[发明专利]基于ATP生物化学发光的生物气溶胶在线监测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于ATP生物化学发光的生物气溶胶在线监测系统及方法，利用大流量生物气溶胶采样技术对环境空气中的活性微生物气溶胶进行采集，结合ATP生物化学发光反应原理，使气溶胶中所含微生物细胞裂解释放出ATP，在萤光素酶的催化下与萤光素发生化学反应发光，发光信号由光电传感器转化为电信号记录并输出，实现对空气中低浓度的活性微生物的快速富集和实时检测。

技术领域

本发明涉及一种生物气溶胶实时在线监测装置，特别涉及一种基于ATP生物化学发光反应原理结合大流量生物气溶胶采样技术的生物气溶胶在线监测研究方法及其系统。

背景技术

环境空气中含有由大量生物颗粒，包括细菌、真菌、病毒、动植物碎屑等组成的生物气溶胶和其他污染物，其中生物气溶胶比起其他非生物污染物对人体健康和公共安全有着更加直接且重要的影响。生物气溶胶暴露可能导致呼吸系统炎症、过敏、感染和毒性反应，甚至造成大规模流行病传播，因此对于环境中生物气溶胶的监测尤为重要。但目前环境监测中常用的环境空气微生物检测方法，如微生物培养，在浓度检测方面存在很大误差和不足，对于其中有生命活性但不可培养状态(Viable But Not Culturable)的微生物难以检测；并且时效性差，无法做到实时在线监测，因此不能为公共健康或者关键场景提供准确、实时的生物威胁预警，从而防止动态变化的微生物气溶胶暴露威胁。

现有的生物气溶胶在线监测方法大多基于生物大分子如核黄素、还原型辅酶NADH等的荧光激发原理，用特定波长激发光激发生物大分子，检测其产生的特定波段荧光来估计空气中微生物含量。但该原理受限于实际空气中干扰物质如苯系物质的干扰荧光和复杂的颗粒物团聚结构，可能造成难以估算的假阳性或假阴性，难以准确可靠地反应真实的环境空气微生物浓度。此外，激光激发荧光检测的方法通常只运用在低流速、小流量的空气微生物背景监测情境中，受限于过小的采样气体流量，无法对突发的微生物暴露事件做出即时有效的响应和预警，因此难以满足微生物气溶胶暴露预警的要求。

基于这些考虑，检测原理更加可靠、采样流量更大的大流量生物气溶胶在线监测技术和设备在微生物暴露预警和应对突发微生物暴露事件方面尤为关键。ATP生物化学发光反应是基于活细胞内特有的高能三磷酸腺苷(ATP)与萤火虫萤光素在萤火虫萤光素酶的催化下特异性发光的原理来指征活细胞的存在，由于特定种类的活细胞内可供反应的ATP含量基本保持恒定，因此可以通过检测发光强度来对活细胞含量进行半定量。ATP生物化学发光方法可以更为可靠地指示真正有生命活性的微生物，干扰信号较荧光激发方法更少；并且在液相反应体系中能够让团聚的颗粒物更好地分散，减少颗粒物团聚造成的假阴性。

发明内容

本发明旨在提供一种集成ATP生物化学发光方法、大流量生物气溶胶采样技术对环境空气中的活性微生物气溶胶进行实时在线监测的系统，结合光电信号检测传感系统、自动化液体循环系统和信号输出系统组成生物气溶胶实时在线监测装置，实现环境空气中活性微生物气溶胶的大流量快速富集和实时在线监测预警。

本发明的主要技术原理是：采用微型大流量风机驱动空气通过旋流采样管对环境空气进行采样，富集到采样管下端装有主要成分为萤火虫萤光素酶、萤火虫萤光素、细胞裂解液和镁离子等反应试剂的集液管中，空气中的活性微生物细胞壁被细胞裂解液裂解，释放出细胞质中的ATP，在萤火虫萤光素酶的催化下与萤火虫萤光素发生化学反应发光，发光信号在屏蔽暗室中被正对着集液管的光电传感器转化为电信号记录并输出显示。由于该酶催化反应十分迅速，因此可以半定量地实时监测环境空气中的活性微生物含量。结果还可以同时用天线输送到手机、电脑等移动端实现远程监测。

本发明的技术方案如下(参见图1)：