專利名稱：用于空氣中細菌和病毒采樣檢測濾膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于空氣中細菌和病毒采樣檢測濾膜的制備方法。
背景技術(shù)：
利用濾膜法來采集氣溶膠顆粒是氣溶膠采樣最普遍的方法。所謂氣溶膠是指固態(tài)或液態(tài)微粒懸浮在氣體介質(zhì)中的分散體系。早在1861年P(guān)asteur和1888年P(guān)etri就開始通過濾膜來采集微生物氣溶膠。它是收集氣溶膠樣品簡單的和廉價的方法。
近年來，濾膜法已經(jīng)廣泛應用作氣溶膠采樣。許多材料被用于濾膜材料，最重要的濾膜材料有纖維濾材和多孔膜式濾材。
大多數(shù)纖維濾材都排列成與空氣流動相垂直的方向，其孔隙率在70～99％，纖維的尺寸范圍從亞微米到100μm，最常用的是木纖維素、玻璃纖維素和塑料纖維。
大多數(shù)多孔濾材用的是纖維素酯、燒結(jié)金屬、聚氯乙烯、聚四氟乙烯或其他材料。
氣溶膠常含有許多粉塵，細菌甚至病毒，是污染大氣的主要成分，特別是空氣中那些粘附有細菌和病毒的可吸入性顆粒，極易從呼吸道吸入肺腔，嚴重影響人類健康。因此建立氣溶膠的采樣和檢測系統(tǒng)，及時有效地檢測空氣質(zhì)量具有十分重要意義。目前國內(nèi)外常采用空氣污染指標PM10來表征空氣質(zhì)量的優(yōu)劣，具有代表性而且十分方便。隨著科學技術(shù)的進步，人們發(fā)現(xiàn)真正影響人類健康的是空氣中動力學直徑小于2.5μm的微粒。美國已經(jīng)執(zhí)行PM2.5標準，我國要在2008年奧運會前與發(fā)達國家的空氣質(zhì)量標準接軌，盡快執(zhí)行PM2.5標準，開展與PM2.5相關(guān)的空氣采樣濾膜的研制，特別是能有效檢測空氣中微生物(特別是SARS病毒、流感病毒、腺病毒等的檢測)的空氣采樣膜的研制具有十分重要的意義。
隨著人們對空氣污染的重視，國內(nèi)外開發(fā)出多種不同型式的空氣采樣裝置，其中包括過濾式、撞擊式和離心式等幾種。這幾種典型空氣采樣器中利用過濾來采集氣溶膠顆粒是氣溶膠采樣最普遍的方法，也是收集氣溶膠樣品簡單的和廉價的方法。過濾式采樣器的最重要的特點是過濾效率高，它能把空氣中粒子(粒徑≥孔徑或粒徑稍小于孔徑)截留下來。因此濾膜空氣采樣器被稱為絕對采樣器，常常被用作為其他采樣器的最后對照。
常用的濾膜材料存在明顯的不足，表現(xiàn)為以下兩個方面1、不能使通量和截留效率有益的結(jié)合。常用的濾膜材料大多采用10μm孔徑的濾膜，孔徑較大，不但較小的顆粒難以截留，且檢測誤差也較大。對于截留較小粒子，濾膜材料的孔徑就要較小，必須采用孔徑較小的濾膜，而要采集病毒，則膜的孔徑要達到納米級。采用孔徑較小的膜其通量要相應減少，以致采樣器不能正常工作。這些不足常常是由于濾膜本身的結(jié)構(gòu)引起的。
2、不能使對微生物的作用和截留效率有益的結(jié)合。在氣溶膠采樣時，往往只考慮到濾膜的截留效率，而忽視了濾膜材料對氣溶膠粒子的生物作用。在采集生物氣溶膠時，由于所采集的是有活性的微生物，所用的濾料至少是對微生物沒有抑制或殺滅作用。由于濾膜法是先將氣溶膠顆粒截留在濾膜上然后在進行培養(yǎng)，因此較理想的濾膜是在采樣過程中對所截留的微生物能在一定程度上保持微生物的活性。這樣實驗的結(jié)果更具有可靠性。而常用的濾膜材料許多有抑制或殺滅微生物的作用，特別是一些含氯的材料。有些雖然沒有抑制或殺滅微生物的作用，或者作用不明顯，但基本沒哪種濾膜材料能在一定程度上保持微生物的活性。
由此可知，在濾膜式采樣器中，關(guān)鍵技術(shù)就是制備出孔徑可控、孔徑分布窄、孔隙率高的濾膜材料。對于用在微生物采樣器中的濾膜材料特別是用于SARS病毒、流行病毒、禽流感病毒等感染性病毒的采樣材料，還要求有一定的生物活性，能在一段較短的時間內(nèi)保持所截留微生物的活性。對于從目前國內(nèi)過濾式采樣器所用的濾膜材料來看，很難較好的解決上述的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種用于空氣中細菌和病毒采樣檢測濾膜的制備方法。
將支撐多孔膜放置于水平的玻璃板上，調(diào)節(jié)制膜刀的高度，以每分鐘5～6cm的速度移動刀架，使殼聚糖制膜液均勻分布在多孔膜表面形成復合膜皮層，反應溫度為20～30℃，濕度為20～50％，壓強低于大氣壓的負壓，然后用40～80℃熱處理1～3小時.同時通過調(diào)節(jié)殼聚糖制膜液的濃度制得孔徑不同的復合膜。
本發(fā)明針對常用的濾膜材料不能使對微生物的作用和截留效率有益的結(jié)合，提供一種適合空氣微生物采樣的復合膜。該復合膜由多孔膜經(jīng)大分子物質(zhì)溶液涂層制得。該復合膜中大分子物質(zhì)能在一定程度上保持所截留微生物的活性。該復合膜的這種性能取決于大分子物質(zhì)的性質(zhì)。
該復合膜對比其他濾膜可以減少濾餅的形成，比相同孔徑的其他濾膜在相同測試條件下，通量明顯增大。同時所用的大分子涂層溶液具有生物活性，因此不但不會抑制或殺滅微生物，而且可以一定程度上有助于微生物保持活性，使樣品更真實的反應空氣的狀況，又改善了微生物采樣時微生物活性保持的問題，減少檢測誤差。


圖1是本發(fā)明的多孔膜通過PM2.5采樣器采樣后的電鏡圖；圖2是本發(fā)明的實例8的粒徑發(fā)布圖；圖3是本發(fā)明復合膜(0.5％殼聚糖制膜液涂布制得)的孔徑分布圖；圖4是本發(fā)明的多孔膜孔徑分布圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的制膜液為0.05～3.0％殼聚糖溶液。0.05～3.0％殼聚糖溶液的制備方法為稱取脫乙?；鶜ぞ厶?～5克，放入250ml帶蓋三角燒杯中，然后加入100～250ml去離子水，在40～80℃下用磁力攪拌2～3小時，使殼聚糖溶液充分溶解，然后趁熱抽濾，加入適量消泡劑攪拌消泡，濾液放置于暗室中冷卻，并靜置1～3天后待用。
本發(fā)明的殼聚糖制膜液的質(zhì)量百分比濃度為0.05～3.0％。多孔膜的材料為改性聚醚砜、聚酯、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯的有機高分子材料，或者為氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氧化鋯及其無機金屬氧化物合金材料。多孔膜的孔道為柱形結(jié)構(gòu)或成連通網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔徑在0.1～1.0μm范圍內(nèi)，孔隙率在20～70％之間。
復合膜皮層的孔徑為0～200nm，孔隙率為0～50％，厚度為10～500nm。
該多孔膜的優(yōu)良特性取決于濾膜材料本身和制膜的工藝。我們首先對濾膜材料進行了初選，對初選后的濾膜材料進行了通量、機械強度和化學穩(wěn)定性等方面的測定。最后選取了金屬氧化物和高分子聚合物作制備多孔膜的材料。
實施例1將支撐多孔膜放置于水平的玻璃板上，將配制待用的制膜液(0.75％殼聚糖溶液)涂布在支撐多孔膜表面.調(diào)節(jié)制膜刀的高度，以每分鐘5cm的速度移動刀架，使制膜液均勻分布在支撐多孔膜上，然后用40℃熱處理3小時。
實施例2將支撐多孔膜放置于水平的玻璃板上，將配制待用的制膜液(0.75％殼聚糖溶液)涂布在支撐多孔膜表面.調(diào)節(jié)制膜刀的高度，以每分鐘5cm的速度移動刀架，使制膜液均勻分布在支撐多孔膜上，然后用80℃熱處理1小時。
實施例3將支撐多孔膜放置于水平的玻璃板上，將配制待用的制膜液(0.75％殼聚糖溶液)涂布在支撐多孔膜表面.調(diào)節(jié)制膜刀的高度，以每分鐘6cm的速度移動刀架，使制膜液均勻分布在支撐多孔膜上，然后用40℃熱處理3小時。
實施例4將支撐多孔膜放置于水平的玻璃板上，將配制待用的制膜液(0.75％殼聚糖溶液)涂布在支撐多孔膜表面.調(diào)節(jié)制膜刀的高度，以每分鐘6cm的速度移動刀架，使制膜液均勻分布在支撐多孔膜上，然后用40℃熱處理3小時。
實施例5制膜過程中改變制膜液的濃度可以制得不同孔徑的復合膜。制膜液的濃度范圍從0.5％到3％。
實施例6本例將無機金屬氧化物多孔支撐復合膜置于PM2.5采樣器中，復合膜直徑為25mm，用于對空氣動力學直徑小于2.5μm顆粒的采樣。在真空度80Kpa條件下，采樣半小時，從PM2.5采樣器中取出濾膜，進行膜面顆粒分布的電鏡測定。
與同孔徑的其他濾膜通量變化的對比。無機金屬氧化物多孔膜通量穩(wěn)定。由電鏡照片表明采樣顆?？諝鈩恿W直徑基本上小于2.5μm。與同孔徑的其他濾膜截留量進行了對比。在相同采樣條件下，流經(jīng)多孔膜通量遠比較其他幾種濾膜大。這樣提高了實驗的準確性。
采用復合膜采樣，通過電子顯微鏡可知采樣過程中逃逸的微小顆粒(空氣動力學直徑小于50nm)數(shù)明顯減少，對比其他過濾式PM2.5采樣器，裝有復合膜的PM2.5采樣器的采樣效果明顯提高。
實施例7本例分別對直徑25mm和直徑47mm的無機金屬氧化物多孔膜和復合膜進行了通量測定。多孔膜的孔徑在200nm左右，而復合膜皮層的孔徑為數(shù)十納米。在真空度80Kpa條件下，測得直徑25mm多孔膜的氣體透過通量為802.7m3/m2.h(標準狀態(tài))，直徑25mm復合膜的氣體透過通量為488.9m3/m2.h(標準狀態(tài))；在真空度20Kpa條件下，直徑47mm多孔膜的氣體透過通量為797.7m3/m2.h(標準狀態(tài))，直徑47mm復合膜的氣體透過通量為468.6m3/m2.h(標準狀態(tài))。該多孔膜和復合膜通量已經(jīng)滿足一般采樣器的流量要求(小流量的空氣采樣器的流量在500m3/m2.h左右)。
實施例8
本例采用兩級空氣采樣器，第一級采樣器裝無機金屬氧化物多孔膜(直徑25mm，孔徑200nm)，第二級采樣器裝配復合膜(直徑25m，復合膜孔徑50nm)，兩采樣器串聯(lián)連接。在真空度80Kpa條件下，收集二級采樣器上的微粒，進行稱重分析，同時對第二級采樣膜上的顆粒進行粒徑分布測定。利用ZATEZSIZER粒徑分布儀對采樣后復合膜截留的微粒進行了粒徑分布測試，所測粒徑如圖所示，基本上都在50nm和200之間。
實施例9本例采用皮層(孔徑200nm，直徑47mm)的復合膜。用作空氣中微生物室外采樣試驗，試樣通過微生物培養(yǎng)分析。浙江省疾病預防控制中心細菌室提供報告結(jié)果(700cfu/m3)看，跟當?shù)貑挝粓蟾娴目諝庵形⑸飻?shù)(500～1000cfu/m3)相當接近。在同一采樣點的多次采樣分析，結(jié)果表明該采樣點內(nèi)空氣中細菌總數(shù)均在560cfu/m3到800cfu/m3之間，采樣檢測平均值為730cfu/m3。同時采用傳統(tǒng)的醋酸纖維素膜進行平行采樣檢測，檢測結(jié)果空氣中細菌總數(shù)為250cfu/m3。通過二種不同材料制成的膜比較，本發(fā)明的復合膜具有一定的保持微生物活性的作用。
權(quán)利要求
1.一種用于空氣中細菌和病毒采樣檢測濾膜的制備方法，其特征在于將支撐多孔膜放置于水平的玻璃板上，調(diào)節(jié)制膜刀的高度，以每分鐘5～6cm的速度移動刀架，使殼聚糖制膜液均勻分布在多孔膜表面形成復合膜皮層，反應溫度為20～30℃，濕度為20～50％，壓強低于大氣壓的負壓，.然后用40～80℃熱處理1～3小時．同時通過調(diào)節(jié)殼聚糖制膜液的濃度制得孔徑不同的復合膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于空氣中細菌和病毒采樣檢測濾膜的制備方法，其特征在于所說的殼聚糖制膜液的質(zhì)量百分比濃度為0.05～3.0％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于空氣中細菌和病毒采樣檢測濾膜的制備方法，其特征在于所說殼聚糖溶液的制備方法為稱取脫乙?；鶜ぞ厶?～5克，放入250ml帶蓋三角燒杯中，然后加100～250ml，在40～80℃下用磁力攪拌2～3小時，使殼聚糖溶液充分溶解，然后趁熱抽濾，加入適量消泡劑攪拌消泡，濾液放置于暗室中冷卻，并靜置1～3天后待用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的一種用于空氣中細菌和病毒采樣檢測濾膜的制備方法，其特征在于所說多孔膜的材料為改性聚醚砜、聚酯、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯的有機高分子材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的一種用于空氣中細菌和病毒采樣檢測濾膜的制備方法，其特征在于所說多孔膜的材料為氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氧化鋯及其無機金屬氧化物合金材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的一種用于空氣中細菌和病毒采樣檢測濾膜的制備方法，其特征在于所說多孔膜的孔道為柱形結(jié)構(gòu)或成連通網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔徑為0.1～1.0μm，孔隙率為20～70％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的一種用于空氣中細菌和病毒采樣檢測濾膜的制備方法，其特征在于所說復合膜皮層的孔徑為0～200nm，孔隙率為0～50％，厚度為10～500nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于空氣中微生物采樣檢測用復合膜的制備方法。將支撐多孔膜放置于水平的玻璃板上，調(diào)節(jié)制膜刀的高度，以每分鐘5～6cm的速度移動刀架，使制膜液均勻分布在多孔膜表面形成復合膜皮層，反應溫度為20～30℃，濕度為20～50％，壓強為低于大氣壓的負壓，然后用40～80℃熱處理1～3小時，同時通過調(diào)節(jié)制膜刀的高度制得孔徑不同的復合膜。該復合膜中大分子物質(zhì)能在一定程度上保持所截留微生物的活性。該復合膜對比其他濾膜可以減少濾餅的形成，比相同孔徑的其他濾膜在相同測試條件下，通量明顯增大。同時所用的大分子涂層溶液具有生物活性，可以一定程度上有助于微生物保持活性，使樣品更真實的反應空氣的狀況，又改善了微生物采樣時微生物活性保持的問題，減少檢測誤差。
文檔編號B01D71/00GK1593735SQ20041002576
公開日2005年3月16日 申請日期2004年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月29日
發(fā)明者陳延京, 張 林, 陳歡林, 程麗華, 宋明宇, 謝林, 盛吉芳 申請人:浙江大學