一种小鼠安死术操作装置的制作方法

本发明涉及动物实验器械领域，特别是涉及一种小鼠安死术操作装置。

背景技术：

根据我国相关法规标准要求，对实验动物的处死需采用安死术，从而降低或消除实验动物生命结束过程中的痛苦。相关兽医指南指出，在一定条件下对小鼠及大鼠(体重≤200g)可以接受颈椎脱臼处死法。该方法的有效实施很大程度取决于实验操作人员的规范性以及熟练度，不严谨的安死术实施不仅对实验动物造成了痛苦，同时也增加了实验操作人员消极负面的心理影响。

在实际操作中却经常出现由于实验操作人员的操作不规范、操作环境等原因导致实验动物皮肤破损、实验场地污染等情况出现。为规范实验动物福利伦理管理，保证动物福利要求，最大限度降低实验动物遭受的痛苦，减小操作人员负面心理影响，急切需要一套有效、规范的小鼠安死术操作装置，充分发挥传感器对麻醉监测的作用，通过自动化编程手段确保在对实验动物实施颈椎脱臼处死前，对其进行麻醉或者镇静。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有实验人员操作规范及熟练度的不可控性，实验环境的影响度，提供一种小鼠安死术操作装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种小鼠安死术操作装置，包括用于固定小鼠头部的头部固定板、用于固定小鼠鼠身的鼠身固定板和用于夹持鼠尾的鼠尾夹具，头部固定板和鼠身固定板沿x轴方向左右布置；所述第一电机控制所述头部固定板沿其x轴方向翻转，头部固定板上具有固定小鼠头部的固定件；所述鼠身固定板连接一安装在一弧形滑轨上的滑块，所述鼠尾夹具与一第二电机通过一连杆相连，所述连杆带动所述鼠尾夹具在垂直于第二步进电机输出轴的平面内摆动。所述第一电机和第二电机均与一用于控制电机行程的第一控制模块相连。

进一步地，所述鼠身固定板内设备重量感应器件，所述重量感应器件与所述第一控制模块相连。

进一步地，还包括操作箱，所述的头部固定板、鼠身固定板和鼠尾夹具均设置在所述操作箱内，所述操作箱至少具有进气管和出气孔。

进一步地，所述第一电机和第二电机嵌装在所述操作箱的侧壁内，所述弧形滑轨与操作箱保持固定。

进一步地，所述操作箱包括可开合的上盖以及用于感应上盖开合的第一光敏传感器。

进一步地，所述进气管上设有电磁阀，所述电磁阀与一用于控制电磁阀开闭的第二控制模块相连；所述鼠身固定板内设备重量感应器件，所述重量感应器件与第二控制模块相连。

进一步地，鼠身固定板包括平板和垂直安装于平板上的左右两个侧板，平板上设置有滑轨，侧板设置有滑槽，平板及其上的滑轨嵌套于滑槽内。

进一步地，还包括设置在所述弧形滑轨上的第二光敏传感器，所述第二光敏传感器与第一控制模块相连。

本发明的有益效果在于：本发明促进安死术相关法规标准的执行，规避因实验操作人员不规范操作行为而造成的影响，切实保证实验动物福利伦理，降低对实验操作人员的负面心理影响。

附图说明

图1为本发明装置箱体结构示意图；

图2为本发明机械结构示意图；

图3为本发明弧形转动底板机械结构示意图；

图4为本发明弧形转动底板机械结构另一种形式的示意图；

图5为本发明较为优选的电气控制系统流程图；

图6为单片机电路连接示意图；

附图1中各部件标记如下：1、头部固定板，2、鼠身固定板，3、鼠尾夹具，4、第一步进电机，5、固定件，6、弧形滑轨，7、滑块，8、连杆，9、第二步进电机，10、把手，11、流量计，12、观察窗，13、操作箱，14、进气管，15、出气孔，16、上盖，17、第一光敏传感器，18、电磁阀，19、第二光敏传感器，20、平板，21、侧板，22、侧板电机，23、丝杆。

具体实施方式

下面结合本发明附图，对本发明的技术方案进行详尽阐述，以使本发明的优点和特征更显于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚的界定。

请参阅图1至图2，本发明一种小鼠安死术操作装置，包括头部固定板1、鼠身固定板2和鼠尾夹具3。

所述头部固定板1连接有驱动头部固定板1沿其平面方向翻转的第一步进电机4，翻转的中心轴一般为头部固定板1的中心轴(该中心轴通常与x轴重合)；具体的，可以将所述第一步进电机4的输出轴直接与所述头部固定板1相连。

头部固定板1上设有固定小鼠头部的固定件5，用于固定小鼠头部；固定件5可以为一具有弹性的绑带，或其他任意的结构形式。

小鼠的鼠身固定在鼠身固定板2上，头部固定板1和鼠身固定板2没有连接关系，仅仅是在位置关系上相邻，沿x轴方向左右布置。鼠身固定板2上设置在弧形滑轨6上，具体为：鼠身固定板2连接一安装在一弧形滑轨6上滑动的滑块7，图中，所述滑块7设置在所述鼠身固定板2的底部，实际使用过程中，该滑块7也可以设置在鼠身固定板2的一侧。鼠身固定板2可以沿着弧形滑轨6滑动。

鼠尾夹具3用于夹持鼠尾，可以采用任意结构形式的夹持部件，所述鼠尾夹具3与一第二步进电机9通过一连杆8相连，连杆8带动鼠尾夹具3在垂直于第二步进电机9输出轴的平面内摆动，作为较好的方案，该平面与所述弧形滑轨6所述平面重合。具体的，图中的连杆8为一直角连杆，与所述第二步进电机9连接的一端与所述电机输出轴连接，另一端与第二步进电机9的输出轴平行。

第一步进电机4和第二步进电机9均与一用于控制电机行程的第一控制模块相连。这种用于控制电机行程的控制模块为本领域的常用模块，不属于本申请的发明创造。

本申请所述的小鼠是指体型相对较小的鼠，质量在200g以下的鼠均适用于本申请。

使用时，将小鼠头部置于头部固定板1，身体部分置于鼠身固定板2，也采用固定件(绑带)进行固定。通过第一步进电机驱动头部固定板1转动，使得小鼠头部轴向扭转一定角度(45°)。使用将固定件5(弹性绑带)箍套于小鼠颈部以固定头部。同时启动第二步进电机9，连杆8带动鼠尾夹具3在垂直于第二步进电机9输出轴的平面内摆动，从而通过鼠尾-鼠身带动鼠身固定板2沿着弧形滑轨6向上滑动，使小鼠颈椎脱臼。

在本实施例中，还包括设置在所述弧形滑轨6上的第二光敏传感器19，第二光敏传感器19与第一控制模块相连，第二光敏传感器19根据小鼠体重设置在弧形滑轨6上的响应位置，当滑块接触到第二光敏传感器19时，第二光敏传感器19即发送一电平信号给第一控制模块，第一控制模块关闭第二步进电机9运行。第二光敏传感器19的设置有利于保证安全性，避免鼠尾扯断或者避免鼠身与鼠头分离。

在本实施例中，鼠身固定板2内设有重量感应器件，重量感应器件与第一控制模块12相连，第一控制模块12可以根据重量数据控制第二步进电机9的行程，按照行业内的操作规范，具体如下：

步进电机带动连杆行程：

s＝k2·qi·b+s

式中s—连杆前端(与第二步进电机9的输出轴平行的一端)的行程；

其中，qi—区间等级，取1～10；

qi＝1：w≤20g

qi＝2：20g＜w≤40g

qi＝3：40g＜w≤60g

qi＝4：60g＜w≤80g

qi＝5：80g＜w≤100g

qi＝6：100g＜w≤120g

qi＝7：120g＜w≤140g

qi＝8：140g＜w≤160g

qi＝9：160g＜w≤180g

qi＝10：180g＜w≤200g

式中w—重量

b—步进电机单脉冲行程；

式中α—步距角，取1.8°步距角；

a—连杆长度，取5cm；

b—步进电机单脉冲行程，得0.157cm。

另外，k2—环境系数，取1～1.3；

s—基准行程，初始值取30b，即4.71cm，可调。

这种通过阈值比较进行控制的控制模块为本领域常用控制模块，不属于本申请的发明创造。这里主要是通过鼠身固定板2中重量感应器件的设置，解决适应性手术处理的问题。

在某些实施例中，还包括操作箱13，所述头部固定板1、鼠身固定板2和鼠尾夹具3均设置在操作箱13内，操作箱13至少具有进气管14和出气孔15。进气管14用于输入麻醉气体，例如二氧化碳，出气孔15用于排气。

在某些实施例中，第一步进电机4和第二步进电机9嵌装在操作箱13的侧壁内，弧形滑轨6与操作箱13固定连接。

在某些实施例中，操作箱13包括可开合的上盖16以及用于感应上盖16开合的第一光敏传感器17。

在某些实施例中，进气管14上设有电磁阀18，电磁阀18与一用于控制电磁阀18开闭的第二控制模块相连，重量感应器件与第二控制模块相连。

上述第一光敏传感器17、电磁阀18、第二控制模块的设置可以实现自动化，当第一光敏传感器17向第二控制模块输出一个闭合指令，表明上盖16已经合上，此时，第二控制模块即控制电磁阀18打开，麻醉气体通过进气管14输入到箱体，对箱体内的小鼠实行麻醉。

在某些实施例中，所述鼠身固定板2内设置的重量感应器件与第二控制模块相连。第二控制模块可以通过接受外部的指令控制电磁阀的开闭，或也可以根据如下方式控制电磁阀的打开时间，以控制进气量(进气流量按照箱体容积的20％每分钟)：

进气时间：t＝k1·qi+t

式中t—进气时间；k1—环境系数，取1～1.3；qi—区间等级，取1～10；t—基准时间，初始值取30s，可调。

qi区间等级按照小鼠重量划分，具体为：

qi＝1：w≤20g

qi＝2：20g＜w≤40g

qi＝3：40g＜w≤60g

qi＝4：60g＜w≤80g

qi＝5：80g＜w≤100g

qi＝6：100g＜w≤120g

qi＝7：120g＜w≤140g

qi＝8：140g＜w≤160g

qi＝9：160g＜w≤180g

qi＝10：180g＜w≤200g

本领域技术人员可以根据实际情况来选择第二控制模块的工作模式，上述两种工作模式均为现有技术手段，不属于本申请首次提出的内容。

在本实施例中，鼠身固定板2包括平板20和垂直安装于平板20上的左右两个侧板21。平板20上设置有滑轨，侧板21设置有滑槽，滑轨嵌套于滑槽内，使得侧板21在平板20上沿着滑轨滑动，从而实现对鼠身的夹紧。夹紧动作可以借助外力，例如图3所述的采用丝杠的形式，以及图4所示的相互吸引的磁力形式(两个侧板21具有不同极性的磁性)。

在某些实施例中，第一控制模块和第二控制模块可以集成在一个电气控制单元(单片机)上，另外配合电源模块、晶振电路、复位电路、第一a/d转换模块、第二a/d转换模块、第三a/d转换模块、继电器、第一驱动模块、第二驱动模块实现上述各项功能，具体如图6所示。

另外，本申请的装置还可以包括设置在操作箱面板上的lcd显示屏和手动按键，以及设置在操作箱内的流量传感器。

第一光敏传感器、第二光敏传感器、气体浓度传感器、流量传感器、称重传感器、第一a/d转换模块、第二a/d转换模块、第三a/d转换模块形成前向通道接入，手动按键、lcd显示屏形成人机通道接入，继电器、电磁阀、第一步进电机、第二步进电机、第一驱动模块、第二驱动模块形成后向通道接入。所述电源模块、晶振电路、复位电路、手动按键、lcd显示屏、第一光敏传感器、第二光敏传感器分别与单片机相连；气体浓度传感器、流量传感器、称重传感器分别通过第一a/d转换模块、第二a/d转换模块、第三a/d转换模块与单片机相连；电磁阀通过继电器与单片机相连；第一步进电机、第二步进电机分别通过第一驱动模块、第二驱动模块与单片机相连。

各个模块与单片机的连接为本领域的公知常识，下面以stc89c52单片机作为例进行说明：

电源模块与单片机vcc、gnd引脚相连，x1、x2引脚外接晶振电路，rst引脚外接复位电路。

手动按键与单片机p3.4引脚连接，用于控制操作装置“运行”或“停止”。

第一驱动模块1b～4b引脚分别连接单片机p2.0～p2.3引脚，1c～4c引脚连接第一步进电机，通过连杆带动鼠尾夹具作弧形摆动，第一驱动模块可采用uln2003。

第二驱动模块1b～4b引脚分别连接单片机p2.4～p2.7引脚，1c～4c引脚连接第二步进电机，连接鼠头固定底板作轴向运动，第二驱动模块可采用uln2003。

第一光敏传感器由光敏电阻和集成运放组成，串联10k电阻进行分压，输出端接10k上拉电阻连接单片机p1.0引脚，第一光敏传感器用于检测上盖开闭状态。

第二光敏传感器由光敏电阻和集成运放组成，串联10k电阻进行分压，输出端接10k上拉电阻连接单片机p1.1引脚，第二光敏传感器用于检测鼠身固定板运动过限状态。

浓度传感器通过第一a/d转换模块连接单片机p1.2、p1.3引脚对装置箱体内浓度进行监测，第一a/d转换模块可采用adc0809a/d转换芯片。

流量传感器通过第二a/d转换模块连接单片机p1.4、p1.5引脚对接入装置箱体内气体流量进行监测，第二a/d转换模块可采用adc0809a/d转换芯片。

称重传感器通过第三a/d转换模块连接单片机p1.6、p1.7引脚，对小鼠重量进行称量，第三a/d转换模块可采用hx711a/d转换芯片。

电磁阀通过继电器模块连接单片机p3.3引脚，控制接入装置箱体气体通断。当单片机p3.3高电平时，继电器闭合，电磁阀接通开始接入气体。

lcd显示可用lcd1602,d0～d7与单片机p0.0～p0.7引脚连接，rs、r/w、en与单片机p3.5～p3.7引脚连接，作为8位双向数据端。

所述晶振电路可以采用内部时钟电路，用于产生单片机工作时所需要的时钟信号。在单片机芯片外部，通过x1、x2引脚接晶体振荡器cys和微调电容c1、c2(30±10pf)形成反馈电路，构成稳定的自激振荡期。

所述复位电路可以采用上电自动复位方式，通过复位电路电容充电，在接通电源后自动实现复位操作。采用6mhz时钟，cr为22μf，rr为1kω，便能可靠复位。

以二氧化碳作为麻醉气体为例，操作步骤如下：

(1)固定：打开操作箱的上盖16，将小鼠平放于头部固定板1和鼠身固定板2上。使用固定件5套于小鼠颈部以固定头部，鼠尾夹具3夹住小鼠尾部，调节弧形轨道6处第二光敏传感器19位置。完成固定小鼠后盖上装置上盖；

(2)气体吸入性麻醉：盖紧上盖16，第一光敏传感器17即发送一电平信号至第二控制模块，第二控制模块即控制电磁阀18打开，麻醉气体通过进气管14输入到箱体，对箱体内的小鼠实行麻醉。气体通入装置箱体30秒后自动切断电磁阀。观察小鼠麻醉情况，判断小鼠意识；

(3)实施颈椎脱臼：确定小鼠麻醉失去意识，通过操作设置在箱体表面的按键屏操作启动第一步进电机和第二步进电机。通过第一步进电机驱动头部固定板1转动，使得小鼠头部轴向扭转一定角度(45°)。使用将固定件5(弹性绑带)箍套于小鼠颈部以固定头部。同时启动第二步进电机9，连杆8带动鼠尾夹具3在垂直于第二步进电机9输出轴的平面内摆动，从而通过鼠尾-鼠身带动鼠身固定板2沿着弧形滑轨6向上滑动，使小鼠颈椎脱臼。完成颈椎脱臼操作，确认小鼠生命体征。

作为优选的方案，操作箱13的一侧还安装有观察窗12，上盖16及观察窗12采用亚克力透明有机玻璃板材质。

作为优选的方案，固定件5具体为颈箍，头部固定板1处的颈箍可调节颈箍的松紧，便于紧固不同个体小鼠颈部。

作为优选的方案，操作箱13的上盖16上侧设置把手10，便于上盖提起。

作为优选的方案，弧形转动底板设置底篦，防止实验动物应激产生的排泄物污染动物身体。

作为优选的方案，鼠尾夹具3内嵌橡胶，增加夹具与鼠尾间摩擦力，避免尾部脱开情况发生。

作为优选的方案，弧形轨道6处的第二光敏传感器19位置可调，便于适应不同个体小鼠鼠尾提升距离。

作为优选的方案，通过设置二氧化碳气体接入时间，造成实验动物直接缺氧，可作为独立的安死术方式。

作为优选的方案，进气管14接口处流量计11采用玻璃管转子流量计。

作为优选的方案，操作箱13内设置喷头，用于喷洒75％乙醇对箱体内部消毒。

以上所述仅为发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，直接或间接运用到其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。