CN104498356B - 一种细胞培养基中大气颗粒物采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种细胞培养基中大气颗粒物采集装置。目前雾霾中颗粒物的毒性研究不深入的主要原因是PM2.5颗粒物提取难，毒性评价不全面。本发明的筒体用两块隔板分隔成三层；膜固定架嵌套在筒体上层；多张滤膜分层放置在膜固定架上；上部隔板的底部和下部隔板的顶部均固定有紫外灭菌灯；导气软管通过铁环固定在筒体中层；导气软管的上端伸入膜固定架底部，下端穿过下部的隔板；导气软管上设有流量计和可调泵；U型管设置在筒体下层，且外端伸出筒体外；温度测定控制系统、加热系统、可调泵和紫外灭菌灯均与定时器串联后接入总电路。本发明可避免大气颗粒物毒性评价过程中存在颗粒物提取复杂，提取过程中污染物缺失，造成评价不全面的问题。
Description
技术领域
本发明属于环境毒理学领域，具体涉及一种细胞培养基中大气颗粒物采集装置。
背景技术
空气为地球生命繁衍和人类发展的基础，它的状态和变化，时时处处影响到人类的活动与生存。2013年，中国雾霾问题严重，各地爆发大面积雾霾。以北京为例，仅1月份就出现了26天雾霾天气。雾霾天气的出现，对人类健康造成了严重影响，增加了呼吸道感染发病率和其他并发症的产生几率。尤其是PM2.5颗粒物，其与较粗的大气颗粒物相比，具有粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。
然而目前对于雾霾中颗粒物的毒性研究并不深入，大量研究只是通过大数据形式来说明PM2.5的升高与呼吸道疾病住院人数或肺癌发病率呈正相关，缺少基础试验研究及理论支持。其主要原因是PM2.5颗粒物提取难，其中包括提取过程复杂。目前PM2.5颗粒物的提取主要采用将采集PM2.5颗粒物的聚四氟乙烯滤膜放入2ml的无菌水中进行水域超声，然后干燥，称取质量，再用无菌水配置含PM2.5的暴露液，并将其在-20℃保存，待细胞毒性测试时使用。这种方法存在以下三个缺陷：1、排除了PM2.5中可溶性颗粒物；2、颗粒物提取过程中可能存在凝结，造成粒径改变；3、暴露过程为一次性暴露，与实际蓄积性暴露存在较大区别，因此目前对PM2.5提取方法具有缺陷，造成毒性评价不全面。
现阶段有关大气细颗粒物收集装置以及灭菌装置已取得一定的成果，专利号为201010208349.6、发明名称为“三通道大气颗粒物采样器”的专利即提供了一种采集不同粒级大气颗粒物的装置；专利号为201110408426.7、发明名称为“PM2.5级粉尘收集及所携带病菌杀灭的净化处理装置”的专利提供了一种粉尘灭菌的装置；但上述两种装置尚无法应用于大气颗粒物对细胞的毒性评价中。为此，有必要研究和开发新型的、集大气颗粒物收集、灭菌、细胞暴露为一体的装置，为大气颗粒物毒性评价提供新的技术和思路，这对于降低大气细颗粒物的环境风险和对人群健康的危害具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种高效、操作简单、污染物收集全面的细胞培养基中大气颗粒物采集装置，克服大气颗粒物提取复杂，提取过程中易造成部分污染物缺失、难以准确反映PM10和PM2.5对人体各组织细胞危害的缺陷，使大气细小颗粒物毒性评价更为准确。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
本发明包括筒体、颗粒物过滤系统、颗粒物除菌系统和细胞暴露系统；所述的筒体为顶部开放、底部封闭的圆筒形，内壁用两块隔板分隔成上层、中层和下层；所述的颗粒物过滤系统包括膜固定架和滤膜；所述膜固定架的底部封闭，整体嵌套在筒体的内壁上层；多张滤膜分层放置在膜固定架上；所述的颗粒物除菌系统包括铁环、紫外灭菌灯和导气软管；上部隔板的底部和下部隔板的顶部均固定有紫外灭菌灯；所述的导气软管设置在筒体中层，整体沿竖直方向呈螺旋状，并通过铁环固定；导气软管的上端穿过上部的隔板并伸入膜固定架底部，下端穿过下部的隔板；导气软管的下端设有流量计和可调泵；所述的细胞暴露系统包括温度测定控制系统、加热系统和U型管；筒体的下层侧壁开设有细胞培养皿进口，门板盖住细胞培养皿进口；所述的U型管整体设置在筒体下层，且外端伸出筒体外；导气软管的下端及U型管伸出筒体外的一端均设有单向阀；所述的温度测定控制系统和加热系统均设置在筒体下层，组成控温系统；所述的温度测定控制系统、加热系统、可调泵和紫外灭菌灯均与定时器串联后接入总电路。
所述的筒体固定于可调三脚架上。
所述的紫外灭菌灯配有开关，可调节紫外线强度，也可手动调节紫外暴露时间。
所述的筒体下层和门板的内侧壁均涂有隔热层。
所述的细胞暴露系统还包括培养皿放置平台，所述的培养皿放置平台设置在筒体底部。
气体由导气软管的顶部流向底部时其上的单向阀打开，气体由U型管的内端流向外端时其上的单向阀打开。
本发明具有的有益效果：
本发明集大气颗粒物收集和细胞毒性暴露于一体，可避免现有大气颗粒物毒性评价过程中存在大气颗粒物提取复杂，提取过程中污染物缺失，从而造成评价不全面的问题，使大气颗粒物污染物毒性评价有机地与当地污染物监测数据结合，全面准确地评价不同区域大气污染物毒性特点。本发明操作简便，设计巧妙，易于实施，便于运输，毒性评价准确。
附图说明
图1 为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种细胞培养基中大气颗粒物采集装置，包括筒体、颗粒物过滤系统、颗粒物除菌系统和细胞暴露系统；筒体固定于可调三脚架10上；筒体为顶部开放、底部封闭的圆筒形，内径为25cm，内壁用两块隔板分隔成上层、中层和下层，上层高15cm，中层高25cm，下层高30cm；颗粒物过滤系统包括膜固定架1和滤膜2；膜固定架1的底部封闭，整体嵌套在筒体的内壁上层；两张滤膜2分两层放置在膜固定架1上；颗粒物除菌系统包括铁环3、紫外灭菌灯4和导气软管5；两个紫外灭菌灯4固定在上部隔板的底部，另外两个紫外灭菌灯4固定在下部隔板的顶部；导气软管5设置在筒体中层，整体沿竖直方向呈螺旋状，并通过铁环3固定；导气软管5的上端穿过上部的隔板并伸入膜固定架1底部，下端穿过下部的隔板；导气软管5的下端设有流量计8和可调泵14，确保进入气流的稳定性；细胞暴露系统包括温度测定控制系统7、加热系统9、培养皿放置平台11和U型管15；筒体的下层侧壁开设有细胞培养皿进口，门板12盖住细胞培养皿进口；筒体下层和门板12的内侧壁均涂有隔热层16；培养皿放置平台11设置在筒体底部；U型管15整体设置在筒体下层，且外端伸出筒体外；导气软管5的下端及U型管15伸出筒体外的一端均设有单向阀6；气体由导气软管5的顶部流向底部时其上的单向阀6打开，气体由U型管15的内端流向外端时其上的单向阀6打开，无气流条件下单向阀6自动闭合，防止试验停止后外界细菌进入；温度测定控制系统7和加热系统9均设置在筒体下层，组成控温系统，保证细胞处在正常暴露温度条件下。温度测定控制系统7、加热系统9、可调泵14和所有紫外灭菌灯4均与定时器13串联后接入总电路，定时器13可根据试验要求设置暴露时间。
膜固定架1的高度为5cm，可安放不同孔径的滤膜2。
紫外灭菌灯4配有开关，可调节紫外线强度，也可手动调节紫外暴露时间。
该细胞培养基中大气颗粒物采集装置的工作原理：
先打开可调泵14，调节进入导气软管5的空气流量至试验所需的肺活量，并设置好每分钟呼吸次数，然后打开温度测定控制系统7和加热系统9，调节筒体下层的温度至细胞正常生长所需的温度。参数调节好后，将无菌水注入U型管15中，防止外部细菌进入，影响试验结果；然后将培养有细胞的无菌细胞培养皿通过细胞培养皿进口放于培养皿放置平台11上，导气软管5的下端和U型管15的内端均插入无菌细胞培养皿中，在定时器13上设置好暴露时间。工作时，可调泵14将外界空气抽至滤膜2，筛去大粒径颗粒物，获得所需的小粒径颗粒物。外界空气经滤膜2过滤后，进入导气软管5，接受紫外灭菌灯4照射，对颗粒物进行灭菌，灭菌后的颗粒物进入无菌细胞培养液中，多余气体通过U型管15排出，进入空气。试验结束后，由于导气软管5和U型管15内无空气流动，两个单向阀6均自动闭合，取出无菌细胞培养皿，检测细胞的生化指标，对大气颗粒物进行毒性评价。
该细胞培养基中大气颗粒物采集装置集大气颗粒物收集和细胞毒性暴露于一体，可避免现有大气颗粒物毒性评价过程中存在大气颗粒物提取复杂，提取过程中污染物缺失，从而造成评价不全面的问题，使大气颗粒物污染物毒性评价能有机地与当地污染物监测数据结合，全面准确地评价不同区域大气污染物毒性特点。
Claims (6)
1. 一种细胞培养基中大气颗粒物采集装置，包括筒体、颗粒物过滤系统、颗粒物除菌系统和细胞暴露系统，其特征在于：
所述的筒体为顶部开放、底部封闭的圆筒形，内壁用两块隔板分隔成上层、中层和下层；所述的颗粒物过滤系统包括膜固定架和滤膜；所述膜固定架的底部封闭，整体嵌套在筒体的内壁上层；多张滤膜分层放置在膜固定架上；所述的颗粒物除菌系统包括铁环、紫外灭菌灯和导气软管；上部隔板的底部和下部隔板的顶部均固定有紫外灭菌灯；所述的导气软管设置在筒体中层，整体沿竖直方向呈螺旋状，并通过铁环固定；导气软管的上端穿过上部的隔板并伸入膜固定架底部，下端穿过下部的隔板；导气软管的下端设有流量计和可调泵；所述的细胞暴露系统包括温度测定控制系统、加热系统和U型管；筒体的下层侧壁开设有细胞培养皿进口，门板盖住细胞培养皿进口；所述的U型管整体设置在筒体下层，且外端伸出筒体外；导气软管的下端及U型管伸出筒体外的一端均设有单向阀；所述的温度测定控制系统和加热系统均设置在筒体下层，组成控温系统；所述的温度测定控制系统、加热系统、可调泵和紫外灭菌灯均与定时器串联后接入总电路。
2.根据权利要求1所述的一种细胞培养基中大气颗粒物采集装置，其特征在于：所述的筒体固定于可调三脚架上。
3.根据权利要求1所述的一种细胞培养基中大气颗粒物采集装置，其特征在于：所述的紫外灭菌灯配有开关，可调节紫外线强度，也可手动调节紫外暴露时间。
4.根据权利要求1所述的一种细胞培养基中大气颗粒物采集装置，其特征在于：所述的筒体下层和门板的内侧壁均涂有隔热层。
5.根据权利要求1所述的一种细胞培养基中大气颗粒物采集装置，其特征在于：所述的细胞暴露系统还包括培养皿放置平台，所述的培养皿放置平台设置在筒体底部。
6.根据权利要求1所述的一种细胞培养基中大气颗粒物采集装置，其特征在于：气体由导气软管的顶部流向底部时其上的单向阀打开，气体由U型管的内端流向外端时其上的单向阀打开。
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