一种负压入室式滤膜气溶胶微生物采样器

技术领域

本发明涉及采样机械设备技术领域，具体是涉及一种基于负压原理及滤膜设备的用于采集由室外进入室内的气溶胶微生物采样器。

背景技术

微生物暴露以不同的方式影响着人类健康。直接接触病原体会导致感染，接触不同的环境微生物也会影响人体的免疫系统健康。随着快速的城市化进程和快速工业化的能源消耗的不断增加，由工业和机动车排放导致的室外和室内空气污染水平持续增加，这也导致了诸如哮喘等呼吸系统疾病的发病率显著上升。其中，室内空气环境与城市人群健康密切相关，城市中的成年人约80％-90％的时间是在室内度过的，一些行动不便的老人、婴儿等在室内的时间可高达94％。一些病原微生物在室内生长、繁殖后，造成室内空气污染，可导致人们出现眼部刺激感、过敏、哮喘、皮炎以及病态建筑综合征等。由此可见，室内微生物已成为重要的环境卫生问题，也成为人们关注的热点之一。

空气中存在着各种各样的微生物，由室外进入室内的微生物对人们的身体健康具有重要影响，因此，对这部分微生物的采样和分析尤为重要。目前，国内外已有许多关于气溶胶微生物采样器的研究。按照不同的采样原理，常用的气溶胶微生物采样器可分为六类：(1)撞击式采样器，其中包括：固体式、液体式和气液混合式；(2)沉降式采样器，其中包括自然沉降式和热力沉降式；(3)静电吸附采样器；(4)气旋式采样器；(5)离心撞击式采样器；(6)过滤式采样器，其中包括可溶性滤膜采样和不可溶性滤膜采样。对比这六类采样器，过滤式采样器的体积相对较小，但目前已存在的过滤式采样器主要针对室外或室内空气微生物的采集，对于由室外进入室内的空气微生物的采集还存在缺陷。

此外，现有的过滤式采样器的关键组成部分——滤膜，通常是固定在装置中，不易拆卸和更换。目前采用的滤膜主要分为两类：(1)HEPA滤膜：属于比较高效的过滤材料，由特殊纤维层叠加而成，空气可以通过，细小的微粒无法通过，但这种材质的滤膜阻力较大，设备必须配置电机，通过电压来克服阻力，对设备的动力学装置要求较高；(2)空气滤清器滤膜：利用活性炭的吸附作用实现对空气中微小颗粒的吸附，但这种材料的过滤粒径有限，多用于大气颗粒的吸附，对微生物的吸附作用并不明显。与此同时，这两种材料的滤膜均不能疏水，导致在使用过程中存在自身滋生微生物的风险，从而影响采样结果。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有采样器采集由室外进入室内的空气微生物存在的缺陷和不足，而提供一种简便易安装、采样效率高的负压入室式滤膜气溶胶微生物采样器，该采样器能够高效采集从室外进入室内的微生物，具有体积小、简便易安装的优点，可广泛应用于各种房屋结构的微生物采集工作，为科研工作以及公共卫生管理机构应对有害微生物的预防、干预及时提供技术支持。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种负压入室式滤膜气溶胶微生物采样器，由位于室外的进口单元和位于室内的出口单元两部分组成，所述进口单元与出口单元之间设有使室外气体流向室内的动力学装置，所述出口单元内设有可拆卸的微生物采集装置。

作为优选的技术方案，所述进口单元包括进口壳体和安装在所述进口壳体上的进口气流通道；

所述出口单元包括出口壳体和安装在所述出口壳体上的出口气流通道；

所述进口壳体与出口壳体之间连接所述动力学装置；

所述动力学装置可拆卸的安装在所述出口气流通道内。

作为优选的技术方案，所述进口壳体与出口壳体均由盒式结构组成，所述进口气流通道与出口气流通道均为弯折90°的管道，所述进口气流通道与出口气流通道分别旋接在所述进口壳体与出口壳体上，气流通道为管道式，提高了空气的流通率以及平稳性。

考虑到该采样器的主要功能为采集由室外进入室内的微生物，其使用环境多为窗户的上沿或下沿，位于室外的管道开口弯折90°且管口朝下，既符合多数窗户的构造特点，又可以防止雨水等进入管道，避免下雨/雪等天气因素对采样结果造成影响。与此同时，通过更换不同长度的管道，也可满足不同窗沿宽度对装置的要求。

作为优选的技术方案，所述进口壳体与出口壳体上方和/或下方安装有吸盘，使得整个装置既可在上方固定(如窗户上沿)，又可在下方固定(如窗台)。

作为优选的技术方案，所述微生物采集装置由滤膜及两侧的金属固定网罩构成，所述出口气流通道上开设安装开口，所述微生物采集装置通过所述安装开口安装在所述出口气流通道内，所述滤膜与所述出口气流通道内气体流动方向相垂直。

作为优选的技术方案，所述微生物采集装置外侧通过弧形固定夹与所述出口气流通道固定及密封，所述微生物采集装置的金属固定网罩上设有提环，方便滤膜的取出和替换。

作为优选的技术方案，所述滤膜的材质为聚四氟乙烯，具有疏水的特性，防止采样器的滤膜在使用过程中，自身滋生微生物，从而对采样结果造成干扰。与此同时，该材质还可耐有机溶剂，可用于后续微生物的提取分析。

作为优选的技术方案，所述动力学装置包括多叶风轮以及与其连接的电源，所述多叶风轮工作状态下，在出口单元一侧形成低压区，在进口单元一侧形成正压区，外部空气在气压差的作用下，使得室外气体流向室内。

作为优选的技术方案，所述电源为电池或可充电电源，所述电源连接用于调控多叶风轮工作状态的开关。

作为优选的技术方案，该采样器的整体内壁涂有一层疏水涂层，以减少微生物颗粒在内壁的吸附与沉积。

本发明的主要技术原理是：

(1)采样器分为室外和室内两部分，通过动力学装置连接，微生物采集装置安装在位于室内的管道内部，确保采集到的是由室外进入室内的微生物。

(2)本发明利用风轮叶片的旋转将所在空间内的空气排出，形成低压区，室外空气在气压差的作用下，进入管道，并通过滤膜，实现对气溶胶中微生物的采集。

(3)本发明采用的滤膜材质为聚四氟乙烯，具有疏水的特性，防止采样器的滤膜在使用过程中，自身滋生微生物，从而对采样结果造成干扰。与此同时，该材质还可耐有机溶剂，可用于后续微生物的提取分析。

(4)本发明的装置内部喷涂有疏水材料，可避免长期使用过程中，因采样器内部湿度过高，造成细菌滋生的问题。

本发明与现有的空气微生物采样器相比，其优点在于：

(1)本发明体积小，重量轻，构造简单，便于采样人员携带及安装使用。

(2)现有的采样器采集的是室内或者室外的微生物，无法对微生物进行室内外溯源。本发明连通了室内和室外，实现了对由室外进入室内的微生物的采集，为公共卫生管理机构及时监测有害微生物提供有力的技术支持，也为科研人员进一步探索室外环境因素对室内微生物组成，以及人体健康的影响机制提供可靠数据。

(3)现有的采样器一般采用的是交流供电，需要临时拖接电源，操作不便，且在没有交流电插座的地方不能使用。本发明采用电池组供电，不仅克服了设备对交流电插座的依赖性，还保障了持续稳定供电，从而保证设备的工作效率。

(4)现有的过滤式采样器多数是将滤膜固定在装置内部，虽保证了采集的准确性，却不方便滤膜的换取，本发明通过在滤膜的两侧安装金属网罩，以及上方安装提环，方便滤膜的换取。

(5)本发明在盒式结构上下配备有对称的吸盘，用来固定整个设备。通过对吸盘的调整，使得采样器既可以在上方固定(如窗户上沿)，也可以在下方固定(如窗户下沿)，在扩大设备的使用范围的同时，也降低了安装难度。

附图说明

图1为本发明的负压入室式滤膜气溶胶微生物采样器的立体结构示意图；

图2为本发明的负压入室式滤膜气溶胶微生物采样器的剖视结构示意图；

图3为本发明的负压入室式滤膜气溶胶微生物采样器的爆炸结构示意图；

图4为动力学装置的工作原理示意图；

图5为本发明微生物采集装置的爆炸结构示意图；

其中：1-进口气流通道；2-出口气流通道；3-进口壳体；4-出口壳体；5-动力学装置；51-多叶风轮；6-弧形固定夹；7-吸盘；8-开关；9-微生物采集装置；91-滤膜；92-金属固定网罩；93-提环。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1、2、3，一种负压入室式滤膜气溶胶微生物采样器，由位于室外的进口单元和位于室内的出口单元两部分组成，进口单元与出口单元之间设有使室外气体流向室内的动力学装置5，出口单元内设有可拆卸的微生物采集装置9。其中，所述进口单元包括进口壳体3和安装在所述进口壳体3上的进口气流通道1；所述出口单元包括出口壳体4和安装在所述出口壳体4上的出口气流通道2；所述进口壳体3与出口壳体4之间连接所述动力学装置5；所述动力学装置5可拆卸的安装在所述出口气流通道2内。

如图5，所述微生物采集装置9由滤膜91及两侧的金属固定网罩92构成，所述出口气流通道2上开设安装开口，所述微生物采集装置9通过所述安装开口安装在所述出口气流通道2内，所述滤膜91与所述出口气流通道内气体流动方向相垂直。所述微生物采集装置外侧通过弧形固定夹6与所述出口气流通道固定及密封，所述微生物采集装置的金属固定网罩上设有提环93。使用时，滤膜放置于两片金属网罩的中间，金属网罩的上方固定有提环，方便滤膜在管道内的提取和放置，可根据采样需求，随时进行滤膜的更换。

壳体为盒式结构，分为室外和室内两部分，两端分别连接有气流通道，在内外两个气流通道与中间的盒式结构连接处设置有螺纹，用户可根据采样需求更换不同长度的管道。

进口壳体与出口壳体均由盒式结构组成，所述进口气流通道与出口气流通道均为弯折90°的管道，所述进口气流通道与出口气流通道分别旋接在所述进口壳体与出口壳体上，气流通道为管道式，提高了空气的流通率以及平稳性。考虑到该采样器的主要功能为采集由室外进入室内的微生物，其使用环境多为窗户的上沿或下沿，位于室外的管道开口弯折90°且管口朝下，既符合多数窗户的构造特点，又可以防止雨水等进入管道，避免下雨/雪等天气因素对采样结果造成影响。与此同时，通过更换不同长度的管道，也可满足不同窗沿宽度对装置的要求。通过在盒式结构的上方安装吸盘7，使得整个装置既可在上方固定(如窗户上沿)，又可在下方固定(如窗台)。

该采样器的动力学装置5位于中间的盒式结构内部，由开关8、多叶风轮51、电池组组成。开关8用来调控装置的工作状态。电池组由多节电池组成，可根据实际需求，换用不同型号的电池，或通过改变电池的连接方式(串联或并联)输出不同的电压，以满足风轮的正常工作需求。通过电池组供电，不仅克服了以往采样器对交流电源接口的依赖性，还可提供稳定输出的电压，保障了多叶风轮的平稳持续工作。多叶风轮在工作状态下，将所在空间内的空气排出，形成低压区，在风轮的前侧为正压区，后侧为负压区(如图4所示)，外部空气在气压差的作用下，进入气流管道。

上述的负压入室式滤膜气溶胶微生物采样器，采用的滤膜材质为聚四氟乙烯，具有疏水的特性，防止采样器在使用过程中，自身滋生微生物，从而对采样结果造成干扰。与此同时，该材质还可耐有机溶剂，可用于后续微生物的提取分析。装置内部喷涂有疏水材料，可避免长期使用过程中，因采样器内部湿度过高，造成细菌滋生的问题。

本发明的原理是这样的：在仪器工作前，用户首先根据采样地点的宽度，选用不同长度的气流管道，并借助螺纹进行安装。然后取下弧形固定夹，通过提环取出微生物采集装置，在两片金属网罩的中间放置好事先经过灭菌的聚四氟乙烯滤膜，然后，将带有滤膜的金属网罩重新放入气流管道中，并利用弧形固定夹固定。将整个装置通过吸盘固定在采样点上。根据采样时间，将开关置于相应的档位，仪器开始工作。待采样结束时，将开关置于“OFF”档位。取下弧形固定夹，取出位于金属网罩中的滤膜，用于后续提取和分析。仪器在使用过程中，可通过开关随时调节风轮转速以获得不同的气流通量，也可随时停止采样。

本发明可以应用于科学实验研究等其它可以想象的多个领域。需要说明的是，上述描述和附图应当被考虑作为仅对本发明原理的说明，以上结合本发明的具体实施例作出的详细描述也并非是对本发明的限制。因此，不希望本发明限于所公开的具体实施例以及描述的具体结构和操作。凡是依据本发明的技术实质作出的适当修改以及等同物均可被诉诸落入本发明的范围之内。