CN205404534U - 一种可精确控制感染量的动物气溶胶暴露实验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种可精确控制感染量的动物气溶胶暴露实验系统，该系统包括：气溶胶发生单元、气溶胶采样单元和内部环境监测单元，气溶胶发生单元、气溶胶采样单元和内部环境监测单元分别连接系统的暴露舱。气溶胶发生单元包括：克里森发生器分别连接蠕动泵、孔口流量计I、过滤器I和过滤器II，蠕动泵与储液瓶连接，孔口流量计I依次连接气容I、喷雾泵、过滤器III。气溶胶采样单元包括：抽气泵、气容II、孔口流量计II、过滤器IV、分水滤气器和吸收瓶依次采用硅胶管进行连接，吸收瓶设置在暴露舱内。本实用新型可提供稳定的喷雾和采样流量，保证气溶胶发生的均一稳定，采样准确，精确控制感染量。

Description

一种可精确控制感染量的动物气溶胶暴露实验系统

技术领域

本实用新型属于吸入特性研究领域，具体涉及一种可精确控制感染量的动物气溶胶暴露系统。

背景技术

随着国际环境、卫生、医学等毒理学的发展和越来越多的研究机构对吸入染毒实验的研究。各种吸入染毒实验设备层出不穷。我国也在加紧研发这一领域的相关实验设备。吸入染毒一词是来自于英文“Inhalation”，这一词仅指经口鼻的暴露染毒，国际上多以Inhalation统称染毒技术。但仅就实验的原理、方式等，我们称之为暴露染毒(exposure)。

动物暴露实验设备的研制需要根据实验动物种类和个数、染毒物质理化性质、染毒方式、染毒过程中所需监测的参数以及染毒物质的再回收或处理方式等因素，针对特定的实验要求定制的特殊设备。设备在保证实验操作的方便性的同时还要注重实验过程的准确性，保证喷雾、采样流量的精准。染毒设备的分类，如根据暴露的部位和方式，可分为：全身暴露染毒设备；口鼻吸入暴露染毒设备；离体细胞暴露染毒设备；不同类型的染毒设备，如果根据其系统组成来看又几乎具有相同或相似的结构单元，如，系统动力单元——空气压缩机；染毒物质供给单元——发生器；染毒物质暴露染毒单元——暴露舱；染毒过程环境监测控制单元——监测单元；样品分析取样单元以及染毒物质回收处理单元等。

本实用新型涉及的动物口鼻吸入染毒暴露系统是将动物的口鼻暴露在染毒物质的环境下。实验动物被放置在一个特制动物支架内，动物支架被固定在暴露舱内，并与舱室形成良好的进气废气独立通道，通过控制暴露舱内的物质浓度实现对动物的暴露染毒实验。动物口鼻吸入染毒暴露系统可广泛应用于药物、化学品、农药安全评价领域，吸入免疫领域，动物呼吸性疾病造模和药效实验领域，环境评价领域，放射性物质危害评估及防护领域，军事医学、航天医学领域。现有暴露系统主要存在以下两方面缺陷：一是在采样计时初期采样流量不稳定，会造成染毒物质气溶胶浓度计算上的误差；二是在发生气溶胶时，克里森发生器的压力还没达到要求的压力值时，克里森发生器内就有染毒物质溶液存在，造成起始阶段雾化效果不好。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种自动化动物气溶胶暴露实验系统，以精确控制感染量，实时监控实验数据。

一种可精确控制感染量的动物气溶胶暴露实验系统，该系统包括：气溶胶发生单元、气溶胶采样单元和内部环境监测单元，气溶胶发生单元、气溶胶采样单元和内部环境监测单元分别连接系统的暴露舱。

进一步的，气溶胶发生单元包括：克里森发生器、蠕动泵、孔口流量计I、过滤器I、过滤器II、喷雾泵、储液瓶、气容I和过滤器III，所述克里森发生器分别连接蠕动泵、孔口流量计I、过滤器I和过滤器II，蠕动泵与储液瓶连接，孔口流量计I依次连接气容I、喷雾泵、过滤器III，所述连接均采用硅胶管进行连接，克里森发生器的喷雾口设置在暴露舱内。

所述克里森发生器用于染毒物质如药物、菌液等的雾化、气溶胶的形成；所述蠕动泵用于从储液瓶向克里森发生器内添加染毒物质，可以控制添加的时机在孔口流量计I检测到流量稳定后，不同于现有技术：在启动喷雾之前即添加；所述孔口流量计I用于检测喷雾泵的出气流量及压力；所述过滤器I用于过滤进入克里森发生器内的空气；所述过滤器II用于过滤进入克里森发生器内的空气；所述喷雾泵用于产生克里森发生器喷雾所需要的动力；所述储液瓶用于储存需要雾化的染毒物质溶液；所述气容I用于稳定喷雾泵发生的气流；所述过滤器III用于过滤进入喷雾泵并最终进入克里森发生器的外界空气。

进一步的，气溶胶采样单元包括：抽气泵、气容II、孔口流量计II、过滤器IV、分水滤气器和吸收瓶，所述抽气泵、气容II、孔口流量计II、过滤器IV、分水滤气器和吸收瓶依次采用硅胶管进行连接，吸收瓶设置在暴露舱内。

所述抽气泵用于为气溶胶的采样提供气体动力；所述气容II用于稳定采样气流；所述孔口流量计II用于测量采样气流的流量及压力；所述过滤器IV用于净化染毒气溶胶，防止染毒物质进入抽气泵并被排出；所述分水滤气器用于除掉气路中的水份，防止其对后续的零部件造成影响。

进一步的，所述吸收瓶数量为两个，分别为平衡吸收瓶和采样吸收瓶，平衡吸收瓶和采样吸收瓶分别通过接嘴I和接嘴II连接到夹管阀I和夹管阀II上，夹管阀I和夹管阀II通过三通与分水滤气器相连。

所述采样吸收瓶用于吸收染毒气溶胶内的染毒物质；所述平衡吸收瓶用于平衡气路阻力。

进一步的，平衡吸收瓶和采样吸收瓶在相同的采样流量下产生的阻力相等。

进一步的，所述过滤器I、过滤器II、过滤器III和过滤器IV均为高效过滤器，对0.3μm以上粒子过滤效率为99.99％。

进一步的，内部环境监测单元包括：氧气传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器和中央处理器，氧气传感器、温度传感器、湿度传感器和压力传感器分别经模数转换器与中央处理器连接。

氧气传感器、温度传感器、湿度传感器和压力传感器均设置于暴露舱内，分别用于实时采集暴露舱内的氧气含量、温度、湿度和压力数据，并将这些数据经模数转换后传送至中央处理器，中央处理器对这些数据进行分析、处理及储存。通过这些数据可以对暴露动物的生命体征进行分析，例如当检测到暴露舱内部氧气含量过低时，应停止实验，防止由于氧含量过低造成暴露动物的死亡。

本实用新型提供的自动化的、准确的动物暴露染毒实验系统，相比于现有技术，其优点主要在于：

1.全程实验实现自动化控制，防止人为误差的出现。

2.可以精确控制染毒的量，并有采样系统做过程控制，增加整个实验系统的确定性。传统技术在采样计时初期采样流量不稳定，会造成染毒物质气溶胶浓度计算上的误差；本系统中通过增加一个吸收瓶做压力平衡可以使采样过程始终处在一个稳定的采样流量下，使得计算得到的染毒量更加准确。

3.传统技术在发生气溶胶时，先向克里森发生器内添加染毒物质溶液，然后通过喷雾泵向克里森发生器内加压，由于克里森发生器的特点，在初始阶段压力未能达到要求压力时，雾化效果不好；本系统通过蠕动泵来添加染毒物质溶液，发生气溶胶时首先启动喷雾泵，待孔口流量计I检测得到的压力达到要求后，再通过蠕动泵向克里森发生器内加入染毒物质溶液可以保证整个实验过程中良好的雾化效果。

4.具有丰富的传感器，可以实时监控、记录实验过程中的详细数据并及时作出相应处理。

附图说明

图1气溶胶发生单元的气路连接图；

图2气溶胶采样单元的气路连接图；

图3监测单元连接关系结构示意图。

图中：1-克里森发生器；2-过滤器I；3-孔口流量计I；4-气容I；5-喷雾泵；6-过滤器III；7-蠕动泵；8-储液瓶；9-过滤器II；10-抽气泵；11-气容II；12-孔口流量计II；13-过滤器IV；14-分水滤气器；15-平衡吸收瓶；16-采样吸收瓶；17-接嘴I；18-接嘴II；19-夹管阀I；20-夹管阀II。图中箭头表示气体或液体的流动方向。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图对本实用新型做进一步详细说明。

一种可精确控制感染量的动物气溶胶暴露实验系统，该系统包括：气溶胶发生单元、气溶胶采样单元和内部环境监测单元，气溶胶发生单元、气溶胶采样单元和内部环境监测单元分别连接系统的暴露舱。

如图1所示的气溶胶发生单元，包括：克里森发生器1、蠕动泵7、孔口流量计I3、过滤器I2、过滤器II9、喷雾泵5、储液瓶8、气容I4和过滤器III6。克里森发生器1分别连接蠕动泵5、孔口流量计I3、过滤器I2和过滤器II9，蠕动泵7与储液瓶8连接，孔口流量计I3依次连接气容I4、喷雾泵5、过滤器III6。其中的连接方式均为采用硅胶管进行连接，克里森发生器1的喷雾口设置在暴露舱内。

如图2所示的气溶胶采样单元，包括依次采用硅胶管连接的抽气泵10、气容II11、孔口流量计II12、过滤器IV13和分水滤气器14，分水滤气器14以三通与夹管阀I19和夹管阀II20连接，夹管阀I19和夹管阀II20分别通过接嘴I17和接嘴II18连接平衡吸收瓶15和采样吸收瓶16，平衡吸收瓶15和采样吸收瓶16设置在暴露舱内。平衡吸收瓶15和采样吸收瓶16在相同的采样流量下产生的阻力相等。

如图3所示的内部环境监测单元，包括：氧气传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器和中央处理器。氧气传感器、温度传感器、湿度传感器和压力传感器分别经模数转换器与中央处理器连接。氧气传感器、温度传感器、湿度传感器和压力传感器均设置于暴露舱内，分别用于实时采集暴露舱内的氧气含量、温度、湿度和压力数据，并将这些数据经模数转换后传送至中央处理器，中央处理器对这些数据进行分析、处理及储存。通过这些数据可以对暴露动物的生命体征进行分析，例如当检测到暴露舱内部氧气含量过低时，应停止实验，防止由于氧含量过低造成暴露动物的死亡。

上述系统的工作流程如下：

气溶胶喷雾流程中：首先称量一定体积的染毒物质溶液(体积及浓度根据实验需求设计)加入到储液瓶8内。启动喷雾后，喷雾泵5首先启动，将经过高效过滤器III6过滤后的空气，经过气容I4、孔口流量计I3后排进克里森发生器1。待孔口流量计I3检测的流量稳定，压力达到喷雾要求后，启动蠕动泵7，将储液瓶8内的染毒物质溶液添加到克里森发生器1内，此时开始启动计时，精确控制暴露时间。克里森发生器1内的染毒物质溶液在喷雾泵5的压力下，雾化为染毒气溶胶排出。

根据克里森发生器的原理，为了达到比较良好的雾化效果，必须要达到相应的压力，在本实例中，是等到压力达到喷雾要求后，才向克里森发生器内添加染毒物质溶液，因此可以保证良好的雾化效果。

在采样过程中：采样吸收瓶16添加吸收液用于吸收采样得到的染毒气溶胶，平衡吸收瓶15添加清水用于做阻力平衡，两个吸收瓶阻力完全一致。启动采样后，夹管阀I19首先打开，夹管阀II20关断，气流经过平衡吸收瓶15流经分水滤气器14，将高湿度的气体除水，然后经过高效过滤器IV13过滤掉气体内的染毒物质，后经过孔口流量计II12进行流量测量，再经过气容II11稳定气流，最后由抽气泵10的排气口排出。当孔口流量计II12处测得的流量稳定后(与设定流量值偏差在±2.5％以内且持续30秒以上)夹管阀切换，夹管阀I19关断，夹管阀II20打开，此时气流经过采样吸收瓶16进入采样气路内，染毒气溶胶经过采样吸收瓶16后，染毒物质溶解在吸收液内。当夹管阀切换后开始计时，到达设定时间后，抽气泵10停止抽气。根据采样时间、流量折算得到采样体积，根据吸收液内的染毒物质含量得到发生的气溶胶的染毒物质浓度。

现有技术中的采样系统由于采用单个吸收瓶采样，在采样起始阶段流量会出现较大的波动，使得最终折算得到的浓度有误差，而采样时间越短不稳定时间占的比例越大，误差也就越大。而本系统的优点在于：消除了由于气路压力造成的采样流量在采样起始阶段不稳定的影响。由于平衡吸收瓶15在正式采样前已经将气流稳定在一个很稳定的数值范围内，因此在正式采样开始时采样吸收瓶16采集到的即为稳定的气流，不会被开始的不稳定气流影响采样体积，从而影响细染毒物质浓度的计算，因而可以精确控制气溶胶的感染浓度及感染量。

Claims (10)

1.一种可精确控制感染量的动物气溶胶暴露实验系统，其特征在于，所述系统包括：气溶胶发生单元、气溶胶采样单元和内部环境监测单元，气溶胶发生单元、气溶胶采样单元和内部环境监测单元分别连接系统的暴露舱。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气溶胶发生单元包括：克里森发生器(1)、蠕动泵(7)、孔口流量计I(3)、过滤器I(2)、过滤器II(9)、喷雾泵(5)、储液瓶(8)、气容I(4)和过滤器III(6)，所述克里森发生器(1)分别连接蠕动泵(7)、孔口流量计I(3)、过滤器I(2)和过滤器II(9)，蠕动泵(7)与储液瓶(8)连接，孔口流量计I(3)依次连接气容I(4)、喷雾泵(5)、过滤器III(6)，所述克里森发生器(1)的喷雾口设置在暴露舱内。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述过滤器I(2)和过滤器II(9)的性能参数为：对0.3μm以上粒子过滤效率为99.99％。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述气溶胶采样单元包括：抽气泵(10)、气容II(11)、孔口流量计II(12)、过滤器IV(13)、分水滤气器(14)和吸收瓶，所述抽气泵(10)、气容II(11)、孔口流量计II(12)、过滤器IV(13)、分水滤气器(14)和吸收瓶依次连接，吸收瓶设置在暴露舱内。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述吸收瓶数量为两个，分别为平衡吸收瓶(15)和采样吸收瓶(16)。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述平衡吸收瓶(15)和采样吸收瓶(16)分别通过接嘴I(17)和接嘴II(18)连接到夹管阀I(19)和夹管阀II(20)上，夹管阀I(19)和夹管阀II(20)通过三通与分水滤气器(14)相连。

7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述平衡吸收瓶(15)和采样吸收瓶(16)在相同的采样流量下产生的阻力相等。

8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述过滤器III(6)和过滤器IV(13)的性能参数为：对0.3μm以上粒子过滤效率为99.99％。

9.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述内部环境监测单元包括：氧气传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器和中央处理器，氧气传感器、温度传感器、湿度传感器和压力传感器分别经模数转换器与中央处理器连接。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述氧气传感器、温度传感器、湿度传感器和压力传感器均设置于暴露舱内。