專利名稱：便攜式的生物氣溶膠富集及快速檢測分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種便攜式的生物氣溶膠富集及快速檢測分析裝置。
背景技術(shù)：
對各種環(huán)境條件下的生物氣溶膠中的微生物以及包括花粉、孢子等過敏原在內(nèi)的環(huán)境污染物進(jìn)行實時監(jiān)控，是對人類生活提供健康及安全保障的重要環(huán)節(jié)。目前能夠真正實現(xiàn)生物氣溶膠的快速在線監(jiān)測系統(tǒng)很少，比較著名的生物氣溶膠的快速在線監(jiān)測系統(tǒng)主要有美國氣溶膠飛行時間質(zhì)譜技術(shù)(aerosol time of flight mass spectrometry,簡稱ATOFMS)和美國 Lawrence Livermore 國家實驗室 2003 年開發(fā)的 APDS 系統(tǒng)(AutonomousPathogen Detection System)。前者最初由Sinha等發(fā)明，借助顆粒物真空加速技術(shù)和離子化激光技術(shù)，它可以檢測單個微生物分子的空氣動力學(xué)直徑和化學(xué)組分。然而，這種技術(shù)不僅設(shè)備昂貴，而且微生物分子的質(zhì)譜鑒定質(zhì)量也還有待提高。后者可以同時檢測11中不同的目標(biāo)(包含細(xì)菌、病毒和毒素)，也可以擴(kuò)展到100種不同的目標(biāo)。采用PCR技術(shù)，分析時間大約I小時，遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于常規(guī)實驗的4至24小時分析時間，這套系統(tǒng)已經(jīng)通過實際測試，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)轉(zhuǎn)讓，正在被商業(yè)化。目前也有建立在免疫分析技術(shù)的生物氣溶膠的快速監(jiān)測系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的優(yōu)點是利用抗原抗體間的特異性結(jié)合，分析速度快而且更準(zhǔn)確，缺點是分析的目標(biāo)種類取決于是否存在高質(zhì)量抗體。2008年3月份MIT，Lincoln實驗室的研究人員在免疫分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合基因工程改造B細(xì)胞，開發(fā)了 PANTHER (Pathogen Notificationfor THreatening Environmental Releases)系統(tǒng),可以分析包括炭疽、天花之類高危險性病原體，而且分析時間少于3分鐘。以上儀器設(shè)備價格非常昂貴，需要專業(yè)的人員操作，不易普及。目前國內(nèi)相關(guān)研究主要集中在以下兩個方面:1、常規(guī)或在線檢測氣溶膠微粒濃度和粒度的方法；2、各類微生物常規(guī)檢測。對于以微流控芯片為技術(shù)核心，結(jié)合大氣氣溶膠的在線分析和篩選技術(shù)、對空氣氣溶膠所含多種傳染性病原微生物進(jìn)行高通量、全自動的在線實時監(jiān)測的分析系統(tǒng)方面的研究尚屬空白。國內(nèi)外現(xiàn)行的氣體樣品收集方法主要用專門的儀器進(jìn)行收集，除了使用不便，效率不高外，也難以完成收集分析的全過程操作。迄今為止國內(nèi)外尚無實用的代表性氣體收集并實時監(jiān)測的快速檢測系統(tǒng)。未來的技術(shù)發(fā)展主要集中在檢測儀器的多功能化和微型化上。國外多功能化儀器集中在用于空氣中生物顆粒分析的自動化儀器上。微型全分析系統(tǒng)(MiniaturizedTotal Analysis Systems, TAS)或稱為芯片實驗室(Laboratory on a Chip, L0C),是一個跨學(xué)科的新領(lǐng)域,是通過分析化學(xué)、微機(jī)電加工、計算機(jī)、電子學(xué)、材料科學(xué)及生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的交叉實現(xiàn)化學(xué)分析系統(tǒng)，從試樣處理到檢測的整體微型化、自動化、集成化與便攜化。根據(jù)芯片結(jié)構(gòu)及工作機(jī)理又可分為兩大類:微陣列芯片(Microarray Chip)和微流控芯片(Microffluidic Chip),前者也稱生物芯片，主要以生物技術(shù)為基礎(chǔ)，以親和絡(luò)合技術(shù)為核心，以在芯片表面固定一系列可尋址的識別分子陣列為結(jié)構(gòu)特征，它使用方便，測定快速，一般是一次性使用，有很強(qiáng)的專用型。它的發(fā)展已相當(dāng)成熟，在國外已深度產(chǎn)業(yè)化；后者主要以分析和生物化學(xué)為基礎(chǔ)，利用微機(jī)電加工的技術(shù)(MEMS)與生物技術(shù)，在硅、玻璃、石英、塑料表面加工出10 —100微米的微通道網(wǎng)絡(luò)，主要以電滲流和電泳流為驅(qū)動力，通過改變驅(qū)動電壓，控制流體在微通道網(wǎng)絡(luò)中的流動方向和速率，從而實現(xiàn)對目標(biāo)分析物得采樣、稀釋、加試劑、富集、萃取、混合、反應(yīng)、分離、檢測等步驟。微流控芯片已成為目前分析儀器發(fā)展的重要方向與前沿，是當(dāng)前最活躍的、代表著21世紀(jì)分析儀器走向微型化、集成化的發(fā)展方向，已突破其發(fā)展初期加工技術(shù)及基本流控技術(shù)上的主要難關(guān)，正在進(jìn)入一個開展更深入的基礎(chǔ)研究，廣泛擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，及深度產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)折時期。微流控分析系統(tǒng)具有獨特的優(yōu)勢，它體積小、設(shè)計靈活、分辨率高、樣品消耗少和分析快速、檢測效率高、時間短、耐用性好、成本低廉、可以在一塊微芯片上實現(xiàn)多路并行檢測等，大大提高了分析效能且可多次使用，因此具有廣泛的適用性。已用于DNA、氨基酸、蛋白質(zhì)、細(xì)胞等的檢測和分析，在食品安全、新藥篩選、環(huán)境檢測、司法鑒定、臨床疾病診斷等領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用前景。微全分析系統(tǒng)的出現(xiàn)不僅可使珍貴的生物試樣與試劑消耗大大降低到微升甚至納升級，而且使分析速度成百倍地提高，費用也相應(yīng)下降。對環(huán)境氣溶膠中的微生物、植物花粉孢子等微粒進(jìn)行捕獲富集、快速檢測、實時監(jiān)測的便攜式自動化生物氣溶膠快速檢測自動化裝置系統(tǒng)，是以微流控芯片為技術(shù)核心，對空氣氣溶膠所含的微生物等物質(zhì)進(jìn)行在線分析的監(jiān)測系統(tǒng)，該在線監(jiān)測系統(tǒng)以其所具有的體積小易于攜帶、成本低廉、易操作、檢測快速準(zhǔn)確、檢測線低、自動化等優(yōu)勢很好的解決了監(jiān)測技術(shù)的局限問題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的在于提供一種集富集、檢測、成像分析為一體的便攜式自動化的生物氣溶膠富集及快速檢測分析裝置，用以快速、高效的富集氣溶膠中的微生物、花粉孢子等物質(zhì)，并實現(xiàn)這些物質(zhì)的檢測及輸出檢測結(jié)果。本實用新型提出的一種便攜式的生物氣溶膠富集及快速檢測分析裝置，由箱體1、富集檢測分析系統(tǒng)2-8組成，富集檢測分析系統(tǒng)2-8位于箱體I內(nèi)，富集檢測分析系統(tǒng)2-8由富集模塊2、檢測模塊7和成像分析模塊8組成，富集模塊2包括富集芯片6、抽氣泵5、電源4和充電器3，充電器3連接電`源4，電源4連接抽氣泵5，抽氣泵5連接富集芯片6，富集芯片6的輸出端連接檢測模塊7的輸入端，檢測模塊7的輸出端連接成像分析模塊8的輸入端。本實用新型中，所述抽氣泵5為微型泵或油泵等在內(nèi)的具有抽氣功能的泵。本實用新型中，成像分析模塊8為冷CXD成像裝置或普通CXD成像裝置。本實用新型的有益效果在于:檢測模塊利用試紙檢測、免疫檢測等快速檢測手段將富集芯片中富集的物質(zhì)進(jìn)行定性、定量快速檢測的檢測裝置。成像分析模塊用來將檢測系統(tǒng)的檢測結(jié)果在計算機(jī)上成像，并利用分析軟件對結(jié)果加以分析，從而得出最終實驗結(jié)果。整個檢測裝置實現(xiàn)了從富集到分析并得出檢測結(jié)果的自動化過程。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)圖示。。圖中標(biāo)號:1為箱體，2-8為富集檢測分析系統(tǒng)，2為富集模塊，3為充電器，4為電源，5為抽氣泵，6為富集芯片，7為檢測模塊，8為成像分析模塊。
具體實施方式
下面通過實施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實用新型。實施例1:如圖1-圖2所示，裝置主要由含防震箱在內(nèi)的能夠?qū)?nèi)部儀器起保護(hù)功能的箱體1、富集檢測分析系統(tǒng)2-8兩部分組成。其中，富集檢測分析系統(tǒng)2-8由富集模塊2、檢測模塊7和成像分析模塊8三部分組成。富集模塊2，用于富集空氣氣溶膠中的如微生物、植物花粉孢子等物質(zhì)的富集裝置。富集模塊2又包括富集芯片6、抽氣泵5、電源4、充電器3四部分。富集芯片6負(fù)責(zé)從氣溶膠中捕獲相關(guān)物質(zhì)，抽氣泵5為氣體進(jìn)入富集芯片6提供動力，電源4為包括可充電電池在內(nèi)的各種電源，電源4為抽氣泵5供電，當(dāng)電池電量不足時利用充電器3為電池充電。檢測模塊7，連接于富集模塊2之后，將富集芯片6所富集的物質(zhì)進(jìn)行定性、定量檢測。檢測方法包括試紙檢測、免疫芯片檢測等快速檢測方法。成像分析模塊8，用來將檢測模塊7的檢測結(jié)果在計算機(jī)上成像，并利用分析軟件對結(jié)果加以分析。本便攜式自動化生物氣溶膠富集檢測裝置中，所描述的富集芯片及檢測芯片的制作材料可以為PDMS或其他可用于制作芯片的材料。本實用新型的工作過程如下:1.按照附圖將裝置按順序依次連接。2.將富集芯片6置于需要富集的物質(zhì)所處的氣溶膠環(huán)境中。3.打開抽氣泵5，抽氣泵5開始工作后，氣溶膠中的某些微小的顆粒物質(zhì)在由電源驅(qū)動的抽氣泵5的作用下進(jìn)入富集芯片6的管道中，在富集芯片6的作用下得到富集。4.富集到的物質(zhì)進(jìn)入檢測模塊7，利用試紙或免疫學(xué)等方法在內(nèi)的檢測方法完成包括顯色反應(yīng)等在內(nèi)的相關(guān)檢測反應(yīng)。5.反應(yīng)結(jié)果被成像分析模塊8的成像系統(tǒng)獲得，經(jīng)傳輸?shù)竭_(dá)計算機(jī)，經(jīng)過相關(guān)軟件分析，得出實驗結(jié)果的最終結(jié)論。
權(quán)利要求1.一種便攜式的生物氣溶膠富集及快速檢測分析裝置，其特征在于由箱體(I)、富集檢測分析系統(tǒng)(2-8)組成，富集檢測分析系統(tǒng)(2-8)位于箱體(I)內(nèi)，富集檢測分析系統(tǒng)(2-8)由富集模塊(2)、檢測模塊(7)和成像分析模塊(8)組成，富集模塊(2)包括富集芯片(6)、抽氣泵(5)、電源(4)和充電器(3)，充電器(3)連接電源(4)，電源(4)連接抽氣泵(5)，抽氣泵(5)連接富集芯片(6)，富集芯片(6)的輸出端連接檢測模塊(7)的輸入端，檢測模塊(7)的輸出端連接成像分析模塊(8)的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式的生物氣溶膠富集及快速檢測分析裝置，其特征在于所述抽氣泵(5)為微型泵或油泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式的生物氣溶膠富集及快速檢測分析裝置，其特征在于所述成像分析模塊(8)為冷C⑶成像裝置或普通C⑶成像裝置。
專利摘要本實用新型涉及一種便攜式的生物氣溶膠富集及快速檢測裝置。它由含有防震箱在內(nèi)的具有保護(hù)內(nèi)部儀器功能的外箱和富集檢測分析系統(tǒng)兩部分組成。富集檢測分析系統(tǒng)由富集模塊、檢測模塊和成像分析模塊三部分組成。富集模塊，用來富集氣溶膠中的如微生物、植物花粉、孢子等多種物質(zhì)的富集裝置。富集模塊包括富集芯片、抽氣泵、電源、充電器四部分。檢測模塊，連接于富集模塊之后，利用試紙檢測、免疫檢測等快速檢測手段將富集芯片中富集的物質(zhì)進(jìn)行定性、定量快速檢測的檢測裝置。成像分析模塊，用來將檢測系統(tǒng)的檢測結(jié)果在計算機(jī)上成像，并利用分析軟件對結(jié)果加以分析，從而得出最終實驗結(jié)果。整個檢測裝置實現(xiàn)了從富集到分析并得出檢測結(jié)果的自動化過程。
文檔編號G01N1/24GK202956299SQ201220652990
公開日2013年5月29日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者隋國棟, 荊雯雯, 趙望, 劉思秀 申請人:復(fù)旦大學(xué)