【摘要】：傳染病是一類可以在動物與動物、人與人以及人與動物之間交叉?zhèn)鞑サ募膊�。近年來隨著氣候等自然條件的失衡,社會經(jīng)濟的不均衡發(fā)展,人類生活范圍的不斷擴張以及全球一體化進程的加速發(fā)展,傳染病對人類造成了更為嚴重的威脅:本世紀初的SARS病毒、禽流感病毒與近年來的埃博拉疫情的爆發(fā),都使對于傳染病即時的檢測工作變得尤為重要。傳染病細菌的氣溶膠態(tài)傳播是一種主要的擴散與傳染模式,可通過空氣、水等介質迅速傳播。生物氣溶膠無時無刻不在影響著人類的生產活動、生活環(huán)境以及生存質量。人類吸入生物氣溶膠后會有50%殘留在肺壁上,其包含的有害物質會對人體產生不良影響。超過一定劑量的氣溶膠進入體內后易引發(fā)肺炎、哮喘、支氣管炎、肺氣腫甚至肺癌等疾病。故針對傳染病氣溶膠態(tài)的早期識別、快速診斷與合理的防治手段是必要的。實驗室的病原體檢測方法需先進行現(xiàn)場采樣,再通過微生物檢測手段對樣本檢測,主要分為分子生物學方法、分離培養(yǎng)方法以及血清學方法。這三種生物檢驗方法檢測靈敏度高,特異型強,具有固有的生物檢測優(yōu)勢,但具有一定的弊端。首先,采樣工作較為費時,難以滿足生物氣溶膠即時檢測的需求;其次,在復雜環(huán)境下采集的樣本會增加提純的難度,由于實驗室病原體檢測技術的準確度取決于采集的樣本質量,故復雜環(huán)境下的采樣會降低檢驗的精度;再次,實驗室病原體檢測技術需專業(yè)科研人員來完成,難以廣泛應用。與傳統(tǒng)的實驗室病原體檢測技術不同,基于單粒子技術的生物氣溶膠檢測系統(tǒng)具有不損害粒子活性、檢測速度快與便攜性的優(yōu)勢,可在不改變生物氣溶膠粒子物化性質的前提下對被測粒子的物理特性與生物活性進行瞬時監(jiān)測。其原理為在風機動力源的作用下,將氣溶膠樣本以穩(wěn)定氣流形式包裹單分散粒子進入系統(tǒng)腔室內,在腔室結構的約束下逐個通過樣本流與光斑交叉形成的測量光區(qū),通過表征標志粒子物理性質的彈性散射光與生物特性的內源性熒光來判斷粒子是否為生物粒子。各國科研工作者花費了大量的人力物力針對該技術進行研究,使相關技術不斷進步,裝備不斷趨于完善。而由于技術與理論上的限制,該技術尚未形成成熟的理論體系,且相關的實驗平臺較為粗糙,存在較大的發(fā)展空間�；趩瘟Ｗ蛹夹g的生物氣溶膠檢測系統(tǒng)主要分為光路、電路、氣路三個部分,本研究主要針對該系統(tǒng)的氣路部分進行研究。該檢測系統(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胞儀液路部分液力聚焦的結構,在腔室原有結構的基礎上加入鞘流入口,使用潔凈空氣包裹樣本流,并通過設計噴嘴形狀(圓、扁)、出口針規(guī)格(長、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)等實驗參數(shù),來達到提高腔室結構約束樣本流的目的。接下來主要針對設計的不同實驗參數(shù)進行仿真實驗。首先使用solidworks軟件根據(jù)實驗設計繪制各組實驗的模型結構圖,再使用ICEMCFD軟件對繪制的模型結構圖劃分網(wǎng)格,然后使用ANSYS Fluent14.5軟件對劃分的網(wǎng)格結構圖進行有限元迭代計算,直觀揭示各組實驗腔室內樣本流的流動軌跡,并針對迭代的結果進行后處理。最后根據(jù)仿真實驗的結果加工元件,進行樣機實驗的驗證。根據(jù)仿真實驗與樣機實驗的結果,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,長出口針時,腔室結構對樣本流的收束效果最好。樣機實驗證明了仿真實驗的有效性,得到的CV為11.67。研究提高了腔室結構對包裹生物氣溶膠粒子樣本流的約束能力,提高了系統(tǒng)檢測的精度,對基于單粒子原理生物氣溶膠檢測系統(tǒng)的優(yōu)化具有重要的參考價值。
【圖文】：

圖 1. 1 生物氣溶膠單粒子分析手段檢測原理示意圖被測環(huán)境中的氣溶膠樣本，在風機等動力源的作用下，以穩(wěn)定氣流形式包裹單分散粒子進入腔室內，被測的氣溶膠微粒在腔室結構的約束下，，逐個通過由樣本流與測量光斑交叉形成的測量光區(qū)，并同時產生可表征被測氣溶膠單粒子中生

圖 1. 2 首臺生物氣溶膠粒子計數(shù)器伴隨著市場上高靈敏度光電探測器、高速信號處理系統(tǒng)、高功率激光光性能元件的出現(xiàn)，該技術得以進一步發(fā)展。Minnesota 大學的 Agarwal 針對粒子飛行時間進行檢測的生物氣溶膠粒子計數(shù)器[35]，且隨后將此技
【學位授予單位】：軍事科學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：R318

【參考文獻】

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本文編號：2693022