本發(fā)明涉及一種實驗裝置，尤其涉及一種粉末氣溶膠動式經口鼻吸入染毒裝置。

背景技術：

現(xiàn)有的粉末氣溶膠吸入暴露染毒設備主要有靜式吸入暴露染毒和動式吸入暴露染毒兩種。靜式吸入暴露染毒柜的缺點是：染毒柜內受試物濃度逐漸下降(對于粉末氣溶膠，由于沉降作用，其濃度會明顯降低)；實驗動物有經皮膚吸收的可能性；隨著實驗的進行，氧分壓降低明顯?，F(xiàn)有的動式吸入染毒設備的缺點是：受試物以粉末氣溶膠的形式在內徑較小的管道內高速流動，不符合實際環(huán)境的暴露方式，同時消耗受試物的量較大；對于流動性不好的粉末(容易堆積和結塊)，不能準確地實現(xiàn)定量控制，并可能造成管路堵塞；結構和控制較為復雜，不易操作。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對上述現(xiàn)有技術的不足,而設計裝配的一種粉末氣溶膠動式經口鼻吸入暴露染毒裝置。

本發(fā)明提供了一種粉末氣溶膠動式經口鼻吸入染毒裝置，其特征在于，所述染毒裝置包括暴露室、實驗動物固定器、空氣壓縮機、粉末擴散器、擴散氣流管道、振打裝置、粉塵氣溶膠進樣管道、對沖式混勻室、對沖稀釋氣流管道、風機、微機控制單元；

所述空氣壓縮機通過所述擴散氣流管道與所述粉末擴散器連接，

所述粉末擴散器用于解決固體受試物粉末的定量噴灑及擴散問題，與所述振打裝置通過垂直的軸連接，所述振打裝置通過振打來崩解粉末的直立堆積和結塊現(xiàn)象，從而保證所述粉末擴散器的定量控制，所述粉末擴散器通過所述粉塵氣溶膠進樣管道連接至所述對沖式混勻室，

所述對沖式混勻室固定于所述暴露室的頂部，所述對沖式混勻室與所述暴露室內部連通，所述對沖式混勻室通過所述對沖稀釋氣流管道與所述空氣壓縮機連接，

環(huán)繞所述暴露室的四周側壁設有暴露室接口，所述實驗動物固定器的前端通過所述暴露室接口與所述暴露室連接，

所述暴露室的底部通過管道與所述風機連接，

所述微機控制單元用于調控所述染毒裝置的運行參數(shù)。

更進一步地，所述染毒裝置還包括主柜體、尾氣凈化器、參數(shù)顯示單元，所述主柜體具有底板、中層隔板、頂板、四個立柱，所述空氣壓縮機置于所述主柜體外，所述粉末擴散器與所述振打裝置分別固定于所述主柜體的頂部的內外兩側；所述暴露室固定在所述主柜體的中層隔板上；所述尾氣凈化器、所述微機控制單元和所述參數(shù)顯示單元固定在所述中層隔板下的橫梁上，所述風機固定在所述主柜體的底板上，所述主柜體的四個立柱底部裝配萬向輪，所述尾氣凈化器通過管道與所述暴露室的底部連接，所述參數(shù)顯示單元用于顯示所述染毒裝置的運行狀態(tài)及參數(shù)。

更進一步地，所述暴露室為大容積、大直徑的圓桶狀結構，下端連接有錐形粉塵收集器，暴露室接口采取錯位布局，所述暴露室接口配有盲板，可以封堵部分接口。

更進一步地，所述實驗動物固定器包括可移動托架、彈性固定帶、動物容納艙、活動擋板、糞便尿液收集器，所述動物容納艙用透明有機玻璃制作，其前端是與動物頭部相適應的漸縮錐形桶；所述動物容納艙的主體部分為圓桶狀柱體，其頂部和底部均有不同寬度的開口槽，頂部開口槽用于所述活動擋板的移動和固定，底部的開口槽便于動物排泄的糞便尿液進入與所述動物容納艙連接的所述糞便尿液收集器，所述動物容納艙的底部配備與所述糞便尿液收集器上凹槽配套的插銷，通過所述凹槽和所述插銷配合，方便所述糞便尿液收集器的安裝與拆卸清洗；所述活動擋板由可松緊的螺母和具有一定厚度的圓形擋板組成，其配置的圓形擋板內部有與動物臀部相適應的曲面及可讓動物尾巴穿過所述活動擋板的圓孔；

所述染毒裝置還包括第一支架，所述可移動托架置于所述第一支架的相應位置處，所述實驗動物固定器的主體置于以安裝好的所述可移動托架上，用所述可移動托架上配置的所述彈性固定帶將所述實驗動物固定器固定。

更進一步地，所述第一支架從下到上依次為由不銹鋼片材質的底座、下層、中層和上層，各層之間通過螺紋桿和螺母固定，每層高度與暴露室接口的高度相適應。

更進一步地，所述粉末擴散器包括電磁閥、噴霧器、藥瓶，所述擴散氣流管道穿過所述電磁閥與所述噴霧器連接；所述藥瓶通過螺紋和密封墊固定在所述噴霧器上；所述噴霧器通過所述粉末氣溶膠進樣管道與所述對沖式混勻室連接，將一定濃度的粉末氣溶膠送入所述對沖式混勻室；所述微機控制單元通過數(shù)據(jù)線與所述電磁閥連接。

更進一步地，所述噴霧器包括內套管，鞘氣管，所述噴霧器采用雙氣路結構，壓縮空氣從所述擴散氣流管道進入所述噴霧器后分為兩路，一路向下通入所述藥瓶底部，將粉狀藥物吹起，從所述內套管往外噴；另一路氣流從上方所述鞘氣管繞過，在所述內套管外側形成包裹鞘氣。所述鞘氣與所述內套管送出的藥物粉末組合為混合氣流往外送出，進一步進入對沖式混勻室。

更進一步地，所述振打裝置包括電磁鐵、蓋板、復位彈簧、第二支架，所述蓋板即整個染毒柜的頂板，所述電磁鐵固定在所述蓋板上；所述第二支架通過其配備的四根螺紋桿固定在所述蓋板上，所述電磁鐵上的振動軸穿過所述蓋板及所述第二支架中心的圓孔與所述噴霧器穩(wěn)固連接；所述復位彈簧中間穿有帶有螺紋的不銹鋼軸，穿過所述第二支架上的圓孔與所述噴霧器穩(wěn)固連接。

更進一步地，所述對沖式混勻室具有混勻腔，所述混勻腔與所述暴露室相通，所述粉塵氣溶膠進樣管道的管口與所述對沖稀釋氣流管道管口位于所述混勻腔的正中間，且上下相對、內徑大小一致。

本發(fā)明的一種粉末氣溶膠動式經口鼻吸入染毒裝置的控制方法，其特征在于，

步驟1、打開位于微機控制單元處的總電源，此時微機控制單元、參數(shù)顯示單元和風機處于通電運轉狀態(tài)，將微機控制單元的程序設置為“待機”模式，接著根據(jù)顯示的參數(shù)，設定實驗要求的風機流量；打開空氣壓縮機的電源及其送氣閥，并設置輸出氣壓。

步驟2、在設備處于“待機”模式狀態(tài)下，取下位于粉末擴散器上的裝樣瓶，將適量粉末狀樣品裝入裝樣瓶后，再安裝回粉末擴散器上；在微機控制單元處選擇所要運行的進樣程序后，根據(jù)受試樣品粉末的性質選擇是否運行振打裝置；此時，染毒設備開始按照目標暴露濃度對應的參數(shù)運行。

步驟3、關機前運行微機控制單元的“清掃”程序，待此程序運行完畢后，關閉空氣壓縮機及其送氣閥，最后關閉總電源。

本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明的暴露室采用大容積，大直徑的桶狀結構，粉塵的沉降類似于空氣中顆粒物的自然沉降，模擬了實際環(huán)境中的粉末氣溶膠暴露方式。

(2)暴露室接口采取合理的錯位布局，既能保證實驗容量，又能防止相互遮蔽干擾，有利于保證實驗動物暴露環(huán)境的一致性。接口配有盲板，可以堵上部分接口，方便進行更小規(guī)模(實驗動物數(shù)量)的實驗。

(3)粉末擴散器能夠穩(wěn)定地實現(xiàn)粉末藥物的定量噴灑，對沖式混勻室能保證暴露室中受試物濃度分布均勻，暴露狀態(tài)穩(wěn)定，實驗動物暴露染毒后，實驗結果重復性好。

(4)本發(fā)明通過改變風機流量能方便地控制暴露室的換氣率，同時保持適宜的氧分壓；通過調整氣流的壓強、流量、噴灑頻率和換氣率等參數(shù)，達到對給藥劑量與暴露室中受試物濃度的控制，操作快捷便利；通過調整參數(shù)重新標定，配備的振打裝置可以保證不同流動特性的粉末受試物的定量噴灑，適用范圍廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述的一種粉末氣溶膠動式經口鼻吸入染毒裝置結構示意圖；

圖2是本發(fā)明中暴露室示意圖；

圖3是本發(fā)明中暴露室實驗動物固定器、支架組合示意圖；

圖4是本發(fā)明中支架示意圖；

圖5是本發(fā)明中實驗動物固定器結構分解示意圖；

圖6是本發(fā)明中實驗動物固定器組合示意圖；

圖7是本發(fā)明中振打裝置結構示意圖；

圖8是本發(fā)明中粉末擴散器平面示意圖；

圖9是本發(fā)明中粉末擴散器內噴霧器剖視圖；

圖10是本發(fā)明中對沖式混勻室結構示意圖。

其中：1、主柜體，2、暴露室，3、暴露室接口，4、實驗動物固定器，5、支架，6、空氣壓縮機，7、粉末擴散器，8、擴散氣流管道，9、振打裝置，10、粉塵氣溶膠進樣管道，11、對沖式混勻室，12、對沖稀釋氣流管道，13、尾氣凈化器，14、風機，15、微機控制單元，16、參數(shù)顯示單元，17、可移動托架，18、彈性固定帶，19、動物容納艙，20、活動擋板，21、糞便尿液收集器，22、插銷，23、圓孔，24、電磁鐵，25、蓋板，26、復位彈簧，27、支架，28、電磁閥，29、噴霧器，30、藥瓶，31、數(shù)據(jù)線，32、內套管，33、鞘氣管，34、粉狀藥物，35、鞘氣，36、混合氣流，37、混勻腔。

具體實施方式

以下將結合附圖1-10對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種粉末氣溶膠動式經口鼻吸入染毒裝置，包括：主柜體1、暴露室2、暴露室接口3、實驗動物固定器4、支架5、空氣壓縮機6、粉末擴散器7、擴散氣流管道8、振打裝置9、粉塵氣溶膠進樣管道10、對沖式混勻室11、對沖稀釋氣流管道12、尾氣凈化器13、風機14、微機控制單元15、參數(shù)顯示單元16。

如圖1所示，空氣壓縮機6置于主柜體1外，粉末擴散器7與振打裝置9通過垂直的軸連接，并分別固定于主柜體1的頂部的內外兩側；暴露室2固定在主柜體1的中層隔板上；尾氣凈化器13、微機控制單元15和參數(shù)顯示單元16固定在中層隔板下的橫梁上，風機14固定在主柜體1的底板上，主柜體1的四個立柱底部裝配萬向輪，便于染毒裝置移動。

空氣壓縮機6用于提供潔凈壓縮空氣，通過擴散氣流管道8與粉末擴散器7連接，將潔凈壓縮空氣送入粉末擴散器7；通過對沖稀釋氣流管道12與對沖式混勻室11連接，將潔凈壓縮空氣送入對沖式混勻室11。

粉末擴散器7通過粉塵氣溶膠進樣管道10與對沖式混勻室11連接。

暴露室2的底部通過管道與尾氣凈化器13連接，尾氣凈化器13與風機14連接。風機14用于抽出暴露室2內的混合氣體，并將混合氣體送入尾氣凈化器13進行凈化。風機14既保證了暴露室2內的空氣流通，為暴露室2提供合適的氧分壓，又可將凈化后實驗廢氣送入實驗室通風系統(tǒng)。

微機控制單元15用于控制所述染毒裝置的運行。

參數(shù)顯示單元16用于顯示所述染毒裝置運行狀態(tài)及參數(shù)。

如圖2所示，暴露室2為大容積、大直徑的圓桶狀結構，粉塵的沉降類似于空氣中顆粒物的自然沉降，模擬實際環(huán)境中的暴露方式，下端連接有錐形粉塵收集器，暴露室接口3環(huán)繞設置在暴露室2的四周側壁上，并采取合理的錯位布局，既能保證實驗容量，又能防止相互遮蔽干擾，有利于保證實驗動物暴露環(huán)境的一致性。暴露室接口3配有盲板，可以封堵部分接口，方便進行更小規(guī)模(實驗動物數(shù)量)的實驗。

支架5置于主柜體1的中層隔板上并環(huán)繞暴露室2，如圖3所示，用不銹鋼制作而成，通過可移動托架17和其附帶的彈性固定帶18可將實驗動物固定器4固定于支架5上；如圖4所示，支架5從下到上依次為不銹鋼片材質的底座、下層、中層和上層，各層之間通過螺紋桿和螺母固定，每層高度與暴露室接口3的高度相適應，以便于平穩(wěn)的固定實驗動物固定器4。

實驗動物固定器4固定在支架5上，實驗動物固定器4的前端通過暴露室接口3與暴露室2連接。如圖5所示，實驗動物固定器4包括可移動托架17、彈性固定帶18、動物容納艙19、活動擋板20、糞便尿液收集器21。動物容納艙19用透明有機玻璃制作，其前端是與動物頭部相適應的漸縮錐形桶；動物容納艙19的主體部分為圓桶狀柱體，其頂部和底部均有不同寬度的開口槽，頂部開口槽用于活動擋板20的移動和固定，底部的開口槽便于動物排泄的糞便尿液進入與動物容納艙19連接的糞便尿液收集器21，底部配備與糞便尿液收集器21上凹槽配套的插銷22，通過凹槽和插銷22配合，方便糞便尿液收集器21的安裝與拆卸清洗；活動擋板20由可松緊的螺母和具有一定厚度的圓形擋板組成，其配置的圓形擋板內部有與動物臀部相適應的曲面及可讓動物尾巴穿過的圓孔23?？梢苿油屑?7置于支架5的相應位置處，實驗動物固定器4的主體置于以安裝好的可移動托架17上，如圖6所示，用可移動托架17上配置的彈性固定帶18將實驗動物固定器4固定牢；將實驗動物從實驗動物固定器4的尾端開口處放入動物容納艙19，安裝固定活動擋板20到適當位置，使動物的口鼻伸出動物容納艙19的前端，以接觸暴露環(huán)境，并將實驗動物的尾巴穿過活動擋板20上的圓孔23。

振打裝置9的作用就在于通過振打來崩解粉末的直立堆積和結塊現(xiàn)象，從而保證粉末擴散器7的定量控制，拓展擴散器的適用范圍，振打裝置9主要由電磁鐵24、蓋板25、復位彈簧26、支架27構成，如圖7所示，蓋板25即整個染毒柜的頂板，電磁鐵24通過螺釘固定在蓋板25上；支架27通過其配備的四根螺紋桿固定在蓋板25上，電磁鐵24上的振動軸穿過蓋板25及支架27中心的圓孔，與噴霧器29穩(wěn)固連接；復位彈簧26中間穿有帶有螺紋的不銹鋼軸，穿過支架27上的圓孔，與噴霧器29穩(wěn)固連接。電磁鐵24通電時，振動軸上提，復位彈簧26壓縮；電磁鐵24斷電時，振動軸下移，復位彈簧26復位；通過電磁鐵24吸合使與噴霧器29上的藥瓶30向上移動，電磁鐵24斷電后噴霧器29在復位彈簧26的作用下復位形成振打作用，崩解粉末的直立堆積和結塊；通過調節(jié)時間控制器，控制裝置的振打頻率，可以使裝置適用于不同流動性的粉末，同時由于復位彈簧26具有一定的緩沖作用，不至于導致藥瓶30由于劇烈振動而脫落。此外，振打程序與進樣頻率有關，一般兩次進樣期間振打一次，可根據(jù)受試物特性做出相應更改。

粉末擴散器7用于解決藥物粉末的定量噴灑問題，如圖8所示，粉末擴散器7包括電磁閥28、噴霧器29、藥瓶30。擴散氣流管道8穿過電磁閥28，與噴霧器29連接；藥瓶30通過螺紋和密封墊固定在噴霧器29上，可隨時拆卸換樣；與噴霧器29連接的粉末氣溶膠進樣管道10，進一步與對沖式混勻室11連接，將一定濃度的粉末氣溶膠送入對沖式混勻室11；微機控制單元15通過數(shù)據(jù)線31與電磁閥28連接，用于控制振打頻率，通過數(shù)據(jù)線31與電磁閥28連接，用于控制壓縮氣流，進一步控制進樣頻率及進樣量。微機控制單元15主要是通過其內部的單片機中進樣程序和振打程序，控制進樣頻率和振打頻率。根據(jù)暴露室內粉末氣溶膠的濃度要求和顆粒物的沉降規(guī)律，通過計算和調試，得到各濃度梯度對應的進樣程序和振打程序，將獲得的程序下載至微機控制單元15中，即可在運行時選擇不同氣溶膠濃度對應的程序。

噴霧器29包括內套管32，鞘氣管33。噴霧器29采用雙氣路結構，氣流細節(jié)如圖9所示：壓縮空氣從擴散氣流管道8進入噴霧器29后分為兩路，一路向下通入藥瓶30底部，將粉狀藥物34吹起，形成高濃度粉末氣溶膠，從內套管32往外噴；另一路氣流從上方鞘氣管33繞過，在內套管32外側形成包裹鞘氣35。鞘氣35與內套管32送出的藥物粉末組合為混合氣流36往外送出，進一步進入對沖式混勻室11。鞘氣35的設計有利于防止粉末氣溶膠進樣管道10堵塞。本發(fā)明可用于解決低流動性粉末的堆積結塊問題，保證噴灑的穩(wěn)定性。

在該實施中，對沖式混勻室11通過法蘭(加墊片密封)固定于暴露室2的頂部，兩者內部是連通的，如圖10所示，對沖式混勻室11具有混勻腔37，混勻腔37與暴露室2相通，粉塵氣溶膠進樣管道10的管口與對沖稀釋氣流管道12管口位于混勻腔37的正中間，且上下相對、內徑大小一致。

潔凈氣流依次經擴散氣流管道8和電磁閥28，進入粉末擴散器7中，將儲存于樣品瓶30中的固體受試物粉末擴散，接著通過粉末氣溶膠進樣管道10與對沖稀釋氣流管道12中的潔凈氣體在混勻腔37中進行對沖式稀釋擴散。

本發(fā)明的粉末氣溶膠動式經口鼻吸入染毒裝置的運行參數(shù)由微機控制單元15調控，運行狀態(tài)及參數(shù)數(shù)據(jù)由參數(shù)顯示單元16顯示；

本發(fā)明還提供了一種粉末氣溶膠動式經口鼻吸入染毒裝置的控制方法，其具體包括：

步驟1、打開位于微機控制單元15處的總電源，此時微機控制單元15、參數(shù)顯示單元16和風機14處于通電運轉狀態(tài)，將微機控制單元15的程序設置為“待機”模式，接著根據(jù)顯示的參數(shù)，設定實驗要求的風機流量；打開空氣壓縮機6的電源及其送氣閥，并設置輸出氣壓。

步驟2、在設備處于“待機”模式狀態(tài)下，取下位于粉末擴散器7上的裝樣瓶，將適量粉末狀樣品裝入裝樣瓶后，再安裝回粉末擴散器7上；在微機控制單元15處選擇所要運行的進樣程序后，根據(jù)受試樣品粉末的性質選擇是否運行振打裝置9；此時，染毒設備開始按照目標暴露濃度對應的參數(shù)運行。

步驟3、關機前運行微機控制單元15的“清掃”程序，待此程序運行完畢后，關閉空氣壓縮機6及其送氣閥，最后關閉總電源。

本裝置的所有運行參數(shù)在參數(shù)顯示單元16顯示，運行參數(shù)的設置在微機控制單元15處進行設置。選擇某一程序運行后，粉末擴散器7將粉末狀樣品定量送出，再經粉塵氣溶膠進樣管道10進入對沖式混勻室11，粉末狀樣品在對沖混勻室11內與對沖稀釋氣流作用后形成粉末氣溶膠，接著進入暴露室2。實驗動物放置在實驗動物固定器4內，實驗動物固定器4置于配套的支架5上，動物的口鼻部分伸出實驗動物固定器4的前端圓孔暴露于暴露室2中，完成暴露目的。裝置運行時所需的潔凈氣流由空氣壓縮機6提供，實驗過程產生的尾氣經尾氣凈化器13凈化處理后排至實驗室通風系統(tǒng)。

此外，本發(fā)明除用于粉末氣溶膠動式經口鼻吸入暴露染毒實驗外，還可用于液體氣溶膠動式經口鼻吸入暴露染毒實驗，將圖1中的粉末擴散器7及其連接對沖式混勻室11的進樣管，置換成液體霧化器(液體氣溶膠發(fā)生器)及其配套的進樣管，通過調整氣流的壓強、流量、噴灑頻率、換氣率等控制參數(shù)，達到對給藥劑量與暴露室中受試物濃度的控制。

雖然上面結合本發(fā)明的優(yōu)選實施例對本發(fā)明的原理進行了詳細的描述，本領域技術人員應該理解，上述實施例僅僅是對本發(fā)明的示意性實現(xiàn)方式的解釋，并非對本發(fā)明包含范圍的限定。實施例中的細節(jié)并不構成對本發(fā)明范圍的限制，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，任何基于本發(fā)明技術方案的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均落在本發(fā)明保護范圍之內。