CN105223111A - 环境可吸入颗粒体外安全检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环境可吸入颗粒体外安全检测装置及方法。该安全检测装置包含环境可吸入颗粒物采样单元、颗粒物暴露单元等，所述颗粒物暴露单元包括气液界面暴露装置。该检测方法包括：将待测物置入气液界面暴露空间；向所述气液界面暴露空间输入环境可吸入颗粒物，并使所述环境可吸入颗粒物在所述气液界面暴露空间内均匀分布，同时监测进入所述气液界面暴露空间的环境可吸入颗粒物浓度；经过预设时间后，检测所述待测物暴露于所述环境可吸入颗粒物后所受影响。利用本发明可以高仿真的模拟真实人体暴露环境，并更为准确地检测细胞暴露于可吸入颗粒后所产生的毒害影响。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种环境可吸入颗粒体外安全检测装置及方法，属于环境安全评估领域。
背景技术
近年来，我国深陷雾霾天气的困扰中，相关环境监测结果一再出现“严重污染”的现象，因此，民众也加大了对于大气环境污染严重性的关注。造成雾霾天气的主要原因是空气中存在大量的细颗粒物（PM2.5），它除了可以长时间滞留在空气中，还非常容易成为其它环境污染物的运载体，这些特性也使得当民众长时间暴露在雾霾环境下，对健康具有巨大的危害风险。此外，纳米科技是我国目前非常热门且发展十分迅速的技术，其在日常生活用品、药物、电子及半导体等工业的应用均具有重要的影响。然而纳米相关产品在制造、运送及使用的过程中非常容易将纳米颗粒释放至空气中，使环境中产生更多粒径更小的超细颗粒物（PM0.1）。这些悬浮在空气中的PM0.1是否可能继雾霾之后，成为下一个重要环境污染物，将是我们必须重视的问题。为了保障民众健康受到环境可吸入颗粒物的威胁，进行可吸入颗粒物对人体危害效应的相关研究是迫切需要的。
目前，相关可吸入颗粒物的毒性评估，大多是先利用采样仪器收集环境可吸入颗粒物后，经过适当的前处理步骤及分类，再进行相关实验检测。但是前处理步骤可能改变其物理及化学特性，使得评估无法完整呈现实际环境颗粒物的毒性效应。此外，颗粒物的细胞毒性评估大多利用传统的浸没暴露法来进行。一般而言，浸没法对于可溶性毒性物质是一个简单且经过充分证明的有效检测方法，但用于可吸入颗粒物的毒性检测则可能会有以下问题产生：1）对于吸入性暴露的颗粒物而言，浸没法与其实际生物体暴露途径差距甚大。当颗粒物经由呼吸进入人体后，主要暴露位置为肺部的表皮细胞，这层表皮细胞使颗粒物与肺脏内部组织形成气/液界面暴露机制；2）可吸入颗粒物可能吸附培养液中营养物质以及与其它颗粒物碰撞而导致其产生聚集的现象，使颗粒物粒径大幅增大；3）由于悬浮在培养液的可吸入颗粒物可能不会短时间沉降，因此，实验无法准确判断细胞与颗粒物的反应暴露剂量。上述问题都可能使浸没法对环境颗粒物的毒性效应评估产生干扰。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种环境可吸入颗粒体外安全检测装置及其方法，以准确地检测细胞暴露于可吸入颗粒后所产生的毒害影响，从而克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
一种环境可吸入颗粒体外安全检测装置，包含：
环境可吸入颗粒物采样单元，至少用于采集具有选定尺寸的环境可吸入颗粒物，并将所述环境可吸入颗粒物输入至少一颗粒物暴露单元；
以及，颗粒物暴露单元，包括：
气液界面暴露装置，至少用于提供可容置待测物和所述环境可吸入颗粒物的气液界面暴露空间，且在所述气液界面暴露空间内，所述待测物暴露于所述环境可吸入颗粒物。
进一步的，所述颗粒物暴露单元还包括：颗粒物分析器，至少用于监测进入所述气液界面暴露空间的环境可吸入颗粒物浓度。
作为较佳实施方案之一，所述环境可吸入颗粒体外安全检测装置还包括：
壳体单元，至少用于提供可容置颗粒物暴露单元的容纳空间。
进一步的，所述壳体单元还可包括：
温度控制装置，至少用于控制所述容纳空间内的温度状态；
其中，所述温度控制装置可以包括：
加热和/或制冷元件，至少用于对所述容纳空间进行加热和/或制冷，
温度传感器，至少用于监测所述容纳空间内的温度，以相应调控所述加热和/或制冷元件的升降温状态，从而使所述容纳空间内的温度维持在设定范围，尤其优选使所述容纳空间内的温度维持在37±1℃。
进一步的，所述环境可吸入颗粒物采样单元还可包括：
携带气流控制装置，至少用于提供稳定气流，以将所述环境可吸入颗粒物携带进入所述颗粒物暴露单元，
以及，流量监控装置，至少用于监测和调控进入所述颗粒物暴露单元的气流量。
进一步的，所述颗粒物暴露单元还可包括：
培养液连续供给系统，至少用于向气液界面暴露装置的气液界面底层循环提供新鲜培养液。
进一步的，所述颗粒物暴露单元还可包括：
尾气收集系统，至少用于收集未沉降在待测物上的环境可吸入颗粒物。
更进一步的，所述尾气收集系统还可包括：
抽气单元，至少用于将未沉降在待测物上的环境可吸入颗粒物收集至至少一尾气收集单元内，
以及，尾气收集单元。
在一实施案例中，可在尾气收集单元内提供选定回收液体，通过将该选定回收液体与所述环境可吸入颗粒物接触，从而实现所述环境可吸入颗粒物的回收，防止或减少颗粒物逸散对操作者产生不利影响。
进一步的，所述环境可吸入颗粒体外安全检测装置还可包括颗粒物缓冲混合区，所述颗粒物缓冲混合区分布于所述颗粒物分析器与所述流量监控装置之间。
其中，所述颗粒物缓冲混合区可分布于所述壳体单元的容纳空间内。
在一较为典型的实施方式中，所述气液界面暴露空间可以包含仿真生物体肺部暴露环境。
一种环境可吸入颗粒体外安全检测方法，包括：
将待测物置入气液界面暴露空间；
向所述气液界面暴露空间输入环境可吸入颗粒物，并使所述环境可吸入颗粒物在所述气液界面暴露空间内均匀分布，同时监测进入所述气液界面暴露空间的环境可吸入颗粒物浓度；
经过预设时间后，检测所述待测物暴露于所述环境可吸入颗粒物后所受影响。
其中，所述待测物可选自各类细胞或液态待测物，但不限于此，例如，其中所述液态待测物可包含脱氧核醣核酸分子或核醣核酸分子等。
与现有技术相比，本发明的积极效果包括：提供的环境可吸入颗粒体外安全检测装置及方法能够兼顾并解决传统环境可吸入颗粒物评估方法的各项问题，高仿真的模拟了真实人体暴露环境，从而能更为准确地检测细胞等暴露于可吸入颗粒后所产生的毒害影响，在环境大气监测及毒性评估领域有广泛应用前景。
附图说明
图1为本发明的环境可吸入颗粒体外安全检测装置的示意图；
图2为本发明的环境可吸入颗粒体外安全检测装置的模块图；
图3为本发明的环境可吸入颗粒体外安全检测方法的步骤流程图；
附图标记说明：1-1：可吸入颗粒安全检测装置；1-2：壳体单元；1-3：环境可吸入颗粒物采样单元；1-4：颗粒物暴露单元；1-5：容纳空间；1-6：温度控制装置；1-7：携带气流控制装置；1-8：流量监控装置；1-9：气液界面暴露装置；1-10：颗粒物分析器；1-11：培养液连续供给系统；1-12：尾气收集系统；1-13：颗粒物缓冲混合区；1-14：抽气单元；1-15：尾气收集单元；1-16：可吸入颗粒物；1-17：可吸入颗粒物浓度。
具体实施方式
鉴于现有技术的诸多不足，本案发明人基于多年从事环境大气监测及毒性评估的研究开发和实际经验，提出一种环境可吸入颗粒体外安全检测装置及其方法，作为改善包括前文所述传统方法的现有技术的缺点的实现方式与依据。
本发明的一个方面提供了一种环境可吸入颗粒体外安全检测装置，其可包含：
环境可吸入颗粒物采样单元，至少用于采集具有选定尺寸的环境可吸入颗粒物，并将所述环境可吸入颗粒物输入至少一颗粒物暴露单元；
以及，颗粒物暴露单元，包括：
气液界面暴露装置，至少用于提供可容置待测物和所述环境可吸入颗粒物的气液界面暴露空间，且在所述气液界面暴露空间内，所述待测物暴露于所述环境可吸入颗粒物，
颗粒物分析器，至少用于监测进入所述气液界面暴露空间的环境可吸入颗粒物浓度。
进一步的，该环境可吸入颗粒体外安全检测装置还可包含壳体单元，其具有容纳空间，可容纳其它检测单元。
进一步的，该壳体单元具备温度调控功能，以提供细胞等待检测物适合生长的环境（37±1℃）。
其中，环境可吸入颗粒物采样单元具有颗粒空气动力学直径筛选功能，该单元可以依据评估对象的需求而适当更换。
本发明的另一个方面提供了一种环境可吸入颗粒体外安全检测方法，其可包含以下步骤：
将待测物置入气液界面暴露空间；
向所述气液界面暴露空间输入环境可吸入颗粒物，并使所述环境可吸入颗粒物在所述气液界面暴露空间内均匀分布，同时监测进入所述气液界面暴露空间的环境可吸入颗粒物浓度；
经过预设时间后，检测所述待测物暴露于所述环境可吸入颗粒物后所受影响。
以下将参照相关图示及实施例来详细说明本发明的技术方案。
请参阅图1所示为本发明一典型实施例中环境可吸入颗粒体外安全检测装置的结构框图。该环境可吸入颗粒体外安全检测装置1-1包含环境可吸入颗粒物采样装置1-3、颗粒物暴露单元1-4、颗粒物分析器1-10。其中，环境可吸入颗粒物采样装置1-1用以采集环境中的可吸入颗粒物1-16，输送至颗粒物暴露单元1-4的气液界面暴露空间，该颗粒物分析器1-10用以计算气液界面暴露空间的可吸入颗粒物浓度1-17。
再请参阅图1所示为本发明一典型实施例中一种环境可吸入颗粒体外安全检测装置1-1的结构示意图，该可吸入颗粒安全检测装置包含壳体单元1-2、环境可吸入颗粒物采样单元1-3和颗粒物暴露单元1-4。
进一步的，所述壳体单元1-2具有容纳空间1-5，至少用于放置颗粒物暴露单元。
优选的，所述壳体单元1-2内还具备温度控制装置1-6，用以控制容纳空间1-5的温度状态。
更进一步的，所述温度控制装置1-6可通过在壳体单元1-2的内壁上配置加热和/或制冷元件（例如，加热板、制冷板等）来实现，并根据温度传感器对容纳空间1-5的温度监测来调控加热和/或制冷元件的升降温状态，使容纳空间的温度维持在合适的范围，适于待测物中活性组织（例如，细胞）生长或存活的37±1℃。
进一步的，所述环境可吸入颗粒物采样单元1-3具有采集特定空气动力学直径颗粒的功能，以采集特定粒径大小的环境可吸入颗粒物。
更进一步的，所述环境可吸入颗粒物采样单元1-3还具有携带气流控制装置1-7，用以提供稳定气流，从而将环境可吸入颗粒物输入至颗粒物暴露单元1-4中。
更进一步的，还可在颗粒物暴露单元1-4的输入口设置流量监控装置1-8，用于监测并调控进入颗粒物暴露单元的气流量。
进一步的，所述颗粒物暴露单元1-4可包括气液界面暴露装置1-9、颗粒物分析器1-10、培养液连续供给系统1-11、尾气收集系统1-12和颗粒物缓冲混合区1-13。
其中，所述气液界面暴露装置1-9可提供一个仿真生物体肺部暴露环境。
其中，所述颗粒物分析器1-10用于计算进入暴露空间的可吸入颗粒物浓度。
其中，所述培养液连续供给系统1-11将由颗粒物暴露单元的气液界面底层来循环提供诸如细胞等待测物生长所需的新鲜培养液，以减少培养液对可吸入颗粒物的干扰。
其中，所述尾气收集系统1-12则可以通过抽气单元1-14将未沉降在细胞上的可吸入颗粒物收集在尾气收集单元1-15中，以减少可吸入颗粒物逸散对操作者产生不良影响。
其中，所述携带气流控制装置1-7可选用能够持续提供CO2与空气混合气体的供气装置，通过控制气体中CO2的比例使后续颗粒物暴露单元中的气体组分维持在适合特定待测物的生长条件。
其中，所述尾气收集系统1-12可包含抽气单元1-14和尾气收集单元1-15。
该抽气单元1-14可选用真空泵，该尾气收集单元1-15优选采用可以盛装特定回收液体的收集单元，颗粒物进入收集单元并与收集液接触后，可以达到回收颗粒物的效果。
请参阅图3，本实施例的环境可吸入颗粒体外安全检测方法主要包含下列步骤：
S1：提供一个气液界面暴露空间，用于放置待测物；
S2：输送一定浓度的环境可吸入颗粒物至气液界面暴露空间，且使其均匀分布于气液界面暴露空间中；
S3：在预设时间后，检测待测物暴露于可吸入颗粒物后所产生的影响。
较为优选的，前述待测物可采用细胞或液态待测物，液态待测物可包含但不限于脱氧核醣核酸（DNA）分子、核醣核酸（RNA）分子。
本领域技术人员应当理解，上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (13)
1.一种环境可吸入颗粒体外安全检测装置，其特征在于包含：
环境可吸入颗粒物采样单元（1-3），至少用于采集具有选定尺寸的环境可吸入颗粒物，并将所述环境可吸入颗粒物输入至少一颗粒物暴露单元（1-4）；
以及，颗粒物暴露单元（1-4），包括：
气液界面暴露装置（1-9），至少用于提供可容置待测物和所述环境可吸入颗粒物的气液界面暴露空间，且在所述气液界面暴露空间内，所述待测物暴露于所述环境可吸入颗粒物。
2.根据权利要求1所述的环境可吸入颗粒体外安全检测装置，其特征在于所述颗粒物暴露单元（1-4）还包括：
颗粒物分析器（1-10），至少用于监测进入所述气液界面暴露空间的环境可吸入颗粒物浓度。
3.根据权利要求1所述的环境可吸入颗粒体外安全检测装置，其特征在于还包括：
壳体单元（1-2），至少用于提供可容置颗粒物暴露单元（1-4）的容纳空间（1-5）。
4.根据权利要求3所述的环境可吸入颗粒体外安全检测装置，其特征在于所述壳体单元（1-2）还包括：
温度控制装置（1-6），至少用于控制所述容纳空间（1-5）内的温度状态；
其中，所述温度控制装置（1-6）包括：
加热和/或制冷元件，至少用于对所述容纳空间（1-5）进行加热和/或制冷，
温度传感器，至少用于监测所述容纳空间（1-5）内的温度，以相应调控所述加热和/或制冷元件的升降温状态，使所述容纳空间（1-5）内的温度维持在设定范围。
5.根据权利要求1所述的环境可吸入颗粒体外安全检测装置，其特征在于所述环境可吸入颗粒物采样单元（1-3）还包括：
携带气流控制装置（1-7），至少用于提供稳定气流，以将所述环境可吸入颗粒物携带进入所述颗粒物暴露单元（1-4），
以及，流量监控装置（1-8），至少用于监测和调控进入所述颗粒物暴露单元（1-4）的气流量。
6.根据权利要求1所述的环境可吸入颗粒体外安全检测装置，其特征在于所述颗粒物暴露单元（1-4）还包括：
培养液连续供给系统（1-11），至少用于向气液界面暴露装置（1-9）的气液界面底层循环提供新鲜培养液。
7.根据权利要求1所述的环境可吸入颗粒体外安全检测装置，其特征在于所述颗粒物暴露单元（1-4）还包括：
尾气收集系统（1-12），至少用于收集未沉降在待测物上的环境可吸入颗粒物。
8.根据权利要求7所述的环境可吸入颗粒体外安全检测装置，其特征在于所述尾气收集系统（1-12）包括：
抽气单元（1-14），至少用于将未沉降在待测物上的环境可吸入颗粒物收集至至少一尾气收集单元（1-15）内，
以及，尾气收集单元（1-15）。
9.根据权利要求2所述的环境可吸入颗粒体外安全检测装置，其特征在于还包括颗粒物缓冲混合区（1-13），所述颗粒物缓冲混合区（1-13）分布于所述颗粒物分析器（1-10）与所述流量监控装置（1-8）之间。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的环境可吸入颗粒体外安全检测装置，其特征在于所述气液界面暴露空间包含仿真生物体肺部暴露环境。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的环境可吸入颗粒体外安全检测装置，其特征在于所述待测物包含细胞或液态待测物，所述液态待测物包含脱氧核醣核酸分子或核醣核酸分子。
12.一种环境可吸入颗粒体外安全检测方法，其特征在于包括:
将待测物置入气液界面暴露空间；
向所述气液界面暴露空间输入环境可吸入颗粒物，并使所述环境可吸入颗粒物在所述气液界面暴露空间内均匀分布，同时监测进入所述气液界面暴露空间的环境可吸入颗粒物浓度；
经过预设时间后，检测所述待测物暴露于所述环境可吸入颗粒物后所受影响。
13.根据权利要求12所述环境可吸入颗粒体外安全检测方法，其特征在于所述待测物包含细胞或液态待测物，所述液态待测物包含脱氧核醣核酸分子或核醣核酸分子。
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