[发明专利]一种空气微生物实验反应设备及应用

说明书

技术领域

本发明属于气溶胶领域，具体涉及一种研究微生物在空气中反应变化的方法和设备，研究微生物在空气中的活性、感染力以及物理特性变化的暴露反应的方法与装置。

背景技术

空气是微生物传播的重要介质，很多人类致病菌经空气传播，能引起传染病暴发流行。空气中的微生物包括细菌、真菌、病毒、立克次体、支原体和衣原体等。这些微生物颗粒中有很多是导致呼吸系统感染的病原体，例如流感嗜血杆菌、嗜肺军团菌、流感病毒等。在一些特殊职业环境、人群聚集场所等很容易引起传染病爆发，如结核病、麻疹、Q热、猪流感、炭疽热、嗜肺军团菌病等。研究表明，空气传播是病原体传播的重要途径。

微生物在空气中可通过气溶胶传播，由于种类的多样性，其在环境中的存活能力、毒力变化表现各不相同，因此微生物气溶胶的变化也呈多样化。不同粒径的颗粒物在空气中的传播特性和距离不同。例如，小粒径颗粒物的传播距离较远，大粒径颗粒物的传播距离较近。此外，微生物在空气中传播受多种环境因素的影响，包括温度、湿度、电磁辐射和空气化学组分等。温度是影响微生物存活的重要因素。辐射对微生物活性的影响与波长有关，波长短、能量强的辐射，例如紫外辐射，可以破坏病原体的DNA；长波和可见光会影响细胞中线粒体中细胞色素的产生。室外大气化学物质成分较为复杂，对微生物的影响的机制也较为复杂。

因此，有必要在可控的环境因素下，对微生物在空气中长时间的变化包括其活性进行研究。这对评价微生物的空气传播，研究其在空气中的物理变化和生物衰减等是十分必要的。

现有的空气微生物研究装置大部分不能保证微生物长时间停留在空气中，而且环境因素可控性差，暴露时间短，不能够对致病菌在空气中发生的变化有清楚的了解。微生物在空气中究竟发生了什么目前尚不清楚，例如微生物在空气中的致病性的变化及传播了解不够。此外，已有文献里报道的微生物暴露装置，一般体积较大，成本高，且难以彻底灭菌，易造成多次实验反应的交叉污染。还有研究将空气微生物转入液相中进行反应，设计液相暴露反应，无法反应其在空气中的真实情况。

发明内容

本发明的主要目的是设计一种研究微生物在空气中反应变化的方法和设备，为微生物气溶胶的空气传播提供一个较为理想的实验场所，并可实时控制各项反应参数(温湿度、光照、暴露时间、保证其处于空气中等)，检测微生物的氧化损伤与干燥效应，研究其发生、传播中的物理变化和生物衰减等。

本发明的技术方案如下：

一种空气微生物实验反应设备，包括反应舱、空气化发生器和空气采样器，在反应舱的一侧壁上设有进气口与空气化发生器相连，相对的另一侧壁上设有出气口与空气采样器相连；舱室顶部安装有日光灯和紫外灯，舱室内设有风扇和温湿度传感器，并在舱壁上设有备用通气口，其中：所述反应舱的容积为150-500升，舱室内壁涂有疏水涂层。

所述反应舱的舱体优选为长方体，使用不锈钢板制成，舱室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。涂层材质优选为硅纳米树脂，其还具有耐高温和紫外线的特性。在本发明的一个实施例中，反应舱体的尺寸为700mm×500mm×500mm(长×宽×高)，体积为175升，可满足生物气溶胶采样器对空气体积的要求。例如，使用BioSampler采样器时，采样流量为12.5L/min，可采集10min；使用BioStage和Andersen采样器时，采样流量为28.3L/min，可采集5min。

空气化发生器与反应舱的进气口相连，将气溶胶化的微生物通入舱体。进一步的，可在空气化发生器与进气口之间加设干燥管，降低微生物颗粒中水分含量，减小粒径，减轻质量，减少其自由沉降。所述空气化发生器可采用雾化瓶，使用氮气做载气，将气溶胶化的微生物颗粒通入反应舱。

反应舱的出气口与空气采样器相连，所述空气采样器为生物气溶胶采样器，采集反应后的微生物，所得样本可用于检测活性、氧化损伤和干燥效应等指标。同时，所述空气微生物实验反应设备还可进一步包括浓度检测装置，如光学粒子计数器(OPC)或紫外-气溶胶粒径分析仪(UV-APS)等，反应舱的出气口与浓度检测装置相连，可实时检测舱室内微生物颗粒的浓度。

安装在舱室顶部的日光灯和紫外灯，分别用于提供光照和紫外辐射。紫外灯还可用于为舱室灭菌消毒。

所述风扇可以采用简易吊扇或换气风扇，用于扰动舱室内的气流，减少微生物颗粒的沉降，增加其在空气中的停留和反应时间。

所述温湿度传感器优选采用分体式传感器，其探头通入舱室内部，用于监测舱室内的温度和湿度，而显示器面板悬挂在舱室外侧，便于实时读数。