實驗動物飲用水的供應(yīng)系統(tǒng)
2023.02.21不同的機構(gòu)會根據(jù)不同的動物種屬要求，選擇不同的飲用水的供應(yīng)系統(tǒng)。當然，不同的供應(yīng)系統(tǒng)有其不同的特點，本文將圍繞常用的供水系統(tǒng)，進行初步的探討。
前言
實驗動物飲用水在動物實驗中非常重要，它是保證實驗動物質(zhì)量和動物實驗結(jié)果必要條件。減少水質(zhì)對實驗動物生理的影響因素，可使科學研究更接近真實的結(jié)果。通過了解殘留在水中有害物質(zhì)，可降低或減少對驗動物的危害，也最大限度保證實驗動物的福利。
質(zhì)量標準
GB 14925-2010《實驗動物環(huán)境及設(shè)施》已做了明確規(guī)定，基礎(chǔ)級實驗動物飲用水應(yīng)符合GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》（現(xiàn)已更升級GB5749-2022版），清潔級及其以上級別實驗動物的飲水應(yīng)達到無菌要求。
一、水中常有的成分分析
按顆粒從大到小分類：懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)、溶解物質(zhì)（離子和分子）
A、 懸浮物質(zhì)：顆粒直徑約在 10 -4 mm 以上的微粒，肉眼可見，這些微粒主要是由泥沙、粘土、原生動物、藻類、細菌、病毒以及高分子有機物組成，常常懸浮在水流之中，水產(chǎn)生的渾濁現(xiàn)象，也都是由此類物質(zhì)所造成。懸浮物是造成濁度、色度、氣味的主要來源。
B、 膠體物質(zhì)：直徑在 10 -4 mm~10 -6 mm之間的微粒，是許多分子和離子的集合物，天然水中的無機礦物質(zhì)膠體主要是鐵、鋁和硅的化合物；有機膠體物質(zhì)主要是動植物的肢體腐爛和分解而生成的腐殖物。膠體物質(zhì)由于其單位體積所具有的表面積大，故其表面具有較大的吸附能力。
C、溶解性物質(zhì)：直徑小于或等于 10 -6 mm 的微小顆粒。主要是溶于水中的以低分子存在的溶解鹽類的各種離子和氣體。
二、實驗動物飲水設(shè)備發(fā)展過程
1、高溫、高壓滅菌水
水瓶灌裝，高壓滅菌。這是傳統(tǒng)的滅菌消毒的方法，目前一些單位也在沿用。
優(yōu)點：安全可靠，不用擔心動物的生命被淹沒的危險。易于衡量所飲用水的量。
缺點:灌裝、高壓即費人工、又費能量。
2、有機超濾膜過濾殺菌
有機超濾膜可以將過濾孔徑提高到0.01微米，即10納米，超濾膜將大顆粒和膠體物質(zhì)全部去掉但不脫鹽，保留水中所有離子。經(jīng)過超濾的水進入無菌水箱，經(jīng)過殺菌后，供給動物飲用。
優(yōu)點：運行動力低，保留所有的離子，不再需要高溫高壓，設(shè)備可保證一段時間無菌。
缺點：部分超濾膜運行一段時間后會出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，影響水質(zhì)。
3、反滲透過濾
反滲透膜可以將過濾孔徑提高到0.0001微米，即0.1納米，反滲透膜可以將99.9%離子過濾掉，即日常我們說的“純水”。“純水”進入無菌水箱，經(jīng)過殺菌后，供給動物飲用。
優(yōu)點：不再需要高溫高壓，設(shè)備可保證一段時間無菌。
缺點：運行動力高，去除所有的離子，設(shè)備運行一段時間后會出現(xiàn)細菌滋生現(xiàn)象。
4、離子保留型無機納米膜過濾
北京明康自主研發(fā)采用無機納米過濾技術(shù)，只過濾細菌、有機物，保留離子，可實現(xiàn)在線殺菌，保證了用水端的時時無菌。采用模糊體感控制技術(shù)，可以在長期不用水的情況下防止無菌水箱過熱，同時外置呼吸器結(jié)構(gòu)，防止空氣中的細菌進入。
目前已被更多的用戶認可并應(yīng)用。
水瓶
水瓶可以說是最通用的供水系統(tǒng)之一，到目前為止仍然是實驗室動物供水的選擇之一，水瓶還便于為特定實驗動物種群提供定制水處理方法。
水瓶有各種形狀和容量，以滿足不同動物、飼養(yǎng)計劃和研究方案的需要。容量關(guān)系到水瓶的使用時限和回收頻率。容量的選擇應(yīng)與動物的飼養(yǎng)方式匹配，并充分考慮水瓶的回收（更換）頻率。
此外，我們還應(yīng)考慮水瓶和吸管蓋的材料。市場上的水瓶由多種材料制成，包括玻璃和各種塑料聚合物。水瓶和吸管蓋暴露在消毒化學品和蒸汽滅菌過程中會隨著時間的推移出現(xiàn)材料成分的降解。
聚合物型水瓶具有重量輕、耐用、透明、耐熱和耐化學降解的優(yōu)點，基本上替代了玻璃水瓶。它們有多種容量規(guī)格和形狀，以適應(yīng)各種各樣的實驗動物品種和動物飼養(yǎng)系統(tǒng)。其中聚丙烯、聚乙烯和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）是目前主要使用的塑料聚合物籠具材料。附在水瓶開口端的塞子或吸管蓋也有多種材料可供選擇，黑色橡膠和氯丁橡膠塞是主要類型。
在這兩種類型中，氯丁橡膠更耐重復蒸汽滅菌循環(huán)的降解；然而，由于蒸汽滅菌，兩種類型的塞子都會硬化。塞子的硬化會導致塞子中的顆粒破裂并釋放到飲用水中。這些微粒最終將被動物消耗掉，并產(chǎn)生潛在的負面后果。
自動飲水系統(tǒng)
自動飲水系統(tǒng)為減少使用水瓶提供了一個可行且可靠的替代方案。自動飲水是一種集中供水的方式，在制水間進行水的純化和處理，然后使用減壓站和分配管道網(wǎng)絡(luò)將凈化和處理后的動物飲用水輸送至各動物飼養(yǎng)室。大型動物圍欄或小動物籠架可以通過歧管連接到飲用水系統(tǒng)，以便在籠子或圍欄水平提供優(yōu)質(zhì)飲用水。
飲用閥的設(shè)計可適應(yīng)大多數(shù)實驗動物品種不同的水量要求和自然取水本能?，F(xiàn)代自動飲水系統(tǒng)設(shè)計有控制系統(tǒng)，允許每天自動沖洗房間、籠架或圍欄的分配系統(tǒng)。這些系統(tǒng)還可配備先進的監(jiān)控功能，以便在系統(tǒng)發(fā)生故障或泄漏時通知設(shè)施工作人員。
自動飲水系統(tǒng)采用兩種典型的設(shè)計方法，將經(jīng)過處理的動物飲用水分配到動物飼養(yǎng)室內(nèi)的籠架或籠具。房間或籠架沖洗系統(tǒng)所依據(jù)的原則是，一旦供水經(jīng)過處理并分配到房間或籠架，則應(yīng)用于動物飲用或沖洗至下水道。該系統(tǒng)設(shè)計避免了飲用水在房間或籠具水平溶解入污染物，然后將這些污染物帶回凈化水儲罐的可能性。自動沖洗提供了一種機制，可在規(guī)定的時間間隔、規(guī)定的持續(xù)時間和規(guī)定的時間內(nèi)進行沖洗。
相反，再循環(huán)室和籠架分配系統(tǒng)依賴于從動物飲用水儲罐到動物房和再回到儲罐的連續(xù)水流，是為實驗動物提供干凈淡水的一種方式。這些系統(tǒng)依靠額外的微濾和UV-C反應(yīng)器來減少微生物污染的可能性。循環(huán)系統(tǒng)具有節(jié)約用水的優(yōu)點；然而，再循環(huán)系統(tǒng)更容易受到微生物污染。
與水瓶系統(tǒng)相比，自動飲水系統(tǒng)通常需要更高的初始資本投資；然而，由于低運營成本和勞動力節(jié)約，自動飲水系統(tǒng)通常會在3-5年內(nèi)收回初始資本。
一次性和半一次性系統(tǒng)
水輸送解決方案的最新發(fā)展可能是一次性和半一次性系統(tǒng)。它們補充并提供了現(xiàn)有供水解決方案的可行替代方案。這些系統(tǒng)的基本特性是，它們提供了一個確定的體積，提供了各種水處理選項，并且可以通過使用專用適配器與大多數(shù)動物飼養(yǎng)系統(tǒng)一起使用，或用于特定的使用它們的飼養(yǎng)系統(tǒng)。其使用的主要理論是取代各種處理設(shè)備的投資和維護成本、勞動力成本；以及日常維護、運營和勞動力成本。
一次性解決方案：水袋和水瓶
一次性動物飲用水是一次性產(chǎn)品，為試驗中動物提供固定數(shù)量的水。這些系統(tǒng)主要用于嚙齒動物，但通過使用專門的籠式適配器，它們在一定程度上用于大動物。水通過一個特殊設(shè)計的閥門從水容器或“袋”中通過重力供給，以特定的流速供水。水袋隨著水的消耗而塌陷。水袋是完全一次性的，有些類型可以回收利用。根據(jù)設(shè)計和材料的不同，飲水閥可以在一個或多個更換周期后丟棄。
這些一次性水袋系統(tǒng)的一個好處是能夠通過生產(chǎn)運營定制水處理，以滿足一些短暫的研究需要。如果需要在動物飲用水中使用藥物，則可將硅膠貼片貼在水袋的表面，從而提供了通過小口徑針頭和注射器注射將藥物引入飲用水中的防泄漏方法。對于治療時間較短的情況，水袋的低容量可以節(jié)省藥物費用。
凝膠
動物供應(yīng)商和動物出口機構(gòu)在動物運輸過程中使用凝膠進行水分補充，凝膠具有獨特的特點，主要由半固體形式的水組成。研究表明，當在運輸過程中，同時提供水合凝膠和飼料時，動物保持良好的水分狀態(tài)，體重增加。加入營養(yǎng)素的營養(yǎng)凝膠非?？煽冢矠閿嗄虅游镞^渡到標準飲食提供了解決方案，以及增加了獸醫(yī)護理的方法，比如術(shù)后疼痛管理或給予治療藥物。
總結(jié)
作為實驗動物獸醫(yī)，我們需要給予研究者或動物設(shè)施管理者專業(yè)的參考建議，便于他們選擇合適的實驗動物飲用水供應(yīng)方式。同時，我們還需要對飲用水的供應(yīng)系統(tǒng)和水質(zhì)進行持續(xù)監(jiān)控，確保所有動物都能夠獲取足量的潔凈飲用水，確保動物的健康、福利和試驗的順利實施。
目前江蘇中輝自主研發(fā)的自動飲水系統(tǒng)是行業(yè)領(lǐng)先的實驗動物自動飲水系統(tǒng)之一。
