雾化-回流式生物气溶胶采样器

本发明涉及空气中生物气溶胶采样，具体地，涉及一种雾化-回流式生物气溶胶采样器。

背景技术：

1、目前，对于空气微生物组成及相关定量分析，传统的固体撞击式采样器已无法满足除培养法以外的宏基因组测序等核酸检测需求，例如安德森六级采样器、赛多利斯airport md8采样器等。

2、为满足上述技术需求，以tisch te-6070、青岛崂应-2031等为代表的膜过滤式采样器已作为主流产品广泛应用于微生物气溶胶样品采集领域，其通过玻璃纤维等材质滤膜的微孔截留作用实现对空气中微生物气溶胶颗粒的捕集。此类采样器可在一定程度上保证样本的核酸提取量，但其采样时间过长，一般需要超过48小时的连续采样才能收获有效样本。这是由于采样过程中较大空气流量产生的撞击剪应力会造成微生物细胞损伤，致使其死亡和自溶，从而导致样本损失。此外，高速气流导致滤膜表面的反弹和击穿效应也会导致气溶胶捕集效率下降。

3、除膜过滤式采样器外，以skc biosampler、coriolisμ等为代表的液体撞击式采样器在微生物气溶胶采集领域也有较为广泛的应用。其通过气体分布器的分散效应或气旋使得液体产生的阿利氏效应增加空气气溶胶与富集液的接触面积，从而实现对空气中微生物气溶胶颗粒的捕集。由于采样过程中较大空气流量产生的撞击剪应力以及高速气流的二次夹带效应，其采样效率同膜过滤式采样器相当，但此类采样器难以保证高浓度的核酸提取量。这是由于采样过程会导致富集液蒸发，而市售产品所配置的较大空气流量与较小富集液体积无法满足长时间采样需求，其一般最大采样时长小于12小时。

4、经检索现有技术发现，中国发明专利(公告号为cn110387318a)公开了一种适用于空气微生物分析的大体积气溶胶采样器。该专利对类似于skc biosampler的液体撞击式采样器进行了相关改进，包括但不限于降低空气流量、增大富集液体积等。其可在一定程度上保证样本的核酸提取量，但其采样时间过长，一般需要48小时左右的连续采样才能收获有效样本。

5、以上两类已作为主流产品广泛应用于微生物气溶胶样品采集。市售产品中也有部分基于新型采样原理但未普及使用的采样器，例如aero devices公司的biospot-vivas采样器。其基于层流水凝结工艺，通过控制采样管中不同区域温度使得气溶胶粒子增长后缓慢沉降，但其采样流量极低，采样时间过长，且空气湿度会对捕集对象产生较大干扰，从而使得样本具有一定选择性。

6、通过检索现有技术，未查得原理设计与体系结构十分完备的基于雾化原理的空气微生物气溶胶采样器。

7、经检索现有技术发现，在含有雾化原理的空气微生物气溶胶采样器中，公开号为cn211553460u的专利文献公开了一种湿壁气旋式生物气溶胶采样器。该专利对类似于coriolisμ的液体撞击式采样器进行了相关改进，包括但不限于在进气口处增设低压雾化模块，但此模块基于压力喷嘴原理，无法产生粒径微小且均匀的喷雾，且其富集后采样液反复进入低压雾化模块中重新雾化的过程会导致微生物细胞在喷嘴处受挤压后损伤或死亡，从而导致气溶胶捕集效率下降和样本损失。此外，该专利所述采样器仅能通过将采样液更换为消毒液用以装置灭菌，无法进行高压蒸汽灭菌。这会导致采样器内部残留核酸片段，难以确保重复采样后所得样本的准确性。

8、经检索现有技术发现，在含有雾化原理的空气微生物气溶胶采样器中，公告号为cn114181815a的专利文献公开了一种大流量环境空气生物气溶胶采样装置和方法。该专利基于旋风分离器原理，通过大流量风机产生的负压对超声雾化后与空气中颗粒物接触的液滴进行分离与收集，但较大空气流量产生的撞击剪应力会造成微生物细胞损伤，致使其死亡和自溶，从而导致了样本损失。此外，进入旋风采样器中的微小液滴大多会因高速气流而蒸发气化或是被高速气流夹带而出，从而造成气溶胶捕集效率下降。

9、具有高效捕集效率的气溶胶采样器应当在较短采样时间内使所得样品能够满足16s rrna高通量测序、qpcr(quantitative polymerase chain reactions)、宏基因组测序、培养、筛选分离单菌等用途，但目前已公开的气溶胶采样方法还不能满足这一需求。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种雾化-回流式生物气溶胶采样器。

2、根据本发明提供的一种雾化-回流式生物气溶胶采样器，包括：气雾混合系统、气雾分离系统、雾化液补液系统、回流液收液系统、雾化液液位控制系统、雾量调节系统以及进气流量调节系统；

3、所述气雾混合系统与所述气雾分离系统连通设置，所述雾化液补液系统通过所述雾化液液位控制系统与所述气雾混合系统连通设置，所述回流液收液系统与所述气雾分离系统连通设置；

4、所述雾量调节系统与所述气雾混合系统连接设置，所述雾量调节系统用于调节所述气雾混合系统的雾气量；所述进气流量调节系统与所述气雾分离系统连接设置，所述进气流量调节系统用于调节所述气雾分离系统的进气量。

5、优选的，所述气雾混合系统包括气雾混合用叶轮、雾化液储腔、雾化液储腔底盖、超声雾化片密封腔以及雾化液储腔固定座；

6、所述雾化液储腔底盖通过所述雾化液储腔固定座固定在所述气雾分离系统中；所述雾化液储腔底盖的中心处固定有所述超声雾化片密封腔，所述雾化液储腔底盖与雾化液储腔通过螺纹密封连接；

7、所述气雾混合用叶轮连接设置所述气雾分离系统上，所述气雾混合用叶轮位于所述雾化液储腔内。

8、优选的，所述气雾分离系统包括出气口导流盖、扰流格栅筒、视盅、出气用涡轮、回流液储腔、进气口、出气口、进气用桨叶以及行星齿轮箱；

9、所述出气口导流盖、所述视盅以及所述回流液储腔连接设置，构成上端开口的半封闭腔体；

10、所述扰流格栅筒设置在视盅内，所述扰流格栅筒上设置有扰流格栅筒外壁狭槽和扰流格栅筒内壁；所述扰流格栅筒内壁上端为进气口，所述扰流格栅筒外壁狭槽上端为出气口；

11、所述行星齿轮箱通过所述行星齿轮箱支架固定在所述扰流格栅筒下端，所述行星齿轮箱上部连接有所述进气用桨叶，所述行星齿轮箱下部连接有所述出气用涡轮和所述气雾混合用叶轮；

12、所述雾化液储腔底盖通过所述雾化液储腔固定座固定在所述回流液储腔内。

13、优选的，述出气口导流盖、所述视盅以及所述回流液储腔通过密封式法兰盘、法兰盘固定杆以及三孔密封盖连接设置。

14、优选的，所述雾化液补液系统包括第一滑移式导轨、第一气体除菌过滤器、第一瓶盖、第一瓶支架以及雾化液储瓶；

15、所述雾化液储瓶通过所述雾化液液位控制系统与所述雾化液储腔连通设置，所述雾化液储瓶通过所述第一瓶支架固定在所述第一滑移式导轨上，所述第一瓶盖设置在所述雾化液储瓶的瓶口处，所述瓶盖开孔处安装有所述第一气体除菌过滤器。

16、优选的，所述回流液收液系统包括第二滑移式导轨、第二气体除菌过滤器、第二瓶盖、第二瓶支架以及回流液储瓶；

17、所述回流液储瓶与所述回流液储腔连通设置，所述回流液储瓶通过所述第二瓶支架固定在所述第二滑移式导轨上，所述第二瓶盖设置在所述回流液储瓶的瓶口处，所述第二瓶盖开孔处安装有所述第二气体除菌过滤器。

18、优选的，所述雾化液液位控制系统包括液位瓶、液位传感器、硅胶管以及液位控制模块；

19、所述液位瓶与所述钳式夹管阀固定于同一支架上，所述液位瓶外部固定有所述液位传感器；

20、所述液位瓶和所述雾化液储瓶连通设置，所述液位瓶底部通过所述硅胶管与所述回流液储腔底部连通，所述液位传感器和所述钳式夹管阀均与所述液位控制模块电连接；

21、所述钳式夹管阀夹在所述硅胶管上。

22、优选的，所述雾量调节系统包括超声雾化片和雾量调节模块；

23、所述超声雾化片与雾量调节模块电连接，所述超声雾化片设置在超声雾化片密封腔内。

24、优选的，所述进气流量调节系统包括步进电机、热敏式气体流量传感器、联轴器、联轴器支架以及流量调节模块；

25、所述流量调节模块与所述热敏式气体流量传感器电连接，所述热敏式气体流量传感器固定在所述联轴器支架上；

26、所述联轴器与所述步进电机活动连接，所述步进电机通过所述联轴器与所述进气用桨叶连接；所述联轴器固定在所述联轴器支架上，所述联轴器支架设置在所述出气口导流盖上。

27、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

28、1、本发明中的气雾混合系统和循环捕集系统的共同作用可使空气中的气溶胶颗粒与超声雾化片产生的微小液滴往复混合，有效防止微小气溶胶的逃逸，极大程度地实现对空气中不同粒径气溶胶的捕集；

29、2、本发明中的聚合回收系统可使经与大量悬浮液滴混合后以涡旋态排出的空气在扰流格栅筒外壁狭槽中形成湍流，悬浮液滴在惯性撞击作用下聚集并沿通道内表面汇聚形成液流后滴落至回流液储腔中，极大程度地实现对悬浮液滴的回收，有效减少样本损失；

30、3、本发明中的雾化液补液系统、回流液收液系统有效保证了采样过程的稳定进行，并使得采样后的样本回收过程易于操作；雾化液液位控制系统使得采样器可在一定程度上实现自控，从而满足长时间自动采样的需求；进气流量调节系统和雾量调节系统使得采样器关键操作参数可进行人为调控，从而满足特殊条件下采样条件的调节需求；

31、4、本发明中,由于较低的空气流量和悬浮液滴的缓冲作用，能够降低采样过程中由撞击产生的剪应力对微生物细胞的损伤，保持样本的生物活性，提高采样效率；

32、5、本发明中的雾化-回流式生物气溶胶采样器，其运行稳定、小巧便携，适用于各类采样条件；整体装置在拆卸掉固定在采样器外部的电子器件后可进行高压蒸汽灭菌，保障了采样的准确性。