核酸气溶胶污染清除仪及其控制方法

技术领域

本发明属于核酸气溶胶污染消除装置设计领域，具体涉及一种核酸气溶胶污染清除仪及其控制方法。

背景技术

PCR检测因其灵敏度高、快速、操作方便等优势被广泛应用，不过正是由于它灵敏度极高，极微量的污染源都有可能导致检测结果的假阳性。在进行PCR实验时，悬浮于在实验室中的核酸气溶胶的粒径一般为0.001μm～1000μm，在操作时比较剧烈地摇动反应管,开盖时、吸样时及移液器的反复吸样都可形成核酸气溶胶，这些核酸气溶胶随着实验的强度，时间的推移，将广泛存在于实验室桌面、生物安全柜台面、移液器、门把手、PCR仪或离心机等，PCR扩增产物拷贝量大(一般为10

PCR污染一般分为如下四类：1.样本间交叉污染，主要是在采(取)样的过程中，由于取样工具之间的交叉造成污染；或者在核酸提取的过程中，由于移液器、离心管等使用不当导致的样本间污染；2.PCR试剂的污染，主要是在PCR试剂配制过程中，由于移液器、容器、阴性对照及其它试剂被核酸模板或阳性对照污染；3.克隆质粒的污染，在实验室操作中经常会用到阳性参考品，这些阳性参考品大多数是由某些克隆质粒制作而成，克隆质粒在单位容积内浓度高，使用不当极易造成污染；4.PCR扩增产物污染，这是PCR反应中最主要、最常见，也是最令人头疼的污染问题。因为PCR产物拷贝量大，远远高于PCR检测数个拷贝的极限，所以极微量的PCR产物污染，就可造成假阳性结果。

PCR实验室核酸污染中最难消除的是气溶胶污染，尤其是扩增产物的气溶胶污染。污染主要发生在PCR的扩增和产物分析阶段，因为PCR产物拷贝量大(一般为10

目前实验遇到污染第一步需要暂停实验，评估假阳性对以往检测结果的影响。对实验室进行彻底打扫和清理，尽可能更换相关的试剂耗材，对仪器设备进行清洁和去核酸处理，操作人员洗澡换衣服。传统处理方法有：化学处理法，一般存在致癌性，干扰扩增产物检测，对于控制富含G+C的和短的扩增产物效率低，效率不稳定等。紫外灯照射法：仅对300bp以上长片段有效，对短片段效果不大。还有靠开窗通风等待时间，传统处理方法大概需要持续2周-4周时间。使用过氧化氢干雾消毒机，只是对应用于消毒范畴，而对于核酸气溶胶污染的问题，无法解决，也无法精确测量PCR实验室的精准用量，对于核酸气溶胶污染没有效果。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种核酸气溶胶污染清除仪及其控制方法，以克服现有技术中缺少针对于PCR实验室中的核酸气溶胶的清除设备，采用手工清除核酸气溶胶耗时漫长、效率低下的不足。

为了解决上述问题，本发明提供一种核酸气溶胶污染清除仪，包括外壳体，所述外壳体上构造有进风口以及出风口，所述外壳体内设有用于存储核酸气溶胶清除剂的储液罐、喷雾头、风道、处于所述风道内的风机，所述风机能够驱动所述外部环境的气流经由所述进风口流入所述风道内并从所述出风口流出，所述储液罐内的清除剂能够被泵送至所述喷雾头处形成干雾喷出，喷出的所述干雾能够跟随所述出风口流出的气流流动。

在一些实施方式中，所述喷雾头为具有两个对称设置的清除剂喷雾嘴以及处于两个清除剂喷雾嘴之间的气流喷嘴，两个所述对称设置的清除剂喷雾嘴的喷出路径与所述气流喷嘴的喷出路径相交于同一点，所述外壳体内还设有空压机，所述空压机的排气口与所述气流喷嘴连通。

在一些实施方式中，临近所述空压机还设有控温装置，所述控温装置用于冷却所述空压机。

在一些实施方式中，所述风机为离心风机，所述离心风机的吸风口与所述进风口相对设置，所述离心风机的排风口通过所述风道与所述出风口相对设置，所述出风口具有两个，所述风道具有并行的两个子流道，各子流道的出口分别对应一个所述出风口，所述喷雾头处于两个所述子流道的交叉汇集位置且处于所述子流道的外侧。

在一些实施方式中，各所述出风口内分别设置有等离子发生器；和/或，所述喷雾头之上罩设有保护盖。

在一些实施方式中，所述进风口与所述风机的吸风口之间还设有净化吸附组件。

在一些实施方式中，所述净化吸附组件的一侧为气溶胶吸附屏、另一侧为光触媒结构，且所述光触媒结构处于所述净化吸附组件远离所述进风口的一侧。

在一些实施方式中，所述核酸气溶胶污染清除仪还具有激光测距组件，用于检测所述核酸气溶胶污染清除仪所处空间的体积；和/或，所述储液罐通过蠕动泵与所述清除剂喷雾嘴并行连通，所述蠕动泵与所述储液罐之间的管路上设有防堵滤网。

本发明还提供一种核酸气溶胶污染清除仪的控制方法，用于控制上述的核酸气溶胶污染清除仪，所述控制方法包括如下步骤：

获取核酸气溶胶污染清除仪的运行模式；

当所述运行模式为气溶胶清除模式时，控制蠕动泵、空压机以及风机运行，并在运行第一预设时间后停止运行第二预设时间，之后再次启动所述风机并控制光触媒结构、等离子发生器运行；

当所述运行模式为吸附净化模式时，控制光触媒结构、等离子发生器以及风机运行。

在一些实施方式中，在运行所述气溶胶清除模式之前，获取所述核酸气溶胶污染清除仪所处空间的体积信息，并根据获取的所述体积信息计算储液罐内核酸气溶胶清除剂的加液量。

本发明提供的一种核酸气溶胶污染清除仪及其控制方法，清除剂被喷雾头以干雾的形态喷出，这部分干雾跟随在风机驱动下形成的气流循环送至核酸气溶胶污染清除仪所处的空间(具体为PCR实验室)的每个角落，由于清除剂以干雾的形式在外部空间内扩散，使清除剂更加微粒化、均等化，如此清除剂能够更加充分地捕捉空气中PCR气溶胶，高效破坏DNA的嘌呤和嘧啶碱的共轭双键，能够有效清除富含G+C的和短的(<300bp)的扩增产物污染，从而能够高效率地完成PCR实验室核酸污染清除的目的。

附图说明

图1为本发明实施例的核酸气溶胶污染清除仪的爆炸图；

图2为图1中的喷雾头的结构示意图；

图3为本发明实施例的核酸气溶胶污染清除仪的立体结构示意图；

图4为本发明实施例的核酸气溶胶污染清除仪的一种控制流程简图。

附图标记表示为：

11、进风口；12、出风口；121、等离子发生器；21、储液罐；22、喷雾头；221、清除剂喷雾嘴；222、气流喷嘴；223、保护盖；23、空压机；231、控温装置；232、电子化模块组件；3、风道；4、风机；5、净化吸附组件；6、激光测距组件；101、前壳；1011、旋转门；1012、后壳；1013、中壳；1014、底壳；1021、后壳弹跳开关；1031、喷雾头支撑组件；1032、底壳支撑架；1033、储液罐支撑件；104、空气质量传感器；105、储液罐检测器；106、设备开关；107、万向轮；108、触摸屏；1091、等离子出风口盖板；1092、主框架。

具体实施方式

结合参见图1至图4所示，根据本发明的实施例，提供一种核酸气溶胶污染清除仪，包括外壳体，外壳体上构造有进风口11以及出风口12，外壳体内设有用于存储核酸气溶胶清除剂的储液罐21、喷雾头22、风道3、处于风道3内的风机4，风机4能够驱动外部环境的气流经由进风口11流入风道3内并从出风口12流出，储液罐21内的清除剂能够被泵送至喷雾头22处形成干雾喷出，喷出的干雾能够跟随出风口12流出的气流流动，前述的核酸气溶胶清除剂具体为按照预设比例配置的相应液体。该技术方案中，清除剂被喷雾头22以干雾的形态喷出，这部分干雾跟随在风机4驱动下形成的气流循环送至核酸气溶胶污染清除仪所处的空间(具体为PCR实验室)的每个角落，由于清除剂以干雾的形式在外部空间内扩散，使清除剂更加微粒化、均等化，如此清除剂能够更加充分地捕捉空气中PCR气溶胶，高效破坏DNA的嘌呤和嘧啶碱的共轭双键，能够有效清除富含G+C的和短的(<300bp)的扩增产物污染，从而能够高效率地完成PCR实验室核酸污染清除的目的。另外，需要说明的是，本申请中的喷雾头22以干雾的形式喷出清除剂，干雾的状态不会在物体表面形成冷凝，因此降低了其对物体表面的腐蚀。前述的喷雾头22具体可以采用市面上的干雾喷嘴。

在一个优选的实施例中，如图2所示，喷雾头22为具有两个对称设置的清除剂喷雾嘴221以及处于两个清除剂喷雾嘴221之间的气流喷嘴222，两个对称设置的清除剂喷雾嘴221的喷出路径与气流喷嘴222的喷出路径相交于同一点，外壳体内还设有空压机23，其用于形成高速空气气流，空压机23的排气口与气流喷嘴222连通，该技术方案中，通过高速气流冲击剪断作用，将清除剂干雾被超音速空气再次微粒化，与另一喷嘴同样被雾化的清除剂在中央撞击，相互反复剪断的同时，发生3.3万-4万赫兹的超声波，使清除剂更加微粒化、均等化，通过雾化的清除剂的布朗扩散运动，清除剂进一步充分捕捉PCR实验室空气中的核酸气溶胶，高效破坏DNA的嘌呤和嘧啶碱的共轭双键，气溶胶清除效果进一步提升。本发明的喷雾头22使得粒径更微小，加上专用清除剂本身的气化性质，使得清除核酸污染效果更佳。

在一些实施方式中，临近空压机23还设有控温装置231，控温装置231用于冷却空压机23，有效防止空压机23的长时间运行温升过高导致停机现象发生，具体而言，前述的控温装置231可以为散热风扇，散热风扇可以为多个，多个所述散热风扇具体围绕所述空压机23设置，以能够通过气流的驱动实现空压机23的散热冷却，当然，其同时还可以对空压机23临近设置的电子化模块组件232形成冷却，防止过热而发生故障或损坏，3个散热风扇有效地防止了壳体内温度过高损坏电子元件问题。

在一个具体的实施例中，风机4为离心风机，离心风机的吸风口与进风口11相对设置，离心风机的排风口通过风道3与出风口12相对设置，出风口12具有两个，风道3具有并行的两个子流道，在外观上看，风道3呈大致为Y形，各子流道的出口分别对应一个出风口12，喷雾头22处于两个子流道的交叉汇集位置且处于子流道的外侧，如此，喷雾头22喷出形成的干雾为两个子流道流出的气流所包裹，如此能够使清除剂能够跟随气流流动扩散至空间内的各个角落，极大程度地提升了清除剂与气溶胶之间的接触面积，有利于气溶胶的彻底清除，且清除效率得到进一步提升。在一个具体的实施例中，喷雾头22之上罩设有保护盖223，用于对喷雾头22形成保护，同时，保护盖223附近配置有按压感应装置，可自动感应是否打开保护盖223，前述的按压感应装置具体可以为红外感应开关等，当保护盖223未被打开时，该按压感应装置感应到并发送相应的信号给仪器的控制系统，蠕动泵以及空压机不能被控制运行，触摸屏上将显示相应的提示信息。

在一个优选的实施例中，进风口11与风机4的吸风口之间还设有净化吸附组件5，能够对实验室内的空气进一步净化吸附。具体而言，净化吸附组件5的一侧为气溶胶吸附屏、另一侧为光触媒结构，也即净化吸附组件5集成了气溶胶吸附屏与光触媒结构，从而减少部件的数量，能够便于清除仪的组装与后续的维护。其中的气溶胶吸附屏采用市面上的气溶胶吸附器原理形成对0.3微米粒径以上的核酸气溶胶的物理吸附，光触媒结构在LED紫外灯组件(具体可以采用2组)光照下，二氧化钛发生光触媒反应，产生具有超强氧化能力的羟基自由基，进一步降解PCR气溶胶，同时在气溶胶吸附屏的吸附作用下，结合前文的清除剂的清除效果，本发明的清除仪从多维度协同清除核酸气溶胶污染，产生协同效果，效果更佳。

光触媒结构处于净化吸附组件5远离进风口11的一侧，如此，外部空间的气流先经过气溶胶吸附屏的物理吸附清除其内混杂的极少的0.3微米粒径以上的核酸气溶胶，而光触媒结构则进一步对更小粒径的核酸气溶胶实现有效清除，而需要特别说明的是，将光触媒结构设置于净化吸附组件5的内侧也即远离进风口11的，能够杜绝紫外线对人的潜在伤害发生。在一个具体的实施例中，光触媒耐高温≥450℃、光触媒含量230g/m

作为优选的方案，各出风口12内分别设置有等离子发生器121，等离子发生器121同时产生的正离子与负离子在空气中进行正负电荷中和的瞬间产生巨大的能量释放，有效清除有害病原体、有害气体和残留。

在一些实施方式中，核酸气溶胶污染清除仪还具有激光测距组件6，用于检测核酸气溶胶污染清除仪所处空间的体积，激光测距组件6具体可以为红外激光测距传感器，其具体可以设置5个，分别设置在外壳体的前后左右以及上侧，达到无需人工测量或外接辅助设备，自动计算出PCR实验室的空间体积，自动计算出每次实验的需要的加液量。在一个具体的实施例中，红外激光测距传感器采用IIC,UART串口通信格式，LED光源850nm，分辨率1cm，测量范围可达4000立方，更新频率≥195Hz。一般PCR实验室各分区在30立方-200立方之间，完全满足自动测量并通过算法，自动通过显示屏显示每个实验室分区所需要的清除剂加液量。防止实验室工作人员误操作，或者工作人员估算实验室空间体积不准的情况，保证实验的使用清除剂量的精准，节约实验室耗材使用量，保障清除的结果更有效。

储液罐21通过蠕动泵(图中未标引)与清除剂喷雾嘴221并行连通，蠕动泵与储液罐21之间的管路上设有防堵滤网，防止清除剂经过蠕动泵向清除剂喷雾嘴221流动时发生堵塞。实验操作完，只需清洗冲刷储液罐21即可，便于实验室操作人员使用。

根据本发明的实施例，还提供一种核酸气溶胶污染清除仪的控制方法，用于控制上述的核酸气溶胶污染清除仪，控制方法包括如下步骤：

获取核酸气溶胶污染清除仪的运行模式；

当运行模式为气溶胶清除模式时，控制蠕动泵、空压机23以及风机4运行，并在运行第一预设时间后停止运行第二预设时间(一般为30分钟)，之后再次启动风机4并控制光触媒结构、等离子发生器121运行；

当运行模式为吸附净化模式时，控制光触媒结构、等离子发生器121以及风机4运行，前述的两种运行模式可以根据实际需要由操作人员选择运行。

在一个优选的实施例中，在运行气溶胶清除模式之前，通过激光测距组件或者人工设定的方式获取核酸气溶胶污染清除仪所处空间的体积信息，并根据获取的体积信息计算储液罐21内核酸气溶胶清除剂的加液量。

参见图3所示，本发明的清除仪具有气溶胶清除模式以及吸附净化模式，具体的运行模式由操作人员来选择运行。当操作人员选择运行气溶胶清除模式时，清除仪运行清除模式，清除模式下，只需将设备推到实验室任意位置，设备进行自动化测距(应保证仪器的各个方向上测距组件的对应位置无障碍物)，自动计算出PCR实验室的空间体积，自动计算出每次实验的需要的加液量，储液罐中的清除剂通过设备箱体内的空压机，蠕动泵的工作，经过喷雾头22将其干雾化，之后静止反应作用等30分钟，随后设备风机自动启动，通过进风口，自动启动气溶胶吸附屏、光触媒反应，通过出风口等离子发生器排出，完成清除全过程，达到清除核酸气溶胶污染工作。当操作人员选择吸附净化模式时，设备风机自动启动，通过进风口，自动启动气溶胶吸附屏、光触媒反应，通过出风口等离子发生器排出，完成物理化清除全过程，达到清除核酸气溶胶污染工作。气溶胶清除模式和吸附净化模式完全独立设置，互相不产生影响，可以依据实验室情况自由切换。单独控制操作更加简单，无需设计来个运行模式切换的电动控制单元。

以下结合图1对本发明的技术方案进一步阐述。

如图1，核酸气溶胶污染清除仪包括外壳体，外壳体包括前壳101、后壳1012、中壳1013、底壳1014，底壳1014之下具有四个万向轮107，方便移动设备。外壳体顶部设有高清的触摸屏108(处于中壳1013上)、喷雾头支撑组件1031以及处于该支撑组件上的喷雾头22，喷雾头22之上罩设有保护盖223，等离子出风口盖板1091位于中壳1013的上方，其具有出风格栅，中壳1013的侧面设有设备开关106。高清触摸屏108可以用于核酸气溶胶清除模式和吸附净化模式的切换设置。保护盖223，配置按压感应装置，可自动感应是否打开保护盖223，起到保护喷雾头22，按压感应装置具有提示预警功能。喷雾头22具有旋转功能，方便拆卸清洗更换。进风口11单独处于一个可拆卸的门板上，该门板与后壳1012可拆卸连接，在一个具体的实施例中，通过后壳弹跳开关1021能够轻松实现门板与后壳1012之间的可拆卸连接，进而便于净化吸附组件5的维护与更换。

激光测距组件6：用于自动测算设备所在房间的体积，分别在设备壳体的前侧、后侧、左侧、右侧、上侧，设置了五处红外激光测距传感器。测算出的房间体积，通过算法，自动换算所需加液量。储液罐21：用于储存清除用的清除剂，储液罐支撑件1033用于固定储液罐位置，其下方设置有储液罐检测器105，用于检测储液罐21的重量。设备前壳101设置可旋转门1011，并附有磁铁装置，方便储液罐21的抽取和放回壳体内。储液罐21出水口位置装置了滤网，防止清除剂经过蠕动泵向喷雾头22流动时发生堵塞。

利用空压机23压缩空气高速流动，通过居于两个干雾喷嘴的喷雾头22将液体微粒化，为了防止空压机23长时间工作，在下方配置3组散热风扇，用于空压机23工作时降温。

能够理解的是，外壳体内部具有供其内部件组装的主框架1092，相应的，风道3、风机4组装于该主框架1092的上方及中部区域，底壳支撑架1032则处于该主框架1092的下方区域，空压机23以及控温装置231、电子化模块组件232皆组装于底壳支撑架1032之上。清除仪还具有空气质量传感器104。

风机4用于抽取实验室房间的空气，风机4的外侧，发明设置了光触媒和气溶胶吸附屏二合一的净化吸附组件5，也即在组件的一侧是光触媒，在LED紫外灯组件光照下，二氧化钛发生光触媒反应，产生具有超强氧化能力的羟基自由基，进风口一侧的设置了气溶胶吸附屏。进气经过净化吸附组件5，进入进气通道，空气只能通过进气通道进入壳体内部，进气和出气通道设置在通道组件上，空气单向流动，经过等离子发生器121处理后，由出风口盖板排出，在出风口板上设置了栅栏口，便于出风并保护出风口通道。净化吸附组件5根据需要定期更换。

本实施例使用时，配置专用的清除剂，倒入储液罐21，将设备置于实验室任何无遮挡位置，在主界面轻触“清除”后，点击空间测算，自动测算出PCR实验室房间的体积，并点击确定按键，也可手动设置房间体积。空间测算界面点击“返回”按钮后，或手动输入房间体积后，系统程序自动计算出所需核酸清除剂用量，运行前，必须保证所加的核酸清除剂用量多于所需实际核酸清除剂用量。然后点击“清除”按钮，设备即将进入运行状态，系统倒计时10秒后启动，设备进入核酸气溶胶清除模式状态下，设备周围的工作状态绿灯闪烁起，表明设备处于正常的工作状态。在清除模式状态下，系统会自动运行清除剂喷雾阶段、静置作用反应阶段、吸附屏物理吸附阶段、光触媒反应阶段过程，无需人为进行分阶段再操作。在屏幕的主菜单中，点击屏幕右侧的“设置”功能键，即进入设置界面。默认出厂设置为流量10mL/min，静置时间30min，回收时间30min，清除浓度8mL/m

本实施使用时，点击屏幕左下方的“吸附净化”，启动吸附净化功能，设备工作指示灯为蓝色闪烁状态，吸附净化工作完成后，设备工作指示灯为蓝色常亮状态。光触媒功能和吸附功能下可以人机共存，可在程序编辑界面修改作用时长。吸附净化工作完成，设备工作指示灯为蓝色常亮状态。

自动化清除模式和吸附模式可以通过高清触摸屏108自由切换。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。