CN104546217A - 实验动物气动雾化给药装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了实验动物气动雾化给药装置，其特征在于，所述给药装置包括分开设置的气雾发生单元和给药舱(6)，所述气雾发生单元包括药液罐(27)和设置有气动雾化器的雾化室(12)，其中气动雾化器通过气雾输出管道与给药舱(6)连接，并且其中所述给药舱的大小能够使所述实验动物自由活动。

Description

实验动物气动雾化给药装置

技术领域

本发明涉及实验动物气动雾化给药装置，属于动物给药装置领域。

背景技术

喷雾给药具有使药物吸收快，直接到达作用部位，吸收率高、药效迅速(30分钟见效)的优点。因为药物直接到达肺、气囊等病变部位而发挥作用，可避免药物对胃肠道的不良刺激，避免肝、胃肠道对药物的代谢降解作用。另外由于肺泡面积大，且有丰富的毛细血管，故可使药物迅速被吸收，使药物生物利用度接近100％。

同时，在大气污染物的生物毒性研究中，常见的实验动物模拟染毒方法对实验动物本身都存在不良影响。而在不限制实验动物自由活动的前提下，通过喷雾的方式模拟大气污染物，这种模拟染毒更贴近实际自然状态。因此研究药物的喷雾给药正日益增多地引起研究人员的注意。

为了使药物雾化，通常使用非加热型雾化器，以此避免过高温度的气雾对实验动物的影响。目前，公知的非加热型雾化器有气动雾化器和超声雾化器。

气动雾化器一般根据文丘里(Venturi)喷射原理，利用压缩空气通过细小管口形成高速气流，产生的负压带动液体或其它流体一起喷射到阻挡物上，在高速撞击下向周围飞溅使液滴变成雾状微粒从出气管喷出。另外一种特殊的气动雾化器是巴比顿(Babington)雾化器，适合高盐分试样，但雾化效率较低，应用较少。

文丘里效应的气动雾化器有如下优点：

原药雾化，不需稀释，临床效果好；几乎没有药物残留量，药物利用率高；雾化的颗粒超细，不易碰撞结合，容易进入气管、支气管、肺部等下呼吸道；雾化不需加热或添加任何化学试剂。

但以文丘里效应气动雾化器为主直接应用于实验动物时，存在以下不足：

不便沿用对人的给药方式到实验动物身上；药液温度受环境影响较大；无法确定给药量；机械噪音较大。

超声雾化器利用电子高频震荡，通过陶瓷雾化片的高频谐振，将液态水分子结构打散而产生自然飘逸的水雾。

超声雾化器有如下优点：

没有机械噪音，高频电子震荡对动物无害；雾化效率高；不需加热或添加任何化学试剂。

但直接应用于实验动物时，除了与气动雾化器有部分相同的不足之外，还包括：

产生的药物颗粒较大，所以大部分仅能沉积在口腔、喉部等上呼吸道，容易造成窒息；在支气管、肺部的沉积量很少，不能有效作用于下呼吸道。

由此可见，在对实验动物的下呼吸道进行给药时，气动雾化器比超声雾化器更有效。

但是，目前的雾化器大多数是为人类设计的，不便直接应用到实验动物身上。例如在实验室中，目前经常采用将实验动物固定，在其周围产生气雾使其吸入的方法。由于实验动物不能自由活动，所得的数据与自然状态下可能会有较大出入。

因此，目前急需一种克服上述缺点的实验动物气动雾化给药装置。

引证文献与资料：

董伟光.雾化吸入器分类、原理及常见故障分析[J].医疗设备.2013年6期69页.

孙超.空气混合污染物对大鼠呼吸道微生态影响的研究[D].吉林大学.2013年5月.

陈玉平.不同环境空气中颗粒物水平及其对肺功能的影响探讨[D].华中科技大学.2013年5月.

吴禹.可吸入颗粒物对呼吸道的致炎作用[D].重庆医科大学.2005年5月.

张勇，王亚南，迟戈.医用压缩式雾化器说明书注意事项分析[J].中国医疗器械信息.1006-6586(2012)10-0049-03.

高祥，蔡乐才.智能医用超声波雾化器的设计[J].四川理工学院学报.2010年23卷4期473页.

陈威.智能雾化器[D].中南大学.2004年12月.

发明内容：

本发明的目的在于提供一种能够具有下述特征的实验动物气动雾化给药装置：

1.能够使动物自由活动；

2.精确地控制药液温度；

3.精确地控制给药量；

4.减轻或消除气动雾化器的机械噪音，以及/或者减轻或消除外界噪音。

本发明通过提供下述实验动物气动雾化给药装置而实现，该给药装置包括分开设置的气雾发生单元和给药舱，所述气雾发生单元包括药液罐和设置有气动雾化器的雾化室，其中气动雾化器通过气雾输出管道与给药舱连接，并且其中所述给药舱的大小能够使所述实验动物自由活动。

其中，所述气雾输出管道可以设置有气体流量计，并且优选的是，给药装置可以包括功率调节单元，所述功率调节单元用于控制药液罐中的药液上液至气动雾化器和/或根据气体流量计(2)调节气动雾化器产生的气雾大小。

另外，雾化室(12)中设置有用于控制雾化室温度的传感器。而给药舱中设置有用于控制给药舱温度和湿度的传感器。

此外，实验动物气动雾化给药装置可以设置有时间控制单元，以控制给药时间。

另外，所述给药舱可以设置有照明单元。并且优选给药舱可以设置有灭菌单元，灭菌单元优选为紫外线灭菌单元。

优选的是，所述用于控制雾化室温度的控制单元、用于控制给药舱温度和湿度的控制单元以及时间控制单元可以由单片机控制。

另外，所述给药装置可以设置有排气装置，优选的是所述排气装置为空气泵。

所述给药装置还可以包括通过排气管道与所述给药舱连接的尾气处理装置。

其中，所述给药舱(6)的舱壁可以具有能够减轻或消除所述气动雾化器的机械噪音和/或外界噪音的消音材料。

此外，所述给药舱(6)中可以设置有水瓶(35)和饲料槽(36)以供所述实验动物饮用和食用。

在所述给药舱(6)中还可以设置有用于清洗气雾输出管道的水槽(30)，所述水槽(30)与雾化室气雾出口连通。

优选的是，所述气雾输出管道与所述给药舱(6)的底部相连，所述排气管道与所述给药舱(6)的顶部相连。

另外，所述排气管道中或排气管道口处设置有湿度传感器，以监视尾气是否排净。优选在给药舱(6)中也设置湿度传感器。

此外，所述给药舱设置有空气泵。所述气雾发生单元设置有空气压缩机。

本发明能够克服现有雾化器在动物活体实验中应用的不便，采用单片机控制文丘里气动雾化器，能够高效对实验动物的下呼吸道进行给药并防止实验动物窒息；可以控制气雾和给药环境的温度防止实验动物的气管痉挛；可以控制给药时间和气雾流量使给药过程量化；可以排出残余药雾，减少打开给药舱后对实验室的污染；可对气雾尾气进行初步处理，减少大气颗粒物污染；可对管路进行清洗，防止管路堵塞，减少药雾或药液的残留。

附图说明

图1为本发明的示例性实验动物气动雾化给药装置的外观示意图；

图2为上述示例性实验动物气动雾化给药装置的内部构造图；

图3为上述示例性实验动物气动雾化给药装置的的控制电路图；

图4为上述示例性实验动物气动雾化给药装置的的功能结构图。

附图标记：

1——进气口               2——气体流量计     3——紫外灯、白炽灯、清洗开关

4——透明刻度板           5——加水口         6——给药舱

7——舱门                 8——舱门把手       9——排气/清洗开关

10——冷凝器散热口        11——空气泵散热口  12——雾化室

13——电热套              14——排液口        15——液体电磁阀

16——功率调节开关        17——干湿指示灯    18——总电源开关

19——实时时间/温度       20——设置按钮      21——设定时间/温度

22——气动雾化器散热口    23——药液刻度板    24——尾气处理槽

25——尾气出口            26——进药口        27——药液罐

28——湿度传感器          29——电热丝        30——水槽

31——白炽灯              32——紫外灯        33——温度传感器

34——湿度传感器     35——水瓶          36——饲料槽

37——冷凝器         38——空气泵        39——连续式空气压缩机

40——进液管         41——散热风扇

具体实施方式

以下详细地描述本发明的实验动物气动雾化给药装置。

本发明的实验动物气动雾化给药装置，包括分开设置的气雾发生单元和给药舱，所述气雾发生单元包括药液罐和设置有气动雾化器的雾化室，其中气动雾化器通过气雾输出管道与给药舱连接，并且其中所述给药舱的大小能够使所述实验动物自由活动。给药舱是密闭的，但应该具有通向外界的气路出口(如排气管道)以避免实验动物窒息。

通过将气雾发生单元和给药舱分开设置，能够减轻气动雾化器的噪音。并且通过提供合适大小的给药舱的大小使所述实验动物自由活动，能够在接近自然的状态下监测喷雾药物对实验动物的影响。需要强调的是，本实验装置除了该目的之外，还可用于监测实验动物受空气中的飘浮着颗粒物(如PM2.5和PM10)和/或有害气体(如SO2、氮氧化合物)的影响。

在一个具体实施方式中，在气雾输出管道中可以设置有气体流量计，来监测气雾的流量。进而在给药装置中设置功率调节单元，来根据气体流量计的读数调节气动雾化器产生的气雾大小。功率调节单元还起着控制药液罐中的药液上液至气动雾化器的作用。

此外，为了控制气雾和给药环境的温度，在雾化室中设置用于控制雾化室温度的控制单元，在给药舱中设置用于控制给药舱温度的控制单元。

作为实例，在雾化室中的温度控制单元包括电热套，并结合单片机、温度传感器和温度设置模块实现自动化控制。电热套可以设置在雾化室的下方。

给药舱中的温度控制单元包括电热丝和冷凝器，并结合单片机、温度传感器和温度设置模块实现自动化控制。其中冷凝器优选设置在给药舱的下方外侧。由于实验时动物生活在给药舱中，因此给药舱中的温度控制单元同时包括加热单元和冷却单元以更好地调节给药温度。

另外，实验动物气动雾化给药装置可以设置有时间控制单元，以控制给药时间。时间控制单元包括实时时钟，并且结合时间设置模块和单片机实现给药时间的自动化控制。

此外，给药舱中还可以设置湿度传感器，以实时监测给药前、过程中或给药后的湿度。

在上述具体实施方式中，为了调节光照周期，可以为给药舱设置照明单元，例如白炽灯。另外，为了在实验前后对给药舱消毒，给药舱可以设置有灭菌单元，例如紫外线灭菌单元，如紫外灯。照明单元和紫外灯可以由继电器开关控制打开/关闭。

另外，为了排出残余药雾，减少打开给药舱后对实验室的污染，避免操作人员打开给药舱舱门后吸入药雾，给药装置可以设置有排气装置。例如将空气泵连接至给药舱。空气泵除了排出尾气之外，在实验中还可以泵入空气防止实验动物窒息。另外，如下文中详细说明的，实验后，空气泵还可以升高给药舱中的气压从而将水槽中的水通过气雾输出管道压入雾化室进行清洗。

给药装置的排气管道可以连接尾气处理装置。本领域技术人员可以根据所用的药物选择合适的尾气处理装置和尾气处理药剂，例如在酸性气雾的情况下可以选择碱金属和碱土金属的氢氧化物进行处理。在排气管道中或排气管道口处可以设置湿度传感器，以监视尾气是否排净。

另外，所述给药舱(6)的舱壁可以具有能够减轻或消除所述气动雾化器的机械噪音和/或外界噪音的消音材料。消音材料可以设置在给药舱的舱壁的内侧、外侧或之中。合适的消音材料包括吸音板、海绵、玻璃纤维棉、发泡胶。但本发明不限于这些材料，只要能起到消音作用且不影响实验动物的材料都可以使用，并可以组合使用其两种以上。

在又一具体实施方式中，给药舱(6)中可以设置有水瓶(35)和饲料槽(36)以供所述实验动物饮用和食用，特别是在实验需要长时间进行地情况下。

在实验过程中，气雾会粘附在雾化室和气雾输出管道上，如果不及时清洗的话，可能会对下一次的实验结果造成影响。因此在给药舱中还可以设置有用于清洗气雾输出管道的水槽，所述水槽与雾化室的气雾出口连通。在实验后，与给药舱中连通的空气泵可以升高给药舱中的气压从而将水槽中的水通过气雾输出管道压入雾化室进行清洗。另外，还可以通过向药液罐中注入水使其流到雾化室中，对雾化室进行清洗。通常，这两个过程可以同时进行。

有利的是，气雾输出管道与所述给药舱的底部相连，排气管道与所述给药舱的顶部相连。由于药液在雾化室经过预热后进入给药舱，这样气雾相对于给药舱的温度较高，而由于流体的温度越高，密度越小，所以气雾将自发上升，所以这种管道的连接设计有助于给药舱中气雾的流动。

从电路设计来看，本发明的实验动物气动雾化给药装置包括单片机、电源模块、参数设置模块、传感器模块、状态显示模块、气雾发生模块、排气/清洗模块、加热模块、降温模块、照明模块、实时时钟模块、电磁继电器模块、非易失性存储器模块和紫外线灭菌模块。

电源模块作为其他组成部分的公用电源，可以给出稳压交流电和直流电。发明人通过参数设置模块可以设定给药的时间和温度(药物温度和环境温度)，传感器模块向单片机反馈装置不同区域的温度、湿度状态，实时时钟为单片机程序运行提供时间参数。单片机通过电磁继电器模块控制加热模块和降温模块使装置实现设定的温度。单片机结合实时时钟通过电磁继电器模块控制气雾发生模块、照明模块来使装置实现定时通雾和照明的作用。气雾发生模块中有手动的功率调节开关，可以调节气动式雾化器的功率，实现上液或者产生不同大小的气雾。排气/清洗模块在正常通雾时用来排出尾气，在通雾结束后用来清除残余的含药物气雾和洗净管路中的残留药液，位于通气管路末端的手动开关控制通气管部分的清洗和清洗废液排出口末端的电磁阀，气雾发生模块的功率调节开关控制上液管部分的清洗。紫外线灭菌模块由手动开关控制紫外灯实现实验前或实验后装置中给药舱的灭菌。状态显示模块用来实时显示温度、剩余给药时间、给药舱光照状态、进气端口和尾气端口处的气体湿度状态。

下面结合附图来描述本发明装置的一个示例性实施方式及其使用过程。

使用装置前，先向给药舱的水瓶35和饲料槽36补充水和饲料，然后将实验动物放入给药舱6。

打开装置的总电源开关18，向进药口26加入药液，拧紧进药口26的盖子。

拧动功率调节开关16从“关”到“上液”，连续式空气压缩机39将空气压入药液罐27，药液受压力进入雾化室12，空气通过雾化室12进入给药舱6，避免实验动物窒息。

设置给药时间和温度21，雾化室12和给药舱6的温度感受器33(雾化室12中的温度感受器未示出)向单片机(未示出)反馈实时时间/温度，雾化室下方的电热套13以及给药舱中的电热丝29、冷凝器37一起实现设置的给药温度，装置显示设定时间/温度和实时时间/温度。

待温度达到设定之后，装置保持当前状态，等待下一步操作。

拧动功率调节开关16从“上液”到“雾化”并通过气体流量计2确定适宜大小，长按设置按钮20，开始计时。含药的气雾从雾化室12通过管道进入给药舱6底部，待给药舱6充满含药气雾后多余气雾从给药舱顶部管道进入尾气处理槽24，经初步处理后通过尾气出口25排入大气。

给药舱中的照明有两种方式，当按下“手动”开关后，白炽灯31打开，再次按动，白炽灯31关闭；若不按动，装置自动执行白炽灯开和关间隔12小时循环直到通雾时间达到设定时间。

当通雾时间达到设定时间后，气动雾化器(未示出)停止工作，给药舱6下方的空气泵38开始工作，将给药舱6中残留的气雾通过给药舱顶部管道排入尾气处理槽24，经初步处理后通过尾气出口25排入大气，向给药舱6中泵入空气还可以防止实验动物窒息。

当湿度指示灯显示给药舱和尾气处理槽“正常”时，表明给药舱6内含药气雾被清除，按动“清洗”开关按钮，给药舱6下方的空气泵38停止工作，取出实验动物。

对实验动物的通雾结束后，取出水瓶35和饲料槽36，清洁给药舱内部，按动“UV”开关，给药舱中紫外灯32打开，照射一段时间后自动关闭。

关闭舱门7，向水槽30和药液罐27中注入适量蒸馏水，拧紧口盖，将“排气/清洗”开关9从“排气”旋转到“清洗”，尾气排出管关闭，水槽30与雾化室12气雾出口联通，再次将功率调节开关16拧到“上液”并按动“清洗”开关按钮，给药舱6下方的空气泵38开始工作，将水槽30中的水通过气雾输出管道压入雾化室12。同时，连续式空气压缩机39将药液罐27中的水压入雾化室12，排液口14处的液体电磁阀15此时处于开放状态，雾化室12内的水通过排液口14排出，以此完成装置的清洗。当排液口不在流出液体时，再次按动“清洗”开关9按钮，给药舱6下方的空气38泵、连续式空气压缩机39和液体电磁阀15关闭。

待紫外灯32结束照射自动关闭后，关闭总电源开关18，结束本次装置的使用。

本发明的实验动物气动雾化给药装置具有下述有益效果。

1.本装置采用气动雾化器，产生的气雾颗粒更细小，可以更有效地抵达实验动物的下呼吸道同时避免了实验动物的窒息。功率调节器可以用来调节气动雾化器的实际功率，使气雾产生量变大或者变小。

2.给药时间设置模块、单片机和实时时钟模块结合可以设置装置工作时间和实现装置工作的自动化。

3.给药温度设置模块、单片机、继电器开关、药液加热装置、给药舱加热装置、冷凝器和温度传感器结合可以设置药液和给药舱温度并自动保持在适宜范围内，利于实验动物生存并避免实验动物因吸入低温气体导致的器官痉挛。

4.装置的给药舱中放置有饮水瓶和饲料槽，实验动物在给药舱中可自由活动。

5.装置在结束通雾后，会自动排出给药舱中残留的药雾，避免操作人员打开给药舱舱门后吸入药雾，也可避免给实验室内造成气体污染。

6.装置具有通雾管路清洗功能，可以减少药物在管路中的残留以及雾化室内喷嘴的堵塞。

提供对本发明的实施方式的前述描述是为了说明和描述的目的。并非试图穷尽本发明所披露的精确形式或将本发明限制于所披露的精确形式。显然，许多改进和变化对于本领域技术人员是显而易见的。选择并描述所述实施方式是为了能够最好地解释本发明的原理及其实际用途，由此使得本领域的其他技术人员能够理解适用于预计的特定用途的本发明的各种实施方式和各种改进方案。本发明的范围由下述权利要求及其等同物所限定。

Claims (10)

1.实验动物气动雾化给药装置，其特征在于，所述给药装置包括分开设置的气雾发生单元和给药舱(6)，所述气雾发生单元包括药液罐(27)和设置有气动雾化器的雾化室(12)，其中气动雾化器通过气雾输出管道与给药舱(6)连接，并且其中所述给药舱的大小能够使所述实验动物自由活动。

2.如权利要求1所述的实验动物气动雾化给药装置，其特征在于，所述气雾输出管道设置有气体流量计(2)，优选的是，

所述给药装置包括功率调节单元，所述功率调节单元用于控制药液罐中的药液上液至气动雾化器和/或根据气体流量计(2)调节气动雾化器产生的气雾大小。

3.如权利要求1所述的实验动物气动雾化给药装置，其特征在于，所述雾化室(12)中设置有用于控制雾化室温度的温度控制单元；和/或

所述给药舱中设置有用于控制给药舱温度的温度控制单元；和/或

所述实验动物气动雾化给药装置设置有时间控制单元，以控制给药时间。

4.如权利要求1所述的实验动物气动雾化给药装置，其特征在于，所述给药舱(6)设置有照明单元；和/或

所述给药舱(6)设置有灭菌单元，优选紫外线灭菌单元。

5.如权利要求3所述的实验动物气动雾化给药装置，其特征在于，所述用于控制雾化室温度的温度控制单元、用于控制给药舱温度的温度控制单元以及时间控制单元由单片机控制。

6.如权利要求1所述的实验动物气动雾化给药装置，其特征在于，所述给药装置设置有排气装置，优选的是所述排气装置为空气泵；更优选的是，

所述给药装置还包括通过排气管道与所述给药舱(6)连接的尾气处理装置(24)。

7.如权利要求6所述的实验动物气动雾化给药装置，其特征在于，所述给药舱(6)的舱壁具有能够减轻或消除所述气动雾化器的机械噪音和/或外界噪音的消音材料。

8.如权利要求1所述的实验动物气动雾化给药装置，其特征在于，所述给药舱(6)中设置有水瓶(35)和饲料槽(36)以供所述实验动物饮水和取食；和/或

所述给药舱(6)中还设置有用于清洗气雾输出管道的水槽(30)，所述水槽(30)与雾化室气雾出口连通。

9.如权利要求6所述的实验动物气动雾化给药装置，其特征在于，所述气雾输出管道与所述给药舱(6)的底部相连，所述排气管道与所述给药舱(6)的顶部相连，这种管道的连接设计有助于给药舱中气雾的流动；和/或

所述排气管道中或排气管道口处设置有湿度传感器，以监视尾气是否排净。

10.如权利要求1所述的实验动物气动雾化给药装置，其特征在于，所述给药舱(6)中设置有湿度传感器；和/或

所述给药舱(6)设置有空气泵；和/或

所述气雾发生单元设置有空气压缩机。