CN112378821B - 一种可携带病毒气溶胶粒子捕获系统及方法 - Google Patents
一种可携带病毒气溶胶粒子捕获系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112378821B CN112378821B CN202011251419.6A CN202011251419A CN112378821B CN 112378821 B CN112378821 B CN 112378821B CN 202011251419 A CN202011251419 A CN 202011251419A CN 112378821 B CN112378821 B CN 112378821B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aerosol
- aerosol particles
- particles capable
- anode
- viruses
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 title claims abstract description 103
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 241000700605 Viruses Species 0.000 title claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 7
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 6
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 2
- 238000005092 sublimation method Methods 0.000 claims description 2
- 230000003612 virological effect Effects 0.000 claims 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 239000005427 atmospheric aerosol Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 1
- 230000005180 public health Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
本发明涉及一种可携带病毒气溶胶粒子捕获系统及方法,该系统包括柔性场致发射微锥阵列、阳极、气溶胶粒子发生器、捕获薄膜和高速成像装置,高速成像装置为高速显微摄像机或光谱仪,气溶胶粒子发生器产生可携带病毒的气溶胶粒子分布在柔性场致发射微锥阵列与阳极之间,柔性场致发射微锥阵列作为阴极发射电子,电子在与可携带病毒的气溶胶粒子相互作用过程中被吸附,并使可携带病毒的气溶胶粒子向阳极移动,放置在阳极前方的捕获薄膜将可携带病毒的气溶胶粒子捕获,实现可携带病毒的气溶胶粒子的捕获。本发明能够有效捕获可携带病毒的气溶胶。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学技术领域,更具体地说,涉及一种可携带病毒气溶胶粒子捕获系统及方法。
背景技术
可携带病毒的气溶胶传播是一些病毒传播的重要途径,目前,对其主要是通过通风方法减弱其传播,在一些特殊情况与场所可携带病毒的气溶胶的防控存在较大困难,如何将可携带病毒的气溶胶传播阻断和滤除是国内外公共卫生防疫界的迫切需求。目前对于可携带病毒的气溶胶的研究大多侧重于大气气溶胶对于环境的影响,研究集中于开发监测可携带病毒的气溶胶化学成分的新技术,并没有针对可携带病毒的气溶胶粒子在空气中的团聚与分离对其运动特性的影响进行深入研究,以获得可携带病毒的气溶胶在空气中粒径与空间分布变化的时空特性。而在实验研究方面,目前的可携带病毒的气溶胶粒子检测方法都依赖于质谱技术,质谱技术主要基于非现场实验室分析,对空气中可携带病毒的气溶胶粒子的变化动力学过程观测有一定局限,需要借助新型光电手段进行分析研究。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为解决现有技术存在的问题,本发明提供一种可携带病毒气溶胶粒子捕获系统及方法。
(二)技术方案
为了达到上述目的,本发明采用的主要技术方案包括:
设计一种基于柔性场致微锥阵列的可携带病毒气溶胶粒子捕获系统,该系统包括柔性场致发射微锥阵列、阳极、气溶胶粒子发生器、捕获薄膜和高速成像装置,所述高速成像装置为高速显微摄像机或光谱仪,所述气溶胶粒子发生器产生可携带病毒的气溶胶粒子分布在柔性场致发射微锥阵列与阳极之间,所述柔性场致发射微锥阵列作为阴极发射电子,电子在与可携带病毒的气溶胶粒子相互作用过程中被吸附,并使可携带病毒的气溶胶粒子向所述阳极移动,放置在所述阳极前方的捕获薄膜将可携带病毒的气溶胶粒子捕获,实现可携带病毒的气溶胶粒子的捕获。
本发明还提供一种基于柔性场致微锥阵列的可携带病毒气溶胶粒子捕获方法,该方法应用上述捕获可携带病毒的气溶胶的系统,该方法包括以下步骤:
步骤1),所述气溶胶粒子发生器产生可携带病毒的气溶胶粒子分布在柔性场致发射微锥阵列与阳极之间;
步骤2),所述柔性场致发射微锥阵列作为阴极发射电子,电子在与可携带病毒的气溶胶粒子相互作用过程中被吸附;
步骤3),可携带病毒的气溶胶粒子吸附电子之后向所述阳极移动,放置在所述阳极前方的捕获薄膜将可携带病毒的气溶胶粒子捕获。
(三)有益效果
本发明与现有技术相比,具有以下有益效果:
本发明针对可携带病毒的气溶胶粒子的复杂性,建立可携带病毒的气溶胶粒子在空气中团聚与分离动力学过程的物理数学模型,获得可携带病毒的气溶胶的传播机制与规律;本发明研究可携带病毒的气溶胶粒子与电子相互作用的机制,获得空气中的可携带病毒的气溶胶粒子加载上电子的物理机制;本发明提出场致发射系统滤除可携带病毒的气溶胶粒子的方法,该场致发射系统应用基于MEMS的柔性微锥阵列阴极。
附图说明
图1是本发明提供的一种可携带病毒气溶胶粒子捕获系统的结构示意图。
图中:柔性场致发射微锥阵列1、阳极2、气溶胶粒子发生器3、捕获薄膜4、高速成像装置5、可携带病毒的气溶胶粒子6。
具体实施方式
为了更好的解释本发明,以便于理解,下面结合附图,通过具体实施方式,对本发明作详细描述。
本发明主要基于新型光电探测技术和电子场致发射理论,先进行理论方法和技术原理的创新,采用理论建模与实验相结合的研究方法,对可携带病毒的气溶胶粒子在空气中的团聚、分离与运动等动力学过程进行深入研究,建立可近似描述可携带病毒的气溶胶粒子动力学过程的数学物理模型,如公式(1)所示,获得可携带病毒的气溶胶粒子的时空分布规律。
公式(1)中,n(v,0)=n0(v)为初始条件,n(0,t)=0为边界条件。公式(1)左边第一项表示气溶胶密度随着时间的变化;公式(1)左边第二项表示在凝结与增长过程中单位体积内气溶胶颗粒数量的变化,其中G(v)为相应的变化率。当气溶胶没有蒸发、沉淀、升华过程发生时,我们把系数G(v)称之为增长系数。很多情况下,增长系数G(v)关于气溶胶体积成正比,即G=σ0v,其中σ0是G(v)的相关系数。公式(1)右边两个积分项表示在气溶胶Brownian凝并过程中单位体积气溶胶颗粒数量所产生的变化,其中β表示凝并系数。
以此为基础,研究电子与可携带病毒的气溶胶粒子相互作用的动力学过程以及在可携带病毒的气溶胶粒子上加载电子的物理电子学机理。电子对气溶胶粒子冲击是多模态动力学耦合过程,需要探究不同能量电子能量耗散的分离和表征方法,以获得各种气溶胶粒子能量与电荷模式的理论模型。气溶胶经过微锥阵列结构时与气溶胶粒子相互作用,气溶胶粒子与电子发生碰撞时,由于电子质量远小于气溶胶粒子,非弹性碰撞的能量损耗主要由电子提供。将所有碰撞能量损耗求和得到电子能量损耗。整个系统的能量守恒式可表示为:
公式(2)中,xj表示参加j碰撞的粒子的摩尔分数,kj表示碰撞反应速率系数,Nn表示电中性粒子密度,Δεj表示碰撞j能量损耗的区域,其速率系数可表示为:
公式(3)和公式(4)中,me表示电子质量,ε表示能源,σk表示碰撞横截面。
结合基于MEMS技术的柔性场致发射阵列,设计捕获可携带病毒的气溶胶粒子的场致发射系统,获得一种可携带病毒气溶胶粒子捕获系统及方法。
如图1所示,本发明提供一种基于柔性场致微锥阵列的可携带病毒的气溶胶粒子捕获系统,该系统包括柔性场致发射微锥阵列1、阳极2、气溶胶粒子发生器3、捕获薄膜4和高速成像装置5。所述高速成像装置5为高速显微摄像机或光谱仪,在本发明实施例中,高速成像装置5拟采用高速数字相机,拍摄气溶胶运动过程和尺寸变化动态过程的图像,分析电子密度和气溶胶粒子运动的时空特性,通过实验研究其的空间与时间分辩谱,研究不同实验条件下电子与气溶胶粒子相互作用动态过程的时间分辨阴影图,分析研究其中各物理量的瞬时分布及其演变规律。所述气溶胶粒子发生器3产生可携带病毒的气溶胶粒子分布在柔性场致发射微锥阵列1与阳极2之间,所述柔性场致发射微锥阵列1作为阴极发射电子,电子在与可携带病毒的气溶胶粒子相互作用过程中被吸附,并使可携带病毒的气溶胶粒子向所述阳极2移动,放置在所述阳极2前方的捕获薄膜4将可携带病毒的气溶胶粒子捕获,实现可携带病毒的气溶胶粒子的捕获。
本发明还提供一种基于柔性场致微锥阵列的可携带病毒的气溶胶粒子捕获方法,该方法应用上述捕获可携带病毒的气溶胶的系统,该方法包括以下步骤:
步骤1),所述气溶胶粒子发生器3产生可携带病毒的气溶胶粒子分布在柔性场致发射微锥阵列1与阳极2之间;
步骤2),所述柔性场致发射微锥阵1列作为阴极发射电子,电子在与可携带病毒的气溶胶粒子6相互作用过程中被吸附;
步骤3),可携带病毒的气溶胶粒子6吸附电子之后向所述阳极2移动,放置在所述阳极2前方的捕获薄膜4将可携带病毒的气溶胶粒子捕获。
附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本发明的保护之内。
Claims (2)
1.一种基于柔性场致微锥阵列的可携带病毒气溶胶粒子捕获系统,该系统包括柔性场致发射微锥阵列(1)、阳极(2)、气溶胶粒子发生器(3)、捕获薄膜(4)和高速成像装置(5),所述高速成像装置(5)为高速显微摄像机或光谱仪,所述气溶胶粒子发生器(3)产生可携带病毒的气溶胶粒子分布在柔性场致发射微锥阵列(1)与阳极(2)之间,所述柔性场致发射微锥阵列(1)作为阴极发射电子,电子在与可携带病毒的气溶胶粒子相互作用过程中被吸附,并使可携带病毒的气溶胶粒子向所述阳极(2)移动,放置在所述阳极(2)前方的捕获薄膜(4)将可携带病毒的气溶胶粒子捕获,实现可携带病毒的气溶胶粒子的捕获;
获得可携带病毒的气溶胶粒子的时空分布规律为:
公式(1)中,n(v,0)=n0(v)为初始条件,n(0,t)=0为边界条件;公式(1)左边第一项表示气溶胶密度随着时间的变化;公式(1)左边第二项表示在凝结与增长过程中单位体积内气溶胶颗粒数量的变化,其中G(v)为相应的变化率;当气溶胶没有蒸发、沉淀、升华过程发生时,系数G(v)为增长系数;增长系数G(v)关于气溶胶体积成正比,即G=σ0v,其中σ0为G(v)的相关系数;公式(1)右边两个积分项表示在气溶胶Brownian凝并过程中单位体积气溶胶颗粒数量所产生的变化,其中β表示凝并系数;
整个系统的能量守恒式表示为:
公式(2)中,xj表示参加碰撞的粒子的摩尔分数,kj表示碰撞反应速率系数,Nn表示电中性粒子密度,Δεj表示碰撞j能量损耗的区域,其速率系数表示为:
公式(3)和公式(4)中,me表示电子质量,ε表示能源,σk表示碰撞横截面。
2.根据权利要求1所述的基于柔性场致微锥阵列的可携带病毒气溶胶粒子捕获系统,其特征在于,捕获系统的运行方法包括以下步骤:
步骤1),所述气溶胶粒子发生器(3)产生可携带病毒的气溶胶粒子分布在柔性场致发射微锥阵列(1)与阳极(2)之间;
步骤2),所述柔性场致发射微锥阵列(1)作为阴极发射电子,电子在与可携带病毒的气溶胶粒子相互作用过程中被吸附;
步骤3),可携带病毒的气溶胶粒子吸附电子之后向所述阳极(2)移动,放置在所述阳极(2)前方的捕获薄膜(4)将可携带病毒的气溶胶粒子捕获。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011251419.6A CN112378821B (zh) | 2020-11-09 | 2020-11-09 | 一种可携带病毒气溶胶粒子捕获系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011251419.6A CN112378821B (zh) | 2020-11-09 | 2020-11-09 | 一种可携带病毒气溶胶粒子捕获系统及方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112378821A CN112378821A (zh) | 2021-02-19 |
CN112378821B true CN112378821B (zh) | 2024-05-03 |
Family
ID=74578655
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202011251419.6A Active CN112378821B (zh) | 2020-11-09 | 2020-11-09 | 一种可携带病毒气溶胶粒子捕获系统及方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112378821B (zh) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5476538A (en) * | 1993-07-13 | 1995-12-19 | Japan Atomic Energy Research Institute | Method of removing aerosols by the radiation effect |
KR20030085829A (ko) * | 2002-05-02 | 2003-11-07 | 조병철 | 임핀저를 이용한 에어로졸 바이러스 포집 방법 |
CN101609776A (zh) * | 2009-07-17 | 2009-12-23 | 武汉理工大学 | 可折叠场致发射显示器的结构及其制作方法 |
KR100951610B1 (ko) * | 2009-09-10 | 2010-04-07 | 대한민국 | Gis기반 기후변화 영향평가 시스템 및 그 방법 |
CN101769846A (zh) * | 2008-12-29 | 2010-07-07 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种带电气溶胶粒子透镜 |
CN205887165U (zh) * | 2016-05-13 | 2017-01-18 | 北京大华铭科环保科技有限公司 | 扫频‑静电联合空气处理系统 |
CN111366512A (zh) * | 2020-04-21 | 2020-07-03 | 中南大学 | 一种高速列车客室内携病原体颗粒物传播机理研究方法 |
KR102164528B1 (ko) * | 2019-07-16 | 2020-10-13 | 연세대학교 산학협력단 | 바이오에어로졸 모니터링 장치 및 그 방법 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8539840B2 (en) * | 2008-02-05 | 2013-09-24 | Enertechnix, Inc | Aerosol collection apparatus and methods |
-
2020
- 2020-11-09 CN CN202011251419.6A patent/CN112378821B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5476538A (en) * | 1993-07-13 | 1995-12-19 | Japan Atomic Energy Research Institute | Method of removing aerosols by the radiation effect |
KR20030085829A (ko) * | 2002-05-02 | 2003-11-07 | 조병철 | 임핀저를 이용한 에어로졸 바이러스 포집 방법 |
CN101769846A (zh) * | 2008-12-29 | 2010-07-07 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种带电气溶胶粒子透镜 |
CN101609776A (zh) * | 2009-07-17 | 2009-12-23 | 武汉理工大学 | 可折叠场致发射显示器的结构及其制作方法 |
KR100951610B1 (ko) * | 2009-09-10 | 2010-04-07 | 대한민국 | Gis기반 기후변화 영향평가 시스템 및 그 방법 |
CN205887165U (zh) * | 2016-05-13 | 2017-01-18 | 北京大华铭科环保科技有限公司 | 扫频‑静电联合空气处理系统 |
KR102164528B1 (ko) * | 2019-07-16 | 2020-10-13 | 연세대학교 산학협력단 | 바이오에어로졸 모니터링 장치 및 그 방법 |
CN111366512A (zh) * | 2020-04-21 | 2020-07-03 | 中南大学 | 一种高速列车客室内携病原体颗粒物传播机理研究方法 |
Non-Patent Citations (9)
Title |
---|
Ascendant bioinspired antireflective materials: Opportunities and challenges coexist;Zhiwu Han, Zhibin Jiao, Shichao Niu;《Progress in Materials Science》;20190731;1-68 * |
Preparation of Airborne Ag/CNT Hybrid Nanoparticles Using an Aerosol Process and Their Application to Antimicrobial Air Filtration;Jae Hee Jung;《Langmuir 》;10256–10264 * |
中国大气气溶胶中水溶性离子的污染特征;曹双;吴丹;陈利珍;夏俊荣;陆建刚;刘刚;李凤英;杨孟;;环境科学与技术;20160815(第08期);103-115 * |
微生物气溶胶静电收集技术研究;徐羽贞;《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20151015;1-146 * |
李一辰 ; 佘璐.中国大陆地区气溶胶时空变化及影响因素分析.《绿色科技》.2020,4-9. * |
激光雷达白天探测大气边界层气溶胶;张改霞;赵曰峰;张寅超;赵培涛;;物理学报;20081115(第11期);7390-7395 * |
病毒气溶胶检测的进展和评论;车凤翔;《中国卫生检验杂志》;259-263 * |
童杏林 ; 姜德生 ; 刘恋 ; 刘忠明.脉冲激光沉积PMN-PT薄膜及其性能研究.《光子学报》.2008,494-497. * |
高压脉冲电场中细颗粒物凝并的实验研究;王曦;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;1-67 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN112378821A (zh) | 2021-02-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Offerhaus et al. | A magnifying lens for velocity map imaging of electrons and ions | |
CN105070631B (zh) | 具有增强的灵敏度和质量分辨能力的四极质谱仪 | |
EP2301062B1 (en) | Detection of positive and negative ions | |
Brouard et al. | The application of the fast, multi-hit, pixel imaging mass spectrometry sensor to spatial imaging mass spectrometry | |
JP5993677B2 (ja) | 飛行時間型質量分析計及び飛行時間型質量分析計の制御方法 | |
CN106415777A (zh) | 具有轴向脉动转换器的多反射飞行时间质谱仪 | |
CN103069539A (zh) | 具有积聚电子碰撞离子源的飞行时间质谱仪 | |
CN1695222A (zh) | 粒子-光学装置与检测装置 | |
TW200832490A (en) | Electrostatic ion trap | |
CN105051857B (zh) | 利用电子碰撞电离的分析设备 | |
Felton et al. | Evaluation of a fourth-generation focal plane camera for use in plasma-source mass spectrometry | |
CN211654767U (zh) | 一种直线式飞行时间质谱垂直式光电子速度成像仪 | |
CN112378821B (zh) | 一种可携带病毒气溶胶粒子捕获系统及方法 | |
US11300484B1 (en) | Method for analysis of aerosolized biological species in epidemic and pandemic prediction | |
CN105826159B (zh) | 飞行时间测定型质量分析装置 | |
Shagam et al. | Continuous temporal ion detection combined with time-gated imaging: Normalization over a large dynamic range | |
Nomerotski et al. | Pixel imaging mass spectrometry with fast silicon detectors | |
CN105301278A (zh) | 一种实现电子和离子速度影像同时测量的方法及装置 | |
Johnson | Formation of Na-containing molecular ions at Io | |
Motohashi et al. | 3D-momentum-imaging spectroscopy of fragment ions produced in electron transfer collisions between energy-gain selected Arq+ (q= 3, 8, 9, 11 and 12) and CF4 molecules | |
Xing et al. | Photoelectron imaging of multiply charged anions: Effects of intramolecular Coulomb repulsion and photoelectron kinetic energies on photoelectron angular distributions | |
JP3774770B2 (ja) | 質量分析法、及び質量分析装置 | |
DuBois | Forward electron emission in C q+-He collisions | |
CN109923408A (zh) | 离子分析装置 | |
US20090309021A1 (en) | Ion detection method and apparatus with scanning electron beam |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |