浅谈GLP实验动物自动化供水系统

浅谈GLP实验动物自动化供水系统

牛立业、杨鹏举、袁志刊、邢军

中国电子系统工程第四建设有限公司  河北省石家庄市 050000

摘  要：GLP监管机构规定应对水质进行定期的质量评估，《实验动物环境及设施》GB14925中明确要求，普通环境设施的动物饮水应符合GB5749中的规定，屏障环境设施、隔离设备的动物饮水应灭菌处理，达到无菌要求。常见的实验动物饮水方式有饮水瓶供水和水嘴供水两种方式，其中水嘴供水一般采用自动化供水系统，水质具有可控性、卫生性和人力成本低等优点。

关键词：实验动物  自动化供水  饮水瓶  无菌

1.引言

常见的实验动物饮水方式一般采用饮水瓶给实验动物供水，比较适合应用在小型实验室的小型动物，如小鼠、大鼠等。工作人员每周至少需要换水1-2次，并且要经常检查水瓶状况，防止水瓶漏水造成动物溺亡或者水瓶口异物堵塞造成小鼠脱水死亡。

动物在饮水过程中，口内的食物颗粒、唾液和细菌会随着喝水的同时倒流入水瓶，造成微生物污染，为确保实验动物的健康和防止交叉感染，水瓶需要定期进行清洗和消毒。一般采用水瓶清洗机及灭菌器对水瓶进行清洗及高温杀菌。

另一种是采用自动供水系统，其原理是通过制水站将城市自来水净化和化学处理，在保证动物饮用水中含有适当的矿物质离子的同时，保证水的无菌性；然后高压变频泵将清洁的饮用水通过SUS316L不锈钢管道输送至各个动物房，通过减压站和中央控制器，将水压稳定在合适的压力和流量；通过终端安装在笼架上的饮水支管和饮水阀，使动物能够自由地舔食清洁卫生的饮用水。在此自动供水项目上,整套系统的设计都围绕着确保动物饮用水水质完全符合国家对实验动物饮用水的相关水质标准，在保持水质高度稳定性的同时，为工人提供最大保护，为实验室管理提供最大的便利，也为整个项目运作提供最佳的投资回报。

2.动物饮水的水质

实验动物的饲养环境分普通环境、屏障环境和隔离环境。普通环境设施的动物饮水应符合 GB5749中的规定;屏障环境设施、隔离设备的动物饮水应灭菌处理,达到无菌要求。通常屏障环境设施中的实验动物采用高压高温灭菌，或者采用盐酸将PH值(即酸化水)调至2.5-3.0之间。隔离设备中无菌动物饮用水采用高温高压的灭菌。

3.实验动物自动供水系统

(1)房间管路分配系统

屏障环境设施洁净区内的给水管道和管件,应选用不生锈、耐腐蚀、无浸出和连接方便可靠的管材和管件

房间分配管路系统将水通过压力站送至不同的连接点，管道采用SUS316L不锈钢材质，主要是将制水站的水直接送至各个动物房。房间分配管路系统特点及优势：

不锈钢管路和接头经处理钝化后，能使用于在游离氯含量在 0-10ppm并且pH至少5.0以上的原水，或者在水酸化至少 pH为2.6的水中使用。

洁净连接件设计提供了一套持续的，光滑的，内联式管道，以保证水流畅通于整个系统。

洁净连接件设计保证在管道完全连接时，管道边缘和配合台阶处无间隙，无裂缝。

在快速连接件端口的内腔确保小于2-1/2直径长度，以确保在水冲洗换水时，能使微生物污染几率最小化。

带快速接口的连接软管用于连接房间分配系统管路和动物笼架，软管具有几种规格以及不同的配件类型，并且具有快速接口，允许快速插拔软管。快速连接软管特点及优势。

聚合物软管，材质为PVDF，被认为是一种非常干净的材料，能耐高浓度的化学品，能适用于氯化环境和酸化环境。

可灭菌，耐120摄氏度高温

极佳的记忆力（不易变形）

极具韧性，不易折弯造成管径变小。

抗缠结，抗磨损，抗水解，抗氧化，抗臭氧化

无塑料或罗伟接口

符合饮用水原件无毒标准

能接受氯含量从0.5到50 ppm

能接受酸性环境达2.5 pH

连接软管                     软管接头

(2)减压站

减压站建议运行压力为30-80千帕，可以使实验动物自动供水系统中的饮水阀性能达到最佳状态，实时提供符合要求的动物饮用水。操作面板总成中包含高/低压力调整器，可以从低压转换成高压以进行冲洗，从而提高水质。冲洗操作包含高压/低压减压阀、高精度流量传感计、压力传感器、 高压冲洗隔膜阀等构成。在调压站能够监控供水系统的压力和流量。

(3)饮水支管和饮水阀

1)动物实验室笼架支管使用304不锈钢，安装在笼架上。饮水阀直接安装在支管上，支管一般根据笼盒尺寸进行定做。笼架支管和接头经处理钝化后，能使水中游离氯含量在0-10ppm并且pH至少5.0以上的原水，或者在水酸化至少pH为2.6的水中使用。

             饮水支管                     支管接头

2)饮水阀是自动供水系统的核心部件之一，饮水阀根据实验动物的种类选择不同的样式。

饮水阀

支管和饮水阀特点及优势

能耐高温，最大可承受149摄氏度

排水阀能允许排放或手动支管排放

通过模式允许冲洗整个支管和分配管路。

支管使用两个灵活的软管连接于分配管路，软管采用不锈钢编制，聚偏氟乙烯   （PVDF）内衬，1/2英寸（12.70mm）直径，柔性连接，方便安装及调整。

(4)控制系统

控制系统PLC采用西门子smart系列、显示屏，以及相配套的控制柜、配电箱、PLC程序，具有报警/查看/设置功能，实时查看水压/流量、累计流量、异常情况报警、用户登录等功能，是专为实验室设施设计的监测和控制系统。

该系统提供安全实时数据收集功能以及集中化的警报和消息通知，这种模块化的系统设计允许添加设备和传感器，从而满足设施的变更需求。

自动饮水控制系统可进行以下操作功能设置：

允许用户自行设置房间冲洗时长，范围为1分钟到4分钟

允许用户自行设置笼架冲洗时长，范围为15秒到4分钟

根据用户定义的开始时间控制系统冲洗，最少72小时1次

在减压站后端安装压力传感器，并提供低压力报警信号给客户

在房间管道上安装精密流量传感器，提供实时饮水量，并通过PLC及控制系统统计累计饮水量，并提供异常低流量/高流量报警

系统还配有移动端WEB界面；可供客户在移动端（手机）上实时查看各实时参数、报警信息、历史记录等内容

(5)系统运行模式选择

为最大程度地避免供水系统生物膜滋生，一般提供两套设计方案供客户选择，分别是冲洗模式和循环模式。

冲洗模式，顾名思义是通过单向 SUS316L不锈钢管路上根据笼架排放的方位，设置控制电磁阀，通过电子控制装置使用高压将每天管道中剩余的实验动物未消耗完的饮用水排放掉，并同时补充新鲜的饮用水的过程。

循环模式，是将送往动物房的饮用水通过 SUS316L不锈钢管道返回到反渗透去离子水储罐，并通过循环泵不间断运行，以保持饮用水不断循环，以达到抑制细菌生长的目的。

自动饮水系统中，考虑到水源中已经加氯，循环模式无论从系统安全性和日常运行费用方面考量均不占优势，因此通常推荐采用全自动冲洗模式。

4.结论

水瓶饮水是传统的实验动物饮水方式，已被广泛的应用在各大实验动物设施中。但随着实验动物行业的发展，实验设施面积不断扩大，动物饲养量也随之大幅度提高。自动饮水系统具有以下明显优势：

（一）节省人力成本

实验动物自动饮水系统，提高了动物供水的统一性，省去传统水瓶供水方式中的水瓶更换、清洗、灭菌等工作，降低了人员劳动强度，完全消除了水瓶饮水繁复、耗时的工作，为动物设施的每一只动物提供24小时持续、高质量恒定不变的饮用水。

（二）保护动物安全

1、实验动物自动饮水系统是全封闭的、可自动消毒、全系统无污染，可保障实验动物的饮水安全。

2、软件平台可实时监测、记录、报警，无水流、漏水、消毒失败、系统异常运行都尽在掌控之中。

（三）水质稳定可靠、消除实验变量

1、无菌过滤系统对用户端水源进行预处理、过滤和无菌处理，通过房间分配系统输送至动物房。

2、不锈钢分配管路系统，消除死角，避免细菌滋生。

3、自动控制系统定时对分配系统管道进行冲洗、消毒。

综上，GLP实验动物自动饮水系统采用多级净化技术、全自动控制、水质监控与报警系统，保证所有动物都能够获取稳定的、足量的、洁净的饮用水，最终确保动物的健康、福利和试验的顺利实施。

参考文献

[1]GB14925-2023实验动物 环境及设施

[2]GB 19489-2008 实验室生物安全通用要求

[3]GB 50346-2011 生物安全实验室建筑技术规范

[4]GB50447-2008 实验动物设施建筑技术规范

[5]NMPA GMP（2010） 中国GMP 2010年修订版

[6]中国药典2020 0261 制药用水

[7]GB5749-2022 生活饮用水卫生标准

[8]CNAS-RL08;2017实验动物饲养和使用机构认可规则