多浓度动物口鼻吸入动态暴露设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种多浓度动物口鼻吸入动态暴露设备，包括空气压缩机、气溶胶发生系统、口鼻暴露单元以及废气回收处理系统；口鼻暴露单元包括实验组暴露室；气溶胶发生系统与实验组暴露室的气溶胶进口连接；实验组暴露室的废气出口与废气回收处理系统连接；其中，还包括多浓度稀释系统；实验组暴露室包括多节实验暴露室；多浓度稀释系统包括设置在各节实验暴露室之间的第二气溶胶稀释器和控制第二气溶胶稀释器中的空气进气量的第三空气流量控制器。通过设置在各节所述实验暴露室之间的第二气溶胶稀释器，对由第一节实验暴露室进入到第二节实验暴露室内气溶胶进行稀释，以满足实验的要求，也便于在不同浓度下进行实验的对比。
【专利说明】多浓度动物口鼻吸入动态暴露设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及动物吸入毒理实验领域，特别是涉及一种多浓度动物口鼻吸入动态暴露设备。可用于吸入毒理药物安全性评价、农药急性毒性吸入实验研究、构建动物COPD各种疾病模型和其药物疗效实验研究、大气污染物对动物呼吸系统影响的研究等。
【背景技术】
[0002]目前，在于吸入毒理相关的各种科学研究中，特别是一些对人类健康有害物质的研究，如PM2.5等，由于不能直接或不能首先对人类进行试验，所以经常要使用实验动物进行吸入暴露评价。因此，动物暴露装置在工业、农业、医学、环境污染和军事科学研究中具有广泛的应用。要完成一种物质的吸入毒性研究或评价，一般需要进行多个剂量的动物暴露试验。现有技术中的动物暴露装置都是单一浓度，即一次试验只能进行一个剂量组的动物暴露，要进行多个剂量组的动物暴露试验，需要利用多套动物暴露装置或用一套装置通过多次实验才能完成，不能够实现在同一套吸入暴露装置中同时进行多浓度动物实验和比较分析。
[0003]因此存在如下不足:现有技术中不能够同时在同一台实验设备和在多种浓度下进行动物吸入毒理实验。
实用新型内容
[0004]本实用新型实施例的目的是提供一种多浓度动物口鼻吸入动态暴露设备，解决了现有技术中不能够同时在同一台实验设备和在多种浓度下进行动物吸入毒理实验的问题。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型提供了一种多浓度动物口鼻吸入动态暴露设备，包括用于提供压缩空气的空气压缩机、气溶胶发生系统、口鼻暴露单元以及废气回收处理系统；所述口鼻暴露单元包括实验组暴露室和实验动物固定器；所述气溶胶发生系统包括气溶胶发生器、用于控制所述气溶胶发生器中的空气进气量的第一空气流量控制器、用于向所述气溶胶发生器提供药液的药液瓶、与所述气溶胶发生器的气溶胶出口相连的第一气溶胶稀释器和用于控制所述第一气溶胶稀释器中的空气进气量的第二空气流量控制器；所述第一气溶胶稀释器与所述实验组暴露室的气溶胶进口连接；所述实验组暴露室的废气出口与所述废气回收处理系统连接；其中，
[0006]还包括多浓度稀释系统；所述实验组暴露室包括多节实验暴露室；多浓度稀释系统包括设置在各节所述实验暴露室之间的第二气溶胶稀释器和控制第二气溶胶稀释器中的空气进气量的第三空气流量控制器。
[0007]优选地，所述废气回收处理系统包括顺次相连的废气回收箱、干燥过滤器、废气流量控制器、手控球阀、真空泵和高空排放处理系统)；所述废气回收箱与所述废气出口相连通。
[0008]优选地，所述口鼻暴露单元还包括氧气浓度传感器、压力传感器、温度传感器和湿度传感器以及气溶胶采样管，所述氧气浓度传感器、所述压力传感器、所述温度传感器、所述湿度传感器和所述气溶胶采样管设置在各节所述实验暴露室上。
[0009]优选地，还包括安全屏蔽柜和真空微负压处理系统；
[0010]所述安全屏蔽柜包括动物行为远程监控摄像头、照明灯、紫外线消毒灯、USB通讯接口和用于采集气溶胶样本的采样口；
[0011]所述真空微负压处理系统用于防止所述安全屏蔽柜内的少量的泄露的气溶胶进入大气，所述真空微负压处理系统包括单向阀、压差表和真空泵。
[0012]优选地，还包括采样系统和控制系统。
[0013]优选地，所述采样系统包括依次相连接的二位二通电磁阀、气溶胶浓度监测仪和气溶胶流量控制器以及真空泵；所述二位二通电磁阀与所述气溶胶采样管相连通。
[0014]优选地，所述控制系统包括工控电脑、触屏电脑、软件编程控制终端、数据采集卡、继电器控制板、接触器和RS485通信接口 ；
[0015]所述接触器、所述继电器控制板、所述数据采集卡和所述工控电脑依次连接，所述RS485通信接口连接所述工控电脑，所述软件编程控制终端连接所述工控电脑，所述触屏电脑连接所述工控电脑。
[0016]优选地，所述口鼻暴露单元还包括对照组暴露室。
[0017]优选地，所述多节实验暴露室为三节实验暴露室或四节实验暴露室或五节实验暴露室。
[0018]优选地，在所述气溶胶进口处设置所述第二气溶胶稀释器。
[0019]本实用新型实施例至少存在以下技术效果:
[0020]I)通过设置在各节所述实验暴露室之间的第二气溶胶稀释器和控制第二气溶胶稀释器中的空气进气量的第三空气流量控制器，对由第一节实验暴露室进入到第二节实验暴露室内气溶胶进行稀释，以满足实验的要求，也便于在不同浓度下进行实验的对比。
[0021]2)通过设置采样系统和控制系统，提高该设备的自动化程度和控制精度。
[0022]3)通过设置废气回收处理系统和安全屏蔽柜以及真空微负压处理系统，能防止毒气泄露，免除了对操作人员的污染，提高了安全性和染毒的精度。
[0023]4)从气溶胶发生器中产生的气溶胶可以同时用于多个实验，且连续使用，节省气溶胶使用量，提高气溶胶的使用率。
[0024]5)使用一个气溶胶发生器产生的气溶胶同时用于多个实验，防止传统的多浓度实验中使用多个气溶胶发生器而产生的系统误差比较大，设备复杂，体积庞大等。
[0025]6)同时进行多个实验，实验效率高，时间短。
[0026]根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
[0028]图1为本实用新型实施例的结构示意图；
[0029]图2为本实用新型实施例的详细结构示意图；[0030]图3为本实用新型实施例的口鼻暴露单元的剖视图；
[0031]图4为本实用新型实施例的第二气溶胶稀释器的结构示意图；
[0032]图5为本实用新型实施例的另一种口鼻暴露单元的剖视图；
[0033]图6为本实用新型实施例的另一种第二气溶胶稀释器的结构示意图；
[0034]附图标记:空气压缩机111，气溶胶发生系统1，空气流量控制阀19，气溶胶发生器11，第一气溶胶稀释器12，药液瓶13，第一空气流量控制器17，第二空气流量控制器16，控制系统2，工控电脑21，触屏电脑22，软件编程控制终端23，数据采集卡24，继电器控制板25，接触器26，RS485通信接口 27，采样系统3，二位二通电磁阀31，气溶胶浓度监测仪32，气溶胶流量控制器35，真空微负压处理系统5，单向阀51，压差表52，口鼻暴露单元6，对照组暴露室61，实验动物固定器62，实验组暴露室63，第一节实验暴露室110，第二节实验暴露室120，第三节实验暴露室130，内筒101，外筒102，气溶胶进口 112，气孔631，连接管65，第四空气流量控制器68，多浓度稀释系统7，空气稀释器71，第三空气流量控制器72，第二气溶胶稀释器73，气体第一进气口 41，气体进气管42，出气孔43，第一气体静压腔44，静压腔出口 45，前部构件46，中部构件47，后部构件48，第一物质进口 401，气体进口 402，第二物质进口 403，第二气体静压腔405，混合引射管406，混合腔407，混合物质排出口 408，安全屏蔽柜8，动物行为远程监控摄像头81，照明灯82，紫外线消毒灯83，USB通讯接口 84，采样口 85，废气回收处理系统9，废气回收箱91，干燥过滤器92，废气流量控制器93，手控球阀94，高空排放处理系统96。
【具体实施方式】
[0035]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。
[0036]如图1和图2所示，多浓度动物口鼻吸入动态暴露设备，包括用于提供压缩空气的空气压缩机111、气溶胶发生系统1、口鼻暴露单元6以及废气回收处理系统9 ;在空气压缩机111的出口处设置有空气流量控制阀19 ; 口鼻暴露单元6包括实验组暴露室63和实验动物固定器62 ;气溶胶发生系统I包括气溶胶发生器11、用于控制气溶胶发生器11中的空气进气量的第一空气流量控制器17、用于向气溶胶发生器11提供药液的药液瓶13、与气溶胶发生器11的气溶胶出口相连的第一气溶胶稀释器12和用于控制第一气溶胶稀释器12中的空气进气量的第二空气流量控制器16 ;第一气溶胶稀释器12与实验组暴露室63的气溶胶进口 112连接；实验组暴露室63的废气出口与废气回收处理系统9连接；其中，还包括多浓度稀释系统7 ;实验组暴露室63包括多节实验暴露室，如实验组暴露室63包括三节实验暴露室，分别为第一节实验暴露室110、第二节实验暴露室120和第三节实验暴露室130 ；也可以包括四节实验暴露室或五节实验暴露室。多浓度稀释系统7包括设置在各节实验暴露室之间的第二气溶胶稀释器73和控制第二气溶胶稀释器73中的空气进气量的第三空气流量控制器72，如在第一节实验暴露室110和第二节实验暴露室120之间设置第二气溶胶稀释器73，在第二节实验暴露室120和第三节实验暴露室130之间设置第二气溶胶稀释器73，也可以在第一节实验暴露室110的进口处设置第二气溶胶稀释器73。实验动物固定器62安装各节实验暴露室的外围，动物安装在实验动物固定器62中，通过连接管65吸收暴露室内的气溶胶，产生的废气和被吸入的多余的气溶胶被废气回收处理系统9回收和处理。[0037]暴露室包括内筒101和外筒102 ;内筒101的第一端设置有气溶胶进口 112，内筒101的第二端封闭，为了实验之后便于清洗，在内筒101的第二端底部设置有小孔，实验时用堵头堵塞，使内筒101的第二端封闭；外筒102的第一端封闭，外筒102的第二端设置有废气出口，废气出口为多个通气孔；内筒101上设置有与实验动物固定器62相连通的连接管65 ;外筒102与实验动物固定器62相连通，可通过在动物口鼻处设置呼吸管相连通，或者在连接管65与固定器连接口的口壁处设置的间隙相连通。暴露室包括实验组暴露室63和对照组暴露室61。
[0038]可见本实用新型实施例中，空气压缩机111产生的的第一路压缩空气进入到气溶胶发生器11中，药液从药液瓶13中进入到气溶胶发生器11中维持气溶胶发生器11里面的液面高度不变，从而产生高浓度且浓度稳定性很好的气溶胶，气溶胶颗粒5 μ m以下的达到98，进入到第一气溶胶稀释器12中，后与经第二空气流量控制器16进入的空气压缩机111产生的第二路压缩空气混合稀释后从气溶胶进口 112进入到实验组暴露室63的第一节实验暴露室110的内筒中，把气溶胶稀释到需要染毒的浓度，在这样的情况下可保证实验动物可以更好的进行毒理实验，一部分气溶胶被设置在第一节实验暴露室110外围的实验动物固定器62中的动物吸收后排放后，从实验动物固定器62中进入到实验组暴露室63的外筒102内，经过外筒102的第二端设置的废气出口，进入到废气回收处理系统9，第一节实验暴露室110中的另一部分气溶胶经过设置在各节实验暴露室之间的第二气溶胶稀释器73稀释后进入到第二节实验暴露室120的内筒中，空气压缩机111产生的第三路压缩空气经过控制第二气溶胶稀释器73中的空气进气量的第三空气流量控制器72进入到第二气溶胶稀释器73中用于稀释将要进入到第二节实验暴露室120中的气溶胶，第二节实验暴露室120中的一部分气溶胶被设置在第二节实验暴露室120外围的实验动物固定器62中的动物吸收后排放后，从实验动物固定器62中进入到实验组暴露室63的外筒102内，经过外筒102的第二端设置的废气出口，进入到废气回收处理系统9。经过同样的方式，第二节实验暴露室120中的另一部分气溶胶进入到第三节实验暴露室130中。
[0039]因此，本实用新型实施例可以在同一设备中实现不同浓度下的动物吸入毒理实验。能够实现同时实现多浓度情况下对动物进行实验和比较分析。
[0040]同时，口鼻暴露单元6还包括对照组暴露室61，设置对照组的目的是能够实现与正常生长条件下的动物进行对比，空气压缩机111产生的第四路压缩空气经过第四空气流量控制器68进入到对照组暴露室61，动物通过连接管65吸收对照区暴露室内的空气，产生的废气和被吸入的多余的空气被废气回收处理系统9回收和处理。
[0041]废气回收处理系统9包括顺次相连的废气回收箱91、干燥过滤器92、废气流量控制器93、手控球阀94、真空泵和高空排放处理系统96。废气回收箱91用于回收废气，与暴露室的外筒102的第二端设置的废气出口相连通。在本实施例中，废气回收处理系统9为两个，分别用于处理实验组暴露室63和对照组暴露室61中的废气。
[0042]口鼻暴露单元6还包括氧气浓度传感器、压力传感器、温度传感器和湿度传感器以及气溶胶采样管，设置在各节实验暴露室上，用于检测各节实验暴露室内的氧气浓度、压力、温度和湿度以及气溶胶浓度。
[0043]在本实用新型的另外一个实施例中，多浓度动物口鼻吸入动态暴露设备还包括安全屏蔽柜8和真空微负压处理系统5。安全屏蔽柜8包括动物行为远程监控摄像头81、照明灯82、紫外线消毒灯83、USB通讯接口 84和用于采集气溶胶样本的采样口 85。真空微负压处理系统5用于防止安全屏蔽柜8内的少量的泄露的气溶胶进入大气；真空微负压处理系统5包括单向阀51、压差表52和真空泵。
[0044]在本实用新型的另外一个实施例中，多浓度动物口鼻吸入动态暴露设备还包括采样系统3和控制系统2。
[0045]采样系统3包括依次相连接的二位二通电磁阀31、气溶胶浓度监测仪32和气溶胶流量控制器35以及真空泵。二位二通电磁阀31与气溶胶采样管相连通。气溶胶浓度监测仪32是采样系统的核心部件，可实时对各节实验暴露室内的气溶胶浓度进行监测和采样分析，以得出实验数据和相应曲线，为得出实验结论提供良好的条件。
[0046]控制系统2包括工控电脑21、触屏电脑22、软件编程控制终端23、数据采集卡24、继电器控制板25、接触器26和RS485通信接口 27 ;用于收集各种参数，并根据这些参数控制设备中各部件工作，以及控制各节暴露室内气溶胶的浓度，使设备满足实验的要求。
[0047]数据采集卡24上接工控电脑21，下接继电器控制板25，继电器控制板25连接接触器26，接触器26用于控制所有真空泵和空气压缩机111的开启或者关闭。氧气浓度传感器、压力传感器、温度传感器和湿度传感器与数据采集卡24相连。第一空气流量控制器17、第二空气流量控制器16、第三空气流量控制器72、第四空气流量控制器68、废气流量控制器93、气溶胶流量控制器35和二位二通电磁阀31均连接着RS485通信接口 27，RS485通信接口 27连接着工控电脑21，由软件编程控制终端23向每一个控制硬件终端编写程序并发送相应命令，保证了实验的精度。具有自动化控制系统，自动化程度高，实验精度高。
[0048]使用时，先用紫外消毒灯83对安全屏蔽柜8进行彻底消毒，将实验药液放置药液瓶13中，打开控制系统2对实验参数进行设置，包括药液流量、第一空气流量、第二空气流量、第三空气流量、第四空气流量、废气流量、气溶胶流量和负压值等，设置完毕后将实验动物放入实验动物固定器62内，打开真空微负压处理系统5，然后点击工控电脑21中的开始按钮令染毒开始。气溶胶由气溶胶发生系统I生成并进入实验组暴露室63。对照组暴露室61将通入一定量的压缩空气以和通入气溶胶的实验组暴露室63进行实时采样对比。采样系统3对实验组暴露室63中的各节实验暴露室内的气溶胶进行采样并得到气溶胶的浓度反馈到控制系统2。各节实验暴露室上的氧气浓度传感器，压力传感器、温度传感器和湿度传感器采集到的信息时时反馈给控制系统2。控制系统2根据各节实验暴露室内的氧气浓度、压力、温度和湿度以及气溶胶浓度对进入到该节实验暴露室内的空气量进行调节。实验中的废气可经过废气回收处理系统9过滤和排放。实验完毕时，工控电脑21可生成实验图表，供客户进行分析。整个过程的开启、控制与操作调控均可在软件编程控制终端23内完成，实现全自动化监控和操作，使实验更易操作，安全。多浓度动物口鼻吸入动态暴露设备生成了符合颗粒大小和浓度的气溶胶并且浓度能在实验组暴露室63的每一节内的每一层均匀分布、在多浓度稀释系统7的辅助下，每一层的气溶胶浓度不同。全自动化监测与控制、拥有废气回收处理系统9;能防止毒气泄露的、能进行及时采样的、多功能的强大的多浓度的口鼻吸入动态暴露设备。操作简单，免除了对操作人员的污染，提高了安全性和染毒的精度。
[0049]根据本实用新型，在本实用新型的另一个实施例中，如图3所示，口鼻暴露单元6还包括暴露单元底座。第二气溶胶稀释器73设置在内筒101内；废气出口通过设置在暴露单元底座上气孔631与废气回收处理系统9相连通；气溶胶采样管设置在内筒101上，内筒101上还设置气体进管。气体进管用于向第二气溶胶稀释器73内通入空气，对气溶胶进行稀释，气体进管上设置有第三空气流量控制器72和空气稀释器71。
[0050]第一节实验暴露室110、第二节实验暴露室120和第三节实验暴露室130的外筒上均设置有十二个设置在同一平面上的实验动物固定器62，通过第一节实验暴露室110的内筒的连接管处和第二节实验暴露室120的内筒的连接管处之间设置的第二气溶胶稀释器73，使进入到第二节实验暴露室120的内筒的连接管65处的气溶胶的浓度圆周均匀分布，在连接管65的口处气溶胶的浓度一样，即在该节暴露室内的每一层的同一圆周位置处的浓度是一致的，可以保证每个动物吸入到口鼻中的浓度一致；每一节实验暴露室内的气溶胶的浓度是一样的，只有第二气溶胶稀释器前后的浓度不一样，即各节实验暴露室内的气溶胶的浓度不一致，如第一节实验暴露室内的气溶胶中的一部分气溶胶被动物吸收，其余的气溶胶继续向下流动，经过第二气溶胶稀释器后进入到第二节实验暴露室内。通过改变气溶胶与稀释气体的比例，可以获得不同的稀释浓度。下表所示为该多浓度动物口鼻吸入动态暴露设备通过调节一定的稀释气体流量所获得的在每节暴露室中的浓度分布(单位:毫克每立方米):
[0051]
【权利要求】
1.一种多浓度动物口鼻吸入动态暴露设备，包括用于提供压缩空气的空气压缩机(111)、气溶胶发生系统(I)、口鼻暴露单元(6)以及废气回收处理系统(9);所述口鼻暴露单元(6)包括实验组暴露室(63)和实验动物固定器(62);所述气溶胶发生系统(I)包括气溶胶发生器(11)、用于控制所述气溶胶发生器(11)中的空气进气量的第一空气流量控制器(17)、用于向所述气溶胶发生器(11)提供药液的药液瓶(13)、与所述气溶胶发生器(11)的气溶胶出口相连的第一气溶胶稀释器(12)和用于控制所述第一气溶胶稀释器(12)中的空气进气量的第二空气流量控制器(16);所述第一气溶胶稀释器(12)与所述实验组暴露室(63)的气溶胶进口(112)连接；所述实验组暴露室(63)的废气出口与所述废气回收处理系统(9)连接；其特征在于， 还包括多浓度稀释系统(7);所述实验组暴露室(63)包括多节实验暴露室；多浓度稀释系统(7)包括设置在各节所述实验暴露室之间的第二气溶胶稀释器(73)和控制第二气溶胶稀释器(73)中的空气进气量的第三空气流量控制器(72)。
2.根据权利要求1所述的多浓度动物口鼻吸入动态暴露设备，其特征在于，所述废气回收处理系统(9)包括顺次相连的废气回收箱(91)、干燥过滤器(92)、废气流量控制器(93)、手控球阀(94)、真空泵和高空排放处理系统(96);所述废气回收箱(91)与所述废气出口相连通。
3.根据权利要求1所述的多浓度动物口鼻吸入动态暴露设备，其特征在于，所述口鼻暴露单元(6)还包括氧气浓度传感器、压力传感器、温度传感器和湿度传感器以及气溶胶采样管，所述氧气浓度传感器、所述压力传感器、所述温度传感器、所述湿度传感器和所述气溶胶采样管设置在各节所述实验暴露室上。
4.根据权利要求1所述的多浓度动物口鼻吸入动态暴露设备，其特征在于，还包括安全屏蔽柜(8)和真空微负压处理系统(5)；· 所述安全屏蔽柜(8)包括动物行为远程监控摄像头(81)、照明灯(82)、紫外线消毒灯(83)、USB通讯接口(84)和用于采集气溶胶样本的采样口(85)； 所述真空微负压处理系统(5)用于防止所述安全屏蔽柜内的少量的泄露的气溶胶进入大气，所述真空微负压处理系统(5)包括单向阀(51)、压差表(52)和真空泵。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的多浓度动物口鼻吸入动态暴露设备，其特征在于，还包括采样系统(3)和控制系统(2)。
6.根据权利要求5所述的多浓度动物口鼻吸入动态暴露设备，其特征在于，所述采样系统(3)包括依次相连接的二位二通电磁阀(31)、气溶胶浓度监测仪(32)和气溶胶流量控制器(35)以及真空泵；所述二位二通电磁阀(31)与所述气溶胶采样管相连通。
7.根据权利要求5所述的多浓度动物口鼻吸入动态暴露设备，其特征在于，所述控制系统(2)包括工控电脑(21)、触屏电脑(22)、软件编程控制终端(23)、数据采集卡(24)、继电器控制板(25)、接触器(26)和RS485通信接口 (27)； 所述接触器(26)、所述继电器控制板(25)、所述数据采集卡(24)和所述工控电脑(21)依次连接， 所述RS485通信接口(27)连接所述工控电脑(21)，所述软件编程控制终端(23)连接所述工控电脑(21)，所述触屏电脑(22)连接所述工控电脑(21)。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的多浓度动物口鼻吸入动态暴露设备，其特征在于，所述口鼻暴露单元(6)还包括对照组暴露室(61)。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的多浓度动物口鼻吸入动态暴露设备，其特征在于，所述多节实验暴露室为三节实验暴露室或四节实验暴露室或五节实验暴露室。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的多浓度动物口鼻吸入动态暴露设备，其特征在于，在所述气溶胶进口(112)处设`置所述第二气溶胶稀释器(73)。
【文档编号】G01N1/38GK203432981SQ201320491797
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月13日 优先权日:2013年8月13日
【发明者】张俊杰, 鹿建春, 刘玉杰, 郑劲林 申请人:北京慧荣和科技有限公司