一種空氣過濾材料病毒過濾效率測試的裝置和方法
2023-07-16 08:53:58 1
1.本發明涉及空氣過濾材料測試儀器技術領域，具體涉及一種空氣過濾材料病毒過濾效率測試的裝置和方法。
背景技術：
2.目前，開發新型的病毒空氣過濾材料應用於口罩、空氣過濾網等方面成為了科研界和工業界的熱點。如何評價空氣過濾材料的病毒過濾性能是其中的重中之重。針對病毒的空氣過濾材料的評價，主要通過病毒過濾效率及空氣過濾材料的壓降兩個方面。然而，使用真實病毒樣品進行測試成本較高，且需要特定的生物實驗室。在過往的病毒過濾材料的研發過程中，相關研究人員常常使用氯化鈉顆粒、聚苯乙烯乳膠球和油霧等病毒替代物來測試空氣過濾材料的過濾性能，以求快速、經濟地估算過濾材料對於病毒的過濾效率。然而，病毒的尺寸、結構與這些病毒替代物存在明顯差異，可能對估算的準確性造成一定影響。同時，在空氣過濾材料的開發中，往往需在不同場合對空氣過濾材料的病毒過濾性能進行檢測。傳統的過濾效率檢測設備需對接大型的顆粒檢測設備，如粒徑分析儀器，只能在固定場合使用，且價格昂貴，不利於普及。
技術實現要素：
3.針對現有技術中存在的技術問題，本發明的目的是：提供一種空氣過濾材料病毒過濾效率測試的裝置和方法，解決了傳統檢測設備成本高，檢測效率低的問題。
4.為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案：
5.一種空氣過濾材料病毒過濾效率測試的裝置，包括氣溶膠發生器、過濾部件、截留部件、氣體流量計、真空泵和氣體壓力表，氣溶膠發生器通過管道和過濾部件連接，過濾部件通過管道和截留部件連接，截留部件通過管道和氣體流量計連接，氣體流量計通過管道和真空泵連接；氣體壓力表通過管道和過濾部件並聯連接。
6.作為一種優選，過濾部件包括過濾材料固定器，過濾材料固定器具有貫通整個過濾材料固定器的第一氣體流通通道，過濾材料固定器內設有過濾層，過濾層覆蓋整個第一氣體流通通道的橫截面；過濾材料固定器的一端通過管道和氣溶膠發生器連接，過濾材料固定器的另一端通過管道和截留部件連接，氣體壓力表通過管道和過濾材料固定器並聯連接。
7.作為一種優選，過濾層為單層過濾片、多個單層過濾片間隔設置或多層過濾片疊放設置，其中單層過濾片的厚度為0.1μm-1cm。
8.作為一種優選，單層過濾片採用聚丙烯無紡布、熔噴布或pan納米纖維製備。
9.作為一種優選，截留部件包括截留材料固定器，截留材料固定器具有貫通整個截留材料固定器的第二氣體流通通道，截留材料固定器內設有截留層，截留層覆蓋整個第二氣體流通通道的橫截面；截留材料固定器的一端通過管道和過濾材料固定器的另一端連接，截留材料固定器的另一端通過管道和氣體流量計連接。
10.作為一種優選，截留層採用聚偏氟乙烯或聚苯乙烯納米材料製備，截留層的外表面包裹有支撐套，支撐套和截留材料固定器固定，支撐套採用聚丙烯無紡布或聚酯無紡布製備。
11.一種空氣過濾材料病毒過濾效率測試的方法，採用一種空氣過濾材料病毒過濾效率測試的裝置，方法包括以下步驟：s1：製備負載螢光分子的病毒替代物；s2：根據2cm/s的標準風速以及待測試的空氣過濾材料在通道內的有效截面積，按照比例等比例換算氣體流量(根據實際測定的展開面積s，來得到氣體流量a，a＝v*s。)；s3：在氣溶膠發生器中加入負載螢光分子的病毒替代物；啟動真空泵，調節氣體流量計的調節閥使通道內氣體流速達到所需的氣體流量；s4：將過濾層固定在第一氣體流通通道的端部，將截留層固定在第二氣體流通通道的端部，讀取氣體壓力表示數，氣體壓力表示數為過濾層在該流速下的壓降；s5：開啟氣溶膠發生器並持續10s-10min後，將過濾層與截留層取下後分別放置於洗脫液中，洗脫10min-12h後，分別測定過濾層洗脫液與截留層洗脫液的螢光強度；截留層洗脫液螢光強度記為ic，過濾層洗脫液螢光強度記為if，通過公式計算過濾層的過濾效率ea。
12.作為一種優選，步驟s1中的病毒替代物為聚合物囊泡，構成聚合物囊泡的嵌段共聚物為聚乙二醇-聚乳酸和聚乙二醇-聚己內酯；病毒替代物所負載的螢光分子為疏水螢光分子，疏水螢光分子為尼羅紅。
13.作為一種優選，洗脫液為可溶解病毒替代物但不可溶解過濾層及截留層的溶液，洗脫液為四氫呋喃水溶液。
14.作為一種優選，洗脫液為可溶解病毒替代物但不可溶解過濾層及截留層的混合溶液，混合溶液如四氫呋喃水溶液與乙醇水溶液。
15.總的說來，本發明具有如下優點：
16.1.本發明使用與病毒尺寸和結構相似的聚合物囊泡作為病毒替代物進行空氣過濾材料的病毒過濾效率測試，利用待測空氣過濾材料所通過的與所截留的病毒替代物的比值，評估待測材料對於病毒的過濾效率。具體為利用負載螢光分子的病毒替代物以基於螢光信號進行測試，無需安裝大型的粒徑測試儀器，可快速、準確、可靠地評估空氣過濾材料病毒過濾效率。
17.2.本發明的裝置相對較為輕便，可以兼容更多場合進行檢測。由於該檢測方法是基於螢光檢測，可將待測樣品在操作結束後進行收集，統一使用螢光分光光度計進行定量分析，實現批量化、高效的檢測。
附圖說明
18.圖1為一種空氣過濾材料病毒過濾效率測試的裝置的結構示意圖。
19.圖2為囊泡作為病毒替代物示意圖。
20.圖3為kn95分層過濾效率測試結果圖。
21.圖4為三種過濾材料的過濾效率結果圖。
22.其中，1為氣溶膠發生器，2為氣體傳輸通道，2-1為氣體傳輸通道1，2-2為氣體傳輸通道2，2-3為氣體傳輸通道3，3為過濾部件，4為截留材料固定器，5為截留層，6為氣體流量
計，7為真空泵，8為氣體壓力泵。
具體實施方式
23.下面將結合具體實施方式來對本發明做進一步詳細的說明。
24.實施例一
25.本實施例過濾層採用的空氣過濾材料樣品選自市售的某品牌的kn95口罩，厚度在0.1微米-1釐米之間。柔性過濾材料的厚度一般在1cm以下，過厚的過濾材料如活性炭過濾材料不在本實施例的測試範圍內。
26.本實施例中截留層使用的截留材料為納米級熔噴布與無紡布複合多層材料。
27.如圖1所示，一種空氣過濾材料病毒過濾效率測試的裝置，包括用於產生氣溶膠的氣溶膠發生器1、用於傳輸氣溶膠的氣體傳輸通道2(管道)、過濾部件3、用於截留氣溶膠的截留層5、用於截留材料固定的截留材料固定器4、用於監控並調節氣體流速的氣體流量計6、用於提供負壓和保持測試過程達到一定風量的真空泵7以及包括用於測試壓力變化的氣體壓力表8。本實施例中，過濾部件3的過濾材料固定器和截留材料固定器4均為兩端開口且內部中空的容器。過濾材料固定器與截留材料固定器通過螺紋環或者通過法蘭將過濾層與截留層固定在氣體管道之中，過濾材料固定器與截留材料固定器之間的距離可為0-20cm。兩個固定器之間可以緊挨著，也可以有一定的間距，有一定的間距可以使得過濾材料與截留材料互相之間有影響，但是間距過大會導致誤差變大，0-20cm的範圍是經過測試誤差在可接受範圍內的間距範圍。
28.氣體傳輸通道分為多個環節，由氣體傳輸通道1、氣體傳輸通道2、氣體傳輸通道3構成，氣體傳輸通道由若干結長方體直通管道或圓柱體直通管道組成。氣體傳輸通道1、氣體傳輸通道2和氣體傳輸通道3之間由螺紋接口連接，氣體傳輸通道1上端與氣體傳輸通道2上端分別用導管連接氣體壓力表8的高壓端和低壓端，氣溶膠發生器由螺紋接口與氣體傳輸通道1連接，氣體傳輸通道3與氣體流量計6入口由導管連接，真空泵7與氣體流量計入口由導管連接。
29.評價空氣過濾材料病毒過濾性能的方法，通過上述裝置來實現，包括以下步驟：
30.s1：製備囊泡溶液：具體採用20mg聚乙烯醇-聚乳酸共聚物(mpeg-b-pla)溶解在200μl四氫呋喃與甲醇體積比3：1的溶液中，並將20μl尼羅紅染液(1mg/ml)加入聚合物溶液中。然後，在劇烈的機械攪拌下，將聚合物溶液滴加到磷酸鹽緩衝鹽水中(pbs，ph 7.4，10ml。最後，使用分子量截止值為3000da的透析袋在pbs(5倍，1.0l)中透析反應溶液48小時。
31.s2：將過濾層固定到過濾材料固定器上，將截留層固定在截留材料固定器上，開啟真空泵，調節氣體流量計示數到2l/min，待示數穩定後讀取氣體壓力表的示數，為過濾材料的壓降p。
32.s3：在氣溶膠發生器中加入配置的囊泡溶液，開啟氣溶膠發生器，30s後關閉，將過濾層與截留層分別置於洗脫液中，洗脫8小時，測試洗脫液的螢光強度，截留層洗脫溶液螢光強度記為ic，過濾層洗脫溶液螢光強度記為if，通過公式計算過濾材料的過濾效率ea。
33.本實施例中，螢光強度通過港東螢光分光光度計f-320進行測試。
34.實施例二
35.本實施例過濾層採用的空氣過濾材料樣品選自市售的某品牌的熔噴布。
36.本實施例截留層採用的截留材料為pvdf納米纖維單層材料。
37.評價空氣過濾材料病毒過濾性能的方法，包括以下步驟：
38.s1：製備囊泡溶液：具體採用20mg聚乙烯醇-聚乳酸共聚物(mpeg-b-pla)溶解在200μl四氫呋喃與甲醇體積比3：1的溶液中，並將20μl尼羅紅染液(1mg/ml)加入聚合物溶液中。然後，在劇烈的機械攪拌下，將聚合物溶液滴加到磷酸鹽緩衝鹽水中(pbs，ph 7.4，10ml。最後，使用分子量截止值為3000da的透析袋在pbs(5倍，1.0l)中透析反應溶液48小時。
39.s2：將過濾層固定到過濾材料固定器上，將截留層固定在截留材料固定器上，開啟真空泵，調節氣體流量計示數到2l/min，待示數穩定後讀取氣體壓力表的示數，為過濾材料的壓降p。
40.s3：在氣溶膠發生器中加入配置的囊泡溶液，開啟氣溶膠發生器，30s後關閉，將過濾層與截留層分別置於洗脫液中，洗脫8小時，測試洗脫液的螢光強度，截留層洗脫溶液螢光強度記為ic，過濾層洗脫溶液螢光強度記為if，通過公式計算過濾材料的過濾效率ea。
41.本實施例中，螢光強度通過港東螢光分光光度計f-320進行測試。
42.本實施例未提及部分同實施例一。
43.實施例3
44.本實施例過濾層採用的空氣過濾材料樣品選自pan納米纖維。
45.本實施例截留層採用的截留材料為pvdf納米纖維單層材料。
46.本實施例中過濾材料固定器3與用於截留材料固定的截留材料固定器5為同一個固定器。
47.評價空氣過濾材料病毒過濾性能的方法，包括以下步驟：
48.s1：製備囊泡溶液：具體採用20mg聚乙烯醇-聚乳酸共聚物(mpeg-b-pla)溶解在200μl四氫呋喃與甲醇體積比3：1的溶液中，並將20μl尼羅紅染液(1mg/ml)加入聚合物溶液中。然後，在劇烈的機械攪拌下，將聚合物溶液滴加到磷酸鹽緩衝鹽水中(pbs，ph 7.4，10ml。最後，使用分子量截止值為3000da的透析袋在pbs(5倍，1.0l)中透析反應溶液48小時。
49.s2：將過濾層固定到過濾材料固定器上，開啟真空泵，調節氣體流量計示數到2l/min，待示數穩定後讀取氣體壓力表的示數，為過濾材料的壓降p，在測試完壓降後，將截留層與過濾層同時固定在同一個固定器上。
50.s3：在氣溶膠發生器中加入配置的囊泡溶液，開啟氣溶膠發生器，30s後關閉，將過濾層與截留層分別置於洗脫液中，洗脫8小時，測試洗脫液的螢光強度，截留層洗脫溶液螢光強度記為ic，過濾層洗脫溶液螢光強度記為if，通過公式計算過濾材料的過濾效率ea。
51.本實施例中，螢光強度通過港東螢光分光光度計f-320進行測試。
52.本實施例未提及部分同實施例一。
53.上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。