本实用新型涉及检测设备技术领域，具体涉及一种基于磁性纳米颗粒的环境病原体富集与分离装置。
背景技术：
环境中存在多种多样的致病病原体，现代社会由病原体引起的传染病大规模传播给人类健康和经济发展带来了极大危害。在疫情常态化的今天，发展环境病原体的快速现场检测技术，对疾病防控、环境保护、食品监测等领域均具有重要意义。环境中的病原体浓度极低，实现对环境病原体的现场检测首先要对病原体进行富集浓缩。现有的环境病原体富集浓缩技术设备笨重、操作步骤繁琐、耗时耗力、不利于大规模推广。
磁性纳米颗粒是一种新型的吸附材料，其比表面积大，吸附位点多，易于做功能化修饰。且具备超顺磁性，在外加磁场的作用下可实现快速聚集。近些年来，表面带有功能基团修饰的磁性纳米颗粒在生物医药、污染处理、催化、三次采油等领域的应用已受到越来越多的关注。将磁性纳米颗粒引入环境病原体快速现场检测中，可利用磁性纳米颗粒在外加磁场的作用下富集和浓缩病原体，用于疾病监控。但在实际应用中，尚无合适的装置能将磁性纳米颗粒对环境中的病原体富集及洗脱过程与检测方便快捷的结合在一起。
所以，针对现有技术存在的不足，有必要设计一种基于磁性纳米颗粒的环境病原体富集与分离装置，以解决上述问题。
技术实现要素：
为克服上述现有技术中的不足，本实用新型目的在于提供一种基于磁性纳米颗粒的环境病原体富集与分离装置。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供的技术方案是：一种基于磁性纳米颗粒的环境病原体富集与分离装置，包括由具有电动阀的管道依次连接的：
前处理单元，所述前处理单元为具有待测液加入口和待测液过滤装置的仓体结构；以及富集与磁分离单元，所述富集与磁分离单元为具有功能性磁性纳米颗粒加药仓、具有对加入功能性磁性纳米颗粒的待测液进行均匀混合的混匀装置、具有对载有环境病原体的功能性磁性纳米颗粒进行富集的外磁场、具有对富集完成后不含环境病原体的废液进行排出的废液出口、具有洗脱液加液口的仓体结构；以及
回收单元，所述回收单元为具有洗脱液排出口的仓体结构。
优选的技术方案为：所述过滤装置安装于所述前处理单元内并靠近与所述富集与磁分离单元连接的管道连接处。
优选的技术方案为：所述混匀装置由搅拌装置和组合孔板结构组成，所述搅拌装置安装于所述富集与磁分离单元的侧面，所述组合孔板结构安装于所述富集与磁分离单元的底部中央。优选的技术方案为：所述组合孔板结构由数个具有不同数量圆孔的不同尺寸的孔板和固定框组成，所述孔板上的圆孔呈放射状分布，所述孔板的中心圆孔两边各有一个用于与所述固定框连接的定位孔。
优选的技术方案为：所述孔板上的圆孔数量为3-50，所述孔板的厚度与所述圆孔孔径的比值为1-8，上下相邻的两个所述孔板之间的距离与所述孔板直径的比值为0.3-3。
优选的技术方案为：所述外磁场采用电磁板，所述电磁板安装于所述富集与磁分离单元的侧壁上部，所述洗脱液加液口设置于所述富集与磁分离单元上并位于所述电磁板的上方。
优选的技术方案为：所述废液出口设置于所述富集与磁分离单元的底部。
优选的技术方案为：还包括纤维膜过滤器，所述纤维膜过滤器安装于所述富集与磁分离单元内并靠近与所述回收单元连接的管道连接处。
优选的技术方案为：所述纤维膜过滤器的纤维膜通量为5-30l/(m2h)。
本方案中，待测液与磁性纳米颗粒混匀结束后，电磁板通电产生磁性，在外加磁场的影响下，载有环境病原体的磁性纳米颗粒快速向磁极方向聚集。富集完成后，不含环境病原体废液通过废液出口排出。电磁板断电失去磁性，加入洗脱液，混匀装置再一次启动将负载环境病原体的磁性纳米颗粒与洗脱液混合，环境病原体被洗脱下，电磁板通电将磁性纳米颗粒回收，含环境病原体的洗脱液通过纤维膜过滤器被收集到回收仓待测。
由于上述技术方案运用，本实用新型具有的有益效果为：
本实用新型中将富集功能与磁分离功能组合在一起，由富集与磁分离单元完成，提高了检测效率；将功能化磁性纳米颗粒用于环境病原体的浓缩，实现了病原体的快速富集与分离；组合孔板结构为环境病原体和功能化磁性纳米颗粒的结合提供了高效快速的混匀效果；其结构简单，操作简便，易于推广。
附图说明
图1为本实用新型中环境病原体富集与分离装置组合单元示意图
图2为本实用新型中环境病原体富集与分离装置结构示意图
图3为本实用新型中孔板示意图。
以上附图中，11、待测液加入口；12、过滤装置；21、药剂仓；22、洗脱液加液口；231、搅拌装置；232、组合孔板结构；2321、孔板；23211、定位孔；2322、固定框；24、电磁板；25、废液出口；26、纤维膜过滤器；31、回收仓；32、洗脱液排出口。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
请参阅图1-图3。须知，在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例：
如图1-3所示，一种基于磁性纳米颗粒的环境病原体的富集与分离装置，由前处理单元、富集与磁分离单元和回收单元构成。
其中，前处理单元由待测液加入口11和过滤装置12组成。
富集与磁分离单元由装载功能性磁性纳米颗粒的药剂仓21，投加洗脱液的洗脱液加液口22、混匀装置23、电磁板24、废液出口25和纤维膜过滤器26组成。
其中，混匀装置23由安装桨片的搅拌装置231和组合孔板结构232组成。
回收单元为具有洗脱液排出口32的回收仓31。
前处理单元、富集与磁分离单元以及回收单元通过带电动阀的管道依次连通。
过滤装置12安装于前处理单元内，并位于和富集与磁分离单元连接的管道连接处；搅拌装置231安装于富集与磁分离单元的侧面，组合孔板结构232安装于富集与磁分离单元的底部中央；搅拌装置231的转速范围为30-800rpm。
具体的，组合孔板结构232由数个具有不同数量圆孔的不同尺寸的孔板2321和固定框2322组成；孔板2321上的圆孔呈放射状分布，孔板2321中心圆孔两侧各有一个定位孔23211用于与固定框2322连接。孔板2321上圆孔的数量为3-50，孔板2321的厚度与圆孔孔径的比值为1-8，上下相邻的孔板2321之间的距离与孔板2321直径的比值为0.3-3。
本方案中，如上所述的混合流在流经安装在底部中央的组合孔板结构232时，受组合孔板结构232的影响产生紊流，混合流的流速发生改变，流向做不规则变化。待测液中的环境病原体与磁性纳米颗粒上的功能基团发生特异性结合。
具体的，电磁板24安装于富集与磁分离单元侧壁上部，并位于洗脱液加液口22的下方；纤维膜过滤器26安装于富集与磁分离单元内，并位于和回收单元连接的管道连接处；纤维膜过滤器26的纤维膜通量为5-30l/(m2h)。
本实用新型的使用方法如下：
1.富集过程
前处理单元中的含有环境病原体的待测液通过过滤装置12，再进入富集与磁分离单元，关闭过滤装置12。根据待测液的体积投加一定量的功能性磁性纳米颗粒，启动搅拌装置231，将待测液与功能化磁性纳米颗粒混和15min，关闭搅拌装置231。启动电磁板24富集混合液中负载环境病原体的磁性纳米颗粒。富集10min后，打开废液出口25将吸附后的待测液排出。
2.洗脱过程
关闭废液排口25，关闭电磁板24，打开洗脱液加液口22注入一定量的洗脱液，启动搅拌装置231，将洗脱液与负载环境病原体的磁性纳米颗粒混和15min，关闭搅拌装置231。启动电磁板24富集洗脱后的磁性纳米颗粒。富集10min后，打开和回收单元连通管道上的电动阀将含有环境病原体的洗脱液注入回收仓31待测。
所以，本实用新型具有以下优点：
本实用新型中将富集功能与磁分离功能组合在一起，由富集与磁分离单元完成，提高了检测效率；将功能化磁性纳米颗粒用于环境病原体的浓缩，实现了病原体的快速富集与分离；组合孔板结构为环境病原体和功能化磁性纳米颗粒的结合提供了高效快速的混匀效果；其结构简单，操作简便，易于推广。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神和技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
1.一种基于磁性纳米颗粒的环境病原体富集与分离装置,其特征在于，包括由具有电动阀的管道依次连接的：
前处理单元，所述前处理单元为具有待测液加入口和待测液过滤装置的仓体结构；以及
富集与磁分离单元，所述富集与磁分离单元为具有功能性磁性纳米颗粒加药仓、具有对加入功能性磁性纳米颗粒的待测液进行均匀混合的混匀装置、具有对载有环境病原体的功能性磁性纳米颗粒进行富集的外磁场、具有对富集完成后不含环境病原体的废液进行排出的废液出口、具有洗脱液加液口的仓体结构；以及
回收单元，所述回收单元为具有洗脱液排出口的仓体结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁性纳米颗粒的环境病原体富集与分离装置，其特征在于：所述过滤装置安装于所述前处理单元内并靠近与所述富集与磁分离单元连接的管道连接处。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁性纳米颗粒的环境病原体富集与分离装置，其特征在于：所述混匀装置由搅拌装置和组合孔板结构组成，所述搅拌装置安装于所述富集与磁分离单元的侧面，所述组合孔板结构安装于所述富集与磁分离单元的底部中央。
4.根据权利要求3所述的一种基于磁性纳米颗粒的环境病原体富集与分离装置，其特征在于：所述组合孔板结构由数个具有不同数量圆孔的不同尺寸的孔板和固定框组成，所述孔板上的圆孔呈放射状分布，所述孔板的中心圆孔两边各有一个用于与所述固定框连接的定位孔。
5.根据权利要求4所述的一种基于磁性纳米颗粒的环境病原体富集与分离装置，其特征在于：所述孔板上的圆孔数量为3-50，所述孔板的厚度与所述圆孔孔径的比值为1-8，上下相邻的两个所述孔板之间的距离与所述孔板直径的比值为0.3-3。
6.根据权利要求1所述的一种基于磁性纳米颗粒的环境病原体富集与分离装置，其特征在于：所述外磁场采用电磁板，所述电磁板安装于所述富集与磁分离单元的侧壁上部，所述洗脱液加液口设置于所述富集与磁分离单元上并位于所述电磁板的上方。
7.根据权利要求1所述的一种基于磁性纳米颗粒的环境病原体富集与分离装置，其特征在于：所述废液出口设置于所述富集与磁分离单元的底部。
8.根据权利要求1所述的一种基于磁性纳米颗粒的环境病原体富集与分离装置，其特征在于：还包括纤维膜过滤器，所述纤维膜过滤器安装于所述富集与磁分离单元内并靠近与所述回收单元连接的管道连接处。
9.根据权利要求8所述的一种基于磁性纳米颗粒的环境病原体富集与分离装置，其特征在于：所述纤维膜过滤器的纤维膜通量为5-30l/(m2h)。
技术总结