一种中小型实验动物呼出气溶胶采集装置

技术领域

本发明涉及气体样本采集技术领域，特别是涉及一种中小型实验动物呼出气溶胶采集装置。

背景技术

气溶胶(Aerosol)是以空气为介质，固态或液态的微粒在其中长时间悬浮，微粒和空气形成的稳定的分散体系。若微粒中包含微生物，便形成了微生物气溶胶。根据微生物种类的不同，又可以被分为病毒气溶胶(viralaerosol)、细菌气溶胶(bacterialaerosol)、真菌气溶胶(fungalaerosol)。人可以呼入的粒径范围是0.5-5μm。由于这些微粒本身足够小，在气体介质中的沉降速度很低，能长时间悬浮在空气中，并可随风飘散至远处。

微生物气溶胶的广泛散播及浓度增加可能会造成大气环境污染，使某些传染病暴发流行的机率提高，对人类健康、正常生活和畜牧业的正常生产构成严重威胁。

例如，流感病毒是一种重要的呼吸道传播病原，其宿主广泛、变异速度快、传播能力强，甚至多次引起世界范围内的大流行，给人类健康和畜禽养殖业带来了巨大的危害。豚鼠是流感病毒在哺乳动物间传播能力评价的重要动物模型之一，掌握豚鼠感染流感病毒后的气溶胶排毒规律对于科学研判流感病毒的传播能力及综合防控具有重要借鉴意义。但目前并没有一种可以对豚鼠这些中小型实验动物呼出气溶胶粒子进行实时监测和采集的实验装置。

因此，亟需提供一种中小型实验动物呼出气溶胶采集装置，以解决现有技术中所存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种中小型实验动物呼出气溶胶采集装置，以解决上述现有技术存在的问题，安全、快捷地采集中小型实验动物呼出的气溶胶样本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种中小型实验动物呼出气溶胶采集装置，包括采集装置本体，所述采集装置本体包括动物固定系统、采样系统、监测系统和控制器；所述动物固定系统包括仓体，所述仓体安装于支撑架上，所述仓体的顶部设置有仓盖，所述仓体内设置有动物固定装置，用于固定中小型实验动物；所述仓体的底部设置有采样口，所述采样口上安装有管路连接头，所述管路连接头的进气口与所述动物固定装置连接，所述采样系统与所述管路连接头的出气口连接，所述仓体还与所述监测系统连接；所述采样系统以及所述监测系统均与所述控制器连接。

优选的，所述动物固定装置设置有多个，多个所述动物固定装置环绕所述采样口沿环形均布。

优选的，所述管路连接头上设置有多个进气口，所述进气口的数量与所述动物固定装置的数量对应相等，每一个所述进气口均连接有一个所述动物固定装置；所述管路连接头的出气口设置有两个，包括第一出气口和第二出气口，所述第一出气口与所述采样系统连接。

优选的，所述监测系统包括粒径谱仪，所述粒径谱仪与所述第二出气口连接；

所述监测系统还包括压力传感器、湿度传感器、温度传感器和氧气浓度传感器，所述压力传感器、所述湿度传感器、所述温度传感器以及所述氧气浓度传感器均安装于所述仓体内。

优选的，所述采样系统包括分级采样器，所述分级采样器与所述第一出气口连接，所述分级采样器还连接有采样泵。

优选的，所述仓体上还设置有空气过滤器，所述空气过滤器设置有两个，包括第一空气过滤器和第二空气过滤器，所述第一空气过滤器和所述第二空气过滤器分别对称设置于所述仓体的顶部两侧。

优选的，所述仓体内还设置有照明灯；

所述仓体内还设置有消毒装置，所述消毒装置采用紫外线灯。

优选的，所述仓体的正面采用透明材质制成，所述仓体的正面还设置有操作窗口；所述操作窗口安装有可拆卸的操作袖套，所述操作袖套的一端设置有袖套孔，安装在所述采样窗口上，另一端设置有手套，伸入所述仓体内。

优选的，所述动物固定装置包括固定瓶体，所述固定瓶体的尾端设置有固定盖，前端设置有开口，用于与所述管路连接头的进气口连接；所述固定瓶体内还设置有推板，所述推板用于固定中小型实验动物，所述推板连接有推杆，所述推杆贯穿所述固定盖；所述固定盖上还开设在有通气孔，所述通气孔上安装有过滤网。

优选的，所述固定瓶体安装于固定支座上，所述固定支座包括底座、支杆、旋转套筒和弧形安装板；所述支杆的底部与所述底座连接，顶部转动安装有所述旋转套筒，所述弧形安装板安装于所述旋转套筒的顶部，用于对所述固定瓶体进行支撑；所述弧形安装板的底部通过销轴与所述旋转套筒转动连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明填补了现有技术中无法准确、实时的分析动物呼出气溶胶粒子粒径谱的技术空白，可以有效降低环境气溶胶粒子对实验结果的影响，不仅能够分析豚鼠呼出气体中总颗粒物浓度及粒径分布特征，还能进行微生物粒径分级采样，分析微生物气溶胶的浓度及粒径分布特征，有利于深入系统研究微生物的流行和传播机制。

附图说明

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。

图1为本发明的中小型实验动物呼出气溶胶采集装置的结构示意图；

图2为本发明的中小型实验动物呼出气溶胶采集装置的俯视图；

图3为本发明的动物固定装置的结构示意图；

图4为本发明的固定盖的结构示意图；

图5为本发明固定支座的结构示意图；

其中：1-仓体，2-第一空气过滤器，3-第二空气过滤器，4-动物固定装置，41-固定瓶体，42-推板，43-推杆，44-固定盖，45-固定夹，46-通气孔，5-采样口，6-紫外线灯，7-支撑架，8-固定支座，81-底座，82-支杆，83-弧形安装板，84-旋转套筒，85-销轴，9-左操作窗口，10-右操作窗口，11-管路连接头，12-照明灯，13-粒径谱仪，14-分级采样器，15-采样泵。

具体实施方式

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。

本发明的目的是提供一种中小型实验动物呼出气溶胶采集装置，以解决上述现有技术存在的问题，安全、快捷地采集中小型实验动物呼出的气溶胶样本。

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。

实施例一

如图1-5所示：本实施例提供了一种中小型实验动物呼出气溶胶采集装置，包括采集装置本体，采集装置本体包括动物固定系统、采样系统、监测系统和控制器；动物固定系统包括仓体1，仓体1优选采用长方体仓体，长1m，宽0.8m，高0.6m，其尺寸亦可以根据具体工作需要进行调节；仓体1安装于支撑架7上，仓体1的顶部设置有仓盖，仓体1内设置有动物固定装置4，用于固定中小型实验动物；仓体1的底部正中心设置有采样口5，采样口5上安装有管路连接头11，管路连接头11的进气口与动物固定装置4连接，采样系统与管路连接头11的出气口连接，仓体1还与监测系统连接；采样系统以及监测系统均与控制器连接。

在本实施例中，动物固定装置4设置有多个，多个动物固定装置4环绕采样口5沿环形均布，设置有多个动物固定装置4，能够同时对多个中小型实验动物进行实验，提高实验效率；本实施例中优选设置有四个动物固定装置4，中小型实验动物可以选用豚鼠等。

在本实施例中，管路连接头11上设置有多个进气口，进气口的数量与动物固定装置4的数量对应相等，每一个进气口均连接有一个动物固定装置4；管路连接头11的出气口设置有两个，包括第一出气口和第二出气口，第一出气口与采样系统连接；其中，进气口以及出气口上均设置有控制阀门，用于控制其开关。

在本实施例中，监测系统包括TSI3321型号的粒径谱仪13，粒径谱仪13与第二出气口连接，粒径谱仪13可以实时或分时段监测动物固定系统内气溶胶颗粒的空气动力学粒径，并给出气溶胶数量浓度、表面积浓度、体积浓度及质量浓度随粒径的分布情况；控制器与粒径谱仪13相连，控制粒径谱仪13采样频率和采样时间，读取分析数据。

进一步地，监测系统还包括压力传感器、湿度传感器、温度传感器和氧气浓度传感器，压力传感器、湿度传感器、温度传感器以及氧气浓度传感器均安装于仓体内，可以对仓体的气体环境进行实时监测。

在本实施例中，采样系统包括分级采样器14，分级采样器14与第一出气口连接，分级采样器14还连接有采样泵15；其中，分级采样器14采用安德森六级采样器，用于将豚鼠呼出的气溶胶粒子分为6种不同的粒径区间进行采集，以分析豚鼠呼出微生物气溶胶粒子的特性；采样泵15通过塑胶软管与安德森六级采样器相连，为安德森六级采样器14提供采样动力源(28.3L/min)并控制采样时间。

在本实施例中，仓体1上还设置有空气过滤器，空气过滤器设置有两个，包括第一空气过滤器2和第二空气过滤器3，第一空气过滤器2和第二空气过滤器3分别对称设置于仓体1的顶部两侧；其中，空气过滤器的种类根据具体工作需要从现有技术中进行选择，设置两个空气过滤器可以过滤掉空气微生物，最终将无菌空气输送到仓体1内。

在本实施例中，仓体1内还设置有照明灯12，可以用于照明；仓体1内还设置有消毒装置，消毒装置采用紫外线灯6，可以对仓体1内空气进行杀菌，减小外界环境中所存在的气溶胶对实验结果的影响。

在本实施例中，仓体1的正面采用透明材质(亚克力板或玻璃板)制成，或者是整个仓体1都采用透明材质制成，仓体1的正面还设置有操作窗口，操作窗口设置有两个，包括左操作窗口9和右操作窗口10；操作窗口安装有可拆卸的操作袖套，操作袖套的一端设置有袖套孔，安装在采样窗口上，另一端设置有手套，伸入仓体1内。

在本实施例中，动物固定装置4包括固定瓶体41，固定瓶体41的尾端设置有固定盖44，前端设置有开口，用于与管路连接头11的进气口连接；固定瓶体41内还设置有推板42，中小型实验动物位于开口与推板42之间，其口鼻部位于开口处，推板42用于固定中小型实验动物，通过调节推板42的位置可以用于固定不同大小的实验动物；推板42连接有推杆43，推杆43贯穿固定盖44；固定盖44上还开设有通气孔46，用于为固定瓶体41内的实验动物提供充足的空气，通气孔46上安装有过滤网。其中，固定瓶体41的两侧外壁上还设置有固定夹45，用于对固定盖44进行固定。

在本实施例中，固定瓶体41安装于固定支座8上，固定支座8包括底座81、支杆82、旋转套筒84和弧形安装板83；支杆82的底部与底座81连接，顶部转动安装有旋转套筒84，旋转套筒84沿支杆82轴向转动；弧形安装板83安装于旋转套筒84的顶部，用于对固定瓶体41进行支撑，通过旋转套筒84可以带动弧形安装板83转动，进一步地带动整个固定瓶体41转动，实现方向调节；弧形安装板83的底部通过销轴85与旋转套筒84转动连接，可以实现固定瓶体41的倾斜角度调节。弧形安装板83上还设置有魔术贴等固定装置，用于对固定瓶体41进行固定，弧形安装板83的内壁上还设置有柔性材料层，用于对固定瓶体41进行有效保护。

在本实施例中中，仓体1还连接有废气处理系统，废气处理系统包括空气处理器、废气流量控制器、控制阀门和真空泵；具体地，仓体1上的出气口通过出气管与空气处理器连接，通过设置空气处理器可以将仓体1内残余废气净化后再排出，减小对环境的影响；出气管上可以设置废气流量控制器和控制阀门进行控制，并连接有真空泵，提供动力。

本实施例中工作流程如下：

工作时，打开仓体1正面面板将麻醉的受试豚鼠放置于仓体1内，关闭正面面板，并通过操作窗口的操作手套将豚鼠固定于固定瓶体41中。待豚鼠气息稳定后，首先将粒径谱仪13连接至管路连接头11的第二出气口，进行持续监测，获得豚鼠呼出气体中气溶胶微粒粒径谱特征；随后，将安德森六级采样器连接至第一出气口，进行30分钟的连续采样，后续通过测定采样样品中微生物的含量来分析豚鼠呼出微生物气溶胶的浓度及粒径分布；持续监测或连续采样时，实验仓体1内产生负压，通过空气过滤器过滤空气微生物，最终将无菌空气输送到仓体1内，同时形成由上至下，由四周至中心的定向气流。

实验期间，通过仓体1正面的透明面板观察仓体1内受试动物行为及精神状态，通过操作窗口进行仓内试验操作；照明灯12和紫外灯为实验动物提供所需光照和仓内消毒。实验完成后，废气通过废气处理系统处理后进行排出。

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。