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VR技术在动物生物实验室装修中的应用

12.25.2020
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动物实验室也叫实验动物房,它是指适宜于饲养、繁育实验动物的建筑物。这类建筑应具有特定的环境要求和实验手段,以保证动物的品质和实验研究的准确可靠性。根据对微生物的控制程度可分为:开放系统、屏障系统和隔离系统。

01)动物实验室分类及标准
根据实验动物微生物控制标准,可将实验动物分为四级,分别是普通动物、清洁动物、无特殊病原体动物、无菌或栖生动物。

02)动物实验室对动物学实验的影响
a.动物实验对实验设施要求高,部分实验不具备开展要求
动物实验室的建设在设计参数、通风空调系统、照明系统、通讯系统、监控系统、供水系统、供电系统、消防设施、消毒灭菌设备、动物饲养笼具等都有特殊的要求。对研究人员、动物、物品的移动路向、清洁消毒、处理动物尸体及废弃化学物品和废水处理也有严格要求。由于一些危险的或外源性病原体对个体有很高的致死性危险,并且可以通过空气途径进行传播,因此对这些病原体进行操作则需要较高的生物安全等级动物实验室,所以一些实验较难开展。

b.因空间局促,大型动物实验受限
受已建成的动物实验室建设规模限制,大型动物的实验很难开展。受空间限制,大型动物的饲养数量有限,在实验内容设置上会减少对这类动物的使用数量 ,对实验数据结果可能会存在偏倚。

c.生物安全威胁
实验动物在生产、使用过程中,存在感染、繁殖病原体的可能以及向环境扩散的危险,对人和环境产生生物安全威胁。因此动物实验室洁净区、半污染区和污染区的布局划分显得尤为重要。实验室还应相对宽阔,这样才能放置不同的仪器设备以避免形成交叉感染。所用实验动物涉及小型动物和大型动物,有的动物具有攻击性,且有携带人兽共患病原体的不确定性,动物的麻醉及保定过程中存在危及实验动物和操作人员人身安全问题。

d.投资要求高
建设一个符合要求的动物实验室的投入需要的资金大,且后续维护费用也相对较高。受资金影响,动物实验室的数量和种类可能受限制,导致动物学实验的开展也受到相对影响。

03)虚拟现实技术

虚拟现实技术(英文名称:Virtual Reality,缩写为VR),是20世纪发展起来的一项全新的实用技术。虚拟现实技术囊括计算机、电子信息、仿真技术于一体,其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感。随着社会生产力和科学技术的不断发展,各行各业对VR技术的需求日益旺盛。VR技术也取得了巨大进步,并逐步成为一个新的科学技术领域。虚拟现实技术受到了越来越多人的认可,用户可以在虚拟现实世界体验到最真实的感受,其模拟环境的真实性与现实世界难辨真假,让人有种身临其境的感觉;同时,虚拟现实具有一切人类所拥有的感知功能,比如听觉、视觉、触觉、味觉、嗅觉等感知系统;最后,它具有超强的仿真系统,真正实现了人机交互,使人在操作过程中,可以随意操作并且得到环境最真实的反馈。


04)虚拟现实技术在动物实验室中的应用

a.节约投资,避免浪费
将VR技术应用于动物学实验能够有效地解决动物实验室对动物学实验影响的众多问题。只需投入一笔资金构建虚拟动物学实验室,便能够长期使用而无需考虑原材料购置、废弃物处理等问题,大大节省开支,特别是在做分子生物学实验时,在不消耗昂贵的实验试剂情况下,也能达到预期的实验效果,减少了实验经费开支。

b.容易实现,内容丰富
相较于传统动物学实验需要准备实验,虚拟实验室通过不断更新软件就可以满足不同实验的需求,许多在传统实验中极难进行的实验,在VR技术的支持下可以方便、直观地模拟出来,实验内容更为丰富;且虚拟实验室不受地域、时期的影响,可以随时展开相应的实验,实验的准备过程大大缩短,相当快捷方便。

c.可重复操作,安全风险低
实验人员在虚拟实验室中可以重复进行实验操作,从而更深入地了解实验过程与原理。操作过程中无需担心交叉感染,职业暴露等生物安全问题。

d.节省时间,增加实验内容设置,特殊实验易于实现
虚拟仿真动物实验可以设置一般动物实验室较难完成的实验活动操作。虚拟仿真动物实验操作打破了现实实验操作对时间的要求和限制。在现实实验中动物的保定麻醉需要一个过程,实验后的恢复也较为缓慢,一些实验还要涉及实验后的护理。而在虚拟仿真实验操作中可以缩短这些工作的完成时间。

e.实验过程可控,结果相对准确
虚拟实验中,可以通过计算机实时监控操作过程,对于VR技术模拟下的实验,其结果可以进行准确评价。

f.可对实验室平面布局漫游
通过VR技术可对动物实验室建筑平面工艺布局漫游,可查看动物实验室的各楼层及房间设施设备情况,并且可以设置房间和设施设备的整体情况介绍及语音播报,达到身临其境的作用。
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05)虚拟现实技术在动物实验室中应用应注意的问题
a.应与实际实验相结合
虚拟实验不可完全替代真实的实验操作,而实验的本源是锻炼实验人员的实际动手能力。当前的VR技术还无法模拟实验操作时的手感、温度、力度等抽象感官;也无法感受实在实验室中的温度、湿度、压力等实际情况。因此,虚拟实验与实际实验相结合才能达到最佳效果。

b.应注重生物安全培训
在虚拟实验室进行实验过程时,容易忽略现实实验中存在的生物安全问题,忽略实验的危险隐患[11],以及真正发生危险时的应对反应及应对措施,所以在开展虚拟实验的同时,还应注重生物安全的相关培训。



3
VR技术是21世纪快速发展的信息技术,它的发展对动物实验领域具有重要的意义和影响。它可以作为现实实验的补充与辅助,增加理论知识的转化,为技术人员的培养创建了新的方式。但是在虚拟实验室的应用中也要注意其不足,并注重采取有效措施予以解决,降低虚拟实验室带来的负面影响,充分发挥虚拟实验室的积极作用。

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