DE102021126818A1 - Detection device and a detection method for pathogenic substances contained in the air - Google Patents

Detection device and a detection method for pathogenic substances contained in the air Download PDF

Info

Publication number
DE102021126818A1
DE102021126818A1 DE102021126818.4A DE102021126818A DE102021126818A1 DE 102021126818 A1 DE102021126818 A1 DE 102021126818A1 DE 102021126818 A DE102021126818 A DE 102021126818A DE 102021126818 A1 DE102021126818 A1 DE 102021126818A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
detection
volume
detection volume
collector section
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102021126818.4A
Other languages
German (de)
Inventor
Tobias Viertel
Norbert Schaaf
Christoph Kroh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hager Safety Deutschland De GmbH
Original Assignee
ATRAL SECAL GmbH
ATRAL-SECAL GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ATRAL SECAL GmbH, ATRAL-SECAL GmbH filed Critical ATRAL SECAL GmbH
Priority to DE102021126818.4A priority Critical patent/DE102021126818A1/en
Publication of DE102021126818A1 publication Critical patent/DE102021126818A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/536Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with immune complex formed in liquid phase
    • G01N33/542Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with immune complex formed in liquid phase with steric inhibition or signal modification, e.g. fluorescent quenching
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02Devices for withdrawing samples
    • G01N1/10Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
    • G01N1/20Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state for flowing or falling materials
    • G01N1/2035Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state for flowing or falling materials by deviating part of a fluid stream, e.g. by drawing-off or tapping
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2273Atmospheric sampling
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06Investigating concentration of particle suspensions
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/569Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for microorganisms, e.g. protozoa, bacteria, viruses
    • G01N33/56983Viruses
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/075Investigating concentration of particle suspensions by optical means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2202Devices for withdrawing samples in the gaseous state involving separation of sample components during sampling
    • G01N2001/222Other features
    • G01N2001/2223Other features aerosol sampling devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N2001/2285Details of probe structures
    • G01N2001/2288Filter arrangements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0042Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0046Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Nachweisgerät (100, 200) für den Nachweis in Luft enthaltener pathogener Substanzen, insbesondere Viren, sowie dessen Verwendung. Das Verfahren weist auf: Durchleiten eines Luftstromes durch eine Ansaugleitung (116, 216), Erzeugen eines elektrischen Feldes innerhalb eines Kollektorabschnitts (120, 220) der Ansaugleitung (116, 216), wobei innerhalb des Kollektorabschnitts (120, 220) etwaige vorhandene pathogene Substanzen elektrostatisch einfangbar sind, Spülen des Kollektorabschnitts (120, 220) mit einem flüssigen Spülmedium (124, 224) und anschließend Überführen des Spülmediums (124, 224) in ein Nachweisvolumen (122, 222) und Detektieren einer Trübung und/oder Färbung des Spülmediums (124, 224) in dem Nachweisvolumen (122, 222) in Abhängigkeit von der Präsenz wenigstens einer pathogenen Substanz und infolge einer biochemischen Reaktion derselben mit Antikörpern.The invention relates to a method and a detection device (100, 200) for detecting pathogenic substances contained in the air, in particular viruses, and its use. The method comprises: passing a flow of air through an intake duct (116, 216), creating an electric field within a collector section (120, 220) of the intake duct (116, 216), wherein within the collector section (120, 220) any pathogenic substances present are electrostatically captureable, rinsing the collector section (120, 220) with a liquid rinsing medium (124, 224) and then transferring the rinsing medium (124, 224) into a detection volume (122, 222) and detecting turbidity and/or coloring of the rinsing medium ( 124, 224) in the detection volume (122, 222) depending on the presence of at least one pathogenic substance and as a result of a biochemical reaction thereof with antibodies.

Description

Die Erfindung betrifft ein Nachweisgerät, dessen Verwendung sowie ein Nachweisverfahren für den vorzugsweise quantitativen Nachweis in Luft enthaltener pathogener Substanzen. Unter „pathogener Substanz“ werden hierin solche Substanzen verstanden, die ein Antigen aufweisen, also insbesondere Viren.The invention relates to a detection device, its use and a detection method for the preferably quantitative detection of pathogenic substances contained in the air. “Pathogenic substance” is understood here to mean substances that have an antigen, ie in particular viruses.

Der in situ-Nachweis pathogener Substanzen in der Raum- und Atemluft, sogenannter Aerosolpartikel, ist seit langem Gegenstand der Forschung und hat nicht zuletzt durch die pandemischen Folgen des zuletzt in Erscheinung getretenen SARS-CoV-2 Virus noch einmal besonders an Fahrt aufgenommen. In Folge dessen gibt es zahlreichen auch jüngeren Stand der Technik. Beispielhaft wird auf folgende Schriften verwiesen.The in situ detection of pathogenic substances in the room and breathing air, so-called aerosol particles, has been the subject of research for a long time and has picked up speed again, not least due to the pandemic consequences of the SARS-CoV-2 virus that recently appeared. As a result, there are numerous prior arts that are also more recent. Reference is made to the following documents as examples.

Das Dokument CN 11 1662816 A offenbart eine Anordnung, die Raumluft ansaugt, in einem Anreicherungsbehälter Viren herausfiltert und diese zusammen mit einer Pufferlösung zu einem mikrofluidischen Chip leitet, in dem unter Temperaturkontrolle eine biochemische Reaktion (LAMP) stattfindet und mittels optischer Verfahren nachgewiesen wird.The document CN 11 1662816 A discloses an arrangement that sucks in room air, filters out viruses in an enrichment tank and directs them together with a buffer solution to a microfluidic chip in which a biochemical reaction (LAMP) takes place under temperature control and is detected using optical methods.

Aus der US 2020/0309703 A1 ist ein Aerosoldetektor bekannt, der auf einer Fluoreszenzanregung von schädlichen Aerosolpartikeln, insbesondere auch SARS-CoV-2 Viren, mittels UV-Strahlung basiert. Die Partikel werden durch elektrostatische Kraft oder einfach durch die Gravitationskraft auf einer transparenten Platte aufgefangen und gehalten. Die Platte ist mittels UV-LED hinterleuchtet. Fluoreszenz wird durch Betrachten der Platte wahrgenommen oder kann mittels einem nicht näher beschriebenen Detektor erfasst werden. Bei Erfassen von Fluoreszenzstrahlung kann ein Alarm ausgelöst werden.From the U.S. 2020/0309703 A1 an aerosol detector is known which is based on fluorescence excitation of harmful aerosol particles, in particular SARS-CoV-2 viruses, by means of UV radiation. The particles are caught and held on a transparent plate by electrostatic force or simply by gravitational force. The plate is backlit by UV LEDs. Fluorescence is observed by viewing the plate or can be detected using a detector not described in detail. An alarm can be triggered when fluorescence radiation is detected.

Aus der WO 2008/108872 A2 ist ein Detektor zum Nachweisen unterschiedlicher bioaktiver Substanzen, unter anderem von Influenza Typ A-Viren bekannt. Der Nachweis bestimmter Antigene erfolgt mittels Antikörperreaktion. Ein Sensorelement ist zu diesem Zweck mit dem Antikörper Ligand beschichtet. Gemessen wird wahlweise ein für die Reaktion charakteristischer elektrostatischer Puls mittels einer Elektrode (bio pore sensor) oder eine charakteristische Fluoreszenz mittels Photodetektor (optical based sensor).From the WO 2008/108872 A2 is a detector for detecting different bioactive substances, including influenza type A viruses. Certain antigens are detected by means of an antibody reaction. For this purpose, a sensor element is coated with the antibody ligand. An electrostatic pulse characteristic of the reaction is measured using an electrode (bio pore sensor) or a characteristic fluorescence using a photodetector (optical based sensor).

Die US 7,265,669 B2 behandelt eine selbstregenerierende Kollektorplatte für nachzuweisende Partikel. Als Nachweispartikel sind unter anderem auch Viren genannt. Zum Detektionsverfahren wird erwähnt, dass die Vorrichtung eine Anregungslichtquelle und einen Photodetektor für Fluoreszenzlicht umfasst. Der Detektor kann zwecks Raumluftüberwachung an der Wand oder Decke montiert werden.The U.S. 7,265,669 B2 treats a self-regenerating collector plate for particles to be detected. Viruses, inter alia, are also mentioned as detection particles. With regard to the detection method, it is mentioned that the device comprises an excitation light source and a photodetector for fluorescent light. The detector can be wall or ceiling mounted for indoor air monitoring.

In der Schrift US 7,494,769 B2 werden abermals Bioaerosole mittels Fluoreszenz- oder Phosphoreszenzmessung detektiert. Die Raumluft wird zu einem Kollektor gepumpt. Eine Besonderheit ist ein Kollektor mit Flüssigkeitsreservoir, in dem die Aerosole gefangen und konzentriert werden.In Scripture U.S. 7,494,769 B2 bioaerosols are again detected by means of fluorescence or phosphorescence measurement. The room air is pumped to a collector. A special feature is a collector with a liquid reservoir in which the aerosols are caught and concentrated.

In dem Dokument CN 11 1665356 A geht es spezifisch um den Nachweis von Covid-19-Viren. Das labortechnische Analyseverfahren basiert auf der Raman-Spektroskopie, genauer surface enhanced Raman Spectroscopy (SERS). Analysiert werden Fluidproben, die beispielsweise aus einem konzentrierten Aerosol bestehen können. Für die SERS werden Silber- oder Goldoberflächen verwendet, die mit Antikörpern funktionalisiert werden.In the document CN 11 1665356 A is specifically about the detection of Covid-19 viruses. The laboratory analysis method is based on Raman spectroscopy, more precisely surface enhanced Raman spectroscopy (SERS). Fluid samples are analyzed, which can consist of a concentrated aerosol, for example. Silver or gold surfaces functionalized with antibodies are used for the SERS.

Die WO 2006/106235 A1 hat eine Vorrichtung und ein automatisiertes Nachweisverfahren für mikrobiologisches Material, unter anderem Viren, zum Gegenstand, bei dem ein Aerosol angesaugt zu einer Probe aufkonzentriert und einer Anordnung von Testscheiben zugeführt wird, die in Testzonen mit Antikörpern beschichtet sind. Eine Reaktion verursacht eine Verfärbung der Testzone, welche automatisch optisch ausgelesen und einem Auswertesystem zugeführt wird. Abgesehen von einer automatischen Auslesung erinnert die Nachweismethode an die aus den Schnelltests bekannte Immunfärbung.The WO 2006/106235 A1 relates to a device and an automated detection method for microbiological material, including viruses, in which an aerosol is drawn in, concentrated to form a sample and fed to an array of test disks which are coated with antibodies in test zones. A reaction causes a discoloration of the test zone, which is automatically read optically and sent to an evaluation system. Apart from an automatic readout, the detection method is reminiscent of the immunostaining known from the rapid tests.

Dem Dokument CN 11 0118711 B zufolge, wird die bakterielle Belastung der Raumluft anhand von Fluoreszenzmessungen unter Berücksichtigung verschiedener Umgebungsbedingungen ermittelt. Die darin beschriebene Vorrichtung ist geeignet infolge der Detektion ein Warnsignal auszugeben.the document CN 11 0118711 B According to the study, the bacterial load in the room air is determined using fluorescence measurements, taking into account various environmental conditions. The device described therein is suitable for outputting a warning signal as a result of the detection.

In der CN 20 7516253 U ist eine Vorrichtung zum Nachweis von Hepatitis-B-Viren in der Luft offenbart. Die Vorrichtung saugt Luft in ein Gehäuse ein und leitet sie in eine dort befindliche Testflüssigkeit. Die Flüssigkeit wird über ein Kanalsystem auf mehrere Teststreifen aufgebracht und die Teststreifen können durch Fenster in der Gehäusewand beobachtet werden.In the CN 20 7516253 U discloses an apparatus for detecting hepatitis B virus in air. The device draws air into a housing and directs it into a test liquid located there. The liquid is applied to several test strips via a channel system and the test strips can be observed through windows in the housing wall.

Auch die Schrift CN 21 0720420 U befasst sich mit dem Nachweis pathogener Substanzen in der Luft mittels Antikörpern, die auf einem Harz aufgetragen sind, und mit dem Stopfbuchsen gefüllt sind.Also the writing CN 21 0720420 U deals with the detection of pathogenic substances in the air by means of antibodies coated on a resin with which stuffing boxes are filled.

Eine andere Vorrichtung zum Erkennen bioaktiver Substanzen in der Luft ist aus der Schrift EP 1 309 720 B1 bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen Einlass, einen Filter zum Herausfiltern von Staub und größeren Partikeln, eine Fluidleitung mit einer Barriere, an der sich ein Wirbel zum Sortieren von Partikeln nach Größe bildet, und eine Biorezeptorfläche, auf der die Partikel auftreffen und die mit einem Aptamer zum Nachweis bestimmter Substanzen durch Bindung versehen ist. Auch hier wird die Reaktion anhand von Fluoreszenzstrahlung optisch erfasst.Another device for detecting bioactive substances in the air is from the reference EP 1 309 720 B1 known. The device includes an inlet, a filter for filtering out dust and larger particles, a fluid conduit with a barrier where a vortex forms to sort particles by size, and a bioreceptor surface where the particles impact and which is fitted with an aptamer to detect specific substances by binding. Here, too, the reaction is recorded optically using fluorescence radiation.

Wie in der Schrift zuvor hat auch die US 2019/0242807 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum schnellen in situ-Nachweis von Pathogenen, insbesondere Viren, in der Raumluft mittels Aptamer zum Gegenstand. Die Vorrichtung saugt Luft an, reinigt diese von Partikeln und reichert sie in einer Pufferlösung an. Diese wird in eine Detektionskammer gepumpt, die eine mit einem Aptamer funktionalisierte Elektrode aufweist. Parallel zu einer Vielzahl von Detektionskammern sind Gegenelektroden angeordnet. Der Nachweis von Pathogenen erfolgt anhand einer charakteristischen elektronischen Antwort auf ein dazwischen angelegtes elektrisches Feld.As in the Scriptures before, the US 2019/0242807 A1 a device and a method for the rapid in situ detection of pathogens, in particular viruses, in the ambient air using an aptamer. The device draws in air, cleans it of particles and enriches them in a buffer solution. This is pumped into a detection chamber that has an electrode functionalized with an aptamer. Counter-electrodes are arranged parallel to a large number of detection chambers. Pathogens are detected by a characteristic electronic response to an electric field applied between them.

In der EP 1 882 177 B1 ist die Reaktion eines luftgetragenen Partikels mit einem „Reporter“ beschrieben, die nach erfolgter Reaktion in einer Detektionszone mit Licht bestrahlt werden. Als Reaktion werden Fluoreszenz, Phosphoreszenz etc. genannt. Der Reporter ist ein fluoreszierendes oder phosphoreszierendes Molekül, welches an ein Antigen gebunden sein kann.In the EP 1 882 177 B1 describes the reaction of an airborne particle with a "reporter" which, after the reaction has taken place, is irradiated with light in a detection zone. Fluorescence, phosphorescence etc. are mentioned as a reaction. The reporter is a fluorescent or phosphorescent molecule that can be attached to an antigen.

In der Schrift US 10,677,773 B2 geht es allgemein um eine miniaturisierte Vorrichtung zur Überwachung der Umgebungsluft. Ein Virusdetektor ist beispielhaft genannt. Es geht dabei inhaltlich im Wesentlichen um die räumliche Anordnung von Pumpen, Kanälen, Sensoren, Stromversorgung etc. in der Vorrichtung.In Scripture U.S. 10,677,773 B2 is generally a miniaturized device for monitoring the ambient air. A virus detector is mentioned as an example. In terms of content, it is essentially about the spatial arrangement of pumps, channels, sensors, power supply, etc. in the device.

Die US 7,705,739 B2 offenbart ein Analyse- und Warnsystem für eine mehrstufige Detektion verschiedener pathogener Stoffe, u. a. Viren, in der Luft. Das System umfasst ein optisches Detektionsmodul, welches für eine Lumineszenzmessung bestimmt ist.The U.S. 7,705,739 B2 discloses an analysis and warning system for a multi-stage detection of various pathogenic substances, including viruses, in the air. The system includes an optical detection module intended for a luminescence measurement.

Die Schrift EP 1 158 292 B1 befasst sich mit einem Aerosolpartikeldetektor basierend auf einer winkelaufgelösten Streulichtmessung unter Inzidenz eines Laserstrahls.The font EP 1 158 292 B1 deals with an aerosol particle detector based on an angle-resolved scattered light measurement under the incidence of a laser beam.

Ähnlich befasst sich auch die US 7,053,783 B2 mit einem Streulichtdetektor, speziell zur Ermittlung pathogener Partikel in der Luft. Ermittelt wird allein die Pulshöhe der Streulichtsignale, die jeweils einer Partikelgröße zugeordnet wird, wobei aus dem Auftreten bestimmter Größen auf das Vorhandensein pathogener Substanzen geschlossen wird.Similarly deals with the U.S. 7,053,783 B2 with a scattered light detector, especially for detecting pathogenic particles in the air. Only the pulse height of the scattered light signals is determined, which is assigned to a particle size in each case, with the presence of pathogenic substances being inferred from the occurrence of certain sizes.

Aus der KR 101625133 B1 ist ein Luftqualitätsmesssystem mit vernetzten Detektoren bekannt, das geeignet sein soll, verschiedene Arten von Luftverunreinigungen festzustellen und zu alarmieren, falls bestimmte Grenzwerte überschritten sind. Unter anderem sind auch Viren als Verunreinigungen genannt. Der Schwerpunkt der Schrift liegt in der Vernetzung. Über die Detektion ist aus den übersetzten Ausschnitten nichts ausgesagt.From the KR 101625133 B1 an air quality measuring system with networked detectors is known, which should be suitable for detecting different types of air pollution and alerting if certain limit values are exceeded. Among other things, viruses are also mentioned as impurities. The focus of the writing is on networking. The translated excerpts say nothing about the detection.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verlässliches Nachweisgerät für den in situ-Nachweis in Luft enthaltener pathogener Substanzen bereitzustellen, das aus einfachen Komponenten aufgebaut ist, und verschiedene Anwendungsmöglichkeiten eröffnet.The object of the present invention is to provide a reliable detection device for the in situ detection of pathogenic substances contained in the air, which is constructed from simple components and opens up various possible applications.

Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Nachweisverfahren nach Anspruch 1.According to a first aspect of the invention, the object is achieved by a detection method according to claim 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Nachweis in Luft enthaltener pathogener Substanzen, insbesondere Viren, weist auf: Das Durchleiten eines Luftstromes durch eine einen Lufteinlass mit einem Luftauslass verbindende Ansaugleitung, das Erzeugen eines elektrischen Feldes innerhalb eines Kollektorabschnitts der Ansaugleitung, wobei innerhalb des Kollektorabschnitts etwaige vorhandene pathogene Substanzen elektrostatisch einfangbar oder anreicherbar sind, das Spülen des Kollektorabschnitts mit einem flüssigen Spülmedium und anschließend das Überführen des Spülmediums in ein Nachweisvolumen und das Detektieren einer Trübung und/oder Färbung des Spülmediums in dem Nachweisvolumen in Abhängigkeit von der Präsenz wenigstens einer pathogenen Substanz und infolge einer biochemischen Reaktion derselben mit Antikörpern.The method according to the invention for detecting pathogenic substances contained in air, in particular viruses, has: passing an air stream through an intake line connecting an air inlet to an air outlet, generating an electric field within a collector section of the intake line, with any pathogenic substances present within the collector section can be electrostatically captured or enriched, rinsing the collector section with a liquid rinsing medium and then transferring the rinsing medium into a detection volume and detecting turbidity and/or coloration of the rinsing medium in the detection volume depending on the presence of at least one pathogenic substance and as a result of a biochemical Reaction of the same with antibodies.

Die Antikörper sind wahlweise schon vor dem Spülen in dem Spülmedium enthalten oder werden dem Spülmedium im Kollektorabschnitt oder im Nachweisvolumen zugeführt.The antibodies are either contained in the rinsing medium before rinsing or are added to the rinsing medium in the collector section or in the detection volume.

Die Erfindung kann genutzt werden, sowohl die unmittelbar ausgeatmete Luft eines Probanden mithilfe eines Atemmessgeräts als auch die Raumluft mittels eines Raumluftüberwachungsgerätes zu untersuchen. Nachdem die zu untersuchende Luft durch einen Lufteinlass in eine Ansaugleitung eines entsprechenden Nachweisgerätes geleitet wurde, findet dort in einem räumlich begrenzten Abschnitt der Ansaugleitung, dem Kollektorabschnitt, eine Anreicherung der pathogenen Substanz statt. Die pathogene Substanz ist in der Luft an Träger gebunden, die sogenannten Aerosolpartikel, nachfolgend auch Teilchen genannt, mit denen sie über weite Strecken transportiert werden können. Diese Träger sind meist wasserbasierte Tropfen, die eine Dipolarität aufweisen. Diese Eigenschaft wird genutzt, um die Aerosolpartikel samt der pathogenen Substanz mithilfe eines elektrostatischen Feldes in dem Kollektorabschnitt, typischerweise an der Innenseite der Wandung der Ansaugleitung, temporär zu fixieren. Danach werden die so angereicherten Teilchen, je nach Kontamination mit oder ohne pathogener Substanz, mithilfe einer Flüssigkeit, dem Spülmedium, aus dem Kollektorabschnitt der Ansaugleitung in das Nachweisvolumen abtransportiert. Dazu kann es je nach Zusammensetzung des Spülmediums vorteilhaft sein, das elektrische Feld bereits vor dem Spülen oder während des Spülens abzuschalten, um die elektrostatisch anhaftenden Teilchen oder Aerosolpartikel beim Spülen leichter von der Wandung ablösen zu können.The invention can be used to examine both the air directly exhaled by a subject using a breath measuring device and the room air using a room air monitoring device. After the air to be examined has been fed through an air inlet into an intake line of a corresponding detection device, the pathogenic substance is enriched in a spatially limited section of the intake line, the collector section. The pathogenic substance is bound to carriers in the air, the so-called aerosol particles, hereinafter also referred to as particles, with which they can be transported over long distances. These carriers are mostly water-based drops containing a dipolari have activity. This property is used to temporarily fix the aerosol particles together with the pathogenic substance using an electrostatic field in the collector section, typically on the inside of the wall of the suction line. The particles enriched in this way, depending on the contamination with or without pathogenic substances, are then transported away from the collector section of the suction line into the detection volume using a liquid, the rinsing medium. Depending on the composition of the flushing medium, it can be advantageous to switch off the electric field before flushing or during flushing, in order to be able to more easily detach the electrostatically adhering particles or aerosol particles from the wall during flushing.

Eine erste Alternative sieht vor, dass das Spülmedium bereits vor dem Spülen Antikörper enthält. In diesem Fall findet eine Immunreaktion, oder genauer eine Antigen-Antikörper-Reaktion, der Antigene der pathogenen Substanz mit den bereitgehaltenen Antikörpern bereits während des Spülvorgangs statt.A first alternative provides that the rinsing medium already contains antibodies before rinsing. In this case, an immune reaction, or more precisely an antigen-antibody reaction, of the antigens of the pathogenic substance with the antibodies that are kept ready already takes place during the rinsing process.

Einer zweiten Alternative zufolge werden in dem Nachweisvolumen auf partikulären Träger immobilisierte Antikörper in einer Flüssigkeit vorsuspendiert vorgehalten. Das Spülmedium selbst enthält zuvor weder Antikörper noch Träger. Eine Immun- oder Antigen-Antikörper-Reaktion der Antigene der pathogenen Substanz mit den vorgehaltenen Antikörpern findet daher erst im Nachweisvolumen statt.According to a second alternative, antibodies immobilized on particulate carriers are kept pre-suspended in a liquid in the detection volume. The rinsing medium itself contains neither antibodies nor carriers beforehand. An immune or antigen-antibody reaction of the antigens of the pathogenic substance with the available antibodies therefore only takes place in the detection volume.

Als Antikörper werden hierin alle immunologisch aktiven Proteine, unabhängig von Ihrer Produktion, verstanden, also insbesondere auch monoklonale Antikörper. All immunologically active proteins, regardless of their production, are understood here as antibodies, ie in particular also monoclonal antibodies.

Vorteilhaft ist es, wenn im Fall der ersten Alternative in dem Spülmedium nach dem Überführen in das Nachweisvolumen partikuläre Träger suspendiert werden, auf denen eine Immobilisierung der Antikörper erfolgt. Dies wird in besonders vorteilhafter Weise dadurch realisiert, dass die partikulären Träger in einer Flüssigkeit in dem Nachweisvolumen vorsuspendiert vorgehalten werden.It is advantageous if, in the case of the first alternative, particulate carriers are suspended in the rinsing medium after transfer to the detection volume, on which the antibodies are immobilized. This is realized in a particularly advantageous manner in that the particulate carriers are kept pre-suspended in a liquid in the detection volume.

In beiden Fällen handelt es sich bei dem partikulären Träger um suspendierbare Partikel, insbesondere Latexpartikel, auf denen der dem nachzuweisenden Analyten (Antigen) affine Bindungspartner (Antikörper) immobilisierbar ist. Sobald das Spülmedium in das Nachweisvolumen gelangt, enthält es diese Partikel, weshalb die Suspension zur Abgrenzung von dem Spülmedium nachfolgend auch als „Nachweisflüssigkeit“ bezeichnet wird. Diese Suspension wird bekanntermaßen für partikelverstärkte nephelometrische oder turbimetrische Immunoassays verwendet. Werden die beladenen Latexpartikel mit dem zu messenden Analyten, vorliegend also den Aerosolpartikeln, in Kontakt gebracht, entstehen Agglutinate, die eine detektierbare Trübung zur Folge haben. Im Falle der Nephelometrie wird diese Trübung mittels Streulichtmessung quantitativ erfasst. Je höher die Konzentration des Analyten, desto zahlreicher und größer sind die streuenden Partikelagglutinate und umso höher ist das Streulichtsignal. Das Prinzip ist bereits seit langem bekannt und beispielsweise in der EP 0 019 741 B1 beschrieben.In both cases, the particulate carrier is a matter of suspendable particles, in particular latex particles, on which the binding partner (antibody) with an affinity for the analyte (antigen) to be detected can be immobilized. As soon as the rinsing medium reaches the detection volume, it contains these particles, which is why the suspension is also referred to below as "detection liquid" to distinguish it from the rinsing medium. This suspension is known to be used for particle-enhanced nephelometric or turbimetric immunoassays. If the loaded latex particles come into contact with the analyte to be measured, in this case the aerosol particles, agglutinates are formed, which result in a detectable turbidity. In the case of nephelometry, this turbidity is recorded quantitatively using scattered light measurement. The higher the concentration of the analyte, the more numerous and larger the scattering particle agglutinates and the higher the scattered light signal. The principle has been known for a long time and, for example, in EP 0 019 741 B1 described.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird das Spülmedium in einem Reservoir vorgehalten, aus dem der Kollektorabschnitt ein bestimmtes Volumen des Spülmediums zum Spülen zugeführt wird. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass das Spülmedium mittels einer ein definiertes Volumen bereitstellenden Abmesseinrichtung abgemessen wird, bevor es zum Spülen in den Kollektorabschnitt der Ansaugleitung eingeleitet wird.According to an advantageous development of the method, the flushing medium is held in a reservoir, from which the collector section is supplied with a specific volume of flushing medium for flushing. This is done, for example, by measuring the flushing medium using a measuring device that provides a defined volume before it is introduced into the collector section of the intake line for flushing.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das Spülmedium nach dem Detektieren aus dem Nachweisvolumen in das Reservoir zurückgeführt wird, wenn keine Trübung detektiert werden konnte. Hierbei bilden das Reservoir und das Nachweisvolumen getrennte Volumenbereiche in dem Nachweisgerät und das Spülmedium wird in einem Kreislaufsystem zurückgewonnen und kann wiederverwendet werden. Das senkt den Verbrauch des Spülmediums, was insbesondere für solche Spülmedien von wirtschaftlicher Bedeutung ist, in welchen die Antikörper bereits vorgelöst vorliegen (hierin nachfolgend auch als Antikörperlösung bezeichnet).An advantageous embodiment of the method provides that the flushing medium is returned to the reservoir after detection from the detection volume if no turbidity could be detected. Here, the reservoir and the detection volume form separate volume areas in the detection device and the flushing medium is recovered in a circulatory system and can be reused. This reduces the consumption of the rinsing medium, which is of economic importance in particular for rinsing media in which the antibodies are already pre-dissolved (hereinafter also referred to as antibody solution).

Bei Verwendung einer Nachweisflüssigkeit mit partikulären Trägern werden diese vorteilhafter Weise beim Zurückführen des Spülmediums in das Reservoir durch einen Filter im Nachweisvolumen zurückgehalten. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Träger in den Kreislauf des Spülmediums gelangen.When using a detection liquid with particulate carriers, these are advantageously held back by a filter in the detection volume when the flushing medium is returned to the reservoir. This prevents the carriers from getting into the circulation of the flushing medium.

Alternativ zum Zurückführen des Spülmediums in das Reservoir kann auch vorgesehen sein, dass das Spülmedium dem Kollektorabschnitt unmittelbar aus dem Nachweisvolumen zum Spülen zugeführt wird. In diesem Fall ersetzt das Nachweisvolumen das Reservoir. Das Spülmedium wird beim anschließenden Überführen wieder in das Nachweisvolumen zurücktransportiert. Es wird also alternierend zwischen dem Kollektorabschnitt und dem Reservoir bzw. Nachweisvolumen hin-undher-gefördert. Auch auf diese Weise kann das Spülmedium mehrfach verwendet werden, wenn keine Trübung detektiert, also keine Antigene festgestellt werden konnten. Ist indes eine Kontamination des Spülmediums mit der pathogenen Substanz eingetreten, so müssen alle mit der pathogenen Substanz in Berührung gekommenen Teile des Nachweisgeräts, also die Ansaugleitung, das Nachweisvolumen, die Spülleitung einschließlich des gesamten darin enthaltenen Spülmediums ausgewechselt werden.As an alternative to returning the flushing medium to the reservoir, provision can also be made for the flushing medium to be supplied to the collector section directly from the detection volume for flushing. In this case, the detection volume replaces the reservoir. During the subsequent transfer, the rinsing medium is transported back into the detection volume. It is thus conveyed back and forth alternately between the collector section and the reservoir or detection volume. In this way, too, the rinsing medium can be used several times if no turbidity is detected, ie no antigens could be detected. Is, however, a contamination of the sink medium with the pathogenic substance has occurred, all parts of the detection device that have come into contact with the pathogenic substance, i.e. the suction line, the detection volume, the flushing line including the entire flushing medium contained therein, must be replaced.

In diesem Fall werden etwaige partikuläre Träger in der Nachweisflüssigkeit vorteilhafter Weise beim Zuführen des Spülmediums zum Kollektorabschnitt durch einen Filter im Nachweisvolumen zurückgehalten.In this case, any particulate carriers in the detection liquid are advantageously held back by a filter in the detection volume when the flushing medium is supplied to the collector section.

Der Luftstrom wird vorzugsweise mittels einer Pumpe durch die Ansaugleitung durchgeleitet.The air flow is preferably passed through the intake line by means of a pump.

Die Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Nachweisgerät nach Anspruch 13.According to a second aspect of the invention, the object is achieved by a detection device according to claim 13.

Das Nachweisgerät für den Nachweis in Luft enthaltener pathogener Substanzen, insbesondere Viren, weist auf: einen Lufteinlass, einen Luftauslass, eine den Lufteinlass mit dem Luftauslass verbindende Ansaugleitung, elektrische Kontakte, die derart entlang der Ansaugleitung angeordnet sind, dass innerhalb eines Kollektorabschnitts der Ansaugleitung ein elektrisches Feld erzeugbar ist, ein Nachweisvolumen zur Aufnahme eines Spülmediums aus dem Kollektorabschnitt, eine fluidische Verbindung zwischen dem Kollektorabschnitt und dem Nachweisvolumen und ein Sensorelement, eingerichtet zum Detektieren einer Trübung und/oder Färbung des Spülmediums in dem Nachweisvolumen in Abhängigkeit von der Präsenz wenigstens einer pathogenen Substanz und infolge einer biochemischen Reaktion derselben mit Antikörpern.The detection device for the detection of pathogenic substances contained in air, in particular viruses, has: an air inlet, an air outlet, a suction line connecting the air inlet to the air outlet, electrical contacts which are arranged along the suction line in such a way that within a collector section of the suction line a electric field can be generated, a detection volume for receiving a flushing medium from the collector section, a fluidic connection between the collector section and the detection volume and a sensor element, set up to detect turbidity and/or coloration of the flushing medium in the detection volume depending on the presence of at least one pathogen Substance and as a result of a biochemical reaction of the same with antibodies.

Der Kollektorabschnitt wird durch die Anordnung der elektrischen Kontakte definiert. Die Antikörper sind wahlweise in dem Spülmedium enthalten oder werden dem Spülmedium im Kollektorabschnitt oder im Nachweisvolumen zugeführt.The collector section is defined by the arrangement of the electrical contacts. The antibodies are optionally contained in the flushing medium or are added to the flushing medium in the collector section or in the detection volume.

Vorzugsweise weist das Nachweisgerät ein erstes elektronisch schaltbares Ventil auf, welches eingerichtet ist, wahlweise die fluidische Verbindung zwischen dem Kollektorabschnitt und dem Nachweisvolumen zu öffnen oder zu verschließen.The detection device preferably has a first electronically switchable valve which is set up to selectively open or close the fluidic connection between the collector section and the detection volume.

Gemäß einer ersten Alternative weist das Nachweisgerät bevorzugt ferner ein Reservoir zur Bevorratung des Spülmediums und eine das Reservoir mit dem Kollektorabschnitt fluidisch verbindende Spülleitung zur Einleitung des Spülmediums in den Kollektorabschnitt auf.According to a first alternative, the detection device preferably also has a reservoir for storing the flushing medium and a flushing line fluidically connecting the reservoir to the collector section for introducing the flushing medium into the collector section.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung dieser ersten Alternative ist eine in der Spülleitung integrierte, ein definiertes Volumen bereitstellende Abmesseinrichtung zum Abmessen eines bestimmten Volumens des Spülmediums vorgesehen. Die Abmesseinrichtung ist als Bestandteil der Spülleitung einerseits mit dem Reservoir und andererseits mit dem Kollektorabschnitt verbunden und sorgt dafür, dass das Spülmedium zum Spülen dosiert in den Kollektorabschnitt der Ansaugleitung eingeleitet wird.According to an advantageous embodiment of this first alternative, a measuring device that is integrated in the flushing line and provides a defined volume is provided for measuring a specific volume of the flushing medium. As part of the flushing line, the metering device is connected to the reservoir on the one hand and to the collector section on the other hand and ensures that the flushing medium for flushing is metered into the collector section of the intake line.

Vorzugsweise ist ferner eine das Nachweisvolumen mit dem Reservoir fluidisch verbindende Rückführleitung vorgesehen. Besonders bevorzugt ist in dieser Ausgestaltung ein Filter in der Rückführleitung oder in dem Nachweisvolumen oder zwischen Rückführleitung und Nachweisvolumen vorgesehen, mit dem partikuläre Träger beim Rückführen des Spülmediums in dem Nachweisvolumen zurückgehalten werden.A return line fluidically connecting the detection volume to the reservoir is also preferably provided. In this embodiment, a filter is particularly preferably provided in the return line or in the detection volume or between the return line and the detection volume, with which particulate carriers are retained in the detection volume when the flushing medium is returned.

Gemäß einer zweiten Alternative ist vorteilhafter Weise ein Filter in der fluidischen Verbindung zwischen dem Kollektorabschnitt und dem Nachweisvolumen oder in dem Nachweisvolumen vorgesehen, mit dem partikuläre Träger beim Zuführen des Spülmediums aus dem Nachweisvolumen in den Kollektorabschnitt zum Zweck des Spülens in dem Nachweisvolumen zurückgehalten werden.According to a second alternative, a filter is advantageously provided in the fluidic connection between the collector section and the detection volume or in the detection volume, with which particulate carriers are retained in the detection volume when the rinsing medium is fed in from the detection volume into the collector section for the purpose of rinsing.

Der Filter weist im Falle beider Alternativen bevorzugt eine Porenweite von nominal höchstens 0,5 µm, besonders bevorzugt höchstens 0,3 µm und ganz besonders bevorzugt höchstens 0,25 µm auf. Die partikulären Träger, insbesondere in Kugelform, haben vorzugsweise einen Durchmesser von 300 nm bis 1500 nm, besonders bevorzugt von 400 nm bis 800 nm, und werden in Konzentrationen von vorzugsweise 0,02 % bis 1,5 %, besonders bevorzugt 0,04 % bis 0,5 %, in dem zu untersuchenden Nachweismedium eingesetzt.In the case of both alternatives, the filter preferably has a nominal pore size of at most 0.5 μm, particularly preferably at most 0.3 μm and very particularly preferably at most 0.25 μm. The particulate supports, in particular in spherical form, preferably have a diameter of 300 nm to 1500 nm, particularly preferably 400 nm to 800 nm, and are used in concentrations of preferably 0.02% to 1.5%, particularly preferably 0.04%. up to 0.5%, used in the detection medium to be examined.

Im Fall der ersten Alternative weist das Nachweisgerät vorzugsweise ein zweites elektronisch schaltbares Ventil auf, welches eingerichtet ist, wahlweise die Rückführleitung zu verschließen oder zu öffnen. Das erste und das zweite elektronisch schaltbare Ventil können in einer gemeinsamen Ventilanordnung zusammengefasst sein. Die Ventilanordnung kann durch mehre einfache Ventile oder beispielsweise durch ein 3/2-Wegeventil oder 3/3-Wegeventil gebildet sein, wobei das 3/3-Wegeventil eine dritte Schaltstellung vorsieht, in der das Nachweisvolumen sowohl von dem Kollektorabschnitt als auch von der Rückführleitung fluidisch getrennt ist. In the case of the first alternative, the detection device preferably has a second electronically switchable valve which is set up to selectively close or open the return line. The first and the second electronically switchable valve can be combined in a common valve arrangement. The valve arrangement can be formed by several simple valves or, for example, by a 3/2-way valve or 3/3-way valve, with the 3/3-way valve providing a third switching position in which the detection volume can be drawn from both the collector section and the return line is fluidically separated.

Weiterhin bevorzugt weist das Nachweisgerät eine in die Ansaugleitung eingeschaltete oder mit der Ansaugleitung verbundene Pumpe zum Erzeugen eines Luftstroms in der Ansaugleitung auf. Durch eine solche Pumpe lässt sich über die Dauer des-Durchleitens des Luftstromes ein konstanter Volumenstrom und eine konstante Strömungsgeschwindigkeit in der Ansaugleitung erzielen. Volumenstrom und elektrische Feldstärke sind auf die Geometrie des Kollektorabschnitts, insbesondere dessen Länge und Weite in Richtung des Feldes, der Gestalt abgestimmt, dass die Verweilzeit in dem Kollektorabschnitt ausreicht, die überwiegende Menge der in der Atemluft oder Raumluft befindlichen Aerosolpartikel einzufangen.Furthermore, the detection device preferably has a pump which is switched on in the intake line or is connected to the intake line in order to generate an air flow in the intake line. Such a pump allows a constant over the duration of the passage of the air flow Achieve volumetric flow and constant flow velocity in the intake line. Volume flow and electric field strength are tailored to the geometry of the collector section, in particular its length and width in the direction of the field, so that the residence time in the collector section is sufficient to capture the majority of the aerosol particles in the breathing air or room air.

Ferner weist das Nachweisgerät vorzugsweise eine elektronische Steuerung auf, an die die Pumpe und das Ventil elektronisch angeschlossen sind.Furthermore, the detection device preferably has an electronic controller to which the pump and the valve are electronically connected.

Das Sensorelement ist bevorzugt ein optisches Sensorelement, das mit einer elektronischen Steuerung elektronisch verbunden ist und eine optische Achse aufweist, die auf das Nachweisvolumen ausgerichtet ist. Genauer ist in einer ersten Wand des Nachweisvolumens ein Sichtfenster angeordnet, durch das die optische Achse des Sensorelements hindurch verläuft. Die Messung mit dem Sensorelement kann mittels einer externen Lichtquelle durchgeführt werden. Bevorzugt aber weist das Nachweisgerät eine mit der Steuerung elektronisch verbundene Lichtquelle auf, die auf das Nachweisvolumen ausgerichtet ist. Hierzu ist bevorzugt in einer zweiten Wand des Nachweisvolumens ein Einlassfenster angeordnet, auf das die Lichtquelle ausgerichtet ist. Dabei sind die Lichtquelle, das Sensorelement und die Steuerung zur Bestimmung des in dem Nachweisvolumen enthaltenen Nachweismediums absorbierten oder gestreuten Lichtes eingerichtet. Auf diese Weise können mit dem Nachweisgerät nephelometrische oder turbimetrische quantitative Bestimmungen des Gehalts der an der Reaktion beteiligten Antigene durchgeführt werden. Bevorzugt ist die Lichtquelle eine Infrarotlichtquelle und besonders bevorzugt eine Lichtquelle, die eine Strahlung im Wellenlängenbereich von 800 bis 1500nm, bevorzugt 800nm bis 1 000nm, emittiert. Weiterhin bevorzugt emittiert die Lichtquelle in einem Wellenlängenbereich, der das 1 ,5-fache bis zum 2,5-fachen der Durchmesser der partikulären Träger beträgt.The sensing element is preferably an optical sensing element electronically connected to an electronic controller and having an optical axis aligned with the detection volume. More precisely, a viewing window through which the optical axis of the sensor element runs is arranged in a first wall of the detection volume. The measurement with the sensor element can be carried out using an external light source. However, the detection device preferably has a light source which is electronically connected to the controller and which is aligned with the detection volume. For this purpose, an inlet window, onto which the light source is aligned, is preferably arranged in a second wall of the detection volume. The light source, the sensor element and the controller are set up to determine the light absorbed or scattered in the detection volume contained in the detection medium. In this way, nephelometric or turbimetric quantitative determinations of the content of the antigens involved in the reaction can be carried out with the detection device. The light source is preferably an infrared light source and particularly preferably a light source which emits radiation in the wavelength range from 800 to 1500 nm, preferably 800 nm to 1000 nm. Furthermore, the light source preferably emits in a wavelength range which is 1.5 times to 2.5 times the diameter of the particulate carrier.

Ferner ist in der Ansaugleitung vorteilhafterweise ein Drucksensor angeordnet oder mit der Ansaugleitung ein Drucksensor unmittelbar fluidisch verbunden, der mit der Steuerung elektronisch verbunden ist.Furthermore, a pressure sensor is advantageously arranged in the intake line or a pressure sensor is directly fluidly connected to the intake line, which pressure sensor is electronically connected to the controller.

Vorteilhafterweise ist auch ein steuerbares Einlassventil vorgesehen, das im Bereich des Lufteinlasses angeordnet ist und das mit der Steuerung elektronisch verbunden ist.A controllable inlet valve is also advantageously provided, which is arranged in the area of the air inlet and which is electronically connected to the controller.

Wird das Nachweisgerät beispielsweise zur Analyse des Atems einer Person verwendet, dann öffnet das Ventil qua Steuerung nur, wenn stromaufwärts ein leichter Überdruck detektiert wird, wie nachstehend erläutert wird. Es hat den Nutzen, dass Luft nur angesaugt wird, wenn auch ein Proband in ein mit dem Einlassstutzen verbundenes Mundstück atmet. Eine Rückatmung wird somit verhindert und die Voraussetzung für einen definierten Volumenstrom durch die Ansaugleitung geschaffen.For example, if the detection device is used to analyze a person's breath, then the valve will only open as a controller if a slight positive pressure is detected upstream, as explained below. It has the benefit that air is only sucked in when a subject is also breathing into a mouthpiece connected to the inlet port. This prevents rebreathing and creates the conditions for a defined volume flow through the intake line.

Weiterhin weist das Nachweisgerät vorteilhafter Weise einen Drucksensor auf, der stromaufwärts des Einlassventils im Bereich des Lufteinlasses angeordnet oder mit diesem Bereich unmittelbar fluidisch verbunden ist und der mit der Steuerung elektronisch verbunden ist.Furthermore, the detection device advantageously has a pressure sensor which is arranged upstream of the inlet valve in the area of the air inlet or is directly fluidly connected to this area and which is electronically connected to the controller.

Wird das Nachweisgerät beispielsweise zur Analyse des Atems einer Person verwendet, dient die Kombination aus dem Einlassventil und einem stromaufwärts angeordneten Drucksensor dazu, zunächst festzustellen, dass eine Person in ein mit dem Einlassstutzen verbundenes Mundstück atmet. Hierdurch erhöht sich der vor dem Einlassventil anstehende Druck (Eingangsdruck). Stellt der Drucksensor fest, dass ein voreingestellter Wert überschritten wird, also ein definierter Überdruck erreicht ist, öffnet die Steuerung das Einlassventil, um das Mundstück fluidisch mit dem Nachweisvolumen zu verbinden. Der definierte Druckabfall zwischen dem so geregelten Überdruck im Mundstück und dem Ansaugvolumen sorgt für einen geregelten Volumenstrom des ausgeatmeten Aerosols und schafft somit die Voraussetzung für eine verlässliche, quantitative Bestimmung der in einem bestimmten Volumen enthaltenen Aerosolpartikel. Unterschreitet der mittels des Drucksensors ermittelte Eingangsdruck den gleichen oder einen anderen voreingestellten Wert, dann schließt die Steuerung das Einlassventil, um das Mundstück von dem Nachweisvolumen zu trennen, und unter anderem eine Rückatmung zu verhindern.For example, if the detection device is used to analyze a person's breath, the combination of the inlet valve and an upstream pressure sensor serves to first determine that a person is breathing into a mouthpiece connected to the inlet port. This increases the pressure in front of the inlet valve (inlet pressure). If the pressure sensor determines that a preset value has been exceeded, i.e. a defined overpressure has been reached, the controller opens the inlet valve in order to fluidly connect the mouthpiece to the detection volume. The defined pressure drop between the overpressure regulated in this way in the mouthpiece and the intake volume ensures a regulated volume flow of the exhaled aerosol and thus creates the prerequisite for a reliable, quantitative determination of the aerosol particles contained in a specific volume. If the inlet pressure determined by the pressure sensor falls below the same or a different preset value, the controller then closes the inlet valve in order to separate the mouthpiece from the detection volume and, among other things, to prevent rebreathing.

Dementsprechend umfasst das Nachweisgerät in dieser Ausgestaltung ferner vorzugsweise ein mit dem Lufteinlass verbindbares Mundstück.Accordingly, in this embodiment, the detection device preferably also includes a mouthpiece that can be connected to the air inlet.

Das Mundstück umfasst dabei besonders bevorzugt einen Einlassabschnitt, einen Auslassabschnitt und einen abzweigenden Verbindungsabschnitt, wobei der Verbindungsabschnitt zur fluidischen Verbindung mit dem Einlassstutzen eingerichtet ist. Einlassabschnitt, Auslassabschnitt und Verbindungsabschnitt sind dabei strömungstechnisch so gestaltet und dimensioniert, dass sich einerseits durch Ausatmen in den Einlassabschnitt hinein ein ausreichender Überdruck in dem Verbindungsabschnitt aufbauen lässt, um den steuerungstechnisch voreingestellten Wert zu überschreiten und somit das Einlassventil zu öffnen. Andererseits muss gewährleistet sein, dass sich durch das Ausatmen auch kein wesentlich höherer Überdruck aufbaut, um den Volumenstrom durch das Nachweismedium nicht erheblich zu manipulieren.The mouthpiece particularly preferably comprises an inlet section, an outlet section and a branching-off connection section, the connection section being set up for fluidic connection with the inlet socket. In terms of flow, the inlet section, outlet section and connection section are designed and dimensioned in such a way that, on the one hand, by exhaling into the inlet section, sufficient overpressure can be built up in the connection section to exceed the value preset by the control system and thus open the inlet valve. On the other hand, it must be ensured that no significantly higher overpressure builds up when you breathe out builds in order not to significantly manipulate the volume flow through the detection medium.

Zusätzlich oder alternativ zu dem Drucksensor stromaufwärts des Einlassventils kann ein beispielsweise durch den Probanden zu betätigender Schalter an dem Nachweisgerät vorgesehen sein, der das Gerät in Bereitschaft versetzt und/oder die Messung startet.In addition or as an alternative to the pressure sensor upstream of the inlet valve, a switch to be actuated by the subject, for example, can be provided on the detection device, which puts the device on standby and/or starts the measurement.

Das Nachweisgerät weist im Bereich des Luftauslasses vorzugsweise ein die Aerosolpartikel zurückhaltendes Filterelement auf, damit auch die ausgeatmete und das Nachweismedium nicht passierende Luft möglichst frei von etwaig vorhandenen pathogenen Substanzen in die Umgebung abgegeben wird.In the area of the air outlet, the detection device preferably has a filter element that retains the aerosol particles, so that the exhaled air that does not pass through the detection medium is released into the environment as free as possible of any pathogenic substances that may be present.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in der Ansaugleitung wenigstens ein Luftleitelement der Gestalt angeordnet ist, mit dem der Luftstrom möglichst direkt in Richtung des Kollektorabschnittes gelenkt wird.Furthermore, it has proven to be advantageous if at least one air guiding element is arranged in the intake line, with which the air flow is guided as directly as possible in the direction of the collector section.

Als Nachweisverfahren kommt die oben schon angesprochene Nephelometrie in Betracht, bei der sich die quantitative Konzentration feinverteilter, kolloidaler Aerosolteilchen über die Trübung bestimmen lässt. Hierbei wird das Nachweismedium in den Lichtstrahl der Lichtquelle gebracht, wobei aufgrund der Trübung ein Teil des Lichtes seitlich zum eintretenden Strahl gestreut wird. Das Streulicht tritt durch das Sichtfenster aus dem Nachweisvolumen des Behälters aus und wird gegebenenfalls über optische Komponenten (Linsen, Prismen, Spiegel) auf einen Photodetektor gelenkt. Alle optischen Komponenten und der Detektor werden als Bestandteile des Sensorelements verstanden. Die Messung des Photodetektors ist direkt proportional der Lichtintensität.The above-mentioned nephelometry can be used as a detection method, in which the quantitative concentration of finely divided, colloidal aerosol particles can be determined via the turbidity. Here, the detection medium is brought into the light beam of the light source, with part of the light being scattered laterally to the incoming beam due to the turbidity. The scattered light emerges from the detection volume of the container through the viewing window and is possibly directed to a photodetector via optical components (lenses, prisms, mirrors). All optical components and the detector are understood as parts of the sensor element. The measurement of the photodetector is directly proportional to the light intensity.

Auch in Betracht kommt das Nachweisverfahren der Turbidimetrie. Hierbei wird die streuungsbedingte Verringerung der Intensität (Extinktion) des durch das Nachweismedium hindurchgehenden Lichtstrahls, also die Transmission, gemessen, wobei die Konzentration der Reaktionsprodukte direkt proportional zur Trübung der Lösung ist.The detection method of turbidimetry also comes into consideration. Here, the scattering-related reduction in the intensity (extinction) of the light beam passing through the detection medium, i.e. the transmission, is measured, with the concentration of the reaction products being directly proportional to the turbidity of the solution.

Wie eingangs erwähnt, wird das Nachweisgerät vorzugsweise als Testvorrichtung zum Nachweis in der ausgeatmeten Luft eines Probanden enthaltener pathogener Substanzen, insbesondere Viren, also als Atemmessgerät, oder als Überwachungsvorrichtung zum Nachweis in der Raumluft enthaltener pathogener Substanzen, insbesondere Viren, also als Raumluftüberwachungsgerät verwendet. Die Testvorrichtung und die Überwachungsvorrichtung können jeweils zusätzliche spezifische funktionale Komponenten umfassen, wie im Fall der Testvorrichtung das Mundstück oder im Fall der Überwachungsvorrichtung einen Ansaugtrichter oder jeweils angepasste Anzeige- oder Datenübertragungsmodule. Insbesondere kann die Überwachungsvorrichtung eine Schnittstelle und/oder ein Funkmodul für einen kabelgebundenen oder funkbasierten Daten- oder Signalaustausch mit einem Server oder einem stationären oder mobilen Endgerät oder einer gleichartigen Überwachungsvorrichtung aufweisen. Diese Ausstattung ist auch für die Testvorrichtung denkbar, die allerdings in der einfachsten Ausgestaltung als mobiles Testgerät auch mit einer eigenen optischen und/oder akustischen Anzeige auskommt. Andererseits kann auch die Überwachungsvorrichtung eine zusätzliche optische und/oder akustische Anzeige aufweisen, um Personen in dem überwachten Raum unmittelbar zu alarmieren.As mentioned at the beginning, the detection device is preferably used as a test device for detecting pathogenic substances, in particular viruses, contained in the exhaled air of a subject, i.e. as a breath measuring device, or as a monitoring device for detecting pathogenic substances, in particular viruses, contained in the room air, i.e. as a room air monitoring device. The testing device and the monitoring device may each comprise additional specific functional components, such as the mouthpiece in the case of the testing device, or a suction funnel in the case of the monitoring device, or respectively adapted display or data transmission modules. In particular, the monitoring device can have an interface and/or a radio module for a wired or radio-based exchange of data or signals with a server or a stationary or mobile end device or a similar monitoring device. This equipment is also conceivable for the test device, which, however, in the simplest configuration as a mobile test device, also manages with its own optical and/or acoustic display. On the other hand, the monitoring device can also have an additional optical and/or acoustic display in order to immediately alert people in the monitored room.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1A eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Nachweisgeräts in einem ersten Betriebszustand;
  • 1B eine Ausschnittsvergrößerung aus 1A;
  • 2A eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels in einem zweiten Betriebszustand;
  • 2B eine Ausschnittsvergrößerung aus 2A;
  • 3A eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels in einem dritten Betriebszustand;
  • 3B eine Ausschnittsvergrößerung aus 3A;
  • 4 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Nachweisgeräts in einem ersten Betriebszustand;
  • 5 eine schematische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels in einem zweiten Betriebszustand;
  • 6 eine schematische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels in einem dritten Betriebszustand;
  • 7 eine schematische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels in einem vierten Betriebszustand und
  • 8 das zweite Ausführungsbeispiel des Nachweisgeräts in der Verwendung als Raumluftüberwachungsgerät.
The invention is explained in more detail below with reference to drawings. Show it:
  • 1A a schematic representation of a first embodiment of the detection device according to the invention in a first operating state;
  • 1B an enlargement of a section 1A ;
  • 2A a schematic representation of the first embodiment in a second operating state;
  • 2 B an enlargement of a section 2A ;
  • 3A a schematic representation of the first embodiment in a third operating state;
  • 3B an enlargement of a section 3A ;
  • 4 a schematic representation of a second embodiment of the detection device according to the invention in a first operating state;
  • 5 a schematic representation of the second embodiment in a second operating state;
  • 6 a schematic representation of the second embodiment in a third operating state;
  • 7 a schematic representation of the second embodiment in a fourth operating state and
  • 8th the second embodiment of the detection device in use as a room air monitoring device.

Das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Nachweisgeräts für den Nachweis in Luft enthaltener pathogener Substanzen umfasst einen Lufteinlass 112, einen Luftauslass 114 und eine den Lufteinlass 112 mit dem Luftauslass 114 verbindende Ansaugleitung 116. In den 1A und 1B ist das Nachweisgerät 100 in einem ersten Verfahrensschritt des Durchleitens eines Luftstromes dargestellt. Entlang eines Abschnitts 120 der Ansaugleitung 116 sind elektrische Kontakte oder Elektroden 118 und 119 angeordnet. Die Elektrode 118 ist hier beispielhaft als Anode und die Elektrode 119 als Kathode dargestellt. Zwischen den elektrischen Kontakten 118, 119 bildet sich innerhalb der Ansaugleitung 116ein elektrisches Feld aus, sobald die elektrischen Kontakte 118, 119 mit einer Spannungsquelle verbunden sind. In 1B ist ein vergrößerter Ausschnitt des Abschnitts 120 der Ansaugleitung, hierin auch als „Kollektorabschnitt“ bezeichnet, gezeigt. In der schematischen Darstellung sind die Elektrode 118 mit dem positiven Pol einer Spannungsversorgung, beispielsweise einer Batterie, und die Elektrode 119 mit deren negativen Pol verbunden. Elektrisch geladene Teilchen oder auch Dipole (Wassertröpchen, Aerosolpartikel) werden in dem Kollektorabschnitt 120 aufgrund des Feldes entlang der Innenseite 121 der Wandung der Ansaugleitung 116 in dem Kollektorabschnitt 120 angereichert. Um insbesondere Dipole effektiv einzufangen kann das elektrische Feld im Kollektorabschnitt bewusst inhomogen ausgebildet sein. Die elektrischen Kontakte 118, 119 befinden sich außerhalb der Ansaugleitung und die Wandung der Ansaugleitung ist elektrisch nicht leitend, sodass innerhalb des Kollektorabschnitts 120 nach Möglichkeit kein Ladungsausgleich stattfindet.The first exemplary embodiment of the detection device according to the invention for detecting pathogenic substances contained in air comprises an air inlet 112, an air outlet 114 and a suction line 116 connecting the air inlet 112 to the air outlet 114 1A and 1B the detection device 100 is shown in a first method step of passing an air stream through. Electrical contacts or electrodes 118 and 119 are disposed along a portion 120 of intake manifold 116 . The electrode 118 is shown here as an anode and the electrode 119 as a cathode. An electrical field forms between the electrical contacts 118, 119 within the intake line 116 as soon as the electrical contacts 118, 119 are connected to a voltage source. In 1B 1 is an enlarged section of the intake manifold section 120, also referred to herein as the “collector section”. In the schematic representation, the electrode 118 is connected to the positive pole of a voltage supply, for example a battery, and the electrode 119 is connected to its negative pole. Electrically charged particles or also dipoles (water droplets, aerosol particles) are enriched in the collector section 120 due to the field along the inside 121 of the wall of the intake line 116 in the collector section 120 . In order to effectively capture dipoles in particular, the electric field in the collector section can be deliberately inhomogeneous. The electrical contacts 118, 119 are located outside of the intake line and the wall of the intake line is not electrically conductive, so that, if possible, no charge equalization takes place within the collector section 120.

Das Nachweisgerät 100 weist ferner ein Nachweisvolumen 122 zur Aufnahme eines Spülmediums 124 auf. An das Nachweisvolumen schließt sich ein bogenförmiges Rohrsegment 144 an, welches zusammen mit dem Nachweisvolumen 122 ein System kommunizierender Röhren bildet und welches bis zum gleichen Pegel mit dem Spülmedium 124 gefüllt ist. Der Kollektorabschnitt 120 und das Nachweisvolumen 122 sind durch eine fluidische Verbindung 126 miteinander verbunden, die zum Teil durch die Ansaugleitung 116 selbst gebildet wird.The detection device 100 also has a detection volume 122 for receiving a flushing medium 124 . The detection volume is followed by a curved tube segment 144 which, together with the detection volume 122, forms a system of communicating tubes and which is filled with the flushing medium 124 to the same level. The collector portion 120 and the detection volume 122 are connected by a fluidic connection 126 formed in part by the intake line 116 itself.

Weiterhin ist in der fluidischen Verbindung 126 ein Filter 152 vorgesehen, welcher dazu eingerichtet ist, partikuläre Träger, die im Nachweisvolumen 122 in einer Suspension vorliegen, in dem Nachweisvolumen 122 zurückzuhalten, so dass diese nicht in den Kollektorabschnitt 120 gelangen können.Furthermore, a filter 152 is provided in the fluidic connection 126 , which is set up to retain particulate carriers, which are present in a suspension in the detection volume 122 , in the detection volume 122 so that they cannot get into the collector section 120 .

Im Bereich des Nachweisvolumens 122 ist ein Sensorelement 128 zum Detektieren einer Trübung und/oder einer Färbung des in dem Nachweisvolumen 122 eingeschlossenen Spülmediums 124 angeordnet. Eine Trübung findet, wie vorstehend erläutert, in Abhängigkeit von der Präsenz einer pathogenen Substanz in dem Spülmedium 124 und infolge einer biochemischen Reaktion derselben mit Antikörpern, die sich ebenfalls im Spülmedium 124 befinden, statt. Das Sensorelement 128 ist bevorzugt mit einer nicht dargestellten elektronischen Steuerung elektronisch verbunden und weist eine optische Achse auf, die auf das Nachweisvolumen 122 ausgerichtet ist. Das Sensorelement 128 befindet sich bevorzugt benachbart zu einem für eine bestimmte Wellenlänge transparentes Sichtfenster in der Wandung des Nachweisvolumens 122, durch das es entlang der optischen Achse in das Nachweisvolumen 122 „hineinblickt“. Das Nachweisgerät 100 weist ferner eine ebenfalls mit der Steuerung elektronisch verbundene Lichtquelle 130 auf, die auf das Nachweisvolumen 122 ausgerichtet ist. Ausgerichtet in diesem Zusammenhang heißt, dass das von der Lichtquelle 130 ausgesandte Licht entlang einer optischen Achse abgestrahlt wird, die entweder direkt oder nach Umlenkung das Nachweisvolumen 122 durchläuft. Bei einer Absorptionsmessung verlaufen die optischen Achsen des Sensorelements 128 und der Lichtquelle 130 innerhalb des Nachweisvolumens 122 parallel. Bei einer Streulichtmessung verlaufen sie bevorzugt unter einem bestimmten Winkel ungleich 180°, vorzugsweise 90°, zueinander. Hierfür ist bevorzugt ein für das von der Lichtquelle 130 entsandte Licht transparentes Eintrittsfenster in der Wandung des Nachweisvolumens 122 vorgesehen.A sensor element 128 for detecting turbidity and/or a coloration of the flushing medium 124 enclosed in the detection volume 122 is arranged in the region of the detection volume 122 . As discussed above, turbidity occurs as a function of the presence of a pathogenic substance in the flushing medium 124 and as a result of a biochemical reaction thereof with antibodies also present in the flushing medium 124 . The sensor element 128 is preferably electronically connected to an electronic controller (not shown) and has an optical axis which is aligned with the detection volume 122 . The sensor element 128 is preferably located adjacent to a viewing window that is transparent for a specific wavelength in the wall of the detection volume 122, through which it “looks into” the detection volume 122 along the optical axis. The detection device 100 also has a light source 130 which is also electronically connected to the controller and which is aligned with the detection volume 122 . In this context, aligned means that the light emitted by the light source 130 is emitted along an optical axis which passes through the detection volume 122 either directly or after deflection. In the case of an absorption measurement, the optical axes of the sensor element 128 and the light source 130 run parallel within the detection volume 122 . In the case of a scattered light measurement, they preferably run at a specific angle that is not equal to 180°, preferably 90°, to one another. For this purpose, an entrance window that is transparent to the light emitted by the light source 130 is preferably provided in the wall of the detection volume 122 .

In die Ansaugleitung 116, in dem hier gezeigten Beispiel nahe dem Auslass 114, ist eine Pumpe 132 eingeschaltet, die einen Luftstrom, gekennzeichnet durch den Pfeil 134, erzeugt. Mithilfe einer solchen Pumpe 132 lässt sich ein gleichmäßiger Volumenstrom der angesaugten Luft erzeugen, welcher auf die elektrische Feldstärke innerhalb des Kollektorabschnitts 120 abgestimmt ist. Auf diese Weise lässt sich die Effizienz der Vorrichtung im Hinblick auf das Einsammeln von Partikeln optimieren, d.h. der Anteil der in dem Kollektorabschnitt 120 eingefangen Partikel zu den insgesamt im Luftstrom 134 befindlichen Partikeln maximieren.A pump 132 is switched on in the intake line 116, in the example shown here near the outlet 114, and generates an air flow, indicated by the arrow 134. Such a pump 132 can be used to generate a uniform volume flow of the air drawn in, which is matched to the electrical field strength within the collector section 120 . In this way, the efficiency of the device in terms of particle collection can be optimized, i.e. the proportion of particles trapped in the collector section 120 to the total particles in the air flow 134 can be maximized.

In der Ansaugleitung 116 befinden sich stromaufwärts der Pumpe 132 zwei Schaltventile 136 und 138. Das erste Schaltventil 136 ist in Strömungsrichtung entlang der Ansaugleitung 116 vor dem Kollektorabschnitt 120, das zweite Schaltventil 138 dahinter in die Ansaugleitung 116 eingeschaltet. In dem in 1A dargestellten Verfahrensschritt des Durchleitens des Luftstroms 134 durch die Ansaugleitung 116 sind die Schaltventile 136 und 138 so geschaltet, dass die Ansaugleitung 116 von dem Lufteinlass 112 zum Luftauslass 114 durchgängig ist.In the suction line 116 there are two switching valves 136 and 138 upstream of the pump 132. The first switching valve 136 is switched on in the direction of flow along the suction line 116 before the collector section 120, the second switching valve 138 behind it in the suction line 116. in the in 1A In the illustrated method step of passing the air flow 134 through the intake line 116, the switching valves 136 and 138 are switched so that the intake line 116 from the air inlet 112 to the air outlet 114 is continuous.

In den 2A und 2B ist das erste Ausführungsbeispiel des Nachweisgeräts 100 in einem zweiten Verfahrensstadium dargestellt, in welchem die Verbindung zwischen dem Lufteinlass 112 und dem Kollektorabschnitt 120 durch das Ventil 136 unterbrochen ist. Gleichzeitig verbindet das Ventil 136 einen zweiten Einlass 140 mit dem Nachweisvolumen 122. In die Verbindungsleitung zwischen dem zweiten Einlass 140 und dem das Ventil 136 ist eine zweite Pumpe 142 eingeschaltet, welche Luft ansaugt und in Richtung des Nachweisvolumens 122 fördert. Dadurch wird das Spülmedium 124 aus dem bogenförmigen Rohrsegment 144 in Richtung des Nachweisvolumens 122 gefördert und steigt darüber hinaus in die Ansaugleitung 116 bis hin zu dem Kollektorabschnitt 120 empor. Dieser Vorgang wird als Spülen des Kollektorabschnitts 120 bezeichnet. Vor, während oder nach dem Spülen wird das über die elektrischen Kontakte 118, 120 angelegte elektrische Feld innerhalb des Kollektorabschnitts 120 abgeschaltet, sodass die eingesammelten Teilchen oder Aerosolpartikel 110 leicht von der Innenseite 121 der Ansaugleitung 116 ablösbar sind. Dieser Zustand ist in 2B schematisch dargestellt.In the 2A and 2 B 1 shows the first exemplary embodiment of the detection device 100 in a second stage of the method, in which the connection between the air inlet 112 and the collector section 120 is interrupted by the valve 136 . At the same time, the valve 136 connects a second inlet 140 to the detection volume 122. A second pump 142 is switched on in the connecting line between the second inlet 140 and the valve 136; As a result, the flushing medium 124 is conveyed out of the curved pipe segment 144 in the direction of the detection volume 122 and also rises up into the intake line 116 up to the collector section 120 . This process is referred to as purging the collector section 120 . Before, during or after flushing, the electrical field applied via the electrical contacts 118, 120 within the collector section 120 is switched off so that the collected particles or aerosol particles 110 can be easily detached from the inside 121 of the suction line 116. This state is in 2 B shown schematically.

Nach Beendigung des Spülvorgangs wird die Pumpe 142 wieder abgeschaltet, sodass das Spülmedium 124 in das Nachweisvolumen 122 zurück überführt wird. Dieses Stadium ist in den 3A und 3B skizziert. Konnten Teilchen oder Aerosolpartikel 110 mit pathogener Substanz eingesammelt werden, so reagiert letztere mit den in dem Spülmedium befindlichen Antikörpern. Das Reaktionsprodukt kann in dem Nachweisvolumen 122, wie in 3B dargestellt, mittels der Anordnung aus Lichtquelle 130 und Sensorelement 128 als Trübung und/oder Färbung des Spülmediums 124 im letzten Verfahrensschritt, beispielsweise in einem Streulichtmessverfahren nephelometrisch oder in einem die Abschwächung bestimmenden, turbimetrischen Verfahren, detektiert werden. Gegebenenfalls kommen zwecks Verstärkung der Trübung zusätzlich partikuläre Träger zum Einsatz, auf denen die Antikörper immobilisiert sind.After the rinsing process has ended, the pump 142 is switched off again so that the rinsing medium 124 is transferred back into the detection volume 122 . This stage is in the 3A and 3B sketched. If particles or aerosol particles 110 containing a pathogenic substance could be collected, the latter reacts with the antibodies in the flushing medium. The reaction product can be stored in the detection volume 122, as in 3B shown, are detected by means of the arrangement of light source 130 and sensor element 128 as turbidity and/or coloration of the flushing medium 124 in the last method step, for example in a scattered light measurement method nephelometrically or in a turbimetric method determining the attenuation. If necessary, additional particulate carriers on which the antibodies are immobilized are used to increase the turbidity.

4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Nachweisgeräts 200 in schematischer Darstellung. Das Nachweisgerät 200 umfasst einen Lufteinlass 212, einen Luftauslass 214 und eine den Lufteinlass 212 mit dem Luftauslass 214 verbindende Ansaugleitung 216. In 4 ist das Nachweisgerät 200 in einem ersten Betriebszustand gezeigt, in welchem ein Luftstrom 234 durch die Ansaugleitung 216 geleitet wird. In die Ansaugleitung ist zu diesem Zweck wieder eine Pumpe 232 eingeschaltet, die den Luftstrom 234 mit einem idealerweise gleichmäßigen Volumenstrom erzeugt. In der Ansaugleitung befinden sich Leitelemente 235, die dem Zweck dienen, den Luftstrom 234 gezielt an den Ort zu lenken, an dem die Aerosolpartikel eingefangen werden sollen. 4 shows a second embodiment of the detection device 200 according to the invention in a schematic representation. The detection device 200 comprises an air inlet 212, an air outlet 214 and an intake line 216 connecting the air inlet 212 to the air outlet 214. In 4 1, the detection device 200 is shown in a first operating state in which an air flow 234 is directed through the intake line 216. FIG. For this purpose, a pump 232 is again switched on in the intake line, which generates the air flow 234 with an ideally uniform volume flow. Guide elements 235 are located in the intake line and serve the purpose of directing the air flow 234 in a targeted manner to the location at which the aerosol particles are to be captured.

Entlang eines Abschnitts 220 der Ansaugleitung 216 sind elektrische Kontakte oder Elektroden 218 und 219 angeordnet. Die Elektrode 218 ist hier beispielhaft als Anode und die Elektrode 219 als Kathode dargestellt. Zwischen den elektrischen Kontakten 218, 219 bildet sich innerhalb der Ansaugleitung 216 ein elektrisches Feld aus, sobald die elektrischen Kontakte 218, 219 mit einer Spannungsquelle verbunden sind. In dem Kollektorabschnitt 220 der Ansaugleitung 216 wird auf die gleiche Weise, wie zuvor im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, ein elektrischen Feld erzeugt, durch welches Teilchen oder Aerosolpartikel 110 elektrostatisch angereichert oder eingesammelt werden können. Die elektrische Feldstärke innerhalb des Kollektorabschnitts 220 ist auf die Stärke des Luftstromes 234 und die Länge des Kollektorabschnittes abgestimmt, um die Effizienz der Vorrichtung im Hinblick auf das Einsammeln von Teilchen wie oben geschildert zu optimieren.Electrical contacts or electrodes 218 and 219 are disposed along a portion 220 of intake manifold 216 . The electrode 218 is shown here as an anode and the electrode 219 as a cathode. An electric field forms between the electrical contacts 218, 219 within the intake line 216 as soon as the electrical contacts 218, 219 are connected to a voltage source. An electric field is generated in the collector section 220 of the suction line 216 in the same manner as previously described in connection with the first exemplary embodiment, by means of which particles or aerosol particles 110 can be electrostatically enriched or collected. The electric field strength within the collector section 220 is balanced with the strength of the airflow 234 and the length of the collector section to optimize the efficiency of the device in collecting particles as discussed above.

Das Nachweisgerät 200 weist ferner ein Nachweisvolumen 222 zur Aufnahme eines Spülmediums 224 auf. Der Kollektorabschnitt 220 und das Nachweisvolumen 222 sind durch eine fluidische Verbindung 226 miteinander verbunden.The detection device 200 also has a detection volume 222 for receiving a flushing medium 224 . The collector section 220 and the detection volume 222 are connected to one another by a fluidic connection 226 .

Das Nachweisgerät 200 weist zudem ein Reservoir 240 für das Spülmedium 224 und eine das Reservoir 240 mit dem Kollektorabschnitt 220 fluidisch verbindende Spülleitung 242 zur Einleitung des Spülmediums 224 in den Kollektorabschnitt 220 auf. In die Spülleitung 242 integriert ist eine ein definiertes Volumen bereitstellende Abmesseinrichtung 254 zum Abmessen eines bestimmten Volumens des Spülmediums 224. Das Volumen der Abmesseinrichtung 254 ist genauer zwischen einem ersten Abmessventil 256 und einem zweiten Abmessventil 258 in der Spülleitung 242 eingeschlossen. Wird das erste Abmessventil 256 bei geschlossenem zweiten Abmessventil 258 geöffnet, füllt sich das Volumen mit einer bestimmten Füllmenge des Spülmediums 224.The detection device 200 also has a reservoir 240 for the flushing medium 224 and a flushing line 242 fluidically connecting the reservoir 240 to the collector section 220 for introducing the flushing medium 224 into the collector section 220 . A metering device 254 providing a defined volume for metering a specific volume of the flushing medium 224 is integrated into the flushing line 242. The volume of the metering device 254 is more precisely enclosed between a first metering valve 256 and a second metering valve 258 in the flushing line 242. If the first metering valve 256 is opened while the second metering valve 258 is closed, the volume is filled with a specific filling quantity of the flushing medium 224.

Anschließend wird in dem in 5 dargestellten Prozessschritt das erste Abmessventil 256 geschlossen und das zweite Abmessventil 258 geöffnet, wodurch das abgemessene Spülmedium 224 zur Einleitung des Spülvorgangs in den Kollektorabschnitt 220 abgelassen wird. Das Volumen der Abmesseinrichtung 254 und das Volumen des Kollektorabschnitts 220 sind vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, dass die beim Spülen erzeugte Strömung die gesamte Oberfläche des Kollektorabschnittes 220 erfasst. Vor dem oder während des Spülens wird das elektrische Feld abgeschaltet, so dass sich die eingefangenen Teilchen oder Aerosolpartikel 110 (mit oder ohne darin enthaltener pathogener Substanz) während des Spülens von der Innenseite 221 der Wand der Ansaugleitung 216 in dem Kollektorabschnitt 220 leichter lösen lassen.Then in the in 5 As shown in the process step, the first metering valve 256 is closed and the second metering valve 258 is opened, thereby draining the metered flushing medium 224 into the collector section 220 to initiate the flushing process. The volume of the metering device 254 and the volume of the collector section 220 are preferably matched to one another in such a way that the flow generated during flushing covers the entire surface of the collector section 220 . Before or during purging, the electric field is switched off so that the trapped particles or aerosol particles 110 (with or without pathogenic substance contained therein) more easily detached from the inside 221 of the wall of the suction pipe 216 in the collector section 220 during flushing.

In diesem Beispiel weist das Nachweisgerät eine das Nachweisvolumen 222 mit dem Reservoir 240 fluidisch verbindende Rückführleitung 248 auf. Diese ist während dieses Verfahrensschrittes mittels eines zweiten elektronisch schaltbaren Ventils einer Ventilanordnung 250 verschlossen. Gleichzeitig versperrt ein erstes elektronisch schaltbares Ventil der Ventilanordnung 250 in dem hier dargestellten Verfahrensstadium zunächst auch die fluidische Verbindung 226 zwischen dem Kollektorabschnitt 220 und dem Nachweisvolumen 222. Die Ventilanordnung 250 fasst beispielsweise zwei einzelne Absperrventile räumlich zusammen oder wird durch ein 3-3-WegeVentil realisiert. In diesem Sinne sind hierin verwendeten Begriffe „erstes und zweites elektronisch schaltbares Ventil“ funktional zu verstehen.In this example, the detection device has a return line 248 fluidically connecting the detection volume 222 to the reservoir 240 . This is closed during this method step by means of a second electronically switchable valve of a valve arrangement 250. At the same time, a first electronically switchable valve of the valve arrangement 250 blocks the fluidic connection 226 between the collector section 220 and the detection volume 222 in the method stage shown here . In this sense, the terms “first and second electronically switchable valve” used herein are to be understood functionally.

Weiterhin ist ein Filter 252 auf der Seite des Nachweisvolumens 222 unmittelbar vor der Ventilanordnung 250 vorgesehen, welcher dazu eingerichtet ist, partikuläre Träger, die (mit oder ohne darauf immobilisierten Antikörpern) in einer Suspension 225 im Nachweisvolumen 222 vorliegen, in dem Nachweisvolumen 222 zurückzuhalten, so dass diese weder in den Kollektorabschnitt 220 noch in die Rückführleitung 248 gelangen können.Furthermore, a filter 252 is provided on the side of the detection volume 222 immediately in front of the valve arrangement 250, which is set up to retain particulate carriers (with or without antibodies immobilized thereon) in a suspension 225 in the detection volume 222 in the detection volume 222. so that they can neither get into the collector section 220 nor into the return line 248 .

Wird die fluidische Verbindung 226 bzw. das erste elektronisch schaltbare Ventil der Ventilanordnung 250 geöffnet, leitet dies das Überführen des Spülmediums aus dem Kollektorabschnitt 220 in das Nachweisvolumen 222 ein. Der anschließende Zustand ist in 6 abgebildet. In dem Nachweisvolumen 222 werden so die anfänglich dort vorgehaltenen Suspension 225 und das Spülmedium zusammengeführt. Das Gemisch bildet dann die Nachweisflüssigkeit 227, in der eine Immobilisierung der Reaktionsprodukte der Antikörper-Antigen-Reaktion auf den partikulären Trägern stattfindet. Ob die Antikörper-Antigen-Reaktion oder die Immobilisierung zuerst stattfindet, hängt davon ab, ob in dem Spülmedium von Beginn an Antikörper enthalten sind oder diese bereits auf den partikulären Trägern immobilisiert in dem Nachweisvolumen 222 vorgehalten wurden. Die der Suspension 225 zugrunde liegende Flüssigkeit ist aber vorzugsweise von Beginn an das gleiche Spülmedium 224. Der Grund dafür erschließt sich aus den nachfolgend erläuterten Schritten.If the fluidic connection 226 or the first electronically switchable valve of the valve arrangement 250 is opened, this initiates the transfer of the flushing medium from the collector section 220 into the detection volume 222 . The subsequent state is in 6 pictured. The suspension 225 initially held there and the flushing medium are brought together in the detection volume 222 . The mixture then forms the detection liquid 227 in which the reaction products of the antibody-antigen reaction are immobilized on the particulate carriers. Whether the antibody-antigen reaction or the immobilization takes place first depends on whether the rinsing medium contains antibodies from the start or whether they were already immobilized on the particulate carriers in the detection volume 222 . However, the liquid on which the suspension 225 is based is preferably the same flushing medium 224 right from the start. The reason for this can be seen from the steps explained below.

Im Bereich des Nachweisvolumens 222 ist wieder ein Sensorelement 228 zum Detektieren einer Trübung und/oder einer Färbung des in dem Nachweisvolumen 222 eingeschlossenen Spülmediums 224 infolge der biochemischen Reaktion angeordnet. Das Sensorelement 228 ist wieder bevorzugt mit einer nicht dargestellten elektronischen Steuerung elektronisch verbunden und weist eine optische Achse auf, die auf das Nachweisvolumen 222 ausgerichtet ist. Das Sensorelement 228 befindet sich abermals bevorzugt benachbart zu einem für eine bestimmte Wellenlänge transparentes Sichtfenster in der Wandung des Nachweisvolumens 222, durch das es entlang der optischen Achse in das Nachweisvolumen 222 „hineinblickt“. Das Nachweisgerät 200 weist ferner wieder eine ebenfalls mit der Steuerung elektronisch verbundene Lichtquelle 230 auf, die auf das Nachweisvolumen 222 ausgerichtet ist. Ausgerichtet in diesem Zusammenhang heißt, dass das von der Lichtquelle ausgesandte Licht entlang einer optischen Achse abgestrahlt wird, die entweder direkt oder nach Umlenkung das Nachweisvolumen 222 durchläuft. Ferner ist auch hier bevorzugt ein für das von der Lichtquelle entsandte Licht transparentes Eintrittsfenster in der Wandung des Nachweisvolumens 222 vorgesehen. Wie zuvor im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, können je nach Messverfahren die optischen Achsen des Sensorelements 228 und der Lichtquelle innerhalb des Nachweisvolumens 222 parallel oder unter einem bestimmten Winkel ungleich 180° verlaufend ausgerichtet sein.A sensor element 228 for detecting turbidity and/or coloration of the flushing medium 224 enclosed in the detection volume 222 as a result of the biochemical reaction is again arranged in the region of the detection volume 222 . The sensor element 228 is again preferably electronically connected to an electronic controller (not shown) and has an optical axis which is aligned with the detection volume 222 . The sensor element 228 is again preferably located adjacent to a viewing window that is transparent for a specific wavelength in the wall of the detection volume 222, through which it “looks into” the detection volume 222 along the optical axis. The detection device 200 also has a light source 230 which is also electronically connected to the controller and which is aligned with the detection volume 222 . In this context, aligned means that the light emitted by the light source is radiated along an optical axis, which passes through the detection volume 222 either directly or after deflection. Furthermore, an entrance window that is transparent to the light emitted by the light source is preferably provided in the wall of the detection volume 222 here as well. As described above in connection with the first exemplary embodiment, depending on the measurement method, the optical axes of the sensor element 228 and the light source can be aligned parallel within the detection volume 222 or at a specific angle that is not equal to 180°.

Ergab das Detektieren, dass in dem Nachweisvolumen 222 keine Trübung festgestellt werden konnte, wird das Spülmedium 224, vorzugsweise das gleiche Volumen, welches zuvor in der Abmesseinrichtung 254 abgemessen wurde, nach dem Öffnen der Rückführleitung 248 bzw. des zweiten elektronisch schaltbaren Ventils der Ventilanordnung 250 aus dem Nachweisvolumen 222 durch die Rückführleitung 248 in das Reservoir 240 zurückgeführt, wobei der Filter 252 abermals die partikulären Träger in dem Nachweisvolumen 222 zurückhält. Dieser Vorgang ist in 7 illustriert. If the detection showed that no turbidity could be detected in the detection volume 222, the flushing medium 224, preferably the same volume that was previously measured in the measuring device 254, after opening the return line 248 or the second electronically switchable valve of the valve assembly 250 from the detection volume 222 through the return line 248 into the reservoir 240, the filter 252 again retaining the particulate carriers in the detection volume 222. This process is in 7 illustrated.

Zum Zurückführen ist in der Rückführleitung 248 eine weitere Pumpe 246 vorgesehen, welche vorzugsweise dazu eingerichtet ist, ein genau dosiertes Volumen zurück in das Reservoir 240 zu fördern. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Volumen- und Mischungsverhältnisse der Suspension 225 und der Nachweisflüssigkeit 227 immer konstant bleiben. Dies erklärt auch, dass die der Suspension 225 zugrunde liegende Flüssigkeit von Beginn vorzugsweise das Spülmedium 224 ist.A further pump 246 is provided in the return line 248 for return, which is preferably set up to deliver a precisely metered volume back into the reservoir 240 . This ensures that the volume and mixing ratios of the suspension 225 and the detection liquid 227 always remain constant. This also explains why the liquid on which the suspension 225 is based is preferably the flushing medium 224 from the start.

Der Vorteil des anhand des zweiten Ausführungsbeispiels erläuterten Kreislaufs mit Rückführung des Spülmediums 224 in das Reservoir 240 ist, dass etwaige Verunreinigungen in dem Spülmedium 224 über längere Zeit keine hohe Konzentration haben, wenn das im Kreislauf befindliche, in der Abmesseinrichtung 254 abgemessene Volumen sehr klein im Verhältnis zu dem in dem Reservoir 240 vorgehaltenen Volumen ist. Deshalb beträgt das Volumenverhältnis des Reservoirs 240 zur Abmesseinrichtung 254 vorzugweise 50:1, besonderes bevorzugt 100:1 und ganz besonderes bevorzugt 200:1.The advantage of the circuit with return of the flushing medium 224 to the reservoir 240 explained with reference to the second exemplary embodiment is that any impurities in the flushing medium 224 do not have a high concentration over a long period of time if the volume in the circuit and measured in the measuring device 254 is very small in relation to the volume held in the reservoir 240. Therefore, the volume ratio of reservoir 240 to metering device 254 is preferably 50:1, more preferably 100:1, and most preferably 200:1.

In 8 ist eine Ausführungsform des Nachweisgeräts 200 für den Nachweis in Luft enthaltener pathogener Substanzen in der Verwendung als Überwachungsvorrichtung 202 für Raumluft vereinfacht dargestellt. Das Nachweisgerät 200, welches sich von der Ausführungsform der 4 bis 7 selbst nicht unterscheidet, ist hier beispielhaft in einem kugelsegmentförmigen Gehäuse 260 zur Deckenmontage untergebracht. Die Raumluft 264 wird durch Öffnungen 261, 262 in der Gehäusewandung in das Gehäuseinnere und dann in den Lufteinlass 212 eingesaugt. Der Ansaugvorgang wird durch die Steuerung initiiert, indem die Pumpe 232 aktiviert wird. Die angesaugte Luft wird durch den Luftauslass 214 aus dem Gehäuse 260 herausgeführt und wieder an die Umgebung abgegeben. Die Messung läuft wie zuvor beschrieben ab. Messungen können in der Verwendung des Nachweisgeräts 200 als Überwachungsvorrichtung 202 nach einem festgelegten Schema in bestimmten Zeitabständen erfolgen.In 8th 1 is a simplified representation of an embodiment of the detection device 200 for the detection of pathogenic substances contained in air in use as a monitoring device 202 for indoor air. The detection device 200, which differs from the embodiment of FIG 4 until 7 itself does not differ, is housed here by way of example in a spherical segment-shaped housing 260 for ceiling mounting. The room air 264 is drawn in through openings 261 , 262 in the housing wall into the interior of the housing and then into the air inlet 212 . The priming process is initiated by the controller by activating the pump 232 . The air sucked in is conducted out of the housing 260 through the air outlet 214 and released back into the environment. The measurement runs as previously described. When using the detection device 200 as a monitoring device 202, measurements can be carried out according to a defined scheme at specific time intervals.

Außer in einem, wie in 8 beispielhaft dargestellten, Gehäuse 260 zur Deckenmontage, kann die Überwachungsvorrichtung für Raumluft auch einem Gehäuse zur Wandmontage oder in einem frei im Raum aufstellbaren Gehäuse oder in einem portablen Gehäuse untergebracht sein. Die Stromversorgung des Nachweisgeräts kann, wie schon erwähnt, mittels Batterien, wieder aufladbare Batterien (Akkumulatoren) oder durch ein Netzteil und einen Hausstromnetzanschluss erfolgen. Alle diese Elemente zur Stromversorgung können in dem Gehäuse der Überwachungsvorrichtung für Raumluft integriert sein.Except in one, like in 8th As shown by way of example, housing 260 for ceiling mounting, the monitoring device for room air can also be accommodated in a housing for wall mounting or in a housing that can be placed anywhere in the room or in a portable housing. As already mentioned, the detection device can be supplied with power by means of batteries, rechargeable batteries (accumulators) or by means of a mains unit and a household power supply connection. All of these power supply elements can be integrated into the housing of the indoor air monitoring device.

BezugszeichenlisteReference List

100100
Nachweisgerätdetection device
110110
Teilchenparticle
112112
Lufteinlassair intake
114114
Luftauslassair outlet
116116
Ansaugleitungintake line
118118
elektrischer Kontakt, Elektrodeelectrical contact, electrode
119119
elektrischer Kontakt, Elektrodeelectrical contact, electrode
120120
Kollektorabschnittcollector section
121121
Innenseiteinside
122122
Nachweisvolumendetection volume
124124
Spülmediumflushing medium
126126
fluidische Verbindungfluidic connection
128128
Sensorelementsensor element
130130
Lichtquellelight source
132132
Pumpepump
134134
Luftstromairflow
136136
erstes Schaltventilfirst switching valve
138138
zweites Schaltventilsecond switching valve
140140
zweiter Einlasssecond inlet
142142
zweite Pumpesecond pump
144144
Rohrsegmentpipe segment
152152
Filter filter
200200
Nachweisgerätdetection device
202202
Überwachungsvorrichtungmonitoring device
212212
Lufteinlassair intake
214214
Luftauslassair outlet
216216
Ansaugleitungintake line
218218
elektrischer Kontakt, Elektrodeelectrical contact, electrode
219219
elektrischer Kontakt, Elektrodeelectrical contact, electrode
220220
Kollektorabschnittcollector section
221221
Innenseiteinside
222222
Nachweisvolumendetection volume
224224
Spülmediumflushing medium
225225
Suspensionsuspension
226226
fluidische Verbindungfluidic connection
227227
Nachweisflüssigkeitdetection liquid
228228
Sensorelementsensor element
230230
Lichtquellelight source
232232
Pumpepump
234234
Luftstromairflow
235235
Leitelementguiding element
240240
Reservoirreservoir
242242
Spülleitungpurge line
246246
Pumpepump
248248
Rückführleitungreturn line
250250
Ventilanordnungvalve assembly
252252
Filterfilter
254254
Abmesseinrichtungmeasuring device
256256
erstes Abmessventilfirst metering valve
258258
zweites Abmessventilsecond metering valve
260260
GehäuseHousing
261261
Öffnungopening
262262
Öffnungopening
264264
Raumluftindoor air

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • CN 111662816 A [0003]CN 111662816A [0003]
  • US 2020/0309703 A1 [0004]US 2020/0309703 A1 [0004]
  • WO 2008/108872 A2 [0005]WO 2008/108872 A2 [0005]
  • US 7265669 B2 [0006]US7265669B2 [0006]
  • US 7494769 B2 [0007]US7494769B2 [0007]
  • CN 111665356 A [0008]CN 111665356A [0008]
  • WO 2006/106235 A1 [0009]WO 2006/106235 A1 [0009]
  • CN 110118711 B [0010]CN 110118711B [0010]
  • CN 207516253 U [0011]CN 207516253 U [0011]
  • CN 210720420 U [0012]CN 210720420 U [0012]
  • EP 1309720 B1 [0013]EP 1309720 B1 [0013]
  • US 2019/0242807 A1 [0014]US 2019/0242807 A1 [0014]
  • EP 1882177 B1 [0015]EP 1882177 B1 [0015]
  • US 10677773 B2 [0016]US 10677773 B2 [0016]
  • US 7705739 B2 [0017]US 7705739 B2 [0017]
  • EP 1158292 B1 [0018]EP 1158292 B1 [0018]
  • US 7053783 B2 [0019]US 7053783 B2 [0019]
  • KR 101625133 B1 [0020]KR 101625133 B1 [0020]
  • EP 0019741 B1 [0030]EP 0019741 B1 [0030]

Claims (27)

Verfahren zum Nachweis in Luft enthaltener pathogener Substanzen aufweisend: Durchleiten eines Luftstromes (134, 234) durch eine Ansaugleitung (116, 216), Erzeugen eines elektrischen Feldes innerhalb eines Kollektorabschnitts (120, 220) der Ansaugleitung (116, 216), wobei innerhalb des Kollektorabschnitts (120, 220) etwaige vorhandene pathogene Substanzen elektrostatisch einfangbar sind, Spülen des Kollektorabschnitts (120, 220) mit einem flüssigen Spülmedium (124, 224) und anschließend Überführen des Spülmediums (124, 224) in ein Nachweisvolumen (122, 222) und Detektieren einer Trübung und/oder Färbung des Spülmediums (124, 224) in dem Nachweisvolumen (122, 222) in Abhängigkeit von der Präsenz wenigstens einer pathogenen Substanz und infolge einer biochemischen Reaktion derselben mit Antikörpern.Method for detecting pathogenic substances contained in air, comprising: Passing a flow of air (134, 234) through an intake duct (116, 216), generating an electric field within a collector section (120, 220) of the intake duct (116, 216), within the collector section (120, 220) any pathogenic substances present are electrostatically captureable, Flushing the collector section (120, 220) with a liquid flushing medium (124, 224) and then transferring the flushing medium (124, 224) into a detection volume (122, 222) and Detecting turbidity and/or coloration of the flushing medium (124, 224) in the detection volume (122, 222) as a function of the presence of at least one pathogenic substance and as a result of a biochemical reaction of the same with antibodies. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Feld, vor dem Spülen oder während des Spülens abgeschaltet wird.procedure after claim 1 , characterized in that the electric field is switched off before rinsing or during rinsing. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülmedium (124, 224) während des Spülens des Kollektorabschnitts (120, 220) Antikörper enthält.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the flushing medium (124, 224) contains antibodies during flushing of the collector section (120, 220). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Spülmedium (124, 224) nach dem Überführen in das Nachweisvolumen (122, 222) partikuläre Träger suspendiert werden, auf denen eine Immobilisierung der Antikörper erfolgt.procedure after claim 3 , characterized in that in the rinsing medium (124, 224) after the transfer into the detection volume (122, 222) particulate carriers are suspended on which the antibodies are immobilized. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die partikulären Träger in einer Flüssigkeit in dem Nachweisvolumen (122, 222) vorsuspendiert vorgehalten werden.procedure after claim 4 , characterized in that the particulate carriers are kept pre-suspended in a liquid in the detection volume (122, 222). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Nachweisvolumen (122, 222) auf partikulären Träger immobilisierte Antikörper in einer Flüssigkeit vorsuspendiert vorgehalten werden.Procedure according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that in the detection volume (122, 222) antibodies immobilized on particulate carriers are kept pre-suspended in a liquid. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülmedium (124, 224) in einem Reservoir (240) vorgehalten wird, aus dem dem Kollektorabschnitt (120, 220) ein bestimmtes Volumen des Spülmediums (124, 224) zum Spülen zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the flushing medium (124, 224) is held in a reservoir (240) from which a specific volume of the flushing medium (124, 224) is supplied to the collector section (120, 220) for flushing . Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülmedium (124, 224) nach dem Detektieren aus dem Nachweisvolumen (122, 222) in das Reservoir (240) zurückgeführt wird, wenn keine Trübung detektiert werden konnte.procedure after claim 7 , characterized in that the flushing medium (124, 224) is returned to the reservoir (240) after detection from the detection volume (122, 222) if no turbidity could be detected. Verfahren nach Anspruch 8 in Verbindung mit einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die partikulären Träger beim Zurückführen des Spülmediums (124, 224) in das Reservoir (240) durch einen Filter (152, 252) im Nachweisvolumen (122, 222) zurückgehalten werden.procedure after claim 8 in connection with one of the Claims 4 until 6 , characterized in that the particulate carriers are held back by a filter (152, 252) in the detection volume (122, 222) when the flushing medium (124, 224) is returned to the reservoir (240). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülmedium (124, 224) aus dem Nachweisvolumen (122, 222) dem Kollektorabschnitt (120, 220) zum Spülen zugeführt wird.Procedure according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the flushing medium (124, 224) from the detection volume (122, 222) is supplied to the collector section (120, 220) for flushing. Verfahren nach Anspruch 10 in Verbindung mit einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die partikulären Träger beim Zuführen des Spülmediums (124, 224) zum Kollektorabschnitt (120, 220) durch einen Filter (152, 252) im Nachweisvolumen (122, 222) zurückgehalten werden.procedure after claim 10 in connection with one of the Claims 4 until 6 , characterized in that the particulate carriers are held back by a filter (152, 252) in the detection volume (122, 222) when the flushing medium (124, 224) is supplied to the collector section (120, 220). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom (134, 234) mittels einer Pumpe (132, 232) durch die Ansaugleitung (116, 216) durchgeleitet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the air stream (134, 234) is passed through the intake line (116, 216) by means of a pump (132, 232). Nachweisgerät (100, 200) für den Nachweis in Luft enthaltener pathogener Substanzen, insbesondere Viren, aufweisend: einen Lufteinlass (112, 212), einen Luftauslass (114, 214), eine den Lufteinlass (112, 212) mit dem Luftauslass (114, 214) verbindende Ansaugleitung (116, 216), elektrische Kontakte (118, 119, 218, 219), die derart entlang der Ansaugleitung (116, 216) angeordnet sind, dass innerhalb eines Kollektorabschnitts (120, 220) der Ansaugleitung (116, 216) ein elektrisches Feld erzeugbar ist, ein Nachweisvolumen (122, 222) zur Aufnahme eines Spülmediums (124, 224) aus dem Kollektorabschnitt (120, 220), eine fluidische Verbindung (126, 226) zwischen dem Kollektorabschnitt (120, 220) und dem Nachweisvolumen (122, 222) und ein Sensorelement (128, 228), eingerichtet zum Detektieren einer Trübung und/oder Färbung des Spülmediums (124, 224) in dem Nachweisvolumen (122, 222) in Abhängigkeit von der Präsenz wenigstens einer pathogenen Substanz und infolge einer biochemischen Reaktion derselben mit Antikörpern.Detection device (100, 200) for detecting pathogenic substances contained in the air, in particular viruses, having: an air inlet (112, 212), an air outlet (114, 214), an intake line (116, 216) connecting the air inlet (112, 212) to the air outlet (114, 214), electrical contacts (118, 119, 218, 219) which are arranged along the intake line (116, 216) in such a way that an electric field can be generated within a collector section (120, 220) of the intake line (116, 216), a detection volume (122, 222) for receiving a flushing medium (124, 224) from the collector section (120, 220), a fluidic connection (126, 226) between the collector section (120, 220) and the detection volume (122, 222) and a sensor element (128, 228) set up to detect a turbidity and/or coloration of the flushing medium (124, 224) in the detection volume (122, 222) depending on the presence of at least one pathogenic substance and as a result of a biochemical reaction thereof with antibodies. Nachweisgerät (100, 200) nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch ein erstes elektronisch schaltbares Ventil, welches eingerichtet ist, wahlweise die fluidische Verbindung (126, 226) zwischen dem Kollektorabschnitt (120, 220) und dem Nachweisvolumen (122, 222) zu öffnen oder zu verschließen.Detection device (100, 200) after Claim 13 , characterized by a first electronically switchable valve, which is set up, either the fluidic connection (126, 226) between to open or close the collector section (120, 220) and the detection volume (122, 222). Nachweisgerät (100, 200) nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch ein Reservoir (240) für das Spülmedium (124, 224) und eine das Reservoir (240) mit dem Kollektorabschnitt (120, 220) fluidisch verbindende Spülleitung (242) zur Einleitung des Spülmediums (124, 224) in den Kollektorabschnitt (120, 220).Detection device (100, 200) after Claim 13 or 14 , characterized by a reservoir (240) for the flushing medium (124, 224) and a flushing line (242) fluidically connecting the reservoir (240) to the collector section (120, 220) for introducing the flushing medium (124, 224) into the collector section ( 120, 220). Nachweisgerät (100, 200) nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine in der Spülleitung (242) integrierte, ein definiertes Volumen bereitstellende Abmesseinrichtung (254) zum Abmessen eines bestimmten Volumens des Spülmediums (124, 224).Detection device (100, 200) after claim 15 , characterized by a measuring device (254) integrated in the flushing line (242) and providing a defined volume for measuring a specific volume of the flushing medium (124, 224). Nachweisgerät (100, 200) nach einem der Ansprüche 15 oder 16, gekennzeichnet durch eine das Nachweisvolumen (120, 220) mit dem Reservoir (240) fluidisch verbindende Rückführleitung (248).Detection device (100, 200) according to one of Claims 15 or 16 , characterized by a return line (248) fluidically connecting the detection volume (120, 220) to the reservoir (240). Nachweisgerät (100, 200) nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch einen Filter (252) in der Rückführleitung (248) oder in dem Nachweisvolumen (222) oder zwischen Rückführleitung (248) und Nachweisvolumen (222).Detection device (100, 200) after Claim 17 , characterized by a filter (252) in the return line (248) or in the detection volume (222) or between the return line (248) and detection volume (222). Nachweisgerät (100, 200) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, gekennzeichnet durch einen Filter (152, 252) in der fluidischen Verbindung (126, 226) zwischen dem Kollektorabschnitt (120, 220) und dem Nachweisvolumen (122, 222) oder in dem Nachweisvolumen (122, 222).Detection device (100, 200) according to one of Claims 13 until 18 characterized by a filter (152, 252) in the fluidic connection (126, 226) between the collector section (120, 220) and the detection volume (122, 222) or in the detection volume (122, 222). Nachweisgerät (100, 200) nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (152, 252) eine Porenweite von nominal höchstens 0,5 µm, bevorzugt höchstens 0,3 µm, besonders bevorzugt höchstens 0,25 µm aufweist.Detection device (100, 200) according to one of claims 18 or 19 , characterized in that the filter (152, 252) has a nominal pore size of at most 0.5 µm, preferably at most 0.3 µm, particularly preferably at most 0.25 µm. Nachweisgerät (100, 200) nach einem der Ansprüche 17 oder 18, gekennzeichnet durch ein zweites elektronisch schaltbares Ventil, welches eingerichtet ist, wahlweise die Rückführleitung (248) zu verschließen oder zu öffnen.Detection device (100, 200) according to one of claims 17 or 18 , characterized by a second electronically switchable valve which is set up to selectively close or open the return line (248). Nachweisgerät (100, 200) nach einem der Ansprüche 13 bis 21, gekennzeichnet durch eine in die Ansaugleitung (116, 216) eingeschaltete oder mit der Ansaugleitung (116, 216) verbundene Pumpe (132, 232) zum Erzeugen eines Luftstroms (134, 234) in der Ansaugleitung (116, 216).Detection device (100, 200) according to one of Claims 13 until 21 , characterized by a pump (132, 232) switched into the intake line (116, 216) or connected to the intake line (116, 216) for generating an air flow (134, 234) in the intake line (116, 216). Nachweisgerät (100, 200) nach wenigstens einem der Ansprüche 14, 21 oder 22, gekennzeichnet durch, eine elektronische Steuerung, an die die Pumpe (132, 232) und/oder die Ventilanordnung (250) elektronisch angeschlossen sind.Detection device (100, 200) according to at least one of Claims 14 , 21 or 22 characterized by an electronic controller to which the pump (132, 232) and/or the valve assembly (250) are electronically connected. Nachweisgerät (100, 200) nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (128, 228) mit einer elektronischen Steuerung elektronisch verbunden ist und eine optische Achse aufweist, die auf das Nachweisvolumen (122, 222) ausgerichtet ist.Detection device (100, 200) according to one of Claims 13 until 23 , characterized in that the sensor element (128, 228) is electronically connected to an electronic controller and has an optical axis aligned with the detection volume (122, 222). Nachweisgerät (100, 200) nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch, eine mit der Steuerung elektronisch verbundene Lichtquelle (130, 230), die auf das Nachweisvolumen (122, 222) ausgerichtet ist.Detection device (100, 200) after Claim 24 characterized by a light source (130, 230) electronically connected to the controller and aimed at the detection volume (122, 222). Nachweisgerät (100, 200) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (130, 230), das Sensorelement (128, 228) und die Steuerung zur Bestimmung des in dem Nachweisvolumen (122, 222) absorbierten oder gestreuten Lichtes eingerichtet sind.Detection device (100, 200) after Claim 25 , characterized in that the light source (130, 230), the sensor element (128, 228) and the controller for determining the light absorbed or scattered in the detection volume (122, 222) are set up. Verwendung des Nachweisgerätes (100, 200) nach einem der Ansprüche 13 bis 26 als Testvorrichtung zum Nachweis in der ausgeatmeten Luft eines Probanden enthaltener pathogener Substanzen, insbesondere Viren, oder als Überwachungsvorrichtung (202) um Nachweis in der Raumluft enthaltener pathogener Substanzen, insbesondere Viren.Use of the detection device (100, 200) according to one of Claims 13 until 26 as a test device for detecting pathogenic substances, in particular viruses, contained in the exhaled air of a subject, or as a monitoring device (202) for detecting pathogenic substances, in particular viruses, contained in the ambient air.
DE102021126818.4A 2021-10-15 2021-10-15 Detection device and a detection method for pathogenic substances contained in the air Withdrawn DE102021126818A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021126818.4A DE102021126818A1 (en) 2021-10-15 2021-10-15 Detection device and a detection method for pathogenic substances contained in the air

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021126818.4A DE102021126818A1 (en) 2021-10-15 2021-10-15 Detection device and a detection method for pathogenic substances contained in the air

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021126818A1 true DE102021126818A1 (en) 2023-04-20

Family

ID=85773216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021126818.4A Withdrawn DE102021126818A1 (en) 2021-10-15 2021-10-15 Detection device and a detection method for pathogenic substances contained in the air

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102021126818A1 (en)

Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0019741B1 (en) 1979-05-07 1985-10-16 BEHRINGWERKE Aktiengesellschaft Latex reagent, process for its preparation, its application and an agent containing this reagent
EP1158292B1 (en) 2000-05-23 2005-11-09 Wyatt Technology Corporation Aerosol hazard characterization and early warning network
US7053783B2 (en) 2002-12-18 2006-05-30 Biovigilant Systems, Inc. Pathogen detector system and method
WO2006106235A1 (en) 2005-04-08 2006-10-12 Marc Alligier Method and device for automatically detecting micro-organisms in real-time and at regular time intervals in an aerosol
US7265669B2 (en) 2004-03-01 2007-09-04 Mesosystems Technology, Inc. Networks with sensors for air safety and security
WO2008108872A2 (en) 2006-08-07 2008-09-12 Biowarn Llc Methodology and apparatus for the detection of biological substances
US7494769B2 (en) 2002-04-16 2009-02-24 The Johns Hopkins University Method and apparatus for detection of bioaerosols
EP1309720B1 (en) 2000-07-11 2009-09-16 Chesapeake Techlabs, Inc. Apparatus and method for detecting and classifying chemicals, particles, viruses, and bacteria in fluids with an aptamer
US7705739B2 (en) 2006-08-24 2010-04-27 Microfluidic Systems, Inc. Integrated airborne substance collection and detection system
EP1882177B1 (en) 2005-02-09 2011-06-29 S3I, Llc Method and system for detecting, classifying and identifying particles
KR101625133B1 (en) 2014-10-23 2016-06-08 (주)유로스마트 Monitoring system of Indoor air quality
CN207516253U (en) 2017-11-27 2018-06-19 绍兴百奥尼科技有限公司 Hepatitis B detection sensor in air
US20190242807A1 (en) 2016-11-15 2019-08-08 Aerovirus Technologies Inc. Device and method for real-time detection of aeropathogens
CN110118711A (en) 2019-06-11 2019-08-13 江苏钛科圈物联网科技有限公司 Room air bacteria containing amount real-time detection and analysis method, system based on Internet of Things
US10677773B2 (en) 2017-08-21 2020-06-09 Microjet Technology Co., Ltd. Device having actuating and sensing module
CN210720420U (en) 2019-07-04 2020-06-09 蔡祥胜 Hospital infection early warning device for detecting pathogenic viruses and bacteria in air
CN111665356A (en) 2020-05-29 2020-09-15 深圳网联光仪科技有限公司 SERS-based virus detection method and device
CN111662816A (en) 2020-05-26 2020-09-15 武汉肤尔医用科技有限公司 Micro-fluidic chip-based environmental pathogen rapid detection and early warning system and method
US20200309703A1 (en) 2020-04-20 2020-10-01 Denovo Lighting, Llc Devices for instant detection and disinfection of aerosol droplet particles using uv light sources

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0019741B1 (en) 1979-05-07 1985-10-16 BEHRINGWERKE Aktiengesellschaft Latex reagent, process for its preparation, its application and an agent containing this reagent
EP1158292B1 (en) 2000-05-23 2005-11-09 Wyatt Technology Corporation Aerosol hazard characterization and early warning network
EP1309720B1 (en) 2000-07-11 2009-09-16 Chesapeake Techlabs, Inc. Apparatus and method for detecting and classifying chemicals, particles, viruses, and bacteria in fluids with an aptamer
US7494769B2 (en) 2002-04-16 2009-02-24 The Johns Hopkins University Method and apparatus for detection of bioaerosols
US7053783B2 (en) 2002-12-18 2006-05-30 Biovigilant Systems, Inc. Pathogen detector system and method
US7265669B2 (en) 2004-03-01 2007-09-04 Mesosystems Technology, Inc. Networks with sensors for air safety and security
EP1882177B1 (en) 2005-02-09 2011-06-29 S3I, Llc Method and system for detecting, classifying and identifying particles
WO2006106235A1 (en) 2005-04-08 2006-10-12 Marc Alligier Method and device for automatically detecting micro-organisms in real-time and at regular time intervals in an aerosol
WO2008108872A2 (en) 2006-08-07 2008-09-12 Biowarn Llc Methodology and apparatus for the detection of biological substances
US7705739B2 (en) 2006-08-24 2010-04-27 Microfluidic Systems, Inc. Integrated airborne substance collection and detection system
KR101625133B1 (en) 2014-10-23 2016-06-08 (주)유로스마트 Monitoring system of Indoor air quality
US20190242807A1 (en) 2016-11-15 2019-08-08 Aerovirus Technologies Inc. Device and method for real-time detection of aeropathogens
US10677773B2 (en) 2017-08-21 2020-06-09 Microjet Technology Co., Ltd. Device having actuating and sensing module
CN207516253U (en) 2017-11-27 2018-06-19 绍兴百奥尼科技有限公司 Hepatitis B detection sensor in air
CN110118711A (en) 2019-06-11 2019-08-13 江苏钛科圈物联网科技有限公司 Room air bacteria containing amount real-time detection and analysis method, system based on Internet of Things
CN210720420U (en) 2019-07-04 2020-06-09 蔡祥胜 Hospital infection early warning device for detecting pathogenic viruses and bacteria in air
US20200309703A1 (en) 2020-04-20 2020-10-01 Denovo Lighting, Llc Devices for instant detection and disinfection of aerosol droplet particles using uv light sources
CN111662816A (en) 2020-05-26 2020-09-15 武汉肤尔医用科技有限公司 Micro-fluidic chip-based environmental pathogen rapid detection and early warning system and method
CN111665356A (en) 2020-05-29 2020-09-15 深圳网联光仪科技有限公司 SERS-based virus detection method and device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0177718B1 (en) Method and device for sorting microscopic particles
CN104549584B (en) Disposable chip-shaped flow chamber and the cell sorter utilizing it
DE69108027T2 (en) APPARATUS AND METHOD FOR ANALYZING PARTICLES SUSPENDED IN A LIQUID.
DE102004018260B4 (en) Collection filter and method for the quantitative analysis of airborne suspended particles
DE60034370T2 (en) METHOD AND DEVICE FOR ANALYZING CELLS IN A FULL BLOOD TEST
DE102012108989B3 (en) Detection device and method for the automatic detection of particles
DE69014130T2 (en) SEPARATION AND RESUSPATION PROCESS FOR SUPER-PARAMAGNETIC PARTICLES AND FACILITIES.
US8616048B2 (en) Reusable thin film particle sensor
CN103926188A (en) Disposable Chip-type Flow Cell And Flow Cytometer Using Same
DE112013003265T5 (en) particle counting system
EP2239557B1 (en) Method for measuring airborne biological hazardous agents
DE102011050550A1 (en) Method and apparatus for quantifying subgroups from a mixed population of cells
DE102010053749B4 (en) Device for identifying biotic particles
DE19581819B4 (en) Device for collecting substances for optical analysis
DE202019101669U1 (en) Device for field flux fractionation in combination with Raman spectroscopy
DE102021126818A1 (en) Detection device and a detection method for pathogenic substances contained in the air
DE202020107441U1 (en) Device for collecting breath condensate from breathable air and for detecting respiratory pathogens in breath condensate as well as breathing mask
DE102020100237A1 (en) PROCEDURE FOR QUALITY CONTROL OF FLUID FLOWING IN A FLUID LINE
DE102010064251A1 (en) Hand-held measuring device for the detection of hidden mold damage indoors
DE102022132609A1 (en) Detection device and a detection method for pathogenic substances contained in air
DE102019204668A1 (en) Measuring device for detecting particles in a pipeline and pipeline
DE102012210457B4 (en) Method and device for partial labeling and subsequent quantification of cells of a cell suspension
EP4085833A1 (en) Detection device and method for pathogenic substances in air
EP1277505B1 (en) Apparatus, method and flux-analysis system for capturing immunogenic particles
DE10153899B4 (en) Method and device for biosensing

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: HAGER SAFETY DEUTSCHLAND GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: ATRAL-SECAL GMBH, 66440 BLIESKASTEL, DE

R120 Application withdrawn or ip right abandoned