本发明专利技术公布了一种基于静电场的空气采样器及采样方法。空气采样器主要包括半球形电极(1)，圆形电极(2)，样品采集槽(4)。该发明专利技术利用静电场使采样空间内空气中带电荷微生物在电场作用下，沿电场方向集中沉积于半球中心相对较小区域的液体介质中，同时将空气样品在微型蠕动泵的驱动下实现动态输送。本发明专利技术克服了现有技术中低效率、没有样品自动输送系统等缺点，采用了新型的静电场采集方法，通过静电场将空气样品采集到微量液体介质中，并通过进出口将空气样品动态输送给生物/化学传感器。本发明专利技术不仅实现了空气样品的高倍浓缩，而且也可以实现与传感器的集成，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，尤其是一种新的基于静电场的空气采样装置及采样 方法，主要可应用在空气质量的环境监测。
技术介绍
当前我国重大环境问题频繁发生，环境污染已严重威胁着居民的健康。除了化学 污染物外，空气中还有大量的细菌、病毒、真菌等生物成分。研究表明这些微生物通过呼吸 暴露造成了诸多健康问题(比如2003年SARS和2009年Hmi的全球爆发)，空气中细菌、 病毒等的监测显得尤为重要。然而，作为监测环境重要的一步，空气样品的有效采集一直是 一个难题。目前应用较多的是利用撞击原理设计的BioSampler(SKC)，它克服了颗粒物反弹 以及气溶胶二次气溶胶化的问题，在12. 5L/min的流量下，将空气样品采集到液体介质。另 外一个是Andersen采样器，将空气样品采集到固体培养基上。还有研究利用过滤膜采集空 气样品，然后通过洗脱等程序对空气样品进行分析。但是这些方法都会对空气中的细菌、病 毒造成一定的损伤，导致不能通过培养的方法检测到。20世纪80年代基于扩增方法的兴起 在很大程度上提高了检测的效率，但基因扩增技术是通过在水中发生聚合反应，对样品DNA 扩增，从而实现检测的目的。这个技术的应用，常常需要一种能将空气中微生物直接采集到 水中的技术，从而实现在空气中微生物的在线监测。这方面在防范生物恐怖和在线检测空 气的生物污染等领域有很大的需求。近年来，利用静电技术采集空气中微生物的研究越来越多。静电场采集技术是 基于空气中颗粒自身带有的电荷(Xie, C.，Shen, F. and Yao, Μ. (2010)，A Novel Method for Measuring the Charge Distribution of Airborne Microbes, Aerobiologia, DOI 10. 1007/sl0453-010-9183-x)，在静电场强下，沉降到采集介质上。研究表明，静电场采样 器比传统的BioStage (Andersen采样器)采集细菌、真菌的效率要高达5倍之多，并对微 生物的损伤较小(Yao, M.，& Mainelis, G. (2006) · Utilization of Natural Electrical Charges on Airborne Microorganisms for their Collection by Electrostatic Means. J. Aerosol Sci. 37 :513-527)，另外一项研究也表明，静电场采集空气中毒素、过敏原时 也比 BioSampler 的采集效率要高很多(Yao，Μ.，Zhang, H.，Dong, S.，Zhen, S. &Chen, Χ. (2009). Comparison of Electrostatic Collection and Liquid Impinging Methods when Collecting Airborne House Dust Allergens, Endotoxin And(1,3)-B-D-Glucans. J. Aerosol Sci. 40 :492-502)。但目前的静电场采样器对空气的凝缩率较低，这对低浓度的 微生物检测造成技术上的瓶颈。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种新型的静电场空气采样器，实现对空气中细菌、病毒等带电 颗粒的高效采集、浓缩和自动输送。本专利技术的主要技术原理是利用静电场使采样空间内空气中带电荷微生物在电场作用下，沿电场方向集中沉积于半球中心相对较小区域的液体介质中，同时将空气样品在 微型蠕动泵的驱动下实现动态输送。本专利技术的技术方案如下(如图1所示)方案1 一种基于静电场的空气采样器，其特征在于，包括半球形电极1，圆形电 极2，样品采集槽4 ；其中，半球形电极1被固定在绝缘底座6上，圆形电极2位于绝缘底座 6上半球形电极1的球心位置，所述样品采集槽4位于球形电极2的上方；半球形电极1顶 部有两个空气进口 11 ；在绝缘底座6上设有多个空气出口 10 ；在样品采集槽4内有一个样 品输送出口 8和一个采集液输入口 9。方案2 作为方案1的一种优选实现，其特征在于，所述半球形电极1的材质为导 电金属，直径为90士30mm。其中最佳为95mm。方案3 作为方案1的一种优选实现，其特征在于，用紫铜制作的螺丝母7把半球 形电极1与绝缘底座6固定，所述螺丝母7同时作为半球形电极1的引出电极，连接高压电 源的一端输出。方案4 作为方案1的一种优选实现，其特征在于，在半球形电极1的表面用绝缘 泥涂覆。方案5 作为方案1的一种优选实现，其特征在于，所述空气进口的个数为3，每个 进口的直径为5mm，孔间间距为5mm。方案6 作为方案1的一种优选实现，其特征在于，半球形电极1顶部设置充电装 置5，所述充电装置5加工成空心圆柱体，圆柱侧壁对称位置安装一对紫铜电极，所述空心 圆柱将空气入口 11包围在其内部，充电装置由粘性的绝缘泥与半球形电极1固定。方案7 作为方案6的一种优选实现，其特征在于，所述充电装置5的材质为聚四 氟乙烯绝缘材料。本专利技术同时提供了利用该空气采样器进行采样的方法，方案如下(参见图3)方案8 一种利用方案1所述的空气采样器进行空气采样的方法，其特征在于，包 括如下步骤a)在所述空气采样器12的绝缘底座6的样品采集槽4中滴加采样介质；b)使用螺丝母固定连接半球形电极1与绝缘底座6，把高压直流电源的正负极分 别接到空气采样器12的圆形电极2以及半球形电极1 ；c)将真空泵14的抽气管连接到绝缘底座6下方的的空气出口 10，同时在空气入 口 11加载颗粒充电装置5;d)依次打开充电装置5、高压直流电源13、真空泵14，即可开始采样；e)样品采集完毕，先关掉高压直流电源13，然后将圆形电极2揭开，利用移液管将 样品取出。方案9 作为方案8的一种优选实现，其特征在于，所述步骤e)被如下步骤取代 从采样器绝缘底座6的反面沿着空气出口插入两根金属管，连接蠕动泵的样品输送管，实 现实时输运样品，同时不断补给新鲜采集液的目的。样品可以直接输送到带有生物/化学 传感器的装置，用以进行生物检测。方案10 作为方案8的一种优选实现，其特征在于，步骤a)中所述的采样介质为 200-400微升的无菌水。本专利技术的有益效果本专利技术克服了目前空气采样上的一些缺陷(如低效率、没有 样品自动输送系统等)，采用了新型的静电场采集方法，通过静电场将空气样品采集到微量 液体介质中O00-400微升)，并通过进出口将空气样品动态输送给生物/化学传感器。本 专利技术不仅实现了空气样品的高倍浓缩，而且也实现了与传感器的集成，在环境监测等领域 有很好的应用前景。附图说明图1静电场采样器的结构示意图㈧为采样器的侧视图，⑶为采样器的俯视2半球电极直径为95mm的电场强度矢量分布图3静电采样及采样液运输系统示意图。图4新型静电场采样器采集空气中细菌粒径颗粒物的物理效率具体实施例方式图1是静电场采样器的结构示意图。采样器由半球电极和绝缘底座构成半球型采 样空间。其中1-半球形电极；2-圆形电极；3-外加电压接口 ；4-样品采集槽；5-颗粒充电 器；6-绝缘底座；7-螺丝母；本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于静电场的空气采样器，其特征在于，包括：半球形电极（１），圆形电极（２），样品采集槽（４）；其中，半球形电极（１）被固定在绝缘底座（６）上，圆形电极（２）位于绝缘底座（６）上半球形电极（１）的球心位置，所述样品采集槽（４）位于球形电极（２）的上方；半球形电极（１）顶部有多个空气进口（１１）；在绝缘底座（６）上设有两个空气出口（１０）；在样品采集槽（４）内有一个样品输送出口（８）和一个采集液输入口（９）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：要茂盛，朱彤，谭苗苗，申芳霞，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11
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