小动物试验用高原环境模拟装置及利用该装置的试验方法

本发明涉及动物高原反应抵抗能力和动物高原反应后快速恢复试验，更具体地说涉及一种小动物试验用高原环境模拟装置及利用该装置的试验方法。

背景技术：

1、我国高原地区面积约占国土陆地总面积的三分之一，近年来，高原地区人流量逐年增多，因而，进行高原地区复杂环境因素对人体生理机制的相关研究，有利于未来对高原地区的进一步探索，增强我国在高原地区的综合实力。平原久住人群在进入高原后可能会由于个人身体状况原因对环境变化产生不适，从而导致身体出现不同程度的不良反应，即高原反应(acute mountain sickness，ams)。高原反应是生物体由低海拔地区进入高海拔地区的常见生理现象，对高原反应的及时干预可以有效的降低严重高原疾病的发病率。高原环境模拟舱是能够在非高原地区模拟低压低氧环境从而进行高原试验的设备，可用于研究高精度、可重复的模拟高原环境对人体不同生理活动的影响，能够在非高原地区实现对高原地区的环境模拟，从而更加有针对性的开展相关科研试验工作。

2、近年来高原环境模拟试验设备逐渐成为研究热点，基于此类高原环境模拟舱的试验研究不断深入，但国内外较为成熟的高原环境低压低氧调节设备价格在几十万元至上百万元不等，高昂的价格极大的限制了高原医学研究的发展进步，因此，有必要研制一款低成本、多参数可调、高精度、小体积的高原环境模拟舱。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种小动物试验用高原环境模拟装置及利用该装置的试验方法，该装置可有效降低试验成本，且具有多参数(如氧气浓度、气压、温度、光照等环境参数)可调、精度高和体积小等特点，为后续动物舱优化和高原环境下科研工作提供了一套可行的试验平台，从而帮助人类实现对高原科学的进一步探索。

2、本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

3、小动物试验用高原环境模拟装置，包括试验箱体、试验箱盖、试验环境装置、警报装置和操作控制装置，所述试验箱体的顶端边缘一侧和所述试验箱盖的一侧转动连接，且在所述试验箱体的顶端边缘处和所述试验箱盖的边缘处均设置有橡胶条，用于保证整体装置的气密性，在试验箱盖的下方的所述试验箱体内还设置有气体混合舱，在所述气体混合舱采用顶端敞口的盒状结构，在所述气体混合舱的顶端设置有箱体隔层，所述试验环境装置设置在所述试验箱体内，且与所述操作控制装置通过信号连接，在所述试验箱盖上设置有所述警报装置和所述操作控制装置；

4、所述试验环境装置包括氧浓度调节装置、气压调节装置、温度调节装置和光照调节装置，所述氧气浓度调节装置包括氧气气源、氮气气源、氧浓度传感器和比例流量控制阀，所述氧气气源和所述氮气气源设置在所述试验箱体的外部，所述氧气气源和所述氮气气源通过两个进气管分别与所述气体混合舱相连通，在所述两个进气管上分别设置有所述比例流量控制阀，用于控制氧气和氮气的浓度，所述氧浓度传感器设置在所述气体混合舱内，用于监测气体混合舱内的氧气浓度，并将监测到的氧气浓度值传输至所述操作控制装置内，并与所述操作控制装置的预设氧气浓度值进行比对后，对所述比例流量控制阀进行自动调控，实现对气体混合舱内氧气浓度的自动调节，在所述气体混合舱上设置有排气管，在所述排气管上设置有排气泵，用于将气体混合舱内混合好的气体输送至试验箱体内；

5、所述气压调节装置包括气压传感器和真空泵，所述气压传感器设置在所述气体混合舱内，用于实时测量气体混合舱内的气压强度，并将上述气压值传输至所述操作控制装置内，与所述操作控制装置的预设气压值进行比对后，控制真空泵自动调节气体混合舱内的气压，所述真空泵设置在所述气体混合舱的外侧，且位于所述试验箱体内；

6、所述温度调节装置包括环境传感器和低压伴热带，在所述气体混合舱的内壁上设置有所述低压伴热带，用于对气体混合舱内的气体进行升温，所环境传感器设置在所述气体混合舱内，用于实时采集气体混合舱内的气体温度，并将上述气体温度传输至所述操作控制装置内，与所述操作控制装置的预设气体温度进行比对后，自动控制低压伴热带的工作状态，气体混合舱的降温，则是通过氧气气源和氮气气源来实现的，具体地说：由于氧气气源和氮气气源均采用含有氮气/氧气的压缩气瓶，因此通过氧气气源和氮气气源向气体混合舱中输送上述两种气体时，上述气体的自身温度会将气体混合舱内的温度降低，进而达到降温的效果；

7、所述光照调节装置包括亮度传感器、亮度调节开关、白光灯带和紫光灯带，所述白光灯带和所述紫光灯带均匀分布在所述试验箱盖的内壁上，且位于所述试验箱体内供小动物活动区域的上方，所述亮度调节开关分别与所述白光灯带和所述紫光灯带相连，在所述试验箱体内设置有所述亮度传感器，通过亮度传感器实时采集试验箱体内的亮度值，并将上述亮度值传输至所述操作控制装置内，与所述操作控制装置的预设亮度值进行比对后，自动控制亮度调节开关调节白光灯带和紫光灯带的工作状态；

8、所述警报装置采用蜂鸣器，所述蜂鸣器与所述操作控制装置相连；

9、所述操作控制装置包括主控芯片、驱动电路、显示触摸屏和调节按钮，所述主控芯片和所述驱动电路均内置在所述试验箱盖内，所述氧浓度传感器、所述气压传感器、所述环境传感器和所述亮度传感器均与所述主控芯片信号连接，所述蜂鸣器通过所述主控芯片的gpio口与所述驱动电路相连，用于控制蜂鸣器启动，所述显示触摸屏设置在所述试验箱盖上，所述调节按钮设置在显示触摸屏下方的所述试验箱盖上，所述显示触摸屏和所述调节按钮分别与所述驱动电路相连。

10、在所述试验箱体的一侧壁上开设有观察口，在所述观察口上安装有观察窗。

11、所述试验箱体采用长、宽、高分别为70cm、40cm、45cm的箱体结构，所述试验箱体的内部容积为100l-120l，优选为110l。

12、所述试验箱体采用不锈钢箱体，所述试验箱盖采用不锈钢箱盖。

13、所述氧浓度传感器采用ke-25氧浓度传感器，所述比例流量控制阀采用pvq31-5g1-16比例流量控制阀，所述氧浓度调节装置的氧气浓度调控范围为5％-95％，调节精度为1％。

14、所述气压传感器采用abplan160kg2d5气压传感器，所述真空泵采用pyp555-xb型真空泵，所述气压调节装置的气压调控范围为60kpa-101.3kpa，调节精度为1kpa。

15、所述环境传感器采用m702多合一环境传感器，所述低压伴热带采用dsr-j低压伴热带，所述温度调节装置的温度调控范围为20℃-35℃，调节精度为0.1℃。

16、所述白光灯带采用12v-3528白光灯带，所述紫光灯带采用12v-3528紫光灯带，所述光照调节装置的光照亮度调控范围为0-50w/m2，调节精度为1％。

17、所述12v-3528白光灯带和所述12v-3528紫光灯带的总长度为4.4m，总功率为19.8w，平均光照功率最高可达71.4w/m2。

18、利用小动物试验用高原环境模拟装置的试验方法，按照下述步骤进行：

19、步骤1，启动装置后，通过显示触摸屏设置试验环境参数，即按照需求设置特定海拔高度对应的外界环境参数，当实验过程中试验箱体的内部环境参数超出仪器本身试验警报参数后，触发警报装置发出警报，以提示试验人员；

20、步骤2，打开试验箱盖和箱体隔层，将试验动物放入在试验箱体内，随后依次关闭箱体隔层和试验箱盖，以保持试验箱体的内部环境能够满足试验设定环境，开始试验，单次试验的时长设定为4小时，其中，0-1h作为试验动物的适应时间，1h后开始调节装置进入高原环境，即通过显示触摸屏对试验箱体的内部环境变量进行设置，从平原地区到达海拔3000m需要进行6至10min的调控，短时间内的剧烈海拔变化可视为急进高原，较为容易触发试验动物的高原反应，在高原反应试验期间使用监测设备对试验动物的心率和血氧进行记录，通过一般生理参数的变化程度对试验动物的高原反应剧烈程度进行评估；

21、步骤3，高原试验完成后，打开试验箱盖和箱体隔层，取出试验动物并放回笼内，同时，对装置进行通风换气，使装置内部环境恢复至试验室环境，避免下次试验对内部环境参数的调控消耗时间与其他组差异较大从而影响试验一致性，并依次保存当前显示触摸屏显示的时间、气压、氧气浓度、温度等数据。

22、在试验开始前，需要对试验箱体内部进行人工消毒。

23、小动物试验用高原环境模拟装置在高原环境模拟试验中的应用。

24、本发明的有益效果为：本发明利用分离式电路和气路设计保证装置的整体气密性良好，在保持高集成度的同时又能够实现了氧气浓度、气压、温度和光照较好的调控效果；

25、本发明在高原环境模拟舱体结构基础上建立了内部环境动态模型，相较于同类环境调控设备，提升了氧气浓度的调控速度和调控精度，缩短了气压调控方面的稳定时间，增加了温度调控的稳定性；具体来看，通过试验检测该装置得到的氧气调节精度均小于1％，调节范围能够达到5％至95％；将上述试验测试结果与同类氧气浓度控制设备进行对比，该装置在氧气调控效果方面有部分改善，平均稳定时间和稳态误差减少。

26、本发明的气压调控部分具有低超调、快稳定和小误差的优点；

27、本发明的温度控制部分在低进气速度和高进气速度时，该装置的稳定时间、超调量和稳态误差均较小；

28、本发明除能够完成高原反应试验外，还可以完成间歇性低压低氧处理试验和高氧康复干预试验。