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Efficient V‑Shaped Substrate for Surface and Volume Enhanced Raman Spectroscopic Analysis of Bioaerosol:Prevention from Potential Health Risk
2024年
Bioaerosols pose a great threat to human life and health,and developing highly efficient and accurate identification and analysis methodologies for bioaerosols provides prerequisite knowledge to evaluate their toxicity on human health.In this paper,a rapid and economical method is proposed for the detection of bioaerosols based on surface-enhanced Raman scattering(SERS).The SERS substrate was prepared using an anodic aluminum oxide(AAO)template with an inverted conical(V-shaped)nanopore array structure that was subsequently deposited with Ag nanoparticles(AgNPs)through magnetron sputtering.This tailored nanostructure essentially enables the differentiated and efficient detection of Escherichia coli and Staphylococcus epidermidis health risks within 10 min,along with corresponding detection limits of 103 cells/mL and 104 cells/mL,respectively.Notably,by comparing the Raman spectrum of the two bacteria obtained from the plain plane deposited with the same AgNPs,the V-shaped nanopore array structure provides a more robust enhancement effect in the Raman signal relative to the ordinary plane.More importantly,the applicability of developed AgNPs@V-shaped AAO SERS substrate was validated using ambient bioaerosols,thus emphasizing the great potential of the application of SERS-based technique for a cost-effective,rapid label-free and culture-free bioaerosol analysis without experiencing conventional time-consuming and laborious incubation processes.
Juan LiuYangyang LiuYunyun ZhangXuejun RuanHanyun ChengQiuyue GeLiwu Zhang
关键词:SERSV-SHAPEDAAOBACTERIABIOAEROSOL
微生物采样器采样效率测试方法研究被引量:1
2024年
为更好的满足市场上不同类型的微生物气溶胶采样器测试需求,进一步指导生物气溶胶采样器的设计、制造、实际应用,提升国产生物气溶胶采样器的研发水平和测试精度,介绍了通过发生粒子模拟微生物气溶胶测试微生物采样器采样效率的荧光法和计数法两种测试装置的组成、测试方法以及数据处理步骤等。同时采用两种测试方法对国产的AGI-30微生物采样器和安德森六级微生物采样器进行测试,得到两款采样器的采样效率结果,以及不同采样条件对采样效率的影响。数据结果表明,AGI-30微生物采样器的采样效率随着发生颗粒粒径的增大而增加,对5μm颗粒的采样效率可达90%以上,且随着采样流量的增大,采样效率逐渐减小。此外,采样时间对采样效率也有明显的影响。安德森六级微生物采样器对8种不同粒径的粒子的采样效率均较高,基本在99%左右,存在随着粒径增大,采样效率增大的趋势。此外,通过两种测试方法的比较,可以明确荧光法和计数法与传统微生物培养法相比较更为简便,且测试过程安全、数据可靠,能够快速得到测试结果。同时荧光法与计数法相比实验过程存在较多步骤,且存在荧光淬灭问题,因此两种方法相比较,可优先选择计数法对生物采样器进行采样效率测试。
马晓丽邹亚雄刘巍王婷刘文儒张明刘伟光
关键词:计量学微生物气溶胶采样器采样效率
用于生物气溶胶质谱检测的泵送逆流虚拟切割器研究
2024年
单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)可以提供高时间分辨率和高灵敏度的颗粒物粒径分布和质谱数据组成,广泛应用于大气气溶胶检测和大气科学研究领域。大气环境中的微米级大颗粒数浓度远小于亚微米级小颗粒物,在单颗粒气溶胶质谱的检测中,颗粒经空气动力学加速赋能后,小颗粒物的飞行速度大于大颗粒物,导致生物气溶胶等大颗粒的检测几率大幅度降低。该研究设计了一种泵送逆流虚拟切割器(PCVI),通过3D建模、计算流体动力学(CFD)仿真、实际实验测试以及对实际样品藻类气溶胶的检测,详细介绍了PCVI的实现原理、数据仿真、性能验证与实际应用。PCVI与SPAMS联用,可形成对小颗粒物具有切割能力的PC⁃VI-SPAMS系统,对藻类生物气溶胶的检测证实,所研制的PCVI可以有效去除2μm粒径以下的颗粒,成功对小颗粒背景进行切分,获得了符合预期的效果。
黄罗旭苏展民杜绪兵黄正旭李梅周振李雪李磊
大气对生物气溶胶激光雷达性能影响的仿真分析
2024年
生物气溶胶极易在大气中传播并引发大范围疾病感染,利用生物荧光特异性的激光诱导荧光(LIF)雷达技术是实现生物气溶胶防区外侦测的有力手段。LIF激光雷达是一种宽光谱系统,受大气能见度和背景辐射的影响与窄光谱系统(如米散射激光雷达)有明显差异。为了评估LIF激光雷达在不同大气条件下的探测性能,利用Modtran5对几种典型的大气能见度和背景辐射(或工作时段)的水平路径上的宽光谱背景辐射与大气传输透过率进行了仿真,进而对不同大气条件下LIF激光雷达的探测性能进行了定量分析。仿真结果表明:在相同的大气能见度条件下,夜间的可探测距离要比白天高出2~4倍,且能见度越好,探测性能差异越大;在相同的工作时段,大气能见度良好时的可探测距离要比大气能见度较差时的高出2~5倍,且夜间探测性能差异比白天大;气溶胶生物性识别的可探测距离要比生物成分识别的可探测距离高出1~2倍,且受大气条件的影响明显。
苏博家董吉辉杨荣陈春利陈涌李晓锋李晓锋周鼎富
关键词:遥感生物气溶胶大气能见度
校园餐厨垃圾初期降解生物气溶胶释放特征及健康风险研究
2024年
校园餐厨垃圾处理过程无组织释放的生物气溶胶会对校内学生和工作人员的健康构成潜在威胁。研究采用安德森六级采样器及中流量总悬浮颗粒物采样器采集了某大学餐厨垃圾暂存过程的空气样品,通过培养法和高通量测序法分析了其中的可培养和非培养生物气溶胶。结果表明,餐厨垃圾是重要的生物气溶胶释放源,生物气溶胶中真菌浓度(224.78±27.69) CFU/m^(3)大于细菌浓度(116.95±23.01) CFU/m^(3)且高于环境背景浓度,即细菌环境背景值为(32.80±3.61) CFU/m^(3)、真菌环境背景值为(54.57±17.24) CFU/m^(3)。粒径分布上,细菌气溶胶主要分布在Ⅰ级(≥7.0μm),真菌气溶胶在Ⅳ级(2.1~3.3μm)。细菌气溶胶的优势菌门主要有变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes),前者气溶胶化水平较高;真菌气溶胶优势菌门主要有子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota),两者均易气溶胶化。健康风险方面,呼吸与皮肤接触的非致癌健康风险可满足美国环保署规定的最大可接受水平;但假单胞菌属(Pseudomonas)和镰刀菌属(Fusarium)的年感染风险和疾病负担均高于相应的基准值。
刘彦君汤倩格王盛李振坤王建兵
关键词:餐厨垃圾生物气溶胶群落结构
生物气溶胶采样技术及设备研究
2024年
自然界空气中的微生物对人类生活和健康有着广泛影响。2003年暴发的重症急性呼吸综合症(SARS)、2009年的H1N1、2013年在我国首次发现的H7N9以及2019年爆发的新冠肺炎疫情使得全世界开始更加关注空气传染性疾病的传播。在多种疾病的传播方式中,空气传播具有传播途径易实现、传播广泛、发病率高等特点,而其中的生物气溶胶传播更是因其在空气颗粒物中所占比例小,可通过呼吸道、皮肤和消化道进入人体,引起感染、过敏性疾病和中毒等特点更加难以预防。所以对空气中病原体的实时监测和预警成为控制疫情传播的关键。本文主要总结了国内外关于微生物气溶胶采样技术及设备研究进展,尤其是在微生物气溶胶粒度分离与浓缩采样技术方面,结合研究现状,提出改进措施。Microorganisms in the air of nature have a wide range of effects on human life and health. The outbreak of severe acute respiratory syndrome (SARS) in 2003, H1N1 in 2009, the first discovery of H7N9 in China in 2013, and the sudden outbreak of COVID-19 this year have raised global concerns about the transmission of air infectious diseases. Among the transmission modes of various diseases, airborne transmission is characterized by easy realization of transmission routes, wide range of transmission, and high incidence rate. Among them, the biological aerosol transmission is even more difficult to prevent due to its small proportion in air particles, which can enter the human body through the respiratory tract, skin, and digestive tract, causing infection, allergic diseases, and poisoning. Therefore, the real-time monitoring and early warning of pathogens in the air become the key to controlling the spread of the epidemic. This paper summarizes the research progress of biological aerosol sampling technology and equipment in domestic and overseas, especially in the aspect of particle separation and concentration sampling technology of biological ae
楚沄浩徐勇
关键词:生物气溶胶
医院环境中微生物气溶胶采集与分析方法
2024年
病原微生物通常以生物气溶胶的形式在空气中扩散并传播。室内诊疗环境相对封闭且人流量大、气溶胶成分复杂,有效地收集并对其进行检测显得尤为重要。本文综述了室内诊疗环境中不同成分的生物气溶胶的采集及检测方法并重点关注微生物活性对特殊人群的影响。
魏心妍马雪征魏昭慧陈晓芹
关键词:医院环境微生物气溶胶生物活性
医院空气环境中微生物的采集方法及其时空分布研究
2024年
目的了解医院内环境空气中金黄色葡萄球菌、流感病毒等微生物的时间和空间分布,为医院感染研判、风险分析及消毒处置提供支持。方法2023年2-4月,使用Anderson六级采样器和气旋式生物气溶胶采集仪在北京某医院新生儿ICU、新生儿内科病房、门诊楼2层大厅、呼吸科病房等4个地点采集空气样本,采集频率为每周2次,共收集样本292份,其中146份用于细菌培养,另146份用于病毒富集。用多重实时荧光定量PCR方法筛查金黄色葡萄球菌等6种细菌和流感病毒等12种病毒。结果从146份细菌培养样本中检出金黄色葡萄球菌30份(20.55%)、铜绿假单胞菌16份(10.96%)、肺炎克雷伯菌2份(1.73%);从146份病毒富集样本中检出甲型流感病毒1份(0.68%)、乙型流感病毒1份(0.68%)。金黄色葡萄球菌在3月份检出率最高(24.07%),铜绿假单胞菌在2月份检出率最高(14.71%);金黄色葡萄球菌在门诊楼2层大厅检出率最高(22.73%),铜绿假单胞菌在新生儿ICU检出率最高(28.57%)。检出金黄色葡萄球菌的样本在不同采样月份检出率差异有统计学意义(P=0.027)。结论2023年2-4月北京某医院内不同时间和地点的空气环境中存在与医院感染相关的病原体,其中金黄色葡萄球菌检出率最高,其次为铜绿假单胞菌和肺炎克雷伯菌。
马雪征魏昭慧魏心妍王茜王锐赵地彭静李滢陈晓芹胡孔新
关键词:微生物气溶胶医院环境
一种基于特征提取的生物气溶胶遥测识别算法研究
2024年
荧光激光雷达对气溶胶云团进行远程侦测时,常利用决策树法对云团的荧光光谱信号进行识别。当大气能见度较差或背景辐射较强时,激光雷达的信噪比下降,导致分类识别的准确性明显降低。针对这一问题,提出了一种基于特征提取的决策树分类方法,该方法充分利用荧光光谱信号的信息,具有较强的适用性。首先介绍了生物荧光光谱的特点及传统识别算法和改进识别算法的原理;然后实验测试了6种生物溶液的荧光谱,并通过在这6种生物物质的荧光光谱中增加不同强度的噪声,对两种分类识别算法的性能进行了对比分析。结果表明:所设计的基于特征提取的决策树算法的训练时间基本不随噪声大小改变,当光谱信号的信噪比为10时,对6种生物物质的识别准确率基本达到80%以上;对于两种荧光光谱极其相似的生物,具有较强的区分能力,识别准确性优于传统识别算法;抗噪能力较强,提高了生物气溶胶激光雷达的探测识别能力。
杨荣董吉辉苏博家杨泽后陈涌陈涌陈春利李晓锋
关键词:激光雷达激光诱导荧光决策树生物识别
Bioaerosol nexus of air quality, climate system and human health被引量:1
2023年
Aerosols of biological origins,known as bioaerosols,in addition to having the aerosol properties,have those of a living system that offers them some enabling functionalities.From science to technology,visible progress around the world has been made in bioaerosol field before and especially during the COVID-19 pandemic.Here the roles of bioaerosol across various disciplines,including air quality,climate and human health are highlighted and appreciated in light of Anthropocene and one health concept.In particular,we recognized the importance of aerobiology under haze air pollution,allergenic pollen and bioaerosol involvement in infectious and inflammation-related non-communicable diseases.Future interdisciplinary studies focusing on the chemical and biological process of microorganisms in air,airborne transmission of emerging pathogens and allergens and the association between bioaerosol exposure and the development and variations of human microbiome and immune response are needed to elucidate the interactions of bioaerosols with the earth system.
Fangxia ShenMaosheng Yao
关键词:BIOAEROSOL

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华利忠
作品数:121被引量:329H指数:9
供职机构:江苏省农业科学院
研究主题:猪肺炎支原体 仔猪 呼吸道 PCV2 猪圆环病毒2型
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