一种多用途动物实验装置的研发

吴锋 李燕芬 郭洪印 陈文翔 朱世杰 王安军 杨长福 罗亚非

摘  要：目的 设计一种能满足多种实验需求的动物装置。方法 改良空气过滤器、动物箱、雾化器等装置，形成一种复合实验装置以满足不同实验工作需求。结果 设计出一种适用于实验教学、动物批量麻醉、宠物医院动物治疗等功能的多用途动物实验装置。结论 通过完成大学生创新创业课题，设计出的多用途动物实验装置弥补了动物箱功能单一的缺点，且提高了大学生的创新创业意识。

关键词：实验装置  超声雾化器  空气过滤器  创新创业

中图分类号：R-33    文献标识码：A 文章编号：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

動物实验在基础研究中的应用越来越普遍，大多数的科研课题研究、药物毒副作用的研究及宠物医院等都需要以动物为载体开展各种工作。目前用于动物实验的装置产品单一，无法满足当前众多科学院校及研究所进行一些多种常规的基础实验，且部分实验装置简陋或设计的缺陷严重影响实验动物的生活环境或动物本身，造成实验失败或不能正常开展实验，既浪费了实验者的时间和金钱，也是对实验动物的一种伤害，背离了开展科研实验的初衷。

针对以上情况，在学校对大学生创新创业课题的资助下，该实验拟研发一种多用途的动物实验装置，该装置具有多种功能，如可以批量麻醉动物、各种试剂、喷剂对皮肤或脏器等各种指标的影响，也可用于动物医院对动物的麻醉或动物的疾病治疗等。这种多用途动物实验装置可以有效清除实验动物排放的主要恶臭污染，又能提高工作效率，节约成本，具有较高的应用价值[1-3]。

1  设计材料及工作原理

1.1 设计材料

该产品是由实验箱、超声雾化器、空气过滤器、抽气泵、输送管、备用空气阀、可抽拉便箱、试剂盒这8个部分共同组成（见图1）。

实验箱由9个独立的可拆解的饲养笼构成，饲养笼的底部为收集动物粪便的抽拉箱，外面包裹6块树脂玻璃板。顶部的树脂玻璃板以及两侧面各有预留2个通气孔，用于连接输送管。该实验箱可以实时观察动物的反应状况[4-6]。

雾化器为超声雾化器，主要由电子振荡器、电源变压器、换能器、高频压雾化头、水位检测保护电路组和试剂盒组成。电子振荡器以高功率产生高频电能，通过电压陶瓷换能器转化为相同频率的超声波，定向垂直作用于气-液分界面，使液面形成具有张力的波纹，因声波有波峰的出现，当这种张力波的能量达到一定值时，在液面的张力波波峰也会增加达到一定数值，使其当处在波峰的液体飞出形成雾粒时，该雾化器的超声能量是1.45MHz，其产生的雾粒直径一般在1～5μm[7-9]。

空气过滤器是由高效滤过网和含有阴阳离子的交换树脂构成。其中高效滤过网是有主要复合纳米的静电纺丝构成，共5层，包括由网支撑层、无纺布层、粗过滤层、纳米纤维层、PMIA/GO复合纳米纤维膜，各个层之间相互连接[10-13]。其中无纺布层过孔的直径为180mm，滤过杂质直径的范围为0.5～600μm，所述粗过滤层的过滤孔的直径为0.1～1mm;所述纳米纤维层包括3层，依次为第一纳米纤维层、第二纳米纤维层和第三纳米纤维层，第一纳米纤维层形成在所述粗过滤层的表面上;第一纳米纤维层中纳米纤维之间的孔的直径为20～50μm，第二纳米纤维层中纳米纤维之间的孔的直径为120μm，第三纳米纤维层中纳米纤维之间的孔的直径为0.01～1μm。其中PMIA/GO复合纳米纤维膜为聚间苯二甲酰间苯二胺/氧化石墨烯复合纳米纤维膜，具有较高的空气过滤性能和热稳定性能，且质量轻。实验箱中的雾气通过负压作用先通过高效隔板滤过网的过滤作用，总体平均可过滤0.3μm以下的空气悬浮颗粒。阴、阳离子交换树脂即包括阴离子交换树脂和阳离子交换树脂，被认为是目前最高效及节能的净化污水的方式，雾气进入由含有阴阳离子的交换树脂是利用离子交换原理将雾气包含的阴阳离子的化学成分交换，形成洁净的雾气[14-16]。

抽气泵主要由具备一进一出的抽气嘴、排气嘴各一个及电机构成，通过泵内部的隔膜做往复式运动，从而对固定容积的泵腔内的空气进行压缩、拉伸形成真空（负压），在泵抽气口处与外界大气压产生压力差，在压力差的作用下，将气体压吸入泵腔，再从排气口排出。并且在进口处能够持续形成真空或负压;排气嘴处形成微正压[17-18]。输送管是由聚四氟乙烯为主要原料的PTFE塑料管，具有较好的耐腐蚀耐高低温的效果。备用空气阀用于动物实验持续时间长或大批量实验操作时为实验箱内动物提供充足氧气，避免动物缺氧窒息死亡，同时起到调节实验箱内空气含量的作用。

1.2 工作原理

该装置的工作原理是将实验试剂通过试剂盒进入盛有一定液体的超声雾化器，雾化器利用超声波定向压强，使液体表面隆起，在隆起的液面周围发生空化作用，使液体雾化成小分子的气雾并具有一定的速度通过耐腐蚀性PTFE管输送到装有动物的实验箱中，通过动物的呼吸作用或皮肤接触到雾气而发挥特定的作用如麻醉、药物疗效验证、试剂的毒副作用等功效。动物实验箱中剩余的雾气及动物呼出的气体会通过抽气泵造成的压力差的原因被动进入到空气滤过器，通过率过装置的双层过滤作用，形成无污染的空气，再通过抽气泵的作用进入到雾化器中，依次而反复循环利用，避免污染。

2  应用领域

该装置主要应用于医学专业、药厂、试剂化工厂、食品药品监督管理局、防疫站、宠物店等科研或教学等部门的动物麻醉、药理毒理、代谢、空气污染检测、新药物开发、新型化妆品检测等领域，具有方便、快捷、高效等特点。

3  结语

动物实验在医学高校、科研院所等机构的应用日益增强，同时宠物医院也在逐年增加，对动物实验或治疗的装置功能要求也越来越高。课题组成员采用走访大量市场、网络及电话调查等方式未发现市场上有一款专门用于动物实验的基础装置。基于此，在老师们的指导下，课题组成员通过对科研院校、宠物医院发放关于对动物实验装置功能需求的调研问卷，统计出对动物实验装置功能需求的比例，结合课题组所具有的条件，经过半年左右的反复修改，终于设计一种具有多功能的动物实验装置，能满足对大批动物进行麻醉、治疗等措施的需求，且该动物实验装置申报了相关专利。

随着社会经济不断的对外开放和深入发展，创新创业成为我国经济社会中个体及其团队发展的新趋势和主旋律，“大众创新，万众创业”的理念在大学的教育也日益加强。笔者学校非常重视大学生创新创业意识的培养，在进入学校的第一年学生就开始接受就业指导教育，这让我们了解到只有创新才能够更好地创业，所以通过调研发现市场上缺乏能满足多用途的动物实验装置，并以此申报了大创课题。课题组成员通过完成动物实验装置的研发，收获颇丰，不但培养了他们的团结协作能力，还培养了如何查阅文献、绘图和沟通的能力，拓展了思维方式，同时也提高了其自主创新的能力，为其能更好地创业奠定了坚实基础。

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