CN113984962A - 一种吸入颗粒物呼吸检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于生物气溶胶研究技术领域，提供了一种吸入颗粒物呼吸检测装置及方法。该装置包括：颗粒物发生装置，用于产生选定尺寸的吸入颗粒物，并将所述吸入颗粒物导入暴露舱装置；暴露舱装置，用于提供实验动物和所述吸入颗粒物的暴露空间；检测设备，设置于暴露舱装置内，用于监测暴露舱装置内动物活动及各气体成分与颗粒物浓度；尾气收集与处理装置，连接暴露舱装置，用于处理实验尾气；以及连接暴露舱装置、检测设备和尾气收集与处理装置的控制系统。本发明提供实验动物正常的生活条件，减少外界干扰，同时实现多只实验动物同步暴露，并对尾气进行处理减少对实验人员健康的威胁及对环境的污染，具有重要意义。

Description

一种吸入颗粒物呼吸检测装置及方法

技术领域

本发明属于生物气溶胶研究技术领域，具体涉及一种吸入颗粒物呼吸检测装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

伴随着工业化进程逐步推进，可吸入颗粒物对人类构成的威胁也逐渐放大，可吸入颗粒物悬浮于空气中，可以被人体吸入，沉积在呼吸道、肺泡等部位从而引发疾病。颗粒物的直径越小，进入呼吸道的部位越深。10微米直径的颗粒物通常沉积在上呼吸道，5微米直径的可进入呼吸道的深部，2微米以下的可100％深入到细支气管和肺泡。为模拟人群在实际环境中吸入颗粒物的过程与影响，建立实验动物吸入颗粒物模型，全方位多系统评估可吸入颗粒物对人体的毒害作用，实验动物吸入颗粒物的呼吸装置的建立为这类研究提供了重要手段。

然而目前的吸入颗粒物实验动物模型建立主要采取鼻腔滴注或气管滴注的方法，实验动物的创伤性及机体应激反应对实验造成一定程度的干扰，且存在操作复杂、自动化程度低等问题，难以满足科研实验的需求，且目前存在的实验动物吸入颗粒物的呼吸装置多为单一实验动物暴露系统，缺少尾气处理环节，且存在实验动物不能正常活动的弊端，直接影响实验结果的准确性和重复性以及实验效率，因此，研发一种结构较为简单、安全且操作简便效率高的用于实验动物吸入颗粒物呼吸装置，提供实验动物正常的生活条件，减少外界干扰，同时实现多只实验动物同步暴露，并对尾气进行处理减少对实验人员健康的威胁及对环境的污染，具有重要意义。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种吸入颗粒物呼吸检测装置及方法，本发明充分模拟实验动物正常生活条件并能够实现多只实验动物同时暴露。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

第一个方面，本发明提供了一种吸入颗粒物呼吸检测装置。

一种吸入颗粒物呼吸检测装置，包括：

颗粒物发生装置，用于产生选定尺寸的吸入颗粒物，并将所述吸入颗粒物导入暴露舱装置；

暴露舱装置，用于提供实验动物和所述吸入颗粒物的暴露空间；

检测设备，设置于暴露舱装置内，用于监测暴露舱装置内动物活动及各气体成分与颗粒物浓度；

尾气收集与处理装置，连接暴露舱装置，用于处理实验尾气；

以及连接暴露舱装置、检测设备和尾气收集与处理装置的控制系统。

其中，颗粒物发生装置能够产生用于研究的特定颗粒物，并通过连接装置导入暴露舱装置中；实验动物于暴露舱装置中直接吸入颗粒物。检测设备位于暴露舱装置内，实时监测暴露舱内动物活动及各气体成分与颗粒物浓度，显示于控制系统，在控制系统进行调节；尾气收集与处理装置用于处理实验尾气，减少对空气的污染；避免了颗粒物鼻腔滴注或气管滴注的传统途径，减少了实验动物的创伤性及机体应激反应。

进一步的，所述颗粒物发生装置与暴露舱装置之间通过橡胶管连接，所述橡胶管连接所述颗粒物入口，所述颗粒物入口设置在暴露舱装置的顶部。

其中，所述暴露舱装置呈长方体，四个侧壁与底面由不锈钢材料合成，有效减少了材料对于颗粒物的吸附与残留，便于清洁，顶面为透明玻璃材料，使得光线能够正常进入暴露舱内，减少对实验动物的影响；暴露舱打开闭合方式呈上下开闭式，由两部分组成，分别为底面和四个侧壁组成的相连部分和顶面部分，颗粒物入口位于长方体暴露舱的八个顶点，对准长方体中心点倾斜进入暴露舱内，使暴露舱内颗粒物分布更加均匀。

进一步的，所述暴露舱装置的顶面中央设有通气孔，所述通气孔上覆盖筛网，用于阻止暴露舱装置内吸入颗粒物的流出，同时允许外界空气进入。

进一步的，所述暴露舱装置内设有至少一个可移动隔板，通过可移动隔板，针对实验动物的体型大小设置空间大小。

具体的，暴露舱装置内可以含有两个可移动不透明隔板将其分割成四个不同空间，针对不同实验动物体型大小可以对可移动隔板进行滑动调节，选择合适的空间大小，同时对多个实验动物进行暴露实验，，有效提高实验效率。

进一步的，所述可移动隔板的上方设有检测设备，所述检测设备包括摄像头和气体成分监测器。

具体的，摄像头将实时拍摄画面传至所述控制系统中，能够实时掌握实验动物状态，气体成分监测器部分能够实时监测暴露舱装置内空气各成分及颗粒物的浓度，实时数据显示于上述控制系统中。

进一步的，所述暴露舱装置的外部设有供水箱，所述暴露舱装置的每个空间内设有与供水箱连接的仿生型奶嘴。

具体的，若暴露舱装置内含有两个可移动不透明隔板将其分割成四个不同空间，那么暴露舱装置内四个空间中各设置一个仿生型奶嘴。

进一步的，所述暴露舱装置的每个空间内设有食槽，所述食槽包括翻盖，所述翻盖与食槽侧壁之间设有弹簧装置，食槽闭合时，弹簧处于原长状态。

具体的，若暴露舱装置内含有两个可移动不透明隔板将其分割成四个不同空间，那么暴露舱内四个空间中各设置一个食槽，食槽采用翻盖式设计，翻盖主体为玻璃材料，边缘覆盖硅胶布，增大摩擦力，减少意外打开的机率，翻盖与侧壁之间含有弹簧装置，正常情况下弹簧原长对应翻盖处于闭合状态，减少食物暴露对颗粒物浓度的影响，实验动物触及翻盖时，翻盖翻转实现动物进食，进食完毕后翻盖自动闭合。

进一步的，所述暴露舱装置的底面设有滑槽，每侧滑槽配置有固定塞，所述固定塞用于固定可移动隔板，所述可移动隔板的底部设有凹槽，所述凹槽与所述滑槽相匹配，使可移动隔板在滑槽上滑动。

具体的，若所述暴露舱装置内含有两个可移动隔板，其由不透明玻璃材料构成，暴露舱装置底面四周含有滑槽，每一侧滑槽配置有两个固定塞，隔板底部含有凹槽，可以在滑槽上滑动，可以根据具体实验动物体型调节空间大小，最终用固定塞固定可移动隔板；所述可移动隔板高度约为暴露舱装置高度的一半，两个可移动隔板高度稍有不同，较高可移动隔板中间设有凹槽，嵌套在较低可移动隔板上，增强装置灵活性的同时确保各个空间下侧的封闭性，既保证整个暴露舱装置内环境互通且相同，同时避免实验动物离开相应区域。

进一步的，所述暴露舱装置的底面设有筛网隔层，用于将实验动物粪便和尿液经筛网隔层存放至筛网隔层下方的储存器中。

具体的，所述暴露舱装置底面含有特质筛网隔层，实验动物在筛网隔层上活动，实验动物粪便和尿液可以通过筛网，存放在底部储存器中。

第二个方面，本发明提供了一种吸入颗粒物呼吸检测方法。

一种吸入颗粒物呼吸检测方法，采用第一个方面所述的吸入颗粒物呼吸检测装置，包括：

将实验动物置入暴露舱装置内；

向所述暴露舱装置内输入选定尺寸的吸入颗粒物，并使所述选定尺寸的吸入颗粒物在所述暴露舱装置内均匀分布，同时通过检测设备检测各气体成分与颗粒物浓度；

经预设时间后，检测所述实验动物暴露于所述暴露舱装置内吸入颗粒物后所受影响。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的吸入颗粒物呼吸检测装置可在实验室模拟多种颗粒物暴露情况，通过颗粒物发生装置产生不同颗粒物，可以应用于多个实验场景，应用范围广。

本发明的吸入颗粒物呼吸检测装置可以实验多只实验动物同时暴露处理，适用于豚鼠、兔子等中小型实验动物，彼此之间用隔板分离互不干扰。

本发明的暴露舱装置充分模拟了实验动物的正常生活条件，减少周围环境对其的影响。同时，食槽装置能够减少食物暴露对暴露舱装置内环境的影响。

本发明的尾气收集与处理装置能够对尾气进行处理，有效收集并处理危害性颗粒物，减少对空气的污染以及对实验人员的健康威胁。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明示出的吸入颗粒物呼吸检测装置之间各部分的连接图；

图2为本发明示出的暴露舱装置详解图；

图3为本发明示出的可移动隔板的结构图；

图4为本发明示出的暴露舱装置底面的结构详解图；

图5为本发明示出的暴露舱装置内食槽的结构详解图；

其中，1.颗粒物入口，2.仿生型奶嘴，3.食槽，4.覆盖以筛网的通气孔，5.检测装置，6.筛网隔层，7.隔板，8.气孔，9.储存器，10.隔板的滑槽，11.弹簧装置，12.固定塞，13.硅胶布。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“顶”、“底”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

实施例一

本实施例提供了一种吸入颗粒物呼吸检测装置。

第一个方面，本发明提供了一种吸入颗粒物呼吸检测装置。

一种吸入颗粒物呼吸检测装置，包括：

颗粒物发生装置，用于产生选定尺寸的吸入颗粒物，并将所述吸入颗粒物导入暴露舱装置；

暴露舱装置，用于提供实验动物和所述吸入颗粒物的暴露空间；

检测设备，设置于暴露舱装置内，用于监测暴露舱装置内动物活动及各气体成分与颗粒物浓度；

尾气收集与处理装置，连接暴露舱装置，用于处理实验尾气；

以及连接暴露舱装置、检测设备和尾气收集与处理装置的控制系统。

具体的，本实施例提供了一种用于实验动物吸入颗粒物呼吸装置，该装置包括：颗粒物发生装置、暴露舱装置、检测设备、尾气收集与处理装置、控制系统五部分，各部分之间的连接关系如图1所示。

其中，所述暴露舱装置含八个与颗粒物发生器相连的颗粒物入口 1，四个与供水箱连通的仿生型奶嘴2，四个食槽3，覆盖以筛网的通气孔(阻止颗粒物交换，允许空气交换)4，检测装置(含袖珍摄像头和气体成分监测器两部分)5，筛网隔层(分离粪便与尿液)6，隔板7(具体结构如图3所示)，与尾气收集与处理装置相连的气孔8，收集实验动物粪便与尿液的底部储存器9，底面带有隔板滑槽10及固定塞12，食槽3含有弹簧装置11与硅胶布13。

首先，根据选择实验动物并根据实验动物数目与其体型大小移动隔板7，隔板7由不透明玻璃材料构成，高度约为暴露舱装置高度的一半，两个隔板高度稍有不同，较高隔板中间设有凹槽，嵌套在较低隔板上，隔板7下端凹槽在滑槽10上移动，确定区域大小后，利用固定塞12固定隔板，防止因实验动物运动造成的隔板位置变化，滑槽与凹槽设计增强装置灵活性的同时确保各个空间下侧的封闭性，既保证整个暴露舱内环境互通且相同，同时避免实验动物离开相应区域。

接着，向供水箱内注入食用水，实验动物可通过仿生型奶嘴2摄取水分，向食槽3内倒入适量饲养食物，暴露舱内四个空间中各设置一个食槽3，食槽3采用翻盖式设计，翻盖主体为玻璃材料，边缘覆盖硅胶布13，增大摩擦力，减少意外打开的机率，翻盖与侧壁之间含有弹簧装置11，正常情况下弹簧11原长对应翻盖处于闭合状态，减少食物暴露对颗粒物浓度的影响，实验动物触及翻盖时，翻盖翻转实现动物进食，进食完毕后翻盖自动闭合，满足实验动物的饮水与饮食需求。

接着将实验动物放入暴露舱装置内，并盖好顶层盖子，覆盖以筛网的通气孔4保持开放，筛网能够阻止颗粒物进行交换，允许空气进行交换。实验动物的尿液与粪便可以透过筛网隔层6进入底部储存器 9，便于后续清理。

进一步的，颗粒物发生装置产生用于研究的特定颗粒物，通过橡胶管从入口1导入暴露舱装置中，入口1对准长方体中心点倾斜进入暴露舱内，使暴露舱内颗粒物分布更加均匀。

进而，位于较高隔板7上方的监测装置4能够实时监测暴露舱内实验动物的状态与气体成分，显示于控制系统。暴露处理结束后，控制系统控制与尾气收集与处理装置相连的气孔8从闭合状态转变为开放状态，将尾气导入尾气收集与处理系统，对尾气进行处理，有效收集处理颗粒物，减少对空气的污染以及对实验人员的健康威胁。

尾气收集与处理装置为长方体，由硅胶材料制成，能够检测装置内部压强并显示于控制系统，通过玻璃管与所述暴露舱装置连接，对尾气进行处理，有效收集处理颗粒物，减少对空气的污染以及对实验人员的健康威胁。

控制系统能够实时显示所述暴露舱装置与尾气收集预处理装置内的信息，并控制装置连接处与装置内部各个接口的开闭情况。

该装置具有结构简明、易于操作、体积较小、环保性高、安全实用等优点，避免了颗粒物鼻腔滴注或气管滴注的传统途径，减少了实验动物的创伤性及机体应激反应，同时能够实现多只实验动物同时进行处理，有效提高实验效率。装置可在实验室模拟多种颗粒物暴露情况，对多种中小型实验动物进行试验，如豚鼠、兔子等，可以应用于多个实验场景，应用范围广。

实施例二

本实施例提供了一种吸入颗粒物呼吸检测方法。

一种吸入颗粒物呼吸检测方法，采用实施例一所述的吸入颗粒物呼吸检测装置，包括：

将实验动物置入暴露舱装置内；

向所述暴露舱装置内输入选定尺寸的吸入颗粒物，并使所述选定尺寸的吸入颗粒物在所述暴露舱装置内均匀分布，同时通过检测设备检测各气体成分与颗粒物浓度；

经预设时间后，检测所述实验动物暴露于所述暴露舱装置内吸入颗粒物后所受影响。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种吸入颗粒物呼吸检测装置，其特征在于，包括：

颗粒物发生装置，用于产生选定尺寸的吸入颗粒物，并将所述吸入颗粒物导入暴露舱装置；

暴露舱装置，用于提供实验动物和所述吸入颗粒物的暴露空间；

检测设备，设置于暴露舱装置内，用于监测暴露舱装置内动物活动及各气体成分与颗粒物浓度；

尾气收集与处理装置，连接暴露舱装置，用于处理实验尾气；

以及连接暴露舱装置、检测设备和尾气收集与处理装置的控制系统。

2.根据权利要求1所述的吸入颗粒物呼吸检测装置，其特征在于，所述颗粒物发生装置与暴露舱装置之间通过橡胶管连接，所述橡胶管连接所述颗粒物入口，所述颗粒物入口设置在暴露舱装置的顶部。

3.根据权利要求1所述的吸入颗粒物呼吸检测装置，其特征在于，所述暴露舱装置的顶面中央设有通气孔，所述通气孔上覆盖筛网，用于阻止暴露舱装置内吸入颗粒物的流出，同时允许外界空气进入。

4.根据权利要求1所述的吸入颗粒物呼吸检测装置，其特征在于，所述暴露舱装置内设有至少一个可移动隔板，通过可移动隔板，针对实验动物的体型大小设置空间大小。

5.根据权利要求4所述的吸入颗粒物呼吸检测装置，其特征在于，所述可移动隔板的上方设有检测设备，所述检测设备包括摄像头和气体成分监测器。

6.根据权利要求4所述的吸入颗粒物呼吸检测装置，其特征在于，所述暴露舱装置的外部设有供水箱，所述暴露舱装置的每个空间内设有与供水箱连接的仿生型奶嘴。

7.根据权利要求4所述的吸入颗粒物呼吸检测装置，其特征在于，所述暴露舱装置的每个空间内设有食槽，所述食槽包括翻盖，所述翻盖与食槽侧壁之间设有弹簧装置，食槽闭合时，弹簧处于原长状态。

8.根据权利要求4所述的吸入颗粒物呼吸检测装置，其特征在于，所述暴露舱装置的底面设有滑槽，每侧滑槽配置有固定塞，所述固定塞用于固定可移动隔板，所述可移动隔板的底部设有凹槽，所述凹槽与所述滑槽相匹配，使可移动隔板在滑槽上滑动。

9.根据权利要求1所述的吸入颗粒物呼吸检测装置，其特征在于，所述暴露舱装置的底面设有筛网隔层，用于将实验动物粪便和尿液经筛网隔层存放至筛网隔层下方的储存器中。

10.一种吸入颗粒物呼吸检测方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的吸入颗粒物呼吸检测装置，包括：

将实验动物置入暴露舱装置内；

向所述暴露舱装置内输入选定尺寸的吸入颗粒物，并使所述选定尺寸的吸入颗粒物在所述暴露舱装置内均匀分布，同时通过检测设备检测各气体成分与颗粒物浓度；

经预设时间后，检测所述实验动物暴露于所述暴露舱装置内吸入颗粒物后所受影响。

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