CN1208113C - 用于空气中微量物质收集的装置及其收集方法 - Google Patents

用于空气中微量物质收集的装置及其收集方法 Download PDF

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Abstract

用于空气中微量物质收集的装置及其收集方法是一种对于空气中病原体和微量化学物质进行收集和富集的装置，特别是能够对微小病原体如病毒颗粒的收集和富集。该装置包括气体收集腔a、阀门b、洗脱液容器d、吸气泵J，其中采用一个设有粘性分子材料的气体收集腔；该气体收集腔包含有气体的进口和出口；气体收集腔的气体进口分别通过蠕动泵与洗脱液容器、通过阀门与大气c和相连通，收集腔的气体出口通过阀门分别与吸气泵和富集容器f相连。收集方法是打开泵J1，阀b4，阀b1，采集样品气体，在气体收集腔中进行富集，采集气体的总量由流量计i进行计算，在体积达到规定体积后关闭泵J1，阀b4，阀b1；打开洗脱辅助装置超声震荡器h，打开泵J2，阀b3，阀b5，阀b6，泵J2将清洗液通过富集区，将富集区的气体中检测成分洗脱下来。

Description

用于空气中微量物质收集的装置及其收集方法
一、技术领域
本发明是一种对于空气中病原体和微量化学物质进行收集和富集的装置，特别是能够对微小病原体如病毒颗粒的收集和富集。
二、背景技术
对空气中的病原体和有害成分进行富集和检测在呼吸道流行性疾病的控制、生物化学战剂的探测、及其敏感地区的病原体和有毒化学物质的监控等具有十分重要的意义。目前，病原体的检测一般用微孔滤膜和负压过滤的方法进行收集和浓缩。但由于微孔滤膜的孔径一般为微米量级，无法对微量的病毒和化学分子进行收集，而且由于微孔滤膜的孔径较小，无法形成较大的抽速，检测分析气体的量较少。例如，在亚洲流行的非典型性肺炎(SARS)被认为是一种通过空气传播的冠状病毒引起的传染性疾病，传播危害大，发展能够直接监测空气中的病毒及其含量的方法和仪器是疾病预防和控制的关键，也是目前人们急需要解决的国际难题。但是现有的空气病原体收集器只能收集细菌，对于体积数十纳米的病毒均不能达到富集和检测的目的。发展一种对空气中的病毒进行采样、浓缩和检测的方法和仪器，安装在医院、商场、车站等敏感地区，实现对空气中SARS病毒进行高效、快速的原位检测是十分急需的。
三、发明内容
1、技术问题
本发明的目的就是针对上述需求提出了一种能够对空气中的微量化学物质和病原体，包括病毒进行高效、快速富集和浓缩的用于空气中微量物质收集的装置及其收集方法。
2、技术方案
本发明的用于空气中微量物质收集的装置包括气体收集腔、阀门和气泵，其中采用一个内有粘性分子材料的气体收集腔；该气体收集腔包含有气体的进口和出口；气体的进口通过阀与收集液容器相接，通过阀和泵与洗脱液容器相接；气体的出口通过阀与富集容器相接，通过阀与泵相接，通过阀和流量计与泵相接；超声震荡器h、位于气体收集腔a的下部；气体收集腔的两头即气体的进口和出口分别通过阀和泵与大气相连通。气体收集腔内涂覆有粘性分子材料或填充有粘性分子材料。设有粘性分子材料的气体收集腔中的粘性分子材料是高分子树脂颗粒、聚合物胶状物、蛋白、糖、淀粉或生物大分子、甘油、琼脂糖、脂类粘性物质中的一种，或以上两种或两种以上物质的混合物。粘性分子材料的气体收集腔位于超声震荡器中。
本发明的收集的方法为：
1)、气体富集之前，将收集液容器g中的收集液输送到气体收集腔a，对该收集腔进行复性；
2)、打开泵J1，阀b4，阀b1，采集样品气体，在气体收集腔a中进行富集，采集气体后，关闭泵J1，阀b4，阀b1；
3)、打开洗脱辅助装置超声震荡器h，打开泵J2、阀b3、阀b5，泵J2将洗脱液容器d中的洗脱液通过气体收集腔a的富集区，将富集区吸附物质洗脱下来，并储存于富集容器f中。
在洗脱液中加入病原体的灭活试剂，如SDS、Trizol等，使采集过程安全。
在洗脱液中加入病原体的检测试剂为各种特异性的荧光指示剂、特异性的电化学指示剂，或为修饰的抗体分子，直接对收集的病原体进行检测。
直接在气体收集腔a或在富集容器f中设置电化学检测器、或毛细管电泳检测器、或光谱检测器、或色谱检测器，直接检测被检测物。
在富集容器中加入PCR(聚合酶链式反应)试剂和设置控温系统，直接对病原体基因进行扩增，检测。气体收集腔在洗脱收集的物质时，通过机械振动来加速洗脱过程。
3、有益效果
本发明提出了一种能够对空气中的微量化学物质和病原体(包括病毒)进行高效、快速富集和浓缩的新方法及其相应的装置。该装置可以与化学检测器和病原体检测方法集成，形成一体化的集病原体富集、浓缩和检测一体化的装置。该空气高效富集装置能够在10分钟内对30升空气中的病毒颗粒、细菌等病原体，或化学物质进行富集，并浓缩在1ml的缓冲溶液中，对空气中模拟病毒颗粒的富集和检测表明，收集效率在90％以上。目前，尚无类似的产品装置。
四、附图说明
图1是本发明的总体结构示意图。其中有气体收集腔a、进口ai、出口ao；阀b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7、b8；大气c、洗脱液容器d、富集容器f、收集液容器g、超声震荡器h、流量计i、泵J1、J2、J3、J4、反应辅液k、废液区L。
五、具体实施方式
本发明采用如下技术方案来实现其发明目的：
该装置包括气体收集腔a、进口ai、出口ao、阀门b1、b2、b3、b4、b5洗脱液容器d、吸气泵J、富集容器f、收集液容器g、蠕动泵J2，其中采用一个设有粘性分子材料的气体收集腔a；该气体收集腔a包含有气体的进口ai和出口ao；气体收集腔a的气体进口ai分别通过蠕动泵J2与洗脱液容器d、通过阀门b1与大气c和相连通，收集腔a的气体出口ao通过阀门b5分别与吸气泵J1和富集容器f相连。
粘性分子材料的气体收集腔a为一根管道，管道内涂覆有粘性分子材料。也可以在内部填充玻璃纤维、高聚物纤维、多孔玻璃、粘性分子材料中的一种，或以上两种及两种以上物质。
设有粘性分子材料的气体收集腔a中的粘性分子材料是高分子树脂、聚合物胶状物、纤维状物质(如玻璃纤维、尼龙、棉花)、蛋白、糖、淀粉等生物大分子、甘油、琼脂糖、纤维素、脂类等粘性物质中的一种，或以上两种及两种以上物质的混合物溶液。粘性分子材料的气体收集腔a位于超声震荡器h中。
1)气体富集部分：首先打开阀b2和阀b8和泵J3，将收集液g输运到气体收集腔a，对该腔体进行特异性修饰，或复性。
2)关闭阀b2和阀b8和泵J3，打开泵J1，阀b4，阀b1，采集样品气体，在气体收集腔a中进行富集，采集气体的总量由流量计i进行计算，在体积达到规定体积后关闭泵J1，阀b4，阀b1；
3)打开洗脱辅助装置超声震荡器h，打开泵J2，阀b3，阀b5，阀b6，泵j2将洗脱液通过富集区，将富集区的气体中检测成分洗脱下来，并储存于富集容器f中。
4)关闭泵j2，阀b3，阀b5，打开泵j4，阀b7，将反应辅液输送到收集器f，关闭阀b6，同时将整个溶液送到检测区L；在一次新的检测开始时，先向气体收集腔a中注入收集液对气体收集腔a进行复性。。
在洗脱液中加入病原体的检测试剂，如特异性的荧光指示剂、特异性的电化学指示剂或各种修饰的抗体分子即荧光分子修饰、磁珠修饰、纳米修饰的抗体分子，直接对收集的病原体进行检测。
在富集容器f中加入PCR试剂和控温系统，直接对病原体基因进行扩增，检测。
直接在检测区或气体收集腔a或在富集容器f中电化学检测器、光谱检测器、毛细管电脉检测器、色谱检测器等化学分析器件，直接检测被检测化学物。气体收集腔a在洗脱收集的物质时，通过机械振动来加速洗脱过程。该技术可用于空气中微生物、病毒、化合物等微量成分的富集和检测，具有十分重要的应用价值。
下面参照附图，对本发明的使用方法作一详细描述：
(1)气体富集部分：首先打开阀b2和阀b8和泵J3，将收集液g输运到气体收集腔a，对该腔体进行特异性修饰；
(2)关闭阀b2和阀b8和泵J3，打开泵J1，阀b4，阀b1，采集样品气体，在气体收集腔a中进行富集，采集气体的总量由流量计i进行计算，在体积达到规定体积后关闭泵J1，阀b4，阀b1；
(3)打开洗脱辅助装置超声震荡器h，打开泵J2，阀b3，阀b5，阀b6，泵J2将清洗液通过富集区，将富集区的气体中检测成分洗脱下来；
(4)关闭泵J2，阀b3，阀b5，打开泵J4，阀b7，将反应辅液输送到收集器f，关闭阀b6，同时将整个溶液送到检测区L；
(5)检测部分：启动检测附件对检测区的溶液进行相关的检测；在检测完毕将检测溶液单元更换进行下一轮测试；
(6)检测结果作为相关文档保存。
我们将荧光标记的蛋白干粉放入烧杯中，将烧杯放入超声清洗器中，开启超声器，标记了荧光的蛋白微粒进入空气中。开启空气中微量物质收集装置的电源，接通抽气泵，将抽气口放置在超声器的上方10厘米，将抽气泵的出气口置于10毫升的水中，以收集未被收集腔收集的蛋白分子。使装置进入上述正常工作状态，并完成富集。用荧光光谱分别检测收集容器中溶液和出气口溶液的荧光强度，其比值可代表该装置对空气中蛋白微粒的收集效率，我们在收集容器中溶液检出很强的荧光值而在出气口溶液中未能检出荧光信号。这表明该装置对空气中的蛋白颗粒有很强的收集能力。
我们将已灭活的甲肝病毒颗粒干粉放入烧杯中，将烧杯放入超声清洗器中，开启超声器，病毒微粒进入空气中。开启空气中微量物质收集装置的电源，接通抽气泵，将抽气口放置在超声器的上方20厘米，将抽气泵的出气口置于10毫升的水中，以收集未被收集腔收集的病毒颗粒。使装置进入上述正常工作状态，并完成富集。将收集进气口、出气口的样品加到已包被有甲肝单抗的板内，同时做有阴性和阳性对照孔，然后再加荧光标记的甲肝单抗与其反应，经清洗后检测板上的荧光强度。检测结果表明，阴性孔与出气口孔均无荧光显示，而阳性孔与进气口孔显示有强荧光。收集容器中溶液和出气口溶液处理液的荧光强度比值可代表该装置对空气中病毒微粒的收集效率，我们在收集容器中溶液检出很强的荧光值，而在出气口溶液中未能检出荧光信号。这表明该装置对空气中的病毒颗粒有很强的收集能力。

Claims (8)

1.一种用于空气中微量物质收集的装置，其特征在于该装置包括气体收集腔(a)、阀门和气泵，其中采用一个内有粘性分子材料的气体收集腔(a)；该气体收集腔(a)包含有气体的进口(ai)和出口(ao)；气体的进口(ai)通过阀(b2)与收集液容器(g)相接，通过阀(b3)和泵(J2)与洗脱液容器(d)相接；气体的出口(ao)通过阀(b5)与富集容器(f)相接，通过阀(b8)与泵(J3)相接，通过阀(b4)和流量计(i)与泵(J1)相接；超声震荡器h位于气体收集腔(a)的下部；气体收集腔(a)的两头即气体的进口(ai)和出口(ao)分别通过阀(b1)和泵(J3)与大气(c)相连通。
2.按照权利要求1所述的用于空气中微量物质收集的装置，其特征在于气体收集腔(a)内涂覆有粘性分子材料或填充有粘性分子材料。
3.按照权利要求1或2所述的用于空气中微量物质收集的装置，其特征在于设有粘性分子材料的气体收集腔(a)中的粘性分子材料是高分子树脂颗粒、聚合物胶状物、蛋白、糖、淀粉或生物大分子、甘油、琼脂糖、脂类粘性物质中的一种，或以上两种或两种以上物质的混合物。
4.按照权利要求1或2所述的用于空气中微量物质收集的装置，其特征在于粘性分子材料的气体收集腔(a)位于超声震荡器(h)中。
5.一种如权利要求1所述的用于空气中微量物质收集的装置的收集方法，其特征在于收集的方法为：
1)、气体富集之前，将收集液容器(g)中的收集液输送到气体收集腔(a)，对该收集腔进行复性；
2)、打开泵(J1)，阀(b4)，阀(b1)，采集样品气体，在气体收集腔(a)中进行富集，采集气体后，关闭泵(J1)，阀(b4)，阀(b1)；
3)、打开洗脱辅助装置超声震荡器(h)，打开泵(J2)、阀(b3)、阀(b5)，泵(J2)将洗脱液容器(d)中的洗脱液通过气体收集腔(a)的富集区，将富集区吸附物质洗脱下来，并储存于富集容器(f)中。
6.按照权利要求5所述的用于空气中微量物质收集的方法，其特征在于在洗脱液中加入病原体的检测试剂，所述检测试剂为各种特异性的荧光指示剂、特异性的电化学指示剂，或为修饰的抗体分子，直接对收集的病原体进行检测。
7.按照权利要求5所述的用于空气中微量物质收集的方法，其特征在于在富集容器(f)中加入聚合酶链式反应试剂和控温系统，直接对病原体基因进行扩增，检测。
8.按照权利要求5或6所述的用于空气中微量物质收集的方法，其特征在于直接在气体收集腔(a)或在富集容器(f)中设置电化学检测器、或毛细管电泳检测器、或光谱检测器、或色谱检测器，直接检测被检测物。
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