CZ2019561A3 - Toxicological incubator for exposure of cell cultures to an aerosol - Google Patents
Toxicological incubator for exposure of cell cultures to an aerosol Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2019561A3 CZ2019561A3 CZ2019-561A CZ2019561A CZ2019561A3 CZ 2019561 A3 CZ2019561 A3 CZ 2019561A3 CZ 2019561 A CZ2019561 A CZ 2019561A CZ 2019561 A3 CZ2019561 A3 CZ 2019561A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- aerosol
- incubator
- toxicological
- dilution
- inner container
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M3/00—Tissue, human, animal or plant cell, or virus culture apparatus
- C12M3/04—Tissue, human, animal or plant cell, or virus culture apparatus with means providing thin layers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/22—Fuels, explosives
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
- G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
Abstract
Vynález se týká toxikologického inkubátoru (1) pro expozici buněčných kultur aerosolu, který obsahuje ředicí zařízení (4) pro ředění aerosolu ředicím vzduchem, které je vedením (9) zředěného aerosolu propojené se zdrojem (6) nebo zásobníkem aerosolu a vedením (8) ředicího vzduchu se zdrojem nebo zásobníkem ředicího vzduchu, přičemž výstup z ředicího zařízení (40) je propojený s kondicionovacím zařízením (11) pro úpravu vlhkosti a případně i teploty aerosolu, a výstup z kondicionovacího zařízení (11) je vedením (13) kondicionovaného aerosolu propojený se vstupem 36 aerosolu alespoň jednoho vnitřního kontejneru (3) se vzorkovacími jamkami (32) pro uložení buněčné kultury/kultur. Výstup z vnitřního kontejneru/kontejnerů (3) je výstupním vedením (14) propojený s výstupem z vnějšího kontejneru (2). Alespoň kondicionovací zařízení (11), vedení (13) kondicionovaného vzorku a vnitřní kontejner/kontejnery (3) jsou uložené ve vnitřním prostoru vnějšího kontejneru (2), odděleně od něj.The invention relates to a toxicological incubator (1) for exposing cell cultures to an aerosol, comprising an aerosol dilution device (4) for diluting air, which is a dilute aerosol line (9) connected to an aerosol source (6) or reservoir and a diluent line (8). air with a source or reservoir of dilution air, the outlet of the dilution device (40) being connected to a conditioning device (11) for adjusting the humidity and possibly also the temperature of the aerosol, and the outlet of the conditioning device (11) being connected to the conditioned aerosol line (13). an aerosol inlet 36 of at least one inner container (3) with sample wells (32) for storing cell culture (s). The outlet from the inner container (s) (3) is connected by an outlet line (14) to the outlet from the outer container (2). At least the conditioning device (11), the conditioned sample guide (13) and the inner container (s) (3) are housed in the inner space of the outer container (2), separately from it.
Description
Toxikologický inkubátor pro expozici buněčných kultur aerosoluToxicological incubator for aerosol exposure of cell cultures
Oblast technikyField of technology
Vynález se týká toxikologického inkubátoru pro expozici buněčných kultur aerosolu, např. výfukových plynů spalovacího motoru apod.The invention relates to a toxicological incubator for exposing cell cultures to aerosols, e.g. combustion engine exhaust gases and the like.
Dosavadní stav technikyPrior art
Znečištění venkovního ovzduší je považováno za největší environmentální riziko z hlediska dopadu na lidské zdraví. Je spojováno s vysokým počtem předčasných úmrtí, která jsou řádově jedno promile populace ročně, s vysokým počtem výskytu řady akutních i chronických onemocnění, a se značnými ekonomickými škodami, které činí řádově jednotky procent hrubého národního produktu. Za nej významnější zdroj znečištění jsou pokládány spalovací a vysokoteplotní procesy probíhající například ve spalovacích motorech motorových vozidel a pojízdných strojů, lokálních topeništích, elektrárnách, teplárnách, kotelnách, při výrobě koksu a železa, při výrobě a zpracování oceli, hliníku a dalších kovů. Tyto zdroje produkují komplexní směsi zdravotně rizikových látek, přičemž základní látky (například oxid uhelnatý, oxid dusnatý, oxid dusičitý, oxid siřičitý) nebo jejich kategorie (částice, tuhé znečišťující látky) jsou monitorovány a vztahují se na ně emisní limity. Rizikovost jednotlivých látek pro lidské zdraví se však liší, přičemž například značná část genotoxického účinku (poškození genetické informace) je spojena s látkami, které standardně sledovány nejsou (například 3-nitro-benzantron, obsažený ve výfukových plynech naftových motorů, má ze známých látek jeden z nejvyšších mutagenních účinků), nebo jejichž zastoupení je ve sledované skupině minimální (například karcinogenní polyaromatické uhlovodíky). Celkový dopad relevantní pro lidské zdraví není navíc součtem dopadů jednotlivých obsažených látek, nýbrž u některých kombinací dochází k synergickým účinkům, obdobně jako například u kombinace alkoholu s některými léky. Z tohoto důvodu se v rámci výzkumných studií sledují dopady jednotlivých látek nebo směsí na buněčné kultury, tkáně, celá zvířata a v některých případech i na lidský organismus. Testování na lidech a ve značné míře i na zvířatech je spojeno se zásadními otázkami etiky. Použití méně eticky citlivých testů naráží na otázku vypovídací hodnoty testu, kdy nemusí být znám vztah mezi zjištěným dopadem na testovanou buněčnou kulturu a (v případě následného využívání výrobku nebo procesu) následným skutečným dopadem na lidské zdraví.Outdoor air pollution is considered to be the greatest environmental risk in terms of impact on human health. It is associated with a high number of premature deaths, which are in the order of one per mille of the population per year, with a high incidence of a number of acute and chronic diseases, and with considerable economic damage, which is in the order of percent of gross national product. The most important sources of pollution are considered to be combustion and high-temperature processes taking place, for example, in internal combustion engines of motor vehicles and mobile machinery, local heating plants, power plants, heating plants, boiler rooms, coke and iron production, steel and aluminum production and processing. These sources produce complex mixtures of hazardous substances, with basic substances (eg carbon monoxide, nitric oxide, nitrogen dioxide, sulfur dioxide) or their categories (particulate matter, particulate matter) being monitored and subject to emission limits. However, the risk of individual substances to human health varies, with, for example, a significant part of the genotoxic effect (damage to genetic information) being associated with substances that are not monitored as standard (eg 3-nitro-benzantrone in diesel exhaust). of the highest mutagenic effects) or whose proportion is minimal in the study group (eg carcinogenic polyaromatic hydrocarbons). Moreover, the overall impact relevant to human health is not the sum of the effects of the individual substances contained, but has synergistic effects in some combinations, similar to, for example, the combination of alcohol with certain drugs. For this reason, research studies monitor the effects of individual substances or mixtures on cell cultures, tissues, whole animals and, in some cases, on the human body. Testing on humans and, to a large extent, on animals is linked to fundamental ethical issues. The use of less ethically sensitive tests raises the question of the informative value of the test, where the relationship between the observed impact on the cell culture tested and (in the case of subsequent use of the product or process) the subsequent actual impact on human health may not be known.
Určitou alternativou, nabízející rozumnou vypovídací hodnotu bez větších etických problémů, jsou laboratorně kultivované vzorky lidských buněk, například trojrozměrné modely rozhraní vzduch-kapalina, jehož cílem je simulovat aktivní povrch lidských plic, kudy se dostává do organismu velká část znečišťujících látek obsažená v ovzduší. Expoziční systémy, kde byly buněčné kultury vystavovány spalinám motorů a spalovacích zařízení provozovaných v laboratorním prostředí, jsou popsány například v odborných studiích Auferheide, Michaela; Mohr, Ulrich: „CULTEX—an alternativě technique for cultivation and exposure of cells of the respirátory tract to airbome pollutants at the air/liquid interface.“ Experimental and Toxicologic Pathology, 2000, 52.3: 265 až 270 nebo Rothen-Rutishauser, B., Blank, F., Můhlfeld, C., Gehr P. „In vitro models of the human epithelial airway barrier to study the toxic potential of particulate matter.“ Expert Opin. Drug Metab. Toxicol. 4:1075 až 89, 2008.Laboratory cultured human cell samples, such as three-dimensional air-liquid interface models, designed to simulate the active surface of the human lung, through which a large proportion of air pollutants enter the body, offer a reasonable alternative without major ethical issues. Exposure systems where cell cultures have been exposed to the exhaust gases of engines and combustion equipment operated in a laboratory environment are described, for example, in the expert studies of Auferheide, Michael; Mohr, Ulrich: "CULTEX — an alternative technique for cultivation and exposure of cells of the respirators tract to airbome pollutants at the air / liquid interface." Experimental and Toxicologic Pathology, 2000, 52.3: 265-270 or Rothen-Rutishauser, B. , Blank, F., Můhlfeld, C., Gehr P. "In vitro models of the human epithelial airway barrier to study the toxic potential of particulate matter." Expert Opin. Drug Metab. Toxicol. 4: 1075-89, 2008.
Protože podstatná, mnohdy i většinová část toxického účinku je připisována semivolatilním organickým látkám, je mimořádné žádoucí náležitá úprava vzorku, při které jsou maximálně omezeny jevy vedoucí k transformaci semivolatilních látek: tvorba nových částic z plynných látek nukleací, absorpce a adsorpce plynných látek na částicích, koagulace (shlukování) částic, odpařování a desorpce semivolatilních látek z částic do plynné fáze, ztráty částic difúzí a impakcí apod. V dosavadních studiích byly proto odebírány surové výfukové plyny vyhřívanou hadicí, zředěny čistým vzduchem zpravidla v konstantním poměru (obvykle 10:1), a po další úpravěSince a substantial, often most of the toxic effect is attributed to semivolatile organic substances, proper sample preparation is extremely desirable, in which the phenomena leading to the transformation of semivolatile substances are minimized: formation of new particles from gaseous substances by nucleation, absorption and adsorption of gaseous substances on particles, coagulation (agglomeration) of particles, evaporation and desorption of semivolatile substances from particles into the gas phase, loss of particles by diffusion and impaction, etc. In previous studies, therefore, raw exhaust gases were collected by a heated hose, diluted with clean air usually in a constant ratio (usually 10: 1), and after further adjustment
- 1 CZ 2019 - 561 A3 přivedeny do expoziční komory. Takové řešení nezohledňuje časté, prudké a podstatné změny v průtoku výfukových plynů. Proto se pro měření celkové hmoty emitovaných částic a pro měření celkového počtu částic používá princip proporcionálního vzorkování, kdy množství odebíraného vzorku surových výfukových plynů je úměrné celkovému okamžitému průtoku výfukových plynů.- 1 CZ 2019 - 561 A3 brought to the exhibition chamber. Such a solution does not take into account frequent, abrupt and substantial changes in the exhaust gas flow. Therefore, the principle of proportional sampling is used to measure the total mass of the emitted particles and to measure the total number of particles, where the amount of raw exhaust gas sample taken is proportional to the total instantaneous exhaust gas flow.
Zkušenosti s emisemi ze spalovacích motorů z několika posledních dekád dokazují, že emise je třeba sledovat nejen za laboratorních podmínek, ale také v reálném provozu, kdy mohou být emise vyšší, ať již z důvodů, že některé provozní či klimatické podmínky nebyly z hlediska emisí dostatečně ošetřeny, nebo z důvodu cíleného obcházení emisní legislativy. Měření emisí za provozu bylo umožněno vývojem přenosných měřicích aparatur, umístěných na palubě vozidla, které byly značně kompaktnější než aparatury provozované v laboratorních podmínkách - viz např. Vojtíšek-Lom, Michal; Cobb, J. T.: „Vehicle mass emissions measurement using aportable 5-gas exhaust analyzer and engine Computer data.“ Proceedings: Emission Inventory, Planning forthe Future, 1997 nebo US 6148656.Experience with emissions from internal combustion engines over the last few decades has shown that emissions need to be monitored not only under laboratory conditions but also in real operation, where emissions may be higher, either because some operating or climatic conditions were not sufficiently or due to targeted circumvention of emission legislation. Measurement of emissions during operation was made possible by the development of portable measuring devices located on board the vehicle, which were considerably more compact than devices operated in laboratory conditions - see eg Vojtíšek-Lom, Michal; Cobb, J. T .: "Vehicle mass emissions measurement using aportable 5-gas exhaust analyzer and engine Computer data." Proceedings: Emission Inventory, Planning for the Future, 1997 or US 6148656.
Cílem vynálezu je navrhnout kompaktní přenosné zařízení pro expozici buněčných kultur a jejich modelů aerosolu, zejména výfukovým plynům spalovacích motorů, spalinám ze spalovacích zařízení, a obdobným komplexním směsím, při respektování proměnného toku spalin ze zdroje, podmínek kladených charakteristikami buněčných kultur, podmínek specifických pro jedoucí vozidlo, a omezení kladených převozem a provozem zařízení na běžné silniční komunikaci.It is an object of the present invention to provide a compact portable device for exposing cell cultures and their aerosol models, in particular combustion engine exhaust, combustion flue gases, and similar complex mixtures, while respecting variable flue gas flow from the source, cell culture characteristics, driving conditions vehicle, and restrictions imposed by the carriage and operation of equipment on ordinary roads.
Podstata vynálezuThe essence of the invention
Cíle vynálezu se dosáhne toxikologickým inkubátorem pro expozici buněčných kultur aerosolu, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje ředicí zařízení pro ředění aerosolu ředicím vzduchem, které je vedením zředěného aerosolu propojené se zdrojem nebo zásobníkem aerosolu a vedením ředicího vzduchu se zdrojem nebo zásobníkem ředicího vzduchu, přičemž výstup z ředicího zařízení je propojený s kondicionovacím zařízením pro úpravu vlhkosti a případně i teploty aerosolu, výstup z kondicionovacího zařízení je vedením kondicionovaného aerosolu propojený se vstupem aerosolu do alespoň jednoho vnitřního kontejneru se vzorkovacími jamkami pro uložení buněčné kultury/kultur, přičemž výstup z vnitřního kontejneru/kontejnerů je výstupním vedením propojený s výstupem z vnějšího kontejneru. Alespoň kondicionovací zařízení, vedení kondicionovaného vzorku a vnitřní kontejner/kontejnery jsou uložené ve vnitřním prostoru vnějšího kontejneru, odděleně od něj. Toto uspořádání umožňuje paralelní expozici více buněčných kultur, a současně snižuje nároky na prostor a hmotnost inkubátoru, který tak může být např. uložen v jedoucím vozidle, a současně i na spotřebu vody, elektrické energie a případně CO2.The object of the invention is achieved by a toxicological incubator for exposing cell cultures to an aerosol, the essence of which consists in a dilution device for diluting the aerosol with dilution air, which is a dilute aerosol line connected to the aerosol source or reservoir and wherein the outlet of the dilution device is connected to a conditioning device for adjusting the humidity and possibly also the aerosol temperature, the outlet of the conditioning device being connected by a conditioned aerosol line to the inlet of the aerosol to at least one inner container with sample wells for storing cell culture / cultures. of the container (s) is connected by an outlet line to the outlet of the outer container. At least the conditioning device, the conditioned sample guide and the inner container / containers are stored in the inner space of the outer container, separate from it. This arrangement allows the parallel exposure of several cell cultures, and at the same time reduces the space and weight requirements of the incubator, which can thus be stored in a moving vehicle, for example, and at the same time the water, electricity and possibly CO 2 consumption.
Membránový zvlhčovač toxikologického inkubátoru je s výhodou opatřený selektivně propustnou membránou, přičemž prostor membránového zvlhčovače na jedné straně této selektivně propustné membrány je propojený se zásobníkem deionizované vody. Tato konstrukce umožňuje kontrolované zvýšení vlhkosti aerosolu v relativně krátké době a na relativně krátké dráze. Přitom dochází ke zvlhčování pouze aerosolu, který dále postupuje k buněčné kultuře/kulturám, což umožňuje provoz inkubátoru s relativně malou spotřebou, a tedy i požadovanou zásobou vody.The membrane humidifier of the toxicological incubator is preferably provided with a selectively permeable membrane, the space of the membrane humidifier on one side of this selectively permeable membrane being connected to a reservoir of deionized water. This design allows a controlled increase in aerosol humidity in a relatively short time and over a relatively short path. In this case, only the aerosol is moistened, which proceeds to the cell culture (s), which allows the incubator to operate with relatively low consumption and thus the required water supply.
Selektivně propustná membrána membránového zvlhčovače je s výhodou uspořádaná do tvaru trubice, přičemž se zásobníkem deionizované vody je propojený prostor po jejím vnějším obvodu.The selectively permeable membrane of the membrane humidifier is preferably arranged in the shape of a tube, with a space connected to the deionized water reservoir around its outer circumference.
V případě potřeby obsahuje kondicionovací zařízení tepelný výměník určený k ohřevu aerosolu, který je zařazený před membránovým zvlhčovačem.If necessary, the conditioning device comprises a heat exchanger for heating the aerosol, which is arranged in front of the membrane humidifier.
-2 CZ 2019 - 561 A3-2 CZ 2019 - 561 A3
Ředicí zařízení pro ředění aerosolu ředicím vzduchem je s výhodou ředicí zařízení s dynamicky regulovatelným ředicím poměrem, u kterého se dosahuje proporcionálního vzorkování, při kterém je množství aerosolu vstupujícího do vnitřního kontejneru/kontejnerů toxikologického inkubátoru vždy úměrné celkové produkci aerosolu, díky čemuž je vzorek i při proměnlivé produkci spalin reprezentativní. Vhodným ředicím zařízením s dynamicky regulovatelným ředicím poměrem je např. rotační ředička.The dilution device for diluting the aerosol with dilution air is preferably a dilution device with a dynamically adjustable dilution ratio, in which proportional sampling is achieved, in which the amount of aerosol entering the inner container (s) of the toxicological incubator is always proportional to the total aerosol production. variable flue gas production representative. A suitable dilution device with a dynamically adjustable dilution ratio is, for example, a rotary diluent.
Pro zvýšení kompaktnosti toxikologického inkubátoru podle vynálezu může být ředicí zařízení integrované do tělesa vnějšího kontejneru.To increase the compactness of the toxicological incubator according to the invention, the dilution device can be integrated into the body of the outer container.
Pro ohřev přiváděného aerosolu a buněčné kultury/kultur uložené/uložených ve vnitřním kontejneru/kontejnerech na požadovanou teplotu a udržení této teploty po celou dobu expozice buněčné kultury/kultur aerosolu je vnější kontejner toxikologického inkubátoru podle vynálezu s výhodou opatřený vyhřívacím zařízením. V takovém případě není nutné do kondicionovací zařízení zařadit tepelný výměník.To heat the feed aerosol and the cell culture (s) stored in the inner container (s) to the desired temperature and maintain this temperature throughout the exposure of the cell culture (s) to the aerosol, the outer container of the toxicological incubator according to the invention is preferably provided with a heating device. In this case, it is not necessary to include a heat exchanger in the conditioning device.
Pro snížení spotřeby elektrické energie a pro zajištění tepelné stability může být vnější kontejner toxikologického inkubátoru podle vynálezu vybaven akumulátorem tepla s vhodným médiem s vysokou tepelnou kapacitou (např. vodou).To reduce the consumption of electrical energy and to ensure thermal stability, the outer container of the toxicological incubator according to the invention can be equipped with a heat accumulator with a suitable medium with a high heat capacity (e.g. water).
Protože podstatná, mnohdy i většinová část toxického účinku např. výfukových plynů spalovacího motoru je připisována semivolatilním organickým látkám, je celé vedení aerosolu, vně i uvnitř vnějšího kontejneru s výhodou vytvořeno jako elektricky vodivé, což brání ztrátám částic aerosolu elektrostatickou depozicí.Since a substantial, often most, toxic effect of, for example, the exhaust gases of an internal combustion engine is attributed to semivolatile organic substances, the entire aerosol line, both inside and outside the outer container, is preferably made electrically conductive, which prevents aerosol particles from being lost by electrostatic deposition.
Vedení ředicího vzduchu a/nebo vedení zředěného aerosolu je/jsou s výhodu propojeno/propojeny s neznázoměným zásobníkem kapalného CO2, díky čemuž je obsah CO2 v aerosolu přiváděném na buněčné kultury konstantní.The dilution air line and / or the diluted aerosol line is / are preferably connected to a non-illustrated liquid CO 2 reservoir, so that the CO 2 content of the aerosol delivered to the cell cultures is constant.
Ve výhodném provedení má toxikologický inkubátor podle vynálezu kontrolní (referenční) větev, která je propojená pouze se zdrojem filtrovaného vzduchu a případně i se zásobníkem kapalného CO2.In a preferred embodiment, the toxicological incubator according to the invention has a control (reference) branch which is connected only to the source of filtered air and optionally also to the liquid CO 2 reservoir.
Vzorkovací jamky vnitřního kontejneru jsou s výhodou uspořádány rovnoměrně na kružnici se středem ve vstupu aerosolu do vnitřního kontejneru, což napomáhá rovnoměrné distribuci aerosolu mezi ně.The sampling wells of the inner container are preferably arranged evenly on a circle centered at the aerosol inlet to the inner container, which aids in even distribution of the aerosol between them.
Ve výhodné variantě provedení je pro rovnoměrné rozdělení vstupujícího aerosolu do jednotlivých vzorkovacích kanálů v horní části vnitřního kontejneru uložený rozvaděč, na který navazují vzorkovací kanály, které jsou prostřednictvím trysek s dýzami vyústěny do jednotlivých vzorkovacích jamek vnitřního kontejneru.In a preferred embodiment variant, a distributor is arranged in the upper part of the inner container for the even distribution of the incoming aerosol into the individual sampling channels, which is followed by sampling channels which open into the individual sampling wells of the inner container by means of nozzles with nozzles.
Ve vzorkovacích jamkách vnitřního kontejneru jsou pro usnadnění manipulace s buněčnými kulturami s výhodou vyjímatelně uložené vzorkovací vložky, které jsou ve své spodní části opatřené propustnou membránou.In order to facilitate the handling of the cell cultures, sampling inserts, which are provided with a permeable membrane in their lower part, are preferably placed in the sampling wells of the inner container.
Trysky mohou být v případ nutnosti na svém vnějším povrchu opatřené vystřeďovacím kroužkem pro vystředění vzorkovací vložky uložené ve vzorkovací jamce vůči trysce.The nozzles may, if necessary, be provided on their outer surface with a centering ring for centering the sample insert housed in the sample well relative to the nozzle.
Objasnění výkresůExplanation of drawings
Na přiložených výkresech je na obr. 1 znázorněno schéma jedné varianty toxikologického inkubátoru pro expozici buněčných kultur aerosolu podle vynálezu propojeného s výfukovýmIn the accompanying drawings, Fig. 1 shows a diagram of one variant of a toxicological incubator for exposing cell cultures to an aerosol according to the invention connected to an exhaust
-3 CZ 2019 - 561 A3 potrubím, na obr. 2 pak průřez výhodnou variantou vnitřního kontejneru tohoto toxikologického inkubátoru pro uložení buněčných kultur.-3 CZ 2019 - 561 A3 pipeline, in Fig. 2 a cross-section of a preferred variant of the inner container of this toxicological incubator for storing cell cultures.
Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention
Na obr. 1 je schematicky znázorněná jedna varianta toxikologického inkubátoru 1 pro expozici buněčných kultur aerosolu podle vynálezu. Tento inkubátor j. obsahuje vnější kontejner 2, v jehož vnitřním prostoru - expoziční komoře 20 je uložen alespoň jeden vnitřní kontejner 3 pro uložení buněčné kultury/kultur a její/jejich expozici aerosolu, např. výfukovým plynům spalovacího motoru apod. Vedení aerosolu do vnitřního kontejneru/kontejnerů 3 je přitom odděleno od vnitřního prostoru expoziční komory 20, což umožňuje paralelní expozici více buněčných kultur, a současně snižuje nároky na prostor a hmotnost inkubátoru 1, a na spotřebu vody, CO2 a elektrické energie.Fig. 1 schematically shows one variant of the toxicological incubator 1 for exposing cell cultures to an aerosol according to the invention. This incubator j. Comprises an outer container 2, in the inner space of which - the exposure chamber 20 is stored at least one inner container 3 for storing the cell culture (s) and its / their exposure to aerosol, e.g. combustion engine exhaust gases, etc. / containers 3 is separated from the interior of the exposure chamber 20, which allows the parallel exposure of several cell cultures, and at the same time reduces the space and weight requirements of the incubator 1, and the consumption of water, CO 2 and electricity.
Mimo vnější kontejner 2 toxikologického inkubátoru 1 je uspořádáno zařízení 4 pro ředění aerosolu ředicím vzduchem. Přitom se s výhodou jedná o ředicí zařízení 4 s dynamicky regulovatelným ředicím poměrem, u kterého se tak dosahuje proporcionálního vzorkování, při kterém je množství aerosolu vstupujícího do expoziční komory 20 vnějšího kontejneru 2, resp. do vnitřního kontejneru/kontejnerů 3 vždy úměrné celkové produkci aerosolu (u spalovacího motoru celkovému průtoku výfúkových plynů), díky čemuž je vzorek i při proměnlivé produkci spalin reprezentativní. Ve znázorněné variantě provedení je takovým ředicím zařízením 4 rotační ředička 40, která je vstupním vedením 5, tvořeným s výhodou vyhřívanou flexibilní hadicí, propojená se zdrojem 6 nebo zásobníkem aerosolu, např. s výfúkovým potrubím neznázoměného spalovacího motoru, a zpětným vedením 7 opatřeným neznázoměným ventilátorem, který udržuje požadovaný průtok aerosolu přes rotační ředičku 40, s neznázoměným odpadem nebo zpět se zdrojem 6 nebo zásobníkem aerosolu. Kromě toho je rotační ředička 40 vedením 8 ředicího vzduchu propojená s neznázoměným zdrojem filtrovaného vzduchu - např. se zásobníkem filtrovaného vzduchu nebo s filtrační jednotkou venkovního vzduchu. Výstup z rotační ředičky 40 je pak vstupním vedením 9 zředěného aerosolu propojený se vstupem do expoziční komory 20 vnějšího kontejnem 2. Vedení 8 ředicího vzduchu a/nebo vstupní vedení 9 zředěného aerosolu je/jsou dále s výhodu prostřednictvím neznázoměného regulátom průtoku propoj eno/propojeny s neznázoměným zásobníkem kapalného CO2. Neznázoměný regulátor průtoku přitom může být nastaven na konstantní průtok, nebo může být jeho průtok dynamicky regulován v závislosti na okamžitém průtoku ředicího vzduchu a/nebo na odhadu okamžitých koncentrací CO2 ve sledovaném aerosolu, např. výfúkových plynech spalovacího motom, díky čemuž je obsah CO2 ve vzorku přiváděném na buněčné kultury konstantní i při kolísání obsahu CO2 ve zředěných spalinách. Přídavek CO2 však není vždy nezbytně nutný - některé buněčné kultury lze exponovat aerosolu, resp. některé typy testů lze provádět, bez přídavku CO2. Vstupní vedení 9 zředěného aerosolu je s výhodou opatřené odběrným výstupem 90, který umožňuje zajistit v tomto vstupním vedení 9 vyšší průtok aerosolu, než je maximální průtok expoziční komorou 20 toxikologického inkubátom j_, resp. vnitřním kontejnerem/kontejnery 3 (pro expozici buněčných kultur stačí velmi malé průtoky aerosolu), nebo souběžně odebírat vzorek aerosolu k filtraci a/nebo pro jeho analýzu např. online analyzátorem částic nebo plynných látek apod.Outside the outer container 2 of the toxicological incubator 1, a device 4 for diluting the aerosol with dilution air is arranged. This is preferably a dilution device 4 with a dynamically controllable dilution ratio, in which case proportional sampling is achieved, in which the amount of aerosol entering the exposure chamber 20 of the outer container 2, resp. into the inner container (s) 3 is always proportional to the total aerosol production (in the case of an internal combustion engine, to the total exhaust gas flow), thanks to which the sample is representative even with variable flue gas production. In the illustrated variant of the embodiment, such a dilution device 4 is a rotary diluent 40, which is an inlet line 5, preferably formed by a heated flexible hose, connected to a source 6 or aerosol tank, e.g. an exhaust pipe of an internal combustion engine (not shown), and a return line 7 provided , which maintains the desired flow of aerosol through the rotary diluent 40, with waste (not shown) or back with the source 6 or aerosol container. In addition, the rotary diluent 40 is connected by a dilution air line 8 to a source of filtered air (not shown) - for example to a filtered air reservoir or to an outdoor air filter unit. The outlet of the rotary diluent 40 is then connected to the inlet of the diluted aerosol inlet line 9 to the inlet of the exposure chamber 20 by the outer container 2. The dilution air line 8 and / or the diluted aerosol inlet line 9 is / are preferably connected via a flow controller (not shown) to unnamed liquid CO2 storage tank. The flow controller (not shown) may be set to a constant flow rate, or its flow rate may be dynamically controlled depending on the instantaneous dilution air flow rate and / or the estimated instantaneous CO2 concentrations in the monitored aerosol, eg combustion engine exhaust, so that the CO2 content is of the sample fed to the cell cultures is constant even with fluctuations in the CO2 content of the diluted flue gas. However, the addition of CO2 is not always necessary - some cell cultures can be exposed to aerosols, respectively. some types of tests can be performed without the addition of CO2. The dilute aerosol inlet line 9 is preferably provided with a sampling outlet 90, which makes it possible to ensure in this inlet line 9 a higher aerosol flow than the maximum flow through the exposure chamber 20 of the toxicological incubate 1, resp. inner container / containers 3 (very small aerosol flows are sufficient for exposure of cell cultures), or to take an aerosol sample at the same time for filtration and / or for its analysis, eg by an online particle or gaseous analyzer, etc.
Ředicí poměr aerosolu a filtrovaného vzduchu, a tím i množství odebíraného aerosolu, se u rotační ředičky 40 reguluje regulací otáček jejího rotačního disku v závislosti na zjištěné, vypočtené nebo odhadnuté celkové produkci aerosolu, resp. na celkovém průtoku výfukových plynů spalovacího motoru.The dilution ratio of the aerosol and the filtered air, and thus the amount of aerosol withdrawn, is regulated in the rotary diluent 40 by regulating the speed of its rotating disk depending on the detected, calculated or estimated total aerosol production, resp. on the total exhaust flow of the internal combustion engine.
V ne znázorněné variantě provedení je možné rotační ředičku 40 nahradit jiným známým zařízením 4 pro ředění aerosolu filtrovaným vzduchem, např. proporcionálním vzorkovačem apod.In a variant of the embodiment not shown, it is possible to replace the rotary diluent 40 with another known device 4 for diluting the aerosol with filtered air, e.g. a proportional sampler and the like.
-4 CZ 2019 - 561 A3-4 CZ 2019 - 561 A3
Pro zvýšení kompaktnosti toxikologického inkubátoru j. pro expozici buněčných kultur aerosolu podle vynálezu je možné integrovat zařízení 4 pro ředění aerosolu filtrovaným vzduchem do tělesa vnějšího kontejneru 2.To increase the compactness of the toxicological incubator i. For exposing the cell cultures to the aerosol according to the invention, it is possible to integrate the aerosol dilution device 4 with filtered air into the body of the outer container 2.
Ve výhodné variantě provedení znázorněné na obr. 1 je toxikologický inkubátor 1 pro expozici buněčných kultur aerosolu podle vynálezu opatřen kontrolní (referenční) větví 10, která je propojená pouze se zdrojem filtrovaného vzduchu a případně i s neznázoměným zásobníkem kapalného CO2. V jiných ne znázorněných variantách provedení nemusí být kontrolní větev 10 vytvořena.In a preferred variant of the embodiment shown in FIG. 1, the toxicological incubator 1 for exposing cell cultures to an aerosol according to the invention is provided with a control (reference) branch 10 which is connected only to a source of filtered air and optionally a liquid CO 2 reservoir (not shown ) . In other embodiments not shown, the control branch 10 does not have to be formed.
Vnější kontejner 2 toxikologického inkubátoru 1 je opatřen neznázoměným vyhřívacím zařízením, které umožňuje ohřev přiváděného aerosolu a buněčné kultury/kultur uložené/uložených ve vnitřním kontejneru/kontejnerech 3 na požadovanou teplotu (např. 37 °C) a udržení této teploty po celou dobu expozice buněčné kultury/kultur aerosolu. Pro snížení spotřeby elektrické energie a pro zajištění tepelné stability může být vnější kontejner 2 toxikologického inkubátoru 1 vybaven neznázoměným akumulátorem tepla s vhodným médiem s vysokou tepelnou kapacitou (např. vodou), který lze nahřát před měřením s využitím externího zdroje elektrické nebo tepelné energie, přičemž vyhřívací zařízení vnějšího kontejnem 2 v takovém případě pouze pokrývá tepelné ztráty. Pro další snížení spotřeby elektrické energie je vnější kontejner 2 s výhodou opatřen vhodnou tepelnou izolací, která snižuje tepelné ztráty a současně brání přehřívání expoziční komory 20. Ze stejného důvodu je dále výhodné, aby při předpokladu větších tepelných ztrát byla elektrická zařízení s většími tepelnými ztrátami (např. výkonové měniče poskytující napájecí napětí jednotlivým součástím aparatury) umístěna ve vnějším kontejnem 2.The outer container 2 of the toxicological incubator 1 is provided with a heating device (not shown) which allows the aerosol and cell culture (s) stored in the inner container / containers 3 to be heated to the desired temperature (e.g. 37 ° C) and maintained throughout the cell exposure. aerosol culture (s). To reduce electricity consumption and to ensure thermal stability, the outer container 2 of the toxicological incubator 1 may be equipped with a heat accumulator (not shown) with a suitable medium with high heat capacity (eg water), which can be heated before measurement using an external source of electricity or heat. in this case, the heating device of the outer container 2 only covers the heat losses. To further reduce the electricity consumption, the outer container 2 is preferably provided with suitable thermal insulation, which reduces heat loss and at the same time prevents overheating of the exposure chamber 20. For the same reason, it is further preferred that electrical devices with higher heat losses are assumed. eg power converters providing supply voltage to the individual components of the apparatus) located in the outer container 2.
Za vstupem do expoziční komory 20 vnějšího kontejnem 2 je ve vedení 9 zředěného aerosolu uspořádáno kondicionovací zařízení 11 pro úpravu vlastností přiváděného aerosolu vzhledem k testovaným buněčným kulturám a podmínkám testu. Toto kondicionovací zařízení 11 obsahuje membránový zvlhčovač 110 opatřený selektivně propustnou membránou, u kterého je jedna strana této membrány obtékána aerosolem a prostor membránového zvhlčovače 110 na její opačné strana je propojený se zásobníkem 1100 deionizované vody a selektivně propustná membrána jez této strany zaplavená deionizovanou vodou z tohoto zásobníku 1100. Zásobník 1100 deionizované vody pak svým umístěním a výškou hladiny deionizované vody na této membráně vytváří požadovaný tlakový spád. Prostor nad hladinou deionizované vody v zásobníku 1100 je pro kompenzaci případného kolísání tlaku přiváděného aerosolu propojen s vedením 9 zředěného aerosolu do zvlhčovače 110. Zatímco vysoké relativní vlhkosti aerosolu se u stávajících inkubátorů dosahuje volným odpařováním vody ve vnitřním prostoru inkubátoru 1, u toxikologického inkubátoru 1 podle vynálezu se vlhkost aerosolu zvyšuje jeho průchodem podél selektivně propustné membrány, která umožňuje průchod vodní páry, případně dalších malých polárních molekul. Tím se dosáhne kontrolovaného zvýšení vlhkosti v relativně krátké době a na relativně krátké dráze. Výsledná vlhkost aerosolu je přitom nepřímo regulována teplotou deionizované vody ve zvlhčovači 110 a také tlakovým spádem na polopropustné membráně tohoto zvlhčovače 110. Zároveň na rozdíl od tradičního inkubátoru, kde je voda v otevřené nádobě, aby mohlo dojít k vypařování, je u toxikologického inkubátoru 1 podle vynálezu voda uzavřena ve zvlhčovači 110 a zásobníku 1100. Toto uspořádání, kdy dochází ke zvlhčování pouze aerosolu, který dále postupuje k buněčné kultuře/kulturám, umožňuje provoz s relativně malou spotřebou, a tedy i požadovanou zásobou vody, což zcela odstraňuje problém vylévání kapaliny při umístění toxikologického inkubátoru 1 ve vozidle.Behind the entrance to the exposure chamber 20 of the outer container 2, a conditioning device 11 is arranged in the dilute aerosol line 9 for adjusting the properties of the aerosol supplied with respect to the cell cultures to be tested and the test conditions. This conditioning device 11 comprises a membrane humidifier 110 provided with a selectively permeable membrane in which one side of the membrane is surrounded by an aerosol and the membrane humidifier 110 on its opposite side is connected to a deionized water reservoir 1100 and the selectively permeable membrane is flooded with reservoir 1100. The deionized water reservoir 1100 then creates the desired pressure drop by its location and the height of the deionized water level on this membrane. The space above the level of deionized water in the reservoir 1100 is connected to the diluted aerosol line 9 to the humidifier 110 to compensate for possible pressure fluctuations in the aerosol supply. According to the invention, the humidity of the aerosol is increased by passing it along a selectively permeable membrane, which allows the passage of water vapor or other small polar molecules. This achieves a controlled increase in humidity in a relatively short time and over a relatively short path. The resulting aerosol humidity is indirectly controlled by the temperature of the deionized water in the humidifier 110 and also by the pressure drop on the semipermeable membrane of the humidifier 110. At the same time, in contrast to the traditional incubator where the water is in an open container to evaporate, the toxicological incubator 1 of the invention, the water is enclosed in a humidifier 110 and a reservoir 1100. This arrangement, in which only the aerosol is moistened and proceeds to the cell culture (s), allows operation with relatively low consumption and thus the required water supply, completely eliminating liquid spillage. location of the toxicological incubator 1 in the vehicle.
Ve výhodné variantě provedení zvlhčovače 110 ie jeho polopropustná membrána uspořádána do tvaru trubice a je obklopena deionizovanou vodu po celém svém vnějším obvodu nebo po alespoň jeho větší části.In a preferred embodiment of the humidifier 110, its semipermeable membrane is arranged in the shape of a tube and is surrounded by deionized water over its entire outer circumference or at least over a larger part of it.
Membránovému zvlhčovači 110 je ve variantě provedení znázorněné na obr. 1 předřazený tepelný výměník 12 pro ohřev přiváděného aerosolu. Tento tepelný výměník 12 je pouzeIn the variant of the embodiment shown in FIG. 1, the membrane humidifier 110 is preceded by a heat exchanger 12 for heating the supplied aerosol. This heat exchanger 12 is only
-5 CZ 2019 - 561 A3 volitelnou součástí toxikologického inkubátoru j. podle vynálezu a v případě, kdy požadovaný ohřev aerosolu zajišťuje vyhřívací zařízení vnějšího kontejnem 2, může být z konstrukce tohoto inkubátoru ]_ bez náhrady vynechán.The optional component of the toxicological incubator according to the invention and in the case where the required heating of the aerosol is provided by the heating device of the outer container 2, can be omitted from the construction of this incubator 1 without replacement.
Výstup z kondicionovacího zařízení 11 je pak vedením 13 kondicionovaného aerosolu propojen se vstupem do alespoň jednoho vnitřního kontejnem 3 (ve znázorněné variantě provedení dvou vnitřních kontejnerů 3). Výstup z každého vnitřního kontejnem 3 je pak výstupním vedením 14 propojen s výstupem z vnějšího kontejnem 2. Výstupní vedení 14 je přitom s výhodou opatřeno neznázoměným filtrem, snímačem 15 teploty, relativní vlhkosti a průtoku, rotametrem 16 pro regulaci průtoku aerosolu a neznázoměným ventilátorem. Tento ventilátor přitom může být uspořádaný uvnitř nebo vně vnějšího kontejnem 2 a v případě potřeby před ním ještě může být zařazeno ne znázorněné zařízení pro odloučení vody a mechanických částic.The outlet of the conditioning device 11 is then connected by a line 13 of the conditioned aerosol to the inlet of the at least one inner container 3 (in the illustrated variant of the embodiment of the two inner containers 3). The outlet of each inner container 3 is then connected by an outlet line 14 to the outlet of the outer container 2. The outlet line 14 is preferably provided with a filter (not shown), a temperature, relative humidity and flow sensor 15, a rotameter 16 for regulating aerosol flow and a fan (not shown). This fan can be arranged inside or outside the outer container 2 and, if necessary, a device for separating water and mechanical particles (not shown) can be arranged in front of it.
Protože podstatná, mnohdy i většinová část toxického účinku výfůkových plynů spalovacího motom je připisována semivolatilním organickým látkám, celé vedení aerosolu, vně i uvnitř vnějšího kontejnem 2, je s výhodou vytvořeno jako elektricky vodivé, aby nedocházelo ke ztrátám částic elektrostatickou depozicí.Since a substantial, often most, toxic effect of the exhaust gases of the combustion engine is attributed to the semivolatile organic substances, the entire aerosol line, both inside and outside the outer container 2, is preferably made electrically conductive to avoid particle loss by electrostatic deposition.
Na obr. 2 je schematicky znázorněn průřez výhodnou variantou vnitřního kontejnem 3 toxikologického inkubátom 1 podle vynálezu. Ve spodní části tohoto kontejnem 3 je uložený držák 31, ve kterém jsou vytvořeny vzorkovací jamky 32 pro uložení buněčné kultury/kultur, ve kterých jsou odnímátelně uložené vzorovací vložky 33. které jsou ve své spodní části opatřené propustnou membránou 34 a které slouží pro oddělení buněčné kultury/kultur od živného média na dně vzorkovacích jamek 32. Vzorkovací jamky 32 jsou s výhodou uspořádány rovnoměrně na kmžnici se středem ve vstupu 36 aerosolu do vnitřního kontejnem 3. Ve výhodné variantě provedení znázorněním na obr. 2 je použit standardní držák s 24 vzorkovacími jamkami 32, z nichž 8 ležících na kmžnici je použito pro expozici buněčných kultur. V horní části vnitřního kontejnem 3 je uložený rozvaděč 35. který je s výhodou vytvořený jako vícedílný (což usnadňuje jeho výrobu a údržbu), pro rovnoměrné rozdělení vstupujícího aerosolu do jednotlivých vzorkovacích kanálů 37, které jsou prostřednictvím trysek 38 vyústěny do vzorkovacích jamek 32. Trysky 38 jsou přitom ve své spodní částí opatřené dýzami 380 vytvářejícími tlakový spád, který napomáhá rovnoměrnému rozložení aerosolu vstupujícího do rozvaděče 35 mezi jednotlivé vzorkovací kanály 37. Na dýzách 380 se realizuje velká část celkové tlakové ztráty, což minimalizuje rozdíly v průtoku aerosolu do jednotlivých vzorkovacích vložek 33 a k jednotlivým testovaným buněčným kulturám. V případě potřeby mohou být trysky 38 na svém vnějším povrchu opatřené vystřeďovacím kroužkem 39 (viz tryska 38 na obr. 2 úplně napravo) pro vystředění vzorkovací vložky 33 vůči trysce 38.Fig. 2 schematically shows a cross-section of a preferred variant of the inner container 3 of the toxicological incubate 1 according to the invention. In the lower part of this container 3 there is a holder 31, in which sampling wells 32 are formed for storing cell culture / cultures, in which sample inserts 33 are removably placed, which are provided in their lower part with a permeable membrane 34 and which serve to separate cell culture. cultures / cultures from the nutrient medium at the bottom of the sample wells 32. The sample wells 32 are preferably arranged evenly on a rail with a center in the aerosol inlet 36 to the inner container 3. In a preferred embodiment shown in Fig. 2, a standard 24-well holder is used. 32, of which 8 lying on the coil are used for cell culture exposure. In the upper part of the inner container 3 there is a distributor 35, which is preferably formed as a multi-part (which facilitates its production and maintenance), for even distribution of the incoming aerosol into individual sampling channels 37, which are discharged into sampling wells 32 via nozzles 38. Nozzles 38 are provided in their lower part with nozzles 380 creating a pressure drop which helps to evenly distribute the aerosol entering the distributor 35 between the individual sampling channels 37. A large part of the total pressure loss is realized on the nozzles 380, which minimizes differences in aerosol flow to the individual sampling inserts. 33 and to the individual cell cultures tested. If desired, the nozzles 38 may be provided on their outer surface with a centering ring 39 (see nozzle 38 in Fig. 2 at the far right) for centering the sample insert 33 relative to the nozzle 38.
Rozvaděč 35 je ve vnitřním kontejnem 3 s výhodou uspořádán posuvně prostřednictvím stavěčích šroubů 350, což umožňuje nastavení vzdálenosti mezi ústím trysek 38 vzorkovacích kanálů 37 a testovanou buněčnou kulturou/kulturami uloženou/uloženými v testovacích vložkách 33.The distributor 35 is preferably slidably arranged in the inner container 3 by means of adjusting screws 350, which allows to adjust the distance between the nozzle mouth 38 of the sampling channels 37 and the test cell culture (s) stored in the test inserts 33.
Utěsnění vstupu 36 aerosolu je realizováno těsněním 360. Dopadovou plochu 3600, na kterou směřuje vzorek aerosolu ze vstupu 36. lze v případě potřeby využít jako impaktor pro oddělení větších částic z aerosolu. V takovém případě je nutné přizpůsobit geometrii (průměr vstupu 36 aerosolu a vzdálenost mezi vstupem 36 aerosolu a plochou 3600) požadované velikosti částic, při které má být dosaženo polovičního záchytu částic na této ploše 3600.The sealing of the aerosol inlet 36 is realized by a seal 360. The impact surface 3600, to which the aerosol sample from the inlet 36 is directed, can be used, if necessary, as an impactor for separating larger particles from the aerosol. In such a case, it is necessary to adapt the geometry (diameter of the aerosol inlet 36 and the distance between the aerosol inlet 36 and the surface 3600) to the desired particle size at which half particle capture is to be achieved on this surface 3600.
Touto koncepcí konstmkce vnitřního kontejnem 3 odpadá nutnost regulovat průtok aerosolu do každé vzorkovací vložky 33, resp. pro každou buněčnou kulturu zvlášť. Tím následně odpadá i nutnost použít vzorkovací čerpadlo schopné pracovat s vysokou tlakovou ztrátou, nezbytnou pro zajištění regulace průtoku regulačním ventilem nebo dýzou s kritickým průřezem.This concept of construction of the inner container 3 eliminates the need to regulate the flow of aerosol into each sampling insert 33, resp. for each cell culture separately. This consequently eliminates the need to use a sampling pump capable of operating with the high pressure drop necessary to ensure flow control by a control valve or nozzle with a critical cross-section.
-6 CZ 2019 - 561 A3-6 CZ 2019 - 561 A3
V dalších variantách provedení lze použít vnitřní kontejner/kontejnery 3 jiné konstrukce, přičemž tento kontejner/kontejnery je/jsou opatřený/opatřené vzorkovacími jamkami 32 a jehož/jejichž vnitřní prostor je uzavřený. Celkové řešení umožňuje, aby byl toxikologický inkubátor 1 pro expozici buněčných kultur aerosolu dostatečně malý a lehký na to, aby byl přenositelný a snadno umístitelný například na sedadlo nebo do zavazadlového prostoru automobilu. To umožňuje expozici buněčných kultur vzorku výfukových plynů během skutečného provozu vozidla, který nemusí být reprezentativně zachycen během laboratorních testů, a/nebo snadný převoz inkubátoru za účelem expozice buněčných kultur vzorku odebíraného v terénu mimo laboratorní podmínky.In other variants of the embodiment, it is possible to use an inner container (s) 3 of another construction, this container / containers being / are provided with sampling wells 32 and whose inner space is closed. The overall solution allows the toxicological incubator 1 to be exposed to aerosolized cell cultures small and light enough to be portable and easy to place, for example, on a seat or in the trunk of a car. This allows exposure of cell cultures to an exhaust sample during actual vehicle operation, which may not be representative of laboratory tests, and / or easy transport of an incubator to expose cell cultures to a field sample outside of laboratory conditions.
Při použití toxikologického inkubátoru 1 pro expozici buněčných kultur podle vynálezu se ze zdroje 6 nebo zásobníku aerosolu, např. přímo z výfůkového potrubí neznázoměného spalovacího motoru, odebírá aerosol, který se v zařízení 4 pro ředění aerosolu filtrovaným vzduchem ředí v požadovaném poměru (např. 10:1) s ředicím vzduchem z neznázoměného zásobníku filtrovaného vzduchu nebo z filtrační jednotky venkovního vzduchu. Množství ředicího vzduchu je průběžně regulováno tak, aby okamžité množství aerosolu, např. surových výfůkových plynů bylo vždy úměrné celkovému průtoku aerosolu zjištěného měřením nebo výpočtem. Výhodné je použití rotační ředičky 40 popsané v US 3080759 nebo US 3803920, která dodává regulované množství surových výfůkových plynů do proudu ředicího vzduchu. Rychlost otáčení disku rotační ředičky 40 lze průběžně a dynamicky regulovat v závislosti na celkové produkci spalin nebo celkovému toku výfůkových plynů způsobem blíže popsaným v CZ 305784, čímž se dosáhne toho, že okamžité přenesené množství aerosolu, např. surových výfůkových plynů, je vždy úměrné celkovému průtoku výfůkových plynů zjištěnému měřením nebo výpočtem. Do vedení 8 ředicího vzduchu a/nebo do vstupního vedení 9 již zředěného aerosolu se dále z neznázoměného zásobníku kapalného CO2 přivádí CO2, kterým se zvyšuje koncentrace CO2 ve vzorku přiváděném na buněčné kultury na přibližně 5 % pro dosažení obdobných podmínek jako v lidských plicích. Množství vefukovaného CO2 lze nastavit s ohledem na předpokládané koncentrace CO2 v aerosolu. Lze jej též nastavovat dynamicky, kdy se koncentrace CO2 v aerosolu tvořeného výfukovými plyny neznázoměného spalovacího motom odhadují na základě měřených provozních podmínek motom a známých nebo empiricky zjištěných korelací koncentrace CO2 ve výfůkových plynech s těmito měřenými provozními podmínkami. Na základě provedeného odhadu koncentrace CO2 v surových výfůkových plynech, a ředicího poměm a průtoku ředicího vzduchu vypočteného na základě průtoku výfukových plynů, lze jednoduchou aritmetikou zjistit požadovaný průtok CO2, k jehož zajištění je využit elektronicky řízený regulační ventil s rychlou odezvou. Zředěný aerosol doplněný o CO2 se následně vedením 9 zředěného aerosolu přivádí do kondicionovacího zařízení 11 uspořádaného ve vnitřním prostom vnějšího kontejneru 2, ve kterém se požadovaným způsobem upraví jeho vlhkost a případně i teplota. Kondicionovaný aerosol se poté vedením 13 kondicionovaného aerosolu přivádí do rozvaděče/rozvaděčů 35 vnitřního/vnitřních kontejnerů 3, v jejichž vzorkovacích vložkách 33 je/jsou uložená/uložené buněčná kultura/kultury, které/které je/jsou tak exponované daným aerosolem.When using a toxicological incubator 1 for exposing cell cultures according to the invention, an aerosol is taken from a source 6 or an aerosol reservoir, e.g. directly from the exhaust pipe of an internal combustion engine (not shown), which is diluted in a desired ratio (e.g. : 1) with dilution air from a filter air tank (not shown) or from an outside air filter unit. The amount of dilution air is continuously regulated so that the instantaneous amount of aerosol, eg raw exhaust gas, is always proportional to the total aerosol flow determined by measurement or calculation. It is preferred to use the rotary diluent 40 described in US 3080759 or US 3803920, which supplies a controlled amount of raw exhaust gas to the dilution air stream. The rotational speed of the rotary diluent disk 40 can be continuously and dynamically controlled depending on the total flue gas production or the total exhaust gas flow in the manner described in more detail in CZ 305784, whereby the instantaneous amount of aerosol transferred, e.g. raw exhaust gases is always proportional to the total. exhaust gas flow rate determined by measurement or calculation. In addition, CO 2 is fed from a liquid CO 2 reservoir (not shown) to the dilution air line 8 and / or to the already diluted aerosol inlet line 9, which increases the CO 2 concentration in the sample fed to the cell cultures to about 5% to achieve similar conditions as in the human lung. The amount of CO2 blown in can be adjusted with regard to the expected CO2 concentrations in the aerosol. It can also be set dynamically, where the CO2 concentrations in the exhaust gas aerosol of an internal combustion engine (not shown) are estimated on the basis of the measured engine operating conditions and the known or empirically determined correlations of the CO2 concentration in the exhaust gases with these measured operating conditions. Based on an estimate of the CO2 concentration in the raw exhaust gas, and the dilution ratio and the dilution air flow calculated from the exhaust flow, the required CO2 flow can be determined by simple arithmetic to use an electronically controlled, fast response control valve. The diluted aerosol supplemented with CO 2 is then fed via a dilute aerosol line 9 to a conditioning device 11 arranged in the inner simple outer container 2, in which its humidity and possibly also the temperature are adjusted in the desired manner. The conditioned aerosol is then fed via a conditioned aerosol line 13 to the dispenser (s) 35 of the inner container 3, in the sample inserts 33 of which the cell culture (s) which are / are thus exposed to the aerosol are / are stored.
Dodáváním CO2 pouze do části aerosolu přiváděné k testované/testovaným buněčné/buněčným kultuře/kulturám lze dosáhnout nízké spotřeby CO2. Skladování malého množství CO2 v kapalné formě lze považovat za relativně bezpečné i v jedoucím vozidle. Kapalný CO2 přechází do plynné fáze při poměrně vysokém tlaku, který je výhodný pro regulaci průtoku CO2, neboť není nutné používat samostatný kompresor.By delivering CO2 only to the portion of the aerosol delivered to the test cell (s), low CO2 consumption can be achieved. Storing a small amount of CO2 in liquid form can be considered relatively safe even in a moving vehicle. Liquid CO2 passes into the gas phase at a relatively high pressure, which is advantageous for regulating the flow of CO2, as it is not necessary to use a separate compressor.
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2019-561A CZ2019561A3 (en) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | Toxicological incubator for exposure of cell cultures to an aerosol |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2019-561A CZ2019561A3 (en) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | Toxicological incubator for exposure of cell cultures to an aerosol |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ308427B6 CZ308427B6 (en) | 2020-08-12 |
| CZ2019561A3 true CZ2019561A3 (en) | 2020-08-12 |
Family
ID=71949549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2019-561A CZ2019561A3 (en) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | Toxicological incubator for exposure of cell cultures to an aerosol |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2019561A3 (en) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101475908B (en) * | 2009-01-16 | 2011-06-29 | 中国人民解放军第三军医大学 | Cultivation apparatus and method for implementing continuous tension stress action to cell |
| DE102017104508B3 (en) * | 2017-03-03 | 2018-03-08 | Adolf Kühner Ag | Procedure for moistening an incubator and incubator |
| CN207175971U (en) * | 2017-07-31 | 2018-04-03 | 恒盛高科（天津）生物技术有限公司 | A kind of biotechnology cell culture apparatus |
| CN208308880U (en) * | 2018-04-28 | 2019-01-01 | 河南中方质量检测技术有限公司 | A kind of multifunctional biochemical incubator |
-
2019
- 2019-09-03 CZ CZ2019-561A patent/CZ2019561A3/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ308427B6 (en) | 2020-08-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cao et al. | Invited review: human air-liquid-interface organotypic airway tissue models derived from primary tracheobronchial epithelial cells—overview and perspectives | |
| Aufderheide et al. | The CULTEX RFS: a comprehensive technical approach for the in vitro exposure of airway epithelial cells to the particulate matter at the air-liquid interface | |
| CN103091134B (en) | Stationary source particle and volatile organic matter diluting and sampling system and the method for sampling | |
| CN103076429B (en) | Moving source tail gas on-line monitoring and pollutant sampling system | |
| CN106525520B (en) | Dilution multi-stage sampling device for flue gas mixing channel of fixed combustion source | |
| CN100395533C (en) | Diluting and sampling system for particle from fixed combustion source emission | |
| US7966899B2 (en) | Source dilution sampling system for emissions analysis | |
| CN201207026Y (en) | Radioactive aerosol generating and sampling apparatus in radon chamber | |
| US7587951B2 (en) | Thermophoresis-resistant gas dilution apparatus for use in emissions analysis | |
| KR102001770B1 (en) | Air quality environment simulator using fine dust generation | |
| CN110231262A (en) | A kind of civilian solid fuel ignition Air Pollutant Emission on-site detecting device | |
| Ritter et al. | Investigations of the biological effects of airborne and inhalable substances by cell-based in vitro methods: fundamental improvements to the ALI concept | |
| Phalen | Methods in inhalation toxicology | |
| CZ2019561A3 (en) | Toxicological incubator for exposure of cell cultures to an aerosol | |
| US20180171280A1 (en) | Cell culture exposure system (cces) | |
| CZ33468U1 (en) | Toxicological incubator for exposing cell cultures to aerosol | |
| Vojtisek-Lom et al. | Assessing exhaust toxicity with biological detector: configuration of portable air-liquid interface human lung cell model exposure system, sampling train and test conditions | |
| Schreck et al. | Experimental conditions in GMR chronic inhalation studies of diesel exhaust | |
| CN216900097U (en) | Experimental system for establishing oil mist particulate matter exposure animal contamination model | |
| Mokler et al. | Diesel exhaust exposure system for animal studies | |
| Goldberg | Naval biomedical research laboratory, programmed environment, aerosol facility | |
| CN206876536U (en) | Haze simulates animal experiment device | |
| CN108865648A (en) | The cell detecting system of major air pollutants ozone toxicity | |
| CN107607673A (en) | The experimental provision of volatile environmental pollutants adsorption efficiency in a kind of evaluation gas phase | |
| CN110140052A (en) | Plate liquid-vapor interface exposure module and method |