一种低浓度微生物气溶胶浓缩器的设计和性能验证

论文摘要

目的：为解决低浓度微生物气溶胶的采集问题,本研究设计了能够与液体冲击采样器联合使用的虚拟浓缩器；在实验室和现场条件下对该浓缩器浓缩效果进行了评价,为解决低浓度微生物气溶胶的采集提供新思路。方法：根据虚拟浓缩器的设计理论,在查阅文献的基础上确定了浓缩器设计的Stk50,并根据实际需要确定了流量比和采样流量,综合考虑收集效果和方便应用的因素后确定了浓缩器孔径和喷嘴个数,为进一步提高浓缩器的收集效率,本研究设计了切割型和平坦型两种不同喷嘴结构的浓缩器；在实验室内发生0.57、0.98、1.56、2.74、3.78、6.09和7.03μm的单分散相‘’NaCl-DEHS"的标准粒子,对两种不同结构的浓缩器收集效率、粒子损失率、浓缩比进行评价；在生物暴露舱内,发生一定浓度的白色葡萄球菌作为军团菌的替代菌,“切割型浓缩器+Biosampler"联合采样法和Biosampler单独采样法采集相同时间的白葡菌气溶胶,采用倾注平板法培养白葡菌,定量评价浓缩器的浓缩效果；调节浓缩器的流量,使用“U”型管测量阻力；在现场条件下,上述两种采样方法分别同时采集相同空气体积的军团菌和流感病毒气溶胶,采用巢式PCR进行定性检测,以阳性检出率为指标定性评价浓缩器的浓缩效果。结果：（1）本课题设计浓缩器流量为120L/min,流量比为10%、喷嘴个数为24个、设计切割粒径为1.5μm,此时,雷诺数满足参数确定时的范围要求。切割型浓缩器的收集效果优于平坦型,切割型实际切割粒径为2.16μm,对3μm以上粒子的收集效率可达90%以上；（2）使用浓缩器后Biosampler采样器可采集到更多的白色葡萄球菌,与单独使用Biosampler相比,白葡菌数量比值可达3.7；（3）浓缩器在设计流量时压降为2000pa,处于较低水平；（4）对现场军团菌和流感病毒气溶胶的采样结果显示,两种采样方法采集军团菌（P=0.453）、甲型流感病毒（P=0.696）和乙型流感病毒（P=1.000）的阳性检出率没有统计学差异。结论：（1）本课题提出的虚拟浓缩器设计方法正确,采用切割型喷嘴结构可以降低损失率、提高收集效率；（2）实验室研究表明采集时间相同,使用虚拟浓缩器的Biosampler采样器采集到的细菌量比未使用的高；（3）现场试验表明该浓缩器在保证收集效率的前提下,使用浓缩器可以缩短采样时间（1/9）,证明该浓缩器可用于低浓度军团菌气溶胶的采集,流感病毒的采集显示了类似的结果,说明该浓缩器在采集流感病毒气溶胶方面也具有一定的适用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 微生物气溶胶的概念
• 1.2 环境中微生物气溶胶的来源
• 1.3 微生物气溶胶的特征
• 1.4 微生物气溶胶对人体健康的影响
• 1.5 低浓度微生物气溶胶采样现状
• 1.6 军团菌气溶胶的采集
• 1.7 虚拟浓缩器的研究进展
• 1.8 论文工作的主要内容
• 第二章 虚拟浓缩器的设计
• 2.1 设计原理和参数
• 2.1.1 设计原理
• 2.1.2 参数
• 2.1.2.1 雷诺数
• 2.1.2.2 斯托克斯定律
• 2.1.2.3 滑移修正系数
• 2.1.2.4 空气动力学直径
• 2.1.2.5 斯托克斯数
• 2.2 设计参数的选择
• 第三章 实验室评价方法
• 3.1 物理性粒子实验方法
• 3.1.1 实验目的
• 3.1.2 材料与方法
• 3.1.2.1 实验粒子的发生
• 3.1.2.2 气溶胶粒径测量方法
• 3.1.2.3 气溶胶浓度测量方法
• 3.1.3 评价指标
• 3.1.3.1 收集效率
• 3.1.3.2 损失率
• 3.1.3.3 浓缩比
• 3.1.3.4 切割粒径
• 3.1.3.5 收集效率的几何标准差
• 3.1.4 数据分析
• 3.2 生物性粒子实验方法
• 3.2.1 实验目的
• 3.2.2 材料与方法
• 3.2.2.1 菌悬液的制备
• 3.2.2.2 气溶胶的发生
• 3.2.2.3 微生物暴露舱
• 3.2.2.4 生物气溶胶采集
• 3.2.2.5 采样布局
• 3.2.2.6 采集液
• 3.2.2.7 培养方法
• 3.2.3 数据分析
• 3.3 浓缩器阻力测试方法
• 3.3.1 实验目的
• 第四章 现场验证方法
• 4.1 实验目的
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 采样装置
• 4.2.2 采样时间与采样点
• 4.2.3 采样流量和时间
• 4.2.4 样品采集液
• 4.3 实验室检测方法
• 4.3.1 军团菌巢式PCR法
• 4.3.2 流感病毒巢式PCR法
• 4.4 评价指标和分析方法
• 第五章 质量控制
• 5.1 物理性粒子评价质量控制
• 5.1.1 等速采样
• 5.1.1.1 浓缩器和APS进口直径
• 5.1.1.2 LD-5C进气口直径
• 5.1.2 转子流量计示数误差
• 5.2 生物性粒子和现场验证质量控制
• 5.2.1 实验室实验
• 5.2.2 现场验证
• 第六章 结果与讨论
• 6.1 结果
• 6.1.1 设计结果
• 6.1.2 实验室评价结果
• 6.1.2.1 实验粒子的粒径和几何标准差
• 6.1.2.2 物理性粒子评价结果
• 6.1.2.3 细菌性粒子评价结果
• 6.1.2.4 浓缩器压降
• 6.1.3 现场结果
• 6.1.3.1 军团菌气溶胶检测结果
• 6.1.3.2 流感病毒气溶胶检测结果
• 6.2 讨论
• 6.2.1 收集效率
• 6.2.2 切割粒径
• 6.2.3 粒子损失
• 6.2.4 浓缩比
• 6.2.5 浓缩器阻力
• 6.2.6 白葡菌采集
• 6.2.7 军团菌气溶胶采集效果
• 6.2.8 流感病毒气溶胶采集效果
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要结论与创新点
• 7.2 研究存在的局限性与展望
• 参考文献
• 综述
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历