中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫(yī)研究所 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司 張 寧

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫(yī)研究所 王 偉

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司 喬 路

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫(yī)研究所 李昌文 劉懷然

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司 唐勝武

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫(yī)研究所 王 梓 司昌德 陳洪巖△

0 引言

在20世紀(jì)50年代末期，病毒學(xué)家Lisbeth Kraft進(jìn)行輪狀病毒研究時(shí)，為防止病毒擴(kuò)散及污染環(huán)境，應(yīng)用玻璃纖維包裹帶網(wǎng)孔的金屬圓筒，形成一個(gè)隔離的小鼠飼養(yǎng)籠，是獨(dú)立通風(fēng)籠具(individually ventilated cage， IVC)的雛形[1]。70年代，意大利某公司根據(jù)微生物實(shí)驗(yàn)的原理和類似隔離器的方式研制出獨(dú)立通風(fēng)籠具。IVC是由籠盒、通風(fēng)凈化系統(tǒng)(送/排風(fēng)機(jī)、空氣過(guò)濾器、靜壓箱、密閉通道、籠架)和各種控制電器組成的小型嚙齒類實(shí)驗(yàn)動(dòng)物飼育設(shè)備。隨著材料學(xué)、微電子技術(shù)等綜合學(xué)科的不斷發(fā)展，IVC等整體性能日臻完善，目前已廣泛用于嚙齒類實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)，負(fù)壓IVC是實(shí)驗(yàn)室生物安全的重要裝備之一。

對(duì)于IVC，通常的環(huán)境監(jiān)測(cè)及檢測(cè)指標(biāo)包括：溫度、相對(duì)濕度、微壓差、氣流速度、換氣次數(shù)、塵埃粒子濃度、噪聲、照度、NH3(或CO2)濃度、氣密性等。在環(huán)境指標(biāo)在線監(jiān)測(cè)方面，有的設(shè)備通過(guò)設(shè)置監(jiān)測(cè)籠盒進(jìn)行壓差、換氣次數(shù)等單一指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，尚未見(jiàn)綜合環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)于IVC。在設(shè)備的檢測(cè)評(píng)價(jià)方面，均是采用GB 14925—2010《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 環(huán)境及設(shè)施》[2]、CNAS-CL05-A002—2018《實(shí)驗(yàn)室生物安全認(rèn)可準(zhǔn)則對(duì)關(guān)鍵防護(hù)設(shè)備評(píng)價(jià)的應(yīng)用說(shuō)明》[3]、DB32/T 972—2006《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物籠器具 獨(dú)立通氣籠盒(IVC)系統(tǒng)》[4]、DB23/T 2057.1—2017《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 生物安全型小鼠、大鼠獨(dú)立通風(fēng)籠具通用技術(shù)要求》[5]、RB/T 199—2015《實(shí)驗(yàn)室設(shè)備生物安全性能評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》[6]、RB/T 010—2019《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障和隔離裝置評(píng)價(jià)通用要求》[7]規(guī)定的檢測(cè)評(píng)價(jià)方法，對(duì)于小鼠IVC，因籠盒空間較小，檢測(cè)難度較大。

因此，開(kāi)發(fā)能夠集成并整合溫度、相對(duì)濕度、微壓差、氣流、換氣次數(shù)、塵埃粒子濃度、NH3(或CO2)濃度等參數(shù)的IVC環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置監(jiān)測(cè)籠盒實(shí)現(xiàn)綜合指標(biāo)的在線監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)籠盒的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)環(huán)境指標(biāo)檢測(cè)的便捷化，具有重要意義。本文提到的IVC環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)旨在實(shí)現(xiàn)籠盒環(huán)境指標(biāo)多參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

1 系統(tǒng)整體功能設(shè)計(jì)

IVC環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是滿足IVC使用、監(jiān)測(cè)的必要條件之一，主要監(jiān)測(cè)的參數(shù)包括溫度、相對(duì)濕度、微壓差、氣流、換氣次數(shù)、塵埃粒子濃度、CO2濃度等參數(shù)?；趯?duì)以上IVC環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)需求，IVC環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由傳感探頭模塊、信號(hào)采集與處理模塊、電源管理模塊及無(wú)線通信模塊等幾部分組成。其中傳感探頭模塊包括溫濕度探頭、微壓差探頭、氣體流速探頭、塵埃粒子濃度探頭和CO2濃度探頭，負(fù)責(zé)檢測(cè)籠盒中的各環(huán)境參數(shù)；信號(hào)采集與處理模塊對(duì)傳感探頭的輸出信號(hào)進(jìn)行采集與數(shù)字信號(hào)處理；電源管理模塊負(fù)責(zé)給各傳感器探頭提供激勵(lì)電源；無(wú)線通信模塊將處理后的信號(hào)統(tǒng)一通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送給終端系統(tǒng)；終端系統(tǒng)將各環(huán)境參數(shù)進(jìn)行歸類處理與分析并顯示。系統(tǒng)整體外形圖、設(shè)計(jì)框圖見(jiàn)圖1、2。

圖1 系統(tǒng)整體外形圖

圖2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖

2 系統(tǒng)總體構(gòu)成及各部分功能模塊原理指標(biāo)說(shuō)明

IVC環(huán)境參數(shù)感知單元采用模塊化組件形式設(shè)計(jì)，各參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊各自獨(dú)立工作互不干擾，可實(shí)現(xiàn)功能靈活配置，便于安裝、維修、升級(jí)。系統(tǒng)實(shí)物照片及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖3、4。

圖3 系統(tǒng)實(shí)物圖

圖4 參數(shù)采集模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2.1 溫度、相對(duì)濕度監(jiān)測(cè)技術(shù)

小鼠的環(huán)境溫度臨界值為低溫10 ℃、高溫37 ℃，適宜溫度范圍為20～27 ℃。飼養(yǎng)環(huán)境溫度應(yīng)控制在18～29 ℃，相對(duì)濕度40%～70%(最好控制在50%～60%)。一般小鼠飼養(yǎng)籠盒內(nèi)溫度比環(huán)境溫度高1～2 ℃，相對(duì)濕度比環(huán)境相對(duì)濕度高5%～10%。本IVC環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的溫度、相對(duì)濕度檢測(cè)采用小型集成化溫度、相對(duì)濕度SHT35型傳感芯片，其建立在全新優(yōu)化的CMOS芯片之上，以提高產(chǎn)品可靠性和精度。在10～60 ℃區(qū)間內(nèi)，溫度檢測(cè)精度高達(dá)0.1 ℃，相對(duì)濕度檢測(cè)精度可達(dá)±1.5%，符合GB 14925、RB/T 199、RB/T 010、CNAS-CL05-A002的規(guī)定。

2.2 微壓差監(jiān)測(cè)技術(shù)

根據(jù)GB 14925、RB/T 199、RB/T 010、CNAS-CL05-A002規(guī)定，IVC籠盒的氣密性測(cè)試至少需要達(dá)到-100 Pa，因此壓差設(shè)定應(yīng)≥100 Pa，該IVC環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)選用微壓差探頭，其量程范圍為-125～125 Pa，壓差測(cè)量精度≤1 Pa，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。該探頭采用流通原理的熱式傳感器元件來(lái)測(cè)量壓差，其具有2只標(biāo)準(zhǔn)級(jí)的熱敏電阻，一只用來(lái)作熱源，一只用來(lái)測(cè)量流體溫度，當(dāng)流體流過(guò)時(shí)，兩者之間的溫差與壓力的大小呈非線性關(guān)系，且由于其測(cè)量的是溫度差，因此外界環(huán)境溫度變化不會(huì)對(duì)傳感器的監(jiān)測(cè)精度產(chǎn)生影響，通過(guò)信號(hào)處理電路就可以把這種關(guān)系轉(zhuǎn)換為壓差信號(hào)輸出。得益于此，在低壓差靈敏度、零點(diǎn)漂移和滯后、位置敏感、抗沖擊和溫度變化等方面，優(yōu)于傳統(tǒng)壓阻式壓力傳感器。而且其在較寬的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍提供線性輸出，具有更快速的響應(yīng)時(shí)間，因此微壓差傳感器經(jīng)常被應(yīng)用在呼吸設(shè)備和時(shí)序要求嚴(yán)格的自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域。其主要技術(shù)指標(biāo)包括：壓差測(cè)量范圍±125 Pa；壓差測(cè)量精度≤1 Pa；工作溫度范圍-40～85 ℃；零點(diǎn)年漂移量≤0.01 Pa/a。

2.3 氣體流速監(jiān)測(cè)技術(shù)

根據(jù)GB 14925、RB/T 199、RB/T 010、CNAS-CL05-A002規(guī)定，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生活空間氣流速度應(yīng)不大于0.2 m/s，因此氣體流速探頭采用MEMS熱式質(zhì)量流量傳感器(CAFS4000系列產(chǎn)品)，其流速測(cè)量范圍0～0.4 m/s，流速精度≤0.02 m/s，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。該系列產(chǎn)品適用于各種用途的清潔、相對(duì)干燥性氣體的測(cè)量，具有高靈敏度、高可靠性、高穩(wěn)定性和低成本的性能特點(diǎn)。其原理是利用流動(dòng)氣體傳熱傳質(zhì)的依存關(guān)系，在其上、下游產(chǎn)生溫度變化而得到氣體的質(zhì)量流量。當(dāng)芯片處于工作狀態(tài)時(shí)，在傳感器的周邊形成穩(wěn)定的溫度場(chǎng)分布。在使用時(shí)可將氣體流速探頭放置在籠盒進(jìn)氣孔或出氣孔位置，一旦一定質(zhì)量的氣體流過(guò)傳感器時(shí)，氣體的流動(dòng)將破壞該溫度場(chǎng)的分布，形成特定的、取決于該氣體的質(zhì)量和速度的溫度場(chǎng)分布，且由于該傳感器內(nèi)部是一個(gè)閉環(huán)的溫度監(jiān)測(cè)體系，故外界環(huán)境溫度的變化不會(huì)對(duì)傳感器的監(jiān)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響。流量計(jì)芯片上的傳感器將測(cè)量這一變化并把這一變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由一個(gè)專門(mén)的電路對(duì)此信號(hào)進(jìn)行放大、調(diào)理并作線性化處理。其主要技術(shù)指標(biāo)：流速測(cè)量范圍0～0.4 m/s，流速測(cè)量精度≤0.02 m/s；工作溫度范圍-25～85 ℃；信號(hào)輸出1～5 V；供電電源10V(DC)。

2.4 塵埃粒子監(jiān)測(cè)技術(shù)

根據(jù)GB 14925、RB/T 199、RB/T 010、CNAS-CL05-A002規(guī)定，空氣潔凈度要求達(dá)到5級(jí)或7級(jí)，故本IVC環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)選用SPS30型塵埃粒子傳感器，采用激光散射原理主動(dòng)采樣檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)的基本原理是光學(xué)傳感器的探測(cè)激光經(jīng)塵埃粒子散射后被光敏元件接收并產(chǎn)生脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)被輸出并放大，然后進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)粒子信號(hào)進(jìn)行比較，將對(duì)比結(jié)果用不同的參數(shù)表示出來(lái)。檢測(cè)范圍為：0.3～10 μm，其最小采樣粒子尺寸可達(dá)0.3 μm，符合空氣潔凈度5級(jí)或7級(jí)(最小粒子尺寸0.5 μm)的規(guī)定。該傳感器采用精確高分辨率的粒度分級(jí)，基于監(jiān)測(cè)到的粒子成分組成，不僅可以監(jiān)測(cè)塵埃粒子質(zhì)量濃度，還可以監(jiān)測(cè)不同粒徑大小塵埃粒子，可以檢測(cè)的塵埃粒子粒徑擋位也較多。主要技術(shù)指標(biāo)：塵埃粒子計(jì)數(shù)分辨率1個(gè)/cm3；質(zhì)量濃度范圍1～1 000 μg/m3；質(zhì)量濃度分辨率1 μg/m3；塵埃粒子監(jiān)測(cè)1.0、2.5、4.0、10.0 μm粒子質(zhì)量濃度，0.5、1.0、2.5、4.0、10.0 μm粒子計(jì)數(shù)濃度；監(jiān)測(cè)下限0.3 μm；計(jì)數(shù)范圍0～3 000個(gè)/cm3(注：計(jì)數(shù)范圍大小不影響系統(tǒng)監(jiān)測(cè)下限)；尺寸40.6 mm×40.6 mm×12.2 mm(長(zhǎng)×寬×高)。主要技術(shù)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。此外，SPS30型塵埃粒子傳感器還具有自清潔功能，當(dāng)其內(nèi)部敏感元件性能下降時(shí)，可自動(dòng)執(zhí)行清潔操作或由人工指令進(jìn)行清潔，從而保證了該系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

2.5 CO2濃度監(jiān)測(cè)技術(shù)

CO2濃度監(jiān)測(cè)傳感器模塊采用非分散紅外(non-dispersive infrared，NDIR)傳感器技術(shù)的SCD30模塊，并配有集成式溫度和相對(duì)濕度傳感器，環(huán)境相對(duì)濕度和溫度可通過(guò)監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償外部熱源來(lái)測(cè)量而無(wú)需額外的元件。目前，市售的CO2濃度監(jiān)測(cè)傳感器基本上使用單通道原理，相對(duì)而言SCD30模塊設(shè)計(jì)采用了高穩(wěn)定性的雙通道監(jiān)測(cè)，使其具有較高的精度，主要技術(shù)指標(biāo)：外形尺寸35 mm×23 mm×7 mm(長(zhǎng)×寬×高)；測(cè)量范圍0～40 000×10-6；精度±(30×10-6)；電流消耗19 mA(每2 s測(cè)量1次)；數(shù)字接口UART或I2C。

2.6 信號(hào)采集與處理技術(shù)

采用傳感模塊與信號(hào)處理電路一體式設(shè)計(jì)，處理電路選用ARM系列高性能32位微處理器，支持多個(gè)I/O口并行傳輸數(shù)據(jù)，可同時(shí)采集溫度、相對(duì)濕度、微壓差、氣體流速、塵埃粒子濃度及CO2濃度等多個(gè)傳感模塊所上傳的數(shù)據(jù)，具有高速傳輸、低延時(shí)及低功耗等優(yōu)點(diǎn)，其具有統(tǒng)一和固定長(zhǎng)度的指令域，使指令集和指令譯碼都大大簡(jiǎn)化，同時(shí)具有一個(gè)大而統(tǒng)一的寄存器文件，大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成，使指令執(zhí)行速度更快，采用加載/存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，使數(shù)據(jù)處理時(shí)只對(duì)寄存器操作，而不直接對(duì)存儲(chǔ)器操作，以最大限度提高算術(shù)邏輯單元和移存器的利用率，引入多寄存器加載/存儲(chǔ)指令，有利于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)吞吐量的最大化。

傳感器指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 IVC環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比

3 軟件

3.1 系統(tǒng)軟件平臺(tái)

系統(tǒng)軟件采用LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境，它內(nèi)置信號(hào)采集、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，采用可視化的圖形編程語(yǔ)言平臺(tái)，以在計(jì)算機(jī)屏幕上建立圖形化的虛擬面板來(lái)替代常規(guī)的傳統(tǒng)儀器面板。在虛擬儀器界面可集中實(shí)時(shí)顯示箱內(nèi)各環(huán)境監(jiān)測(cè)參數(shù)的變化，同時(shí)通過(guò)嵌入式分析軟件包，可根據(jù)需要實(shí)時(shí)、直接地對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析、處理及存儲(chǔ)。

3.2 軟件功能

系統(tǒng)軟件主要實(shí)現(xiàn)信息通信、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)顯示、生成報(bào)表、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，具體功能框圖見(jiàn)圖5。系統(tǒng)終端的核心部分是管理層，管理層分為資源管理和實(shí)時(shí)操作2個(gè)主要模塊。其中資源管理是試驗(yàn)運(yùn)行的必要條件。在項(xiàng)目配置管理模塊中可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置，主要包括通道標(biāo)定和通道配置。只有這些信息完備后系統(tǒng)方可運(yùn)行。運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)時(shí)操作包含2個(gè)重要模塊：數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)保存。數(shù)據(jù)處理模塊按照用戶需求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)保存模塊負(fù)責(zé)將處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存以便今后查詢。通信層提供系統(tǒng)終端和實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信接口，包含通信數(shù)據(jù)引擎和串口通信模塊。驅(qū)動(dòng)層包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理2個(gè)基本模塊。

圖5 軟件功能框圖

4 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

系統(tǒng)研制過(guò)程中編制了相應(yīng)的產(chǎn)品監(jiān)測(cè)詳細(xì)規(guī)范，對(duì)各功能模塊的監(jiān)測(cè)方法及合格判據(jù)進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定，選取同一批次的3只產(chǎn)品進(jìn)行了各項(xiàng)性能指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)場(chǎng)景為人工模擬的上下限值條件，比對(duì)監(jiān)測(cè)儀器采用農(nóng)業(yè)農(nóng)村部實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心(哈爾濱)的檢測(cè)儀器(邀請(qǐng)共同監(jiān)測(cè))。

比對(duì)監(jiān)測(cè)儀器：風(fēng)速儀，量程0.15～30 m/s，精度0.01 m/s；微壓差手持計(jì)，量程0.249～1 034 kPa，精度1 Pa；溫濕度檢測(cè)儀，量程-20～80 ℃、0～100%，精度0.1 ℃、0.10%；粒子計(jì)數(shù)器，流量100 L/min，流量誤差<5%，最小通道0.5 μm，示值誤差≤30%。均經(jīng)過(guò)計(jì)量校準(zhǔn)，在有效期內(nèi)。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2、3。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，溫度、相對(duì)濕度、氣流速度、微壓差、塵埃粒子、CO2濃度等指標(biāo)的最小、最大測(cè)量值和測(cè)量精度均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，整機(jī)使用性能穩(wěn)定，系統(tǒng)各傳感器間信號(hào)干擾小。表明該系統(tǒng)功能基本達(dá)到了設(shè)計(jì)初衷，各功能模塊工作基本正常，能夠滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

表2 IVC環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)額定輸出實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

表3 IVC環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)精度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

5 討論

IVC籠盒是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生活的小環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)IVC功能的重要載體，其性能的優(yōu)劣對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的安全和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性起著決定性的作用。而籠盒密封性能是其實(shí)現(xiàn)防護(hù)性能的重要保障，曹冠朋等人對(duì)國(guó)內(nèi)使用的IVC籠盒進(jìn)行了密封性測(cè)試，結(jié)果顯示，從籠架取下籠盒5 min后壓差從-55～-40 Pa回歸0 Pa的占4%，表明IVC籠盒的密閉性存在生物安全隱患[8]。閔凡貴等人對(duì)20臺(tái)正壓IVC進(jìn)行測(cè)試，分別使用風(fēng)速儀法和流量計(jì)法對(duì)IVC籠盒內(nèi)的換氣次數(shù)進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果差異巨大，這給科學(xué)的判定帶來(lái)了困擾[9]。不同位置的IVC籠盒，個(gè)別參數(shù)相差顯著，IVC籠盒內(nèi)小環(huán)境的均一性也有待提高。目前國(guó)內(nèi)有關(guān)IVC籠盒檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)，包括：GB 14925、GB 50447、GB 19489、RB/T 199、RB/T 010、DB32/T 972、DB23/T 2057.1等，均是使用單一設(shè)備、對(duì)單一指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。SARS疫情后，生物安全型小鼠IVC(負(fù)壓小鼠IVC)在高級(jí)別動(dòng)物生物安全實(shí)驗(yàn)室得到了應(yīng)用。然而，對(duì)于籠盒環(huán)境指標(biāo)的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)一直是沒(méi)有很好地解決的技術(shù)難題。目前，對(duì)于小鼠IVC籠盒的檢測(cè)，國(guó)內(nèi)外均采用單臺(tái)檢測(cè)儀器檢測(cè)單一指標(biāo)，煩瑣、檢測(cè)結(jié)果波動(dòng)大，對(duì)于氣流速度、微壓差、潔凈度、溫度、相對(duì)濕度等指標(biāo)的檢測(cè)受儀器或傳感器本身影響致使檢測(cè)難度大。

針對(duì)上述問(wèn)題，筆者開(kāi)展了IVC環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品研究，開(kāi)發(fā)出能夠監(jiān)測(cè)小鼠IVC籠盒多項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)的小鼠IVC環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

在飼養(yǎng)動(dòng)物過(guò)程中，IVC籠盒內(nèi)有動(dòng)物活動(dòng)，籠盒內(nèi)的塵埃粒子濃度會(huì)比較高，一般不對(duì)塵埃粒子濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而只在監(jiān)測(cè)籠盒內(nèi)對(duì)塵埃粒子濃度進(jìn)行靜態(tài)監(jiān)測(cè)。CO2和NH3濃度的監(jiān)測(cè)也是一樣的。

IVC籠盒內(nèi)的氣流監(jiān)測(cè)有兩方面：一是籠盒送、排氣口的氣流速度，根據(jù)氣流、風(fēng)口截面積，以及IVC籠盒的形狀、規(guī)格，可以計(jì)算出IVC籠盒的換氣次數(shù)，還可以根據(jù)流場(chǎng)模型，計(jì)算分析IVC籠盒內(nèi)氣流流場(chǎng)狀態(tài)，以評(píng)價(jià)小鼠生活的小環(huán)境的優(yōu)劣；二是IVC籠盒內(nèi)小鼠主要生活截面的氣流速度，用以評(píng)價(jià)小鼠生活空間的舒適性。該IVC環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)暫時(shí)設(shè)置一個(gè)氣體流速探頭，有關(guān)送、排氣口的氣流速度，以及流場(chǎng)分析等另撰文探討。

在GB 14925、RB/T 199、RB/T 010、CNAS-CL05-A002等有關(guān)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境及設(shè)施、設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)中，主要通過(guò)監(jiān)測(cè)NH3濃度來(lái)評(píng)價(jià)動(dòng)物生活小環(huán)境的空氣質(zhì)量。但是，有研究證明通過(guò)監(jiān)測(cè)CO2濃度來(lái)評(píng)價(jià)動(dòng)物生活小環(huán)境的空氣質(zhì)量也是可行的[10]，該IVC環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只配置了CO2監(jiān)測(cè)探頭，研究組將繼續(xù)進(jìn)行有關(guān)NH3和CO2監(jiān)測(cè)與動(dòng)物小環(huán)境關(guān)系的研究，以完善這方面的監(jiān)測(cè)技術(shù)。

在各參數(shù)設(shè)定上，溫度傳感器測(cè)量范圍-40～125 ℃(偏寬)，精度≤0.1 ℃；相對(duì)濕度測(cè)量范圍0～100%，精度≤1.5%；微壓差傳感器測(cè)量范圍-125～125 Pa，精度≤1 Pa；塵埃粒子濃度傳感器測(cè)量粒徑范圍0.3～10 μm。在進(jìn)一步的研究中應(yīng)根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定及實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，以使之更合理。

本研究旨在實(shí)現(xiàn)IVC籠盒環(huán)境指標(biāo)多參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。通過(guò)設(shè)置監(jiān)測(cè)籠盒實(shí)現(xiàn)綜合指標(biāo)的在線監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步的研究包括：IVC環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的比對(duì)測(cè)試及第三方計(jì)量機(jī)構(gòu)進(jìn)行的校準(zhǔn)測(cè)試；負(fù)壓IVC環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)籠盒的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)環(huán)境指標(biāo)檢測(cè)的便捷化，開(kāi)發(fā)出便攜式環(huán)境指標(biāo)檢測(cè)儀器；其他動(dòng)物IVC環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；屏障環(huán)境動(dòng)物房環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。

該IVC環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在應(yīng)用于負(fù)壓環(huán)境下，即飼養(yǎng)病原感染動(dòng)物時(shí)，儀器部件的選型必須考慮生物安全風(fēng)險(xiǎn)，例如：使用基于流通原理的熱式差壓傳感器元件來(lái)測(cè)量差壓，傳感器兩端是連通的且有氣流通過(guò)，此類壓差傳感器并不能對(duì)傳感器所測(cè)的2個(gè)相鄰環(huán)境起到嚴(yán)格的隔離作用；塵埃粒子濃度傳感器會(huì)抽吸籠盒內(nèi)空氣，病原微生物會(huì)進(jìn)入傳感器內(nèi)部，如何消毒處理需要認(rèn)真考慮。同時(shí)，還需考慮日常及終末消毒的徹底性、耐消毒腐蝕性，以及使用消毒劑的種類等。