用于活体动物荧光成像的生物安全转运仓

摘要

本发明公开了用于活体动物荧光成像的生物安全转运仓，包括转运外仓及设置在所述转运外仓内部的转运内仓、生物防护过滤系统、负压维持系统；所述转运内仓用于放置活体动物，所述生物防护过滤系统用于对进出所述转运内仓的空气进行过滤，所述负压维持系统用于保持所述转运内仓内部处于负压环境。本发明的用于活体动物荧光成像的生物安全转运仓，使得P3级生物安全实验室的动物能够安全的搬运至普通实验室进行进一步检测，由于很多精密设备不能安装在P3级实验室，该拓展了携带高危病毒的活体动物检测项目；本发明相当于小型的可移动的P3级实验室，为携带病毒的活体动物再不同地域的转运提供了更加便携的手段。

说明书

技术领域

本发明涉及生物安全防护技术领域，特别涉及一种用于活体动物荧光成像的生物安全转运仓。

背景技术

生物安全实验室是研究人类感染性疾病病毒必不可少的实验条件。在研究具有活性的病毒时，对研究人员和周围环境的有效保护是研究的基础，是作为科学研究的基本保障。因此，根据所研究对象的性质和危害程度，生物安全等级(Biosafety level，BSL)分为四级，对应不同生物危险程度的病原微生物，其中生物安全三级实验室(BSL-3或P3)和生物安全四级实验室(BSL-4或P4)称为高等级生物安全实验室。由于四级生物安全实验室建造难度大，建造费用高，技术要求高，因此我国目前仅公开建成一处——武汉生物安全四级实验室。因此除去少量P4级病毒，多种高致病性病毒均在P3实验室中进行研究，如高致病性禽流感病毒、SARS冠状病毒、MERS病毒、口蹄疫病毒、乙脑病毒、狂犬病毒、朊病毒等，也包括耐药性结核杆菌等耐药细菌。由此可见，P3实验室相关的设施建设和仪器配备将极大帮助相关科研实验的开展。但是P3实验室并不适合放置大型精密仪器，首先，由于P3实验室场地有限，内部构造复杂，不但有各种安全防护设施，并且需要安装大量的基本实验仪器、试剂、耗材和生物样本，有限的空间通常安排好最需要的实验物品，用于放置大型精密仪器的空间不足，且在有限的空间内一般会优先安排使用率高的小型仪器，难以满足使用率不高但急需的大型仪器所需空间；其次，P3实验室经常进行过氧化氢等空气消毒和液体消毒，会导致精密仪器配件损坏，无法使用；第三，由于高等级生物安全实验室的安全防护要求，人员进出资格的严格要求和维修空间限制，大型仪器的维修维护困难，导致使用过程中出现的各种问题无法及时解决。综上所述，P3实验室内目前还不适合安装大型精密仪器，但对于高致病性病毒的研究却急需能够实现生物安全防护的大型精密仪器。

由于使用大型仪器研究高致病性病毒的实验并非广泛需求，市场过于狭小，因此生物安全防护下的大型仪器没有厂商愿意做商业化开发制造，但对于国家生物安全战略却是急需的。根据调查，SARS暴发之前，我国P3实验室资源有限、规模较小、基础条件差、布局分散、实验室空间和使用面积较小，大部分P3实验室只能开展分子细胞水平的实验，缺乏开展感染动物实验的条件。而经过近十年的建设，也仅有少部分P3实验室具备动物实验能力，更缺乏大型仪器安装运行的条件，难以满足高端动物活体实验需求。因此，在目前条件下，急需研制一种能够在生物安全防护条件下的活体小动物成像仪，以实现高致病性病毒的动物活体成像实验。

目前，市场上有全自动化生物分子分析系统具备定制化的生物安全防护模块，能够进行P2级分子生物学实验。该仪器由机械臂全程自动化操作，样品由膜封的96孔板包装送入系统，可进行PCR扩增、分子克隆、酶标仪检测、细胞培养等常规分子生物学和细胞生物学实验。实验过程全程对外封闭密封，内部负压系统保证气溶胶不会泄露，并在出风口处进行高效过滤和消毒，能够实现基础的生物安全防护，但该系统无法搭载大型仪器，只能进行分子或细胞水平实验。另外，市场上也有病毒感染动物实验用的气溶胶染毒系统，有的具有相应生物安全防护装置，有的体积较小，可放入生物安全实验室的生物安全柜中，但此类设备均非精密仪器，结构简单，部件耐用，对环境要求不高。在生物安全领域市场上，大多数仪器还只是满足普通基础实验需求，基本上没有涉及高精尖仪器的相关研制和出售。因此，根据国家生物安全战略和本单位及相关单位的高致病性病毒研究特殊需求，研制生物安全型大型精密仪器势在必行，其中设计具有生物安全防护功能的活体小动物转运装置，能够有机的将荧光成像、磁共振成像(MRI)、计算机断层影像(CT)和超声(ultrasound)成像技术结合起来，以满足现在对高致病性病毒的活体动物实验需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于活体动物荧光成像的生物安全转运仓。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于活体动物荧光成像的生物安全转运仓，包括转运外仓及设置在所述转运外仓内部的转运内仓、生物防护过滤系统、负压维持系统；

所述转运内仓用于放置活体动物，所述生物防护过滤系统用于对进出所述转运内仓的空气进行过滤，所述负压维持系统用于保持所述转运内仓内部处于负压环境。

优选的是，所述转运外仓包括密封连接的外仓底板、外仓侧板、外仓顶板和外仓前板，所述外仓前板上开设有仓口，所述仓口上设置有外仓门，所述外仓门的第一端与所述外仓前板铰接，其第二端通过锁紧扣与所述外仓前板连接。

优选的是，所述外仓顶板上设置有外仓窗口片；所述外仓门内壁上设置有密封条；所述外仓侧板上设置有外仓进气口和外仓出气口。

优选的是，所述锁紧扣包括通过销钉可转动连接在所述外仓门的第二端外壁上异形扣板、设置在所述异形扣板上的弧形扣片、设置在所述异形扣板上的把手以及设置在所述外仓前板外壁上的用于压挡所述弧形扣片的挡板；

所述销钉上套设有碟形弹簧，且所述碟形弹簧处于所述异形扣板和外仓门之间；

所述弧形扣片的第一端与所述异形扣板连接，其第二端的前端面用于与所述挡板的内壁顶贴，以锁紧所述外仓门；所述弧形扣片的前端面为倾斜锁紧面，其背面为平面，且所述弧形扣片的厚度由其第一端向第二端逐渐减小。

优选的是，所述转运内仓包括内仓主体、设置在所述内仓主体侧部的内仓门及设置在所述内仓主体顶部的内仓窗口片；

所述内仓门的内壁上设置有密封圈；所述内仓主体上设置有内仓进气口和内仓出气口。

优选的是，所述负压维持系统包括离心风机、用于检测所述转运内仓内部气压的负压传感器、用于控制所述离心风机和负压传感器的电路驱动板以及供电电源。

优选的是，所述生物防护过滤系统包括连接在所述转运外仓内壁上的过滤器安装架及设置在所述过滤器安装架上的高效过滤器组；

所述过滤器安装架包括固接在所述转运外仓内壁上的固定钣金及用于将所述高效过滤器组固接在所述固定钣金上的固定卡箍。

优选的是，所述高效过滤器组包括排气高效过滤器、传感器高效过滤器和进气高效过滤器；

所述排气高效过滤器包括通过连接管串联的至少2个高效过滤器，所述排气高效过滤器的进气端通过第一管路连接至所述内仓主体上的内仓出气口，所述排气高效过滤器的出气端通过第二管路连接至所述离心风机的进气端，以对所述内仓主体外排的气体进行过滤；所述离心风机的出气端通过管道连接至所述外仓侧板上的外仓出气口，以将所述内仓主体内的气体抽出外排；

所述传感器高效过滤器的进气端通过第三管路连接至所述内仓主体上的出气口，其出气端通过第四管路连接至所述负压传感器，以对进入所述负压传感器的气体进行过滤；

所述进气高效过滤器的进气端通过第五管路连接至所述外仓侧板上的外仓进气口，其出气端通过第六管路连接至所述内仓主体上的内仓出气口，以对进入所述内仓主体的气体进行过滤。

优选的是，所述内仓主体底部设置有若干定位块，所述外仓底板上设置有若干与所述定位块对应的定位安装板。

优选的是，所述定位安装板上设置有定位孔，所述定位孔包括由所述定位安装板表面向下依次开设的锥形导向孔和柱形定位孔，所述定位安装板的侧部开设有垂直贯通至所述柱形定位孔的锁紧孔；所述锁紧孔内可活动插设有锁紧柱，所述锁紧柱的外端设置有卡盘，所述卡盘和所述定位安装板的侧壁之间设置有压簧，所述锁紧柱的内端设置有球形面，所述锁紧柱的内端伸入到所述柱形定位孔内；

所述定位块的底部固接有用于插设到所述定位孔中的定位柱，所述定位柱上沿与其轴向垂直的方向开设有插孔，所述定位柱底部的面向所述锁紧柱的内端的侧面上设置有倾斜导向面；

所述定位柱插入到所述定位孔中后，所述锁紧柱的内端配合插入到所述定位柱的插孔中，以锁紧所述定位柱。

本发明的有益效果是：

本发明的用于活体动物荧光成像的生物安全转运仓，使得P3级生物安全实验室的动物能够安全的搬运至普通实验室进行进一步检测，由于很多精密设备不能安装在P3级实验室，该拓展了携带高危病毒的活体动物检测项目；

本发明相当于小型的可移动的P3级实验室，为携带病毒的活体动物再不同地域的转运提供了更加便携的手段。本发明通过设置与荧光成像设备配套的窗口片，使得携带高危病毒小动物的活体荧光成像成为可能。本发明的转运内仓在转运外仓中能进行快速安装及定位，方便使用；本发明能在搬运运输过程中对活体动物提供持续的生命维持气体的能力；且能对装置的出气和进气通过高效过滤设备进行过滤，保证生物防护安全。

附图说明

图1为本发明的用于活体动物荧光成像的生物安全转运仓的内部结构示意图；

图2为本发明的用于活体动物荧光成像的生物安全转运仓的外部结构示意图；

图3为本发明的锁紧扣的结构示意图；

图4为本发明的锁紧扣的剖视图；

图5为本发明的转运内仓的结构示意图；

图6为本发明的生物防护过滤系统的结构示意图；

图7为本发明的高效过滤器组的结构示意图；

图8为本发明的外仓底板的结构示意图；

图9为本发明的定位安装板的俯视方向的结构示意图；

图10为本发明的定位块的侧视方向的结构示意图；

图11为本发明的定位块的另一个侧部视角的结构示意图；

图12为本发明的内仓主体的仰视方向的结构示意图；

图13为本发明的定位安装板的剖视图；

图14为本发明的定位块与定位安装板配合的结构示意图。

附图标记说明：

1—转运外仓；10—外仓底板；11—外仓侧板；12—外仓顶板；13—外仓前板；14—外仓门；15—外仓窗口片；16—外仓进气口；17—外仓出气口；18—外仓门的第一端；19—外仓门的第二端；

2—转运内仓；20—内仓主体；21—内仓门；22—内仓窗口片；23—内仓进气口；24—内仓出气口；25—锁紧扣件；

3—生物防护过滤系统；30—过滤器安装架；31—高效过滤器组；32—排气高效过滤器；33—传感器高效过滤器；34—进气高效过滤器；300—固定钣金；301—固定卡箍；310—第一管路；311—第二管路；312—连接管；313—第三管路；314—第四管路；315—第五管路；316—第六管路；

4—负压维持系统；40—离心风机；41—负压传感器；42—电路驱动板；43—供电电源；

5—锁紧扣；50—异形扣板；51—弧形扣片；52—销钉；53—碟形弹簧；54—挡板；55—把手；56—倾斜锁紧面；57—安装块；

6—定位块；60—定位柱；61—插孔；62—倾斜导向面；

7—定位安装板；70—定位孔；71—锥形导向孔；72—柱形定位孔；73—锁紧孔；74—锁紧柱；75—卡盘；76—压簧；77—球形面。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

本发明的用于活体动物荧光成像的生物安全转运仓的目的是将携带高危病毒的活体动物安全的带出P3级生物安全实验室，以便在对应的荧光检测设备上进行科学研究。所以，本装置具备的功能至少包括：1、在搬运运输过程中对活体动物提供持续的生命维持气体的能力；2、在搬运运输过程持续提供负压，以保证带有病毒的活体动物所呼吸产生的气溶胶不会扩散至外界；3、对装置的出气和进气通过高效过滤设备进行过滤；4、设备顶层设有增透窗口片，使荧光能照射到内部的活体动物，保证荧光成像功能的实现。结合以下实施例，进行详细说明。

如图1-14所示，本实施例的一种用于活体动物荧光成像的生物安全转运仓，包括转运外仓1及设置在转运外仓1内部的转运内仓2、生物防护过滤系统3、负压维持系统4；

转运内仓2用于放置活体动物，生物防护过滤系统3用于对进出转运内仓2的空气进行过滤，负压维持系统4用于保持转运内仓2内部处于负压环境。

转运外仓1包括密封连接的外仓底板10、外仓侧板11、外仓顶板12和外仓前板13(可通过焊接进行连接，保证具有良好的气密性)，外仓前板13上开设有仓口，仓口上设置有外仓门14，外仓门的第一端18与外仓前板13铰接，其第二端通过锁紧扣5与外仓前板13连接。

外仓顶板12上设置有外仓窗口片15，由于荧光检测中的激发光与反射光都需要经过外仓窗口片15进入转运内仓2，在优选的实施例中，外仓窗口片15可选择钢化处理后的高纯度K9玻璃，并对外仓窗口片15进行300-1200nm波长增透的工艺处理，保证荧光成像功能的实现；K9玻璃也能保证安全仓进行高压蒸汽灭菌时的完整性。外仓门14内壁上设置有密封条，外仓门14关闭时能保持良好的密封性。外仓侧板11上设置有外仓进气口16和外仓出气口17。在优选的实施例中，可在外仓侧板11上设置接口法兰，在接口法兰上设置外仓进气口16和外仓出气口17(可采用npt螺纹孔)，然后使用配套气管密封连接。

在一种实施例中，参照图2-4，锁紧扣5包括通过销钉52可转动连接在外仓门的第二端19外壁上异形扣板50、设置在异形扣板50上的弧形扣片51、设置在异形扣板50上的把手55以及设置在外仓前板13外壁上的用于压挡弧形扣片51的挡板54；异形扣板50通过安装块57连接在外仓门的第二端19外壁上，销钉52上套设有碟形弹簧53，且碟形弹簧53处于异形扣板50和安装块57之间；弧形扣片51的第一端与异形扣板50连接，其第二端的前端面用于与挡板54的内壁顶贴，以锁紧外仓门14；弧形扣片51的前端面为倾斜锁紧面56，其背面为平面，且弧形扣片51的厚度由其第一端向第二端逐渐减小。

其中，锁紧扣5用于实现外仓门14的锁紧，参照图2，打开外仓门14时，将把手55下压，转动异形扣板50，使异形扣板50右端的弧形扣片51逆时针转动，与挡板54脱离，打开外仓门14；关闭外仓门14进行相反操作，弧形扣片51顺时针转动，弧形扣片51插入挡板54和外仓前板13之间形成的锁紧槽内，弧形扣片51前端面为倾斜锁紧面56，且下端薄、上端后，从而便于弧形扣片51插入锁紧槽内，碟形弹簧53的弹力作用将异形扣板50和弧形扣片51向外顶压，从而使弧形扣片51的前端面与挡板54的内壁保持顶压，从而压紧外仓门14，实现外仓门14的锁紧。

转运内仓2包括内仓主体20、设置在内仓主体20侧部的内仓门21及设置在内仓主体20顶部的内仓窗口片22。其中内仓主体20由于直接与携带病毒的活体动物接触，为了保证密闭的可靠性优选采取整体加工；内仓窗口片22与内仓主体20之间用紫外胶与密封胶固定好，同样内仓窗口片22也进行300-1200nm波长增透处理与钢化处理。后续进行荧光成像时，荧光成像设备设置在外仓窗口片15上方，荧光透过外仓窗口片15、内仓窗口片22对内仓主体20中的活体动物进行成像。

内仓门21与内仓主体20通过锁紧扣5件25锁紧，如蝶形卡扣；内仓门21的内壁上设置有密封圈，保证密封；内仓主体20上设置有内仓进气口23和内仓出气口24(可采用npt螺纹孔)，然后再通过配套气管密封连接。

负压维持系统4包括离心风机40、用于检测转运内仓2内部气压的负压传感器41、用于控制离心风机40和负压传感器41的电路驱动板42以及供电电源43。

供电电源43优选为磷酸锂电池，在搬运过程中可以维持离心风机40及负压传感器41的正常工作，且可进行充电。电路驱动板42主要实现风机调速、电压转换、负压传感器41的ad转换等功能，保证整个负压维持系统4的稳定工作。在一种实施例中，当内仓主体20内外相对压差高于-50pa时会使风机增加风量，当负压超过-100pa时降低风量。负压传感器41科采用小型单晶硅差压变送器或其改进版本，其通过比较外界与内仓的压力差来进行工作。离心风机40主要功能保证内仓负压，使得内仓的空气只通过出气口排出，保证生物防护的稳定性，同时实现内仓内部每小时换气量20次左右，以满足生物防护的工作标准。

生物防护过滤系统3包括连接在转运外仓1内壁上的过滤器安装架30及设置在过滤器安装架30上的高效过滤器组31；过滤器安装架30包括固接在转运外仓1内壁上的固定钣金300及用于将高效过滤器组31固接在固定钣金300上的固定卡箍301。

高效过滤器组31包括排气高效过滤器32、传感器高效过滤器33和进气高效过滤器34；其中的高效过滤器可选用具有高效过滤功能的囊氏过滤器。

排气高效过滤器32包括通过连接管312串联的至少2个高效过滤器，其中排气系统安装生物防护要求需要进行双极高效过滤，本实施例中排气高效过滤器32包括串联的2个高效过滤器。排气高效过滤器32的进气端通过第一管路310连接至内仓主体20上的内仓出气口24，排气高效过滤器32的出气端通过第二管路311连接至离心风机40的进气端，以对内仓主体20外排的气体进行过滤；离心风机40的出气端通过管道连接至外仓侧板11上的外仓出气口17，以将内仓主体20内的气体抽出外排；

传感器高效过滤器33的进气端通过第三管路313连接至内仓主体20上的出气口，其出气端通过第四管路314连接至负压传感器41(可通过宝塔接头连接)，以对进入负压传感器41的气体进行过滤；

进气高效过滤器34的进气端通过第五管路315连接至外仓侧板11上的外仓进气口16，其出气端通过第六管路316连接至内仓主体20上的内仓出气口24，以对进入内仓主体20的气体进行过滤。为内仓主体20中的活体动物提供维持生命活动的空气及麻醉气。其中，为保证生物防护的可靠性，高效过滤器的使用周期不超过20次。

内仓主体20底部设置有若干定位块6(本实施例中为3个)，外仓底板10上设置有若干与定位块6对应的定位安装板7。通过定位块6与定位安装板7配合实现转运内仓2在转运外仓1中的快速安装及定位，保证转运内仓2放置过程中位置的稳定，以便进行荧光成像时初始位置的确定。

在一种实施例中，参照图8-14，定位安装板7上设置有定位孔70，定位孔70包括由定位安装板7表面向下依次开设的锥形导向孔71和柱形定位孔72，定位安装板7的侧部开设有垂直贯通至柱形定位孔72的锁紧孔73；锁紧孔73内可活动插设有锁紧柱74，锁紧柱74的外端设置有卡盘75，卡盘75和定位安装板7的侧壁之间设置有压簧76，锁紧柱74的内端设置有球形面77，锁紧柱74的内端伸入到柱形定位孔72内。锥形导向孔71直径大于柱形定位孔72，用于对定位柱60的插入进行导向，即使定位柱60与柱形定位孔72有些偏差也能使定位柱60顺利插入。

其中，定位块6的底部固接有用于插设到定位孔70中的定位柱60，定位柱60上沿与其轴向垂直的方向开设有不贯穿的插孔61，定位柱60底部的面向锁紧柱74的内端的侧面上设置有倾斜导向面62。

其中，定位柱60插入到定位孔70中后，锁紧柱74的内端配合插入到定位柱60的插孔61中，以锁紧定位柱60。

倾斜导向面62用于与锁紧柱74的内端的球形面77配合，当定位柱60插入到柱形定位孔72时，倾斜导向面62挤压球形面77，使锁紧柱74向右移动，使定位柱60顺利插入；当定位柱60插入到底后，在压簧76的弹力作用下，锁紧柱74向左移动，从而插入到定位柱60的插孔61中，以锁紧定位柱60。

如图13，在初始状态下，压簧76为原长，处于自然状态，锁紧柱74向左插入到柱形定位孔72中一段距离，但从垂直方向上看，锁紧柱74左端的球形面77还处于倾斜导向面62右侧，使定位柱60能顺利插入到柱形定位孔72中，且倾斜导向面62的右侧能顶压到球形面77，从而能将锁紧柱74向右挤压。在优选的实施例中，倾斜导向面62最上端通过弧形面连接到插孔61，利于锁紧柱74从倾斜导向面62最上端滑入到插孔61内。将内仓主体20安装到转运外仓1中时，参照图14，将内仓主体20底部的定位块6上的定位柱60对准转运外仓1中的定位安装板7上的定位孔70，然后插入，锥形导向孔71进行导向，定位柱60底部的倾斜导向面62接触并挤压球形面77，使锁紧柱74向右移动，使定位柱60顺利插入到底，此时在压簧76的弹力作用下，锁紧柱74向左移动，正好顺利滑入到定位柱60的插孔61中，以锁紧定位柱60，使内仓主体20保持稳定；从而实现了内仓主体20的快速定位与安装，且能保持锁紧。既能方便便进行荧光成像时初始位置的确定，在后续进行荧光成像时也能保持内仓主体20位置稳定。在运输过程中，为保证进一步牢固，可通过螺丝将定位块6与定位安装板7进行固定。当需要将内仓主体20从转运外仓1中取出时，先拉动卡盘75将锁紧柱74从定位柱60的插孔61中抽出，然后将内仓主体20向上抬出即可。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。