樹(shù)鼩獨(dú)立換氣籠具的設(shè)計(jì)

匡德宣，江勤芳，黃璋瓊，罕圓圓，陸彩霞，馮建洪，許長(zhǎng)興，孫曉梅，代解杰

(1.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院，北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院，醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究所，云南省重大傳染病疫苗研發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 650118;2.蘇州市馮氏實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)備有限公司，蘇州 215132)

樹(shù)鼩獨(dú)立換氣籠具的設(shè)計(jì)

匡德宣1，江勤芳1，黃璋瓊1，罕圓圓1，陸彩霞1，馮建洪2，許長(zhǎng)興2，孫曉梅1，代解杰1

(1.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院，北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院，醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究所，云南省重大傳染病疫苗研發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 650118;2.蘇州市馮氏實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)備有限公司，蘇州 215132)

目的 設(shè)計(jì)研究一種滿足于樹(shù)鼩感染性疾病動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)生物安全要求的獨(dú)立換氣專用隔離籠具。方法 根據(jù)樹(shù)鼩的生物學(xué)特性、實(shí)驗(yàn)生物安全要求及有關(guān)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物籠具標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)果 該籠舍完全適用于感染性疾病實(shí)驗(yàn)樹(shù)鼩的飼養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)操作。結(jié)論 該籠具能達(dá)到維護(hù)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利，保證實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量，保障人身健康，保護(hù)環(huán)境的要求，對(duì)于使用樹(shù)鼩開(kāi)展人類重大傳染病研究具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)前景。

樹(shù)鼩;獨(dú)立換氣籠具;設(shè)計(jì)

樹(shù)鼩已成功建立了多種人類病毒感染的動(dòng)物模型，并在神經(jīng)生物學(xué)、生殖生物學(xué)、免疫學(xué)和社會(huì)心理學(xué)等方面有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用和研究［1］。樹(shù)鼩替代黑猩猩作為常用的模式實(shí)驗(yàn)動(dòng)物已是一種趨勢(shì)和必然，并在一定領(lǐng)域具有靈長(zhǎng)類無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)［2］。現(xiàn)在世界上許多國(guó)家已經(jīng)開(kāi)展了野生動(dòng)物實(shí)驗(yàn)動(dòng)物化方面的研究，我們國(guó)家的多個(gè)研究機(jī)構(gòu)都在嘗試使用樹(shù)鼩開(kāi)展人類重大傳染病研究［3］。但到目前為止，未見(jiàn)有符合生物安全，開(kāi)展感染性樹(shù)鼩實(shí)驗(yàn)的專用籠具報(bào)道。因此我們開(kāi)展樹(shù)鼩標(biāo)準(zhǔn)化的飼養(yǎng)和繁殖的研究過(guò)程中，參考有關(guān)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境設(shè)施、籠器具的國(guó)家和地方標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的籠具技術(shù)規(guī)范和要求［4－6］，結(jié)合樹(shù)鼩的生物學(xué)特性完成了實(shí)驗(yàn)樹(shù)鼩獨(dú)立換氣隔離專用籠具的設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)樹(shù)鼩飼養(yǎng)和感染性疾病動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)工作中應(yīng)用取得較好的效果。

1 材料和方法

1.1 主要材料

籠架各部件均選用無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)磁性，耐酸、耐堿、易清洗，易消毒、耐高溫、耐高壓的材料制成。其中，主架采用AISI304不銹鋼無(wú)縫型材或有縫型材制作，不銹鋼內(nèi)外表面宜電刨光，籠具采用美國(guó)進(jìn)口聚砜(PSU)材料制成，光滑、透明，便于實(shí)驗(yàn)觀察;籠盒內(nèi)的窩箱采用PVC材料。

1.2 制作方法

獨(dú)立換氣樹(shù)鼩專用籠具包括安裝有進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)和排風(fēng)風(fēng)機(jī)的主機(jī)(100cm×60cm×190cm)、機(jī)架(50cm×60cm×170cm)、安置樹(shù)鼩籠盒的隔離單元以及連通的管道系統(tǒng)。具體制作方法如圖1、圖2、圖3所示。

1.2.1 框架機(jī)架和獨(dú)立隔離單元

首先構(gòu)建一個(gè)金屬的框架機(jī)架如圖25，左右上下隔離成6個(gè)相同的獨(dú)立隔離單元如圖24，每個(gè)獨(dú)立的隔離單元之間由籠架傳遞管如圖26連接，能夠保持壓力一致。

1.2.2 樹(shù)鼩籠盒、食盒和飲水瓶

每一隔離單元內(nèi)設(shè)置一個(gè)樹(shù)鼩籠盒(45cm×55cm×45cm)，樹(shù)鼩籠盒內(nèi)有食盒如圖2(10cm×10cm×15cm)和飲水瓶如圖3，可以固定在頂網(wǎng)如圖4上。每一樹(shù)鼩籠盒的箱體9采用透明PSU材料制作，能夠方便地觀察飼養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物樹(shù)鼩。

1.2.3 底盒、箱體、頂蓋及鎖扣

在箱體如圖9的下部設(shè)有底網(wǎng)如圖7用于過(guò)濾實(shí)驗(yàn)樹(shù)鼩產(chǎn)生的糞便和垃圾等，底盒如圖10、箱體如圖9和頂蓋如圖1通過(guò)鎖扣如圖8可以很方便的緊密連接或分離，也防止內(nèi)部獨(dú)立送風(fēng)的壓力泄露。

1.2.4 窩箱和木制支架

箱體內(nèi)設(shè)有供實(shí)驗(yàn)樹(shù)鼩躲藏休憩的窩箱如圖5(25cm×15cm×15cm)，窩箱采用PVC材料制作，窩箱左下端留意個(gè)直徑6cm的圓孔，便于樹(shù)鼩自由出入。同時(shí)可以很好的對(duì)躲藏在其中的樹(shù)鼩進(jìn)行捕捉;箱體內(nèi)還設(shè)有供實(shí)驗(yàn)動(dòng)物樹(shù)鼩嬉戲的木制支架如圖6，滿足實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的動(dòng)物福利需求。

1.2.5 風(fēng)道隔板、進(jìn)風(fēng)孔及出風(fēng)孔

在樹(shù)鼩籠盒的中部設(shè)置有風(fēng)道，風(fēng)道中間置有風(fēng)道隔板如圖13，從而將風(fēng)道隔離成進(jìn)風(fēng)風(fēng)道和出風(fēng)風(fēng)道兩部分，在每一個(gè)隔離單元靠風(fēng)道一邊的籠壁上，都鉆有一個(gè)進(jìn)風(fēng)孔如圖11和一個(gè)出風(fēng)孔如圖12，以保證進(jìn)風(fēng)孔如圖11與進(jìn)風(fēng)風(fēng)道相連通，出風(fēng)孔如圖12和出風(fēng)風(fēng)道相連通。

1.2.6 空氣凈化系統(tǒng)

在籠盒的機(jī)架如圖25外壁上還開(kāi)有進(jìn)風(fēng)口如圖23，它一端與樹(shù)鼩籠盒內(nèi)的進(jìn)風(fēng)孔如圖11連接從而與進(jìn)風(fēng)道相通，另一端連接有軟管如圖22。空氣由進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)如圖19送入，經(jīng)過(guò)高效過(guò)濾器如圖15凈化后由進(jìn)風(fēng)管如圖20和軟管如圖22進(jìn)入籠架傳遞管如圖26，經(jīng)進(jìn)風(fēng)孔如圖11進(jìn)入獨(dú)立換氣的樹(shù)鼩籠盒，提供凈化空氣。樹(shù)鼩籠盒內(nèi)的污濁空氣和氨氣從籠盒的出風(fēng)孔如圖12排出，經(jīng)由機(jī)架如圖25外壁上的回風(fēng)口如圖16以及軟管如圖22連接進(jìn)入回風(fēng)管如圖14回到主機(jī)上的另一個(gè)高效過(guò)濾器進(jìn)行氣體過(guò)濾，然后由排風(fēng)風(fēng)機(jī)如圖19'的排風(fēng)口如圖27排出室外。

1.2.7 噪音罩

風(fēng)機(jī)外設(shè)置有防噪音罩如圖18，減少風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪音對(duì)飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物樹(shù)鼩的影響。

1.2.8 具體參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

工作期間，如排風(fēng)風(fēng)機(jī)流量大于進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)流量，則籠盒處于負(fù)壓狀態(tài);如排風(fēng)風(fēng)機(jī)流量小于進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)流量，則籠盒處于正壓狀態(tài);具體參數(shù)可以通過(guò)控制面板如圖17調(diào)節(jié)，同時(shí)主機(jī)控制面板可顯示籠盒中的溫度、相對(duì)濕度和壓差。為移動(dòng)方便，在機(jī)架如圖25和主機(jī)下部還裝有萬(wàn)向滑輪如圖21。

圖1 樹(shù)鼩籠盒整體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Case integral structures schematic diagram of tree shrews cage

圖2 樹(shù)鼩籠盒分解示意圖Fig.2 Case breakdown schematic diagram of tree shrews cage

圖3 主機(jī)與樹(shù)鼩籠架的整體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 integral structures schematic diagram of main engine and tree shrews frame

2 結(jié)果

2.1 該IVC籠具能維護(hù)實(shí)驗(yàn)樹(shù)鼩的福利

該IVC獨(dú)立的通氣交換功能有效減少動(dòng)物死亡率，并可避免疾病交叉感染。樹(shù)鼩在獨(dú)立換氣專用隔離籠具實(shí)驗(yàn)飼養(yǎng)一年多，自由飲食、無(wú)痛苦傷害和疾病威脅、無(wú)任何疾病、無(wú)行為異常、無(wú)心理緊張壓抑和痛苦等發(fā)生，能享受舒適的生活和表達(dá)天性的自由。

2.2 該IVC籠具能保障飼養(yǎng)管理和實(shí)驗(yàn)人員健康，符合生物安全的要求

該IVC是每個(gè)籠盒獨(dú)立送、排風(fēng)，在每個(gè)籠盒獨(dú)立供氣的同時(shí)，直接將籠內(nèi)的污濁空氣和氨氣負(fù)壓排出。可以避免盒與盒之間的交叉污染，防止實(shí)驗(yàn)人員污染實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，也可以防止實(shí)驗(yàn)動(dòng)物感染實(shí)驗(yàn)人員。本系統(tǒng)的送排風(fēng)口均設(shè)置高效過(guò)濾器，為每個(gè)籠盒提供一個(gè)潔凈的空氣環(huán)境，同時(shí)還為實(shí)驗(yàn)人員提供一個(gè)潔凈、安全的工作環(huán)境，避免感染性動(dòng)物病原菌對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的感染。

2.3 該IVC具備智能化設(shè)置性能參數(shù)的功能

該IVC由5部分組成:籠架、送風(fēng)系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)、籠盒、控制系統(tǒng)。其主要性能環(huán)境指標(biāo)包括:換氣次數(shù)、氣流速度、壓強(qiáng)梯度、空氣潔凈度(靜態(tài))、落下菌數(shù)(靜態(tài))、氨濃度(動(dòng)態(tài))、噪聲及動(dòng)物照度等。工作期間，如排風(fēng)風(fēng)機(jī)流量大于進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)流量，則籠盒處于負(fù)壓狀態(tài);如排風(fēng)風(fēng)機(jī)流量小于進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)流量，則籠盒處于正壓狀態(tài)。本系統(tǒng)設(shè)有觸摸屏控制面板，可根據(jù)動(dòng)物飼養(yǎng)或?qū)嶒?yàn)需求，設(shè)置溫度、相對(duì)濕度和壓差參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)量、風(fēng)速及壓差的自動(dòng)化調(diào)節(jié)，并且參數(shù)調(diào)節(jié)需授權(quán)才能完成，避免人為隨意改動(dòng)。帶有報(bào)警功能的CPU控制系統(tǒng)對(duì)籠盒內(nèi)的溫度、相對(duì)濕度和壓差等指標(biāo)作24 h監(jiān)控。

2.4 該IVC系統(tǒng)節(jié)能減排，使用操作簡(jiǎn)便

本系統(tǒng)采用全球性動(dòng)力電源，能耗低、投資小、操作簡(jiǎn)便;1個(gè)主機(jī)可配置2個(gè)放置籠盒的機(jī)架，共放置12個(gè)籠盒，占地面積小且有效空間大。籠盒采用美國(guó)進(jìn)口聚砜(PSU)材料制成，光滑、透明，便于實(shí)驗(yàn)觀察;籠盒內(nèi)的窩箱采用PVC材料，避光有利于動(dòng)物休息;籠架易于拆裝，便于運(yùn)輸其高度便于管理人員操作和觀察;機(jī)架及主機(jī)框架為不銹鋼加工，帶有萬(wàn)向腳輪，便于移動(dòng)。

3 討論

IVC籠具特點(diǎn)是每個(gè)籠盒均具有獨(dú)立的送風(fēng)和排風(fēng)功能［7］。因其籠盒相對(duì)獨(dú)立，便于按置，能保障實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量和人身健康，防止人與動(dòng)物、動(dòng)物與動(dòng)物間的交叉感染，保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物籠具其主要技術(shù)特征為:根據(jù)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物種類及飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)動(dòng)物飼養(yǎng)、繁殖的管理特點(diǎn)、清洗及消毒的連續(xù)過(guò)程以及運(yùn)輸和使用等綜合考慮，以減輕飼養(yǎng)管理和科研人員的工作強(qiáng)度，達(dá)到提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理水平。

IVC籠具設(shè)計(jì)、制作質(zhì)量的好壞，直接影響我國(guó)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)結(jié)果［8］。在研究國(guó)外同類產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)之后制定 IVC籠具的設(shè)計(jì)、制作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)顯得尤為重要［9］。在國(guó)內(nèi)外 IVC籠具廣泛用于醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、藥學(xué)、遺傳學(xué)、環(huán)境衛(wèi)生學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域 SPF級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的飼養(yǎng)及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室，它們?cè)O(shè)計(jì)與應(yīng)用合理與否對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的質(zhì)量和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性及動(dòng)物福利等有重要影響［10，11］。

獨(dú)立換氣樹(shù)鼩專用隔離籠具是滿足樹(shù)鼩生物學(xué)特點(diǎn)，樹(shù)鼩感染性疾病動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)生物安全要求為設(shè)計(jì)思路，提高和解決飼養(yǎng)管理、質(zhì)量控制及感染性疾病動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)際問(wèn)題為目的，同時(shí)是在我國(guó)積極推進(jìn)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)的背景下，為早日建立和完善實(shí)驗(yàn)用樹(shù)鼩的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物標(biāo)準(zhǔn)化而展開(kāi)的前期探索，具有一定創(chuàng)新性。該套籠具設(shè)計(jì)新穎，選用材質(zhì)、制作設(shè)計(jì)空間都應(yīng)符合實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利的要求，保證了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物自由采食、飲水、自由活動(dòng)等功能，具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易清洗消毒等特點(diǎn)，提高了實(shí)驗(yàn)樹(shù)鼩的生活質(zhì)量，操作方便、安全、可靠，有效降低工作強(qiáng)度，提高動(dòng)物管理和職業(yè)衛(wèi)生防護(hù)水平，因此，開(kāi)發(fā)具有生物安全要求的樹(shù)鼩專用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)籠具，對(duì)于使用樹(shù)鼩開(kāi)展人類重大傳染病研究具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)前景。

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Design on Dedicated Individual Ventilated Cage for Tree Shrews

KUANG De-xuan1，JIANG Qin-fang1，HUANG Zhang-qiong1，HAN Yuan-yuan1，LU Cai-xia1，F(xiàn)ENG Jian-hong2，XU Chang-xing2，SUN Xiao-mei1，DAI Jie-jie1
(1.Institute of Medical Biology，Chinese Academy of Medical Science and Peking Union Medical College，Yunnan Key Laboratory of Vaccine Research ＆ Development on Severe Infectious Diseases，Kunming，650118，China;2.Fengshi laboratory Animal Equipment Limited Company of Suzhou City，Suzhou，215132，China)

Objective To design a kind of individual ventilated cage for breeding tree shrews on infectious diseases experimental purpose.Methods The cage was designed for tree shrews according to its biological characteristics，biosafety requirement and considering the cages of other experimental animals.Results The individual ventilated cage applies to use and operate in infectious diseases tree shrews model.Conclusion The individual ventilated cage can meet requirements of maintaining animal welfare，ensuring animal quality，protecting person health and the environment against infection pollution.It has broad popularizing prospect to carry out infectious disease experiment.

Tree Shrews(tupaia belangeri);Individual ventilated Cage;Design

R-332;Q95-331

A

1671-7856(2012)09-0077-04

10.3969.j.issn.1671.7856.2012.009.017

2012-08-25

“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2009BAI83B02-21;2011BAI15B01-21;2012BAI39B01);云南省科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)建設(shè)計(jì)劃項(xiàng)目(2006PT07-2);云南省應(yīng)用基礎(chǔ)面上項(xiàng)目(2011FZ211)。

匡德宣(1974－)，男，副研究員，碩士，研究方向:實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)。E-mail:kmswkdx@126.com。

代解杰(1961－)，男，研究員。E-mail:djj@imbcams.com.cn。