用于PM2.5的动物吸入性暴露系统的制作方法

本发明属于医学领域，具体涉及一种用于PM2.5的动物吸入性暴露系统。

背景技术：

PM2.5又称细颗粒物(fine particulate matter)，是指空气动力学直径≤2.5μm的颗粒物，并非是规则的球形，而是在通过检测仪器时所表现出的空气动力学特征与直径小于或等于2.5μm，表面吸附多种有害物质，容易进入细小支气管及血液循环，对人体健康危害大。PM2.5被科学界公认为大气环境中健康危害最大的污染物。国际卫生组织(World Health Organization，WHO)制定的PM2.5质量浓度限制年平均值和24小时平均值分别为10μg/m³和25μg/m³，中国也于2012年发布新的环境空气质量标准(GB3095-2012)，将PM2.5作为重要的监控指标。PM2.5的健康效应涉及机体的多个系统,如呼吸系统、心血管系统、神经系统，另外PM2.5与癌症、出生缺陷及免疫系统息息相关。

关于PM2.5科学研究成果还不能形成对PM2.5健康效应及其效应机制的全面认识,还远远满足不了各国政府环境健康决策以及与大众进行环境健康风险交流的需求。目前急需加强PM2.5对人类健康危害的研究，动物PM2.5暴露研究实验可充分论证PM2.5的病理生理机制，免疫机制及基因调控机制等的影响。对PM2.5暴露动物实验研究是推进PM2.5健康效应及其机制研究进一步深入的有效手段。

目前国内外采用PM2.5鼻腔滴注或气管滴注的方法进行动物暴露，PM2.5水溶液进行滴注，不能代表呼吸道吸入PM2.5的实际状态。这种短时间、一次性、大剂量PM2.5暴露引起的损伤病理过程不符合机体长时间、反复、吸入导致的慢性病理过程，也很难动态、系统观察到病变发生发展的全过程，不利机理的深入研究而PM2.5对机体的损伤是一慢性、长期的病理变化过程。

仅有的动物吸入暴露PM2.5研究，如图1所示，实验动物固定，进行口鼻PM2.5暴露，实验动物不能自由活动、觅食，处于非正常状态，产生机体应激状态，且PM2.5吸入暴露时间受到限制。另有研究将外界PM2.5引入动物实验暴露舱中，不具有PM2.5浓度可调性及时间可控性。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于PM2.5的动物吸入性暴露系统，其能确保动物暴露环境中PM2.5浓度可调、浓度可测、浓度稳定和时间可控。

本发明的用于PM2.5的动物吸入性暴露系统，包括空气动力装置、气溶胶发生器、流量阀、PM2.5暴露舱、PM2.5监测系统、PM2.5过滤系统，其中，所述的空气动力装置、所述的气溶胶发生器、所述的流量阀、所述的PM2.5所述的暴露舱、所述的PM2.5监测系统、所述的PM2.5过滤系统依次连接。

较佳地，所述的空气动力装置为气泵。

较佳地，所述的PM2.5暴露舱为聚甲基丙烯酸甲酯材质。

本发明提供的用于PM2.5的动物吸入性暴露系统，PM2.5吸入暴露避免了PM2.5鼻腔滴注或气管滴注，减少了实验动物的创伤性及机体应激反应。符合现实大气PM2.5吸入的解剖生理途径。动物吸入暴露暴露舱内PM2.5浓度可调范围为0～3200μg/m3，范围大，可以进行不同浓度的PM2.5吸入暴露动物实验。PM2.5浓度在上海交通拥挤的早交通高峰期可以达到1454μg/m³，所以本发明PM2.5浓度范围大，充分模拟了现实大气PM2.5吸入暴露，而且PM2.5吸入暴露浓度稳定，连续运行时间至少可达24小时，时间可调可控。暴露舱内PM2.5浓度稳定性较好，均匀度良好。可以满足实验动物。PM2.5吸入暴露暴露舱体积约170L，空间大。吸入暴露的实验动物可以自由活动，进食。本发明可完成小鼠、大鼠(或豚鼠)等常见小型动物的急性、亚急性及慢性动物PM2.5吸入暴露实验。

附图说明：

图1为现有技术的PM2.5的动物吸入性暴露研究状态图。

图2为本发明的PM2.5的动物吸入性暴露系统的结构图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明作进一步地说明，以更好地理解本发明。

如图1所示，图1为现有技术的动物吸入性暴露研究状态图，如图1所示，实验动物固定，进行口鼻PM2.5暴露，实验动物不能自由活动、觅食，处于非正常状态，产生机体应激状态，且PM2.5吸入暴露时间受到限制。另有研究将外界PM2.5引入动物实验暴露舱中，不具有PM2.5浓度可调性及时间可控性。

如图2所示，本发明的实施例的用于PM2.5动物吸入性暴露系统包括密封透明暴观察舱4，连接PM2.5气溶胶生成系统2、流量阀3、空气动力装置1和PM2.5过滤系统6、PM2.5监测系统5。

密封透明暴露观察舱4是由聚甲基丙烯酸甲酯板材制作，暴露舱内壁经过特殊刨光处理，以防止静电及颗粒吸附，透光度好，有利于实验过程中的实时观察。聚甲基丙烯酸甲酯板材具有耐高温、抗腐蚀、易清洗等优异性能。暴露舱体积约170L，为密封的长方体，有效空间为：长700mm，宽550mm，高450mm。吸入暴露的实验动物可以自由活动，进食。

空气经过空气动力装置(气泵)1加压后10kPa压力条件下，进入气溶胶生成系统2(气溶胶发生器)。气溶胶发生器中置入10％PM2.5的生理盐水溶液，经过双流体雾化，能精确控制气溶胶的发生量，保证气溶胶的均匀性，产生均匀稳定的PM2.5气溶胶，通过流量阀3，可对暴露系统的气体流量进行精确控制后经过一个内径6mm气溶胶入口进入暴露舱。

暴露舱内PM2.5浓度约在1.25分钟达浓度500μg/m³,在2.5分钟分钟达浓度1000μg/m³，5分钟分钟达浓度2000μg/m³，7.5分钟分钟达浓度3200ug/m3，而继续打开气溶胶发生器情况下暴露舱内浓度未见继续升高，稳定在3200-3500左右。在终浓度为500μg/m³、1000μg/m³、2000μg/m³及3000μg/m³情况下关闭气溶胶发生器，发现暴露舱内浓度稳定维持，缓慢下降。在关闭3小时平均下降至413.3μg/m³、897.4μg/m³、1830.4μg/m³及2745.8μg/m³，可满足后续试验要求。而且PM2.5吸入暴露浓度稳定，连续运行时间至少可达24小时，时间可调可控。各采样点采样均匀度良好。独特结构设计与精准控制系统保证了样品在气态或气溶胶状态能保证每只动物吸入浓度的一致性与定量的精准性。

PM2.5过滤系统6采用高效空气过滤器(High Efficiency Particulate Air Filter，HEPA)，达到HEPA标准的过滤网，对于0.1微米的有效率达到99.998％，HEPA网的特点是空气可以通过，但细小的微粒却无法通过PM2.5过滤系统可以去除进出入暴露舱的空气中所含的PM2.5，保证暴露舱内PM2.5浓度可控。空气输入输出系统包括进气口，配置流量阀控制空气流量。舱内外气体交换及PM2.5过滤系统，一PM2.5过滤系统(装置HEPA面积均为10mm×10mm),对暴露舱进出空气进行过滤，可提供暴露舱内外空气置换。采用PM2.5高效空气过滤器对排出的废气进行过滤以避免污染环境，并避免外界空气对暴露舱内PM2.5浓度的影响。

本系统还带有一个PM2.5监测系统5(为内径3.5mm的检测口)。PM2.5监测系统5可实时测定暴露舱内PM2.5浓度。PM2.5浓度测量范围：0.001～10mg/m³；1-999999粒/L；检测灵敏度：0.001mg/m³；PM2.5浓度测量相对误差：±10％；采样流量：1.0L/分钟；工作环境：温度0－55℃；相对湿度20－70％。并可进行检测数据的储存。

本发明适用于小鼠、大鼠、兔子等常见小型动物的吸入暴露PM2.5实验。通过本PM2.5动物吸入性暴露系统，实验动物可进行PM2.5浓度可调、浓度可测、浓度稳定和时间可控的吸入暴露研究，符合PM2.5吸入的解剖生理途径。因而使PM2.5动物吸入暴露研究更加合理，结果更加准确。为研究PM2.5对人类健康的危害打下基础。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。