一種多用途動物實驗裝置的研發

吳鋒 李燕芬 郭洪印 陳文翔 朱世杰 王安軍 楊長福 羅亞非

摘? 要：目的 設計一種能滿足多種實驗需求的動物裝置。方法 改良空氣過濾器、動物箱、霧化器等裝置，形成一種復合實驗裝置以滿足不同實驗工作需求。結果 設計出一種適用于實驗教學、動物批量麻醉、寵物醫院動物治療等功能的多用途動物實驗裝置。結論 通過完成大學生創新創業課題，設計出的多用途動物實驗裝置彌補了動物箱功能單一的缺點，且提高了大學生的創新創業意識。

關鍵詞：實驗裝置? 超聲霧化器? 空氣過濾器? 創新創業

中圖分類號：R-33 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）07（c）-0189-03

Abstract： Objective Designing an animal device that can meet various experimental needs. Methods Improve the air filter， animal box， atomizer and other devices to form a composite experimental device to meet the needs of different experimental work. Results Designed a multi- purpose animal experimental device suitable for experimental teaching， animal batch anaesthesia， animal treatment in pet hospitals and other functions. Conclusions By completing the innovative entrepreneurship project for college students， the multi-purpose animal experimental device designed makes up for the shortcomings of the single function of the animal box， and improves the innovative entrepreneurship consciousness of college students.

Key Words： Experimental device; Ultrasonic atomizer; Air filter; Innovation and entrepreneurship

動物實驗在基礎研究中的應用越來越普遍，大多數的科研課題研究、藥物毒副作用的研究及寵物醫院等都需要以動物為載體開展各種工作。目前用于動物實驗的裝置產品單一，無法滿足當前眾多科學院校及研究所進行一些多種常規的基礎實驗，且部分實驗裝置簡陋或設計的缺陷嚴重影響實驗動物的生活環境或動物本身，造成實驗失敗或不能正常開展實驗，既浪費了實驗者的時間和金錢，也是對實驗動物的一種傷害，背離了開展科研實驗的初衷。

針對以上情況，在學校對大學生創新創業課題的資助下，該實驗擬研發一種多用途的動物實驗裝置，該裝置具有多種功能，如可以批量麻醉動物、各種試劑、噴劑對皮膚或臟器等各種指標的影響，也可用于動物醫院對動物的麻醉或動物的疾病治療等。這種多用途動物實驗裝置可以有效清除實驗動物排放的主要惡臭污染，又能提高工作效率，節約成本，具有較高的應用價值[1-3]。

1? 設計材料及工作原理

1.1 設計材料

該產品是由實驗箱、超聲霧化器、空氣過濾器、抽氣泵、輸送管、備用空氣閥、可抽拉便箱、試劑盒這8個部分共同組成（見圖1）。

實驗箱由9個獨立的可拆解的飼養籠構成，飼養籠的底部為收集動物糞便的抽拉箱，外面包裹6塊樹脂玻璃板。頂部的樹脂玻璃板以及兩側面各有預留2個通氣孔，用于連接輸送管。該實驗箱可以實時觀察動物的反應狀況[4-6]。

霧化器為超聲霧化器，主要由電子振蕩器、電源變壓器、換能器、高頻壓霧化頭、水位檢測保護電路組和試劑盒組成。電子振蕩器以高功率產生高頻電能，通過電壓陶瓷換能器轉化為相同頻率的超聲波，定向垂直作用于氣-液分界面，使液面形成具有張力的波紋，因聲波有波峰的出現，當這種張力波的能量達到一定值時，在液面的張力波波峰也會增加達到一定數值，使其當處在波峰的液體飛出形成霧粒時，該霧化器的超聲能量是1.45MHz，其產生的霧粒直徑一般在1～5μm[7-9]。

空氣過濾器是由高效濾過網和含有陰陽離子的交換樹脂構成。其中高效濾過網是有主要復合納米的靜電紡絲構成，共5層，包括由網支撐層、無紡布層、粗過濾層、納米纖維層、PMIA/GO復合納米纖維膜，各個層之間相互連接[10-13]。其中無紡布層過孔的直徑為180mm，濾過雜質直徑的范圍為0.5～600μm，所述粗過濾層的過濾孔的直徑為0.1～1mm;所述納米纖維層包括3層，依次為第一納米纖維層、第二納米纖維層和第三納米纖維層，第一納米纖維層形成在所述粗過濾層的表面上;第一納米纖維層中納米纖維之間的孔的直徑為20～50μm，第二納米纖維層中納米纖維之間的孔的直徑為120μm，第三納米纖維層中納米纖維之間的孔的直徑為0.01～1μm。其中PMIA/GO復合納米纖維膜為聚間苯二甲酰間苯二胺/氧化石墨烯復合納米纖維膜，具有較高的空氣過濾性能和熱穩定性能，且質量輕。實驗箱中的霧氣通過負壓作用先通過高效隔板濾過網的過濾作用，總體平均可過濾0.3μm以下的空氣懸浮顆粒。陰、陽離子交換樹脂即包括陰離子交換樹脂和陽離子交換樹脂，被認為是目前最高效及節能的凈化污水的方式，霧氣進入由含有陰陽離子的交換樹脂是利用離子交換原理將霧氣包含的陰陽離子的化學成分交換，形成潔凈的霧氣[14-16]。

抽氣泵主要由具備一進一出的抽氣嘴、排氣嘴各一個及電機構成，通過泵內部的隔膜做往復式運動，從而對固定容積的泵腔內的空氣進行壓縮、拉伸形成真空（負壓），在泵抽氣口處與外界大氣壓產生壓力差，在壓力差的作用下，將氣體壓吸入泵腔，再從排氣口排出。并且在進口處能夠持續形成真空或負壓;排氣嘴處形成微正壓[17-18]。輸送管是由聚四氟乙烯為主要原料的PTFE塑料管，具有較好的耐腐蝕耐高低溫的效果。備用空氣閥用于動物實驗持續時間長或大批量實驗操作時為實驗箱內動物提供充足氧氣，避免動物缺氧窒息死亡，同時起到調節實驗箱內空氣含量的作用。

1.2 工作原理

該裝置的工作原理是將實驗試劑通過試劑盒進入盛有一定液體的超聲霧化器，霧化器利用超聲波定向壓強，使液體表面隆起，在隆起的液面周圍發生空化作用，使液體霧化成小分子的氣霧并具有一定的速度通過耐腐蝕性PTFE管輸送到裝有動物的實驗箱中，通過動物的呼吸作用或皮膚接觸到霧氣而發揮特定的作用如麻醉、藥物療效驗證、試劑的毒副作用等功效。動物實驗箱中剩余的霧氣及動物呼出的氣體會通過抽氣泵造成的壓力差的原因被動進入到空氣濾過器，通過率過裝置的雙層過濾作用，形成無污染的空氣，再通過抽氣泵的作用進入到霧化器中，依次而反復循環利用，避免污染。

2? 應用領域

該裝置主要應用于醫學專業、藥廠、試劑化工廠、食品藥品監督管理局、防疫站、寵物店等科研或教學等部門的動物麻醉、藥理毒理、代謝、空氣污染檢測、新藥物開發、新型化妝品檢測等領域，具有方便、快捷、高效等特點。

3? 結語

動物實驗在醫學高校、科研院所等機構的應用日益增強，同時寵物醫院也在逐年增加，對動物實驗或治療的裝置功能要求也越來越高。課題組成員采用走訪大量市場、網絡及電話調查等方式未發現市場上有一款專門用于動物實驗的基礎裝置?；诖耍诶蠋焸兊闹笇?，課題組成員通過對科研院校、寵物醫院發放關于對動物實驗裝置功能需求的調研問卷，統計出對動物實驗裝置功能需求的比例，結合課題組所具有的條件，經過半年左右的反復修改，終于設計一種具有多功能的動物實驗裝置，能滿足對大批動物進行麻醉、治療等措施的需求，且該動物實驗裝置申報了相關專利。

隨著社會經濟不斷的對外開放和深入發展，創新創業成為我國經濟社會中個體及其團隊發展的新趨勢和主旋律，“大眾創新，萬眾創業”的理念在大學的教育也日益加強。筆者學校非常重視大學生創新創業意識的培養，在進入學校的第一年學生就開始接受就業指導教育，這讓我們了解到只有創新才能夠更好地創業，所以通過調研發現市場上缺乏能滿足多用途的動物實驗裝置，并以此申報了大創課題。課題組成員通過完成動物實驗裝置的研發，收獲頗豐，不但培養了他們的團結協作能力，還培養了如何查閱文獻、繪圖和溝通的能力，拓展了思維方式，同時也提高了其自主創新的能力，為其能更好地創業奠定了堅實基礎。

參考文獻

[1] 宋廣青，高莉，孫秀萍，等.大鼠物體識別實驗裝置的研制[J].中國比較醫學雜志，2013，23（8）：80-86.

[2] 馬建峰，張尚立，王麗，等.一體式哺乳類動物缺氧實驗模擬裝置研制與應用[J].實驗技術與管理，2016，33（7）：82-91.

[3] 劉毅，岳慧娟，劉佳，等.一種實驗動物設施廢氣處理裝置的研制和初步應用[J].中國比較醫學雜志，2016，28（8）：21-25.

[4] 王瓏，李洪財，盧勝明.實驗動物飲用水除菌供給裝置的制備與應用[J].實驗動物科學，2010，27（3）：63-64.

[5] 許櫳文.一種多功能動物實驗箱：中國，GN207219722U[P].

2018-04-13.

[6] 中國人民解放軍第四軍醫大學.一種用于大鼠麻醉的實驗箱：中國，CN207721925U[P].2018-08-14.

[7] 錢少魁.超聲霧化器工作原理及故障現象[J].云南大學學報，2000（S2）：166.

[8] Siavash M，Rahrovi A，Olamazadeh S， et al.Production and Clinical Application of the First Iranian Ultrasonic Desktop Nebulizer[J].Adv Biomed Res，2018（7）：114.

[9] 普利萊（天津）燃氣設備有限公司.一種液體分離單向霧化器：中國，CN208229185U[P].2018-12-14.

[10] Li M，Feng Y，Wang K，et al.Novel Hollow Fiber Air Filters for the Removal of Ultrafine Particles in PM2.5 with Repetitive Usage Capability[J].Environ Sci? Technol，2017，51（17）：10041-10049.

[11] 甄輝，杜少平，肖小軍，等.基于Cu/TiO2制備的新型空氣凈化過濾裝置在除菌中的應用[J].南昌大學學報，2017，57（4）：1-4.

[12] 畢銀萍，田恩玲，肖萍，等.靜電紡絲法制備聚間苯二甲酰間苯二胺/氧化石墨烯復合納米纖維膜及其性能研究[J].化工新型材料，2018，46（2）：103-106.

[13] 鄭州源冉生物技術有限公司.一種基于生物技術的實驗室用空氣過濾裝置：中國，CN109045917A[P].2018-12-21.

[14] Wang W，Li X，Yuan S，et al.Effect of resin charged functional group， porosity， and chemical matrix on the long-term pharmaceutical removal mechanism by conventional ion exchange resins[J].Chemosphere，2016（160）：71-79.

[15] 趙玉，趙德智，王德慧，等.離子交換樹脂吸附凈化工業廢液研究進展[J].應用化工，2018，47（3）：584-588.

[16] 可隆工業株式會社.離子交換膜及其制造方法以及包含該膜的儲能裝置：中國，CN109071851A[P].2018-12-21.

[17] 田衛紅.一種實驗室抽濾裝置：中國，CN105344141A[P].2016

-02-24.

[18] Gardner H，Lai CT，Ward L，et al.Detection of Milk Ejection Using Bioimpedance Spectroscopy in Lactating Women during Milk Expression Using an Electric Breast Pump[J].J Mammary Gland Biol Neoplasia，2019（10）：1-8.

[19] 陳新忠，黃原迪.大學生創新創業機理與培育研究——以華中農業大學20名創業先鋒為例[J].國家教育行政學院學報，2017（5）：82-88.