CN102703316A - 细胞暴露在纳米颗粒气溶胶中的实验设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种细胞暴露在纳米颗粒气溶胶中的实验设备，该实验设备中密闭的玻璃腔室上部有气体扩散腔提供空气和二氧化碳混合气源，下部气体收集腔连接纳米材料吸收处理器，玻璃腔室底部一侧装有密封门，内有网状平台上放置可控温度的培养液盒体用来盛放细胞培养液和细胞膜板，高压电发生器的电极连接金属电极圈及金属空心管，金属空心管上端有软管通向精确注射泵提供定量给入的纳米颗粒溶液，高压放电将送入的纳米溶液气化成气溶胶对细胞进行暴露试验。本发明有益效果是在医学研究中提供了安全、方便又能精确定量控制的细胞纳米颗粒气溶胶暴露的实验设备，用于纳米材料学、纳米毒理学、医药、卫生与环境保护等领域。

Description

细胞暴露在纳米颗粒气溶胶中的实验设备

技术领域

本发明提供一种细胞暴露在纳米颗粒气溶胶中的实验设备。

背景技术

随着纳米材料在全世界广泛应用，进而带来纳米材料的颗粒物对于生物的潜在危害也日益突显，研究纳米颗粒对于生物具体有哪些危害以及危害的程度如何是一个世界性的难题，为此在学术界逐步引起关注，开始研究用人为模拟方法进行经皮肤、经口、滴鼻经呼吸道对实验动物进行染毒实验，由于纳米材料小到足以轻易穿透细胞膜，所以更加贴近的研究方法为细胞直接暴露在纳米颗粒气溶胶中的研究。

由于目前尚无专门进行细胞在纳米颗粒气溶胶中暴露的专门方法和模拟实验设备，类似纳米暴露试验只能简单进行对实验动物试验。由于动物的个体差异性和不确定因素也严重影响实验的准确性，不能精确、严谨提供实验数据，同时由于没有密封环境，纳米颗粒气溶胶还存在一定的感染风险，严重的会威胁到实验人员的健康。再加上动物福利和保护方面要求采用更加精细化的细胞替代方法而抵制动物试验，从而制约了相关领域研究的发展。因此设计开发一种细胞暴露在纳米颗粒气溶胶中的实验方法和设备就成为当前紧迫的需要。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种细胞暴露在纳米颗粒气溶胶中的实验设备，为科学研究纳米颗粒气溶胶对于生物的危害和影响提供一种在实验中能够准确控制特定纳米颗粒气溶胶的实验设备，能有效的预防和消除可能存在的纳米颗粒物气溶胶污染扩散的安全隐患，保障了实验操作人员的健康。可以广泛的应用在纳米材料研究、相关疾病预防控制、生物危害的病理、药理等多个领域的科学研究中。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种细胞暴露在纳米颗粒气溶胶中的实验设备，其中：该实验设备包括有一个密闭的玻璃腔室，玻璃腔室内上部设有密封气体扩散腔，密封气体扩散腔连通空气源和二氧化碳气源，所述玻璃腔室内下部设有一个网状平台及一个气体收集腔，气体收集腔下端连接有纳米材料吸收处理器，网状平台上放置连接有电子控温装置的培养液盒体，培养液盒体内放置有细胞膜板，密封气体扩散腔下端连接有穿过密封气体扩散腔的金属空心管，金属空心管与培养液盒体之间设有金属电极圈，在密封气体扩散腔上部通过调节螺母调节金属空心管能够上下移动，在密封气体扩散腔上部通过软管分别固定连接有带精确注射泵的注射针管，一个高压电发生器接220伏特电源，输出的可调节高压有阳极和阴极两个电极，其中的一个电极通过导线与连接金属电极圈相连，另一个电极通过导线与金属空心管相连，玻璃腔室底部一侧装有一个密封门。

本发明的效果是采用该设备对细胞暴露在纳米颗粒气溶胶中进行实验，可以安全准确的提供进行细胞暴露在纳米颗粒气溶胶中的实验设备及其实验方法，首先使其安全性良好，它密闭的腔体、气体扩散系统、气体收集系统和专业设计的纳米材料吸收处理器既可以将实验细胞维持在特定气体环境中正常生存又能够确保纳米气溶胶不被泄漏进而造成对操作人员和环境的危害。其次利用高压放电原理和精确注射泵组成的电晕场气化纳米颗粒气溶胶能够保证实验是能够使分散均匀的纳米颗粒气溶胶来对实验细胞进行暴露染毒实验，大大提高了实验的精度和准确性。第三是有精确控制温度和提供细胞培养液的细胞生存基础，保证实验细胞除了暴露在纳米颗粒气溶胶这一个影响力因素之外，其他条件都符合正常生存条件。从根本上消除了实验中其他干扰因素，为科学评估实验结果提供了保证。第四由于使用试验细胞就可以直接进行暴露染毒实验而不用实验动物可以更加符合世界水平的减少动物试验和保护动物福利的替代原则，也可以大大简化试验的复杂程度，更加减少试验成本，由于纳米材料小到足以轻易穿透细胞膜，所以更加贴近的研究方法，提高试验的针对性和精确性。

本发明细胞暴露在纳米颗粒气溶胶中的实验设备为细胞在纳米颗粒气溶胶中暴露的科学研究，也为现代纳米材料科学、纳米毒理学、职业卫生与环境保护、生理学、药理学、医药卫生学等领域提供了更加安全、便捷、可靠、科学、严谨、精确、专业的模拟实验设备。

附图说明

图1为本发明设备的结构示意图；

图2为本发明结构中细胞暴露在纳米颗粒气溶胶中的局部结构示意图。

图中：

1、玻璃腔室  2、密封气体扩散腔  3、空气源  4、二氧化碳气源

5、调节螺母  6、软管  7、注射针管  8、注射泵

9、高压电发生器  10、金属电极圈  11、密封门  12、网状平台

13、纳米材料吸收处理器  14.气体收集腔  15、培养液盒体

16、电子控温装置  17、细胞膜板  18、金属空心管  19、实验细胞

20、细胞培养液  21、电晕场  22、纳米颗粒气溶胶

具体实施方式

结合附图及实施例对本发明的细胞暴露在纳米颗粒气溶胶中的实验设备结构加以说明。

如图1、2所示，本发明的细胞暴露在纳米颗粒气溶胶中的实验设备，该实验设备包括有一个密闭的玻璃腔室1，玻璃腔室1内上部设有密封气体扩散腔2，所述密封气体扩散腔2是由多孔材料制成空心腔饼状体。

密封气体扩散腔2连通空气源3和二氧化碳气源4，所述玻璃腔室1内下部设有一个网状平台12及一个气体收集腔14，气体收集腔14下端连接有纳米材料吸收处理器13，网状平台12上放置连接有电子控温装置16的培养液盒体15，培养液盒体15内放置有细胞膜板17，密封气体扩散腔2下端连接有穿过密封气体扩散腔2的金属空心管18，金属空心管18与培养液盒体15之间设有金属电极圈10，在密封气体扩散腔2上部通过调节螺母5调节金属空心管18能够上下移动，在密封气体扩散腔2上部通过软管6分别固定连接有带精确注射泵8的注射针管7，一个高压电发生器9接220伏特电源，输出的可调节高压有阳极和阴极两个电极，其中的一个电极通过导线与连接金属电极圈10相连，另一个电极通过导线与金属空心管18相连，玻璃腔室1底部一侧装有一个密封门12。

所述培养液盒体15采用金属材料制作的碗状结构，碗状结构内的空间能够安放细胞膜板17，并且在细胞膜板17下部留有培养液的空间。所述培养液盒体15及金属电极圈18均被固定在绝缘材料制作的架子上，能够防止漏电伤人及耐受高压放电造成的电离腐蚀，金属空心管18上端连接有耐腐蚀绝缘材料做成的空心软管6，经空心软管6连通精确注射泵8内的注射器针管7。

所述高压电发生器9中的高电压调节装置将输出电压控制在0－30kv范围内，高压电发生器9的阳极输出通过导线连接到金属电极圈10，高压电发生器9的阴极输出通过导线连接金属空心管18的向下尖嘴，或将高压电发生器9的阴极输出通过导线连接金属电极圈10，高压电发生器9的阳极输出通过导线连接金属空心管18的向下尖嘴，形成电晕场21。

本发明的细胞暴露在纳米颗粒气溶胶中的实验设备功能是这样实现的：

接通电源，将在密闭的玻璃腔室上部的由电子程序控制提供的新鲜的空气和二氧化碳气体混合，保持定量送入到玻璃腔室1内通过一个多孔材料做成内部饼状空心腔体结构的密封气体扩散腔2，将混合气体扩散出来均匀分布给玻璃腔室1内充满整个内部空间后保证细胞的生存环境要求，从上向下流动的气体收集到下部气体收集腔14进入纳米材料吸收处理器13，以便于将暴露用过的含有纳米颗粒的气体顺利吸附过滤后安全排出。

根据不同纳米颗粒溶液电化学特性可以将高压电发生器9的阳极输出连接一个金属电极圈10，高压电发生器9的阴极电极连接金属空心管18向下的尖嘴，形成上阴下阳的结构，也可以相反安装形成上阳下阴的结构。然后调节金属空心管18上边的调节螺母5。根据浓度的要求使金属空心管18下端尖嘴和金属电极圈10中心点之间的不同距离，浓度要求越高距离则越大，最后开启高压电发生器9，并根据上述调好的金属空心管18下端尖嘴和金属电极圈10中心点的距离，调节出所需要的高电压数值，使之能够产生最合适的电晕场21。

将实验用的纳米颗粒溶液吸入注射针管7后放入精确注射泵8内，按照所需要的浓度要求设定好精确注射泵8的注射速度和运行时间，然后连接到软管6再到金属空心管18的上端，开始时运行精确注射泵8匀速提供纳米颗粒溶液，通过软管6提供给入的纳米颗粒溶液注入金属空心管18上端到金属空心管18下端尖嘴输出，在电晕场21作用下，纳米颗粒溶液急速气化的气溶胶在重力作用下均匀散落在细胞膜板17上表面的实验细胞19上，对其进行暴露染毒实验直到运行时间结束自动停止。

实施例：

使用本发明进行细胞暴露在纳米颗粒气溶胶中的实验设备，实验时提前准备好要暴露的已经培养好的带有实验细胞的细胞膜板17，配置好合适的细胞培养液20，溶解好的纳米颗粒溶液22。接通电源，将在密闭的玻璃腔室1上部的密闭气体扩散腔2提供新鲜的空气和二氧化碳气体的混合气体，混合气体输入后很快从密闭气体扩散腔2的多孔材料密布的细小圆孔的空心腔饼状体中扩散出来，均匀分布给玻璃腔室1内保持定量送入到玻璃腔室内充满整个内部空间后，从密闭气体扩散腔2下部气体收集腔14经过纳米材料吸收处理13后安全排出，以保证细胞生存环境要求，以便于将暴露用过的含有纳米颗粒的气体顺利吸附过滤后安全排出。

开启玻璃腔室1一侧设于正中间的密封门11，在网状平台12上放置好培养液盒体15，打开电子温度控制装16控制温度在37摄氏度，并向培养液盒体15内注入一定容量的细胞培养液体20，然后将接种好实验细胞的细胞膜,17放入已经注入好细胞培养液的小碗状的培养液盒体15内，细胞培养液体20的容量应该能浸没细胞膜板17下表面又不淹没整个细胞膜板17，以保证细胞既可以不断绝营养供应又可以暴露细胞在气态的环境中，控温系统使培养液盒体中小碗内的温度始终保持在37摄氏度，以保证细胞正常生存温度。

关闭好密封门11，保持细胞生存在空气与二氧化碳的混合气体环境中，根据不同纳米颗粒溶液电化学特性可以将其阳极输出连接一个金属电极圈10，另一个阴极电极连接其正上方的尖嘴向下的金属空心管18，形成上阴下阳的结构，也可以相反安装形成上阳下阴的结构，然后调节金属空心管18上边的调节螺母5，根据浓度的要求使金属空心管18下端尖部和金属电极圈10中心点的不同距离，浓度要求越高其间距离越大。最后开启高压电发生器9，并根据上述调好的距离调节所需要的高电压数值，使之能够产生最合适的电晕场21。将实验用的纳米颗粒溶液吸入注射针管7后放入精确注射泵8内，按照所需要的浓度要求设定好精确注射泵8的注射速度和运行时间，然后连接到软管6再到金属空心管18上端，运行开始时精确注射泵8匀速提供纳米颗粒溶液22，通过软管6注入到金属空心管18上端再到金属空心管18下端尖嘴输出，在电晕场21作用下，纳米颗粒溶液22急速气化的气溶胶在重力作用下均匀散落在细胞膜板17上表面的实验细胞19上对其进行暴露染毒实验直到运行时间结束。

关闭高压电发生器9和精确注射泵8，切断高压电源和纳米颗粒溶22的供应，仍然打开着电子温度控制装置16，继续保持培养液盒体15控制温度在37摄氏度，同时提供新鲜空气和二氧化碳混合气体一段时间后，开启密封门11，取出细胞膜17，对实验细胞进行相关科学检测和分析进而获得实验结果。

Claims (5)

1.一种细胞暴露在纳米颗粒气溶胶中的实验设备，其特征是：该实验设备包括有一个密闭的玻璃腔室（1），玻璃腔室（1）内上部设有密封气体扩散腔（2），密封气体扩散腔（2）连通空气源（3）和二氧化碳气源（4），所述玻璃腔室（1）内下部设有一个网状平台（12）及一个气体收集腔（14），气体收集腔（14）下端连接有纳米材料吸收处理器（13），网状平台（12）上放置连接有电子控温装置（16）的培养液盒体（15），培养液盒体（15）内放置有细胞膜板（17），密封气体扩散腔（2）下端连接有穿过密封气体扩散腔（2）的金属空心管（18），金属空心管（18）与培养液盒体（15）之间设有金属电极圈（10），在密封气体扩散腔（2）上部通过调节螺母（5）调节金属空心管（18）能够上下移动，在密封气体扩散腔（2）上部通过软管（6）分别固定连接有带精确注射泵（8）的注射针管（7），一个高压电发生器（9）接220伏特电源，输出的可调节高压有阳极和阴极两个电极，其中的一个电极通过导线与连接金属电极圈（10）相连，另一个电极通过导线与金属空心管（18）相连，玻璃腔室（1）底部一侧装有一个密封门（12）。

2.根据权利要求1所述的细胞暴露在纳米颗粒气溶胶中的实验设备，其特征是：所述密封气体扩散腔（2）是由多孔材料制成空心腔饼状体。

3.根据权利要求1所述的细胞暴露在纳米颗粒气溶胶中的实验设备，其特征是：所述培养液盒体（15）采用金属材料制作的碗状结构，碗状结构内的空间能够安放细胞膜板（17），并且在细胞膜板（17）下部留有培养液的空间。

4.根据权利要求1所述的细胞暴露在纳米颗粒气溶胶中的实验设备，其特征是：所述高压电发生器（9）中的高电压调节装置将输出电压控制在0-30kv范围内，高压电发生器（9）的阳极输出通过导线连接到金属电极圈（10），高压电发生器（9）的阴极输出通过导线连接金属空心管（18）的向下尖嘴，或将高压电发生器（9）的阴极输出通过导线连接金属电极圈（10），高压电发生器（9）的阳极输出通过导线连接金属空心管（18）的向下尖嘴，形成电晕场（21）。

5.根据权利要求1所述的细胞暴露在纳米颗粒气溶胶中的实验设备，其特征是：所述培养液盒体（15）及金属电极圈（18）均被固定在绝缘材料制作的架子上，能够防止漏电伤人及耐受高压放电造成的电离腐蚀，金属空心管（18）上端连接有耐腐蚀绝缘材料做成的空心软管（6），经空心软管（6）连通精确注射泵（8）内的注射器针管（7）。

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