TWI408355B - Immediate detection device and detection method of biogas glue - Google Patents
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Description
本發明係有關一種檢測裝置及檢測方法，特別是指一種生物氣膠之即時檢測裝置及檢測方法，其兼具即時得知檢測結果、24小時隨時持續檢測、可即時降低工作人員傷害與結構簡單等功效。
生物氣膠泛指氣膠化的生物體或由其所衍生而來的粒子或化合物物質，包含了懸浮在空氣中之生命體，其組成包括細菌、真菌、病毒、花粉、昆蟲等有生命的物體，以及不具生命的動植物碎片與微生物的代謝產物等。生物氣膠在空氣中超過一定的濃度以後就會對人體造成危害。
而在生物技術不斷發展之下，生物氣膠(Bioaerosol)對人體的危害影響也越趨顯著。不同的作業場所中存在著不同性質的生物氣膠，能在第一時間掌握住作業環境中之生物體在空氣中的懸浮濃度就格外重要。故於作業中即時掌握生物氣膠中有害物含量，使作業人員不致因疏忽不慎而暴露於易遭受細菌、病毒侵擾的環境便成為首要的課題。
一般空氣中的懸浮微粒(即氣膠)可利用直讀式儀器，偵測空氣中的氣膠數目濃度、重量濃度；化學物質等之逸散，也可以利用直讀式儀器偵測其在空氣中之濃度。然而，目前並無有效、快速的直讀式儀器可以偵測空氣中的病原菌、病毒等感染性生物氣膠。目前大部份以微生物學或型態學分析生物氣膠，首先需擷取生物氣膠、置於培養皿中培養，接著進行分析，這樣的方式產生以下問題：
[1]無法即時驗出結果。傳統檢測方式必需費工擷取生物氣膠、置放培養皿中培養，接著才能進行分析，扣掉運送時間不算，至少還需要一天多的時間才能得到檢測結果，亦即，若醫療院所在第一天發生生物病原體氣膠之逸散，但卻必需在第二天才能檢測出疫散濃度結果，相當的費時，這一天多的時間裡，完全無法防堵疫情擴散，近來研發的生物晶片檢測技術固然可縮短檢測時間(仍需要8到24小時)，但仍無法達到“即時”檢測的要求。
[2]無法24小時隨時持續檢測。傳統檢測方式費工費時，必需歷經擷取生物氣膠、培養、檢測等過程，在病患大量進出的醫療院所內，即使在第一天的07：00發生疫情擴散，最快必需隔天才能知道前一天擴散之生物氣膠濃度，且在07：00後，不可能每分每秒都進行檢測，假使在07：03又發生疫情，就可能沒檢測到而無法即時防治，期間的反覆感染造成疫情加溫，相當危險。另外，針對生物實驗室來說，對於已知生物病原體，無法得知是否從生物實驗室洩漏至外界，等外界、社區、公共場合發現疫情時，已經失去防治先機。
[3]檢測結果易產生誤差。傳統檢測方式的最後一關是由檢測人員依慣例主觀判讀檢測結果，這樣的方式，極可能因檢測人員的主觀判斷造成相當大的誤差。
[4]無法立刻降低工作人員傷害。當醫療院所發生類似感染情況時，有的感染情況會有潛伏期，不會立刻在人體產生明顯的病情，而檢測結果又未能即時出爐，則造成感染者未能在第一時間接受治療，無法立刻降低傷害。
故，有必要研發新技術，以突破現有耗時的檢測方法。
本發明之目的在於提供一種生物氣膠之即時檢測裝置及檢測方法，其兼具即時得知檢測結果、24小時隨時持續檢測、可即時降低工作人員傷害與結構簡單等功效，用以解決傳統檢測方法無法即時驗出結果、無法24小時隨時持續檢測、檢測結果易產生誤差與無法立刻降低工作人員傷害等問題。
本發明解決上述問題之技術手段係提供一種生物氣膠之即時檢測裝置及檢測方法，其檢測裝置包括：一檢測瓶，係具有一內部檢測空間，用以容納一透光染色檢測液，該檢測瓶係為透光瓶體；一吸氣裝置，係用以使該內部檢測空間呈負壓且不會吸引該透光染色檢測液的狀態；一生物氣膠採樣部，係連通外界與該檢測瓶之內部檢測空間，並藉內部檢測空間之負壓狀態，將外界之生物氣膠吸入該內部檢測空間，且使生物氣膠快速撞擊該透光染色檢測液而產生生物氣膠破碎質；該生物氣膠破碎質即可被該透光染色檢測液染色；一即時檢測裝置，係包括一發光部、一光檢測部及一即時運算部；該發光部用以朝透光染色檢測液照射一檢測光；該光檢測部用以從檢測瓶其相對發光部之另側，檢測該檢測光穿過該透光染色檢測液後之光能量差與光波長分佈圖譜的其中之一種；該即時運算部係由光能量差與光波長分佈圖譜的其中之一種，即時運算出該透光染色檢測液內之生物氣膠破碎質的量，即為外界中之生物氣膠的含量。
至於本發明之檢測方法則包括下列步驟：
一‧準備步驟；
二‧即時光照檢測步驟；及
三‧完成步驟。
有鑑於此，必需研發出可解決上述習用缺點之技術。
參閱第一、第二及第三圖，本發明係為一種「生物氣膠之即時檢測裝置及檢測方法」，關於檢測裝置的部份包括：一檢測瓶10，係具有一內部檢測空間11，用以容納一透光染色檢測液12，該檢測瓶10係為透光瓶體；一吸氣裝置20，係用以使該內部檢測空間11呈負壓且不會吸引該透光染色檢測液12的狀態；一生物氣膠採樣部30，係連通外界與該檢測瓶10之內部檢測空間11，並藉內部檢測空間11之負壓狀態，將外界之生物氣膠91(亦即生物細胞)吸入該內部檢測空間11，且使生物氣膠91快速撞擊(如第四A圖所示)該透光染色檢測液12而產生生物氣膠破碎質911(如第四B圖所示，係為細胞質)；該生物氣膠破碎質911即可被該透光染色檢測液12染色；一即時檢測裝置40，係包括一發光部41、一光檢測部42及一即時運算部43；該發光部41用以朝透光染色檢測液12照射一檢測光411；該光檢測部42用以從檢測瓶10其相對發光部41之另側，檢測該檢測光411穿過該透光染色檢測液12後之光能量差與光波長分佈圖譜的其中之一種；該即時運算部43係由光能量差與光波長分佈圖譜的其中之一種，即時運算出該透光染色檢測液12內之生物氣膠破碎質911的量，即為外界中之生物氣膠91的含量。
實務上，該檢測瓶10係為AGI-30衝擊瓶(原文為：all glass impinger)。
該透光染色檢測液12係為甲基藍採樣液，主要係取1公克甲基藍(Methyl blue)溶於29mL酒精(70%)中，並加入70mL無菌水成為1%甲基藍染色液；再將甲基藍染色液取0.2mL加入400mL的無菌水中配置成甲基藍採樣液。
該吸氣裝置20係為真空泵。
該生物氣膠採樣部30係為管狀結構，一端連通該檢測瓶10之內部檢測空間11，另端則連通檢測瓶10之外界。
該檢測光411係為紫外光。
該光檢測部42係為紫外光光度計與光譜儀的其中之一種，其可檢測200nm~1100nm波段之光。
該生物氣膠91泛指氣膠化的生物體或由其所衍生之粒子或化合物物質，包含了懸浮在空氣中之細菌、真菌、病毒、花粉、昆蟲、不具生命的動植物碎片與微生物的代謝產物。並可選用枯草桿菌與大腸桿菌的其中之一作為測試用的實驗菌種。
參閱第五圖，本發明之檢測方法係包括下列步驟：
一‧準備步驟51：如第一、第二及第三圖所示，準備一檢測瓶10、一吸氣裝置20、一生物氣膠採樣部30與一即時檢測裝置40，該檢測瓶10係具有一內部檢測空間11的透光瓶體，用以容納一透光染色檢測液12；該生物氣膠採樣部30係連通外界與該檢測瓶10之內部檢測空間11；該即時檢測裝置40係包括一發光部41、一光檢測部42及一即時運算部43；
二‧即時光照檢測步驟52：啟動該吸氣裝置20使該內部檢測空間11呈負壓且不會吸引該透光染色檢測液12的狀態；且可透過該生物氣膠採樣部30將外界之生物氣膠91(亦即生物細胞)吸入該內部檢測空間11，並使生物氣膠91快速撞擊(如第四A圖所示)該透光染色檢測液12而產生生物氣膠破碎質911(如第四B圖所示，係為細胞質、細胞核及其他胞器)；該生物氣膠破碎質911即被該透光染色檢測液12染色；同時間以該發光部41朝透光染色檢測液12照射檢測光411；並以該光檢測部42從檢測瓶10其相對發光部41之另側，檢測該檢測光411穿過該透光染色檢測液12後之光能量差與光波長分佈圖譜的其中之一種；該即時運算部43係由光能量差與光波長分佈圖譜的其中之一種，即時運算出該透光染色檢測液12內之生物氣膠破碎質911的量，即為外界中之生物氣膠91的含量；
三‧完成步驟53：完成即時檢測外界中之生物氣膠91的含量。
實務上，該檢測瓶10係為AGI-30衝擊瓶(原文為：all glass impinger)。
該透光染色檢測液12係為甲基藍採樣液，主要係取1公克甲基藍(Methyl blue)溶於29mL酒精(70%)中，並加入70mL無菌水成為1%甲基藍染色液；再將甲基藍染色液取0.2mL加入400mL的無菌水中配置成甲基藍採樣液。
該吸氣裝置20係為真空泵。
該生物氣膠採樣部30係為管狀結構，一端連通該檢測瓶10之內部檢測空間11，另端則連通檢測瓶10之外界。
該檢測光411係為紫外光。
該光檢測部42係為紫外光光度計與光譜儀的其中之一種，其可檢測200nm~1100nm波段之光。
該生物氣膠91泛指氣膠化的生物體或由其所衍生之粒子或化合物物質，包含了懸浮在空氣中之細菌、真菌、病毒、花粉、昆蟲、不具生命的動植物碎片與微生物的代謝產物。並可選用枯草桿菌與大腸桿菌的其中之一作為測試用的實驗菌種。
本發明係配合微生物學上廣泛使用的姬姆薩染色法(Giemsa stain)測試衝擊液(即透光染色檢測液12)中細胞質的含量。以下分別舉大腸桿菌與枯草桿菌作為測試用的實驗菌種進行說明：
[a]以大腸桿菌為實驗菌種：將含有大腸桿菌之菌液(即為生物氣膠91，且為測試出最適當的偵測濃度，分別將菌液作5個階段的濃度分層，分別是1倍、1-1倍、1-2倍、1-3倍、1-4倍等倍率作測試，若反應良好則繼續降低菌液濃度。)輸入柯利森霧化器，以高壓空氣將菌液噴碎後經一微孔以高速射出，由生物氣膠採樣部30將生物氣膠91吸入該內部檢測空間11內，並快速撞擊(如第四A圖所示)透光染色檢測液12(其濃度可為0.1ml染劑：400ml無菌水、0.2ml染劑：400ml無菌水、0.4ml染劑：400ml無菌水、0.8ml染劑：400ml無菌水、1.6ml染劑：400ml無菌水的其中一種配合)而產生生物氣膠破碎質911(如第四B圖所示)；生物氣膠破碎質911即被該透光染色檢測液12染色；由光檢測部42檢測穿過透光染色檢測液12後之檢測光411(由第七圖的第一曲線L1、第二曲線L2、第三曲線L3、第四曲線L4及第五曲線L5分佈可知，波長介於400nm~750nm間的檢測光411與濃度有較為明顯的正相關，且濃度越高吸光值越大。)的光能量差(配合第八圖可知，當在波長550nm~650nm間調整檢測光411照射透光染色檢測液12，發現大腸桿菌跟甲基藍的反應在波長為610nm有相對理想的反應數值，其中的斜線可藉公式：610nm y=-0.0038x+0.1032，R2=0.9713運算得到)與光波長分佈圖譜的其中之一種。而即時運算部43則可由光能量差與光波長分佈圖譜的其中之一種，即時運算出該透光染色檢測液12內之生物氣膠破碎質911的量，亦即為外界中之生物氣膠91的含量。
[b]以枯草桿菌為實驗菌種：其過程大體如前所述，差異僅在於當檢測光411之波長介於400nm~700nm間有相對明顯的負相關，濃度越大吸光值越不明顯(如第九圖的第六曲線L6、第七曲線L7、第八曲線L8、第九曲線L9與第十曲線L10分佈可知)，且當在波長550nm~650nm間調整檢測光411照射透光染色檢測液12，發現枯草桿菌跟甲基藍的反應在波長為640nm有相對理想的反應數值(參閱第十圖，其中的斜線可藉公式：640nm y=0.0032x+0.075，R2=0.9616運算得到)。
如第六A圖所示，假設在即時監測(原則上是24小時監測)的某一小時內，設定每五分鐘內光能量差(或是光波長分佈圖譜)改變速度超過預設值ΔX(假設為5單位)即需警示(原則上代表生物氣膠91濃度在該週期內超過預設值，亦即相關人員有感染的可能)，則如第六B及第六C圖所示，當在第20至25分鐘(第一週期T1)跟第40至45分鐘(第二週期T2)時分別出現第一改變速度值H1(由98迅速下降8單位到90)與第二改變速度值H2(由83迅速下降14單位到69)，皆遠大於預設值ΔX，原則上需警示，又如第六D圖所示，在第45至50分鐘(第三週期T3)時出現的第三改變速度值H3(只由69緩降2單位到67)係小於預設值ΔX，則可視為合許狀況，當然，此為舉例，實際上可將五分鐘改為三分鐘、十分鐘‧‧‧全依實際檢測需要而定。
另外，本發明亦可將已含有染色之生物氣膠破碎質911的透光染色檢測液12由檢測瓶10內取出，另放置其他透光瓶內進行即時光照檢測，即時檢測效果相同，此時檢測瓶10可以是不透光瓶體。
至於檢測光411在穿過含有染色之生物氣膠破碎質911的透光染色檢測液12後，必有部份波長的光被阻擋，光波長分佈圖譜在穿過前與穿過後必會有所不同，此為公知技術，恕不贅述。
當然，對於不同場所與不同生物氣膠的檢測，本發明可預先針對細菌的種類、菌液的濃度、染色劑的種類、染色劑的濃度、染色劑的針對性(染色細胞質、細胞核或其他胞器)、採樣風速‧‧‧等因素分別進行實驗，而可提高對不同場所與不同生物氣膠的檢測準確性。
本發明之優點及功效可歸納如下：
[1]即時得知檢測結果。本發明係即時將待檢測環境中的生物氣膠真空抽吸進檢測瓶，使生物氣膠快速撞擊甲基藍採樣液而破裂，生物氣膠之細胞質被甲基藍採樣液染色，即可以紫外光照射甲基藍採樣液後的光能量差，當下運算出檢測環境中之生物氣膠含量，即時產生檢測結果，生物氣膠不用運送檢測，不用培養，幾乎沒有檢測等待期，即時檢測速度相當快。
[2]24小時隨時持續檢測。本發明係24小時隨時在裝設地點進行檢測，且即時得知檢測結果，假設在某醫療院所早上07：00即時檢測到疫情並即時防治，但仍因某因素疏漏而可能在19：08時再度發生疫情擴散，則本發明仍能即時檢測而可加以防治，24小時隨時持續檢測的效果相當好。
[3]可即時降低工作人員傷害。即使因現場工作儀器問題造成生物氣膠外洩，本發明仍可24小時即時檢測出工作場所中的生物氣膠含量，可於最短時間內疏散、保護工作人員，即時降低工作人員傷害。
[4]結構簡單。本發明僅是在一檢測瓶中置入甲基藍採樣液，配合真空吸取裝置使外界之生物氣膠快速的被吸入瓶內並撞擊甲基藍採樣液而破裂，再以紫外光照射甲基藍採樣液，就能即時運算出外界之生物氣膠含量。結構相當簡單。
以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明，對於該實施例所做的任何簡單修改與變化，皆不脫離本發明之精神與範圍。
由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本發明的確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰提出發明專利之申請。
10．．．檢測瓶
11．．．內部檢測空間
12．．．透光染色檢測液
20．．．吸氣裝置
30．．．生物氣膠採樣部
40．．．即時檢測裝置
41．．．發光部
411．．．檢測光
42．．．光檢測部
43．．．即時運算部
51．．．準備步驟
52．．．即時光照檢測步驟
53．．．完成步驟
91．．．生物氣膠
911．．．生物氣膠破碎質
T1．．．第一週期
T2．．．第二週期
T3．．．第三週期
ΔX．．．預設值
H1．．．第一改變速度值
H2．．．第二改變速度值
H3．．．第三改變速度值
L1．．．第一曲線
L2．．．第二曲線
L3．．．第三曲線
L4．．．第四曲線
L5．．．第五曲線
L6．．．第六曲線
L7．．．第七曲線
L8．．．第八曲線
L9．．．第九曲線
L10．．．第十曲線
第一圖係本發明之檢測裝置之示意圖
第二圖係本發明之檢測裝置之剖視圖
第三圖係第二圖之局部結構之放大示意圖
第四A及第四B圖係分別為生物氣膠接觸透光染色檢測液與撞擊破裂流出細胞質之示意圖
第五圖係本發明之檢測方法之流程圖
第六A、第六B、第六C及第六D圖係分別為本發明之透光染色檢測液之透光率之變化曲線圖
第七圖係本發明之應用於檢測大腸桿菌之光波長與光吸收率之曲線圖
第八圖係本發明之應用於檢測大腸桿菌之透光染色檢測液濃度與光吸收率之曲線圖
第九圖係本發明之應用於檢測枯草桿菌之光波長與光吸收率之曲線圖
第十圖係本發明之應用於檢測枯草桿菌之透光染色檢測液濃度與光吸收率之曲線圖
10．．．檢測瓶
11．．．內部檢測空間
12．．．透光染色檢測液
20．．．吸氣裝置
30．．．生物氣膠採樣部
40．．．即時檢測裝置
41．．．發光部
411．．．檢測光
42．．．光檢測部
43．．．即時運算部
91．．．生物氣膠
Claims (4)
- 一種生物氣膠之即時檢測裝置，係包括：一檢測瓶，係具有一內部檢測空間，用以容納一透光染色檢測液，該檢測瓶係為透光瓶體；一吸氣裝置，係用以使該內部檢測空間呈負壓且不會吸引該透光染色檢測液的狀態；一生物氣膠採樣部，係連通外界與該檢測瓶之內部檢測空間，並藉內部檢測空間之負壓狀態，將外界之生物氣膠吸入該內部檢測空間，且使生物氣膠快速撞擊該透光染色檢測液而產生生物氣膠破碎質；該生物氣膠破碎質即可被該透光染色檢測液染色；一即時檢測裝置，係包括一發光部、一光檢測部及一即時運算部；該發光部用以朝透光染色檢測液照射一檢測光；該光檢測部用以從檢測瓶其相對發光部之另側，檢測該檢測光穿過該透光染色檢測液後之光能量差與光波長分佈圖譜的其中之一種；該即時運算部係由光能量差與光波長分佈圖譜的其中之一種，即時運算出該透光染色檢測液內之生物氣膠破碎質的量，即為外界中之生物氣膠的含量。
- 如申請專利範圍第1項所述之生物氣膠之即時檢測裝置，其中：該透光染色檢測液係為甲基藍採樣液；該吸氣裝置係為真空泵；該生物氣膠採樣部係為管狀結構；該檢測光係為紫外光；該光檢測部係為紫外光光度計與光譜儀的其中之一種，其可檢測200nm~1100nm波段之光；該生物氣膠係為氣膠化的生物體、由其所衍生之粒子、由其所衍生之化合物物質之至少其中一種。
- 一種生物氣膠之即時檢測方法，其包括下列步驟：一‧準備步驟：準備一檢測瓶、一吸氣裝置、一生物氣膠採樣部與一即時檢測裝置，該檢測瓶係具有一內部檢測空間的透光瓶體，用以容納一透光染色檢測液；該生物氣膠採樣部係連通外界與該檢測瓶之內部檢測空間；該即時檢測裝置係包括一發光部、一光檢測部及一即時運算部；二‧即時光照檢測步驟：啟動該吸氣裝置使該內部檢測空間呈負壓且不會吸引該透光染色檢測液的狀態；且可透過該生物氣膠採樣部將外界之生物氣膠吸入該內部檢測空間，並使生物氣膠快速撞擊該透光染色檢測液而產生生物氣膠破碎質；該生物氣膠破碎質即被該透光染色檢測液染色；同時間以該發光部朝透光染色檢測液照射檢測光；並以該光檢測部從檢測瓶其相對發光部之另側，檢測該檢測光穿過該透光染色檢測液後之光能量差與光波長分佈圖譜的其中之一種；該即時運算部係由光能量差與光波長分佈圖譜的其中之一種，即時運算出該透光染色檢測液內之生物氣膠破碎質的量，即為外界中之生物氣膠的含量；三‧完成步驟：完成即時檢測外界中之生物氣膠的含量。
- 如申請專利範圍第3項所述之生物氣膠之即時檢測方法，其中：該透光染色檢測液係為甲基藍採樣液；該吸氣裝置係為真空泵；該生物氣膠採樣部係為管狀結構；該檢測光係為紫外光；該光檢測部係為紫外光光度計與光譜儀的其中之一種，其可檢測200nm~1100nm波段之光；該生物氣膠係為氣膠化的生物體、由其所衍生之粒子、由其所衍生之化合物物質之至少其中一種。
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