CN211553460U - 湿壁气旋式生物气溶胶采样器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种湿壁气旋式生物气溶胶采样器，其技术方案是包括气旋室，气旋室由下至上依次包括空气入口、气旋室壁和空气出口；气旋室壁上设置有采样液，采样液形成液膜，配置成吸收与气旋室壁接触的颗粒物；循环供液系统，包括监测系统和送液装置，配置成监测液膜动态液量并实时向气旋室壁上补给采样液；捕集液输送系统，与气旋室连接，用于抽取气旋室内富集后的采样液并输送至采样管或检测分析装置；控制系统，同时与气旋室、循环供液系统和捕集液输送系统连接，用于控制气旋室、循环供液系统和捕集液输送系统的正常运行以及外界通讯。本实用新型意在达到快速获得足量浓度的液体样本的目的。

Description

湿壁气旋式生物气溶胶采样器

技术领域

本实用新型涉及生化实验技术领域,具体的涉及一种湿壁气旋式生物气溶胶采样器。

背景技术

目前，新型冠状病毒已经被确认主要通过飞沫和气溶胶传播，特别是在干燥的冬季，咳嗽或者打喷嚏飞出来的含病毒的大颗粒飞沫更容易挥发变成小颗粒气溶胶，气溶胶化的病毒容易随空气扩散造成传染速度快，造成大量人群感染，而气溶胶态的病毒又难以直观发现，且新型冠状肺炎潜伏期无病症即可传染，即潜伏期可产生病毒气溶胶，对于医院、汽车火车站、机场、地铁站等人群聚集的场所防范难度大增。由于无法获知空气中是否含有病毒的信息，所以各地需要采取不同程度的人流以及交通管制等高成本防控措施。如需对空气中新冠病毒等病原体进行监测预警，核心技术主要有二，其一是快速从空气中获得足量液体样本，二是开发针对该病毒检测的试剂盒。两者集成即可完成空气中新冠病毒（或者其他病毒微生物）的监测预警，为疫情防控提供重要监测工具。

目前国内已经有数家科研院所和生物技术公司从事新冠病毒试剂盒的开发并取得显著成果，但是尚无快速从空气中获得足量液体样本的采样仪器，因此有必要提供一种主要解决快速从空气中获得足量液体样本技术问题的实验设备。

获取新冠病毒等病原体的基本手段是空气采样，当前能够获得液体样本的空气微生物采样器主要为液体冲击式采样器和切线式采样器。新冠病毒由于在空气中扩散，单位体积空气内含量极低，目前主流的采样器采样流量在7-12.5L/min，捕集液至少10-20ml，且无法长时间连续工作，如无法中途补液、长时间冲击对生物样本损伤大等。任何病原体检测方法都有一定的灵敏度限制，传统采样器空气采样流量小、收集液体积大、单位体积采样液病原体浓度低，很难达到现有病原体检测方法的灵敏度要求，极易造成假阴性，导致漏检和漏报。所以，传统采样技术无法快速获得足量高浓度液体生物样本用于后端检测分析或预警。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种湿壁气旋式生物气溶胶采样器，通过湿壁气旋方式实现大流量空气粒子在液体介质中的捕获与富集，从而达到快速获得足量浓度的液体样本的目的。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种湿壁气旋式生物气溶胶采样器，包括

气旋室，所述气旋室由下至上依次包括空气入口、气旋室壁和空气出口；所述气旋室壁上设置有采样液，所述采样液形成液膜，配置成吸收与所述气旋室壁接触的颗粒物；

循环供液系统，包括监测系统和送液装置，配置成监测所述液膜动态液量并实时向所述气旋室壁上补给采样液；

捕集液输送系统，与所述气旋室连接，用于抽取所述气旋室内富集后的采样液并输送至采样管或检测分析装置；

控制系统，同时与气旋室、循环供液系统和捕集液输送系统连接，用于控制气旋室、循环供液系统和捕集液输送系统的正常运行以及外界通讯。

通过采用上述技术方案，采用采样液进行病毒粒子捕集，降低采样液的体积从而提高样本浓度；随着采样液的挥发循环供液系统可自动补液；采用大流量气旋设计，基于空气动力学原理，对生物粒子的损伤小，从而实现长时间连续采样。基于上述原理，其浓缩富集效率是传统采样器的近百倍，且可长时间连续采样，对于低浓度生物气溶胶的采样检测具有显著优势。

优选的，所述空气入口设置为切向空气入口，气流沿切向方向进入所述气旋室内；

所述气旋室壁设置为螺旋状，即所述气旋室壁为螺旋壁；

所述空气出口处连接有涡旋风机。

通过采用上述技术方案，气流沿切向空气入口进入螺旋壁后，形成高速旋转的气流，气流中的粒子由于惯性比气体的惯性大，从气流中分离之后撞击在螺旋壁上的液体贴壁系统，实现空气中粒子的分离捕集，结构简单，分离效果好，且对气溶胶冲击损伤小。

优选的，所述切向空气入口处镶嵌有低压雾化模块，在所述切向空气入口处连续喷雾。

通过采用上述技术方案，雾化模块雾化首先可将空气中的粒子大量捕集在雾滴中，其次高湿度的气雾具有促进空气中的粒子凝并团聚的效应，使粒子变大更有利于后端气旋捕集。

优选的，所述气旋室底部设置有输液管，所述输液管同时与所述循环供液系统和所述捕集液输送系统连接。

通过采用上述技术方案，气旋室内的采样液吸附颗粒物后向下流入到输液管处，输液管一方面与捕集液输送系统连接，方便捕集液输送系统将输液管处富集的采样液取出来进行实验分析；另一方面与循环供液系统连接，当循环供液系统中的监测系统监测到液膜动态液量变少时，可通过输液管处输送采样液至气旋室内，保证采样的连续顺利进行。

优选的，所述气旋室靠近所述空气出口一端开设有出液口，所述出液口连接有液体管道，所述液体管道与所述输液管连通。

通过采用上述技术方案，气流带动颗粒物在螺旋壁的作用下旋转上升，采样液也会随之上升附着在螺旋壁上方位置，上方的采样液可以通过出液口流出然后进入到输液管处，便于富集后的采样液的采样分析。

优选的，所述气旋室内安装有离心风轮，所述离心风轮位于所述出液口和所述空气出口之间。

通过采用上述技术方案，气流带动采样液在螺旋壁的作用下旋转上升，离心风轮工作时，可以将富集有颗粒物的采样液在惯性作用下附着在气旋室壁上，气流被涡旋风机由空气出口处抽走，避免了采样液的浪费。

优选的，所述气旋室靠近所述空气出口一端开设有出液口，所述出液口连接有液体管道，所述液体管道与所述输液管连通，且所述输液管与所述低压雾化模块连接。

通过采用上述技术方案，富集后的采样液可以重新流入到输液管处，可再次经过低压雾化模块的重新喷雾雾化，不间断的进行循环实现对空气中颗粒物的捕集及富集。

优选的，还包括箱壳，所述气旋室、所述循环供液系统、所述捕集液输送系统和所述控制系统均设置在所述箱壳内；

所述箱壳上开设有进气口、出气口、采样液出口以及与所述水箱连通的加水口。

通过采用上述技术方案，体积小，方便搬运，使用灵活。

本实用新型所述的湿壁气旋式生物气溶胶采样器，可以快速获得足量高浓度液体生物样本用于后端检测分析或预警，具有低功耗、便携式且大流量生物气溶胶采样的特性，而且能将生物颗粒物富集在少量液体中，动态监测气旋室内液量，实时补充采样液体从而满足长时间采样，同时对气溶胶冲击损伤小，可长时间采样。

附图说明

图1是实施例中湿壁气旋式生物气溶胶采样器的整体外观图；

图2是实施例中各部件组装结构图；

图3是实施例中气旋室的剖视结构图。

图中：

A、湿壁气旋式生物气溶胶采样器；

1、箱壳；1a、进气口；1b、出气口；1c、加水口；

2、气旋室；2a、切向空气入口；2b、空气出口；2c、螺旋壁；

3、水箱；

4、控制系统；

5、补液泵；

6、采样泵；

7、涡旋风机；

8、低压雾化模块；

9、输液管；

10、出液口；

11、液体管道；

12、离心风轮。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1与图2所示，实施例中的湿壁气旋式生物气溶胶采样器包括箱壳1，箱壳1内安装有气旋室2、循环供液系统、捕集液输送系统和控制系统4。其中，气旋室2与循环供液系统、捕集液输送系统和控制系统4均连接，控制系统4又与循环供液系统和捕集液输送系统连接。箱壳1上开设有进气口1a、出气口1b、采样液出口以及加水口1c。

如图2与图3所示，气旋室2由下至上依次包括空气入口、气旋室壁和空气出口2c。其中，空气入口2a设置为切向方向，即切向空气入口2a，气流沿切向方向进入气旋室内；气旋室壁设置为螺旋状，即螺旋壁2b。在螺旋壁2b上设置有采样液，采样液形成液膜（附图中未能表示出），采样液用于吸附气流中的颗粒物。在空气出口2c处连接有涡旋风机7，气流经由空气出口2c处被涡旋风机7抽走。由图3可知，在气旋室2的切向空气入口2a处镶嵌有低压雾化模块8，目的是在切向空气入口2a处连续喷雾。在气旋室2的底部位置设置有输液管9，输液管9同时与循环供液系统和捕集液输送系统连接，且输液管9还与低压雾化模块8连接。在气旋室2靠近空气出口2c的一端开设有出液口10，出液口10处连接有液体管道11，液体管道11由上到下流通与输液管9连通。

气旋室2的工作原理：气流经由切向进气口2a进入气旋室2内，先经过低压雾化模块8进行喷雾雾化，可以将气流中的颗粒物大量捕集在雾滴中，且高湿度的气雾具有促进空气中粒子凝并团聚的效应，使粒子变大后更有利于后端气旋捕集。气流沿切向进气口2a进入气旋室2内，在螺旋壁2b的作用下形成高速旋转的气流向上流动，气流中的颗粒物由于惯性比气体惯性大，会从气流中分离出来撞击到螺旋壁2b上，此时，螺旋壁2b上的采样液会将颗粒物分离捕集，被采样液捕获的颗粒物随着采样液一起沿螺旋壁2b上的螺旋槽运动到气旋室2的上方，大部分气流会被涡旋风机7抽走，而富集有颗粒物的采样液会在惯性作用下贴合在螺旋壁2b上，然后经由出液口10流出。经由出液口10流出的富集后的采样液经过液体管道11进入到输液管9，然后再次经过低压雾化模块8重新进行喷雾再进入到气旋室2内，如此不间断的进行循环从而实现对空气中颗粒物的捕集及富集。

而为了降低涡旋风机7抽走气流的同时带走富集后的采样液，本实用新型在气旋室2内安装有离心风轮12，且离心风轮12位于出液口10和空气出口2c之间。离心风轮12高速转动时，在螺旋壁2b作用下向上运动的富集后的采样液会被甩到气旋室壁上，然后经由出液口10流入到液体管道，降低了被涡旋风机7抽走的富集后的采样液的量。

循环供液系统包括监测系统和送液装置，送液装置又包括相互连接的水箱3和补液泵5，补液泵5与输液管9连通。监测系统通过控制系统控制用来监测采样液形成的液膜的动态液量。

循环供液系统的工作原理：监测系统监测气旋室2的液膜动态液量，当采样液在蒸发作用或取样过程中损失减少，导致液膜动态液量低于一定值时，补液泵5从水箱3内抽取采样液送入到输液管9处，然后再经过低压雾化模块8的喷雾雾化进入气旋室2的螺旋壁2b处，从而完成采样液的循环补液，保证采样实验的持续高效运行。水箱3内的采样液量少时，可以经由箱壳1上的加水口1c加入采样液。

捕集液输送系统包括采样泵6，采样泵6又与输液管9连通。当捕获较多颗粒物后的采样液达到实验要求后，可以打开采样泵6，采样泵6会将气旋室2内的采样液抽出送入采样管和分析检测装置进行检测分析。

控制系统同时与气旋室、循环供液系统和捕集液输送系统连接，用于控制气旋室、循环供液系统和捕集液输送系统的正常运行以及外界通讯。

综合所述，本实用新型具有大流量采样、实时自动补液、液体捕集样液泵送输出等功能。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种湿壁气旋式生物气溶胶采样器，其特征是：包括

气旋室，所述气旋室由下至上依次包括空气入口、气旋室壁和空气出口；所述气旋室壁上设置有采样液，所述采样液形成液膜，配置成吸收与所述气旋室壁接触的颗粒物；

循环供液系统，包括监测系统和送液装置，配置成监测所述液膜动态液量并实时向所述气旋室壁上补给采样液；

捕集液输送系统，与所述气旋室连接，用于抽取所述气旋室内富集后的采样液并输送至采样管或检测分析装置；

控制系统，同时与气旋室、循环供液系统和捕集液输送系统连接，用于控制气旋室、循环供液系统和捕集液输送系统的正常运行以及外界通讯。

2.根据权利要求1所述的湿壁气旋式生物气溶胶采样器，其特征是：所述空气入口设置为切向空气入口，气流沿切向方向进入所述气旋室内；

所述气旋室壁设置为螺旋状，即所述气旋室壁为螺旋壁；

所述空气出口处连接有涡旋风机。

3.根据权利要求2所述的湿壁气旋式生物气溶胶采样器，其特征是：所述切向空气入口处镶嵌有低压雾化模块，在所述切向空气入口处连续喷雾。

4.根据权利要求3所述的湿壁气旋式生物气溶胶采样器，其特征是：所述气旋室底部设置有输液管，所述输液管同时与所述循环供液系统和所述捕集液输送系统连接。

5.根据权利要求4所述的湿壁气旋式生物气溶胶采样器，其特征是：所述气旋室靠近所述空气出口一端开设有出液口，所述出液口连接有液体管道，所述液体管道与所述输液管连通，且所述输液管与所述低压雾化模块连接。

6.根据权利要求5所述的湿壁气旋式生物气溶胶采样器，其特征是：所述气旋室内安装有离心风轮，所述离心风轮位于所述出液口和所述空气出口之间。

7.根据权利要求4所述的湿壁气旋式生物气溶胶采样器，其特征是：所述送液装置包括相互连接的水箱和补液泵，所述补液泵与所述输液管连接。

8.根据权利要求4所述的湿壁气旋式生物气溶胶采样器，其特征是：所述捕集液输送系统包括采样泵，所述采样泵与所述输液管连接。

9.根据权利要求7所述的湿壁气旋式生物气溶胶采样器，其特征是：还包括箱壳，所述气旋室、所述循环供液系统、所述捕集液输送系统和所述控制系统均设置在所述箱壳内；

所述箱壳上开设有进气口、出气口、采样液出口以及与所述水箱连通的加水口。

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