一種用于生物氣溶膠試驗(yàn)的裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于生物安全實(shí)驗(yàn)裝置，涉及一種用于生物氣溶膠試驗(yàn)的裝置。該裝置包括自然環(huán)境模擬模塊、氣溶膠發(fā)生模塊、試驗(yàn)艙、氣溶膠粒子監(jiān)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)采集與控制模塊。自然環(huán)境模擬模塊包括風(fēng)力產(chǎn)生裝置、溫度產(chǎn)生裝置、濕度產(chǎn)生裝置和輻射強(qiáng)度產(chǎn)生裝置四個(gè)部分，能夠產(chǎn)生與自然環(huán)境相近的環(huán)境參數(shù)。本實(shí)用新型能安全高效地獲得烈性病原微生物空氣(氣溶膠)本底生物學(xué)特性及在自然環(huán)境中的傳播規(guī)律基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，形成完整數(shù)據(jù)鏈，系統(tǒng)闡明自然條件下烈性病原微生物在空氣中隨溫度、濕度、風(fēng)速、輻射強(qiáng)度的存活與衰亡規(guī)律、致病力以及傳播規(guī)律，并能在全國(guó)科研、疾控等重要單位進(jìn)行推廣應(yīng)用，為我國(guó)公共安全提供強(qiáng)大預(yù)警支撐。
【專利說(shuō)明】一種用于生物氣溶膠試驗(yàn)的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于生物安全實(shí)驗(yàn)裝置，涉及一種用于生物氣溶膠試驗(yàn)的裝置，具體是指一種模擬自然環(huán)境風(fēng)力、溫度、濕度以及輻射強(qiáng)度的氣溶膠傳播試驗(yàn)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]氣溶膠傳播是判定一項(xiàng)傳染病是否列為重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件的核心指標(biāo)之一，是SARS、禽流感(H5N1、H7N9)等許多重大、新發(fā)突發(fā)傳染病的重要傳播途徑。目前，國(guó)際上對(duì)氣溶膠學(xué)研究高度關(guān)注，尤其美國(guó)，將氣溶膠研究計(jì)劃列為“國(guó)家重點(diǎn)研究計(jì)劃”，相關(guān)技術(shù)及設(shè)備平臺(tái)較為完善。國(guó)際上對(duì)該類研究核心技術(shù)實(shí)行嚴(yán)格封鎖和技術(shù)管控，打破壟斷，論證并自主研發(fā)符合生物安全要求的氣溶膠傳播風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)設(shè)備，是我國(guó)病原微生物氣溶膠學(xué)研究的迫切需求。
[0003]目前進(jìn)行氣溶膠評(píng)價(jià)研究的裝置很多，但大多比較簡(jiǎn)易，只能研究單一條件下氣溶膠傳播規(guī)律，很難達(dá)到可模擬自然環(huán)境的現(xiàn)實(shí)要求。本研究是將生命科學(xué)技術(shù)、疾病預(yù)防控制需求和儀器設(shè)備制造方法相結(jié)合，在生物安全框架下，構(gòu)建集環(huán)境風(fēng)洞(環(huán)境模擬)設(shè)計(jì)、自動(dòng)化信息采集與試驗(yàn)驗(yàn)證于一體的病原微生物空氣(氣溶膠)傳播風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)設(shè)備。從預(yù)警的角度及早判定SARS、高致病性禽流感(H5N1、H7N9)等烈性病原微生物能否在空氣中傳播，能否跨種傳播到人，乃至人傳人的重大基礎(chǔ)性科學(xué)問(wèn)題，打破國(guó)外技術(shù)壟斷封鎖，為我國(guó)烈性傳染病評(píng)估評(píng)價(jià)、預(yù)警預(yù)測(cè)提供重要的基本研究設(shè)備。
[0004]本實(shí)用新型結(jié)合環(huán)境風(fēng)洞的設(shè)計(jì)理念，以環(huán)境風(fēng)洞和試驗(yàn)艙形成密閉的環(huán)境，氣溶膠發(fā)生裝置和監(jiān)測(cè)裝置很好地和試驗(yàn)艙結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了高模擬性、高安全性、高可控性的模擬氣溶膠傳播方式的人工環(huán)境。該裝置能安全高效地獲得烈性病原微生物空氣(氣溶膠)本底生物學(xué)特性及在自然環(huán)境中的傳播規(guī)律基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，形成完整數(shù)據(jù)鏈，系統(tǒng)闡明自然條件下烈性病原微生物在空氣中隨溫度、濕度、風(fēng)速、輻射強(qiáng)度的存活與衰亡規(guī)律、致病力以及傳播規(guī)律，并能在全國(guó)科研、疾控等重要單位進(jìn)行推廣應(yīng)用，為我國(guó)公共安全提供強(qiáng)大預(yù)警支撐。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種用于生物氣溶膠試驗(yàn)的裝置，是一種可模擬自然環(huán)境條件下氣溶膠傳播規(guī)律的非常實(shí)用的試驗(yàn)裝置，解決了現(xiàn)有裝置模擬條件單一、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題，具有很好地市場(chǎng)推廣潛力，也為病原微生物氣溶膠傳播規(guī)律及跨種傳播能力評(píng)價(jià)建立很好的平臺(tái)。
[0006]本實(shí)用新型解決技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案如下:
[0007]該氣溶膠傳播試驗(yàn)裝置包括風(fēng)力產(chǎn)生裝置、試驗(yàn)艙、氣溶膠發(fā)生器、氣溶膠粒子監(jiān)測(cè)裝置和數(shù)據(jù)采集與控制模塊，主要由動(dòng)力段、風(fēng)力源、第一擴(kuò)散段、第一拐角、導(dǎo)流片、濕度控制單元、翼型導(dǎo)流片、電熱管、第二擴(kuò)散段、穩(wěn)定段、蜂窩器、阻尼網(wǎng)、收縮段、氣溶膠發(fā)生器、高效過(guò)濾器、試驗(yàn)艙、操作面板、紫外燈、長(zhǎng)袖手套、自動(dòng)采樣裝置、傳遞窗、傳感器、第三擴(kuò)散段、氣溶膠粒子監(jiān)測(cè)裝置、第二拐角、數(shù)據(jù)采集卡和工控機(jī)等部件組成。
[0008]風(fēng)力產(chǎn)生裝置:由動(dòng)力段、風(fēng)力源、第一擴(kuò)散段、第一拐角、第二擴(kuò)散段、穩(wěn)定段、收縮段、第三擴(kuò)散段和第二拐角組成風(fēng)力產(chǎn)生裝置，風(fēng)力產(chǎn)生裝置的兩端連接到試驗(yàn)艙的兩端，和試驗(yàn)艙一起構(gòu)成氣流的閉合回路，能夠產(chǎn)生O?5m/s的風(fēng)力，即不大于自然界三級(jí)以下風(fēng)；風(fēng)力產(chǎn)生裝置的第一擴(kuò)散段內(nèi)設(shè)置溫度產(chǎn)生裝置，由若干個(gè)電加熱管組構(gòu)成，參數(shù)設(shè)置為O?40°C (自然界常見(jiàn)生活溫度)，每個(gè)電加熱管組包括8翼型導(dǎo)流片和電熱管。為了不影響整個(gè)流場(chǎng)中的氣流品質(zhì)，將電熱管包裝于翼型導(dǎo)流片內(nèi)，其流線型可以最大程度上降低紊流度。
[0009]風(fēng)力產(chǎn)生裝置的第二擴(kuò)散段設(shè)置濕度產(chǎn)生裝置，由加濕器和除濕器兩部分構(gòu)成，設(shè)置的濕度參數(shù)為10?90% (自然界常見(jiàn)濕度范圍)。在氣流循環(huán)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)艙濕度的調(diào)節(jié)。
[0010]在試驗(yàn)艙內(nèi)設(shè)置輻射強(qiáng)度產(chǎn)生裝置，在試驗(yàn)艙頂部均布9盞紫外燈，并通過(guò)控制打開(kāi)的燈的數(shù)量以調(diào)節(jié)輻射強(qiáng)度大小，參數(shù)設(shè)置為O?300mW/m2(自然界紫外線指數(shù)12以下，涵蓋了地球上大部分地區(qū)的紫外照射強(qiáng)度)(9盞燈全開(kāi)時(shí)，試驗(yàn)艙底面輻射強(qiáng)度達(dá)到最大值300mW/m2。由I = ff/St = P/S可知，每盞紫外燈的功率為:P = nIS/ n = 9X300mff/m2X4Ji X1.2m2/75%= 64W。其中，n為紫外光穿過(guò)有機(jī)玻璃的效率)。
[0011]試驗(yàn)艙:試驗(yàn)艙包括主艙體、操作面板、長(zhǎng)袖手套、傳遞窗、自動(dòng)采樣裝置、傳感器。試驗(yàn)艙操作面為透明材質(zhì)，可整體拆卸，能夠進(jìn)行3.5m距離的氣溶膠傳播評(píng)價(jià)。操作面板上開(kāi)孔，設(shè)置長(zhǎng)袖手套與傳遞窗。自動(dòng)采樣裝置接受外部的數(shù)據(jù)采集控制模塊命令沿水平方向與豎直方向移動(dòng)至目標(biāo)位置，采集不同空間位置的氣溶膠粒子；試驗(yàn)艙內(nèi)部設(shè)置的傳感器用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、濕度、風(fēng)力和輻射強(qiáng)度。
[0012]氣溶膠發(fā)生器:氣溶膠發(fā)生器通過(guò)封閉管道與試驗(yàn)艙相連，產(chǎn)生流速為1-4.2L/min、粒徑大小為0.5-20 μ m的氣溶膠，噴射形式可以采用瞬時(shí)點(diǎn)源、連續(xù)點(diǎn)源、連續(xù)線源等多種方式。
[0013]氣溶膠粒子監(jiān)測(cè)裝置:氣溶膠粒子監(jiān)測(cè)裝置通過(guò)封閉管道連接到試驗(yàn)艙里的自動(dòng)采樣裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)艙內(nèi)氣溶膠的粒徑、濃度、分散度等參數(shù)指標(biāo)，實(shí)時(shí)分析采集到的氣溶膠粒子物理參數(shù)。
[0014]數(shù)據(jù)采集與控制模塊:數(shù)據(jù)采集與控制模塊包括工控機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡和實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)的傳感器相連。工控機(jī)模塊能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡獲取數(shù)據(jù)信息，自動(dòng)采集并存儲(chǔ)與處理試驗(yàn)艙模擬的環(huán)境參數(shù)，傳遞給工控機(jī)，實(shí)時(shí)分析并調(diào)整。
[0015]本實(shí)用新型通過(guò)控制四個(gè)環(huán)境因素(風(fēng)力、溫度、濕度、輻射強(qiáng)度)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)艙內(nèi)自然環(huán)境的模擬。借鑒環(huán)境風(fēng)洞的設(shè)計(jì)理念，采用閉合回流的形式產(chǎn)生穩(wěn)定的層流氣流。軸流式風(fēng)機(jī)帶動(dòng)空氣流動(dòng)，經(jīng)過(guò)第一擴(kuò)散段(擴(kuò)散角〈5° )進(jìn)入第一拐角(90° )，實(shí)現(xiàn)氣流的均勻變化；拐角處安裝有導(dǎo)流片，防止氣流方向突然改變導(dǎo)致產(chǎn)生紊流；后經(jīng)第二擴(kuò)散段，氣流再次均勻變化后進(jìn)入穩(wěn)定段；穩(wěn)定段內(nèi)裝有蜂窩器和阻尼網(wǎng)，對(duì)氣流進(jìn)行均勻分害I]，降低紊流度；進(jìn)入收縮段后實(shí)現(xiàn)壓縮整形(收縮比為1:1.44)，提升氣流品質(zhì)，得到穩(wěn)定層流風(fēng)(氣流紊流度控制在0.2% );層流氣流經(jīng)過(guò)HEPA高效過(guò)濾器，以降低生物粒子的本底濃度，提高氣流潔凈度；后進(jìn)入試驗(yàn)艙，同樣在試驗(yàn)艙出口處設(shè)置HEPA高效過(guò)濾器，防止試驗(yàn)艙內(nèi)的氣溶膠粒子逸出；氣流再經(jīng)第三擴(kuò)散段和第二拐角，實(shí)現(xiàn)閉合回路。
[0016]本實(shí)用新型的一種用于生物氣溶膠試驗(yàn)的裝置，可以很好地模擬自然環(huán)境。通過(guò)實(shí)驗(yàn)艙前級(jí)的收縮段形成穩(wěn)定層流氣流，模擬自然風(fēng)；加熱管路以及濕度控制單元調(diào)節(jié)空氣溫度和濕度；閉合回流結(jié)構(gòu)以及實(shí)驗(yàn)艙前后的高效過(guò)濾器保證了生物安全；實(shí)時(shí)在線采集控制裝置和氣溶膠粒子監(jiān)測(cè)裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)氣溶膠狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控；溫度、濕度、風(fēng)速以及輻射強(qiáng)度傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)自然環(huán)境因素；傳遞窗(可獨(dú)立消毒)解決了動(dòng)物飼養(yǎng)過(guò)程中飼料、飲水的無(wú)污染添加問(wèn)題以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所需物品的安全傳遞問(wèn)題；

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的示意圖。
[0018]圖2為本實(shí)用新型的試驗(yàn)艙結(jié)構(gòu)放大圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本實(shí)用新型的具體實(shí)施例。
[0020]如圖1所示，該裝置包括風(fēng)力源2、第一擴(kuò)散段3、第一拐角5、導(dǎo)流片6、濕度控制單元7、翼型導(dǎo)流片8、電熱管9、第二擴(kuò)散段10、穩(wěn)定段11、蜂窩器12、阻尼網(wǎng)13、收縮段14、氣溶膠發(fā)生器15、高效過(guò)濾器16、試驗(yàn)艙17、操作面板18、紫外燈19、長(zhǎng)袖手套20、自動(dòng)采樣裝置21、傳遞窗22、傳感器23、第三擴(kuò)散段24、氣溶膠粒子監(jiān)測(cè)裝置25、第二拐角26、數(shù)據(jù)采集卡27和工控機(jī)I。
[0021]風(fēng)力源2、第一擴(kuò)散段3、第一拐角5、導(dǎo)流片6、第二擴(kuò)散段10、穩(wěn)定段11、蜂窩器12、阻尼網(wǎng)13和收縮段14共同構(gòu)成。
[0022]翼型導(dǎo)流片8和電熱管9共同構(gòu)成溫度產(chǎn)生裝置，
[0023]試驗(yàn)艙包括主艙體、操作面板18、紫外燈19、長(zhǎng)袖手套20、自動(dòng)采樣裝置21、傳遞窗22和傳感器23。
[0024]穩(wěn)定段包括蜂窩器12和阻尼網(wǎng)13。
[0025]工作時(shí)，先開(kāi)啟開(kāi)啟風(fēng)機(jī)，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制風(fēng)力大小，得到穩(wěn)定、均勻的層流氣流場(chǎng)；再開(kāi)啟電熱管、濕度控制單元、紫外燈，調(diào)節(jié)各個(gè)參數(shù)至實(shí)驗(yàn)所需大小。開(kāi)啟溫度、濕度、風(fēng)力、輻射強(qiáng)度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)境參數(shù)；將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物放置于試驗(yàn)艙內(nèi)，正常飼喂；開(kāi)啟氣溶膠發(fā)生器，產(chǎn)生氣溶膠；進(jìn)行氣溶膠傳播實(shí)驗(yàn)，同時(shí)開(kāi)啟氣溶膠粒子監(jiān)測(cè)裝置，自動(dòng)采集氣溶膠樣品并記錄數(shù)據(jù)；通過(guò)試驗(yàn)艙操作面采集動(dòng)物樣品，通過(guò)傳遞窗傳至實(shí)驗(yàn)室生物安全柜中進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于生物氣溶膠試驗(yàn)的裝置，該氣溶膠傳播試驗(yàn)裝置包括風(fēng)力產(chǎn)生裝置、試驗(yàn)艙、氣溶膠發(fā)生器、氣溶膠粒子監(jiān)測(cè)裝置和數(shù)據(jù)采集與控制模塊，主要由風(fēng)力源、第一擴(kuò)散段、第一拐角、導(dǎo)流片、濕度控制單元、翼型導(dǎo)流片、電熱管、第二擴(kuò)散段、穩(wěn)定段、收縮段、氣溶膠發(fā)生器、試驗(yàn)艙、操作面板、紫外燈、長(zhǎng)袖手套、自動(dòng)采樣裝置、傳遞窗、傳感器、第三擴(kuò)散段、氣溶膠粒子監(jiān)測(cè)裝置、第二拐角、數(shù)據(jù)采集卡和工控機(jī)組成；其特征在于， 風(fēng)力產(chǎn)生裝置:由風(fēng)力源、第一擴(kuò)散段、第一拐角、第二擴(kuò)散段、穩(wěn)定段、收縮段、第三擴(kuò)散段和第二拐角組成風(fēng)力產(chǎn)生裝置，風(fēng)力產(chǎn)生裝置的兩端連接到試驗(yàn)艙的兩端，和試驗(yàn)艙一起構(gòu)成氣流的閉合回路，能夠產(chǎn)生(T5m/s的風(fēng)力；風(fēng)力產(chǎn)生裝置的第一擴(kuò)散段內(nèi)設(shè)置溫度產(chǎn)生裝置，由若干個(gè)電加熱管組構(gòu)成，參數(shù)設(shè)置為(T40°C，每個(gè)電加熱管組包括8翼型導(dǎo)流片和電熱管；風(fēng)力產(chǎn)生裝置的第二擴(kuò)散段設(shè)置濕度產(chǎn)生裝置，由加濕器和除濕器兩部分構(gòu)成，設(shè)置的濕度參數(shù)為10?90% ； 試驗(yàn)艙:試驗(yàn)艙內(nèi)設(shè)置輻射強(qiáng)度產(chǎn)生裝置，在試驗(yàn)艙頂部均布9盞紫外燈，并通過(guò)控制打開(kāi)的燈的數(shù)量以調(diào)節(jié)輻射強(qiáng)度大小，參數(shù)設(shè)置為(T300mW/m2 ;試驗(yàn)艙包括主艙體、操作面板、長(zhǎng)袖手套、傳遞窗、自動(dòng)采樣裝置、傳感器；試驗(yàn)艙操作面為透明材質(zhì)，可整體拆卸，能夠進(jìn)行3.5m距離的氣溶膠傳播評(píng)價(jià)；操作面板上開(kāi)孔，設(shè)置長(zhǎng)袖手套與傳遞窗；自動(dòng)采樣裝置接受外部的數(shù)據(jù)采集控制模塊命令沿水平方向與豎直方向移動(dòng)至目標(biāo)位置，采集不同空間位置的氣溶膠粒子；試驗(yàn)艙內(nèi)部設(shè)置的傳感器用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、濕度、風(fēng)力和輻射強(qiáng)度； 氣溶膠發(fā)生器:氣溶膠發(fā)生器通過(guò)封閉管道與試驗(yàn)艙相連，產(chǎn)生流速為1-4.2L/min、粒徑大小為0.5-20 μ m的氣溶膠，噴射形式可以采用瞬時(shí)點(diǎn)源、連續(xù)點(diǎn)源、連續(xù)線源多種方式； 氣溶膠粒子監(jiān)測(cè)裝置:氣溶膠粒子監(jiān)測(cè)裝置通過(guò)封閉管道連接到試驗(yàn)艙里的自動(dòng)采樣裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)艙內(nèi)氣溶膠的粒徑、濃度、分散度參數(shù)指標(biāo)，實(shí)時(shí)分析采集到的氣溶膠粒子物理參數(shù)； 數(shù)據(jù)采集與控制模塊:數(shù)據(jù)采集與控制模塊包括工控機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡和實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)的傳感器相連；工控機(jī)模塊能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡獲取數(shù)據(jù)信息，自動(dòng)采集并存儲(chǔ)與處理試驗(yàn)艙模擬的環(huán)境參數(shù)，傳遞給工控機(jī)，實(shí)時(shí)分析并調(diào)難iF.0
【文檔編號(hào)】G01N33/00GK204142699SQ201420502146
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】錢(qián)軍, 劉林娜, 趙思言, 夏志平, 郭振東, 周博, 王承宇, 高玉偉, 李乾學(xué), 萬(wàn)忠海, 岳玉環(huán), 劉文森, 穆玉堂, 何揚(yáng), 孫玉成, 田多 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院軍事獸醫(yī)研究所