一種多用途動(dòng)物實(shí)驗(yàn)裝置的研發(fā)

吳鋒 李燕芬 郭洪印 陳文翔 朱世杰 王安軍 楊長(zhǎng)福 羅亞非

摘? 要：目的 設(shè)計(jì)一種能滿足多種實(shí)驗(yàn)需求的動(dòng)物裝置。方法 改良空氣過(guò)濾器、動(dòng)物箱、霧化器等裝置，形成一種復(fù)合實(shí)驗(yàn)裝置以滿足不同實(shí)驗(yàn)工作需求。結(jié)果 設(shè)計(jì)出一種適用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)、動(dòng)物批量麻醉、寵物醫(yī)院動(dòng)物治療等功能的多用途動(dòng)物實(shí)驗(yàn)裝置。結(jié)論 通過(guò)完成大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課題，設(shè)計(jì)出的多用途動(dòng)物實(shí)驗(yàn)裝置彌補(bǔ)了動(dòng)物箱功能單一的缺點(diǎn)，且提高了大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)裝置? 超聲霧化器? 空氣過(guò)濾器? 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)

中圖分類號(hào)：R-33 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(dòng)物實(shí)驗(yàn)在基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用越來(lái)越普遍，大多數(shù)的科研課題研究、藥物毒副作用的研究及寵物醫(yī)院等都需要以動(dòng)物為載體開(kāi)展各種工作。目前用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的裝置產(chǎn)品單一，無(wú)法滿足當(dāng)前眾多科學(xué)院校及研究所進(jìn)行一些多種常規(guī)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，且部分實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)陋或設(shè)計(jì)的缺陷嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的生活環(huán)境或動(dòng)物本身，造成實(shí)驗(yàn)失敗或不能正常開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，既浪費(fèi)了實(shí)驗(yàn)者的時(shí)間和金錢，也是對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的一種傷害，背離了開(kāi)展科研實(shí)驗(yàn)的初衷。

針對(duì)以上情況，在學(xué)校對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課題的資助下，該實(shí)驗(yàn)擬研發(fā)一種多用途的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置具有多種功能，如可以批量麻醉動(dòng)物、各種試劑、噴劑對(duì)皮膚或臟器等各種指標(biāo)的影響，也可用于動(dòng)物醫(yī)院對(duì)動(dòng)物的麻醉或動(dòng)物的疾病治療等。這種多用途動(dòng)物實(shí)驗(yàn)裝置可以有效清除實(shí)驗(yàn)動(dòng)物排放的主要惡臭污染，又能提高工作效率，節(jié)約成本，具有較高的應(yīng)用價(jià)值[1-3]。

1? 設(shè)計(jì)材料及工作原理

1.1 設(shè)計(jì)材料

該產(chǎn)品是由實(shí)驗(yàn)箱、超聲霧化器、空氣過(guò)濾器、抽氣泵、輸送管、備用空氣閥、可抽拉便箱、試劑盒這8個(gè)部分共同組成（見(jiàn)圖1）。

實(shí)驗(yàn)箱由9個(gè)獨(dú)立的可拆解的飼養(yǎng)籠構(gòu)成，飼養(yǎng)籠的底部為收集動(dòng)物糞便的抽拉箱，外面包裹6塊樹(shù)脂玻璃板。頂部的樹(shù)脂玻璃板以及兩側(cè)面各有預(yù)留2個(gè)通氣孔，用于連接輸送管。該實(shí)驗(yàn)箱可以實(shí)時(shí)觀察動(dòng)物的反應(yīng)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(cè)保護(hù)電路組和試劑盒組成。電子振蕩器以高功率產(chǎn)生高頻電能，通過(guò)電壓陶瓷換能器轉(zhuǎn)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(xiàn)，當(dāng)這種張力波的能量達(dá)到一定值時(shí)，在液面的張力波波峰也會(huì)增加達(dá)到一定數(shù)值，使其當(dāng)處在波峰的液體飛出形成霧粒時(shí)，該霧化器的超聲能量是1.45MHz，其產(chǎn)生的霧粒直徑一般在1～5μm[7-9]。

空氣過(guò)濾器是由高效濾過(guò)網(wǎng)和含有陰陽(yáng)離子的交換樹(shù)脂構(gòu)成。其中高效濾過(guò)網(wǎng)是有主要復(fù)合納米的靜電紡絲構(gòu)成，共5層，包括由網(wǎng)支撐層、無(wú)紡布層、粗過(guò)濾層、納米纖維層、PMIA/GO復(fù)合納米纖維膜，各個(gè)層之間相互連接[10-13]。其中無(wú)紡布層過(guò)孔的直徑為180mm，濾過(guò)雜質(zhì)直徑的范圍為0.5～600μm，所述粗過(guò)濾層的過(guò)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(guò)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(fù)合納米纖維膜為聚間苯二甲酰間苯二胺/氧化石墨烯復(fù)合納米纖維膜，具有較高的空氣過(guò)濾性能和熱穩(wěn)定性能，且質(zhì)量輕。實(shí)驗(yàn)箱中的霧氣通過(guò)負(fù)壓作用先通過(guò)高效隔板濾過(guò)網(wǎng)的過(guò)濾作用，總體平均可過(guò)濾0.3μm以下的空氣懸浮顆粒。陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂即包括陰離子交換樹(shù)脂和陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，被認(rèn)為是目前最高效及節(jié)能的凈化污水的方式，霧氣進(jìn)入由含有陰陽(yáng)離子的交換樹(shù)脂是利用離子交換原理將霧氣包含的陰陽(yáng)離子的化學(xué)成分交換，形成潔凈的霧氣[14-16]。

抽氣泵主要由具備一進(jìn)一出的抽氣嘴、排氣嘴各一個(gè)及電機(jī)構(gòu)成，通過(guò)泵內(nèi)部的隔膜做往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)固定容積的泵腔內(nèi)的空氣進(jìn)行壓縮、拉伸形成真空（負(fù)壓），在泵抽氣口處與外界大氣壓產(chǎn)生壓力差，在壓力差的作用下，將氣體壓吸入泵腔，再?gòu)呐艢饪谂懦觥２⑶以谶M(jìn)口處能夠持續(xù)形成真空或負(fù)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(dòng)物實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)或大批量實(shí)驗(yàn)操作時(shí)為實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)動(dòng)物提供充足氧氣，避免動(dòng)物缺氧窒息死亡，同時(shí)起到調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)空氣含量的作用。

1.2 工作原理

該裝置的工作原理是將實(shí)驗(yàn)試劑通過(guò)試劑盒進(jìn)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(qiáng)，使液體表面隆起，在隆起的液面周圍發(fā)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(guò)耐腐蝕性PTFE管輸送到裝有動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)箱中，通過(guò)動(dòng)物的呼吸作用或皮膚接觸到霧氣而發(fā)揮特定的作用如麻醉、藥物療效驗(yàn)證、試劑的毒副作用等功效。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)箱中剩余的霧氣及動(dòng)物呼出的氣體會(huì)通過(guò)抽氣泵造成的壓力差的原因被動(dòng)進(jìn)入到空氣濾過(guò)器，通過(guò)率過(guò)裝置的雙層過(guò)濾作用，形成無(wú)污染的空氣，再通過(guò)抽氣泵的作用進(jìn)入到霧化器中，依次而反復(fù)循環(huán)利用，避免污染。

2? 應(yīng)用領(lǐng)域

該裝置主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)專業(yè)、藥廠、試劑化工廠、食品藥品監(jiān)督管理局、防疫站、寵物店等科研或教學(xué)等部門的動(dòng)物麻醉、藥理毒理、代謝、空氣污染檢測(cè)、新藥物開(kāi)發(fā)、新型化妝品檢測(cè)等領(lǐng)域，具有方便、快捷、高效等特點(diǎn)。

3? 結(jié)語(yǔ)

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)在醫(yī)學(xué)高校、科研院所等機(jī)構(gòu)的應(yīng)用日益增強(qiáng)，同時(shí)寵物醫(yī)院也在逐年增加，對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)或治療的裝置功能要求也越來(lái)越高。課題組成員采用走訪大量市場(chǎng)、網(wǎng)絡(luò)及電話調(diào)查等方式未發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上有一款專門用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)裝置?；诖?，在老師們的指導(dǎo)下，課題組成員通過(guò)對(duì)科研院校、寵物醫(yī)院發(fā)放關(guān)于對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)裝置功能需求的調(diào)研問(wèn)卷，統(tǒng)計(jì)出對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)裝置功能需求的比例，結(jié)合課題組所具有的條件，經(jīng)過(guò)半年左右的反復(fù)修改，終于設(shè)計(jì)一種具有多功能的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)裝置，能滿足對(duì)大批動(dòng)物進(jìn)行麻醉、治療等措施的需求，且該動(dòng)物實(shí)驗(yàn)裝置申報(bào)了相關(guān)專利。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷的對(duì)外開(kāi)放和深入發(fā)展，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)中個(gè)體及其團(tuán)隊(duì)發(fā)展的新趨勢(shì)和主旋律，“大眾創(chuàng)新，萬(wàn)眾創(chuàng)業(yè)”的理念在大學(xué)的教育也日益加強(qiáng)。筆者學(xué)校非常重視大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)的培養(yǎng)，在進(jìn)入學(xué)校的第一年學(xué)生就開(kāi)始接受就業(yè)指導(dǎo)教育，這讓我們了解到只有創(chuàng)新才能夠更好地創(chuàng)業(yè)，所以通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上缺乏能滿足多用途的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)裝置，并以此申報(bào)了大創(chuàng)課題。課題組成員通過(guò)完成動(dòng)物實(shí)驗(yàn)裝置的研發(fā)，收獲頗豐，不但培養(yǎng)了他們的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，還培養(yǎng)了如何查閱文獻(xiàn)、繪圖和溝通的能力，拓展了思維方式，同時(shí)也提高了其自主創(chuàng)新的能力，為其能更好地創(chuàng)業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 宋廣青，高莉，孫秀萍，等.大鼠物體識(shí)別實(shí)驗(yàn)裝置的研制[J].中國(guó)比較醫(yī)學(xué)雜志，2013，23（8）：80-86.

[2] 馬建峰，張尚立，王麗，等.一體式哺乳類動(dòng)物缺氧實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置研制與應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2016，33（7）：82-91.

[3] 劉毅，岳慧娟，劉佳，等.一種實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施廢氣處理裝置的研制和初步應(yīng)用[J].中國(guó)比較醫(yī)學(xué)雜志，2016，28（8）：21-25.

[4] 王瓏，李洪財(cái)，盧勝明.實(shí)驗(yàn)動(dòng)物飲用水除菌供給裝置的制備與應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科學(xué)，2010，27（3）：63-64.

[5] 許櫳文.一種多功能動(dòng)物實(shí)驗(yàn)箱：中國(guó)，GN207219722U[P].

2018-04-13.

[6] 中國(guó)人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué).一種用于大鼠麻醉的實(shí)驗(yàn)箱：中國(guó)，CN207721925U[P].2018-08-14.

[7] 錢少魁.超聲霧化器工作原理及故障現(xiàn)象[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào)，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?xì)庠O(shè)備有限公司.一種液體分離單向霧化器：中國(guó)，CN208229185U[P].2018-12-14.

[10] Li M，F(xiàn)eng 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(guò)濾裝置在除菌中的應(yīng)用[J].南昌大學(xué)學(xué)報(bào)，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(fù)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(shù)有限公司.一種基于生物技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室用空氣過(guò)濾裝置：中國(guó)，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(shù)脂吸附凈化工業(yè)廢液研究進(jìn)展[J].應(yīng)用化工，2018，47（3）：584-588.

[16] 可隆工業(yè)株式會(huì)社.離子交換膜及其制造方法以及包含該膜的儲(chǔ)能裝置：中國(guó)，CN109071851A[P].2018-12-21.

[17] 田衛(wèi)紅.一種實(shí)驗(yàn)室抽濾裝置：中國(guó)，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(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)機(jī)理與培育研究——以華中農(nóng)業(yè)大學(xué)20名創(chuàng)業(yè)先鋒為例[J].國(guó)家教育行政學(xué)院學(xué)報(bào)，2017（5）：82-88.