CN208545430U - 一种高效气液混合收集生物气溶胶的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高效气液混合收集生物气溶胶的装置，包括杯体和杯底，杯体的顶部设有开口，杯体的杯壁向外倾斜设置，呈口小底大结构，杯底呈锥形且锥形的顶部向杯体的外侧突出，杯壁与杯底交界处设有圆弧段。本实用新型的有益效果是：新型采样杯杯体结构形状的改变带来了生物气溶胶气液混合方式的改变，生物气溶胶采集效率较以往提高了270％，新型采样杯采取底侧磁力吸附，明显缩短了液相磁珠样品富集时间。

Description

一种高效气液混合收集生物气溶胶的装置

技术领域

本实用新型涉及生物气溶胶采样富集领域，更具体地说涉及一种高效气液混合收集生物气溶胶的装置。

背景技术

Bio-capturer气溶胶采集富集仪属于通过气液混合集成液相磁珠实时富集生物气溶胶粒子的采样仪器，其旋转喷气流进行气液混合收集生物气溶胶粒子装置(即液体采样杯，以下简称“采样杯”)最初采用了目前市面上商业化空气采样器普遍采用的离心管型采样设计，注：目前市面上商业化空气微生物采样器涉及的气液混合采样杯一般为直筒型(如SKC BIO—Sampler，国产AGI系列空气微生物采样器等)或类似于离心管或试管形状的底部窄锥型结构(如Coriolis空气采样器等)。实际研究中，我们发现生物气溶胶采集富集仪使用的气液冲击旋转混合原理气液混合效率通过进一步优化气液混合结构和形状设计，可以实现对原有采样杯气液混合和生物气溶胶采集效率明显提升，并可以更加稳定地采集捕捉生物气溶胶。实际上，由于采样杯形状决定了气溶胶收集过程中气流搅动混合情况，而气液有效的混合过程正是气溶胶粒子采集进入液相样本的关键步骤，过去商业化普通采样杯的锥形或直筒型结构虽能够使得杯内上半部分液体充分搅动，但底部的液体并不能充分搅动，同时口底一致的杯状设计不利于旋转液体对气流的有效包裹，使得部分气体样本未经气液混合就离开了液相，这些原因导致了气溶胶收集进入液相效率不理想。另一方面，在液相磁珠富集阶段收集待检样品时，受限于采样杯结构旧式采样杯只能采用侧壁吸附，磁珠自身的重力影响了磁铁吸附效果，造成了吸附时间长，收集液不能充分倾倒的磁力富集液相样品不方便的弊端。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术中的不足，提供了一种高效气液混合收集生物气溶胶的装置。

本实用新型的目的通过下述技术方案予以实现。

一种高效气液混合收集生物气溶胶的装置，包括杯体和杯底，所述杯体的顶部设有开口，所述杯体的杯壁向外倾斜设置，呈口小底大的梯形杯形状，所述杯底呈锥形且所述锥形的顶部向所述杯体的外侧突出，所述杯壁与所述杯底交界处设有圆弧段。

进一步，所述杯底设有螺纹或卡扣结构，便于磁铁与底部的有效吻合。

进一步，所述螺纹或卡扣结构的半径小于所述杯底的半径。

进一步，所述螺纹或卡扣结构设置在所述锥形的顶部下方。

进一步，所述锥形的顶部夹角为120-150°。

进一步，所述圆弧的半径为3-4mm。

进一步，所述杯壁的高度为56.5-90.5mm。

进一步，所述杯壁单侧外扩角度为9.3-20.4°。

进一步，所述开口处设有螺纹。

进一步，所述杯壁上设有刻度线。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的气液混合采样杯在形状结构上进行了不同于传统商业化空气微生物采样器的改变，目前市面上商业化空气采样器气液混合采样杯一般为直筒型或类似于离心管或试管的底部窄锥型结构，本实用新型通过实际测试和优化比较，将气液混合采样杯改为了外扩锥型(梯形瓶)，同时将杯底设置为呈锥形，增大了杯体气液混合区的体积的同时，也改变了原有的气液混合方式，使得杯内液体可以充分搅动，不仅增大了气液混合接触面，而且液体旋转后上升形成的液面对气体进样喷头的包裹效果更封闭，气液混合效果通过微生物培养实验，证明了收集气溶胶的效率明显增强；

一般来说，生物气溶胶采样过程中气体流速是一个重要的因素，直接涉及现场收集到的气体量，并与采样时间相关，但是已有研究显示，采样杯内接收到的气体流速如果太大，所形成的气液和气壁碰撞有可能会损伤气溶胶内的微生物生物活性，进而降低采样装置对生物气溶胶的收集效果。本实用新型通过圆弧设计使得采样杯内壁整体变得更为平滑，可有效减小采样过程中生物气溶胶与采样杯内壁的碰撞，更好的保护了气溶胶中生物成分的活性。

经不同结构形状采样杯，以及多次重复实际采样实验验证，新型采样杯杯体形状好与旋转喷气口的高度关系改变带来了气液混合效率的明显提升，优化的设计使得新型采样杯同样气流的条件下，气液混合收集生物粒子效率更高、气液混合激烈程度却进一步降低，有助于微生物活性稳定，也方便了液相磁珠的现场快速富集，因此本实用新型通过基于气旋原理的气液混合采样杯结果形状的改变，新型采样杯采取底侧吸附，实施例证明采集效率较以往提高了270％，且也明显缩短了液相磁珠富集样品的时间。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是实施例1的不同形状采样杯的结构；

图3是不同形状采样杯室内细菌采集效果比较柱状图；

图4是不同参数新型采样杯细菌采集效果评价比较柱状图；

图5是实施例4中检测结果图；

图中：

1、杯体；2、开口；3、刻度线；4、杯壁；5、杯底；6、螺纹结构；

7、圆弧段；8、螺纹。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本实用新型的技术方案作进一步的说明。

一种高效气液混合收集生物气溶胶的装置，包括杯体1和杯底5，杯体1的顶部设有开口2，开口2处设有螺纹8，杯体1的杯壁4向外倾斜设置，杯壁4单侧外扩角度为9.3°-20.4°，优选地，为15°；杯壁4的高度为56.5-90.5mm，杯壁4上设有刻度线；杯底5呈锥形且所述锥形的顶部向杯体1的外侧突出，所述锥形的顶部夹角为120-150°，优选地，夹角为140°，螺纹结构6设置在所述锥形的顶部下方，杯底5设有螺纹结构6，螺纹结构6的半径小于杯底5的半径；杯壁4与杯底5交界处设有圆弧段7，圆弧7的半径为3-4mm，优选地，圆弧段7的半径为3.8cm。

使用时，通过螺纹结构6与在底部设有磁铁的富集单元架相连，杯底5与磁铁紧密接触进行吸附工作。

实例1不同形状采样杯室内细菌采集效果评价

根据初步设想设计采样杯的三个改进方向，并定制出如图2中实验杯型与旧采样杯进行室内气溶胶采集对比实验。选取五个实验室作为气溶胶采集实验场所，使用四种采样杯进行顺序完全随机采样。其中，N、o、原管是普通商业化采样杯模式图，W是本实用新型中新型采样杯模式图，将收集到的采集液涂板，48h后对LB平板进行菌落计数。

将菌落计数结果通过公式转化为环境细菌浓度C(单位CFU/m³)，经多次重复实验取各地点细菌浓度平均值绘制各采样杯采集情况比较柱状图，如图3。

实验发现本实用新型中设计的采样杯气溶胶采集效果明显优于其余三种，因此确定了新型采样杯的改进方向。

实例2不同参数新型采样杯细菌采集效果评价

针对本实用新型中设计的采样杯改变其角度和高度设计出另外四种采样杯，选取四个固定实验室进行顺序完全随机的环境气溶胶采集实验，并将采集液涂板，48h后进行菌落计数。采用相同方法统计各实验室细菌浓度平均值，绘制各采样杯采集情况比较柱状图，如图4。

实验发现在单侧外扩角度9.3°到20.4°，高度56.5-90.5mm这个范围内新型采样杯都能实现对环境空气细菌的采集，其中单侧外扩15°这一采样杯有最为良好的采集效率。

实施例3新旧采样杯环境细菌采集情况评价(real-time PCR法)

选择两个养鸡场对新旧型采样管进行采集效率评价实验，在每个鸡场中放置新旧两种采样器，将采集到的气溶胶样本提取核酸进行细菌16S看家基因的Real time PCR检测，检测结果扩增曲线及CT值如下图5所示。

重复实验结果与上述结果相似，实验证明本实用新型中设计的采样杯采集的样品经Realtime—PCR检测两次采样的新型采样杯中16SDNA的CT值均明显低于对照采样杯样品，证明应用新型采样杯采集的细菌微生物气溶胶样本浓度更高。

通过对多次重复实验的结果进行分析，新型采样杯对环境细菌的采集效率比旧采样杯提高了270％，大大提高了环境气溶胶的采集效率。

实例4对新型采样杯锥型顶部夹角的改变实验

设计制作了110°、120°、130°、140°、150°、160°六种锥型角度的采样杯，并对他们进行了磁珠富集时间评价实验。

对六种采样杯分别进行三次重复磁珠富集实验，六种采样杯的平均富集时间对应如下：

锥型角度(°)	110	120	130	140	150	160
							富集时间(s)	368	320	211	204	287	352

实验证明除了110°和160°的采样杯富集时间大于旧型采样杯以外，其余四个角度的采样杯富集效率均优于旧型采样杯。因此新型采样杯在锥型角度为120°-150°范围之内有着良好的富集效率。

以上对本实用新型的五个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围。

Claims (10)

1.一种高效气液混合收集生物气溶胶的装置，其特征在于：包括杯体和杯底，所述杯体的顶部设有开口，所述杯体的杯壁向外倾斜设置，呈口小底大杯状结构，所述杯底呈锥形且所述锥形的顶部向所述杯体的外侧突出，所述杯壁与所述杯底交界处设有圆弧段。

2.根据权利要求1所述的高效气液混合收集生物气溶胶的装置，其特征在于：所述杯底设有螺纹或卡扣结构。

3.根据权利要求2所述的高效气液混合收集生物气溶胶的装置，其特征在于：所述螺纹结构的半径小于所述杯底的半径。

4.根据权利要求3所述的高效气液混合收集生物气溶胶的装置，其特征在于：所述螺纹结构设置在所述锥形的顶部下方。

5.根据权利要求4所述的高效气液混合收集生物气溶胶的装置，其特征在于：所述锥形的顶部夹角为120-150°。

6.根据权利要求1所述的高效气液混合收集生物气溶胶的装置，其特征在于：所述圆弧的半径为3-4mm。

7.根据权利要求1所述的高效气液混合收集生物气溶胶的装置，其特征在于：所述杯壁的高度为56.5-90.5mm。

8.根据权利要求1所述的高效气液混合收集生物气溶胶的装置，其特征在于：所述杯壁单侧外扩角度为9.3-20.4°。

9.根据权利要求1-8任一所述的高效气液混合收集生物气溶胶的装置，其特征在于：所述开口处设有螺纹或卡扣结构。

10.根据权利要求9所述的高效气液混合收集生物气溶胶的装置，其特征在于：所述杯壁上设有刻度线。