獨立通風籠具(IVC)技術指標檢測及參數穩定性評價

閔凡貴，王 靜，潘金春，黃樹武，龔寶勇，張 鈺

(廣東省實驗動物監測所，廣東省實驗動物重點實驗室，廣州 510663)

獨立通風籠具(individually ventilate cages，IVCs)是指在密閉獨立單元(籠盒或籠具)內，潔凈氣流高換氣率獨立通氣，廢氣集中外排，在超凈工作臺內操作和實驗的微型SPF級實驗動物飼育與動物實驗設備[1-2]。IVC的使用，有效提高了實驗室的空間利用率，實現了節能減排的目標，并且有效降低了動物實驗間的交叉污染[3]。

盡管IVC的普及率越來越高，應用研究也越來越多[4]，但是對于IVC技術參數的測定、IVC參數穩定性評估以及IVC泄漏情況的檢測缺乏相應的標準或技術規范。本研究將探討IVC技術指標的檢測及其參數穩定性評價的方法。

1 材料和方法

1.1 IVC

各類IVC共20臺，包括17臺國產IVC和3臺進口IVC，均為正壓運行模式，其中15臺擺放在屏障環境中，5臺擺放在普通環境中，外環境溫度濕度均可調控，運行48 h后進行技術指標檢測。

1.2 儀器設備

TESTO 425數字風速儀、TESTO 815噪聲計、TESTO 510壓差計、TESTO 545照度計、TESTO 625溫濕度計、TSI 9306塵埃粒子計數器、流量計(MF5706-N-10)等，均在檢定或校準有效期內。

1.3 技術指標及檢測方法

1.3.1 籠盒內潔凈度

塵埃粒子計數器自凈后，將采樣管接入籠盒的檢測孔或飲水瓶孔，2.83 L/min速度測定潔凈度，每個籠盒測定15 min。

1.3.2 籠盒內溫度、濕度、噪聲、照度

分別將溫濕度計、噪聲計和照度計放入籠盒內，采用墊料或紙張墊高至50 cm高度，測定50 cm高度的溫度、濕度、噪聲和照度[5-6]。

1.3.3 籠盒內外靜壓差

將壓差計測量管接入籠盒的檢測孔或飲水瓶插孔，測定籠盒內與外環境間的靜壓差。

1.3.4 籠盒內換氣次數

(1)風速儀法:測定進風速度，進風口直徑，測量并計算籠盒體積，參照GB14925所提供的計算公式計算IVC籠盒的換氣次數[7]。

(2)流量計法:通過流量計直接測定進風口的氣體流量，測量并計算籠盒體積，二者相除獲得IVC籠盒內的換氣次數。

1.3.5 籠盒泄漏檢測

分別檢測籠盒進氣端和排氣端的氣流速度和氣體流量，計算籠盒內風量的損失[4]。正壓IVC:籠盒泄漏率＝(進風量-排風量)/進風量。檢測示意圖見圖1。

1.4 統計學方法

測定組內偏差以變異系數(CV)表示，組間差異采用t檢驗，P＜0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 外環境指標與籠盒內溫度、濕度、照度、潔凈度的關聯

相關指標檢測結果見表1。外環境溫濕度與IVC籠盒內環境溫濕度間無顯著性差異(t-檢驗，P＞0.05)，且外環境與內環境溫度、濕度的相關系數(r)分別為0.9986和0.9969，表明IVC籠盒內環境溫濕度與外環境溫濕度間存在極強的正相關。IVC籠盒內環境照度除受外環境照度影響，還與擺放位置相關?；\盒內潔凈度與外環境相關性不強，IVC運轉周期滿足48 h以上，擺放在屏障環境下的IVC潔凈度均能達到6或5級水平；擺放在普通環境下的IVC潔凈度最高也能達到5級，其中1臺套IVC因為高效過濾器選型錯誤導致內環境8級。

2.2 換氣次數不同檢測方法比較

將IVC主機換氣次數設定為每小時60次，通過測定籠盒送風口風速，計算換氣次數，結果顯示(表2)，換氣次數為設定值的2倍，通過流量計測定送風口的流量，換氣次數約為設定值的1/2，兩種測定方法獲得的結果存在顯著性差異(配對t-test，P＝0.0001)。

2.3 IVC系統參數均勻性評估

圖1 籠盒泄漏檢測模式圖Figure 1 The leakage detection system

抽取每個籠架(對角線)左上、左下、中間、右上、右下區域的籠位，分別檢測換氣次數、噪聲、風速及與外環境的靜壓差，計算各項指標的相對偏差(變異系數，CV)，結果顯示(表3)，換氣次數、噪聲、風速的相對偏差較小，但是靜壓差的相對偏差很大。

2.4 籠盒泄漏率

IVC參數穩定性分析結果顯示，靜壓差的相對偏差很大，表明不同籠位的籠盒密封性存在很大差異?；\盒的密封性可用送、排風端風量損失，即泄漏率來表述，依據風速儀法和流量計法計算獲得籠盒泄漏率見表4，兩種方法獲得的泄漏率基本一致(配對t-test，P＝0.7481)，泄漏率高達75%，表明IVC籠盒密封性很差。

3 討論

IVC作為當前最受歡迎的實驗動物籠具之一，應用范圍越來越廣，相關研究報告顯示，使用IVC會提高動物福利，減少環境應激，從而改善動物生理生化指標[8-9]。相比開放飼養籠盒，IVC具有獨特的優勢:(1)IVC通過獨立的送排風系統提供相對均一的環境條件，從而實現生存環境的統一化、標準化；(2)通過籠盒的密封性及顏色不同降低外環境對動物的影響，如屏蔽外環境噪音、降低照度和減少人員的干擾。由此可見，IVC的質量控制至關重要，由于國家標準的相對滯后，導致目前缺乏用于IVC技術參數測定和IVC參數穩定性評價的有效技術規范。

環境溫度和濕度是影響動物福利和健康的重要因素[10]，其中，溫度是實驗動物體熱平衡和調節的決定因素，濕度與動物體熱調節相關，因此，合理控制IVC內環境溫度、濕度至關重要。本研究測試結果顯示，無論IVC擺放在屏障環境還是普通環境內，在外環境溫度、濕度滿足標準要求條件下，通過規范的使用操作，IVC內環境的技術指標可以滿足GB14925規定的技術指標要求，組間比較結果顯示，靜態條件下，IVC內環境溫濕度高度依賴外環境指標，但是，研究結果不能證明IVC可以在普通環境下使用的模式可以替代屏障環境，研究結果與柯賢福等[11]人結果一致。

表1 外環境與籠盒內微環境溫度、濕度、照度、潔凈度對比分析Table 1 Comparison of temperature，humidity，illumination and air cleanliness between macro-and micro-environment

表2 兩種方法測定換氣次數比較(n＝20)Table 2 Comparison of air changes per hour(ACH)between two methods

表3 IVC系統參數穩定性評價指標(n＝20)Table 3 Stability evaluation of technical parameters of IVC

表4 兩種方法測定籠盒泄漏率比較(n＝20)Table 4 Comparison of cage leakage rates between two methods

通風與換氣也是影響動物體熱平衡和調節的重要因素，合理的氣流速度和換氣次數會帶給動物更加舒適的感覺，滿足動物福利需求[10]。關于換氣次數的測定，不同研究人員和標準中規定的方法也不一致，既可以測定主機總送風量，也可以測試單個籠盒的送風量，通過送風量與籠盒體積比值獲得換氣次數。本研究中，IVC換氣次數為進風端的換氣次數，不同于江蘇省地方標準[5]，與李彬等[12]人方法一致。對于送風量的測定，本研究分析了風速儀法和流量計法檢測的差異，結果顯示，風速儀法測定結果偏高，測定結果遠大于主機設定值，表明，通過風速儀法測定換氣次數不能準確反映籠盒內實際換氣次數，造成測量偏差的主要原因在于進風口的直徑測量和有效的檢測點的選擇上；流量計法測定結果遠小于風速儀法結果，并且小于設定值，該結果存在較高的合理性，在設定值為60次的理論水平下，實際運行中由于風管、末端籠盒的阻力導致實際送風量損失，存在實際換氣次數降低的可能。因此，本研究推薦流量計法作為換氣次數的測定方法。

對于IVC質量的評價，目前多數停留在籠盒內環境參數是否滿足GB 14925對屏障環境的技術指標要求上，而忽視了IVC整體參數的穩定性。IVC通常有多個籠位，由于距離送、排風總風管的距離不一樣，各籠位存在技術參數的差異。如果各個籠盒內環境差異較大，則可能會影響動物的福利與健康，影響實驗結果的可重復性。本研究對同一籠架對角線上5個籠位的換氣次數、噪聲、風速、靜壓差的均勻性進行分析，結果顯示，換氣次數的相對偏差最小，其次是噪聲和風速，而靜壓差的相對偏差很大，結果與江其輝等[13]人研究結果一致，造成靜壓差偏大的原因除了換氣次數外，最主要的因素是籠盒的密封性。

籠盒的密封性可以通過測定籠盒的泄漏率來驗證，表現為送風量與排風量的差值[6]?；\盒的密封性除了影響壓差外，還會導致籠盒內氣體泄漏至外環境，增加籠盒間交叉污染的機會，并且不能很好地保護從業人員，降低了IVC的使用效能[14]。本研究結果顯示，所有測試的正壓IVC籠盒密封性均較差，籠盒平均泄漏率高達75%，凸顯在密封性方面質量控制的不足，未能很好地實現IVC既保護籠盒內的動物，又保障從業人員的職業健康與安全的優勢。本研究中，影響測試IVC籠盒泄漏率的因素主要有兩個:其一，籠蓋與箱體間缺乏密封條，導致籠盒泄壓；其二，籠蓋上的生命窗偏大，面積超過籠盒蓋的1/3，并且均無生命窗蓋，在正常使用時成為最大的泄壓來源。由于籠蓋與箱體間缺乏密封條可以導致直接泄漏，增加交叉污染的風險，應該引起IVC生產和使用機構的高度重視，提高籠盒密封性；而生命窗都配有濾膜，雖然不能保障靜壓差，但會防止交叉污染的發生，利于氣體擴散，這也對標準值的合理性提出了疑問。

綜上，本研究探討了IVC系統技術指標的檢測方法，證實通過流量計測定籠盒換氣次數具有較高的可行性；IVC在靜壓差的均一性方面差異較大，籠盒密封性不高。研究結果可為IVC系統檢測及生產技術改進提供參考，同時為國家和行業標準的制/修訂提供參考。