CN115266480A - 一种可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置及实验方法，包括密封箱、环境因子调节装置、生物气溶胶输入装置、生物气溶胶采集装置、压差平衡装置、输气管、紫外灯。本发明所述的可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置集成生物气溶胶的发生、反应、采集及环境条件控制多种功能，有利于优化反应空间，控制环境变量，减小实验误差，为生物气溶胶传播控制领域的研究提供稳定可靠的密封反应器。本发明所述的可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置的检测方法在确保最大实验精度与最小实验误差条件下优化实验流程，建立了一种描述密闭环境内生物气溶胶变化规律的实验方法，在生物气溶胶传播与污染控制方面具有良好的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于环境监测领域，尤其是涉及一种可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置及实验方法。
背景技术
近年来全球频繁爆发大范围的呼吸道传染疾病疫情造成了大量人员感染和死亡，给人类健康带来严重威胁，每种传染病都由特异的病原体引起，病原体可以是病毒、细菌、真菌、寄生虫等微生物。随着城市化进程的加快，人与动物、人与人之间频繁密切的接触导致交叉感染的风险大大提高。携带病原体的动物与人的接触过程中将病原体传播给人类而使人患病，患有传染病的病人呼出的气流中包含大量携带病原体的飞沫和飞沫核等，病原体通过生物气溶胶传播给易感染人群是空气传染病的重要传播方式。
每人每天大约要在室内度过90％的时间，如住宅、健身房、学校、工作场所、公共交通场所等。对于很多人来说，暴露于室内致病微生物所带来的健康风险可能会大于与室外污染有关的健康风险。空气质量差的室内环境更容易对儿童、青少年、老年人、慢性呼吸道疾病患者和心血管疾病患者等弱势群体造成危害，因此，当前针对较密闭环境中生物气溶胶中微生物的传播规律及变化机制引起人们的广泛关注。
受制于实验空间与采样方法，当前针对室内生物气溶胶的研究主要在较大的实际房间中进行，这就导致在该实验空间下进行的研究存在环境因子不可控、系统误差大、空气环境易受认为污染的局限性，且当前的采样方法主要为重力沉降法与多点采样法，很难描述生物气溶胶在整个空间内的变化规律，因此，当前亟需一种可模拟环境条件、系统误差小、代表性强的生物气溶胶反应装置，并基于此装置设计实验方法对生物气溶胶在环境中的变化规律进行系统验证。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置及实验方法，集成生物气溶胶的发生、反应、采集及环境条件控制多种功能，有利于优化反应空间，控制环境变量，减小实验误差，同时在确保最大实验精度与最小实验误差条件下优化实验流程，建立一种描述密闭环境内生物气溶胶变化规律的实验方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置，包括密封箱、环境因子调节装置、生物气溶胶输入装置、生物气溶胶采集装置、压差平衡装置、输气管、紫外灯，
所述密封箱为进行气溶胶反应的反应容器，
所述环境因子调节装置用于调节密封箱内部温度、湿度，
所述生物气溶胶输入装置用于向密封箱内部输入均匀稳定的气溶胶，
所述生物气溶胶采集装置用于采集密封箱内部生物气溶胶，
所述压差平衡装置用于保证密封箱内外压力恒定并隔离外界微生物，
所述输气管用于向密封箱内输入或抽出生物气溶胶，
所述紫外灯用于密封箱的清洗流程。
优选的，所述密封箱由可拆卸顶盖、密封垫、无盖箱体构成，这三部分通过4-9个搭锁扣紧密相连，所述密封箱容积为200-300L，所述无盖箱体的材质为双层PVC塑料，可起到保温作用。
优选的，所述环境因子调节装置由温湿度传感器、制冷片、加热片、无菌水槽、超声雾化器构成，温湿度传感器可实时检测并显示当前密封箱内温湿度，通过制冷片与加热片保持密封箱内温度在设定温度上下1℃范围内波动，通过超声雾化器将无菌水槽内的无菌水转化为水蒸气输入密封箱中，从而调节密封箱内的湿度。
优选的，所述生物气溶胶输入装置由气溶胶发生器、气溶胶缓冲器构成，所述气溶胶缓冲器末端设有6-12个输入口。
优选的，所述生物气溶胶采集装置由采样器及抽气泵构成，所述采样器内置采样平板。
优选的，所述压差平衡装置由连通器外壳与内部滤膜组成，所述滤膜为直径80-90mm、孔径0.1-0.3μm的玻璃纤维滤膜。
优选的，所述输气管为内径6-12mm的无菌硅胶软管。
一种应用了上述任一所述的可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置的实验方法，包括以下步骤：
通过环境因子调节装置设定密封箱内温度为3-30℃、相对湿度为10-90％，气溶胶发生器以1-10L/min稳定流速将生物气溶胶通入气溶胶缓冲器中，待生物气溶胶混合均匀再通过输入口释放到密封箱中，生物气溶胶在密封箱中自由扩散0-240min后通过抽气泵将其全部抽出，抽气过程中生物性粒子被截留在采样平板上，抽气过程中压差平衡装置保持内外压差一致，抽气结束后清洗密封箱再重新进行生物气溶胶反应。
优选的，所述气溶胶发生器工作时间为1-20min，所述抽气泵工作效率为20-30L/min，工作时间为7-15min。
优选的，清洗密封箱包括以下步骤：
打开可拆卸顶盖，取出采样器中的采样平板，清洗采样器并放入新的采样平板后将其放回原处，用75％酒精喷洒密封箱内部，用75％酒精浸泡过的无菌棉布擦拭密封箱内壁，待酒精挥发后盖好可拆卸顶盖再次密封，打开紫外灯杀菌10-20min，确保密封箱内部无因打开可拆卸顶盖而落入的细菌。
相对于现有技术，本发明所述一种可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置及实验方法具有以下优势：
(1)当前针对较密闭环境中生物气溶胶微生物的传播规律及变化机制引起人们的广泛关注，本发明可在反应箱内部模拟环境中的温度、湿度因素并于外界环境隔离，建立了一个相对于外界环境独立的反应体系。
(2)本发明集成生物气溶胶的发生、反应、采集及环境条件控制多种功能，有利于优化反应空间，控制环境变量，减小实验误差，为生物气溶胶传播控制领域的研究提供稳定可靠的密封反应器。
(3)本发明在确保最大实验精度与最小实验误差条件下优化实验流程，建立了一种描述密闭环境内生物气溶胶变化规律的实验方法，在生物气溶胶传播与污染控制方面具有良好的应用价值。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的对生物气溶胶进行自然衰减实验的结果图。
附图标记说明：
1、密封箱；11、可拆卸顶盖；12、密封垫；13、无盖箱体；14、搭锁扣；2、环境因子调节装置；21、温湿度传感器；22、制冷片；23、加热片；24、无菌水槽；25、超声雾化器；3、生物气溶胶输入装置；31、气溶胶发生器；32、气溶胶缓冲器；33、气溶胶缓冲器；4、生物气溶胶采集装置；41、采样器；42、抽气泵；5、压差平衡装置；6、输气管；7、紫外灯。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例及附图来详细说明本发明。
如图1所示，本发明的可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置，包括密封箱1、环境因子调节装置2、生物气溶胶输入装置3、生物气溶胶采集装置4、压差平衡装置5、输气管6、紫外灯7，
所述密封箱1为进行气溶胶反应的反应容器，
所述环境因子调节装置2用于调节密封箱内部温度、湿度，
所述生物气溶胶输入装置3用于向密封箱1内部输入均匀稳定的气溶胶，
所述生物气溶胶采集装置4用于采集密封箱1内部生物气溶胶，
所述压差平衡装置5用于保证密封箱1内外压力恒定并隔离外界微生物，
所述输气管6用于向密封箱1内输入或抽出生物气溶胶，
所述紫外7灯用于密封箱的清洗流程。
优选的，所述密封箱1由可拆卸顶盖11、密封垫12、无盖箱体13构成，这三部分通过4个搭锁扣14紧密相连，所述密封箱1容积为300L，所述无盖箱体13的材质为双层PVC塑料，所述环境因子调节装置2由温湿度传感器21、制冷片22、加热片23、无菌水槽24、超声雾化器25构成，温湿度传感器21可实时检测并显示当前密封箱1内温湿度，通过制冷片22与加热片23保持密封箱1内温度在设定温度上下1℃范围内波动，通过超声雾化器25将无菌水槽24内的无菌水转化为水蒸气输入密封箱1中，从而调节密封箱内1的湿度，所述生物气溶胶输入装置3由气溶胶发生器31、气溶胶缓冲器32构成，所述气溶胶缓冲器32末端设有10个输入口33，所述生物气溶胶采集装置4由采样器41及抽气泵42构成，所述采样器41内置采样平板，所述压差平衡装置5由连通器外壳与内部滤膜组成，所述滤膜为直径90mm、孔径0.2μm的玻璃纤维滤膜，所述输气管6为内径8mm的无菌硅胶软管，所述紫外灯7的波长为254nm。
使用时，通过环境因子调节装置2设定密封箱1内温度为20℃、相对湿度为20％，本实施例选用ATM-226型气溶胶发生器31，以4L/min稳定流速将生物气溶胶通入气溶胶缓冲器32中，气溶胶发生器31工作时间为5min，待生物气溶胶混合均匀再通过输入口33释放到密封箱1中，生物气溶胶在密封箱1中自由扩散0/2/5/10/18/30/45/60/90/120/150/180min后通过抽气泵42将其全部抽出，抽气泵42工作效率为30L/min，工作10min可将密封箱1内生物性粒子全部取出，抽气过程中生物性粒子被截留在采样平板上，本实施例选用Anderson采样器41，采样平板为提前制备好的无菌固体培养基，抽气过程中压差平衡装置5保持内外压差一致，抽气结束后清洗密封箱1再重新进行生物气溶胶反应。
密封箱1的清洗步骤为：打开可拆卸顶盖11，取出采样器41中的采样平板，清洗采样器41并放入新的采样平板后将其放回原处，用75％酒精喷洒密封箱1内部，用75％酒精浸泡过的无菌棉布擦拭密封箱1内壁，待酒精挥发后盖好可拆卸顶盖12再次密封，打开紫外灯7杀菌10-20min，确保密封箱1内部无因打开可拆卸顶盖12而落入的细菌。生物气溶胶自然衰减结果如图2所示，证明可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置及实验方法对生物气溶胶在环境中的变化规律能进行较好的实验验证。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置，其特征在于：包括密封箱、环境因子调节装置、生物气溶胶输入装置、生物气溶胶采集装置、压差平衡装置、输气管、紫外灯，
所述密封箱为进行气溶胶反应的反应容器，
所述环境因子调节装置用于调节密封箱内部温度、湿度，
所述生物气溶胶输入装置用于向密封箱内部输入均匀稳定的气溶胶，
所述生物气溶胶采集装置用于采集密封箱内部生物气溶胶，
所述压差平衡装置用于保证密封箱内外压力恒定并隔离外界微生物，
所述输气管用于向密封箱内输入或抽出生物气溶胶，
所述紫外灯用于密封箱的清洗流程。
2.根据权利要求1所述的可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置，其特征在于：所述密封箱由可拆卸顶盖、密封垫、无盖箱体构成，这三部分通过4-9个搭锁扣紧密相连，所述密封箱容积为200-300L，所述无盖箱体的材质为双层PVC塑料，可起到保温作用。
3.根据权利要求1所述的可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置，其特征在于：所述环境因子调节装置由温湿度传感器、制冷片、加热片、无菌水槽、超声雾化器构成，温湿度传感器可实时检测并显示当前密封箱内温湿度，通过制冷片与加热片保持密封箱内温度在设定温度上下1℃范围内波动，通过超声雾化器将无菌水槽内的无菌水转化为水蒸气输入密封箱中，从而调节密封箱内的湿度。
4.根据权利要求1所述的可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置，其特征在于：所述生物气溶胶输入装置由气溶胶发生器、气溶胶缓冲器构成，所述气溶胶缓冲器末端设有6-12个输入口。
5.根据权利要求1所述的可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置，其特征在于：所述生物气溶胶采集装置由采样器及抽气泵构成，所述采样器内置采样平板。
6.根据权利要求1所述的可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置，其特征在于：所述压差平衡装置由连通器外壳与内部滤膜组成，所述滤膜为直径80-90mm、孔径0.1-0.3μm的玻璃纤维滤膜。
7.根据权利要求1所述的可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置，其特征在于：所述输气管为内径6-12mm的无菌硅胶软管。
8.根据权利要求1所述的可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置，其特征在于：所述紫外灯的波长为200-270nm。
9.一种应用了如权利要求1-8任可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过环境因子调节装置设定密封箱内温度为3-30℃、相对湿度为10-90％，气溶胶发生器以1-10L/min稳定流速将生物气溶胶通入气溶胶缓冲器中，待生物气溶胶混合均匀再通过输入口释放到密封箱中，生物气溶胶在密封箱中自由扩散0-240min后通过抽气泵将其全部抽出，抽气过程中生物性粒子被截留在采样平板上，抽气过程中压差平衡装置保持内外压差一致，抽气结束后清洗密封箱再重新进行生物气溶胶反应。
10.根据权利要求9所述的可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置的实验方法，其特征在于：所述气溶胶发生器工作时间为1-20min，所述抽气泵工作效率为20-30L/min，工作时间为7-15min。
11.根据权利要求9所述的可模拟环境条件的生物气溶胶反应装置的实验方法，其特征在于，清洗密封箱包括以下步骤：
打开可拆卸顶盖，取出采样器中的采样平板，清洗采样器并放入新的采样平板后将其放回原处，用75％酒精喷洒密封箱内部，用75％酒精浸泡过的无菌棉布擦拭密封箱内壁，待酒精挥发后盖好可拆卸顶盖再次密封，打开紫外灯杀菌10-20min，确保密封箱内部无因打开可拆卸顶盖而落入的细菌。
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| CN116420629A (zh) * | 2023-03-16 | 2023-07-14 | 浙江大学 | 一种多功能动物暴露实验装置 |
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| CN116420629A (zh) * | 2023-03-16 | 2023-07-14 | 浙江大学 | 一种多功能动物暴露实验装置 |
| CN116420629B (zh) * | 2023-03-16 | 2024-02-02 | 浙江大学 | 一种多功能动物暴露实验装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20221101 |