一种啮齿类动物负重游泳智能化实验装置

本发明涉及生物医药服务中的实验室仪器设备技术领域，具体涉及一种啮齿类动物负重游泳智能化实验装置。

背景技术：

疲劳模型是生命科学领域中很多实验项目都会使用到的一种动物模型，而目前疲劳造模常用的方法为运动疲劳造模。用于抗疲劳药物研究的行为学实验主要包括负重游泳实验、强迫游泳实验、跑台实验和转棒实验等。其中，最为经典的是负重游泳实验，也被称为力歇游泳实验，该实验方法以其方法简便、造模效果较好、造模评价系统逐步完善，对动物的心理应激小、生理伤害小、适用面广，从而被广泛应用，而成为运动疲劳造模中的首选。然而检索专利库后发现，相关专利仅有7篇，且实验方法描述不完善，实验操作复杂，同时尚无相应的实验装置，大大阻碍了生命科学的发展。

小鼠负重游泳实验原理：小鼠落水后，由本能驱使，游泳挣扎使鼻孔露岀水面呼吸。记录自落水开始鼻孔沉入水面的时间，或自游泳开始至小鼠沉没后10s仍不能浮出水面的时间作为小鼠力竭游泳时间，或体力不支而下沉溺死所需时间，为小鼠游泳时间，可作为判断小鼠体力活动程度的客观指标。

传统实验操作方法：取成年健康小鼠，投入50cm×40cm×40cm水箱游泳，可于小鼠尾部吊一定金属(体重的5-10％)，水温应保持恒定，常用25-30℃，控制水深不小于30cm，也有用冰水者，称冰水游泳实验，后者是体力与应激反应的综合指标，自投入水内开始，用秒表记录下沉或力竭所需时间。

众所周知，无论是大鼠或小鼠，均有着较强的游泳能力，为了加快实验对象达到疲劳的速度，在实验实际操作过程中我们往往会在实验对象身上加上一定负重，常见的负重方法主要是将金属丝(通常为铅丝)缠绕于实验鼠尾部。然而使用该方法时，大鼠和小鼠尾部均岀现不同程度的瘀青损伤，且在游泳期间因尾部的摆动，金属丝极易滑脱，无法完成较好的捆绑，且该方法亦比较费时，迫切需要一种快速且防脱落的实验装置以解决上述问题。与此同时捆绑实验鼠的金属丝重量不能精准确定，实验误差较大，如小鼠体质量为24.6g，铅丝按照体重的5％的，则需要1.23g，传统方法无法精准取得所需铅丝，且会浪费大量时间。

另外，目前的负重游泳实验过程都是自己简要制作实验工具，实验环境和条件极其简陋。同时人工进行实验数据记录、停止和分析，主观性较大，均一性难以保障，导致实验数据出现较大误差，实验精度较差，可靠性较低。另一方面则需要消耗大量的人工成本，且实验效率较低。

技术实现要素：

为解决现有技术的问题，本发明提供了一种啮齿类动物负重游泳智能化实验装置。

为解决上述问题，本发明技术方案为：

一种啮齿类动物负重游泳智能化实验装置，包括用于游泳实验的容器、负重调节机构、用于将负重调节机构连接在实验动物尾巴上的尾夹、以及计算机实验系统，所述的负重调节机构包括负重瓶、以及容置于负重瓶内的配重颗粒，通过调节负重瓶内的配重颗粒的数量来使负重调节机构的总重量满足其与实验动物的体重比例要求，所述的容器有多个，多个容器供多个实验动物同时进行实验，在容器的侧壁内表面上部设有红外传感器、在容器内侧的底部设有电动升降台，所述的计算机实验系统包括计算机和控制单元，所述的红外传感器与控制单元通过导线信号连接，所述的控制单元配置为对电动升降台的升降进行控制，所述的计算机与控制单元电连接，在计算机内设有实验操作模块。

优选的，所述的容器的侧壁底部设有进水管，进水管上设有第一电磁阀，通过进水管向容器内注入游泳用水，使液面的高度高于电动升降台的上端的高度，并使液面与电动升降台的上端之间的深度满足实验动物游泳实验的标准，所述的红外传感器的工作端开口于容器的内表面，且位于液面的上方，并与实验动物游泳时的高度相配，所述的第一电磁阀与控制单元电性连接，所述的控制单元配置为对第一电磁阀的开闭进行控制。

优选的，所述的尾夹包括夹子本体，夹子本体的夹持端设有2个相互配合的夹持部，在夹持部的内表面均设有弹性软垫，且夹持部的内侧设有与实验动物尾巴的形状大小匹配的凹槽，所述的凹槽从一端到另一端渐进变细，且在变细的一端所在的一个夹持部的端部设有挂环，所述的挂环通过柔性连接件与负重瓶连接。

优选的，所述的负重瓶包括瓶体和瓶盖，所述的柔性连接件包括链子、及连接于链子头部的卡勾，所述的卡勾与挂环连接，所述的链子的尾部与瓶盖的顶端连接，所述的配重颗粒为铅球颗粒，所述的负重瓶、链子、卡勾、尾夹、挂环具有相同的型号大小，且总重量为1g，单个铅球颗粒的重量为0.1g或0.01g。

优选的，所述的电动升降台包括水平铺设的金属滤网、设于金属滤网下方中部的浮球气囊，所述的金属滤网的两侧设有竖板，竖板的内侧端面的前后侧分别设有沿纵向设置的直线滑槽，所述的直线滑槽内滑动连接有滑块，所述的金属滤网的两端通过滑块与竖板滑动连接，所述的浮球气囊通过连接件与金属滤网的底部连接，所述的容器的侧壁外表面的顶部还设有气泵，所述的气泵通过通气软管与浮球气囊连接，所述的控制单元与气泵电性连接，并配置为对气泵的充气和抽气动作进行控制。

优选的，两侧的竖板、及容器的内壁限定实验动物的游泳范围，在实验动物游泳过程中，所述的浮球气囊的充气量满足于使金属滤网悬浮于游泳用水内，在游泳结束后，实验动物落入液面下，持续规定时间后，气泵进行充气，浮球气囊带动金属滤网上升，并将实验动物托出液面，待实验动物被取走后，气泵进行抽气，使金属滤网重新悬浮于规定深度的游泳用水内。

优选的，还包括烘干箱，所述的烘干箱的容积可供多只实验动物在游泳实验后烘干，在烘干箱的顶端设有通风孔，烘干箱内的中部设有具有散热孔的导热板，所述的导热板的上表面与烘干箱的顶部之间构成烘干空间，所述的烘干空间的侧壁上设有门，所述的导热板下表面与烘干箱底部之间构成控制室，控制室内设有温控仪、温度传感器、蓄电池、加热器，所述的温控仪与蓄电池电性连接，所述的温度传感器与温控仪通过导线信号连接，所述的温控仪与加热器电性连接，在烘干箱的外表面还设有温度调节旋钮。

优选的，所述的容器侧壁底部还设有出水管，各个容器的出水管通过总连接管连接有废液净化箱，所述的废液净化箱内设有过滤器，在废液净化箱远离总连接管的一端还设有排液管，所述的出水管、总连接管上分别设有第二电磁阀、第三电磁阀，所述的第二电磁阀、第三电磁阀分别与控制单元电性连接，所述的控制单元配置为对第二电磁阀、第三电磁阀的开闭进行控制。

优选的，所述的实验操作模块设有主界面，所述的主界面上设有当前时间显示窗口、开始按钮、结束按钮、数据导出按钮、与各个容器对应的实验组区域、设于实验组区域内的实验动物编号按钮、设于实验动物编号按钮底部的新添加按钮，相邻的实验组区域之间通过滚动条分隔，在每个实验组区域的顶部均设有用于记录实验动物从游泳开始到力竭的持续时间的游泳时间显示窗口。

本发明一种啮齿类动物负重游泳智能化实验装置具有如下有益效果：本发明实现了啮齿类动物负重游泳实验装置的智能化、自动化、及数字化改进，使用本发明可精确控制实验条件，准确记录实验结果，并可实现多个实验组同时进行实验，尤其适合于大批量的规模化动物实验。本发明的实验效率高，实验数据贴合实际，具有较高的参考价值，在实验过程中，实验动物游泳时的配重精确可调，在配重时还实施了对实验动物的保护，实验产生的废水经过过滤处理，不会污染环境。

附图说明

图1、本发明的结构示意图；

图2、本发明a处的局部结构放大示意图(左)及容器的俯视图(右)；

图3、本发明的负重调节机构及其与尾夹配合的结构示意图；

图4、本发明的实验操作模块的主界面示意图；

1：实验台，2：容器，3：计算机，4：烘干箱，5：废液净化箱，6：红外传感器，7：进水管，8：出水管，9：气泵，10：竖板；11：总连接管，12：排液管，13：控制室，14：第三电磁阀，15：万向轮，16：挡水板，17：计算机显示屏，18：通风孔，19：门,20：导热板；21：加热器，22：温控仪，23：温度调节旋钮，24：蓄电池，25：温度传感器，26：直线滑槽，27：金属滤网，28：浮球气囊，29：生命危险区，30：液面，31、卡勾，32：链子，33、瓶体，34：瓶盖，35：配重颗粒，36：尾夹，37：挂环，38：游泳时间显示窗口，39：当前时间显示窗口，40：开始按钮，41：结束按钮，42：数据导出按钮，43：滚动条，44：新添加按钮，45：实验组区域，46：实验动物编号按钮。

具体实施方式

以下所述，是以阶梯递进的方式对本发明的实施方式详细说明，该说明仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“顶”“底”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在一个实施例中，本发明一种啮齿类动物负重游泳智能化实验装置，如图1-4所示，包括用于游泳实验的容器2、负重调节机构、用于将负重调节机构连接在实验动物尾巴上的尾夹36、以及计算机实验系统，所述的负重调节机构包括负重瓶、以及容置于负重瓶内的配重颗粒35，通过调节负重瓶内的配重颗粒35的数量来使负重调节机构的总重量满足其与实验动物的体重比例要求，所述的容器2有多个，多个容器2供多个实验动物同时进行实验，在容器2的侧壁内表面上部设有红外传感器6、在容器2内侧的底部设有电动升降台，所述的计算机实验系统包括计算机3和控制单元(图中未画出)，所述的红外传感器6与控制单元通过导线信号连接，所述的控制单元配置为对电动升降台的升降进行控制，所述的计算机3与控制单元电连接，在计算机3内设有实验操作模块。现有的实验装置多是通过简单的实验工具对单个实验动物进行实验，其操作效率低，实验结果不准确，且全程依靠人工操作，实验人员劳动强度大，且无法智能化的管控。本实施例中，通过智能化管控，可实现多组实验动物同时进行负重游泳实验，实验开始后，实验过程可自动进行，极大地降低了实验人员的劳动强度，所得到的实验结果也准确可靠，例如，通过红外传感器6及计算机实验系统的配合可精确记录实验动物开始游泳的时间、以及沉入水中力竭的时间，并可在力竭后，通过电动升降台将实验动物捞出，避免实验动物死亡(存活的实验动物可以用于再次实验，可节约科研成本)，而现有的人工实验无法准确掌控上述过程，另外，通过实验操作模块在实现自动化操作的同时，还方便于对实验数据的整理、存储、以及查阅导出，使实验过程的数据处理简单高效。通常，本发明设于实验台1上，实验台1的支撑腿底部设万向轮15，万向轮设有闸片，方便移动和固定，另外在计算机和容器之间可设置挡水板16，挡水板可以为透明板，也可以是可升降的隔板，由于为现有技术内容，不做赘述。

在进一步的实施例中，如图1所示，所述的容器2的侧壁底部设有进水管7，进水管7上设有第一电磁阀(图中未画出)，通过进水管7向容器2内注入游泳用水，使液面30的高度高于电动升降台的上端的高度，并使液面与电动升降台的上端之间的深度满足实验动物游泳实验的标准，所述的红外传感器6的工作端开口于容器2的内表面，且位于液面30的上方，并与实验动物游泳时的高度相配，所述的第一电磁阀与控制单元电性连接，所述的控制单元配置为对第一电磁阀的开闭进行控制。本实施例中，需要补充游泳用水时，可通过第一电磁阀的开启精确控制进水量。

在进一步的实施例中，如图3所示，所述的尾夹36包括夹子本体，夹子本体的夹持端设有2个相互配合的夹持部，在夹持部的内表面均设有弹性软垫，且夹持部的内侧设有与实验动物尾巴的形状大小匹配的凹槽，所述的凹槽从一端到另一端渐进变细，且在变细的一端所在的一个夹持部的端部设有挂环37，所述的挂环37通过柔性连接件与负重瓶连接。本实施例中，夹子本体的主体结构与现有技术中夹持书本纸张用的夹子相同，区别在于夹持部(即用于夹住实验动物尾巴的夹子头部，通常通过扭簧的弹力将物品夹住)内侧设有软垫，防止对实验动物尾巴造成损伤，且设有凹槽，由于实验动物的尾巴是从根部到尾巴尖由粗变细的，凹槽形状大小与尾巴相配时，可更好的保护动物尾巴不被夹伤，同时动物尾巴受力均匀，可使夹持效果更牢固。

在进一步的实施例中，如图3所示，所述的负重瓶包括瓶体33和瓶盖34，所述的柔性连接件包括链子32、及连接于链子32头部的卡勾31，所述的卡勾31与挂环37连接，所述的链子32的尾部与瓶盖34的顶端连接，所述的配重颗粒35为铅球颗粒，所述的负重瓶、链子、卡勾、尾夹、挂环具有相同的型号大小，且总重量为1g，单个铅球颗粒的重量为0.1g或0.01g。本实施例中，单个铅球颗粒的重量为0.1g或0.01g，可以通过多个铅球颗粒快速配比出实验动物游泳时的负重，使负重重量精确可调，从而保证了实验结果的准确性。

在进一步的实施例中，如图2所示，所述的电动升降台包括水平铺设的金属滤网27、设于金属滤网27下方中部的浮球气囊28，所述的金属滤网27的两侧设有竖板10，竖板10的内侧端面的前后侧分别设有沿纵向设置的直线滑槽26，所述的直线滑槽26内滑动连接有滑块，所述的金属滤网27的两端通过滑块与竖板10滑动连接，所述的浮球气囊28通过连接件与金属滤网27的底部连接，所述的容器2的侧壁外表面的顶部还设有气泵9，所述的气泵9通过通气软管与浮球气囊28连接，所述的控制单元与气泵9电性连接，并配置为对气泵9的充气和抽气动作进行控制。本实施例的具体原理参考下述实施例。

在进一步的实施例中，两侧的竖板10、及容器的内壁限定实验动物的游泳范围，在实验动物游泳过程中，所述的浮球气囊28的充气量满足于使金属滤网27悬浮于游泳用水内，在游泳结束后，实验动物落入液面下，持续规定时间后，气泵9进行充气，浮球气囊28带动金属滤网上升，并将实验动物托出液面，待实验动物被取走后，气泵9进行抽气，使金属滤网27重新悬浮于规定深度的游泳用水内。本实施例中，由于对充气量的限定，即所述的浮球气囊28的充气量满足于使金属滤网27悬浮于游泳用水内，在需要将实验动物捞起来时，气泵9稍加充气，即可使金属滤网上浮，从而能够确保在精确的时间控制下，实现实验动物的打捞。竖板10可采用与容器2内壁贴合的板，容器内壁若为圆弧形，则可采用弧形板，同时弧形板不应阻挡红外传感器的工作端。

在进一步的实施例中，如图1所示，还包括烘干箱4，所述的烘干箱4的容积可供多只实验动物在游泳实验后烘干，在烘干箱的顶端设有通风孔18，烘干箱内的中部设有具有散热孔的导热板20，所述的导热板20的上表面与烘干箱的顶部之间构成烘干空间，所述的烘干空间的侧壁上设有门19，所述的导热板下表面与烘干箱底部之间构成控制室，控制室内设有温控仪22、温度传感器25、蓄电池24、加热器21，所述的温控仪与蓄电池电性连接，所述的温度传感器25与温控仪通过导线信号连接，所述的温控仪22与加热器21电性连接，在烘干箱4的外表面还设有温度调节旋钮23。本实施例中，可通过设定烘干箱4内的温度，使实验动物在舒适的条件下快速烘干，避免生病。

在进一步的实施例中，如图1所示，所述的容器侧壁底部还设有出水管8，各个容器的出水管8通过总连接管11连接有废液净化箱5，所述的废液净化箱5内设有过滤器，在废液净化箱远离总连接管11的一端还设有排液管12，所述的出水管8、总连接管11上分别设有第二电磁阀(图中未画出)、第三电磁阀14，所述的第二电磁阀、第三电磁阀14分别与控制单元电性连接，所述的控制单元配置为对第二电磁阀、第三电磁阀14的开闭进行控制。在实验结束后，由于游泳用水受到污染，需要将水排出，这时候，控制单元打开第二电磁阀、第三电磁阀14进行过滤排水，在过滤器的过滤下，可使动物的粪便、水中的污物杂质得到清除。

在进一步的实施例中，如图4所示，所述的实验操作模块设有主界面，所述的主界面上设有当前时间显示窗口39、开始按钮40、结束按钮41、数据导出按钮42、与各个容器对应的实验组区域45、设于实验组区域内的实验动物编号按钮46、设于实验动物编号按钮底部的新添加按钮44，相邻的实验组区域之间通过滚动条43分隔，在每个实验组区域的顶部均设有用于记录实验动物从游泳开始到力竭的持续时间的游泳时间显示窗口38。本实施例具体使用时，各电器元件连接电源后，启动开始按钮40，将实验动物放入容器2内(预先加入了游泳用水)，红外传感器6检测到入水信息，即实验动物开始游泳的信息，控制器接收到信号后，实验操作模块开始计时，当动物不能继续游泳，沉入水下后，红外传感器6开始检测不到实验动物的信息，此时实验操作模块计时规定时间，计时结束时，实验操作模块结束计时，并在游泳时间显示窗口38显示游泳时间，在此同时，通过控制器启动气泵，使金属滤网上浮，将实验动物托出液面，实验人员将实验动物转移至烘干箱进行烘干。需要调阅某一编号的实验动物时，仅需点击实验动物编号按钮46，即可在游泳时间显示窗口38显示该实验动物的负重游泳时间。需要将数据导出时，则点击数据导出按钮42，实验动物被托出液面时，可点击结束按钮41结束实验。