[发明专利]一种连续光激光粒子分析仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用激光散射特性和生物粒子的荧光特性同时对空气样本中气溶胶粒子尺寸和荧光强度分布进行分析，并对空气样本中的可疑微生物实时监测并做出预警的仪器。

背景技术

生物致病物质通过空气传播的范围最广，危害最大。空气有各种各样的悬浮粒子，既有非生物粒子，也有生物粒子，还有生物粒子与非生物粒子吸附在一起的复合体，其中的可吸入粒子可进入人的呼吸系统，沉积在鼻咽部、气管、支气管、细支气管、肺泡，并可通过吞噬细胞的作用，经血液将这些粒子转运至其他器官，引起各种各样的疾病。早期的气溶胶粒子检测仪器只能检测粒子的物理学参数，这种技术是用抽气泵将气溶胶粒子抽到光学检测室，用连续激光对粒子进行照射，当光束照射到粒子时，就会对照射光束产生散射，然后检测和分析这种散射光；这种检测仪器称为光散射式粒子计数器。理论上，不同的粒子大小对入射光的散射强度不同，由此可以检测粒子的大小和数量。但是，由于粒子的形状差别很大，球形、线形、片形等各种不规则的形状；有的表面光滑，有的表面粗糙；形成粒子的材料各异，对光的散射差异很大，所检测的粒子大小不能反映粒子在呼吸道的沉积状态。美国TSI公司生产的空气动力学粒子计数器(Peter P.Hairston et al：Apparatus for measuring particle sizes andvelocities.US Patent，Patent Number：5,561,515，Oct.1，1996.从文献可查阅吗)，是通过检测粒子通过双峰光波的飞行时间来计算粒子的空气动力学直径，这种方法是将不同形状、不同材质、不同密度的粒子统一等效成密度为1的球形粒子来计算粒子的直径，称为空气动力学直径。这种仪器不能区分粒子的性质，仅能检测粒子大小和数量。

生物粒子细胞内含有蛋白质、氨基酸、酶类和核黄素等多种成分。其中有些具有标志其固有荧光的特定的激发和发射光谱。研究表明，生物分子色氨酸、吡哆醇、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(磷酸)(NAD(P)H)和核黄素具有固有的受激荧光发射波长。理想的靶标生物分子应所述有区别于其他物质的固有荧光光谱，并有足够的荧光强度，构成强的可检信号。活的细菌含有与能量反应有关的胞内生物分子，NAD(P)H的存在是细菌活性的一个标志，这使它成为区别细菌粒子与非生物物质的一个很好的指标。通过对心肌细胞的研究，发现NADH的荧光与细胞的活性有关。对微球菌细胞周期的研究证明，固有荧光与细胞代谢、即细胞活性有关。采用此种方法不仅可以区分粒子的生物学特性，还可以区分粒子的活性。一般来说，激发光波越短，能量越高，就如同在许多其他类型的材料中那样产生的荧光就越强。NAD(P)H的荧光激发波长集中于340nm，核黄素的激发峰为385，发射峰为525nm，很容易与它们的发射光(400-540nm)区分。

1997年，美国国防部和加拿大国防部在原有的TSI 3321空气动力学粒子计数器的基础上，增加了紫外激光脉冲照射系统，研制成功了TSI 3312紫外激光空气动力学生物粒子计数器(Jim Yew-Wah Ho：Fluorescent biological particledetection system.US Patent，Patent Number：5,895,922，Apr.20，1999.从文献可查阅吗)。不仅可以实时检测空气中的粒子浓度，并且能够从中判断出是否含有生物气溶胶粒子。尤其是在生物气溶胶释放或者生物恐怖侵袭的情况下，可以立即检测出危险情况进行报警。从此实现了生物气溶胶的连续、实时、在线检测。所述仪器存在的问题是脉冲激光的能量随着触发频率的变化而变化，能量不稳定，检测的模拟信号较弱，易受其他信号的干扰，信噪比差；另外，所述它的结构设计使设备体积较大，不便于车载或做其他流动场所的使用。

2009年4月1日公开的发明专利气溶胶粒子激光分析仪(专利公开号：CN101398367A)克服了上述缺点，不仅能检测气溶胶粒子的空气动力学直径和粒子数量等物理参数，还能根据活性生物粒子固有的受激发射生物荧光的特征，判别是否为活性生物粒子，以及活性生物粒子的数量和浓度等参数。检测结果准确，方便快速，零部件使用寿命长，体积较小，便于移动使用。

但是此发明专利公开的气溶胶粒子激光分析仪荧光和散射光分析系统分别采用了不同的发射光源和光路，这样的气溶胶粒子激光分析仪不但光路冗杂，仪器的体积也相对较大，而且采用两套光源和光路，散射和荧光通道的之间的同步难以实现，这样实际上测得的粒径参数和生物荧光特性不是同步的，生物粒子的判定和监测就不能达到非常准确。

发明内容