CN211793596U - 实验室用小鼠颗粒物暴露舱装置 - Google Patents

Abstract

实验室用小鼠颗粒物暴露舱装置。本装置由暴露系统(暴露舱)、颗粒物发生系统、采集系统、调节系统以及控制显示系统几部分组成。本装置通过调节颗粒物发生系统实现对暴露舱内颗粒物粒径的控制。暴露舱顶部设有颗粒物过滤装置，在阻止暴露舱内外颗粒物进出的同时，保证暴露舱内外的气体交换。调节系统与控制显示系统连接，当室内氧气含量低于设定值时，自动向暴露舱送气，以保证充足的氧气。本装置最大的优势在于，通过控制显示系统实现不同系统之间的关联，应用计算机技术自动维持暴露舱内颗粒物浓度的稳定，并保证适宜的生存条件，从而实现在实验室内模拟研究自然条件下一定浓度PM2.5、PM10等颗粒物对小鼠经呼吸系统、皮肤等途径暴露情况。

Description

实验室用小鼠颗粒物暴露舱装置

技术领域

本实用新型装置主要应用于实验室模拟大气环境中一定浓度PM2.5,PM10等污染物对小鼠的暴露情况。

背景技术

PM2.5(微尘)和PM10(飘尘)分别是指空气动力学当量直径在2.5微米和10微米以下的颗粒物，它们均属于可吸入颗粒物，其中PM2.5又称为可入肺颗粒物。另外，空气中大多数有机污染物具有比较高的辛醇分配系数，导致其在悬浮颗粒物中的浓度普遍偏高。可吸入颗粒物在空气中悬浮时间较长，被人吸入后，会积累在呼吸系统中，引发许多疾病。因此，PM2.5于2012年被列入8小时浓度限值监测指标。

小白鼠作为一种哺乳动物，是最常见的实验动物，占实验用动物的90％以上，被广泛应用于医药、生产疫苗和生物药品检验等各个领域，这是由于小白鼠具有基因序列与人类相似、数量充足、易于饲养等优点。

用小鼠模拟空气中PM2.5、PM10对生物体的暴露过程，研究不同粒径不同组分的颗粒物经皮肤、经呼吸系统等不同暴露途径，在小鼠体内的积累特征，毒性特征等，并经过计算推理，应用于相关环境标准等政策的制定。

目前市面上缺少实验用小鼠暴露舱模拟装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是为实验室模拟研究自然环境中大气颗粒物PM2.5、PM10对小鼠的暴露过程，提供一种自动化和稳定的实验室用小鼠颗粒物暴露舱，弥补现有技术的不足。

本实用新型的技术方案

实验室用小鼠颗粒物暴露舱装置，主要包括暴露系统、颗粒物发生系统、采集系统、调节系统以及控制显示系统五部分组成。

其中暴露系统即暴露舱由密闭非透明玻璃箱体组成，舱体是大小1m×1m×1m的立方体，采用的是由六面不透明玻璃材质粘合组成，其中箱体前侧玻璃有一个密闭良好且可开合的玻璃门，不透明设计可以减少外界环境对于小鼠的干扰，玻璃材质可以减少颗粒物在暴露舱侧板上的吸附，也便于清理；发生系统由与暴露舱内部连通的颗粒物发生器和与颗粒物发生器连接的液压器构成，舱体四个侧面同一水平高度均有一个与颗粒物发生器连通的接口，以保证小鼠在暴露过程中颗粒物均匀分布。采集系统由颗粒物浓度监测仪和空气质量监测仪构成；调节系统由与暴露舱内部连通的过滤盒以及与过滤盒连接的抽气泵构成；控制显示系统由计算机和与计算机分别连接的两个控制器(LPC可编程控制器)构成，第一控制器分别连接发生系统中的液压器和采集系统中的颗粒物浓度监测仪连接，第二控制器分别连接调节系统中的抽气泵和采集系统中的空气质量监测仪。

在暴露舱前侧面板外侧装有供水箱，舱体前侧面板有3个仿生奶嘴，并与供水箱连通，共同构成供水装置，以保证小鼠的饮水需要，同时避免经口暴露对实验的干扰；舱体一侧底部有一个可开合的侧口，侧口内用于放置推拉式饲喂槽，方便定时对小鼠进行饲喂，同时避免了饮食暴露对试验结果的干扰；舱体一侧面板还设有一个可开合的颗粒物采样器接口，可以连接颗粒物采样器，便于检测和验证暴露舱内的颗粒物浓度；舱体顶部有一个占顶部面积80％的颗粒物过滤装置，该过滤装置可以在保证空气交换的同时，防止颗粒物溢出，滤芯可以定期更换。舱体内底部有一个筛网隔层，可以支撑小鼠的自由活动，同时漏过粪便和尿液，为小鼠提供干净的活动空间。底部面板上角落较低的位置开有一个废液排出口，排出口上设置过滤网，漏下的尿液可以通过排出口及其上过滤网被收集在瓶子中。

其中发生系统由液压器、颗粒物发生器组成(也可以更换成其他颗粒物发生系统组合)。所述颗粒物发生器与暴露舱通过橡胶管连接，颗粒物从发生器被输送到暴露舱四个侧面同一水平高度的四个入口；颗粒物浓度监测仪的采样探头设在暴露舱内与小鼠同一水平面高度上的位置。液压器预先把干粉颗粒压入柱状进料槽，形成可被刮削器刮削的柱形粉饼，颗粒物发生器由计算机精确控制调节实验物质的刮削参数，如刮削器的旋转速率、进料速率等，是一款全自动粉末颗粒物发生器。

其中采集系统由颗粒物浓度监测仪和空气质量监测仪组成。颗粒物浓度监测仪内部配有数据记录系统和光散射激光光度计，抽气泵，可供气溶胶数值的实时观测。监测仪的采样探头位于与舱内与小鼠同一高度位置，以便测得的浓度更接近小鼠暴露的真实值。空气质量监测仪主要监测舱内温度、湿度、氧气含量。采集系统的输入端与暴露舱连接，输出端与控制器连接。

其中控制显示系统由控制器和计算机组成。控制器是指LPC可编程控制器，与计算机连接并相互作用，由计算机控制。计算机可以显示整个系统的状态参数，并编辑和设定相关程序，对整个系统进行控制。控制器的输入端与采集系统相连，输出端与发生系统和调节系统相连。计算机对各个系统的控制和协调通过LPC可编程控制器实现，当颗粒物浓度低于设定值下限，计算机启动发生系统开始工作，当颗粒物浓度达到设定值上限时，计算机控制相关程序停止工作。同理，当氧气含量测定值低于设定值的下限时，计算机控制调节系统抽气泵开始工作，当氧气含量达到设定值上限，由LPC控制器控制的调节系统停止抽气。其中调节系统由抽气泵和过滤盒组成，过滤盒类似防毒面具的活性炭滤毒盒或N95滤芯棉，过滤盒吸附颗粒物、吸收有害气体，起到净化空气作用，可以定期更换。抽气泵的输入端与控制器相连，输出端与暴露舱相连，由氧气含量调控。

本实用新型的优点和有益效果如下：

1、该装置可在实验室模拟大气中PM2.5、PM10等颗粒物对于小鼠经皮肤暴露和经呼吸系统暴露的暴露过程，并对暴露结果进行评估。

2、颗粒物发生装置和颗粒物浓度监测装置通过计算机和LPC可编程控制器调控处理，在完成暴露的同时实现了自动化。

3、外挂式的供水箱以及推拉式的饲喂槽，在保证小鼠饮食的同时，排除了经口暴露对实验结果的干扰。

附图说明

图1为实验室用小鼠颗粒物暴露舱装置详解图；

图2为实验室用小鼠颗粒物暴露舱装置系统结构图。

图中，1.玻璃箱体(暴露舱)，2.颗粒物发生器，3.液压器，4.控制器(第一控制器4-1，第二控制器4-2)，5.颗粒物浓度检测仪，6.收集瓶，7.废液排出口(过滤网)，8.供水装置，9.颗粒物过滤装置，10.过滤盒，11.抽气泵，12.采样口，13.饲喂槽，14.空气质量监测仪，15.筛网隔层，16.计算机。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案、优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施过程、以及适用范围进行详细描述。

附图和实施例仅仅用于揭示本实用新型装置内容，供需要和熟悉该技术的人了解，对于本装置中使用的仪器型号，以及不同组件安装的位置具体位置，可以根据需要自行调整。例如本装置中，发生系统是由美国E Instruments公司的颗粒物发生器和液压器搭配组成，如果更换成其他不需要使用液压器的颗粒物发生器，也是可以的。

本实施例使用的仪器如下：

空气质量监测仪(AQ Pro Comfort台式室)购置于美国E Instruments公司。

发生装置中的颗粒物发生器(

DG)和液压器(

HyP)购置于德国Cultex公司。

颗粒物浓度监测仪(DUSTTRAK DRX8533)购置于美国TSI公司。

首先结合附图对实用新型装置进行描述。如图1所示，本实用新型实验室用小鼠颗粒物暴露舱装置主要包括不透明玻璃箱体1(即暴露舱)，颗粒物发生器2和液压机(液压器)3组成发生系统，发生系统输出端通过橡胶管接入玻璃箱体1，颗粒物浓度检测仪5(采样探头置于玻璃箱体内)与发生系统由第一控制器(PLC可编程控制器)4-1控制。用于往玻璃箱体内送气的调节系统由过滤盒10和抽气泵11组成，过滤盒10一侧通过橡胶管接入玻璃箱体1，过滤盒10另一侧与抽气泵11连接，调节系统中的抽气泵11与空气质量监测仪14(采样探头置于玻璃箱体内)共同被第二控制器(PLC可编程控制器)4-2控制。第一控制器4-1和第二控制器4-2均与计算机16连接，并受计算机16统一控制。

玻璃箱体1前侧的供水装置8是由挂在玻璃箱体外侧的供水箱和镶嵌在玻璃箱体前侧面板上的3个仿生奶嘴共同构成。玻璃箱体1上同时设置用于空气流通的圆形颗粒物过滤装置9、可开合的采样器接口12以及可推拉的饲喂槽13，玻璃箱体内下部设有放置小鼠的筛网隔层15，粪便和尿液通过网眼晒落入玻璃箱体底部面板，底部面板上角落较低的位置开有一个废液排出口，废液排出口上放置过滤网7，尿液经过排出口及其上的过滤网7进入收集瓶6。

暴露舱采用不透明玻璃设计，在便于清洗和减少颗粒物积累的同时，也避免暴露舱外人员活动对小鼠的干扰。用计算机和PLC可编程控制器组成控制显示系统，通过颗粒物浓度监测仪5监测得到的颗粒物浓度值控制发生系统的启动和停止工作，可编程控制器的使用在保证暴露舱内颗粒物浓度处于稳定范围内的同时，实现了自动化。另外，试验开始前，调节颗粒物发生器的参数设置，确认发生系统产生的颗粒物粒径。暴露舱的仿生供水装置和可开合的饲喂槽设计，在保证小鼠随时饮水和定时喂食的同时，避免了小鼠在饮食过程中对暴露过程产生经口暴露干扰，使实验结果更加准确。顶部的颗粒物过滤装置9主要是通过可更换的滤芯，阻隔舱体内外的颗粒物，并实现空气交换。调节系统中的抽气泵11的输入端与空气质量监测仪14的输出端通过PLC可编程控制器4-2以及计算机16调控，控制抽气泵的启动从而保证暴露舱氧气含量。暴露舱的筛网隔层15是小鼠活动的主要场地，同时可以将粪便和尿液漏到底板上，并将尿液收集到瓶子里，为小鼠提供一个干净的生存环境。暴露舱前侧的面板有一块占前侧面积40％的可开合的玻璃门，以便于小鼠的取放根据需要收集粪便样品等。

以模拟小鼠经PM2.5暴露为例，先关闭暴露舱并打开计算机等各个仪器，检查暴露系统各部分是否能正常工作。检查完毕将3-5只小鼠(可以根据需要设置)置于暴露舱内，为供水箱添加水，让小鼠在暴露舱适应一段时间后，各部分装置接通电源，通过计算机和PLC控制器调控相关程序并进行暴露。适应期间和暴露期间，每天为小鼠供水箱更换新鲜的饮用水，每天早中晚在饲喂槽13中投放食物，并在10分钟后将剩余食物取出。暴露过程开始、中期和结束时，用颗粒物采样器在采样口12收集暴露舱内气体，验证暴露颗粒物浓度。暴露结束时取出小鼠进行后续操作，并将暴露舱清洗干净。

(以上涉及的颗粒物浓度检测仪、空气质量监测仪以及PLC可编程控制器等均按照相应使用说明书进行操作，均属现有技术范畴)。

该装置具有结构简明、易于操作、体积小、半自动化颗粒物暴露等优点，可以适用于以下几种情况。

1、实验室内模拟户外自然条件下一定浓度颗粒物PM2.5或PM10对小鼠经呼吸系统或(和)皮肤暴露情况模拟。

2、实验室内模拟不同组分、不同粒径等因素对小鼠暴露的差异，并为进一步探究环境暴露过程，制定环境基准提供依据。

Claims (10)

1.一种实验室用小鼠颗粒物暴露舱装置，其特征在于，该装置包括暴露系统、颗粒物发生系统、采集系统、调节系统以及控制显示系统；所述暴露系统即暴露舱由密闭非透明玻璃箱体组成；发生系统由与暴露舱内部连通的颗粒物发生器和与颗粒物发生器连接的液压器构成；采集系统由颗粒物浓度监测仪和空气质量监测仪构成；调节系统由与暴露舱内部连通的过滤盒以及与过滤盒连接的抽气泵构成；控制显示系统由计算机和与计算机分别连接的两个控制器构成，第一控制器分别连接发生系统中的液压器和采集系统中的颗粒物浓度监测仪连接，第二控制器分别连接调节系统中的抽气泵和采集系统中的空气质量监测仪；此外，暴露舱前侧面板外侧装有供水箱，暴露舱一侧下部装有可开合的推拉式饲喂槽和颗粒物采样器接口，舱体内部下侧有一层筛网隔层，筛网隔层下方的舱体底部面板上设有一个废液排出口。

2.根据权利要求1所述的实验室用小鼠颗粒物暴露舱装置，其特征在于不透明玻璃暴露舱由六面不透明玻璃粘合组成，其中箱体前侧玻璃有一个密闭良好且可开合的玻璃门。

3.根据权利要求1所述的实验室用小鼠颗粒物暴露舱装置，其特征在于所述颗粒物发生器与暴露舱通过橡胶管连接，颗粒物从发生器被输送到暴露舱四个侧面同一水平高度的四个入口；颗粒物浓度监测仪的采样探头设在暴露舱内与小鼠同一水平面高度上的位置。

4.根据权利要求1所述的实验室用小鼠颗粒物暴露舱装置，其特征在于所述空气质量监测仪主要用于监测暴露舱内的温度、湿度和氧气含量，并通过控制器与调节系统连接，当氧气含量低于设定值时，抽气泵开始往暴露舱输送新鲜空气。

5.根据权利要求1所述的实验室用小鼠颗粒物暴露舱装置，其特征在于所述调节系统中的过滤盒类似防毒面具的活性炭滤毒盒或N95滤芯棉，能够过滤掉有毒气体和颗粒物，可以定期更换。

6.根据权利要求1所述的实验室用小鼠颗粒物暴露舱装置，其特征在于暴露舱顶部设有一个占顶部面积80％的颗粒物过滤装置，并且该过滤装置的滤芯可以定期更换。

7.根据权利要求1所述的实验室用小鼠颗粒物暴露舱装置，其特征在于暴露舱一侧面板设有一个可开合的颗粒物采样器接口，用于收集颗粒物，对暴露浓度或者组分进行验证，保证实验的准确性。

8.根据权利要求1所述的实验室用小鼠颗粒物暴露舱装置，其特征在于暴露舱一侧面板下面有一个可开合的侧口，侧口内用于放置推拉式饲喂槽。

9.根据权利要求1所述的实验室用小鼠颗粒物暴露舱装置，其特征在于暴露舱前侧面板外侧装有供水箱，暴露舱前侧还设置有三个仿生型奶嘴，并与供水箱联通，共同构成供水装置。

10.根据权利要求1所述的实验室用小鼠颗粒物暴露舱装置，其特征在于暴露舱内底部有一个筛网隔层，小鼠在筛网隔层上活动，小鼠粪便和尿液可以通过网眼晒落在底部面板上，底部面板上角落较低的位置开有一个废液排出口，可以将小鼠的尿液流出。

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