而反映被测样本中微生物含量的一种快速定量微生物的有效方法。近年来，ATP生物发光法被广泛应用于食品生产加工、包装消毒评价、生产环境卫生安全质量检测，以及医院环境物体表面、医护人员手部微生物污染的评估检测等，该方法简单、快速且灵敏度高，可在几分钟内得到监测结果，对卫生监督管理和微生物污染防控具有十分重要的现实意义。在实际应用中，ATP生物发光检测技术以微生物体内的ATP作为检测对象，能无差别地检测出样本中ATP的含量，可间接反映被测样本中微生物的总量，在微生物快速检测方面具有显著的优势。在有效采集生物气溶胶样本的基础上，通过检测荧光强度可推测被测样本中的微生物浓度。针对空气中的微生物绝大部分为非可培养微生物这一特点，相较于传统的培养法，ATP生物发光检测法能快速、准确地反映出空气微生物的浓度，从而实现对空气中微生物浓度的实时监测。
本发明提供一种生物气溶胶浓度监测方法，包括如下步骤：
步骤1、通过控制第一蠕动泵10和第四选通阀25，从采样液储液瓶22中吸取定量采样液注入采样杯7中，加入采样液体积5-10mL；
步骤2、控制第一选通阀5，使采样进气口6与采样杯7直接连通，同时关闭进气口3与采样杯7的通路。然后启动大流量风机1，开始气溶胶采样。采样时间根据需要可设定为1-5min，优选3min；
步骤3、采样结束，控制第二蠕动泵11和第二选通阀12向检测池13中加入50μL采样杯7中的样本液；
步骤4、接着，控制第三蠕动泵26向检测池中加入125μL反应液，使用荧光探测器16实时检测荧光值，待相对发光值下降至本底水平(30以下)，控制第四蠕动泵29向检测池中加入25μL裂解液，而后开始检测样本荧光值，检测时间为30s(累计相对发光值)；
步骤5、荧光检测结束后，控制第二蠕动泵11、第二选通阀12和第三选通阀18，吸取采样杯7中样本液1mL加入留样瓶33中，以备复检使用，采样杯7中剩余的采样液通过控制第二蠕动泵11、第二选通阀12和第三选通阀18将其全部吸入废液瓶20中；
步骤6、检测结束后需要对采样杯进行充分清洗，控制第一蠕动泵10和第四选通阀25向采样杯7中加入15mL洗涤液，然后控制第一选通阀5，切断采样进气口6，同时联通清洁进气口3，空气经空气滤芯4过滤后为洁净的空气，启动大流量风机1，利用洁净空气对采样杯7进行整体清洗。然后控制第二蠕动泵11、第二选通阀12和第三选通阀18，将液体吸入废液瓶20。
步骤7、洗涤结束后可进行下一轮采样检测。
整个采样、检测、清洁过程可在15min内完成。
本发明在实验结束后，将废液按照实验室相关要求处理，其余液体储液瓶分别存储于适宜条件下。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种生物气溶胶浓度监测装置，其特征在于：包括采样进气口（6）、采样杯（7）、检测池（13）、遮光盒（14）、荧光探测器（16）、采样液储液瓶（22）、洗涤液储液瓶（24）、反应试剂1储液瓶（28）、反应试剂2储液瓶（31）、留样瓶（33），采样进气口（6）与采样杯（7）连通；采样杯（7）杯口处设有进液管（9），进液管（9）通过选通阀和蠕动泵分别与采样液储液瓶（22）、洗涤液储液瓶（24）连通；采样杯（7）底部设有排液管（8），排液管（8）通过选通阀和蠕动泵与检测池（13），检测池（13）位于遮光盒（14）内部，遮光盒（14）内还设有荧光探测器（16），检测池（13）通过蠕动泵与反应试剂1储液瓶（28）、反应试剂2储液瓶（31）连通；排液管（8）和检测池（13）通过选通阀和蠕动泵与留样瓶（33）连通；所述反应试剂1储液瓶（28）中为荧光素酶反应液，反应试剂2储液瓶（31）中为裂解液；
所述生物气溶胶采集单元还包括大流量风机（1）、清洁进气口（3）、第一选通阀（5），大流量风机（1）通过连接管（2）与采样杯（7）连通，通过调节大流量风机（1）的流速来控制采样流速，清洁进气口（3）和采样进气口（6）垂直连接，第一选通阀（5）位于清洁进气口（3）和采样进气口（6）的交叉连接处，清洁进气口（3）内部设有空气滤芯（4）；
所述进液管（9）与第一蠕动泵（10）连接，第一蠕动泵（10）与第四选通阀（25）连接，第四选通阀（25）分别通过连接管（21）、连接管（23）与采样液储液瓶（22）、洗涤液储液瓶（24）连通；
所述检测池（13）的顶部与第三蠕动泵（26）、第四蠕动泵（29）连接，第三蠕动泵（26）、第四蠕动泵（29）分别通过连接管（27）、连接管（30）与反应试剂1储液瓶（28）、反应试剂2储液瓶（31）连通；
所述排液管（8）与第二蠕动泵（11）连接，第二蠕动泵（11）与第二选通阀（12）连接，第二选通阀（12）分别与检测池（13）和第三选通阀（18）连接，检测池（13）的底部通过连接管（15）与第五蠕动泵（17）连接，第五蠕动泵（17）与第三选通阀（18）连接，第三选通阀（18）通过连接管（19）与废液瓶（20）连通，第三选通阀（18）还通过连接管（32）与留样瓶（33）连接。
2.根据权利要求1所述的一种生物气溶胶浓度监测装置，其特征在于：所述采样进气口（6）、采样杯（7）构成生物气溶胶采集单元，用以将空气中的微生物颗粒快速收集到采集液中；检测池（13）、遮光盒（14）、荧光探测器（16）构成荧光探测单元，用以探测荧光信号；采样液储液瓶（22）、洗涤液储液瓶（24）、反应试剂1储液瓶（28）、反应试剂2储液瓶（31）、留样瓶（33）构成储液单元，用以存储检测中的样本液、检测试剂、废液和洗涤液。
3.根据权利要求1所述的一种生物气溶胶浓度监测装置，其特征在于：所述采样液储液瓶（22）中为经灭菌的0.85%氯化钠溶液，洗涤液储液瓶（24）中为无菌去离子水。
4.根据权利要求3所述的一种生物气溶胶浓度监测装置，其特征在于：所述第二选通阀（12）、第三选通阀（18）、第四选通阀（25）和第一蠕动泵（10）、第二蠕动泵（11）、第五蠕动泵（17）、第三蠕动泵（26）、第四蠕动泵（29）构成自动加样单元，自动加样单元用以连通生物气溶胶采集单元、储液单元、荧光探测单元，实现液体的转移。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种生物气溶胶浓度监测装置的监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤（1）、通过控制第一蠕动泵（10）和第四选通阀（25），从采样液储液瓶（22）中吸取定量采样液注入采样杯（7）中，加入采样液体积5-10 mL；
步骤（2）、控制第一选通阀（5），使采样进气口（6）与采样杯（7）直接连通，同时关闭进气口（3）与采样杯（7）的通路；然后启动大流量风机（1），开始气溶胶采样；采样时间根据需要可设定为1-5 min；
步骤（3）、采样结束，控制第二蠕动泵（11）和第二选通阀（12）向检测池（13）中加入50 μL采样杯（7）中的样本液；
步骤（4）、接着，控制第三蠕动泵（26）向检测池中加入125 μL反应液，使用荧光探测器（16）实时检测荧光值，待相对发光值下降至本底水平，控制第四蠕动泵（29）向检测池中加入25 μL 裂解液，而后开始检测样本荧光值，检测时间为30 s；
步骤（5）、荧光检测结束后，控制第二蠕动泵（11）、第二选通阀（12）和第三选通阀（18），吸取采样杯（7）中样本液1 mL加入留样瓶（33）中，以备复检使用，采样杯（7）中剩余的采样液通过控制第二蠕动泵（11）、第二选通阀（12）和第三选通阀（18）将其全部吸入废液瓶（20）中；
步骤（6）、检测结束后需要对采样杯进行充分清洗，控制第一蠕动泵（10）和第四选通阀（25）向采样杯（7）中加入15 mL洗涤液，然后控制第一选通阀（5），切断采样进气口（6），同时联通清洁进气口（3），空气经空气滤芯（4）过滤后为洁净的空气，启动大流量风机（1），利用洁净空气对采样杯（7）进行整体清洗；然后控制第二蠕动泵（11）、第二选通阀（12）和第三选通阀（18），将液体吸入废液瓶（20）；步骤（7）、洗涤结束后可进行下一轮采样检测。
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