專利名稱：暴露裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將至少一個(gè)動(dòng)物的鼻子暴露于氣態(tài)物質(zhì)流的裝置。特別地，但非專門地，本發(fā)明涉及一種用于將至少一個(gè)動(dòng)物的鼻子暴露于氣態(tài)物質(zhì)流的裝置，其中 在暴露的同時(shí)可以進(jìn)行生物采樣和測(cè)量。
背景技術(shù)：
在整個(gè)說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“氣態(tài)物質(zhì)”是指氣體、蒸汽、氣霧劑(aerosol)和它們的混 合物。氣霧劑包括分散在氣體中的小的固體顆粒。氣霧劑的一個(gè)例子是煙，其中固態(tài)的煙 顆粒分散在空氣中。因此術(shù)語(yǔ)“氣態(tài)物質(zhì)流”是指氣體或蒸汽或氣霧劑或它們的混合物的 氣流。在整個(gè)說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“鼻式吸入暴露(nose-only inhalation exposure)”是指 非人類的動(dòng)物的單獨(dú)暴露，其中被吸入的氣態(tài)物質(zhì)通常被朝向動(dòng)物的鼻子引導(dǎo)。這是本領(lǐng) 域的公知術(shù)語(yǔ)。沒(méi)有暴露于其它動(dòng)物的呼出氣體，并且即使有的話，也是非常有限地暴露于 動(dòng)物本身的呼出氣體。通過(guò)鼻式暴露或者其它方法將動(dòng)物暴露于氣態(tài)物質(zhì)對(duì)于被吸入的氣 態(tài)物質(zhì)的毒理學(xué)評(píng)估很有用。US4, 721，060描述了一種鼻式暴露系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，嚙齒動(dòng)物被緊密地限制在瓶 子(即暴露管)中，瓶子的內(nèi)端部延伸進(jìn)入連接到管的接頭中，瓶子的外端部封閉。該管包 括內(nèi)部區(qū)域、外部區(qū)域。來(lái)自管的內(nèi)部區(qū)域的氣霧劑或者氣體經(jīng)由管道流入每個(gè)瓶子。溢 出的氣霧劑或氣體與嚙齒動(dòng)物的呼出氣體一起流出每個(gè)瓶子并流入管的外部區(qū)域。Journal of Applied Toxicology, Vol. 1 4 (1) , 55-62 (1 994) , J Pauluhn "Validation of an Improved Nose-Only Exposure System for Rodents，，描述 了另外一種鼻式暴露系統(tǒng)。該暴露系統(tǒng)使用“流動(dòng)-經(jīng)過(guò)(flow-past)”設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)最 小化消耗的測(cè)試化合物量，同時(shí)也最小化對(duì)排出的測(cè)試空氣的吸入。

發(fā)明內(nèi)容
需要一種改進(jìn)的具有穩(wěn)固設(shè)計(jì)暴露系統(tǒng)。還需要一種改進(jìn)的具有改進(jìn)的氣態(tài)物質(zhì) 流的暴露系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于將至少一個(gè)動(dòng)物的鼻子暴露于氣態(tài)物質(zhì)流 的裝置，所述裝置包括具有用于氣態(tài)物質(zhì)的入口的內(nèi)管；包圍所述內(nèi)管的外管，所述外管 具有用于氣態(tài)物質(zhì)的出口 ；和至少一個(gè)暴露位置，所述暴露位置包括位于所述內(nèi)管中的開(kāi) 口和位于所述外管中的開(kāi)口，每個(gè)暴露位置都被布置成接收相應(yīng)的適于容納動(dòng)物的暴露 管，其中所述暴露管穿過(guò)所述外管中的開(kāi)口和所述內(nèi)管中的開(kāi)口，至少部分地延伸進(jìn)入到 所述內(nèi)管中，并由外管和內(nèi)管支撐，使得所述暴露管中的暴露入口位于所述內(nèi)管中，而所述 暴露管的暴露出口位于所述外管中，其中在使用中，氣態(tài)物質(zhì)經(jīng)由入口流入到所述內(nèi)管中， 經(jīng)由所述暴露入口流入到每個(gè)暴露管中，經(jīng)由所述暴露出口流出每個(gè)暴露管，并經(jīng)由出口 流出所述外管。所述暴露入口和所述暴露出口之間的氣流具有與所述內(nèi)管中的氣流反向的分量。每個(gè)暴露位置的結(jié)構(gòu)都是很穩(wěn)固的，其中在每個(gè)暴露位置中，相應(yīng)的暴露管穿過(guò) 外管并至少部分地延伸進(jìn)入所述內(nèi)管中。暴露管在兩個(gè)位置被支撐在內(nèi)管處和外管處。 當(dāng)動(dòng)物被容納在暴露管中時(shí)，不需要對(duì)暴露管進(jìn)行額外的支撐。暴露入口和暴露出口之間的氣流可以另外地具有與與外管中的氣流反向的分量。 在一個(gè)實(shí)施例中，從暴露入口流向暴露出口的氣流與暴露管的縱向軸線成一角度。優(yōu)選地，內(nèi)管包括用于溢出的 氣態(tài)物質(zhì)的溢流出口。這是有利的，因?yàn)檠b置可以用 于大范圍的氣態(tài)物質(zhì)流速。當(dāng)氣態(tài)物質(zhì)足夠時(shí)，溢流出口可以用于減少氣態(tài)物質(zhì)流過(guò)所述 內(nèi)管的所需的平均時(shí)間。優(yōu)選地，溢流出口的尺寸是可變的。這可以通過(guò)使用可移除的隔 膜來(lái)實(shí)現(xiàn)，在這種情況下，通過(guò)選擇合適的隔膜可以設(shè)定從內(nèi)管到外管的壓降。目標(biāo)壓降由 每個(gè)暴露管中的確定的目標(biāo)流量來(lái)限定。優(yōu)選地，最小化內(nèi)管的體積，以最小化氣態(tài)物質(zhì)流過(guò)內(nèi)管所需的時(shí)間。這優(yōu)選適用 于大范圍的氣態(tài)物質(zhì)流速。因此，最小化的內(nèi)管體積和溢流出口允許裝置可以用于大范圍的氣態(tài)物質(zhì)流速。優(yōu)選地，該裝置包括一個(gè)或多個(gè)能夠分離的模塊，每個(gè)模塊都包括內(nèi)管的一部分、 外管的一部分和至少一個(gè)暴露位置。模塊化布置是有利的，因?yàn)楦鶕?jù)特定測(cè)試中需要暴露 在氣態(tài)物質(zhì)中的動(dòng)物的數(shù)量，可以利用合適數(shù)量的暴露位置來(lái)構(gòu)建裝置。每個(gè)模塊都可以 包括任何適當(dāng)數(shù)量的暴露位置，例如1、2、3、4、5、6、7、8或者更多個(gè)暴露位置。更優(yōu)選的是， 每個(gè)模塊都可以包括8、16、24或32個(gè)暴露位置。裝置可以包括1、2、3或更多個(gè)模塊。在 優(yōu)選的實(shí)施例中，每個(gè)模塊包括32個(gè)暴露位置，并且裝置包括3個(gè)模塊。優(yōu)選地，內(nèi)管和外管均由陽(yáng)極氧化鋁制造。這是有利的，因?yàn)殛?yáng)極氧化鋁不與絕大 多數(shù)的氣態(tài)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。另外，陽(yáng)極氧化鋁很容易清潔。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種暴露管，其適于連接到根據(jù)本發(fā)明第一方面的 裝置的暴露位置，該暴露管適于容納動(dòng)物，并具有能夠連接到內(nèi)管的暴露入口和能夠連接 到外管的暴露出口。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種用于容納動(dòng)物以將動(dòng)物的鼻子暴露予氣態(tài)物質(zhì) 流的暴露管。該暴露管包括用于動(dòng)物頭部的前端部；和用于動(dòng)物的除頭部外的身體的后 端部，所述前端部具有氣態(tài)物質(zhì)的入口和用于氣態(tài)物質(zhì)的出口，所述出口比入口更接近后 端部，當(dāng)暴露管在使用中并容納動(dòng)物時(shí)，所述入口位于所述出口下方。因?yàn)槌隹诒热肟诟咏蠖瞬?，因此氣態(tài)物質(zhì)流通常朝向動(dòng)物頭部。但是因?yàn)闅?態(tài)物質(zhì)并不是直接沿著縱向軸線，因此在動(dòng)物鼻子處沒(méi)有穿堂風(fēng)(draft)。在一個(gè)實(shí)施例中，入口和出口定位成使得從入口到出口的氣態(tài)物質(zhì)流與暴露管的 縱向軸線成一角度。優(yōu)選地，入口定位成朝向暴露管的前端部的底部。優(yōu)選地，入口是小于暴露管的前 端部的橫截面面積的開(kāi)口。優(yōu)選地，出口定位成朝向暴露管的前端部的頂部。優(yōu)選地，出口比入口小得多。這 是因?yàn)楫?dāng)氣態(tài)物質(zhì)流過(guò)一個(gè)或多個(gè)暴露管時(shí)，是出口產(chǎn)生了氣態(tài)物質(zhì)從內(nèi)管到外管的大部 分壓降。這個(gè)壓降是對(duì)流過(guò)暴露管的流量的一種間接測(cè)量。如果使用多于一個(gè)的暴露管將多于一個(gè)的動(dòng)物暴露于同一氣態(tài)物質(zhì)流，則每個(gè)暴露管的出口的尺寸應(yīng)當(dāng)相同。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中 ，暴露管由玻璃制成。使用玻璃是有利的，因?yàn)樗行У貙?動(dòng)物的體熱傳導(dǎo)到外界環(huán)境中。另外，玻璃也很容易清潔并且是惰性的。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在 動(dòng)物位于暴露管中時(shí)可以對(duì)其進(jìn)行觀察。優(yōu)選地，暴露管被布置成從后端部接收動(dòng)物。該暴露管還可以包括當(dāng)動(dòng)物容納在 暴露管時(shí)用于封閉暴露管的后端部的密封件。在一個(gè)在暴露的同時(shí)還用于收集生物樣本的優(yōu)選的實(shí)施例中，暴露管的后端部包 括尿液收集管，用于收集動(dòng)物的尿液。因?yàn)樵谀蛞簭膭?dòng)物排出時(shí)，幾乎可以立即進(jìn)行尿液收 集。這是有利的，因?yàn)榭梢栽趧?dòng)物的鼻子暴露于氣態(tài)物質(zhì)的同時(shí)收集尿液樣本。尿液樣本 可以用于分析。在另一個(gè)在暴露的同時(shí)還用于收集生物測(cè)量值的優(yōu)選的實(shí)施例中，前端部和后端 部通過(guò)用于動(dòng)物的氣密環(huán)分開(kāi)。這是有利的，因?yàn)楫?dāng)動(dòng)物容納在暴露管中時(shí)，動(dòng)物的頭部與 動(dòng)物的身體相隔離。這對(duì)于全身、頭部外露式體積描記測(cè)定是有用的。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種特別適于與至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明第三方面的暴 露管一起使用的裝置，該裝置包括具有用于氣態(tài)物質(zhì)的入口的內(nèi)管；環(huán)繞內(nèi)管的外管，該 外管具有用于氣態(tài)物質(zhì)的出口 ；和至少一個(gè)暴露位置，該暴露位置包括位于內(nèi)管中的開(kāi)口 和位于外管中的開(kāi)口，每個(gè)暴露位置都能夠通過(guò)以下方式連接到根據(jù)本發(fā)明第三方面的至 少一個(gè)暴露管所述暴露管穿過(guò)外管中的開(kāi)口并穿過(guò)內(nèi)管中的開(kāi)口以至少部分地延伸進(jìn)入 內(nèi)管，使得暴露管的前端部中的用于氣態(tài)物質(zhì)的入口位于內(nèi)管中，而暴露管的前端部中的 用于氣態(tài)物質(zhì)的出口位于外管中。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種用于將至少一個(gè)動(dòng)物的鼻子暴露于氣態(tài)物質(zhì)流 的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明第一方面的裝置和至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明第三方面的暴露管。根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供一種用于將至少一個(gè)動(dòng)物的鼻子暴露于氣態(tài)物質(zhì)流 的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有用于氣態(tài)物質(zhì)的入口的內(nèi)管；環(huán)繞內(nèi)管的外管，該外管具有用于 氣態(tài)物質(zhì)的出口 ；至少一個(gè)暴露位置，每個(gè)暴露位置都包括位于內(nèi)管中的開(kāi)口和位于外管 中的開(kāi)口 ；和位于一個(gè)或多個(gè)暴露位置處的暴露管，其用于容納動(dòng)物，該暴露管穿過(guò)外管中 的開(kāi)口和內(nèi)管中的開(kāi)口，至少部分地延伸進(jìn)入到內(nèi)管中，并由內(nèi)管和外管支撐，該暴露管包 括暴露入口和暴露出口，該暴露入口設(shè)置在暴露管的位于內(nèi)管中的一部分，該暴露出口設(shè) 置在暴露管的位于外管中的一部分，其中，在使用中，氣態(tài)物質(zhì)經(jīng)由入口流入到內(nèi)管中，經(jīng) 由暴露入口流入到每個(gè)暴露管中，經(jīng)由暴露出口流出每個(gè)暴露管，并經(jīng)由出口流出外管，暴 露入口和暴露出口之間的氣流具有與內(nèi)管中的氣流反向的分量。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)固的，其中每個(gè)暴露管穿過(guò)外管并至少部分地延伸進(jìn)入到內(nèi)管 中。暴露管在兩個(gè)位置處被支撐在內(nèi)管處和外管處。當(dāng)動(dòng)物容納在暴露管內(nèi)時(shí)，不需要對(duì) 暴露管進(jìn)行額外的支撐。暴露入口和暴露出口之間的氣流可以另外地具有與外管中的氣流反向的分量。在 一個(gè)實(shí)施例中，從暴露入口流向暴露出口的氣流與暴露管的縱向軸線成一角度。 優(yōu)選地，任何不具有暴露管的暴露位置在外管中的開(kāi)口和內(nèi)管中的開(kāi)口處進(jìn)行密 封。優(yōu)選地，兩個(gè)開(kāi)口使用單個(gè)塞子密封。
優(yōu)選地，暴露入口是小于暴露管的位于內(nèi)管中的那部分的橫截面面積的開(kāi)口。優(yōu)選地，在使用中，入口位于暴露管的位于內(nèi)管中的底部。優(yōu)選地，在使用中，內(nèi)管中的壓力高于外管中的壓力。這是有利的，因?yàn)闅鈶B(tài)物質(zhì) 在暴露入口和暴露出口之間的流向和流量可以利用內(nèi)管和外管之間的壓差容易地進(jìn)行控 制。優(yōu)選地，最小化內(nèi)管的體積，以最小化氣態(tài)物質(zhì)流過(guò)內(nèi)管所需的時(shí)間。這是有利 的，因?yàn)檠b置可以用于大范圍的氣態(tài)物質(zhì)流速，同時(shí)最小化氣態(tài)物質(zhì)到達(dá)系統(tǒng)末端所需的 時(shí)間。非人類的一個(gè)或多個(gè)動(dòng)物可以是一個(gè)或多個(gè)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。優(yōu)選地，每個(gè)動(dòng)物都是哺 乳動(dòng)物。更優(yōu)選地，每個(gè)動(dòng)物都是嚙齒動(dòng)物，或者其它具有類似尺寸的哺乳動(dòng)物。在一個(gè)實(shí) 施例中，動(dòng)物是老鼠。針對(duì)本發(fā)明一個(gè)方面描述的特征也適用于本發(fā)明的其它方面。


結(jié)合附圖，以例示的方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明，其中，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的裝配后的暴露系統(tǒng)的豎直截面圖；圖2示出了圖1所示的暴露系統(tǒng)的水平截面圖；圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的暴露管的豎直截面圖；圖3b示出了用于圖3a所示的暴露管的密封件；圖4示出了與圖1中所示的暴露系統(tǒng)一起使用的暴露管；圖5示出了圖1中的排氣模塊的詳細(xì)視圖；圖6示出了用于差壓測(cè)量的插入件；圖7示出了第一個(gè)修改的暴露管；和圖8示出了第二個(gè)修改的暴露管。
具體實(shí)施例方式圖1示出了裝配后可用的整個(gè)暴露系統(tǒng)的示例性實(shí)施例。在本實(shí)施例中，系統(tǒng)100 包括鼻式暴露裝置101、暴露管103、懸架105、保護(hù)架107和排氣模塊109。對(duì)于暴露管103， 將結(jié)合圖3a、3b和圖4進(jìn)行詳細(xì)描述。對(duì)于排氣模塊，將結(jié)合圖5進(jìn)行詳細(xì)描述。裝配后 的系統(tǒng)用于通過(guò)鼻式暴露向一個(gè)或多個(gè)動(dòng)物提供氣態(tài)物質(zhì)。圖2示出了圖1所示的暴露系統(tǒng)的水平截面圖。暴露裝置101包括內(nèi)隔腔111形 式的內(nèi)管、外隔腔113形式的外管、入口 115、通向內(nèi)隔腔111的溢流出口 117和通向外隔 腔113的外出口 119。該暴露裝置包括多個(gè)暴露位置121。每個(gè)暴露位置包括位于外隔腔 中的開(kāi)口和位于內(nèi)隔腔中的開(kāi)口。在圖1和圖2中，暴露管103連接到每個(gè)暴露位置121。在使用中，通過(guò)入口 115向內(nèi)隔腔111提供新鮮的氣態(tài)物質(zhì)。內(nèi)隔腔111在每個(gè) 暴露位置121處與每個(gè)暴露管的入口連通，如將結(jié)合圖4進(jìn)行詳細(xì)描述的那樣。任何溢出 氣態(tài)物質(zhì)都通過(guò)溢流出口 117流出內(nèi)隔腔111。可以密封溢流出口 117。在不改變通過(guò)各 個(gè)暴露管的流量的情況下，溢流出口用于控制通過(guò)內(nèi)隔腔(即位于入口 115和溢流出口 117 之間)的流量。通過(guò)內(nèi)隔腔的流量的增加減少了氣態(tài)物質(zhì)通過(guò)內(nèi)隔腔的平均時(shí)間(即，向暴露管提供氣態(tài)物質(zhì)的平均時(shí)間)。如將結(jié)合附圖5進(jìn)行描述的那樣，溢流出口可以通過(guò)插入隔膜產(chǎn)生。位于每個(gè)暴露位置121處的每個(gè)暴露管的出口與外隔腔113連通，如將結(jié)合附圖 4進(jìn)行描述的那樣。外隔腔113用于通過(guò)外出口 119收集動(dòng)物呼出的氣體連同來(lái)自各個(gè)暴 露管的任何溢流。在內(nèi)隔腔中安裝有圓筒件123，其中在圓筒件123上端擰接(screw)有錐形件 125。圓筒件123用于顯著地減小內(nèi)隔腔的體積。內(nèi)隔腔的減小的體積可以減少氣態(tài)物質(zhì) 通過(guò)內(nèi)隔腔的時(shí)間。這是因?yàn)?，?duì)于氣態(tài)物質(zhì)大范圍的流速，氣態(tài)物質(zhì)必須快速地流過(guò)內(nèi)隔 腔，這樣可以降低氣態(tài)物質(zhì)到達(dá)甚至最低的暴露管的時(shí)間。圓筒件123還用作每個(gè)暴露管 的止動(dòng)件。在本實(shí)施例中，每個(gè)暴露管103被推入到暴露位置121中，直到暴露管接觸到圓 筒件123為止。錐形件125用于限定氣態(tài)物質(zhì)的進(jìn)入流型(flow pattern)，以使氣態(tài)物質(zhì)在內(nèi)隔 腔中均勻分布。本實(shí)施例中的暴露裝置是模塊化的。圖1中示例性的布置包括兩個(gè)模塊。在本實(shí) 施例中，每個(gè)模塊包括32個(gè)暴露位置(4層，每層8個(gè)暴露位置)。暴露裝置可以由1個(gè)模 塊(32個(gè)暴露位置)、2個(gè)模塊(64個(gè)暴露位置)或3個(gè)模塊(96個(gè)暴露位置)構(gòu)成。模塊 通過(guò)例如圖1中的接頭127擰接在一起。在圖1和圖2中，暴露管103示出為位于每個(gè)暴露位置121處。實(shí)際上，并不需要 使用所有的暴露位置。任何不用的位置都可以使用合適的塞子密封。優(yōu)選地，使用單個(gè)塞 子，同時(shí)通過(guò)外管中的開(kāi)口和內(nèi)管中的開(kāi)口?；蛘?，對(duì)內(nèi)管和外管分別使用分開(kāi)的塞子。總 之，必須保持兩管之間的壓力差。因此，裝配好的暴露系統(tǒng)可以用于1至96個(gè)動(dòng)物。優(yōu)選地，裝置只能使用惰性材料。在這個(gè)示例性實(shí)施例中，裝置主體由陽(yáng)極氧化鋁 制造。在這個(gè)示例性的實(shí)施例中，螺栓和螺母由不銹鋼制造。在這個(gè)示例性的實(shí)施例中，使 用的密封材料是75FPM(也稱為75FKM585，來(lái)自Simrit，德國(guó)魏恩海姆的Carl Freudenberg Group 的公司)、聚四氟乙烯(PTFE，polytetrafluroethylene)和 Viton ( 一種合成橡膠 的商標(biāo)，是DuPont Performance Elastomers LLC的含氟聚合物人造橡膠)。但是，也可以 使用任何合適的材料。圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的暴露管103的豎直截面圖。每個(gè) 暴露管103包括前端部301和后端部303。暴露管包括外圓柱壁305、內(nèi)圓柱壁307和傾斜 部309。外圓柱壁305限定后端部303的尺寸。內(nèi)圓柱壁307限定前端部301的尺寸。前 端部301包括管入口 311和管出口 313。在附圖中，暴露管103示出為具有圓形截面。但 是，暴露管也可以具有任何合適的橫截面形狀。圖3b示出了用于密封暴露管103的后端部303的密封件315。密封件315包括塞 子317和柱塞319。柱塞319由帶有0型密封圈(未示出)的塞子317密封。在使用中，塞 子317的外壁與外圓柱壁305的內(nèi)側(cè)接觸，從而密封暴露管的后端部303。在使用中，柱塞 319將動(dòng)物定位在暴露管103中合適的位置。圖3a僅示出了暴露管103的一個(gè)例子。盡管暴露管的結(jié)構(gòu)在所有實(shí)施例中都很 可能相近，但是暴露管各部分的尺寸可能發(fā)生變化。具體地，但不是排外地，下面的尺寸可 以變化由外圓柱壁305形成的管的直徑；外圓柱壁305的長(zhǎng)度；傾斜部309的長(zhǎng)度；傾斜部309的傾斜角；內(nèi)圓柱部分311的長(zhǎng)度；由內(nèi)圓柱壁307形成的管的直徑；管入口 311的 尺寸；管入口 311的位置；管出口 313的尺寸；和管出口 313的位置。實(shí)際上，圖4中示出 的暴露管不同于圖3a中示出的暴露管。所使用的暴露管的尺寸取決于動(dòng)物的尺寸和體重。 對(duì)于具體的暴露管使用合適尺寸的密封件315。在優(yōu)選的實(shí)施例中，暴露管是用玻璃制造的。暴露管103并不是必須用玻璃制造。 但是，使用玻璃是有利的，這是因?yàn)椴Ａ軌蛴行У貙?dòng)物的體熱傳遞到外界環(huán)境中。玻璃 還很容易清潔。并且玻璃是惰性的。玻璃的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在動(dòng)物位于管中時(shí)，可以觀察動(dòng) 物，例如在實(shí)驗(yàn)工作期間。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在暴露系統(tǒng)中使用的玻璃暴露管103。系統(tǒng)布 置成僅向動(dòng)物的鼻子提供氣態(tài)物質(zhì)。在使用中，暴露管的前端部301插入位于暴露裝置101 中的暴露位置121處。暴露管穿過(guò)外隔腔并延伸進(jìn)入到內(nèi)隔腔中。暴露管的入口 311與內(nèi) 隔腔111連通。暴露管的出口 313與外隔腔113連通。動(dòng)物被容納在暴露管103中，并通 過(guò)使用柱塞319(圖4中未示出)將動(dòng)物適當(dāng)?shù)囟ㄎ?。在本?shí)施例中，示出的動(dòng)物是嚙齒動(dòng) 物。但是，可以使用其它合適的任何動(dòng)物。 如圖4中所示，在本實(shí)施例中，通過(guò)管入口 311和管出口 313，嚙齒動(dòng)物僅鼻子暴露 于位于內(nèi)隔腔111和外隔腔113之間的氣態(tài)物質(zhì)流。管入口 311和管出口 313之間的氣流 由內(nèi)隔腔111和外隔腔113之間的壓力差控制。一旦在內(nèi)隔腔111和外隔腔113之間具有 正壓差，則在管入口 311和管出口 313之間產(chǎn)生氣流。氣流如圖4中的箭頭所示。因此，新 鮮的氣態(tài)物質(zhì)從系統(tǒng)入口 115經(jīng)過(guò)內(nèi)隔腔111并通過(guò)管入口 311進(jìn)入到暴露管。任何過(guò)量 的氣態(tài)物質(zhì)都通過(guò)溢流出口 117排出系統(tǒng)。動(dòng)物呼出的氣體與來(lái)自暴露管的任何溢出的氣 態(tài)物質(zhì)一起經(jīng)由管出口 313從暴露管流出，并通過(guò)外隔腔113流向外出口 119。在圖4所示的實(shí)施例中，管入口 311位于動(dòng)物的前下方。在使用中，管出口 313定 位成更靠近動(dòng)物，但是處于與管入口不同的高度上。因此，氣態(tài)物質(zhì)流并不對(duì)準(zhǔn)動(dòng)物。艮口， 氣流并不沿著暴露管的縱向軸線。相反，氣流是對(duì)角線的。結(jié)合圖l、2、3a、3b和圖4描述的系統(tǒng)和暴露管的實(shí)施例具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一，暴 露管的穩(wěn)固設(shè)計(jì)和它們被接收于暴露位置的方式意味著，當(dāng)動(dòng)物容納于暴露管內(nèi)并且管插 入到系統(tǒng)上的暴露位置時(shí)。不需要額外的支撐。管在縱向方向上間隔開(kāi)的兩點(diǎn)處被支撐 與內(nèi)隔腔的接觸的點(diǎn)和與外隔腔的接觸的點(diǎn)。也可以在前端部對(duì)暴露管進(jìn)行支撐(例如通 過(guò)圖1中的中心圓筒體123)。值得注意的是，因?yàn)橄到y(tǒng)可以在高于環(huán)境壓力的壓力下使用， 因此重要的是管接觸內(nèi)隔腔和外隔腔的密封點(diǎn)是緊密的，使得不會(huì)泄漏氣態(tài)物質(zhì)。第二，管 入口和管出口的定位避免了氣流直接沿著暴露管的縱向軸線流動(dòng)。這避免了在動(dòng)物鼻子處 的穿堂風(fēng)(draft)。第三，系統(tǒng)可以用于大范圍的氣態(tài)物質(zhì)流。這是因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)隔腔的小的 體積和可選的溢流出口。第四，系統(tǒng)是模塊化的，這樣可以用于暴露介于1至96之間的任 意多個(gè)動(dòng)物。最后，系統(tǒng)很容易拆卸和重新組裝。這對(duì)于清潔以及暴露管的容易更換是有 利的。圖1示出了懸架105。整個(gè)裝置101可以通過(guò)懸架105懸掛在天花板上。懸架105 可以旋轉(zhuǎn)，這樣可以很容易地接近暴露裝置101的任意部分。為了允許旋轉(zhuǎn)，裝置入口 115 和排氣模塊出口 505 (見(jiàn)圖5)的連接是轉(zhuǎn)動(dòng)連接。因此，裝置可以在不斷開(kāi)入口或出口管 的情況下轉(zhuǎn)動(dòng)。
懸架的高度也可以調(diào)節(jié)，因此可以容易地接近暴露裝置101的所有部分。在所示的示例性實(shí)施例中，懸架由不銹鋼和聚甲醛(polyoxymethylene)或聚縮 醛(polyacetal)構(gòu)成，這樣便于清潔。但是，也可以使用任何合適的材料。圖1還示出了保護(hù)架107。在使用中，裝置定位在保護(hù)架107上，其中溢流出口 117 和外出口 119穿過(guò)中心孔。排氣模塊位于保護(hù)架下方。保護(hù)架用于保護(hù)系統(tǒng)免于任何側(cè)面沖擊。保護(hù)架也可以用作轉(zhuǎn)門(turnstile)，以 旋轉(zhuǎn)整個(gè)裝置。圖5更詳細(xì)地示出了排氣模塊109。排氣模塊 109包括溢流入口 501、暴露入口 503和出口 505。在使用中，溢流入口 501連接到暴露裝置的溢流出口 117，暴露入口 503連 接到暴露裝置的外出口 119。當(dāng)在裝置的內(nèi)隔腔中存在過(guò)量的氣態(tài)物質(zhì)流時(shí)，使用暴露裝置的溢流出口 117。如 果沒(méi)有用于溢流條件的足夠的氣態(tài)物質(zhì)，可以關(guān)閉溢流出口 117(在入口 501中使用不帶開(kāi) 口的隔膜)。在這種情況下，沒(méi)有氣流通過(guò)溢流入口 501?？梢允褂门艢饽K來(lái)設(shè)定暴露裝置中的內(nèi)隔腔111和外隔腔113之間的壓力差。 這通過(guò)位于暴露入口 503上的隔膜507實(shí)現(xiàn)。如果溢流入口 501關(guān)閉，則隔膜507的開(kāi)口 直徑用于設(shè)定暴露裝置中的期望的正壓力。如果溢流入口 501開(kāi)啟，可以在溢流入口中插 入隔膜508。如果溢流很高而導(dǎo)致流過(guò)暴露管的氣流很高時(shí)，則必須使用隔膜507來(lái)限制暴 露入口 503。在這種情況下，隔膜開(kāi)口將決定內(nèi)管和外管之間的壓差，并且在溢流入口中沒(méi) 有插入隔膜；溢流入口 501完全開(kāi)啟。如果溢流流速很低，則必須將隔膜508插入到溢流入 口中，以增加流過(guò)暴露管的氣流。同樣在這種情況下，隔膜開(kāi)口將決定內(nèi)管和外管之間的壓 差，并且在暴露入口中沒(méi)有插入隔膜。通過(guò)使用高度可調(diào)節(jié)的大氣耦合部件(atmospheric coupling) 509和510，可以 用環(huán)境壓力作為參考?jí)毫?。氣霧劑(aerosol)被推壓通過(guò)系統(tǒng)。為了避免505處的主動(dòng)排 氣連接部分的影響，在適當(dāng)?shù)奈恢锰幵O(shè)置開(kāi)放的耦合。調(diào)節(jié)開(kāi)放的耦合件在高度上的距離， 以避免主動(dòng)排氣的影響。離開(kāi)系統(tǒng)的氣態(tài)物質(zhì)同室內(nèi)空氣一起被收集。優(yōu)選地，隔膜507通過(guò)滑動(dòng)而插入到暴露入口 503中。這樣是有利的，因?yàn)榭梢院?容易地移除和替換隔膜。這也有助于清潔和更換隔膜。通過(guò)溢流入口 501和暴露入口 503的兩股進(jìn)入氣流混合在一起，并通過(guò)出口 505 排出排氣模塊。該出口通過(guò)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的連接件連接到排氣模塊，以允許整個(gè)裝置在使用中 旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的暴露系統(tǒng)的其中一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以在使用中連續(xù)或者非連續(xù)地獲取 生物樣本或者進(jìn)行生物學(xué)測(cè)量。這些樣本和測(cè)量可以用于解析分析或物理分析。為了收集 樣本，可以在暴露位置121處使用特殊插入件?，F(xiàn)有的特殊插入件的例子將在下面進(jìn)行討 論。在收集樣本的過(guò)程中，樣本收集裝置可以鉤在保護(hù)架上。首先，可以測(cè)量?jī)?nèi)隔腔111和外隔腔113之間的壓力差。這樣，可以確定暴露管中 的管入口 311和管出口 313之間的平均流量。圖6示出了位于暴露位置處用于差壓測(cè)量的 插入件。該插入件包括具有兩個(gè)孔603和605的塞子601。當(dāng)適當(dāng)?shù)囟ㄎ粫r(shí)，孔603連接到 內(nèi)隔腔111，而孔605連接到外隔腔113。因此，孔之間的壓力差值可以通過(guò)適當(dāng)?shù)剡B接到 孔出口處的裝置進(jìn)行測(cè)量。
來(lái)自動(dòng)物的生物樣本可以額外地或選擇地采集。這些樣本可以用來(lái)確定各種因 素，包括關(guān)于經(jīng)過(guò)代謝變化的形式的化合物的排泄或者氣態(tài)物質(zhì)對(duì)動(dòng)物產(chǎn)生的其它生理學(xué) 效果的信息。
圖7示出了修改的暴露管103’的實(shí)施例，其用于收集尿液。該管的絕大部分方面 與圖3a中所示的暴露管相同。在圖7中使用相同的附圖標(biāo)記。但是，該管進(jìn)一步包括一個(gè) 尿液收集器701。當(dāng)尿液從動(dòng)物排出時(shí)，在釋放后，就可以通過(guò)尿液收集器701收集。尿液 收集器701的下端可以適當(dāng)?shù)嘏c存儲(chǔ)、冷卻或測(cè)量裝置(未示出)連接，用于分析收集的尿 液。圖8示出了修改的暴露管103”的實(shí)施例的一部分，其用于全身、頭部外露式 (whole-body, head-out)體積描記測(cè)定。全身、頭部外露式體積描記法是用于測(cè)量身體不 同部位(除了頭部)中氣體體積的變化的測(cè)試。對(duì)于這種類型的測(cè)試，必須使動(dòng)物的頭部 與身體隔離。如圖8所示，修改的暴露管103”類似于圖3a中所示的暴露管。在圖8中使用相 同的附圖標(biāo)記。修改的暴露管103”包括外部部分801和內(nèi)部部分803。外部部分801包括 傾斜部309的一部分和外圓柱壁305。內(nèi)部部分803包括傾斜部309的其余部分和內(nèi)圓柱 壁307。外部部分801和內(nèi)部部分803通過(guò)螺旋接頭805連接在一起。在螺旋接頭805中 設(shè)置有用于動(dòng)物的氣密環(huán)807。環(huán)807用于將動(dòng)物的頭部和動(dòng)物的整個(gè)身體隔離開(kāi)來(lái)，使得 可以進(jìn)行全身、頭部外露式體積描記測(cè)試。
權(quán)利要求
一種用于將至少一個(gè)動(dòng)物的鼻子暴露于氣態(tài)物質(zhì)流的系統(tǒng)，所述裝置包括具有用于氣態(tài)物質(zhì)的入口的內(nèi)管；包圍所述內(nèi)管的外管，所述外管具有用于氣態(tài)物質(zhì)的出口；至少一個(gè)暴露位置，每個(gè)暴露位置包括位于所述內(nèi)管中的開(kāi)口和位于所述外管中的開(kāi)口；和位于所述暴露位置中的一個(gè)或多個(gè)暴露位置處的暴露管，用于容納動(dòng)物，所述暴露管穿過(guò)所述外管中的開(kāi)口和所述內(nèi)管中的開(kāi)口，至少部分地延伸進(jìn)入所述內(nèi)管中，并由所述外管和所述內(nèi)管支撐，所述暴露管包括暴露入口和暴露出口，所述暴露入口設(shè)置在所述暴露管的位于所述內(nèi)管中的一部分中，所述暴露出口設(shè)置在所述暴露管的位于所述外管中的一部分中；其中，在使用中，氣態(tài)物質(zhì)經(jīng)由入口流入到所述內(nèi)管中，經(jīng)由暴露入口流到每個(gè)暴露管中，經(jīng)由暴露出口流出每個(gè)暴露管，并經(jīng)由出口流出外管，所述暴露入口和所述暴露出口之間的氣流具有與內(nèi)管中的氣流反向的分量。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，從所述暴露入口到所述暴露出口的氣流與所述暴 露管的縱向軸線成一角度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中，所述暴露入口是小于所述暴露管的位于所述內(nèi) 管的所述部分的橫截面面積的開(kāi)口。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，在使用中，所述入口位于所述暴露管的 位于所述內(nèi)管中的底部部分中。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，在使用中，所述內(nèi)管中的壓力高于所述 外管中的壓力。
6.一種用于容納動(dòng)物以將動(dòng)物的鼻子暴露于氣態(tài)物質(zhì)流的暴露管，所述暴露管包括用于動(dòng)物頭部的前端部；和用于動(dòng)物身體的后端部；所述前端部具有用于氣態(tài)物質(zhì)的入口和用于氣態(tài)物質(zhì)的出口，所述出口比所述入口更 接近所述后端部，當(dāng)所述暴露管在使用中并容納動(dòng)物時(shí)，所述入口位于所述出口下方。
7.如權(quán)利要求6所述的暴露管，其中，所述入口是小于所述暴露管的所述前端部的橫 截面面積的開(kāi)口。
8.如權(quán)利要求6或7所述的暴露管，其中，在使用中，所述入口位于所述暴露管的所述 前端部的底部部分中。
9.如權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)所述的暴露管，其中，所述暴露管的所述后端部包括用于 收集動(dòng)物尿液的尿液收集管。
10.如權(quán)利要求6-9中任一項(xiàng)所述的暴露管，其中，所述前端部和所述后端部通過(guò)用于 動(dòng)物的氣密環(huán)分開(kāi)。
11.專門與至少一個(gè)如權(quán)利要求6-10中任一項(xiàng)所述的暴露管一起使用的裝置，所述裝 置包括具有用于氣態(tài)物質(zhì)的入口的內(nèi)管；包圍所述內(nèi)管的外管，所述外管具有用于氣態(tài) 物質(zhì)的出口 ；和至少一個(gè)暴露位置，所述暴露位置包括位于所述內(nèi)管中的開(kāi)口和位于所述 外管中的開(kāi)口，每個(gè)暴露位置都能夠通過(guò)如下方式而連接到至少一個(gè)如權(quán)利要求6-10中 任一項(xiàng)所述的暴露管中的一個(gè)暴露管所述暴露管穿過(guò)所述外管中的開(kāi)口并穿過(guò)所述內(nèi)管中的開(kāi)口，以至少部分地延伸進(jìn)入所述內(nèi)管中，使得所述暴露管的前端部中的用于氣態(tài)物 質(zhì)的入口位于所述內(nèi)管中，而所述暴露管的前端部中的用于氣態(tài)物質(zhì)的出口位于所述外管 中。
12.一種用于將至少一個(gè)動(dòng)物的鼻子暴露于氣態(tài)物質(zhì)流的裝置，所述裝置包括具有用于氣態(tài)物質(zhì)的入口的內(nèi)管；包圍所述內(nèi)管的外管，所述外管具有用于氣態(tài)物質(zhì)的出口 ；和至少一個(gè)暴露位置，所述暴露位置包括位于所述內(nèi)管中的開(kāi)口和位于所述外管中的開(kāi) 口，每個(gè)暴露位置都能夠如下方式連接到相應(yīng)的暴露管所述暴露管穿過(guò)所述外管中的開(kāi) 口并穿過(guò)所述內(nèi)管中的開(kāi)口以至少部分地延伸進(jìn)入所述內(nèi)管；其中，所述暴露管適于容納 動(dòng)物，并具有暴露入口和暴露出口 ；其中，當(dāng)所述暴露管連接到所述暴露位置時(shí)，所述內(nèi)管布置成部分地支撐相應(yīng)的暴露 管，并連接到位于所述暴露管中的所述暴露入口 ；其中，當(dāng)所述暴露管連接到所述暴露位置時(shí)，所述外管布置成部分地支撐相應(yīng)的暴露 管，并連接到位于所述暴露管中的所述暴露出口 ；并且其中，在使用中，氣態(tài)物質(zhì)經(jīng)由入口流入到所述內(nèi)管中，經(jīng)由所述暴露入口流入到每個(gè) 暴露管中，經(jīng)由所述暴露出口流出每個(gè)暴露管，并經(jīng)由出口流出所述外管，所述暴露入口和 所述暴露出口之間的氣流具有與內(nèi)管中的氣流反向的分量。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，從所述暴露入口到所述暴露出口的氣流與所述 暴露管的縱向軸線成一角度。
14.如權(quán)利要求12或13所述的裝置，其中，所述內(nèi)管包括用于溢出的氣態(tài)物質(zhì)的溢流 出口。
15.如權(quán)利要求12-14中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，最小化所述內(nèi)管的體積，以最小化 氣態(tài)物質(zhì)流過(guò)所述內(nèi)管的所需的時(shí)間。
16.如權(quán)利要求12-15中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述裝置包括一個(gè)或多個(gè)能夠分離 的模塊，每個(gè)模塊包括內(nèi)管的一部分、外管的一部分和至少一個(gè)暴露位置。
17.專門適于連接到如權(quán)利要求12-16中任一項(xiàng)所述裝置的暴露位置的暴露管，所述 暴露管適于容納動(dòng)物，并且具有暴露入口和暴露出口，所述暴露入口能夠連接到所述內(nèi)管， 所述暴露出口能夠連接到所述外管。
18.一種用于將至少一個(gè)動(dòng)物的鼻子暴露于氣態(tài)物質(zhì)流的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括如權(quán)利 要求12-16中任一項(xiàng)所述的裝置和至少一個(gè)如權(quán)利要求6-10中任一項(xiàng)所述的暴露管。
全文摘要
提供一種用于將至少一個(gè)動(dòng)物的鼻子暴露于氣態(tài)物質(zhì)流的裝置。該裝置包括內(nèi)管和外管。內(nèi)管具有用于氣態(tài)物質(zhì)的入口。外管包圍內(nèi)管，并具有用于氣態(tài)物質(zhì)的出口。該裝置還包括至少一個(gè)暴露位置，該暴露位置包括位于內(nèi)管中的開(kāi)口和位于外管中的開(kāi)口；和適于容納動(dòng)物的暴露管，該暴露管位于一個(gè)或多個(gè)暴露位置處。暴露管穿過(guò)外管中的開(kāi)口和內(nèi)管中的開(kāi)口，至少部分地延伸進(jìn)入內(nèi)管中，并由外管和內(nèi)管支撐。該暴露管包括暴露入口和暴露出口，暴露入口設(shè)置在暴露管的位于內(nèi)管中的一部分中，暴露出口設(shè)置在暴露管的位于外管中的一部分中。氣態(tài)物質(zhì)經(jīng)由入口流入內(nèi)管，經(jīng)由暴露入口流入每個(gè)暴露管，經(jīng)由暴露出口流出每個(gè)暴露管，并經(jīng)由出口流出外管。暴露入口和暴露出口之間的氣流具有與內(nèi)管中的氣流反向的分量。
文檔編號(hào)A01K1/03GK101959473SQ200980106882
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月29日
發(fā)明者B·范蒂倫, F·拉德特克, G·范登伯根, J·維爾貝克, O·沃爾夫?qū)? P·施內(nèi)爾 申請(qǐng)人:菲利普莫里斯生產(chǎn)公司