一种多通道模块化动物吸入暴露箱和暴露系统

1.本发明涉及暴露实验装置的技术领域，特别是涉及一种多通道模块化动物吸入暴露箱和暴露系统。


背景技术：

2.随着世界卫生组织对空气污染的健康标准逐步加严，针对空气污染的健康危害研究显得尤为重要。2019年全球疾病负担研究结果表明，空气污染高居全球死因第四位，空气污染物可以直接或载带大量的有机化学组分通过呼吸进入支气管、肺泡甚至血液中，从而影响人类的呼吸系统、心血管系统、免疫系统、神经系统等。因此，空气污染暴露的健康影响研究备受关注。但是，现有的科学研究成果还不能形成对空气污染健康效应及其机制的全面认识，无法满足各国政府制定环境健康决策的需求。动物对空气污染的暴露研究实验可充分论证空气污染物的病理生理机制，因此，对空气污染暴露动物实验研究是一种有效手段。
3.目前国内外的研究中多采用鼻腔滴注或气管滴注的方式进行动物暴露实验研究，但是这与呼吸道吸入空气污染物的实际状态并不相同。部分研究将实验动物固定，进行口鼻暴露，这一方法的暴露时间有限，且暴露过程中限制了动物的自主活动，无法避免对动物生理指标的干扰。此外，大部分空气污染物对机体的损伤是长期、慢性的，一次性大剂量的暴露导致的损伤，不符合生物长时间反复吸入导致的慢性病理过程。
4.暴露箱可模拟实际环境下动物对空气污染物的暴露情况，但是现有的全身暴露系统大部分是商用一体化产品，集电脑控制系统、空气处理系统和暴露功能单元于一个大型柜体中，虽自动对暴露参数进行调节，但产品整体售价昂贵，体积过大，占用实验室较大空间且不便于移动；且该种动物吸附染毒实验用暴露箱及暴露系统，只能通过动物被动吸入染毒，无法在实际环境下进行主动吸入暴露。为此，亟需一种多通道动物吸入暴露箱和暴露系统以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种多通道模块化动物吸入暴露箱，以解决上述现有技术存在的问题，使实际环境暴露或特定环境暴露下均能够实现对多组动物、不同目标污染物、不同染毒剂量的同时暴露研究。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.本发明提供了一种多通道模块化动物吸入暴露箱，包括试验箱，所述试验箱的侧开口上铰接有侧门，所述试验箱上设置有进雾口、检测口、进气口和出气口，所述试验箱内用于放置实验动物，所述侧门能够打开与外界大气连通，所述进雾口用于连通不同试剂雾化后的染毒气源，所述进气口用于连通净化气源或者染毒气源。
8.优选的，所述试验箱的两个相对的侧面上分别铰接有一个所述侧门，两个所述侧门上均设置有观察窗和把手。
9.优选的，一个所述侧门上设置有进气口、另一个所述侧门上设置有出气口，所述进雾口和所述检测口分别设置于所述试验箱的另外两个侧面上，所述进雾口、所述检测口、所述进气口和所述出气口上均设置有螺纹。
10.优选的，所述试验箱的两个相对的侧开口上分别设置有一圈凸出的隔板，所述隔板上可拆卸连接有滤膜。
11.优选的，所述试验箱的顶面上可拆卸设置有风扇。
12.优选的，所述试验箱的侧壁上设置有温湿度计。
13.优选的，所述试验箱的材质为医用不锈钢316l，所述试验箱的长为500mm、宽为400mm、高为200mm。
14.本发明还涉及一种多通道模块化动物吸入暴露系统，包括上述的多通道模块化动物吸入暴露箱、雾化染毒气源组件和净化气源组件或者染毒气源组件，所述多通道模块化动物吸入暴露箱的进气口与净化气源组件或者染毒气源组件连通、进雾口与雾化染毒气源组件连通、出气口与外界大气连通。
15.优选的，所述雾化染毒气源组件包括依次与所述进雾口连通干燥过滤管、医用雾化器、转子流量计和洁净空气瓶；所述净化气源组件包括与所述进气口依次连通的转子流量计、空气过滤器和空气泵；所述染毒气源组件包括与所述进气口依次连通的稀释器和染毒气源。
16.优选的，所述多通道模块化动物吸入暴露箱设置有若干个，每个所述多通道模块化动物吸入暴露箱的进气口分别与净化气源组件或者染毒气源组件连通、进雾口分别与雾化染毒气源组件连通。
17.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
18.本发明的多通道模块化动物吸入暴露箱，既适用于实验室内剂量、条件可控的染毒实验研究，又适用于实际环境的室外暴露研究，即实验动物既可暴露于雾化的气溶胶颗粒、模拟染毒气体、尾气、烟气等，又可暴露于外界实际大气环境；且可通过模块化组合，同时实现对多组动物、不同目标污染物、不同染毒剂量的同时暴露研究，该暴露系统可以通过动物自然呼吸摄入，达到实际环境暴露或特定环境暴露的目的，实现研究的便捷与多样。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明多通道模块化动物吸入暴露系统的结构示意图；
21.图2为本发明多通道模块化动物吸入暴露箱的结构示意图一；
22.图3为本发明多通道模块化动物吸入暴露箱的结构示意图二；
23.图4为本发明多通道模块化动物吸入暴露箱的结构示意图三；
24.其中：1-试验箱，2-进雾口，3-检测口，4-隔板，5-侧门，6-观察窗，7-把手，8-进气口，9-温湿度计，10-出气口，11-风扇，12-空气泵，13-医用雾化器，14-干燥过滤管，15-转子流量计，16-洁净空气瓶，17-空气过滤器。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.本发明的目的是提供一种多通道模块化动物吸入暴露箱和暴露系统，以解决现有技术存在的问题，使实际环境暴露或特定环境暴露下均能够实现对多组动物、不同目标污染物、不同染毒剂量的同时暴露研究。
27.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
28.实施例1
29.如图1至图4所示：本实施例提供了一种多通道模块化动物吸入暴露箱，包括试验箱1，试验箱1的侧开口上铰接有侧门5，试验箱1上设置有进雾口2、检测口3、进气口8和出气口10，试验箱1内用于放置实验动物，侧门5能够打开与外界大气连通，进雾口2用于连通不同试剂雾化后的染毒气源，进气口8用于连通净化气源或者染毒气源。若短期实验，可直接将实验动物放置于试验箱1内，若需要进食进水，可放置饲养用通气笼存放实验动物。
30.本实施例中可以实现“多通道”染毒气体的吸入方式，即：侧门5打开后可用于外界实际大气环境暴露，将滤膜嵌入隔板4后，可使经滤膜净化后的空气进入试验箱1内；进雾口2可用于雾化的气溶胶颗粒暴露；进气口8可用于模拟染毒气体、尾气、烟气等的暴露，或者通入洁净空气，确保实验动物的正常呼吸。
31.试验箱1的两个相对的侧面上分别(通过合页)铰接有一个侧门5(侧门5上设置有密封条进行密封)，两个侧门5上均设置有观察窗6和把手7。一个侧门5上设置有进气口8、另一个侧门5上设置有出气口10，进雾口2和检测口3分别设置于试验箱1的另外两个侧面上，进雾口2、检测口3、进气口8和出气口10上均设置有螺纹。其中，待暴露箱内气溶胶浓度稳定后，检测口3与外部的气溶胶检测仪相连，可检测进入试验箱1的空气中颗粒物浓度，检测口3高度与动物在试验箱1内活动呼吸的高度相匹配。检测口3上通过l型转接头接导管，可转到想要检测的点位，第一个点检测完后，再改变导管位置进行第二个点位的检测；三通接头接导管，可以测三个点位的空气平均浓度，确保染毒剂在气溶胶状态均匀分散于试验箱1中。试验箱1的两个相对的侧开口上分别设置有一圈凸出的隔板4，隔板4上可拆卸连接有滤膜，滤膜为达到hepa标准的过滤膜，对于微米的颗粒去除效率达到99％，嵌入滤膜后的试验箱1即可作为对照组。试验箱1上隔板4与侧门5的深度相匹配，当两侧门5打开时，隔板4上可嵌入滤膜，以使环境空气经滤膜净化后进入试验箱1内，同时，将试验箱1前后侧的进雾口2和检测口3关闭，保证进入试验箱1的空气都经过滤膜净化；当两侧门5打开、隔板4不加滤膜时，试验箱1可直接暴露于实际环境空气中。
32.试验箱1的顶面上可拆卸设置有风扇11，以使雾化的染毒剂均匀分散于试验箱1内部。试验箱1的侧壁上设置有温湿度计9，可实时观测试验箱1内温度和湿度变化；温湿度计9固定于试验箱1的内侧，可透过箱门上的观察窗6看到数值，观察窗6采用透光的有机玻璃制成。试验箱1的材质为医用不锈钢316l，试验箱1的长为500mm、宽为400mm、高为200mm，可为实验动物提供避光环境、减少人为干扰，且材质对动物无毒性；可最多容纳两个单独ivc笼，
每个ivc笼可容纳成年小鼠5-6只。若两个试验箱1联合使用，可使两组动物分别暴露于实际环境和过滤空气环境中，使研究人员能直接对比不同暴露环境下动物间的差异，直观地反应暴露环境对动物生活状态和生理指标的影响。
33.本实施例还涉及一种多通道模块化动物吸入暴露系统，包括上述的多通道模块化动物吸入暴露箱、雾化染毒气源组件和净化气源组件或者染毒气源组件，多通道模块化动物吸入暴露箱的进气口8与净化气源组件或者染毒气源组件连通、进雾口2与雾化染毒气源组件连通、出气口与外界大气连通。本实施例中的进气口8可通过转子流量计15、空气过滤器17与空气泵12连通或者通过稀释器与染毒气源(模拟染毒气、汽车尾气、烟气等污染气源)连通、进雾口2依次通过干燥过滤管14和医用雾化器13、转子流量计15与洁净空气瓶16连通、出气口10与外界大气连通。各部件可以作为一个个独立的模块使用，暴露箱与不同的进气组件(净化气源组件或者染毒气源组件)、雾化染毒气源组件对应连接可根据不同变量的实验需求，可模拟不同污染源或不同实验动物的暴露实验。
34.雾化染毒气源组件包括依次与进雾口2连通干燥过滤管14、医用雾化器13、转子流量计15和洁净空气瓶16，根据实验需要，可模拟不同染毒雾化气源对实验动物的暴露实验。净化气源组件包括与进气口8依次连通的转子流量计15、空气过滤器17和空气泵12，根据实验需要，为实验动物提供一个正常的呼吸环境。染毒气源组件包括与进气口8依次连通的稀释器和染毒气源，根据染毒气源的不同可增加空气泵，根据实验需要，可模拟不同染毒气源对实验动物的暴露实验。几个试验箱1可以共用一个洁净空气瓶16，转子流量计15可调节进入医用雾化器13和试验箱1的载气流量大小，保证雾化的稳定性，医用雾化器13的药液杯中的染毒剂雾化后经所述进雾口2进入试验箱1内。
35.多通道模块化动物吸入暴露箱设置有若干个，每个多通道模块化动物吸入暴露箱的进气口8分别与净化气源组件或者染毒气源组件连通、进雾口2分别与雾化染毒气源组件连通。
36.实施例2
37.本实施例为室外实际环境暴露实验：将两个试验箱1置于室外空地上，每个箱内放进两个小鼠独立通气笼，每个笼子里有五只小鼠，小鼠可自由获得水和食物。暴露组：将试验箱1的两侧门5打开，不做任何其他处理，可随时观察小鼠状态。对照组：将试验箱1两侧门5打开，在隔板4上嵌入尺寸合适的滤膜(此处采用高效过滤器hepa滤膜)，空气通过滤膜进入实验箱1内，同时将进雾口2和检测口3用管帽堵上，保证进入试验箱1的外界空气经过hepa滤膜的过滤。采用气溶胶检测仪检测当天实际大气环境中的pm
2.5
浓度值，待试验箱1内空气充分净化后，测得对照组pm
2.5
浓度值并记录。经过8小时的暴露后，暴露组和对照组小鼠状态正常，无不良反应，说明该试验箱1的实际效果能够满足室外实验需求，可以保证外场实验对照组的可行性。
38.实施例3
39.本实施例为室内实验室雾化暴露实验：共采用两组实验动物，第一组为生理盐水对照；第二组为使用pm
2.5
模型颗粒物负载多环芳烃污染物，将负载后的颗粒用生理盐水重新悬浮，置于冰箱-20℃保存备用。
40.暴露实验时，试验箱11配合空气泵12、医用雾化器13、洁净空气瓶16、风扇11、高效空气过滤器17和温湿度计9使用，分别对二组实验动物进行暴露。将二个试验箱1并联起来，
用一瓶洁净空气瓶16提供雾化所需载气，分别通过一个转子流量计15控制相应试验箱1的载流空气流量，各个试验箱1分别由一个医用雾化器13提供染毒剂，实验过程中产生的尾气通过出气口10排出。第一组试验箱1，打开空气泵12，使经过空气过滤器17的洁净空气进入试验箱1，使用转子流量计15调节进气口8空气流量。第二组试验箱1，拧开洁净空气瓶16，使洁净空气携带医用雾化器13中的雾化污染物染毒实验动物，并用转子流量计15调节载气流量。
41.此外，上述各实施例还可将多个试验箱1模块化并联起来，以同时进行多组暴露实验，各个试验箱1共用一个空气泵12，分别通过一个转子流量计15控制相应暴露箱的载流空气流量，各暴露箱分别由一个医用雾化器13提供染毒溶液或同时使用直接暴露通道进行主动暴露，目标污染物可以自由选择，且可通过调节进气口8的空气流量和雾化载气流量来调节暴露区域内的颗粒物浓度；可以模拟实际暴露场景，动物可通过主动的自然呼吸染毒暴露，且能够自由活动不影响其正常生长；与现有大型全身暴露装置相比，体积更小，便于开展实际环境的室外实验，且成本更低，结构简单，便于清洁；可通过模块化组装，同时实现多组动物、不同目标污染物或不同染毒剂量的暴露。本实施例适用于常见小型动物的全身动式染毒暴露，不仅可以雾化染毒药剂，还可以实现有害气体暴露；通过暴露箱和暴露设备的自由组装，实验动物可进行污染物质可调，浓度可测，染毒剂量稳定和时间可控的吸入暴露研究，使得动物吸入暴露更加贴合实际环境条件暴露，研究结果更具参考性。
42.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种多通道模块化动物吸入暴露箱，其特征在于：包括试验箱，所述试验箱的侧开口上铰接有侧门，所述试验箱上设置有进雾口、检测口、进气口和出气口，所述试验箱内用于放置实验动物，所述侧门能够打开与外界大气连通，所述进雾口用于连通不同试剂雾化后的染毒气源，所述进气口用于连通净化气源或者染毒气源。2.根据权利要求1所述的多通道模块化动物吸入暴露箱，其特征在于：所述试验箱的两个相对的侧面上分别铰接有一个所述侧门，两个所述侧门上均设置有观察窗和把手。3.根据权利要求2所述的多通道模块化动物吸入暴露箱，其特征在于：一个所述侧门上设置有进气口、另一个所述侧门上设置有出气口，所述进雾口和所述检测口分别设置于所述试验箱的另外两个侧面上，所述进雾口、所述检测口、所述进气口和所述出气口上均设置有螺纹。4.根据权利要求2所述的多通道模块化动物吸入暴露箱，其特征在于：所述试验箱的两个相对的侧开口上分别设置有一圈凸出的隔板，所述隔板上可拆卸连接有滤膜。5.根据权利要求1所述的多通道模块化动物吸入暴露箱，其特征在于：所述试验箱的顶面上可拆卸设置有风扇。6.根据权利要求1所述的多通道模块化动物吸入暴露箱，其特征在于：所述试验箱的侧壁上设置有温湿度计。7.根据权利要求1所述的多通道模块化动物吸入暴露箱，其特征在于：所述试验箱的材质为医用不锈钢316l，所述试验箱的长为500mm、宽为400mm、高为200mm。8.一种多通道模块化动物吸入暴露系统，其特征在于：包括权利要求1-7中任意一项所述的多通道模块化动物吸入暴露箱、雾化染毒气源组件和净化气源组件或者染毒气源组件，所述多通道模块化动物吸入暴露箱的进气口与净化气源组件或者染毒气源组件连通、进雾口与雾化染毒气源组件连通、出气口与外界大气连通。9.根据权利要求8所述的多通道模块化动物吸入暴露系统，其特征在于：所述雾化染毒气源组件包括依次与所述进雾口连通干燥过滤管、医用雾化器、转子流量计和洁净空气瓶；所述净化气源组件包括与所述进气口依次连通的转子流量计、空气过滤器和空气泵；所述染毒气源组件包括与所述进气口依次连通的稀释器和染毒气源。10.根据权利要求8所述的多通道模块化动物吸入暴露系统，其特征在于：所述多通道模块化动物吸入暴露箱设置有若干个，每个所述多通道模块化动物吸入暴露箱的进气口分别与净化气源组件或者染毒气源组件连通、进雾口分别与雾化染毒气源组件连通。

技术总结
本发明公开了一种多通道模块化动物吸入暴露箱和暴露系统，包括试验箱，试验箱的侧开口上铰接有侧门，试验箱上设置有进雾口、检测口、进气口和出气口，试验箱内用于放置实验动物。本发明的多通道模块化动物吸入暴露箱，既适用于实验室内剂量、条件可控的染毒实验研究，又适用于实际环境的室外暴露研究，即实验动物既可暴露于雾化的气溶胶颗粒、模拟染毒气体、尾气、烟气等，又可暴露于外界实际大气环境；且可通过模块化组合，同时实现对多组动物、不同目标污染物、不同染毒剂量的同时暴露研究，该暴露系统可以通过动物自然呼吸摄入，达到实际环境暴露或特定环境暴露的目的，实现研究的便捷与多样。究的便捷与多样。究的便捷与多样。


技术研发人员：王婷 李心婷 王恺 毛洪钧 王平 姚青倩
受保护的技术使用者：南开大学
技术研发日：2021.12.13
技术公布日：2022/3/8