CN107110877A - 涉及多浓度纳米粒子吸入毒性试验腔体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多浓度纳米粒子吸入毒性试验腔装置，提供如下的涉及多浓度纳米粒子吸入毒性试验腔装置：在一个腔外壳内部层迭多个粒子暴露模块，且各个粒子暴露模块形成相互独立的空间，可向各粒子暴露模块提供不同浓度的纳米粒子，从而可使投入到各粒子暴露模块中的试验动物暴露在相互不同浓度的纳米粒子中，因此可通过一个腔外壳执行不同浓度纳米粒子吸入毒性试验。不仅能够提高整体空间效率，还能够减少试验费用，即便在小型研究室等也能容易执行纳米粒子毒性试验，可根据使用者需要有选择地相互连通多个粒子暴露模块或者形成独立的空间，在不变更粒子暴露模块的配置结构的情况下即可调整应用粒子暴露模块的空间，能够容易执行更加多样且正确的纳米粒子吸入毒性试验。
Description
技术领域
本发明涉及多浓度纳米粒子吸入毒性试验腔体装置。更具体来说，涉及如下的多浓度纳米粒子吸入毒性试验腔体装置：在一个腔外壳内部层叠多个粒子暴露模块，且各个粒子暴露模块形成相互独立的空间，可向各粒子暴露模块提供不同浓度的纳米粒子，从而可使投入到各粒子暴露模块中的试验动物暴露在相互不同浓度的纳米粒子中，因此可通过一个腔外壳执行不同浓度纳米粒子吸入毒性试验，不仅能够提高整体空间效率，还能够减少试验费用，即便在小型研究室也能容易执行纳米粒子毒性试验，可根据使用者需要有选择地相互连通多个粒子暴露模块或者形成独立的空间，在不变更粒子暴露模块的配置结构的情况下即可调整应用粒子暴露模块的空间，能够容易执行更加多样且正确的纳米粒子吸入毒性试验。
背景技术
如果说20世纪是微米时代，那么21世纪可以说是纳米时代，纳米技术根据其应用领域可大体分为纳米材料、纳米组件以及环境和生命工学基础技术等。
这样的纳米技术，可人为操作原子或分子单位的极微细物质来制作具有新的性质和功能的物质或装置，当前这种技术作为实现信息技术(InformationTechnology：IT)及其他生命工学(biotechnology：BT)的尖端技术而受到推崇。
纳米技术虽然在整个工业领域可提供可被视作新的技术革命的优点和帮助，但在另一方面，其具有潜在危险性也是公知的，而这种潜在危险性就是纳米技术的特性引发的。
即，粒子越小有效表面积比例越大，这种有效表面积比例变大的粒子在与活体组织反应时其毒性增强，作为其一例，二氧化钛、碳粉末、柴油机微粒等几种纳米粒子尺寸越小，引发炎症的毒性就越强，这一点通过学术实验已得到证实。此外，超威细纳米粒子不会黏附在气管或粘膜上，而是能够深入到肺泡中或移动到脑部，进一步根据最近的多方研究有报告称在纳米粒子堆积到体内时，会引发疾病或中枢神经障碍。
因此，最近随着纳米技术的发展，对纳米技术的稳定性评价也在积极开展中，作为代表性一例，以多种动物为对象开展对纳米粒子堆积到人体内时所发生的毒性进行评价的纳米粒子吸入毒性试验。通过这种纳米粒子吸入毒性试验得到的人体有害性数据，在整个纳米纤维、化妆品、半导体、药物载体等产业中，作为对纳米粒子的基础数据而得到多种应用。
最近，随着这种纳米技术重要性的确立，不仅是对纳米粒子的吸入毒性的试验，还进行纳米粒子对人体的效能、稳定性、环境影响评价等多种形式试验，这些多种形式试验均在评价纳米粒子对人体的影响的这一点上大部分以与吸入毒性试验相同的方式进行，所以下面将这种对纳米粒子的多种试验统称为吸入毒性试验。
此外，纳米粒子以气雾剂状态存在，对纳米粒子的试验也可以同样适用于以气雾剂状态存在的亚微粒粒径的粒子，所以下面只要没有特别说明，纳米粒子以包含亚微粒粒子的概念使用。
对这种纳米粒子的吸入毒性试验，一般是通过如下方式进行：将纳米粒子以气雾剂状态生成后供给到一定大小的暴露腔体中，在这样的暴露腔体中投入试验动物来暴露在纳米粒子中后测定试验动物的多种变化状态。进一步具体来说，在一个腔外壳内部安装垂直塔形中控管，用于在内部投入试验动物的多个试验动物收容装置构成为与中空管连通结合的形态，在垂直塔形中空管中连接附加的粒子供给装置，从粒子供给装置生成的纳米粒子通过中空管向投入到各个试验动物收容装置中的试验动物供给。
为了得到纳米粒子的影响的更加多样且正确的试验结果，需要向投入试验动物的试验动物收容装置供给相互不同浓度的纳米粒子，为此一般采用具备多个如上所述的腔外壳，向各腔外壳内部配在的中空管及试验动物收容装置供给各不相同浓度的纳米粒子的方式。
这种方式的纳米粒子吸入毒性试验装置，为了供应相互不同浓度的纳米粒子，需要具备多个腔外壳，还需要具备空气循环设施等，其规模较大，且设置和运营费用昂贵，所以存在只有在专门性的研究机构和试验代理机构才能进行该试验，在大学实验室等小规模研究室不能广泛进行这种试验的问题。尤其是即便想要进行相对简单方式的小规模吸入毒性试验时也需要具备多个相当规模的腔外壳，所以不仅空间效率降低，还存在试验费用增加等问题，且由于暴露腔体的尺寸和配置结构等固定，在根据使用者的需求进行更加多样方式的试验时存在困难。
发明内容
[技术课题]
本发明是为了解决现有技术的问题而做出的，本发明的目的之一是提供一种如下的多浓度纳米粒子吸入毒性试验腔体装置：在一个腔外壳内部层叠多个粒子暴露模块，且各个粒子暴露模块形成相互独立的空间，可向各粒子暴露模块提供不同浓度的纳米粒子，从而可使投入到各粒子暴露模块中的试验动物暴露在相互不同浓度的纳米粒子中，因此可通过一个腔外壳执行不同浓度纳米粒子吸入毒性试验，不仅能够提高整体空间效率，还能够减少试验费用，即便在小型研究室等也能容易执行纳米粒子毒性试验。
本发明的其他目的是提供一种如下的多浓度纳米粒子吸入毒性试验腔体装置：可根据使用者需要有选择地相互连通多个粒子暴露模块或者形成独立的空间，在不变更粒子暴露模块的配置结构的情况下即可调整应用粒子暴露模块的空间，能够容易执行更加多样且正确的纳米粒子吸入毒性试验。
[课题解决方案]
本发明提供一种具有如下特征的纳米粒子吸入毒性试验腔体装置，包括：腔外壳；以及粒子暴露模块，配置在上述腔外壳内部，与用于供给纳米粒子的附加的粒子供给装置连接，各个的内部空间以暴露于纳米粒子中的方式投入试验动物，上述粒子暴露模块可以相互层叠多个，各个粒子暴露模块独立形成为通过上述粒子供给装置供给的纳米粒子的供给浓度相互不同，从而能够同时执行多种浓度的纳米粒子吸入毒性试验。
此时，上述粒子暴露模块可包括：内部壳体，形成为上端开放的中空管形态，在一侧形成用于从上述粒子供给装置被供给纳米粒子的粒子供给端口，在另一侧以使得纳米粒子向外部流动的方式形成粒子流动端口；外部壳体，形成为上端以及下端开放的中空管形态，且形成为包围上述内部壳体的外部空间，在与上述粒子流动端口对应的位置形成连接端口；以及试验动物收容装置，用于向内部空间投入试验动物，为了让通过上述粒子流动端口向外部流动的纳米粒子，能够通过上述连接端口向内部空间流入而插入结合到上述连接端口。
此外，上述内部壳体以及上述外部壳体能够以配合(fit)的方式上下层叠。
此外，在上述粒子暴露模块上下层叠的状态下，最上层的粒子暴露模块可通过附加的壳体盖关闭上述内部壳体以及上述外部壳体上端。
此外，在上述内部壳体上的下端部可形成有连通孔，以使得上述粒子暴露模块上下层叠的状态下上述内部壳体的内部空间相互连通，以能够开闭上述连通孔的方式安装连通孔开闭门。
此外，在形成于上述内部壳体上的粒子供给端口可安装用于开闭上述粒子供给端口的开闭阀。
[发明效果]
根据本发明，具有如下效果：在一个腔外壳内部层叠多个粒子暴露模块，且各个粒子暴露模块形成相互独立的空间，可向各粒子暴露模块提供不同浓度的纳米粒子，从而可使投入到各粒子暴露模块中的试验动物暴露在相互不同浓度的纳米粒子中，因此可通过一个腔外壳执行不同浓度纳米粒子吸入毒性试验，不仅能够提高整体空间效率，还能够减少试验费用，即便在小型研究室等也能容易执行纳米粒子毒性试验。
再有，具有如下效果：可根据使用者需要有选择地相互连通多个粒子暴露模块或者形成独立的空间，在不变更粒子暴露模块的配置结构的情况下即可调整应用粒子暴露模块的空间，能够容易执行更加多样且正确的纳米粒子吸入毒性试验。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的一实施例的纳米粒子吸入毒性试验腔体装置的结构的剖面图，
图2是示意性地表示本发明的一实施例的纳米粒子吸入毒性试验腔体装置的结构的俯视图，
图3是示意性地表示本发明的一实施例的粒子暴露模块的结构的剖面图，
图4是示意性地表示本发明的一实施例的粒子暴露模块的另一结构的剖面图，
图5是示意性地表示应用图4所示的粒子暴露模块的纳米粒子吸入毒性试验腔体装置的使用状态的一例的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。首先，对各附图的构成要素标注参照符号，对相同的构成要素，虽然表示在不同图中，但尽量应标注相同的标记。此外，在说明本发明时，当对相关公知结构或功能的具体描述可能会造成本发明的主要内容变得不清楚时，省略对其的详细说明。
图1是示意性地表示本发明的一实施例的纳米粒子吸入毒性试验腔体装置的结构的剖面图，图2是示意性地表示本发明的一实施例的纳米粒子吸入毒性试验腔体装置的结构的俯视图，图3是示意性地表示本发明的一实施例的粒子暴露模块的结构的剖面图。
本发明的一实施例的纳米粒子吸入毒性试验腔体装置包括：腔外壳(100)；以及配置在腔外壳(100)的内部空间的多个粒子暴露模块(200)。
腔外壳(100)形成为包围粒子暴露模块(200)的外部的形态，内部空间(101)可构成为与附加的吸泵(102)连接而形成负压。
粒子暴露模块(200)在内部空间形成暴露腔(C)，且与粒子供给装置(300)连接以向暴露腔(C)供给纳米粒子。各个暴露腔(C)中投入试验动物(T)以暴露在被供给的纳米粒子中。粒子暴露模块(200)包括内部壳体(210)、外部壳体(220)以及试验动物收容装置(230)，其详细说明将在后面描述。
这些粒子暴露模块(200)在腔外壳(100)内部以可相互层叠的方式具备多个，各个粒子暴露模块(200)分别独立形成，以便通过粒子供给装置(300)供给形成的纳米粒子的供给浓度可相互不同。
即，在从粒子供给装置(300)向各个粒子暴露模块(200)供给各不相同浓度的纳米粒子时，各个粒子暴露模块(200)相互独立形成，从而相互之间不发生纳米粒子的混合，随之保持相互不同的纳米粒子浓度。
根据这样的结构，向在一个腔外壳(100)内部配置的多个粒子暴露模块(200)供给相互不同浓度的纳米粒子，从而能够仅以一个腔外壳(100)就可同时执行多种浓度的纳米粒子吸入毒性试验。因此，不需要具备多个腔外壳(100)，不仅能够使得装置小型化，还能够提高空间效率，能够减少试验费用。
若进一步详细说明，粒子暴露模块(200)可包括内部壳体(210)、外部壳体(220)和试验动物收容装置(230)。
内部壳体(210)是上端开放，下端封闭的中空管形态，一侧形成粒子供给端口(212)用于从粒子供给装置(300)接受纳米粒子的供给，另一侧形成粒子流动端口(211)用于纳米粒子向外部流动。如图2所示，粒子供给端口(212)在内部壳体(210)的一侧形成1个，粒子流动端口(211)可沿着内部壳体(210)的圆周方向以一定间隔形成多个。
外部壳体(220)是上端及下端开放的中空管形态，形成为包围内部壳体(210)的外部空间，在内部壳体(210)的与粒子流动端口(211)对应的位置形成有连接端口(221)。即，沿着内部壳体(210)的圆周方向以一定间隔形成多个粒子流动端口(211)时，与此对应地，沿着外部壳体(220)的圆周方向形成多个连接端口(221)，各个连接端口(221)分别形成在与粒子流动端口(211)对应的位子。
内部壳体(210)以及外部壳体(220)形成为以配合的方式可上下层叠，为此，在各上端部形成台阶部(S1)，在下端部可形成突出部(S2)用以插入结合到台阶部(S1)。
试验动物收容装置(230)形成为可在内部空间投入试验动物(T)，并且分别插入结合到连接端口(221)以便通过粒子流动端口(211)向外部流动的纳米粒子可通过连接端口(221)流入内部空间。
这些粒子暴露模块(200)在腔体外壳(100)的内部以内部壳体(210)以及外部壳体(220)的上下层叠方式层叠多个，此时，最上层的粒子暴露模块(200)构成为可通过附加的壳体盖(250)封闭内部壳体(210)以及外部壳体(220)的上端。
如上所述，若粒子暴露模块(200)上下层叠，则如图1所示，内部壳体(210)的内部空间分别形成与各个相邻的粒子暴露模块(200)分开而独立的空间，其通过粒子流动端口(211)以及连接端口(221)与试验动物收容装置(230)连通。即，内部壳体(210)内部空间是从粒子供给装置(300)被供给纳米粒子的空间从此通过粒子流动端口(211)以及连接端口(221)向试验动物收容装置(230)供给纳米粒子。因此，内部壳体(210)内部空间和试验动物收容装置(230)形成向试验动物(T)暴露纳米粒子的一个暴露腔(C)。
此时，多个粒子暴露模块(200)的各个内部壳体(210)的内部空间形成相互独立的空间，各个暴露腔(C)形成相互不连通的独立空间，因此能够供各不相同浓度的纳米粒子。
即，如图1所示，在层叠4个粒子暴露模块(200)的情况下，从最上端起依次形成C1、C2、C3、C4暴露腔，各个暴露腔(C)中可分别从各个附加的粒子供给装置(300：310、320、330、340)供给相互不同浓度的纳米粒子。被供给到内部壳体(210)的内部空间的纳米粒子通过各个相应粒子流动端口(211)以及连接端口(221)被供给到各个试验动物收容装置(230)，并向各试验动物收容装置(230)内部投入的试验动物(T)暴露。
因此，向投入到各粒子暴露模块(200)的试验动物收容装置(230)的试验动物(T)分别从各粒子暴露模块(200)暴露相互不同浓度的纳米粒子，从而能够通过一个腔外壳(100)执行多种浓度的纳米粒子吸入毒性试验。
进一步仔细观察纳米粒子的流动。从各个附加的粒子供给装置(300：310、320、330、340)向各粒子暴露模块(200)的内部壳体(210)供给互不相同浓度的纳米粒子。此时，纳米粒子通过粒子供给端口(212)被供给到内部壳体(210)。被供给到内部壳体(210)的纳米粒子，通过粒子流动端口(211)以及连接端口(221)流入试验动物收容装置(230)内部而暴露于试验动物(T)。
投入到试验动物收容装置(230)内部的试验动物(T)，通过呼吸吸入纳米粒子，此时，为了得到正确的试验结果，试验动物(T)的呼气最好从试验动物收容装置(230)排出到外部。因此，结合到外部壳体(220)的连接端口(221)的试验动物收容装置(230)最好位于与内部壳体(210)的粒子流动端口(211)分开一定间隔的位置，通过这样的分开间隔使得试验动物(T)的呼气从试验动物收容装置(230)排出。
如图1的虚线所示，试验动物(T)的呼气通过连接端口(221)排出到外部壳体(220)的内部空间，由于外部壳体(220)形成为上下端开放的形态，所以在多个层叠的情况下不构成独立的空间而全部连通。因此，从各粒子暴露模块(200)的试验动物收容装置(230)排出的试验动物(T)的呼气在排出到各个外部壳体(220)的内部空间之后，排出到腔外壳(100)的内部空间。此时，腔外壳(100)上安装有附加的导向端口(240)，用于支撑多个粒子暴露模块(200)的同时使得试验动物(T)的呼气顺利从外部壳体(220)排出，这种导向端口(240)可以结合到最下层的粒子暴露模块(200)。此外，如前所述，腔外壳(100)的内部空间通过附加的吸泵(102)形成负压，从而能够使得试验动物(T)的呼气更加顺利地从粒子暴露模块(200)通过导向端口(240)排出到腔外壳(100)的内部空间。
通过上述结构，各粒子暴露模块(200)上分别独立形成用于投入试验动物(T)的暴露腔(C)，从而能够供给相互不同浓度的纳米粒子，因此能够执行多种浓度的纳米粒子吸入毒性试验，随之，试验动物(T)的呼气通过各粒子暴露模块(200)的连通空间均排出到腔外壳(100)内部空间，因此能够进行更加正确的纳米粒子吸入毒性试验。
特别是，如图1所示形成4层粒子暴露模块(200)的情况下，在最上层的粒子暴露模块(200)的暴露腔(C1)被供给作为比较对象标准的标准浓度的纳米粒子，依次其下层的粒子暴露模块(200)的暴露腔(C2、C3、C4)中则分别被供给低浓度、中浓度以及高浓度的纳米粒子，通过这些结构，可根据纳米粒子的浓度差异从多种观点试验对试验动物(T)的影响。
图4是示意性地表示本发明的一实施例的粒子暴露模块另一结构的剖面图，图5是示例性地表示应用图4所示的粒子暴露模块的纳米粒子吸入毒性试验腔体装置的使用状态的图。
如图4所示，本发明的另一实施例的粒子暴露模块(200)在内部壳体(210)的下端部形成连通孔(213)，且安装可开闭连通孔(213)的连通孔开闭门(214)。
此外，在形成于内部壳体(210)上的粒子供给端口(212)，以能够开闭粒子供给端口(212)的方式安装附加的开闭阀(215)。
根据这种结构，可在多个粒子暴露模块(200)上下层叠的状态下使得各个内部壳体(210)上形成的暴露腔(C)相互连通或形成独立空间，通过操作安装在粒子供给端口(212)上的开闭阀(215)，可向相互连通的暴露腔(C)以仅向形成于某一内部壳体(210)上的粒子供给端口(212)供给纳米粒子的方式，向相互连通的整个暴露腔(C)供给相同浓度的纳米粒子。
例如，如图5所示，可将粒子暴露模块(200)层叠5层，此时，例如，可将位于最下层和其上层的粒子暴露模块(200)的暴露腔(C4、C5)开放连通孔开闭门(214)来相互连通。此时，如图4中所说明，向最上层的粒子暴露模块(200)的暴露腔(C1)供给作为比较对象标准的标准浓度的纳米粒子，并依次向其下层的粒子暴露模块(200)的暴露腔(C2、C3)分别供给低浓度以及中浓度的纳米粒子，最下层及其上层的粒子暴露模块(200)的暴露腔(C4、C5)中则供给高浓度的纳米粒子。此时，最下层的粒子暴露模块(200)的粒子供给端口(212)上安装的开闭阀(215)进行封闭动作，只使位于其上层的粒子暴露模块(200)的粒子供给端口(212)上安装的开闭阀(215)进行开放动作，由此能够同时向2个暴露腔(C4、C5)供给纳米粒子。
如上所述的本发明的一实施例的纳米粒子吸入毒性试验腔体装置，使得多个粒子暴露模块200上的各个连通孔开闭门(214)以及开闭阀(215)有选择地进行开闭动作，以使得特定粒子暴露模块(200)相互连通或形成独立空间，从而可向相互连通的粒子暴露模块(200)供给相同浓度的纳米粒子。
因此，如图5所示，在根据使用者的需要，需要更多个体中对高浓度纳米粒子的吸入毒性试验结果时，通过连通暴露腔(C4)和(C5)，能够连接更多的试验动物收容装置(230)，因此能够得到更加多样且正确的试验结果。
如图5所示，与此不同，可将粒子暴露模块(200)的层叠高度进行多种变更，通过将各粒子暴露模块(200)上的连通孔开闭门(214)以及开闭阀(215)的开闭动作与否进行多种变更组合，能够根据用户需要执行多种方式的多个浓度纳米粒子吸入毒性试验。
以上说明仅仅示例性地说明本发明的技术思想，对于本发明所属技术领域的普通技术人员而言，可在不脱离本发明的本质特性的范围内进行多种修改和变形。因此，本发明所示的实施例不是为了限定本发明的技术思想，而仅仅是用于说明的，这些实施例不用于限定本发明的技术思想的范围。本发明的保护范围应根据下面的权利要求来解释，与此等同范围内的所有技术思想均应解释为包含在本发明的权利范围内。
Claims (6)
1.一种纳米粒子吸入毒性试验腔体装置，其特征在于，
包括：
腔外壳；以及
粒子暴露模块，配置在上述腔外壳内部，与用于供给纳米粒子的附加的粒子供给装置连接，各个的内部空间以暴露于纳米粒子中的方式投入试验动物，
上述粒子暴露模块可以相互层迭多个，各个粒子暴露模块独立形成为通过上述粒子供给装置供给的纳米粒子的供给浓度相互不同，从而能够同时执行多种浓度的纳米粒子吸入毒性试验。
2.根据权利要求1所述的纳米粒子吸入毒性试验腔体装置，其特征在于，
上述粒子暴露模块包括：
内部壳体，形成为上端开放的中空管形态，在一侧形成用于从上述粒子供给装置被供给纳米粒子的粒子供给端口，在另一侧以使得纳米粒子向外部流动的方式形成粒子流动端口；
外部壳体，形成为上端以及下端开放的中空管形态，且形成为包围上述内部壳体的外部空间，在与上述粒子流动端口对应的位置形成连接端口；以及
试验动物收容装置，用于向内部空间投入试验动物，为了让通过上述粒子流动端口向外部流动的纳米粒子，能够通过上述连接端口向内部空间流入而插入结合到上述连接端口。
3.根据权利要求2所述的纳米粒子吸入毒性试验腔体装置，其特征在于，
上述内部壳体以及上述外部壳体能够以配合的方式上下层迭。
4.根据权利要求2所述的纳米粒子吸入毒性试验腔体装置，其特征在于，
在上述粒子暴露模块上下层迭的状态下，最上层的粒子暴露模块通过附加的壳体盖关闭上述内部壳体以及上述外部壳体上端。
5.根据权利要求2所述的纳米粒子吸入毒性试验腔体装置，其特征在于，
在上述内部壳体上的下端部形成有连通孔，以使得上述粒子暴露模块上下层迭的状态下上述内部壳体的内部空间相互连通，以能够开闭上述连通孔的方式安装连通孔开闭门。
6.根据权利要求5所述的纳米粒子吸入毒性试验腔体装置，其特征在于，
在形成于上述内部壳体上的粒子供给端口安装用于开闭上述粒子供给端口的开闭阀。
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