獨(dú)立通風(fēng)籠具(IVC)技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)及參數(shù)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

閔凡貴，王 靜，潘金春，黃樹(shù)武，龔寶勇，張 鈺

(廣東省實(shí)驗(yàn)動(dòng)物監(jiān)測(cè)所，廣東省實(shí)驗(yàn)動(dòng)物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510663)

獨(dú)立通風(fēng)籠具(individually ventilate cages，IVCs)是指在密閉獨(dú)立單元(籠盒或籠具)內(nèi)，潔凈氣流高換氣率獨(dú)立通氣，廢氣集中外排，在超凈工作臺(tái)內(nèi)操作和實(shí)驗(yàn)的微型SPF級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物飼育與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)設(shè)備[1-2]。IVC的使用，有效提高了實(shí)驗(yàn)室的空間利用率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目標(biāo)，并且有效降低了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)間的交叉污染[3]。

盡管IVC的普及率越來(lái)越高，應(yīng)用研究也越來(lái)越多[4]，但是對(duì)于IVC技術(shù)參數(shù)的測(cè)定、IVC參數(shù)穩(wěn)定性評(píng)估以及IVC泄漏情況的檢測(cè)缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)范。本研究將探討IVC技術(shù)指標(biāo)的檢測(cè)及其參數(shù)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的方法。

1 材料和方法

1.1 IVC

各類IVC共20臺(tái)，包括17臺(tái)國(guó)產(chǎn)IVC和3臺(tái)進(jìn)口IVC，均為正壓運(yùn)行模式，其中15臺(tái)擺放在屏障環(huán)境中，5臺(tái)擺放在普通環(huán)境中，外環(huán)境溫度濕度均可調(diào)控，運(yùn)行48 h后進(jìn)行技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)。

1.2 儀器設(shè)備

TESTO 425數(shù)字風(fēng)速儀、TESTO 815噪聲計(jì)、TESTO 510壓差計(jì)、TESTO 545照度計(jì)、TESTO 625溫濕度計(jì)、TSI 9306塵埃粒子計(jì)數(shù)器、流量計(jì)(MF5706-N-10)等，均在檢定或校準(zhǔn)有效期內(nèi)。

1.3 技術(shù)指標(biāo)及檢測(cè)方法

1.3.1 籠盒內(nèi)潔凈度

塵埃粒子計(jì)數(shù)器自凈后，將采樣管接入籠盒的檢測(cè)孔或飲水瓶孔，2.83 L/min速度測(cè)定潔凈度，每個(gè)籠盒測(cè)定15 min。

1.3.2 籠盒內(nèi)溫度、濕度、噪聲、照度

分別將溫濕度計(jì)、噪聲計(jì)和照度計(jì)放入籠盒內(nèi)，采用墊料或紙張墊高至50 cm高度，測(cè)定50 cm高度的溫度、濕度、噪聲和照度[5-6]。

1.3.3 籠盒內(nèi)外靜壓差

將壓差計(jì)測(cè)量管接入籠盒的檢測(cè)孔或飲水瓶插孔，測(cè)定籠盒內(nèi)與外環(huán)境間的靜壓差。

1.3.4 籠盒內(nèi)換氣次數(shù)

(1)風(fēng)速儀法:測(cè)定進(jìn)風(fēng)速度，進(jìn)風(fēng)口直徑，測(cè)量并計(jì)算籠盒體積，參照GB14925所提供的計(jì)算公式計(jì)算IVC籠盒的換氣次數(shù)[7]。

(2)流量計(jì)法:通過(guò)流量計(jì)直接測(cè)定進(jìn)風(fēng)口的氣體流量，測(cè)量并計(jì)算籠盒體積，二者相除獲得IVC籠盒內(nèi)的換氣次數(shù)。

1.3.5 籠盒泄漏檢測(cè)

分別檢測(cè)籠盒進(jìn)氣端和排氣端的氣流速度和氣體流量，計(jì)算籠盒內(nèi)風(fēng)量的損失[4]。正壓IVC:籠盒泄漏率＝(進(jìn)風(fēng)量-排風(fēng)量)/進(jìn)風(fēng)量。檢測(cè)示意圖見(jiàn)圖1。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

測(cè)定組內(nèi)偏差以變異系數(shù)(CV)表示，組間差異采用t檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 外環(huán)境指標(biāo)與籠盒內(nèi)溫度、濕度、照度、潔凈度的關(guān)聯(lián)

相關(guān)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。外環(huán)境溫濕度與IVC籠盒內(nèi)環(huán)境溫濕度間無(wú)顯著性差異(t-檢驗(yàn)，P＞0.05)，且外環(huán)境與內(nèi)環(huán)境溫度、濕度的相關(guān)系數(shù)(r)分別為0.9986和0.9969，表明IVC籠盒內(nèi)環(huán)境溫濕度與外環(huán)境溫濕度間存在極強(qiáng)的正相關(guān)。IVC籠盒內(nèi)環(huán)境照度除受外環(huán)境照度影響，還與擺放位置相關(guān)?；\盒內(nèi)潔凈度與外環(huán)境相關(guān)性不強(qiáng)，IVC運(yùn)轉(zhuǎn)周期滿足48 h以上，擺放在屏障環(huán)境下的IVC潔凈度均能達(dá)到6或5級(jí)水平；擺放在普通環(huán)境下的IVC潔凈度最高也能達(dá)到5級(jí)，其中1臺(tái)套IVC因?yàn)楦咝н^(guò)濾器選型錯(cuò)誤導(dǎo)致內(nèi)環(huán)境8級(jí)。

2.2 換氣次數(shù)不同檢測(cè)方法比較

將IVC主機(jī)換氣次數(shù)設(shè)定為每小時(shí)60次，通過(guò)測(cè)定籠盒送風(fēng)口風(fēng)速，計(jì)算換氣次數(shù)，結(jié)果顯示(表2)，換氣次數(shù)為設(shè)定值的2倍，通過(guò)流量計(jì)測(cè)定送風(fēng)口的流量，換氣次數(shù)約為設(shè)定值的1/2，兩種測(cè)定方法獲得的結(jié)果存在顯著性差異(配對(duì)t-test，P＝0.0001)。

2.3 IVC系統(tǒng)參數(shù)均勻性評(píng)估

圖1 籠盒泄漏檢測(cè)模式圖Figure 1 The leakage detection system

抽取每個(gè)籠架(對(duì)角線)左上、左下、中間、右上、右下區(qū)域的籠位，分別檢測(cè)換氣次數(shù)、噪聲、風(fēng)速及與外環(huán)境的靜壓差，計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的相對(duì)偏差(變異系數(shù)，CV)，結(jié)果顯示(表3)，換氣次數(shù)、噪聲、風(fēng)速的相對(duì)偏差較小，但是靜壓差的相對(duì)偏差很大。

2.4 籠盒泄漏率

IVC參數(shù)穩(wěn)定性分析結(jié)果顯示，靜壓差的相對(duì)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(fēng)端風(fēng)量損失，即泄漏率來(lái)表述，依據(jù)風(fēng)速儀法和流量計(jì)法計(jì)算獲得籠盒泄漏率見(jiàn)表4，兩種方法獲得的泄漏率基本一致(配對(duì)t-test，P＝0.7481)，泄漏率高達(dá)75%，表明IVC籠盒密封性很差。

3 討論

IVC作為當(dāng)前最受歡迎的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物籠具之一，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，相關(guān)研究報(bào)告顯示，使用IVC會(huì)提高動(dòng)物福利，減少環(huán)境應(yīng)激，從而改善動(dòng)物生理生化指標(biāo)[8-9]。相比開(kāi)放飼養(yǎng)籠盒，IVC具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì):(1)IVC通過(guò)獨(dú)立的送排風(fēng)系統(tǒng)提供相對(duì)均一的環(huán)境條件，從而實(shí)現(xiàn)生存環(huán)境的統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化；(2)通過(guò)籠盒的密封性及顏色不同降低外環(huán)境對(duì)動(dòng)物的影響，如屏蔽外環(huán)境噪音、降低照度和減少人員的干擾。由此可見(jiàn)，IVC的質(zhì)量控制至關(guān)重要，由于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)滯后，導(dǎo)致目前缺乏用于IVC技術(shù)參數(shù)測(cè)定和IVC參數(shù)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的有效技術(shù)規(guī)范。

環(huán)境溫度和濕度是影響動(dòng)物福利和健康的重要因素[10]，其中，溫度是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體熱平衡和調(diào)節(jié)的決定因素，濕度與動(dòng)物體熱調(diào)節(jié)相關(guān)，因此，合理控制IVC內(nèi)環(huán)境溫度、濕度至關(guān)重要。本研究測(cè)試結(jié)果顯示，無(wú)論IVC擺放在屏障環(huán)境還是普通環(huán)境內(nèi)，在外環(huán)境溫度、濕度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求條件下，通過(guò)規(guī)范的使用操作，IVC內(nèi)環(huán)境的技術(shù)指標(biāo)可以滿足GB14925規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)要求，組間比較結(jié)果顯示，靜態(tài)條件下，IVC內(nèi)環(huán)境溫濕度高度依賴外環(huán)境指標(biāo)，但是，研究結(jié)果不能證明IVC可以在普通環(huán)境下使用的模式可以替代屏障環(huán)境，研究結(jié)果與柯賢福等[11]人結(jié)果一致。

表1 外環(huán)境與籠盒內(nèi)微環(huán)境溫度、濕度、照度、潔凈度對(duì)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(cè)定換氣次數(shù)比較(n＝20)Table 2 Comparison of air changes per hour(ACH)between two methods

表3 IVC系統(tǒng)參數(shù)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)(n＝20)Table 3 Stability evaluation of technical parameters of IVC

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

通風(fēng)與換氣也是影響動(dòng)物體熱平衡和調(diào)節(jié)的重要因素，合理的氣流速度和換氣次數(shù)會(huì)帶給動(dòng)物更加舒適的感覺(jué)，滿足動(dòng)物福利需求[10]。關(guān)于換氣次數(shù)的測(cè)定，不同研究人員和標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的方法也不一致，既可以測(cè)定主機(jī)總送風(fēng)量，也可以測(cè)試單個(gè)籠盒的送風(fēng)量，通過(guò)送風(fēng)量與籠盒體積比值獲得換氣次數(shù)。本研究中，IVC換氣次數(shù)為進(jìn)風(fēng)端的換氣次數(shù)，不同于江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)[5]，與李彬等[12]人方法一致。對(duì)于送風(fēng)量的測(cè)定，本研究分析了風(fēng)速儀法和流量計(jì)法檢測(cè)的差異，結(jié)果顯示，風(fēng)速儀法測(cè)定結(jié)果偏高，測(cè)定結(jié)果遠(yuǎn)大于主機(jī)設(shè)定值，表明，通過(guò)風(fēng)速儀法測(cè)定換氣次數(shù)不能準(zhǔn)確反映籠盒內(nèi)實(shí)際換氣次數(shù)，造成測(cè)量偏差的主要原因在于進(jìn)風(fēng)口的直徑測(cè)量和有效的檢測(cè)點(diǎn)的選擇上；流量計(jì)法測(cè)定結(jié)果遠(yuǎn)小于風(fēng)速儀法結(jié)果，并且小于設(shè)定值，該結(jié)果存在較高的合理性，在設(shè)定值為60次的理論水平下，實(shí)際運(yùn)行中由于風(fēng)管、末端籠盒的阻力導(dǎo)致實(shí)際送風(fēng)量損失，存在實(shí)際換氣次數(shù)降低的可能。因此，本研究推薦流量計(jì)法作為換氣次數(shù)的測(cè)定方法。

對(duì)于IVC質(zhì)量的評(píng)價(jià)，目前多數(shù)停留在籠盒內(nèi)環(huán)境參數(shù)是否滿足GB 14925對(duì)屏障環(huán)境的技術(shù)指標(biāo)要求上，而忽視了IVC整體參數(shù)的穩(wěn)定性。IVC通常有多個(gè)籠位，由于距離送、排風(fēng)總風(fēng)管的距離不一樣，各籠位存在技術(shù)參數(shù)的差異。如果各個(gè)籠盒內(nèi)環(huán)境差異較大，則可能會(huì)影響動(dòng)物的福利與健康，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可重復(fù)性。本研究對(duì)同一籠架對(duì)角線上5個(gè)籠位的換氣次數(shù)、噪聲、風(fēng)速、靜壓差的均勻性進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，換氣次數(shù)的相對(duì)偏差最小，其次是噪聲和風(fēng)速，而靜壓差的相對(duì)偏差很大，結(jié)果與江其輝等[13]人研究結(jié)果一致，造成靜壓差偏大的原因除了換氣次數(shù)外，最主要的因素是籠盒的密封性。

籠盒的密封性可以通過(guò)測(cè)定籠盒的泄漏率來(lái)驗(yàn)證，表現(xiàn)為送風(fēng)量與排風(fēng)量的差值[6]。籠盒的密封性除了影響壓差外，還會(huì)導(dǎo)致籠盒內(nèi)氣體泄漏至外環(huán)境，增加籠盒間交叉污染的機(jī)會(huì)，并且不能很好地保護(hù)從業(yè)人員，降低了IVC的使用效能[14]。本研究結(jié)果顯示，所有測(cè)試的正壓IVC籠盒密封性均較差，籠盒平均泄漏率高達(dá)75%，凸顯在密封性方面質(zhì)量控制的不足，未能很好地實(shí)現(xiàn)IVC既保護(hù)籠盒內(nèi)的動(dòng)物，又保障從業(yè)人員的職業(yè)健康與安全的優(yōu)勢(shì)。本研究中，影響測(cè)試IVC籠盒泄漏率的因素主要有兩個(gè):其一，籠蓋與箱體間缺乏密封條，導(dǎo)致籠盒泄壓；其二，籠蓋上的生命窗偏大，面積超過(guò)籠盒蓋的1/3，并且均無(wú)生命窗蓋，在正常使用時(shí)成為最大的泄壓來(lái)源。由于籠蓋與箱體間缺乏密封條可以導(dǎo)致直接泄漏，增加交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)該引起IVC生產(chǎn)和使用機(jī)構(gòu)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(huì)防止交叉污染的發(fā)生，利于氣體擴(kuò)散，這也對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值的合理性提出了疑問(wèn)。

綜上，本研究探討了IVC系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的檢測(cè)方法，證實(shí)通過(guò)流量計(jì)測(cè)定籠盒換氣次數(shù)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(jié)果可為IVC系統(tǒng)檢測(cè)及生產(chǎn)技術(shù)改進(jìn)提供參考，同時(shí)為國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制/修訂提供參考。