本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種用于PM2.5的動(dòng)物吸入性暴露系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

PM2.5又稱細(xì)顆粒物(fine particulate matter)，是指空氣動(dòng)力學(xué)直徑≤2.5μm的顆粒物，并非是規(guī)則的球形，而是在通過檢測(cè)儀器時(shí)所表現(xiàn)出的空氣動(dòng)力學(xué)特征與直徑小于或等于2.5μm，表面吸附多種有害物質(zhì)，容易進(jìn)入細(xì)小支氣管及血液循環(huán)，對(duì)人體健康危害大。PM2.5被科學(xué)界公認(rèn)為大氣環(huán)境中健康危害最大的污染物。國際衛(wèi)生組織(World Health Organization，WHO)制定的PM2.5質(zhì)量濃度限制年平均值和24小時(shí)平均值分別為10μg/m³和25μg/m³，中國也于2012年發(fā)布新的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3095-2012)，將PM2.5作為重要的監(jiān)控指標(biāo)。PM2.5的健康效應(yīng)涉及機(jī)體的多個(gè)系統(tǒng),如呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)，另外PM2.5與癌癥、出生缺陷及免疫系統(tǒng)息息相關(guān)。

關(guān)于PM2.5科學(xué)研究成果還不能形成對(duì)PM2.5健康效應(yīng)及其效應(yīng)機(jī)制的全面認(rèn)識(shí),還遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了各國政府環(huán)境健康決策以及與大眾進(jìn)行環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)交流的需求。目前急需加強(qiáng)PM2.5對(duì)人類健康危害的研究，動(dòng)物PM2.5暴露研究實(shí)驗(yàn)可充分論證PM2.5的病理生理機(jī)制，免疫機(jī)制及基因調(diào)控機(jī)制等的影響。對(duì)PM2.5暴露動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究是推進(jìn)PM2.5健康效應(yīng)及其機(jī)制研究進(jìn)一步深入的有效手段。

目前國內(nèi)外采用PM2.5鼻腔滴注或氣管滴注的方法進(jìn)行動(dòng)物暴露，PM2.5水溶液進(jìn)行滴注，不能代表呼吸道吸入PM2.5的實(shí)際狀態(tài)。這種短時(shí)間、一次性、大劑量PM2.5暴露引起的損傷病理過程不符合機(jī)體長(zhǎng)時(shí)間、反復(fù)、吸入導(dǎo)致的慢性病理過程，也很難動(dòng)態(tài)、系統(tǒng)觀察到病變發(fā)生發(fā)展的全過程，不利機(jī)理的深入研究而PM2.5對(duì)機(jī)體的損傷是一慢性、長(zhǎng)期的病理變化過程。

僅有的動(dòng)物吸入暴露PM2.5研究，如圖1所示，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物固定，進(jìn)行口鼻PM2.5暴露，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物不能自由活動(dòng)、覓食，處于非正常狀態(tài)，產(chǎn)生機(jī)體應(yīng)激狀態(tài)，且PM2.5吸入暴露時(shí)間受到限制。另有研究將外界PM2.5引入動(dòng)物實(shí)驗(yàn)暴露艙中，不具有PM2.5濃度可調(diào)性及時(shí)間可控性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種用于PM2.5的動(dòng)物吸入性暴露系統(tǒng)，其能確保動(dòng)物暴露環(huán)境中PM2.5濃度可調(diào)、濃度可測(cè)、濃度穩(wěn)定和時(shí)間可控。

本發(fā)明的用于PM2.5的動(dòng)物吸入性暴露系統(tǒng)，包括空氣動(dòng)力裝置、氣溶膠發(fā)生器、流量閥、PM2.5暴露艙、PM2.5監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、PM2.5過濾系統(tǒng)，其中，所述的空氣動(dòng)力裝置、所述的氣溶膠發(fā)生器、所述的流量閥、所述的PM2.5所述的暴露艙、所述的PM2.5監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、所述的PM2.5過濾系統(tǒng)依次連接。

較佳地，所述的空氣動(dòng)力裝置為氣泵。

較佳地，所述的PM2.5暴露艙為聚甲基丙烯酸甲酯材質(zhì)。

本發(fā)明提供的用于PM2.5的動(dòng)物吸入性暴露系統(tǒng)，PM2.5吸入暴露避免了PM2.5鼻腔滴注或氣管滴注，減少了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的創(chuàng)傷性及機(jī)體應(yīng)激反應(yīng)。符合現(xiàn)實(shí)大氣PM2.5吸入的解剖生理途徑。動(dòng)物吸入暴露暴露艙內(nèi)PM2.5濃度可調(diào)范圍為0～3200μg/m3，范圍大，可以進(jìn)行不同濃度的PM2.5吸入暴露動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。PM2.5濃度在上海交通擁擠的早交通高峰期可以達(dá)到1454μg/m³，所以本發(fā)明PM2.5濃度范圍大，充分模擬了現(xiàn)實(shí)大氣PM2.5吸入暴露，而且PM2.5吸入暴露濃度穩(wěn)定，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間至少可達(dá)24小時(shí)，時(shí)間可調(diào)可控。暴露艙內(nèi)PM2.5濃度穩(wěn)定性較好，均勻度良好?？梢詽M足實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。PM2.5吸入暴露暴露艙體積約170L，空間大。吸入暴露的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物可以自由活動(dòng)，進(jìn)食。本發(fā)明可完成小鼠、大鼠(或豚鼠)等常見小型動(dòng)物的急性、亞急性及慢性動(dòng)物PM2.5吸入暴露實(shí)驗(yàn)。

附圖說明：

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的PM2.5的動(dòng)物吸入性暴露研究狀態(tài)圖。

圖2為本發(fā)明的PM2.5的動(dòng)物吸入性暴露系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地說明，以更好地理解本發(fā)明。

如圖1所示，圖1為現(xiàn)有技術(shù)的動(dòng)物吸入性暴露研究狀態(tài)圖，如圖1所示，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物固定，進(jìn)行口鼻PM2.5暴露，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物不能自由活動(dòng)、覓食，處于非正常狀態(tài)，產(chǎn)生機(jī)體應(yīng)激狀態(tài)，且PM2.5吸入暴露時(shí)間受到限制。另有研究將外界PM2.5引入動(dòng)物實(shí)驗(yàn)暴露艙中，不具有PM2.5濃度可調(diào)性及時(shí)間可控性。

如圖2所示，本發(fā)明的實(shí)施例的用于PM2.5動(dòng)物吸入性暴露系統(tǒng)包括密封透明暴觀察艙4，連接PM2.5氣溶膠生成系統(tǒng)2、流量閥3、空氣動(dòng)力裝置1和PM2.5過濾系統(tǒng)6、PM2.5監(jiān)測(cè)系統(tǒng)5。

密封透明暴露觀察艙4是由聚甲基丙烯酸甲酯板材制作，暴露艙內(nèi)壁經(jīng)過特殊刨光處理，以防止靜電及顆粒吸附，透光度好，有利于實(shí)驗(yàn)過程中的實(shí)時(shí)觀察。聚甲基丙烯酸甲酯板材具有耐高溫、抗腐蝕、易清洗等優(yōu)異性能。暴露艙體積約170L，為密封的長(zhǎng)方體，有效空間為：長(zhǎng)700mm，寬550mm，高450mm。吸入暴露的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物可以自由活動(dòng)，進(jìn)食。

空氣經(jīng)過空氣動(dòng)力裝置(氣泵)1加壓后10kPa壓力條件下，進(jìn)入氣溶膠生成系統(tǒng)2(氣溶膠發(fā)生器)。氣溶膠發(fā)生器中置入10％PM2.5的生理鹽水溶液，經(jīng)過雙流體霧化，能精確控制氣溶膠的發(fā)生量，保證氣溶膠的均勻性，產(chǎn)生均勻穩(wěn)定的PM2.5氣溶膠，通過流量閥3，可對(duì)暴露系統(tǒng)的氣體流量進(jìn)行精確控制后經(jīng)過一個(gè)內(nèi)徑6mm氣溶膠入口進(jìn)入暴露艙。

暴露艙內(nèi)PM2.5濃度約在1.25分鐘達(dá)濃度500μg/m³,在2.5分鐘分鐘達(dá)濃度1000μg/m³，5分鐘分鐘達(dá)濃度2000μg/m³，7.5分鐘分鐘達(dá)濃度3200ug/m3，而繼續(xù)打開氣溶膠發(fā)生器情況下暴露艙內(nèi)濃度未見繼續(xù)升高，穩(wěn)定在3200-3500左右。在終濃度為500μg/m³、1000μg/m³、2000μg/m³及3000μg/m³情況下關(guān)閉氣溶膠發(fā)生器，發(fā)現(xiàn)暴露艙內(nèi)濃度穩(wěn)定維持，緩慢下降。在關(guān)閉3小時(shí)平均下降至413.3μg/m³、897.4μg/m³、1830.4μg/m³及2745.8μg/m³，可滿足后續(xù)試驗(yàn)要求。而且PM2.5吸入暴露濃度穩(wěn)定，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間至少可達(dá)24小時(shí)，時(shí)間可調(diào)可控。各采樣點(diǎn)采樣均勻度良好。獨(dú)特結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與精準(zhǔn)控制系統(tǒng)保證了樣品在氣態(tài)或氣溶膠狀態(tài)能保證每只動(dòng)物吸入濃度的一致性與定量的精準(zhǔn)性。

PM2.5過濾系統(tǒng)6采用高效空氣過濾器(High Efficiency Particulate Air Filter，HEPA)，達(dá)到HEPA標(biāo)準(zhǔn)的過濾網(wǎng)，對(duì)于0.1微米的有效率達(dá)到99.998％，HEPA網(wǎng)的特點(diǎn)是空氣可以通過，但細(xì)小的微粒卻無法通過PM2.5過濾系統(tǒng)可以去除進(jìn)出入暴露艙的空氣中所含的PM2.5，保證暴露艙內(nèi)PM2.5濃度可控。空氣輸入輸出系統(tǒng)包括進(jìn)氣口，配置流量閥控制空氣流量。艙內(nèi)外氣體交換及PM2.5過濾系統(tǒng)，一PM2.5過濾系統(tǒng)(裝置HEPA面積均為10mm×10mm),對(duì)暴露艙進(jìn)出空氣進(jìn)行過濾，可提供暴露艙內(nèi)外空氣置換。采用PM2.5高效空氣過濾器對(duì)排出的廢氣進(jìn)行過濾以避免污染環(huán)境，并避免外界空氣對(duì)暴露艙內(nèi)PM2.5濃度的影響。

本系統(tǒng)還帶有一個(gè)PM2.5監(jiān)測(cè)系統(tǒng)5(為內(nèi)徑3.5mm的檢測(cè)口)。PM2.5監(jiān)測(cè)系統(tǒng)5可實(shí)時(shí)測(cè)定暴露艙內(nèi)PM2.5濃度。PM2.5濃度測(cè)量范圍：0.001～10mg/m³；1-999999粒/L；檢測(cè)靈敏度：0.001mg/m³；PM2.5濃度測(cè)量相對(duì)誤差：±10％；采樣流量：1.0L/分鐘；工作環(huán)境：溫度0－55℃；相對(duì)濕度20－70％。并可進(jìn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存。

本發(fā)明適用于小鼠、大鼠、兔子等常見小型動(dòng)物的吸入暴露PM2.5實(shí)驗(yàn)。通過本PM2.5動(dòng)物吸入性暴露系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物可進(jìn)行PM2.5濃度可調(diào)、濃度可測(cè)、濃度穩(wěn)定和時(shí)間可控的吸入暴露研究，符合PM2.5吸入的解剖生理途徑。因而使PM2.5動(dòng)物吸入暴露研究更加合理，結(jié)果更加準(zhǔn)確。為研究PM2.5對(duì)人類健康的危害打下基礎(chǔ)。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。