CN113109101A - 微生物气溶胶采样单元及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微生物气溶胶采样单元以及包含该采样单元的微生物气溶胶采样装置。该采样单元包括：进气筒，包含下端开口的进气筒本体、位于该进气筒本体的外部并且具有螺旋状导流通道的导流蜗壳、以及位于进气筒本体内的抽排气管；以及采样杯，安装在进气筒本体的下端部，内部用于盛装富集缓冲液，其中，进气筒本体具有顶壁和侧壁，顶壁的中央位置设有抽排气孔，侧壁设有与螺旋状导流通道相匹配的螺旋状进气孔，导流蜗壳设置在进气筒本体位于螺旋状进气孔的位置处，上端部形成有用于供外部的空气进入的进气口，抽排气管设置在顶壁位于抽排气孔的位置处并且沿着进气筒本体的长度方向布置，下端部设有朝向该抽排气管的外侧凸出的环状折返挡流凸缘。

Description

微生物气溶胶采样单元及装置

技术领域

本发明属于生物气溶胶采样技术领域，具体涉及一种微生物气溶胶采样单元以及包含该采样单元的微生物气溶胶采样装置。

背景技术

致病微生物气溶胶经飞沫、空气传播途径可在大型公共空间、室内共同聚集和生活的人群间快速传播并爆发感染。快速收集和检测空气有害微生物组份，是预防、控制微生物污染物危害的首要手段。

目前，微生物气溶胶采样装置有以下三种：

(1)固体撞击式，代表设备是Anderson采样器，Anderson采样器将空气样品采集到固体培养基，经培养后计数，实现对空气微生物总数的监测。其有优点是操作简单，缺点是培养耗时至少需24-72h，识别结果滞后性明显。

(2)液体撞击式，代表设备是Biosampler采样器，Biosampler采样器可将空气气溶胶样品富集于液体介质，但采样流量为12.5L/min富集所需工作浓度的微生物耗时长，长时间富集易导致微生物死亡，存在应用场景的局限性。

(3)湿壁气旋静电捕获式，代表设备是

系列产品。

系列产品是大流量微生物气溶胶采样技术，最大流量可达800L/min，具有快速采集目标微生物的优点。但该类大流量采样装置的共同缺陷是：高速排出的气流会带走大量气液混合气溶胶，导致采样过程中采样液损失率高，需外置补液装置通过蠕动泵持续补液维持捕获装置中捕获液体积，未考虑经排气气路损失的气液混合微生物数量，导致采样微生物定量检测不准确，尤其不适用于对一些特定环境中风险指示微生物的定量、定性分析。

发明内容

本发明是为了解决上述技术问题而进行的，目的在于提供一种微生物气溶胶采样单元以及包含该采样单元的微生物气溶胶采样装置，不仅能够对空气中的微生物气溶胶进行高效的富集采样，而且能够有效减少富集缓冲液的损失，使得后续的定量检测结果更加准确。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

<方案一>

本发明提供了一种微生物气溶胶采样单元，与能够产生负压的负压生成器相连接，用于在负压的作用下对空气中的微生物气溶胶进行采样富集，具有这样的特征，包括：进气筒，包含下端开口的进气筒本体、位于该进气筒本体的外部并且具有螺旋状导流通道的螺旋导流蜗壳、以及位于进气筒本体内的抽排气管；以及采样杯，安装在进气筒本体的下端部，内部用于盛装对微生物气溶胶进行富集的富集缓冲液，其中，进气筒本体具有顶壁和侧壁，顶壁的中央位置设有抽排气孔，侧壁设有与螺旋状导流通道相匹配的螺旋状进气孔，螺旋导流蜗壳设置在进气筒本体位于螺旋状进气孔的位置处，并且螺旋状导流通道和螺旋状进气孔相连通，螺旋导流蜗壳的上端部形成有用于供外部的空气进入的进气口，抽排气管设置在顶壁位于抽排气孔的位置处并且沿着进气筒本体的长度方向布置，下端部设有朝向该抽排气管的外侧凸出的环状折返挡流凸缘。

在本发明提供的微生物气溶胶采样单元中，还可以具有这样的特征：其中，螺旋导流蜗壳含有作为蜗壳顶壁的顶壁、作为蜗壳底壁的底壁、以及作为蜗壳侧壁的侧壁，蜗壳顶壁和蜗壳底壁的内侧部分别与螺旋状进气孔的边缘相连接，蜗壳侧壁的上端部和下端部分别与蜗壳顶壁和蜗壳底壁的外侧部相连接。

在本发明提供的微生物气溶胶采样单元中，还可以具有这样的特征：其中，蜗壳侧壁在进气筒本体的长度方向上的宽度沿着从上往下的方向逐渐增大，蜗壳顶壁和蜗壳侧壁在进气筒本体的径向上的宽度均沿着从上往下的方向逐渐减小。

在本发明提供的微生物气溶胶采样单元中，还可以具有这样的特征：其中，螺旋导流蜗壳、抽排气管以及进气筒本体一体成型。

在本发明提供的微生物气溶胶采样单元中，还可以具有这样的特征：其中，抽排气孔、抽排气管、环状折返挡流凸缘分别设定为第一抽排气孔、第一抽排气管、第一环状折返挡流凸缘，微生物气溶胶采样单元还包括气液分离筒，该气液分离筒包含分离筒本体、以及位于该分离筒本体内的作为第二抽排气管的抽排气管，分离筒本体位于进气筒本体的上方，底部的中央位置具有用于与第一抽排气孔连接且连通的抽排气口，顶部的中央位置具有作为第二抽排气孔的抽排气孔，第二抽排气管设置在分离筒本体的顶部位于第二抽排气孔的位置处并且沿着分离筒本体的长度方向布置，下端部设有朝向该第二抽排气管的外侧凸出的环状折返挡流凸缘作为第二环状折返挡流凸缘。

在本发明提供的微生物气溶胶采样单元中，还可以具有这样的特征：其中，分离筒本体由呈上下布置的上筒体和下筒体构成，上筒体为下端开口的圆筒体，该圆筒体的顶壁上设有第二抽排气孔，下筒体为倒圆锥筒体，该倒圆锥筒体的下端部形成抽排气口。

在本发明提供的微生物气溶胶采样单元中，还可以具有这样的特征：其中，倒圆锥筒体的锥度为30-45°。

在本发明提供的微生物气溶胶采样单元中，还可以具有这样的特征：其中，第一环状折返挡流凸缘和第二环状折返挡流凸缘的宽度均为1-3mm。

在本发明提供的微生物气溶胶采样单元中，还可以具有这样的特征：其中，采样杯包含杯本体，该杯本体具有锥度为55-75°的倒圆锥体状的内侧壁。

<方案二>

本发明还提供了一种微生物气溶胶采样装置，具有这样的特征，包括：负压生成器，用于生成负压；以及至少一个采样单元，分别与负压生成器相连接，用于在负压的作用下对空气中的微生物气溶胶进行采样，其中，采样单元为<方案一>的微生物气溶胶采样单元。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的微生物气溶胶采样单元以及包含该采样单元的微生物气溶胶采样装置，因为进气筒包含进气筒本体、具有螺旋状导流通道的螺旋导流蜗壳、以及抽排气管，进气筒本体的顶壁的中央位置设有抽排气孔，进气筒本体的侧壁设有与螺旋状导流通道相匹配的螺旋状进气孔，螺旋导流蜗壳设置在进气筒本体位于螺旋状进气孔的位置处，并且螺旋状导流通道和螺旋状进气孔相连通，螺旋导流蜗壳的上端部形成有用于供外部的空气进入的进气口，抽排气管设置在顶壁位于抽排气孔的位置处并且沿着进气筒本体的长度方向布置，下端部设有朝向该抽排气管的外侧凸出的环状折返挡流凸缘，所以，本发明不仅能够同时利用气旋离心分离和液体撞击捕获两种方式对空气中的微生物气溶胶进行高效的富集采样，而且通过环状折返挡流凸缘的挡流折返分离，能够有效减少富集缓冲液的损失，使得后续定量检测结果更加准确。

附图说明

图1是本发明的实施例一中微生物气溶胶采样装置的结构原理图；

图2是本发明的实施例一中采样单元的剖面结构示意图；

图3是本发明的实施例二中微生物气溶胶采样装置的结构原理图；以及

图4是本发明的实施例二中采样单元的剖面结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的微生物气溶胶采样单元以及包含该采样单元的微生物气溶胶采样装置的目的、特征和效果。

<实施例一>

图1是本发明的实施例一中微生物气溶胶采样装置的结构原理图。

如图1所示，在本实施例一中，微生物气溶胶采样装置100用于对空气中的感染性或传染性的有害微生物气溶胶进行采样富集，包括负压生成器10、采样单元20以及控制部(图中未示出)。

如图1所示，负压生成器10用于生成负压并将该负压输送给采样单元20，包括负压生成器本体11、负压输送管12以及置放架13。

负压生成器本体11用于生成负压，本实施例一中，该负压生成器11为真空泵。

负压输送管12用于将负压生成器本体11生成的负压输送给采样单元20，其一个端部与负压生成器本体11的出口相连接，另一个端部与采样单元20中的抽排气口211d相连接且连通。

置放架13用于放置负压生成器11。

图2是本发明的实施例一中采样单元的剖面结构示意图。

如图1和图2所示，采样单元20接受负压生成器本体11生成的负压，用于在该负压的作用下对空气中的微生物气溶胶进行采样富集。该采样单元20包括进气筒21以及采样杯22。

如图1和图2所示，进气筒21包含进气筒本体211、螺旋导流蜗壳212以及抽排气管213。

如图1和图2所示，进气筒本体211为下端开口的圆筒体，具有顶壁211a和侧壁211b。

顶壁211a的中央位置设有抽排气孔211c，该抽排气孔211c通过抽排气口211d与负压输送管12相连接且连通。

侧壁211b设有沿进气筒本体211的周向螺旋延伸的螺旋状进气孔211e。

如图1和图2所示，螺旋导流蜗壳212位于进气筒本体211的外部并且固定设置在进气筒本体211位于螺旋状进气孔211e的位置处，内部具有与螺旋状进气孔211e相匹配的螺旋状导流通道，该螺旋状导流通道和螺旋状进气口211e相连通。螺旋导流蜗壳212的上端部和侧壁211b共同形成有用于供外部的空气进入的进气口212a。

螺旋导流蜗壳212含有顶壁212b、底壁212c以及侧壁212d。顶壁212b和底壁212c的内侧部分别与螺旋进气孔211e的上边缘和下边缘相连接且密封，侧壁212d的上端部和下端部分别与顶壁212b和底壁212c的外侧部相连接且密封，顶壁212b、底壁212c以及侧壁212d所围成的内部空间形成上述的螺旋状导流通道，从而使得螺旋状导流通道具有螺旋进气孔211e相匹配的出气口。在本实施例一中，顶壁212b和底壁212c在进气筒本体211的径向上的宽度均沿着从上往下的方向逐渐减小，侧壁212d在进气筒本体211的长度方向上的宽度沿着从上往下的方向逐渐增大。

如图2所示，抽排气管213位于进气筒本体211内，固定设置在进气筒本体211的顶壁211a位于抽排气孔211c的位置处并且沿着进气筒本体211的长度方向布置。抽排气管213的下端部设有朝向该抽排气管213的外侧凸出的环状折返挡流凸缘213a，该环状折返挡流凸缘213a的宽度为1-3mm，本实施例一中，环状折返挡流凸缘213a的宽度为2mm。

在本实施例一中，进气筒本体211、螺旋导流蜗壳212以及抽排气管213为3D打印一体成型。

如图1和图2所示，采样杯22可拆卸地安装在进气筒本体211的下端部，用于对空气中的微生物气溶胶进行富集采样。该采样杯22包含杯座221、杯本体222以及连接插口223。

杯座221用于放置杯本体222。

杯本体222设置在杯座211上，其内部用于盛装对微生物气溶胶进行富集浓缩的富集缓冲液。在本实施例一中，杯本体222为倒圆锥筒，具有锥度为55-75°的倒圆锥体状的内侧壁。

连接插口223设置在杯本体222的上端部，具有与进气筒本体221相匹配的形状和尺寸，采样杯22通过连接插口223套接在进气筒本体222的下端部上的方式可拆卸地安装在进气筒本体211上。

在本实施例一中，杯座221、杯本体222以及连接插口223为3D打印一体成型。

控制部与负压生成器本体11通信连接，用于控制该负压生成器本体11进行工作。

在本实施例一中，微生物气溶胶采样装置100的工作原理为：

采样前，先将富集缓冲液加入到采样杯22内，再将采样杯22安装在进气筒22上。然后，再将采样单元20与负压输送管12相连接。

采样时，控制部控制负压生成器本体11开启，为采样单元20提供负压。在负压的作用下，含有微生物气凝胶的空气F经进气口212a进入螺旋导流蜗壳212中，在气旋式离心力的作用下在螺旋导流蜗壳212中形成气旋流，然后该气旋流作为外旋流F1依次沿着进气筒本体211侧壁211b的内表面和采样杯本体222的内侧壁作从上往下螺旋形旋转运动，并高速撞击采样杯本体222内的富集缓冲液，此时，富集缓冲液在气旋流的离心力作用下充分雾化、并捕获微生物气溶胶。

当外旋流F1到达采样杯本体222的底部转而形成沿轴心向上作螺旋形旋转运动的气旋流作为内旋流(图中未示出)，该内旋流包含有少量气液混合气溶胶。当内旋流向上经过环状折返挡流凸缘213a后，在环状折返挡流凸缘213a和进气筒211的顶壁211a之间的空间内形成上下折返的二次流F2，气体组分依次经过抽排气管213和抽排气孔211c而排出，液体组分回流至采样杯22内。

实施例一的作用与效果

根据本实施例一所涉及的微生物气溶胶采样单元以及包含该采样单元的微生物气溶胶采样装置，因为进气筒包含进气筒本体、具有螺旋状导流通道的螺旋导流蜗壳、以及抽排气管，进气筒本体的顶壁的中央位置设有抽排气孔，进气筒本体的侧壁设有与螺旋状导流通道相匹配的螺旋状进气孔，螺旋导流蜗壳设置在进气筒本体位于螺旋状进气孔的位置处，并且螺旋状导流通道和螺旋状进气孔相连通，螺旋导流蜗壳的上端部形成有用于供外部的空气进入的进气口，抽排气管设置在顶壁位于抽排气孔的位置处并且沿着进气筒本体的长度方向布置，下端部设有朝向该抽排气管的外侧凸出的环状折返挡流凸缘，所以，本实施例一不仅能够同时利用气旋离心分离和液体撞击捕获两种方式对空气中的微生物气溶胶进行高效的富集采样，而且通过环状折返挡流凸缘的挡流折返分离，能够有效减少富集缓冲液的损失，使得后续定量检测结果更加准确。

另外，因为螺旋导流蜗壳含有顶壁、底壁以侧壁，顶壁和侧壁在进气筒本体的径向上的宽度均沿着从上往下的方向逐渐减小，侧壁在进气筒本体的长度方向上的宽度沿着从上往下的方向逐渐增大，使得所形成的涡流的气旋力度更大，从而气溶胶更容易溶解至富集缓冲液中，进一步提高采样效率。

此外，因为螺旋导流蜗壳、抽排气管以及进气筒本体一体成型，使得进气筒成为一体件，无需连接组装，进一步保证了进气筒的进排气的稳定性。

<实施例二>

本实施例二是实施例一的进一步改进，对于和实施例一中相同的构成要素，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图3是本发明的实施例二中微生物气溶胶采样装置的结构原理图。

如图3所示，在本实施例二中，微生物气溶胶采样装置200包括负压生成器10、采样单元220以及控制部。

图4是本发明的实施例二中采样单元的剖面结构示意图。

如图3和图4所示，采样单元220包括进气筒21、采样杯22以及气液分离筒23。

在本实施例二中，进气筒21未设置抽排气口211d。

如图3和图4所示，气液分离筒23包含分离筒本体231以及抽排气管232。

如图4所示，分离筒本体231位于进气筒本体211的上方，由呈上下布置的上筒体231a和下筒体231b构成。

上筒体231a为下端开口的圆筒体，该圆筒体的顶壁的中央位置设有抽排气孔231c，该抽排气孔231c通过抽排气口231d与负压输送管12相连接且连通。

下筒体23b为倒圆锥筒体，该倒圆锥筒体的下端部形成抽排气口，该抽排气口与抽排气孔211c连接且连通。在本实施例二中，倒圆锥筒体的锥度为30-45°。

如图4所示，抽排气管232位于上筒体231a内，固定设置在上筒体231a的顶壁位于抽排气孔231c的位置处并且沿着分离筒本体231的长度方向布置。抽排气管232的下端部设有朝向该抽排气管232的外侧凸出的环状折返挡流凸缘232a，该环状折返挡流凸缘232a的宽度为1-3mm，本实施例二中，环状折返挡流凸缘232a的宽度为2mm。

从抽排气孔211c排出的含有极少量气液混合气溶胶的气流经气液分离筒23下端的抽排气口进入气液分离筒23内，在环状折返挡流凸缘232a和下筒体231b之间的空间内形成上下折返的三次流F3，气体组分依次经过抽排气管抽排气管232和抽排气孔231c而排出，液体组分回流至采样杯22内。

实施例二的作用与效果

根据本实施例二所涉及的微生物气溶胶采样单元以及包含该采样单元的微生物气溶胶采样装置，除了具有与实施例一相同的作用与效果之外，因为具有气液分离筒，该气液分离筒包含分离筒本体以及抽排气管，分离筒本体位于进气筒本体的上方，底部的中央位置具有用于与抽排气孔连接且连通的抽排气口，顶部的中央位置具有抽排气孔，抽排气管设置在分离筒本体的顶部位于抽排气孔的位置处并且沿着分离筒本体的长度方向布置，下端部设有朝向该抽排气管的外侧凸出的环状折返挡流凸缘，所以，与实施例一相比，本实施例二通过气液分离筒及二次环状折返挡流凸缘的挡流折返分离，通过多次气液分离设计，能够更加有效地减少富集缓冲液损失，进一步保证了后续定量检测结果的准确性。

另外，因为分离筒本体由呈上下布置的上筒体和下筒体构成，上筒体为下端开口的圆筒体，该圆筒体的顶壁上设有第二抽排气孔，下筒体为倒圆锥筒体，该倒圆锥筒体的下端部形成抽排气口，结构简单，易于制造，成本低。

此外，因为气液分离筒为一体件，无需连接组装，进一步保证了气液分离的稳定性。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

例如，在上述实施方式中，微生物气溶胶采样装置仅具有一个采样单元。但是，在本发明中，微生物气溶胶采样装置也可以具有多个采样单元，实现采样单元的可抛弃、一次性使用，有效避免采样过程中复杂的消毒过程以及不同批次采样的交叉污染。

Claims (10)

1.一种微生物气溶胶采样单元，与能够产生负压的负压生成器相连接，用于在所述负压的作用下对空气中的微生物气溶胶进行采样富集，其特征在于，包括：

进气筒，包含下端开口的进气筒本体、位于该进气筒本体的外部并且具有螺旋状导流通道的螺旋导流蜗壳、以及位于所述进气筒本体内的抽排气管；以及

采样杯，安装在所述进气筒本体的下端部，内部用于盛装对所述微生物气溶胶进行富集的富集缓冲液，

其中，所述进气筒本体具有顶壁和侧壁，

所述顶壁的中央位置设有抽排气孔，

所述侧壁设有与所述螺旋状导流通道相匹配的螺旋状进气孔，

所述螺旋导流蜗壳设置在所述进气筒本体位于所述螺旋状进气孔的位置处，并且所述螺旋状导流通道和所述螺旋状进气孔相连通，

所述螺旋导流蜗壳的上端部形成有用于供外部的空气进入的进气口，

所述抽排气管设置在所述顶壁位于所述抽排气孔的位置处并且沿着所述进气筒本体的长度方向布置，下端部设有朝向该抽排气管的外侧凸出的环状折返挡流凸缘。

2.根据权利要求1所述的微生物气溶胶采样单元，其特征在于：

其中，所述螺旋导流蜗壳含有作为蜗壳顶壁的顶壁、作为蜗壳底壁的底壁、以及作为蜗壳侧壁的侧壁，

所述蜗壳顶壁和所述蜗壳底壁的内侧部分别与所述螺旋状进气孔的边缘相连接，

所述蜗壳侧壁的上端部和下端部分别与所述蜗壳顶壁和所述蜗壳底壁的外侧部相连接。

3.根据权利要求2所述的微生物气溶胶采样单元，其特征在于：

其中，所述蜗壳侧壁在所述进气筒本体的长度方向上的宽度沿着从上往下的方向逐渐增大，

所述蜗壳顶壁和所述蜗壳侧壁在所述进气筒本体的径向上的宽度均沿着从上往下的方向逐渐减小。

4.根据权利要求1所述的微生物气溶胶采样单元，其特征在于：

其中，所述螺旋导流蜗壳、所述抽排气管以及所述进气筒本体一体成型。

5.根据权利要求1所述的微生物气溶胶采样单元，其特征在于：

其中，所述抽排气孔、所述抽排气管、所述环状折返挡流凸缘分别设定为第一抽排气孔、第一抽排气管、第一环状折返挡流凸缘，

所述微生物气溶胶采样单元还包括气液分离筒，该气液分离筒包含分离筒本体、以及位于该分离筒本体内的作为第二抽排气管的抽排气管，

所述分离筒本体位于所述进气筒本体的上方，底部的中央位置具有用于与所述第一抽排气孔连接且连通的抽排气口，顶部的中央位置具有作为第二抽排气孔的抽排气孔，

所述第二抽排气管设置在所述分离筒本体的顶部位于所述第二抽排气孔的位置处并且沿着所述分离筒本体的长度方向布置，下端部设有朝向该第二抽排气管的外侧凸出的环状折返挡流凸缘作为第二环状折返挡流凸缘。

6.根据权利要求5所述的微生物气溶胶采样单元，其特征在于：

其中，所述分离筒本体由呈上下布置的上筒体和下筒体构成，

所述上筒体为下端开口的圆筒体，该圆筒体的顶壁上设有所述第二抽排气孔，

所述下筒体为倒圆锥筒体，该倒圆锥筒体的下端部形成所述抽排气口。

7.根据权利要求6所述的微生物气溶胶采样单元，其特征在于：

其中，所述倒圆锥筒体的锥度为30-45°。

8.根据权利要求5所述的微生物气溶胶采样单元，其特征在于：

其中，所述第一环状折返挡流凸缘和所述第二环状折返挡流凸缘的宽度均为1-3mm。

9.根据权利要求1所述的微生物气溶胶采样单元，其特征在于：

其中，所述采样杯包含杯本体，该杯本体具有锥度为55-75°的倒圆锥体状的内侧壁。

10.一种微生物气溶胶采样装置，其特征在于，包括：

负压生成器，用于生成负压；以及

至少一个采样单元，分别与所述负压生成器相连接，用于在所述负压的作用下对空气中的微生物气溶胶进行采样，

其中，所述采样单元为权利要求1-9中任意一项所述的微生物气溶胶采样单元。

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