CZ33468U1 - Toxicological incubator for exposing cell cultures to aerosol - Google Patents
Toxicological incubator for exposing cell cultures to aerosol Download PDFInfo
- Publication number
- CZ33468U1 CZ33468U1 CZ201936581U CZ201936581U CZ33468U1 CZ 33468 U1 CZ33468 U1 CZ 33468U1 CZ 201936581 U CZ201936581 U CZ 201936581U CZ 201936581 U CZ201936581 U CZ 201936581U CZ 33468 U1 CZ33468 U1 CZ 33468U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- aerosol
- incubator
- toxicological
- container
- dilution
- Prior art date
Links
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 title claims description 101
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 title claims description 47
- 231100000027 toxicology Toxicity 0.000 title claims description 42
- 230000002110 toxicologic effect Effects 0.000 title claims description 40
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims description 42
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims description 42
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 15
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 12
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 11
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 claims description 8
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000007865 diluting Methods 0.000 claims description 5
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 3
- 239000003570 air Substances 0.000 description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 20
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 17
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 5
- 230000036541 health Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 3
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 2
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- QAJOWHGESRCVLY-UHFFFAOYSA-N 3-Nitrobenzanthrone Chemical compound C12=CC=CC=C2C(=O)C2=CC=CC3=C2C1=CC=C3[N+](=O)[O-] QAJOWHGESRCVLY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000030090 Acute Disease Diseases 0.000 description 1
- 208000017667 Chronic Disease Diseases 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010028400 Mutagenic effect Diseases 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 239000000809 air pollutant Substances 0.000 description 1
- 231100001243 air pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 230000034994 death Effects 0.000 description 1
- 231100000517 death Toxicity 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004924 electrostatic deposition Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000024 genotoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000001738 genotoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 210000005260 human cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000010874 in vitro model Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 231100000243 mutagenic effect Toxicity 0.000 description 1
- 230000003505 mutagenic effect Effects 0.000 description 1
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000007170 pathology Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 125000005575 polycyclic aromatic hydrocarbon group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 210000002345 respiratory system Anatomy 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000721 toxic potential Toxicity 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
- F01N13/008—Mounting or arrangement of exhaust sensors in or on exhaust apparatus
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/34—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
- G01F1/36—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction
- G01F1/40—Details of construction of the flow constriction devices
- G01F1/46—Pitot tubes
Description
Toxikologický inkubátor pro expozici buněčných kultur aerosoluToxicological incubator for exposure of cell cultures to aerosol
Oblast technikyTechnical field
Technické řešení se týká toxikologického inkubátoru pro expozici buněčných kultur aerosolu, např. výfukovým plynům spalovacího motoru apod.The technical solution relates to a toxicological incubator for exposure of cell cultures to aerosols, eg combustion engine exhaust gases, etc.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
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 pojízdních 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 nej vyšších 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.Ambient air pollution is considered to be the greatest environmental risk in terms of its impact on human health. It is associated with a high number of premature deaths, which are of 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 about one percent of gross national product. The most important sources of pollution are combustion and high-temperature processes taking place, for example, in the internal combustion engines of motor vehicles and mobile machinery, local furnaces, power stations, heating plants, boiler rooms, coke and iron production, steel and aluminum production and processing. These sources produce complex mixtures of health hazardous substances, with bases (eg carbon monoxide, nitric oxide, nitrogen dioxide, sulfur dioxide) or categories (particulate matter, particulate matter) being monitored and subject to emission limits. However, the risks to human health vary from one substance to the other, for example, much of the genotoxic effect (damage to genetic information) is associated with substances that are not routinely monitored (for example, 3-nitro-benzantrone contained in diesel exhausts has one of the known substances the highest mutagenic effects), or whose proportion in the study group is minimal (eg carcinogenic polyaromatic hydrocarbons). Moreover, the overall impact relevant to human health is not the sum of the impacts of the individual substances involved, but some combinations have synergistic effects, similar to, for example, the combination of alcohol with certain drugs. For this reason, research studies look at the effects of individual substances or mixtures on cell cultures, tissues, whole animals, and in some cases on the human body. Human and, to a large extent, animal testing is associated with fundamental ethical issues. The use of less ethically sensitive tests raises the question of the test value, where the relationship between the observed impact on the cell culture tested and (in the case of subsequent use of a product or process) the consequent 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 alternative technique for cultivation and exposure of cells of the respiratory tract to airborne pollutants at the air/liquid interface.“ Experimental and Toxicologic Pathology, 2000, 52.3: 265-270 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. 4:1075-89, 2008.Laboratory cultured human cell samples, such as three-dimensional air-liquid interface models, designed to simulate the active surface of human lungs through which a large proportion of the air pollutants enter the body, offer a reasonable predicative value without major ethical problems. Exposure systems where cell cultures have been exposed to flue gases from engines and combustion equipment operating in a laboratory environment are described, for example, in expert studies by Auferheide, Michaela; Mohr, Ulrich: "CULTEX — An Alternative Technique for Cultivation and Exposure of Cells of Respiratory Tract to Airborne Pollutants at the Air / Liquid Interface." Experimental and Toxicologic Pathology, 2000, 52.3: 265-270 or Rothen-Rutishauser, B. , Blank, F., Mohlfeld, 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, absorbce 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, and often most, part of the toxic effect is attributed to semi-volatile organic substances, it is extremely desirable to properly sample the process to minimize the phenomena leading to the transformation of semi-volatile substances: the formation of new particles from gaseous substances by nucleation, absorption and adsorption of gaseous substances coagulation of particles, evaporation and desorption of semivolatile substances from the particles into the gas phase, loss of particles by diffusion and impaction, etc. In the previous studies, raw exhaust gases were therefore taken through a heated hose, diluted with clean air usually in a constant ratio (usually 10: 1). and after further adjustment
- 1 CZ 33468 U1 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 výfůkových plynů je úměrné celkovému okamžitému průtoku výfůkových plynů.- 1 CZ 33468 U1 to the exposure chamber. Such a solution does not take into account frequent, violent and substantial changes in exhaust flow. Therefore, the proportional sampling principle is used to measure the total mass of emitted particles and to measure the total number of particles, wherein the amount of raw exhaust gas sample taken is proportional to the total instantaneous exhaust 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. Vojtisek-Lom, Michal; Cobb, J. T.: „Vehicle mass emissions measurement using a portable 5-gas exhaust analyzer and engine computer data.“ Proceedings: Emission Inventory, Planning for the Future, 1997 nebo US 6148656.Experience with emissions from internal combustion engines over the past few decades has shown that emissions must 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 insufficient in terms of emissions treated or because of targeted circumvention of emission legislation. Measurement of emissions during operation was made possible by the development of portable measuring devices placed on board the vehicle, which were considerably more compact than those operating in laboratory conditions - see eg Vojtisek-Lom, Michal; Cobb, J. T .: "Vehicle Mass Emissions Measurement Using a Portable 5-Gas Exhaust Analyzer and Engine Computer Data." Proceedings: Emission Inventory, Planning for the Future, 1997 or US 6148656.
Cílem technického řešení je navrhnout kompaktní přenosné zařízení pro expozici buněčných kultur a jejich modelů aerosolu, zejména výfůkovým 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.The aim of the technical solution is to propose a compact portable device for exposure of cell cultures and their aerosol models, especially combustion engine exhaust gases, combustion products fumes and similar complex mixtures, respecting the variable flue gas flow from the source, cell culture conditions, conditions specific to and the restrictions imposed on the transport and operation of equipment on normal road.
Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution
Cíle technického řešení 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 vstupním vedením 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 aerosol cell cultures, comprising a dilution device for diluting the aerosol with dilution air, which is connected via an inlet line to an aerosol source or reservoir and a dilution air line to a dilution air source or reservoir; wherein the outlet of the dilution device is coupled to the conditioning device for treating the moisture and, optionally, the temperature of the aerosol, the outlet of the conditioning device communicating with the conditioned aerosol line to the inlet of the aerosol into at least one inner container with sample wells for cell culture / cultures; The container (s) is connected via an output line to an output from the outer container. At least the conditioning device, the conditioned sample conduit, and the inner container (s) are housed in the inner space of the outer container, separate therefrom. This arrangement allows multiple cell cultures to be exposed in parallel, while reducing the space and weight of the incubator, which can be stored in a moving vehicle, for example, as well as the consumption of water, electricity and possibly CO2.
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 membrane humidifier space on one side of the selectively permeable membrane being connected to a reservoir of deionized water. This design allows a controlled increase in aerosol moisture in a relatively short time and on a relatively short path. In this case, only the aerosol is humidified, which then proceeds to the cell culture (s), which allows the operation of the incubator with relatively low consumption and hence 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 form of a tube, with a space connected to the deionized water reservoir along its outer periphery.
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 upstream of the membrane humidifier.
-2 CZ 33468 U1-2 GB 33468 U1
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 controllable dilution ratio, which achieves proportional sampling, wherein 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 diluent with a dynamically adjustable dilution ratio is, for example, a rotary diluent.
Pro zvýšení kompaktnosti toxikologického inkubátoru podle technického řešení může být ředicí zařízení integrované do tělesa vnějšího kontejneru.To increase the compactness of the toxicological incubator according to the invention, the dilution device may 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 technického řešení 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 a desired temperature and maintain this temperature throughout the exposure of the cell culture / aerosol culture, 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 technického řešení vybaven akumulátorem tepla s vhodným médiem s vysokou tepelnou kapacitou (např. vodou).In order to reduce the power consumption 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 (eg water).
Protože podstatná, mnohdy i většinová část toxického účinku např. výfúkových 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, and often most, part of the toxic effect of, for example, the exhaust gases of the internal combustion engine is attributed to semi-volatile organic substances, the entire aerosol line, both inside and outside the outer container, is preferably designed to be electrically conductive.
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 duct and / or the diluted aerosol duct are / are preferably coupled / connected to a liquid CO2 container (not shown), which makes the CO2 content of the aerosol supplied to the cell cultures constant.
Ve výhodném provedení má toxikologický inkubátor podle technického řešení 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 possibly also to a container of liquid CO2.
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 in the aerosol inlet of the inner container, which assists in even distribution of the aerosol therebetween.
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, for distributing the aerosol entering the individual sampling channels in the upper part of the inner container, a switchboard is placed, to which the sampling channels are connected, which are connected to 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 manipulation of cell cultures, sample inserts are preferably disposed in the sample wells of the inner container and have a permeable membrane at their bottom.
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 to center the sample insert housed in the sample well relative to the nozzle.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Na přiložených výkresech je na obr. 1 znázorněno schéma jedné varianty toxikologického inkubátoru pro expozici buněčných kultur aerosolu podle technického řešení propojenéhoFig. 1 shows a diagram of one variant of a toxicological incubator for exposure of aerosol cell cultures according to a technical solution interconnected
-3 CZ 33468 U1 s výfukovým potrubím, na obr. 2 pak průřez výhodnou variantou vnitřního kontejneru tohoto toxikologického inkubátoru pro uložení buněčných kultur.2 shows a cross-section of a preferred variant of the inner container of this toxicological incubator for storing cell cultures.
Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of technical solutions
Na obr. 1 je schematicky znázorněná jedna varianta toxikologického inkubátoru 1 pro expozici buněčných kultur aerosolu podle technického řešení. Tento inkubátor 1 obsahuje vnější kontejner 2, v jehož vnitřním prostoru - expoziční komoře 20 je uložen alespoň jeden vnitřní kontejner 3 pro uložení buněčné kultury/kultur ajejí/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 depicts one variant of the toxicological incubator 1 for exposing aerosol cell cultures according to the invention. This incubator 1 comprises an outer container 2, in whose interior the exposure chamber 20 is stored at least one inner container 3 for storing cell cultures / cultures and cultures / their exposure to aerosol, eg combustion engine exhaust gases and the like. 3 is separated from the interior of the exposure chamber 20, which allows multiple cell cultures to be exposed in parallel, while reducing the space and weight of the incubator 1, and the consumption of water, CO2 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 výfukových 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 výfukovým 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 nebo zásobníkem aerosolu 6. 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 propojeno/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 ředícího vzduchu a/nebo na odhadu okamžitých koncentrací CO2 ve sledovaném aerosolu, např. výfukových 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 1, 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 of the outer container 2 of the toxicological incubator 1 an aerosol dilution device 4 is provided. This is preferably a dilution device 4 with a dynamically controllable dilution ratio, in which proportional sampling is achieved, in which the amount of aerosol entering the exposure chamber 20 of the outer container 2 and the container is respectively reduced. to the inner container (s) 3 is always proportional to the total aerosol production (in the case of an internal combustion engine, the total exhaust gas flow), which makes the sample representative, even with varying combustion products. In the embodiment shown, such dilution device 4 is a rotary dilution device 40 which is an inlet conduit 5, preferably a heated flexible hose, connected to a source 6 or aerosol canister, eg an exhaust manifold of an internal combustion engine and a return conduit 7 provided with a ventilator. which maintains the desired aerosol flow rate through the rotary diluent 40, with the waste (not shown) or back with the aerosol source or reservoir 6. In addition, the rotary diluent 40 is connected with a dilution air line 8 to an unfiltered filtered air source - e.g. outside air. The outlet of the rotary diluent 40 is then the diluted aerosol inlet conduit 9 communicating with the inlet of the exposure chamber 20 through the outer container 2. The dilution air conduit 8 and / or the dilute aerosol inlet conduit 9 are / are preferably / are connected / interconnected with a not shown flow regulator. storage tank of liquid CO2. 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 flow rate of the dilution air and / or the estimation of the instantaneous CO2 concentrations in the monitored aerosol, eg exhaust gases of the combustion engine. the sample fed to the cell cultures is constant even when the CO2 content of the diluted flue gas varies. However, the addition of CO2 is not necessarily necessary - some cell cultures can be exposed to aerosol, resp. some of the tests can be carried out without the addition of CO2. The diluted aerosol inlet line 9 is preferably provided with a sampling outlet 90 which allows the aerosol flow rate to be greater than the maximum flow through the exposure chamber 20 of the toxicological incubator 1 and resp. inner container (s) 3 (very small aerosol flow rates are sufficient to expose cell cultures), or concurrently take an aerosol sample for filtration and / or analyze it eg with an online particle or gaseous analyzer etc.
Ředící 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 to the filtered air, and thus the amount of aerosol withdrawn, is controlled at the rotary dilution 40 by controlling the speed of its rotary disk depending on the detected, calculated or estimated total aerosol production, respectively. on the total exhaust gas 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 not shown, the rotary diluent 40 may be replaced by another known aerosol diluting device 4 with filtered air, e.g. a proportional sampler or the like.
-4CZ 33468 U1-4GB 33468 U1
Pro zvýšení kompaktnosti toxikologického inkubátoru I. pro expozici buněčných kultur aerosolu podle technického řešení je možné integrovat zařízení 4 pro ředění aerosolu filtrovaným vzduchem do tělesa vnějšího kontejneru 2.In order to increase the compactness of the toxicological incubator I for exposing aerosol cell cultures 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 technického řešení 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 the preferred embodiment shown in FIG. 1, the toxicological incubator 1 for exposing aerosol cell cultures according to the invention is provided with a control branch 10 which is connected only to a source of filtered air and possibly to a liquid CO2 container (not shown). In other embodiments not shown, the control branch 10 need not 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 kontejneru 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 kontejneru 2.The outer container 2 of the toxicological incubator 1 is provided with a heating device (not shown) that allows the feed aerosol and cell culture (s) stored in the inner container (s) 3 to be heated to a desired temperature (e.g. 37 ° C) and maintained throughout the exposure of the aerosol culture (s). In order to reduce the power consumption and to ensure thermal stability, the outer container 2 of the toxicological incubator 1 may be equipped with an unrecognized heat accumulator with a suitable medium of high heat capacity (e.g. water) which can be heated prior to measurement using an external source of electric or thermal energy. in this case, the heating device of the outer container 2 only covers the heat loss. To further reduce power consumption, the outer container 2 is preferably provided with a suitable thermal insulation that reduces heat loss while preventing overheating of the exposure chamber 20. For the same reason, it is further preferred that electrical devices with greater heat loss ( eg power converters providing supply voltage to 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 deioizované 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 technického řešení 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 technického řešení 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.After entering the exposure chamber 20 through the outer container 2, a conditioning device 11 is provided in the dilute aerosol line 9 to adjust the aerosol feed properties to the cell cultures and test conditions tested. The conditioning device 11 comprises a membrane humidifier 110 provided with a selectively permeable membrane in which one side of the membrane is bypassed by aerosol and the space of the membrane humidifier 110 on its opposite side communicates with a deionized water reservoir 1100 and a selectively permeable membrane flooded with deionized water from this side. The deionized water reservoir 1100 then generates the desired pressure drop by positioning and deionized water level on the membrane. The space above the deionized water level in the reservoir 1100 is connected to the dilute aerosol line 9 to the humidifier 110 to compensate for any fluctuations in the aerosol supply pressure 9. While the high relative humidity of the aerosol is achieved in existing incubators by free evaporation of water inside the incubator 1, In the technical solution, the humidity of the aerosol is increased by passing it along a selectively permeable membrane that allows the passage of water vapor or other small polar molecules. This achieves a controlled increase in humidity in a relatively short time and on 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 across the semi-permeable membrane of the humidifier 110. At the same time, unlike the traditional incubator where water is in an open vessel In the present invention, water is enclosed in the humidifier 110 and the reservoir 1100. This arrangement, which only humidifies the aerosol and proceeds to the cell culture / cultures, allows operation with relatively low consumption and hence the required water supply, which completely eliminates the problem of liquid spillage when placing the toxicological incubator 1 in the vehicle.
Ve výhodné variantě provedení zvlhčovače 110 je 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 semi-permeable membrane is arranged in the form of a tube and is surrounded by deionized water all along its outer circumference or at least a major part thereof.
Membránovému zvlhčovači 110 je ve variantě provedení znázorněné na obr. 1 předřazený tepelný výměník 12 pro ohřev přiváděného aerosolu. Tento tepelný výměník 12 je pouzeThe diaphragm humidifier 110 is, in a variant of the embodiment shown in FIG. 1, an upstream heat exchanger 12 for heating the feed aerosol. This heat exchanger 12 is only
-5 CZ 33468 U1 volitelnou součástí toxikologického inkubátoru 1 podle technického řešení a v případě, kdy požadovaný ohřev aerosolu zajišťuje vyhřívací zařízení vnějšího kontejneru 2, může být z konstrukce tohoto inkubátoru 1 bez náhrady vynechán.As an optional component of the toxicological incubator 1 according to the invention, and in the case that the heating of the outer container 2 provides the required aerosol heating, it can be omitted from the construction of the incubator 1 without replacement.
Výstup z kondicionovacího zařízení 11 je pak vedením 13 kondicionovaného aerosolu propojen se vstupem do alespoň jednoho vnitřního kontejneru 3 (ve znázorněné variantě provedení dvou vnitřních kontejnerů 3). Výstup z každého vnitřního kontejneru 3 je pak výstupním vedením 14 propojen s výstupem z vnějšího kontejneru 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 kontejneru 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 to the inlet of at least one inner container 3 (in the illustrated embodiment variant of the two inner containers 3) by the conditioned aerosol line 13. The outlet of each inner container 3 is then connected via the 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, an aerosol flow control rotameter 16 and a fan (not shown). The fan may be arranged inside or outside the outer container 2 and, if necessary, may be preceded by a device (not shown) for separating water and mechanical particles.
Protože podstatná, mnohdy i většinová část toxického účinku výfukových plynů spalovacího motoru 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, and often most, part of the toxic effect of the internal combustion engine exhaust is attributed to semi-volatile organic substances, the entire aerosol line, both inside and outside the outer container 2, is preferably designed to be 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 technického řešení. Ve spodní části tohoto kontejneru 3 je uložený držák 31, ve kterém jsou vytvořeny vzorkovací jamky 32 pro uložení buněčné kultury/kultur, ve kterých jsou odnímatelně 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 is a schematic cross-sectional view of a preferred variant of the inner container 3 of the toxicological incubate 1 according to the invention. At the bottom of this container 3 is a holder 31 in which sample wells 32 are provided to accommodate cell culture / cultures in which the sample inserts 33 are removably mounted and provided with a permeable membrane 34 at their bottom to serve for cell separation. culture / cultures from the nutrient medium at the bottom of the sample wells 32. The sample wells 32 are preferably arranged evenly on a centerline at the center 36 of the aerosol inlet into the inner container 3. In a preferred embodiment shown in FIG. 32. of which 8 lying on the stem are used to expose cell cultures. In the upper part of the inner container 3 there is a distributor 35, which is preferably designed as a multi-part (which facilitates its manufacture and maintenance) for evenly distributing the incoming aerosol into the individual sampling channels 37, which are discharged through the nozzles 38 into the sampling wells 32. 38, they are provided with a pressure drop nozzle 380 at their bottom to assist in the even distribution of the aerosol entering the manifold 35 between the individual sampling channels 37. A large portion of the total pressure drop is realized on the nozzles 380, minimizing differences in aerosol flow to the individual sample inserts. 33 and individual cell cultures tested. If necessary, the nozzles 38 may be provided with a centering ring 39 on their outer surface (see nozzle 38 in the far right) to center 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 displaceably disposed within the inner container 3 by means of adjusting screws 350, allowing adjustment of the distance between the mouth of the nozzles 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 accomplished by a seal 360. The impact area 3600 on which the aerosol sample from the inlet 36 is directed can be used as an impactor to separate larger particles from the aerosol if desired. In this 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-capture of the particle on this surface 3600 is to be achieved.
Touto koncepcí konstmkce vnitřního kontejnem 3 odpadá nutnost regulovat průtok aeroslu 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.With this design of the inner container 3, there is no need to regulate the flow of aerosol into each sample insert 33 and the sample insert. for each cell culture separately. Consequently, there is no need to use a sampling pump capable of operating at the high pressure loss required to control flow rate through a control valve or nozzle with a critical cross section.
-6CZ 33468 U1-6GB 33468 U1
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 embodiments, an inner container (s) 3 of other construction may be used, the container (s) being / are provided with sample wells 32 and whose inner space is closed. The overall solution allows the Toxicology Incubator 1 to be exposed to aerosol cell cultures is small and light enough to be portable and easy to place, for example, on a seat or in the trunk of an automobile. This allows the cell cultures to be exposed to the exhaust sample during actual vehicle operation, which may not be representative of during laboratory tests, and / or the easy transport of the incubator to expose the cell cultures taken in the field outside the laboratory conditions.
Při použití toxikologického inkubátoru 1 pro expozici buněčných kultur podle technického řešení se ze zdroje 6 nebo zásobníku aerosolu, např. přímo z výfukového 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.When using the cell culture exposure toxicology incubator 1 of the present invention, aerosol is taken from a source 6 or aerosol canister, e.g. directly from the exhaust manifold of a combustion engine (not shown), which is diluted in the desired ratio (e.g. 10: 1) with dilution air from a filtered air reservoir (not shown) or outside air filter unit.
Množství ředicího vzduchu je průběžně regulováno tak, aby okamžité množství aerosolu, např. surových výfukových 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 výfukových 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 výfukových plynů způsobem blíže popsaným v CZ 305784, čímž se dosáhne toho, že okamžité přenesené množství aerosolu, např. surových výfukových plynů, je vždy úměrné celkovému průtoku výfukových 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 CCl· přivádí CCL. kterým se zvyšuje koncentrace CO2 ve vzorku přiváděném na buněčné kultury na přibližně 5 % pro dosažení obdobných podmínek jako v lidských plicích. Množství vefůkovaného 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 výfukových plynech s těmito měřenými provozními podmínkami. Na základě provedeného odhadu koncentrace CO2 v surových výfukových plynech, a ředicího poměru a průtoku ředicího vzduchu vypočteného na základě průtoku výfukových plynů, lze jednoduchou aritmetikou zjistit požadovaný průtok CO2, k jehož zajištění je využit elektronicky řízení 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.The amount of dilution air is continually controlled so that the instantaneous amount of aerosol, e.g., raw exhaust gas, is always proportional to the total aerosol flow rate measured or calculated. Preferred is the use of the rotary diluent 40 described in US 3080759 or US 3803920, which delivers a controlled amount of raw exhaust gas to the dilution air stream. The rotational speed of the rotary dilution disk 40 can be continuously and dynamically controlled depending on the total flue gas production or total exhaust flow in the manner described in more detail in CZ 305784, thereby ensuring that the instantaneous amount of aerosol transferred, eg raw exhaust gas, is always proportional to of the exhaust gas flow as measured or calculated. CCL is further supplied to the dilution air line 8 and / or to the diluted aerosol inlet line 9 from a liquid CCll container (not shown). increasing the CO 2 concentration in the cell culture sample to about 5% to achieve conditions similar to those in human lungs. The amount of injected CO 2 can be adjusted to take into account the predicted CO 2 concentrations in the aerosol. It may also be adjusted dynamically, where the CO 2 concentration in the exhaust gas aerosol of a combustion engine not shown is estimated on the basis of the measured operating conditions of the engine and known or empirically determined correlations of the CO 2 concentration in the exhaust gases with these measured operating conditions. Based on an estimate of the CO 2 concentration in the raw exhaust gas, and the dilution ratio and the dilution air flow calculated on the basis of the exhaust gas flow, the desired CO 2 flow can be determined by simple arithmetic and is controlled electronically by a quick response control valve. The diluted CO 2 supplemented aerosol is then fed through the diluted aerosol line 9 to a conditioning device 11 arranged in the inner space of the outer container 2, in which its moisture and possibly temperature are adjusted as desired. The conditioned aerosol is then fed through the conditioned aerosol conduit 13 to the inner / inner container (s) 35 (s) whose sample inserts (33) contain (s) the cell culture (s) which are / are thus exposed to the aerosol.
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 supplying CO 2 only to the portion of the aerosol fed to the cell culture (s) under test, the CO 2 consumption is low. Storage of small amounts of CO 2 in liquid form can be considered relatively safe even in a moving vehicle. The liquid CO 2 is transferred to the gas phase at a relatively high pressure, which is advantageous for the control of the CO 2 flow rate, since it is not necessary to use a separate compressor.
NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ201936581U CZ33468U1 (en) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | Toxicological incubator for exposing cell cultures to aerosol |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ201936581U CZ33468U1 (en) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | Toxicological incubator for exposing cell cultures to aerosol |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ33468U1 true CZ33468U1 (en) | 2019-12-03 |
Family
ID=68768784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ201936581U CZ33468U1 (en) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | Toxicological incubator for exposing cell cultures to aerosol |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ33468U1 (en) |
-
2019
- 2019-09-03 CZ CZ201936581U patent/CZ33468U1/en not_active IP Right Cessation
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 | |
| CN100395533C (en) | Diluting and sampling system for particle from fixed combustion source emission | |
| 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 | |
| CN201207026Y (en) | Radioactive aerosol generating and sampling apparatus in radon chamber | |
| CN106525520B (en) | Dilution multi-stage sampling device for flue gas mixing channel of fixed combustion source | |
| US7587951B2 (en) | Thermophoresis-resistant gas dilution apparatus for use in emissions analysis | |
| KR102001770B1 (en) | Air quality environment simulator using fine dust generation | |
| CN107374585B (en) | Haze environment simulation device for experimental animals | |
| CN103415768A (en) | Measurement device for total organic carbon | |
| 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 | |
| Aufderheide et al. | A method for the in vitro exposure of human cells to environmental and complex gaseous mixtures: application to various types of atmosphere | |
| CN201397285Y (en) | Nano granule aerosol detecting system | |
| CZ33468U1 (en) | Toxicological incubator for exposing cell cultures to aerosol | |
| CN107389514B (en) | Atmospheric haze acquisition, analysis and release device | |
| CN207133092U (en) | Natural haze gas collection concentration experimental provision | |
| US20180171280A1 (en) | Cell culture exposure system (cces) | |
| CZ2019561A3 (en) | Toxicological incubator for exposure of cell cultures to an aerosol | |
| CN106806036A (en) | For the animal imbedibility exposure system of PM2.5 | |
| CN204924683U (en) | DMMP protects time testing arrangement | |
| 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 | |
| Mokler et al. | Diesel exhaust exposure system for animal studies | |
| CN216900097U (en) | Experimental system for establishing oil mist particulate matter exposure animal contamination model | |
| CN108865648A (en) | The cell detecting system of major air pollutants ozone toxicity | |
| CN116420629A (en) | Multifunctional animal exposure experimental device | |
| Goldberg | Naval biomedical research laboratory, programmed environment, aerosol facility |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20191203 |
|
| MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20230903 |