CN217390957U - 小动物动态暴露吸入笑气实验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种小动物动态暴露吸入笑气实验系统。该系统包括气体供给单元、动物暴露单元、气体过滤处理单元以及自动控制单元，气体供给单元用于气体的释放；动物暴露单元用于动物暴露吸入及气体浓度监控；气体过滤处理单元用于将暴露舱内气体抽出，形成动态气体吸入\给药环境，抽出气体净化后安全排放；自动控制单元对气体供给单元释放的气体流速、流量进行精准控制以及实时采集、处理分析和显示动物暴露单元的数据信息。该系统实现了笑气流量精准控制，暴露舱内浓度快速平衡、稳定、各点浓度均一，与微透析技术和电生理遥测技术适配联用，解决了笑气吸入模型建立及在线取样及评价的难题，为科研过程中笑气等吸入研究提供平台和技术支撑。

Description

小动物动态暴露吸入笑气实验系统

技术领域

本实用新型涉及一种气态\气溶胶态吸入实验系统，尤其涉及一种笑气全身暴露动态吸入实验系统。

背景技术

一氧化二氮(N₂O)俗称“笑气”，因其吸食后会产生欣快感，在娱乐场所受到广泛欢迎。根据近年全球药物调查显示，笑气已成为全球第七大最常用的娱乐药物，在我国，吸食笑气的报道屡见不鲜。少量吸入会引起神经错乱和谵妄，长期大剂量吸入会引起认知功能障碍和神经系统损伤，但临床上主要关注的是笑气作为一种吸入性麻醉剂的不良反应，却忽视了越来越多的年轻人将其作为一种娱乐方式，滥用笑气导致中毒，最终出现不可逆的神经损伤，严重威胁年轻人的生命健康。因此，开展笑气吸入暴露染毒致损伤效应、机制及对抗措施研究具有重要意义。但目前开展的笑气毒理学研究中，普遍缺乏一种同时具备精准控制流速、快速达到平衡、保持浓度恒定、与微透析技术和电生理遥测技术联用的模拟笑气吸入的动态实验系统，严重限制了这方面的科学研究发展。

现有技术一的技术方案

静态暴露染毒技术。该类技术主要以静态吸入实验为主，是在一个密闭的染毒柜\舱中按比例通入一定量的气体，达到所需染毒浓度进行动物静态吸入实验及评价。

现有技术一的缺点

一是密闭的染毒柜\舱中是染毒浓度难以准确控制，无法保证实验的准确性和重复性。二是随着实验的进行，氧分压明显降低，无法排除缺氧等因素对实验的干扰。

现有技术二的技术方案

动态暴露染毒技术。动态暴露是指以恒定的速度持续给暴露仓输送气体\气溶胶，同时用真空泵抽吸排出，实现暴露舱内染毒气体的动态平衡，包括全身暴露吸入染毒技术与口鼻暴露吸入染毒技术。

现有技术二的缺点

一是目前现有全身暴露吸入染毒技术所用暴露舱均体积较大，对于笑气施放而言平衡所需时间较长，对气体损耗较大；二是不论是全身暴露吸入染毒技术与口鼻暴露吸入染毒技术，都无法实现与微透析采样技术的联用，原因在于微透析技术使用的透析管长最长仅为150cm，现有全身暴露吸入染毒舱均无法实现与透析管的连接，现有口鼻暴露吸入染毒系统的小动物固定组件严重阻碍微透析针的正常工作；三是现有暴露舱使用材料多为不锈钢材质，与电生理遥测技术联用时，金属材质会对电生理遥测信号有一定干扰，较难实现与电生理遥测技术的联用；四是现有动态暴露染毒系统造价很高。

实用新型内容

针对笑气等气态药物\毒物吸入给药\染毒效应评价模型建立需求，目前现有吸入装置因体积大、结构复杂但无笑气针对性施放及控制模块等原因，存在无法精准控制笑气浓度、难以快速达到平衡，以及不能与微透析与电生理遥测技术联用等问题；本实用新型提出了一种小动物动态暴露吸入笑气实验系统，通过构建涵盖气体供给单元、动物暴露单元、气体处理单元以及自动控制单元在内的动物动态暴露吸入笑气实验系统，实现了笑气流量精准控制，暴露舱内浓度快速平衡、稳定、各点浓度均一，以及与微透析技术和电生理遥测技术适配联用的特点。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种小动物动态暴露吸入笑气实验系统，包括气体供给单元、动物暴露单元、气体过滤处理单元以及自动控制单元，所述气体供给单元，用于气体的释放；所述动物暴露单元，用于动物暴露吸入及气体浓度监控；所述气体过滤处理单元，用于将暴露舱内气体抽出，形成动态气体吸入\给药环境，抽出气体进行净化后才能安全排放；所述自动控制单元，用于对气体供给单元释放的气体流速、流量进行精准控制以及实时采集、处理分析和显示所述动物暴露单元的数据信息。

进一步地，所述气体供给单元，包括供气模块、流量控制模块和管路模块；所述供气模块包括空气压缩机1、笑气气体钢瓶2、氧气气体钢瓶3，分别用于提供洁净压缩空气、储存高纯笑气和氧气；所述的流量控制模块包括多个流量控制器4和多通转接头5，流量控制器4用于对气体流速、流量进行实时、精准控制，以实现气体的稳定、准确释放；所述管路模块是将空气压缩机1、笑气气体钢瓶2、氧气气体钢瓶3提供的气体经流量控制器4后通过多通转接头5混合，而后送入动物暴露单元。

进一步地，所述动物暴露单元，包括暴露舱6及采样监测模块；

所述暴露舱主要由由上盖、下盖、舱室组成，舱室的内腔为上圆锥、下圆锥与中空圆柱体构成的同底圆锥体腔体，所述上盖上端中心设有进气口6-1，用于连接管路模块与舱室内腔；上盖上端圆周设置有多路双通接口6-6，多路的所述双通接口6-6分别用于连接浓度传感器、温度传感器、粒径传感器、湿度传感器和采样器；所述下盖中心设有出气口6-2，用于连接气体过滤处理单元与舱室内腔；所述舱室的腔体中设有可拆卸分隔板6-3，用于分隔动物、避免相互干扰和撕咬线\管路；分隔板6-3上设有若干个孔，气体\气溶胶可以通过孔进入隔间；上盖、下盖以及舱室由多个拉杆锁扣6-4固定密封；

所述采样监测模块包括采样器、浓度传感器、温度传感器、粒径传感器、湿度传感器，能够实现暴露舱内笑气、氧气、温度、湿度的传感检测，以及实现动物脑脊液、血液等的微透析实时采样。

进一步地，暴露舱的下盖端面固定有多个支撑脚垫6-5，用于固定支撑暴露舱。

进一步地，舱室主体材料为非金属透明材质。

进一步地，舱室主体材料采用聚甲基丙烯酸甲酯。

进一步地，所述气体过滤处理单元，包括真空泵7和废气吸附与净化装置8，所述真空泵7用于将暴露舱内气体抽出，形成动态气体吸入\给药环境；所述废气吸附与净化装置8的一端口连接所述下盖上的出气口6-2，另一端口连接真空泵7，用于将真空泵抽吸的气体进行吸收净化或吸附净化，而后才能安全排放。

进一步地，所述自动控制单元包括控制单元与数据采集及处理单元，所述控制单元用于控制流量控制器4和采样监测模块，数据采集及处理单元用于对来采样监测模块的数据信息进行实时采集、处理分析和显示。

进一步地，上盖、下盖以及舱室由多个拉杆锁扣6-4对称固定密封。

本实用新型的优点：

本实用新型在笑气暴露染毒方面，克服了目前现有技术方案中(如前述)因吸入装置体积、结构及无笑气针对性施放及控制模块等原因，存在无法精准控制笑气浓度、损耗大并难以快速达到平衡，以及不能与微透析联用等问题；能够与微透析及电生理遥测系统联用，实现实时采样与监测，能够对笑气\气溶胶流速、流量进行精确控制，进一步保证研究过程中染毒\给药的稳定性和准确性；能够实现笑气\气溶胶动态给药\染毒暴露舱内浓度快速平衡、稳定、各点浓度均一；形成动态气体吸入\给药环境，并将废气\毒气吸附与净化后安全排放。

本实用新型解决了笑气吸入模型建立及在线取样及评价的难题，并且相对于国内外市场现有类似设备，本实用新型造价成本低，可为科研过程中笑气等吸入研究提供平台和技术支撑。

附图说明

图1：笑气全身动态染毒气路连接图

图中：1-空气压缩机，2-笑气气体钢瓶，3-氧气气体钢瓶，4-流量控制器，5-多通转接头，6-暴露仓，7-真空泵，8-废气吸附与净化装置，图中箭头为气体流动方向

图2：暴露舱正视图示意图

图中：6-1.进气口，6-2.出气口，6-3.可拆卸分隔板，6-4.拉杆锁扣，6-5.支撑脚垫，6-6.双通接口

图3：笑气吸入暴露前后大鼠前额皮层区神经递质的变化趋势；

图4：笑气吸入暴露前后大鼠心率与血压的变化趋势。

具体实施方式

下面通过附图1至4和具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。

一种小动物动态暴露吸入笑气实验系统，包括气体供给单元、动物暴露单元、气体过滤处理单元以及自动控制单元，如图1至2所示。

所述气体供给单元，用于气体的释放，主要包括供气模块、流量控制模块和管路模块。所述供气模块包括空气压缩机1、笑气气体钢瓶2、氧气气体钢瓶3，分别用于提供洁净压缩空气、储存高纯笑气和氧气。所述的流量控制模块包括多个流量控制器4和多通转接头5，流量控制器4用于对气体流速、流量进行实时、精准控制，以实现气体的稳定、准确释放。所述管路模块是将空气压缩机1、笑气气体钢瓶2、氧气气体钢瓶3提供的气体经流量控制器4后通过多通转接头5混合，而后送入动物暴露单元。

所述动物暴露单元，用于动物暴露吸入及浓度监控等，包括暴露舱6及采样监测模块。所述暴露舱主要由由上盖、下盖、舱室组成，舱室的内腔为上圆锥、下圆锥与中空圆柱体构成的同底圆锥体腔体，所述上盖中中心设有进气口6-1，用于连接管路模块与舱室内腔；上盖上端圆周设置有多路双通接口6-6，多路的所述双通接口6-6分别连接浓度传感器、温度传感器、粒径传感器、湿度传感器和采样器；所述下盖中心设有出气口6-2，用于连接气体过滤处理单元与舱室内腔；所述舱室的腔体中设有可拆卸分隔板6-3，用于分隔动物、避免相互干扰和撕咬线\管路；分隔板6-3上设有若干个圆孔，气体\气溶胶可以通过圆孔进入隔间；上盖、下盖以及舱室由多个拉杆锁扣6-4固定密封，暴露舱的下盖端面固定有多个支撑脚垫6-5，用于固定支撑暴露舱；舱室内同底圆锥体结构内腔有利于笑气气体\气溶胶的快速、均匀扩散，实现笑气气体\气溶胶动态给药\染毒。所述采样监测模块包括采样器、浓度传感器、温度传感器、粒径传感器、湿度传感器等，能够实现暴露舱内笑气、氧气、温度、湿度等传感检测，以及实现动物脑脊液、血液等的微透析实时采样。舱室主体材料为非金属透明材质，通常采用聚甲基丙烯酸甲酯，在能够观察动物状态的同时，能够实现动物电生理遥测。

所述气体过滤处理单元，用于将暴露舱内气体抽出，形成动态气体吸入\给药环境，抽出气体进行净化后才能安全排放，包括真空泵7和废气吸附与净化装置8。所述真空泵7用于将暴露舱内气体抽出，形成动态气体吸入\给药环境；所述废气吸附与净化装置8的一端口连接所述下盖上的出气口6-2，另一端口连接真空泵7，用于将真空泵抽吸的气体进行吸收净化或吸附净化，而后才能安全排放。

所述自动控制单元，用于对气体供给单元释放的气体流速、流量进行精准控制以及实时采集、处理分析和显示所述动物暴露单元的数据信息；其包括控制单元与数据采集及处理单元，所述控制单元用于控制流量控制器(4)和采样监测模块，数据采集及处理单元用于对来采样监测模块的数据信息进行实时采集、处理分析和显示。

实施例1：笑气全身暴露动态吸入染毒实验浓度检测

1.实验方法

1.1.笑气暴露染毒

打开笑气、氧气气瓶减压阀、空气压缩机和真空泵，开启流量控制器，在控制面板中设置笑气与氧气流速，进行施放染毒。

1.2.检测方法的建立

开启笑气、氧气浓度传感器(Geotech G210)，对暴露舱4个隔间(每个隔间可放一只大鼠或豚鼠)均进行采样，记录不同时间的笑气、氧气浓度。

2.结果

当设置笑气流速为3.5L/min，氧气流速为1.5L/min时，暴露舱内4个隔间随时间的变化如表所示。

表1暴露舱内4个隔间不同时间检测结果

当设置不同的笑气、氧气流速时，暴露舱内4个隔间内的浓度如表2所示。

表2暴露舱内4个隔间不同流速设置的检测结果

3.结论

由表1可以看出，同一时间的各隔间内浓度均匀，不同时间内各隔间内浓度亦保持稳定；由表2可以看出，暴露舱内笑气及氧气浓度可与各自流速呈正相关。因而可以说在本系统中，笑气及氧气在暴露舱内浓度可实现均一、稳定、可控。

实施例2：笑气全身暴露动态吸入染毒与微透析技术联用

1.实验方法

1.1笑气吸入暴露及大鼠前额皮层区生物样品采集实验

构建微透析模型动物SD大鼠，

体重200g±20g，置于笑气动态染毒暴露舱中，连接透析管到微量注射泵，设置注射泵流速为2μL/min，每15min采集一个样品。

打开笑气、氧气气瓶减压阀、空气压缩机和真空泵，开启流量控制器。打开控制单元，第一阶段设置空气流速为5L/min，并使微透析采样泵采集2h染毒前(空白)生物样品；第二阶段设置空气流速为0，笑气流速为3.5L/min，氧气流速为1.5L/min，并使微透析采样泵采集2h染毒过程中生物样品；第三阶段将笑气和氧气流速设置为0，空气流速为5L/min，采集4h染毒结束后生物样品。

1.2检测方法的建立

打开检测仪器(如高效液相色谱Waters e2695等)工作站，使用SunFire C₁₈色谱柱(4.6×250mm，5μm)，柱温：30℃；流动相A为柠檬酸盐缓冲液，pH为3.70，流动相B为甲醇，等梯度A：B＝85：15(v/v)洗脱，流速为1ml/min；电化学检测器，工作电压为+0.70V；将收集到的生物样品进行检测。

2.实验结果

在染毒前后生物样品检测结果如图1所示。可知在前额皮层区的多巴胺(DA)(图3A)和去甲肾上腺素(NE)(图3B)在染毒开始前处于稳定状态，染毒开始后逐渐升高，在染毒结束后30min开始逐渐下降恢复至正常水平。

3.结论

本实用新型可实现了笑气吸入与微透析采样的联用，结果显示：吸食笑气可促进大鼠脑内前额皮层区的多巴胺(DA)和去甲肾上腺素(NE)释放增加。

实施例3：笑气全身暴露动态吸入染毒与电生理遥测技术联用

1.实验方法

1.1笑气暴露染毒

构建电生理遥测动物模型SD大鼠，

体重200g±20g，置于笑气动态染毒暴露舱中，开启电生理遥测植入子与接收器。

打开笑气、氧气气瓶减压阀、空气压缩机和真空泵，开启流量控制器。打开控制面板，第一阶段设置空气流速为5L/min，采集染毒前(空白)电生理信号2h；第二阶段设置空气流速为0，笑气流速为3.5L/min，氧气流速为1.5L/min，采集染毒中电生理信号2h；第三阶段将笑气和氧气流速设置为0，空气流速为5L/min，采集染毒后电生理信号4h。

1.2采集与分析方法

打开电生理遥测工作站，匹配植入子和接收器，即可进行实时采集电生理信号；可直接将采集到的电生理信号在工作站中进行数据分析。

2.实验结果

在染毒前后大鼠心电、血压、温度检测结果如图2所示。可知大鼠在染毒过程中心率(图4A)和血压(图4B，收缩压)均升高，染毒结束后恢复正常水平。

4.结论

实现了笑气吸入与电生理遥测的联用，结果显示：吸食笑气可引起大鼠心率和血压升高。

Claims (6)

1.一种小动物动态暴露吸入笑气实验系统，其特征在于，包括气体供给单元、动物暴露单元、气体过滤处理单元以及自动控制单元；所述气体过滤处理单元，用于将暴露舱内气体抽出，形成动态气体吸入\给药环境，抽出气体进行净化后才能安全排放；所述自动控制单元，用于对气体供给单元释放的气体流速、流量进行精准控制以及实时采集、处理分析和显示所述动物暴露单元的数据信息；

所述气体供给单元，包括供气模块、流量控制模块和管路模块；所述供气模块包括空气压缩机(1)、笑气气体钢瓶(2)、氧气气体钢瓶(3)，分别用于提供洁净压缩空气、储存高纯笑气和氧气；所述的流量控制模块包括多个流量控制器(4)和多通转接头(5)，流量控制器(4)用于对气体流速、流量进行实时、精准控制，以实现气体的稳定、准确释放；所述管路模块是将空气压缩机(1)、笑气气体钢瓶(2)、氧气气体钢瓶(3)提供的气体经流量控制器(4)后通过多通转接头(5)混合，而后送入动物暴露单元；

所述动物暴露单元，用于动物暴露吸入及气体浓度监控，包括暴露舱(6)及采样监测模块；所述采样监测模块包括采样器、浓度传感器、温度传感器、粒径传感器、湿度传感器，能够实现暴露舱内笑气、氧气、温度、湿度的传感检测，以及实现动物脑脊液、血液等的微透析实时采样；所述暴露舱主要由上盖、下盖、舱室组成，舱室的内腔为上圆锥、下圆锥与中空圆柱体构成的同底圆锥体腔体，所述上盖上端中心设有进气口(6-1)，用于连接管路模块与舱室内腔；上盖上端圆周设置有多路双通接口(6-6)，多路的所述双通接口(6-6)分别连接浓度传感器、温度传感器、粒径传感器、湿度传感器和采样器；所述下盖中心设有出气口(6-2)，用于连接气体过滤处理单元与舱室内腔；所述舱室的腔体中设有可拆卸分隔板(6-3)，用于分隔动物、避免相互干扰和撕咬线\管路；分隔板(6-3)上设有若干个孔，气体\气溶胶可以通过孔进入隔间；上盖、下盖以及舱室由多个拉杆锁扣(6-4)固定密封；

所述气体过滤处理单元，包括真空泵(7)和废气吸附与净化装置(8)，所述真空泵(7)用于将暴露舱内气体抽出，形成动态气体吸入\给药环境；所述废气吸附与净化装置(8)的一端口连接所述下盖上的出气口(6-2)，另一端口连接真空泵(7)，用于将真空泵抽吸的气体进行吸收净化或吸附净化，而后才能安全排放。

2.如权利要求1所述的小动物动态暴露吸入笑气实验系统，其特征在于，暴露舱的下盖端面固定有多个支撑脚垫(6-5)，用于固定支撑暴露舱。

3.如权利要求2所述的小动物动态暴露吸入笑气实验系统，其特征在于，舱室主体材料为非金属透明材质。

4.如权利要求3所述的小动物动态暴露吸入笑气实验系统，其特征在于，舱室主体材料采用聚甲基丙烯酸甲酯。

5.如权利要求1所述的小动物动态暴露吸入笑气实验系统，其特征在于，所述自动控制单元包括控制单元与数据采集及处理单元，所述控制单元用于控制流量控制器(4)和采样监测模块，数据采集及处理单元用于对来采样监测模块的数据信息进行实时采集、处理分析和显示。

6.如权利要求1所述的小动物动态暴露吸入笑气实验系统，其特征在于，上盖、下盖以及舱室由多个拉杆锁扣(6-4)对称固定密封。

Images