CN115646210A - 生物气溶胶采样膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种生物气溶胶采样膜的制备方法，其包括：将水溶性基质材料和水混合，以形成混合物；将所述混合物加温至设定温度，并保温设定时间；将保温后的所述混合物浇筑至基板上；将浇筑至所述基板后的所述混合物连同所述基板一起放至低温环境进行冷冻，以将所述混合物冷冻为固体；将冷冻为固体后的所述混合物连同所述基板一起放入真空冷冻装置进行冻干，以通过升华的方式去除所述混合物中的水分，从而获得所述生物气溶胶采样膜。这种制备水溶性采样膜的过程安全、环保。
Description
技术领域
本申请涉及气溶胶技术领域，特别是涉及一种生物气溶胶采样膜的制备方法。
背景技术
滤膜采样对是空气中生物气溶胶粒子（如包括新冠病毒等的各种病毒、细菌、花粉等）采样的主要方式，采样膜的材料通常为PC、玻璃纤维、特氟龙等为非水溶性材质，采样完成后需要把采样膜上的生物气溶胶粒子洗脱至液体中，才能形成液体生物样本，然后对液体生物样本进行培养或检测分析。由于洗脱阶段的生物损伤和生物气溶胶粒子在采样膜上的残留等原因，非水溶性材质采样膜获得液体样本的综合效率只有10-70%之间，且洗脱步骤繁杂，生物污染源容易扩散。
相关技术（US6406906B1的专利文件）中提出了采用明胶制作水溶性采样膜的方法，制作出的采样膜采集完生物气溶胶后可直接溶于水中，形成液体样本，解决了生物粒子从采样膜向液体中转移时的效率问题。但是上述方法过程繁杂，属于化学变性的方法，需要使用大量乙酸甲脂、甲醇、乙醇等易燃易爆试剂，既不环保，又有安全隐患。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的生物气溶胶采样膜的制备方法。
本发明提供了一种生物气溶胶采样膜的制备方法，其包括：将水溶性基质材料和水混合，以形成混合物；将所述混合物加温至设定温度，并保温设定时间；将保温后的所述混合物浇筑至基板上；将浇筑至所述基板后的所述混合物连同所述基板一起放至低温环境进行冷冻，以将所述混合物冷冻为固体；将冷冻为固体后的所述混合物连同所述基板一起放入真空冷冻装置进行冻干，以通过升华的方式去除所述混合物中的水分，从而获得所述生物气溶胶采样膜。
可选地，所述水溶性基质材料包括聚乙烯醇、明胶以及琼脂粉中的至少一种。
可选地，所述水溶性基质材料与所述水的重量比的比值为0.05至1之间任一值。
可选地，所述设定温度为40至90摄氏度之间任一值，和/或，所述设定时间为10至60分钟之间任一值。
可选地，所述将浇筑至所述基板后的所述混合物连同所述基板一起放至低温环境进行冷冻的步骤前包括：将浇筑至所述基板后的所述混合物连同所述基板一起自然冷却。
可选地，获得所述生物气溶胶采样膜后还包括：将所述生物气溶胶采样膜裁剪成多个子膜。
可选地，所述水溶性基质材料与所述水的重量比的比值由采样时需要达到的生物气溶胶粒子的截留粒径确定。
可选地，所述水溶性基质材料与所述水的重量比的比值越小，则浇筑时所述混合物越厚。
可选地，所述将水溶性基质材料和水混合，以形成混合物的步骤包括：将水溶性基质材料、水以及二甲基亚砜混合，以形成所述混合物。
可选地，所述水溶性基质材料至少包括明胶。
本发明提供的这种生物气溶胶采样膜的制备方法不同于相关技术中采用乙酸甲脂、甲醇、乙醇等易燃易爆试剂来制备采样膜的化学变性方法，而是通过冻干的物理方法，从而使得制备水溶性采样膜的过程安全、环保。
附图说明
通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
图1是根据本申请第一个实施例的生物气溶胶采样膜的制备方法的流程图；
图2是根据本申请第二个实施例的生物气溶胶采样膜的制备方法的流程图；
图3是根据本申请第三个实施例的生物气溶胶采样膜的制备方法的流程图；
图4是根据本申请第四个实施例的生物气溶胶采样膜的制备方法的流程图；
图5是根据本申请第五个实施例的生物气溶胶采样膜的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
图1是根据本申请第一个实施例的生物气溶胶采样膜的制备方法的流程图。如图1所示，本申请第一个实施例的生物气溶胶采样膜的制备方法包括以下步骤：
步骤S102：将水溶性基质材料和水混合，以形成混合物；
步骤S104：将所述混合物加温至设定温度，并保温设定时间；
步骤S106：将保温后的所述混合物浇筑至基板（可以为平板或模具等）上；
步骤S108：将浇筑至所述基板后的所述混合物连同所述基板一起放至低温环境进行冷冻，以将所述混合物冷冻为固体；
步骤S110：将冷冻为固体后的所述混合物连同所述基板一起放入真空冷冻装置进行冻干，以通过升华的方式去除所述混合物中的水分，从而获得所述生物气溶胶采样膜。
本实施例提供的这种生物气溶胶采样膜的制备方法不同于相关技术中采用乙酸甲脂、甲醇、乙醇等易燃易爆试剂来制备采样膜的化学变性方法，而是通过冻干的物理方法，从而使得制备采样膜的过程安全、环保。
在一些实施例中，所述水溶性基质材料包括聚乙烯醇、明胶以及琼脂粉中的至少一种。由此，制作水溶性采样膜的可选用的材料更加广泛。并且，本实施例提供的这种方法制作的水溶性采样膜使用的基质材料成分少，从而对分析仪器影响小，如采用聚乙烯醇制作的水溶性采样膜，采样完溶解成液体样本后由于除目标样本外仅有聚乙烯醇，对生物分析过程影响非常小。
优选地，水溶性基质材料可以为低温水溶性聚乙烯醇，这种材质比其他基质材料更溶于水，从而采样膜水溶时需要的水量更少，生物采样时可以获得更高浓度的生物液体样本。
在一些实施例中，所述水溶性基质材料与所述水的重量比的比值为0.05至1之间任一值。例如，该比值可以为0.05、0.1、0.2、0.4、0.8、1等。若该比值过大的话，可能导致产出的膜的强度不够，并且孔径过大，采样效率低，若该比值过小，可能导致产出的膜的孔隙太小甚至没有透过性孔隙，从而无法采样。
其中，所述设定温度为40至90摄氏度之间任一值，和/或，所述设定时间为10至60分钟之间任一值。
例如，设定温度可以为40摄氏度、50摄氏度、60摄氏度、70摄氏度、80摄氏度、90摄氏度等。当温度低于40摄氏度时制备效率会降低，当温度更低时，甚至部分基质就溶解不了。当温度高于90摄氏度时会造成基质变性，影响成品品质。
例如，设定时间可以为10分钟、20分钟、30分钟、40分钟、50分钟、60分钟分钟等。当设定时间短于10分钟会导致溶解不彻底，当设定时间多于60分钟会导致效率低。
步骤S108前，可以先将浇筑至所述基板后的所述混合物连同所述基板（混合物呈果冻态或液态，形状不固定，需要连同基板一起冷却）一起自然冷却（从而减少耗能）。然后，再将所述混合物连同所述基板一起放至低温环境（可以通过冰箱、冰柜等冷藏冷冻装置实现）进行冷冻，以将所述混合物冷冻为固体（例如，将混合物冻成坚硬的固体）。
步骤S110中，将冷冻为固体后的所述混合物连同所述基板一起放入真空冷冻装置进行冻干，以通过升华的方式去除所述混合物中的水分，从而获得所述生物气溶胶采样膜。此时的采样膜疏松多孔，可用于采样。若省去自然冷却和低温环境冷却的步骤而直接进行真空冷冻装置冻干的话，会导致出来的膜没有孔隙，先冷冻成固体就是保持形状，通过升华去除基质材料间的水分，剩余基质材料就形成疏松多孔状态了。
其中，获得所述生物气溶胶采样膜后还可以包括：将所述生物气溶胶采样膜裁剪成多个子膜。把上述疏松多孔的采样膜裁剪成需要的大小，方便用于生物气溶胶的采样。
在一些实施例中，所述水溶性基质材料与所述水的重量比的比值由采样时需要达到的生物气溶胶粒子的截留粒径确定。即，当需要的截留粒径越大，需要的水就越多，则该比值越小。
在一些实施例中，所述水溶性基质材料与所述水的重量比的比值越小，则浇筑时所述混合物越厚。所述水溶性基质材料与所述水的重量比的比值越小，则水越多，相同厚度的采样膜的风阻越小，可以使膜加厚，从而提高采样效率。
具体地，先根据采样的要求确定截留粒径，从而确定上述比值，然后根据比值确定厚度，确定厚度时，在保证风阻不超过设定阈值的前提下取最大的厚度值。
其中，所述将水溶性基质材料和水混合，以形成混合物的步骤包括：将水溶性基质材料、水以及二甲基亚砜混合，以形成所述混合物。从而调节成品的水溶温度，由此，该方法制作的水溶性采样膜水溶时对水温要求低，10℃以上的常温即可溶解，使得制作成的采样膜应用环境更加广泛。
在一些实施例中，所述水溶性基质材料至少包括明胶。从而可以调节成品滤膜的韧性，使得产品方便使用和运输。通过相关技术中化学方式制成的采样膜对明胶的化学键有破坏，导致成品比较脆，而本申请的冻干法，对明胶的化学键破坏性小，在实际测试中，相关技术中制成的膜略微折弯就断，而本申请的这种方法制成的成品90度折弯都不会断。
图2是根据本申请第二个实施例的生物气溶胶采样膜的制备方法的流程图。如图2所示，本申请第二个实施例的生物气溶胶采样膜的制备方法包括以下步骤：
步骤S202：将水溶性基质材料和水混合，以形成混合物；
步骤S204：将所述混合物加温至设定温度，并保温设定时间；
步骤S206：将保温后的所述混合物浇筑至基板上；
步骤S208：将浇筑至所述基板后的所述混合物连同所述基板一起自然冷却；
步骤S210：将浇筑至所述基板后的所述混合物连同所述基板一起放至低温环境进行冷冻，以将所述混合物冷冻为固体；
步骤S212：将冷冻为固体后的所述混合物连同所述基板一起放入真空冷冻装置进行冻干，以通过升华的方式去除所述混合物中的水分，从而获得所述生物气溶胶采样膜。
图3是根据本申请第三个实施例的生物气溶胶采样膜的制备方法的流程图。如图3所示，本申请第三个实施例的生物气溶胶采样膜的制备方法包括以下步骤：
步骤S302：将水溶性基质材料和水混合，以形成混合物；
步骤S304：将所述混合物加温至设定温度，并保温设定时间；
步骤S306：将保温后的所述混合物浇筑至基板上；
步骤S308：将浇筑至所述基板后的所述混合物连同所述基板一起自然冷却；
步骤S310：将浇筑至所述基板后的所述混合物连同所述基板一起放至低温环境进行冷冻，以将所述混合物冷冻为固体；
步骤S312：将冷冻为固体后的所述混合物连同所述基板一起放入真空冷冻装置进行冻干，以通过升华的方式去除所述混合物中的水分，从而获得所述生物气溶胶采样膜。
步骤S314：将所述生物气溶胶采样膜裁剪成多个子膜。
图4是根据本申请第四个实施例的生物气溶胶采样膜的制备方法的流程图。如图4所示，本申请第四个实施例的生物气溶胶采样膜的制备方法包括以下步骤：
步骤S402：由采样时需要达到的生物气溶胶粒子的截留粒径确定所述水溶性基质材料与所述水的重量比的比值；
步骤S404：将水溶性基质材料和水混合，以形成混合物；
步骤S406：将所述混合物加温至设定温度，并保温设定时间；
步骤S408：将保温后的所述混合物浇筑至基板上；
步骤S410：将浇筑至所述基板后的所述混合物连同所述基板一起自然冷却；
步骤S412：将浇筑至所述基板后的所述混合物连同所述基板一起放至低温环境进行冷冻，以将所述混合物冷冻为固体；
步骤S414：将冷冻为固体后的所述混合物连同所述基板一起放入真空冷冻装置进行冻干，以通过升华的方式去除所述混合物中的水分，从而获得所述生物气溶胶采样膜。
步骤S416：将所述生物气溶胶采样膜裁剪成多个子膜。
图5是根据本申请第五个实施例的生物气溶胶采样膜的制备方法的流程图。如图5所示，本申请第五个实施例的生物气溶胶采样膜的制备方法包括以下步骤：
步骤S502：由采样时需要达到的生物气溶胶粒子的截留粒径确定所述水溶性基质材料与所述水的重量比的比值；
步骤S504：将水溶性基质材料和水混合，以形成混合物；
步骤S506：将所述混合物加温至设定温度，并保温设定时间；
步骤S508：根据所述水溶性基质材料与所述水的重量比的比值确定浇筑时所述混合物的厚度；
步骤S510：将保温后的所述混合物浇筑至基板上；
步骤S512：将浇筑至所述基板后的所述混合物连同所述基板一起自然冷却；
步骤S514：将浇筑至所述基板后的所述混合物连同所述基板一起放至低温环境进行冷冻，以将所述混合物冷冻为固体；
步骤S516：将冷冻为固体后的所述混合物连同所述基板一起放入真空冷冻装置进行冻干，以通过升华的方式去除所述混合物中的水分，从而获得所述生物气溶胶采样膜。
步骤S518：将所述生物气溶胶采样膜裁剪成多个子膜。
对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种生物气溶胶采样膜的制备方法，其包括：
将水溶性基质材料和水混合，以形成混合物；
将所述混合物加温至设定温度，并保温设定时间；
将保温后的所述混合物浇筑至基板上；
将浇筑至所述基板后的所述混合物连同所述基板一起放至低温环境进行冷冻，以将所述混合物冷冻为固体；
将冷冻为固体后的所述混合物连同所述基板一起放入真空冷冻装置进行冻干，以通过升华的方式去除所述混合物中的水分，从而获得所述生物气溶胶采样膜。
2.根据权利要求1所述的生物气溶胶采样膜的制备方法，其中，
所述水溶性基质材料包括聚乙烯醇、明胶以及琼脂粉中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的生物气溶胶采样膜的制备方法，其中，
所述水溶性基质材料与所述水的重量比的比值为0.05至1之间任一值。
4.根据权利要求1所述的生物气溶胶采样膜的制备方法，其中，
所述设定温度为40至90摄氏度之间任一值，和/或，所述设定时间为10至60分钟之间任一值。
5.根据权利要求1所述的生物气溶胶采样膜的制备方法，其中，所述将浇筑至所述基板后的所述混合物连同所述基板一起放至低温环境进行冷冻的步骤前包括：
将浇筑至所述基板后的所述混合物连同所述基板一起自然冷却。
6.根据权利要求1所述的生物气溶胶采样膜的制备方法，其中，获得所述生物气溶胶采样膜后还包括：
将所述生物气溶胶采样膜裁剪成多个子膜。
7.根据权利要求1所述的生物气溶胶采样膜的制备方法，其中，
所述水溶性基质材料与所述水的重量比的比值由采样时需要达到的生物气溶胶粒子的截留粒径确定。
8.根据权利要求1所述的生物气溶胶采样膜的制备方法，其中，
所述水溶性基质材料与所述水的重量比的比值越小，则浇筑时所述混合物越厚。
9.根据权利要求1所述的生物气溶胶采样膜的制备方法，其中，所述将水溶性基质材料和水混合，以形成混合物的步骤包括：
将水溶性基质材料、水以及二甲基亚砜混合，以形成所述混合物。
10.根据权利要求1所述的生物气溶胶采样膜的制备方法，其中，
所述水溶性基质材料至少包括明胶。
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