一种便携式大流量空气采样器制造技术

本发明专利技术公布了一种便携式大流量空气采样器，包括风机、采集管道、加湿采样头、采样介质、支撑架、电池和电路控制模块，其中，采集管道的一端与风机无缝固定连接，另一端安装加湿采样头；在采集管道内部接近风机的位置设有支撑架，采样介质安放在支撑架上；由电池驱动风机运行；空气中的颗粒物在风机驱动下进入采集管道，被采样介质捕获。该采样器具有体型小、流量大、采集效率高等优势，可广泛应用于各种现场环境气溶胶的采样，在环境监测等领域有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种空气采样器，尤其是一种大流量、高效且便携的空气采样装置及采样方法，可以广泛应用于室内外环境空气中颗粒物的采集检测，特别是病原微生物的快速筛查和监测。
技术介绍
当前空气污染日益受到世界范围的关注，严重威胁着居民健康。空气中除了存在化学污染物外，还有大量的生物气溶胶，如细菌、病毒、真菌颗粒等。研究表明生物气溶胶暴露能造成诸多健康问题，如呼吸系统感染、过敏等，且生物气溶胶的产生、扩散、传播更能加重这一危害，(比如2003年SARS，2009年H1N1，2013年H5N9以及2015年MERS等重大疫情爆发)。因此对生物气溶胶的快速检测甚至实时监测以发现潜在危险就变得尤为重要。但是作为生物气溶胶快速检测甚至实时监测中的至关重要的第一步，空气样品的有效采集一直是一个难题。目前应用较多的两种采样器是利用撞击原理设计的Biosampler(SKC)和Anderson采样器，前者是将空气样品采集液体介质中，克服了颗粒物反弹以及二次气溶胶化的问题，流量为12.5L/min；后者将空气样品采集到固体培养基上，是国际标准的生物气溶胶采集方法，已有50余年使用历史，流量为28.3L/min。然而这两种方法都需要抽气泵并依靠交流电，难以便携临场使用；另外，两者采样流量过低，无法发展应用于环境空气的快速检测甚至实时监测。同时，Anderson采样器撞击速度大(可达24m/s)，会对微生物产生撞击损伤而导致失去可培养性，造成可培养微生物浓度降低，从而导致低估环境中的浓度水平。以PCR为代表的基因扩增方法的兴起显著降低了生物样品检测的最小浓度，提高了微生物检测的效率，恒温扩增法的出现进一步缩短了反应时间，简化了反应过程；同时，一些基于电化学的生物传感器出现(如硅纳米线场效应晶体管)可以将微生物生物信号无延迟转化为电信号，从而使微生物的自动在线监测变为可能。但是，空气中致病菌的浓度有时会很低，尤其对于一些高致病病原体，高流量的快速便携采样器的研发非常重要。有效利用目前已有的技术进行生物气溶胶快速检测，必须依赖于更强大的生物气溶胶采样器，在尽可能短的时间内采集更大体积的空气样品，同时将其转移进入液体进行基因扩增或者特异性电化学反应。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种超大流量(超过1立方米每分钟)的便携式空气颗粒采样器，在尽可能短的时间内采集更多的气溶胶颗粒，便于后续分析检测。本专利技术的主要技术原理是：采用锂电池作为电源，微型的大风量风机驱动空气通过采集管道，管道底部中心装置琼脂培养基，进入管道的空气携带颗粒物撞击到培养基上被捕获。为进一步提高采集效率，在采集管道进风口加装加湿采样头来克服干燥效应，使小颗粒吸湿增大，还能进一步减轻对生物颗粒的撞击损伤以及减轻采集到的颗粒二次弹出。本专利技术的技术方案如下：一种便携式大流量空气采样器，包括风机、采集管道、加湿采样头、采样介质、支撑架、电池和电路控制模块，其中，采集管道的一端与风机无缝固定连接，另一端安装加湿采样头；在采集管道内部接近风机的位置设有支撑架，采样介质安放在支撑架上；所述风机通过电路控制模块连接电池，由电池驱动风机运行。为便于握持，所述风机可架设在一个面板上，面板上安装用于手持的握柄。所述面板可采用工程塑料制成，所述握柄可以为Z型单手握柄，材质可为不锈钢，使用自攻螺钉固定于面板上。所述风机为微型大风量风机，优选的，其直径为140±60mm，额定电压为5～24V，额定电流为0.3～6A，风量为30～300CFM，最佳为直径12cm，额定电压12V，额定电流3A，风量200CFM。进一步的，所述采集管道优选为变径式采集管道，安装加湿采样头一端(即进风口)的口径较小，连接风机一端(即出风口)的口径较大。为便于采集介质的取放，在采集管道下部(靠近风机一端)侧壁横切加工形成一半圆筒，该半圆筒与母体管道一端合页连接，另一端锁扣连接(合页和锁扣的连线为管道横截面圆的直径)，使半圆筒可以向外旋转打开。该可向外旋转的半圆筒的内壁上，可通过螺钉固定一支撑托盘作为承载采样介质的支撑架。在本专利技术的一个实施例中，所述支撑托盘位于风机上方约1cm的位置，为一个圆形托盘，其圆心与采集管道横截面圆心重合，直径略大于培养皿以放置和固定培养基，当所述半圆筒向外旋转打开时，可以方便地放置和拿取培养基。采集管道的材质可以为金属(如不锈钢、铝合金)或塑料(如PVC、ABS、PC)等，但管道内壁为聚四氟乙烯涂层。进风口内径优选为10～100mm，出风口内径优选为80～200mm。在本专利技术的一个实施例中，所述采集管道为聚四氟乙烯材质，进风口内径50mm，出风口内径100mm，横切形成的半圆筒高20mm。所述加湿采样头优选为环型管道状容器，其内部设置有一个或多个用于超声雾化的雾化片，对应的，在加湿采样头的内壁下部对称布局水雾喷孔，雾化片通过超声振荡将管道容器里的无菌水雾化经喷孔喷出。加湿采样头的内径即采集管道进风口的外径，可以安装到采集管道进风口处。在本专利技术的一个实施例中，加湿采样头环形管的内外径差为10mm，高度10～50mm，内壁上的水雾喷孔直径为5mm左右。所述采样介质可以是琼脂固体培养基，用于采集空气中可培养的微生物，包括细菌培养基和真菌培养基，例如：TSA细菌培养基用于采集细菌气溶胶，沙氏培养基用于采集真菌气溶胶。所述采样介质也可以是液体，用于采集空气中的悬浮颗粒物，包括但不限于可培养的微生物。液体采样介质优选为不易挥发的液体，如无菌水、液体培养基、有机溶剂、油脂等。所述电池优选为锂离子可充电电池，例如电压为12V，容量为20000mAh的锂离子电池。所述采样器的电路控制优选的主控核心为单片机。控制电路采用转速电流双闭环控制方式以增强电机的机械特性和抗扰能力，保证风机转速恒定，从而通过设置采样时间实现空气定量体积采样。除雾化片位于加湿采样头中，其他用于超声雾化的电路及元件也集成于电路板上。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的便携式大流量空气采样器克服了目前空气采样上的一些缺陷，例如现用金标方法—Anderson采样器存在的流量低、需要外接空气泵、表面撞击损伤严重、干燥效应显著等问题，本专利技术采用开放的撞击式采样法，通过风机驱动空气撞击培养基，实现对生物颗粒物的高效采样，采样器体型小、流量大、采集效率高，可以广泛应用于环境生物气溶胶的采样，在环境监测等领域有很好的应用前景。主要特点是：(1)该采样器流量大，达到1000L/min，但对培养基的撞击速度低于10m/s，单位时间内采集到的可培养微生物的数量大大增加，采样器小型便携，可以在环境生物气溶胶现场采样和实验室微生物培养方面广泛使用。(2)采用加湿采样头使小颗粒吸湿增大，提高采集效率，同时减轻对生物颗粒的撞击损伤；(3)采样介质改为液体时，该采样器可以结合酶联免疫、PCR以及恒温扩增等生化分析方法对空气中的生物成分可以进行有效检测。附图说明图1是本专利技术实施例所述便携式大流量采样器的结构示意图，其中A为侧视图，B为俯视图；1-风机，2-采集管道，3-加湿采样头，4-采样介质，5-支撑架，6-电池，7-握柄，8-面板，9-螺钉，10-锁扣，11-控制电路。图2是支撑架和管道连接的结构俯视示意图，其中2-采集管道，5-支撑架，10-锁扣，12-螺钉，1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式大流量空气采样器，包括风机、采集管道、加湿采样头、采样介质、支撑架、电池和电路控制模块，其中，采集管道的一端与风机无缝固定连接，另一端安装加湿采样头；在采集管道内部接近风机的位置设有支撑架，采样介质安放在支撑架上；所述风机通过电路控制模块连接电池，由电池驱动风机运行。

【技术特征摘要】
1.一种便携式大流量空气采样器，包括风机、采集管道、加湿采样头、采样介质、支撑架、电池和电路控制模块，其中，采集管道的一端与风机无缝固定连接，另一端安装加湿采样头；在采集管道内部接近风机的位置设有支撑架，采样介质安放在支撑架上；所述风机通过电路控制模块连接电池，由电池驱动风机运行。2.如权利要求1所述的便携式大流量空气采样器，其特征在于，所述风机架设在一个面板上，面板上安装有用于手持的握柄。3.如权利要求2所述的便携式大流量空气采样器，其特征在于，所述面板材料为工程塑料；所述握柄为Z型单手握柄，材质为不锈钢，通过自攻螺钉固定于面板上。4.如权利要求1所述的便携式大流量空气采样器，其特征在于，所述风机为微型大风量风机，其直径为140±60mm，额定电压为5～24V，额定电流为0.3～6A，风量为30～300CFM。5.如权利要求1所述的便携式大流量空气采样器，其特征在于，所述采集管道为变径式采集管道，安装加湿采样头一端为口径较小的进风口；连接风机一端为口径较大的出风...

【专利技术属性】
技术研发人员：要茂盛，陈灏轩，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11