一种用于收集人体呼吸道疾病病原体的装置

1.本发明涉及一种人体呼吸道样本的采集装置，尤其是一种用于收集人体呼吸道疾病病原体的装置，该装置可用于患有呼吸道疾病，流行性疾病的患者的呼吸道样本采集。


背景技术：

2.目前，公知的呼吸道样本采集是咽拭子采集，即通过棉签等采集呼吸道周围的上皮组织，即黏膜表面的样本，放入培养基中采集。这种采集方案虽然普遍应用于大型医院和呼吸道疾病检测过程中且灵敏度高，然而样本采集需要专业医疗人员进行，对于样本的处理也需要专业的医学检测机构，最重要的是样本采集无法做到高效率，大批量的进行。


技术实现要素：

3.为了克服现有阶段采集样本的问题，本发明提供一种新型的用于收集人体呼吸道疾病病原体的装置。目前市面上的口罩仅限于隔绝人与人之间的病原体传染，无法收集病原体做后续检测，而本发明基于人呼吸的气体和气溶胶遇冷液化，设计了一套多层装置并将该装置置于口罩上，该多层装置可以收集液化后的气溶胶,飞沫等呼吸道样本，收集后的样本粘附在基底表面，可直接进行光谱检测/质谱检测等。由于该装置置于口罩上，因此可在佩戴过程中收集病毒样本。该装置可以大规模，方便快捷地收集呼吸道样本，而且该装置成本低，易于推广，收集样本方便，重复性好。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
5.一种用于收集人体呼吸道疾病病原体的装置，所述装置为四层结构，第一层是凝胶层；第二层是保护层，用来保护第三层，第三层为透明基底层，第四层是微流体层；在该多层结构中，以上四层均可以进行快速热传递，在使用前需冷冻第一层或者整个装置，用于使装置保持低温，防止装置随着呼出气体增多而温度过高；其中第一层凝胶层远离人的面部，温度最低，第四层微流体层离呼吸道最近，呼吸道的气溶胶和气体温度较高，当遇到该多层结构时，由于热的传递作用，该多层结构的温度非常低，气体和气溶胶会在第三层表面液化，液化后的液体在微流体层中收集。将该装置的保护层和凝胶层剥离后放入仪器中检测。
6.上述技术方案中，进一步地，所述的凝胶层的成分为海藻酸的盐，水，琼脂，多糖或淀粉等。
7.进一步地，所述的保护层为聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯等各种薄膜。
8.进一步地，所述的透明基底层的材料可以是玻璃，塑料(如聚甲基丙烯酸酯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，苯乙烯丙烯腈)，合成树脂等透明材料。
9.进一步地，所述的微流体层采用树脂，塑料等材质，如聚二甲基硅氧烷，聚甲基丙烯酸酯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，苯乙烯丙烯腈。
10.本发明还提供另一种用于收集人体呼吸道疾病病原体的装置。在该装置中，其他结构不变，可以在第三层的透明基底层朝向面部一面的表面黏附一层固体培养基，该培养基可以是琼脂。若人体呼吸道气体和气溶胶中存在病原体，收集到的病原体可在固体培养
基中保持活性。可直接在基底上检测或后续进一步培养后提取检测。当直接检测时，可以基于第三层基底，使用光学散射，离子化后质谱检测等；当进一步提取检测时，只需要将第三层结构上固体培养基用等渗溶液冲洗分离，培养后使用pcr，荧光方法检测。
11.本发明的有益效果为：
12.本发明装置可以实现随时采集人体呼吸道样本，无需专业人士协助处理，使用方便快捷，且能够全天候收集样本，及时检测。
附图说明
13.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；
14.图1是本发明装置的原理图；
15.图2是微流体层示意图；
16.图3是该装置与口罩的组装过程示意图；
17.其中，凝胶层1、保护层2、透明基底层3、微流体层4。
具体实施方式
18.本发明的用于收集人体呼吸道疾病病原体的装置，该装置有四层结构，该装置首层是冰冻后的凝胶层，第二层是保护层，用来保护第三层的透明基底层，第四层是微流体层，该多层结构中，所有层可以进行热传递，第一层远离人的面部，温度最低，第四层离呼吸道最近。呼吸道的气溶胶和气体温度较高，当遇到该多层结构，由于热的传递作用，该多层结构温度均非常低，气体和气溶胶会在多层结构表面(第三层表面)液化，液化后的液体在微流体层中收集。
19.图2为微流体层示意图，a-a1为微流体层的厚度，a1-c1-d1为收集口(形状上大下小)，微流体层下部设有任意形状收集槽，飞沫，微液体通过收集口收集并液化后主要集中在该区域。
20.本发明的用于收集人体呼吸道疾病病原体的装置的制作及使用过程如下：
21.(1)利用石英玻璃，有机塑料薄膜，或合成树脂等中的一种材料作为透明基底层，该层为第三层；
22.(2)在透明基底层上表面黏附一层塑料作为保护层，该层为第二层；
23.(3)将冰冻后的凝胶黏附在第二层表面得到凝胶层，冰冻后的凝胶层为整个装置提供低温，该层为第一层。
24.(4)第四层为微流体层，微流体层(第四层)和透明基底层(第三层)组成呼吸道气体和气溶胶遇冷液化后的样本收集装置。
25.(5)将组装好的多层结构装置置于口罩上，安装到口罩的呼吸阀位置，即可用于佩戴口罩者的样本收集。
26.该多层结构为可拆卸装置，可更换，但不可重复使用，样本收集使用周期为1-6小时。
27.第一层、第二层、第三层的形状相同，可以是圆，方形，长方型等各种形状。
28.第四层微流体层下方的收集槽可以是y型，椭圆形，半圆形，弧形等各种形状。
29.在本发明的另一种实施方式中，透明基底层(第三层)表面黏附有一层琼脂层，厚
度为1纳米到1厘米。若人体呼吸道气体和气溶胶中存在病原体，则病原体可在琼脂固体培养基中保持活性。后续检测时，可直接在基底上检测或后续进一步培养后提取检测。当直接检测时，可以基于第三层基底，使用光学散射，离子化后质谱检测等；当进一步提取检测时，只需要将第三层结构上固体培养基直接用等渗溶液冲洗分离，培养后使用pcr,荧光方法检测。


技术特征：
1.一种用于收集人体呼吸道疾病病原体的装置，其特征是，所述的装置为四层结构，第一层是凝胶层；第二层是保护层，第三层是透明基底层，第四层是微流体层；所述的凝胶层或装置在使用前需冰冻，用于使装置保持低温；所述的保护层用于保护透明基底层，从而使保护层和接触面透明基底层的接触面不被污染；所述的透明基底层和微流体层用于收集样本。2.根据权利要求1所述的用于收集人体呼吸道疾病病原体的装置，其特征是，所述的微流体层上设有收集槽，用于收集接触到透明基底层后液化的呼吸道气体和气溶胶。3.根据权利要求1所述的用于收集人体呼吸道疾病病原体的装置，其特征是，所述的透明基底层朝向面部一面的表面粘附有一层琼脂固体培养基层。4.根据权利要求1所述的用于收集人体呼吸道疾病病原体的装置，其特征是，所述的凝胶层的成分为海藻酸的盐，水，琼脂，多糖或淀粉中一种或多种。5.根据权利要求1所述的用于收集人体呼吸道疾病病原体的装置，其特征是，所述的保护层为聚乙烯，聚丙烯或聚氯乙烯薄膜。6.根据权利要求1所述的用于收集人体呼吸道疾病病原体的装置，其特征是，所述的透明基底层的材料为玻璃，塑料或合成树脂。7.根据权利要求1所述的用于收集人体呼吸道疾病病原体的装置，其特征是，所述的微流体层采用聚二甲基硅氧烷，聚甲基丙烯酸酯，聚苯乙烯，聚碳酸酯或苯乙烯丙烯腈。8.根据权利要求1所述的用于收集人体呼吸道疾病病原体的装置，其特征是，将该装置安装于口罩的呼吸阀处，该装置可以从口罩呼吸阀中取出。9.根据权利要求1所述的用于收集人体呼吸道疾病病原体的装置，其特征是，所述的凝胶层远离人的面部。10.根据权利要求1所述的用于收集人体呼吸道疾病病原体的装置，其特征是，将该装置的保护层和凝胶层剥离后放入仪器中检测。

技术总结
本发明公开了一种用于收集人体呼吸道疾病病原体的装置，所述的装置为四层结构，第一层是凝胶层；第二层是保护层，第三层是透明基底层，第四层是微流体层；所述的保护层用于保护透明基底层和微流体层，从而防止取出过程中污染微流体层收集到的样本；所述的凝胶层或装置在使用前需冰冻，从而与呼出的气体存在温度差，让呼气的气体和飞沫溶液液化沉积；所述的透明基底层和微流体层用于收集样本。此外，还可以通过在透明基底层朝向面部一面的表面黏附一层固体培养基，从而用于保持病原体的活性，可直接提取后检测或后续进一步培养后检测。本发明装置可以随时采集人体呼吸道样本，无需专业人士协助处理，使用方便快捷，且能全天候收集样本，及时检测。及时检测。及时检测。


技术研发人员：苏逸 穆罕穆德.萨万
受保护的技术使用者：西湖大学
技术研发日：2021.12.24
技术公布日：2022/4/26