CN101524051B

CN101524051B - 多功能中动物饲养隔离系统

Info

Publication number: CN101524051B
Application number: CN 200910049180
Authority: CN
Inventors: 潘欣; 祁建城; 郑兴东; 龙明; 何流; 姜北; 戚中田; 曾礼; 李广波; 赵子夜; 瞿旻; 贾文凯
Original assignee: Second Military Medical University SMMU
Current assignee: Second Military Medical University SMMU
Priority date: 2009-04-13
Filing date: 2009-04-13
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2029-04-13
Also published as: CN101524051A

Abstract

多功能中动物饲养隔离系统，涉及一种在可控微环境条件下饲养中型动物用的隔离系统，包括隔离器罩体(2)，通风设备单元(1)、摄像系统(3)、电视娱乐系统(4)以及由控制箱(6)、可旋转支撑杆(7)、触摸屏(8)和报警指示灯(9)构成的自动控制系统；前门(41)的透明板上设有手套及袖套系统(58)，内部底盘上固有的笼具轨道及滑轮(55)和动物笼具(54)；其特征是：通风设备单元(1)包括一用一备2台排风风机(22)和1台进风风机(25)；罩体的一侧设有传递实验用品或动物的DPTE350α传递门(42)；底部最低的台阶上开设有DPTE270α传递门(44)，本发明既可饲养不同受病原体感染的或清洁级动物，也可实现消毒效果评价等多种功能。

Description

多功能中动物饲养隔离系统

技术领域

多功能中动物饲养隔离系统，涉及一种在可控微环境条件下饲养中等大小动物用的隔离系统，具体是为高等级生物安全实验室内饲养的非人灵长类中等大小动物提供的隔离设备。

背景技术

及时应对突发传染病等重大突发公共卫生事件，是国家安全体系建设的重要组成部分。目前，国家卫生部公布的380种人间传染的病原微生物名录中约21％的病原体动物感染实验需在动物生物安全三级实验室(animal biosafety level-3，ABSL-3)进行(约67种病毒，8种细菌、4种真菌)，约5％需在动物生物安全四级实验室(ABSL-4)进行(约20种病毒)。近年来，我国重大传染病发病率居高不下，肝炎、艾滋、结核等许多重大传染病还没有得到有效控制，禽流感、SARS、登革、鼠疫、猪链球菌病、手足口病等新发和再发传染病又不断出现。防控形势十分严峻。

非人灵长类动物(猴)的生物学特性与人类最为接近，是研究人类各种疾病最为理想的“替身”，尤其是在鉴定感染人的未知病原体程序中，必须遵循科赫法则，其单一的病因需在动物身上复制出来。因此，动物疾病模型对于研究人类各种疾病的发生、发展规律和防治疾病疗效的机理等是极为重要的手段和工具。

在高等级动物生物安全实验室内开展高危病原体感染动物饲养与实验工作需使用动物负压饲养隔离器。啮齿类动物的负压饲养隔离器目前已形成成熟的市场。而非人灵长类等中动物负压饲养隔离器国内成型的为半开放式中型动物负压饲养隔离器，这种隔离器由于在饲养或实验过程中存在人与动物直接面对的环节，根据风险评估，仅限于开展结核与HIV病原体的研究。隔离主要是将受控制的内部环境和外部环境相分离，使操作对象和工作人员相分离，避免人与感染物质直接接触、避免感染物质逃逸到环境中、避免感染物质丢失。为此需要建立气密屏障完好的隔离器、活动性强且连接便捷的传递链、消毒灭菌完全彻底的消毒链。使用隔离器可以提高工作人员和操作程序的安全性；避免操作者穿着过多的防护服，改善操作人员工作的舒适度、灵活性，降低误操作，提高安全水平；感染物质完全受控，使污染区域最小化。

隔离器有多种，以压力分有正压隔离器、负压隔离器，正压多用于清洁级动物饲养(防感染)，负压多用于感染动物饲养与试验(防止散毒)。国际上知名的制造大中型负压动物饲养隔离器的主要生产厂商有德国的Ehret，法国的Ingenia、La Calhene(La Calhene近年来被Getinge收购)、Skan以及葡萄牙的Walker Barrier等。其采用的物理隔离手段包括刚性和柔性屏障。一般说来，隔离的可靠程度随着物理隔离的刚性而提高。通常刚性屏障由塑料箱体、金属框架箱体或热加工金属箱体构成。箱体的设计是阻止箱体内部的材料泄漏到外部环境中，或者外部环境物体穿透进入到箱体内部环境，或者两者同时发生。由于在隔离器内的操作对象为生物样品，其新陈代谢产物需要有连续的气流在隔离器内通过，以降低臭味和有毒气体、灰尘和传染性物质的浓度，排除过高的热量和潮气；废气须经过滤处理以防止病原体污染外部环境。因此在物理性隔离箱体的基础上加入空气动力学手段，使隔离器内的气流成为单向气流或湍流，相对于环境为负压，进、出空气经高效过滤器(high efficiency particulate air filter，HEPA)处理，这种空气处理系统可以阻止在隔离器内操作形成的气溶胶逸出到周围环境。

目前国内一些实验室使用的Ehret、Ingenia、La Calhene等公司的隔离器均为最基本配置，存在以下问题：这些隔离器存在以下问题：①没有自动化控制，由于隔离环境参数固定，只能饲养一种类型的动物，这样不能满足科研人员在不同研究阶段饲养不同动物需要更换隔离环境参数的要求。②由于隔离器内部压力设定单一，难以满足科研人员在不同研究阶段需要根据不同的实验体系处理不同实验材料的要求(如有时做动物实验，有时需进行对正常人体健康有影响的药物实验，不同的实验体系需要不同的压力)。③由于没有采用自动控制的变频风机，操作期间进出手套系统容易引起隔离器内压力较大变化，易造成诱导泄漏，且不利于动物福利。④排风系统没有备份，一旦风机出现问题，内部饲养的动物将面临很大的生存问题，实验难以维续。⑤国内的高等级生物安全实验室没有类似于国外可容纳各种仪器设备的大规模的隔离体系，而各个生物安全柜生产厂家目前还没有与双门转移切换(Double port transfer exchange，DPTE)装置配套的生物安全柜，因此单一规格的DPTE结构无法满足既可有足够容积传递中动物、又有最小尺寸进入生物安全柜继续实验的其他流程的生物安全操作要求。⑥动物粪便的处理目前有干法和湿法两种处理手段。干法比较费人工，实验室要维持较多的工人；湿法易清洁，但比较占体积，需要配备较大的粪便收集桶，后续处理包括人工搬运工作强度高，运输量大，灭菌后如包装破损，易污染周围环境且不易清理，问题比较突出。

发明内容

本发明的目的是提供一种不同研究项目饲养不同的受病原体感染的或清洁级动物的隔离器，该隔离器还可以开展可控微环境内微生物暴露、消毒方式与消毒效果评价、特殊的密闭舱室环境研究等多种科研项目。用本发明的隔离器可按动物实验或药物实验研究要求，对饲养各种中等大小动物和采样，或进行消毒效果评价等实验需要的不同正、负压力进行调整，并且能满足动物福利以及粪便的小包装处理等。

为了达到上述目的，本发明以双门传递接口、传递桶构成隔离器之间的传递链(每台隔离器设置两个双门传递接口，实现实验用品传递与粪便收集小包装化)，以过氧乙酸灭菌器及其附属管道构成针对隔离器的消毒灭菌链，以PLC控制系统、WINCC 6.0程序系统实现对隔离器、灭菌体系的自动化控制与监测以及远程监控。送风、排风风机均选用变频风机，解决进出手套系统产生的较大压力变化问题，排风风机一用一备，通过自控系统始终保持隔离器内较为稳定安全的负压状态。自动控制系统对隔离器参数施行菜单式管理，研究人员可以根据研究需要设定不同的隔离环境参数，从而为研究高危病原体及其感染的实验动物所从事的生物安全操作提供硬件设备。

本发明多功能中动物饲养隔离系统，通过下述技术方案予以实现，包括隔离器罩体，隔离器罩体顶部的通风设备单元，中下部的控制系统和下部的隔离器支撑架；隔离器罩体前门的透明板上设有手套及袖套系统、隔离器罩体内部的底面固有的笼具轨道及滑轮，笼具轨道及滑轮上按需要装有动物笼具；其结构要点是：隔离器罩体顶部的通风设备单元包括一用一备2台排风风机和1台进风风机，3台风机均采用变频风机，并与导轨固定连接，导轨与隔离器罩体的顶部固结，通过与排风风机连接的排风风管以及与隔离器罩体贯通并相互串联的排风初效过滤器、排风串联高效过滤器A和排风串联高效过滤器B将气体抽出罩体，达到不同操作状态对罩体内不同负压的要求，并解决了进出手套及袖套系统产生较大压力变化造成的压力波动；通过与进风风机连接的进风风管以及与罩体贯通的进风初效过滤器、进风高效过滤器将经过消毒的空气送入罩体内；导轨上还安装一组照度可调灯、可旋转摄像头、可旋转平板电视、微差压传感器、温度和湿度传感器；罩体的一侧设有传递实验用品或动物的DPTE350α传递门；罩体的底部为台阶形状，最低的台阶上开设有DPTE270α传递门，DPTE270α传递门上活动连接带DPTE270β部件的传递桶，通过柔性导流管将略向下倾斜的消杀池中收集的动物粪便及时排入传递桶，实现粪便收集小包装化，或通过更换传递桶传送实验材料；隔离器支撑架上固结控制箱和可旋转支撑杆，控制箱安装了可编程控制器PLC、电器元件(主要包括变压器、保险、交流接触器、断路器、线排、指示灯、按钮)打印口(实现单台隔离器数据输出)、工业以太网接口(可以接受远程控制器中用WINCC 6.0程序系统编制的远程控制软件控制，可实现多台隔离器远程数据控制)，可旋转支撑杆上固结触摸屏和报警指示灯，触摸屏通过工业总线(Profibus Dp)与控制箱进行数据交换实现对隔离器、灭菌体系的自动化控制与监测，满足不同动物或不同操作所需的风压、湿度、温度、光照、消毒参数管理，使隔离器内始终处于较为稳定、安全、卫生的负压或正压状态，并针对不同动物和病原体以及动物的清洁级别，研究人员根据研究需要设定不同隔离环境参数，获得充足真实的实验数据。

本发明的优点如下：

1.由于本发明送风、排风风机均选用变频风机，解决了进出手套系统产生的较大压力变化问题，同时，排风风机一用一备，通过自控系统始终保持隔离器内较为稳定安全的负压或正压状态，既可以提供一种不同研究项目饲养不同的受病原体感染的或清洁级动物，也可以实现消毒效果评价等多种功能。

2.由于本发明的罩体的一侧设有传递实验用品的DPTE350α传递门，罩体的底部为向下倾斜的台阶形状，最低的台阶上开设有DPTE270α传递门，DPTE270α传递门上活动连接带DPTE270β部件的传递桶，通过柔性导流管将略向下倾斜的消杀池中收集的动物粪便及时排入传递桶，实现粪便收集小包装化，或通过更换传递桶传送实验材料。

3.由于本发明的控制箱安装了可编程控制器PLC、电器元件(主要包括变压器、保险、交流接触器、断路器、线排、指示灯、按钮)打印口(实现单台隔离器数据输出)、工业以太网接口(可以接受远程控制器中用WINCC 6.0程序系统编制的远程控制软件控制，可实现多台隔离器远程数据控制)，可旋转支撑杆上固结触摸屏和报警指示灯，触摸屏通过工业总线(Profibus Dp)与控制箱进行数据交换实现对隔离器、灭菌体系的自动化控制与监测，满足不同动物或不同操作所需的风压、湿度、温度、光照、消毒参数管理，使隔离器内始终处于较为稳定、安全、卫生的负压或正压状态，并针对不同动物和病原体以及动物的清洁级别，研究人员根据研究需要设定不同隔离环境参数，获得充足真实的实验数据。

4.由于本发明安装了照度可调灯、可旋转摄像头、可旋转平板电视、微差压传感器、温度和湿度传感器，因此满足了动物生活的福利，进行人性化的管理。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为本发明的使用时的结构示意图

图3为本发明的粪便收集系统结构示意图

图4为本发明的俯视图

图中

1-通风设备单元；2-隔离器罩体；3-摄像系统；4-电视娱乐系统；5-隔离器支撑架；6-控制箱；7-可旋转支撑杆；8-触摸屏；9-报警指示灯；10-前门支撑阻尼器；11-排风初效过滤器；12-排风串联高效过滤器A；13-门铰链；14-排风串联高效过滤器B；15-顶部安装导轨；16-排风风管；17-排风电控球阀；18-排风风管卡接头；19-温湿度传感器；20-排风出口；21-风速计；22-排风风机；23-微差压传感器；24-进风初效过滤器；25-进风风机；26-进风风管；27-进风电控球阀；28-进风风管卡接头；29-灭菌试剂进口；30-进风高效过滤器；31-电视安装基座；32-灭菌连接软管；33-过氧乙酸灭菌器；34-过氧乙酸灭菌器推车；35-可锁定式轮子；36-压缩空气管；37-摄像机安装基座；38-不锈钢箱体；39-可旋转摄像头；40-可旋转平板电视；41-前门；42-DPTE 350α传递门；43-柔性导流管；44-DPTE270α传递门；45-DPTE传递口连接内环；46-DPTE传递口连接外环密封圈；47-高效过滤器；48-带DPTE270β部件的传递桶；49-不锈钢换向轮；50-可调高度支撑脚；51-DPTE传递口连接外环；52-排放阀；53-消杀池；54-动物笼具；55-笼具导轨及滑轮；56-照度可调灯；57-气流及灭菌试剂流动方向；58-手套及袖套系统；59-控制箱主电源开关；60-控制箱过滤罩；61-控制箱风扇；62-支撑杆连接件；63-快装连接；64-粪便收集桶；65-连接环紧固螺钉；65-灭菌旁路电控阀；66-伸缩锁紧螺母；67-旋转锁紧螺母；68-灭菌旁通管；69-灭菌旁路电控阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

请参阅图1-4。本发明的隔离器罩体2是一个密封的不锈钢箱体38，采用既能耐受中型动物大力冲击，又能耐受各种化学消毒剂熏蒸、搽拭的不锈钢316L材质，亚光3mm厚。隔离器内净尺寸：200cm(长)×120cm(深)×120cm(高)；箱体前侧为装有前门支撑阻尼10的前门41，前门41包括操作面板和四周不锈钢316L的框架以及与不锈钢箱体38连接的门铰链13，操作面板用透明聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)，PMMA面板与不锈钢框架之间以密封条硅胶圈挤压式密封，前门41与不锈钢箱体38之间采用平头梅花螺栓四面手动挤压锁定。操作面板开启、密封方便，便于笼具进出。如进行过饲养程序，则开启前对隔离器强制执行灭菌程序，密封后对隔离器强制执行泄漏测试程序后方可进行随后的动物入住饲养程序。操作面板上开有4个直径300mm，间距450mm左右的手套及袖套系统58安装孔。安装孔上安装袖套安装座，袖套安装座为聚丙烯(Polypropylene，PP)或聚乙烯(Polyethylene，PE)材质。袖套安装座由连接外环、连接内环、连接环垫圈、袖套密封圈构成。连接外环和连接内环之间螺纹连接，拧紧紧固螺钉使其挤压连接环垫圈和连接环密封圈而密封连接处。袖套套在连接内环后，通过袖套密封圈密封连接处。袖套为聚氯乙烯(polyvinylchloride，PVC)+DIVETEX(PVC涤纶混合，双层)材质，厚度为3-5mm，结实耐用，抗拉拽、耐腐蚀。手套配备两种类型，一种用于喂食、清洗笼具等粗犷工作，为氯丁橡胶(neoprene)材质，厚度为3mm；另一种用于采血等细致工作，手感应灵敏，长时间使用(4小时)不会引起操作人员皮肤过敏，可为丁腈橡胶(perbunan)或者Hapylon弹性橡胶材质。手套的形状为双手通用手套，保证左右手都灵活。手套口与袖套口之间以手套口封相连，手套能够在不破坏密闭和不中断实验的情况下在线更换，手套在负压条件下更换时，①将旧手套与袖套全部反向拉出到隔离器外。此时袖套和手套的外侧污染面仍与隔离器的内部接触，手套和袖套的内侧洁净面与外部清洁的环境接触；②将旧手套全部塞入袖套内，取下袖套环上的密封圈。此时手套上自带的密封圈仍将手套与袖套环密封；③将新的手套(内外表面全部为洁净的)上的手套密封圈连接到袖套环上，新手套密封圈的位置超过旧手套的自带的密封圈(将其覆盖)；④再次套上袖套环上的密封圈，密封圈的位置位于新手套密封圈后，旧手套密封圈前。通过其他手套的辅助，将旧手套的密封圈松开后从隔离器内部拉出，此时，旧的手套(一侧被污染的)将被保留在隔离器内污染的环境中，新的手套的一侧被隔离器内环境污染，而另一侧保持洁净；⑤将密封好的新手套反向推入到隔离器内，则新手套外侧(与隔离器内部接触的)为污染侧，内侧为洁净侧，即完成了手套的更换过程。此过程不会破坏内部的污染环境，也不会导致泄漏。当手套或手套袖套系统不使用时，手套口封仍然可以保持良好的气密性。每个袖套洞口配备内盖，面向动物一侧的表面平滑，确保动物无法自行打开内盖。袖套不用时，用内盖遮蔽，以防动物抓破袖套、手套。

隔离器传递系统由带有双门传递接口的ALPHA传递门和顶部带有BETA门的传递桶构成。隔离器罩体2一侧安装一个DPTE350α传递门42，DPTE350α传递门42是带有双门传递接口(double door transfer port，DPTE)的ALPHA传递门，白色PE材质，DN350，可与动物传递桶对接，以便实验用品-动物进出。动物传递桶接口顶部带有BETA门，DN350，桶高50cm，PE材质，内部尺寸可乘载6kg猴，可与ALPHA门组成DPTE门系统，保证安全的传递。动物传递桶有高效过滤器可保证动物呼吸、承受过氧乙酸气体消毒或高压灭菌器消毒灭菌。动物传递桶在向已灭菌区域开通前，其本身及其内部物品(某些需要灭菌的饲料、垫料或实验用品)要先行灭菌。传递桶可承载隔离器内部产生的污染废弃物，在无泄漏条件下经高压蒸汽灭菌器灭菌后，可以用专用开盖工具打开桶盖，取出灭菌的废弃物。

在隔离器罩体2的底盘近传递门侧距操作面板5cm处安装一个DPTE270α传递门44，DPTE270α传递门44为白色PE材质，DN270，可与带DPTE270β部件的传递桶48接口对接。α传递门通过传递系统安装件固定在隔离器上。如图3所示，安装件由DPTE传递口连接外环密封圈46、DPTE传递口连接内环45、DPTE传递口连接外环51和连接环紧固螺钉65组成，拧紧连接环紧固螺钉65使其挤压传递口连接外环密封圈46密封在隔离器的连接处。带DPTE270β部件的传递桶48为小型物品收集桶或粪便收集桶，对接了小型物品收集桶，便于动物小量样本进出，对接了粪便收集桶，便于饲养隔离器内部清洁。小型物品收集桶DN270的桶高20cm内部尺寸至少可放置4只50mL锥底离心管及支架。该小型物品收集桶可在生物安全柜前窗正常开启的范围内用专用开盖工具打开或关闭，在生物安全柜内重新关闭后的小型物品收集桶可置于耐高压蒸汽灭菌的一次性塑料袋内，进入高压蒸汽灭菌程序。粪便收集桶通过柔性导流管43和粪便收集系统连接，粪便收集系统由消杀池53、粪便收集桶64、洗刷工具组成。消杀池53位于不锈钢轨道下，靠近侧面传递接口一侧，距操作面板45cm处的底盘下陷形成一个长×宽×深＝400×200×80mm的不锈钢的带指示池内液体体积的刻度线，底部倾斜利于排水。消杀池53排水口设置一个不锈钢316L的排放阀52(DN50)，浸泡使用时排放阀52关闭；排污使用时将柔性导流管(硅胶软管)43与排放阀52通过快装连接63相连接，可将污水排放至与底盘前面的DPTE装置对接的内置粪便收集袋的粪便收集桶64中。粪便收集桶64可与DPTEα传递门44对接，粪便收集桶64带高效过滤器47可高压灭菌，底部带不锈钢换向轮49。隔离器内配备一个全气密气接头和一个全气密水接头；配备一支冲洗水枪，用以冲扫粪便；水管为硅胶管，卡接到水接头上。配备粪便清除专用工具、收集袋。粪便清除专用工具手持把杆为收缩式，完全拉长可触及隔离器后墙；完全缩进，可置于传递桶内高压灭菌。

隔离器罩体2内放置2个可装实验用猴的动物笼具54，也可以架设附件中可拆装的不锈钢支架，放置兔、鸡、豚鼠或大鼠等动物笼具；隔离器罩体2内部安装4根不锈钢轨道和滑轮组成的笼具导轨及滑轮55，单根轨道宽度为50mm，深度为85mm。动物笼具54底部装有可锁定不锈钢换向轮，方便动物笼具54移动与定位。隔离器罩体2的底盘为台阶状，距操作面板35cm处比基准面抬高85mm。

隔离器支撑架5使用不锈钢304坚固方钢焊接而成，高度离地面不低于76cm。支撑脚为可调高度支撑脚50。隔离器的不锈钢箱体38底部外表面焊接不锈钢固定螺栓，确保连接点腔体无穿透，不锈钢箱体38和隔离器支撑架5通过固定螺栓连接，用固定螺母拧紧，安装就位。

隔离器的不锈钢箱体38顶部安装导轨15，顶部所有管道、风机、阀门、照度可调灯56、摄像系统3、电视娱乐系统4都通过导轨15上预留的安装孔及安装板安装，并采用螺栓连接固定。进风包括1个进风初效过滤器24，1个进风风机25，进风风管26，1个进风电控球阀27，1个进风高效过滤器30；排风包括1个排风初效过滤器11，2个串联的排风高效过滤器A12和排风高效过滤器B14，排风风管16、排风电控球阀17及灭菌旁路电控阀69。进风风管26及排风风管16采用不锈钢316L，直径60mm，卫生级设计及自动轨迹焊接(不锈钢)，无死角。进风电控球阀27和排风电控球阀17采用德国BERKURT公司的自动电控球阀，DN60；2个灭菌旁通管68上各采用1个德国BERKURT公司的灭菌旁路电控阀69，DN60。所有阀门将由PLC自动控制开关。如图4所示，两个排风机22共用一个排风出口20，排风出口20上安装了风速计21，每台排风机22各自与排风风管卡接头18、排风风管16、排风电控球阀17组成1条排风通路，两条排风通路并联；两套灭菌旁通管68分别与同侧的德国BERKURT公司的灭菌旁路电控阀69(DN60)串联后再与同侧的排风电控球阀17两端的排风风管16并联。所有阀门将由PLC自动控制开关。进风配有进风初效过滤器24和一级H14板式进风高效过滤器30，排风高效过滤器A12和B14为两级板式H14，过滤效率达到99.9995％，尺寸为长×宽×高＝300mm×300mm×65mm。在一级排风过滤器的一侧安装有1个微差压传感器23，如堵塞或泄漏，微差压传感器23将检测信号传递给PLC，若超出PLC设置的高低压差范围，则自动关闭排风电控球阀17和进风电控球阀27，防止病原体外泄，同时报警指示灯9声光报警、触摸屏8上显示报警信息，报警信息还可通过控制箱6内PLC的工业以太网模块将信息传递给实验室的服务器，显示并记录报警信息，该报警信息可追溯可查询。在一级过滤器出现故障时，二级过滤器可确保排风安全。两台排风风机22以及一台进风风机25采用德国EBM公司的G2D风机，该风机的转速及频率将由PLC系统自动化控制，确保隔离器内风速、空气交换次数以及压力符合设置值。如1个排风风机发生故障，PLC系统将自动监控，切换到另一个低态运行的备份风机，确保排风安全以及隔离器内的负压状态。

如图2中气流方向57所示，执行饲养程序时，室内气体经进风初效过滤器24、进风风机25、进风风管26、进风电控球阀27(起通断、比例调节作用)、进风高效过滤器30进入隔离器内部。从隔离器内部排出的气体经过排风初效过滤器(阻挡动物毛发)11、两级HEPA过滤器排风高效过滤器A12和排风高效过滤器B14，和排风电控球阀17(起通断、比例调节作用)，然后经排风风机22通过排风出口20排出。执行灭菌程序时，关闭进风风机25、进风电控球阀27和排风电控球阀17、排风风机22，打开灭菌旁路电控阀69，实验室的压缩空气通过压缩空气管36将带有可锁定式轮子35的过氧乙酸灭菌器推车34上的过氧乙酸灭菌器33内加热产生的灭菌蒸汽经灭菌连接软管32、灭菌试剂进口29、进风风管卡接头28和进风高效过滤器30送入隔离器内部。从隔离器内部排出的灭菌蒸汽经过排风初效过滤器11、排风高效过滤器A12和排风高效过滤器B14两级HEPA过滤器、灭菌旁通管68、灭菌旁路电控阀69经排风风机22通过排风出口20逸散排出。进排风系统可保持隔离器内部的压力，进排风系统与监测隔离器内部压力的自动仪表相连。过压需要有自动调压系统，自动调压系统能使迅速改变的体积(如插入手套)经排风系统排出。

隔离器内部工作负压可调节，-20～-150Pa，100％新风，换气次数为20-50次/小时。内部环境经H14级别HEPA过滤器处理后达到100级。隔离器内的下降气流平均流速应在0.1～0.2m/s，标称值在±0.015m/s之间；每立方米容积的供气流量不低于0.02m³/s。验收检测时密封耐压(1000Pa)一小时后泄漏率小于千分之2.5，符合ISO10648-2-1994规范中的2类规定。隔离器自带泄漏测试程序用于普通泄漏量检测，250Pa正压下泄漏率小于千分之4。

隔离器动物福利系统由灯光自动控制系统和电视娱乐系统组成。如图2所示。灯光自动控制系统中的照度可调灯56及其灯罩安装在前门不锈钢包边上，螺栓连接，门开关不会干扰。光照系统用于满足动物的生理学需要以及实验工作的要求。采用德国西门子公司的冷光灯调节器以及荷兰飞利浦公司的冷光灯管，灯管共三支，通过PLC数字量输出模块控制冷光灯调节器，按动物的习性自动调节照明时间(昼夜明暗交替时间12/12或10/14，单位：小时)，照明时间和范围可通过操作员操作触摸屏设置并自动执行。照度5-10、15-20、100-200lux三档可调。同时灯管可采用手动开关的形式启动或关闭，工作照度150-800lux，满足夜间实验操作的照明要求。由于环境的温度会对动物的新陈代谢产生实质性的影响，故隔离器所在室内温度控制在20至26℃的范围内。隔离器内部温度控制在18至22℃的范围内。由于温度变化会影响隔离器内部的压力，故照明灯和风机工作且持续运行4h以后，饲养区中心的温度应不高于隔离器外环境温度4℃。如图2所示，隔离器内配置1个法国KIMO公司的温湿度传感器19，隔离器内的温度及湿度电信号通过PLC模拟量模块采集，并将其转化成可视化工程值(即温湿度实际值)，在触摸屏幕上自动显示并记录，并可在实验室的服务器上追溯查询。

电视娱乐系统4由可旋转平板电视40和电视安装基座31组成，电视安装基座31通过螺栓固定安装在隔离器顶部导轨15上。与固定可旋转摄像头39的安装方法类似，通过调节伸缩锁紧螺母、旋转锁紧螺母调整固定可旋转平板电视40的位置。电视拉出展开后，可播放由监控室控制的适合动物观赏的录像，以善待动物，减少空间限制带来的精神抑郁。

顶部设备层的摄像系统3由可旋转摄像头39和摄像机安装基座37构成。摄像机安装基座37通过螺栓固定安装在隔离器顶部导轨15上。如图4所示，通过调节伸缩锁紧螺母66、旋转锁紧螺母67固定可旋转摄像头39的位置。该摄像系统为韩国三星公司的高精度摄像装置。摄像装置经调节后，可清晰的记录操作员的操作以及隔离器内部动物的饲养状态。摄像装置与云台(多隔离器摄像装置共享)连接后，可以在实验室的中央监控室的PC机屏幕上显示摄像信息，并自动存储。

如图2所示，隔离器的控制系统由报警指示灯9、液晶触摸屏8和控制箱6组成。液晶触摸屏8安装在可旋转支撑杆7上，可旋转支撑杆7(高度方向可调)通过支撑杆连接件62和螺栓固定在隔离器支撑架5上。PLC内置于控制箱6中，控制箱上有控制箱风扇61和控制箱过滤罩60，其底部有控制箱连接件，通过螺栓将控制箱固定在隔离器支撑架5的横梁上。

内置于控制箱中的PLC系统中央处理器可自动控制饲养模式程序(含自定义饲养程序)、泄漏测试程序、灭菌程序、手/自动模式、维护模式以及自定义程序。所有程序可通过隔离器上的触摸屏幕选择并执行。以上程序是用西门子SimaticManager Step7软件开发，并植入PLC系统中央处理器。触摸屏管理软件是用西门子Simatic Wincc flexible软件开发，采用分级密码进入，防止未授权的操作，所有操作和故障将被记录并可打印。标准配置采用中文操作模式。PLC和触摸屏之间数据交换通过工业总线(Profibus Dp)进行。控制系统带有报警功能，可在触摸屏显示和记录，并可通过PLC的数字量输出模块输出电信号到报警指示灯(9)的指示灯和蜂鸣器，提供声光报警。系统至少有以下报警功能：①设备控制系统主要部件故障报警(风机，高效过滤器等等)；②主要控制参数过低或过高报警(温度，湿度，压力，换气次数，风速等等)；③切换到UPS/EPS电源后报警；④程序失败/出错报警(负压饲养程序、压力测试程序等等)

隔离器附件：1，为方便隔离器在彻底消毒灭菌后，可以饲养其他种类的实验动物，配备可拆装的不锈钢支架(316L)，可以根据实验需要在支架上放置兔笼、鸡笼、豚鼠或大鼠笼等动物笼具。在动物无法触及的位置(隔离器侧面的DPTE350α传递门42近操作面板一侧处)安装一个防溅电源插座。2，通过灭菌连接软管32与隔离器顶部的进风风管卡接头28连通的灭菌试剂进口29，通过快装卡环与过氧乙酸发生器33的接口连接，可以对隔离器实施消毒灭菌。

如图2所示，启动控制箱6的控制箱主电源开关59，在多功能中动物饲养隔离器完全正常运转48小时后，环境温度波动范围＞±2℃、室内相对湿度波动范围＞10％时，隔离器内部温度18～22℃，相对湿度40～70％，换气次数20～50次/h，气流速度0.1～0.2m/s，PLC上模拟量模块通过微差压传感器23将采集进值和程序里设定值进行比较，并进行自动调节，即PID调节(比列、积分微分调节)，调节后输出值通过PLC的输出模块控制风机转速，调节隔离器内部压力，实现相对外部环境压差-100Pa。当空气洁净度100级，无细菌检出，氨浓度≤14mg/m³，噪声≤60dB时，可将经过检疫非染病的中动物(猴，40～60kg)经麻醉后由DPTE传递桶经DPTE 350α传递门42传递进隔离器内的动物笼具54中。待动物苏醒后可按生物安全操作规范从事实验活动。全部实验结束后，实验动物按生物安全操作规范处理；隔离器按过氧乙酸灭菌器说明书要求与灭菌器连通，执行灭菌程序。

Claims

1.多功能中动物饲养隔离系统，包括隔离器罩体(2)，隔离器罩体(2)顶部的通风设备单元(1)、摄像系统(3)、电视娱乐系统(4)，中下部由控制箱(6)、可旋转支撑杆(7)、触摸屏(8)和报警指示灯(9)构成的自动控制系统和下部的隔离器支撑架(5)；隔离器罩体(2)的前门(41)的透明板上设有手套及袖套系统(58)、隔离器罩体(2)的内部的底盘上固有的笼具轨道及滑轮(55)，笼具轨道及滑轮(55)上按需要装有2只中动物笼具(54)；其特征在于：隔离器罩体(2)顶部的通风设备单元(1)包括一用一备2台排风风机(22)和1台进风风机(25)，3台风机均采用变频风机，并与导轨(15)固定连接，导轨(15)与隔离器罩体(2)的顶部固结，通过与排风风机(22)连接的排风风管(16)以及与隔离器罩体(2)贯通并相互串联的排风初效过滤器(11)、排风串联高效过滤器A(12)和排风串联高效过滤器B(14)将气体抽出罩体，达到实验研究所需不同状态对罩体内不同空气压力的要求，并解决了进、出手套及袖套系统(58)产生较大压力变化造成的压力波动；通过与进风风机(25)连接的进风风管(26)以及与罩体贯通的进风初效过滤器(24)、进风高效过滤器(30)将洁净的空气送入罩体内；导轨(15)上还安装一组照度可调灯(56)、可旋转摄像头(39)、可旋转平板电视(40)、微差压传感器(23)、温度和湿度传感器(19)；罩体的一侧设有传递实验用品或动物的双门转移切换350α传递门(42)；罩体的底部为台阶形状，最低的台阶上设有双门转移切换270α传递门(44)，双门转移切换270α传递门(44)上活动连接带双门转移切换270β部件的传递桶(48)，通过柔性导流管(43)将略向下倾斜的消杀池(53)中收集的动物粪便及时排入传递桶(48)实现粪便收集小包装化，或通过更换传递桶(48)传送实验材料；隔离器支撑架(5)上固结控制箱(6)和可旋转支撑杆(7)，控制箱(6)内安装了可编程序控制器、打印口、工业以太网接口；可旋转支撑杆(7)上固结触摸屏(8)和报警指示灯(9)，通过控制箱(6)的触摸屏(8)实现对隔离器和灭菌体系的自动化控制与监测，满足不同动物饲养检测所需不同风压、湿度、温度、光照、消毒参数，使隔离器内始终处于稳定、安全、卫生的负压或正压状态，并针对不同动物和病原体，研究人员根据研究需要设定不同的隔离环境参数，获得充足和真实的实验数据。