1.引言

空气中传播的嗜肺军团菌是引发军团病的主要元凶，常见于冷却塔和供水系统等环境，对职业暴露人群构成健康威胁。目前，常规的培养法检测耗时较长且易受杂菌干扰，而PCR等分子生物学检测虽然灵敏度高，但依赖昂贵的仪器设备和专业人员，难以满足现场快速筛查的需求。尽管已有研究尝试结合免疫层析法（ICA）进行现场检测，但其配套试剂盒成本高昂，限制了广泛应用。因此，亟需开发一种既经济实惠、操作简便，又能实现快速响应的替代方法，以便在资源有限或疑似爆发的环境中进行有效的暴露评估和监测。

本研究开发了一种低成本、易于构建的生物气溶胶采样技术，通过结合3D打印的惯性冲击式采样器与乳胶凝集试验（LAT）试剂盒的方法，解决了传统检测空气中嗜肺军团菌耗时长、成本高及依赖专业设备的问题。在试验方法上，研究人员利用理论计算设计了具有特定截止直径（d50）的冲击器喷嘴，并采用碳纤维填充聚碳酸酯材料进行3D打印；随后，通过施密特粒径谱冲击器（SMPS/OPS）对采样器的物理收集效率进行了评估，并在受控的暴露室中，利用雾化嗜肺军团菌进行测试，验证了该系统直接将气溶胶收集到LAT试纸条上并产生肉眼可见凝集反应的能力。

2.结果与讨论

采样器物理收集性能的验证：利用3D打印制造的惯性冲击器，结合振动网雾化器与光学粒径谱仪（OPS/SMPS）的表征手段，测得实际截止直径（d50）为0.57 μm，验证了该装置能有效捕获粒径大于0.57 μm的气溶胶颗粒，物理收集效率与理论设计高度吻合。

图 1 惯性撞击器的收集效率。实验和理论截止直径（d）50s）分别为0.57微米和0.53微米。误差条代表三种测量的标准差。

LAT试剂盒检测灵敏度的测定：基于乳胶凝集试验（LAT）的免疫学检测原理，通过梯度稀释嗜肺军团菌液并进行目视判读，确定了LAT试剂盒的最低检测限（LOD）为4.5 × 10⁶ CFU，明确了该方法在定量检测上的阈值基准。

图 2 （a） LAT 套件的较低 LOD。（b）LOD测试结果的照片图像。

实验室模拟采样检测效能的评估：在受控的暴露室环境中，通过雾化嗜肺军团菌气溶胶并直接沉积于试纸条，优化了采样-检测一体化流程，证实当沉积量超过3.2 × 10⁶ CFU时可产生肉眼可见的阳性凝集反应，实现了无需复杂仪器的现场快速筛查。

图 3 （a） 使用振动网格雾化器（VMN）生成颗粒的粒径分布，表示每个尺寸通道内颗粒相对于总粒子数的百分比。误差条表示采样过程中测量的标准差。（b）显示尘肺杆菌沉积在LAT纸条上的照片。（c）检测测试后显示团块形成的摄影图像。

3.总结

该研究最大的优势在于巧妙地平衡了检测的便捷性与成本效益。通过3D打印技术，采样器的构建变得极为简单且廉价，大幅降低了硬件门槛；同时，利用现成的乳胶凝集试验（LAT）试剂盒替代昂贵的PCR仪器或高成本的免疫层析试剂，将检测成本压缩至约20美元/次，远低于同类现场检测方法。虽然在灵敏度上略逊一筹，但其定性判断直观、无需专业实验室支持的特点，使其特别适合用于冷却塔等高浓度排放源的现场排查或突发疫情的初步筛查，为资源有限的环境提供了一种极具实用价值的快速风险评估工具。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2025.136458