【摘要】：傳染病是一類可以在動(dòng)物與動(dòng)物、人與人以及人與動(dòng)物之間交叉?zhèn)鞑サ募膊�。近年�?lái)隨著氣候等自然條件的失衡,社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不均衡發(fā)展,人類生活范圍的不斷擴(kuò)張以及全球一體化進(jìn)程的加速發(fā)展,傳染病對(duì)人類造成了更為嚴(yán)重的威脅:本世紀(jì)初的SARS病毒、禽流感病毒與近年來(lái)的埃博拉疫情的爆發(fā),都使對(duì)于傳染病即時(shí)的檢測(cè)工作變得尤為重要。傳染病細(xì)菌的氣溶膠態(tài)傳播是一種主要的擴(kuò)散與傳染模式,可通過(guò)空氣、水等介質(zhì)迅速傳播。生物氣溶膠無(wú)時(shí)無(wú)刻不在影響著人類的生產(chǎn)活動(dòng)、生活環(huán)境以及生存質(zhì)量。人類吸入生物氣溶膠后會(huì)有50%殘留在肺壁上,其包含的有害物質(zhì)會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不良影響。超過(guò)一定劑量的氣溶膠進(jìn)入體內(nèi)后易引發(fā)肺炎、哮喘、支氣管炎、肺氣腫甚至肺癌等疾病。故針對(duì)傳染病氣溶膠態(tài)的早期識(shí)別、快速診斷與合理的防治手段是必要的。實(shí)驗(yàn)室的病原體檢測(cè)方法需先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采樣,再通過(guò)微生物檢測(cè)手段對(duì)樣本檢測(cè),主要分為分子生物學(xué)方法、分離培養(yǎng)方法以及血清學(xué)方法。這三種生物檢驗(yàn)方法檢測(cè)靈敏度高,特異型強(qiáng),具有固有的生物檢測(cè)優(yōu)勢(shì),但具有一定的弊端。首先,采樣工作較為費(fèi)時(shí),難以滿足生物氣溶膠即時(shí)檢測(cè)的需求;其次,在復(fù)雜環(huán)境下采集的樣本會(huì)增加提純的難度,由于實(shí)驗(yàn)室病原體檢測(cè)技術(shù)的準(zhǔn)確度取決于采集的樣本質(zhì)量,故復(fù)雜環(huán)境下的采樣會(huì)降低檢驗(yàn)的精度;再次,實(shí)驗(yàn)室病原體檢測(cè)技術(shù)需專業(yè)科研人員來(lái)完成,難以廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室病原體檢測(cè)技術(shù)不同,基于單粒子技術(shù)的生物氣溶膠檢測(cè)系統(tǒng)具有不損害粒子活性、檢測(cè)速度快與便攜性的優(yōu)勢(shì),可在不改變生物氣溶膠粒子物化性質(zhì)的前提下對(duì)被測(cè)粒子的物理特性與生物活性進(jìn)行瞬時(shí)監(jiān)測(cè)。其原理為在風(fēng)機(jī)動(dòng)力源的作用下,將氣溶膠樣本以穩(wěn)定氣流形式包裹單分散粒子進(jìn)入系統(tǒng)腔室內(nèi),在腔室結(jié)構(gòu)的約束下逐個(gè)通過(guò)樣本流與光斑交叉形成的測(cè)量光區(qū),通過(guò)表征標(biāo)志粒子物理性質(zhì)的彈性散射光與生物特性的內(nèi)源性熒光來(lái)判斷粒子是否為生物粒子。各國(guó)科研工作者花費(fèi)了大量的人力物力針對(duì)該技術(shù)進(jìn)行研究,使相關(guān)技術(shù)不斷進(jìn)步,裝備不斷趨于完善。而由于技術(shù)與理論上的限制,該技術(shù)尚未形成成熟的理論體系,且相關(guān)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)較為粗糙,存在較大的發(fā)展空間。基于單粒子技術(shù)的生物氣溶膠檢測(cè)系統(tǒng)主要分為光路、電路、氣路三個(gè)部分,本研究主要針對(duì)該系統(tǒng)的氣路部分進(jìn)行研究。該檢測(cè)系統(tǒng)的氣路部分主要包括噴嘴、腔室本身以及出口針。本研究首先類比流式細(xì)胞儀液路部分液力聚焦的結(jié)構(gòu),在腔室原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加入鞘流入口,使用潔凈空氣包裹樣本流,并通過(guò)設(shè)計(jì)噴嘴形狀(圓、扁)、出口針規(guī)格(長(zhǎng)、短)、出口流量(1.00 L/min,2.00 L/min,2.83 L/min,5.00 L/min,10.00 L/min)、流速(V_樣=9.0 m/s,V_鞘=3.0 m/s;V_樣=9.0 m/s,V_鞘=4.5 m/s;V_樣=9.0 m/s,V_鞘=1.4 m/s;V_樣=9.0 m/s,V_鞘=0)等實(shí)驗(yàn)參數(shù),來(lái)達(dá)到提高腔室結(jié)構(gòu)約束樣本流的目的。接下來(lái)主要針對(duì)設(shè)計(jì)的不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。首先使用solidworks軟件根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)繪制各組實(shí)驗(yàn)的模型結(jié)構(gòu)圖,再使用ICEMCFD軟件對(duì)繪制的模型結(jié)構(gòu)圖劃分網(wǎng)格,然后使用ANSYS Fluent14.5軟件對(duì)劃分的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行有限元迭代計(jì)算,直觀揭示各組實(shí)驗(yàn)腔室內(nèi)樣本流的流動(dòng)軌跡,并針對(duì)迭代的結(jié)果進(jìn)行后處理。最后根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果加工元件,進(jìn)行樣機(jī)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)與樣機(jī)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,在在樣本流速度為9.0m/s,鞘流速度為1.4m/s,流量為2.83L/min,使用圓噴嘴,長(zhǎng)出口針時(shí),腔室結(jié)構(gòu)對(duì)樣本流的收束效果最好。樣機(jī)實(shí)驗(yàn)證明了仿真實(shí)驗(yàn)的有效性,得到的CV為11.67。研究提高了腔室結(jié)構(gòu)對(duì)包裹生物氣溶膠粒子樣本流的約束能力,提高了系統(tǒng)檢測(cè)的精度,對(duì)基于單粒子原理生物氣溶膠檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化具有重要的參考價(jià)值。
【圖文】：

圖 1. 1 生物氣溶膠單粒子分析手段檢測(cè)原理示意圖被測(cè)環(huán)境中的氣溶膠樣本，在風(fēng)機(jī)等動(dòng)力源的作用下，以穩(wěn)定氣流形式包裹單分散粒子進(jìn)入腔室內(nèi)，被測(cè)的氣溶膠微粒在腔室結(jié)構(gòu)的約束下，，逐個(gè)通過(guò)由樣本流與測(cè)量光斑交叉形成的測(cè)量光區(qū)，并同時(shí)產(chǎn)生可表征被測(cè)氣溶膠單粒子中生

圖 1. 2 首臺(tái)生物氣溶膠粒子計(jì)數(shù)器伴隨著市場(chǎng)上高靈敏度光電探測(cè)器、高速信號(hào)處理系統(tǒng)、高功率激光光性能元件的出現(xiàn)，該技術(shù)得以進(jìn)一步發(fā)展。Minnesota 大學(xué)的 Agarwal 針對(duì)粒子飛行時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)的生物氣溶膠粒子計(jì)數(shù)器[35]，且隨后將此技
【學(xué)位授予單位】：軍事科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R318

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 杜耀華;陳鋒;程智;李抄;顧彪;吳太虎;;三維液力聚焦的計(jì)算設(shè)計(jì)及其在血細(xì)胞分析儀中的應(yīng)用[J];軍事醫(yī)學(xué);2013年08期

2 徐傲;熊超;張佩;廖小情;楊巍;趙永凱;黃惠杰;;基于本征熒光測(cè)量的雙通道生物氣溶膠檢測(cè)技術(shù)研究[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2013年08期

3 劉建偉;張俊超;馬文林;劉賓;趙玉柱;;城市污水處理廠微生物氣溶膠污染和粒徑分布特征[J];生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào);2013年04期

4 蔡舒窈;張佩;朱玲琳;謝承科;孫征宇;程偉林;趙永凱;黃惠杰;;基于色氨酸本征熒光測(cè)量的生物氣溶膠檢測(cè)技術(shù)研究[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2012年05期

5 李娜;鹿建春;溫占波;王潔;楊文慧;李勁松;;大氣生物氣溶膠實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與Andersen6級(jí)采樣結(jié)果的對(duì)比研究[J];軍事醫(yī)學(xué);2011年07期

6 馮春霞;黃立華;周光超;韓杰;曾愛(ài)軍;趙永凱;黃惠杰;;單分散生物氣溶膠光散射特性的計(jì)算與分析[J];中國(guó)激光;2010年10期

7 蘭天鴿;熊偉;方勇華;李大成;袁越明;;生物氣溶膠紅外光譜信號(hào)預(yù)處理算法研究[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2010年09期

8 季陽(yáng);鄭忠偉;蔡輝;肖小璞;苑宇哲;;病毒血清學(xué)檢測(cè)與核酸檢測(cè)技術(shù)在輸血傳染病篩檢中的應(yīng)用[J];中國(guó)輸血雜志;2010年06期

9 詹昊;李萬(wàn)平;方秦漢;李龍安;;不同雷諾數(shù)下圓柱繞流仿真計(jì)算[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào);2008年12期

10 黃玉政;徐明;王s

本文編號(hào)：2693022