CN205144789U - 一种基于物联网的动物copd模型实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于物联网的动物COPD模型实验装置，包括污染物制造箱、实验箱以及控制器；所述污染物制造箱与实验箱通过气泵连接，所述气泵还与大气连通；所述控制器内置有WIFI通信模块；所述污染物制造箱及实验箱内分别设置有传感器模块，所述传感器模块用于对所述污染物制造箱、实验箱内的污染物进行检测；所述污染物制造箱内还设置有紫外灯、污染物发生装置；所述传感器模块、污染物发生装置、紫外灯分别与所述控制器连接。本实用新型基于物联网原理通过实时监测实验箱内的污染物情况，控制气泵抽取新鲜空气或从污染物制造箱内抽取污染空气进入实验箱，实现恒定浓度污染空气的控制。

Description

一种基于物联网的动物COPD模型实验装置

技术领域

本实用新型提供一种基于物联网的动物COPD模型实验装置。

背景技术

近年来我国环境污染问题日益严重，据国家环境保护部发布的空气质量状况数据显示，2013年9月中国19个城市空气质量达标天数比例不足50％。2013年北京市PM2.5年均浓度(89.5μg/m3)为国家年均标准的2.6倍(35μg/m3)，WHO标准的8.95倍(10μg/m3)。《柳叶刀》杂志2012年发表的《全球疾病负担2010年报告》中指出2010年中国的室外空气污染导致120万人过早死亡，死亡人数几乎占全球此类死亡总数的40％。由此可见，空气污染对健康的影响已成为我国重要的公共卫生问题，针对细颗粒物造成的健康风险进行有效的测评、深入探讨其致病机制以及采用何种治疗应对措施，已成为我国生命科学及医学研究领域亟需解决的重大科学问题。慢性阻塞性肺疾病(chronicobstructivepulmonarydisease，COPD)逐渐成为严重危害人类健康的常见病、多发病而日益受到关注。

而细颗粒物与人类健康相关性研究目前存在两大瓶颈：

1)从生物效应研究角度，尚缺乏稳定的细颗粒物自然吸入动物疾病模型，难以准确进行大气污染物导致相关疾病的机制研究。目前国内外普遍通过人群流行病学、体外细胞培养以及动物气管滴注损伤进行细颗粒物与健康相关性研究。流行病学的研究优势在于通过整体大数据分析，提出细颗粒物暴露与疾病发生的关系。其不足之处在于由于人群个体基因差异及生活习惯不同所带来的个体差异，导致难以深入探讨疾病发生的机制；体外细胞培养可以直接进行机制性研究，然而由于生命过程中代谢、代偿等多方位调控体系的存在，单纯细胞体外研究存在明显局限，无法真正模拟机体生命特征；因此，最为合适的研究对象仍然是模拟人类疾病的动物模型。然而，由于细颗粒物获得的限制，目前通用的动物模型为——采集环境细颗粒物，通过水溶或脂溶后进行动物气管滴注，以使其进入肺部，达到模拟吸入的效果。但是，作为介质的水或有机溶剂，本身既会对肺，尤其是肺泡表面活性物的产生及其均匀分布造成损伤，而肺泡表面活性物质的产生及均匀分布是肺脏能够正常运行其外呼吸功能的基础，此类损伤往往超过研究对象自身(尤其在低剂量有害物研究中)而掩盖数据的真实性、可靠性。这也是当前细颗粒物与人类健康相关性研究的一个“瓶颈”。因此，建立动物细颗粒物模拟人类自然吸入损伤模型成为必要。

2)从细颗粒物获取角度，尚未建立细颗粒物恒定产生装置，使大气污染物导致相关疾病的机制研究受限。目前通用研究思路是：首先，细颗粒物获得主要利用大型仪器的现场富集采集；其次，通过对采集物的提取，高剂量毒染动物，获得损伤数据，提出疾病发生；再者，通过对采集物的分析，获得单一组分，进而进行致病机制研究。问题在于：①细颗粒物除了直接排入空气的一次颗粒物和环境中的气态污染物外，还存在经复杂化学反应转化生成的二次颗粒物。后者在不同季节、温度、大气环流等作用下，即便同一采集点，亦存在不同。因此，现场的动物实验势必存在实验的无法重复性，而无法重复的单次实验也就无法保证结果的真实可靠；②使用现场采集物进行的动物气管滴注毒染实验，存在上述采集物的不可重复性和动物实验方法的本底损伤影响；③进行机制研究的单一组分，往往是采集物中获得的含量较多的组分，但这可能不是危害最大的组分。一些微量甚至痕量的高危害物质无法获得，因此常出现混合污染物损伤明显高于纯化后单一组分损伤的情况，甚或产生的疾病机制也显著不同。因此，必须解决细颗粒物的发生问题，在一个相对恒定的、可人为调控的状态下进行分层解析。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种基于物联网的动物COPD模型实验装置，该装置利用污染物制造箱制造污染物，并利用气泵将污染物抽入实验箱内，可实时监测实验箱、污染物制造箱内的污染物成分、含量等情况，当试验箱内的污染物超过实验要求时可利用气泵抽取新鲜空气进入，当实验箱内污染物低于要求时，利用气泵将污染物制造箱内的污染物抽入实验箱内。

本实用新型提供的基于物联网的动物COPD模型实验装置，其特征在于：包括污染物制造箱、实验箱以及控制器；所述污染物制造箱与实验箱通过气泵连接，所述气泵还与大气连通；所述控制器内置有WIFI通信模块；所述污染物制造箱及实验箱内分别设置有传感器模块，所述传感器模块用于对所述污染物制造箱、实验箱内的污染物进行检测；所述污染物制造箱内还设置有紫外灯、污染物发生装置；所述传感器模块、污染物发生装置、紫外灯分别与所述控制器连接。本实用新型利用污染物制造箱内的污染物发生装置制造污染物，模拟大气污染，并利用紫外灯进行照射，形成二次污染物，利用传感器模块实时监测污染物制造箱、实验箱内的污染物的浓度、成分等信息，当试验箱内的污染物超过实验要求时可利用气泵抽取新鲜空气进入，当实验箱内污染物低于要求时，利用气泵将污染物制造箱内的污染物抽入实验箱内。本实用新型使得实验箱内被测试物，如小鼠，处于一个相对恒定的污染状态下，保证了实验的准确性。本实用新型的控制器内置WIFI通信模块，基于物联网原理，可利用手机、计算机、平板电脑等用户终端与控制器互联，实时监测、了解实验情况。

所述控制器与至少一个用户终端通过远端服务端实现互联网无线通信连接，控制器将传感器模块采集到的数据经过服务端传输给手机、计算机、平板电脑等用户终端，实现用户终端实时监测实验数据，可向控制器下发控制指令，如启动气泵抽取污染物进入实验箱等。

优选地，本实用新型所述传感器模块为氧气传感器、激光粉尘浓度传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、温湿度传感器中一种或多种；所述污染物发生装置为臭氧发生器、粉尘发生器、一氧化碳发生器、二氧化碳发生器中的一种或多种。根据实验的实际需要模拟的污染环境而配置不同的传感器和污染物发生器，实现组装使用，节约成本。

所述实验箱上还安装有扩音器，该扩音器与所述控制器连接，在实验过程中，可通过扩音器播放噪音或音乐，可模拟现实噪音环境。

为方便实验完成后及时将箱体内的污染气体排出，所述污染物制造箱、实验箱上还开设有可开启的排风口，该排风口加装有PM2.5滤膜，在实验时，排风口关闭，实验结束后，打开排风口排出无污染的气体。

所述污染物制造箱内设置有烟熏吸嘴，该烟熏吸嘴用于插接点燃的香烟，设置烟熏吸嘴方便模拟吸烟时产生的二手烟带来的危害。

为便于将被测试物放入实验箱，所述实验箱上开设有操作窗口，通过操作窗口放置被测试物后，关闭操作窗口。

本实用新型具有以下有益效果：(1)通过互联网可远程实时监测实验箱内的悬浮颗粒物浓度、温湿度、二氧化碳浓度、一氧化碳相对浓度、氧气相对浓度；控制气泵，泵入新鲜空气或一定浓度污染气体，造成恒定浓度的污染空气；(2)控制紫外线灯管，模拟污染物的光化学反应现象；并可模拟各种噪音；(3)采用物联网架构，随时随地远程无缝监控实验，可24小时、不限地点地实时监测实时控制，做到不间断无缝实验，解决了实验人员必须定时守候在实验仪器边的尴尬局面，大大提高了实验效率，让实验人员能够腾出精力做别的事情，临时有事、短期出差都不会影响实验的持续进行和数据的连续采集。(4)模块化设计，可根据实验需求任意增减传感器等部件，使用方便，结构简单，成本低廉。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型电气连接拓扑图。

图中：1-污染物制造箱；2-实验箱；3-控制器；4-气泵；5、6-传感器模块；7、8-排风口；9-操作窗口；10-紫外灯；11-污染物发生装置；12-烟熏吸嘴。

具体实施方式

如图1、2所示，本实用新型提供的基于物联网的动物COPD模型实验装置，包括污染物制造箱1、实验箱2、控制器3。

污染物制造箱1与实验箱2通过气泵4连接，气泵4还与大气连通；污染物制造箱1上开设有可开启的排风口8，排风口安装有PM2.5滤膜。污染物制造箱1内设置有烟熏吸嘴12、传感器模块6、紫外灯10、污染物发生装置11，点燃的香烟插入烟熏吸嘴12内，模拟吸烟产生的二手烟污染，传感器模块6为氧气传感器、激光粉尘浓度传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、温湿度传感器中一种或多种，也可以选用其他传感器，污染物发生装置11为臭氧发生器、粉尘发生器、一氧化碳发生器、二氧化碳发生器中的一种或多种，也可以选用其他污染物发生器，根据实际实验需要对传感器模块、污染物发生装置进行选择。实验箱2上开设有可开启的排风口7、操作窗口9，实验箱2内还设置由传感器模块5，传感器模块5为氧气传感器、激光粉尘浓度传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、温湿度传感器中一种或多种，也可以选用其他传感器，根据实际需要选配。实验箱2上还安装有扩音器(图中未示出)，利用扩音器播放噪音或音乐等，模拟噪音环境。传感器模块(5、6)、污染物发生装置11、紫外灯10、气泵4分别与控制器3连接，控制器3内置有WIFI通信模块，利用该WIFI通信模块与服务端通过互联网进行连接，实验人员可以利用手机、计算机、平板电脑等用户终端与远端服务端连接，通过远端服务，用户终端与控制器实现互联，获取传感器模块采集的数据，实时监测实验情况，并可向控制器下发控制指令，远端服务端作为数据、指令传输的媒介。

本实用新型工作时，控制器启动污染物发生装置，产生污染物，模拟大气污染，必要时，开启紫外灯进行照射，传感器模块8对污染物制造箱内的气体情况进行监测。实验人员通过操作窗口将被测试物，如小鼠等，放入实验箱内，启动气泵，将污染物制造箱内模拟制造的污染气体抽入实验箱。实验箱内的传感器模块5实时监测实验箱内的污染物情况，如果试验箱内的污染物超过实验要求时可利用气泵抽取新鲜空气进入，如果实验箱内污染物低于实验要求时，利用气泵将污染物制造箱内的污染物抽入实验箱内，通过根据实际监测情况来实时调整实验箱内的污染物情况，实现恒定浓度污染空气的控制。

Claims (8)

1.一种基于物联网的动物COPD模型实验装置，其特征在于：包括污染物制造箱、实验箱以及控制器；所述污染物制造箱与实验箱通过气泵连接，所述气泵还与大气连通；所述控制器内置有WIFI通信模块；所述污染物制造箱及实验箱内分别设置有传感器模块，所述传感器模块用于对所述污染物制造箱、实验箱内的污染物进行检测；所述污染物制造箱内还设置有紫外灯、污染物发生装置；所述传感器模块、污染物发生装置、紫外灯分别与所述控制器连接。

2.如权利要求1所述的基于物联网的动物COPD模型实验装置，其特征在于：所述控制器与至少一个用户终端通过远端服务端实现互联网无线通信连接。

3.如权利要求1或2所述的基于物联网的动物COPD模型实验装置，其特征在于：所述传感器模块为氧气传感器、激光粉尘浓度传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、温湿度传感器中一种或多种。

4.如权利要求1或2所述的基于物联网的动物COPD模型实验装置，其特征在于：所述污染物发生装置为臭氧发生器、粉尘发生器、一氧化碳发生器、二氧化碳发生器中的一种或多种。

5.如权利要求1或2所述的基于物联网的动物COPD模型实验装置，其特征在于：所述实验箱上还安装有扩音器，该扩音器与所述控制器连接。

6.如权利要求1或2所述的基于物联网的动物COPD模型实验装置，其特征在于：所述污染物制造箱、实验箱上还开设有可开启的排风口，所述排风口安装有PM2.5滤膜。

7.如权利要求1或2所述的基于物联网的动物COPD模型实验装置，其特征在于：所述污染物制造箱内设置有烟熏吸嘴，该烟熏吸嘴用于插接点燃的香烟。

8.如权利要求1或2所述的基于物联网的动物COPD模型实验装置，其特征在于：所述实验箱上开设有操作窗口。