CN104367398A - 动物全身暴露系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动物全身暴露系统，包括：全身暴露室，用于放置吸入毒理实验用的动物；气溶胶发生系统，与所述全身暴露室连通，用于生成所述吸入毒理实验用的气溶胶；采样系统，用于采集所述全身暴露室内的气溶胶的浓度；废气回收处理系统，与所述全身暴露室连通，用于把所述动物产生的废气和多余的所述气溶胶进行回收和处理；控制系统，用于调节实验过程中全身暴露室内所述气溶胶的浓度。通过设置控制系统和采样系统对全身暴露室内的气溶胶浓度进行检测，实现动物全身暴露系统的自动控制，且全身暴露室内的气溶胶浓度控制精确，符合实验的要求。具有自动化控制系统，自动化程度高，实验精度高。

Description

动物全身暴露系统

技术领域

本发明涉及动物吸入毒理实验领域，特别是涉及一种动物全身暴露系统。可用于吸入毒理药物安全性评价、农药急性毒性吸入实验研究、构建动物的各种疾病模型和其药物疗效实验研究、大气污染物对动物呼吸系统影响的研究等。

背景技术

吸入毒理学是研究可吸入物对机体毒作用发生、发展和消除的各种条件、规律和机制及对可吸入物进行危险性评价的一门科学。其专业研究内容主要有：空气中各种物质的理化特性；呼吸道的基础生物学；吸入物在体内的沉积和滞留及其与体内重要系统、器官间的相互作用；这些相互作用是如何导致疾病产生的。

随着国际吸入毒理学研究日趋活跃，国内许多专家也充分认识到了吸入毒理学的重要意义。许多专家如江泉观、陈秉衡、吕伯钦等在专著中都介绍了吸入毒理学一些概念、方法和进展。卫生部制订的农药毒性实验方法、消毒剂毒性分级标准等均有一些吸入毒理学的方法和标准介绍。我们的研究领域、内容和方法，基本上覆盖了吸入毒理学研究的各个方面。某些领域的研究水平甚至达到或接近了国际先进水平。从研究的对象来看，有对人群的调查，也有对动物包括大鼠、小鼠、家兔、仓鼠等的研究；从研究的设备来看，都采用静式染毒；从研究的方法来看，有采用流行病学方法的，有应用毒代动力学方法的，有利用超声诊断技术、同位毒标记法、放射性气溶胶肺通气显像技术、荧光抗体技术等等；最长染毒时间有连续染毒8小时的，也有对接触5年以上人群进行流行病学调查的；有进行整体动物肺灌洗实验的，也有进行离体支气管肺泡灌洗液分析的；研究毒物的种类更达到包括氯气、沙漠尘、偏二甲基肼、柴油机排出物、汽车尾气颗粒物等几十余种；分析的指标有大鼠嗅觉粘膜毒性的酶组织化学改变、肺灌洗液中各种酶的变化、脾脏NK细胞和K细胞、肝微粒体钙泵、血小板等几十种。

现有的吸入毒理学研究中，研究的设备主要为静式染毒，静式吸入染毒是一种进行吸入毒性实验的染毒方法。将实验动物放入附有气体搅拌装置的密闭良好的染毒柜内，一次性输入气态受试物或挥发性液体，使柜内空气中受试物达到所需浓度，经一定时间的染毒后，打开染毒柜取出动物。静式染毒设备较简单，消耗受试物的量较小，但浓度不易控制恒定，而且，受染毒柜容积的限制，故多用于小动物的短时间吸入染毒。

现有的静式染毒，染毒室内的浓度不易控制、染毒时间短，动物呼出或者排除的气体会对染毒物质造成影响，最终影响实验结果。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种动物全身暴露系统，解决了现有的静式染毒，染毒室内的浓度不易控制、染毒时间短，动物呼出或者排除的气体会对染毒物质造成影响，最终影响实验结果的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种动物全身暴露系统，其中，包括：

全身暴露室，用于放置吸入毒理实验用的动物；

气溶胶发生系统，与所述全身暴露室连通，用于生成所述吸入毒理实验用的气溶胶；

采样系统，用于采集所述全身暴露室内的气溶胶的浓度；

废气回收处理系统，与所述全身暴露室连通，用于把所述动物产生的废气和多余的所述气溶胶进行回收和处理；

控制系统，用于控制所述全身暴露室内的所述气溶胶的浓度。

优选地，所述气溶胶发生系统包括用于提供空气的空气压缩机、气溶胶发生器、用于调节所述气溶胶发生器中的空气进气量的第一空气流量控制器、用于向所述气溶胶发生器提供药液的药液瓶、用于调节进入到所述气溶胶发生器中的药液量的蠕动泵、与所述气溶胶发生器的气溶胶出口相连的气溶胶稀释器和用于调节所述气溶胶稀释器中的空气进气量的第二空气流量控制器；所述气溶胶稀释器与所述全身暴露室的第一端设置的气溶胶进口连接。

优选地，所述全身暴露室上设置有压力传感器、湿度传感器、温度传感器和氧气浓度传感器以及气溶胶采样口。

优选地，所述废气回收处理系统包括顺次相连的废气回收筒、过滤器、废气流量控制器、阀门、真空泵和高空排放处理系统；所述废气回收筒与所述全身暴露室的第二端设置的废气出口相连通。

优选地，所述采样系统包括依次相连接的二位二通电磁阀、气溶胶浓度监测仪和气溶胶流量控制器以及真空泵。

优选地，所述控制系统包括工控电脑、触屏电脑、软件编程控制终端、数据采集卡、继电器控制板、接触器和RS485通信接口；所述数据采集卡上接所述工控电脑，下接所述继电器控制板，所述继电器控制板连接所述接触器，所述接触器用于控制所述真空泵和所述空气压缩机的开闭；所述数据采集卡用于采集所述全身暴露室内的压力、湿度、温度和氧气浓度；所述软件编程控制终端用于编写程序并发送相应命令；所述RS485通信接口连接着所述工控电脑。

优选地，还包括安全屏蔽柜和真空微负压处理系统；所述安全屏蔽柜用于安装所述全身暴露室、所述气溶胶发生系统、所述采样系统、所述废气回收处理系统和所述控制系统以及所述真空微负压处理系统，所述真空微负压处理系统用于防止所述安全屏蔽柜内的泄露的气溶胶进入大气。

优选地，所述全身暴露室包括中间段圆柱形腔体和上端圆锥形腔体以及下端圆锥形腔体；所述全身暴露室内设置有与所述全身暴露室的第一端设置的气溶胶进口相连通的雾化扩散器；

所述中间段圆柱形腔体的腔体壁上设置有所述压力传感器、所述湿度传感器、所述温度传感器和所述氧气浓度传感器以及所述气溶胶采样口。

优选地，所述全身暴露室还包括设置在底部的动物粪便收集处理系统，与所述下端圆锥形腔体的底端的废物出口连接。

优选地，在所述下端圆锥形腔体的同一水平面上的腔体壁上均匀设置有三个废气出口。

优选地，所述动物粪便收集处理系统包括粪便收集箱和废水处理系统；所述粪便收集箱与所述废物出口连接，所述粪便收集箱的底部设置有过滤网；所述粪便收集箱内有粪便初步处理物质。

优选地，所述全身暴露室还包括清洗系统，用于清洗试验后的全身暴露室。

优选地，所述清洗系统包括清洗液储存输送装置、第一清洗阀开关、第二清洗阀开关、与所述第一清洗阀开关相连通的清洗喷嘴和与所述第二清洗阀开关相连通的清洗喷头；所述清洗喷嘴为多个，均布在所述中间段圆柱形腔体的顶端。

优选地，所述全身暴露室内设置有第二紫外线消毒灯、第二照明灯和动物行为远程监控摄像头。

本发明实施例至少存在以下技术效果：

1)通过设置控制系统和采样系统对全身暴露室内的气溶胶浓度进行检测，实现动物全身暴露系统的自动控制，且全身暴露室内的气溶胶浓度控制精确，符合实验的要求。具有自动化控制系统，自动化程度高，实验精度高。气溶胶在全身暴露室内动态流动，废气回收处理系统用于把所述动物产生的废气和多余的所述气溶胶进行回收和处理，防止动物呼出或者排除的气体会对气溶胶造成影响，解决了现有的静式染毒，染毒室内的浓度不易控制、染毒时间短，动物呼出或者排除的气体会对染毒物质造成影响，最终影响实验结果的技术问题。

2)通过设置气溶胶发生系统，得到合适浓度的气溶胶，以满足实验的要求。

3)通过设置真空微负压处理系统，用于防止安全屏蔽柜内的泄露的气溶胶进入大气，对环境造成污染或对实验员的健康造成影响。

4)全身暴露室包括中间段圆柱形腔体和上端圆锥形腔体以及下端圆锥形腔体，采用此结构的暴露室腔体，内部气溶胶的分布更均匀，体积更加符合国际化实验标准。在下端圆锥形腔体的腔体壁上设置有三个废气出口，均布在腔体壁上的同一水平面上，此种设置有利于全身暴露室内的气溶胶浓度稳定，防止现有的一点排气方案或者两点排气方案导致全身暴露室内部气溶胶由于压差的原因流动导致内部的气溶胶的浓度不稳定，不利于实验的进行。

5)由于动物在实验的过程中，可能要排粪、尿或其它物质，为了防止暴露室内动物排放的废弃物对气溶胶成分的影响，也防止废弃物对动物行为造成影响，也为了后续的清洗方便，设置动物粪便收集处理系统。同时还设置有清洗系统，用于清洗试验后的全身暴露室。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是本发明实施例提供的动物全身暴露系统的系统图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。

如图1所示，一种动物全身暴露系统，包括：

全身暴露室，用于放置吸入毒理实验用的动物；

气溶胶发生系统，与全身暴露室连通，用于生成吸入毒理实验用的气溶胶；

采样系统，用于采集全身暴露室内的气溶胶的浓度；

废气回收处理系统，与全身暴露室连通，用于把动物产生的废气和多余的气溶胶进行回收和处理；

控制系统，用于控制全身暴露室内的气溶胶的浓度，尤其是控制调节实验过程中全身暴露室内的气溶胶的浓度。

通过设置控制系统和采样系统对全身暴露室内的气溶胶浓度进行检测，实现动物全身暴露系统的自动控制，且全身暴露室内的气溶胶浓度控制精确，符合实验的要求。具有自动化控制系统，自动化程度高，实验精度高。气溶胶在全身暴露室内动态流动，废气回收处理系统用于把所述动物产生的废气和多余的所述气溶胶进行回收和处理，防止动物呼出或者排除的气体会对气溶胶造成影响，解决了现有的静式染毒，染毒室内的浓度不易控制、染毒时间短，动物呼出或者排除的气体会对染毒物质造成影响，最终影响实验结果的技术问题。

在本发明的另外一个实施例中，如图1所示，气溶胶发生系统包括：空气压缩机111，用于提供压缩干燥洁净的空气；气溶胶发生器11，用于产生高浓度的气溶胶；第一空气流量控制器17，用于调节气溶胶发生器11中的空气进气量；药液瓶13，用于向气溶胶发生器11提供药液；蠕动泵15，用于调节药液瓶13中的药液进入到气溶胶发生器11中的药液量；与气溶胶发生器11的气溶胶出口相连的气溶胶稀释器12，用于把气溶胶发生器11产生的高浓度气溶胶稀释到实验所需要的浓度；第二空气流量控制器16，用于调节气溶胶稀释器12中的空气进气量。在空气压缩机111的出口处设置有空气流量控制阀19，在空气流量控制阀19的前端设置有干燥过滤器；气溶胶稀释器12与全身暴露室的第一端设置的气溶胶进口连接；全身暴露室的第二端设置的废气出口90与废气回收处理系统连接，全身暴露室中的动物产生的废气和多余的气溶胶被废气回收处理系统回收和处理。

可见本发明实施例中，空气压缩机111产生的第一路空气进入到气溶胶发生器11中，药液从药液瓶13中进入到气溶胶发生器11中维持气溶胶发生器11里面的液面高度不变，从而产生高浓度且浓度稳定性很好的气溶胶，气溶胶颗粒5μm以下的达到98％，进入到气溶胶稀释器12中，后与经第二空气流量控制器16进入的空气压缩机111产生的第二路空气混合稀释后从气溶胶进口进入到全身暴露室中，把气溶胶稀释到需要染毒的浓度，在这样的情况下可保证实验动物可以更好的进行毒理实验。

全身暴露室上设置有压力传感器84、湿度传感器85、温度传感器86和氧气浓度传感器87以及气溶胶采样口89；用于检测全身暴露室内的氧气浓度、压力、温度和湿度以及气溶胶浓度。

废气回收处理系统包括顺次相连的废气回收筒51、过滤器、废气流量控制器53、阀门、真空泵和高空排放处理系统。废气回收筒51用于回收废气，与全身暴露室的第二端设置的废气出口90相连通。

动物全身暴露系统还包括采样系统3和控制系统2。

采样系统包括依次相连接的二位二通电磁阀31、气溶胶浓度监测仪33和气溶胶流量控制器34以及真空泵。二位二通电磁阀31与气溶胶采样口89相连通。气溶胶浓度监测仪33是采样系统的核心部件，可实时对全身暴露室内的气溶胶浓度进行监测和采样分析，以得出实验数据和相应曲线，为得出实验结论提供良好的条件。

控制系统包括工控电脑21、触屏电脑22、软件编程控制终端27、数据采集卡23、继电器控制板25、接触器24和RS485通信接口26；用于收集各种参数，并根据这些参数调节设备中各部件工作，以及调节全身暴露室内的气溶胶的浓度，使设备满足实验的要求。

数据采集卡23上接工控电脑21，下接继电器控制板25，继电器控制板25连接接触器24，接触器24用于控制所有真空泵和空气压缩机111的开启或者关闭。压力传感器84、湿度传感器85、温度传感器86和氧气浓度传感器87与数据采集卡23相连。第一空气流量控制器17、第二空气流量控制器16、废气流量控制器53、气溶胶流量控制器34和二位二通电磁阀31均连接着RS485通信接口26，RS485通信接口26连接着工控电脑21，由软件编程控制终端27向每一个控制硬件终端编写程序并发送相应命令，保证了实验的精度。具有自动化控制系统，自动化程度高，实验精度高。

动物全身暴露系统还包括安全屏蔽柜和真空微负压处理系统。安全屏蔽柜包括第一照明灯、第一紫外消毒灯、USB通讯接口和用于采集气溶胶样本的采样口。真空微负压处理系统用于防止安全屏蔽柜内的少量的泄露的气溶胶进入大气；真空微负压处理系统包括单向阀71、压力表和真空泵。

全身暴露室88包括中间段圆柱形腔体和上端圆锥形腔体以及下端圆锥形腔体，采用此结构的暴露室腔体，内部气溶胶的分布更均匀，体积更加符合国际化实验标准，不仅按照锥形结构设计，而且遵照了流体力学计算和计算机仿真模拟，可保证任意一点的染毒浓度相差仅仅为±2％。在中间段圆柱形腔体腔体壁上设置有玻璃门、压力传感器84、湿度传感器85、温度传感器86和氧气浓度传感器87以及气溶胶采样口89。玻璃门用于观察全身暴露室88内动物的行为，气溶胶采样口89为六个，三个为一组，设置在中间段圆柱形腔体的下部腔体壁上，两组气溶胶采样口沿中间段圆柱形腔体的轴线对称设计，可以更好地检测全身暴露室内的气溶胶的浓度，此处的浓度也是动物吸入位置处的浓度，有助于观察动物在准确的气溶胶浓度下的反应。全身暴露室88内设置有第二紫外线消毒灯81、第二照明灯82和动物行为远程监控摄像头83。

全身暴露室88内还设置有与全身暴露室的第一端设置的气溶胶进口相连通的雾化扩散器112，用于扩散进入到全身暴露室88内的气溶胶。在下端圆锥形腔体的腔体壁上设置有三个废气出口90，均布在腔体壁上的同一水平面上，此种设置有利于全身暴露室88内的气溶胶浓度稳定，防止现有的一点排气方案或者两点排气方案导致全身暴露室88内部气溶胶由于压差的原因流动导致内部的气溶胶的浓度不稳定，不利于实验的进行。

全身暴露室88还包括设置在底部的动物粪便收集处理系统，由于动物在实验的过程中，可能要排粪、尿或其它物质，为了防止暴露室内动物排放的废弃物对气溶胶成分的影响，也防止废弃物对动物行为造成影响，也为了后续的清洗方便，设置动物粪便收集处理系统。动物粪便收集处理系统包括粪便收集箱61、阀门以及废水处理系统。粪便收集箱61与下端圆锥形腔体的底端的废物出口连接，粪便收集箱61内有粪便初步处理物质，用于收集氨气、二氧化硫等；粪便收集箱61的底部设置有过滤网，防止大颗粒的粪便或者杂质进度废水处理系统的管道，堵塞管道，影响实验的进行。

全身暴露室88还包括清洗系统，用于清洗试验后的全身暴露室。清洗系统包括清洗液储存输送装置44、第一清洗阀开关42、第二清洗阀开关43、与第一清洗阀开关42相连通的清洗喷嘴41和与第二清洗阀开关43相连通的清洗喷头。清洗喷嘴41为多个，设置在中间段圆柱形腔体的顶端。

使用时，先用第一紫外消毒灯对安全屏蔽柜进行彻底消毒和第二紫外消毒灯对全身暴露室进行彻底消毒，将实验药液放置药液瓶13中，打开控制系统对实验参数进行设置，包括药液流量、第一空气流量、第二空气流量、废气流量、气溶胶流量和负压值等，设置完毕后将实验动物放入全身暴露室内，打开真空微负压处理系统，然后点击工控电脑21中的开始按钮命令染毒开始。采样系统对全身暴露室内的气溶胶进行采样并得到气溶胶的浓度反馈到控制系统。全身暴露室上的压力传感器84、湿度传感器85、温度传感器86和氧气浓度传感器87采集到的信息时时反馈给控制系统。控制系统根据全身暴露室内的氧气浓度、压力、温度和湿度以及气溶胶浓度对进入到全身暴露室内的气溶胶浓度进行调节。实验中的废气可经过废气回收处理系统过滤和排放。实验完毕时，工控电脑21可生成实验图表，供客户进行分析。整个过程的开启、调节与操作调控均可在软件编程控制终端27内完成，实现全自动化监控和操作，使实验更易操作，安全。全自动化监测与调节、拥有废气回收处理系统；能防止毒气泄露的、能进行及时采样的、多功能的强大的动物全身暴露系统。操作简单，免除了对操作人员的污染，提高了安全性和染毒的精度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，所做出的任何改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种动物全身暴露系统，其特征在于，包括：

全身暴露室，用于放置吸入毒理实验用的动物；

气溶胶发生系统，与所述全身暴露室连通，用于生成所述吸入毒理实验用的气溶胶；

采样系统，用于采集所述全身暴露室内的气溶胶的浓度；

废气回收处理系统，与所述全身暴露室连通，用于把所述动物产生的废气和多余的所述气溶胶进行回收和处理；

控制系统，用于控制所述全身暴露室内的所述气溶胶的浓度。

2.根据权利要求1所述的动物全身暴露系统，其特征在于，所述气溶胶发生系统包括用于提供空气的空气压缩机(111)、气溶胶发生器(11)、用于调节所述气溶胶发生器(11)中的空气进气量的第一空气流量控制器(17)、用于向所述气溶胶发生器(11)提供药液的药液瓶(13)、用于调节进入到所述气溶胶发生器(11)中的药液量的蠕动泵(15)、与所述气溶胶发生器(11)的气溶胶出口相连的气溶胶稀释器(12)和用于调节所述气溶胶稀释器(12)中的空气进气量的第二空气流量控制器(16)；所述气溶胶稀释器(12)与所述全身暴露室的第一端设置的气溶胶进口连接。

3.根据权利要求1或2所述的动物全身暴露系统，其特征在于，所述全身暴露室上设置有压力传感器(84)、湿度传感器(85)、温度传感器(86)和氧气浓度传感器(87)以及气溶胶采样口(89)。

4.根据权利要求1或2或3所述的动物全身暴露系统，其特征在于，所述废气回收处理系统包括顺次相连的废气回收筒(51)、过滤器、废气流量控制器(53)、阀门、真空泵和高空排放处理系统；所述废气回收筒(51)与所述全身暴露室的第二端设置的废气出口(90)相连通。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的动物全身暴露系统，其特征在于，所述采样系统包括依次相连接的二位二通电磁阀(31)、气溶胶浓度监测仪(33)和气溶胶流量控制器(34)以及真空泵。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的动物全身暴露系统，其特征在于，所述控制系统包括工控电脑(21)、触屏电脑(22)、软件编程控制终端(27)、数据采集卡(23)、继电器控制板(25)、接触器(24)和RS485通信接口(26)；所述数据采集卡(23)上接所述工控电脑(21)，下接所述继电器控制板(25)，所述继电器控制板(25)连接所述接触器(24)，所述接触器(24)用于控制所述真空泵和所述空气压缩机(111)的开闭；所述数据采集卡(23)用于采集所述全身暴露室内的压力、湿度、温度和氧气浓度；所述软件编程控制终端(27)用于编写程序并发送相应命令；所述RS485通信接口(26)连接着所述工控电脑(21)。

7.根据权利要求6所述的动物全身暴露系统，其特征在于，还包括安全屏蔽柜和真空微负压处理系统；所述安全屏蔽柜用于安装所述全身暴露室、所述气溶胶发生系统、所述采样系统、所述废气回收处理系统和所述控制系统以及所述真空微负压处理系统，所述真空微负压处理系统用于防止所述安全屏蔽柜内的泄露的气溶胶进入大气。

8.根据权利要求3所述的动物全身暴露系统，其特征在于，所述全身暴露室(88)包括中间段圆柱形腔体和上端圆锥形腔体以及下端圆锥形腔体；所述全身暴露室(88)内设置有与所述全身暴露室的第一端设置的气溶胶进口相连通的雾化扩散器(112)；

所述中间段圆柱形腔体的腔体壁上设置有所述压力传感器84、所述湿度传感器(85)、所述温度传感器(86)和所述氧气浓度传感器(87)以及所述气溶胶采样口(89)。

9.根据权利要求8所述的动物全身暴露系统，其特征在于，所述全身暴露室(88)还包括设置在底部的动物粪便收集处理系统，与所述下端圆锥形腔体的底端的废物出口连接。

10.根据权利要求8或9所述的动物全身暴露系统，其特征在于，在所述下端圆锥形腔体的同一水平面上的腔体壁上均匀设置有三个废气出口(90)。

11.根据权利要求9所述的动物全身暴露系统，其特征在于，所述动物粪便收集处理系统包括粪便收集箱(61)和废水处理系统；所述粪便收集箱(61)与所述废物出口连接，所述粪便收集箱(61)的底部设置有过滤网；所述粪便收集箱(61)内有粪便初步处理物质。

12.根据权利要求9所述的动物全身暴露系统，其特征在于，所述全身暴露室(88)还包括清洗系统，用于清洗试验后的全身暴露室。

13.根据权利要求12所述的动物全身暴露系统，其特征在于，所述清洗系统包括清洗液储存输送装置(44)、第一清洗阀开关(42)、第二清洗阀开关(43)、与所述第一清洗阀开关(42)相连通的清洗喷嘴(41)和与所述第二清洗阀开关(43)相连通的清洗喷头；所述清洗喷嘴(41)为多个，均布在所述中间段圆柱形腔体的顶端。

14.根据权利要求8所述的动物全身暴露系统，其特征在于，所述全身暴露室(88)内设置有第二紫外线消毒灯(81)、第二照明灯(82)和动物行为远程监控摄像头(83)。