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军事医学年月第卷第期,,,,军事医学年月第卷第期,,,,
手持式液体气溶胶豚鼠肺递送装置的研制及应用
仇洪影,张丽丽,孙毅,邓永强,周冬生,杨文慧
[摘要]目的针对目前豚鼠实验模型气溶胶吸入接种途径相对局限的现状,研制一种手持式液体气溶胶豚鼠肺
递送发生装置。方法根据豚鼠的体型以及呼吸系统解剖结构特征,设计手持式液体气溶胶豚鼠肺递送发生装置,
并对装置的成雾效果、气溶胶发生剂量准确性、气溶胶空气动力学粒径、生物活性损失率等性能进行测试验证,同时
制定标准操作规程。结果完成了装置设计加工、性能验证与标准操作规程制定。装置发生的气溶胶肉眼观察粒
45°50µμl
子分布均匀,喷雾方向为正前方,角度约为,成雾效果良好;每次发生的气溶胶剂量约为,且无统计学差异
>±µμm
(P);气溶胶发生剂量准确,重复性佳;发生生理盐水的气溶胶空气动力学质量中值直径为(),粒
>
径较小,易于进入肺部;大肠杆菌和寨卡病毒经装置雾化后,其生物学活性未见明显损失(P)。结论成功研
制手持式液体气溶胶豚鼠肺递送装置,满足豚鼠气溶胶吸入接种精确定量的需求,操作简便,可广泛应用于豚鼠的
气溶胶吸入感染、吸入免疫和吸入治疗等研究。
[关键词]手持式;肺递送装置;气溶胶;豚鼠
R318A
[中图分类号][文献标志码]
1674⁃‐9960202203⁃‐0188⁃‐.1674⁃‐
[文章编号]()DOI:
Developmentandapplicationofahand⁃heldliquidaerosolpulmonary
deliverydeviceforguineapigs
QIUHong⁃ying,ZHANGLi⁃li,SUNYi,DENGYong⁃qiang,ZHOUDong⁃sheng,YANGWen⁃hui*
InstituteofMicrobiologyandEpidemiologyAcademyofMilitaryMedicalSciencesAcademyofMilitarySciences
(,,,
Beijing100071China
,)
*CorrespondingauthorE⁃‐******@
,:
Todevelopahand⁃‐heldliquidaerosolpulmonarydeliverydeviceforguineapigsbyaerosolinha⁃‐
[Abstract]Objective
′´'and
Methods
theanatomicalstructureoftherespiratorysystemaguineapighand⁃‐heldliquidaerosolpulmonarydeliverydevicewas
,
designedtheperformanceofwhichwasevaluatedinvolvingtheobservationofthesprayeffectaccuracyoftheaerosolized
,,,
volumeaerodynamicparametersoftheaerosolizedparticlesandthecomparisonofthelossrateofbiologicalactivities.
,

,Results,

distributedviavisualinspectionthespraydirectionwasstraightforwardtheanglewasabout45°.Therewasnostatistically
,,
significantdifferenceintheaerosoldoseeachtimeanditwasabout50µμl>
(P),
±
()
µ
,Escherichiacoli
viruswerenotstatisticallydamagedafteraerosolizedbythedevice>⁃‐heldliquidaerosol
(P)Conclusion

quantificationofpulmonarydeliveryinguineapigsisuser⁃‐friendlyandcanbewidelyusedintheresearchofaerosol
,
inhalationinfectioninhalationimmunityandinhalationtherapyofguineapigs.
,
hand⁃‐heldpulmonarydeliverydeviceaerosolguineapigs
[Keywords];;;
2016YFC1202600
[基金项目]国家重点研发计划项目()
E⁃‐******@
[作者简介]仇洪影,女,硕士,研究方向:公共卫生,:
100071
[作者单位]军事科学院军事医学研究院微生物流行病研究所,北京
E⁃‐******@
[通讯作者]杨文慧,:
万方数据
20223463MilMedSciVol46No3Mar202220223463MilMedSciVol46No3Mar2022189
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90µμm
动物模型对于研究人类疾病发生机制及预防的螺旋形沟槽,螺旋形沟槽即为分散通道,可
100µμm
策略至关重要。在小动物中,豚鼠的生理、病理和使液体样品以螺旋状流入内径的喷孔,进而
2
免疫反应特征更接近人类,因此,多种传染性细菌被雾化成气溶胶。装置加工成品如图所示,装置
1~450µμl
和病毒性疾病均采用豚鼠建模[],而且豚鼠是研究配备定量柱,每个定量柱发生量为。在使用装
5~7
先天性感染和性传播疾病的公认动物模型[]。置时,注射筒通过向后拉动活塞杆装载液体,然后
豚鼠模型常见的接种方式是皮下和滴鼻途将定量柱安装到活塞杆上,推动活塞向前移动使定
891011
径[,],也有灌胃[]和***接种[]的报道。然而,在量柱之间紧密排列,根据发生剂量取下相应数量的
吸入感染、吸入免疫和吸入治疗研究中,皮下和滴定量柱,将递送管插入到豚鼠气管隆突处,最后通
鼻途径均不能很好地模拟动物肺部吸入病原体气过快速向前推动活塞杆将液体气溶胶递送到豚鼠
溶胶、疫苗或药物气溶胶的真实情况。目前,用于肺部。
气溶胶动物吸入建模较常见的装置是动物气溶胶
12~17
吸入暴露装置[],但这些装置通常为大型设备,操
作复杂,价格昂贵,样品需要量大,损耗较多,递送
剂量个体差异较大,导致其应用受到一定限制。因
此,研制一种成本低、损耗小、操作简单且精确定量
的气溶胶豚鼠肺递送装置是建立气溶胶吸入豚鼠
模型的重要需求。
1装置设计与加工集成
、细节图(A)和
***图(B)
.
活塞杆;注射筒;连接头;递送管;微型喷雾装置;喷孔;
.
螺旋导流器;递送管内壁
部分经声门插入气管直至气管隆突,通过位于递送
管最前端的微型雾化装置将装载的样品溶液定量
雾化,雾化生成的气溶胶从隆突处直接喷入左右主
支气管,随后进入豚鼠肺部,从而达到精确剂量样
品气溶胶豚鼠肺部递送的目的。

与加工集成
图2手持式液体气溶胶豚鼠肺递送装置成品图
装置由注射筒、活塞杆、连接头、递送管、喷雾
61A
装置、定量柱共部分组成。如图所示,注射筒

用于装载液体样品,其内部为内径的精密参数
高硼硅玻璃管,外部包覆不锈钢壳体,设计最大储
300µμl手持式液体气溶胶豚鼠肺递送装置的主要参
液量为。注射器出口端通过连接头与递送管1
300µμm数如表所示。
入口端紧密对接。递送管为内径的不锈钢
135°
毛细管,其入口端与出口端管径呈弯曲,出口表1手持式液体气溶胶豚鼠肺递送装置技术参数
端边缘设计成圆角,以减少插入过程对豚鼠气管的
技术参数项目参数值
损伤。
递送管外径

封,通过缓慢抽提活塞杆可将液体样品经递送管抽递送管内径

吸至注射筒内储存,通过快速推进活塞杆可将液体喷孔内径
50µμl
样品从注射筒迅速排入递送管,在管壁狭窄的递送单次最小雾化剂量
300µμl
管内形成高速液流,流入微型喷雾装置从而完成雾注射筒储液量
1B
化。如图所示,递送管的出口端内部安装有由螺
2手持式液体气溶胶豚鼠肺递送装置的性能验证
旋导流器和喷孔组成的微型喷雾装置。螺旋导流
300µμm400µμm
器为圆柱体结构,圆柱体外径,长,
100µμl
与递送管的内壁接触抵靠,
万方数据
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3>
生理盐水,一次性喷向空中,直接观察气溶胶粒子因素方差分析显示组数据间无统计学差异(P

分布、雾化扩散角度、喷雾方向。)。以上结果表明该装置发生的气溶胶发生剂
,且重复性好。
气溶胶豚鼠肺递送装置装载生理盐水发生液,然后

将递送管出口端插入管盖提前打孔的离心管表2手持式液体气溶胶豚鼠肺递送装置发生剂量
50µμlµμl
中,单次发生量,发生完成后将离心管离心并测试结果()
用移液枪测量离心管内液体体积。喷雾次数ˉ±
生理盐水12345xs
±
第组
先开启小型生物气溶胶沉降评测舱,±
第组
样口,±
200µμl/30s第组
内发生生理盐水气溶胶,发生量次,后
TSI3321
关闭舱内风扇,使用空气动力学粒径谱仪,

测试生理盐水气溶胶粒子空气动力学质量中值直
5L/min15s气动力学结果显示,生理盐水经手持式液体气溶胶
径,采样流量,采样时间。
豚鼠肺递送装置发生的粒子空气动力学质量中值
±µμm
直径平均值为(),表明该装置发生气溶
和寨卡病毒发生液分别经手持式液体气溶胶豚鼠
胶粒子的粒径较小且容易进入豚鼠肺部。
肺递送装置雾化后再次收集进行生物活性测定。

大肠杆菌发生液的生物活性通过方板涂板计数
气溶胶豚鼠肺递送装置对大肠杆菌和寨卡病毒生
测得;寨卡病毒发生液通过空斑实验测定生物活
物活性损失测定结果显示,大肠杆菌和寨卡病毒经
性。与此同时,将雾化前的发生液分别作为对照>
装置雾化后,其生物学活性未见明显损失(P
组,进行生物活性损失比较。
,图)。


采用软件进行统计学分
ˉ±
析。符合正态分布的计量资料用xs表示;在发生
3
剂量准确性测试中,组实验数据与理论值比较采
3
用单样本t检验,组间比较采用单因素方差分析;
在雾化过程生物活性损失测定实验中,先检验数据
的正态性,满足正态分布用配对t检验,不满足正态
Wilcoxon>
分布则用检验,以P认为差异无统计
学意义。图4手持式液体气溶胶豚鼠肺递送装置雾化大肠杆菌(A)和
寨卡病毒(B)的生物活性损失测定


45°
布均匀,喷雾方向为正前方,角度约为,成雾效规程
3
果良好(图)。
首先,将注射器出口连接部深入样品液中,向
5A
后拉动活塞,加载样品液(图);然后将递送管连
5B
接安装,安装定量柱(图),向前推动活塞,使所有
定量柱紧密排列,取下相应数量的定量柱进行定量
雾化准备;将豚鼠麻醉后腹部朝上置于工作台上,
上门齿嵌入固定线,调整头部在台上的位置,前肢
用弹性绑带固定,胸腹部和臀部嵌入夹柱,绑带固
定臀部,将工作台调整到需要的实验角度以进行实
图3手持式液体气溶胶豚鼠肺递送装置成雾效果5C
验(图);左手持喉镜,右手持肺递送发生装置,在
,将喉镜沿舌背弯度轻柔插
235D
果如表所示,经t检验分析显示,组实验数据与入,至舌根部轻轻挑起会厌软骨,暴露声门(图);
50µμl3>
相比无统计学差异(组均P);同时用单观察豚鼠声门开合情况,待声门开放,右手持肺递
万方数据
雾化前雾化后世蜒捆鞋龌痭
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军事医学年月第卷第期,,,,军事医学年月第卷第期,,,,
送装置将递送管迅速插入气管内,递送管插入深度
8~9cm5E【参考文献】
(图);左手放下喉镜,持注射器前端固定
1Padilla⁃‐
递送管,右手快速推动活塞将样品气溶胶递送至肺[],,,etal

5F[],,
部,拔出递送管,完成实验(图)。4324-340.
():

[],,,etal

[],
2006103269988-9992.
,():
3BaumbachCMSchrödlWNenoffPModelingdermato⁃‐
[],,,etal.
phytosisGuineapigskinexplantsrepresentahighlysuitable
:

[],
20204718-16.
,():
4RuhlCRPaskoBLKhanHSMycobacteriumtuberculosis
[],,,etal.
sulfolipid⁃‐1activatesnociceptiveneuronsandinducescough
-.
[],,():
5ContrerasHWussowFFernández⁃‐AlarcónCMVA⁃‐vec⁃‐
[],,,etal.
toredpentamericcomplexPCandgBvaccinesimprovepreg⁃‐
()
nancyoutcomeafterguineapigCMVchallengebutonlygBvac⁃‐
,

[](),,
4182.
():
6RankRGBowlinAKReedRLCharacterizationofchla⁃‐
[],,,etal.
mydialgenitalinfectionresultingfromsexualtransmissionfrom
maletofemaleguineapigsanddeterminationofinfectiousdose
图5手持式液体气溶胶豚鼠肺递送实验标准操作规程
-6154.
[],,():
⁃‐
4讨论[],,,etal
italcytomegalovirustransmissionImplicationsforvaccinedevel⁃‐
:
-S73.
[],,():
⁃‐
通过喷雾成雾效果的直观观察、发生气溶胶剂量准[],,,etal

[],
确性测定、雾化粒子空气动力学质量中值直径和雾2017811648.
,():
化样品生物活性比较的方法进行性能验证,结果显9KumarMKrauseKKAzouzFAguineapigmodelofZika
50µμl[],,,etal.
.
示,该装置单次喷雾体积约,定量较精确;在成[],,():
45°10JiJJYanHXiangPThedistributionofquetiapineand
雾效果直观观察中,装置成雾角度约为,气雾均[],,,etal.
7⁃‐hydroxyquetiapineinguineapighairrootsandshaftsafter
匀,方向为正前方无倾斜;该装置产生的气溶胶粒repeatedadministrationExplorationofthemechanismofdrug
±:
子空气动力学质量中值直径较统一,为()
µμm[],,():
,装置稳定性良好;分别对雾化前后的大肠杆菌1042-1051.
⁃‐
[],,,etal
和寨卡病毒液体生物活性进行比较,
[],,
置的雾化过程对其生物活性无损失。8111437.
():
12AfshariAZeidler⁃‐ErdelyPCMckinneyWDevelopment
综上所述,本研究成功研制手持式液体气溶胶[],,,etal.
andcharacterizationofaresistancespotweldingaerosolgenera⁃‐
豚鼠肺递送装置,并建立了气溶胶豚鼠肺递送实验

[],,
标准操作规程。与皮下感染和滴鼻接种途径比较,12708-719.
():

肺递送方式能更好地模拟豚鼠气溶胶感染的实际[],,,etal
single⁃‐animalwhole⁃‐bodysystemforinhalationexposureJ.
情况;与其他气溶胶发生装置比较,如全身或口鼻[]
LabAnim200837133-40.
,,():
暴露系统,研制的装置样品有效利用率显著提高,14DabischPAKlineJLewisCCharacterizationofahead⁃‐
[],,,etal.
装置成本低且组装简单,
[]
Toxicol2010223224-233.
直接精确定量雾化成气溶胶的目标,操作过程简,,():

便,同时解决了微量、剪切力敏感和热敏感等特殊[],
systemPreclinicalplatformdevelopmentandarespiratory
:
生物样品的气溶胶化难题,可应用于吸入感染、
[]
ToxicolMethods200449139-55.
入免疫、吸入治疗和医学防护等多领域研究。同,,():
16YiJChenBTSchwegler⁃‐BerryDWhole⁃‐bodynanoparticle
时,手持式液体气溶胶豚鼠肺递送实验标准操作规[],,,etal.
.
[],():
程的建立,使气溶胶豚鼠肺递送实验的步骤相对规17.
[]李劲松,杨文慧,何春雷,等动物气溶胶吸入暴露装置的研制
范,-5.
[]中国医学装备,,():
2021-02-20
成熟的操作方法和技术手段。(杨兆弘编辑收稿)
万方数据
爹陈辫