CN117229902B - 一种空气或水中病毒核酸的实时在线快速检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种空气或水中病毒核酸的实时在线快速检测装置，涉及卫生防疫和生物检测领域，该装置包括病毒富集与核酸在线提取纯化模块，该模块包括两个病毒在线富集单元和一个核酸在线提取纯化单元；还包括核酸在线扩增模块，该模块包括反转录单元和管式PCR单元；以及还包括数据记录分析与控制系统，该系统包括荧光实时定量检测系统、温度控制系统、超声波控制系统和动力控制系统，用于为病毒富集与核酸在线提取纯化模块和核酸在线扩增模块提供动力、超声、温度、光学检测条件，并负责数据记录、分析和报警。本装置能够实时、在线、快速、准确检测环境中特定病毒，满足特定现场不间断病毒实时在线检测的需求。
Description
技术领域
本发明涉及卫生防疫和生物检测领域，特别涉及一种空气中或水中病毒的不间断实时在线检测装置。
背景技术
近年来，人们发现病毒可以通过飞沫、气溶胶等途径进行传播，对人口密集的公共场所防范流行病传播提出了严重挑战；另外，一些研究发现城市污水能够反应城市病原微生物的爆发情况，具有重要的病原微生物爆发评估和预测等流行病学价值，有必要建立空气和水中病毒的实时在线检测和报警系统。目前病毒的鉴定和定量检测方法主要基于核酸检测来实施，现有的核酸检测过程需要在特定实验室条件下分批次分别实施核酸提取、反转录、PCR扩增、及凝胶电泳或实时定量PCR等步骤，过程十分复杂，不能进行不间断连续检测病毒的传播情况，不能满足病毒防控的要求。过去几年，有关空气和水中病毒和细菌等病原微生物核酸的富集纯化方法方面已有一些论文发表和专利公布，但是能够集成病毒在线收集、核酸实时提取纯化、反转录-DNA扩增和定量检测、以及报警的装置仍然缺乏。
发明内容
本发明的目的是为了实时、在线、快速、准确检测环境中特定病毒，提出一种水中或空气中病毒的实时在线快速检测装置，满足特定现场不间断病毒实时在线检测的需求。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案。
一种空气或水中病毒核酸的实时在线快速检测装置，包括：
病毒富集与核酸在线提取纯化模块，包括两个病毒在线富集单元和一个核酸在线提取纯化单元；
核酸在线扩增模块，包括反转录单元和管式PCR单元；
数据记录分析与控制系统，包括荧光实时定量检测系统、温度控制系统、超声波控制系统和动力控制系统，用于为病毒富集与核酸在线提取纯化模块和核酸在线扩增模块提供动力、超声、温度、光学检测条件，并负责数据记录、分析和报警。
进一步地，病毒在线富集单元为空气中病毒在线富集单元或水中病毒在线富集单元；其中，
空气中病毒在线富集单元包括前置过滤网、柱塞式气缸、单向活塞、空气超滤膜、病毒收集溶液单元、切换阀及管路，其中切换阀包括第一切换阀和第二切换阀，前置过滤网、柱塞式气缸和单向活塞、第一切换阀、空气超滤膜、第二切换阀顺次连接；第一切换阀的3个前端孔分别连接柱塞式气缸和单向活塞、废液和废气出口、核酸在线提取纯化单元，后端孔连接空气超滤膜；第二切换阀的前端孔连接空气超滤膜，3个后端孔分别连接氮气气泵、空气出口、病毒收集溶液单元；
水中病毒在线富集单元包括前置过滤网、柱塞式气缸、单向活塞、水超滤膜、病毒收集溶液单元、切换阀及管路，其中切换阀包括第一切换阀和第二切换阀，前置过滤网、柱塞式气缸和单向活塞、第一切换阀、水超滤膜、第二切换阀顺次连接；第一切换阀的3个前端孔分别连接柱塞式气缸和单向活塞、氮气气泵、核酸在线提取纯化单元，后端孔连接水超滤膜；第二切换阀的前端孔连接水超滤膜，3个后端孔分别连接废液和废气出口、水出口、病毒收集溶液单元。
进一步地，前置过滤网包括多层滤网和滤膜，滤膜的最小滤孔直径为0.3-0.5微米。
进一步地，空气超滤膜和水超滤膜的孔径均为20-50纳米。
进一步地，病毒收集溶液单元使用的是病毒裂解液，其组分包括水、胍盐、酚、酶抑制剂和表面活性剂。
进一步地，核酸在线提取纯化单元包括推注器、切换阀、轮盘切换结构、四通阀、核酸纯化试剂单元和管路；推注器包含一混合室，出口端连接一四通阀；轮盘切换结构的进口端连接该四通阀和切换阀，出口端连接另一四通阀；轮盘切换结构包括上层结构、下层结构和位于中间的轮盘，轮盘通过一中轴与上层结构、下层结构之间实现相对转动连接；上层结构和下层结构开设有一正对的孔；轮盘上设有均布一周的多个孔，孔内封装有核酸结合柱填料，两端用滤膜封闭；核酸结合柱填料包含核酸纯化硅胶、玻璃纤维和带核酸标签的微珠；核酸纯化试剂单元存储有核酸结合缓冲液、结合柱清洗缓冲液和核酸洗脱溶液；核酸在线提取纯化单元包括RNA在线提取纯化单元和DNA在线提取纯化单元两种类型。
进一步地，切换阀包括第一硬质材料层、软质材料层和第二硬质材料层，其中软质材料层与第一硬质材料层粘接为一体，并在一同心圆周上开设有多个孔；第二硬质材料层上在相同直径的同心圆周上开设有单个孔，第二硬质材料层通过一轴与软质材料层和第一硬质材料层之间实现相对转动，通过相对转动实现不同孔的通断，进而实现不同管路间的切换。
进一步地，针对RNA病毒，反转录单元包括柱塞式反转录微型容器、RT-qPCR试剂存储容器和管路；柱塞式反转录微型容器具有两个入口和一个出口，其中一个入口连接RNA在线提取纯化单元，另一个入口连接RT-qPCR试剂存储容器；RT-qPCR试剂存储容器存储的RT-qPCR试剂的主要成分包括反转录酶、DNA聚合酶、缓冲液、dNTP、针对特定病毒核酸序列合成的引物对以及荧光物质。
进一步地，针对DNA病毒，反转录单元包括柱塞式反转录微型容器、qPCR试剂存储容器和管路；柱塞式反转录微型容器具有两个入口和一个出口，其中一个入口连接DNA在线提取纯化单元，另一个入口连接qPCR试剂存储容器；qPCR试剂存储容器存储的qPCR试剂的主要成分包括DNA聚合酶、缓冲液、dNTP、针对特定病毒核酸序列合成的引物对以及荧光物质。
进一步地，管式PCR单元包括40-60个串联的合成检测单元，每个合成检测单元包括DNA解链高温区管路、退火温度区管路和反应检测室；反应检测室的一侧或两侧由光学透明材料封闭，用以光学检测PCR反应液的荧光信号强度；DNA解链高温区管路埋设于DNA解链高温区的一导热材料块中，退火降温区管路和反应检测室埋设于退火降温区的一导热材料块中，两个导热材料块之间设有隔热层。
进一步地，荧光实时定量检测系统包括激发光元件和荧光检测元件，用于测定反应检测室中的PCR反应和PCR反应液的荧光信号值。
进一步地，温度控制系统包括半导体制热元件、半导体制冷元件和温度感应元件，还包括0-4℃、40-95℃、50-60℃、90-95℃这4个温度区块；其中0-4℃温度区块用于试剂低温保存；40-95℃温度区块用于接触反转录单元并维持反转录反应温度和PCR预变性；50-60℃和90-95℃温度区块分别对应管式PCR单元的退火温度区和DNA解链高温区。
进一步地，超声波控制系统包括超声波振动子和超声波控制器，一部分超声波振动子邻接病毒富集与核酸在线提取纯化模块，另一部分超声波振动子邻接核酸在线扩增模块。
进一步地，动力控制系统包括电磁阀、反冲泵、电机及其驱动器、导轨和推动杆，其中反冲泵与病毒富集与核酸在线提取纯化模块相连；电机为伺服电机或步进电机，至少包括6台电机：第一电机与柱塞式气缸和单向活塞结合，用于空气或水的定量进样；第二、第三电机通过导轨形成立体十字结构组合，用于切换阀、四通阀及轮盘的通道切换；第四、第五电机通过导轨形成立体十字结构组合，用于利用推动杆对各种试剂的顺次定量进样；第六电机通过导轨与荧光实时定量检测系统相连，用于辅助对每个反应检测室中荧光信号值的顺次测定。
本发明取得了如下有益效果：
本发明提出了一种空气或水中病毒核酸的实时在线快速检测装置，其集成了病毒在线收集、核酸实时提取纯化、反转录-DNA扩增和定量检测、报警等功能模块，在系统控制下自动化运行，不间断实时在线完成样品富集和病毒检测的全部流程；病毒富集与核酸在线提取纯化模块、核酸在线扩增模块以可替换的耗材成品的形式呈现，成本低、易更换、使用便捷；以荧光定量PCR为原理，保证检测的高灵敏度，以及较低的假阳性与假阴性率；通过管式PCR的方法代替传统的PCR扩增，体积小、耗时短、样品可连续检测，检测效率更高。
附图说明
图1为本发明的病毒核酸的实时在线快速检测装置的结构示意图。
图2为空气中病毒在线富集单元的结构示意图。
图3为水中病毒在线富集单元的结构示意图。
图4为切换阀的结构示意图。
图5为核酸在线提取纯化单元的结构示意图。
图6为轮盘切换结构示意图。
图7为管式PCR单元的合成检测单元的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述技术方案中各项技术特征和各项优点或技术效果能更明显易懂，下文配合附图进行详细说明。本发明所使用的 “具有”、“包含”、“包括”等术语并不排除一个或多个其它元件或试剂及其组合的存在。
本发明提出的一种空气或水中病毒核酸的实时在线快速检测装置，其结构主要包括：病毒富集与核酸在线提取纯化模块、核酸在线扩增模块、数据记录分析与控制模块。其中，病毒富集与核酸在线提取纯化模块、核酸在线扩增模块可以以单个或多个耗材成品的形式呈现，便于便捷使用和更换。数据记录分析与控制模块用于精准控制前两种模块的动力、超声、温度维持、光学检测、数据记录、分析和报警，最终达到长时间连续实时在线检测的效果。图1简要呈现了该装置的工作原理和模块之间的逻辑关系。
每一个病毒富集与核酸在线提取纯化模块包括两个病毒在线富集单元和一个核酸在线提取纯化单元。两个病毒在线富集单元通过轮流工作实现不间断的样品采集。
针对空气和水两种不同的介质，病毒在线富集单元分为空气中病毒在线富集单元类型和水中病毒在线富集单元类型。
空气中病毒在线富集单元由前置过滤网、柱塞式气缸、单向活塞、空气超滤膜、病毒收集溶液单元、切换阀及管路组成，如图2所示，其中切换阀有两个，前置过滤网、柱塞式气缸和单向活塞、第一切换阀、空气超滤膜、第二切换阀顺次连接；第一切换阀的3个前端孔，除连接柱塞式气缸和单向活塞外，还分别连接废液和废气出口、核酸在线提取纯化单元，后端孔连接空气超滤膜；第二切换阀的前端孔连接空气超滤膜，3个后端孔分别连接氮气气泵、空气出口、病毒收集溶液单元。在线病毒富集过程中还需超声波控制系统、动力控制系统的硬件（如超声波发生器、反冲气泵等）配合工作。
水中病毒在线富集单元的结构组成与空气中病毒在线富集单元基本相同，由前置过滤网、柱塞式气缸、单向活塞、水超滤膜、病毒收集溶液单元、切换阀及细管路组成，如图3所示，其中切换阀有两个，前置过滤网、柱塞式气缸和单向活塞、第一切换阀、水超滤膜、第二切换阀顺次连接；第一切换阀的3个前端孔，除连接柱塞式气缸和单向活塞外，还分别连接氮气气泵、核酸在线提取纯化单元，后端孔连接水超滤膜；第二切换阀的前端孔连接水超滤膜，3个后端孔分别连接废液和废气出口、水出口、病毒收集溶液单元。在线病毒富集过程中还需超声波控制系统、动力控制系统的硬件（如超声波发生器、反冲水泵等）配合工作。
前置过滤网由多层滤网和滤膜制作，滤网和滤膜材质可以是不锈钢、塑料、尼龙、聚四氟乙烯、纤维树脂等；前置过滤网的最小滤过直径不大于0.5微米，不小于0.3微米；其每个收集过程结束后接受反冲气泵或反冲水泵反冲。
柱塞式气缸和单向活塞在工作时与动力控制系统相连后发挥柱塞泵作用，主要起到定量进样的作用，其上游与前置过滤网相连，下游与空气超滤膜或水超滤膜相连。
空气超滤膜用于拦截富集空气中病毒粒子，其采用20-50纳米孔径的空气超滤膜制作。在病毒核酸收集时，其拦截病毒粒子并富集于空气超滤膜外侧。在回收病毒核酸时，在超声波控制系统发出的超声波作用下，通过病毒收集溶液单元由膜内侧流入进行反冲清洗，收集病毒粒子，然后通过管路输送至核酸在线提取纯化单元。空气超滤膜在病毒核酸收集完成后用氮气反冲吹干，然后重复使用。
水超滤膜用于拦截富集水中病毒粒子，其采用20-50纳米滤膜孔径的水超滤膜制作。在病毒核酸收集时，其拦截病毒粒子并富集于水超滤膜外侧。在回收病毒核酸时，其中充满的水通过充入氮气排干，然后在超声波控制系统发出的超声波作用下，病毒收集溶液单元由膜内侧进行反冲清洗，收集病毒粒子，并通过管路输送至核酸在线提取纯化单元。
病毒收集溶液单元使用的是病毒裂解液，其主要组成成分包括但不局限于水、胍盐、酚、酶抑制剂、表面活性剂等，其用途是反冲病毒在线富集单元并将病毒粒子裂解，然后经管路流入核酸在线提取纯化单元进行核酸提取。
切换阀的主要功能是切换不同管路之间的连接，其具有三明治结构，如图4所示，由两层硬质材料夹着一层软质材料构成，分别称为第一硬质材料层、软质材料层和第二硬质材料层，硬质材料可采用金属和硬塑料等，软质材料可采用硅橡胶、丁腈橡胶、聚硫橡胶等。其中软质材料层与第一硬质材料层粘接为一体，并在其上按同心圆周上打多个孔，第二硬质材料层上按同样的同心圆周上打单个孔，第二硬质材料层通过一轴（如铆钉轴）实现相对于软质材料层与第一硬质材料层的转动，进而实现不同管路间的切换。
核酸在线提取纯化单元的结构如图5所示，包括推注器、切换阀、轮盘切换结构、四通阀、核酸纯化试剂单元（图未示）和管路。其中，推注器包含一混合室，用于接收病毒收集溶液单元的病毒裂解液。轮盘切换结构如图6所示，包括上层结构、下层结构和位于中间的轮盘，上、下层结构开设有一正对的孔，用于外接管路。轮盘通过一中轴与上下层结构之间实现相对转动连接，轮盘上设有均布一周的多个孔，孔内封装有核酸结合柱填料，两端加有滤膜作为承托层，防止填料流失。每完成一次核酸提取，轮盘转动一格后切换到下一个孔，使用孔中新填料进行下一轮核酸纯化，从而实现无交叉污染的核酸连续纯化。其中核酸结合柱填料包含核酸纯化硅胶、玻璃纤维和带核酸标签的微珠。核酸纯化试剂单元存储核酸结合缓冲液、结合柱清洗缓冲液和核酸洗脱溶液，通过切换阀的3个前端孔流入切换阀。四通阀包含两个，一个连接在推注器的出口端，用于在核酸结合缓冲液向混合室内通入与混合室向轮盘通出之间切换；另一个连接于切换阀的后端孔，用于在通出废液和废气的一路与通出核酸在线扩增模块与荧光实时定量检测系统一路的切换。
核酸在线提取纯化单元根据测试对象的不同分为RNA在线提取纯化单元和DNA在线提取纯化单元两种类型。二者主要区别在于所用试剂组成和核酸结合柱填料不同。RNA/DNA在线提取纯化单元针对RNA/DNA病毒设计，主要功能在于提取纯化RNA/DNA并用于后续反转录和PCR。RNA/DNA纯化试剂包括RNA/DNA结合缓冲液、结合柱清洗缓冲液、RNA/DNA洗脱溶液，可直接采用目前市售产品。RNA/DNA结合柱填料可采用市售RNA/DNA纯化硅胶、玻璃纤维和带核酸标签的微珠等。
核酸在线扩增模块包括反转录单元、管式PCR单元。该模块在工作时与数据记录分析与控制模块的荧光实时定量检测系统、温度控制系统、动力控制系统等相连或相邻，从而实现反转录及核酸边扩增边检测的实时荧光定量PCR效果。反转录单元是核酸与试剂的混合场所。RNA病毒和DNA病毒两种病毒使用的反转录单元结构相同，区别是试剂和温度条件不同。
针对RNA病毒，反转录单元是RNA和RT-qPCR试剂预混场所，反转录单元通过保持反转录酶最适活性温度（例如42℃、55℃），促进RNA反转录反应。反转录单元包括柱塞式反转录微型容器、RT-qPCR试剂存储容器和管路组成，RT-qPCR试剂存储容器存储RT-qPCR试剂；柱塞式反转录微型容器是反转录的主要场所，其具有两个入口和一个出口，其中一个入口连接RNA在线提取纯化单元，接收该单元提供的RNA，而另一个入口连接RT-qPCR试剂存储容器。RT-qPCR试剂存储容器采用类似注射器形式设计，在RNA进入柱塞式反转录微型容器后将反转录试剂定量打入柱塞式反转录微型容器；在核酸进入柱塞式反转录微型容器时，RT-qPCR试剂被同步打入后与RNA样品混合，在温度控制系统控制下维持反转录反应。反转录反应完成后由柱塞式反转录微型容器将RT-qPCR试剂和cDNA经其出口推入下游管式PCR单元。RT-qPCR试剂主要成分包括反转录酶、DNA聚合酶、缓冲液、dNTP、针对特定病毒核酸序列合成的引物对以及荧光物质，其荧光物质可以采用市售荧光染料或针对靶病毒序列设计合成的荧光探针。
针对DNA病毒，反转录单元是DNA和PCR试剂预混场所，同时通过保持90-95℃促使DNA预变性和激活热启动DNA聚合酶活性。反转录单元的结构与针对RNA病毒的反转录单元的结构基本相同，不同之处是存储容器为qPCR试剂存储容器。针对DNA病毒，所用试剂采用热启动荧光定量PCR试剂，与RNA病毒测试主要区别在于其不含反转录酶。qPCR试剂主要成分包括DNA聚合酶、缓冲液、dNTP、针对特定病毒核酸序列合成的引物对以及荧光物质，其荧光物质可以采用市售荧光染料或针对靶病毒序列设计合成的荧光探针。
管式PCR单元主要包括40-60个串联的合成检测单元，实现边合成边检测的效果。每个合成检测单元包含DNA解链高温区管路、退火温度区管路和反应检测室，具体见图7。DNA解链高温区管路置于DNA解链高温区的导热材料块A中，该导热材料块A接触温度控制系统的90-95℃温度区块；退火降温区管路和反应检测室置于退火降温区的导热材料块B中，该导热材料块B接触温度控制系统的40-60℃温度区块，具体控制的温度根据引物退火温度设定。导热材料块A和B可采用铝、铜、铝合金等导热良好的材料。两个导热材料块之间加入隔热层，隔热层可采用市售的EPS、 XPS等隔热材料制作。反应检测室是PCR反应的主要场所，其一侧或两侧由光学透明材料（如石英玻璃或光学透明塑料）封闭，用以进行光学检测PCR反应液的荧光信号强度。反应检测室与其连接的管路可以在预先粘合的材料上蚀刻后封装，也可以采用导热材料制成细管后埋置。
荧光实时定量检测系统包括采用市售相关荧光PCR仪荧光检测组件，具体包括激发光元件和荧光检测元件，用于测定反应检测室中的PCR反应和PCR反应液的荧光信号值。该系统具有荧光信号接受、记录、分析及报警的功能，将检测的荧光信号进行记录分析，数据可设计链接报警装置，荧光信号达到设定报警值时，进行自动报警。
温度控制系统包括半导体制热元件、半导体制冷元件和温度感应元件组成，具有温度检测和调控功能。该温度控制系统包括4个温度区块：0-4℃、40-95℃、50-60℃、90-95℃；其中0-4℃温度区块用于试剂低温保存；40-95℃温度区块用于接触反转录单元并维持反转录反应温度和PCR预变性；50-60℃和90-95℃温度区块分别对应管式PCR单元的退火温度区和DNA解链高温区。
超声波控制系统包括超声波振动子、超声波控制器等，具有开关、调整时间、调整波长、调整强度等功能。一部分超声波振动子邻接病毒富集与核酸在线提取纯化模块，主要作用是提高滤网和滤膜反冲清洗效率，核酸回收时促使病毒破解，同时还发挥管路清洗、混合试剂等作用；另一部分超声波振动子邻接核酸在线扩增模块，主要发挥驱赶试剂中气泡、清洗管路和混合试剂等作用。
动力控制系统包括电磁阀、反冲泵、电机（伺服电机或步进电机）及其驱动器、导轨、推动杆等。电磁阀存在于空气和水样入口、反冲泵入口、氮气入口等处，其中存在于空气或水样入口及反冲泵入口的电磁阀主要起到流体开关作用，在装置关机状态时防止外源污染；存在于氮气入口的电磁阀主要起到氮气瓶开关的作用。反冲泵和病毒富集与核酸在线提取纯化模块相连，主要起到反冲清洗滤网和滤膜的作用。电机及其驱动器是维持整个装置内部运转的动力来源，与推动杆结合维持多通道阀门的切换、试剂的定量加样、荧光实时定量检测系统的荧光扫描等，具体包括不少于6台电机：第一电机与柱塞式气缸和单向活塞结合，发挥柱塞泵效果，起到空气或水的定量进样；第二、第三电机通过导轨形成立体十字结构组合，负责各种切换阀、四通阀及轮盘的通道切换；第四、第五电机通过导轨形成立体十字结构组合，利用推动杆负责各种试剂的顺次定量进样；第六电机通过导轨与荧光实时定量检测系统相连，辅助后者对每个反应检测室中荧光信号值的顺次测定。动力控制系统实现计算机控制下的装置自动化和精细化，从整体上维持整个装置各模块的协调运行。
上述荧光实时定量检测系统、温度控制系统、超声波控制系统和动力控制系统所配套的软件可以集中设置于一个服务器或电脑主机中进行运行，来控制每个系统进行自动化工作。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的适当修改或者等同替换，均应涵盖于本发明的保护范围内，本发明的保护范围以权利要求所限定者为准。
Claims (10)
1.一种空气或水中病毒核酸的实时在线快速检测装置，其特征在于，包括：
病毒富集与核酸在线提取纯化模块，包括两个病毒在线富集单元和一个核酸在线提取纯化单元，病毒在线富集单元包括柱塞式气缸和单向活塞；
核酸在线扩增模块，包括反转录单元和管式PCR单元，管式PCR单元包括40-60个串联的合成检测单元，每个合成检测单元包括DNA解链高温区管路、退火温度区管路和反应检测室；
数据记录分析与控制系统，包括荧光实时定量检测系统、温度控制系统、超声波控制系统和动力控制系统，用于为病毒富集与核酸在线提取纯化模块和核酸在线扩增模块提供动力、超声、温度、光学检测条件，并负责数据记录、分析和报警；
其中，病毒在线富集单元的柱塞式气缸和单向活塞在工作时与动力控制系统相连后发挥柱塞泵作用，起到定量进样的作用；核酸在线扩增模块在工作时与数据记录分析与控制模块的荧光实时定量检测系统、温度控制系统、动力控制系统相连或相邻，实现反转录及核酸边扩增边检测的实时荧光定量PCR效果。
2.如权利要求1所述的空气或水中病毒核酸的实时在线快速检测装置，其特征在于，病毒在线富集单元为空气中病毒在线富集单元或水中病毒在线富集单元；其中，
空气中病毒在线富集单元包括前置过滤网、柱塞式气缸、单向活塞、空气超滤膜、病毒收集溶液单元、切换阀及管路，其中切换阀包括第一切换阀和第二切换阀，前置过滤网、柱塞式气缸和单向活塞、第一切换阀、空气超滤膜、第二切换阀顺次连接；第一切换阀的3个前端孔分别连接柱塞式气缸和单向活塞、废液和废气出口、核酸在线提取纯化单元，后端孔连接空气超滤膜；第二切换阀的前端孔连接空气超滤膜，3个后端孔分别连接氮气气泵、空气出口、病毒收集溶液单元；
水中病毒在线富集单元包括前置过滤网、柱塞式气缸、单向活塞、水超滤膜、病毒收集溶液单元、切换阀及管路，其中切换阀包括第一切换阀和第二切换阀，前置过滤网、柱塞式气缸和单向活塞、第一切换阀、水超滤膜、第二切换阀顺次连接；第一切换阀的3个前端孔分别连接柱塞式气缸和单向活塞、氮气气泵、核酸在线提取纯化单元，后端孔连接水超滤膜；第二切换阀的前端孔连接水超滤膜，3个后端孔分别连接废液和废气出口、水出口、病毒收集溶液单元。
3.如权利要求1所述的空气或水中病毒核酸的实时在线快速检测装置，其特征在于，核酸在线提取纯化单元包括推注器、切换阀、轮盘切换结构、四通阀、核酸纯化试剂单元和管路；推注器包含一混合室，出口端连接一四通阀；轮盘切换结构的进口端连接该四通阀和切换阀，出口端连接另一四通阀；轮盘切换结构包括上层结构、下层结构和位于中间的轮盘，轮盘通过一中轴与上层结构、下层结构之间实现相对转动连接；上层结构和下层结构开设有一正对的孔；轮盘上设有均布一周的多个孔，孔内封装有核酸结合柱填料，两端用滤膜封闭；核酸结合柱填料包含核酸纯化硅胶、玻璃纤维和带核酸标签的微珠；核酸纯化试剂单元存储有核酸结合缓冲液、结合柱清洗缓冲液和核酸洗脱溶液。
4.如权利要求3所述的空气或水中病毒核酸的实时在线快速检测装置，其特征在于，核酸在线提取纯化单元的切换阀包括第一硬质材料层、软质材料层和第二硬质材料层，其中软质材料层与第一硬质材料层粘接为一体，并在一同心圆周上开设有多个孔；第二硬质材料层上在相同直径的同心圆周上开设有单个孔，第二硬质材料层通过一轴与软质材料层和第一硬质材料层之间实现相对转动，通过相对转动实现不同孔的通断，进而实现不同管路间的切换。
5.如权利要求3所述的空气或水中病毒核酸的实时在线快速检测装置，其特征在于，核酸在线提取纯化单元包括RNA在线提取纯化单元和DNA在线提取纯化单元两种类型；其中，
针对RNA病毒，反转录单元包括柱塞式反转录微型容器、RT-qPCR试剂存储容器和管路；柱塞式反转录微型容器具有两个入口和一个出口，其中一个入口连接RNA在线提取纯化单元，另一个入口连接RT-qPCR试剂存储容器；RT-qPCR试剂存储容器存储的RT-qPCR试剂的主要成分包括反转录酶、DNA聚合酶、缓冲液、dNTP、针对病毒核酸序列合成的引物对以及荧光物质；
针对DNA病毒，反转录单元包括柱塞式反转录微型容器、qPCR试剂存储容器和管路；柱塞式反转录微型容器具有两个入口和一个出口，其中一个入口连接DNA在线提取纯化单元，另一个入口连接qPCR试剂存储容器；qPCR试剂存储容器存储的qPCR试剂的主要成分包括DNA聚合酶、缓冲液、dNTP、针对病毒核酸序列合成的引物对以及荧光物质。
6.如权利要求1所述的空气或水中病毒核酸的实时在线快速检测装置，其特征在于，反应检测室的一侧或两侧由光学透明材料封闭，用以光学检测PCR反应液的荧光信号强度；DNA解链高温区管路埋设于DNA解链高温区的一导热材料块中，退火降温区管路和反应检测室埋设于退火降温区的一导热材料块中，两个导热材料块之间设有隔热层。
7.如权利要求6所述的空气或水中病毒核酸的实时在线快速检测装置，其特征在于，荧光实时定量检测系统包括激发光元件和荧光检测元件，用于测定反应检测室中的PCR反应和PCR反应液的荧光信号值。
8.如权利要求6所述的空气或水中病毒核酸的实时在线快速检测装置，其特征在于，温度控制系统包括半导体制热元件、半导体制冷元件和温度感应元件，还包括0-4℃、40-95℃、50-60℃、90-95℃这4个温度区块；其中0-4℃温度区块用于试剂低温保存；40-95℃温度区块用于接触反转录单元并维持反转录反应温度和PCR预变性；50-60℃和90-95℃温度区块分别对应管式PCR单元的退火温度区和DNA解链高温区。
9.如权利要求1所述的空气或水中病毒核酸的实时在线快速检测装置，其特征在于，超声波控制系统包括超声波振动子和超声波控制器，一部分超声波振动子邻接病毒富集与核酸在线提取纯化模块，另一部分超声波振动子邻接核酸在线扩增模块。
10.如权利要求1所述的空气或水中病毒核酸的实时在线快速检测装置，其特征在于，动力控制系统包括电磁阀、反冲泵、电机及其驱动器、导轨和推动杆，其中反冲泵与病毒富集与核酸在线提取纯化模块相连；电机为伺服电机或步进电机。
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