CN112807127A - 一种可控粒径气溶胶发生暴露装置 - Google Patents
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Abstract
一种可控粒径气溶胶发生暴露装置，包括动物暴露仓、气溶胶粒径分级系统、进排气高效过滤系统、气体控制系统、气溶胶稀释系统、采样系统、环境监测系统、中小型实验动物口鼻暴露系统和计算机控制系统。本发明装置填补了现有技术中无法对特定粒径范围气溶胶粒子的生物学效应进行评价的技术空白，不仅可开展不同粒径气溶胶传播扩散能力评价，还可进行不同浓度不同粒径气溶胶粒子的动物暴露感染，有利于深入系统研究微生物气溶胶的感染致病和传播扩散机制。该装置还可进行豚鼠、雪貂等中小实验动物在不同粒径下的微生物气溶胶口鼻暴露实验研究。整个装置可以放置在生物安全柜中操作，降低了微生物气溶胶逃逸风险，确保了生物安全性。
Description
技术领域
本发明属于生物气溶胶研究技术领域，涉及一种可控粒径气溶胶发生暴露装置。
背景技术
流感病毒、SARS病毒和新型冠状病毒等均为呼吸道传播病毒，空气传播是其重要传播途径之一。感染者通过说话、咳嗦、喷嚏等方式均可排出大量飞沫或生物气溶胶，粒径范围100nm-100μm不等，粒径5μm以上通常称之为飞沫，沉降较快，无法长时间漂浮在空气中，但病毒载量较高；粒径5μm以下通常称之为可呼入气溶胶，可被人体吸入至中下呼吸道，从而引发感染，其本身的病毒载量较低，但是可呼入气溶胶可在空气中悬浮很长一段时间，并可随气流飘散至远处。究竟哪一粒径范围的飞沫或可吸入气溶胶在病毒的传播过程中起着更加重要的作用，目前尚不清楚，缺少相应的评价装置。
目前的动物暴露感染主要分为全身暴露感染与口鼻暴露感染，进行动物暴露感染时通常采用的是广谱粒径的气溶胶发生器，无法探究特定粒径范围的气溶胶在动物体内的沉积规律以及产生的感染致病效应。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，制造一种可控粒径气溶胶发生，并进行动物暴露感染的实验装置。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种可控粒径气溶胶发生暴露装置，包括动物暴露仓、气溶胶粒径分级系统、进排气高效过滤系统、气体控制系统、气溶胶稀释系统、采样系统、环境监测系统、中小型实验动物口鼻暴露系统和计算机控制系统。
所述动物暴露仓为仓体结构，由左右两个暴露仓组成，主体材质SUS316L，防腐蚀，易清洗，门体材料采用透明PC板设计，方便观察气溶胶发生状态及实验动物状态，两端舱体均设置可开关门，用于实验动物、设备进出；左右暴露仓大小相同，暴露仓尺寸326x300x300mm；两个仓体，分别设置2个采样口，一个用于生物气溶胶采样，另一个用于气溶胶粒子浓度实时监测。左端暴露仓体设置气溶胶入口和稀释气体入口；两个仓体，均能实时显示内部温度、湿度、氧气及二氧化碳浓度；动物暴露舱内部器件具有防止动物撕咬设计；动物暴露舱均设置照明灯，紫外灯，具有防撕咬设计；动物暴露舱体顶部设置混匀风扇；右端暴露仓体设置可开启式旁路出口，旁路出口连接口鼻暴露系统，可实现中小型实验动物的口鼻暴露；
所述气溶胶粒径分级系统连接所述动物左端暴露仓和动物右端暴露仓，采用六级粒径切割方案，中间安装1级气溶胶切割片，2级气溶胶切割片，3级气溶胶切割片，4级气溶胶切割片，5级气溶胶切割片，直至6级气溶胶切割片全部安装，所述气溶胶切割片可拆卸更换，各级气溶胶切割片之间通过螺纹进行连接，通过优质硅胶O型圈进行密封；所述气溶胶粒径分级系统可切割出如下粒径范围的气溶胶≤7μm；≤4.7μm；≤3.3μm；≤2.1μm；≤1.1μm；≤0.65μm；
所述进排气高效过滤系统位于所述的动物暴露仓两侧；进气高效过滤系统位于所述动物左端暴露仓左侧，采用1级高效过滤器；排气高效过滤系统位于所述动物右端暴露仓右侧，采用2级高效过滤器；所述进排气高效过滤系统过滤级别为H14级，过滤效率大于99.999％；
所述气体控制系统包括气溶胶流量控制系统、稀释气体流量控制系统、采样流量控制系统、总抽气流量控制系统和口鼻暴露气流量控制系统；所述气体控制系统中的流量控制器自身具有伺服阀，流量不受压力变化的影响；
所述气溶胶稀释系统连接气溶胶发生器与所述动物左端暴露仓，可引入定量的洁净稀释空气，对气溶胶发生器发生出的气溶胶进行稀释；
所述采样系统位于所述动物暴露仓的左右两个暴露仓体上，所述采样系统设置2个采样口，所述采样口一个用于生物气溶胶采样，可在计算机控制系统上设定采样流量和采样时间，自动进行采样操作；另一个采样口可用于气溶胶粒子浓度实时监测；
所述环境监测系统位于所述动物暴露仓的左右两个暴露仓内部，包括温度监测系统、湿度监测系统、压差监测系统、氧气浓度监测系统和二氧化碳浓度监测系统；
所述中小型实验动物口鼻暴露系统为一小型仓体结构，位于左端暴露仓上方与右端暴露仓相连接，可适用豚鼠或雪貂等中小型实验动物的口鼻暴露。通过接头和气路的设计，满足口鼻暴露的需求。
所述计算机控制系统连接整体装置控制系统，具备方案管理、用户管理、参数设定、流量控制(能够控制载气流量、稀释流量、采样流量、抽气流量)、实时曲线、历史曲线、曲线详细查看、报表记录、报警记录、打印、数据导出功能。
本发明装置填补了现有技术中无法对特定粒径范围气溶胶粒子的生物学效应进行评价的技术空白，不仅可开展不同粒径气溶胶传播扩散能力评价，还可进行不同粒径气溶胶粒子的动物暴露感染，有利于深入系统研究微生物气溶胶的感染致病和传播扩散机制。该装置可进行豚鼠、雪貂等中小型实验动物的口鼻暴露实验研究，可以放置在生物安全柜中操作，确保了生物安全性。
附图说明
图1是所述可控粒径气溶胶发生暴露装置的设计原理图
图2是所述可控粒径气溶胶发生暴露装置的结构示意图。
图中：1动物暴露仓；2气溶胶粒径分级系统；3进排气高效过滤系统；4气体控制系统；5采样系统；6环境监测系统；7中小型实验动物口鼻暴露系统；8气溶胶发生系统；9气溶胶稀释系统；10照明及紫外系统；11混匀风扇。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步说明。
如图1所示，一种可控粒径气溶胶发生暴露装置，动物暴露仓1、气溶胶粒径分级系统2、进排气高效过滤系统3、气体控制系统4、采样系统5、环境监测系统6、中小型实验动物口鼻暴露系统7、气溶胶发生系统8、气溶胶发生系统9、照明及紫外系统10和混匀风扇11。
所述气溶胶流量控制系统控制范围0-50L，重复性±0.2％，测量精度±1.0％，线性精度±0.5％，流量控制器自身具有伺服阀，流量不受压力变化的影响；所述稀释气体流量控制系统控制范围0-60L，重复性±0.2％，测量精度±2.0％，线性精度±1.5％，流量控制器自身具有伺服阀，流量不受压力变化的影响；所述采样流量控制系统控制范围0-60L，重复性±0.2％，测量精度±1.5％，线性精度±1.5％，流量控制器自身具有伺服阀，流量不受压力变化的影响；所述总抽气流量控制系统控制范围0-60L，重复性±0.2％，测量精度±2.0％，线性精度±1.5％，流量控制器自身具有伺服阀，流量不受压力变化的影响；所述口鼻暴露气流量控制系统控制范围0-60L，重复性±0.2％，测量精度±2.0％，线性精度±1.5％，流量控制器自身具有伺服阀，流量不受压力变化的影响。
所述温度监测系统测量范围0～100℃，分辨率：0.1℃；所述湿度监测系统测量范围0～100％RH，分辨率：0.1％RH；所述压差监测系统测量范围-500Pa～500Pa，分辨率：1Pa；所述氧气浓度监测系统包括一氧气传感变送器，测量范围0～25％，分辨率：0.1％；所述二氧化碳浓度监测系统包括一二氧化碳传感变送器，测量范围0～5％，分辨率：0.01％。
实施例1：不同粒径气溶胶的传播效率
在左端暴露仓1内饲养受感染的实验动物，将健康的实验动物放在中小型实验动物口鼻暴露系统7或者右端暴露仓1内，开启气体控制系统4、环境监测系统6和混匀风扇11，使左仓内受感染动物排出的气溶胶粒子通过气溶胶粒径分级系统2由左端暴露仓传播至右端暴露仓内，进而进行动物的暴露感染。测定当筛选不同粒径气溶胶时，右端健康动物的感染情况，进而获得最有利于传播的气溶胶粒径范围。
实施例2：不同粒径气溶胶的感染致病能力
在左端暴露仓1内开启气溶胶发生系统8发生微生物气溶胶，将健康的实验动物放在中小型实验动物口鼻暴露系统7或者右端暴露仓1内，开启气体控制系统4和环境监测系统6，使左仓内广谱粒径的气溶胶粒子通过气溶胶粒径分级系统2由左端暴露仓传播至右端暴露仓内，进而进行动物的暴露感染。测定当筛选不同粒径气溶胶时，右端健康动物的感染致病情况，进而获得最有利于感染致病的气溶胶粒径范围。
实施例3：不同浓度气溶胶的感染致病能力
在左端暴露仓1内开启气溶胶发生系统8发生微生物气溶胶，同时开启气溶胶稀释系统9，对所发生的气溶胶进行不同浓度的稀释。将健康的实验动物放在中小型实验动物口鼻暴露系统7或者右端暴露仓1内，开启气体控制系统4和环境监测系统6，使左仓内不同浓度的气溶胶粒子通过气溶胶粒径分级系统2由左端暴露仓传播至右端暴露仓内，进而进行动物的暴露感染。测定当产生不同浓度气溶胶时，右端健康动物的感染致病情况，进而获得引起感染致病的最低气溶胶浓度。
Claims (2)
1.一种可控粒径气溶胶发生暴露装置，其特征在于，包括动物暴露仓、气溶胶粒径分级系统、进排气高效过滤系统、气体控制系统、气溶胶稀释系统、采样系统、环境监测系统、中小型实验动物口鼻暴露系统和计算机控制系统；
所述动物暴露仓为仓体结构，由左右两个暴露仓组成，门体材料采用透明PC板，方便观察气溶胶发生状态及实验动物状态，两端舱体均设置可开关门，用于实验动物、设备进出；左右暴露仓大小相同，尺寸为330mm x 330mm x 300mm，便于模拟实验动物正常活动状态；两个仓体，分别设置2个采样口，所述采样口一个用于生物气溶胶采样，另一个用于气溶胶粒子浓度实时监测；所述左端暴露仓体设置气溶胶入口和稀释气体入口；所述两个仓体，均能实时显示内部温、湿度、氧气及二氧化碳浓度；所述动物暴露舱内部器件具有防止动物撕咬设计；所述动物暴露舱均设置照明灯，紫外灯，具有防撕咬设计；所述动物暴露舱体顶部设置混匀风扇；所述右端暴露仓体设置可开启式旁路出口，所述旁路出口连接口鼻暴露系统，可实现中小型实验动物的口鼻暴露；
所述气溶胶粒径分级系统连接所述动物左端暴露仓和动物右端暴露仓，采用六级粒径切割方案，中间安装1级气溶胶切割片，2级气溶胶切割片，3级气溶胶切割片，4级气溶胶切割片，5级气溶胶切割片，直至6级气溶胶切割片全部安装，所述气溶胶切割片可拆卸更换，各级气溶胶切割片之间通过螺纹进行连接，通过优质硅胶O型圈进行密封；所述气溶胶粒径分级系统可切割出如下粒径范围的气溶胶≤7μm；≤4.7μm；≤3.3μm；≤2.1μm；≤1.1μm；≤0.65μm；
所述进排气高效过滤系统位于所述的动物暴露仓两侧；进气高效过滤系统位于所述动物左端暴露仓左侧，采用1级高效过滤器；排气高效过滤系统位于所述动物右端暴露仓右侧，采用2级高效过滤器；所述进排气高效过滤系统过滤级别为H14级，过滤效率大于99.999％；
所述气体控制系统包括气溶胶流量控制系统、稀释气体流量控制系统、采样流量控制系统、总抽气流量控制系统和口鼻暴露抽气流量控制系统；所述气体控制系统中的流量控制器自身具有伺服阀，流量不受压力变化的影响；
所述气溶胶稀释系统连接气溶胶发生器与所述动物左端暴露仓，可引入定量的洁净稀释空气，对气溶胶发生器发生出的气溶胶进行稀释；
所述采样系统位于所述动物暴露仓的左右两个暴露仓体上，所述采样系统设置2个采样口，所述采样口一个用于生物气溶胶采样，可在计算机控制系统上设定采样流量和采样时间，自动进行采样操作；另一个采样口可用于气溶胶粒子浓度实时监测；
所述环境监测系统位于所述动物暴露仓的左右两个暴露仓内部，包括温度监测系统、湿度监测系统、压差监测系统、氧气浓度监测系统和二氧化碳浓度监测系统；
所述计算机控制系统连接整体装置控制系统。
2.如权利要求2所述的一种可控粒径气溶胶发生暴露装置，其特征在于，装置还设有中小型实验动物口鼻暴露系统，为一小型仓体结构，位于左端暴露仓上方与右端暴露仓相连接，适用单只豚鼠或雪貂等中小型实验动物的口鼻暴露；通过接头和气路的设计，满足口鼻暴露的需求；动物暴露仓的右端仓体设置可开启式旁路出口，所述旁路出口连接口鼻暴露系统，实现中小型实验动物的口鼻暴露。
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